KR20130128177A - 과전류의 흐름을 제한하는 보호 협조 회로 및 그 방법 - Google Patents

과전류의 흐름을 제한하는 보호 협조 회로 및 그 방법 Download PDF

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KR20130128177A
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Abstract

사고 또는 분산 전원 투입에 의해 과전류가 흐르게 될 경우 전로 고장 전류를 적절하게 조절하여 퓨즈가 먼저 끊어지는 것을 막고 전력 계통상 보호 협조가 잘 이루어지도록 동작하게 하는 보호 협조 회로 및 그 방법이 제공된다. 상기 보호 협조 회로는 발전소로부터 연장된 송전선과, 부하로부터 연장된 송전선을 직렬로 연결하고, 상기 송전선에 흐르는 과전류를 제한하는 전류 흐름 제한 회로에 있어서, 상기 발전소로부터 연장된 송전선과 직렬로 연결된 스위치; 상기 스위치 및 상기 부하로부터 연장된 송전선 사이에서 직렬로 연결된 재폐로기(Recloser); 및 상기 스위치와 병렬로 연결된 전류 제한 회로를 포함하되, 상기 전류 제한 회로는 반도체 소자 및 상기 반도체 소자와 직렬 연결된 퓨즈를 포함한다.

Description

과전류의 흐름을 제한하는 보호 협조 회로 및 그 방법{Relay Coordination Circuit for Limiting Overcurrent and method thereof}
본 발명은 과전류의 흐름을 제한하는 보호 협조 회로 및 그 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로 사고 또는 분산 전원 투입에 의해 과전류가 흐르게 될 경우 전로 고장 전류를 적절하게 조절하여 퓨즈가 먼저 끊어지는 것을 막고 전력 계통상 보호 협조가 잘 이루어지도록 동작하게 하는 과전류를 제한하는 보호 협조 회로 및 그 방법에 대한 것이다.
도 1은 종래의 전력 송전 시스템에서, 선로의 고장을 발생시킬 수 있는 다양한 원인들을 예시하는 도면이다. 선로 고장의 원인으로는 낙뢰에 의한 경우, 나무 등 구조물과의 접촉 자동차 사고 등에 의한 설비 고장, 동물 등의 접촉, 공사중 실수에 의한 사고 등을 들 수 있다.
또한 도 2는 도 1과 같은 선로 고장 발생 시의 등가 회로로서, 도 1에서 설명한 다양한 원인에 의해 선로 상의 고장이 발생한 경우 전력선상에서는 부하(25)로 공급되는 전류뿐만 아니라, 도 2의 27을 거쳐 흐르는 과전류가 발생하게 된다. 이렇게 과전류가 흐르게 될 경우, 재폐로기는 일시적인 고장인지, 영구적인 고장인지를 판단하기 위해 다 수 회 번 개방 및 재투입을 실시한다.
한편 도 3은 전력 계통에 복수개의 분산 전원이 들어올 경우의 등가 회로로서 도 3에서의 DG1 내지 DG4는 풍력, 태양광, 연료 전지와 같은 분산 전원을 표시한 것이다.
도 4 내지 도 6은 분산 전원이 한 개(DG) 있을 경우를 가정했을 때 전력 계통에 흐를 전류의 양에 대해 설명하기 위한 회로도 및 개념도이다. 즉, 도 4와 같이 분산 전원이 한 개 존재하는 경우, 소스(Grid)단에서 제공하는 전류의 양과 분산 전원(DG)단으로부터 제공되는 전류의 양을 도 5와 같이 각각 소스로부터의 전류(Current from Grid)와 분산 전원으로부터의 전류(Current from DG)로 표시할 경우, 결국 소스단으로부터 부하(Load)단까지 이르는 선로상의 전류의 총량은 도 6의 총 전류(Total current)와 같이 나타날 것이다.
이러한 분산 전원에 의한 영향은, 도 1 및 도 2에서 설명한 여러 가지 사고 원인에 의한 선로 고장과 더불어, 선로상에 장시간의 과전류가 흐르게 하는 또 다른 인자가 된다.
이렇게 송전 전력선 상에 사고가 발생했을 경우 또는 분산 전원이 존재하는 경우에는 배전 선로에 일시적이거나 지속적인 과전류가 흐르게 된다. 만약 일시적인 과전류가 발생하면 재폐로기(Recloser)는 개방 후 자동 재투입으로 정상적인 선로를 회복하고, 영구 고장시에는 설정한 도약 횟수에 따라 개방 투입을 되풀이한 후 개방(Lock-Out)이 되므로 건전 선로와 사고 선로를 구분함으로써 안정적인 선로상태를 유지하게 해준다. 이러한 자동 재폐로는 전력 계통의 용량, 신뢰성, 안정도 향상을 위한 경제적이고도 효과적인 방법으로서 활용되고 있다.
그런데, 재폐로기와 더불어 퓨즈(Fuse)가 전력 계통한 보호 협조를 위해 활용될 수 있는데, 보호 협조란, 통상적으로는 일시적인 과전류가 흐를 경우에는 재폐로기가 퓨즈보다 먼저 동작하고, 지속적인 과전류가 흐를 경우에는 처음에는 재폐로기가 퓨즈보다 먼저 동작하게 하다가 결국 퓨즈가 끊어지도록 함으로써 전력 계통상의 과전류를 방지하도록 하는 것을 의미한다.
그러나, 재폐로기 및 퓨즈의 특성 상 일정 수치 이상의 과전류가 흐를 경우에는 재폐로기보다 퓨즈가 먼저 끊어지는 경우가 있는데, 이 경우에는 전력 계통상의 보호 협조가 깨지게 된다.
이에, 전력 계통의 보호 협조가 깨지는 경우를 방지하고, 과전류의 원인이 각종 사고이든 또는 분산 전원이든 상관 없이 선로에 흐르는 과전류의 양을 적절하게 조절하여 전력 계통상 보호 협조가 잘 이루어지도록 동작하게 할 필요가 있다.
본 발명이 해결하려는 과제는, 전력 계통의 보호 협조가 깨지는 경우를 방지하고, 선로에 흐르는 과전류의 양을 적절하게 조절하여 전력 계통상 보호 협조가 잘 이루어지도록 하는 과전류 제한 보호 협조 회로 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하려는 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 보호 협조 회로의 일 태양은 발전소로부터 연장된 송전선과, 부하로부터 연장된 송전선을 직렬로 연결하고, 상기 송전선에 흐르는 과전류를 제한하는 보호 협조 회로에 있어서, 상기 발전소로부터 연장된 송전선과 직렬로 연결된 스위치; 상기 스위치 및 상기 부하로부터 연장된 송전선 사이에서 직렬로 연결된 재폐로기(Recloser); 및 상기 스위치와 병렬로 연결된 전류 제한 회로를 포함하되, 상기 전류 제한 회로는 반도체 소자 및 상기 반도체 소자와 직렬 연결된 퓨즈를 포함할 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 보호 협조 방법의 일 태양은 송전선을 흐르는 전류를 스위치와 재폐로기를 통과하여 부하로 공급하는 단계; 상기 송전선에 과전류가 흐르는 경우, 상기 재폐로기에 의하여 상기 전류의 흐름을 차단하는 단계; 상기 재폐로기의 재투입 및 상기 스위치를 개방하는 단계; 상기 스위치와 병렬로 연결된 제1 반도체 소자를 흐르는 상기 전류의 양을 감소시키는 단계; 및 상기 재폐로기의 재투입 동작 이후 차단 동작을 복수회 반복하되, 상기 과전류가 흐르는 기간에 따라 상기 재폐로기의 동작 수행 여부를 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 기타 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 보호 협조 회로 및 방법에 따르면, 전력 계통의 보호 협조가 깨지는 경우가 없이 선로에 흐르는 과전류의 양을 적절하게 조절하여 전력 계통상 보호 협조가 잘 이루어지도록 함으로써, 낙뢰, 나무 등 구조물과의 접촉, 자동차 사고 등에 의한 설비 고장, 동물 등의 접촉, 공사중 실수에 의한 선로상 사고 뿐만 아니라 선로상 존재하는 하나 이상의 분산 전원에서 공급되는 전류에서 기인한 송전선 상의 과전류를 적절하게 제어함으로써 전력 계통의 신뢰성과 안정도를 향상시킨다.
도 1은 종래의 전력 송전 시스템에서, 선로의 고장을 발생시킬 수 있는 다양한 원인들을 예시하는 도면이다.
도 2는 도 1과 같은 선로 고장 발생 시의 등가 회로이다.
도 3은 전력 계통에 복수개의 분산 전원이 들어올 경우의 등가 회로이다.
도 4 내지 도 6은 분산 전원이 한 개(DG) 있을 경우를 가정했을 때 전력 계통에 흐를 전류의 양에 대해 설명하기 위한 회로도 및 개념도이다.
도 7은 전력 계통에 활용되는 재폐로기와 퓨즈의 동작 특성을 설명하기 위한 그래프이다.
도 8은 본 발명의 실시예들이 적용될 스마트 그리스 시스템을 설명하기 위한 개략도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 과전류 제한 보호 협조 회로가 전력 계통상에 적용될 경우 선로의 등가 회로이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 과전류 제한 보호 협조 회로가 전력 계통상에 적용될 경우 선로의 등가 회로로서 도 9를 단순화한 등가 회로이다.
도 11은 일시적인 고장(Fault) 발생시부터 고장 원인이 제거될 시점까지 재폐로기가 동작하는 모습을 보여주는 그래프이다.
도 12는 재폐로기가 수 회에 걸쳐 개방과 투입을 되풀이할 때 전송 선로에 흐르는 전류의 양을 보여주는 그래프이다.
도 13는 도 10의 실시예에 따라 일시적인 과전류가 흐르는 경우에 대해 시뮬레이션한 경우 전송 선로에 흐르는 전류의 양을 보여주는 그래프이다.
도 14는 도 10의 실시예에 따라 지속적인 과전류가 흐르는 경우에 대해 시뮬레이션한 경우 전송 선로에 흐르는 전류의 양을 보여주는 그래프이다.
도 15는 본 발명에서 사용되는 반도체 소자에 의해 전류의 파형이 왜곡되는 모습을 보여주는 일 실시예이다.
도 16은 본 발명에서 사용되는 반도체 소자에 의해 전류의 파형이 왜곡되는 모습을 보여주는 다른 실시예이다.
도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 과전류 제한 보호 협조 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 게시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 게시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
도 7은 전력 계통에 활용되는 재폐로기(리클로저, Recloser)와 퓨즈의 동작 특성을 설명하기 위한 그래프이다.
도 7의 그래프에서 곡선 S는 퓨즈의 동작 특성을 나타내는 것이고, 곡선 R은 재폐로기의 동작 특성을 나타내는 것이다. 또한, 그래프의 X축은 전류의 양을 나타내고 Y축은 전류가 흐르는 시간을 의미한다.
보다 구체적으로, 송선선에 흐르는 전류의 양이 일정치보다 작은 경우, 즉 T의 범위인 경우에는 일정한 양의 전류 과전류가 지속적으로 흐른다고 가정할 때 먼저 반응하는 것은 재폐로기이다. 즉, 퓨즈가 반응하여 끊기기 이전에 재폐로기가 먼저 반응하여 전류의 흐름을 제한한다. 그러나, 송전선에 흐르는 전류의 양이 일정치보다 큰 경우, 즉 U의 범위인 경우에는 재폐로기보다 퓨즈가 먼저 반응하여 끊어지게 된다.
이 경우 도 3을 다시 참조하면, N으로 표시된 등가회로 중 메인 로드(Main load)로 향하는 송전선 지류(Line M)에서 사고가 발생하는 등의 원인으로 과전류가 발생하고, 이 과전류의 양이 도 7의 그래프에서 U의 범위에 속하는 경우라면 재폐로기(CB2)보다 퓨즈(9)가 먼저 반응하여 개방되게 된다.
이렇게 되면 사고가 일어난 지점과는 직접적으로 관련이 없는 크리티컬 로드(Critical load)로 향하는 송전선 지류(Line C)로의 전류 전달에도 문제가 발생하게 된다.
이러한 상황을 방지하기 위해서는 퓨즈(9)보다 재폐로기(CB2)가 먼저 반응할 수 있도록 할 필요가 있으며, 이를 위해서는 송전선에 흐르는 전류의 양이 U의 영역에 속하지 않도록 제어할 필요가 있다.
도 8은 본 발명의 실시예들이 적용될 스마트 그리스 시스템을 설명하기 위한 개략도이고, 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 과전류 제한 보호 협조 회로가 전력 계통상에 적용될 경우 선로의 등가 회로이다.
스마트 그리드 시스템에서는 도 8에서 볼 수 있듯이, 통신으로 전력 계통에서의 전압, 전류 등에 대한 정보를 받아 관리할 수 있게 되는데, 이러한 정보들을 토대로 선로측의 등가 회로를 계산할 수 있으며, 계통의 선로 고장 시 신속한 보호 협조가 이루어질 수 있도록 적정 레벨로 전류의 크기를 제어할 수 있다.
스마트 그리드 시스템에서 계산하여 도출해 낸 선로에 대한 등가 회로가 도 9와 같다고 하고, 여기에 본 발명의 일 실시예에 따른 과전류 제한 보호 협조 회로(50)을 적용했을 경우, 계통의 선로 고장 또는 분산 전원으로부터의 전류 공급과 같은 원인에서 기인한 과전류 발생 시 적정 레벨로 전류의 크기를 제어할 수 있다. 이를 도 10을 통해 구체적으로 설명한다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 과전류 제한 보호 협조 회로가 전력 계통상에 적용될 경우 선로의 등가 회로로서 도 9를 단순화한 등가 회로이다.
도 10을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 과전류 제한 보호 협조 회로는 스위치(51), 재폐로기(53), 제1 반도체 소자(55), 및 퓨즈(59)를 포함할 수 있고, 더 나아가 제2 반도체 소자(57)를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 전류 흐름 제한 회로(50)의 일 단은 발전소(21)로부터 연장된 송전선과 연결되고, 다른 일 단은 부하(25)로부터 연장된 송전선과 각각 직렬로 연결되어 있으며, 이에 따라 본 발명에 따른 과전류 제한 보호 협조 회로는 발전소(21)와 부하(25) 사이에서 사고(27) 발생시 또는 하나 이상의 분산 전원으로부터 유입되어 흐르게 되는 과전류를 제어한다.
스위치(51)의 일 단은 발전소로부터 연장된 송전선에 직렬로 연결되고, 스위치(51)의 다른 일 단은 재폐로기(53)에 연결된다.
스위치(51)는 평상시, 즉 사고가 발생하여 송전선에 과전류가 흐르기 전까지는 닫혀 있는 상태를 유지하고, 이에 따라 전류는 스위치(51)와 재폐로기(53)를 거쳐 부하로 전달된다. 이후 만약 과전류가 흐르게 되는 상황이 발생하면 재폐로기가 차단 동작을 수행한 이후 재투입 동작을 수행할 시점에, 스위치(51)는 개방된다. 이에 따라 재폐로기(53)의 재투입 동작 이후에는 전류가 제1 또는 제2 반도체 소자(55, 57)와 퓨즈(59)가 직렬로 연결되는 통로를 통해서만 흐르게 된다.
재폐로기(53)는 스위치(51)와 직렬로 연결되어 있다. 즉, 재폐로기(53)의 일 단은 스위치(51)에, 다른 일 단은 부하로부터 연장된 송전선에 각각 연결된다.
본 발명의 실시예들에 따른 과전류 제한 보호 협조 회로(50)의 일 구성요소인 재폐로기는 기존에 사용되고 있는 재폐로기를 사용할 수 있다. 본 발명의 실시예들에 따른 과전류 제한 보호 협조 회로(50)는 이처럼 기존의 재폐로기에 비교적 간단한 구성의 구성요소들을 추가적으로 설치하여 사용하는 것이기 때문에 설치 비용의 측면에서도 상당한 장점이 있다.
재폐로기의 역할에 대해 도 11과 도 12를 통해 설명한다.
도 11은 일시적인 고장(Fault) 발생시부터 고장 원인이 제거될 시점까지 재폐로기가 동작하는 모습을 보여주는 그래프이고, 도 12는 재폐로기가 수 회에 걸쳐 개방과 투입을 되풀이할 때 전송 선로에 흐르는 전류의 양을 보여주는 그래프이다.
도 11과 도 12의 A시점은 고장이 발생한 시점으로서, 도 12에서 볼 수 있듯 전력선에 과전류가 흐르게 되고, 이 때 재폐로기는 B시점에 전력선을 개방하여 전류의 흐름을 차단한다. 이후, C와 D는 각각 재폐로기가 재투입과 개방을 실시하는 시점이고, E와 F도 마찬가지이다. 만약 일시적인 고장으로서, G시점에서 고장의 원인이 제거되었다고 가정하면, 재폐로기가 다시 재투입을 수행하는 H시점에서는 전력 전송 시스템이 다시 올바로 작동하게 된다.
도 12에서는, 2회의 재투입이 실시된 경우의 전송 선로에 흐르는 전류의 모습을 볼 수 있다. 그런데 도 12에서 볼 수 있는 바와 같이 재투입 이후 다시 개방하는 시점까지도 전력선상에는 과도한 전류가 흐를 수밖에 없게 되는데, 이는 불필요한 전력 손실뿐만 아니라, 전력 계통에 설치되어 있는 많은 기기들의 수명에 부정적인 영향을 끼칠 수 있다.
더 나아가, G 지점에서 고장의 원인이 제거되지 않거나 하나 이상의 분산 전원으로부터 전류가 유입되는 경우처럼 지속적인 과전류가 흐르게 되는 경우에는 보호 협조에 대해 이미 설명한 바와 같이 퓨즈가 작동하여 전선을 끊어 개방시켜야 한다. 그런데 과전류의 양이 매우 큰 경우에는 도 7에서 이미 설명한 바와 같이 재폐로기보다 퓨즈가 먼저 반응하게 되어 문제가 발생한다.
따라서, 재폐로기의 재투입 시점 이후에 발생하는 이와 같은 과전류의 양을 제어함으로써 보호 협조 시스템의 작동 오류를 방지할 필요가 있다.
이하에서는 과전류의 양을 제어하는 과정에 대해 구체적으로 설명한다.
도 13는 도 10의 실시예에 따라 일시적인 과전류가 흐르는 경우에 대해 시뮬레이션한 경우 전송 선로에 흐르는 전류의 양을 보여주는 그래프이고, 도 14는 도 10의 실시예에 따라 지속적인 과전류가 흐르는 경우에 대해 시뮬레이션한 경우 전송 선로에 흐르는 전류의 양을 보여주는 그래프이다. 또한, 도 15는 본 발명에서 사용되는 반도체 소자에 의해 전류의 파형이 왜곡되는 모습을 보여주는 일 실시예이고, 도 16은 본 발명에서 사용되는 반도체 소자에 의해 전류의 파형이 왜곡되는 모습을 보여주는 다른 실시예이다.
도 10에서 제1 반도체 소자(55)는 제1 반도체 소자(55)와 직렬로 연결된 퓨즈(59)와 함께, 스위치(51)와 병렬로 연결된다. 이에 더하여 제1 반도체 소자(55)와 병렬로 연결된 제2 반도체 소자(57)를 더 포함할 수 있다. 이에 따라, 스위치(51)가 닫혀 있는 상태에서는 전류가 스위치(51)를 통과하여 흐르다가, 스위치(51)가 개방되면 전류는 제1 및/또는 제2 반도체 소자(55)를 통해 흐른다.
제1 및 제2 반도체 소자(55, 57)는 사이리스터(Thyristor)일 수 있다. 사이리스터는 게이트(Gate)로부터 음극에 게이트 전류를 흘리는 것으로, 에노드(Anode)와 음극(Cathode) 사이를 도통시킬 수 있는 3단자의 반도체 소자를 의미하며 SCR(Silicon Controlled Rectifier)라고도 불린다.
제1 반도체 소자(55)만 사용될 수도 있으나, 제2 반도체 소자가 제1 반도체 소자와 함께 사용될 경우에는 상기 제1 반도체 소자의 에노드(Anode)는 상기 제2 반도체 소자의 케소드(Cathode)에 연결되고, 상기 제1 반도체 소자의 케소드는 상기 제2 반도체 소자의 에노드에 연결되는 구조로 병렬 연결되며, 이에 따라 전송선에 흐르는 전류가 교류 전류일 경우 양 방향으로 흐르는 전류 모두를 제어할 수도 있게 된다.
또는 제1 반도체 소자(55)만 사용될 경우, 이 제1 반도체 소자(55)는 양방향 사이리스터일 수 있으며, 이 경우 위 제1 및 제2 반도체 소자의 병렬 구조가 수행하는 기능과 유사한 역할을 수행한다.
본 발명의 실시예들에 따른 과전류 제한 보호 협조 회로(50)에서는 제1 및/또는 제2 반도체 소자의 게이트(56, 58)에 일정한 주기의 제어 신호를 가함으로써 과전류의 흐름을 제한한다.
일정한 주기의 제어 신호란, 예를 들어 송전선에 흐르는 전류가 교류 전류로서 60Hz의 주파수를 갖고, 제1 반도체 소자(55)만 사용된다고 가정할 경우, 마찬가지로 제어 신호도 1/60 초의 주기를 가지고 게이트(56)에 인가될 수 있고, 이 경우 제1 반도체 소자(55)를 거쳐 흐르는 전류 파형은 도 15와 같을 수 있다. 이 때 한 주기 내에서 제어 신호를 인가하는 시점(α)은 필요에 따라 변경이 가능할 것이며, 이에 따라 재폐로기(53)의 재투입 기간 동안에서 필요한 정도의 전류를 부하단으로 제공할 수 있다.
또한, 송전선에 흐르는 전류가 교류 전류로서 60Hz의 주파수를 갖고, 제1 및 제2 반도체 소자(55, 57)가 함께 사용된다고 가정할 경우, 1/60 초의 주기를 가진 두 개의 제어 신호가 각각 교대로 번갈아 두 게이트(56, 58)에 인가될 수 있다. 이 경우 제1 및 제2 반도체 소자(55, 57)를 통해 흐르는 전류의 파형은 도 16과 같을 수 있다. 이 때, 제1 반도체 소자(55)의 게이트(56)에 제어 신호를 인가하는 시점(α)과 제2 반도체 소자(57)의 게이트(58)에 제어 신호를 인가하는 시점(β)은 필요에 따라 변경이 가능할 것이며, 이에 따라 재폐로기(53)의 재투입 기간 동안에서 필요한 정도의 전류를 부하단으로 제공할 수 있다.
또한, 송전선에 흐르는 전류가 교류 전류로서 60Hz의 주파수를 갖고, 제1 반도체 소자(55)만 사용되며, 제1 반도체 소자(55)가 양방향 사이리스터라고 가정할 경우, 제어 신호는 1/120 초의 주기를 가지고 게이트(56)에 인가될 수 있고, 이 경우 제1 반도체 소자(55)를 거쳐 흐르는 전류 파형은 도 16과 유사할 수 있다. 이 때 반 주기 내에서 제어 신호를 인가하는 시점(α 및 β)은 필요에 따라 변경이 가능할 것이며, 이에 따라 재폐로기(53)의 재투입 기간 동안에서 필요한 정도의 전류를 부하단으로 제공할 수 있다.
이렇게 전류의 양을 제어하게 된 결과 일시적인 과전류가 흘렀을 경우, 즉 과전류가 흐르는 기간이 사전 설정된 기간(도 13의 t1) 이상 지속되지 않는 경우에는 도 13과 같이 전류의 양을 감소시킨다. 또한 지속적인 과전류가 흘렀을 경우, 즉 과전류가 흐르는 기간이 사전 설정된 기간(도 14의 t1) 이상 지속될 경우에는 도 14와 같이, 재폐로기의 재투입 시점(C) 이후의 전류의 양을 감소시키게 된다.
이렇게 과전류가 흐르는 양이 감소된 만큼 퓨즈가 재폐로기보다 먼저 반응할 가능성, 즉 도 7에서 과전류의 양이 U의 범위에 속하게 될 가능성을 그만큼 줄일 수 있게 된다.
한편, 과전류가 장기적으로 흐르는 상황에서는 종국적으로 퓨즈가 반응하여 송전선을 개방시켜야 할 필요가 있다. 이 경우에도 도 14에서 볼 수 있는 것처럼 사전 설정된 기간(도 14의 t) 이상이 지나도 과전류의 흐름이 지속될 경우에는 n번째 재투입 동작(H) 이후에는 퓨즈가 끊어질 때(I)까지(도 14의 t2), 재폐로기의 차단 동작을 수행하지 않는다.
이렇게 되면, 어느 정도 적정 수준으로 제어된 양(도 14의 J)으로 t2의 기간만큼 과전류가 흐르게 제어할 수 있다. 이 때 제어된 전류량 J는 도 7에서 T의 범위에 속하는 전류의 양이 되도록 제어된 것이며, 기간 t2는 J의 양만큼 흐르는 과전류에 대해 퓨즈가 반응하여 끊어질 때까지의 기간으로 제어된 것이다.
일시적인 과전류가 흐르는 것으로 판단된 경우에는, 당연히 재폐로기의 차단 동작을 수행한 이후에 이어질 재투입 동작을 수행하지 않음으로써 퓨즈의 동작까지 요구할 필요 없이 계통상에 발생한 일시적 문제를 해결한다.
이처럼 본 발명의 실시예들에 따른 과전류 제한 보호 협조 회로에 따르면 전력 계통에 발생하는 일시적 및 지속적인 과전류가 흐르는 상황에 모두 대비할 수 있고 재폐로기 및 퓨즈의 반응 특성에서 기인하는 보호 협조 시스템의 오류를 바로잡을 수 있게 된다.
도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 과전류 제한 보호 협조 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 17을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 과전류 제한 보호 협조 방법은 송전선을 흐르는 전류를 스위치와 재폐로기를 통과하여 부하로 공급하는 단계(S1710), 상기 송전선에 과전류가 흐르는 경우(S1720의 Y), 상기 재폐로기에 의하여 상기 전류의 흐름을 차단하는 단계(S1730), 상기 재폐로기의 재투입 및 상기 스위치를 개방하는 단계(S1740), 상기 스위치와 병렬로 연결된 제1 반도체 소자를 흐르는 상기 전류의 양을 감소시키는 단계(S1750) 및 상기 재폐로기의 재투입 동작 이후 차단 동작을 복수회 반복하되(S1760), 상기 과전류가 흐르는 기간에 따라 상기 재폐로기의 동작 수행 여부를 결정하는 단계(S1770 내지 S1790)를 포함한다.
재폐로기의 차단 동작 수행 여부를 결정하는 단계는, 과전류가 흐르는 기간이 사전 설정된 기간(도 13, 14의 t1) 이상 지속되지 않는 경우에는 일시적인 과전류가 흐르는 것으로 보아 재폐로기의 차단 동작을 수행한 이후에 이어질 재투입 동작을 수행하지 않는다. 반면에 사전 설정된 기간(도 13, 14의 t1) 이상 지속되는 경우에는 지속적인 과전류가 흐르는 것으로 보아 재폐로기의 재투입 동작 이후에 이어질 차단 동작을 수행하지 않도록 함으로써 퓨즈가 반응하여 송전선을 개방시키도록 한다.
한편, 반도체 소자를 흐르는 상기 전류의 양을 감소시키는 단계(S1750)는 도 10 내지 도 16 및 대응되는 설명 부분을 통해 이해할 수 있으므로, 동일한 설명의 반복을 피하기 위해 생략하도록 한다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
50: 과전류 제한 보호 협조 회로
51: 스위치 53: 재폐로기(Recloser)
55: 제1 반도체 소자 57: 제2 반도체 소자
56, 58: 제1 및 제2 반도체 소자의 게이트
59: 퓨즈

Claims (18)

  1. 발전소로부터 연장된 송전선과, 부하로부터 연장된 송전선을 직렬로 연결하고, 상기 송전선에 흐르는 과전류를 제한하는 보호 협조 회로에 있어서,
    상기 발전소로부터 연장된 송전선과 직렬로 연결된 스위치;
    상기 스위치 및 상기 부하로부터 연장된 송전선 사이에서 직렬로 연결된 재폐로기(Recloser); 및
    상기 스위치와 병렬로 연결된 전류 제한 회로를 포함하되,
    상기 전류 제한 회로는 반도체 소자 및 상기 반도체 소자와 직렬 연결된 퓨즈를 포함하는 보호 협조 회로.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 송전선에 과전류가 흐를 때, 상기 반도체 소자는 외부로부터 인가된 제어 신호에 따라 상기 반도체 소자를 통과하는 전류 파형을 왜곡하는 보호 협조 회로.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 전류는 교류 전류이고,
    상기 반도체 소자는 제1 및 제2 반도체 소자를 포함하며,
    상기 제1 또는 제2 반도체 소자는 사이리스터(Thyristor)인 보호 협조 회로.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 반도체 소자의 에노드(Anode)는 상기 제2 반도체 소자의 케소드(Cathode)에 연결되고, 상기 제1 반도체 소자의 케소드는 상기 제2 반도체 소자의 에노드에 연결되며, 상기 제어 신호는 상기 제1 또는 제2 반도체 소자의 게이트(Gate)에 인가되는 보호 협조 회로.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 스위치는, 상기 송전선에 과전류가 흐르기 전에는 닫혀 있고, 상기 재폐로기의 재투입 동작시에는 개방되는 보호 협조 회로.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 송전선에 과전류가 흐를 경우 상기 재폐로기는 재투입 동작 이후 차단 동작을 복수회 반복하되,
    상기 과전류가 흐르는 기간이 사전 설정된 기간 이상 지속될 경우, 상기 퓨즈가 끊어질때까지 상기 재폐로기의 재투입 동작 이후 차단 동작을 수행하지 않는 보호 협조 회로.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 송전선에 과전류가 흐를 경우
    상기 재폐로기는 재투입 동작 이후 차단 동작을 복수회 반복하되,
    상기 과전류가 흐르는 기간이 사전 설정된 기간 이상 지속되지 않는 경우, 상기 재폐로기의 차단 동작을 수행한 이후에 이어질 재투입 동작을 수행하지 않는 보호 협조 회로.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 과전류가 흐르는 기간이 사전 설정된 기간 이상 지속되지 않는 경우,
    상기 스위치를 닫는 보호 협조 회로.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 전류는 교류 전류이고,
    상기 제1 반도체 소자는 양방향 사이리스터(Thyristor)이며, 상기 제어 신호는 상기 제1 반도체 소자의 게이트에 인가되는 보호 협조 회로.
  10. 송전선을 흐르는 전류를 스위치와 재폐로기를 통과하여 부하로 공급하는 단계;
    상기 송전선에 과전류가 흐르는 경우, 상기 재폐로기에 의하여 상기 전류의 흐름을 차단하는 단계;
    상기 재폐로기의 재투입 및 상기 스위치를 개방하는 단계;
    상기 스위치와 병렬로 연결된 제1 반도체 소자를 흐르는 상기 전류의 양을 감소시키는 단계; 및
    상기 재폐로기의 재투입 동작 이후 차단 동작을 복수회 반복하되, 상기 과전류가 흐르는 기간에 따라 상기 재폐로기의 동작 수행 여부를 결정하는 단계를 포함하는 보호 협조 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 재폐로기의 차단 동작 수행 여부를 결정하는 단계는,
    상기 과전류가 흐르는 기간이 사전 설정된 기간 이상 지속될 경우, 상기 퓨즈가 끊어질때까지 상기 재폐로기의 재투입 동작 이후에 이어질 차단 동작을 수행하지 않는 보호 협조 방법.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 재폐로기의 차단 동작 수행 여부를 결정하는 단계는,
    상기 과전류가 흐르는 기간이 사전 설정된 기간 이상 지속되지 않는 경우, 상기 재폐로기의 차단 동작을 수행한 이후에 이어질 재투입 동작을 수행하지 않는 보호 협조 방법.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 전류의 양을 감소시키는 단계는,
    상기 스위치와 병렬로 연결된 제1 반도체 소자를 흐르는 전류의 파형을 왜곡하는 단계를 포함하는 보호 협조 방법.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 전류의 파형을 왜곡하는 단계는,
    사이리스터인 상기 제1 반도체 소자의 게이트에 제어 신호를 주기적으로 인가함으로써 이루어지는 보호 협조 방법.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 전류는 교류 전류이고,
    상기 제1 반도체 소자는 양방향 사이리스터인 보호 협조 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 제어 신호의 인가 주파수는 상기 교류 전류 주파수(Hz)의 배수인 보호 협조 방법.
  17. 제11항에 있어서,
    상기 제1 반도체 소자와 병렬로 연결된 제2 반도체 소자를 더 포함하고,
    상기 제1 및 제2 반도체 소자는 사이리스터이며,
    상기 제1 반도체 소자의 에노드(Anode)는 상기 제2 반도체 소자의 케소드(Cathode)에 연결되고, 상기 제1 반도체 소자의 케소드는 상기 제2 반도체 소자의 에노드에 연결되며, 상기 제어 신호는 상기 제1 및 제2 반도체 소자의 게이트(Gate)에 인가되는 보호 협조 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 전류는 교류 전류이고,
    상기 제어 신호는, 상기 제1 반도체 소자의 게이트에 인가되는 제1 제어 신호와, 상기 제2 반도체 소자의 게이트에 인가되는 제2 제어 신호를 포함하되,
    상기 제1 및 제2 제어 신호의 주파수는 각각 상기 교류 전류의 주파수와 동일하고, 상기 제1 제어 신호와 상기 제2 제어신호는 서로 번갈아 각각 상기 제1 반도체 소자의 게이트와 상기 제2 반도체 소자의 게이트에 인가되는 보호 협조 방법.
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