KR20240109340A - 수배전반 설비의 보호계전기 트립 방지장치 및 고압배전반의 운전제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수배전반 설비의 보호계전기 트립 방지장치 및 고압배전반의 운전제어방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 수전단 인입선로에 저전압 및 결상과 수전단 저전압 및 결상을 검출하여 비교 분석하는 계전기 전압 보호장치를 설치하여 주 선로의 정전여부를 판단하고, 주선로의 저전압이 아닐 경우에는 인버터에서 공급하는 계전기 전압으로 전환공급하여 차단기를 차단하지 않고 음성 및 경보로 대체하여, 선로의 전체 정전을 방지하여 주 차단기를 차단하지 않도록 함으로써 부하측이 정전으로 인한 피해와 손실을 최소화할 수 있도록 한 수배전반 설비 내 변압기 고장으로 인한 보호계전기 트립 방지장치 및 고압배전반의 운전제어방법에 관한 것이다.

Description

수배전반 설비의 보호계전기 트립 방지장치 및 고압배전반의 운전제어방법{The Protective Relay Trip Preventing Apparatus of the Device for switchgear facility and operation control method of high voltage switchgear}

본 발명은 수배전반 설비의 보호계전기 트립 방지장치 및 고압배전반의 운전제어방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 수전단 인입선로에 저전압 및 결상과 수전단 저전압 및 결상을 검출하여 비교 분석하는 계전기 전압 보호장치를 설치하여 주 선로의 정전여부를 판단하고, 주선로의 저전압이 아닐 경우에는 인버터에서 공급하는 계전기 전압으로 전환공급하여 차단기를 차단하지 않고 음성 및 경보로 대체하여, 선로의 전체 정전을 방지하여 주 차단기를 차단하지 않도록 함으로써 부하측이 정전으로 인한 피해와 손실을 최소화할 수 있도록 한 수배전반 설비 내 변압기 고장으로 인한 보호계전기 트립 방지장치 및 고압배전반의 운전제어방법에 관한 것이다.

일반적으로 발전소에서 발전 된 전기는 송전용 승압변압기를 거쳐서 1차 단위변전소로 송전되며, 송전된 전기를 다시 적정한 전압으로 강압하여 배전선로로 접속되어, 전기를 필요로 하는 수용가의 수전설비로 공급되며 수용가에서는 공급받은 전기를 다시 고·저압 배전반을 통하여 필요한 크기의 전압으로 변환하여 배전을 하게 된다. 그리고 전기의 안전하고 효율적 사용을 위하여 단계별로 계통에 적합한 보호장치를 설치하여 관리 보호되고 있다.

자가용 수용가에서 전기의 안전한 사용을 위하여 각 단계마다 사용되는 보호장치(과전류/저전압/결상)는 변성기나 변류기로부터 입력되는 전압과 전류를 감지하여 과전류/저전압/결상 등을 검출하여 적정치의 기준에 초과시 차단기(CB: circuit break)를 동작시켜 전력계통을 독립적으로 동작, 분리하여 자가용 수용가 측의 고장이 전기사업자 측의 배전계통으로, 또는 전기사업자 배전계통의 고장이 자가용 수용가 측으로 전파되지 않도록 하여, 전체 전력계통망을 안정적으로 사용할 수 있도록 하는 역할을 한다.

도 1은 전기사업자와 연계된 전력계통에서 자가용수용가 계통까지의 일반적인 수배전반 계통도이다. 도시된 바와 같이, 수전부는 크게 부하계폐기(LBS), 전력수급용 계기용 변성기(MOF), 저전압 및 결상시 이를 검출하는 저전압 보호계전기(UVR), 고압진공차단기(VCB)로 이루어진다.

저전압 보호계전기는 선로의 전압 감시에 사용되는 것으로 전력을 공급하는 선로의 전압이 일정 값 이하로 감소되었을 때 동작하여 전압 강하가 설정된 값보다 크면 전압에 민감한 부하를 차단하거나 다른 계통의 전원 또는 비상용 전원으로 부하를 전환시키기 위하여 사용된다.

이를 위하여 모선의 고전압은 계기용 변압기(PT)를 통해 저전압 보호계전기(UVR)가 받아 들일 수 있는 전압으로 강하된다.

그런데, 실제 정전상황이 아닌 계기용 변압기의 1, 2차측 퓨즈의 소손이나 단선 등으로 인한 고장이 발생하는 경우 인입전압이 저전압이 아님에도 보호계전기에 공급되는 전압 소스가 소실되어 잘못된 전압 계측을 함으로써 기기의 고장이 아닌 전력 선로의 사고로 판단하여 보호계전기가 동작되고 이로 인해 고압 진공차단기를 차단하여 정전상황을 야기하게 됨에 따라 운전중인 모든 기기들이 동시에 정지하여 기기의 소손 및 데이터 손실, 생산성 저하등 정전으로 인한 피해가 확대는 문제점이 있었다.

본 발명의 목적은 종래의 문제점을 해결하는 데 있는 것으로, 수배전반 내 보호계전기에 공급되는 전원 소스를 3중화하여 인입전원이 정상적으로 공급되고 있는 상태에서 계기용 변압기의 소손, 퓨즈 소손, 단선 등의 불량에 의한 오동작으로 보호계전기가 트립되는 것을 방지하여 소 내 정전을 예방함으로써 기기의 소손 및 데이터 손실 등 경제적 손실을 방지하는 수배전반 설비 내 변압기 고장으로 인한 보호계전기 트립 방지장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 수배전반 설비 내 변압기 고장으로 인한 보호계전기 트립 방지장치를 구비한 고압배전반의 운전제어방법을 제공하는 데 있다.

본 발명은 이와 같은 목적을 달성하기 위한 수단으로, 전압감지기, 기중절연부하개폐기, 피뢰기, 전력용 퓨즈, 계기용 변성기, 계기용 변압기, 진공차단기, 보호계전기, 서지흡수기, 계기용 변류기로 구성된 고압 배전반에 있어서, 계기용 변압기의 2차 측에 연결되는 보호계전기에 DC24V 배터리와 DC/AC 인버터 및 충전기로 구성된 배터리 전원공급장치와; 무정전전원장치(UPS)로 구성된 UPS전원공급장치를 추가로 연결하여 선택적으로 보호계전기에 전원를 공급하는 3단계 계전기전압보호장치로 구성됨을 특징으로 하는 수배전반 설비 내 변압기 고장으로 인한 보호계전기 트립 방지장치를 제공한다.

상기, 계전기전압보호장치는 특고압 인입 전압 신호, 계기용 변압기 2차 전압 신호, 배터리 전원공급장치의 충전기 입력 전압 신호, 배터리 전원공급장치의 충전기 출력 전압 신호, 인버터 입력 DC 전압 신호, 인버터 출력 AC 전압 신호, UPS 입력 전압 신호, UPS 출력 전압 신호가 입력되는 입력부와 비교분석 판단부, 전원부, 표시부, 경보부, 제어출력부, 통신부로 구성됨을 특징으로 한다.

본 발명은 배전선로의 저전압 발생시 상위 입입전압검출 시스템과 연계하여 주 선로의 결상 및 저전압을 판단하고 고압 진공차단기를 선택하여 차단하는 단계;

저전압 보호계전기의 저전압이 검출되면 인입저전압검출기와 계전기 전압보호장치가 연계 비교 분석하여 인입저전압감출기가 결상일 경우에는 고압 진공차단기을 차단시키는단계;

인입저전압검출기가 저전압이 아닐 경우에는 계전기 전압보호장치에서 연계, 비교 분석하여 배터리 전원공급장치의 인버터에서 공급하는 전압을 접촉기를 통해 공급하여 고압 진공차단기을 유지하는 단계;

저전압 보호계전기의 저전압이 검출되고 인입저전압검출기가 결상이 아니고, 인버터의 저전압검출이 될경우 UPS 전원공급장치에서 공급되는 전압을 저전압보호계전기에 공급하여 고압차단기를 유지하는 3단계의 보호계전기 트립 방지장치를 갖는 고압배전반 운전제어방법을 제공한다.

이와같은 본 발명에 따르면, 수배전반의 인입 전원 측에 특고압 감지센서 및 감지장치를 설치하여 인입전원의 정전 유무를 확인하고, 또 보호계전기 전압 센싱라인에 인입전원 감지와 연계하여 전압소스를 추가적으로 공급하는 3단계 계전기 전압 보호장치를 설치함으로써 정전이 아닌 단순 PT 고장시 발생되는 보호계전기의 트립을 방지하여 부하측의 정전사태를 예방하고 정전으로 인한 기기 및 테이터 손실 등을 해소하고 안정적으로 부하를 운전할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 수배전반에 따른 수전단의 일반적 전력 계통도.
도 2는 본 발명에 따른 계전기 전압 보호장치를 구비한 전력 계통도.
도 3은 본 발명에 따른 제어 흐름도
도 4는 본 발명의 계전기 전압 보호장치의 블록도

이하, 본 발명의 가장 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 동작 및 작용을 이해하는 데 필요한 부분을 중심으로 상세히 설명한다.

본 발명의 실시 예를 설명하면서, 본 발명이 속하는 기술 분야에 익히 알려졌고 본 발명과 직접적으로 관련이 없는 불필요한 기술 내용에 대해서는 본 발명의 요지를 흐리지 않고 더욱 명확한 전달을 위해 설명을 생략한다.

이하, 본 발명에 따른 수배전반 설비의 보호계전기 트립 방지장치 및 고압배전반의 운전제어방법을 도 1 내지 도 4를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 1은 수배전반의 일반적 전력 계통도이고, 도 2는 본 발명에 따른 계전기 전압 보호장치를 구비한 전력 계통도이며, 도 3은 본 발명에 따른 제어 흐름도이고, 도 4는 본 발명의 계전기 전압 보호장치의 블록도이다.

도 1의 수배전반의 일반적 전력 계통도에 도시된 바와 같이, 수용가의 수전용량과 수전전압의 종별에 따라 고압 배전반(100)과 변압기반(110) 그리고 저압 배전반(120)으로 구분되며 또한 설치개소의 특성에 따라 각 수배전반이 일체화되어 제작될 수도 있다.

여기서, 고압 배전반(100)은 전압감지기(VD : 01), 기중절연부하개폐기(LBS : 02), 피뢰기(LA : 03), 전력용 퓨즈(PF : 04), 계기용 변성기(MOF : 05),계기용 변압기(PT : 06), 진공차단기(VCB : 07), 보호계전기(UVR :08), 서지흡수기(SA : 09), 계기용 변류기(CT : 10))와 같은 전력설비로 구성되고, 변압기반은 특고압/고압을 저압으로 변환하기 위한 변압기(TR : 11))가 포함된다.

또한, 저압 배전반은 계기용 변압기(PT : 06), 기중 차단기(ACB :13), 보호계전기(UVR : 08), 계기용 변류기(CT : 10)와 같은 전력설비로 구성된다.

여기서, 고압 배전반(100)과 저압 배전반(120)에 설치된 계기용 변압기(06)와 계기용 변류기(10)는 수배전반의 보호, 제어, 감시, 계측을 위해 함께 설치된 보호계전기(08)가 정상적인 동작을 수행하도록 전압과 전류를 입력하는 기능을 수행한다.

따라서 계기용 변압기(06)와 그 관련회로, 계기용 변류기(10)와 그 관련회로에 이상이 발생할 경우 수배전반의 주요기능인 보호, 제어, 감시, 계측에 영향을 줄 뿐 아니라 상기한 계기용 변압기 등 전력계통 고장이 발생시 인입전력은 정상적으로 공급됨에도 불구하고 보호계전기(08)에 공급되는 전원 소스가 소실되어 보호계전기를 트립시킴으로써 부하측에 정전상황을 발생시켜 막대한 경제적 손실을 초래하게 된다.

또한, 고압 배전반(100)의 진공차단기(07)와 저압 배전반(120)의 기중차단기(13)는 전력계통 고장 발생시 각각 변압기(11) 1차측의 특고압/고압 선로와 변압기(11) 2차측의 저압선로를 차단함으로써 고장으로부터 전력설비들을 보호하고 고장의 파급을 방지하는 역할을 수행한다.

따라서 이러한 고압 진공차단기(07)와 그 관련회로, 기중차단기(13)와 그 관련회로에 이상이 발생할 경우 차단기의 제어는 물론 전력계통 고장시 보호계전기(08)에 의한 선로차단 기능에 문제가 발생하여 고장의 파급으로 인한 막대한 인적, 물적 피해를 초래할 수 있으므로 이러한 전력 설비의 고장을 감시하는 장치를 필요로 한다.

따라서 본 발명에 따른 수배전반 설비 내 변압기 고장으로 인한 보호계전기 트립 방지장치는 보호계전기(08)에 공급되는 전원소스를 추가적으로 공급하는 계전기 전압 보호장치를 설치함으로써 계기용 변압기(06) 고장으로 인한 보호계전기(08)의 트립을 방지하여 정전사태를 방지하는 것을 특징으로 한다.

도 2는 본 발명에 따른 계전기 전압 보호장치를 구비한 전력 계통도로서, 계기용 변압기의 2차 측에 연결되는 보호계전기(08)에 DC24V 배터리(14)와 DC/AC 인버터(15) 및 충전기(16)로 구성된 배터리 전원공급장치(200)와, 무정전전원장치(UPS)(17)로 구성된 UPS전원공급장치(300)를 추가로 연결하여 선택적으로 보호계전기에 전원를 공급하는 3단계 전원공급장치의 구조로 이루어진다.

상기 배터리 전원공급장치(200)와 UPS전원공급장치(300)는 인입전압검출기 (01)와 연결된 계전기전압보호장치(R.V.P.D)(400)와 연계되어 저전압을 비교 분석 후 선택되어 작동된다.

상기 계전기전압보호장치(400)는 도 4의 블록도에 도시된 바와 같이 입력부(50), 비교분석 판단부(51), 전원부(52), 표시부(53), 경보부(54), 제어출력부(55), 통신부(56)로 구성된다.

상기 입력부(50)에는 특고압 인입 전압 신호, 계기용 변압기(06)의 2차 전압 신호, 배터리 전원공급장치(200)의 충전기((16) 입력 전압 신호, 배터리(14) 전원공급장치(200)의 충전기(16) 출력 전압 신호, 인버터(15) 입력 DC 전압 신호, 인버터(15) 출력 AC 전압 신호, UPS 입력 전압 신호, UPS 출력 전압 신호가 입력된다.

비교분석 판단부(51)는 보호계전기(08)의 저전압이 검출되면 인입전압검출기(01)의 저전압 여부를 연계 분석하여 보호계전기(08)에 전압 공급여부를 비교 분석하는 작용을 한다.

이러한 비교분석 판단부(51)의 비교 분석에 의해 전원공급장치를 선택하여 전원을 공급하는 전원부(52), 표시부(53), 경보부(54), 제어출력부(55), 통신부(56)를 작동시키게 된다.

본 발명의 3단계 계전기 전압보호장치를 갖는 고압 배전반의 운영 제어방밥은 다음의 단계로 이루어진다.

배전선로의 저전압 발생시 상위 입입전압검출 시스템과 연계하여 주 선로의 결상 및 저전압을 판단하고 고압 진공차단기(07)를 선택하여 차단하는 단계;

저전압 보호계전기(08)의 저전압이 검출되면 인입저전압검출기(01)와 계전기 전압보호장치(400)가 연계 비교 분석하여 인입저전압감출기(01)가 결상일 경우에는 고압 진공차단기(07)을 차단시키는단계;

인입저전압검출기(01)가 저전압이 아닐 경우에는 계전기 전압보호장치(400)에서 연계, 비교 분석하여 배터리 전원공급장치(200)의 인버터에서 공급하는 전압을 접촉기(MC2)를 통해 공급하여 고압 진공차단기(07)을 유지하는 단계;

저전압 보호계전기(08)의 저전압이 검출되고 인입저전압검출기(01)가 결상이 아니고, 인버터(15)의 저전압검출이 될경우 UPS 전원공급장치(300)에서 공급되는 전압을 저전압 보호계전기(08)에 공급하여 고압 진공차단기(07)를 유지하는 3단계의 선택적 계전기전압보호장치(400) 구조를 갖는 고압배전반 운전제어방법으로 이루어진다.

보다 구체적으로는 계기용 변압기(06)의 고장은 통상 계기용 변압기의 1차측 퓨즈 또는 권선이 소손되거나 2차측 퓨즈 또는 권선이 소손되는 경우로서 정상상태인 경우에는 계기용 변압기(06)를 통해 보호계전기(08)에 전압 소스를 공급하게 되고, 계기용 변압기(06)의 고장이 발생할 경우 배터리 전원공급장치(200)의 충전기(16)에 충전된 배터리(14)의 DC전원을 AC전원으로 변환하여 보호계전기(08)에 전압 소스를 공급하고, 또 계기용 변압기(06)와 배터리 전원공급장치(200) 선로가 고장일 경우에는 UPS(17)를 통한 UPS전원공급장치(300)를 통해 보호계전기에 전압 소스를 공급함으로서 보호계전기(08)의 트립을 방지하게 된다.

본 명세서에 기재된 본 발명의 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 실시예에 관한 것으로 발명의 기술적 사상을 모두 포괄하는 것은 아니므로, 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

따라서, 본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 권리범위 내에 있게 된다.

01 : 인입전압검출기 02 : 기중절연부하개폐기 03 : 피뢰기
04 : 전력용 퓨즈 05 : 계기용 변성기 06 : 계기용 변압기
07 : 고압 진공차단기 08 : 보호계전기 09 : 서지흡수기
10 : 계기용 변류기 11 : 특고압/고압을 저압으로 변환하기 위한 변압기
13 : 기중 차단기 14 : DC24V 배터리 15 : DC/AC 인버터 16 : 충전기
17 : 무정전전원장치 50 : 입력부 51 : 비교분석 판단부 52 : 전원부
53 : 표시부 54 : 경보부 55 : 제어출력부 56 : 통신부
100 : 고압 배전반 110 : 변압기반 120 : 저압 배전반
200 : 배터리 전원공급장치 300 : UPS전원공급장치
400 : 계전기전압보호장치

Claims (3)

1. 전압감지기, 기중절연부하개폐기, 피뢰기, 전력용 퓨즈, 계기용 변성기, 계기용 변압기, 고압 진공차단기, 보호계전기, 서지흡수기, 계기용 변류기로 구성된 특고압/고압 배전반에 있어서,
   계기용 변압기의 2차 측에 연결되는 보호계전기에 DC24V 배터리와 DC/AC 인버터 및 충전기로 구성된 배터리 전원공급장치와;
   무정전전원장치(UPS)로 구성된 UPS전원공급장치를 추가로 연결하여 선택적으로 보호계전기에 전원를 공급하는 3단계 계전기전압보호장치로 구성됨을 특징으로 하는 수배전반 설비 내 변압기 고장으로 인한 보호계전기 트립 방지장치.
2. 제 1 항에 있어서, 계전기전압보호장치는 특고압 인입 전압 신호, 계기용 변압기 2차 전압 신호, 배터리 전원공급장치의 충전기 입력 전압 신호, 배터리 전원공급장치의 충전기 출력 전압 신호, 인버터 입력 DC 전압 신호, 인버터 출력 AC 전압 신호, UPS 입력 전압 신호, UPS 출력 전압 신호가 입력되는 입력부와 비교분석 판단부, 전원부, 표시부, 경보부, 제어출력부, 통신부로 구성됨을 특징으로 하는 수배전반 설비 내 변압기 고장으로 인한 보호계전기 트립 방지장치.
3. 배전선로의 저전압 발생시 상위 입입전압검출 시스템과 연계하여 주 선로의 결상 및 저전압을 판단하고 고압 진공차단기를 선택하여 차단하는 단계;
   저전압 보호계전기의 저전압이 검출되면 인입저전압검출기와 계전기 전압보호장치가 연계 비교 분석하여 인입저전압감출기가 결상일 경우에는 고압 진공차단기을 차단시키는단계;
   인입저전압검출기가 저전압이 아닐 경우에는 계전기 전압보호장치에서 연계, 비교 분석하여 배터리 전원공급장치의 인버터에서 공급하는 전압을 접촉기를 통해 공급하여 고압 진공차단기을 유지하는 단계;
   저전압 보호계전기의 저전압이 검출되고 인입저전압검출기가 결상이 아니고, 인버터의 저전압검출이 될경우 UPS 전원공급장치에서 공급되는 전압을 저전압보호계전기에 공급하여 고압차단기를 유지하는 3단계의 보호계전기 트립 방지장치를 갖는 고압배전반 운전제어방법.