KR20140041094A - 배전선로의 전압 감시 장치 - Google Patents

배전선로의 전압 감시 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 배전선로의 전압 감시 장치에 관한 것으로 선로의 유도전압을 입력받아 펄스를 생성하는 펄스생성부, 펄스생성부에 의해 생성되는 펄스를 카운트하는 펄스카운터, 선로의 유도전압의 제로크로스를 검출하는 제로크로스 검출부, 선로의 유도전압을 검출하는 전압검출부 및 펄스카운터로부터 입력되는 펄스카운트 결과, 제로크로스 검출부로부터 입력되는 제로크로스 검출결과 및 전압검출부로부터 입력되는 검출전압에 기초하여 선로의 유도전압이 상용전압인지 여부를 판단하는 제어부를 포함하여 구성되며, 본 발명에 따르면 선로의 유도전압이 상용전압인지 여부를 정확하게 판단할 수 있기 때문에 선로에 고조파 성분이 유입되는 경우에도 선로의 사활 상태를 정확하게 검출할 수 있다.

Description

배전선로의 전압 감시 장치{APPARATUS FOR MONITORING VOLTAGE OF DISTRIBUTION LINE}
본 발명은 배전선로의 전압 감시 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 배전선로의 유도전압으로부터 검출된 주파수와 크기를 이용하여 배전선로의 유도전압이 상용전압인지 여부를 정확하게 판단함으로써 배전선로의 사활 상태를 정확하게 감시할 수 있도록 한 배전선로의 전압 감시 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 변전소에서 직접 수용가에 전력을 분배하기 위한 배전선로의 사활 상태를 검출하는 방법은 아래와 같이 두 가지로 구분할 수 있다.
먼저, 도 1의 (a)에 도시된 바와 같이, 옥외 철구형 변전소의 경우 계기용 변성기를 선로에 직접 연결하여 배전선로의 사활 상태를 검출한다. 한편, 도 1의 (b)에 도시된 바와 같이, GIS 변전소 등에서는 인출 케이블에 전압 감시 장치(LPS; Line Potential Signaller)를 설치하여 배전선로에 유도된 전압으로부터 배전선로의 사활 상태를 검출한다.
이 중에서 두 번째 방법에 의하면, 단순히 검출되는 전압의 크기만을 이용하여 사활 상태를 검출하기 때문에, 배전선로에 기본 주파수(fundamental frequency) 성분 외에 고조파(harmonics) 성분의 전압이 유입되거나 잡음 신호가 유입되는 경우, 배전선로가 사선 상태임에도 불구하고 활선 상태로 잘못 판단될 수 있는 문제점이 있다.
한편, 고객의 전기 설비에서 고조파 수용부하가 점점 증가하고 이에 따라 전원측으로의 고조파 유입량 또한 증가하고 있는 추세이다. 따라서, 정확하고 신뢰성 높은 배전선로의 사활 상태 검출이 요구되는 실정이다.
관련 선행기술로는 대한민국 공개특허공보 제10-2011-0099923호(2011.09.09 공개, 발명의 명칭 : 배전선로 점검장치)가 있다.
본 발명은 전술한 문제점을 개선하기 위해 창안된 것으로서, 배전선로의 유도전압으로부터 검출된 주파수와 크기를 이용하여 배전선로의 유도전압이 상용전압인지 여부를 정확하게 판단하고 고조파 성분의 유입량을 검출하여 선로의 사활 상태 검출의 신뢰성을 향상시킬 수 있도록 하는 배전선로의 전압 감시 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 배전선로의 전압 감시 장치는 선로의 유도전압을 입력받아 펄스를 생성하는 펄스생성부; 상기 펄스생성부에 의해 생성되는 펄스를 카운트하는 펄스카운터; 상기 선로의 유도전압의 제로크로스를 검출하는 제로크로스 검출부; 상기 선로의 유도전압을 검출하는 전압검출부; 및 상기 펄스카운터로부터 입력되는 펄스카운트 결과, 상기 제로크로스 검출부로부터 입력되는 제로크로스 검출결과 및 상기 전압검출부로부터 입력되는 검출전압에 기초하여 상기 선로의 유도전압이 상용전압인지 여부를 판단하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 상기 제어부는 상기 검출전압의 크기가 기준범위에 속하고, 상기 펄스카운트 결과에 기초한 주기가 상기 제로크로스 검출결과에 기초한 주기와 일치하는 경우에 상기 선로의 유도전압이 상용전압인 것으로 판단하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 상기 제어부는 상기 선로의 유도전압이 상용전압인 것으로 판단되면 출력단자를 통해 상기 선로의 활선 상태를 출력하고, 상기 선로의 유도전압이 상용전압이 아닌 것으로 판단되면 상기 출력단자를 통해 상기 선로의 사선 상태를 출력하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 상기 펄스생성부는 슈미트 트리거 펄스 회로를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 상기 펄스생성부의 입력단에 적어도 하나 이상의 다이오드가 직렬로 접속되는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 상기 선로의 유도전압의 입력 여부를 선택할 수 있도록 구성되는 스위치를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 상기 제어부는 상기 검출전압에 기초하여 총고조파 함유량을 연산하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 배전선로의 유도전압으로부터 검출된 주파수와 크기를 이용하여 배전선로의 유도전압이 상용전압인지 여부를 정확하게 판단할 수 있기 때문에 고조파 성분이 유입되는 경우에도 배전선로의 사활 상태를 정확하게 검출할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 펄스생성부의 입력단에 다이오드를 직렬로 접속하여 배전선로가 사선 상태인 경우 잡음 신호의 유입에 의한 오동작을 방지함으로써 정전 고장을 예방할 수 있으므로 전력 공급 품질을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 배전선로의 유도전압 입력 여부를 선택할 수 있는 스위치가 구비되어 배전선로의 사활 상태를 출력하는 램프 자체의 불량을 검출할 수 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 배전선로의 사활 검출 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배전선로의 전압 감시 장치의 구성을 도시한 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배전선로의 전압 감시 장치에서 배전선로의 유도전압이 상용전압인지 여부를 판단하는 과정을 도시한 순서도이다.
이하에서는 본 발명에 따른 배전선로의 전압 감시 장치를 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 이러한 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배전선로의 전압 감시 장치의 구성을 도시한 블록도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 배전선로의 전압 감시 장치는 로고스키 코일(10), 과전압 억제부(110), 스위치(120), 필터부(130), 다이오드(140), 펄스생성부(150), 펄스카운터(160), 제로크로스 검출부(170), 전압검출부(210), 증폭부(220), A/D 변환부(230), 신호처리부(240), 제어부(300), 릴레이(410), 출력단자(420) 및 디스플레이부(430)를 포함한다.
로고스키 코일(Rogowski Coil; 10)을 통해 입력되는 배전선로의 유도전압은 과전압 억제부(110)와 필터부(130)를 거쳐 펄스생성부(150)와 제로크로스 검출부(170)로 입력된다. 또한, 과전압 억제부(110)를 통과한 배전선로의 유도전압은 전압검출부(210)에도 입력된다.
펄스생성부(150)는 필터부(130)를 거쳐 입력되는 배전선로의 유도전압으로부터 펄스를 생성한다.
이러한 펄스생성부(150)는 입력되는 신호의 진폭을 문턱 전압(Threshold Voltage)과 비교하여 펄스를 생성하는 슈미트 트리거(Schmitt trigger) 회로로 구성될 수 있다.
펄스카운터(160)는 펄스생성부(150)에 의해 생성되는 펄스를 카운트하여 펄스카운트 결과를 제어부(300)로 전달한다.
제로크로스 검출부(170)는 필터부(130)를 거쳐 입력되는 배전선로의 유도전압 순시값이 '0'이 되는 제로크로스(zero-cross)를 검출하여 제로크로스 검출결과를 제어부(300)로 전달한다.
한편, 과전압 억제부(110)를 거쳐 전압검출부(210)에 입력된 배전선로의 유도전압은 증폭부(220)에 의해 증폭되고, A/D 변환부(230)에 의해 디지털 신호로 변환되며, 신호처리부(240)에 의해 처리되어 제어부(300)로 입력된다.
제어부(300)는 펄스카운터(160)로부터 입력되는 펄스카운트 결과, 제로크로스 검출부(170)로부터 입력되는 제로크로스 검출결과 및 전압검출부(210)에 의해 검출되어 증폭부(220), A/D 변환부(230) 및 신호처리부(240)를 거쳐 입력되는 검출전압에 기초하여 배전선로의 유도전압이 상용전압인지 여부를 판단한다.
상용전압은 전압의 크기와는 무관한 주파수가 60[Hz]인 전압으로 수용가가 전력회사로부터 수전받아 사용하는 모든 전압을 통칭한다.
구체적으로, 제어부(300)는 검출전압이 기준범위에 속하고, 펄스카운트 결과에 기초하여 계산되는 주기와 제로크로스 검출결과에 기초하여 계산되는 주기가 일치하는 경우에 배전선로의 유도전압이 상용전압에 해당하는 것으로 판단할 수 있다.
반면, 검출전압이 기준범위를 벗어나거나, 펄스카운트 결과에 기초하여 계산되는 주기와 제로크로스 검출결과에 기초하여 계산되는 주기가 일치하지 않는 경우, 제어부(300)는 배전선로의 유도전압이 상용전압에 해당하지 않는 것으로 판단할 수 있다.
여기서, 기준범위는 배전선로의 유도전압이 정상적인 상용전압인 것으로 판단할 수 있는 검출전압의 크기범위를 의미하며, 설계자의 의도 및 상용전압의 규격에 따라 다양하게 선택될 수 있다.
이와 같이, 배전선로의 유도전압으로부터 검출된 주파수와 크기를 이용하여 배전선로의 유도전압이 상용전압인지 여부를 정확하게 판단할 수 있기 때문에 고조파 성분이 유입되는 경우에도 배전선로의 사활 상태를 정확하게 검출할 수 있다.
제어부(300)는 배전선로의 유도전압이 상용전압에 해당하는 것으로 판단되면 릴레이(410)를 온(ON) 시켜 출력단자(420)로 활선 신호를 출력한다.
반대로, 제어부(300)는 배전선로의 유도전압이 상용전압에 해당하지 않는 것으로 판단되면 릴레이(410)를 오프(OFF) 시켜 출력단자(420)로 사선 신호를 출력한다.
출력단자(420)에는 릴레이(410)로부터 입력되는 활선 신호 또는 사선 신호에 따라 배전선로의 활선 상태 및 사선 상태를 출력하는 램프(미도시)가 연결될 수 있다.
또한, 출력단자(420)의 신호는 원격감시 제어시스템(SCADA)으로 제공되어 배전선로의 사활 상태 감시에 활용될 수 있다.
한편, 제어부(300)는 검출전압에 기초하여 총고조파 함유량(Total Harmonics Distortion; THD)을 연산하고, 연산 결과를 디스플레이부(430)에 표시할 수 있다.
여기서, 총고조파 함유량(THD)은 기본 주파수(fundamental frequency) 성분에 대한 고조파(harmonics) 성분의 비율을 의미하며, 아래의 수학식 1 또는 2에 의해 연산될 수 있다.
Figure pat00001
Figure pat00002
여기서, P1과 V1은 기본 주파수 성분의 전력과 전압을 나타내고, Pn과 Vn은 n차 고조파 성분의 전력과 전압을 나타낸다.
이와 같이, 배전선로에 유입되는 고조파 성분을 감시할 수 있기 때문에 공급되는 전력의 품질 상태를 상시 감시할 수 있다.
한편, 다시 도 2를 참조하면, 과전압 억제부(110)와 필터부(130) 사이에는 배전선로의 유도전압 입력 여부를 선택할 수 있는 스위치(120)가 접속될 수 있다.
이러한 스위치(120)는 출력단자(420)에 램프가 연결되는 경우, 램프의 불량 여부를 확인하기 위한 것이다.
즉, 스위치(120)가 개방되어 배전선로의 유도전압이 입력되지 않았을 때, 출력단자(420)에 연결된 램프가 배전선로의 활선 상태를 출력하고 있는 경우 해당 램프가 불량인 것으로 판단할 수 있다.
이와 같이, 램프의 불량 여부를 판단할 수 있기 때문에 배전선로의 사활 상태 감시의 신뢰성을 보다 향상시킬 수 있다.
또한, 도 2에 도시된 바와 같이, 펄스생성부(150)의 입력단에는 적어도 하나 이상의 다이오드(140)가 직렬로 접속될 수 있다.
다이오드(140)는 소자의 특성상 0.7[V] 정도의 문턱 전압(Threshold Voltage)을 요구하기 때문에 0.7[V]보다 작은 잡음 신호를 하드웨어적으로 차단할 수 있다.
이때, 원하는 잡음 신호 차단 레벨에 따라서 복수의 다이오드(140)를 직렬로 접속하는 것도 가능하며, 다이오드(140)의 개수를 N이라 하면 0.7*N[V]보다 작은 잡음 신호를 차단할 수 있다.
이와 같이, 펄스생성부(150)의 입력단에 다이오드(140)를 직렬로 접속하여 배전선로가 사선 상태인 경우 잡음 신호의 유입에 의한 오동작을 방지함으로써 정전 고장을 예방할 수 있으므로 전력 공급 품질을 향상시킬 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배전선로의 전압 감시 장치에서 선로의 유도전압이 상용전압인지 여부를 판단하는 과정을 도시한 순서도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 제어부(300)는 배전선로의 유도전압으로부터 생성된 펄스를 카운트한 결과인 펄스카운트 결과를 펄스카운터(160)로부터 입력받는다(S10).
아울러, 제어부(300)는 배전선로의 유도전압 순시값의 제로크로스를 검출한 결과인 제로크로스 검출결과를 제로크로스 검출부(170)로부터 입력받는다(S20).
또한, 제어부(300)는 배전선로의 유도전압이 전압검출부(210), 증폭부(220), A/D 변환부(230) 및 신호처리부(240)를 거쳐 출력된 검출전압을 입력받는다(S30).
이후, 제어부(300)는 펄스카운트 결과, 제로크로스 검출결과 및 검출전압에 기초하여 배전선로의 유도전압이 상용전압인지 여부를 판단한다(S40).
이때, 전술한 바와 같이 제어부(300)는 검출전압이 기준범위에 속하고, 펄스카운트 결과에 기초하여 계산되는 주기와 제로크로스 검출결과에 기초하여 계산되는 주기가 일치하는 경우에 배전선로의 유도전압이 상용전압에 해당하는 것으로 판단할 수 있다.
반면, 검출전압이 기준범위를 벗어나거나, 펄스카운트 결과에 기초하여 계산되는 주기와 제로크로스 검출결과에 기초하여 계산되는 주기가 일치하지 않는 경우, 제어부(300)는 배전선로의 유도전압이 상용전압에 해당하지 않는 것으로 판단할 수 있다.
만약, 배전선로의 유도전압이 상용전압에 해당하는 것으로 판단되는 경우, 제어부(300)는 릴레이(410)를 온(ON) 시켜 출력단자(420)로 활선 신호를 출력한다(S50).
반면, 배전선로의 유도전압이 상용전압에 해당하지 않는 것으로 판단되는 경우, 제어부(300)는 릴레이(420)를 오프(OFF) 시켜 출력단자(420)로 사선 신호를 출력한다(S60).
이와 같이, 본 발명에 따른 배전선로의 전압 감시 장치에 의하면, 배전선로의 유도전압으로부터 검출된 주파수와 크기를 이용하여 배전선로의 유도전압이 상용전압인지 여부를 정확하게 판단할 수 있기 때문에 고조파 성분이 유입되는 경우에도 배전선로의 사활 상태를 정확하게 검출할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
10 : 로고스키 코일 110 : 과전압 억제부
120 : 스위치 130 : 필터부
140 : 다이오드 150 : 펄스생성부
160 : 펄스카운터 170 : 제로크로스 검출부
210 : 전압검출부 220 : 증폭부
230 : A/D 변환부 240 : 신호처리부
300 : 제어부 410 : 릴레이
420 : 출력단자 430 : 디스플레이부

Claims (7)

  1. 선로의 유도전압을 입력받아 펄스를 생성하는 펄스생성부;
    상기 펄스생성부에 의해 생성되는 펄스를 카운트하는 펄스카운터;
    상기 선로의 유도전압의 제로크로스를 검출하는 제로크로스 검출부;
    상기 선로의 유도전압을 검출하는 전압검출부; 및
    상기 펄스카운터로부터 입력되는 펄스카운트 결과, 상기 제로크로스 검출부로부터 입력되는 제로크로스 검출결과 및 상기 전압검출부로부터 입력되는 검출전압에 기초하여 상기 선로의 유도전압이 상용전압인지 여부를 판단하는 제어부를 포함하는 배전선로의 전압 감시 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 검출전압의 크기가 기준범위에 속하고, 상기 펄스카운트 결과에 기초한 주기가 상기 제로크로스 검출결과에 기초한 주기와 일치하는 경우에 상기 선로의 유도전압이 상용전압인 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 배전선로의 전압 감시 장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 선로의 유도전압이 상용전압인 것으로 판단되면 출력단자를 통해 상기 선로의 활선 상태를 출력하고, 상기 선로의 유도전압이 상용전압이 아닌 것으로 판단되면 상기 출력단자를 통해 상기 선로의 사선 상태를 출력하는 것을 특징으로 하는 배전선로의 전압 감시 장치.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 펄스생성부는 슈미트 트리거 펄스 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 배전선로의 전압 감시 장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 펄스생성부의 입력단에 적어도 하나 이상의 다이오드가 직렬로 접속되는 것을 특징으로 하는 배전선로의 전압 감시 장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 선로의 유도전압의 입력 여부를 선택할 수 있도록 구성되는 스위치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배전선로의 전압 감시 장치.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 검출전압에 기초하여 총고조파 함유량을 연산하는 것을 특징으로 하는 배전선로의 전압 감시 장치.
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KR101602369B1 (ko) 2015-10-02 2016-03-10 서천전기공사(주) 배전선로 전압 감시 시스템
KR102087342B1 (ko) * 2020-01-02 2020-05-15 (주)극동아이피엘씨 배전선로 감시 시스템

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR101602369B1 (ko) 2015-10-02 2016-03-10 서천전기공사(주) 배전선로 전압 감시 시스템
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