WO2020017714A1 - 비접지 직류전원계통의 지락 사고 감시 장치 및 그 방법 - Google Patents

비접지 직류전원계통의 지락 사고 감시 장치 및 그 방법 Download PDF

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WO2020017714A1
WO2020017714A1 PCT/KR2018/016303 KR2018016303W WO2020017714A1 WO 2020017714 A1 WO2020017714 A1 WO 2020017714A1 KR 2018016303 W KR2018016303 W KR 2018016303W WO 2020017714 A1 WO2020017714 A1 WO 2020017714A1
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voltage
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negative
line
current
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PCT/KR2018/016303
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Inventor
구치욱
김민재
송운식
김태희
Original Assignee
(주)비츠로이엠
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    • 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
    • G01R31/08—Locating faults in cables, transmission lines, or networks
    • 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
    • G01R19/25—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof using digital measurement techniques
    • G01R19/2513—Arrangements for monitoring electric power systems, e.g. power lines or loads; Logging

Definitions

  • the present invention relates to an apparatus and method for monitoring a ground fault in an ungrounded DC power system in a live state.
  • ground fault is a part of an electric wire connected to the ground in transmission line, distribution line and tram line.
  • Conventional techniques for monitoring a ground fault in an ungrounded DC power system are as follows. The method of measuring ground leakage current is mainly used.
  • Korean Utility Model Registration No. 20-0401899 (Notice date: Nov. 22, 2005) relates to a system for detecting a short-circuit position of a low-voltage line in live state, and is a neutral point or one-point ground line and earth on the low-voltage side of a transformer in a live state.
  • a low frequency superposition device that overlaps the signal voltage of low frequency components installed between grounds, and a leakage current flowing to the earth by a commercial frequency AC voltage in a measuring device installed at each section of a place such as a manhole or a cavity are overlapped by the low frequency superposition device.
  • the leakage current flowing to the earth is detected by the low-frequency signal voltage.
  • the leakage current of these two components is converted into voltage components and amplified, and commercial frequency and low-frequency band filtering and analog / digital conversion are used to directly related to the leakage. Calculate the leakage current or insulation resistance of the resistor and calculate the calculated leakage current or insulation resistance. Through various communication methods, it transmits and receives to the control device of the remote monitoring room, and the remote control device reads the leakage current or insulation resistance value by the number of the measuring device, and the leakage current value between devices adjacent to the installation site in the order of all the devices installed from the transformer side.
  • the leakage current value of n places from the transformer side is determined by a step of determining the difference between the leakage current values (or insulation resistance values) between adjacent devices in the order of the difference of the insulation resistance value or the order of all devices installed from the load side. If the leakage resistance value is greater than the leakage current value at +1 or more, or if the insulation resistance value at n is less than or equal to the insulation resistance value at n + 1, the n and n + 1 sections are displayed as an earth leakage section. Or leakage current value of n places from the load side is greater than leakage current set value of n + 1 place.
  • the n and n + 1 sections are displayed as an earth leakage section or generate an alarm output, and the leakage current of the measuring device closest to the load side. If the earth leakage alarm setting value is higher than or the insulation resistance value is lower than the earth leakage alarm setting value, n and the load section are displayed as the earth leakage section or the alarm output is generated.
  • Korean Patent No. 10-0920153 (notice date: 2009.10.06) relates to a device for measuring leakage current effective component of a wire and its method.
  • a method for finding an image comprising: detecting an image of leakage current flowing from an image current sensing means to a line to be measured; Detecting a phase voltage signal of any one phase through a phase voltage detector; A constant integral period required for calculation as a period corresponding to the frequency of the greatest common divisor or an integer multiple thereof is obtained by obtaining a maximum common divisor between the result values obtained by mutually adding and subtracting all frequency components forming the leakage current image or phase voltage signal.
  • Computation terms m1, m2, m3, and m4 are multiplied by a cosine wave C1 or a sine wave S1 by mutually multiplying a phase voltage signal and a leakage current image signal, each of which includes a fundamental wave component or a fundamental wave component, and each harmonic component.
  • the prior art has the advantage that the ground leakage current can be accurately measured, but there is a problem that it is unknown whether the measured ground leakage current is due to a ground fault at the positive electrode and the negative electrode.
  • detecting a ground fault using only the ground leakage current has a problem in that the reliability of diagnosis is very low.
  • the difference between the state of the ground and the resistance and the impedance on the ground path (Groung Path), which will be described later also serves as a factor of lowering the reliability of the diagnosis.
  • the prior art has a problem that can not be diagnosed when a ground fault occurs in the positive electrode and the negative electrode at the same time.
  • an object of the present invention is to provide a ground fault monitoring apparatus and method for an ungrounded DC power system that can determine whether a ground fault occurs in a positive electrode or a negative electrode based on the measured leakage current.
  • Another object of the present invention is to provide a ground fault monitoring apparatus and a method of an ungrounded DC power system that can detect a ground fault even when a ground fault occurs simultaneously in the positive electrode and the negative electrode.
  • an object of the present invention is to provide a ground fault accident monitoring apparatus and a method of an ungrounded DC power system with improved ground detection accuracy.
  • Ground fault accident monitoring apparatus of a non-grounded DC power system for achieving the above object, at a predetermined cycle, collecting the positive line voltage through the positive line voltage detection unit, the positive line current detection unit Collecting the positive line current through the negative electrode line, collecting the negative line voltage through the negative line voltage detector, collecting the positive line current through the negative line current detector, collecting the voltage across the positive resistance through the positive resistance line voltage detector, A measurement unit for collecting a voltage across the negative electrode resistance through the voltage detection unit and collecting a ground leakage current flowing through the ground line at a predetermined cycle; And a monitoring unit determining whether a ground fault has occurred based on the positive line voltage, the negative line voltage, the positive line current, the negative line current, the positive resistance voltage, the negative resistance voltage, and the ground leakage current collected by the measurement unit.
  • Ground fault accident monitoring method of the non-grounded DC power system for achieving the above object is a predetermined cycle
  • the measurement line collects the positive line voltage through the positive line voltage detector
  • the positive line current Collect the positive line current through the detector
  • collect the negative line voltage through the negative line voltage detector collect the positive line current through the negative line current detector
  • the present invention by determining whether a ground fault occurs through switching between the positive electrode and the negative electrode, it is possible to determine which of the positive and negative electrodes has a ground fault.
  • the present invention can detect a ground fault even when a ground fault occurs simultaneously in the positive electrode and the negative electrode using a two-wire simultaneous ground condition.
  • the present invention monitors the ground fault by using not only the ground leakage current but also the positive line voltage, the negative line voltage, the positive line current, the negative line current, the positive ground leakage current, and the negative ground leakage current. Can be greatly improved.
  • FIG. 1 is a state diagram in which a ground fault monitoring apparatus of an ungrounded DC power system according to an exemplary embodiment of the present invention is applied to an ungrounded DC power system.
  • FIG. 2 is a flowchart illustrating a ground fault monitoring method of an ungrounded DC power system according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • 3 is a view for explaining the system state in the positive ground fault failure and switching conditions to the positive side.
  • FIG. 5 shows a diagram for explaining a system state in a switching condition to the positive line ground fault and the negative side.
  • 6A to 6D show simulation results in switching conditions on the positive line fault and the negative side.
  • FIG. 7 is a figure for demonstrating a system state in switching conditions to a negative pole ground fault and a positive side.
  • FIG. 9 is a diagram for explaining a system state in a negative polarity ground fault and switching conditions to the negative side.
  • 10A to 10D show simulation results in switching faults on the negative electrode line ground fault and on the negative side.
  • Fig. 11 shows a diagram for explaining a system state in two wire ground fault and switching conditions to the positive side.
  • Fig. 13 shows a diagram for explaining a system state in a switching condition to a 2-wire ground fault and a negative side.
  • first and second may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.
  • the first component may be referred to as the second component, and similarly, the second component may also be referred to as the first component.
  • FIGS. 1 and 3 to 14A to 14D are views for explaining the system state in the positive ground fault failure and switching conditions to the positive side.
  • 4A to 4D show the simulation results in the ground fault of the positive line and the switching condition to the positive side.
  • FIG. 5 shows a diagram for explaining a system state in a switching condition to the positive line ground fault and the negative side.
  • FIG. 7 is a figure for demonstrating a system state in switching conditions to a negative pole ground fault and a positive side.
  • 8A to 8D show simulation results in switching conditions to the negative ground fault and the positive side.
  • 9 is a diagram for explaining a system state in a negative polarity ground fault and switching conditions to the negative side.
  • 10A to 10D show simulation results in switching faults on the negative electrode line ground fault and on the negative side.
  • Fig. 11 shows a diagram for explaining a system state in two wire ground fault and switching conditions to the positive side.
  • 12A to 12D show simulation results in switching conditions on the two-wire ground fault and on the positive side.
  • Fig. 13 shows a diagram for explaining a system state in a switching condition to a 2-wire ground fault and a negative side.
  • 14A to 14D show simulation results in switching conditions on two-wire ground fault and on the negative side.
  • the ground fault monitoring apparatus 1000 includes a measuring unit 1100, a monitoring unit 1200, a positive electrode resistor 11, a negative electrode resistor 12, and a switch SW.
  • the positive electrode resistor R1 is connected to the measurement unit 110 through a switch SW
  • the negative electrode resistor R2 is connected to the measurement unit 110 through a switch SW.
  • the positive line voltage detecting unit 110 is installed on the positive line P to detect the positive line voltage
  • the positive line current detecting unit 120 is installed on the positive line to detect the positive line current
  • the negative line voltage detecting unit ( 210 is installed on the negative line (N) to detect the negative line voltage
  • the negative line current detection unit 220 is installed on the negative line to detect the negative line current
  • the positive resistance detector 11 is a positive electrode resistance ( It is provided on the R1 side to detect the voltage across the positive electrode resistor (R1)
  • the negative electrode resistance detector 12 is provided on the negative electrode resistor (R2) side can detect the voltage across the negative electrode resistor (R1).
  • the switch SW is switched under the control of the measuring unit 1100, and i) a mode for connecting between the positive electrode resistor R1 and the measuring instrument 1100 (in other words, ground) ii) the negative electrode resistor R2 and the measuring instrument ( 1100) (in other words, ground).
  • a constant voltage (2V) is maintained between the positive electrode line P and the negative electrode line N in the DC system.
  • the positive line P voltage may be (+ V, ground reference) and the negative line N voltage may be (-V, ground reference).
  • the line in which the ground fault occurs may have the same potential as the ground (OV).
  • Rg1 may mean resistance between the positive electrode line P and the earth
  • Rg2 may mean resistance between the negative electrode line N and the earth.
  • a GP Ground Path means a ground line, and means a path for a ground formed between the measuring unit 1100 and the ground resistors Rg1 and Rg2, and the current is only when a ground fault occurs. Can act as a route.
  • the measurement unit 1100 collects the positive line voltage through the positive line voltage detector 110 at a predetermined cycle, collects the positive line current through the positive line current detector 120, and the negative line voltage detector 210. Collecting the negative line voltage, collecting the positive line current through the negative line current detection unit 220, collects the voltage across the positive electrode resistance (R1) through the positive resistance line voltage detector 11 and the negative resistance voltage detector 12 Through the collecting the voltage across the negative electrode resistance (R2). In addition, the measurement unit 1100 may collect the ground leakage current Ig flowing through the ground line GP at a predetermined cycle.
  • the monitoring unit 1200 may be grounded based on the positive line voltage, the negative line voltage, the positive line current, the negative line current, the positive electrode resistance voltage, the negative electrode resistance voltage, and the ground leakage current collected by the measuring unit 1100. Ground fault).
  • the monitoring unit 1200 may be grounded based on the positive line voltage, the negative line voltage, the positive line current, the negative line current, the positive electrode resistance voltage, the negative electrode resistance voltage, and the ground leakage current according to the conditions shown in the following table. In other words, a ground fault can be determined.
  • the positive line voltage drops below the first reference voltage (e.g., 0.5 times the steady state voltage).
  • the negative line voltage equals the second reference voltage (e.g., 1.5 times the steady state voltage.
  • Voltage rise above iii) Positive line current is below 3rd reference line current (eg 1mA)
  • Negative line current is below 4th reference line current (eg 1mA)
  • Positive inlet leakage current 5th ground leakage current eg, 1 mA or less while the switch is switched to the positive electrode side
  • Negative ground leakage current eg, 10 mA when the switch is switched to the negative electrode side.
  • the monitoring unit 1200 may determine that the ground is 1 line of the positive electrode.
  • the positive line voltage rises above the seventh reference voltage (e.g., 1.5 times the steady state voltage); ii) the negative line voltage rises below the eighth reference voltage (e.g., 0.5 times the steady state voltage).
  • Voltage drop iii) Positive line current is below 9th reference line current (eg 1mA) iv) Negative line current is below 10th reference line current (eg 1mA) v) Positive inlet leakage current 11) ground leakage current (for example, 10 mA) or more in the switched state to the side vi) when the negative ground leakage current is less than the 12th ground leakage current (for example, 1 mA) in the state where the switch is switched to the negative electrode side.
  • the monitoring unit 1200 may determine that the ground of the negative electrode 1 line.
  • the unit 1200 can determine a two-line ground fault (in other words, a two-line simultaneous ground fault).
  • the value defined as the relative ratio with the steady state in the reference value may be defined as an absolute value (predetermined specific value) suitable for the system situation, and the value defined as the absolute value in the reference value is defined as the relative ratio with the steady state. Can be.
  • a display means (not shown) for displaying information collected by the measurement unit 1100 other than the configuration in time series may be further provided in the ground fault monitoring apparatus 1000.
  • Communication means (not shown) for transmitting the information collected by the measurement unit 1100 or the monitoring result of the monitoring unit 1200 to the outside may be further provided in the ground fault monitoring apparatus 1000.
  • the voltage of VR2 is not measured because R2 (negative electrode resistance) is not connected to ground and no current flows.
  • the fault current rarely flows in the line current because a fault current path (closed loop) is not formed according to the characteristics of the non-grounding system in case of ground fault. Therefore, as shown in FIGS. 4A to 4D, it can be seen that the IP and IN line currents are the same.
  • R1 resistance and ground resistance (Rg) cause the current to flow through the line (solid red line path) with little current in the ground path.
  • the ground path is like a dashed red line. Therefore, the ground leakage current Ig (current flowing along the dotted line path) hardly flows, as in FIGS. 4A to 4D.
  • FIG. 5 shows a diagram for explaining a system state in a switching condition to the positive line ground fault and the negative side.
  • 6A to 6D show simulation results in switching conditions on the positive line fault and the negative side.
  • the IP and IN line currents are the same as in FIGS. 6A to 6D.
  • the ground leakage current Ig flows in the same path as the red solid line in the above figure, and the current flows as shown in FIGS. 6A to 6D.
  • FIG. 7 is a figure for demonstrating a system state in switching conditions to a negative pole ground fault and a positive side.
  • 8A to 8D show simulation results in switching conditions to the negative ground fault and the positive side.
  • 9 is a diagram for explaining a system state in a negative polarity ground fault and switching conditions to the negative side.
  • 10A to 10D show simulation results in switching faults on the negative electrode line ground fault and on the negative side.
  • Fig. 11 shows a diagram for explaining a system state in two wire ground fault and switching conditions to the positive side.
  • 12A to 12D show simulation results in switching conditions on the two-wire ground fault and on the positive side.
  • Fig. 13 shows a diagram for explaining a system state in a switching condition to a 2-wire ground fault and a negative side.
  • 14A to 14D show simulation results in switching conditions on two-wire ground fault and on the negative side.
  • FIGS. 1 to 14D is a flowchart illustrating a ground fault monitoring method of an ungrounded DC power system according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • the measurement unit 1100 collects the positive line voltage through the positive line voltage detector 110, collects the positive line current through the positive line current detector 120, and the negative line voltage detector 210. Collect the negative line voltage through the), collect the positive line current through the negative line current detection unit 220, collect the voltage across the positive electrode resistance (R1) through the positive electrode resistance voltage detector 11 and Through 12, the voltage across the negative electrode resistor R2 may be collected. In addition, the measurement unit 1100 may collect the ground leakage current Ig flowing through the ground line GP at a predetermined period (S1).
  • the monitoring unit 1200 is grounded based on trend analysis results of the positive line voltage, the negative line voltage, the positive line current, the negative line current, the positive electrode resistance voltage, the negative electrode resistance voltage, and the ground leakage current collected by the measuring unit 1100. It is possible to determine whether an accident (in other words, a ground fault) (S2, S3). In this case, as described above, the monitoring unit 1200 is based on the positive line voltage, the negative line voltage, the positive line current, the negative line current, the positive resistance voltage, the negative resistance voltage and the ground leakage current according to the conditions as shown in the following table. It is possible to determine whether or not a ground fault (in other words, a ground fault).

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Abstract

본 발명은 활선 상태에서 비접지 직류전원계통의 지락 사고를 감시할 수 있는 장치 및 방법에 관한 것이다. 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 비접지 직류전원계통의 지락 사고 감시 장치는 기 설정된 주기로, 정극선로 전압 검출부를 통해 정극선로 전압을 수집하고, 정극선로 전류 검출부를 통해 정극선로 전류를 수집하고, 부극선로 전압 검출부를 통해 부극선로 전압을 수집하고, 부극선로 전류 검출부를 통해 정극선로 전류를 수집하고, 정극저항전압검출부를 통해 정극저항 양단의 전압을 수집하고 부극저항전압검출부를 통해 부극저항 양단의 전압을 수집하고, 접지선로를 통해 흐르는 접지누설전류를 기 설정된 주기로 수집하는 계측부; 및 상기 계측부가 수집한 정극선로전압, 부극선로전압, 정극선로전류, 부극선로전류, 정극저항전압, 부극저항전압 및 접지누설전류를 기초로 지락 사고 여부를 판정하는 감시부를 포함한다.

Description

비접지 직류전원계통의 지락 사고 감시 장치 및 그 방법
본 발명은 활선 상태에서 비접지 직류전원계통의 지락 사고를 감시할 수 있는 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 전기의 이용은 편리한 반면 적절하게 관리하지 못하거나 이의 사용을 잘못하면, 대단히 위험한 요소도 가지고 있어 전기화재나 감전사고 등 중대한 사고를 발생시킬 가능성이 적지 않는 것이다. 이러한 중대사고의 원인의 하나로써 전선로 또는 전기기기의 절연불량에 의해 기인되는 지락 사고가 있다. 지락사고는 송전선로, 배전선로, 전차선로에 있어서 전선로(電線路)의 일부가 대지와 전기적으로 연결되는 것을 말한다. 비접지 직류전원계통에서 지락 사고를 감시하기 위한 종래 기술은 다음과 같다. 주로 접지누설전류를 측정하는 방법이 사용된다.
한국등록실용신안 제20-0401899호(공고일: 2005.11.22)는 "활선 상태에서 저압 전선로의 누전위치 검출 시스템"에 관한 것으로, 활선상태에서 저압전선로에 변압기의 저압측의 중성점 또는 일점접지선과 대지접지간에 설치하는 저주파성분의 신호전압을 중첩하는 저저주파중첩장치와, 맨홀 또는 공동구와 같은 장소의 구간마다 설치된 측정장치에서 상용주파수 교류전압에 의해 대지로 흐르는 누설전류와 상기 저주파중첩장치에 의해 중첩된 저주파성분의 신호전압에 의해 대지로 흐르는 누설전류를 검출하여 이 두가지 성분의 누설전류를 전압성분으로 변환과 증폭과 상용주파수 및 저주파대역 필터링 및 아날로그/디지털변환과정을 거쳐 누전에 직접관계 되는 절연저항성분의 누설전류 또는 절연저항치를 계산하고, 이 계산된 누설전류 또는 절연저항치를 여러가지 통신방식을 통하여 원격의 감시실의 제어장치로 송수신하고, 원격의 제어장치에서는 측정장치 번호별로 누설전류 또는 절연저항치를 읽고 변압기측으로 부터 설치된 모든 장치의 순서대로 설치장소가 인접한 장치간의 누설전류값(또는 절연저항치)의 차이 또는 부하측으로 부터 설치된 모든 장치의 순서대로 설치장소가 인접한 장치간의 누설전류값(또는 절연저항치)의 차이를 판단하는 스텝에 의해 변압기측으로부터 n장소의 누설전류값이 n+1장소의 누설전류값보다 누전경보설정치 이상인 큰 경우 또는 n장소의 절연저항치가 n+1장소의 절연저항치보다 누전경보설정치 이하인 경우에 n과 n+1구간을 누전구간으로 표시 또는 경보출력을 발생하거나 또는 부하측으로부터 n장소의 누설전류값이 n+1장소의 누설전류값보다 누전경보설정치보다 작은 경우 또는 n장소의 절연저항치가 n+1장소의 절연저항치보다 누전경보설정치 이상인 경우에는 n과 n+1구간을 누전구간으로 표시 또는 경보출력을 발생시키고, 부하측에 제일 가까운 측정장치의 누설전류가 누전경보설정치 이상 또는 절연저항치가 누전경보설정치 이하인 경우는 n과 부하구간을 누전구간으로 표시 또는 경보출력을 발생시키는 것을 특징으로 한다.
한국등록특허 제10-0920153호(공고일: 2009.10.06)는 "전선로의 누설전류 유효성분 측정 연산 장치 및 그 방법"에 관한 것으로, 피측정물의 누설전류 크기 또는 위상차 각도를 측정 연산하고 접지된 상을 찾는 방법에 있어서, 영상전류센싱수단으로 부터 피측정전선로에 흐르는 누설전류 영상분를 검출하는 단계; 상전압검출부를 통해 임의의 한 상의 상전압 신호를 검출하는 단계; 상기 누설전류 영상분 또는 상전압 신호를 형성하는 모든 주파수 성분을 상호 가산 및 감산한 결과값 사이의 최대공약수를 구하여 상기 최대공약수의 주파수에 해당되는 주기 또는 이의 정수배로써 연산에 필요한 일정 적분주기(TD)를 결정하는 단계; 기본파 성분 또는 기본파 성분에 각 고조파 성분이 포함된, 상전압 신호 및 누설전류 영상분 신호를, 코싸인파 C1 또는 싸인파 S1과 상호 각각 곱함으로써, 연산항 m1, m2, m3 및 m4 를 구하는 단계;
상기 연산항 m1, m2, m3 및 m4를 상기 일정 적분주기(TD)동안 적분하여 직류성분만으로 구성된 연산항 M1(식 19), M2(식 20), M3(식21) 및 M4(식 22)를 구하는 단계;
Figure PCTKR2018016303-appb-I000001
(식 19)
Figure PCTKR2018016303-appb-I000002
(식 20)
Figure PCTKR2018016303-appb-I000003
(식 21)
Figure PCTKR2018016303-appb-I000004
(식 22)
상기 연산항 M1, M2, M3 및 M4로부터 누설전류의 유효성분 또는 위상차 각도를 구하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 종래 기술은 접지누설전류를 정밀하게 측정할 수 있다는 장점을 가지나, 측정된 접지누설전류가 정극 및 부극 중 어느 극에서의 지락에 의한 것인지 알 수 없다는 문제점이 있었다. 그리고, 접지누설전류 만으로 지락사고를 검출하는 것은 진단의 신뢰성이 매우 낮다는 문제점이 있었다. 이때, 접지의 상태 및 후술하는 접지 경로(Groung Path) 상의 저항 및 임피펀스가 상이한 것도 진단의 신뢰성을 저하시키는 하나의 요인으로 작용한다. 아울러, 종래 기술은 정극과 부극에 동시에 지락이 발생한 경우 이를 진단할 수 없다는 문제점이 있었다.
이에, 본 발명은 측정된 누설전류를 기반으로 정극과 부극 중 어느 극에서 지락이 발생한 것인지를 판단할 수 있는 비접지 직류전원계통의 지락 사고 감시 장치 및 그 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
그리고, 본 발명은 정극과 부극에서 동시에 지락이 발생한 경우에도 지락을 감지할 수 있는 비접지 직류전원계통의 지락 사고 감시 장치 및 그 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 지락 검출 정확도가 향상된 비접지 직류전원계통의 지락 사고 감시 장치 및 그 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 비접지 직류전원계통의 지락 사고 감시 장치는 기 설정된 주기로, 정극선로 전압 검출부를 통해 정극선로 전압을 수집하고, 정극선로 전류 검출부를 통해 정극선로 전류를 수집하고, 부극선로 전압 검출부를 통해 부극선로 전압을 수집하고, 부극선로 전류 검출부를 통해 정극선로 전류를 수집하고, 정극저항전압검출부를 통해 정극저항 양단의 전압을 수집하고 부극저항전압검출부를 통해 부극저항 양단의 전압을 수집하고, 접지선로를 통해 흐르는 접지누설전류를 기 설정된 주기로 수집하는 계측부; 및 상기 계측부가 수집한 정극선로전압, 부극선로전압, 정극선로전류, 부극선로전류, 정극저항전압, 부극저항전압 및 접지누설전류를 기초로 지락 사고 여부를 판정하는 감시부를 포함한다.
여기서, 상기 감시부는 i) 정극선로전압이 제 1 기준 전압 이하로 전압 하강 ii) 부극선로전압이 제 2 기준전압 이상으로 전압 상승 iii) 정극선로전류가 제 3 기준선로전류 이하 iv) 부극선로전류가 제 4 기준선로전류 이하 v) 정극전입누설전류가 스위치가 정극 측으로 스위칭 된 상태에서, 제5접지누설전류 이하 vi) 부극접지누설전류가 스위치가 부극측으로 스위칭 된 상태에서, 제 6 접지누설전류 이상인 경우, 정극 1선 지락으로 판정할 수 있다.
또한, 상기 감시부는 i) 정극선로전압이 제 7 기준전압 이상으로 전압 상승 ii) 부극선로전압이 제 8 기준 전압 이하로 전압 하강 iii) 정극선로전류가 제 9 기준선로전류 이하 iv) 부극선로전류가 제 10 기준선로전류 이하 v) 정극전입누설전류가 스위치가 정극측으로 스위칭 된 상태에서, 제 11 접지누설전류 이상 vi) 부극접지누설전류가 스위치가 부극 측으로 스위칭 된 상태에서, 제12접지누설전류 이하인 경우, 부극 1선 지락으로 판정할 수 있다.
또한, 상기 감시부는 i) 정극선로전압이 제 13 기준 전압 이하로 전압 하강 ii) 부극선로전압이 제 14 기준 전압 이하로 전압 하강 iii) 정극선로전류가 제 15 기준선로전류 이상 iv) 부극선로전류가 제 16 기준선로전류 이상 v) 정극전입누설전류가 스위치가 정극 측으로 스위칭 된 상태에서, 제17접지누설전류 이하 vi) 부극접지누설전류가 스위치가 부극 측으로 스위칭 된 상태에서, 제18접지누설전류 이하인 경우 2선 동시 지락으로 판정할 수 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 비접지 직류전원계통의 지락 사고 감시 방법은 계측부가 기 설정된 주기로, 정극선로 전압 검출부를 통해 정극선로 전압을 수집하고, 정극선로 전류 검출부를 통해 정극선로 전류를 수집하고, 부극선로 전압 검출부를 통해 부극선로 전압을 수집하고, 부극선로 전류 검출부를 통해 정극선로 전류를 수집하고, 정극저항전압검출부를 통해 정극저항 양단의 전압을 수집하고 부극저항전압검출부를 통해 부극저항 양단의 전압을 수집하고, 접지선로를 통해 흐르는 접지누설전류를 기 설정된 주기로 수집하는 단계; 및 감시부가 상기 계측부가 수집한 정극선로전압, 부극선로전압, 정극선로전류, 부극선로전류, 정극저항전압, 부극저항전압 및 접지누설전류를 기초로 지락 사고 여부를 판정하는 단계를 포함한다.
본 발명은 정극과 부극 간의 스위칭을 통해 지락 여부를 판정하는 것에 의해 정극과 부극 중 어느 극에서 지락이 발생한 것인지를 판단할 수 있다.
그리고, 본 발명은 2선 동시지락 조건을 사용해 정극과 부극에서 동시에 지락이 발생한 경우에도 지락을 감지할 수 있다.
또한, 본 발명은 접지 누설 전류 뿐 아니라, 정극선로전압, 부극선로전압, 정극선로전류, 부극선로전류, 정극접지누설전류, 부극접지누설전류 등을 사용해 지락 사고를 감시하는 것에 의해 감시의 정확도가 매우 향상될 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 비접지 직류전원계통의 지락 사고 감시 장치가 비접지 직류전원계통에 적용된 상태도를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 비접지 직류전원계통의 지락 사고 감시 방법에 대한 플로우차트를 나타낸다.
도 3은 정극선로 지락고장 및 정측으로 스위칭 조건에서 계통 상태를 설명하기 위한 도면을 나타낸다.
[규칙 제91조에 의한 정정 23.01.2019]　
도 4a 내지 4d는 도 3은 정극선로 지락고장 및 정측으로 스위칭 조건에서의 시뮬레이션 결과를 나타낸다.
도 5는 정극선로 지락고장 및 부측으로 스위칭 조건에서 계통 상태를 설명하기 위한 도면을 나타낸다.
[규칙 제91조에 의한 정정 23.01.2019]　
도 6a 내지 6d는 정극선로 지락고장 및 부측으로 스위칭 조건에서의 시뮬레이션 결과를 나타낸다.
도 7은 부극선로 지락고장 및 정측으로 스위칭 조건에서 계통 상태를 설명하기 위한 도면을 나타낸다.
[규칙 제91조에 의한 정정 23.01.2019]　
도 8a 내지 8d는 부극선로 지락고장 및 정측으로 스위칭 조건에서의 시뮬레이션 결과를 나타낸다.
도 9은 부극선로 지락고장 및 부측으로 스위칭 조건에서 계통 상태를 설명하기 위한 도면을 나타낸다.
[규칙 제91조에 의한 정정 23.01.2019]　
도 10a 내지 10d는 부극선로 지락고장 및 부측으로 스위칭 조건에서의 시뮬레이션 결과를 나타낸다.
도 11은 2선 지락고장 및 정측으로 스위칭 조건에서 계통 상태를 설명하기 위한 도면을 나타낸다.
[규칙 제91조에 의한 정정 23.01.2019]　
도 12a 내지 12d는 2선 지락고장 및 정측으로 스위칭 조건에서의 시뮬레이션 결과를 나타낸다.
도 13은 2선 지락고장 및 부측으로 스위칭 조건에서 계통 상태를 설명하기 위한 도면을 나타낸다.
[규칙 제91조에 의한 정정 23.01.2019]　
도 14a 내지 14d는 2선 지락고장 및 부측으로 스위칭 조건에서의 시뮬레이션 결과를 나타낸다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에서 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다.
일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
[규칙 제91조에 의한 정정 23.01.2019]　
이하 첨부된 도 1, 도 3 내지 도 14a 내지 14d를 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 비접지 직류전원계통의 지락 사고 감시 장치에 대하여 설명한다. 도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 비접지 직류전원계통의 지락 사고 감시 장치가 비접지 직류전원계통에 적용된 상태도를 나타낸다. 도 3은 정극선로 지락고장 및 정측으로 스위칭 조건에서 계통 상태를 설명하기 위한 도면을 나타낸다. 도 4a 내지 4d는 도 3은 정극선로 지락고장 및 정측으로 스위칭 조건에서의 시뮬레이션 결과를 나타낸다. 도 5는 정극선로 지락고장 및 부측으로 스위칭 조건에서 계통 상태를 설명하기 위한 도면을 나타낸다. 도 6a 내지 6d는 정극선로 지락고장 및 부측으로 스위칭 조건에서의 시뮬레이션 결과를 나타낸다. 도 7은 부극선로 지락고장 및 정측으로 스위칭 조건에서 계통 상태를 설명하기 위한 도면을 나타낸다. 도 8a 내지 8d는 부극선로 지락고장 및 정측으로 스위칭 조건에서의 시뮬레이션 결과를 나타낸다. 도 9은 부극선로 지락고장 및 부측으로 스위칭 조건에서 계통 상태를 설명하기 위한 도면을 나타낸다. 도 10a 내지 10d는 부극선로 지락고장 및 부측으로 스위칭 조건에서의 시뮬레이션 결과를 나타낸다. 도 11은 2선 지락고장 및 정측으로 스위칭 조건에서 계통 상태를 설명하기 위한 도면을 나타낸다. 도 12a 내지 12d는 2선 지락고장 및 정측으로 스위칭 조건에서의 시뮬레이션 결과를 나타낸다. 도 13은 2선 지락고장 및 부측으로 스위칭 조건에서 계통 상태를 설명하기 위한 도면을 나타낸다. 도 14a 내지 14d는 2선 지락고장 및 부측으로 스위칭 조건에서의 시뮬레이션 결과를 나타낸다.
도 1을 참조하면, 지락 사고 감시 장치(1000)는 계측부(1100), 감시부(1200), 정극 저항(11), 부극 저항(12), 스위치(SW)를 포함한다. 정극저항(R1)은 스위치(SW)를 통해 계측부(110)와 연결되고 부극저항(R2)은 스위치(SW)를 통해 계측부(110)와 연결된다. 정극선로 전압 검출부(110)는 정극선로(P) 상에 설치되어 정극선로 전압을 검출하고, 정극선로 전류 검출부(120)는 정극선로 상에 설치되어 정극선로 전류를 검출하고, 부극선로 전압 검출부(210)는 부극선로(N) 상에 설치되어 부극선로 전압을 검출하고, 부극선로 전류 검출부(220)는 부극선로 상에 설치되어 부극선로 전류를 검출하고, 정극저항검출부(11)는 정극저항(R1) 측에 설치되어 정극저항(R1) 양단의 전압을 검출하고 부극저항검출부(12)는 부극저항(R2) 측에 설치되어 부극저항(R1) 양단의 전압을 검출할 수 있다. 스위치(SW)는 계측부(1100)의 제어에 따라 스위칭을 하면서 i) 정극저항(R1)과 계측기(1100)(달리 표현하면, 접지) 간을 연결하는 모드 ii) 부극저항(R2)과 계측기(1100)(달리 표현하면, 접지) 간을 연결하는 모드에서 동작할 수 있다. 주지된 바와 같이, 직류 계통에서 정극선로(P)와 부극선로(N) 간은 일정 전압(2V)이 유지되도록 제어될 수 있다. 정상상태에서 정극선로(P) 전압은 (+V, 접지 기준)이고 부극선로(N) 전압은 (-V, 접지 기준)일 수 있다. 그리고, 지락이 발생한 선로는 접지와 동일한 (OV)의 전위를 가질 수 있다. 도 1에서 Rg1은 정극선로(P)와 대지 간의 저항을 의미하고 Rg2는 부극선로(N)와 대지 간의 저항을 의미할 수 있다. 그리고, 도 1에서 GP(Ground Path)는 접지선로를 의미하며 계측부(1100)와 접지저항(Rg1, Rg2) 사이에 형성된 대지를 경우하는 경로를 의미하며 접지사고(지락사고)가 발생한 경우에만 전류 경로로서 작용할 수 있다.
계측부(1100)는 기 설정된 주기로, 정극선로 전압 검출부(110)를 통해 정극선로 전압을 수집하고, 정극선로 전류 검출부(120)를 통해 정극선로 전류를 수집하고, 부극선로 전압 검출부(210)를 통해 부극선로 전압을 수집하고, 부극선로 전류 검출부(220)를 통해 정극선로 전류를 수집하고, 정극저항전압검출부(11)를 통해 정극저항(R1) 양단의 전압을 수집하고 부극저항전압검출부(12)를 통해 부극저항(R2) 양단의 전압을 수집할 수 있다. 그리고, 계측부(1100)는 접지선로(GP)를 통해 흐르는 접지누설전류(Ig)를 기 설정된 주기로 수집할 수 있다.
감시부(1200)는 계측부(1100)가 수집한 정극선로전압, 부극선로전압, 정극선로전류, 부극선로전류, 정극저항전압, 부극저항전압 및 접지누설전류를 기초로 접지사고(달리 표현하면, 지락사고) 여부를 판정할 수 있다.
후술하는 바와 같이, 상기한 구조 상에서, 정극 1선 지락, 부극 1선 지락, 2선 지락에 따라 다음과 같은 현상이 발생한다.
지락사고유형 정극선로전압 부극선로전압 정극선로전류 부극선로전류 정극접지누설전류 부극접지누설전류
정극 1선 지락 0V에 근접한 전압 1.5배 이상 전압 상승 지락 전류 매우 작음 지락 전류 매우 작음 스위치가 정극 측으로 스위칭 된 상태에서, 0A에 근접한 전류 검출 스위치가 부극으로 스위칭 된 상태에서, 10 mA 이상의 전류 검출
부극 1선 지락 1.5배 이상 전압 상승 0V에 근접한 전압 지락 전류 매우 작음 지락 전류 매우 작음 스위치가 정극 측으로 스위칭 된 상태에서, 10 mA 이상의 전류 스위치가 부극으로 스위칭 된 상태에서, 0A에 근접한 전류 검출됨
2선 지락 50 % 이상 전압 하강 50 % 이상 전압 하강 매우 큰 고장 전류 흐름 매우 큰 고장 전류 흐름 스위치가 정극 측으로 스위칭 된 상태에서, 0A에 근접한 전류 검출 스위치가 부극으로 스위칭 된 상태에서, 0A에 근접한 전류 검출됨
따라서, 감시부(1200)는 다음의 표와 같은 조건에 따라 정극선로전압, 부극선로전압, 정극선로전류, 부극선로전류, 정극저항전압, 부극저항전압 및 접지누설전류를 기초로 접지사고(달리 표현하면, 지락사고) 여부를 판정할 수 있다.
지락사고유형 정극선로전압 부극선로전압 정극선로전류 부극선로전류 정극접지누설전류 부극접지누설전류
정극 1선 지락 제 1 기준 전압(예를 들어, 정상상태전압의 0.5배) 이하로 전압 하강 제 2 기준전압(예를 들어, 정상상태전압의 1.5 배) 이상으로 전압 상승 제 3 기준선로전류(예를 들어, 1mA) 이하 제 4 기준선로전류(예를 들어, 1mA) 이하 스위치가 정극 측으로 스위칭 된 상태에서, 제5접지누설전류(예를 들어, 1mA) 이하 스위치가 부극측으로 스위칭 된 상태에서, 제 6 접지누설전류(예를 들어, 10 mA) 이상
부극 1선 지락 제 7 기준전압(예를 들어, 정상상태전압의 1.5 배) 이상으로 전압 상승 제 8 기준 전압(예를 들어, 정상상태전압의 0.5배) 이하로 전압 하강 제 9 기준선로전류(예를 들어, 1mA) 이하 제 10 기준선로전류(예를 들어, 1mA) 이하 스위치가 정극측으로 스위칭 된 상태에서, 제 11 접지누설전류(예를 들어, 10 mA) 이상 스위치가 부극 측으로 스위칭 된 상태에서, 제12접지누설전류(예를 들어, 1mA) 이하
2선 지락 제 13 기준 전압(예를 들어, 정상상태전압의 0.5배) 이하로 전압 하강 제 14 기준 전압(예를 들어, 정상상태전압의 0.5배) 이하로 전압 하강 제 15 기준선로전류(예를 들어, 1kA) 이상 제 16 기준선로전류(예를 들어, 1kA) 이상 스위치가 정극 측으로 스위칭 된 상태에서, 제17접지누설전류(예를 들어, 1mA) 이하 스위치가 부극 측으로 스위칭 된 상태에서, 제18접지누설전류(예를 들어, 1mA) 이하
정리하면, i) 정극선로전압이 제 1 기준 전압(예를 들어, 정상상태전압의 0.5배) 이하로 전압 하강 ii) 부극선로전압이 제 2 기준전압(예를 들어, 정상상태전압의 1.5 배) 이상으로 전압 상승 iii) 정극선로전류가 제 3 기준선로전류(예를 들어, 1mA) 이하 iv) 부극선로전류가 제 4 기준선로전류(예를 들어, 1mA) 이하 v) 정극전입누설전류가 스위치가 정극 측으로 스위칭 된 상태에서, 제5접지누설전류(예를 들어, 1mA) 이하 vi) 부극접지누설전류가 스위치가 부극측으로 스위칭 된 상태에서, 제 6 접지누설전류(예를 들어, 10 mA) 이상인 경우, 감시부(1200)는 정극 1선 지락으로 판정할 수 있다.
i) 정극선로전압이 제 7 기준전압(예를 들어, 정상상태전압의 1.5 배) 이상으로 전압 상승 ii) 부극선로전압이 제 8 기준 전압(예를 들어, 정상상태전압의 0.5배) 이하로 전압 하강 iii) 정극선로전류가 제 9 기준선로전류(예를 들어, 1mA) 이하 iv) 부극선로전류가 제 10 기준선로전류(예를 들어, 1mA) 이하 v) 정극전입누설전류가 스위치가 정극측으로 스위칭 된 상태에서, 제 11 접지누설전류(예를 들어, 10 mA) 이상 vi) 부극접지누설전류가 스위치가 부극 측으로 스위칭 된 상태에서, 제12접지누설전류(예를 들어, 1mA) 이하인 경우, 감시부(1200)는 부극 1선 지락으로 판정할 수 있다.
i) 정극선로전압이 제 13 기준 전압(예를 들어, 정상상태전압의 0.5배) 이하로 전압 하강 ii) 부극선로전압이 제 14 기준 전압(예를 들어, 정상상태전압의 0.5배) 이하로 전압 하강 iii) 정극선로전류가 제 15 기준선로전류(예를 들어, 1kA) 이상 iv) 부극선로전류가 제 16 기준선로전류(예를 들어, 1kA) 이상 v) 정극전입누설전류가 스위치가 정극 측으로 스위칭 된 상태에서, 제17접지누설전류(예를 들어, 1mA) 이하 vi) 부극접지누설전류가 스위치가 부극 측으로 스위칭 된 상태에서, 제18접지누설전류(예를 들어, 1mA) 이하인 경우 감시부(1200)는 2선 지락(달리 표현하면, 2선 동시지락)으로 판정할 수 있다.
상기 기준값에서 정상상태와의 상대비로 정의된 값은 계통 상황에 적합하게 절대값(기 정의된 특정수치)으로 정의될 수 있고, 상기 기준값에서 절대값으로 정의된 값은 정상상태와의 상대비로 정의될 수 있다.
상기 구성 외 계측부(1100)가 수집한 정보를 시계열적으로 디스플레이하기 위한 디스플레이 수단(미도시)이 지락 사고 감시 장치(1000)에 더 구비될 수 있다. 상기 계측부(1100)가 수집한 정보 또는 감시부(1200)의 감시 결과를 외부로 전송하기 위한 통신 수단(미도시)이 지락 사고 감시 장치(1000)에 더 구비될 수 있다.
이하, 상기 판정 방식의 기초가 된 시뮬레이션 결과에 대하여 설명한다.
[규칙 제91조에 의한 정정 23.01.2019]　
도 3은 정극선로 지락고장 및 정측으로 스위칭 조건에서 계통 상태를 설명하기 위한 도면을 나타낸다. 도 4a 내지 4d는 도 3은 정극선로 지락고장 및 정측으로 스위칭 조건에서의 시뮬레이션 결과를 나타낸다.
[규칙 제91조에 의한 정정 23.01.2019]　
직류 계통에서는 정극과 부극 사이의 전압을 일정하게 유지하도록 제어를 하고 있어, 한쪽이 고장으로 인해 전압이 0으로 떨어지면 다른 쪽 전압이 2배로 상승하게 된다. 그 결과, 직류 계통 정극선로에 1선 지락고장 발생 시, 도 4a 내지 4d의 그래프와 같이 고장난 선로인 정측 선로전압(VP)는 0으로 떨어지고 부측 선로전압(VN)은 고장 전 전압의 2배가 걸림을 알 수 있다. 그리고, 도 4a 내지 4d의 그래프와 같이 VR1(R1저항(정극저항) 양단 전압)에는 전압이 걸리지 않는다. 이는 지락에 의해 R1 저항 양단이 접지 전위를 가지기 때문이다. 그리고, VR2 전압은 R2(부극저항)가 접지와 연결되지 않아 전류가 흐르지 않으므로 전압이 측정되지 않는다. 선로전류에는 지락고장 시 비접지 계통 특성에 따라 고장전류의 경로(폐루프)가 형성되지 않아 고장전류는 거의 흐르지 않는다. 따라서 도 4a 내지 4d 그래프에서와 같이 IP, IN 선로전류는 서로 같음을 알 수 있다. 정측 지락고장에서 정측으로 스위칭 시, R1저항과 접지저항(Rg)으로 인해 접지경로로 전류가 거의 흐르지 않고 선로를 통해(빨간색 실선 경로) 전류가 흐르게 된다. 접지 경로는 빨간색 점선과 같다. 따라서, 접지누설전류(Ig, 점선 경로를 따라 흐르는 전류)는 도 4a 내지 4d에서와 같이, 거의 흐르지 않는다.
[규칙 제91조에 의한 정정 23.01.2019]　
도 5는 정극선로 지락고장 및 부측으로 스위칭 조건에서 계통 상태를 설명하기 위한 도면을 나타낸다. 도 6a 내지 6d는 정극선로 지락고장 및 부측으로 스위칭 조건에서의 시뮬레이션 결과를 나타낸다.
[규칙 제91조에 의한 정정 23.01.2019]　
직류 계통에서는 정극과 부극사이의 전압을 일정하게 유지하도록 제어를 하고 있어, 한쪽이 고장으로 인해 전압이 0으로 떨어지면 다른쪽 전압이 2배로 상승하게 된다. 그 결과, 직류 계통 정극선로에 1선 지락고장 발생 시, 도 6a 내지 6d에서와 같이 고장난 선로인 정측 선로전압(VP)는 0으로 떨어지고 부측 선로전압(VN)은 고장 전 전압의 2배가 걸리게 된다. VR2 전압은 부극 선로전압과 같은 2배 전압이 걸린다. 지락고장 시 비접지 계통 특성에 따라 고장전류의 경로(폐루프)가 형성되지 않아 고장전류는 거의 흐르지 않는다. 따라서, 도 6a 내지 6d에서와 같이 IP, IN 선로전류는 서로 같음을 알 수 있다. 정측 지락고장에서 부측으로 스위칭 시, 접지누설전류(Ig)는 위 그림의 빨간실선과 같은 경로로 흐르게 되며 도 6a 내지 6d에서와 같은 전류가 흐름을 알 수 있다.
[규칙 제91조에 의한 정정 23.01.2019]　
도 7은 부극선로 지락고장 및 정측으로 스위칭 조건에서 계통 상태를 설명하기 위한 도면을 나타낸다. 도 8a 내지 8d는 부극선로 지락고장 및 정측으로 스위칭 조건에서의 시뮬레이션 결과를 나타낸다.
[규칙 제91조에 의한 정정 23.01.2019]　
직류 계통 부극선로에 1선 지락고장 발생 시, 도 8a 내지 8d와 같이 고장난 선로인 부측 선로전압(VN)은 0으로 떨어지고 정측 선로전압(VP)은 고장 전 전압의 2배가 걸리게 된다. 그 결과, VR1 전압은 정극 선로전압과 같은 2배 전압이 걸리게 된다. 지락고장 시 비접지 계통 특성에 따라 고장전류의 경로(폐루프)가 형성되지 않아 고장전류는 거의 흐르지 않는다. 따라서, IP, IN 선로전류는 도 8a 내지 8d와 같다. 부측 지락고장에서 정측으로 스위칭 시, 접지누설전류(Ig)는 도 7의 빨간실선과 같은 경로로 흐르게 되며 도 8a 내지 8d과 같은 전류가 흐르게 된다.
[규칙 제91조에 의한 정정 23.01.2019]　
도 9은 부극선로 지락고장 및 부측으로 스위칭 조건에서 계통 상태를 설명하기 위한 도면을 나타낸다. 도 10a 내지 10d는 부극선로 지락고장 및 부측으로 스위칭 조건에서의 시뮬레이션 결과를 나타낸다.
[규칙 제91조에 의한 정정 23.01.2019]　
직류 계통 부극선로에 1선 지락고장 발생 시, 도 10a 내지 10d와 같이 고장난 선로인 부측 선로전압(VN)은 0으로 떨어지고 정측 선로전압(VP)은 고장 전 전압의 2배가 걸리게 된다. 그로 인해 도 10a 내지 10d의 VR2(R2저항 전압)에는 전압이 없다. VR1 전압은 접지와 연결되지 않아 전압이 측정되지 않는다. 부측 지락고장에서 부측으로 스위칭 시, R2저항과 접지저항(Rg)으로 인해 접지경로로 전류가 거의 흐르지 않고 선로를 통해 전류가 흐르게 된다. 접지 경로는 도 9에서 점선과 같다. 접지누설전류(Ig)는 도 10a 내지 10d와 같이 거의 흐르지 않는다.
[규칙 제91조에 의한 정정 23.01.2019]　
도 11은 2선 지락고장 및 정측으로 스위칭 조건에서 계통 상태를 설명하기 위한 도면을 나타낸다. 도 12a 내지 12d는 2선 지락고장 및 정측으로 스위칭 조건에서의 시뮬레이션 결과를 나타낸다.
[규칙 제91조에 의한 정정 23.01.2019]　
양극에 모두 지락고장 발생 시, 도 12a 내지 12d와 같이 양극의 선로전압 모두 떨어진다. 그로 인해 도 12a 내지 12d에서 VR1(R1저항 전압)에는 전로전압과 같은 낮은 전압이 측정된다. 선로전류에는 양단 단락고장과 같은 큰 고장전류가 흐르게 된다. IP, IN 선로전류는 도 12a 내지 12d와 같다. R1저항은 접지저항 Rg1, Rg2에 비해 큰 저항으로 2선 지락고장 시 접지누설전류는 매우 작은 전류가 흐르거나 거의 흐르지 않는다. 접지누설전류(Ig)는 도 12a 내지 12d와 같다.
[규칙 제91조에 의한 정정 23.01.2019]　
도 13은 2선 지락고장 및 부측으로 스위칭 조건에서 계통 상태를 설명하기 위한 도면을 나타낸다. 도 14a 내지 14d는 2선 지락고장 및 부측으로 스위칭 조건에서의 시뮬레이션 결과를 나타낸다.
[규칙 제91조에 의한 정정 23.01.2019]　
양극에 모두 지락고장 발생 시, 도 14a 내지 14d와 같이 양극의 선로전압 모두 떨어진다. 그로 인해 도 14a 내지 14d의 VR2(R2저항 전압)에는 전로전압과 같은 낮은 전압이 측정된다. 선로전류에는 양단 단락고장과 같은 큰 고장전류가 흐르게 되며 IP, IN 선로전류는 도 14a 내지 14d와 같다. R2저항은 접지저항 Rg1, Rg2에 비해 큰 저항으로 2선 지락고장 시 Ig 접지누설전류는 매우 작은 전류가 흐르거나 거의 흐르지 않는다. 접지누설전류(Ig)는 도 14a 내지 14d와 같다.
[규칙 제91조에 의한 정정 23.01.2019]　
이하, 첨부된 도 1 내지 도 14d를 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 비접지 직류전원계통의 지락 사고 감시 방법에 대하여 설명한다. 도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 비접지 직류전원계통의 지락 사고 감시 방법에 대한 플로우차트를 나타낸다.
가장 먼저, 계측부(1100)가 기 설정된 주기로, 정극선로 전압 검출부(110)를 통해 정극선로 전압을 수집하고, 정극선로 전류 검출부(120)를 통해 정극선로 전류를 수집하고, 부극선로 전압 검출부(210)를 통해 부극선로 전압을 수집하고, 부극선로 전류 검출부(220)를 통해 정극선로 전류를 수집하고, 정극저항전압검출부(11)를 통해 정극저항(R1) 양단의 전압을 수집하고 부극저항전압검출부(12)를 통해 부극저항(R2) 양단의 전압을 수집할 수 있다. 그리고, 계측부(1100)는 접지선로(GP)를 통해 흐르는 접지누설전류(Ig)를 기 설정된 주기로 수집할 수 있다(S1)
그리고, 감시부(1200)는 계측부(1100)가 수집한 정극선로전압, 부극선로전압, 정극선로전류, 부극선로전류, 정극저항전압, 부극저항전압 및 접지누설전류의 경향 분석 결과를 기초로 접지사고(달리 표현하면, 지락사고) 여부를 판정할 수 있다(S2, S3). 이때, 앞서 본 바와 같이, 감시부(1200)는 다음의 표와 같은 조건에 따라 정극선로전압, 부극선로전압, 정극선로전류, 부극선로전류, 정극저항전압, 부극저항전압 및 접지누설전류를 기초로 접지사고(달리 표현하면, 지락사고) 여부를 판정할 수 있다.
지락사고유형 정극선로전압 부극선로전압 정극선로전류 부극선로전류 정극접지누설전류 부극접지누설전류
정극 1선 지락 제 1 기준 전압(예를 들어, 정상상태전압의 0.5배) 이하로 전압 하강 제 2 기준전압(예를 들어, 정상상태전압의 1.5 배) 이상으로 전압 상승 제 3 기준선로전류(예를 들어, 1mA) 이하 제 4 기준선로전류(예를 들어, 1mA) 이하 스위치가 정극 측으로 스위칭 된 상태에서, 제5접지누설전류(예를 들어, 1mA) 이하 스위치가 부극 측으로 스위칭 된 상태에서, 제 6 접지누설전류(예를 들어, 10 mA) 이상
부극1선 지락 제 7 기준전압(예를 들어, 정상상태전압의 1.5 배) 이상으로 전압 상승 제 8 기준 전압(예를 들어, 정상상태전압의 0.5배) 이하로 전압 하강 제 9 기준선로전류(예를 들어, 1mA) 이하 제 10 기준선로전류(예를 들어, 1mA) 이하 스위치가 정극 측으로 스위칭 된 상태에서, 제 11 접지누설전류(예를 들어, 10 mA) 이상 스위치가 부극 측으로 스위칭 된 상태에서, 제12접지누설전류(예를 들어, 1mA) 이하
2선 지락 제 13 기준 전압(예를 들어, 정상상태전압의 0.5배) 이하로 전압 하강 14 기준 전압(예를 들어, 정상상태전압의 0.5배) 이하로 전압 하강 제 15 기준선로전류(예를 들어, 1kA) 이상 제 16 기준선로전류(예를 들어, 1kA) 이상 스위치가 정극 측으로 스위칭 된 상태에서, 제17접지누설전류(예를 들어, 1mA) 이하 스위치가 부극 측으로 스위칭 된 상태에서, 제18접지누설전류(예를 들어, 1mA) 이하

Claims (5)

  1. 기 설정된 주기로, 정극선로 전압 검출부를 통해 정극선로 전압을 수집하고, 정극선로 전류 검출부를 통해 정극선로 전류를 수집하고, 부극선로 전압 검출부를 통해 부극선로 전압을 수집하고, 부극선로 전류 검출부를 통해 정극선로 전류를 수집하고, 정극저항전압검출부를 통해 정극저항 양단의 전압을 수집하고 부극저항전압검출부를 통해 부극저항 양단의 전압을 수집하고, 접지선로를 통해 흐르는 접지누설전류를 기 설정된 주기로 수집하는 계측부; 및
    상기 계측부가 수집한 정극선로전압, 부극선로전압, 정극선로전류, 부극선로전류, 정극저항전압, 부극저항전압 및 접지누설전류를 기초로 지락 사고 여부를 판정하는 감시부를 포함하는 것을 특징으로 하는 비접지 직류전원계통의 지락 사고 감시 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 감시부는 i) 정극선로전압이 제 1 기준 전압 이하로 전압 하강 ii) 부극선로전압이 제 2 기준전압 이상으로 전압 상승 iii) 정극선로전류가 제 3 기준선로전류 이하 iv) 부극선로전류가 제 4 기준선로전류 이하 v) 정극전입누설전류가 스위치가 정극 측으로 스위칭 된 상태에서, 제5접지누설전류 이하 vi) 부극접지누설전류가 스위치가 부극측으로 스위칭 된 상태에서, 제 6 접지누설전류 이상인 경우, 정극 1선 지락으로 판정하는 것을 특징으로 하는 비접지 직류전원계통의 지락 사고 감시 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 감시부는 i) 정극선로전압이 제 7 기준전압 이상으로 전압 상승 ii) 부극선로전압이 제 8 기준 전압 이하로 전압 하강 iii) 정극선로전류가 제 9 기준선로전류 이하 iv) 부극선로전류가 제 10 기준선로전류 이하 v) 정극전입누설전류가 스위치가 정극측으로 스위칭 된 상태에서, 제 11 접지누설전류 이상 vi) 부극접지누설전류가 스위치가 부극 측으로 스위칭 된 상태에서, 제12접지누설전류 이하인 경우, 부극 1선 지락으로 판정하는 것을 특징으로 하는 비접지 직류전원계통의 지락 사고 감시 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 감시부는 i) 정극선로전압이 제 13 기준 전압 이하로 전압 하강 ii) 부극선로전압이 제 14 기준 전압 이하로 전압 하강 iii) 정극선로전류가 제 15 기준선로전류 이상 iv) 부극선로전류가 제 16 기준선로전류 이상 v) 정극전입누설전류가 스위치가 정극 측으로 스위칭 된 상태에서, 제17접지누설전류 이하 vi) 부극접지누설전류가 스위치가 부극 측으로 스위칭 된 상태에서, 제18접지누설전류 이하인 경우 2선 동시 지락으로 판정하는 것을 특징으로 하는 비접지 직류전원계통의 지락 사고 감시 장치.
  5. 계측부가 기 설정된 주기로, 정극선로 전압 검출부를 통해 정극선로 전압을 수집하고, 정극선로 전류 검출부를 통해 정극선로 전류를 수집하고, 부극선로 전압 검출부를 통해 부극선로 전압을 수집하고, 부극선로 전류 검출부를 통해 정극선로 전류를 수집하고, 정극저항전압검출부를 통해 정극저항 양단의 전압을 수집하고 부극저항전압검출부를 통해 부극저항 양단의 전압을 수집하고, 접지선로를 통해 흐르는 접지누설전류를 기 설정된 주기로 수집하는 단계; 및
    감시부가 상기 계측부가 수집한 정극선로전압, 부극선로전압, 정극선로전류, 부극선로전류, 정극저항전압, 부극저항전압 및 접지누설전류를 기초로 지락 사고 여부를 판정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 비접지 직류전원계통의 지락 사고 감시 방법.
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