WO2018124568A1 - 삼상 개폐 제어 장치 및 방법 - Google Patents

삼상 개폐 제어 장치 및 방법 Download PDF

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WO2018124568A1
WO2018124568A1 PCT/KR2017/014826 KR2017014826W WO2018124568A1 WO 2018124568 A1 WO2018124568 A1 WO 2018124568A1 KR 2017014826 W KR2017014826 W KR 2017014826W WO 2018124568 A1 WO2018124568 A1 WO 2018124568A1
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magnetic flux
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residual magnetic
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권기량
권영진
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주식회사 효성
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    • G01R33/02—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux
    • H—ELECTRICITY
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    • H02M5/10—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into dc by static converters using transformers
    • H02M5/12—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into dc by static converters using transformers for conversion of voltage or current amplitude only

Definitions

  • the present invention relates to a three-phase switchgear control device and a control method thereof, and more particularly to a three-phase switchgear control device and a control method for controlling a circuit breaker connected between the three-phase transformer and the grid power supply to suppress the inrush current. .
  • electricity generated at a voltage of about 20,000 V in various power plants is boosted to ultra high voltage suitable for power transmission, and is transmitted to primary substations through ultra high voltage lines.
  • the primary substation drops the supplied power and supplies it to the secondary substation or to each consumer in general. That is, the power supplied from the primary substation is supplied to the power receiving facilities of each customer through a distribution system composed of overhead distribution lines and underground distribution lines, and is supplied to low-voltage consumers through special high-pressure consumers, high-pressure customers, and various outdoor transformers.
  • LBS load break switch
  • Such a load switch can cut off a certain section in case a power failure is required by a power company's plan or an accident, and also supply to a specific area in case of an electrical accident or failure due to a load in a customer's facilities and systems. By quickly cutting off the electricity being supplied, the damage range is minimized and the accidental current is not spread to other lines.
  • the present invention is intended to secure the safety and reliability of the device set by limiting the inrush current generated when the initial power is applied and at the same time cut off the power between the power supply and the load when an operation failure occurs.
  • the present invention is to provide a three-phase switchgear control device or a three-phase switchgear control method that can suppress the excitation inrush current of the transformer generated when the three-phase simultaneous input of the circuit breaker even when the DC voltage remains in the transformer.
  • a three-phase switchgear control device for controlling a circuit breaker connected between the three-phase transformer and the grid power supply, measuring unit for measuring the voltage of each phase of the three-phase transformer or the circuit breaker;
  • An iron core magnetic flux calculator configured to calculate magnetic flux of each phase of the iron core of the three-phase transformer;
  • a residual magnetic flux balance checking unit for checking whether the calculated residual magnetic fluxes are in an equilibrium state;
  • An input time determining unit determining an input time according to a first calculation method when the residual magnetic fluxes are in equilibrium state and determining a input time according to a second calculation method when the residual magnetic fluxes are unbalanced;
  • an input driving unit which inputs the circuit breaker according to the system voltage measured by the measuring unit and the input time determined by the input time determining unit.
  • the first calculation method may be a specific time point according to a system frequency pattern, and the second calculation method may be based on a difference between magnetic flux and residual magnetic flux of each phase.
  • the first calculation method is performed by the following equation,
  • the second calculation method may be performed by the following equation.
  • the iron core magnetic flux calculating unit may calculate the iron core magnetic flux of each phase by integrating each phase voltage measured by the voltage measuring unit, respectively, or by adding a predetermined phase value to the respective phase voltages.
  • the residual magnetic flux balance checker may determine whether the residual magnetic flux is balanced by using the residual magnetic flux value attenuated according to a time difference until the circuit breaker is input again with respect to the residual magnetic flux value of each phase calculated by the circuit breaker. You can check it.
  • the residual magnetic flux balance checking unit when the primary side coil or the secondary side coil of the transformer forms a closed circuit immediately before the circuit breaker is input, applies the attenuation according to the reduced sine wave pattern, and immediately before the circuit breaker When the primary coil and the secondary coil of the transformer form an open circuit, the attenuation according to the exponential attenuation pattern may be applied.
  • a three-phase open / close control method is a three-phase open / close control method for controlling a circuit breaker connected between a three-phase transformer and a grid power supply in order to suppress inrush current. Measuring a voltage; Recognizing a blocking operation of the breaker, loading measurement values immediately before the breaking of the breaker; Calculating residual magnetic flux of each phase of the transformer immediately before the interruption; When the closing operation of the circuit breaker is anticipated, determining whether three-phase equilibrium with respect to the residual magnetic flux value immediately before the input of the circuit breaker by the calculated residual magnetic flux of each phase; Determining an input time according to a first calculation method when the residual magnetic fluxes are in an equilibrium state and determining an input time according to a second calculation method when the residual magnetic fluxes are unbalanced; Connecting the circuit breaker based on the measured system voltage of each phase and an input phase angle calculated by the input phase angle calculator.
  • the present invention has the advantage that it is possible to minimize the electrical stress in the transformer as well as the breaker by inrush current suppression to extend the life of the product.
  • 1 is a graph showing a state in which residual magnetic flux of a coil in one phase of a transformer coincides with a normal magnetic flux after input;
  • FIG. 2 is a graph showing a magnetic flux pattern when an inrush current occurs due to a mismatch between a residual magnetic flux and a normal magnetic flux.
  • Figure 3 is a block diagram showing a three-phase opening and closing control apparatus according to an embodiment of the present invention for implementing the above-described idea.
  • Fig. 4 is a graph showing the residual magnetic flux pattern when the duration of the residual magnetic flux of the coil of one phase in the transformer is long compared to the system frequency.
  • 5 is a graph showing the residual magnetic flux pattern when the duration of the residual magnetic flux of the three-phase coil in the transformer is longer than the system frequency.
  • FIG. 6 is a flowchart illustrating a three-phase opening and closing control method according to an embodiment of the present invention that may be performed in the three-phase opening and closing control apparatus of FIG. 3.
  • first and second may be used to describe various components, but the components may not be limited by the terms. The terms are only for the purpose of distinguishing one component from another.
  • first component may be referred to as the second component, and similarly, the second component may also be referred to as the first component.
  • a component When a component is referred to as being connected or connected to another component, it may be understood that the component may be directly connected to or connected to the other component, but there may be other components in between. .
  • the most aggressive way to cope with the inrush current described above is to apply a phase-separated circuit breaker to adjust the input point of time for each phase constituting three phases to differently suitable time points. For example, after calculating the magnetic flux of the breaker opening time of one of the three phases, one phase may be injected at the same point as the magnetic flux amount of the opening time calculated at the time of closing the breaker, and the other two phases may be simultaneously introduced at a time 90 degrees behind. Then, as shown in FIG. 1, the inrush current can be effectively reduced by matching the residual magnetic flux of the transformer coil with the normal magnetic flux after the input, as shown in FIG. 1.
  • phase-separated control it is generally used only in a circuit breaker used only in a voltage class of 300 kV or more.
  • inrush current is generated due to a mismatch between residual magnetic flux and normal magnetic flux as shown in FIG. 2, and may adversely affect not only the transformer but also the entire system.
  • it is intended to suppress the inrush current below a meaningful value by using the opening and closing controller.
  • the prior art only assumed the magnitude of the residual magnetic flux, assuming only the normal state in which the residual magnetic flux is a three-phase equilibrium, but the present invention proposes a fundamental method that is different from the prior art in considering the equilibrium of the three-phase residual magnetic flux.
  • Figure 3 shows a three-phase opening and closing control device according to an embodiment of the present invention embodying the above-described idea.
  • the three-phase switchgear control device for controlling the circuit breaker connected between the three-phase transformer and the grid power supply shown in the drawing, Measurement unit 101 for measuring the voltage of each phase of the three-phase transformer or the circuit breaker; An iron core magnetic flux calculator (103) for calculating magnetic flux of each phase of the iron core of the three-phase transformer from the measured values measured by the measurement unit (101); A residual flux balance check unit 115 for checking whether the calculated residual fluxes are in equilibrium; An input time determining unit 116 determining an input time according to a first calculation method when the residual magnetic fluxes are in equilibrium state and a second input method according to a second calculation method when the residual magnetic fluxes are unbalanced; And an input driver 106 for inputting the circuit breaker according to the system voltage measured by the voltage measuring unit and the input timing determined by the input timing determiner.
  • FIG. 3 shows a three-phase power supply system in a manner (first implementation) in which only the circuit-side breaker is controlled in accordance with the teachings of the present invention. Accordingly, the residual magnetic flux for the grid side coils among the coils of the three phase transformer is used.
  • the load side breaker may be controlled according to the spirit of the present invention, in which case the residual magnetic flux for the grid side coils of the coils of the three phase transformer is used (second implementation).
  • second implementation the residual magnetic flux for the grid side coils of the coils of the three phase transformer is used.
  • the description is duplicated due to the symmetrical structure, and thus the detailed description is omitted, but this also belongs to the scope of the present invention.
  • the illustrated transformer 23 is connected to the power bus of the system through the breaker 21, the transformer 23 may be installed in an invalid grounding system.
  • a surge absorption device 24 having a lightning arrester (not shown), a low pressure side instrument transformer 25b, and the like are provided. It is connected to the secondary coil of the transformer 23 as a circuit, and comprises the closed circuit.
  • the leakage conductor of the overhead conductor and the cable which connect the transformer 23 and the load side breaker 22, etc. also become a component of this closed circuit.
  • the surge absorbing device 24 or the like may cause the residual magnetic flux of the coil to be reduced in the form of a reduced sine wave without exponentially attenuating the coil even under a no-load transformer.
  • the breaker 21 shown is three of A phase (which may correspond to the U phase of the system), B phase (which may correspond to the V phase of the system), and C phase (which may correspond to the W phase of the system). It is a three-phase collective operation circuit breaker in which all main contacts of the phase are operated in one batch.
  • the system power supply to the transformer 23 is turned on.
  • the transformer 23 is electrically disconnected from the grid power bus.
  • it may further comprise means 25a for measuring the voltages (earth voltages) of each phase of the U, V, and W phases of the system.
  • a voltage divider such as a voltage transformer (VT) or a capacitor (PD) can be provided.
  • the measuring means for the system may transmit the measured detection signal to the measuring unit 101 according to the spirit of the present invention.
  • tertiary coils magnetically interlock with primary coils and / or secondary coils of the three phase transformer to accurately detect the voltage (and / or current) of the respective coils of the three phase transformer. It may further include.
  • the means 25c for measuring the voltage of each phase of the tertiary coil may be provided.
  • a voltage divider such as a voltage transformer (VT) or a capacitor (PD) can be provided.
  • the measuring means for the tertiary coil may transmit the measured detection signal to the measuring unit 101 according to the spirit of the present invention.
  • the illustrated measurement unit 101 receives detection signals from various measurement means installed at each position of the three-phase transmission / distribution system to which the idea of the present invention is applied, calculates a measurement value as data for the detection signal, and calculates a phase. And the magnetic flux calculation unit 103.
  • the measurement unit 101 may provide the measurement value to other components not shown, such as other components constituting the smart grid system. In the implementation of the idea of the present invention, it is advantageous that the measurement unit 101 can obtain a voltage detection signal by a transformer primary coil on the target breaker 21 side, but the circuit breaker 21 terminal voltage or the transformer primary terminal voltage, 25c The detection signal of the measuring means may be used instead.
  • the open / close control device 100 outputs an input command to the main contact of the breaker 21 on the basis of the detection signal transmitted from the above-described measuring means, and thus the breaker 21 is input.
  • the phase calculator may calculate a phase value by calculating a phase of voltage and / or current at each point of the three-phase transmission / distribution system.
  • the magnetic flux calculation unit 103 may use a measurement value derived from a sensor that directly detects a magnetic field. However, it is advantageous to calculate the magnetic flux from a measurement value for a voltage signal or a phase value for a voltage due to a problem such as cost.
  • the phase value for the voltage may be provided from the phase calculator.
  • the voltage waveform of each phase of the primary voltage of the transformer 23 and the voltage waveform of each phase of the secondary voltage of the transformer 23 are directly observed (actually measured) using a voltage transformer (VT).
  • VT voltage transformer
  • the waveforms of the magnetic fluxes [phi], [phi], and [phi] in the iron core of the transformer 23 can use the measured voltage value rather than direct observation.
  • the magnetic flux calculation unit 103 that calculates the magnetic core magnetic flux of the transformer 23 integrates each phase voltage measured by the measuring unit, or adds a predetermined phase value to each phase voltage to each phase. Iron core flux can be calculated.
  • the residual magnetic flux balance confirmation unit 115 may check the balance of the three-phase residual magnetic flux using a known three-phase balance determination method. In other words, it is to check whether the residual magnetic flux of each of the A-phase, B-phase, and C-phase windings constituting the three-phase is balanced.
  • the residual magnetic flux balance checker 115 may apply a method of checking whether or not the three-phase balance with respect to the voltage or current of the three-phase power is applied to the magnetic flux.
  • the residual magnetic flux values of each of A, B, and C phases are represented by three vectors on a two-dimensional plane, with the N-pole component of the residual magnetic flux being a + value and the S-pole component being a-value, and the sum of the three vectors is zero. Equilibrium may be determined if it falls within the range of.
  • the specific example described exemplarily describes the input of a no-load transformer in which the grid-side circuit breaker is turned on while the load-side circuit breaker is released before the grid-side circuit breaker is turned on.
  • the idea of the present invention is also applicable to the input of a load transformer in which a breaker is input, which also belongs to the scope of the present invention. In this case, there is a clear difference in the exponential decay of the residual magnetic flux of the coil, but in other parts, it is almost the same as in the case of no load.
  • transformer 23 a three-phase transformer (hereinafter referred to as transformer 23) operating in a no-load excited state (load side breaker 22: open state, grid side breaker 21: closed state) is dissipated from the power system (i.e., the system When the side breaker 21 is opened), the residual magnetic flux remaining in the iron core of the transformer 23 will be described with reference to the drawings.
  • the subscripts a, b, and c of the voltage V, the current i, and the magnetic flux ⁇ indicate the values of A phase, B phase, and C phase.
  • the load side breaker 22 of the secondary side (low voltage side, load side) of the transformer 23 is opened, and the transformer 23 is in an unloaded excited state. do.
  • the system voltages (Va, vb, t, vc) or the primary or secondary voltages of the transformer 23 and the magnetic flux in the iron core of the transformer 23 ⁇ a (t), ⁇ b (T) and ⁇ c (t) have a relationship in the following formula (1), and are established without distinction between a steady state and a transient state.
  • the grid voltage (primary voltage and secondary voltage) in the no-load excited state can be expressed by the following equation (2), and based on equations (1) and (2), the iron core of the transformer 23 in the no-load excited state
  • the magnetic flux inside can be expressed by the following equation (3).
  • vc (t) Vcos (t + 2 ⁇ / 3
  • the magnetic flux in the iron core of the transformer 23 in the steady state is a sinusoidal wave in a three-phase equilibrium state and has a phase difference of 90 ° with respect to the in-phase voltage (system voltage, primary voltage, and secondary voltage).
  • the magnetic flux calculator 103 of the simplest implementation may calculate the magnetic flux as a sinusoidal wave having a phase difference of 90 ° with respect to the coil voltage sine wave.
  • the magnetic flux calculation unit 103 may integrate the calculated respective line voltages Vuv, Vvw, and Vwu, and calculate the integrated value as the normal magnetic flux ⁇ Tuv, ⁇ Tvw, and ⁇ Twu.
  • the residual magnetic flux balance checker 115 of the simple implementation regards the magnetic flux calculated by the magnetic flux calculator 103 just before the breaker is released as the residual magnetic flux.
  • This implementation is suitable for the case of a transmission / distribution system having a long duration of residual magnetic flux relative to the system frequency and a short period of interruption and closing of the breaker as shown in FIGS. 4 and 5.
  • the improved residual flux balance checking unit 115 further uses the residual magnetic flux value by using the residual magnetic flux value attenuated according to the time difference until the breaker is closed again with respect to the residual magnetic flux value of each phase calculated when the breaker is opened. You can check the equilibrium.
  • the method of estimating the attenuated residual magnetic flux value may vary depending on whether the attenuation pattern of the residual magnetic flux is exponential or reduced sine wave form.
  • the residual magnetic flux balance checker 115 is configured to reduce the sine wave pattern when the primary coil or the secondary coil of the transformer 23 forms a closed circuit immediately before the circuit breaker 21 is input.
  • the attenuation according to the present invention is applied and the primary coil and the secondary coil of the transformer 23 form the open circuit immediately before the circuit breaker 21 is input, the attenuation according to the exponential attenuation pattern may be applied.
  • the former includes a case in which a closed circuit is substantially formed with respect to alternating current by a surge absorber or the like even in a no-load state.
  • the first operation method applied by the input time determining unit 116 is to determine a specific time point according to a system frequency pattern as an input time point, and the second operation method is based on a difference between magnetic flux and residual magnetic flux of each phase. More specifically, the first calculation method may be represented by Equation 4 below, and the second operation method may be represented by Equation 5 below.
  • the illustrated injection drive unit 106 outputs an injection command to the operation mechanism for driving the main contact of the breaker 21 at the injection timing (phase) determined by the injection phase determination unit. As a result, the circuit breaker 21 is simultaneously introduced in three phases.
  • the open / close determination unit determines whether the breaker is to be shut off during normal operation from the measured values collected by the measurement unit 101, and determines a time point when the breaker is shut off and returns to normal operation.
  • the opening and closing determination unit may be a device for monitoring operation of a general three-phase transmission / distribution system.
  • FIG. 6 illustrates a three-phase open / close control method according to an embodiment of the present invention that may be performed in the three-phase open / close control device of FIG. 3.
  • Three-phase open and close control method for controlling a circuit breaker connected between the three-phase transformer and the grid power supply to suppress the inrush current shown comprising: measuring the voltage of each phase for the three-phase transformer or circuit breaker (S110); Recognizing an off operation of the breaker (S115), loading measurement values immediately before the breaker of the breaker (S120); Calculating residual magnetic flux of each phase of the three-phase transformer immediately before the blocking (S130); When the input operation of the circuit breaker is expected (S135), determining whether or not the three-phase equilibrium with respect to the residual magnetic flux value immediately before the input of the circuit breaker by the calculated residual magnetic flux of each phase (S140); If the residual magnetic flux is in an equilibrium state, determining an input time according to a first calculation method (S160); and if the residual magnetic flux is unbalanced, determining an input time according to a second operation method (S170);
  • the circuit breaker may include connecting the circuit breaker based on the system voltage measured by the voltage measuring unit and the input phase angle calculated by
  • the object and point to be measured in step S110 may vary, for example, the voltage of each phase of the three-phase transformer and the system voltage of each phase of the system power supply may be measured.
  • step S120 may be obtained or selectively read out the magnetic flux value calculated immediately before the blocking of the measured values of the respective target points collected by the operation of the measurement unit of FIG.
  • step S130 may be obtained or selectively read out the magnetic flux value calculated immediately before the cut off of the magnetic flux values of the coil of each phase calculated by the operation of the magnetic flux calculating unit of FIG. 3.
  • step S115 and the closing operation of step S135 may be notified from the opening / closing determination unit of FIG. 3, or may be confirmed by analyzing an output signal of the opening / closing determination unit.
  • the step S140 may be performed by the operation of the residual flux balance checker of FIG. 3, and the steps S160 and S170 may be performed by the operation of the input timing determiner of FIG. 3.
  • the present invention relates to a three-phase open and close control device and a control method thereof, and can be used in the circuit breaker field.

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Abstract

본 발명의 삼상 개폐 제어 장치는, 3상 변압기 및 계통 전원 사이에 접속된 차단기를 제어하는 삼상 개폐 제어 장치로서, 상기 3상 변압기 또는 상기 차단기의 각 상의 전압을 계측하는 계측부; 상기 3상 변압기의 철심의 각 상의 자속을 산출하는 철심 자속 산출부; 상기 산출된 잔류 자속들이 평형 상태인지를 확인하는 잔류 자속 평형 확인부; 상기 잔류 자속들이 평형 상태이면, 제1 연산법에 따라 투입 시점을 판단하고, 상기 잔류 자속들이 불평형 상태이면, 제2 연산법에 따라 투입 시점을 판단하는 투입 시점 판단부; 및 상기 계측부에 의해 계측된 각 상의 계통 전압과 상기 투입 시점 판단부에서 판단한 투입 시점에 따라 상기 차단기를 투입하는 투입 구동부를 포함할 수 있다.

Description

삼상 개폐 제어 장치 및 방법
본 발명은 삼상 개폐 제어 장치 및 그 제어 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 돌입 전류를 억제하기 위해 3상 변압기 및 계통 전원 사이에 접속된 차단기를 제어하는 삼상 개폐 제어 장치 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
일반적으로 각종 발전소(화력, 수력, 원자력 등)에서 약 20,000V 정도의 전압으로 만들어진 전기는 송전에 적합한 초고압으로 승압 되고, 초고압 선로를 통하여 1차 변전소로 송전 된다.
1차 변전소에서는 공급받은 전력을 강하시켜 2차 변전소 또는 일반적인 각 수용가로 공급한다. 즉, 1차 변전소로부터 공급된 전력은 가공 배전선과 지중 배전선으로 구성된 배전 계통을 통하여 각 수용가의 수전 설비로 공급되어지며 특고압 수용가, 고압 수용가 및 각종 옥외 설치 변압기를 통하여 저압 수용가까지 공급된다.
이때, 고압 수용가에 설치된 수배전반(수전설비)에는 광범위한 수용가에 전력을 공급, 및 중단하기 위하여 부하 개폐기(LBS, Load Break Switch)가 널리 사용된다.
이러한 부하 개폐기는 전력 회사의 계획에 의해서 또는 불의의 사고로 정전 작업이 요구되는 경우에 일정 구간을 차단할 수 있으며, 또한, 수용가의 설비와 시스템에서 부하로 인한 전기 사고 및 고장 발생 시 특정 지역으로 공급되는 전기를 신속히 차단시킴으로써, 피해 범위를 최소화하고, 사고 전류가 다른 선로에 파급되지 않도록 한다.
상기 부하 개폐기가 투입되면, 변압기에 전압이 가해지는데, 이때, 변압기로부터 돌입 전류가 발생되며, 상기 돌입 전류는 정격 전류의 약 10배이며, 돌입 전류가 발생되면 변압기나 전동기 코일의 층간 절연 파괴가 발생 될 뿐만 아니라 순간 전압 강하나, 지락, 또는 전류 계전기 오동작 등 문제점이 발생 될 수 있다.
본 발명은 초기 전원을 인가 시 발생하는 돌입 전류를 제한함과 동시에 운전 장애 발생 시 전원과 부하 사이의 전원을 차단하여, 기기 세트의 안전성과 신뢰성을 확보하고자 한다.
또한, 본 발명은 변압기에 직류 전압이 잔류하는 경우에도 차단기를 3상 동시 투입할 때 생기는 변압기의 여자 돌입 전류를 억제할 수 있는 삼상 개폐 제어 장치 또는 삼상 개폐 제어 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따른 삼상 개폐 제어 장치는, 3상 변압기 및 계통 전원 사이에 접속된 차단기를 제어하는 삼상 개폐 제어 장치로서, 상기 3상 변압기 또는 상기 차단기의 각 상의 전압을 계측하는 계측부; 상기 3상 변압기의 철심의 각 상의 자속을 산출하는 철심 자속 산출부; 상기 산출된 잔류 자속들이 평형 상태인지를 확인하는 잔류 자속 평형 확인부; 상기 잔류 자속들이 평형 상태이면, 제1 연산법에 따라 투입 시점을 판단하고, 상기 잔류 자속들이 불평형 상태이면, 제2 연산법에 따라 투입 시점을 판단하는 투입 시점 판단부; 및 상기 계측부에 의해 계측된 각 상의 계통 전압과 상기 투입 시점 판단부에서 판단한 투입 시점에 따라 상기 차단기를 투입하는 투입 구동부를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 제1 연산법은, 시스템 주파수 패턴에 따른 특정 시점이며, 상기 제2 연산법은, 각 상의 자속과 잔류 자속의 차이에 기반한 것을 특징으로 할 수 있다.
여기서, 상기 제1 연산법은 하기 수학식에 의해 수행되며,
Figure PCTKR2017014826-appb-I000001
상기 제2 연산법은 하기 수학식에 의해 수행될 수 있다.
Figure PCTKR2017014826-appb-I000002
여기서, 상기 철심 자속 산출부는, 상기 전압 계측부에 의해 계측된 각 상 전압을 각각 적분하거나, 상기 각 상 전압에 소정의 위상값을 부가하여, 각 상의 철심 자속을 산출할 수 있다.
여기서, 상기 잔류 자속 평형 확인부는, 상기 차단기가 차단 시점에 산출된 각 상의 잔류 자속값에 대하여 상기 차단기가 다시 투입될 때 까지의 시간 차에 따라 감쇄된 잔류 자속값을 이용하여 잔류 자속 평형 여부를 확인할 수 있다.
여기서, 상기 잔류 자속 평형 확인부는, 상기 차단기가 투입되기 직전에 상기 변압기의 1차측 코일 또는 2차측 코일이 폐회로를 형성하는 경우, 감소 사인파 패턴에 따른 감쇄를 적용하고, 상기 차단기가 투입되기 직전에 상기 변압기의 1차측 코일 및 2차측 코일이 개회로를 형성하는 경우, 지수적 감쇄 패턴에 따른 감쇄를 적용할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 삼상 개폐 제어 방법은, 돌입 전류를 억제하기 위해 3상 변압기 및 계통 전원 사이에 접속된 차단기를 제어하는 3상 개폐 제어 방법으로서, 상기 3상 변압기 또는 차단기에 대한 각 상의 전압을 계측하는 단계; 상기 차단기의 차단 동작을 인식하면, 상기 차단기의 차단 직전의 계측 값들을 로딩하는 단계; 상기 차단 직전의 상기 변압기의 각 상의 잔류 자속을 산출하는 단계; 상기 차단기의 투입 동작을 예상하면, 상기 산출된 각 상의 잔류 자속에 의한 상기 차단기의 투입 직전의 잔류 자속 값에 대한 3상 평형 여부를 판단하는 단계; 상기 잔류 자속들이 평형 상태이면, 제1 연산법에 따라 투입 시점을 판단하고, 상기 잔류 자속들이 불평형 상태이면, 제2 연산법에 따라 투입 시점을 판단하는 단계; 계측된 각 상의 계통 전압과 상기 투입 위상각 산출부에 의해 산출된 투입 위상각에 기초하여, 상기 차단기를 연결하는 단계를 포함할 수 있다.
상술한 구성에 따른 본 발명의 삼상 개폐 제어 장치 또는 삼상 개폐 제어 방법을 실시하면, 의미 있는 수치 이하로 돌입전류를 억제할 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명은 돌입전류 억제로 차단기 뿐만 아니라 변압기에 전기적 스트레스를 최소화 할 수 있어 제품의 수명을 연장 할 수 있는 이점이 있다.
도 1은 변압기 내 1상의 코일의 잔류 자속과 투입 이후의 정상 자속이 일치하는 모습을 나타낸 그래프.
도 2는 잔류 자속과 정상 자속의 불일치로 돌입전류가 발생하는 경우의 자속 패턴을 나타낸 그래프.
도 3은 상술한 사상을 구현한 본 발명의 일 실시예에 따른 3상 개폐 제어 장치를 도시한 블록도.
도 4는 변압기 내 1상의 코일의 잔류 자속의 지속 시간이 시스템 주파수 대비 긴 경우의 잔류 자속 패턴을 나타낸 그래프.
도 5는 변압기 내 3상의 코일의 잔류 자속의 지속 시간이 시스템 주파수 대비 긴 경우의 잔류 자속 패턴을 나타낸 그래프.
도 6은 도 3의 3상 개폐 제어 장치에서 수행될 수 있는 본 발명의 일 실시예에 따른 3상 개폐 제어 방법을 도시한 흐름도.
이하, 본 발명의 실시를 위한 구체적인 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 설명한다.
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.
상술한 돌입전류에 대처하는 가장 적극적인 방안은 상 분리형 차단기를 적용하여 3상을 이루는 각 상에 대하여 투입 시점을 서로 다르게 적합한 시점으로 조절하는 것이다. 예컨대, 3상 중 한 상의 차단기 개방시점의 자속을 계산하고 나서, 차단기 투입 시 계산된 개방시점의 자속량과 동일한 지점에서 한 상 투입하고, 나머지 두상은 90도 뒤진 시점에 동시 투입할 수 있다. 그러면, 각 상에 대하여 도 1에 도시한 바와 같이 변압기 코일의 잔류 자속과 투입 이후의 정상 자속이 일치하여 돌입전류를 효과적으로 저감할 수 있다.
그런데, 이와 같은 제어 방법은 복잡한 구성을 요구하여 고가 및 많은 공간을 요구하는 바, 상분리형 제어의 경우 300 kV 이상의 전압계급에서만 사용하는 차단기에서만 일반적으로 사용된다.
비용 등 현실적인 이유로 전압 계급이 300kV 이하의 송/배전 시스템에서는 상 일괄형 차단기를 적용함이 일반적이다. 그런데, 전압 계급이 300 kV 이하의 송/배전 시스템에서 무부하 변압기 투입 상황에서도 도 2에 도시한 바와 같이 잔류 자속과 정상 자속의 불일치로 돌입전류가 발생하며 변압기 뿐만 아니라 계통 전체에 악영향을 줄 수 있는 바, 본 발명에서는 개폐제어기를 사용하여 의미 있는 수치 이하로 돌입전류를 억제하고자 한다.
종래 기술은 잔류 자속이 3상 평형을 이루는 정상적인 상태만을 가정하여, 잔류 자속들의 크기만을 고려하였으나, 본 발명에서는 3상 잔류 자속의 평형 여부를 고려함에 종래 기술과 차별되는 근원적인 방안을 제시한다.
잔류 자속이 3상 평형을 이루는 상태에서 불필요하게 차단기 투입 시점 판단을 수행하면, 불필요한 연산 소요 시간에 따른 투입 지연에 의한 부작용이 돌입 전류 발생에 의한 부작용 보다 크다. 이는 상 일괄 차단기를 사용하는 경우, 투입 시점 조절에 의한 돌입 전류 차단 효과가 투입 지연 부작용을 상쇄시킬 정도가 되지 못하기 때문이다.
도 3은 상술한 사상을 구현한 본 발명의 일 실시예에 따른 3상 개폐 제어 장치를 도시한다. 도시한 3상 변압기 및 계통 전원 사이에 접속된 차단기를 제어하는 삼상 개폐 제어 장치는, 상기 3상 변압기 또는 상기 차단기의 각 상의 전압을 계측하는 계측부(101); 상기 계측부(101)에서 계측된 계측값으로부터 상기 3상 변압기의 철심의 각 상의 자속을 산출하는 철심 자속 산출부(103); 상기 산출된 잔류 자속들이 평형 상태인지를 확인하는 잔류 자속 평형 확인부(115); 상기 잔류 자속들이 평형 상태이면, 제1 연산법에 따라 투입 시점을 판단하고, 상기 잔류 자속들이 불평형 상태이면, 제2 연산법에 따라 투입 시점을 판단하는 투입 시점 판단부(116); 및 상기 전압 계측부에 의해 계측된 각 상의 계통 전압과 상기 투입 시점 판단부에서 판단한 투입 시점에 따라 상기 차단기를 투입하는 투입 구동부(106)를 포함할 수 있다.
도 3은 계통측의 차단기만을 본 발명의 사상에 따라 제어하는 방식(제1 구현)의 삼상 전력 공급 시스템을 도시한다. 이에 따라, 삼상 변압기의 코일들 중 계통측 코일들에 대한 잔류 자속을 이용한다.
다른 구현에서는 부하측 차단기를 본 발명의 사상에 따라 제어할 수도 있으며, 이 경우, 삼상 변압기의 코일들 중 계통측 코일들에 대한 잔류 자속을 이용한다(제2 구현). 후자의 경우, 대칭되는 구조로 인하여 설명이 중복되어, 상세 설명은 생략하지만 이 또한 본 발명의 권리범위에 속함은 물론이다.
도시한 변압기(23)는 차단기(21)를 통해서 계통의 전원 모선에 연결되어 있으며, 변압기(23)는 비유효 접지계에 설치될 수도 있다.
또한, 변압기(23)의 2차측에는, 도 3에 나타낸 바와 같이, 도시하지 않은 피뢰기를 구비한 서지 흡수 장치(24)나 저압측 계기용 변압기(25b) 등이 설치되고, 미소(微小) 부하 회로로서 변압기(23)의 2차 코일에 접속되어, 폐회로를 구성하고 있다. 또한, 변압기(23)와 부하측 차단기(22)를 접속하는 가공 도체나 케이블의 누출 커패시턴스 등도 이 폐회로의 구성 요소로 된다.
상기 서지 흡수 장치(24) 등은 무부하 변압기 투입 상황에서도 코일의 잔류 자속이 지수적으로 감쇄하지 않고 감소 사인파 형태로 감쇄하는 원인이 될 수 있다.
도시한 차단기(21)는 A상(계통의 U상에 해당될 수 있음), B상(계통의 V상에 해당될 수 있음) 및 C상(계통의 W상에 해당될 수 있음)의 3 상의 모든 주 접점이 일괄 조작되는 삼상 일괄 조작형 차단기이다. 차단기(21)가 투입됨으로써, 변압기(23)에 대한 계통 전원이 투입된다. 차단기(21)가 개방됨으로써, 변압기(23)는 계통 전원 모선으로부터 전기적으로 차단된다.
구현에 따라, 계통의 U상, V상, W상의 각 상 전압(대지 전압)을 계측하는 수단(25a)을 더 구비할 수 있다. 상기 계통에 대한 계측 수단으로서, 예를 들어 계기용 변압기(VT, Voltage Transformer)또는 콘덴서형(PD, Potential Device)등의 전압 분압 장치를 구비할 수 있다. 상기 계통에 대한 계측 수단은 계측된 검출 신호를 본 발명의 사상에 따른 계측부(101)로 전송할 수 있다.
구현에 따라, 상기 3상 변압기의 각 코일들의 전압(및/또는 전류)을 정확히 검출하기 위해 상기 3상 변압기의 1차 코일들 및/또는 2차 코일들과 자기적으로 연동되는 3차 코일들을 더 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 3차 코일의 각 상의 전압을 계측하는 수단(25c)을 구비할 수 있다. 상기 계측하는 수단(25c)으로서, 예를 들어 계기용 변압기(VT, Voltage Transformer)또는 콘덴서형(PD, Potential Device)등의 전압 분압 장치를 구비할 수 있다. 상기 3차 코일에 대한 계측 수단은 계측된 검출 신호를 본 발명의 사상에 따른 계측부(101)로 전송할 수 있다.
도시한 계측부(101)는 본 발명의 사상이 적용되는 3상 송/배전 시스템의 각 위치에 설치된 각종 계측 수단들로부터 검출 신호들을 수신하여, 검출 신호에 대한 데이터로서 계측 값을 산정하여, 위상 산출부 및 자속 산출부(103)로 제공한다. 상기 계측부(101)는 스마트 그리드 시스템을 구성하는 다른 구성요소 등 도시하지 않은 다른 구성요소에도 상기 계측 값을 제공할 수 있다. 본 발명의 사상을 구현하는데 있어서는 대상 차단기(21) 측인 변압기 1차 코일이 전압 검출 신호를 상기 계측부(101)가 획득 가능한 것이 유리하지만, 차단기(21) 단자 전압이나 변압기 1차 단자 전압, 상기 25c 계측 수단의 검출 신호를 대신 이용할 수도 있다.
상기 개폐 제어 장치(100)는 상술한 계측 수단들로부터 전송받은 검출 신호에 기초하여 차단기(21)의 주 접점에 대해서 투입 지령을 출력하고, 이로써 차단기(21)는 투입된다.
상기 위상 산출부는 3상 송/배전 시스템의 각 지점의 전압 및/또는 전류의 위상을 계산하여 위상 값을 산출할 수 있다.
상기 자속 산출부(103)는 자기장을 직접 감지하는 센서로부터 유래된 계측 값을 이용할 수도 있지만, 비용 등의 문제상 전압 신호에 대한 계측 값 또는 전압에 대한 위상 값으로부터 자속을 산출하는 것이 유리하다. 상기 전압에 대한 위상 값은 상기 위상 산출부로부터 제공받을 수 있다.
다시 말해, 변압기(23)의 1차 전압의 각 상의 전압 파형과 변압기(23)의 2차 전압의 각 상의 전압 파형은, 계기용 변압기(Voltage Transformer: VT)를 사용하여, 직접적 관측(실측)이 가능하지만, 변압기(23)의 철심 내의 자속[φａ（ｔ）、φｂ（ｔ）、φｃ（ｔ)]의 파형은, 직접적 관측 보다는 실측한 전압값을 이용할 수 있다.
즉, 상기 변압기(23)의 철심 자속을 산출하는 상기 자속 산출부(103)는, 상기 계측부에 의해 계측된 각 상 전압을 각각 적분하거나, 상기 각 상 전압에 소정의 위상값을 부가하여 각 상의 철심 자속을 산출할 수 있다.
상기 잔류 자속 평형 확인부(115)는, 공지된 3상 평형 판정 방법을 이용하여 3상 잔류 자속의 평형을 확인할 수 있다. 다시 말해, 3상을 구성하는 A상, B상, C상 권선들 각각의 잔류 자속들의 3상 평형 여부를 확인하는 것이다.
상기 잔류 자속 평형 확인부(115)는 3상 전력의 전압 또는 전류에 대한 3상 평형 여부를 확인하는 방법을 자속에 대하여 그대로 적용할 수 있다. 예컨대, 잔류 자속의 N극 성분을 +값으로 S극 성분을 -값으로 하여, A, B, C 각 상의 잔류 자속값을 2차원 평면상의 3개의 벡터로 표현하고, 3개의 벡터의 총합이 0의 범위에 들어오는 경우 평형으로 판정할 수 있다.
설명하고 있는 구체적인 예에서는 계통측 차단기가 투입되기 전에 부하측 차단기도 해제되어 있는 상황에서 계통측 차단기가 투입되는 무부하 변압기 투입에 대하여 예시적으로 기재하고 있지만, 부하가 변압기에 연결되어 있는 상황에서 계통측 차단기가 투입되는 유부하 변압기 투입에 대해서도 본 발명의 사상을 적용가능하며, 이 또한 본 발명의 권리범위에 속함은 물론이다. 이 경우 코일의 잔류 자속이 지수적으로 감쇄하는 점에 명확한 차이가 존재하나, 다른 부분에 있어서는 무부하의 경우와 거의 동일하다.
무부하 변압기 투입 상황에 대하여 설명하면 다음과 같다. 즉, 무부하 여자 상태[부하측 차단기(22): 개방 상태, 계통측 차단기(21): 투입 상태]로 운전 중인 3상 변압기[이하, 변압기(23)라고 함]가 전력 계통으로부터 해열(즉, 계통측 차단기(21)가 개방)된 경우에, 변압기(23)의 철심 내에 남겨지는 잔류 자속에 대하여, 도면을 참조하여 설명한다. 다음 설명에 있어서, 전압 ｖ, 전류 i 및 자속 φ의 첨자 a, b, c는, A상, B상, C상의 값인 것을 나타낸다.
운전 중인 변압기(23)를 전력 계통으로부터 해열하는 경우에는, 처음에, 변압기(23)의 2차측(저압측, 부하측)의 부하측 차단기(22)가 개방되어, 변압기(23)가 무부하 여자 상태로 된다.
이 단계(무부하 여자 상태)에서는, 변압기(23)의 1차 코일(고압측 코일)에는, 여자 전압인 1차 전압[ｖＨａ（ｔ）、ｖＨｂ（ｔ）、ｖＨｃ（ｔ)]이 인가되어 있고, 여자 전류인 1차 전류[ｉＨａ（ｔ）、ｉＨｂ（ｔ）、ｉＨｃ（ｔ)]가 흐르고 있다.
또한, 변압기(23)의 2차 코일(저압측 코일)에는, 2차 전압[ｖＬａ（ｔ）、ｖＬｂ(ｔ)、ｖＬｃ(ｔ)]이 생기고 있지만, 2차 전류[ｉＬａ（ｔ）、ｉＬｂ（ｔ）、ｉＬｃ（ｔ)]는 흐르고 있지 않다(제로이다). 또한, 변압기(23)의 철심 내에는, 자속[φａ（ｔ） 、φｂ（ｔ）、φｃ（ｔ)]이 존재한다.
여기서, 계통 전압[ｖａ（ｔ）、ｖｂ（ｔ）、ｖｃ（ｔ)] 또는 변압기(23)의 1차 전압 또는 2차 전압과, 변압기(23)의 철심 내의 자속[φａ（ｔ）、φｂ（ｔ）、φｃ（ｔ)]은, 다음 식(1)의 관계가 있어, 정상 상태 및 과도 상태의 구별없이 성립한다.
[수학식 1]
φａ（ｔ）＝∫ｖａ（ｔ）ｄｔ
φｂ（ｔ）＝∫ｖｂ（ｔ）ｄｔ
φｃ（ｔ）＝∫ｖｃ（ｔ）ｄｔ
또한, 계통 전압[ｖａ（ｔ）、ｖｂ（ｔ）、ｖｃ（ｔ)] 및 변압기(23)의 1차 전압 및 2차 전압은, 3상 평형 상태의 정현파(正弦波)의 정상 상태이므로, 무부하 여자 상태의 계통 전압(1차 전압, 2차 전압)은 다음 식(2)로 표현할 수 있고, 식(1) 및 식(2)에 기초하여, 무부하 여자 상태에서의 변압기(23)의 철심 내의 자속은 다음 식(3)으로 표현할 수 있다.
[수학식 2]
ｖａ（ｔ）＝Ｖｃｏｓ（ｔ）
ｖｂ（ｔ）＝Ｖｃｏｓ（ｔ－２π／３）　　　
ｖｃ（ｔ）＝Ｖｃｏｓ（ｔ＋２π／３）
[수학식 3]
φａ（ｔ）＝Φｃｏｓ（ｔ－π／２）＝Φｓｉｎ（ｔ）
φｂ（ｔ）＝Φｃｏｓ（ｔ－２π／３－π／２）＝Φｓｉｎ（ｔ－２π／３）
φｃ（ｔ）＝Φｃｏｓ（ｔ＋２π／３－π／２）＝Φｓｉｎ（ｔ＋２π／３）
이와 같이, 정상 상태에서의 변압기(23)의 철심 내의 자속은, 3상 평형 상태의 정현파이며, 동상(同相)의 전압(계통 전압, 1차 전압, 2차 전압)에 대하여 90°의 위상차각이 있는 것으로 표현할 수도 있다. 가장 단순한 구현의 자속 산출부(103)는 해당 코일 전압 정현파에 대하여 90°의 위상차각이 있는 정현파로 자속을 산출할 수 있다.
다른 구현에 따른 자속 산출부(103)는, 연산한 각 선간 전압 Vuv, Vvw, Vwu를 각각 적분하고, 이 적분된 값을 정상 자속(φ Tuv, φ Tvw, φ Twu)으로 산출할 수 있다.
단순한 구현의 잔류 자속 평형 확인부(115)는 상기 차단기가 해제되기 직전에 상기 자속 산출부(103)가 산출한 자속을 잔류 자속으로 간주한다. 이러한 구현은 도 4 및 도 5에 도시한 바와 같이 시스템 주파수 대비 잔류 자속의 지속 시간이 길고, 차단기의 차단 및 투입까지의 기간이 짧은 송/배전 시스템의 경우에 적합하다.
보다 개선된 잔류 자속 평형 확인부(115)는, 상기 차단기가 열린 시점에 산출된 각 상의 잔류 자속값에 대하여 상기 차단기가 다시 닫힐 때까지의 시간 차에 따라 감쇄된 잔류 자속값을 이용하여 잔류 자속 평형 여부를 확인할 수 있다. 이때, 잔류 자속의 감쇄 패턴이 지수적인지 감소 사인파 형태인지에 따라 감쇄된 잔류 자속값을 추정하는 방법이 달라질 수 있다.
또한, 이 경우, 상기 잔류 자속 평형 확인부(115)는, 상기 차단기(21)가 투입되기 직전에 상기 변압기(23)의 1차측 코일 또는 2차측 코일이 폐회로를 형성하는 경우, 감소 사인파 패턴에 따른 감쇄를 적용하고, 상기 차단기(21)가 투입되기 직전에 상기 변압기(23)의 1차측 코일 및 2차측 코일이 개회로를 형성하는 경우, 지수적 감쇄 패턴에 따른 감쇄를 적용할 수 있다. 전자의 경우 무부하 상태여도 서지 흡수기 등에 의해 실질적으로 교류에 대하여 폐회로가 형성되는 경우를 포함한다.
상기 투입 시점 판단부(116)가 적용하는 제1 연산법은 시스템 주파수 패턴에 따른 특정 시점을 투입 시점으로 결정하는 것이며, 제2 연산법은 각 상의 자속과 잔류 자속의 차이에 기반한 것이다. 보다 구체적으로 제1 연산법은 하기 수학식 4로 나타낼 수 있으며, 제2 연산법은 하기 수학식 5로 나타낼 수 있다.
[수학식 4]
Figure PCTKR2017014826-appb-I000003
[수학식 5]
Figure PCTKR2017014826-appb-I000004
도시한 투입 구동부(106)는 상기 투입 위상 결정부가 결정한 투입 시점(위상)에 차단기(21)의 주 접점을 구동하는 조작 기구에 대해서 투입 지령을 출력한다. 이로써 차단기(21)는 삼상 동시에 투입된다.
상기 개폐 판단부는 상기 계측부(101)가 수집한 계측값들로부터 정상 운전 중 차단기를 차단하여야 할 상황인가를 판단하고, 차단기가 차단된 상태에서 다시 정상 운전으로 복귀할 시점을 판단하기 위한 것이다. 상기 개폐 판단부는 일반적인 3상 송/배전 시스템의 모니터링 동작을 위한 장치일 수 있다.
도 6은 도 3의 3상 개폐 제어 장치에서 수행될 수 있는 본 발명의 일 실시예에 따른 3상 개폐 제어 방법을 도시한다.
도시한 돌입 전류를 억제하기 위해 3상 변압기 및 계통 전원 사이에 접속된 차단기를 제어하는 3상 개폐 제어 방법은, 상기 3상 변압기 또는 차단기에 대한 각 상의 전압을 계측하는 단계(S110); 상기 차단기의 차단(off) 동작을 인식하면(S115), 상기 차단기의 차단 직전의 계측 값들을 로딩하는 단계(S120); 상기 차단 직전의 상기 3상 변압기의 각 상의 잔류 자속을 산출하는 단계(S130); 상기 차단기의 투입 동작을 예상하면(S135), 상기 산출된 각 상의 잔류 자속에 의한 상기 차단기의 투입 직전의 잔류 자속 값에 대한 3상 평형 여부를 판단하는 단계(S140); 상기 잔류 자속들이 평형 상태이면, 제1 연산법에 따라 투입 시점을 판단하고(S160), 상기 잔류 자속들이 불평형 상태이면, 제2 연산법에 따라 투입 시점을 판단하는 단계(S170); 상기 전압 계측부에 의해 계측된 각 상의 계통 전압과 상기 투입 위상각 산출부에 의해 산출된 투입 위상각에 기초하여, 상기 차단기를 연결하는 단계(S180)를 포함할 수 있다.
상기 S110 단계에서 계측하는 대상 및 지점은 다양할 수 있는데, 예컨대, 상기 3상 변압기의 각 상 전압 및 상기 계통 전원의 각 상의 계통 전압을 계측할 수도 있다.
상기 S120 단계에서는 도 3의 계측부의 동작에 의해 수집된 각 대상 지점들의 계측값들 중 차단 직전에 산출된 자속값을 획득하거나, 선별적으로 독출할 수 있다.
상기 S130 단계에서는 도 3의 자속 산출부의 동작에 의해 산출된 각 상의 코일의 자속값들 중 차단 직전에 산출된 자속값을 획득하거나, 선별적으로 독출할 수 있다.
상기 S115 단계의 차단 동작 및 상기 S135 단계의 투입 동작은 도 3의 개폐 판단부로부터 통보받거나, 개폐 판단부의 출력 신호를 분석하여 확인할 수 있다.
상기 S140 단계는 도 3의 잔류 자속 평형 확인부의 동작에 의해 수행될 수 있으며, 상기 S160 단계 및 S170 단계는 도 3의 투입 시점 판단부의 동작에 의해 수행될 수 있다.
상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술사상의 범위에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
* 부호의 설명
101 : 계측부
103 : 철심 자속 산출부
106 : 투입 구동부
115 : 잔류 자속 평형 확인부
116 : 투입 시점 판단부
본 발명은 삼상 개폐 제어 장치 및 그 제어 방법에 관한 것으로서, 차단기 분야에 이용 가능하다.

Claims (7)

  1. 3상 변압기 및 계통 전원 사이에 접속된 차단기를 제어하는 삼상 개폐 제어 장치에 있어서,
    상기 3상 변압기 또는 상기 차단기의 각 상의 전압을 계측하는 계측부;
    상기 3상 변압기의 철심의 각 상의 자속을 산출하는 철심 자속 산출부;
    상기 산출된 잔류 자속들이 평형 상태인지를 확인하는 잔류 자속 평형 확인부;
    상기 잔류 자속들이 평형 상태이면, 제1 연산법에 따라 투입 시점을 판단하고, 상기 잔류 자속들이 불평형 상태이면, 제2 연산법에 따라 투입 시점을 판단하는 투입 시점 판단부; 및
    상기 계측부에 의해 계측된 각 상의 계통 전압과 상기 투입 시점 판단부에서 판단한 투입 시점에 따라 상기 차단기를 투입하는 투입 구동부
    를 포함하는 삼상 개폐 제어 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 연산법은, 시스템 주파수 패턴에 따른 특정 시점이며,
    상기 제2 연산법은, 각 상의 자속과 잔류 자속의 차이에 기반한 것을 특징으로 하는 삼상 개폐 제어 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 연산법은 하기 수학식에 의해 수행되며,
    Figure PCTKR2017014826-appb-I000005
    상기 제2 연산법은 하기 수학식에 의해 수행되는 삼상 개폐 제어 장치.
    Figure PCTKR2017014826-appb-I000006
  4. 제1항에 있어서,
    상기 철심 자속 산출부는,
    상기 전압 계측부에 의해 계측된 각 상 전압을 각각 적분하거나, 상기 각 상 전압에 소정의 위상값을 부가하여, 각 상의 철심 자속을 산출하는 삼상 개폐 제어 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 잔류 자속 평형 확인부는,
    상기 차단기가 차단 시점에 산출된 각 상의 잔류 자속값에 대하여 상기 차단기가 다시 투입될 때 까지의 시간 차에 따라 감쇄된 잔류 자속값을 이용하여 잔류 자속 평형 여부를 확인하는 삼상 개폐 제어 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 잔류 자속 평형 확인부는,
    상기 차단기가 투입되기 직전에 상기 변압기의 1차측 코일 또는 2차측 코일이 폐회로를 형성하는 경우, 감소 사인파 패턴에 따른 감쇄를 적용하고,
    상기 차단기가 투입되기 직전에 상기 변압기의 1차측 코일 및 2차측 코일이 개회로를 형성하는 경우, 지수적 감쇄 패턴에 따른 감쇄를 적용하는 삼상 개폐 제어 장치.
  7. 돌입 전류를 억제하기 위해 3상 변압기 및 계통 전원 사이에 접속된 차단기를 제어하는 3상 개폐 제어 방법에 있어서,
    상기 3상 변압기 또는 차단기에 대한 각 상의 전압을 계측하는 단계;
    상기 차단기의 차단 동작을 인식하면, 상기 차단기의 차단 직전의 계측 값들을 로딩하는 단계;
    상기 차단 직전의 상기 변압기의 각 상의 잔류 자속을 산출하는 단계;
    상기 차단기의 투입 동작을 예상하면, 상기 산출된 각 상의 잔류 자속에 의한 상기 차단기의 투입 직전의 잔류 자속 값에 대한 3상 평형 여부를 판단하는 단계;
    상기 잔류 자속들이 평형 상태이면, 제1 연산법에 따라 투입 시점을 판단하고, 상기 잔류 자속들이 불평형 상태이면, 제2 연산법에 따라 투입 시점을 판단하는 단계; 및
    계측된 각 상의 계통 전압과 상기 투입 위상각 산출부에 의해 산출된 투입 위상각에 기초하여, 상기 차단기를 연결하는 단계
    를 포함하는 삼상 개폐 제어 방법.
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004208394A (ja) * 2002-12-25 2004-07-22 Mitsubishi Electric Corp 変圧器励磁突入電流抑制装置
JP2005192318A (ja) * 2003-12-25 2005-07-14 Rikogaku Shinkokai 三相変圧器投入方法および装置
JP2008140580A (ja) * 2006-11-30 2008-06-19 Toshiba Corp ３相変圧器の励磁突入電流抑制装置
KR20140099382A (ko) * 2013-02-01 2014-08-12 경인엔지니어링 주식회사 돌입 전류 억제 기능을 갖는 전력 차단기 제어장치
KR20140108742A (ko) * 2011-12-07 2014-09-15 가부시키가이샤 고덴샤 여자 돌입 전류 억제 장치

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004208394A (ja) * 2002-12-25 2004-07-22 Mitsubishi Electric Corp 変圧器励磁突入電流抑制装置
JP2005192318A (ja) * 2003-12-25 2005-07-14 Rikogaku Shinkokai 三相変圧器投入方法および装置
JP2008140580A (ja) * 2006-11-30 2008-06-19 Toshiba Corp ３相変圧器の励磁突入電流抑制装置
KR20140108742A (ko) * 2011-12-07 2014-09-15 가부시키가이샤 고덴샤 여자 돌입 전류 억제 장치
KR20140099382A (ko) * 2013-02-01 2014-08-12 경인엔지니어링 주식회사 돌입 전류 억제 기능을 갖는 전력 차단기 제어장치

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