KR20240037681A - 지능형 디지털 보호 계전기 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 지능형 디지털 보호 계전기에 관한 것으로서, 좀 더 상세하게는, 계기용 변류기 및 계기용 변압기에 연결되어 상기 계기용 변류기 2차측 개방 및 계기용 변압기 2차측 단락을 실시간으로 모니터링하여 각각의 상기 개방 및 단락 감지시 이를 사용자에게 알림과 함께, 계기용 변류기 2차 단자를 단락시켜 보호 계전기 내 변류기에 연결된 다수의 계기들을 능동적으로 보호할 수 있으며, 계기용 변류기 2차 단자의 개방 여부에 대한 판단 조건을 보다 세부화하여 정밀한 조건하에 계기용 변류기 2차 단자를 개방하고, 무효한 계기용 변류기 2차 단자의 개방에 따른 운용 및 관리 손실을 최소화할 수 있으며, 또한, 전력계통에 일반적으로 구비되는 차단기의 공급전원 차단 동작을 제어하여 과전압 및 과전류 등의 유입이나 발생으로 인한 보호계전기 내부 이상 상태 발생으로부터 보호 계전기의 고장이나 파손을 사전에 예방할 수 있는 지능형 디지털 보호 계전기에 관한 것으로,
본 발명에 따른 지능형 디지털 보호 계전기는, 외부전원을 입력받아 전기적으로 연결된 다수의 전자기기에 각각의 정격전원으로 변환하여 공급하고, 과전류나 과전압 발생시 전원을 차단하는 차단기기(CB, Circuit Breaker)를 포함하여 형성되는 전력회로에 구비되며, 상기 전력회로에 대한 계전기능을 실행하는 지능형 디지털 보호 계전기에 있어서, 전력계측을 위해 구비되는 계기용 변류기(CT, Current Transformer) 및 계기용 변압기(PT, Potential Transformer); 상기 계기용 변류기의 2차단자 및 계기용 변압기의 2차단자의 각각의 전압값을 측정하는 2차단자 전압측정부; 상기 계기용 변류기의 2차단자의 전류값을 측정하는 2차단자 전류측정부; 상기 계기용 변류기의 2차단자의 영 상전압(Zero-Phase Voltage)값을 측정하는 2차단자 영 상전압 측정부; 상기 계기용 변류기 내부의 온도를 측정하는 계기용 변류기 온도측정부; 사용자로부터 상기 계기용 변류기 2차단자에 대한 소정의 기준 전압값, 기준 전류값 및, 기준 영 상전압값을 입력받고, 차단 지연시간을 입력받으며, 상기 계기용 변류기 내부의 기준 내부온도값을 입력받고, 상기 계기용 변압기 2차단자에 대한 소정의 기준 전압값을 입력받으며, 상기 2차단자 전압측정부로부터 상기 계기용 변류기의 2차단자 및 계기용 변압기의 2차단자의 각각의 측정 전압값을 입력받고, 상기 2차단자 전류측정부 및 2차단자 영상전압 측정부로부터 각각 측정 전류값 및 측정 영 상전압값을 입력받으며, 상기 계기용 변류기 온도측정부로부터 측정 온도값을 입력받으며, 외부로 2차단자 개방신호를 출력하는 제어부; 상기 제어부로부터 2차단자 개방신호를 입력받아 상기 계기용 변류기의 2차 단자를 단락시키는 계기용 변류기 단락부; 사용자로부터 재설정 명령을 입력받아 상기 계기용 변류기 단락부의 단락을 해제시키는 재설정 버튼; 및 전력계통에 계전기능을 수행하는 보호계전기;를 포함하여 구성되며, 상기 제어부는, 상기 계기용 변류기 2차단자에 대한 측정 전압값이 기준 전압값보다 높고, 측정 전류값이 기준 전류값보다 낮으며, 측정 영 상전압값이 기준 영 상전압값보다 높고, 상기 측정 온도값이 기준 온도값보다 높으며, 상기 계기용 변압기 2차단자에 대한 측정 전압값이 기준 전압값을 유지하는 경우에 외부로 2차단자 개방신호를 출력하고, 상기 2차단자 개방신호를 상기 계기용 변류기 단락부로 출력한 후, 상기 입력받은 차단 지연시간 동안 상기 재설정 버튼을 통해 사용자로부터 재설정 명령을 입력받지 못한 경우에 상기 차단기를 차단 동작시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 지능형 디지털 보호 계전기는, 외부전원을 입력받아 전기적으로 연결된 다수의 전자기기에 각각의 정격전원으로 변환하여 공급하고, 과전류나 과전압 발생시 전원을 차단하는 차단기기(CB, Circuit Breaker)를 포함하여 형성되는 전력회로에 구비되며, 상기 전력회로에 대한 계전기능을 실행하는 지능형 디지털 보호 계전기에 있어서, 전력계측을 위해 구비되는 계기용 변류기(CT, Current Transformer) 및 계기용 변압기(PT, Potential Transformer); 상기 계기용 변류기의 2차단자 및 계기용 변압기의 2차단자의 각각의 전압값을 측정하는 2차단자 전압측정부; 상기 계기용 변류기의 2차단자의 전류값을 측정하는 2차단자 전류측정부; 상기 계기용 변류기의 2차단자의 영 상전압(Zero-Phase Voltage)값을 측정하는 2차단자 영 상전압 측정부; 상기 계기용 변류기 내부의 온도를 측정하는 계기용 변류기 온도측정부; 사용자로부터 상기 계기용 변류기 2차단자에 대한 소정의 기준 전압값, 기준 전류값 및, 기준 영 상전압값을 입력받고, 차단 지연시간을 입력받으며, 상기 계기용 변류기 내부의 기준 내부온도값을 입력받고, 상기 계기용 변압기 2차단자에 대한 소정의 기준 전압값을 입력받으며, 상기 2차단자 전압측정부로부터 상기 계기용 변류기의 2차단자 및 계기용 변압기의 2차단자의 각각의 측정 전압값을 입력받고, 상기 2차단자 전류측정부 및 2차단자 영상전압 측정부로부터 각각 측정 전류값 및 측정 영 상전압값을 입력받으며, 상기 계기용 변류기 온도측정부로부터 측정 온도값을 입력받으며, 외부로 2차단자 개방신호를 출력하는 제어부; 상기 제어부로부터 2차단자 개방신호를 입력받아 상기 계기용 변류기의 2차 단자를 단락시키는 계기용 변류기 단락부; 사용자로부터 재설정 명령을 입력받아 상기 계기용 변류기 단락부의 단락을 해제시키는 재설정 버튼; 및 전력계통에 계전기능을 수행하는 보호계전기;를 포함하여 구성되며, 상기 제어부는, 상기 계기용 변류기 2차단자에 대한 측정 전압값이 기준 전압값보다 높고, 측정 전류값이 기준 전류값보다 낮으며, 측정 영 상전압값이 기준 영 상전압값보다 높고, 상기 측정 온도값이 기준 온도값보다 높으며, 상기 계기용 변압기 2차단자에 대한 측정 전압값이 기준 전압값을 유지하는 경우에 외부로 2차단자 개방신호를 출력하고, 상기 2차단자 개방신호를 상기 계기용 변류기 단락부로 출력한 후, 상기 입력받은 차단 지연시간 동안 상기 재설정 버튼을 통해 사용자로부터 재설정 명령을 입력받지 못한 경우에 상기 차단기를 차단 동작시키는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 지능형 디지털 보호 계전기에 관한 것으로서, 좀 더 상세하게는, 계기용 변류기 및 계기용 변압기에 연결되어 상기 계기용 변류기 2차측 개방 및 계기용 변압기 2차측 단락을 실시간으로 모니터링하여 각각의 상기 개방 및 단락 감지시 이를 사용자에게 알림과 함께, 계기용 변류기 2차 단자를 단락시켜 보호 계전기 내 변류기에 연결된 다수의 계기들을 능동적으로 보호할 수 있으며, 계기용 변류기 2차 단자의 개방 여부에 대한 판단 조건을 보다 세부화하여 정밀한 조건하에 계기용 변류기 2차 단자를 개방하고, 무효한 계기용 변류기 2차 단자의 개방에 따른 운용 및 관리 손실을 최소화할 수 있으며,
또한, 전력계통에 일반적으로 구비되는 차단기의 공급전원 차단 동작을 제어하여 과전압 및 과전류 등의 유입이나 발생으로 인한 보호계전기 내부 이상 상태 발생으로부터 보호 계전기의 고장이나 파손을 사전에 예방할 수 있는 지능형 디지털 보호 계전기에 관한 것이다.
일반적으로 고압의 외부전원을 공급받아 각각의 연결 전자기기가 요구하는 정격 전원으로 변환하여 공급하기 위해 스위치, 계기, 릴레이 등이 구비되는 수배전반 등과 같은 전력계통을 구성하는 기기들이 이 공장, 빌딩, 병원, APT 단지 및 각종 산업 시설 등에 설치되고 있으며, 상기 전력계통 등의 전기 시스템에 고장이 발생하는 경우, 고장이 발생한 영역 즉, 고장영역으로 인한 과도한 전류 및 높은 전압이 정상영역으로 인가됨으로써, 고장영역이 확장될 수 있고, 이와 같이 발생한 고장영역의 확장을 방지하기 위하여 전력계통에는 각 영역에 보호계전기를 설치하게 되며, 통상의 보호계전기는 소정의 계전설정정보에 기초하여 각 계전요소에 대응한 고장을 감지하면, 개폐부를 트립(Trip)하여 전력계통의 고장영역을 차단하는 계전기능을 제공한다.
이러한 보호계전기 내에는 계기용 기기들을 위한 변류기(CT, Transformer) 구비될 수 있으며, 변압기의 일종으로서 교류의 큰 전류로부터 권선수에 비래하는 작은 전류를 얻음으로써 교류 전류계의 측정범위를 확대하기 위한 장치이다. 변류기는 변압기와 같은 철심에 권선수가 적은 1차 코일과 권선수가 많은 2차 코일을 감은 것인데, 2차 코일에는 전류계, 전력계 및 계전기 제어부 등을 연결하게 되며, 1차 코일 및 2차 코일에 흐르는 전류의 전류비는 1차 코일 및 2차 코일의 권선수에 반비례하게 된다. 변류기는 변압기와 달라서 2차측 단자를 단락(Short)하는 것은 안전하지만, 개방(Open)하는 것은 위험하며, 이것은 2차측 단자를 개방할 때 1차 전류가 모든 철심을 자화시킴으로써 철심이 포화되어 발열하게 되고, 이로 인해 코일의 손상, 변류기의 폭발 위험성 및 감전사고의 위험성이 있기 때문이다. 따라서, 변류기의 2차 코일에 연결된 전류계, 전력계 또는 계전기 제어부 등의 내·외부에서 전류회로가 개방되거나 기타 사유로 인해 변류기의 2차 코일이 개방(Open)될 경우, 이를 즉시 감지하여 개방상태의 차단, 즉 개방된 2차측 단자를 즉시 단락(Short)시킬 수 있는 기능을 가진 변류기 2차 단자 개방 감시 및 보호 장치를 변류기 2차측에 연결하게 된다.
하지만, 이와 같은, 종래 변류기 2차 단자 개방 감시 및 보호 장치는 변류기의 2차측을 단락시켜 2차측에 연결된 기타 계측기들의 파손을 방지할 수는 있으나, 단순히 2차측 측정 전압값이 정상상태에서의 기준 전압값보다 높은 경우에 이를 개방 상태로 보고 2차측을 단락시키도록 구성되어, 2차측이 개방 상태가 아닌 경우에도 2차측 측정 전압값이 정상상태에서의 기준 전압값보다 높은 경우에는 2차측을 단락시키는 무효한 단락동작이 빈번하게 발생되는 문제점이 있으며, 무효한 2차측 단락으로 인해 보호계전기의 운용 및 관리 손실이 증가되는 문제점이 있고, 단락의 정확한 원인분석 및 그에 따른 대책을 마련하기 어려운 문제점이 있으며, 해당 보호계전기의 오작동에 따른 영향 및 이상상태 발생은 검출해 내기 어려운 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 도출된 것으로, 디지털 보호계전기를 구성하는 내부 계기용 변류기의 2차 단자의 전류값, 전압값 및 내부 온도값을 통해 보다 면밀하게 실시간으로 계기용 변류기의 2차 단자를 모니터링할 수 있도록 하며, 계기용 변류기 2차 단자의 개방 조건을 보다 세밀화시켜 무효한 계기용 변류기 2차측 단락작동을 최소화할 수 있도록 하고, 무효한 2차측 단락으로 인한 디지털 보호계전기의 운용 및 관리 손실을 줄일 수 있도록 하며,
디지털 보호계전기 내,외부에서 발생되는 써지(Surge), 과전압이나, 과전류 등의 영향으로 변류기나, 변류기 2차 단자 개방 감시 및 보호 기기가 파손되는 것을 방지할 수 있도록 하며, 변류기 2차 단자 개방 감시 및 보호 긱기 자체의 고장이나 오작동에 따른 변류기 및 디지탈 보호계전기의 파손을 사전에 예방할 수 있도록 한다.
상기 전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 일 형태에서는,
외부전원을 입력받아 전기적으로 연결된 다수의 전자기기에 각각의 정격전원으로 변환하여 공급하고, 과전류나 과전압 발생시 전원을 차단하는 차단기기(CB, Circuit Breaker)를 포함하여 형성되는 전력회로에 구비되며, 상기 전력회로에 대한 계전기능을 실행하는 지능형 디지털 보호 계전기에 있어서, 전력계측을 위해 구비되는 계기용 변류기(CT, Current Transformer) 및 계기용 변압기(PT, Potential Transformer); 상기 계기용 변류기의 2차단자 및 계기용 변압기의 2차단자의 각각의 전압값을 측정하는 2차단자 전압측정부; 상기 계기용 변류기의 2차단자의 전류값을 측정하는 2차단자 전류측정부; 상기 계기용 변류기의 2차단자의 영 상전압(Zero-Phase Voltage)값을 측정하는 2차단자 영 상전압 측정부; 상기 계기용 변류기 내부의 온도를 측정하는 계기용 변류기 온도측정부; 사용자로부터 상기 계기용 변류기 2차단자에 대한 소정의 기준 전압값, 기준 전류값 및, 기준 영 상전압값을 입력받고, 차단 지연시간을 입력받으며, 상기 계기용 변류기 내부의 기준 내부온도값을 입력받고, 상기 계기용 변압기 2차단자에 대한 소정의 기준 전압값을 입력받으며, 상기 2차단자 전압측정부로부터 상기 계기용 변류기의 2차단자 및 계기용 변압기의 2차단자의 각각의 측정 전압값을 입력받고, 상기 2차단자 전류측정부 및 2차단자 영상전압 측정부로부터 각각 측정 전류값 및 측정 영 상전압값을 입력받으며, 상기 계기용 변류기 온도측정부로부터 측정 온도값을 입력받으며, 외부로 2차단자 개방신호를 출력하는 제어부; 상기 제어부로부터 2차단자 개방신호를 입력받아 상기 계기용 변류기의 2차 단자를 단락시키는 계기용 변류기 단락부; 사용자로부터 재설정 명령을 입력받아 상기 계기용 변류기 단락부의 단락을 해제시키는 재설정 버튼; 및, 전력계통에 계전기능을 수행하는 보호계전기;를 포함하여 구성되며, 상기 제어부는, 상기 계기용 변류기 2차단자에 대한 측정 전압값이 기준 전압값보다 높고, 측정 전류값이 기준 전류값보다 낮으며, 측정 영 상전압값이 기준 영 상전압값보다 높고, 상기 측정 온도값이 기준 온도값보다 높으며, 상기 계기용 변압기 2차단자에 대한 측정 전압값이 기준 전압값을 유지하는 경우에 외부로 2차단자 개방신호를 출력하고, 상기 2차단자 개방신호를 상기 계기용 변류기 단락부로 출력한 후, 상기 입력받은 차단 지연시간 동안 상기 재설정 버튼을 통해 사용자로부터 재설정 명령을 입력받지 못한 경우에 상기 차단기를 차단 동작시키는 것을 특징으로 하는 지능형 디지털 보호 계전기를 제공한다.
본 발명에 따른 지능형 디지털 보호 계전기에 있어서, 상기 제어부는, 상기 계기용 변류기 2차단자에 대한 측정 전류값이 기준 전류값보다 높고, 측정 전압값이 기준 전압값을 유지하며, 측정 영 상전압값이 기준 영 상전압값보다 높고, 상기 측정 온도값이 기준 온도값보다 높으며, 상기 계기용 변압기의 2차단자에 측정 전압값이 기준 전압값보다 높은 경우에 외부로 계통사고 발생신호를 외부로 경고 출력하고, 상기 계기용 변류기 2차단자에 대한 측정 전류값이 기준 전류값보다 높거나 낮게 소정시간 동안 비지속적으로 변화되고, 측정 전압값이 기준 전압값보다 높거나 낮게 소정시간 동안 비지속적으로 변화되며, 측정 영 상전압값이 기준 영 상전압값보다 높거나 낮게 소정시간 동안 비지속적으로 변화되고, 측정 온도값이 기준 온도값보다 높으며, 상기 계기용 변압기의 2차단자에 측정 전압값이 기준 전압값으로 유지되는 경우에 외부로 2차단자 개방신호를 출력할 수 있으며,
바람직하게는, 지능형 디지털 보호 계전기 내부 및 외부에서 발생되는 이상전류를 대지로 제거하기 위한 접지선로; 및, 상기 접지선로의 전압값을 측정하는 접지선로 측정부;를 더 포함하여 구성되며,
상기 제어부는,
사용자로부터 소정의 접지 기준 전압값 및 접지경보 지연시간을 입력받고, 상기 접지선로 측정부에서 접지선로의 전압값을 입력받아 상기 접지선로의 전압값이 상기 접지 기준 전압값 보다 높은 경우에 경보신호를 출력하며, 상기 접지선로의 전압값이 상기 접지 기준 전압값 보다 높은 상태가 상기 접지경보 지연시간 동안 지속되는 경우에 상기 차단기를 차단 동작시킬 수 있다.
본 발명에 따른 지능형 디지털 보호계전기는, 디지털 보호계전기를 구성하는 내부 계기용 변류기의 2차 단자의 전류값, 전압값 및 내부 온도값을 통해 보다 면밀하게 실시간으로 계기용 변류기의 2차 단자를 모니터링할 수 있고, 계기용 변류기 2차 단자의 개방 조건을 보다 세밀화시켜 무효한 계기용 변류기 2차측 단락작동을 최소화할 수 있으며, 무효한 2차측 단락으로 인한 디지털 보호계전기의 운용 및 관리 손실을 줄일 수 있고,
또한, 디지털 보호계전기 내,외부에서 발생되는 써지(Surge), 과전압이나, 과전류 등의 영향으로 변류기나, 변류기 2차 단자 개방 감시 및 보호 기기 및, 디지털 보호계전기 자체가 파손되는 것을 방지할 수 있으며, 변류기 2차 단자 개방 감시 및 보호 긱기 자체의 고장이나 오작동에 따른 변류기 및 디지탈 보호계전기의 파손을 사전에 예방할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 일 형태에 따른 지능형 디지털 보호계전기를 나타내는 시스템 구성도;
도 2는 본 발명에 따른 지능형 디지털 보호계전기에 있어서, 보호계전기 내부 구성을 간략적으로 나타내는 시스템 구성도;
도 3는 본 발명의 다른 실시예에 따른 지능형 디지털 보호계전기를 나타내는 시스템 구성도; 및,
도 4는 본 발명에 따른 지능형 디지털 보호계전기에 있어서, 전력계통 이상검출의 판단영역을 간략히 나타내는 그래프;이다.
도 2는 본 발명에 따른 지능형 디지털 보호계전기에 있어서, 보호계전기 내부 구성을 간략적으로 나타내는 시스템 구성도;
도 3는 본 발명의 다른 실시예에 따른 지능형 디지털 보호계전기를 나타내는 시스템 구성도; 및,
도 4는 본 발명에 따른 지능형 디지털 보호계전기에 있어서, 전력계통 이상검출의 판단영역을 간략히 나타내는 그래프;이다.
이하 상기 목적이 구체적으로 실현될 수 있는 본 발명의 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 본 실시예들을 설명함에 있어서, 동일 구성에 대해서는 동일 명칭 및 부호가 사용되며, 이에 따른 부가적인 설명은 하기에서 생략된다.
도 1은 본 발명의 일 형태에 따른 지능형 디지털 보호계전기를 나타내는 시스템 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 지능형 디지털 보호계전기에 있어서, 보호계전기 내부 구성을 간략적으로 나타내는 시스템 구성도이다.
또한, 도 3는 본 발명의 다른 실시예에 따른 지능형 디지털 보호계전기를 나타내는 시스템 구성도이고, 도 4는 본 발명에 따른 지능형 디지털 보호계전기에 있어서, 전력계통 이상검출의 판단영역을 간략히 나타내는 그래프이다.
본 발명에 따른 지능형 디지털 보호계전기는, 도 1에 도시된 바와 같이, 외부전원을 입력받아 전기적으로 연결된 다수의 전자기기에 각각의 정격전원을 변환하여 공급하고, 과전류나 과전압 발생시 전원을 차단하는 차단기기(CB, Circuit Breaker)를 포함하여 형성되는 전력회로에 구비되며, 상기 전력회로에 대한 계전기능을 실행하는 지능형 디지털 보호 계전기에 있어서, 전력계측을 위해 구비되는 계기용 변류기(CT, Current Transformer) 및 계기용 변압기(PT, Potential Transformer)와, 상기 계기용 변류기의 2차단자 및 계기용 변압기의 2차단자의 각각의 전압값을 측정하는 2차단자 전압측정부와, 상기 계기용 변류기 2차단자의 전류값을 측정하는 2차단자 전류측정부와, 상기 계기용 변류기 2차단자의 영 상전압(Zero-Phase Voltage)값을 측정하는 2차단자 영 상전압 측정부와, 상기 계기용 변류기 내부의 온도를 측정하는 계기용 변류기 온도측정부와, 상기 각각의 측정부로부터 측정값을 입력받고, 사용자로부터 초기 설정데이터 즉, 상기 계기용 변류기 2차단자에 대한 소정의 기준 전압값, 기준 전류값, 차단 지연시간 및, 기준 영 상전압값을 입력받고, 상기 계기용 변류기 내부의 기준 내부온도값을 입력받고, 상기 계기용 변압기 2차단자에 대한 소정의 기준 전압값을 입력받으며, 입력받은 상기 초기 설정데이터 및 각각의 측정값을 이용한 판단 조건에 따라 제어 신호를 외부로 출력하는 제어부와, 상기 제어부로부터 제어신호를 입력받아 상기 계기용 변류기 2차단자를 단락시키는 계기용 변류기 단락부, 상기 제어부로부터 제어신호를 입력받아 외부로 출력하는 경고부, 사용자로부터 재설정 명령을 입력받는 재설정 버튼 및, 상기 계기용 변류기 및 계기용 변압기의 2차단자에 전기적으로 연결되어 전력계통에 계전기능을 수행하는 보호계전기를 포함하여 형성된다.
상기 상기 2차단자 전압 측정부는, 도 1에 도시된 바와 같이, 전력회로의 메인 선로 상에 구비되어 상기 메인 선로(1차 선로) 상을 통전하는 교류의 큰 전류를 권선수에 비례하는 교류의 작은 전류로 변환시켜 2차 선로에 통전시키는 계기용 변류기(CT,Current Transformer)의 2차단자의 전압 및, 작은 전압으로 변환시켜 2차 선로에 통전시키는 계기용 변압기(PT, Potential Transformer)의 2차단자의 전압을 실시간으로 측정하며, 상기 측정된 계기용 변류기 및 변압기의 2차 단자의 전압값을 상기 제어부로 전달하게 된다.
일반적으로 전력회로의 상기 메인 선로 상에는 수십 암페어에서 수천 암페어에 달하는 큰 전류가 흐르게되나 상기 계기용 변류기의 2차 선로에는 대부분 5 암페어의 작은 전류가 흐르게 되며, 상기 계기용 변류기를 통해 변환된 5 암페어의 작은 전류가 통전되는 상기 계기용 변류기 이하 2차 선로 상에는 보호계전기나, 전류계 또는, 전력계 등의 전자기기들이 연결되게 되며, 상기 2차단자 전압 측정부는 상기 전자기기들의 고장이나 접촉불량 등으로 인한 2차 선로의 전압값의 변동을 측정하여 상기 제어부로 출력하게 된다.
상기 제어부는, 사용자로부터 상기 계기용 변류기 2차단자에 대한 소정의 기준 전압값, 기준 전류값, 차단 지연시간 및, 기준 영 상전압값을 입력받으며, 상기 계기용 변류기 내부의 기준 내부온도값을 입력받고, 상기 계기용 변압기 2차단자에 대한 소정의 기준 전압값을 입력받으며, 상기 2차단자 전압측정부로부터 상기 계기용 변류기의 2차단자 및 계기용 변압기의 2차단자의 각각의 측정 전압값을 입력받고, 상기 2차단자 전류측정부 및 2차단자 영상전압 측정부로부터 각각 측정 전류값 및 측정 영 상전압값을 입력받고, 상기 계기용 변류기 온도측정부로부터 측정 온도값을 입력받으며, 외부로 2차단자 개방신호를 출력한다.
본 발명에 따른 지능형 디지털 보호계전기에서는, 보다 세밀하게 상기 계기용 변류기 2차단자의 개방을 판단하기 위해 여러 측정값들을 이용하게 되는데, 상기 2차단자 전류측정부에서는 상기 계기용 변류기 2차단자의 전류값을 측정하여 제어부로 출력하며, 상기 2차단자 영 상전압(Zero-Phase Voltage) 측정부에서는 상기 계기용 변류기 2차단자의 영 상전압값을 측정하여 출력하고, 상기 계기용 변류기 온도측정부는 상기 계기용 변류기 내부의 온도를 측정하여 제어부로 출력하게 되고, 상기 제어부는 상기 여러 측정장치로부터 입력받은 측정값을 통해 보다 세부적으로 상기 계기용 변류기 2차단자 개방여부를 검출하게 되며, 무효한 상기 계기용 변류기 2차단자의 단락작동을 줄일 수 있게 된다.
상기 계기용 변류기 단락부는, 상기 제어부로부터 2차단자 개방신호를 입력받는 경우에 상기 계기용 변류기의 2차 단자를 단락(Short)시키게 되며, 이에 따라 2차 선로 개방에 의해 발생 될 수 있는 상기 계기용 변류기 철심의 포화 발열이나, 변류기의 폭발사고 또는, 감전사고를 사전에 예방할 수 있게 된다.
본 발명에 지능형 디지털 보호계전기는 전력회로에 발생되는 이상상태를 보다 정확하고 세밀하게 검출해 내기 위해서, 도 4에 도시된 바와 같이, 전력회로 이상검출의 판단영역을 4영역으로 나누고, 상기 제어부는 상기 여러 측정장치로부터 입력받은 측정값을 이용해 현재 전력회로가 상기 4영역 중 어느 영역에 속하는지를 판단한 후, 각 해당 영역에 따른 제어신호를 외부로 출력하게 된다.
상기 4영역 중 제1영역은, 상기 계기용 변류기 2차단자가 개방된 것으로 판단되는 영역으로, 상기 제어부는, 상기 계기용 변류기 2차단자에 대한 측정 전압값이 기준 전압값보다 높고, 측정 전류값이 기준 전류값보다 낮으며, 측정 영 상전압값이 기준 영 상전압값보다 높고, 상기 측정 온도값이 기준 온도값보다 높으며, 상기 계기용 변압기 2차단자에 대한 측정 전압값이 기준 전압값을 유지하는 경우에 전력회로가 상기 제1영역의 상기 계기용 변류기 2차단자가 개방영역에 속하는 것을 판단하고, 외부로 2차단자 개방신호를 출력하게 되며, 상기 계기용 변류기 단락부는 상기 2차단자 개방신호를 제어부로부터 입력받아 계기용 변류기를 단락시키게 된다.
상기 4영역 중 제2영역은, 당해 전력회로 내에 이상상태가 발생된 것이 아니라, 당해 전력회로가 속하는 전력 계통에서 이상상태가 발생된 것으로 판단되는 영역으로, 상기 제어부는, 상기 계기용 변류기 2차단자에 대한 측정 전류값이 기준 전류값보다 높고, 측정 전압값이 기준 전압값을 유지하며, 측정 영 상전압값이 기준 영 상전압값보다 높고, 상기 측정 온도값이 기준 온도값보다 높으며, 상기 계기용 변압기의 2차단자에 측정 전압값이 기준 전압값보다 높은 경우에 계통사고 영역에 속하는 것으로 판단하고, 외부로 계통사고 발생신호를 출력하게 되며, 도 1에 도시된 바와 같이, 경고부는 상기 계통사고 발생신호를 제어부로부터 입력받아 사용자에게 이를 알리게 된다.
상기 4영역 중 제3영역은, 전력회로 내에 접촉불량이 발생된 것으로 판단되는 영역으로, 상기 제어부는, 상기 계기용 변류기 2차단자에 대한 측정 전류값이 기준 전류값보다 높거나 낮게 비지속적으로 변화되고, 측정 전압값이 기준 전압값보다 높거나 낮게 비지속적으로 변화되며, 측정 영 상전압값이 기준 영 상전압값보다 높거나 낮게 비지속적으로 변화되고, 측정 온도값이 기준 온도값보다 높으며, 상기 계기용 변압기의 2차단자에 측정 전압값이 기준 전압값으로 유지되는 경우에 접촉불량 영역에 속하는 것으로 판단하고, 외부로 2차단자 개방신호를 출력하게 되며, 상기 계기용 변류기 단락부는 상기 2차단자 개방신호를 제어부로부터 입력받아 계기용 변류기를 단락시키게 된다.
또한, 상기 4영역 중 제4영역은, 상기 측정값들이 기준값들을 유지하는 정상상태로 전력회로 및 계통이 정상운영 중인 상태로 판단하며, 상기 제1영역 내지 제4영역에 속하지 않는 그 밖의 영역은, 상기 계기용 변압기에 오작동이 발생한 것으로 판단되는 영역으로, 상기 계기용 변류기 2차단자에 대한 측정 전류값 및 측정 전압값이 각각 기준 전류값 및 기준 전압값을 유지하고, 측정 온도값이 기준 온도값을 유지하나, 측정 영 상전압값이 기준 영 상전압값보다 높고, 상기 계기용 변압기의 2차단자에 측정 전압값이 기준 전압값보다 높은 경우에, 상기 계기용 변압기 오작동 영역에 속하는 것으로 판단하고, 외부로 계기용 변압기 오작동 발생신호를 출력하게 되며, 도 1에 도시된 바와 같이, 경고부는 외부로 계기용 변압기 오작동 발생신호를 제어부로부터 입력받아 사용자에게 이를 알리게 된다.
상기 재설정 버튼은, 사용자로부터 재설정 명령을 받아 상기 계기용 변류기 단락부의 2차 단자 단락을 해제시키게 된다. 즉, 상기 계기용 변류기 단락부가 상기 제어부로부터 2차단자 개방신호를 입력받아 상기 계기용 변류기의 2차 단자를 단락(Short)시킨 경우에, 사용자는 상기 계기용 변류기 단락부가 2차 단자를 단락시킨 원인을 파악하고, 파악된 원인에 따른 적절한 조치를 취한 후, 상기 재설정 버튼을 눌러 상기 계기용 변류기 단락부의 2차단자 단락을 해제시킴으로써, 안정적으로 상기 계기용 변류기와, 2차 선로 상에 구비되는 보호계전기를 운영할 수 있게 된다.
상기 보호계전기는 통상의 보호계전기로 구성될 수 있으며, 일 실시예로는, 도 2에 도시된 바와 같이, 계전기 제어부, 아날로그 입력부, 디지털 입력부, 디지털 출력부, 통신부 및, 트립부를 포함하여 형성될 수 있고, 상기 계전기 제어부는 계전기능의 실행에 따른 트립제어신호를 생성하며, 트립부는 트립제어신호에 기초하여 트립 작동하고, 고장발생 영역을 전력계통으로부터 분리시키게 된다. 상기 계전기 제어부는 전력계통으로부터 수신된 계전대상신호가 계전기능에 대응한 적어도 하나의 계전요소의 트립조건을 만족하는 경우, 트립제어신호를 생성할 수 있으며, 반면, 계전대상신호가 변경되어 적어도 하나의 계전요소의 트립조건을 만족하지 않는 경우, 계전기 제어부는 트립중단신호를 생성할 수 있다. 여기서, 트립조건은 전력계통의 사고로 분류되는 계전요소의 임계범위에 대응한다.
상기 아날로그 입력부는 전력계통에 설치된 각종 아날로그 센서로부터 아날로그 신호를 수신하며, 일 예로, 아날로그 센서는 전류센서 및 전압센서를 포함할 수 있다. 상기 디지털 입력부는 전력계통에 설치된 각종 디지털 기기로부터 디지털 신호를 수신하고, 상기 디지털 출력부는 계전기 제어부의 트립제어신호를 트립부로 전달하며, 일 예로, 트립부는 트립제어신호에 기초하여 전력계통의 차단을 실행하는 장치로서, 릴레이 및 신호 절연기 중 적어도 어느 하나로 이루어질 수 있다. 상기 통신부는 외부기기와 유, 무선 방식으로 연결되고, 외부기기와 데이터를 송수신할 수 있다.
특히, 본 발명에 따른 지능형 디지털 보호계전기는, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 제어부가 상기 2차 단자 개방신호를 상기 계기용 변류기 단락부로 출력하여 상기 계기용 변류기 단락부가 2차 선로를 단락시킨 후, 상기 제어부에서 사용자로부터 입력받은 차단 지연시간 동안 상기 재설정 버튼을 통해 사용자로부터 재설정 명령을 입력받지 못한 경우에는, 상기 제어부가 통상 전력계통의 메인 선로 상에 구비되는 차단기를 차단 동작시킴으로써, 계기용 변류기 2차 단자를 단락시키게 된 원인을 찾을 수 없어 후속 조치를 즉시 취할 수 없는 경우나, 상기 계기용 변류기 2차 단자 개방이 오작동된 경우 또는, 사용자가 장시간 부재 중으로 후속 조치를 즉시 취할 수 없는 경우 등의, 원인 미상의 이상상태로부터 상기 계기용 변류기나 변압기 및, 보호계전기의 파손사고를 미연에 방지할 수 있도록 하고, 상기 계기용 변류기 2차 단자 개방의 오작동 발생에 따른 추가적인 사고나 손실을 방지할 수 있도록 한다.
바람직하게는, 상기 제어부는, 상기 2차단자 개방신호를 상기 계기용 변류기 단락부로 출력한 후, 사용자로부터 입력받은 상기 차단 지연시간 동안 상기 재설정 버튼을 통해 사용자로부터 재설정 명령을 입력받지 못해 상기 차단기를 차단 동작 시킨 경우에는, 상기 재설정 버튼을 통해 사용자로부터 재설정 명령을 입력받는 경우에만 상기 차단기의 차단 동작을 해제시킬 수 있도록 함으로써, 통상적으로 지능형 디지털 보호계전기에 과전류나 과전압 또는 써지(Surge) 등과 이상전류가 외부로부터 유입되거나 발생되어 상기 차단기가 차단 동작된 경우 이외에, 상기 전술한 바와 같이, 상기 제어부가 계기용 변류기 단락부를 통해 계기용 변류기 2차 단자를 단락시키고, 상기 차단 지연시간 동안 재설정 버튼을 통해 사용자 재설정 명령을 받지 못해 상기 차단기를 차단시킨 경우에는 원인 미상의 이상상태가 발생 된 것으로 판단하고, 계기용 변류기 2차 단자 개방의 오작동에 따른 추가적인 사고나 손실을 방지하기 위해, 상기 재설정 버튼을 통해 사용자로부터 상기 차단기 차단동작 원인 제거를 확인받은 후에만 상기 차단기의 차단 동작을 해제시키는 인터록(Interlock) 기능을 수행할 수 있도록 한다.
또한, 본 발명에 따른 지능형 디지털 보호계전기에서는, 도 3에 도시된 바와 같이, 보호계전기 내부 및 외부에서 발생되는 이상전류를 대지로 제거하기 위한 접지선로의 전압값을 접지선로 측정부에서 실시간으로 상기 제어부로 출력하게 되며, 상기 제어부는 상기 측정된 접지선로의 전압값과, 사용자로부터 보호계전기의 정상상태에서 나타나는 소정의 접지 기준 전압값을 비교하여 상기 접지선로의 전압값이 상기 접지 기준 전압값보다 높은 경우에 경보신호를 출력하여 사용자에게 보호계전기 내에 이상상태가 발생 되었음을 알리고, 또한, 상기 접지 선로의 전압값이 상기 접지 기준 전압값 보다 높은 상태가 초기 설치시 사용자로부터 입력받은 접지경보 지연시간 동안 지속되는 경우에 상기 차단기를 차단 동작시킴으로써, 외부전원에서 유입되는 과전류나 과전압, 써지(Surge) 등의 이상전류나 보호계전기 내에서 발생되는 이상상태에 의한 보호계전기의 파손이나 오작동을 사전에 예방할 수 있으며, 돌발적인 이상전류로부터 보호계전기를 안전하게 보호할 수 있게 된다.
위에서 몇몇의 실시예가 예시적으로 설명되었음에도 불구하고, 본 발명이 이의 취지 및 범주에서 벗어남 없이 어려 다른 형태로 구체화될 수 있다는 사실은 해당 기술에 통상의 지식을 가진 이들에게는 자명한 것이다.
따라서, 상술된 실시예는 제한적인 것이 아닌 예시적인 것으로 여겨져야 하며, 첨부된 청구항 및 이의 동등 범위 내의 모든 실시예는 본 발명의 범주 내애 포함된다.
Claims (3)
- 외부전원을 입력받아 전기적으로 연결된 다수의 전자기기에 각각의 정격전원으로 변환하여 공급하고, 과전류나 과전압 발생시 전원을 차단하는 차단기기(CB, Circuit Breaker)를 포함하여 형성되는 전력회로에 구비되며, 상기 전력회로에 대한 계전기능을 실행하는 지능형 디지털 보호 계전기에 있어서,
전력계측을 위해 구비되는 계기용 변류기(CT, Current Transformer) 및 계기용 변압기(PT, Potential Transformer);
상기 계기용 변류기의 2차단자 및 계기용 변압기의 2차단자의 각각의 전압값을 측정하는 2차단자 전압측정부;
상기 계기용 변류기의 2차단자의 전류값을 측정하는 2차단자 전류측정부;
상기 계기용 변류기의 2차단자의 영 상전압(Zero-Phase Voltage)값을 측정하는 2차단자 영 상전압 측정부;
상기 계기용 변류기 내부의 온도를 측정하는 계기용 변류기 온도측정부;
사용자로부터 상기 계기용 변류기 2차단자에 대한 소정의 기준 전압값, 기준 전류값 및, 기준 영 상전압값을 입력받고, 차단 지연시간을 입력받으며, 상기 계기용 변류기 내부의 기준 내부온도값을 입력받고, 상기 계기용 변압기 2차단자에 대한 소정의 기준 전압값을 입력받으며, 상기 2차단자 전압측정부로부터 상기 계기용 변류기의 2차단자 및 계기용 변압기의 2차단자의 각각의 측정 전압값을 입력받고, 상기 2차단자 전류측정부 및 2차단자 영상전압 측정부로부터 각각 측정 전류값 및 측정 영 상전압값을 입력받으며, 상기 계기용 변류기 온도측정부로부터 측정 온도값을 입력받으며, 외부로 2차단자 개방신호를 출력하는 제어부;
상기 제어부로부터 2차단자 개방신호를 입력받아 상기 계기용 변류기의 2차 단자를 단락시키는 계기용 변류기 단락부;
사용자로부터 재설정 명령을 입력받아 상기 계기용 변류기 단락부의 단락을 해제시키는 재설정 버튼;및
전력계통에 계전기능을 수행하는 보호계전기;를 포함하여 구성되며,
상기 제어부는,
상기 계기용 변류기 2차단자에 대한 측정 전압값이 기준 전압값보다 높고, 측정 전류값이 기준 전류값보다 낮으며, 측정 영 상전압값이 기준 영 상전압값보다 높고, 상기 측정 온도값이 기준 온도값보다 높으며, 상기 계기용 변압기 2차단자에 대한 측정 전압값이 기준 전압값을 유지하는 경우에 외부로 2차단자 개방신호를 출력하고,
상기 2차단자 개방신호를 상기 계기용 변류기 단락부로 출력한 후, 상기 입력받은 차단 지연시간 동안 상기 재설정 버튼을 통해 사용자로부터 재설정 명령을 입력받지 못한 경우에 상기 차단기를 차단 동작시키는 것을 특징으로 하는 지능형 디지털 보호 계전기.
- 제1항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 계기용 변류기 2차단자에 대한 측정 전류값이 기준 전류값보다 높고, 측정 전압값이 기준 전압값을 유지하며, 측정 영 상전압값이 기준 영 상전압값보다 높고, 상기 측정 온도값이 기준 온도값보다 높으며, 상기 계기용 변압기의 2차단자에 측정 전압값이 기준 전압값보다 높은 경우에 외부로 계통사고 발생신호를 외부로 경고 출력하고,
상기 계기용 변류기 2차단자에 대한 측정 전류값이 기준 전류값보다 높거나 낮게 소정시간 동안 비지속적으로 변화되고, 측정 전압값이 기준 전압값보다 높거나 낮게 소정시간 동안 비지속적으로 변화되며, 측정 영 상전압값이 기준 영 상전압값보다 높거나 낮게 소정시간 동안 비지속적으로 변화되고, 측정 온도값이 기준 온도값보다 높으며, 상기 계기용 변압기의 2차단자에 측정 전압값이 기준 전압값으로 유지되는 경우에 외부로 2차단자 개방신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 지능형 디지털 보호 계전기.
- 제1항 또는 제2항에 있어서,
지능형 디지털 보호 계전기 내부 및 외부에서 발생되는 이상전류를 대지로 제거하기 위한 접지선로; 및, 상기 접지선로의 전압값을 측정하는 접지선로 측정부;를 더 포함하여 구성되며,
상기 제어부는,
사용자로부터 소정의 접지 기준 전압값 및 접지경보 지연시간을 입력받고, 상기 접지선로 측정부에서 접지선로의 전압값을 입력받아 상기 접지선로의 전압값이 상기 접지 기준 전압값 보다 높은 경우에 경보신호를 출력하며, 상기 접지선로의 전압값이 상기 접지 기준 전압값 보다 높은 상태가 상기 접지경보 지연시간 동안 지속되는 경우에 상기 차단기를 차단 동작시키는 것을 특징으로 하는 지능형 디지털 보호 계전기.
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| KR1020220116497A KR20240037681A (ko) | 2022-09-15 | 2022-09-15 | 지능형 디지털 보호 계전기 |
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