KR20130114496A - 지락 과전류 계전기 및 그것의 작동 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 차단기 제어용으로 사용되는 지락 과전류 계전기에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 지락 과전류 계전기의 동작 방법은, 입력 전류를 감지하여 입력 전류 값을 산출하는 단계; 상기 입력 전류 값이 미리 정해진 기준 전류 값과 같거나 그보다 큰 경우, 계전 동작에 대한 블로킹 모드의 실행 여부를 판단하는 단계; 상기 블로킹 모드가 실행되는 것으로 판단되는 경우, 입력 전압을 감지하여 입력 전압 변동률을 산출하는 단계; 및 상기 입력 전압 변동률이 미리 정해진 기준 전압 변동률과 같거나 그보다 큰 경우, 상기 블로킹 모드를 해제하는 단계를 포함한다.

Description

지락 과전류 계전기 및 그것의 작동 방법{OVER CURRENT GROUND RELAY AND OPERATING METHOD THEREOF}
본 발명은 디지털 계전기에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로 차단기 제어용으로 사용되는 지락 과전류 계전기에 관한 것이다.
과전류 계전기(Over Current Relay)는, 일반적으로, 소정의 크기를 초과하는 전류의 검출에 응답하여 동작하는 계전기를 말한다. 이러한 과전류 계전기의 예로서, 지락 사고 시에 지락 전류의 크기에 따라 동작하는 지락 과전류 계전기(OCGR: Over Current Ground Relay)가 있다.
지락 과전류 계전기는 저항 접지 계통 또는 유효 접지 계통에서 지락 사고 발생 시에 미세한 지락 전류를 검출하여 사고 구간을 건전 구간으로부터 분리 보호할 수 있도록 설계된다. 따라서, 지락 과전류 계전기는 부하 기기의 기동 상태에 따른 돌입전류 또는 기동전류에 의해 오동작할 여지가 있다. 이를 방지하기 위해, 소정 시간 동안 지락 과전류 계전기의 계전 동작을 제한하는 블로킹 기능이 사용될 수 있다. 하지만, 지락 사고 발생 시에 이러한 블로킹 기능은 더 큰 사고의 원인이 될 수 있다.
본 발명의 목적은 안정적인 지락 사고 검출을 위한 지락 과전류 계전기 및 그것의 동작 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 지락 과전류 계전기의 동작 방법은, 입력 전류를 감지하여 입력 전류 값을 산출하는 단계; 상기 입력 전류 값이 미리 정해진 기준 전류 값과 같거나 그보다 큰 경우, 계전 동작에 대한 블로킹 모드의 실행 여부를 판단하는 단계; 상기 블로킹 모드가 실행되는 것으로 판단되는 경우, 입력 전압을 감지하여 입력 전압 변동률을 산출하는 단계; 및 상기 입력 전압 변동률이 미리 정해진 기준 전압 변동률과 같거나 그보다 큰 경우, 상기 블로킹 모드를 해제하는 단계를 포함한다.
실시 예에 있어서, 지락 과전류 계전기의 동작 방법은, 상기 입력 전압 변동률이 상기 기준 전압 변동률보다 작은 경우, 상기 블로킹 모드의 실행 시간과 미리 정해진 기준 시간의 비교 결과에 따라 상기 블로킹 모드를 해제하는 단계를 더 포함할 수 있다. 또한, 지락 과전류 계전기의 동작 방법은, 상기 블로킹 모드가 실행되지 않는 것으로 판단되거나 상기 블로킹 모드가 해제되는 경우, 차단기가 트립 동작을 수행하도록 트립 신호를 출력하는 단계를 더 포함할 수 있다.
실시 예에 있어서, 상기 블로킹 모드는 부하 기기의 기동에 응답하여 실행될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예는 계전 동작에 의해 부하 기기와 연결되는 차단기를 제어하는 지락 과전류 계전기에 관한 것이다. 상기 지락 과전류 계전기는, 입력 전류를 감지하여 입력 전류 값을 산출하는 전류 감지부; 상기 입력 전류 값이 미리 정해진 기준 전류 값과 같거나 그보다 큰 경우, 계전 동작에 대한 블로킹 모드의 실행 여부를 판단하는 판단부; 상기 블로킹 모드가 실행되는 것으로 판단되는 경우, 입력 전압을 감지하여 입력 전압 변동률을 산출하는 전압 감지부; 및 상기 입력 전압 변동률이 미리 정해진 기준 전압 변동률과 같거나 그보다 큰 경우, 상기 블로킹 모드를 해제하는 제어부를 포함한다.
실시 예에 있어서, 상기 지락 과전류 계전기는, 상기 블로킹 모드의 실행 시간을 측정하는 타이머를 더 포함할 수 있다. 그리고, 상기 제어부는, 상기 입력 전압 변동률이 상기 기준 전압 변동률보다 작은 경우, 상기 블로킹 모드의 실행 시간과 미리 정해진 기준 시간의 비교 결과에 따라 상기 블로킹 모드를 해제할 수 있다. 또한, 상기 지락 과전류 계전기는, 상기 블로킹 모드가 실행되지 않는 것으로 판단되거나 상기 블로킹 모드가 해제되는 경우, 상기 차단기가 트립 동작을 수행하도록 트립 신호를 출력하는 동작부를 더 포함할 수 있다.
실시 예에 있어서, 상기 제어부는, 상기 부하 기기의 기동에 응답하여 상기 블로킹 모드를 실행할 수 있다.
본 발명에 따른 지락 과전류 계전기에 의하면, 블로킹 모드가 실행되어 있는 상태에서 입력 전압 변동률을 이용하여 지락 사고가 발생한 것으로 판단되는 경우, 블로킹 시간과 무관하게 블로킹 모드가 해제되고, 계전 동작, 즉, 부하 기기로의 전원 인가를 차단하는 동작이 수행됨으로써, 블로킹 모드의 실행으로 인해 더 큰 사고가 초래되는 것을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 지락 과전류 보호 계전 시스템을 보여주는 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 지락 과전류 계전기의 동작 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세하게 설명하기 위하여, 본 발명의 실시 예가 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 하지만, 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고, 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통해 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 지락 과전류 보호 계전 시스템을 보여주는 블록도이다. 도 1을 참조하면, 지락 과전류 보호 계전 시스템(이하, ‘계전 시스템’이라고 칭함)은 지락 과전류 계전기(100), 차단기(200) 및 부하 기기(300)를 포함한다. 지락 과전류 계전기(100)는 전류 감지부(110), 전압 감지부(120), 판단부(130), 제어부(140), 동작부(150) 및 타이머(160)를 포함한다.
전류 감지부(110)는 입력 전류를 감지하여 입력 전류 값을 산출한다. 전류 감지부(110)는 아날로그 형태의 입력 전류를 디지털 형태의 입력 전류 값으로 변환하기 위해 아날로그-디지털 컨버터(A-D converter)를 포함할 수 있다. 입력 전류는 전원선, 예를 들어, 3상의 전원선(R, S, T) 및 중성선(N)에 흐르는 전류에 대응한다. 또한, 입력 전류는 변류기(CT: Current Transformer)에 의해 3상의 전원선(R, S, T)에 흐르는 전류로부터 변환된 전류일 수 있다.
여기서, 변류기는 교류의 큰 전류에서 그것에 비례하는 작은 전류를 얻음으로써 교류전류계의 측정범위를 확대하기 위해 사용되는 기기이다. 이러한 변류기의 구조는 변압기와 같은 성층철심에 권선수가 적은 1차 코일과 권선수가 많은 2차 코일을 감고, 2차 코일에는 전류계, 전력계 등의 측정장치를 연결한다. 또한, 변류기 1차 전류의 정격값은 수십 A(암페어)에서 수천 A까지 여러 가지가 있으나, 2차 전류의 정격값은 대부분 5A이고 1 및 2차 코일의 전류비는 각 코일의 권선수에 반비례한다.
전압 감지부(120)는 입력 전압을 감지하여 입력 전압 변동률을 산출한다. 입력 전압은 입력 전류와 같이 3상의 전원선(R, S, T) 및 중성선(N)에 인가된 전압에 대응한다. 입력 전압 변동률은 상전압의 변동률을 의미할 수 있다. 지락 사고가 발생하지 않는다면, 상전압은 0보다 큰 특정 값으로 일정하게 유지되어 입력 전압 변동률이 0일 수 있다. 반면, 지락 사고가 발생하면, 상전압이 0으로 감소함에 따라 입력 전압 변동률이 증가할 수 있다. 다시 말해, 입력 전압 변동률을 측정함으로써, 지락 사고 발생 여부가 판별될 수 있다.
판단부(130)는 입력 전류 값과 미리 정해진 기준 전류 값을 비교하고, 비교 결과에 따라 계전 동작에 대한 블로킹 모드(blocking mode)의 실행 여부를 판단한다. 계전 동작의 예로서, 차단기(200)의 트립(trip) 동작을 제어하기 위한 트립 신호가 출력될 수 있다.
여기서, 블로킹 모드란, 지락 사고와 같은 사고 발생 후에 소정 시간 동안 계전 동작을 차단하는 모드를 말한다. 이는, 부하 기기(300)의 기동 시에 발생하는 돌입전류, 기동전류 등에 의해 지락 과전류 계전기(100)가 의도하지 않게 동작하는 것을 방지하기 위함이다. 그리고, 트립 동작이란, 차단기에 발생하는 이상전류를 감지하면, 기계적인 접점을 개방함으로써 전원을 차단하는 동작을 말한다.
제어부(140)는 지락 과전류 계전기(100)의 전반적인 동작을 제어한다. 예를 들어, 제어부(140)는 부하 기기(300)의 기동에 응답하여 블로킹 모드를 실행할 수 있다. 또한, 제어부(140)는 판단부(130)의 판단 결과에 따라 블로킹 모드를 제어할 수 있다. 또한, 제어부(140)는 블로킹 모드의 실행 시간(이하, ‘블로킹 시간’이라고 칭함)과 미리 정해진 기준 시간의 비교 결과에 따라 블로킹 모드를 제어할 수 있다.
동작부(150)는 블로킹 모드의 실행 여부에 따라 계전 동작을 수행한다. 예를 들어, 블로킹 모드가 실행되는 경우, 동작부(150)는 비활성화되어, 입력 전류 값이 기준 전류 값보다 크더라도, 즉, 지락 과전류가 감지되더라도 트립 신호를 출력하지 않는다. 반면, 블로킹 모드가 해제되는 경우, 동작부(150)는 지락 과전류가 감지되면 트립 신호를 출력한다.
타이머(160)는 제어부(140)의 제어에 응답하여 블로킹 시간을 측정한다. 좀더 상세하게, 타이머(160)는 블로킹 모드가 실행되는 시점부터 시간을 카운트하고, 이를 실시간으로 제어부(140)에 전달할 수 있다.
차단기(200)는 공장, 빌딩 등의 배전 설비 중 주로 배전반에 설치되고, 지락 과전류 계전기(100)로부터 트립 신호의 수신에 따라 부하 기기(300)에 전원을 공급 또는 차단할 수 있다. 예를 들어, 차단기(200)는, 부하 기기(300)의 동작 중에 부하 전로에 이상 현상이 발생하여 부하 전류를 초과하는 대전류(大電流)가 흐르는 경우, 부하 전로의 전선 및 부하 기기(300)를 보호하기 위해 전원으로부터 부하 기기(300)로 공급되는 전원을 차단할 수 있다.
부하 기기(300)는 전동기를 포함할 수 있다. 이러한 전동기의 기동 상태에서, 전동기의 정력 전류의 수배에 달하는 전류의 발생이 수초 이상 지속할 수 있다. 이때, 지락 과전류 계전기(100)에 연결된 회로에 대전류가 흐를 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 지락 과전류 계전기(100)의 동작 방법을 설명하기 위한 순서도이다. 도 2를 참조하면, 우선, 입력 전류를 감지하여 입력 전류 값(I)을 산출하는 단계(S110)가 수행된다.
다음으로, 입력 전류 값(I)과 미리 정해진 기준 전류 값(IREF)을 비교하는 단계(S120)가 수행된다. 비교 결과, 입력 전류 값(I)이 기준 전류 값(IREF)과 같거나 그보다 큰 경우, 블로킹 모드의 실행 여부를 판단하는 단계(S130)가 수행된다. 접지와 연결되는 중성선(N, 도 1 참조)에서 검출되고, 기준 전류 값(IREF)과 같거나 그보다 큰 입력 전류(I)는 지락 과전류라고 칭할 수 있다. 기준 전류 값(IREF)은 지락 과전류 계전기(100)의 사용 환경, 예를 들어, 전동기의 용량, 기동 방식 등에 따라 다양하게 설정될 수 있다.
블로킹 모드가 실행되는 것으로 판단되는 경우, 입력 전압을 감지하여 입력 전압 변동률(ΔV)을 산출하는 단계(S140)가 수행된다. 이후, 입력 전압 변동률(ΔV)과 미리 정해진 기준 전압 변동률(ΔVREF)을 비교하는 단계(S150)가 수행된다. 비교 결과, 입력 전압 변동률(ΔV)이 기준 전압 변동률(ΔVREF)과 같거나 그보다 큰 경우, 즉, 지락 사고가 발생한 것으로 판단되는 경우, 블로킹 모드를 해제하는 단계(S160)가 수행된다.
반면, 입력 전압 변동률(ΔV)이 기준 전압 변동률(ΔVREF)보다 작은 경우, 블로킹 시간(TBLK)과 미리 정해진 기준 시간(TBLK)을 비교하는 단계(S170)가 수행된다. 비교 결과, 블로킹 시간(TBLK)이 기준 시간(TBLK)와 같거나 그보다 큰 경우, 블로킹 모드를 해제하는 단계(S160)가 수행된다.
블로킹 모드의 실행 여부를 판단하는 단계(S130)에서 블로킹 모드가 실행되지 않는 것으로 판단되거나 블로킹 모드가 해제되는 경우(S160), 계전 동작(S180)이 수행된다. 예를 들어, 차단기(200, 도 1 참조)가 트립 동작을 수행하도록 트립 신호가 출력될 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 지락 과전류 계전기에 의하면, 블로킹 모드가 실행되어 있는 상태에서 입력 전압 변동률(ΔV)을 이용하여 지락 사고가 발생한 것으로 판단되는 경우, 블로킹 시간과 무관하게 블로킹 모드가 해제되고, 계전 동작, 즉, 부하 기기(300)로의 전원 인가를 차단하는 동작이 수행될 수 있다. 따라서, 지락 사고 발생 시에 계전 동작을 소정 시간 동안 제한하는 블로킹 모드의 실행으로 인해 더 큰 사고가 초래되는 것을 방지할 수 있다.
본 명세서에 개시된 일 실시 예에 의하면, 상술한 방법은, 프로그램이 기록된 매체에 프로세서가 읽을 수 있는 코드로 구현하는 것이 가능하다. 프로세서가 읽을 수 있는 매체의 예로는, ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광 데이터 저장장치 등이 있으며, 캐리어 웨이브(예를 들어, 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다.
본 명세서에 개시된 실시 예들의 구성과 방법은 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 실시 예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.

Claims (4)

  1. 입력 전류를 감지하여 입력 전류 값을 산출하는 단계;
    상기 입력 전류 값이 미리 정해진 기준 전류 값과 같거나 그보다 큰 경우, 계전 동작에 대한 블로킹 모드의 실행 여부를 판단하는 단계;
    상기 블로킹 모드가 실행되는 것으로 판단되는 경우, 입력 전압을 감지하여 입력 전압 변동률을 산출하는 단계; 및
    상기 입력 전압 변동률이 미리 정해진 기준 전압 변동률과 같거나 그보다 큰 경우, 상기 블로킹 모드를 해제하는 단계를 포함하는 지락 과전류 계전기의 동작 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 입력 전압 변동률이 상기 기준 전압 변동률보다 작은 경우, 상기 블로킹 모드의 실행 시간과 미리 정해진 기준 시간의 비교 결과에 따라 상기 블로킹 모드를 해제하는 단계를 더 포함하는 지락 과전류 계전기의 동작 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 블로킹 모드가 실행되지 않는 것으로 판단되거나 상기 블로킹 모드가 해제되는 경우, 차단기가 트립 동작을 수행하도록 트립 신호를 출력하는 단계를 더 포함하는 지락 과전류 계전기의 동작 방법.
  4. 계전 동작에 의해 부하 기기와 연결되는 차단기를 제어하는 지락 과전류 계전기에 있어서:
    입력 전류를 감지하여 입력 전류 값을 산출하는 전류 감지부;
    상기 입력 전류 값이 미리 정해진 기준 전류 값과 같거나 그보다 큰 경우, 계전 동작에 대한 블로킹 모드의 실행 여부를 판단하는 판단부;
    상기 블로킹 모드가 실행되는 것으로 판단되는 경우, 입력 전압을 감지하여 입력 전압 변동률을 산출하는 전압 감지부; 및
    상기 입력 전압 변동률이 미리 정해진 기준 전압 변동률과 같거나 그보다 큰 경우, 상기 블로킹 모드를 해제하는 제어부를 포함하는 지락 과전류 계전기.
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