KR20240018287A - 차단기의 절연내력감소율 시험 장치 및 이를 이용한 절연내력감소율 정보 결정 방법 - Google Patents

차단기의 절연내력감소율 시험 장치 및 이를 이용한 절연내력감소율 정보 결정 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20240018287A
KR20240018287A KR1020220096338A KR20220096338A KR20240018287A KR 20240018287 A KR20240018287 A KR 20240018287A KR 1020220096338 A KR1020220096338 A KR 1020220096338A KR 20220096338 A KR20220096338 A KR 20220096338A KR 20240018287 A KR20240018287 A KR 20240018287A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
voltage
circuit breaker
dielectric strength
breakdown
breaker
Prior art date
Application number
KR1020220096338A
Other languages
English (en)
Inventor
오승열
한기선
구재홍
Original Assignee
한국전력공사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국전력공사 filed Critical 한국전력공사
Priority to KR1020220096338A priority Critical patent/KR20240018287A/ko
Publication of KR20240018287A publication Critical patent/KR20240018287A/ko

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/327—Testing of circuit interrupters, switches or circuit-breakers
    • G01R31/3271—Testing of circuit interrupters, switches or circuit-breakers of high voltage or medium voltage devices
    • G01R31/3275—Fault detection or status indication
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R19/00—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
    • G01R19/165—Indicating that current or voltage is either above or below a predetermined value or within or outside a predetermined range of values
    • G01R19/16528—Indicating that current or voltage is either above or below a predetermined value or within or outside a predetermined range of values using digital techniques or performing arithmetic operations
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R19/00—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
    • G01R19/165—Indicating that current or voltage is either above or below a predetermined value or within or outside a predetermined range of values
    • G01R19/16566—Circuits and arrangements for comparing voltage or current with one or several thresholds and for indicating the result not covered by subgroups G01R19/16504, G01R19/16528, G01R19/16533
    • G01R19/1659—Circuits and arrangements for comparing voltage or current with one or several thresholds and for indicating the result not covered by subgroups G01R19/16504, G01R19/16528, G01R19/16533 to indicate that the value is within or outside a predetermined range of values (window)
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/12—Testing dielectric strength or breakdown voltage ; Testing or monitoring effectiveness or level of insulation, e.g. of a cable or of an apparatus, for example using partial discharge measurements; Electrostatic testing
    • G01R31/14—Circuits therefor, e.g. for generating test voltages, sensing circuits
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/327—Testing of circuit interrupters, switches or circuit-breakers
    • G01R31/3271—Testing of circuit interrupters, switches or circuit-breakers of high voltage or medium voltage devices
    • G01R31/3272—Apparatus, systems or circuits therefor
    • G01R31/3274—Details related to measuring, e.g. sensing, displaying or computing; Measuring of variables related to the contact pieces, e.g. wear, position or resistance

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Testing Relating To Insulation (AREA)

Abstract

본 발명의 차단기의 절연내력감소율 시험 장치는, 시험 대상 차단기에 정격전압수준의 상용주파 교류 전압을 인가하는 내전압시험 전압원; 상기 내전압시험 전압원의 교류 전압이 인가된 상태의 상기 차단기의 전압을 측정하는 전압 측정부; 상기 차단기에 인가되는 상기 교류 전압의 사인파 기준으로 특정 테스트 투입 시점에 상기 차단기를 투입시키는 동기 조정부; 다수의 특정 테스트 투입 시점들에 대하여, 상기 차단기의 투입시 발생하는 개별 절연파괴 전압들을 확인하는 과정들로서, 상기 차단기의 투입시 발생하는 절연파괴 전압을 도출하는 절연파괴 전압 결정부; 및 상기 절연파괴 전압을 적용하여 상기 차단기의 절연내역감소율 또는 절연내력감소특성를 산출하는 절연특성 분석부를 포함할 수 있다.

Description

차단기의 절연내력감소율 시험 장치 및 이를 이용한 절연내력감소율 정보 결정 방법{Rate of Decay of Dielectric Strength Test Apparatus of Circuit Breaker and Method for Determining Rate of Decay of Dielectric Strength Information using the same}
본 발명은 차단기의 최적 투입 시점 결정을 위해 사용되는 차단기 절연내력감소율(RDDS) 또는 절연내력감소특성(K인자)의 결정을 위한 시험 절차를 수행하는 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
차단기는 용량성(진상) 또는 유도성(지상) 부하전류를 개폐하거나 고장전류를 차단하는 과정에서 돌입전류와 과전압이 필연적으로 발생한다.
이러한 과도현상은 차단기는 물론 계통을 구성하는 전력기기의 기계적, 전기적 손상이나 계전기의 오동작을 발생시킬 수 있어 저감을 위한 여러 가지 대책이 적용되어 왔다.
저항을 차단기내에 장착하여 회로정수를 변경하거나, 피뢰기를 설치하여 과전압을 억제하는 방법이 적용되어 왔으나, 이러한 방안은 차단기의 구조를 복잡하게 하며 잠재적인 고장 요인을 증가시키므로 새로운 기술개발의 필요성이 부각되었다.
도 1은 차단기에 관련된 투입전류가 가장 크게 발생하는 시점을 도시한 그래프이다.
도 2는 차단기에 관련된 투입전류가 가장 작게 발생하는 시점을 도시한 그래프이다.
차단기 개폐제어기술은 이러한 문제점을 극복할 수 있는 최적의 방법으로 계통에서 발생하는 개폐써지와 돌입전류를 최소화하기 위해 부하의 특성에 따라 원하는 시점에 차단기를 투입 또는 개방하기 위한 기술로 개폐 동작을 수행하는 차단기와 제어시점을 결정하는 개폐제어기로 구성된다.
제어기가 차단기의 최적 투입시점을 계산하기 위해서는 차단기가 가지고 있는 고유의 절연내력감소율(RDDS : Rate of Decay of Dielectric Strength)을 최우선으로 결정해야 한다.
기존 실무 문헌에는 차단기의 RDDS를 결정할 수 있는 수식이나 절차는 없이 시험전류 10A이상 ~ 차단기의 정격진상전류(rated capacitive current) 이하의 값에서 투입시험을 통해 결정하도록 명시하고 있기에, 이는 결정하는 사람의 능력에 따라 그 결과값은 달라질 수 있다. 이는 동일한 특성의 차단기임에도 불구하고 계산되는 차단기 최적 투입시점은 달라질 수 있다는 것을 의미한다.
기존에 차단기의 RDDS를 결정하는 방법으로는 전기 연구원 등 별도의 IC 규격에 따른 전압원 및 전류원이 구비될 수 있는 환경/설비를 갖춘 전문 시험소에서만 수행할 수 있어, RDDS를 통한 차단기 투입 전류를 최소화하는 투입 시점 최적화에 한계가 존재하였다.
대표적인 용량성(진상)부하인 커패시터를 전력계통에 병입할 때, 차단기 RDDS를 반영한 투입제어를 통해 전기적인 스트레스 발생을 최소화할 수 있으나, 잘못 결정된 RDDS를 기준으로 차단기를 투입할 경우 전기적 스트레스는 증가하며 전류는 수십 kA(킬로암페어)까지 발생할 수 있다.
이러한 투입전류는 변전소내에 설치되어 있는 전력기기의 손상이나 전자장비, 보호계전기의 오동작을 유발시켜 정상적인 전력계통 운영에 차질을 줄 수 있다.
대한민국 등록공보 10-2045898호 : 차단기 개폐 제어 방법
본 발명은 접근성이 우수한 내전압시험기를 이용하여 차단기 절연파괴전압을 효과적으로 측정할 수 있는 차단기의 절연내력감소율 시험 장치 및 이를 이용한 절연내력감소율 정보 결정 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따른 차단기의 절연내력감소율 시험 장치는, 시험 대상 차단기에 정격전압수준의 상용주파 교류 전압을 인가하는 내전압시험 전압원; 상기 내전압시험 전압원의 교류 전압이 인가된 상태의 상기 차단기의 전압을 측정하는 전압 측정부; 상기 차단기에 인가되는 상기 교류 전압의 사인파 기준으로 특정 테스트 투입 시점에 상기 차단기를 투입시키는 동기 조정부; 다수의 특정 테스트 투입 시점들에 대하여, 상기 차단기의 투입시 발생하는 개별 절연파괴 전압들을 확인하는 과정들로서, 상기 차단기의 투입시 발생하는 절연파괴 전압을 도출하는 절연파괴 전압 결정부; 및 상기 절연파괴 전압을 적용하여 상기 차단기의 절연내역감소율 또는 절연내력감소특성를 산출하는 절연특성 분석부를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 내전압시험 전압원 보호를 위해 저항과 리액터를 구비하는 보호회로를 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 동기 조정부는, 상용주파의 1 주기를 다수개로 분할하는 다수개의 차단기 투입 시점들 각각마다 상기 차단기를 투입하고, 상기 절연파괴 전압 결정부는, 각 차단기 투입 시점마다 상기 차단기에서 측정된 전압에서 절연파괴를 확인하면 해당 투입 시점의 개별 절연파괴 전압으로 인식하는 과정을 반복하고, 인식된 상기 개별 절연파괴 전압들 중 T/2 시점에 가장 가까운 것을 상기 절연파괴 전압으로 결정할 수 있다.
여기서, 상기 다수개의 차단기 투입 시점들은, 상기 전압원이 생성하는 상용주파 전압 사인파의 T/4에서 T/2까지의 구간을 분할한 시점들일 수 있다.
여기서, 상기 절연파괴 전압 결정부는, 하기 수학식에 따라 상기 절연파괴 전압이 발생되는 시점인 전열파괴 발생 시간(시각,시점)을 도출할 수 있다.
(여기서, tps : 전열파괴 발생 시간, Vps : 절연파괴 전압, Vp : 전압 순시 최대치)
여기서, 상기 절연특성 분석부는, 하기 수학식에 따라 상기 절연내역감소율(RDDS)을 도출할 수 있다.
여기서, 상기 절연특성 분석부는, 하기 수학식에 따라 상기 절연내력감소특성(K인자)을 도출할 수 있다.
(기울기)
본 발명의 다른 측면에 따른 차단기의 절연내력감소율 정보 결정 방법은, 시험 대상 차단기에 정격전압수준의 전력 주파수 교류 전압을 인가하면서, 특정 테스트 투입 시점에 상기 차단기를 투입시키는 방식으로, 상기 차단기의 투입시 발생하는 절연파괴 전압을 측정하는 단계; 상기 절연파괴 전압이 발생되는 시점인 전열파괴 발생 시간을 도출하는 단계; 및 상기 절연과괴 전압 및 상기 전열파괴 발생 시간으로부터 절연내역감소율 또는 절연내력감소특성를 산출하는 단계를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 차단기의 투입시 발생하는 절연파괴 전압을 측정하는 단계는, 상용주파 내전압시험 전압원으로 상기 차단기에 상기 교류 전압을 인가하는 단계; 상용주파의 1 주기를 다수개로 분할하는 다수개의 차단기 투입 시점들 각각마다, 상기 차단기를 투입하는 과정, 상기 차단기의 전압을 측정하는 과정, 측정된 전압에서 절연파괴를 확인하면 해당 투입 시점의 개별 절연파괴 전압으로 인식하는 과정을 반복하는 절연파괴 확인 단계; 및 상기 다수개의 차단기 투입 시점들에서 인식된 개별 절연파괴 전압들 중 T/2 시점에 가장 가까운 것을 상기 절연파괴 전압으로 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 다수개의 차단기 투입 시점들은, 상기 전압원이 생성하는 상용주파 전압 사인파의 T/4에서 T/2까지의 구간을 분할한 시점들일 수 있다.
여기서, 상기 전열파괴 발생 시간을 도출하는 단계에서는, 상기 절연파괴 전압을 하기 수학식에 반영하여 상기 전열파괴 발생 시간을 도출할 수 있다.
(여기서, tps : 전열파괴 발생 시간, Vps : 절연파괴 전압, Vp : 전압 순시 최대치)
여기서, 상기 절연내역감소율 또는 절연내력감소특성를 산출하는 단계에서는, 하기 수학식에 따라 상기 절연내역감소율(RDDS)을 도출할 수 있다.
여기서, 상기 절연내역감소율 또는 절연내력감소특성를 산출하는 단계에서는, 하기 수학식에 따라 상기 절연내력감소특성(K인자)을 도출할 수 있다.
(기울기)
상술한 구성의 본 발명의 사상에 따른 차단기의 절연내력감소율 시험 장치 및/또는 절연내력감소율 정보 결정 방법을 실시하면, 접근성이 우수한 내전압시험기를 이용하여 차단기 절연파괴전압을 효과적으로 측정할 수 있는 이점이 있다.
본 발명의 차단기의 절연내력감소율 시험 장치 및/또는 절연내력감소율 정보 결정 방법은, 차단기 투입시 발생하는 과전압 및 투입전류 등의 전기적 스트레스에 의한 전력설비 고장이나 보호계전기 및 전자설비 오동작으로 정전이 발생하는 경우의 고장 복구 비용 및 정전에 따른 손실을 절감하는 이점이 있다.
본 발명의 차단기의 절연내력감소율 시험 장치 및/또는 절연내력감소율 정보 결정 방법은, 차단기 고유의 RDDS를 통한 최적투입은 변전설비 전기적, 기계적 스트레스 저감을 통한 고장 감소 및 수명 증대는 물론 안정적 전력공급에 기여할 수 있는 이점이 있다.
도 1은 차단기에 관련된 투입전류가 가장 크게 발생하는 시점을 도시한 그래프.
도 2는 차단기에 관련된 투입전류가 가장 작게 발생하는 시점을 도시한 그래프.
도 3은 본 발명의 사상에 따른 차단기의 절연내력감소율 시험 장치의 일 실시예를 도시한 개념도.
도 4는 RDDS 결정을 위한 차단기 투입에 따른 절연파괴전압 측정구간의 설명을 위한 그래프.
도 5는 절연내력감소율 결정을 위한 시험에서 측정된 절연파괴전압을 나타낸 파형도.
도 6은 차단기 절연내력 감소특성(K=0.85)에 따른 절연파괴전압 크기 해석을 나타낸 파형도.
도 7은 본 발명의 사상에 따른 차단기의 절연내력감소율 정보 결정 방법의 일 실시예를 도시한 흐름도.
도 8은 도 7의 절연내력감소율 정보 결정 과정 중 절연파괴 전압을 측정하는 단계의 세부 과정을 도시한 흐름도.
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.
본 발명에서는 차단기 투입시험을 통해 측정된 데이터를 기준으로 수학적인 수식을 통한 RDDS(절연내력감소율 : Rate of Decay of Dielectric Strength) 결정 방법을 제안하고자 한다.
내전압시험기는 일반적으로 절연소자에 대하여 절연시험을 수행하기 위한 것이며, 차단기에 대한 시험 용도로 사용되지는 않았다. 본 발명에서는 차단기 투입시 절연내력감소율 측정에 내전압시험기를 적용하는 방안을 제시한 것이다.
도 3은 본 발명의 사상에 따른 차단기의 절연내력감소율 시험 장치의 일 실시예를 도시한 개념도이다.
도시한 차단기의 절연내력감소율 시험 장치는, 시험 대상 차단기(20)에 정격전압수준의 상용주파(전력 주파수) 교류 전압을 인가하는 내전압시험 전압원(120); 상기 내전압시험 전압원(120)의 교류 전압이 인가된 상태의 상기 차단기(20)의 전압을 측정하는 전압 측정부(140); 상기 차단기에 인가되는 상기 교류 전압의 사인파 기준으로 특정 테스트 투입 시점에 상기 차단기(20)를 투입시키는 동기 조정부(150); 다수의 특정 테스트 투입 시점들에 대하여, 상기 차단기(20)의 투입시 발생하는 개별 절연파괴 전압들을 확인하는 과정들로서, 상기 차단기(20)의 투입시 발생하는 절연파괴 전압을 도출하는 절연파괴 전압 결정부(162); 및 상기 절연파괴 전압을 적용하여 상기 차단기(20)의 절연내역감소율(RDDS) 또는 절연내력감소특성(K인자)를 산출하는 절연특성 분석부(166)를 포함할 수 있다.
본 발명의 사상에 따라 RDDS 결정을 위한 투입시험을 위한 상기 내전압시험 전압원(120)으로서, 국내 제작사에서 다수 보유하고 있는 상용주파 내전압시험기를 활용할 수 있으며, 시험전압(Vp)은 차단기 정격전압 수준으로 하며, 시험전류는 수mA(밀리암페어)에서 수A(암페어) 수준으로 이는 상용주파내전압시험기 용량에 따라 달라질 수 있다.
또한, 시험회로에는 상용주파내전압시험기 전압원(120) 보호를 위해 저항(R)과 리액터(L)로 구성된 보호회로가 추가될 수 있다.
도 3에 도시한 본 발명의 사상에 따른 RDDS 결정 방법을 수행하기 위한 시험 회로는 정극성 전압 영점 최근접 절연파괴전압을 측정한다.
도 3과 같이 차단기 정격전압수준의 전압을 상용주파내전압시험기를 통해 회로에 인가하고, 차단기(20)에 투입지령을 주어 차단기 투입시 발생하는 절연파괴전압을 측정한다. 이를 위해 상기 동기 조정부(150)는 상기 내전압시험 전압원(120)에서 상기 차단기(20)로 인가되는 교류 전압 사인파에 대한 위상으로 규정될 수 있는 특정 테스트 투입 시점에 상기 차단기(20)를 투입시키는 역할을 수행하는데, 예컨대, 기존의 상용주파 내전압시험기가 지원하는 위상동기 조정 기능을 이용하여 구현할 수 있다.
상용주파 내전압시험기 전압원(120)에서 인가되는 전압은 이며, 이 수식에서 는 전압 순시 최대치이고, 이며,f는 전압 주파수인 60Hz(헤르쯔)이다. 앞서 설명한 바와 같이, 는 차단기 정격전압 수준으로 설정할 수 있다.
예컨대, 상기 절연파괴 전압 결정부(162) 및 상기 절연특성 분석부(166)는 CPU나 MCU 등 연산장치(160)에서 실행되는 SW 모듈의 형태로 구현될 수 있다.
도 4는 RDDS 결정을 위한 차단기 투입에 따른 절연파괴전압 측정구간의 설명을 위한 그래프이다.
간략화한 시험회로도인 도 3의 배치에 따른 시험에서 차단기 앞단에서 절연파괴되는 전압을 측정하며, 60Hz의 1 cycle, 즉 한주기 시간을 T라고 할 때, RDDS 결정을 위한 유의미한 절연파괴 전압영역은 사이의 값이다.
차단기 투입시점을 조정하여 부극성이 아닌 정극성 전압영역 에 가장 근접해서 발생시킬수 있는 차단기의 절연파괴 전압(Vps)을 측정하며, 이 값을 RDDS를 결정하는 수식에 사용한다.
상술한 내용을 반영하여, 상기 동기 조정부(150)는, 상용주파의 1 주기(T)를 다수개로 분할하는 다수개의 차단기 투입 시점들 각각마다 상기 차단기를 투입하되, 상기 다수개의 차단기 투입 시점들은, 상기 전압원이 생성하는 상용주파 전압 사인파의 T/4에서 T/2까지의 구간을 n개로 분할한 시점들이 되도록 투입 신호 동기를 조정할 수 있다.
그러면, 상기 절연파괴 전압 결정부(162)는, 각 차단기 투입 시점마다 상기 차단기에서 측정된 전압에서 절연파괴를 확인하면 해당 투입 시점의 개별 절연파괴 전압으로 인식하는 과정을 반복하고, 인식된 상기 개별 절연파괴 전압들 중 T/2 시점에 가장 가까운 것을 절연파괴 전압(Vps)으로 결정할 수 있다.
일반적인 상용주파 내전압시험기의 동기 조정이 전력 주파수에 대하여 1도 단위로 수행할 수 있는데, 이 정도의 간격으로 상기 n으로 규정되는 차단기 투입 타이밍들을 부여하여 시험하면, 충분한 분해능을 얻을 수 있다.
상기 절연파괴 전압 결정부(162)는, 상술한 상용주파 내전압시험기에서 인가되는 전압 을 통해 측정된 정극성 전압 1/2T 최근접 절연파괴전압 Vps값을 통해 절연파괴가 발생한 시간(tps)을 하기 수학식 1로부터 도출할 수 있다.
여기서, tps가 T/4보다 작으면 로 tps값을 다시 계산할 수 있다.
상술한 절연파괴가 발생한 시간(tps)을 과정을, 정극성 전압 1/2T 최근접 절연파괴전압을 이용한 RDDS 결정하는 과정의 일부인 관점에서, 상기 절연특성 분석부(166)에서 수행된다고 규정할 수도 있으나, tps를 구하는 과정에서 사용되는 파라미터(값)들이 Vps를 구하는 경우와 중첩되는 것을 감안하여, 상기 절연파괴 전압 결정부(162)에서 수행하는 것으로 규정하였다.
상기 절연특성 분석부(166)는, 최종적으로 tps를 이용하여 절연내역감소율(RDDS)를 하기 수학식 2로부터 도출할 수 있다.
RDDS 결정 방법에는 Vps를 측정하여 RDDS를 결정 방법 이외, 정밀도가 높은 측정장비를 활용하여 tps를 직접 측정하여 RDDS를 계산하는 방법을 포함할 수 있다.
일반적으로 차단기의 RDDS를 활용하여 최적투입시점 결정을 위해 실 계통에 적용하기 위해서는 계통주파수에 따라 정규화된 값으로 표현하여 적용한다. 따라서, 위에서 결정된 차단기의 절연내력감소율(RDDS)을 계통전압 영점에서의 기울기 로 정규화하여 K인자로 나타내면 와 같이 정리할 수 있다.
구현에 따라, 상기 절연특성 분석부(166)는, 최종적으로 상술한 K인자를 도출할 수 있다.
이후, 상기 절연특성 분석부(166)가 도출하는 상기 차단기의 특성으로서 RDDS 및/또는 K인자는, 소정의 차단기 최적 투입시점 결정 알고리즘에 제공되며, 상기 차단기 최적 투입시점 결정 알고리즘은 시험 대상 차단기의 투입 전류가 가장 작게 발생되는 투입 시점(즉, 상용주파에 대한 위상)을 결정하고, 이에 따라 상기 차단기를 제어할 수 있다. 상기 차단기 최적 투입시점 결정 알고리즘은 공지된 기술들 중 하나를 적용할 수 있는 바, 공지 기술로서 상세 설명은 생략한다.
다음, 본 발명의 사상에 따른 정극성 전압 1/2T 최근접 절연파괴전압을 이용한 RDDS 결정의 효과 검증을 예시한다.
도 5는 절연내력감소율 결정을 위한 시험에서 측정된 절연파괴전압을 나타낸 파형도이다.
도 6은 차단기 절연내력 감소특성(K=0.85)에 따른 절연파괴전압 크기 해석을 나타낸 파형도이다.
과도해석 상용Tool인 전자계과도해석프로그램(EMTP)를 통한 시뮬레이션을 통해 RDDS 결정 절차에 대한 검증을 실시하였다.
인가전압 에서 일 때, 부극성으로 넘어가지 않고 정극성 전압 영점에 가장 근접해서 발생되는 절연파괴전압(Vps)이 도 5에 나타낸 바와 같이 148.02kV(킬로볼트)라고 하면, 앞서 서술한 절차 및 식에 따라 차단기의 절연내력감소율을 계산해 계통전압 영점에서의 기울기로 정규화된 값으로 나타내면 K = 0.85로 결정된다.
이를 재검증하기 위해 차단기의 절연내력감소율을 계통전압 영점에서의 기울기로 정규화된 값인 K를 0.85로 설정하여 차단기를 투입시킬 경우, 역으로 절연파괴 전압이 148.02kV가 나오는지 검증한 결과, 도 6과 같이 도 5와 동일한 결과를 얻을 수 있었으며, 이를 통해 본 발명의 사상에 따른 절차가 타당함을 검증할 수 있었다.
도 7은 본 발명의 사상에 따른 차단기의 절연내력감소율 정보 결정 방법의 일 실시예를 도시한 흐름도이다.
도 8은 도 7의 절연내력감소율 정보 결정 과정 중 절연파괴 전압을 측정하는 단계의 세부 과정을 도시한 흐름도이다.
도시한 차단기의 절연내력감소율 정보 결정 방법은, 내전압시험 전압원으로 시험 대상 차단기에 정격전압수준의 전력 주파수 교류 전압을 인가하면서, 특정 테스트 투입 시점에 상기 차단기를 투입시키는 방식으로, 상기 차단기의 투입시 발생하는 절연파괴 전압을 측정하는 단계(S100); 상기 절연파괴 전압이 발생되는 시점인 전열파괴 발생 시간(엄밀하게는 시각, 시점임)을 도출하는 단계(S200); 및 상기 절연과괴 전압 및 상기 전열파괴 발생 시간으로부터 절연내역감소율(RDDS) 또는 절연내력감소특성(K인자)를 산출하는 단계(S300)를 포함할 수 있다.
도 8에 도시한 바와 같이, 상기 차단기의 투입시 발생하는 절연파괴 전압을 측정하는 단계(S100)는, 상용주파 내전압시험 전압원으로 상기 차단기에 상기 교류 전압을 인가하는 단계(S110); 상용주파의 1 주기(T)를 다수개로 분할하는 다수개의 차단기 투입 시점들 각각(n)마다, 상기 차단기를 투입하는 과정(S130), 상기 차단기의 전압을 측정하는 과정(S140), 측정된 전압에서 절연파괴를 확인하면(S150) 해당 투입 시점의 개별 절연파괴 전압으로 인식하는 과정(S160)을 반복하는 절연파괴 확인 단계(S120 ~ S180 순환루프); 및 상기 다수개의 차단기 투입 시점들에서 인식된 개별 절연파괴 전압들 중 T/2 시점에 가장 가까운 것을 상기 절연파괴 전압으로 결정하는 단계(S190)를 포함할 수 있다.
상기 S120 ~ S180 순환루프의 특정 n으로 규정되는 각 단위 루프에서, 상기 S130 단계 및 S140 단계는 서로 독립적으로 동시에 수행되되, S130 단계의 기간(차단기 투입 개시 동작)이 전후로 충분히 포함될 수 있는 기간동안 S140 단계가 수행되는 것이 전압 패턴 분석에 있어서 유리하다.
여기서, 앞서 도 4에 대한 설명과 같이, 상기 다수개의 차단기 투입 시점들은, 상기 전압원이 생성하는 상용주파 전압 사인파의 T/4에서 T/2까지의 구간을 분할한 시점들인 것이 유리하며, 도 8에서는 이를 반영하여 상기 S120 ~ S180 순환루프는 T/4에 대하여 개시되어 T/2에 대하여 종료한다.
상기 S120 ~ S180 순환루프의 특정 n으로 규정되는 각 단위 루프는, 하나의 상용주파의 1 주기(T) 동안 1회만 수행되며, 구현에 따라, 각 단위 루프가 수행되는 간격은, 상기 차단기의 기계적 접점이 붙기 까지의 시간 보다 짧거나 길 수 있다.
상기 차단기의 기계적 접점이 붙기 까지의 시간이 예컨대 상용주파의 10 주기(10T)라면, 전자의 경우, 각 단위 루프가 수행되는 간격은, 1T 내지 9T가 되며, 상기 S130 단계의 수행후 1T가 지나면, 상기 차단기의 기계적 접점이 붙기 이전에 투입 신호를 제거하는 방식으로, 상기 S120 ~ S180 순환루프가 수행될 수 있다.
후자의 경우, 각 단위 루프가 수행되는 간격은, 11T 이상이 되며, 매 단위 루프마다 상기 S130 단계의 수행후 10T가 지나, 상기 차단기의 기계적 접점이 붙은 것을 확인한 후, 차단기에 개방 신호를 넣어서 차단기를 개방시킨 후, 다음 순환루프를 진행하는 방식으로, 상기 S120 ~ S180 순환루프가 수행될 수 있다.
예컨대, 상기 전열파괴 발생 시간(시각,시점)을 도출하는 단계(S200)에서는, 앞서 설명한 바와 같이 절연파괴 전압(Vps)을 하기 수학식 1에 반영하여 전열파괴 발생 시간(tps)을 도출할 수 있다.
현용 상용주파 내전압시험기의 경우, 차단기에 대한 투입 명령이 내려진 시점(시각)보다 전압 측정이 보다 정확성을 가지고 있으므로, 절연파괴 전압을 획득하여 이용하는 것이다.
예컨대, 상기 절연내역감소율(RDDS) 또는 절연내력감소특성(K인자)를 산출하는 단계에서는, 앞서 설명한 상기 수학식 2에 따라 절연내역감소율(RDDS)을 도출하거나, 절연내력감소율(RDDS)을 계통전압 영점에서의 기울기 로 정규화하여 K인자로 나타내면 와 같이 정리할 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.
20 : 시험 대상 차단기
120 : 내전압시험 전압원
140 : 전압 측정부
150 : 동기 조정부
162 : 절연파괴 전압 결정부
166 : 절연특성 분석부

Claims (13)

  1. 시험 대상 차단기에 정격전압수준의 상용주파 교류 전압을 인가하는 내전압시험 전압원;
    상기 내전압시험 전압원의 교류 전압이 인가된 상태의 상기 차단기의 전압을 측정하는 전압 측정부;
    상기 차단기에 인가되는 상기 교류 전압의 사인파 기준으로 특정 테스트 투입 시점에 상기 차단기를 투입시키는 동기 조정부;
    다수의 특정 테스트 투입 시점들에 대하여, 상기 차단기의 투입시 발생하는 개별 절연파괴 전압들을 확인하는 과정들로서, 상기 차단기의 투입시 발생하는 절연파괴 전압을 도출하는 절연파괴 전압 결정부; 및
    상기 절연파괴 전압을 적용하여 상기 차단기의 절연내역감소율 또는 절연내력감소특성를 산출하는 절연특성 분석부
    를 포함하는 차단기의 절연내력감소율 시험 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 내전압시험 전압원 보호를 위해 저항과 리액터를 구비하는 보호회로
    를 더 포함하는 차단기의 절연내력감소율 시험 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 동기 조정부는,
    상용주파의 1 주기를 다수개로 분할하는 다수개의 차단기 투입 시점들 각각마다 상기 차단기를 투입하고,
    상기 절연파괴 전압 결정부는,
    각 차단기 투입 시점마다 상기 차단기에서 측정된 전압에서 절연파괴를 확인하면 해당 투입 시점의 개별 절연파괴 전압으로 인식하는 과정을 반복하고,
    인식된 상기 개별 절연파괴 전압들 중 T/2 시점에 가장 가까운 것을 상기 절연파괴 전압으로 결정하는 차단기의 절연내력감소율 시험 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 다수개의 차단기 투입 시점들은,
    상기 전압원이 생성하는 상용주파 전압 사인파의 T/4에서 T/2까지의 구간을 분할한 시점들인 차단기의 절연내력감소율 시험 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 절연파괴 전압 결정부는,
    하기 수학식에 따라
    상기 절연파괴 전압이 발생되는 시점인 전열파괴 발생 시간(시각,시점)을 도출하는 차단기의 절연내력감소율 시험 장치.

    (여기서, tps : 전열파괴 발생 시간, Vps : 절연파괴 전압, Vp : 전압 순시 최대치)
  6. 제5항에 있어서,
    상기 절연특성 분석부는,
    하기 수학식에 따라 상기 절연내역감소율(RDDS)을 도출하는 차단기의 절연내력감소율 시험 장치.

  7. 제6항에 있어서,
    상기 절연특성 분석부는,
    하기 수학식에 따라 상기 절연내력감소특성(K인자)을 도출하는 차단기의 절연내력감소율 시험 장치.

    (기울기)
  8. 시험 대상 차단기에 정격전압수준의 전력 주파수 교류 전압을 인가하면서, 특정 테스트 투입 시점에 상기 차단기를 투입시키는 방식으로, 상기 차단기의 투입시 발생하는 절연파괴 전압을 측정하는 단계;
    상기 절연파괴 전압이 발생되는 시점인 전열파괴 발생 시간을 도출하는 단계; 및
    상기 절연과괴 전압 및 상기 전열파괴 발생 시간으로부터 절연내역감소율 또는 절연내력감소특성를 산출하는 단계
    를 포함하는 차단기의 절연내력감소율 정보 결정 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 차단기의 투입시 발생하는 절연파괴 전압을 측정하는 단계는,
    상용주파 내전압시험 전압원으로 상기 차단기에 상기 교류 전압을 인가하는 단계;
    상용주파의 1 주기를 다수개로 분할하는 다수개의 차단기 투입 시점들 각각마다, 상기 차단기를 투입하는 과정, 상기 차단기의 전압을 측정하는 과정, 측정된 전압에서 절연파괴를 확인하면 해당 투입 시점의 개별 절연파괴 전압으로 인식하는 과정을 반복하는 절연파괴 확인 단계; 및
    상기 다수개의 차단기 투입 시점들에서 인식된 개별 절연파괴 전압들 중 T/2 시점에 가장 가까운 것을 상기 절연파괴 전압으로 결정하는 단계
    를 포함하는 차단기의 절연내력감소율 정보 결정 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 다수개의 차단기 투입 시점들은,
    상기 전압원이 생성하는 상용주파 전압 사인파의 T/4에서 T/2까지의 구간을 분할한 시점들인 차단기의 절연내력감소율 정보 결정 방법.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 전열파괴 발생 시간을 도출하는 단계에서는,
    상기 절연파괴 전압을 하기 수학식에 반영하여 상기 전열파괴 발생 시간을 도출하는 차단기의 절연내력감소율 정보 결정 방법.

    (여기서, tps : 전열파괴 발생 시간, Vps : 절연파괴 전압, Vp : 전압 순시 최대치)
  12. 제11항에 있어서,
    상기 절연내역감소율 또는 절연내력감소특성를 산출하는 단계에서는,
    하기 수학식에 따라 상기 절연내역감소율(RDDS)을 도출하는 차단기의 절연내력감소율 정보 결정 방법.

  13. 제12항에 있어서,
    상기 절연내역감소율 또는 절연내력감소특성를 산출하는 단계에서는,
    하기 수학식에 따라 상기 절연내력감소특성(K인자)을 도출하는 차단기의 절연내력감소율 정보 결정 방법.

    (기울기)
KR1020220096338A 2022-08-02 2022-08-02 차단기의 절연내력감소율 시험 장치 및 이를 이용한 절연내력감소율 정보 결정 방법 KR20240018287A (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020220096338A KR20240018287A (ko) 2022-08-02 2022-08-02 차단기의 절연내력감소율 시험 장치 및 이를 이용한 절연내력감소율 정보 결정 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020220096338A KR20240018287A (ko) 2022-08-02 2022-08-02 차단기의 절연내력감소율 시험 장치 및 이를 이용한 절연내력감소율 정보 결정 방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20240018287A true KR20240018287A (ko) 2024-02-13

Family

ID=89899596

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020220096338A KR20240018287A (ko) 2022-08-02 2022-08-02 차단기의 절연내력감소율 시험 장치 및 이를 이용한 절연내력감소율 정보 결정 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20240018287A (ko)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102045898B1 (ko) 2018-05-09 2019-11-18 효성중공업 주식회사 차단기 개폐 제어 방법

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102045898B1 (ko) 2018-05-09 2019-11-18 효성중공업 주식회사 차단기 개폐 제어 방법

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Zhang et al. Model-based general arcing fault detection in medium-voltage distribution lines
Zhalefar et al. A high-speed adaptive single-phase reclosing technique based on local voltage phasors
CN106771904B (zh) 一种基于时序在特高压环境对可控避雷器进行冲击试验的系统及方法
CN106646318B (zh) 干式空心电抗器匝间绝缘试验装置性能校核系统及方法
Gajare et al. Synchrophasor-based intelligent autoreclosing scheme for series compensated transmission lines
Sirisha et al. Parameter estimation of resonant fault current limiter for protection and stability analysis
CN105388415B (zh) 一种基于两段式时间尺度的断路器开断trv能力评估方法
CN111751621A (zh) 一种高压断路器二次回路的检测方法
Zhao et al. Commutation failure prediction method based on characteristic of accumulated energy in inverter
Ebner et al. Fault arc extinction and system re-start on HVDC transmission lines using LCC or VSC full-bridge converters with integrated arc recovery simulation models
Gajare et al. Model verification of fixed series compensation devices using synchronized data
KR20240018287A (ko) 차단기의 절연내력감소율 시험 장치 및 이를 이용한 절연내력감소율 정보 결정 방법
CN106353637B (zh) 静止无功补偿器晶闸管控制电抗器故障分析定位方法
Websper et al. An investigation into breaker reclosure strategy for adaptive single pole autoreclosing
Madzarevic et al. Overvoltages on EHV transmission lines due to faults and subsequent bypassing of series capacitors
KR100637619B1 (ko) 병렬 커패시터 뱅크의 전압 차동 보호 방법 및 장치
KR101461568B1 (ko) 돌입 전류 억제 기능을 갖는 전력 차단기 제어장치
CN113848439A (zh) 故障电弧检测方法、装置、计算机设备和存储介质
KR20180046754A (ko) 2점절 차단기의 개폐동작 시간차 측정장치 및 방법
Deyhim et al. Insulation risk assessment of controlled switching considering pre‐strike voltage and line trapped charge
Bui-Van et al. Performance of series-compensated line circuit breakers under delayed current-zero conditions
Katare et al. Estimation of Arc voltage characteristic for high current fault Arcs
CN116087866B (zh) 一种电流互感器二次接地系统抗短路试验系统及方法
Yuqin et al. The method for automatic compensation and detection of earth faults in distribution network
Shpolianskyi Adjustment of the MATLAB surge arrester model parameters