KR20240005527A - 단독운전 방지 기능을 구비한 배전 설비 및 단독운전 방지 설비 운영 방법 - Google Patents

단독운전 방지 기능을 구비한 배전 설비 및 단독운전 방지 설비 운영 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 단독운전 방지 기능을 구비한 배전 설비는, 계통 선로와 고객측 선로를 매개하는 배전 설비로서, 상기 배전 설비에 연결된 선로에서의 사고로 인한 사선 발생을 감지하는 사선 감지부; 사선 발생 상태에서 상기 고객측 선로의 조류 방향을 판정하는 조류 방향 판정부; 및 사선 발생 상태에서 상기 고객측 선로에 조류 방향이 존재하면, 상기 고객측 선로에 연결된 분산형 전원의 단독운전을 방지하기 위한 조치를 수행하는 단독운전 방지부를 포함할 수 있다.

Description

단독운전 방지 기능을 구비한 배전 설비 및 단독운전 방지 설비 운영 방법{Power Distribution Facility with Independent Operation Prevention Function and Facility Operating Method with Independent Operation Prevention Function}
본 발명은 분산형전원 역가압에 의한 안전사고 예방을 위한 배전기기 기능 개선한 단독운전 방지 기능을 구비한 배전 설비 및 그 운영 방법에 관한 것이다.
최근의 전 세계적인 환경 문제로 인한 신재생 에너지 보급 증대 정책들로 인하여 배전선로에 다수의 분산형 전원 장치들이 연계되고 있다.
단순병렬은 분산형 전원을 한전계통에 연계하여 운전하되, 생산한 전력의 전부를 구내계통 내에서 자체적으로 소비하여 한전 계통으로 송전되지 않는 병렬 형태를 말하며, 이를 위해 역전력 계전기를 설치하여야 한다. 이는 예컨대, 분산형전원 배전계통 연계 기술기준 제3조, 제18조 등의 규정에 의한 것이다.
하지만, 발전설비 용량 50kW 이하의 단순병렬 고객은 해당 구내계통 내의 전기사용 부하의 수전 계약전력이 분산형 전원 용량을 초과하고 고객 인버터가 단독운전 방지기능을 가진 것을 연계할 경우 역전력계전기를 생략하여 배전계통에 연계 중이다. 이에 관련하여 분산형전원 배전계통 연계 기술기준 제17조, 제18조를 참고할 수 있다.
단독운전 방지기능를 가지는 인버터의 경우, 분산형전원의 단독운전 상태가 발생할 경우 최대 0.5초 이내에 한전 계통에 대한 가압을 중지하는 기능을 가지고 있다.
그런데, 발전설비 용량 50kW 이하의 단순 병렬이 연계된 저압 배전선로에서 고객 인버터의 단독운전 방지기능이 노후·고장 등의 사유로 동작하지 않을 가능성도 상당하다. 이 경우, 해당 구간은 분산형전원의 역가압으로 인해 활선상태이나 배전선로를 공사하는 작업자는 사선으로 인지하여 안전사고(감전)가 발생할 수 있다.
도 1은 단순 병렬 연계된 저압 배전선로의 고객 인버터가 단독운전 방지 기능을 수행하는 경우를 나타낸 개념도이다.
도 2는 단순 병렬 연계된 저압 배전선로의 고객 인버터가 단독운전 방지 기능을 수행하지 못하는 경우를 나타낸 개념도이다.
정상적인 경우 도 1에서 고장·공사 등으로 인한 배전선로 사선이 발생하면, 고객 인버터 단독운전 방지기능 동작(0.5s)하게 되며, 작업자 복구·공사 후 배전선로 가압하면, 고객 인버터도 이를 감지하여 복구를 완료한다.
그런데, 고객측 설비의 고장 등으로 단독운전 방지 기능이 미동작시 도 2에 도시한 바와 같이, 고장·공사 등으로 인한 배전선로 사선이 되지만, 고객 인버터 단독운전 방지기능 미동작하게 되며, 작업자 현장 도착 및 미검전 후 복구·작업이 수행된다. 그런데, 고객측 분산형 전원에 의해 생성된 전력이 고객 인버터 단독운전 방지기능 미동작에 의해 작업자에게 가해지는 작업자 안전사고(감전) 발생 가능성이 상당하다.
대한민국 등록공보 10-1398457호 : 전력선 통신을 이용한 분산 발전기의 단독 운전 방지 장치 및 그 방법
본 발명은 배전 선로가 사선인 상태에서 고객측 분산형 전원에 의해 생성된 전력이 배전 선로로 인가되는 것을 방지할 수 있는 단독운전 방지 기능을 구비한 배전 설비를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따른 단독운전 방지 기능을 구비한 배전 설비는, 계통 선로와 고객측 선로를 매개하는 배전 설비로서, 상기 배전 설비에 연결된 선로에서의 사고로 인한 사선 발생을 감지하는 사선 감지부; 사선 발생 상태에서 상기 고객측 선로의 조류 방향을 판정하는 조류 방향 판정부; 및 사선 발생 상태에서 상기 고객측 선로에 조류 방향이 존재하면, 상기 고객측 선로에 연결된 분산형 전원의 단독운전을 방지하기 위한 조치를 수행하는 단독운전 방지부를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 배전 설비와 상기 고객측 선로를 연결하거나 차단하는 스위치부를 더 포함하고, 상기 단독운전 방지부는, 상기 단독운전을 방지하기 위한 조치로서, 상기 사고 발생 시점으로부터 소정 시간 이내에 상기 스위치부로 상기 고객측 선로를 차단하는 단독운전 방지 기능을 구비할 수 있다.
여기서, 상기 단독운전 방지부는, 상기 단독운전을 방지하기 위한 조치를 수행한 경우, 상기 사고에 대한 조치가 완료되어 상기 계통 선로가 활선으로 복구된 시점에서, 소정의 지연 시간을 경과후 상기 고객측 선로를 연결하는 단독운전 방지 기능을 구비할 수 있다.
여기서, 상기 단독운전 방지부는, 사고후 차단 조치가 단독운전이 없는 상태에서 수행되었는지 또는 단독운전 상태에서 수행되었는지를 표시하기 위한 기재 수단; 및 시간 경과를 확인하기 위한 타이머를 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 계통 선로와 상기 고객측 선로 사이에서 소정의 배전상 기능을 수행하는 설비 기능 모듈을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 단독운전 방지 설비 운영 방법은, 계통 선로와 고객측 선로를 매개하는 배전 설비에서 수행되는 단독운전 방지 운영 방법으로서, 상기 배전 설비에 연결된 선로에서의 사고로 인한 사선 발생을 감지하는 단계; 사선 발생 상태에서 상기 고객측 선로의 조류 방향을 확인하는 단계; 사선 발생 상태에서 상기 고객측 선로에 조류 방향이 존재하면, 상기 고객측 선로에 연결된 분산형 전원의 단독운전을 방지하기 위한 조치를 수행하는 단계; 및 상기 사선 발생 상태가 해제되면 상기 고객측 선로를 복구시키는 단계를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 단독운전을 방지하기 위한 조치를 수행하는 단계에서는, 상기 사고 발생 시점으로부터 소정 시간 이내에 상기 고객측 선로를 차단할 수 있다.
여기서, 상기 고객측 선로를 복구시키는 단계에서는, 상기 단독운전을 방지하기 위한 조치를 수행한 경우, 상기 사고에 대한 조치가 완료되어 상기 계통 선로가 활선으로 복구된 시점에서, 소정의 지연 시간을 경과후 상기 고객측 선로를 연결할 수 있다.
여기서, 사선 발생 상태에서 조류 방향이 존재하지 않아 단독 운전이 아닌 것으로 판단한 경우, 일반 사전 대응 조치로서 고객측 선로를 바로 차단하는 단계를 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 고객측 선로를 바로 차단하는 단계 후에, 사선 상태가 해제되면, 바로 고객측 선로를 연결하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상술한 구성의 본 발명의 사상에 따른 단독운전 방지 기능을 구비한 배전 설비를 실시하면, 배전 선로가 사선인 상태에서 고객측 분산형 전원에 의해 생성된 전력이 배전 선로로 인가되는 것을 방지할 수 있는 이점이 있다.
본 발명의 단독운전 방지 기능을 구비한 배전 설비는, 분산형전원 역가압 걱정없는 사선공사를 통하여 안전사고를 억제하고 고장복구 시간을 단축하는 이점이 있다.
도 1은 단순 병렬 연계된 저압 배전선로의 고객 인버터가 단독운전 방지 기능을 수행하는 경우를 나타낸 개념도.
도 2는 단순 병렬 연계된 저압 배전선로의 고객 인버터가 단독운전 방지 기능을 수행하지 못하는 경우를 나타낸 개념도.
도 3은 본 발명의 사상에 따른 단독운전 방지 기능을 구비한 배전 설비의 일 실시예를 도시한 블록도.
도 4는 특고압 연계 지점에 본 발명의 사상에 따른 단독운전 방지 기능을 구비한 배전 설비를 표현한 개념도.
도 5는 저압 연계 지점에 본 발명의 사상에 따른 단독운전 방지 기능을 구비한 배전 설비를 표현한 개념도.
도 6은 본 발명의 사상에 따른 단독운전 방지 설비 운영 방법의 일 실시예를 도시한 흐름도.
도 7은 본 발명의 사상에 따라 단순병렬 고객 연계 배전선로 고장 발생 시 안전 복구절차를 예시한 절차도.
본 발명을 설명함에 있어서 제 1, 제 2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되지 않을 수 있다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 연결되어 있다거나 접속되어 있다고 언급되는 경우는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해될 수 있다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다.
본 명세서에서, 포함하다 또는 구비하다 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것으로서, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해될 수 있다.
또한, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
도 3은 본 발명의 사상에 따른 단독운전 방지 기능을 구비한 배전 설비의 일 실시예를 도시한 블록도이다.
도시한 계통 선로(SL)와 고객측 선로(CL)를 매개하는 배전 설비는, 상기 배전 설비에 연결된 선로에서의 사고로 인한 사선 발생을 감지하는 사선 감지부(120); 사선 발생 상태에서 상기 고객측 선로의 조류 방향을 판정하는 조류 방향 판정부(140); 및 사선 발생 상태에서 상기 고객측 선로에 조류 방향이 존재하면, 상기 고객측 선로에 연결된 분산형 전원의 단독운전을 방지하기 위한 조치를 수행하는 단독운전 방지부(160)를 포함할 수 있다.
도시한 바와 같이 상기 배전 설비는 상기 배전 설비와 상기 고객측 선로를 연결하거나 차단하는 스위치부(180)를 더 포함할 수 있으며, 이 경우, 상기 단독운전 방지부(160)는, 상기 단독운전을 방지하기 위한 조치로서, 상기 사고 발생 시점으로부터 0.5초 이내에 상기 스위치부로 상기 고객측 선로를 차단할 수 있다. 상기 0.5초 이내의 조건은 현재 규정에 따른 것으로 규정이 변경되면 이 수치도 변경되어 적용되어야 함은 물론이다.
상기 단독운전 방지부(160)는, 신재생발전설비의 단독운전 방지 장치와 유사하게, 상기 단독운전을 방지하기 위한 조치를 수행한 경우, 상기 사고에 대한 조치가 완료되어 상기 계통 선로가 활선으로 복구된 시점에서, 소정의 지연 시간을 경과후 상기 고객측 선로를 연결할 수 있다. 이를 위해, 상기 단독운전 방지부(160)는, 사고후 차단 조치가 단독운전이 없는 상태에서 수행되었는지 또는 단독운전 상태에서 수행되었는지를 표시하기 위한 기재 수단으로서 조치 플래그(165)와, 시간 경과를 확인하기 위한 타이머를 구비할 수 있다.
도시한 배전 설비는 계통 선로(SL)와 고객측 선로(CL) 사이에서 소정의 배전상 기능을 수행하기 위한 것으로, 예컨대, 계통 선로(SL)와 고객측 선로(CL)를 연결하는 전주 개폐기이거나, 계통 선로(SL)와 고객측 선로(CL)의 서로 다른 전압을 유지시키는 주상 변압기일 수 있다. 상술한 관점에서 도시한 배전 설비는 본 발명의 사상의 구현과는 무관하지만 설비 본연의 배전상 기능을 수행하는 설비 기능 모듈(101)을 구비한다.
상기 사선 감지부(120)는, 배전 설비와 연결된 계통 선로(SL) 및/또는 고객측 선로(CL)의 전류/전압 등을 모니터링/분석하여 사선 여부를 감지할 수 있다. 다른 구현에서는 배전 설비 외부에 설치된 사선 발생시 동작하는 계전기, 개폐기, 차단기, 릴레이의 동작 여부를 통보받는 방식으로 대체될 수도 있다.
상기 조류 방향 판정부(140)는, 공지된 다양한 방법으로 상기 고객측 선로(CL)의 조류 방향 존재 여부 및/또는 조류 방향을 판정할 수 있다. 일반적으로 단독운전 상황에서는 평상시와 조류 방향이 반대이므로, 조류 방향을 적용하면 보다 정확히 단독운전 여부를 판정할 수 있다.
예컨대, 고객측 선로(CL)에 설치된 CT들과, 상기 각 CT들의 출력 라인에 설치된 영상변류기들로부터 입력받은 값으로부터 조류 방향을 판정할 수 있다.
예컨대, 검출된 고주파 신호를 근거로 무효 전력(reactive power)을 발생된 무효전력의 부호와 주기로부터 조류 방향을 판정할 수 있다.
도 4는 특고압 연계 지점에 본 발명의 사상에 따른 단독운전 방지 기능을 구비한 배전 설비를 표현한 개념도이다. 보다 구체적으로 도 4는 배전용 개폐기의 제어함 내부에 단독운전 방지 장치를 적용한 경우이다.
도 5는 저압 연계 지점에 본 발명의 사상에 따른 단독운전 방지 기능을 구비한 배전 설비를 표현한 개념도이다. 보다 구체적으로 도 5는 주상 변압기 내부에 단독운전 방지 장치를 적용한 경우이다. 다른 구현의 경우 주상 변압기와 배전 선로와 연결시키는 COS(Cut Out Switch)에 단독운전 방지 장치 기능을 부여할 수도 있다.
도 6은 본 발명의 사상에 따른 단독운전 방지 설비 운영 방법의 일 실시예를 도시한 흐름도이다.
도시한 계통 선로와 고객측 선로를 매개하는 배전 설비에서 수행되는 단독운전 방지 운영 방법은, 상기 배전 설비에 연결된 선로에서의 사고로 인한 사선 발생을 감지하는 단계(S120); 사선 발생 상태에서 상기 고객측 선로의 조류 방향을 확인하는 단계(S130); 사선 발생 상태에서 상기 고객측 선로에 조류 방향이 존재하면, 상기 고객측 선로에 연결된 분산형 전원의 단독운전을 방지하기 위한 조치를 수행하는 단계(S140); 및 상기 사선 발생 상태가 해제되면 상기 고객측 선로를 복구시키는 단계(S190)를 포함할 수 있다.
현재 국내의 규정을 만족시키기 위해, 상기 단독운전을 방지하기 위한 조치를 수행하는 단계(S140)에서는, 상기 사고 발생 시점으로부터 0.5초 이내에 상기 고객측 선로를 차단할 수 있다.
또한, 신재생발전설비의 단독운전 방지 장치와 유사하게, 상기 고객측 선로를 복구시키는 단계(S190)에서는, 상기 단독운전을 방지하기 위한 조치를 수행한 경우, 상기 사고에 대한 조치가 완료되어 상기 계통 선로가 활선으로 복구된(S190) 시점에서, 소정의 지연 시간을 경과후(S170) 상기 고객측 선로를 연결할 수 있다.
반면, 도시한 바와 같이, 사선 발생 상태에서 조류 방향이 존재하지 않아 단독 운전이 아닌 것으로 판단한 경우, 일반 사전 대응 조치로서 고객측 선로의 차단이 수행(S150)될 수 있으며, 일반 차단 조치 후에 사선 상태가 해제(제거)되면(S165), 바로 고객측 선로를 연결할 수 있다.
도 7은 본 발명의 사상에 따라 단순병렬 고객 연계 배전선로 고장 발생 시 안전 복구절차를 예시한 절차도이다.
도 6의 흐름도에 따른 단독운전 방지 설비 운영 방법은 도 7에 도시한 안전복구절차를 그대로 준수할 수 있으며, 단독운전방지 기능 동작으로 미인지된 분산형 전원의 존재 가능성이 있는 고객측 배전 선로를 사선화하여, 작업자의 안전사고를 방지할 수 있음을 알 수 있다.
본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있으므로, 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
SL : 계통 선로
CL : 고객측 선로
101 : 설비 기능 모듈
120 : 사선 감지부
140 : 조류 방향 판정부
160 : 단독운전 방지부
165 : 조치 플래그

Claims (10)

  1. 계통 선로와 고객측 선로를 매개하는 배전 설비로서,
    상기 배전 설비에 연결된 선로에서의 사고로 인한 사선 발생을 감지하는 사선 감지부;
    사선 발생 상태에서 상기 고객측 선로의 조류 방향을 판정하는 조류 방향 판정부; 및
    사선 발생 상태에서 상기 고객측 선로에 조류 방향이 존재하면, 상기 고객측 선로에 연결된 분산형 전원의 단독운전을 방지하기 위한 조치를 수행하는 단독운전 방지부
    를 포함하는 단독운전 방지 기능을 구비한 배전 설비.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 배전 설비와 상기 고객측 선로를 연결하거나 차단하는 스위치부
    를 더 포함하고,
    상기 단독운전 방지부는,
    상기 단독운전을 방지하기 위한 조치로서, 상기 사고 발생 시점으로부터 소정 시간 이내에 상기 스위치부로 상기 고객측 선로를 차단하는 단독운전 방지 기능을 구비한 배전 설비.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 단독운전 방지부는,
    상기 단독운전을 방지하기 위한 조치를 수행한 경우, 상기 사고에 대한 조치가 완료되어 상기 계통 선로가 활선으로 복구된 시점에서, 소정의 지연 시간을 경과후 상기 고객측 선로를 연결하는 단독운전 방지 기능을 구비한 배전 설비.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 단독운전 방지부는,
    사고후 차단 조치가 단독운전이 없는 상태에서 수행되었는지 또는 단독운전 상태에서 수행되었는지를 표시하기 위한 기재 수단; 및
    시간 경과를 확인하기 위한 타이머
    를 더 포함하는 단독운전 방지 기능을 구비한 배전 설비.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 계통 선로와 상기 고객측 선로 사이에서 소정의 배전상 기능을 수행하는 설비 기능 모듈
    을 더 포함하는 단독운전 방지 기능을 구비한 배전 설비.
  6. 계통 선로와 고객측 선로를 매개하는 배전 설비에서 수행되는 단독운전 방지 운영 방법으로서,
    상기 배전 설비에 연결된 선로에서의 사고로 인한 사선 발생을 감지하는 단계;
    사선 발생 상태에서 상기 고객측 선로의 조류 방향을 확인하는 단계;
    사선 발생 상태에서 상기 고객측 선로에 조류 방향이 존재하면, 상기 고객측 선로에 연결된 분산형 전원의 단독운전을 방지하기 위한 조치를 수행하는 단계; 및
    상기 사선 발생 상태가 해제되면 상기 고객측 선로를 복구시키는 단계
    를 포함하는 단독운전 방지 설비 운영 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 단독운전을 방지하기 위한 조치를 수행하는 단계에서는,
    상기 사고 발생 시점으로부터 소정 시간 이내에 상기 고객측 선로를 차단하는 단독운전 방지 설비 운영 방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 고객측 선로를 복구시키는 단계에서는,
    상기 단독운전을 방지하기 위한 조치를 수행한 경우, 상기 사고에 대한 조치가 완료되어 상기 계통 선로가 활선으로 복구된 시점에서, 소정의 지연 시간을 경과후 상기 고객측 선로를 연결하는 단독운전 방지 설비 운영 방법.
  9. 제6항에 있어서,
    사선 발생 상태에서 조류 방향이 존재하지 않아 단독 운전이 아닌 것으로 판단한 경우, 일반 사전 대응 조치로서 고객측 선로를 바로 차단하는 단계
    를 더 포함하는 단독운전 방지 설비 운영 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 고객측 선로를 바로 차단하는 단계 후에,
    사선 상태가 해제되면, 바로 고객측 선로를 연결하는 단계
    를 더 포함하는 단독운전 방지 설비 운영 방법.

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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR101398457B1 (ko) 2007-11-21 2014-05-26 엘지전자 주식회사 전력선 통신을 이용한 분산 발전기의 단독 운전 방지 장치및 그 방법
JP2016152761A (ja) * 2015-02-19 2016-08-22 中国電力株式会社 単独運転発電所の制御システムおよび制御プログラム
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JP2022052956A (ja) * 2020-09-24 2022-04-05 株式会社ダイヘン 単独運転検出センサ、単独運転検出装置、分析装置、および、単独運転検出方法

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