KR20100113390A

KR20100113390A - 전기철도의 분리 급전계통 보호 시스템

Info

Publication number: KR20100113390A
Application number: KR1020090031946A
Authority: KR
Inventors: 김영민; 김영섭; 이동호
Original assignee: 김영민
Priority date: 2009-04-13
Filing date: 2009-04-13
Publication date: 2010-10-21
Also published as: KR101028856B1

Abstract

본 발명에 따른 전기철도의 분리 급전계통 보호 시스템은 보조급전구분소에 변류기 및 계기용 변압기 등 시설 일부를 추가하고 이를 개량하며 거리계전기의 보호방향, 보호거리, 작동시간 등을 조절하여 전차선 사고의 경우 사고가 난 전차선구간 만 선택 차단하여 정전시키고 다른 건전 구간은 운행을 계속할 수 있으며, 보조 급전구분소 및 급전구분소 내부 단권변압기 고장의 경우에도 고장난 단권변압기기가 전압을 지원하는 선차선 구간만을 선택 차단하여 정전시키고 다른 건전 구간은 무정전 운행을 가능하게 하는 것을 특징으로 한다. 또한 고장 점 위치의 표정은 별도의 표정 장치 없이 고장 점 양단에 설치된 거리 계전기에 표시되는 고장 점의 거리를 산술적 평균을 구하여 비교적 정확하게 고장 점을 표정할 수 있음으로 고장점 표정장치를 제외함으로서 설비비용을 절감할 수 있는 보호 장치이다.

전기철도, 분리 급전계통 보호 시스템, 변전소(SS), 급전구분소(SP), 거리계전기, 차단기, 보조 급전구분소(SSP)

Description

전기철도의 분리 급전계통 보호 시스템{Protection system for Non-parallel Power Supply System of Electric Railway}

제1도는 종래 분리급전 방식의 급전시스템의 개략도이다.

제2도는 본 발명에 따른 분리급전계통의 보조 급전구분소의 개량방안을 표시하는 개략도이다.

제3도는 본 발명에 따른 분리급전계통 보호 시스템의 동작순서를 보여주는 개략도이다.

* 도면의 주요부호에 대한 간단한 설명 *

SS : 변전소 SSP : 보조 급전구분소

SP : 급전구분소 AS : 에어 섹션

AT : 단권변압기

a, b, c, d, e, f, g, h, i, j, k , l, : 거리계전기

PT : 계기용 변압기, 27 : 저전압 계전기

52A, 52B, 52C, 52D, 52E, 52F, 52G, 52H, 52I, 52J, 52Z : 차단기

발명의 분야

본 발명은 전기철도의 급전계통 보호 시스템에 관한 것이다. 보다 구체적으로 본 발명은 고장 지점의 위치에 따라 고장 지점에 공급하는 전력을 선택 차단하여 정전 구간을 최소화하고 고장점 표정을 거리계전기로 가능하게 하여 설비비용을 감축하게 하는 전기철도의 분리 급전계통 보호 시스템에 관한 것이다.

발명의 배경

우리나라의 기존 전기철도의 급전 시스템은 분리 급전 방식이다. 이러한 분리 급전 방식은 도1에 도시된 바와 같이 변전소(SS: Sub Station), 보조 급전구분소(SSP: Sub-Sectioning Post) 및 급전 구분소(SP: Sectioning Post) 로 구성되어 있으며, 전압강하 보상 및 통신유도 장해를 줄이는 단권변압기(AT)가 설치된 보조 급전구분소(SSP: Sub Sectioning Post)가 상하행 전차선에 직렬로 연결되어 있다.

이와 같은 분리 급전 방식은 상행선과 하행선이 서로 연결되어 있지 않기 때문에 상하행 전차선의 전압 강하가 동일하지 않고, 이로 인하여 전차가 상하행선을 교차할 때 전차선에 아크가 발생하며, 전차선로의 경사구간에서 하강하는 전차에서 발생한 잉여 전력을 상구배로 올라가는 전차에 공급하여 전력을 사용하게 하므로 서 회생제동 효율을 높일 수 있도록 급전 구분소(SP)에 상하행선을 연결(Tie)선으 로 병렬로 연결하였다. 이 상하행선 병렬로 인하여 전차선에 고장이 발생하면, 예를 들어 도1의 상행선 F2지점에 고장이 발생하면 변전소에 설치한 거리 계전기(a)가 동작하여 차단기 52A를 개방하나 하행선에서 병렬차단기 52F를 경유한 역 방향 전류는 계속하여 고장 점 F2에 흐르므로 거리 계전기(b)도 동작하게 되어 52B가 개방됨으로 상행선 고장이 전계통의 정전으로 발전하게 된다.

이러한 분리 급전 방식은 전차선의 전압강하를 방지하고 정상적인 전압을 유지하기 위해 설치한 단권변압기에 고장이 발생한 경우(예를 들어 그림 1의 단권변압기 AT5의 고장 시) 단권변압기의 고장을 감지, 보호할 수 있는 계전기가 없어 선로 고장과 동일한 이유로 전 계통의 모든 차단기가 동작하여 계통 전체가 완전히 정전된다.

이 때 철도의 재가동을 위하여 전 계통의 차단기를 재투입하면 선로 고장과 같이 상하행선 연결(Tie)선에 설치된 Tie차단기 52F를 개방하지 않은 경우에는 모든 차단기가 동작하여 다시 완전 정전이 되나 52F를 개방하였을 때에는 고장 점이 제거되지 않은 상행선만 투입되지 않으나 고장점이 선로인지 단권변압기인지를 구분할 수 없음으로 고장 난 단권변압기를 찾는 것은 상당히 어렵게 된다. 이때에는 52A를 투입하고 미리 개방되어 있던 차단기 52C, 52G를 하나씩 투입하여 차단기 52A가 동작하면 비로소 고장이 발생한 단권변압기가 찾아진다.

상행선과 하행선 중 어느 선로의 고장인지, 단권변압기 중 어느 변압기의 고장인지를 확인하기 위해 이와 같이 차단기로 고장 선로 또는 단권변압기에 대하여 투입 개방을 여러 번 되풀이하여 개폐를 반복해야 하므로 차단기뿐만 아니라 선 로의 정상부분도 심한 스트레스를 받아 그 수명을 치명적인 단축함으로서 그 유지보수에 많은 경비와 시간이 소요된다.

이에 본 출원인은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 선로 고장의 경우 선로 중 고장 구간만을 선택 차단하고, 또 고장 확률이 가장 높은 단권변압기 고장의 경우 고장이 난 단권변압기가 전력을 공급하는 구간만을 선택 제거하고 다른 건전구간의 운행이 가능한 새로운 형태의 전기철도의 분리 급전계통 보호시스템을 개발하기에 이른 것이다.

본 발명의 목적은 분리 급전계통의 전기철도를 선로의 고장 구간 또는 단권변압기를 선택 차단함으로서 고장구간에 한하여 최소 구간만 정전하고 반대 측 선로를 포함하여 고장선로상의 다른 건전구간은 정전 없이 운전을 계속할 수 있는 보호시스템을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 다른 목적은 선로사고 및 단권변압기 고장의 선택 차단이 매우 어려운 종래 전기철도 분리 급전시스템을 용이하게 개량할 수 있는 전기철도의 분리 급전계통 보호 시스템을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 또 다른 목적을 구체적으로 적시하여 설명하면 선로 사고의 경우 같은 운행 방향의 선로를 포함한 건전 구간의 운전이 계속되도록 하는 보호시스템, 예를 들면 도1의 F2점에 사고가 발생하면 SSP1과 SSP2사이의 구간만 정전하고 사고가 발생하지 않은 다른 구간의 전차선과 반대쪽 즉 하행선 전차선은 정전 없이 전 철의 운행이 가능한 전기철도의 분리 급전계통 보호 시스템을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 보조 급전구분소 또는 급전구분소의 단권변압기 고장의 경우 예를 들면 도1 또는 도3의 AT5가 고장일 경우 SSP1와 SSP2의 차단기 52C와 52G를 개방함으로서 단권변압기 AT5를 포함한 SSP1과 SSP2사이의 구간만 정전하고 상행선의 다른 건전구간과 하행 전차선 전구간은 정전 없이 운행이 가능한 분리 급전계통 보호 시스템을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 고장 점 각각의 위치에 따라 선택 차단하기 때문에 고장점 표정 장치 없이 고장 점 양단에 설치되어 고장을 감지하여 동작한 거리 계전기 자체의 거리 표정 값을 산술 평균함으로서 큰 오차 없는 고장위치 파악이 가능한 전기철도의 분리 급전계통 보호 시스템을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 고장점 표정위치를 보호용 거리계전기의 표정거리를 산술적 합산 평균치를 도출함으로서 고가의 고장점 표정장치를 별도로 구비하지 않음으로써 시스템 설치비용을 절약할 수 있는 전기철도의 분리 급전계통 보호 시스템을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 고장 지점을 찾기 위해 종래 요구되었던 차단기 및 조작 기구를 고장상태에서 반복하여 개폐를 하지 않아도 됨으로써 건전한 전차선이 받는 스트레스를 줄이고 차단기의 수명을 획기적으로 연장할 수 있으며 이에 따라 유지보수에 필요한 경비와 시간을 감축할 수 있는 전기철도의 분리 급전계통 보호 시스템을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 상기 및 기타의 목적들은 상세히 설명되는 본 발명에 의하여 모두 달성될 수 있다. 이하 본 발명의 내용을 하기에 상세히 설명한다.

발명의 요약

본 발명에 따른 전기철도의 분리 급전계통 보호 시스템은 적어도 하나의 변전소(SS1), 보조 급전구분소(SSP1) 및 급전구분소(SP)를 구비한다.

이러한 전기철도의 급전계통 보호 시스템에 있어서, 본 발명의 보조급전구분소는, 전차선에 연결된 제1단권변압기(AT3), 상기 단권변압기(AT3)와 전차선의 연결을 끊는 에어섹션(AS), 상기 에어섹션의 전후 전차선을 연결하는 제1 차단기(52C)와 상기 차단기(52C)의 양쪽에 제1 및 제2 변류기(CT1, CT2)를 장비하고, 제1 변류기(CT1)에 연결되어 변전소 쪽을 보호 방향으로 하고 고장 감지 시 제1 차단기(52C)를 작동시키는 제1 거리계전기(e)와 이 거리계전기에 전압 요소를 공급하는 계기용변압기(PT)를 포함하여 이루어지며 동시에 동일한 보조급전구분소(SSP1)에는 제2 변류기(CT2)에 연결되어 보조급전구분소(SSP2) 쪽을 보호 방향으로 하고 고장 감지 시 제1 차단기(52C)를 작동시키는 제2 거리계전기(g)와 이 거리계전기에 전압 요소를 공급하는 계기용변압기(PT)를 포함하여 이루어진다.

이 때, 제1 및 제2 거리계전기의 보호방향은 상기 보조 급전구분소로부터 외부를 향한다.

제1, 2 거리계전기는 서로 이웃하는 변전소(SS1), 보조 급전구분소(SSP2) 또 는 급전구분소(SP)와의 사이에서 고장이 발생하여 고장 전류가 흐를 때에는 Zone1로 보호하여 제1 작동시간에 동작하고 자신이 속하는 보조 급전구분소(SSP1) 내부에서의 고장전류는 후방리취(Back reach)로 보호하여 제1 작동시간에 동작하고, 이를 벗어난 범위에서 고장이 발생하여 고장전류가 흐를 경우 거리계전기의 Zone 2로 보호하여 상기 제1 작동시간 보다 긴 제2 작동시간에 동작한다.

또한 본 발명의 급전구분소는 전기철도의 상행선에 연결된 제2 단권변압기(AT7), 전기철도의 상행선에 연결된 연장 급전용 차단기(52E)와 제3 단권변압기(AT9), 하행선에 연결된 연장 급전용 차단기(52I)와 제4 단권변압기(AT8)와 제5 단권변압기(AT10) 및 상하행선을 병렬 연결한 Tie선을 차단하는 제4 차단기(52F)으로 구성되어 있다. 동시에 고장 보호와 고장 전류의 흐르는 방향을 감지하기 위하여 상하행선에 제3 변류기(CT9)와 제4 변류기(CT10)과 이들 변류기에 연결되어 있고 보호 방향이 보조급전구분소(SSP2)를 향하고 고장을 감지하였을 때 차단기(52F) 및 52E를 작동시키는 거리계전기(c) 및 이 거리계전기에 전압 요소을 공급하는 계기용변압기, 또 보호 방향이 보조급전구분소(SSP2)를 향하고 고장을 감지하였을 때 차단기(52F) 및 52I를 작동시키는 거리 계전기(d) 및 이 거리계전기에 전압 요소을 공급하는 계기용변압기로 구성되어 있다. 급전 구분점이후의 설비는 앞부분과 대칭되게 구성되어 있다.

본 발명의 변전소는 상하행 전차선으로 연결되는 연결선 각각에, 전차선으로의 전기 공급을 차단하는 변전소 주 차단기(52A, 52B), 제5, 6 변류기(CT11, CT12), 단권변압기(AT1, AT2), 및 상기 변류기에 연결되어 있으며, 변전소로부터 외부를 향하는 보호방향을 가지며, 고장전류 감지 시 상기 변전소 차단기(52A)를 작동시키는 변전소 거리계전기(a)와 차단기52B를 작동시키는 변전소 거리계전기(b) 로 구성된다.

본 발명에서 급전구분소(SP)에 설치되어 있는 제5, 6 거리계전기(c, d) 및 변전소(SS1)에 설치되어 있는 거리계전기(a, b)는 보호방향이 외부방향이며 설치 점과 이웃하는 보조 급전구분소(SSP1 또는 SSP2) 와의 사이에서 고장이 발생하여 고장전류가 흐르는 경우는 각 거리계전기의 Zone1로 보호하여 제1 작동시간에 작동하고 거리계전기가 설치되어 있는 변전소 또는 급전구분소(SP) 내부의 고장 예를 들면 전차선이나 단권변압기의 고장으로 고장 전류가 흐르는 경우에는 후방리취로 보호하여 제1 작동시간 내에 동작하고, 이를 벗어난 동일 전차선 내에 고장이 발생하여 고장전류가 흐를 경우 상기 제1 작동시간보다 긴 제2 작동시간에 동작하며, 상기 변전소 거리계전기(a, b)는 반대 전차선에 고장전류가 상기 제2 작동시간을 경과한 이후에도 계속 흐를 경우 상기 제2 작동시간보다 긴 제3 작동시간에 동작하므로 써 고장이 선택 차단되도록 한다.

본 발명에서 제1 작동시간과 제2 작동시간의 차이 및 제2 작동시간과 제3 작동시간의 시간 차이는 차단기 작동시간 이상의 시간차를 갖도록 한다.

이하 본 발명의 구체적 내용을 하기에 상세히 설명한다.

발명의 구체예에 대한 상세한 설명

본 발명에 따른 전기철도의 분리 급전계통 보호 시스템은 상하행 전차선 중 한쪽 전차선에서 고장이 발생한 경우, 고장이 발생한 전차선의 고장 구간만 정전시키고 같은 선로 내일지라도 다른 건전 구간을 포함하여 반대 방향의 전차선로는 무정전으로 운행을 계속할 수 있으며, 예를 들면 도3의 F2점 고장 시 보조급전구분소(SSP1)에 설치되어 있는 거리계전기(g)의 Zone1이 동작하여 차단기 52C를 개방하고 거리계전기(i)의 Zone1이 동작하여 차단기 52G를 개방하므로 서 선로는 보조급전구분소(SSP1)에서 보조급전구분소(SSP2)사이만 정전되고, 또 보조 급전구분소(SSP) 및 급전구분소(SP)의 단권변압기 고장 시 고장 난 단권변압기가 전원을 고급하는 구간만을 정전시키고, 예를 들면 그림3에서 AT5가 고장이 난 경우 거리계전기(i)의 후방리취(Back reach)가 동작하여 차단기(52G)를 개방하고 거리계전기(g)는 Zone1이 동작하여 차단기(52C)를 개방함으로서 선로는 보조급전구분소(SSP1)에서 보조급전구분소(SSP2)사이만 정전되고 상행선의 다른 건전구간과 하행선 전체는 정전 없이 선로 고장 때와 같이 전철 운행이 모두 가능하도록 하는 급전계통 보호 시스템을 제공하고자 한다.

이를 위해 본 발명에 따른 분리 급전계통 보호 시스템에서는 도2에 도시된 바와 같이 보조 급전구분소(SSP1)를 전차선에 연결된 제1 단권변압기(AT3), 상기 단권변압기(AT3)와 전차선의 연결을 끊는 에어섹션(AS), 상기 에어섹션의 전후 전차선을 연결하는 제1 차단기(52C)와 상기 차단기(52C)의 양쪽에 제1 및 제2 변류기(CT1, CT2)를 장비하고, 제1 변류기(CT1)에 연결되어 변전소 쪽을 보호 방향으로 하고 고장 감지 시 제1차단기(52C)를 작동시키는 제1거리계전기(e)와 이 거리 계전기에 전압 요소를 공급하는 계기용 변압기(PT)를 포함하여 이루어지며 동시에 동일 한 보조급전구분소(SSP1)에는 제2 변류기(CT2)에 연결되어 보조구분소(SSP2) 쪽을 보호 방향으로 하고 고장 감지 시 제1차단기(52C)를 작동시키는 제2거리계전기(g)와 이 거리 계전기에 전압 요소를 공급하는 계기용 변압기(PT)도 포함하여 이루어진다.

전기철도의 보조급전구분소에는, 도3과 같이 보조급전구분소(SSP1, SSP2)에 변류기(CT1∼CT8)와 이들 변류기에 연결한 거리계전기(e∼l)를 보호방향이 서로 반대가 되도록 추가하여 설치함으로써 용이하게 본 발명에 따른 보조급전구분소로 개조할 수 있다.

본 발명의 보조급전구분소에 설치된 거리계전기(e∼l)는 도3에 실선 화살표로 표시한 바와 같이 보조급전구분소로부터 외부를 향하는 계전기 보호방향을 갖도록 한다. 거리계전기(e)는 상행선 전차선에서 에어섹션(AS1)을 기준으로 상행쪽(도면에서 왼쪽)으로 흐르는 고장전류를 감지하도록 보호방향을 설정하고, 거리계전기(g)는 에어섹션(AS1)을 기준으로 하행쪽(도면에서 오른쪽)으로 흐르는 고장 전류를 감지하도록 거리계전기(e)와 반대 방향으로 보호방향을 설정하며, 거리계전기(f)는 하행선 전차선에서 에어섹션(AS2)을 기준으로 상행쪽(도면에서 왼쪽)으로 흐르는 고장전류를 감지하도록 보호방향을 설정하고, 거리계전기(h)는 에어섹션(AS2)를 기준으로 하행쪽(도면에서 오른쪽)으로 흐르는 고장 전류를 감지하도록 거리계전기(f)와 반대 방향으로 보호방향을 설정한다.

따라서 에어섹션(AS1)을 중심으로 변전소(SS1) 쪽에서 선로 사고가 난 경우 거리계전기(e)의 Zone1이 작동하여 제1 작동시간에 차단기(52C)를 차단시키고, 보 조급전구분소(SSP2)와의 사이의 선로에서 사고가 난 경우 거리계전기(g)의 Zone1이 작동하여 제1 작동시간에 차단기(52C)를 차단시킨다. 그리고 하행선에서 에어섹션(AS2)를 중심으로 변전소(SS1) 쪽 선로에서 사고가 난 경우 거리계전기(f)의 Zone1이 작동하여 제 1작동시간에 작동하여 차단기(52D)를 차단시키고, 보조급전구분소(SSP2)와의 사이의 사고는 거리계전기(h)의 Zone1이 작동하여 제1 작동시간에 작동하여 차단기(52D)를 차단시킨다. 다른 고장 구간에서도 고장전류를 감지하는 해당 거리계전기가 각각 작동하여 대응되는 차단기를 차단함으로서 사고가 나지 않은 전차선에서 사고가 난 전차선 쪽으로 고장전류가 흘러 계통 전체가 정전이 되는 것을 방지할 수 있다.

또한 예를 들어 단권변압기(AT3)가 고장인 경우에는 변전소의 거리계전기(a)의 Zone1이 동작하여 전원차단기(52A)를 개방하고 보조급전구분소(SSP1)에 설치되어 있는 거리계전기(e)의 후방리취(Back reach)로 고장전류를 감지하여 차단기(52C)를 차단시킴으로 고장 구간인 변전소(SS1)과 보조급전 구분소(SSP1)사이의 구간을 정전시켜 고장을 제거함으로 다른 건전 구간의 전기차의 운행을 계속할 수 있게 한다. 단권변압기(AT4)의 고장의 경우에는 변전소의 거리계전기(b)와 보조급전구분소(SSP1)의 거리계전기(f)가 고장전류를 감지하여 차단기(52D)를 차단시키므로 고장난 단권변압기가 전원을 공급하는 구간만 선택 차단하여 정전시킨다.

비용을 최소화하기 위해 급전구분소(SP)의 구성은 종래 전기철도의 급전구분소와 그 구성은 변경 없이 동일하게 유지한다. 다만 필요한 경우 계전기의 보호방향과 정정 값을 조정한다.

또한 단권변압기(AT7)에 고장이 발생한 경우 급전구분소(SP)에 설치한 거리계전기(c)의 후방리취(back reach)가 동작하여 차단기(52F)를 개방하여 병렬회로를 분리하고 보조급전구분소(SSP2)의 거리계전기(k)의 Zone 1이 동작하여 차단기 52G를 개방함으로서 단권변압기(AT7)을 포함한 보조급전구분소(SSP2)에서 급전구분소(SP)까지 사이의 구간만 제거함으로서 상하행선 전차선 어느 쪽도 정전되지 않도록 하여 다른 건전 구간은 운행을 계속할 수 있게 한다.

위와 같이 구성된 보조급전구분소(SSP1 및 SSP2)와 급전구분소(SP)의 거리계전기는 그 정정범위 및 정정시간을 다양하게 구성함으로써 보다 합리적이고 효율적인 보호 시스템을 구성할 수 있다.

본 발명에 따른 급전 시스템의 실시예로서 하나의 변전소가 담당하는 급전계통 내에 2개의 보조급전구분소(SSP1, SSP2)와 1개의 급전구분소(SP)가 설치되어 있는 도3을 참고로 본원발명에 따른 보호 시스템을 보다 상세히 설명한다.

도3에 도시되어 있는 바와 같이 2개의 보조급전급전소(SSP1)와(SSP2), 급전구분소(SP)는 위에서 설명한 본 발명에 따른 보조급전구분소 및 급전구분소와 동일하며, 변전소(SS1)는 상하행 전차선으로 각각 연결되는 연결선에, 전차선으로의 전기 공급을 차단하는 변전소 주차단기(52A, 52B), 변류기(CT11, CT12), 단권변압기(AT1, AT2), 및 상기 변류기에 각각 연결되어 있으며 고장전류 감지 시 상기 변전소 차단기를 작동시키는 변전소 거리계전기(a, b)가 구비되어 있다.

상기 변전소 거리계전기(a)와 거리계전기(b)는 변전소로부터 외부를 향하는 보호방향을 가지며, 고장전류 감지 시 상기 변전소 차단기(52A)와 차단기(52B)를 각각 작동시킨다.

위와 같이 변전소(SS1)에 의해 전기가 공급되는 계통 내에 구비되어 있는 총 12개의 거리계전기(a∼l)는 보호방향에 있어서 서로 이웃하는 변전소(SS), 보조급전구분소(SSP1) 또는 급전구분소(SP) 사이의 고장에는 Zone 1이 동작하여, 또 자신이 속하는 보조급전구분소(SSP1)와 급전구분소의 내부 고장으로 고장전류가 흐를 경우 거리계전기는 후방리취(back reach)가 동작하여 제1 작동시간에 동작하고, 이를 벗어난 범위에서 고장전류가 흐를 경우 Zone2가 제1 작동시간 보다 긴 제2 작동시간에 동작하도록 구성한다. 여기서 Zone1 또는 Zone2라 함은 SSP1이나 SP에서 고장 점까지의 거리 중 거리 계전기가 각각 담당하고 있는 구역을 의미하며, 동시에 이들 구역에 대응하는 거리계전기 내에 software적으로 정하여져 있는 보호구역이 있으므로 Zone은 이들 실 거리에 의한 보호구역과 거리 계전기 내부에 정하여져 있는 보호구역 2가지를 모두 가리키는 말이다. 지역적 Zone은 단위가 km 또는 m이나 거리 계전기는 이들을 전기적 단위인 [Ω]으로 인식한다.

또한 보조급전구분소 내부에 고장이 발생하는 경우 즉 보조급전구분소내의 전차선 또는 AT의 고장으로 고장전류가 흐를 경우 변전소 쪽에 설치되어 있는 거리계전기는 후방리취(Back reach)가 제1 작동시간에 동작하고, 보호대상의 지역적 Zone1의 한계인 상대방 보조급전구분소를 지난 거리에서 발생한 고장으로 보호방향이 동일한 전차선에서 고장전류가 흐를 경우 제1 작동시간 보다 긴 제2 작동시간에 동작하도록 구성한다.

변전소 거리계전기(a)와 거리계전기(b)의 경우, 반대쪽 전차선으로 고장전류 가 흐를 경우에는 제2 작동시간까지는 작동하지 않지만 일부 거리계전기 또는 차단기 등이 작동하지 않고, 즉 전위 보호 장치가 계통의 보호에 실패하는 경우 반대편 전차선에는 고장이 제거되지 않았음으로 인해 고장 전류가 계속하여 흐를 경우, 상기 제2 작동시간 보다 긴 제3 작동시간에 동작하도록 구성하여 전 계통을 정전하는 후위보호를 구축 한다.

상기 제1 내지 제3 작동시간, 즉 거리계전기의 정정시간은 합리적인 시간을 설정할 수 있으나, 위에서 설명한 각 계전기의 정정거리, 정정시간 등의 이해를 돕기 위해 제1 작동시간은 0.05초 이내로, 제2 작동시간은 0.25초, 제3 작동시간은 0.45초로 예시적으로 설정하여 나타내면 아래의 표와 같다(도3 참조).

일반적으로 거리계전기가 작동하면 거리계전기의 작동이 끝나는 순간을 기점으로 0.08초 후에 차단기 동작이 완료되어 차단이 완결됨으로 이를 적용하여 도3에서 상행 전차선의 F1 내지 F3 위치에서 고장이 발생한 경우 작동하는 계전기와 차단기 및 동작 완료시간(clear time) 등을 나타내면 다음과 같다.

위의 표에서 볼 수 있듯이 상행 전차선 F1, F2 및 F3 지점에 고장이 발생하는 경우 각 거리 계전기의 Zone1이 동작하여 상행 전차선과 연결된 모든 차단기(52A, 52C, 52F, 52G)는 0.13초에 차단이 완료되며, 이 차단시간보다 늦게 동작하도록 정정되어 있는 거리 계전기는 동작이 완료되기 이전에 고장이 제거됨으로 동작이 중단된다. 예를 들면 차단기(52B)와 연결된 거리계전기(b)의 경우 정정시간(0.45sec)이 상기 동작 완료시간(0.13sec) 보다 늦기 때문에 하행 전차선으로의 전기 공급을 차단하는 차단기(52B)는 작동하지 않는다. 즉, 하행선은 정전되지 않는다. 이와 같이 고장 구간만 선택 차단됨으로 곧 바로 고장구간을 파악할 수 있으며 상행선 고장 구간의 양단에 설치한 거리계전기에 표시된 고장 동작 지점의 거리를 산술적 평균을 계산함으로서 고장 점의 위치를 비교적 정밀하게 파악할 수 있다.

또한 도3에서 하행 전차선의 F4 내지 F6 위치에서 고장이 발생한 경우 작동하는 계전기와 차단기 및 동작 완료시간(clear time) 등을 나타내면 다음과 같다.

위 표에서 확인할 수 있듯이 하행선 선로고장의 경우에도 0.13초 만에 하행 전차선과 연결된 모든 차단기(52B, 52D, 52H, 52F, 52I)가 차단되며, 차단기(52A)와 연결된 거리계전기 a의 경우 정정시간(0.45sec)이 상기 차단완료시간(0.13sec) 보다 늦기 때문에 실질적으로 상행 전차선으로의 전기 공급을 차단하는 차단기(52A)는 작동하지 않는다. 즉, 상행 전차선은 정전되지 않는다.

위와 같이 한쪽 전차선의 고장에 의해 반대쪽 전차선이 정전되지 않기 위해 제3 작동시간은 제2 작동시간 보다 차단기 작동시간(일반적으로 0.08s) 이상 늦도록 설정하는 것이 바람직하다.

본 발명은 전차선사고의 경우 사고 선로 중 사고가 발생한 구간만 정전되고 사고가 나지 않은 건전 구간과 반대쪽 전차선은 정전 없이 전철의 운행이 가능하고, 보조급전구분소 또는 급전구분소의 단권변압기 고장의 경우 고장난 단권변압기가 전원을 공급하는 구간만 전차선로와 같이 정전되고 여타 건전구간과 반대 측 전차선은 정전 없이 전철의 운행이 가능하며, 고장 점 각각의 위치에 따라 고장 점 양단에 설치되어 있는 거리 계전기가 동작함으로 거리 계전기 자체에 내장되어 있는 거리 표정거리를 산술적 평균을 구함으로서 고장 위치를 비교적 정밀하게 파악할 수 있을 것으로 판단된다. 이와 같이 보호시스템을 개량함으로서 고장점 표정 장치를 구비하지 않아도 충분히 정밀한 고장 점을 표정할 수 있음으로 설치비용을 크게 절감할 수 있으며, 고장 지점을 찾기 위해 요구되었던 차단기의 고장 전류 투입 차단을 되풀이하지 않아도 되기 때문에 차단기의 수명이 크게 연장될 수 있으므로 차단기 유지보수에 필요한 경비와 시간을 절약할 수 있으며, 선로사고 및 단권변압기 고장에 취약한 종래 한국형 전기철도 시스템을 용이하게 개량할 수 있는 전기철도의 분리 급전계통 보호 시스템을 제공하는 효과를 갖는다.

본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 용이하게 실시 될 수 있으며, 이러한 변형이나 변경은 모두 본 발명의 영역에 포함되는 것으로 볼 수 있다.

Claims

적어도 하나의 변전소(SS1), 보조 급전구분소(SSP1) 및 급전구분소(SP)를 구비한 전기철도의 급전계통 보호 시스템에 있어서, 상기 보조 급전구분소는

전차선에 연결된 제1 단권변압기(AT3);

상기 단권변압기(AT3)와 전차선 사이의 연결을 차단하는 제1 차단기(52C);

전차선의 연결을 끊는 에어섹션(AS);

상기 에어섹션의 전후 전차선과 상기 차단기(52C) 사이 양쪽에 제1 및 제2 변류기(CT1, CT2)를 장비하여 에어섹션 전후 전차선을 직결하는 모선 또는 전선;

상기 변류기에 각각 연결되고, 서로 반대방향의 보호방향을 가지며, 고장전류 감지시 상기 차단기(52C)를 작동시키는 제1 및 제2 거리 계전기(e, g); 및

상기 제1 및 제2 거리 계전기에 전압 요소를 공급하는 계기용 변압기(PT);

를 포함하여 이루어지는 전기철도의 분리 급전계통 보호 시스템.
제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 거리 계전기의 보호방향은 상기 보조 급전구분소로부터 외부를 향하는 것을 특징으로 하는 전기철도의 분리 급전계통 보호 시스템.
제2항에 있어서, 상기 제1 및 제2 거리계전기는 계전기 보호방향에 있으면서 서로 이웃하는 변전소(SS1), 보조 급전구분소(SSP1) 또는 급전구분소(SP)와의 사이 및 자신이 속하는 보조 급전구분소(SSP1) 내부에서 고장이 발생하여 고장 전류가 흐르는 경우 거리 계전기는 제1 작동시간에 동작하고, 이를 벗어난 범위에서 고장이 발생하여 고장전류가 흐를 경우 상기 제1 작동시간보다 긴 제2 작동시간에 동작하도록 하는 것을 특징으로 하는 전기철도의 분리 급전계통 보호 시스템.
제1항에 있어서, 상기 급전구분소(SP)는

전기철도의 상행선에 연결된 제2, 3 단권변압기(AT7, AT9);

전기철도의 하행선에 연결된 제4, 5 단권변압기(AT8, AT10);

변전소의 정전을 대비하여 끊어져 있는 전차선 급전구분(NS)을 연장하도록 하여 다른 전원사이의 연장 급전을 위한 제2, 3 차단기(52E, 52I);

전차선 전압의 균일화와 회생제동 효율을 향상시키기 위하여 상하행선을 병렬로 연결하는 제4, 5 차단기(52F, 52J);

상행 전차선에 연결된 제3 변류기(CT9);

하행 전차선에 연결된 제4 변류기(CT10);

상기 제3 변류기에 연결되어 있고, 급전구분소로부터 외부를 향하는 보호방향을 가지며, 고장전류 감지시 상기 제2 차단기(52E)와 상기 제4 차단기(52F)를 작동시키는 제3 거리 계전기(c);

상기 제4 변류기(CT10)에 연결되어 있고, 급전구분소로부터 외부를 향하는 보호방향을 가지며, 고장전류 감지 시 상기 제4 차단기(52F)와 상기 제6 차단기(52I)를 작동시키는 제4 거리 계전기(d); 및

상기 제3 및 제4 거리 계전기에 전압 요소를 공급하는 계기용 변압기(PT);

를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기철도의 분리 급전계통 보호 시스템.
제1항에 있어서 상기 변전소는 상하행 전차선으로 연결되는 연결선 각각에,

전차선에 전기 공급을 차단하는 변전소 차단기(52A, 52B);

제5 및 제6 변류기(CT11, CT12);

단권변압기(AT1, AT2); 및

상기 제5 및 제6 변류기에 연결되어 있고, 변전소로부터 외부를 향하는 보호방향을 가지며, 고장전류 감지시 상기 변전소 차단기(52A, 52B)를 각각 작동시키는 변전소 거리계전기(a, b);

를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기철도의 분리 급전계통 보호 시스템.
제4항에 있어서 상기 제5, 6 거리계전기(c, d)는 보호방향이 서로 이웃하는 보조 급전구분소(SSP2)를 향하며 보조 급전구분소(SSP2)와 급전구분소(SP)의 사이에서 전차선 고장이 발생하여 고장전류가 흐르면 이들 각 거리계전기의 Zone1이, 또 급전구분소(SP) 내부에 고장이 발생하여 고장 전류가 흐를 경우에는 각 거리 계전기의 후방리취가 상기 제1 작동시간에 각각 동작하며, 이를 벗어난 동일 전차선 내에서 고장전류가 흐를 경우 상기 제2 작동시간에 동작하는 것을 특징으로 하는 전기철도의 분리 급전계통 보호 시스템.
제5항에 있어서 상기 변전소 거리계전기(a, b)는 보호방향이 서로 이웃하는 보조 급전구분소(SSP1)를 향하며 이들 사이에 고장이 발생하여 고장전류가 흐르면 각 거리계전기의 Zone1이, 자신이 속하는 변전소 내부에 고장전류가 흐를 경우에는 후방리취가 상기 제1 작동시간에 각각 동작하고, 이를 벗어난 동일 전차선 내에서 고장전류가 흐를 경우 상기 제2 작동시간에 동작하며, 반대 전차선에 고장전류가 상기 제2 작동시간을 경과한 이후에도 계속 흐를 경우 상기 제2 작동시간보다 긴 제3 작동시간 내에 동작하는 것을 특징으로 하는 전기철도의 분리 급전계통 보호 시스템.
제6항 또는 제7항에 있어서, 상기 제1 작동시간과 제2 작동시간의 차이 및 제2 작동시간과 제3 작동시간의 차이는 차단기 작동시간 이상인 것을 특징으로 하는 전기철도의 분리 급전계통 보호 시스템.