KR20050089734A

KR20050089734A - 디지털 그래픽 수배전 시스템

Info

Publication number: KR20050089734A
Application number: KR1020040085453A
Authority: KR
Inventors: 박기주; 김영일; 장철수; 권영복; 최덕수
Original assignee: 주식회사 케이디파워; 박기주
Priority date: 2004-03-05
Filing date: 2004-10-25
Publication date: 2005-09-08
Also published as: KR100632813B1

Abstract

본 발명은 수배전반에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 수배전 시스템의 각 장치의 운전상태를 디지털 그래픽 단말 장치를 통하여 보여주고 터치스크린을 이용하여 각 상태를 조작할 수 있도록 함으로써 초보자도 손쉽게 시스템을 운용할 수 있는 디지털 그래픽 수배전 시스템에 관한 것이다.

본 발명은 외부로부터 입력받은 전력을 부하에 공급하는 수배전 시스템에 있어서, 상기 수배전 시스템의 각 장치들에 대한 상태를 측정하는 계측장치; 상기 수배전 시스템의 각 장치들의 동작 환경을 설정하는 환경설정장치; 상기 계측장치에서 측정된 계측자료들을 이용하여 상기 수배전 시스템의 전력공급 상태를 분석하는 전력품질 분석 장치; 상기 계측장치에서 측정된 계측자료들을 저장하고 상기 계측장치, 상기 전력품질장치, 상기 환경설정장치의 동작을 관리하는 전력로봇; 상기 전력로봇에 연결되어 상기 수배전 시스템의 전력공급 상태에 대한 정보를 시각화하여 보여주는 디지털 그래픽 단말장치;를 포함하는 디지털 그래픽 수배전 시스템을 개시한다.

Description

디지털 그래픽 수배전 시스템{DIGITAL GRAPHIC SWITCHGEAR}

특고압을 저압으로 변환하여 아파트, 빌딩, 학교, 공장 등의 집단 전력수요처에 필요한 전력을 공급하는 중소규모 전력 공급 장치인 수배전반은 변압기 외에 최적운전제어기와 전력감시제어기 등을 포함하여 외부의 습기나 이물질 등의 유입을 차단하고 가설이 용이하도록 제작된다.

이러한 수배전반은 특고압을 저압으로 변환하는 변압기, 특고압 인입선로를 스위칭 하는 자동절체스위치, 파워퓨즈, 계기용 변류기, 차단기 및 배선용 차단기가 하나의 함체 내에 복층구조로 배치되며, 저압측 제어패널에는 수배전에 관련된 전기적 특성, 수배전 환경, 장비이력, 지수관리 및 표준관리 정보 등의 기능선택 및 표시를 위한 각종 계측기기와 스위칭장비가 마련되어 있다.

그러나 전통적인 수배전반의 저압측 제어 패널부에 설치되는 각종 스위치 장치 및 계측 기기들은 그 구성이 복잡하고 또한 조작법도 난해하여 숙련된 관리자가 아니면 쉽게 다룰 수 없는 단점을 가지고 있다. 특히, 아날로그 또는 디지털 방식의 디스플레이를 가지는 각종 계측 기기들이 해당 기기들의 선택 및 제어를 위한 스위치 장치들과 함께 제어패널 상에 넓게 산재되어 있기 때문에 수배전반 조작에 전문적 지식이 요구되어 별도로 수배전반 관리 전문가를 양성해야 하는 부담도 있다.

최근 디지털 계전기, 디지털 전력량계 원격검침 등의 발전 상황을 보면 중전기기의 디지털화가 급속도로 이루어지고 있음을 쉽게 알 수 있다. 수배전반 또한 마찬가지로 초기에는 아날로그 식으로 모든 조작이 수동적으로 이루어졌으나, 90년대 중반부터 현재까지 일체화, 전자화 및 디지털화가 급속하게 진행되어 왔다. 따라서 수배전반 내에 마이크로프로세서가 내장되기에 이르렀으며 수많은 데이터가 내부에서 처리되고 있다.

컴퓨터의 급속한 발달로 인해 이러한 데이터 저장 시스템에는 사람이 파악하고 판단하기에 불가능할 정도로 매우 방대하고 다양한 데이터가 존재하므로 이런 수많은 데이터들은 그룹화하고 분류될 필요가 있다. 이러한 시스템의 정보시각화(Information Visualization)는 사용자가 수많은 데이터를 효과적으로 파악하고, 분석 할 수 있는 새로운 분야가 되고 있다.

수배전반의 표시 판넬에 그래픽적인 기법을 도입함으로써 교육적 효과도 기대할 수 있다. 그러나 사용자가 쉽게 정보를 파악하고 공유하는 것이 매우 중요한 일이지만 최근까지 국내 수배전반에는 계측기기의 측정값 표시로 정보시각화 관점에서 접근한 것이 아니라 계측 값을 단지 보여주는 수준에 불과하였다.

더욱이 이런 상황과는 상반되게 중소규모 수용가 수배전반에는 현장 운영자가 아예 없거나 있더라고 전기에 대한 전문적인 지식이 없거나 혹은 수준이 낮은 초보자가 대부분인데, 이러한 상황에 맞추어 새롭게 개발되어 공급되고 있는 수배전반은 날이 갈수록 전문화, 고사양화 되어가는 추세이어서 실제 현장 운영자에게 효과적인 지식과 정보의 전달 및 교육 사정은 점점 더 악화일로에 있다 할 것이다.

또한 수배전반에는 여러 가지 장비가 통합되어 있는데 그중 변압기는 과부하, 온도상승 혹은 절연물 열화 등에 의해 사고로 이어질 수 있는 요소들이 항시 존재한다. 이러한 위험요소를 사고가 발생하기 이전에 분석하고 예상하는 것이 무엇보다 중요한데, 일반 수배전반의 경우 위급상황이 발생하면 현장 운영자가 상태를 손쉽게 파악하고 조치를 취하기가 힘들었고 따라서 사고의 파급은 더욱더 확산될 수 있는 위험을 가지고 있었다.

본 발명은 실시간으로 수배전반의 전력상태 및 정보를 효과적으로 보여주며, 사고를 사전에 예방하기 위해 수배전반의 방대한 측정 데이터들의 정보 시각화는 시스템 관리 및 유지보수에 필수적이라 할 수 있다.

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로, 본 발명의 목적은 중소규모 수용가 수배전반 관리에 필요한 주요 5대 정보 즉, 화재지수, 출력감쇄지수, 전력컨디션지수, 수배전반 선로품질지수 및 종합 품질지수를 디지털 그래픽 환경으로 처리하여 시각적으로 나타내 주는 디지털 그래픽 수배전 시스템을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 디지털 그래픽을 통한 수배전반의 각종 데이터의 표시를 터치스크린 등 모니터 장치로 구성하여 사용자 편의성을 더욱 강화시킨 디지털 그래픽 수배전 시스템을 제공하는데 있다.

이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 디지털 그래픽 수배전 시스템의 구성을 보여주는 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 디지털 그래픽 수배전 시스템은 전력로봇(100), 디지털 그래픽 단말장치(200), 전력품질 분석 장치(300), 계측장치(400), 환경설정장치(500), 무선통신장치(600) 등을 포함하여 구성된다.

상기 전력로봇(100)은 디지털 그래픽 수배전 시스템의 계측자료 저장기능, 전력품질분석 알고리즘을 이용한 연산기능, 사고정보 관리 및 분석자료 제공 및 이벤트 처리를 위한 무인운전시스템으로, 계측장비와 디지털 그래픽 단말 장치 및 전력품질 분석 장치의 인터페이스를 담당하고 시스템운전에 필요한 모든 정보를 저장 관리한다.

도 2는 도 1의 전력로봇의 구성을 보여주는 도면이다. 도 2를 참조하면, 상기 전력로봇(100)은 운영체제(110), 시스템 환경 관리부(120), 메모리부(130), 통신부(140), 장비처리부(150), 데이터 중앙연산 처리부(160), 데이터 로깅부(170), 파일관리부(180) 및 입출력 처리부(190)로 구성된다.

상기 운영체제(110)는 상기 전력로봇(100)을 구동하기 위한 것으로 본 발명의 실시 예에서는 임베디드 리눅스(Embedded Linux)를 기본 운영체제로 사용하여 365일 24시간 안정적인 시스템 동작이 가능하도록 하였다.

상기 시스템 환경관리부(120)는 전력로봇(100)에 연결되어 있는 장비의 종류, 장비 번호, 포트번호, 스위치 조작방법, 입력과 출력단 등의 계측장비 정보와 터치스크린 및 주변연동 장치의 정보관리를 한다.

상기 메모리부(130)는 계측장비로부터 실시간으로 수집하는 정보를 저장하거나, 전력로봇(100)에서 공통으로 사용하는 정보를 저장하기 위한 것이다.

상기 통신부(140)는 디지털 그래픽 단말장치(200), 전력품질 분석 장치(300), 계측장치(400) 등과 전력로봇(100)과의 통신을 담당한다.

상기 통신부(140)는 RS485통신부(141), RS232C통신부(142), TCP/IP통신부(143) 및 CDMA통신부(144)를 포함하여 구성되며, 통신방식은 RS485, RS232방식, CDMA방식, TCP/IP, UDP, FTP방식 등 다양한 통신방식을 이용한다.

상기 장비처리부(150)는 디지털 계측장치의 데이터를 수집하는 데이터 계측부(151), 계측장비의 설정 및 제어를 담당하는 계측장비 제어부(152), 디지털 계측장치와 전력로봇(100) 간의 전문(Log) 처리를 위한 전문변환부(153), 디지털 계측장치의 통신상태 등을 관리하는 통신감시부(154)로 구성된다.

상기 데이터 중앙연산 처리부(160)는 수집된 데이터의 분석, 알고리즘에 의한 지수산출, 경보이벤트 발생, 자료저장 등을 담당한다. 상기 데이터 중앙연산 처리부는 데이터 정합성 감시 및 디지털 계측기기 경보이벤트를 처리하는 감시부(161), 전력품질 분석 장치에 의한 지수산출계산을 담당하는 지수 연산부(162), 전력품질 분석 장치에 의한 이벤트 발생 및 해제를 담당하는 경보관리부(163), 고주파, 사고파형 등 이벤트에 대한 계측정보를 관리하는 사고정보 관리부(164), 터치스크린 및 전력품질 분석 장치 간의 전문(Log) 변환을 담당하는 전문변환부(165)로 구성된다.

상기 데이터 로깅부(170)는 디지털 계측장치 설정값 변경, 시스템 조작, 시스템 제어 등의 주요사항에 대하여 모든 전문내용을 로깅(logging)한다.

상기 파일관리부(180)는 전력로봇(100)에 저장하는 모든 파일의 정보를 관리한다.

상기 입출력 처리부(190)는 상기 전력로봇(100)에 연동되는 입력전문, 파일 전송 및 수신, 환경설정정보 등을 관리한다.

상기 디지털 그래픽 단말장치(200)는 수배전반의 디지털화로 산재된 방대한 정보를 효과적으로 분석하여 정보시각화(Information Visualization)를 위하여 디지털 그래픽 기술로 구현하며, 계측장비의 디스플레이 부를 통합하여 터치스크린방식에 의해 운전 및 조작할 수 있도록 일원화 하였으며 편리하고 쉽게 전력관리를 할 수 있도록 구성된다.

상기 디지털 그래픽 단말장치(200)는 자가진단 표시부, 일상운전 표시부, 계측정보 표시부, 스위치조작 표시부, 전력컨디션 표시부, 예측정보 표시부, 표준관리 표시부 및 환경정보 표시부를 포함하여 구성된다.

도 3a는 상기 자가진단 표시부의 표시상태를 보여주는 도면으로, 도 3a를 참조하면 상기 자가진단 표시부에서는 수배전 시스템의 결선도, 운전상태, 종합품질에 대한 정보, 화재지수, 전력컨디션, 출력감쇄, 선로품질에 대한 정보를 보여준다. 또한, 수배전반의 입체적 단면도를 보여준다.

도 3b는 상기 일상운전 표시부의 표시상태를 보여주는 도면으로, 도 3b를 참조하면 상기 일상운전 표시부는 일상운전의 기본 화면으로 전압, 전류, 역률, 전력 등을 디지털 및 아날로그로 표시하며 각 상별 계측치를 그래프로 보여준다.

도 3c는 상기 계측정보 표시부의 표시상태를 보여주는 도면으로, 도 3c를 참조하면 상기 계측정보 표시부에서는 디지털 계측기의 계측화면을 보여주고, 계측화면에서의 정보선택을 자유롭게 할 수 있게 해주며, 디지털 기기류의 동작상태를 확인할 수도 있다.

도 3d는 상기 스위치조작 표시부의 표시상태를 보여주는 도면으로, 도 3d를 참조하면 상기 스위치조작 표시부에서는 스위치조작을 위한 기본 스위치류의 배치와 동작상태를 보여주고 최대수요전력 피크제어 및 역률제어모드선택을 할 수도 있다.

도 3e는 상기 전력컨디션 표시부의 표시상태를 보여주는 도면으로, 도 3e를 참조하면 상기 전력컨디션 표시부에서는 종합품질지수, 화재지수, 전력컨디션지수, 출력감쇄지수, 선로품질지수를 지수화로 나타내어 수배전 시스템의 종합적인 상태를 보여준다.

도 3f는 상기 예측정보 표시부의 표시상태를 보여주는 도면으로, 도 3f를 참조하면 상기 예측정보 표시부에서는 사용가능전력, 전류, 겉보기전력, 불평형률, 역률, 변압기 온도, 15분 디맨드, 부하율의 과거 누적 데이터, 현재 누적 데이터를 통하여 원하는 미래의 수치를 예측할 수 있도록 한다. 이러한 예측정보를 이용하여 조작자는 앞으로 발생할 수 있는 상황을 예상하고 수배전 시스템의 예지운전을 할 수 있다.

도 3g는 상기 표준관리 표시부의 표시상태를 보여주는 도면으로, 도 3g를 참조하면 상기 표준관리 표시부에서는 전력 파라메타에 대한 기존관리목표 값을 설정하여 계측 값이 기준범위를 초과할 경우 3단계의 경보를 나타낸다.

도 3h는 상기 환경설정 표시부의 표시상태를 보여주는 도면으로, 도 3h를 참조하면 상기 환경설정 표시부에서는 수배전 시스템의 네트워크설정, 경보설정, 브리핑정보, 화면/음향조절, 시뮬레이션, A/S정보의 설정화면 및 정보를 보여준다.

도 3a 내지 도 3h에서 볼 수 있는 바와 같이 본 발명의 실시 예에 따른 수배전 시스템에서는 웹기반 네트워크 운전, 예지학습운전, 계기의 통합화 시각화 운전, 시계열 기법의 예측운전, 사이버 캐릭터 무인운전, 고조파 측정 등 전력파라미터를 모아 전력품질분석, 지수화기술, 자동 A/S신청을 통한 사이버 A/S망 구축, MMI 기술을 이용한 편리한 환경설정 등이 가능하다.

상기 전력품질 분석 장치(300)는 계측장비에 의해 계측된 각종 정보 중 전력품질에 관련된 정보인 전압, 전류, 역률, 불평형률, 피크, 유효 및 무효전력, 부하율, 주파수, 온도 등의 실시간 감시정보를 분석하는 시스템으로 안전운전에 필요한 모든 정보를 저장, 분석, 관리하는 기능을 한다.

상기 전력품질 분석 장치(300)는 ⅰ) 전압, 전류, 역률, 불평형률, 피크, 유효 및 무효전력, 부하율, 주파수, 온도 등을 실시간 감시하고 제어하는 전력 감시부, ⅱ) 채널별 누설전류를 감시하는 누설 감시부, ⅲ) 순간정전, 과전압 등 사고파형을 감시하는 고조파 감시부, ⅳ) 디지털 계측정보, 누설전류, 사고파형을 분석하는 자료 분석부, ⅴ) 목표전력 관리를 위한 피크전력 저장 및 관리를 하는 피크 관리부, ⅵ) 수배전반 스위치 조작정보를 관리하는 스위치 관리부, ⅶ) 전력품질 분석 장치에 의해 지수를 분석하는 지수 분석부, ⅷ) 수배전반에서 발생하는 이벤트를 통보하고 종합적으로 관리하는 경보 관리부, ⅸ) 일일, 주간, 월간, 연간 보고서를 관리하는 보고서 관리부를 포함하여 구성된다.

상기 환경설정장치(500)는 ⅰ) 전력로봇과 환경설정 프로그램의 통신설정을 위한 전력로봇 설정부, ⅱ) 사용자 아이디. 패스워드 등의 사용자 권한 설정하는 사용자 설정부, ⅲ) 디지털 계측장치의 포트, 아이디 및 채널을 설정하는 장비설정부, ⅳ) 수배전반 형식에 따른 스위치 설정을 하는 스위치 설정부, ⅴ) 디지털 계측장치 설정값을 입력하고 변경하는 계측기기값 설정부, ⅵ) 표준 관리 값을 설정하고 경보범위의 지수 값을 설정하는 표준 관리 값 설정부, ⅶ) 웹기반 전력감시 서비스와 관련된 정보를 설정하는 웹기반 전력감시 설정부를 포함하여 구성된다.

도 4는 도 1의 계측장치의 구성을 보여주는 도면이다.

도 4를 참조하면 상기 계측장치(400)는 ⅰ) 전압, 전류, 역률, 피크, 불평형률, 부하율, 무효전력, 유효전력, 온도, 주파수, 경보상태 등 현장 장비의 각종 계측 값을 측정하는 계측기들, ⅱ) 누설전류를 측정하는 누전 경보기, ⅲ) 현재파형을 측정하는 파형캡처기, ⅳ)각 채널의 상태를 감시하는 입/출력 접점 감시기를 포함하여 구성된다.

이하 상기와 같이 구성된 본 발명의 실시 예에 따른 디지털 그래픽 수배전 시스템의 동작에 대하여 설명한다.

도 5a 및 5b는 상기 전력로봇의 시스템 환경 설정 업무의 흐름도이다.

도 5a 및 5b를 참조하면, 먼저 환경설정을 위해서 주변 환경을 검증하고(S110), 전력로봇의 환경설정을 한다(S200). 전력로봇 설정은 전력로봇 네트워크 정보 설정과 전력로봇 데이터 저장방법 설정 등이 포함된다.

전력로봇의 환경설정이 완료되지 않는 동안에는 환경설정을 검증한 후 재설정을 하고(S210,S220), 완료되면 사용자 정보를 설정한다(S300).

사용자 정보 설정 시에는 관리자 ID 및 암호를 설정하고, 일반사용자의 ID와 암호를 설정한다.

사용자 정보설정이 완료되지 않으면 사용자정보를 재설정한다(S310, S320), 완료되면 장비이력의 설정을 한다(S400).

장비이력 설정은 수배전반의 주요 장비(변압기, 차단기 등)의 이력사항과 전력로봇 포트의 사용여부 설정한다.

장비설정이 완료되지 않으면 장비설정을 재설정하고(S410,S420), 완료되면 디지털 계측기의 설정을 한다(S500).

디지털 계측기 설정은 지능형 디지털전력제어기, 누전경보기, 파형캡처기 장비의 기본값 설정과 경보레벨을 설정한다.

디지털 계측기 설정이 완료되지 않으면 디지털 계측기 설정을 재설정하고(S510, S520), 완료되면 스위치를 설정한다(S600).

스위치 설정은 수배전반의 형태를 선택하고 스위치 및 피크/역률 채널의 사용여부를 설정한다.

스위치 설정이 완료되지 않으면 스위치를 재설정하고(S610, S620), 완료되면 표준관리수치를 설정한다(S700).

표준관리수치 설정은 표준 관리 값과 지수 값의 관리 기준값과 경보 레벨을 설정한다.

표준관리수치 설정이 완료되지 않으면 표준관리수치 재설정하고(S710, S720), 완료되면 웹기반 전력감시 서비스를 설정한다(S800).

웹기반 전력감시 서비스 설정은 통신방식과 사용자 ID 등을 설정한다.

웹기반 전력감시 서비스 설정이 완료되지 않으면 웹기반 전력감시 서비스 재설정을 한다(S810, S820).

도 6은 상기 전력로봇의 정보수집업무 흐름도이다.

전력로봇(100)은 디지털 수배전 시스템에 탑재되어 있는 디지털 계측장비로부터 현장에서 검출되는 계측 값을 실시간으로 수집하여 전력품질 분석 장치 등을 이용하여 지수 값 산출 및 기타 자료를 산출하여 시스템의 운영에 활용하며 상기 전력로봇(100)이 자료를 수집하는 절차는 다음과 같다.

도 6을 참조하면, 먼저 자료 수집을 하기 전에 디지털 계측장치, 통신환경을 검증하고 자료수집 스케줄을 작성한다.

다음, 전력계측 정보수집, 접점상태 정보수집, 고조파 파형 수집을 시작한다. 전력계측 정보, 접점상태 정보, 고조파 파형 정보의 수집이 완료되면 버퍼에 저장하고 완료되지 않으면 오류처리하고 오류로그를 기록한 후 다음처리로 넘어간다.

상기 버퍼에 저장된 정보는 메모리부에 저장되고, 메모리부에 저장된 정보는 데이터 중앙 연산 처리부에서 읽혀져 데이터 연산에 이용된다.

도 7은 전력품질 분석 장치에 의해 지수를 계산하는 것을 보여주는 순서도이다.

전력품질 분석장치(300)는 디지털 계측장치, 전력의 고조파 계측장치 및 누전경보기의 계측정보를 이용하여 수배전반 운영상태, 전력감시와 품질분석, 경보이벤트, 사고파형 등을 전력품질 분석 알고리즘을 이용하여, 이를 다시 지수로 표현하고 화재지수, 전력컨디션 지수, 출력감쇄 지수, 선로품질 지수를 계산하여 상기 4가지 지수를 이용하여 종합품질지수를 산출한다.

먼저, 지수계산을 하기 전에 디지털 계측장치로부터 자료를 수집하여 수집한 정보를 메모리부에 저장한 후, 각 지수산출 알고리즘과 연동한다. 상기 지수산출 알고리즘을 이용하여 각 지수를 산출한 후 각 산출 결과 값을 종합하여 종합지수를 산출한다.

먼저, 상기 화재지수는 누설전류, TR온도, 과전압, 결상 및 접촉 불량 지수를 이용하여 수배전반 화재발생 가능성을 지수로 나타낸 것이다.

상기 전력컨디션 지수는 전압, 부하율, 역률, 부하 불평형 및 왜형률 지수를 이용하여 수배전반 상태를 지수로 나타낸 것이다.

상기 출력감쇄지수는 전압, TR손실률, TR온도, 역률 및 부하 불평형 지수를 수배전반의 출력감쇄 정도를 지수로 나타낸 것이다.

상기 선로품질지수는 전압변동률, 순간전압강하(SAG)/순간전압상승(SWELL), 순간정전(SAIDI : System Average Interruption Duration Index), 왜형률 및 부하 불평형 지수를 수배전반의 선로품질을 지수로 나타낸 것이다.

이하에서는 상기 지수들에 대하여 좀 더 상세히 설명한다.

상기 화재지수를 계산하는 데에는 누설전류, TR온도, 과전압, 결상, 접촉 불량 등의 요소가 이용된다.

각상에 설치된 온도센서를 이용하여 접촉 불량시의 온도상승을 포착한다.

누설전류는 영상변류기(ZCT)로부터 측정하며, 최대허용치를 초과할 경우 화재위험률이 100%라고 판정한다. 중소규모 수용가 배전반은 22.9kV로 수전을 받아 변압기를 통하여 380V 및 220V의 저압으로 낮추어 수용가에 전력을 공급하므로, 매우 높은 전압이 수배전반을 통과하기 때문에 수배전반 내에 연결부위에 접촉 불량이 발생할 경우 이것을 매우 위험할 수 있다. 접촉 불량으로 인한 과열, 합선 및 누전, 아크가 발생할 수 있기 때문이다.

터미널에서의 접촉 불량은 발열을 초래하게 되고 이러한 발열은 온도센서에 의하여 측정된다. 누설전류와 마찬가지로 센서에 기준 온도 값을 상회하는 온도가 측정될 경우 화재위험확률 100%로 판정한다.

국내 배전용 변압기 과부하 판정기준은 단기간 정격의 최대 130%까지 허용하고 있다. 하지만, 변압기의 효율적, 경제적 사용을 위해서는 단시간 과부하를 고려하여야 하며 변압기가 비정상적인 수명손실을 일으키는 범주를 설정해야만 할 것이다. IEEE, IEC, JEC 등의 국외 규정들은 절연물의 최고 허용온도를 절연물 종류별로 제시를 하고 있으며, 1~2시간의 단시간 과부하인 경우 각기 다르게 적용하고 있다.

본 발명에서는 이러한 변압기의 비정상적인 수명손실 여부의 판정기준을 이 변압기 절연물의 허용온도로 보고 있다.

대표적인 변압기의 종류에는 크게 몰드식과 유입식이 있다. 유입식 변압기의 경우 변압기 최상부 유온을 센서로 측정하여 측정된 온도로부터 권선최고온점을 추정할 수 있다. 건식 변압기는 권선에 센서를 설치하여 역시 권선최고온점을 추정할 수 있다. 이 추정된 최고온점이 허용기준을 넘어설 경우 화재위험지수를 100%로 판정한다.

계통에서 과전압의 원인은 낙뢰, 선로의 사고, 차단기의 개폐동작 혹은 고장, 비선형/선형 공진, 부하의 급격한 변화, 캐패시터 스위칭 등으로 여러 가지가 있다. 전선로에 걸리는 고전압에 의해 권선의 절연이 파괴되고 결국 소손될 수가 있다. 그러나 피뢰기에 의해 보호가 되므로 실제로 일어날 가능성은 적지만 화재의 가능성을 고려해보면 한번의 순간과전압에 의해 절연이 파괴될 수 있으므로 과전압 또한 수배전반 실무 사용자가 반드시 주시해야 할 항목이다. 본 발명에서는 정격 2차 전압의 130% 이상의 과전압이 발생시 화재위험확률 100%로 예측한다.

마지막으로 3상중에 결상이 생길 경우 과전류가 흐를 수 있으며 이로 인하여 화재위험이 매우 크므로 결상을 검출하여 화재지수로 이용하였다. 각 상의 전류를 측정하여 어느 하나라도 전류가 흐르지 않는다면 결상으로 판정한다.

본 발명에서는 위의 5가지 요소에 대해서 각각 한계 기준치를 설정하였다. 5가지 요소 중 어느 한 가지라도 한계 기준치를 넘어서면 화재위험 가능성이 매우 높다고 보았다. 각 요소들의 한계기준치는 아래 표 1과 같다.

데이터한계기준치	누설전류	접촉 불량	변압기 최고온도	과전압	결상
한계값	변압기 용량에 따라 누설전류 허용치가 다름	80도	절연물 종류에 따라 허용 온도가 다름	130%	3상 전류 중 1상전류가 0

다음은 전력컨디션 지수 산출과정을 설명한다.

전력컨디션 지수는 전압, 부하율, 역률, 부하 불평형, 왜형률을 종합하여 중요도에 따라 가중치를 적용하여 지수화 시킨다.

전압은 전기사업법 시행규칙 제 18조(전기의 품질수준)에 의거하여 측정된 변압기 2차 선간전압이 전압유지범위 내에 있을 때 알고리즘에 의해 지수화 시키고 전압유지범위를 벗어날 경우 지수를 0%로 하여 가장 낮은 지수를 나타낸다.

부하율은 종합피상전력에 변압기 용량을 나누어 백분율로 계산하고 산출된 값을 알고리즘에 의해 지수화 시킨다. 부하율이 130%를 초과할 경우 지수를 0%로 하여 가장 낮은 지수를 나타낸다.

국내에서 부하역률은 90% 이상을 유지해야 한다. 역률 90%를 유지하면 전기요금에 불이익을 받지 않으며 이 90%를 기준역률이라 총칭하고 있다.

기준역률을 유지하기 위하여 "콘덴서 설치용량 기준표"에 의한 적정용량의 콘덴서를 개개 사용설비별로 설치하되 사용설비와 동시에 개폐되도록 해야 한다.

역률은 전력품질 분석 장치에서 산출하여 알고리즘에 의해 0~100%로 지수화 시킨다.

부하 불평형은 전류 불평형률을 산출하고 3배의 정격상전류에 대한 각 상전류의 합을 전류불평형에 곱하여 산출한 후 알고리즘에 의해 지수화 시킨다.

고조파 전류의 발생원은 대부분 전력전자소자를 사용하는 기기에서 발생한다. 기존의 아날로그식 수배전반과 달리 근래의 수배전반은 전자화, 디지털화 되어 전력전자소자가 많이 이용되고 있다. 고조파는 기본파에 대하여 그의 정수배를 갖는 주파수를 말하고, 통상 왜형파의 질을 나타내는 수치로 종합전압왜형률(Total harmonic Distortion: THD) 및 고조파 함유율로 나타낼 수 있다. 한국전력공사 전기공급 약관에 의하면 66kV 이하의 지중선로 및 가공선로가 있는 변전소에서 공급하는 수용가에 대하여 전압왜형률 3%로 규정하고 있다. 3%의 전압왜형률을 한계치로 설정하고 알고리즘에 의해 지수화 시킨다.

전력컨디션 지수는 전력상태를 얼마나 효과적이고 시각적으로 사용자에게 표현해주느냐에 주 관점을 두고 있다. 따라서 화재알고리즘과 달리 한계 기준치를 초과한다고 해서 바로 위험상태라고 판정하지 않고, 5가지 지수를 모두 조합하여 중요도에 따라 가중치를 적용하여 지수화 시킨다.

출력감쇄 지수는 전압, 변압기손실률, 변압기온도, 역률, 부하불평형의 지수를 중요도에 따라 가중치를 적용하여 지수로 나타낸다.

전압, 변압기온도, 역률, 부하 불평형은 앞의 화재지수, 전력컨디션 지수에서와 같이 지수화 시키고, 변압기손실률은 수배전반 내 변압기에서 고조파와 같은 방해요인에 의한 변압기 출력 저하시키는 요인으로 작용하여 이를 지수화 시킨다.

변압기에서 전력고조파 발생시 와전류 손실이 발생되고 이 손실정도를 k-factor로 표현한다. k-factor를 이용하여 변압기 손실률을 구하여 지수화 시킨다.

선로품질 지수는 전압변동률, 순간전압강하(Sag)/순간전압상승(Swell), 순간정전(SAIDI), 왜형률, 부하 불평형을 종합하여 중요도에 따라 가중치를 적용하여 지수화 시킨다.

전압변동률은 측정된 전압 중 최대 값과 최소 값을 구하여 최소 값에 대한 최대값, 최소 값의 차의 비로 하여 백분율로 계산하고 지수화 시킨다.

순간전압강하/순간전압상승은 파형캡처기에서 측정된 순간전압강하/순간전압상승 횟수를 구하여 지수화 시킨다. 또한 리셋 기능을 추가하여 횟수를 0으로 할 수 있게 한다. 순간전압강하는 기준전압이 90%이하로 감소하여 0.5~30 싸이클(cycle) 이내로 지속될 때를 말하며, 순간전압 상승은 기준전압이 110% 이상 상승하여 0.5~30 싸이클(cycle) 이내로 지속될 때를 말한다.

순간정전은 기준전압이 10%이하로 감소하여 0.5~180 싸이클(cycle) 이내로 지속될 경우를 말하며 순간정전 지속시간을 산출하여 지수화 시킨다. 또한 리셋 기능을 추가하여 순간정전 지속시간을 0으로 할 수 있게 한다.

왜형률과 부하 불평형은 전력컨디션 지수와 출력감쇄 지수에서 구한 것과 같다.

이상에서, 본 발명의 구성 및 동작을 상기한 설명 및 도면에 따라 도시하였지만, 이는 예를 들어 설명한 것에 불과하며 본 발명의 기술적 사상 및 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화 및 변경이 가능함은 물론이다.

본 발명의 실시 예에 따른 디지털 수배전 시스템을 이용하여 네트워크 학습 진화운전, 원격 무인지능화 운전, 이벤트 데이터베이스화 및 지능학습제어, 고장원인 분석 및 자동복구, 전기기종별 요금 환산 및 예측, 가상 전기요금 절감 시뮬레이션이 가능하도록 구현할 수도 있다.

상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 터치스크린 등 감시제어가 가능한 모니터의 도입으로 한층 사용자인터페이스를 향상시키는 효과와 수배전반의 여러 측정 데이터를 5가지 지수에 의해 실시간으로 측정하고 조합하여 전문지식이 없는 초보자도 쉽게 현 상태를 파악할 수 있는 효과가 있다.

또한 본 발명은 전기화재를 예방하는 차원에서 화재 확률을 지수로 표현하고 고조파에 의한 변압기 출력의 감쇄율 정도를 표현하며 자체 진단 기능을 갖추는 등 수배전반의 다양하고 방대한 정보를 효과적으로 사용자에게 전달하는 효과를 갖는다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 디지털 그래픽 수배전 시스템의 구성을 보여주는 도면.

도 2는 도 1의 전력로봇의 구성을 보여주는 도면.

도 3a 내지 도 3h는 디지털 그래픽 단말 장치의 화면들을 보여주는 도면.

도 4는 도 1의 계측장치의 구성을 보여주는 도면.

도 5a 및 5b는 상기 전력로봇의 시스템 환경 설정 업무의 흐름도.

도 6은 상기 전력로봇의 정보수집업무 흐름도.

본 발명에 따른 도면들에서 실질적으로 동일한 구성과 기능을 가진 구성요소들에 대하여는 동일한 참조부호를 사용한다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

100 : 전력로봇 200 : 디지털 그래픽 단말장치

300 : 전력품질 분석장치 400 : 계측장치

500 : 환경설정장치 600 : 무선통신장치

Claims

외부로부터 입력받은 전력을 부하에 공급하는 수배전 시스템에 있어서,

상기 수배전 시스템의 각 장치들에 대한 상태를 측정하는 계측장치;

상기 수배전 시스템의 각 장치들의 동작 환경을 설정하는 환경설정장치;

상기 계측장치에서 측정된 계측자료들을 이용하여 상기 수배전 시스템의 전력공급 상태를 분석하는 전력품질 분석 장치;

상기 계측장치에서 측정된 계측자료들을 저장하고 상기 계측장치, 상기 전력품질장치, 상기 환경설정장치의 동작을 관리하는 전력로봇;

상기 전력로봇에 연결되어 상기 수배전 시스템의 전력공급 상태에 대한 정보를 시각화하여 보여주는 디지털 그래픽 단말 장치;를 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털 그래픽 수배전 시스템.
제 1항에 있어서,

상기 전력로봇은:

상기 전력로봇을 구동하기 위한 운영체제;

상기 전력로봇에 연결되어 있는 장비들의 정보를 저장하고 각 장비들의 동작환경을 관리하는 시스템 환경 관리부;

상기 계측장치로부터 실시간으로 수집되는 정보를 저장하고 상기 전력로봇에서 사용하는 정보를 저장하기 위한 메모리;

상기 전력로봇과 상기 수배전 시스템의 각 장치들 간의 통신을 담당하는 통신부;

상기 계측장치의 동작을 관리하는 장비처리부;

수집된 데이터를 분석하는 데이터 중앙연산 처리부;

상기 수배전 시스템의 동작에 대한 로그를 기록하는 데이터 로깅부;

상기 전력로봇에 저장되는 모든 파일의 정보를 관리하는 파일관리부;

상기 전력로봇에 송수신되는 데이터를 관리하는 입출력 처리부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털 그래픽 수배전 시스템.
제 1항에 있어서,

상기 전력품질 분석 장치는:

전압, 전류, 역률, 불평형률, 피크, 유효 및 무효전력, 부하율, 주파수, 온도 등을 실시간 감시하고 제어하는 전력 감시부;

채널별 누설전류를 감시하는 누전 감시부;

순간정전, 과전압 등 사고파형을 감시하는 고조파 감시부;

디지털 계측정보, 누설전류, 사고파형을 분석하는 자료 분석부;

목표전력 관리를 위한 피크전력 저장 및 관리를 하는 피크 관리부;

수배전반 스위치 조작정보를 관리하는 스위치 관리부;

전력품질 분석 장치에 의해 지수를 분석하는 지수 분석부;

수배전반에서 발생하는 이벤트를 통보하고 종합적으로 관리하는 경보 관리부;

일일, 주간, 월간, 연간 보고서를 관리하는 보고서 관리부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털 그래픽 수배전 시스템.
제 1항에 있어서,

상기 계측장치는:

전압, 전류, 역률, 피크, 불평형률, 부하율, 무효전력, 유효전력, 온도, 주파수, 경보상태 등 현장 장비의 각종 계측 값을 측정하는 계측기들;

누설전류를 측정하는 누전 경보기;

현재파형을 측정하는 파형캡처기;

각 채널의 상태를 감시하는 입/출력 접점 감시기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털 그래픽 수배전 시스템.
제 1항에 있어서,

상기 환경설정장치는:

전력로봇과 환경설정 프로그램의 통신설정을 위한 전력로봇 설정부;

사용자 아이디, 패스워드 등의 사용자 권한 설정하는 사용자 설정부;

디지털 계측장치의 포트, 아이디 및 채널을 설정하는 장비설정부;

수배전반 형식에 따른 스위치 설정을 하는 스위치 설정부;

디지털 계측장치 설정값을 입력하고 변경하는 계측 기기값 설정부;

표준 관리 값을 설정하고 경보범위의 지수 값을 설정하는 표준 관리 값 설정부;

웹기반 전력감시 서비스와 관련된 정보를 설정하는 웹기반 전력감시 설정부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털 그래픽 수배전 시스템.
제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 디지털 그래픽 단말장치는 자가진단 표시부, 일상운전 표시부, 계측정보 표시부, 스위치조작 표시부, 전력컨디션 표시부, 예측정보 표시부, 표준관리 표시부 및 환경정보 표시부를 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털 그래픽 수배전 시스템.
제 6항에 있어서,

상기 자가진단 표시부는 수배전 시스템의 결선도, 운전상태, 종합품질에 대한 정보, 화재지수, 전력컨디션지수, 출력감쇄지수, 선로품질지수를 표시하는 것을 특징으로 하는 디지털 그래픽 수배전 시스템.
제 7항에 있어서,

상기 화재지수는 누설전류, TR온도, 과전압, 결상 및 접촉 불량을 포함하는 항목들 중 어느 하나 이상의 항목들을 이용하여 계산되는 것을 특징으로 하는 디지털 그래픽 수배전 시스템.
제 7항에 있어서,

상기 전력컨디션 지수는 전압, 부하율, 역률, 부하 불평형 및 왜형률을 포함하는 항목들 중 어느 하나 이상의 항목들을 이용하여 계산되는 것을 특징으로 하는 디지털 그래픽 수배전 시스템.
제 7항에 있어서,

상기 출력감쇄지수는 전압, TR손실률, TR온도, 역률 및 부하 불평형을 포함하는 항목들 중 어느 하나 이상의 항목들을 이용하여 계산되는 것을 특징으로 하는 디지털 그래픽 수배전 시스템.
제 7항에 있어서,

상기 선로품질지수는 전압변동률, 순간전압강하(SAG)/순간전압상승(SWELL), 순간정전시간(SAIDI), 왜형률 및 부하 불평형을 포함하는 항목들 중 어느 하나 이상의 항목들을 이용하여 계산되는 것을 특징으로 하는 디지털 그래픽 수배전 시스템.
제 7항에 있어서,

상기 종합품질지수는 상기 화재지수, 전력컨디션지수, 출력감쇄지수 및 선로품질지수를 이용하여 계산되는 것을 특징으로 하는 디지털 그래픽 수배전 시스템.
제 6항에 있어서,

상기 일상운전 표시부는 전압, 전류, 역률, 전력을 디지털 및 아날로그로 표시하는 것을 특징으로 하는 디지털 그래픽 수배전 시스템.
제 6항에 있어서,

상기 계측정보 표시부는 디지털 계측기의 계측화면을 보여주고 계측화면에서의 정보선택을 자유롭게 할 수 있는 것을 특징으로 하는 디지털 그래픽 수배전 시스템.
제 6항에 있어서,

상기 스위치조작 표시부는 스위치조작을 위한 기본 스위치류의 배치와 동작상태를 보여주고 최대수요전력제어 및 역률제어모드 선택을 할 수 있도록 하여 최적의 운전 및 제어를 할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 디지털 그래픽 수배전 시스템.
제 6항에 있어서,

상기 전력컨디션 표시부는 종합품질지수, 화재지수, 전력컨디션지수, 출력감쇄지수, 선로품질지수를 지수화 하여 보여주는 것을 특징으로 하는 디지털 그래픽 수배전 시스템.
제 6항에 있어서,

상기 예측정보 표시부는 사용가능전력, 전류, 겉보기전력, 불평형률, 역률, 변압기 온도, 15분 디맨드, 부하율을 보여주는 것을 특징으로 하는 디지털 그래픽 수배전 시스템.
제 6항에 있어서,

상기 환경정보 표시부는 상기 수배전 시스템의 네트워크 설정, 경보설정, 경보현황, 브리핑정보, 화면/음향조절, A/S정보의 설정화면을 보여주는 것을 특징으로 하는 디지털 그래픽 수배전 시스템.
제 6항에 있어서,

상기 디지털 그래픽 단말장치는 터치스크린 방식으로 동작하는 것을 특징으로 하는 디지털 그래픽 수배전 시스템.