KR20170031564A - 고장전류 방향판별 장치 및 그 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 고장전류 방향판별 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 기본파 페이저(phasor)를 연산하는 페이저 연산부, 연산 결과에 따라 고장 종류를 검출하는 고장 검출부, 지락 고장이 발생한 것으로 판별되면, 영상 전압과 기 설정된 설정값을 비교하고, 영상 전압이 기 설정된 설정값 미만인 경우 정상 전압을 이용하여 고장을 판별하고, 정상 전압과 영상 전류의 위상차를 비교하는 지락 고장 처리부 및 비교 결과에 따라 고장전류 방향을 판별하는 방향 판별부를 포함한다.

Description

고장전류 방향판별 장치 및 그 방법{APPARATUS AND METHOD DETECTING DIRECTION OF FAULT CURRENT}
본 발명은 고장전류 방향판별 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 보다 자세하게는 지락 고장 발생 시 정상 전압과 영상 전압의 크기가 반비례하는 고유 특성을 토대로 영상 전압이 낮아 방향판별이 불가능할 경우 정상 전압 또는 고장상의 전압값(Faulted Phase voltage)을 기준 전압으로 하여 방향판별을 수행하는 고장전류 방향판별 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
최근 신재생에너지원의 배전계통 연계 증가로 변전소 외에도 다양한 형태의 분산전원이 추가되어 단락 및 지락고장 발생시 고장전류가 양방향으로 분포하게 된다. 또한, 분산전원의 연계용 변압기는 유효접지 기준을 만족하기 위해 대부분 Grounded Y-Delta 결선 방식을 사용하고 있다. 따라서, 지락고장 발생시 분산전원의 발전 유무에 관계없이 연계용 변압기가 계통에 연계되어 있으면 변압기의 1차측 접지가 지락고장 전류의 통로를 제공하여 고장전류가 양방향으로 흐르기 때문에 기존 단방향 고장전류만 보호할 수 있는 과전류 보호체계에 문제점이 발생하였다.
따라서, 분산전원 측에서 기여하는 고장전류로 인해 보호기기의 불필요한 오동작이 발생하는 문제를 해결하기 위해 고장전류의 방향을 판별하여 선택적으로 보호기기가 동작하도록 함으로써 불필요한 오동작을 막을 수 있도록, 배전계통의 대표적 보호기기로 활용되고 있는 양방향 리크로져(개폐로 차단기,recloser)에 일반적으로 사용되고 있는 방법인 기준량과 작동량으로 구성되는 두 개의 성분과, 이러한 두개의 성분이 이루는 각을 기준으로 방향을 판별하며, 방향성 계전요소(Directional Relay 67)를 두어 운영하고 있다.
이러한, 양방향 리크로져의 방향 판별 방법은 종래의 방향성 과전류계전기에 일반적으로 사용되고 있는 방법인 기준량과 작동량으로 구성되는 두개의 성분과 이 두성분이 이루는 각을 기준으로 방향을 판별한다. 과거 방향성 계전요소는 상전압을 기준으로 이와 상전류 사이의 각으로 방향성을 판단하였다. 이러한 상전압과 상전류를 이용한 방향성 판별 알고리즘은 3상 단락과 같은 평형고장시에는 방향 판별이 가능하나, 1상지락 등의 불평형고장시에는 방향 판별에 문제가 발생한다. 따라서, 방향성 계전요소는 상과 지락고장에 대하여 시퀀스 요소를 이용하여 방향성을 판별을 해야 한다. 즉 상과 지락에 대한 방향 판별은 각각 정상분 전압(V1), 전류(I1), 영상분 전압(V0), 전류(I0)를 이용하여 이 전압과 전류 사이의 위상각으로 전력조류에 대한 방향성을 판단한다.
그러나, 현재의 양방향 리크로져는 영상분 전류가 낮아 보호기기 설치점에서 방향판별의 기준성분인 영상전압이 낮을 경우 위상각 판정이 신뢰할 수 없는 문제점이 있다.
이와 관련하여, 한국공개특허 제2014-0056964호는 "배전선로용 방향성 보호기기의 방향 판정 방법"에 관하여 개시하고 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 발명된 것으로서, 영상 전압이 낮아 방향판별이 불가능할 경우 정상 전압을 기준 전압으로 하여 방향판별을 수행하는 고장전류 방향판별 장치 및 그 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 영상 전압이 낮아 방향판별이 불가능할 경우 고장상의 전압값(Faulted Phase voltage)을 기준값으로 하여 영상 전류 또는 고장상의 전류값(Faulted Phase Current)과의 위상차를 비교하여 방향판별을 수행하는 고장전류 방향판별 장치 및 그 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 고장전류 방향판별 장치는 기본파 페이저(phasor)를 연산하는 페이저 연산부; 연산 결과에 따라 고장 종류를 검출하는 고장 검출부; 지락 고장이 발생한 것으로 판별되면, 영상 전압과 기 설정된 설정값을 비교하고, 영상 전압이 기 설정된 설정값 미만인 경우 정상 전압을 이용하여 고장을 판별하고, 정상 전압과 영상 전류의 위상차를 비교하는 지락 고장 처리부; 및 비교 결과에 따라 고장전류 방향을 판별하는 방향 판별부;를 포함한다.
또한, 상기 지락 고장 처리부는, 영상 전압과 기 설정된 설정값을 비교하는 제1 비교부; 상기 제1 비교부에 의한 비교 결과, 영상 전압이 기 설정된 설정값의 미만인 경우 정상 전압 또는 고장상의 전압을 이용하여 고장을 판별하는 판별부; 및 정상 전압과 영상 전류의 위상차를 비교하거나 고장상의 전압과 고장상의 전류의 위상차를 비교하여 위상차가 기 설정된 범위에 속하는지 여부를 판단하는 제1 위상차 비교부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 방향 판단부는 정상 전압과 영상 전류의 위상차 또는 고장상의 전압과 고장상의 전류의 위상차가 기 설정된 범위에 속하지 않는 경우, 고장 전류의 방향은 역방향인 것으로 판단하고, 정상 전압과 영상 전류의 위상차 또는 고장상의 전압과 고장상의 전류의 위상차가 기 설정된 범위에 속하는 경우, 고장 전류의 방향은 정방향인 것으로 판단하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 지락 고장 처리부는 상기 제1 비교부에 의한 비교 결과, 영상 전압이 기 설정된 설정값을 초과하는 경우, 영상 전압과 영상 전류의 위상차를 비교하는 제2 위상차 비교부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 방향 판단부는 영상 전압과 영상 전류의 위상차가 기 설정된 범위에 속하지 않는 경우 고장 전류의 방향은 역방향인 것으로 판단하고, 영상 전압과 영상 전류의 위상차가 기 설정된 범위에 속하는 경우, 고장 전류의 방향은 정방향인 것으로 판단하는 것을 특징으로 한다.
또한, 3상 단락 고장이 발생한 것으로 판별되면, 정상 전압과 정상 전류를 각각의 기 설정된 설정값과 비교하고, 비교 결과에 따라 정상 전압과 정상 전류의 위상차를 비교하는 단락 고장 처리부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 단락 고장 처리부는, 정상 전압과 정상 전류를 각각의 기 설정된 설정값과 비교하는 제2 비교부; 및 상기 제2 비교부에 의한 비교 결과, 정상 전압과 정상 전류가 각각의 기 설정된 설정값을 초과하는 경우, 정상 전압과 정상 전류의 위상차를 비교하여 위상차가 기 설정된 범위에 속하는지 여부를 판단하는 제3 위상차 비교부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 방향 판단부는 정상 전압과 정상 전류의 위상차가 기 설정된 범위에 속하지 않는 경우 고장 전류의 방향은 역방향인 것으로 판단하고, 정상 전압과 정상 전류의 위상차가 기 설정된 범위에 속하는 경우, 고장 전류의 방향은 정방향인 것으로 판단하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 방향 판단부는 정상 전압과 정상 전류가 각각의 기 설정된 설정값을 초과하지 않은 경우 방향판단을 하지 않는 것을 특징으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 고장전류 방향판별 방법은 페이저 연산부에 의해, 기본파 페이저(phasor)를 연산하는 단계; 고장 검출부에 의해, 연산 결과에 따라 고장 종류를 검출하는 단계: 지락 고장 처리부에 의해, 지락 고장이 발생한 것으로 판별되면, 영상 전압과 기 설정된 설정값을 비교하고, 영상 전압이 기 설정된 설정값 미만인 경우 정상 전압을 이용하여 고장을 판별하고, 정상 전압과 영상 전류의 위상차를 비교하는 단계; 및 방향 판별부에 의해, 비교 결과에 따라 고장전류 방향을 판별하는 단계;를 포함한다.
또한, 고장이 발생한 것으로 판별되면, 영상 전압과 기 설정된 설정값을 비교하고, 영상 전압이 기 설정된 설정값 미만인 경우 정상 전압을 이용하여 고장을 판별하고, 정상 전압과 영상 전류의 위상차를 비교하는 단계는, 영상 전압과 기 설정된 설정값을 비교하는 단계; 비교 결과, 영상 전압이 기 설정된 설정값의 미만인 경우 정상 전압 또는 고장상의 전압을 이용하여 고장을 판별하는 단계; 및 정상 전압과 영상 전류의 위상차를 비교하거나 고장상의 전압과 고장상의 전류의 위상차를 비교하여 위상차가 기 설정된 범위에 속하는지 여부를 판단하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 정상 전압과 영상 전류의 위상차를 비교하거나 고장상의 전압과 고장상의 전류의 위상차를 비교하여 위상차가 기 설정된 범위에 속하는지 여부를 판단하는 단계 이후에, 상기 방향 판단부는 정상 전압과 영상 전류의 위상차 또는 고장상의 전압과 고장상의 전류의 위상차가 기 설정된 범위에 속하지 않는 경우, 고장 전류의 방향은 역방향인 것으로 판단하고, 정상 전압과 영상 전류의 위상차 또는 고장상의 전압과 고장상의 전류의 위상차가 기 설정된 범위에 속하는 경우, 고장 전류의 방향은 정방향인 것으로 판단하는 것을 특징으로 한다.
또한, 영상 전압과 기 설정된 설정값을 비교하는 단계 이후에, 영상 전압이 기 설정된 설정값을 초과하는 경우, 영상 전압과 영상 전류의 위상차를 비교하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 영상 전압이 기 설정된 설정값을 초과하는 경우, 영상 전압과 영상 전류의 위상차를 비교하는 단계 이후에, 상기 방향 판단부는 영상 전압과 영상 전류의 위상차가 기 설정된 범위에 속하지 않는 경우 고장 전류의 방향은 역방향인 것으로 판단하고, 영상 전압과 영상 전류의 위상차가 기 설정된 범위에 속하는 경우, 고장 전류의 방향은 정방향인 것으로 판단하는 것을 특징으로 한다.
또한, 연산 결과에 따라 고장 종류를 검출하는 단계 이후에, 단락 고장 처리부에 의해, 3상 단락 고장이 발생한 것으로 판별되면, 정상 전압과 정상 전류를 각각의 기 설정된 설정값과 비교하고, 비교 결과에 따라 정상 전압과 정상 전류의 위상차를 비교하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 단락 고장 처리부에 의해, 3상 단락 고장이 발생한 것으로 판별되면, 정상 전압과 정상 전류를 각각의 기 설정된 설정값과 비교하고, 비교 결과에 따라 정상 전압과 정상 전류의 위상차를 비교하는 단계는, 정상 전압과 정상 전류를 각각의 기 설정된 설정값과 비교하는 단계; 및 비교 결과, 정상 전압과 정상 전류가 각각의 기 설정된 설정값을 초과하는 경우, 정상 전압과 정상 전류의 위상차를 비교하여 위상차가 기 설정된 범위에 속하는지 여부를 판단하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 비교 결과, 정상 전압과 정상 전류가 각각의 기 설정된 설정값을 초과하는 경우, 정상 전압과 정상 전류의 위상차를 비교하여 위상차가 기 설정된 범위에 속하는지 여부를 판단하는 단계 이후에, 상기 방향 판단부는 정상 전압과 정상 전류의 위상차가 기 설정된 범위에 속하지 않는 경우 고장 전류의 방향은 역방향인 것으로 판단하고, 정상 전압과 정상 전류의 위상차가 기 설정된 범위에 속하는 경우, 고장 전류의 방향은 정방향인 것으로 판단하고, 정상 전압과 정상 전류가 각각의 기 설정된 설정값을 초과하지 않은 경우 방향판단을 하지 않는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 구성을 갖는 본 발명에 의한 고장전류 방향판별 장치 및 그 방법은 지락 고장 발생 시 정상 전압과 영상 전압의 크기가 반비례하는 고유 특성을 토대로 영상 전압이 낮아 방향판별이 불가능할 경우 정상 전압 또는 고장상의 전압값(Faulted Phase voltage)을 기준 전압으로 하여 방향판별을 수행함으로써, 지락 고장시 무보호 구간이 없어 현행 전압측정 신뢰도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 고장전류 방향판별 장치의 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 고장전류 방향판별 장치에 채용되는 지락 고장 처리부의 세부 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 고장전류 방향판별 장치에 채용되는 제1 위상차 비교부 및 제2 위상차 비교부에서의 기 설정된 범위를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 고장전류 방향판별 장치에 채용되는 단락 고장 처리부의 세부 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 고장전류 방향판별 방법의 순서를 나타내는 순서도이다.
도 6 및 도 7은 본 발명에 따른 고장전류 방향판별 장치 및 방법에 대한 검증 결과의 예를 설명하기 위한 도면이다.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 우선, 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 출력되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명에 따른 고장전류 방향판별 장치의 구성을 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하여 설명하면, 본 발명에 따른 고장전류 방향판별 장치(100)는 크게 페이저 연산부(110), 고장 검출부(120), 지락 고장 처리부(130), 단락 고장 처리부(140) 및 방향 판별부(150)를 포함한다.
페이저 연산부(110)는 전압, 전류 기본파 페이저(phasor)를 입력받아 연산한다.
고장 검출부(120)는 연산 결과에 따라 고장 종류 즉, 지락 고장이 발생한 것인지 단락 고장이 발생한 것인지를 검출한다.
지락 고장 처리부(130)는 지락 고장이 발생한 것으로 판별되면, 영상 전압과 기 설정된 설정값을 비교하고, 영상 전압이 기 설정된 설정값 미만인 경우 정상 전압을 이용하여 고장을 판별하고, 정상 전압과 영상 전류의 위상차를 비교한다.
단락 고장 처리부(140)는 3상 단락 고장이 발생한 것으로 판별되면, 정상 전압과 정상 전류를 각각의 기 설정된 설정값과 비교하고, 비교 결과에 따라 정상 전압과 정상 전류의 위상차를 비교한다.
방향 판별부(150)는 비교 결과에 따라 고장전류 방향이 역방향인지 정방향인지를 판별한다.
도 2는 본 발명에 따른 고장전류 방향판별 장치에 채용되는 지락 고장 처리부의 세부 구성을 설명하기 위한 도면이고, 도 3은 본 발명에 따른 고장전류 방향판별 장치에 채용되는 제1 위상차 비교부 및 제2 위상차 비교부에서의 기 설정된 범위를 설명하기 위한 도면이다.
도 2를 참조하여 설명하면, 본 발명에 따른 지락 고장 처리부(130)는 지락 고장이 발생한 것으로 판별되면, 영상 전압과 기 설정된 설정값을 비교하고, 영상 전압이 기 설정된 설정값 미만인 경우 정상 전압을 이용하여 고장을 판별하고, 정상 전압과 영상 전류의 위상차를 비교한다. 이때, 기 설정된 설정값은 해당 성분의 크기를 비교하여 가늠할 수 있는 기준값 또는 측정된 고장값과 비교하는 값 또는 영상전압(or 정상전압 등등) 성분 값을 방향판단 기준값으로 결정하는 값을 의미한다.
이를 위해, 지락 고장 처리부(130)는 제1 비교부(131), 판별부(132), 제1 위상차 비교부(133) 및 제2 위상차 비교부(134)를 포함한다.
제1 비교부(131)는 영상 전압과 기 설정된 설정값을 비교한다.
판별부(132)는 제1 비교부(131)에 의한 비교 결과, 영상 전압이 기 설정된 설정값의 미만인 경우 정상 전압 또는 고장상의 전압을 이용하여 고장을 판별한다.
판별부(132)는 지락 고장 발생 시 정상 전압과 영상 전압의 크기와 방향이 반비례한다는 특징으로부터, 영상 전압이 기 설정된 설정값 10% 보다 낮아 판별이 불가능할 경우에 정상 전압을 기준 전압으로 변경하여 고장을 판별할 수 있다.
또한, 판별부(132)는 고장상의 전압을 이용하여 고장을 판별할 수 있다.
제1 위상차 비교부(133)는 정상 전압과 영상 전류의 위상차를 비교하거나 고장상의 전압과 고장상의 전류의 위상차를 비교하여 위상차가 기 설정된 범위에 속하는지 여부를 판단한다. 이때, 기 설정된 범위는 MTA(Maximum Torque Angle)에 의해 설정될 수 있다. 보다 자세하게, 정상 전압에서 MTA(Maximum Torque Angle)의 기본값을 60°로 설정한 경우에 지락 고장 발생 시 영상 전압만을 이용한 경우 (a)와 같이 MTA의 좌우 90°영역 범위에 속하면 정방향, MTA의 좌우 90°영역 외 모든 영역 범위에 속하면 역방향으로 설정하고, 지락 고장 발생 시 정상 전압과 영상 전류의 위상차를 비교하는 경우 (b)와 같이 MTA의 좌우 90°영역 범위에 속하면 정방향, MTA의 좌우 90°영역 외 모든 영역 범위에 속하면 역방향으로 설정할 수 있게 된다. 본 명세서에서는 기 설정된 범위를 MTA(Maximum Torque Angle)에 의해 설정되는 것으로 설명하였으나, 이에 한정되지 않고 다양한 방법으로 설정할 수 있다.
여기서, 방향 판단부는 정상 전압과 영상 전류의 위상차 또는 고장상의 전압과 고장상의 전류의 위상차가 기 설정된 범위에 속하지 않는 경우, 고장 전류의 방향은 역방향인 것으로 판단한다. 그리고 방향 판단부는 정상 전압과 영상 전류의 위상차 또는 고장상의 전압과 고장상의 전류의 위상차가 기 설정된 범위에 속하는 경우, 고장 전류의 방향은 정방향인 것으로 판단한다.
제2 위상차 비교부(134)는 제1 비교부(31)에 의한 비교 결과, 영상 전압이 기 설정된 설정값을 초과하는 경우, 영상 전압과 영상 전류의 위상차를 비교한다.
여기서, 방향 판단부는 영상 전압과 영상 전류의 위상차가 기 설정된 범위에 속하지 않는 경우 고장 전류의 방향은 역방향인 것으로 판단한다. 그리고 방향 판단부는 영상 전압과 영상 전류의 위상차가 기 설정된 범위에 속하는 경우, 고장 전류의 방향은 정방향인 것으로 판단한다.
도 4는 본 발명에 따른 고장전류 방향판별 장치에 채용되는 단락 고장 처리부의 세부 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 4를 참조하여 설명하면, 본 발명에 따른 단락 고장 처리부(140)는 3상 단락 고장이 발생한 것으로 판별되면, 정상 전압과 정상 전류를 각각의 기 설정된 설정값과 비교하고, 비교 결과에 따라 정상 전압과 정상 전류의 위상차를 비교한다.
이를 위해, 단락 고장 처리부(140)는 제2 비교부(141), 제3 위상차 비교부(142)를 포함한다.
제2 비교부(141)는 정상 전압과 정상 전류를 각각의 기 설정된 설정값과 비교한다.
제3 위상차 비교부(142)는 제2 비교부(141)에 의한 비교 결과, 정상 전압과 정상 전류가 각각의 기 설정된 설정값을 초과하는 경우, 정상 전압과 정상 전류의 위상차를 비교하여 위상차가 기 설정된 범위에 속하는지 여부를 판단한다.
여기서, 방향 판단부는 정상 전압과 정상 전류의 위상차가 기 설정된 범위에 속하지 않는 경우 고장 전류의 방향은 역방향인 것으로 판단한다. 그리고 방향 판단부는 정상 전압과 정상 전류의 위상차가 기 설정된 범위에 속하는 경우, 고장 전류의 방향은 정방향인 것으로 판단한다. 또한, 방향 판단부는 정상 전압과 정상 전류가 각각의 기 설정된 설정값을 초과하지 않은 경우 방향판단을 하지 않는 것으로 한다.
도 5는 본 발명에 따른 고장전류 방향판별 방법의 순서를 나타내는 순서도이다.
도 5를 참조하여 설명하면, 본 발명에 따른 고장전류 방향판별 방법은 앞서 설명한 고장전류 방향판별 장치에 관한 것으로, 이하 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
먼저, 기본파(V,I) 페이저(phasor)를 입력받아 연산한다(S100).
다음, 연산 결과에 따라 고장 종류를 검출한다(S110). S110 단계에서 지락 고장이 발생한 것인지 단락 고장이 발생한 것인지를 검출한다.
다음, S110 단계에서 지락 고장이 발생한 것으로 판별(S200)되면, 영상 전압(V0)과 기 설정된 설정값을 비교한다(S210).
다음, S210 단계의 비교 결과, 영상 전압(V0)이 기 설정된 설정값을 초과하는 경우, 영상 전압(V0)과 영상 전류(I0)의 위상차를 비교한다(S220).
그리고 S210 단계에서 비교 결과, 영상 전압(V0)이 기 설정된 설정값의 미만인 경우 정상 전압(V1) 또는 고장상의 전압(Faulted Phase voltage)을 이용하여 고장을 판별한다(S230).
그 다음, S230 단계 이후, 정상 전압(V1)과 영상 전류(I0)의 위상차를 비교하거나 고장상의 전압(Faulted Phase voltage)과 고장상의 전류(Faulted Phase Current)의 위상차를 비교하여 위상차가 기 설정된 범위에 속하는지 여부를 판단한다(S240).
다음, S220 단계 이후, 영상 전압(V0)과 영상 전류(I0)의 위상차가 기 설정된 범위에 속하지 않는 경우 고장 전류의 방향은 역방향(E)인 것으로 판단하고, 영상 전압(V0)과 영상 전류(I0)의 위상차가 기 설정된 범위에 속하는 경우, 고장 전류의 방향은 정방향(F)인 것으로 판단한다(S400).
그리고 230 단계 이후, 정상 전압과 영상 전류의 위상차 또는 고장상의 전압과 고장상의 전류의 위상차가 기 설정된 범위에 속하지 않는 경우, 고장 전류의 방향은 역방향(R)인 것으로 판단하고, 정상 전압(V0)과 영상 전류(I0)의 위상차 또는 고장상의 전압(Faulted Phase voltage)과 고장상의 전류(Faulted Phase Current)의 위상차가 기 설정된 범위에 속하는 경우, 고장 전류의 방향은 정방향(F)인 것으로 판단한다(S400).
한편, S110 단계에서 단락 고장이 발생한 것으로 판별(S300)되면, 정상 전압(V1)과 정상 전류(I1)를 각각의 기 설정된 설정값과 비교한다(S310).
다음, S310 단계의 비교 결과, 정상 전압(V1)과 정상 전류(I1)가 각각의 기 설정된 설정값을 초과하는 경우, 정상 전압(V1)과 정상 전류(I1)의 위상차를 비교하여 위상차가 기 설정된 범위에 속하는지 여부를 판단한다(S320).
다음, S320 단계 이후, 정상 전압(V1)과 정상 전류(I1)의 위상차가 기 설정된 범위에 속하지 않는 경우 고장 전류의 방향은 역방향(R)인 것으로 판단(S400)하고, 정상 전압(V1)과 정상 전류(I1)의 위상차가 기 설정된 범위에 속하는 경우, 고장 전류의 방향은 정방향(F)인 것으로 판단하고, 정상 전압(V1)과 정상 전류(I1)가 각각의 기 설정된 설정값을 초과하지 않은 경우 방향판단을 하지 않는다(S400).
도 6 및 도 7은 본 발명에 따른 고장전류 방향판별 장치 및 방법에 대한 검증 결과의 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 선로 10Km, 5MVA의 분산전원이 연계된 배전계통을 모델링 한 후, 선로말단 에 분산전원을 연결하고 보호기기 설치점 이후에 지락고장을 모의한 결과, 종래의 방법을 사용하였을 경우 이 경우 Bus 3에 설치된 양방향 리크로져는 Bus 3의 영상전압이 10%보다 낮아 양방향 보호기기가 방향을 판정할 수 없어 오부동작 하게 되지만, 본 발명에서 제안된 방법으로 기준전압을 영상전압으로 변경하면 정상전압이 충분히 커서 정확히 방향을 판별할 수 있다. 즉, 도 7을 통하여 Bus 3 뿐 아니라 어느 위치에 보호기기를 설치하여도 정확히 방향을 판별할 수 있게 된다.
이처럼, 본 발명에 의한 고장전류 방향판별 장치 및 그 방법은 지락 고장 발생 시 정상 전압과 영상 전압의 크기가 반비례하는 고유 특성을 토대로 영상 전압이 낮아 방향판별이 불가능할 경우 정상 전압 또는 고장상의 전압값(Faulted Phase voltage)을 기준 전압으로 하여 방향판별을 수행함으로써, 지락 고장시 무보호 구간이 없어 현행 전압측정 신뢰도를 향상시킬 수 있다.
이상에서 본 발명에 따른 바람직한 실시예에 대해 설명하였으나, 다양한 형태로 변형이 가능하며, 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 특허청구범위를 벗어남이 없이 다양한 변형예 및 수정예를 실시할 수 있을 것으로 이해된다.
100 : 고장전류 방향판별 장치
110 : 페이저 연산부
120 : 고장 검출부
130 : 지락 고장 처리부
140 : 단락 고장 처리부
150 : 방향 판별부

Claims (17)

  1. 기본파 페이저(phasor)를 연산하는 페이저 연산부;
    연산 결과에 따라 고장 종류를 검출하는 고장 검출부;
    지락 고장이 발생한 것으로 판별되면, 영상 전압과 기 설정된 설정값을 비교하고, 영상 전압이 기 설정된 설정값 미만인 경우 정상 전압을 이용하여 고장을 판별하고, 정상 전압과 영상 전류의 위상차를 비교하는 지락 고장 처리부; 및
    비교 결과에 따라 고장전류 방향을 판별하는 방향 판별부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 고장전류 방향판별 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 지락 고장 처리부는,
    영상 전압과 기 설정된 설정값을 비교하는 제1 비교부;
    상기 제1 비교부에 의한 비교 결과, 영상 전압이 기 설정된 설정값의 미만인 경우 정상 전압 또는 고장상의 전압을 이용하여 고장을 판별하는 판별부; 및
    정상 전압과 영상 전류의 위상차를 비교하거나 고장상의 전압과 고장상의 전류의 위상차를 비교하여 위상차가 기 설정된 범위에 속하는지 여부를 판단하는 제1 위상차 비교부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 고장전류 방향판별 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 방향 판단부는 정상 전압과 영상 전류의 위상차 또는 고장상의 전압과 고장상의 전류의 위상차가 기 설정된 범위에 속하지 않는 경우, 고장 전류의 방향은 역방향인 것으로 판단하고, 정상 전압과 영상 전류의 위상차 또는 고장상의 전압과 고장상의 전류의 위상차가 기 설정된 범위에 속하는 경우, 고장 전류의 방향은 정방향인 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 고장전류 방향판별 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 지락 고장 처리부는 상기 제1 비교부에 의한 비교 결과, 영상 전압이 기 설정된 설정값을 초과하는 경우, 영상 전압과 영상 전류의 위상차를 비교하는 제2 위상차 비교부를 포함하는 것을 특징으로 하는 고장전류 방향판별 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 방향 판단부는 영상 전압과 영상 전류의 위상차가 기 설정된 범위에 속하지 않는 경우 고장 전류의 방향은 역방향인 것으로 판단하고, 영상 전압과 영상 전류의 위상차가 기 설정된 범위에 속하는 경우, 고장 전류의 방향은 정방향인 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 고장전류 방향판별 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    3상 단락 고장이 발생한 것으로 판별되면, 정상 전압과 정상 전류를 각각의 기 설정된 설정값과 비교하고, 비교 결과에 따라 정상 전압과 정상 전류의 위상차를 비교하는 단락 고장 처리부를 포함하는 것을 특징으로 하는 고장전류 방향판별 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 단락 고장 처리부는,
    정상 전압과 정상 전류를 각각의 기 설정된 설정값과 비교하는 제2 비교부; 및
    상기 제2 비교부에 의한 비교 결과, 정상 전압과 정상 전류가 각각의 기 설정된 설정값을 초과하는 경우, 정상 전압과 정상 전류의 위상차를 비교하여 위상차가 기 설정된 범위에 속하는지 여부를 판단하는 제3 위상차 비교부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 고장전류 방향판별 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 방향 판단부는 정상 전압과 정상 전류의 위상차가 기 설정된 범위에 속하지 않는 경우 고장 전류의 방향은 역방향인 것으로 판단하고, 정상 전압과 정상 전류의 위상차가 기 설정된 범위에 속하는 경우, 고장 전류의 방향은 정방향인 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 고장전류 방향판별 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 방향 판단부는 정상 전압과 정상 전류가 각각의 기 설정된 설정값을 초과하지 않은 경우 방향판단을 하지 않는 것을 특징으로 하는 고장전류 방향판별 장치.
  10. 페이저 연산부에 의해, 기본파 페이저(phasor)를 연산하는 단계;
    고장 검출부에 의해, 연산 결과에 따라 고장 종류를 검출하는 단계:
    지락 고장 처리부에 의해, 지락 고장이 발생한 것으로 판별되면, 영상 전압과 기 설정된 설정값을 비교하고, 영상 전압이 기 설정된 설정값 미만인 경우 정상 전압을 이용하여 고장을 판별하고, 정상 전압과 영상 전류의 위상차를 비교하는 단계; 및
    방향 판별부에 의해, 비교 결과에 따라 고장전류 방향을 판별하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 고장전류 방향판별 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    고장이 발생한 것으로 판별되면, 영상 전압과 기 설정된 설정값을 비교하고, 영상 전압이 기 설정된 설정값 미만인 경우 정상 전압을 이용하여 고장을 판별하고, 정상 전압과 영상 전류의 위상차를 비교하는 단계는,
    영상 전압과 기 설정된 설정값을 비교하는 단계;
    비교 결과, 영상 전압이 기 설정된 설정값의 미만인 경우 정상 전압 또는 고장상의 전압을 이용하여 고장을 판별하는 단계; 및
    정상 전압과 영상 전류의 위상차를 비교하거나 고장상의 전압과 고장상의 전류의 위상차를 비교하여 위상차가 기 설정된 범위에 속하는지 여부를 판단하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 고장전류 방향판별 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    정상 전압과 영상 전류의 위상차를 비교하거나 고장상의 전압과 고장상의 전류의 위상차를 비교하여 위상차가 기 설정된 범위에 속하는지 여부를 판단하는 단계 이후에,
    상기 방향 판단부는 정상 전압과 영상 전류의 위상차 또는 고장상의 전압과 고장상의 전류의 위상차가 기 설정된 범위에 속하지 않는 경우, 고장 전류의 방향은 역방향인 것으로 판단하고, 정상 전압과 영상 전류의 위상차 또는 고장상의 전압과 고장상의 전류의 위상차가 기 설정된 범위에 속하는 경우, 고장 전류의 방향은 정방향인 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 고장전류 방향판별 방법.
  13. 제11항에 있어서,
    영상 전압과 기 설정된 설정값을 비교하는 단계 이후에,
    영상 전압이 기 설정된 설정값을 초과하는 경우, 영상 전압과 영상 전류의 위상차를 비교하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 고장전류 방향판별 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    영상 전압이 기 설정된 설정값을 초과하는 경우, 영상 전압과 영상 전류의 위상차를 비교하는 단계 이후에,
    상기 방향 판단부는 영상 전압과 영상 전류의 위상차가 기 설정된 범위에 속하지 않는 경우 고장 전류의 방향은 역방향인 것으로 판단하고, 영상 전압과 영상 전류의 위상차가 기 설정된 범위에 속하는 경우, 고장 전류의 방향은 정방향인 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 고장전류 방향판별 방법.
  15. 제10항에 있어서,
    연산 결과에 따라 고장 종류를 검출하는 단계 이후에,
    단락 고장 처리부에 의해, 3상 단락 고장이 발생한 것으로 판별되면, 정상 전압과 정상 전류를 각각의 기 설정된 설정값과 비교하고, 비교 결과에 따라 정상 전압과 정상 전류의 위상차를 비교하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 고장전류 방향판별 방법.
  16. 제10항에 있어서,
    단락 고장 처리부에 의해, 3상 단락 고장이 발생한 것으로 판별되면, 정상 전압과 정상 전류를 각각의 기 설정된 설정값과 비교하고, 비교 결과에 따라 정상 전압과 정상 전류의 위상차를 비교하는 단계는,
    정상 전압과 정상 전류를 각각의 기 설정된 설정값과 비교하는 단계; 및
    비교 결과, 정상 전압과 정상 전류가 각각의 기 설정된 설정값을 초과하는 경우, 정상 전압과 정상 전류의 위상차를 비교하여 위상차가 기 설정된 범위에 속하는지 여부를 판단하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 고장전류 방향판별 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    비교 결과, 정상 전압과 정상 전류가 각각의 기 설정된 설정값을 초과하는 경우, 정상 전압과 정상 전류의 위상차를 비교하여 위상차가 기 설정된 범위에 속하는지 여부를 판단하는 단계 이후에,
    상기 방향 판단부는 정상 전압과 정상 전류의 위상차가 기 설정된 범위에 속하지 않는 경우 고장 전류의 방향은 역방향인 것으로 판단하고, 정상 전압과 정상 전류의 위상차가 기 설정된 범위에 속하는 경우, 고장 전류의 방향은 정방향인 것으로 판단하고, 정상 전압과 정상 전류가 각각의 기 설정된 설정값을 초과하지 않은 경우 방향판단을 하지 않는 것을 특징으로 하는 고장전류 방향판별 방법.

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