KR20230164719A

KR20230164719A - 보호 계전기

Info

Publication number: KR20230164719A
Application number: KR1020237037668A
Authority: KR
Inventors: 료 나가야스
Original assignee: 미쓰비시덴키 가부시키가이샤
Priority date: 2021-05-10
Filing date: 2021-05-10
Publication date: 2023-12-04
Also published as: DE112021007643T5; CN117223183A; JP7566144B2; WO2022239047A1; JPWO2022239047A1

Abstract

전류 발생으로부터 릴레이 동작 완료까지 50ms 이내의 즉시 동작의 셋팅에서는, 전류 발생 직후의 전류의 상승에서 제2차 고조파 성분을 검출하지 못하고 고장 전류라고 판단하여, 불요 동작을 행할 우려가 있다. 이것을 해결하기 위해서, 여자 전류 발생 시점에서부터 즉시 동작을 행하는 경우에, 1주기째의 여자 전류의 제2 고조파의 비율이, 여자 돌입 전류에 포함되는 제2 고조파의 비율에 기초하여 정해진 임계값에 못 미치는 경우, 다음 1주기의 제2 고조파의 비율을 임계값과 재차 비교하여 차단 동작의 필요 여부를 판단한다.

Description

보호 계전기

본원은 보호 계전기에 관한 것이다.

교류 급전용 거리 릴레이 등에 종래부터 이용되고 있는 보호 계전기는, 변압기 등을 계통에 접속했을 때 흐르는 여자 돌입 전류와, 계통 고장시의 고장 전류를 구별하기 위해서, 입력 신호에 포함되는 제2 고조파 성분을 검출하여, 기본파 성분에 대한 비율이 임계값을 초과했을 경우에는 여자 돌입 전류로 판정하여, 고장 전류 대응시의 계전기의 과전류 보호 동작 등의 불요 동작을 시키지 않도록 하고 있다(예를 들면, 특허 문헌 1 참조).

특허 문헌 1: 일본 특개 평10－80053호 공보

그렇지만, 여자 전류 발생으로부터 릴레이 동작 완료까지의 50ms 이내의 즉시 동작의 셋팅(setting, 整定)에서는, 전류 발생 직후의 전류의 상승에서 제2 고조파 성분을 검출하지 못하여 고장 전류라고 판단하여, 불요 동작을 행할 우려가 있다.

본원은 상술과 같은 문제를 해결하기 위해서 이루어진 것으로, 즉시 동작의 셋팅에 있어서도, 여자 돌입 전류에 의한 불요 동작을 억제할 수 있는 보호 계전기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본원에 개시되는 보호 계전기는,

과전류 검출시에 변압기에 접속되는 차단기의 차단 동작을 행하는 것으로서, 입력된 여자 전류를 일정 간격으로 샘플링을 행하는 A/D 변환부, A/D 변환부에서 샘플링된 디지털값으로부터 주파수 해석을 행하는 연산 처리부, 연산 처리부에서 추출된 제2 고조파의 비율이 여자 돌입 전류에 포함되는 제2 고조파의 비율에 기초하여 정해진 임계값 미만이고, 여자 전류가 일정값 이상일 때 차단기를 동작시키는 제어부를 구비하고, 여자 전류 발생 시점에서부터 즉시 동작을 행하는 경우에, 1주기째의 여자 전류의 제2 고조파의 비율이 임계값 미만인 경우, 다음 1주기의 제2 고조파의 비율을 임계값과 재차 비교하여 차단 동작의 필요 여부를 판단하는 것을 특징으로 한다.

본원에 개시되는 보호 계전기에 의하면, 즉시 동작의 셋팅에 있어서, 여자 돌입 전류에 의한 불요 동작을 확실히 억제할 수 있다.

도 1은 실시 형태 1에 있어서의 보호 계전기를 전력용 변압기에 적용한 회로 구성도이다.
도 2는 실시 형태 1에 있어서의 보호 계전기의 기능 블록도이다.
도 3은 실시 형태 1에 있어서의 보호 계전기의 동작을 설명하는 순서도이다.
도 4는 실시 형태 1에 있어서의 보호 계전기의 효과를 설명하는 도면이다.
도 5는 실시 형태 1에 있어서의 보호 계전기의 하드웨어 구성도이다.

이하, 본원에 따른 보호 계전기의 바람직한 실시 형태에 대해서, 도면을 참조하여 설명한다. 또한, 동일 내용 및 상당부에 대해서는 동일 부호를 할당하고, 그 자세한 설명은 생략한다. 이후의 실시 형태도 마찬가지로, 동일 부호를 부여한 구성에 대해 중복한 설명은 생략한다.

실시 형태 1.

도 1은 실시 형태 1의 보호 계전기(1)를 전력용 변압기(3)(이하 변압기라고 칭함)에 적용했을 경우의 회로 구성도이다. 전력 계통 전원(도시하지 않음)에는, 차단기(2)(CB：Circuit Breaker)를 통해서 피보호 대상인 변압기(3)가 접속되어 있다. 또, 각 상마다의 교류 전류를 추출하는 주변류기(4)(CT：Circuit Transformer)가 마련되어 있다. 변압기(3)의 저압측은 노-퓨즈 브레이커(MCCB：Molded Case Circuit Breaker)(5a, 5b)를 통해서 부하(도시하지 않음)에 접속된다. 주변류기(4)에 의해 추출된 교류 전류를 보호 계전기(1)에 도입하여, 계통 고장 등에 의해 발생하는 과전류(고장 전류)로부터의 보호를 위해서, 차단기(2)의 차단 동작을 행함으로써, 변압기(3)가 보호되도록 되어 있다.

도 2는 실시 형태 1에 있어서의 보호 계전기(1) 및 제어부의 기능 블록도이며, 도 3은 이 기능 블록도의 동작을 즉시 동작의 셋팅에 한해서 설명하는 순서도이다.

도 1에서부터 도 3에 있어서, 차단기(2)를 투입하고, 변압기(3)를 계통에 접속시킨다(이하, 변압기를 투입한다고 칭함. 스텝 S1). 변압기(3)를 투입하면, 도 4에 나타내는 것 같은 교류의 여자 전류 Ir가 보호 계전기(1)에 흐른다. 여자 전류 Ir는, 전류 계측부(11)에 의해, 적당한 크기로 변환되어(스텝 S2), A/D 변환부(12)에 입력된다. A/D 변환부(12)는 변환된 여자 전류 Ir를 일정 시간 간격으로 샘플링(일반적으로는, 정격 상용 주파수 50Hz에서 4.8kHz의 고속 샘플링)하여, 디지털 데이터로 변환한다(스텝 S3). 이 전류값은 제어부(14) 및 연산 처리부(13)에 입력된다. 연산 처리부(13)에서는, FFT(Fast Fourier Transform) 또는 디지털 가감산 처리 등의 디지털 연산에 의한 주파수 해석을 실시하여(스텝 S4), 해석 결과를 제어부(14)에 입력한다.

1주기의 기간(상용 주파수에 있어서의 20ms)에 첫회 판정을 행한다. 즉, 여자 전류 Ir가 규정 전류값 Z 이상일 때(스텝 S5)이고, 또한, 제2 고조파가 규정 함유율(일반적으로는 15%)인 임계값 R 이상일 때(스텝 S6), 고장 전류가 아닌 여자 돌입 전류라고 판단되어, 과전류 보호 동작은 행하지 않고, 차단기(2)의 차단 동작을 록한다(스텝 S7).

그러나, 여자 전류 Ir가 규정 전류값 Z 이상이지만, 제2 고조파가 규정 함유율인 임계값 R에 못 미칠 때는, 즉석에서 고장 전류라고 판단하는 것이 아니라, 첫회 판정에 이어서, 다음 1주기 동안, 계속 판정을 행하기 위해서, 제2 고조파의 함유율의 해석을 행하여, 규정 함유율의 임계값 R과의 비교를 재차 행한다(스텝 S8). 계속 판정의 결과에서도 제2 고조파의 함유율이 임계값 R 미만일 때는, 과전류 보호 동작을 실시하여, 차단기(2)를 차단한다. 또한, 주기의 경계는 소정 시간(여기에서는 20ms)의 계측에 의해 행해도 된다.

이러한 동작에 의해, 도 4에 나타내는 것처럼, 전류 발생으로부터, 2주기(40ms) 내에 확실히 제2 고조파의 유무를 판정할 수 있어, 제2 고조파의 함유율이 임계값 R에 못 미칠 때는, 차단 동작을 계속 판정 후 0.5주기(10ms) 내에 행함으로써, 즉시 동작의 셋팅에 있어서, 보호 동작 등의 불요 동작을 억제할 수 있다. 이것에 의해, 불요 동작 후의 재작업, 또는 불요 동작에 수반되는 원인 조사 작업 등의 설비 점검에 소비하는 작업을 삭감할 수 있다.

도 5의 (a)는 실시 형태 1에 있어서의 보호 계전기(1)의 하드웨어의 일례를 나타내는 구성도이다. 전류 계측부(11)는 아날로그 회로로 구성되지만, A/D 변환부(12), 연산 처리부(13), 및 제어부(14)는, 적어도, 프로세서(100)와 기억 장치(101)로 구성되고, 기억 장치(101)에는 도시하고 있지 않지만, RAM 등의 휘발성 기억 장치와, 플래쉬 메모리 등의 불휘발성의 보조 기억 장치를 구비한다. 또, 플래쉬 메모리 대신에 하드 디스크의 보조 기억 장치를 구비해도 된다. 프로세서(100)는 기억 장치(101)로부터 입력된 프로그램을 실행하여, 샘플링, 및 FFT에 의한 주파수 해석, 차단 동작 필요 여부의 판단을 실시한다. 이 경우, 보조 기억 장치로부터 휘발성 기억 장치를 통해서 프로세서(100)에 프로그램이 입력된다. 또, 프로세서(100)는 연산 결과 등의 데이터를 기억 장치(101)의 휘발성 기억 장치에 출력해도 되고, 휘발성 기억 장치를 통해서 보조 기억 장치에 데이터를 저장해도 된다. 또, 회로 구성에 따라서는, 프로세서에 일부 ASIC을 조합한 구성으로 해도 된다.

또, 도 3에서 나타낸 스텝 S5부터, 스텝 S8은, 도 5의 (b)에서 나타내는 것처럼, 제어부(14) 내에 있어서, 일부 논리 회로를 사용해도 된다. 즉, 전류 판정은 스텝 S5에 상당하고, 2f(제2 고조파) 판정은 스텝 S6에 상당한다. 규정 전류값 Z 이상의 전류값이 발생했을 때, 전류 판정으로부터 1을 출력하고, 2f 판정의 결과, 제2 고조파의 함유율이 임계값 R에 못 미칠 경우에 0을 출력한다. 2f 판정으로부터의 출력은, 반전시킨 다음 AND 회로에 입력하면, AND 회로의 출력은 1이 되고, 이 경우에 계속 판정을 행하는 것으로 한다.

실시 형태 2.

실시 형태 1에서는, 여자 전류 발생으로부터 최초의 1주기에 있어서의 전류에 포함되는 제2 고조파를 해석하여, 규정 함유율의 임계값 R 미만인 경우에, 추가로 다음 1주기의 제2 고조파를 해석하여, 임계값 R과 비교하는 것을 설명했다. 그러나, 미리, 여자 전류 발생으로부터 2주기째(20ms~40ms의 기간)에 있어서의 여자 전류값을 규정 전류값 Z와 비교함과 아울러, 제2 고조파를 해석하여, 임계값 R과 비교하는 구성으로 해도 된다. 또, 여자 전류 발생으로부터 2주기 동안(0~40ms의 기간)의 여자 전류값을 규정 전류값 Z와 비교함과 아울러, 그 사이의 제2 고조파를 해석하여, 2주기 동안에 포함되는 규정 함유율의 임계값과 비교하는 구성으로 해도 된다.

이러한 구성으로 함으로써, 여자 전류 발생으로부터의 최초의 1주기의 결과에 의존하지 않고, 보호 동작의 필요 여부를 결정하기 때문에, 실시 형태 1과 같은 1주기째의 판단을 필요로 하지 않고, 즉시 동작의 셋팅에 있어서, 확실히 불요 동작을 억제하는 것이 가능해진다.

본원은 다양한 예시적인 실시 형태 및 실시예가 기재되어 있지만, 1개, 또는 복수의 실시 형태에 기재된 다양한 특징, 양태, 및 기능은 특정의 실시 형태의 적용에 한정되는 것이 아니고, 단독으로, 또는 다양한 조합으로 실시 형태에 적용 가능하다.

따라서, 예시되어 있지 않은 무수한 변형예가, 본원 명세서에 개시되는 기술의 범위 내에 있어서 상정된다. 예를 들면, 적어도 1개의 구성 요소를 변형하는 경우, 추가하는 경우 또는 생략하는 경우, 더 나아가서는, 적어도 1개의 구성 요소를 추출하여, 다른 실시 형태의 구성 요소와 조합하는 경우가 포함되는 것으로 한다.

1：보호 계전기 2：차단기
3：전력용 변압기 4：주변류기
5a, 5b：노-퓨즈 브레이커 11：전류 계측부
12：A/D 변환부 13：연산 처리부
14：제어부 100：프로세서
101：기억 장치

Claims

과전류 검출시에 변압기에 접속되는 차단기의 차단 동작을 행하는 보호 계전기에 있어서, 입력된 여자 전류를 일정 간격으로 샘플링을 행하는 A/D 변환부, 상기 A/D 변환부에서 샘플링된 디지털값으로부터 주파수 해석을 행하는 연산 처리부, 상기 연산 처리부에서 추출된 제2 고조파의 비율이, 여자 돌입 전류에 포함되는 제2 고조파의 비율에 기초하여 정해진 임계값 미만이고, 상기 여자 전류가 일정값 이상일 때 상기 차단기를 동작시키는 제어부를 구비하고, 상기 여자 전류 발생 시점에서부터 즉시 동작을 행하는 경우에, 1주기째의 상기 여자 전류의 제2 고조파의 비율이 상기 임계값 미만인 경우, 다음 1주기의 제2 고조파의 비율을 상기 임계값과 재차 비교하여 차단 동작의 필요 여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 보호 계전기.
과전류 검출시에 변압기에 접속되는 차단기의 차단 동작을 행하는 보호 계전기에 있어서, 입력된 여자 전류를 일정 간격으로 샘플링을 행하는 A/D 변환부, 상기 A/D 변환부에서 샘플링된 디지털값으로부터 주파수 해석을 행하는 연산 처리부, 상기 연산 처리부에서 추출된 제2 고조파의 비율이 여자 돌입 전류에 포함되는 제2 고조파의 비율에 기초하여 정해진 임계값 미만이고, 상기 여자 전류가 일정값 이상일 때 상기 차단기를 동작시키는 제어부를 구비하고, 상기 여자 전류 발생 시점에서부터 즉시 동작을 행하는 경우에, 상기 일정값 이상의 여자 전류의 2주기째에 포함되는 제2 고조파의 비율을 해석하여, 이 비율이 상기 임계값 미만인 경우, 상기 차단기의 차단 동작을 행하는 것을 특징으로 하는 보호 계전기.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 즉시 동작은 상기 여자 전류의 정격 주파수가 50Hz일 때, 여자 전류 발생으로부터 50ms 이내에 차단 동작을 완료하는 것을 특징으로 하는 보호 계전기.