KR20040092098A - 전기설비를 갖는 전력계통의 지락 보호장치 - Google Patents

전기설비를 갖는 전력계통의 지락 보호장치 Download PDF

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KR20040092098A
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Abstract

본 발명은 동일 전력계통내에 사용되는 서로 다른 주파수 특성을 갖는 전기설비중 지락 발생된 전기설비 및 지락상태를 검출하고, 지락이 발생된 전기설비에 대한 지락 발생된 상태를 판별하여 이 판별정보 및 경보를 출력하도록 하는 전기설비를 갖는 전력계통의 지락 보호장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은, 전력계통으로부터의 전류 및 전압을 검출하는 전압/전류 검출부(10); 상기 전압/전류 검출부(10)에 의해 검출된 전류 및 전압으로부터 지락발생을 판단하고, 지락발생시 상기 검출된 전류 및 전압을 분석하여 주파수 및 전류크기를 획득하고, 상기 획득한 주파수로 지락 발생된 설비를 확인하고, 상기 전류크기로 지락상태를 판별하며, 이러한 획득정보 및 판별 정보의 출력을 제어하는 지락분석부(20); 상기 지락분석부(20)로부터의 지락 판단 결과를 표시하는 표시부(30); 및 상기 지락분석부(20)에 의한 지락판단시에 지락경보를 수행하는 출력부(40)를 구비함을 특징으로 한다.
이러한 본 발명에 의하면, 지락발생시 이에 대한 신속한 조치가 가능하게 되고, 또한 지락의 발생범위의 확대를 사전에 방지할 수 있는 효과가 있다.

Description

전기설비를 갖는 전력계통의 지락 보호장치{GROUND FAULT PROTECTION APPARATUS OF POWER LINE WITH ELECTRICAL EQUIPMENTS}
본 발명은 전기설비를 갖는 전력계통의 지락 보호장치에 관한 것으로, 특히 동일 전력계통내에 사용되는 서로 다른 주파수 특성을 갖는 일반부하, 인버터, 정류기 등의 전기설비중 지락 발생된 전기설비 및 지락상태를 검출하고, 지락이 발생된 전기설비에 대한 지락 발생된 상태를 판별하여 이 판별정보 및 경보를 출력하도록 함으로서, 지락발생시 이에 대한 신속한 조치가 가능하게 되고, 또한 지락의 발생범위의 확대를 사전에 방지할 수 있는 전기설비를 갖는 전력계통의 지락 보호장치에 관한 것이다.
일반적으로, 전기를 이용하는 전력계통에서는 안정된 전원이 공급되어야 하지만, 설치되는 전기설비의 대지간 절연손상 및 접촉 등에 의한 지락(절연되어 있는 선이 어떠한 원인에 의해 대지와 접촉되는 것)사고발생으로 전원공급이 불안정하게 되는 상태가 발생되고, 이는 접지시스템에 전위상승 등과 같은 영향을 주며,결국 주변 제어설비의 오동작 및 소자 소손 등과 같은 결과를 초래하게 된다. 특히 사람에게는 감전사고의 위험이 있고 지락 발생시에는 즉시 지락발생 상태를 경보 또는 차단기로 전력계통에서의 지락에 의한 문제 확산을 방지할 수 있는 보호시스템이 필수적으로 설치되어야 있다.
종래에는 일반 전력계통에서는 직접접지 또는 GPT나 NGR 등의 계전기류와 같은 지락보호방식으로 보호시스템이 운영되고 있으며, 인버터나 정류기 등의 전용 전력계통설비에서는 설비자체에 지락보호시스템을 갖추고 운영되지만, 어떤 경우에는 지락보호시스템 없이 운영되는 설비도 있는 실정이다. 그리고 인버터나 정류기 등과 같은 스위칭설비 전용 전원계통에서의 지락보호시스템은 비접지계통에서 설비자체의 지락보호를 위해 설치해 있는 개소도 실제로는 인버터설비 자체에 대한 보호만 가능할 뿐 변압기와 인버터 전단간의 계통구성기기(케이블, 차단기, 버스바(Bus bar) 등)들에서의 지락보호는 못하는 단점이 있다.
도 1은 종래의 비접지계통(△결선)에서의 GPT를 활용한 지락보호시스템의 구성도로서, 도 1을 참조하면, 종래 비접지계통(△결선)(1)에서는 GPT(2)를 활용한 지락보호 시스템을 운용하고 있는데, 이는 일반부하(60Hz)에서는 GPT 3차권선(3)의 CLR(4)에 의한 영상전압검출 및 지락전류제한으로 지락검출이 가능하다.
그러나 최근 인버터설비의 추가 설치가 증가하는 추세로서 스위칭에 따른 계통전원에 고조파의 영향을 주어 GPT 3차권선(3)의 불평형 전압을 발생시켜 지락이 발생되지 않은 상태에서도 영상전압과 영상전류가 검출되고 있어, 지락보호시스템의 오동작을 발생시켜서 지락으로부터 설비를 보호하지 못하는 문제점이 있다.
도 2는 종래의 중성점접지계통(Y결선)에서의 NGR를 활용한 지락보호시스템의 구성도로서, 도 2를 참조하면, 중성점접지계통(Y결선)(7)에서의 지락보호방식은 직접접지 또는 NGR(8)에 의해 지락전류를 제한하며, 지락검출을 하는 시스템으로서 일반부하와 인버터부하 모두 지락검출은 가능하다.
그러나, 도 2에 도시된 지락보호시스템에 의해서는 지락설비의 대한 확인이 불가능하여 조치가 늦어지는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 그 목적은 동일 전력계통내에 사용되는 서로 다른 주파수 특성을 갖는 일반부하 ,인버터, 정류기 등의 전기설비중 지락 발생된 전기설비 및 지락상태를 검출하고, 지락이 발생된 전기설비에 대한 지락 발생된 상태를 판별하여 이 판별정보 및 경보를 출력하도록 함으로서, 지락발생시 이에 대한 신속한 조치가 가능하게 되고, 또한 지락의 발생범위의 확대를 사전에 방지할 수 있는 전기설비를 갖는 전력계통의 지락 보호장치를 제공하는데 있다.
도 1은 종래의 비접지계통에서의 GPT를 활용한 지락보호시스템의 구성도이다.
도 2는 종래의 중성점접지계통에서의 NGR를 활용한 지락보호시스템의 구성도이다.
도 3은 본 발명에 따른 비접지계통에서의 지락보호시스템의 구성도이다.
도 4는 본 발명에 따른 중성점접지계통에서의 지락보호시스템의 구성도이다.
도 5는 본 발명에 따른 지락검출장치의 내부 구성도이다.
도 6은 본 발명에 따른 지락보호시스템의 동작과정을 보이는 플로우챠트이다.
도 7의 (a) 및 (b)는 지락발생시의 전압 및 전류 파형도 및 그 분석 그래프이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
10 : 전압/전류 검출부 11 : 콘덴서
12 : 저항 14 : 전류센서
13 : 전압센서 20 : 지락분석부
21 : 필터부 22 : A/D변환부
23 : 제어부 30 : 표시부
40 : 출력부
상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 전기설비를 갖는 전력계통의 지락 보호장치는
주파수 특성이 서로 다른 전기설비를 갖는 전력계통에 대한 지락을 검출하고 지락으로부터 전기설비 및 전력계통을 보호하는 장치에 있어서,
전력계통으로부터의 전류 및 전압을 검출하는 전압/전류 검출부;
상기 전압/전류 검출부에 의해 검출된 전류 및 전압으로부터 지락발생을 판단하고, 지락발생시 상기 검출된 전류 및 전압을 분석하여 주파수 및 전류크기를 획득하고, 상기 획득한 주파수로 지락 발생된 설비를 확인하고, 상기 전류크기로 지락상태를 판별하며, 이러한 획득정보 및 판별 정보의 출력을 제어하는 지락분석부;
상기 지락분석부로부터의 지락 판단 결과를 표시하는 표시부; 및
상기 지락분석부에 의한 지락판단시에 지락경보를 수행하는 출력부
를 구비함을 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예가 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
본 발명에 참조된 도면에서 실질적으로 동일한 구성과 기능을 가진 구성요소들은 동일한 부호를 사용할 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 비접지계통(△결선)에서의 지락보호시스템의 구성도이고, 도 4는 본 발명에 따른 중성점접지계통(Y결선)에서의 지락보호시스템의 구성도이다. 여기서, 도 4는 본 발명의 계통구성방식에 따른 다른 실시예로서 구성방법은 도 3과 동일하며, 비접지계통의 지락전류검출을 위해 GTR(접지형 변압기)을 이용한 구성방법도 동일하다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명에 다른 전기설비를 갖는 전력계통의 지락 보호장치는 주파수 특성이 서로 다른 전기설비를 갖는 전력계통에 대한 지락을 검출하고 지락으로부터 전기설비 및 전력계통을 보호하는 장치로서, 이는 전력계통으로부터의 전류 및 전압을 검출하는 전압/전류 검출부(10)와, 상기 전압/전류 검출부(10)에 의해 검출된 전류 및 전압으로부터 지락발생을 판단하고, 지락발생시 상기 검출된 전류 및 전압을 분석하여 주파수 및 전류크기를 획득하고, 상기 획득한 주파수로 지락 발생된 설비를 확인하고, 상기 전류크기로 지락상태를 판별하며, 이러한 획득정보 및 판별 정보의 출력을 제어하는 지락분석부(20)와, 상기 지락분석부(20)로부터의 지락 판단 결과를 표시하는 표시부(30)와, 상기 지락분석부(20)에 의한 지락판단시에 지락경보를 수행하는 출력부(40)로 구성한다.
여기서, 동일 전력계통에 설치되는 전기설비는 서로 다른 주파수 특성을 가질 수 있는데, 예를 들어, 일반부하는 60Hz, 하나의 인버터는 1KHz, 또 다른 인버터는 2KHz 등으로 서로 다른 주파수 특성을 갖는다.
상기 전압/전류 검출부(10)는 전력계통의 모선계통에서 접지사이에 연결하여 상기 전력계통의 전압 및 전류를 추출하기 위한 저항(12) 및 콘덴서(11)와, 상기 저항의 양단의 전압을 검출하는 전압센서(13)와, 상기 콘덴서(11)와 접지사이에 연결하여 상기 콘덴서를 통한 전류를 검출하는 전류센서(14)로 구성될 수 있다.
도 5는 본 발명에 따른 지락검출장치의 내부 구성도이다.
도 5를 참조하면, 상기 지락분석부(20)는 상기 전압/전류 검출부(10)에 의해 검출된 전류 및 전압을 통과시키는 필터부(21)와, 상기 필터부(21)로부터의 아날로그 전류 및 전압을 디지털 전류 및 전압으로 변환하는 A/D변환부(22)와, 상기 A/D변환부(22)로부터 입력되는 전류 및 전압 신호에 기초해서 지락을 판단하고, 이후 지락전류 크기 및 주파수를 분석하여 결정하고, 주파수로 지락 발생된 전기설비를 확인하고, 상기 지락전류의 크기에 따라 지락 발생된 전기설비의 지락 상태를 판단하며, 상기 획득 정보 및 판단 결과의 출력을 제어하는 제어부(23)를 포함한다.
상기 A/D변환부(22)는 보다 정확한 판단 및 분석을 위해서는 상기 필터부(21)로부터의 아날로그 전류 및 전압을 모두 이용하지만, 이와 달리, 전류 및 전압 중 어느 하나를 이용할 수도 있으며, 이 경우에는 상기 필터부(21)로부터의 아날로그 전류 또는 전압을 선택하는 멀티플렉서(MUX)와, 상기 선택된 아날로그 전류 또는 전압을 디지털 전류 또는 전압으로 변환하는 A/D변환기를 포함할 수도있다.
또한, 상기 제어부(23)는 상기 지락판단시점부터 지락이 지속되는 지락 지속시간을 계산하고, 상기 지락의 지속시간과 사전에 설정된 기준시간을 비교하여 경보여부를 판단하여 지락발생에 대한 지락경보를 제어하도록 된다. 본 발명의 제어부(23)는 지락 분석 과정에서 필요한 지락분석용 프로그램 및 데이터, 즉 검출한 데이터 및 분석한 데이터를 저장하는 메모리와, 상기 메모리의 지락분석용 프로그램에 따라 지락 분석을 제어하는 프로세서를 포함할 수 있다.
상기 출력부(40)는 상기 지락분석부(20)의 제어부(23)로부터의 지락경보에 따라 해당 차단기의 차단신호를 제공하기 위한 차단접점을 포함한다.
이하, 본 발명의 작용 및 효과를 첨부한 도 3 내지 도 7에 의거하여 상세히 설명한다.
도 6은 본 발명에 따른 지락보호시스템의 동작과정을 보이는 플로우챠트이다.
먼저, 도 3 내지 도 6을 참조하여 본 발명의 전력계통의 지락 보호장치에 대한 전체 동작을 설명하면, 본 발명의 전력계통의 지락 보호장치는 초기설정과정,즉 Converter(A)의 완전지락 전류(IAC), Converter(A)의 스위칭주파수(AM), Inverter(A)의 완전지락전류(IAI), Inverter(A)의 스위칭주파수(AN), Converter(B)의 완전지락전류(IBC), Converter(B)의 스위칭주파수(BN), Inverter(B)의 완전지락전류(IBI), Inverter(B)의 스위칭주파수(BM), 일반상용부하 완전지락전류(I60) 등의 동작에 필요한 조건을 설정하는 초기설정과정을 수행한다(도 6의 S61). 또한 각 전기설비별로 경보조건을 설정한다(도 6의 S62).
이후, 본 발명의 전력계통의 지락 보호장치에서, 전압/전류 검출부(10)는 전력계통으로부터의 전류 및 전압을 검출하여 지락분석부(20)로 공급하는데(도 6의 S63), 상기 전압/전류 검출부(10)의 저항(12) 및 콘덴서(11)를 통해 상기 전력계통의 전압 및 전류는 전압센서(13) 및 전류센서(14)로 각각 입력되고, 상기 전압센서(13)는 상기 저항의 양단의 전압을 검출하여 지락분석부(20)로 제공하고, 상기 전류센서(14)는 상기 콘덴서(11)와 접지사이에 연결하여 상기 콘덴서를 통한 전류를 검출하여 상기 지락분석부(20)로 제공한다.
상기 지락분석부(20)는 상기 전류센서(14) 및 전압센서(13)에 의해 검출된 전류 및 전압으로부터 주파수(IGF), 전류의 크기(IG) 및 지속시간(TG)을 획득하는데(도 6의 64-S66), 이에 대해서 보다 상세히 설명하면, 상기 검출된 전류 및 전압으로부터 지락발생을 판단하고, 지락발생시 상기 주파수분석, 예를 들어 주파수 분석법으로 널리 알려진 FFT(Fast Fourier Transform) 분석법을 이용하여 지락 발생된 주파수(IGF)를 획득한다.
도 7의 (a) 및 (b)는 지락발생시의 전압 및 전류 파형도 및 그 분석 그래프로서, 도 7의 (a) 및 (b)를 참조하면, (a)는 부하 지락발생시의 전압센서에 의해서 검출되는 전압파형으로, 이는 인버터의 입출력측 전압파형과 상대시간 전압 및 주파수 분석 파형을 보이고 있다. 그리고, (b)는 부하 지락시 전류센서에 의해 검출되는 지락전류 파형 및 FFT 분석파형으로, 이는 수신파형 및 FFT 분석 파형이다. 도 7의 (a) 및 (b)에서는 지락발생시 전력계통에서 검출되는 전류 및 전압이 불안정한 상태임을 알 수 있으며, 이를 FFT분석하면 각 전기설비의 특성 주파수에 해당되는 주파수를 확인할 수 있게 되는데, 이에 대해서 하기에 자세히 설명한다.
상기 지락분석부(20)는 상기 획득한 주파수로 지락 발생된 설비를 확인하는데, 예를 들어, 동일 전력계통에 설치되는 전기설비에서, 일반부하는 60Hz, 하나의 인버터는 1KHz, 또 다른 인버터는 2KHz 등으로 서로 다른 주파수 특성을 가지므로 주파수에 따라 지락 발생된 전기설비를 확인할 수 있고(S67), 이후 상기 전류크기로 지락상태를 판별하며(도 6의 S68,S69), 이러한 획득정보 및 판별 정보의 출력을 제어한다(도 6의 S70).
상기 표시부(30)는 상기 지락분석부(20)로부터의 지락 판단 결과를 표시하고, 상기 출력부(40)는 상기 지락분석부(20)에 의한 지락판단시에 지락경보를 수행한다(도 6의 S71).
도 5를 참조하면, 상기 지락분석부(20)의 필터부(21)는 불필요한 노이즈 성분을 제거하고, 상기 전류센서(14) 및 전압센서(13)에 의해 검출된 전류 및 전압을 통과시켜 A/D변환부(22)로 제공하면, 상기 A/D변환부(22)는 상기 필터부(21)로부터의 아날로그 전류 및 전압을 디지털 전류 및 전압으로 변환하여 제어부(23)로 제공한다.
상기 제어부(23)는 상기 A/D변환부(22)로부터 입력되는 전류 및 전압 신호에 기초해서 지락을 판단하고, 이후 지락전류 크기 및 주파수를 분석하여 결정하고, 주파수로 지락 발생된 전기설비를 확인하고, 상기 지락전류의 크기에 따라 지락 발생된 전기설비의 지락 상태를 판단하며, 상기 획득 정보 및 판단 결과의 출력을 제어한다. 또한, 상기 제어부(23)는 상기 지락판단시점부터 지락이 지속되는 지락 지속시간을 계산하고, 상기 지락의 지속시간과 사전에 설정된 기준시간을 비교하여 경보여부를 판단하여 지락발생에 대한 지락경보를 제어한다.
상기 출력부(40)는 상기 지락분석부(20)로부터의 지락경보에 따라 해당 차단기의 차단신호를 제공하기 위한 차단접점을 포함하여, 지락발생시에는 해당 차단기로 차단신호를 제공하여 전원을 차단시키도록 할 수 있다. 즉, 상기 출력부(40)에서 접점신호를 통해 경보 또는 차단기 트립(trip)신호로 출력될 수 있다.
상술한 바와 같은 본 발명에 따르면, 동일 전력계통내에 사용되는 서로 다른 주파수 특성을 갖는 일반부하 ,인버터, 정류기 등의 전기설비중 지락 발생된 전기설비 및 지락상태를 검출하고, 지락이 발생된 전기설비에 대한 지락 발생된 상태를 판별하여 이 판별정보 및 경보를 출력하도록 함으로서, 지락발생시 이에 대한 신속한 조치가 가능하게 되고, 또한 지락의 발생범위의 확대를 사전에 방지할 수 있는 효과가 있다.
즉, 이상에서와 같이 본 발명은 인버터설비(스위칭설비)등과 같은 주파수 특성이 서로 다른 설비들을 포함하는 전원계통에서 지락을 검출하는 방안으로서 지락발생시 설비주파수 특성에 따라 지락전류, 전압을 제한하고, 비교 분석 판단하여 지락설비 및 지락상태를 판단하게 되므로 기존의 지락보호시스템의 오동작 방지와 더불어 계통지락에 대한 신속히 대처할 수 있는 효과가 있다.
이상의 설명은 본 발명의 구체적인 실시 예에 대한 설명에 불과하고, 본 발명은 이러한 구체적인 실시 예에 한정되지 않으며, 또한, 본 발명에 대한 상술한 구체적인 실시 예로부터 그 구성의 다양한 변경 및 개조가 가능하다는 것을 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 쉽게 알 수 있다.

Claims (4)

  1. 주파수 특성이 서로 다른 전기설비를 갖는 전력계통에 대한 지락을 검출하고 지락으로부터 전기설비 및 전력계통을 보호하는 장치에 있어서,
    전력계통으로부터의 전류 및 전압을 검출하는 전압/전류 검출부(10);
    상기 전압/전류 검출부(10)에 의해 검출된 전류 및 전압으로부터 지락발생을 판단하고, 지락발생시 상기 검출된 전류 및 전압을 분석하여 주파수 및 전류크기를 획득하고, 상기 획득한 주파수로 지락 발생된 설비를 확인하고, 상기 전류크기로 지락상태를 판별하며, 이러한 획득정보 및 판별 정보의 출력을 제어하는 지락분석부(20);
    상기 지락분석부(20)로부터의 지락 판단 결과를 표시하는 표시부(30); 및
    상기 지락분석부(20)에 의한 지락판단시에 지락경보를 수행하는 출력부(40)
    를 구비함을 특징으로 하는 전기설비를 갖는 전력계통의 지락 보호장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 지락분석부(20)는
    상기 전압/전류 검출부(10)에 의해 검출된 전류 및 전압을 통과시키는 필터부(21);
    상기 필터부(21)로부터의 아날로그 전류 및 전압을 디지털 전류 및 전압으로 변환하는 A/D변환부(22); 및
    상기 A/D변환부(22)로부터 입력되는 전류 및 전압 신호에 기초해서 지락을 판단하고, 이후 지락전류 크기 및 주파수를 분석하여 결정하고, 주파수로 지락 발생된 전기설비를 확인하고, 상기 지락전류의 크기에 따라 지락 발생된 전기설비의 지락 상태를 판단하며, 상기 획득 정보 및 판단 결과의 출력을 제어하는 제어부(23)
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기설비를 갖는 전력계통의 지락 보호장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제어부(23)는
    상기 지락판단시점부터 지락이 지속되는 지락 지속시간을 계산하고, 상기 지락의 지속시간과 사전에 설정된 기준시간을 비교하여 경보여부를 판단하여 지락발생에 대한 지락경보를 제어하도록 된 것을 특징으로 하는 전기설비를 갖는 전력계통의 지락 보호장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 출력부(40)는
    상기 제어부(23)로부터의 지락경보에 따라 해당 차단기의 차단신호를 제공하는 것을 특징으로 하는 전기설비를 갖는 전력계통의 지락 보호장치.
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KR100985751B1 (ko) * 2010-03-25 2010-10-07 청석전기 주식회사 선택적 지락 차단 기능을 구비한 수배전반

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR100985751B1 (ko) * 2010-03-25 2010-10-07 청석전기 주식회사 선택적 지락 차단 기능을 구비한 수배전반

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