KR20200029870A - 계전 장치 및 이를 포함하는 계전 시스템 - Google Patents

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Abstract

실시 예는 제1 변전소와 상기 제1 변전소에 인접한 제2 변전소 사이에 배치되는 전원 라인 상에서 상기 제1 변전소에 인접한 제1 노드 상의 제1 전류 신호 및 제1 전압 신호를 수신하는 제1 수신부; 상기 제1 전류 신호가 기 설정된 값보다 큰 경우 제1 신호를 출력하는 출력부; 상기 제1 전류 신호와 상기 제1 전압 신호의 위상 차를 이용하여 상기 제1 노드에서 제1 전류 신호의 방향인 제1 방향을 검출하는 검출부; 상기 제2 변전소에 인접한 제2 노드 상의 제2 전류 신호의 방향인 제2 방향을 수신하는 제2 수신부; 및 상기 제1 신호가 출력되고 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향이 동일한 경우에 상기 전원 라인을 고장으로 판단하고, 상기 제1 신호가 출력되고 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향이 상이한 경우에 상기 전원 라인을 정상으로 판단하는 판단부;를 포함하는 계전 장치를 개시한다.

Description

계전 장치 및 이를 포함하는 계전 시스템{RELAY APPARATUS AND SYSTEM INCLUDING THE SAME}
실시 예는 계전 장치 및 이를 포함하는 계전 시스템에 관한 것이다.
도시 철도에서 사용하고 있는 연락차단계전기는 병렬로 급전되는 직류급전계통에서 전차선 사고 발생 시 양측 차단기를 동시에 차단하여 사고 지점으로 흐르는 전원공급을 차단하기 위해 사용되는 장치이다. 그러나 오동작이 발생하여 변전소의 차단기가 동작할 경우 전차 운행이 멈출 수 있기 때문에 그 동작 신뢰성이 상당히 요구되는 장치이기도 하다.
현재 오동작에 의한 동작 사례가 종종 보고되고 있으며, 그 원인으로는 접점 사이의 미세 먼지, 기름, 진동 등에 의한 표시선 저항값의 변화에 따른 것으로 보고 있다. 이러한 주위 환경에 의한 오동작을 유발할 수 있는 영향은 현실적으로 완전히 차단하기 어렵다. 따라서 이러한 악조건에서도 최대한의 신뢰성을 보장할 수 있는 연락차단계전　방법이 필요하다.
이 때, 변전소 사이의 라인에서 고장이 발생한 것인지 아니면 이외의 라인에서 고장이 발생했는지에 따라 변전소의 차단기 동작이 결정된다. 다만, 고장이 발생한 위치에 대한 판단이 어려운 한계가 존재한다.
실시예는 차단기의 전기적 연결을 정확하게 차단시키는 계전 장치를 제공한다.
또한, 고장난 선로에 대한 계통 분리를 제공하는 계전 장치를 제공한다.
또한, 정전 구간을 최소화하는 계전 장치를 제공한다.
실시 예에서 해결하고자 하는 과제는 이에 한정되는 것은 아니며, 아래에서 설명하는 과제의 해결수단이나 실시 형태로부터 파악될 수 있는 목적이나 효과도 포함된다고 할 것이다.
실시예에 따른 계전 장치는 제1 변전소와 상기 제1 변전소에 인접한 제2 변전소 사이에 배치되는 전원 라인 상에서 상기 제1 변전소에 인접한 제1 노드 상의 제1 전류 신호 및 제1 전압 신호를 수신하는 제1 수신부; 상기 제1 전류 신호가 기 설정된 값보다 큰 경우 제1 신호를 출력하는 출력부; 상기 제1 전류 신호와 상기 제1 전압 신호의 위상 차를 이용하여 상기 제1 노드에서 제1 전류 신호의 방향인 제1 방향을 검출하는 검출부; 상기 제2 변전소에 인접한 제2 노드 상의 제2 전류 신호의 방향인 제2 방향을 수신하는 제2 수신부; 및 상기 제1 신호가 출력되고 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향이 동일한 경우에 상기 전원 라인을 고장으로 판단하고, 상기 제1 신호가 출력되고 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향이 상이한 경우에 상기 전원 라인을 정상으로 판단하는 판단부;를 포함한다.
상기 판단부에서 고장으로 판단하는 경우 상기 제1 노드와 연결된 제1 차단기의 전기적 연결을 차단하는 제어 신호를 출력하는 제어부를 포함할 수 있다.
상기 제어부는 상기 판단부에서 정상으로 판단하는 경우 상기 제2 노드와 연결된 제2 차단기의 전기적 연결을 유지하는 제어 신호를 출력할 수 있다.
상기 제1 노드와 상기 제2 노드는 이격 배치될 수 있다.
상기 검출부는 상기 제1 전류 신호와 상기 제1 전압 신호의 위상 차가 제1 범위인 경우에 상기 제1 방향을 정방향으로, 제2 범위인 경우에 상기 제1 방향을 역방향으로 검출할 수 있다.
상기 제1 범위는 -90도 내지 90도일 수 있다.
상기 제2 범위는 90도 내지 -90도일 수 있다.
상기 제1 방향을 외부로 송신하는 송신부;를 더 포함할 수 있다.
상기 송신부는 상기 제어부에서 출력된 전기적 연결을 유지하는 제어 신호를 외부로 송신할 수 있다.
상기 전원 라인은 부하부와 전기적으로 연결될 수 있다.
실시 예에 따르면, 계전 장치를 차단기의 전기적 연결을 정확하게 차단하는 형태로 구현할 수 있다.
또한, 고장난 선로에 대한 계통 분리를 제공하는 계전 장치를 제작할 수 있다.
또한, 정전 구간을 최소화하는 계전 장치를 제작할 수 있다.
본 발명의 다양하면서도 유익한 장점과 효과는 상술한 내용에 한정되지 않으며, 본 발명의 구체적인 실시형태를 설명하는 과정에서 보다 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 실시예에 따른 계전 장치를 포함하는 계전 시스템을 도시한 개념도이고,
도 2는 실시예에 따른 계전 장치의 블록도이고,
도 3은 실시예에 따른 계전 장치의 동작을 설명하는 도면이고,
도 4 내지 도 5는 서로 연결된 복수 개의 전원 라인 상에서 계전 장치의 동작을 설명하는 도면이고,
도 6은 이외의 계전 장치의 동작을 설명하는 도면이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 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.
제2, 제1 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제2 구성요소는 제1 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제1 구성요소도 제2 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 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 실시예에 따른 계전 장치를 포함하는 계전 시스템을 도시한 개념도이고, 도 2는 실시예에 따른 계전 장치의 블록도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 실시예에 따른 계전 시스템(1)은 전원부(G1, G2), 변전소(10), 전원 라인(20), 계전 장치(30), 차단기(40)를 포함할 수 있다.
먼저, 전원부(G1, G2)는 전기를 발생시켜 변전소 등으로 전원을 공급할 수 있다. 즉, 전원부(G1, G2)는 고압, 초고압의 전력을 제공하는 전원 계통일 수 있다. 예컨대, 전원부는 발전소, 분산전원 등을 포함할 수 있으나, 이러한 종류에 한정되는 것은 아니다.
또한, 전원부(G1, G2)는 변전소로 전력을 제공하므로 변전소와 연결될 수 있다. 뿐만 아니라, 전원부는 복수 개일 수 있다. 예컨대, 전원부(G1, G2)는 제1 전원부(G1), 제2 전원부(G2)를 포함할 수 있다.
변전소(10)는 전원부(G1, G2)로부터 전원을 제공받아 전력의 전압 등을 변환할 수 있다. 구체적으로 변전소(10)는 전원부(G1, G2)로부터 공급받은 전력을 높이거나 낮춰 전원 라인으로 제공할 수 있다. 즉, 변전소(10)는 전압의 크기를 높이거나 낮추어 전원 라인으로 제공할 수 있다. 또한, 변전소(10)는 3상 교류 고압 계통에서 전력을 받을 수 있다. 예컨대, 변전소(10)는 제선 변전소, 수전 변전소, 해안 변전소, 압연 변전소 등을 포함할 수 있으나, 이러한 종류에 한정되는 것은 아니다.
또한, 변전소(10)는 복수 개일 수 있다. 예컨대, 변전소(10)는 제1 변전소(10a), 제2 변전소(10b), 제3 변전소(10c) 및 제4 변전소(10d)를 포함할 수 있다. 다만, 이러한 개수에 한정되는 것은 아니다.
전원 라인(20)은 복수 개의 변전소(10)와 전기적으로 연결될 수 있다. 즉, 전원 라인은 전원을 공급하는 전선로일 수 있다. 그리고 전원 라인(20)은 송전선로 또는 배전선로를 포함할 수 있다.
그리고 전원 라인(20)은 전원부(G1, G2) 사이, 변전소(10) 사이, 전원부(G1, G2)와 변전소(10) 사이, 변전소(10)와 소비자와 연결된 부하부(후술하는 L1 내지 L3) 사이 등에 배치될 수 있다. 예컨대, 전원 라인(20)은 복수 개의 변전소(10) 사이에 배치될 수 있으며, 제1 변전소(10a)와 제2 변전소(10b) 사이에 배치되는 제1 전원 라인(20a), 제2 변전소(10b)와 제3 변전소(10c) 사이에 배치되는 제2 전원 라인(20b), 제3 변전소(10c)와 제4 변전소(10d) 사이에 배치되는 제3 전원 라인(20c)을 포함할 수 있다. 다만, 이러한 개수에 한정되는 것은 아니다.
그리고 전원 라인(20)은 각 변전소(10)와 환상 선로 형태로 연결될 수 있다. 이에 따라, 부하부에서 요구되는 전력량에 따라 전원부(G1, G2)에서 생산된 전원이 흐르는 경로가 변경될 수 있다. 즉, 부하부에서 요구되는 전력량이 증가 또는 감소함에 따라 환상 선로 형태에서 전원은 시계 방향 또는 반시계 방향으로 흐를 수 있다.
계전 장치(30)는 전원 라인(20) 상에 배치되고 전원 라인(20)과 연결될 수 있다. 또한, 계전 장치(30)는 복수 개일 수 있다. 예컨대, 계전 장치(30)는 하나의 전원 라인(20) 상에 복수 개 배치될 수 있다. 보다 구체적으로, 제1 계전 장치(30a)와 제2 계전 장치(30b)는 제1 전원 라인(20a) 상에 배치될 수 있다. 이 때, 제1 계전 장치(30a)는 제1 변전소(10a)에 인접하게 배치되고, 제2 계전 장치(30b)는 제2 변전소(10b)에 인접하게 배치될 수 있다. 그리고 제1 계전 장치(30a)와 제2 계전 장치(30b)는 서로 이격 배치될 수 있다.
또한, 제1 계전 장치(30a)는 제1 전원 라인(20a)상에서 제1 변전소(10a)에 인접한 제1 노드(미도시됨)의 전류 신호와 전압 신호(이하 제1 전류 신호와 제1 전압 신호로 서술함)를 수신할 수 있다. 그리고 제1 계전 장치(30a)는 제1 노드의 제1 전류 신호와 제1 전압 신호를 이용하여 과전류 여부인지와 전류의 방향(이하 제1 방향)을 검출할 수 있으며, 제2 계전 장치(30b)로부터 전류의 방향을 수신하여 최종적으로 제1 전원 라인(20a) 상에 고장이 발생하였는지 판단할 수 있다. 또한, 제1 계전 장치(30a)는 제1 계전 장치(30a)에 연결된 차단기(후술하는 제1 차단기)를 차단하는 제어 신호(예를 들어, 차단기 트립 신호)를 출력하여 제1 차단기로 송신할 수 있다. 예컨대, 제어 신호가 제1 차단기로 송신되는 경우 제1 차단기는 제1 전원 라인(20a)의 전기적 연결을 차단할 수 있다.
그리고 제2 계전 장치(30b)는 상술한 제1 계전 장치(30a)와 대응되게 제1 전원 라인(20a) 상에서 제2 변전소(10b)에 인접한 제2 노드(미도시됨)의 전류 신호와 전압 신호(이하 제2 전류 신호와 제2 전압 신호로 서술함)를 수신하고, 과전류 여부, 전류의 방향(이하 제2 방향) 및 제1 계전 장치(30a)의 제1 방향으로 제1 전원 라인(20a)에 고장이 발생하였는지 판단할 수 있다. 또한, 제2 계전 장치(30b)는 제2 계전 장치(30b)에 연결된 차단기(후술하는 제2 차단기)를 차단하는 제어 신호를 출력하여 제2 차단기로 송신할 수 있다. 예컨대, 제어 신호가 제2 차단기로 송신되는 경우 제2 차단기는 제1 전원 라인(20a)의 전기적 연결을 차단할 수 있다.
즉, 제1 계전 장치(30a) 및 제2 계전 장치(30b)는 제1 전원 라인(20a) 상에서 이격 배치되어, 서로 다른 지점(제1 노드, 제2 노드)의 과전류 여부, 전류의 방향을 검출할 수 있다. 뿐만 아니라, 제1 계전 장치(30a)는 제2 계전 장치(30b)로부터 제2 방향을 수신한 후 제1 전원 라인(20a)의 고장 여부를 판단하고 고장 판단 시에 제1 차단기의 차단을 제어할 수 있다. 마찬가지로, 제2 계전 장치(30b)는 제1 계전 장치(30a)로부터 제1 방향을 수신한 후 제1 전원 라인(20a)의 고장 여부를 판단하고 고장 판단 시에 제2 차단기의 차단을 제어 할 수 있다.
이에 따라, 제1 계전 장치(30a)와 제2 계전 장치(30b)는 동일한 전원 라인 즉, 제1 전원 라인(20a) 상에서 서로 다른 지점의 과전류 여부, 전류 방향 등을 이용하여 제1 전원 라인(20a)의 고장을 판단할 수 있다. 그리고 제1 전원 라인(20a)이 고장인 경우에, 제1 전원 라인(20a)의 전기적 연결을 차단하여 고장 라인을 용이하게 분리할 수 있다.
실시예에 따른 계전 장치(30)는 제1 수신부(31), 출력부(32), 검출부(33), 제2 수신부(34), 판단부(35), 제어부(36) 및 송신부(37)를 포함할 수 있다. 이하에서, 계전 장치(30)는 도 1의 제1 계전 장치(30a)의 동작을 기준으로 설명하나, 후술하는 동작은 제1 계전 장치 이외의 계전 장치의 동작과 대응한다.
먼저, 제1 수신부(31)는 전원 라인(제1 전원 라인에 대응됨)에 의해 연결된 변전소 사이에서 일측 변전소에 인접하게 배치된 노드의 전류 신호와 전압 신호를 수신할 수 있다. 구체적으로, 제1 수신부(31)는 제1 변전소와 상기 제1 변전소에 인접한 제2 변전소 사이에 배치되는 전원 라인 상에서 상기 제1 변전소에 인접한 제1 노드 상의 제1 전류 신호 및 제1 전압 신호를 수신할 수 있다.
출력부(32)는 제1 전류 신호를 기 설정된 값(이하 임계값)과 비교하여 과전류 판단시 제1 신호를 출력할 수 있다. 여기서, 기 설정된 값은 전원 라인이 고장이 아닌 경우 에 가질 수 있는 전류의 최대값일 수 있다. 이 대, 전류의 최대값은 최소 부하 시에 전원 라인에 흐르는 전류 크기일 수 있으나, 이에 한정되지 않고 사용자 등에 의해 설정될 수도 있다.
검출부(33)는 제1 수신부(31)의 제1 전류 신호와 제1 전압 신호의 위상 차를 이용하여 제1 노드에서 제1 전류 신호의 방향인 제1 방향을 검출할 수 있다. 이 때, 검출부(33)는 제1 전압 신호를 기준으로 제1 전류 신호와 제1 전압 신호의 위상차가 제1 범위인 경우에 제1 방향을 정방향으로 검출할 수 있다. 그리고 검출부(33)는 제1 전압 신호를 기준으로 제1 전류 신호와 제1 전압 신호의 위상차가 제2 범위인 경우에 제1 방향을 역방향으로 검출할 수 있다. 여기서, 제1 범위는 -90도 내지 90도이고, 제2 범위는 90도 내지 -90도(또는, 90도 내지 270도)이다. 그리고 정방향은 해당 노드에 인접한 변전소에서 전원 라인을 향한 방향이고, 역방향은 전원 라인에서 해당 노드에 인접한 변전소를 향한 방향이다.
제2 수신부(34)는 동일 전원 라인 상에서 인접한 변전소 측에 배치된 제2 노드의 제2 전류 신호의 방향인 제2 방향을 수신할 수 있다. 보다 구체적으로, 제2 수신부(34)는 제2 변전소에 인접하게 배치된 계전 장치로부터 제2 노드의 제2 전류 신호의 방향인 제2 방향을 수신할 수 있다.
판단부(35)는 제1 신호의 출력 여부, 제1 방향 및 제2 방향을 서로 비교하여 상기 전원 라인의 고장 여부를 판단할 수 있다. 구체적으로, 판단부(35)는 제1 신호가 출력되고, 제1 방향 및 제2 방향이 동일한 경우에 전원 라인을 고장으로 판단할 수 있다. 또한, 판단부(35)는 제1 신호가 출력되고 제1 방향 및 제2 방향이 상이한 경우에 전원 라인을 정상으로 판단할 수 있다.
즉, 판단부(35)는 제1 방향이 정방향이고, 제1 신호가 출력되더라도(과전류로 판단) 제1 전원 라인이 고장이라 판단하지 않는다. 다만, 판단부(35)는 제1 신호가 출력되는 경우 고장 자체가 발생한 것으로 판단할 수 있다. 즉, 판단부(35)는 고장이 제1 전원 라인에서 발생한 경우(내부 고장)인지 제1 전원 라인 이외의 전원 라인에서 발생한 경우(외부 고장)인지에 대한 판단은 제2 방향과 제1 방향의 비교를 통해 수행할 수 있다.
제어부(36)는 판단부(35)에서 제1 전원 라인(20a)을 고장으로 판단하는 경우 제1 노드와 연결된 제1 차단기에 전기적 연결을 차단하는 제어 신호를 출력할 수 있다. 즉, 제어부(36)는 제1 수신부(31)에서 수신된 제1 전류 신호와 제2 전류 신호의 측정 위치에 인접하게 배치된 제1 차단기(40a)의 전기적 연결을 차단하는 제어 신호를 출력할 수 있다. 예컨대, 제어부(36)는 제1 차단기(40a)가 전기적 연결을 차단하는 트립 신호를 출력할 수 있다.
또한, 제어부(36)는 판단부(35)에서 제1 전원 라인(20a)을 정상으로 판단하는 경우 제2 노드와 연결된 제2 차단기에 전기적 연결을 유지하는 제어 신호를 출력할 수 있다. 즉, 제어부(36)는 제1 방향과 제2 방향이 상이한 경우 외부 고장으로 판단하여 제2 계전 장치에 인접하게 배치된 제2 차단기(40b)가 전기적 연결을 차단하지 않고 유지하는 제어 신호를 출력할 수 있다.
또한, 제어부(36)는 ASICs (application specific integrated circuits), DSPs (digital signal processors), DSPDs (digital signal processing devices), PLDs (programmable logic devices), FPGAs (field programmable gate arrays, 프로세서(processors), 제어기(controllers), 마이크로컨트롤러(microcontrollers), 마이크로 프로세서(microprocessors), 기타 기능 수행을 위한 전기적인 유닛 중 적어도 하나를 이용할 수 있다. 다만, 이러한 종류에 한정되는 것은 아니다.
송신부(37)는 제1 방향을 외부로 송신할 수 있다. 예컨대, 제1 계전 장치(30a)는 검출부(33)에서 검출된 제1 신호를 제2 계전 장치(30b)로 송신할 수 있다. 즉, 제2 계전 장치(30b)에서도 동일하게 제1 전원 라인(20a)의 고장인지를 판단하여, 외부 고장 시에 제1 계전 장치(30a)가 제1 차단기를 차단하지 못하도록 방지할 수 있다. 또한, 송신부(37)는 제어부(36)에서 출력된 전기적 연결을 차단하는 제어 신호를 제1 차단기로 송신할 수 있고, 전기적 연결을 유지하는 제어 신호를 제2 계전 장치(30b) 또는 제2 차단기(40b)로 송신할 수 있다.
이러한 송신부(37)는 광 통신, 유선 랜(Local Area Network; LAN), USB(Universal Serial Bus), 이더넷(Ethernet), 전력선 통신(Power Line Communication; PLC), 무선 랜(Wireless LAN), 코드분할 다중접속(Code Division Multiple Access; CDMA), 시분할 다중접속(Time Division Multiple Access; TDMA), 주파수분할 다중접속(Frequency Division Multiple Access; FDMA), 와이브로(Wireless Broadband Internet; WiBro), LTE(Long Term Evolution), 고속 하향 패킷 접속(High Speed Downlink Packet Access; HSDPA), 광대역 코드분할 다중접속(Wideband CDMA; WCDMA), 초광대역 통신(Ultra WideBand; UWB), 유비쿼터스 센서 네트워크(Ubiquitous Sensor Network; USN), RFID(Radio Frequency IDentification), 적외선 통신(Infrared Data Association; IrDA), NFC(Near Field Communication), 지그비 중 어느 하나를 포함하여 이루어질 수 있다. 상기 통신 방식은 제1 수신부와 제2 수신부에도 동일하게 적용될 수 있다.
도 3은 실시예에 따른 계전 장치의 동작을 설명하는 도면이고, 도 4 내지 도 5는 서로 연결된 복수 개의 전원 라인 상에서 계전 장치의 동작을 설명하는 도면이고, 도 6은 이외의 계전 장치의 동작을 설명하는 도면이다.
먼저, 도 3을 참조하면, 제1 전원부(G1)는 제1 변전소(10a)와 연결되고, 제1 변전소(10a)는 제1 전원 라인(20a)을 통해 제2 변전소(20b)와 전기적으로 연결될 수 있다. 그리고 제1 전원부(G1)는 제1 변전소(10a)로 전력을 제공할 수 있다. 이 때, 전원 라인(20a)은 제1 변전소(10a)와 제2 변전소(10b) 사이에 배치되나, 이하 도면에서 제1 차단기(40a)와 제2 차단기(40b) 사이는 보호 구간으로서 특정하여 나타낸다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며 전원 라인(20a)은 제1 변전소(10a)와 제2 변전소(10b) 사이의 전체 또는 일부 영역을 모두 포함한다.
그리고 제2 전원부(G2)는 제2 변전소(10b)와 연결되어 전력을 제2 변전소(10b)로 제공할 수 있다.
또한, 제1 변전소(10a)는 제1 부하부(L1)와 제1 전원 라인(20a)을 통해 전기적으로 연결될 수 있다. 이에 따라, 제1 전원부(G1)에 의해 공급되는 전력이 제1 부하부(L1)로 제공될 수 있다.
그리고 제2 변전소(10b)는 제2 부하부(L2)와 제1 전원 라인(20a)을 통해 전기적으로 연결될 수 있다. 이에 따라, 제2 전원부(G2)에 의해 공급되는 전력이 제2 부하부(L2)로 제공될 수 있다.
그리고 제1 전원부(G1)는 제2 전원부(G2)와 동일 또는 상이한 전력을 생산할 수 있다. 예컨대, 제1 전원부(G1)는 제2 전원부(G2)와 동일한 전력을 생산할 수 있다. 이 경우, 제1 부하부(L1)는 부하전력이 제2 부하부(L2)의 부하전력보다 작아, 제1 전원 라인(L2)에서 전류는 제1 변전소(10a)에서 제2 변전소(10b)를 향해 흐를 수 있다.
이와 반대로, 제1 부하부(L1)의 부하전력이 제2 부하부(L2)의 부하전력보다 큰 경우 제1 전원 라인(L2)에서 전류는 제2 변전소(10b)에서 제1 변전소(10a)를 향해 흐를 수 있다. 다만, 이하에서는 제1 부하부(L1)의 부하전력이 제2 부하부(L2)의 부하전력보다 작은 경우로 설명한다.
이 때, 제1 계전 장치(30a)는 제1 노드(N1)에서 측정된 제1 전류 신호(I1)와 제1 전압 신호(V1)를 이용하여 과전류를 판단하고, 제1 방향이 정방향인지 역방향인지 검출할 수 있다. 구체적으로, 제1 계전 장치(30a)는 제1 전류 신호(I1)를 임계값(Ith)가 비교하여 제1 신호를 출력할 수 있다. 제1 전원 라인(20a)은 정상이며 제1 전원 라인(20a) 이외의 선로도 정상이므로 제1 전류 신호(I1)의 크기는 임게값(Ith)보다 작을 수 있다.
그리고 제1 계전 장치(30a)는 X축의 제1 전압 신호(V1)를 기준으로 제1 전류 신호(I1)의 위상차(θ1)가 -90°보다 크고 90°보다 작은 제1 범위 내의 값을 가질 수 있다. 즉, 제1 계전 장치(30a)는 벡터도에서 제1 전압 신호(V1)를 기준으로 제1 전류 신호(I1)의 위상차(θ1)가 1사분면과 2사분면에 위치하므로 제1 방향을 정방향으로 판단할 수 있다.
다만, 이와 달리 제1 전압 신호(V1)를 기준으로 제1 전류 신호(I1)의 위상차(θ1)가 90°보다 크고 -90°보다 작은 제2 범위 내의 값을 가지는 경우에 제1 방향을 역방향으로 판단할 수 있다. 즉, 역방향의 경우 제1 전압 신호(V1)를 기준으로 제1 전류 신호(I1)의 위상차(θ1)가 벡터도에서 2사분면과 3사분면에 위치할 수 있다.
마찬가지로, 제2 계전 장치(30b)는 제2 전류 신호(I2)와 제2 전압 신호(V2)를 이용하여 과전류를 판단하고, 제2 방향이 정방향인지 역방향인지 검출할 수 있다. 구체적으로, 제2 계전 장치(30b)는 제2 전류 신호(I2)를 임계값(Ith)가 비교하여 제1 신호를 출력할 수 있다. 제1 전원 라인(20a)은 정상이며 제1 전원 라인(20a) 이외의 선로도 정상이므로 제2 전류 신호(I2)의 크기는 임게값(Ith)보다 작을 수 있다.
그리고 제2 계전 장치(30b)는 X축의 제1 전압 신호(V1)를 기준으로 제1 전류 신호(I1)의 위상차(θ1)가 제2 범위 내에 위치하므로 제2 방향을 역방향으로 판단할 수 있다.
이 때, 제1 계전 장치(30a)는 제2 계전 장치(30b)로부터 제2 방향이 역방향인 정보를 수신할 수 있다. 다만, 상술한 바와 같이 제1 계전 장치(30a)는 제1 신호가 출력되지 않으므로 제1 전원 라인(20a)을 정상으로 판단할 수 있다. 그리고 제1 계전 장치(30a)는 제어부를 통해 제1 차단기(40a)의 전기적 연결을 유지하는 제어 신호를 출력할 수 있다.
제2 계전 장치(30b)도 제1 계전 장치(30a)의 동작과 대응하여 제1 계전 장치(30a)로부터 제1 방향이 정방향인 정보를 수신할 수 있다. 다만, 제2 계전 장치(30b)는 제1 신호가 출력되지 않으므로 제1 전원 라인(20a)을 정상으로 판단하고, 제어부를 통해 제2 차단기(40b)의 전기적 연결을 유지하는 제어 신호를 출력할 수 있다.
도 4를 참조하면, 제1 전원 라인(20a)에 고장이 난 경우에 제1 계전 장치(30a) 내지 제4 계전 장치(30d)는 각각의 제1 전류 신호(I1) 내지 제4 전류 신호(I4)가 임계값(Ith)보다 클 수 있다.
그리고 제1 계전 장치(30a)와 제2 계전 장치(30b)는 전류 신호와 전압 신호가 동일한 형상의 벡터를 가질 수 있다. 이 때, 제1 계전 장치(30a)와 제2 계전 장치(30b)에서 제1 전류 신호(I1)와 제2 전류 신호(I2)는 임계값보다 클 수 있다. 즉, 제1 계전 장치(30a)와 제2 계전 장치(30b)는 과전류로 판단할 수 있다. 또한, 제1 방향과 제2 방향은 모두 정방향일 수 있다. 이에, 제1 계전 장치(30a)와 제2 계전 장치(30b)는 선로 상에 고장이 발생한 것으로 판단한다.
이 때, 제1 계전 장치(30a)는 제2 계전 장치(30b)로부터 제2 방향을 수신하고 제1 방향과 동일한지 비교할 수 있다. 이 때, 제1 방향과 제2 방향이 동일하므로, 제1 계전 장치(30a)는 내부 고장으로 판단하고 제1 차단기(40a)의 전기적 연결을 차단하는 제어 신호를 출력하고, 제1 차단기(40a)로 송신할 수 있다. 또한, 제1 계전 장치(30a)는 제2 계전 장치(30b)로 제1 방향에 대한 정보를 송신할 수 있다. (S1)
그리고 제3 계전 장치(30c)는 제3 전류 신호(I3)가 임계값(Ith)보다 크므로 제1 신호를 출력할 수 있다. 또한, 제4 계전 장치(30d)는 제4 전류 신호(I4)가 임계값(Ith)보다 크므로 제1 신호를 출력할 수 있다. 즉, 제3 계전 장치(30c)와 제4 계전 장치(30d)는 과전류로 판단할 수 있다.
다만, 제3 계전 장치(30c)는 위상차(θ3)가 제2 범위에 위치하므로, 제3 노드(N3)에서 제3 전류 신호의 방향(이하 제3 방향)을 역방향(제3 변전소에서 제2 변전소를 향한 방향)으로 판단할 수 있다. 그리고 제4 계전 장치(30d)는 제4 노드(N4)에서 제4 전류 신호의 방향(이하 제4 방향)을 정방향으로 판단할 수 있다.
이 때, 제3 계전 장치(30c)와 제4 계전 장치(30d)는 제3 방향과 제4 방향이 상이하므로, 제2 전원 라인(20b)이 정상인 경우로 판단할 수 있다. 다만, 제1 신호가 출력된 바, 제3 계전 장치(30c)와 제4 계전 장치(30d)는 내부 고장이 아닌 외부 고장(즉, 제1 전원 라인(20a)에서 고장 발생)으로 판단할 수 있다. 이에, 제3 계전 장치(30c)는 제3 차단기(40c)의 전기적 연결을 유지하는 제어 신호를 출력할 수 있다. 또한, 제3 계전 장치(30c)는 제4 차단기(40d)의 전기적 연결을 유지하는 제어 신호를 출력하고 이를 제4 계전 장치(40d)로 송신할 수 있다(S2). 이에 따라, 제4 계전 장치(40d)는 제3 계전 장치(40c)로부터 제3 방향에 대한 정보를 수신하는 과정에서 오류가 발생하여 제3 방향과 제4 방향이 동일하다 판단하더라도 제4 차단기(40d)의 전기적 연결을 유지할 수 있다. 이에, 계전 장치가 방향에 대해 오판단을 하더라도 이를 용이하게 정정할 수 있다.
도 5를 참조하면, 도 5는 도 4와 달리 제2 전원 라인(20b)에 고장이 발생한 경우이다. 도 4에서 상술한 내용과 마찬가지로 선로 상에서 고장이 발생한 바, 제1 계전 장치(30a) 내지 제4 계전 장치(30d)는 각각의 제1 전류 신호(I1) 내지 제4 전류 신호(I4)가 임계값(Ith)보다 클 수 있다.
다만, 제3 계전 장치(30c)와 제4 계전 장치(30d)는 전류 신호와 전압 신호가 서로 동일한 형상의 벡터를 가질 수 있다. 그리고 제3 계전 장치(30c)와 제4 계전 장치(30d)는 정방향으로 제3 방향 및 제4 방향이 서로 동일할 수 있다. 이에, 제3 계전 장치(30c)와 제4 계전 장치(30d)는 선로 상에 고장이 발생한 것으로 판단한다.
다만, 제3 계전 장치(30c)는 제4 계전 장치(30d)로부터 제4 방향을 수신하고 제3 방향과 동일한지 비교할 수 있다. 이 때, 제3 방향과 제4 방향이 동일하므로, 제3 계전 장치(30c)는 내부 고장으로 판단하고 제3 차단기(40C)의 전기적 연결을 차단하는 제어 신호를 출력하고, 제어 신호를 제3 차단기(40c)로 송신할 수 있다. 또한, 제3 계전 장치(30c)는 제4 계전 장치(30d)로 제3 방향에 대한 정보를 송신할 수 있다(S2).
이와 달리, 제1 계전 장치(30a)는 제1 전류 신호(I1)가 임계값(Ith)보다 크므로 제1 신호를 출력할 수 있다. 또한, 제2 계전 장치(30b)는 제2 전류 신호(I2)가 임계값(Ith)보다 크므로 제1 신호를 출력할 수 있다. 즉, 제1 계전 장치(30a)와 제2 계전 장치(30b)는 과전류로 판단할 수 있다.
다만, 제1 계전 장치(30a)는 위상차(θ1)가 제1 범위에 위치하므로, 제1 노드(N1)에서 제1 전류 신호의 방향(또는 제1 방향)을 정방향(제1 변전소에서 제2 변전소를 향한 방향)으로 판단할 수 있다. 그리고 제2 계전 장치(30b)는 제2 노드(N2)에서 제2 전류 신호의 방향(또는 제2 방향)을 역방향(제2 변전소에서 제1 변전소를 향한 방향)으로 판단할 수 있다.
이 때, 제1 계전 장치(30a)와 제2 계전 장치(30b)는 제1 방향과 제2 방향이 상이하므로, 제1 전원 라인(20a)이 정상인 경우로 판단할 수 있다. 다만, 제1 신호가 출력된 바, 제1 계전 장치(30a)와 제2 계전 장치(30b)는 내부 고장이 아닌 외부 고장(즉, 제2 전원 라인(20b) 등에서 고장 발생)으로 판단할 수 있다. 이에, 제1 계전 장치(30a)는 제1 차단기(40a)의 전기적 연결을 유지하는 제어 신호를 출력할 수 있다. 또한, 제2 계전 장치(30b)는 제2 차단기(40b)의 전기적 연결을 유지하는 제어 신호를 출력하고 이를 제2 계전 장치(40b)로 송신할 수 있다. 이에 따라, 제2 계전 장치(40b)는 제1 계전 장치(40a)로부터 제1 방향에 대한 정보를 수신하는 과정에서 오류가 발생하여 제1 방향과 제2 방향이 동일하다 판단하더라도 제2 차단기(40b)의 전기적 연결을 유지할 수 있다. 이에, 계전 장치가 전류의 방향에 대해 오판단을 하더라도 이를 용이하게 정정할 수 있다.
도 6을 참조하면, 도 6은 도 5와 딜리 제3 변전소(10c)와 제3 변전소(10c)에 연결된 제3 부하부(L3) 사이의 선로에서 고장이 발생한 경우이다.
상술한 내용과 마찬가지로 전원 라인과 전기적으로 연결된 선로 상에서 고장이 발생한 바, 제1 계전 장치(30a) 내지 제4 계전 장치(30d)는 각각의 제1 전류 신호(I1) 내지 제4 전류 신호(I4)가 임계값(Ith)보다 클 수 있다.
그리고 제1 계전 장치(30a)는 제1 전류 신호(I1)가 임계값(Ith)보다 크므로 제1 신호를 출력할 수 있다. 또한, 제2 계전 장치(30b)는 제2 전류 신호(I2)가 임계값(Ith)보다 크므로 제1 신호를 출력할 수 있다. 즉, 제1 계전 장치(30a)와 제2 계전 장치(30b)는 과전류로 판단할 수 있다.
다만, 제1 계전 장치(30a)는 위상차(θ1)가 제1 범위에 위치하므로, 제1 노드(N1)에서 제1 전류 신호의 방향(또는 제1 방향)을 정방향(제1 변전소에서 제2 변전소를 향한 방향)으로 판단할 수 있다. 그리고 제2 계전 장치(30b)는 제2 노드(N2)에서 제2 전류 신호의 방향(또는 제2 방향)을 역방향(제2 변전소에서 제1 변전소를 향한 방향)으로 판단할 수 있다.
이 때, 제1 계전 장치(30a)와 제2 계전 장치(30b)는 제1 방향과 제2 방향이 상이하므로, 제1 전원 라인(20a)이 정상인 경우로 판단할 수 있다. 다만, 제1 신호가 출력된 바, 제1 계전 장치(30a)와 제2 계전 장치(30b)는 내부 고장이 아닌 외부 고장(즉, 제2 전원 라인(20b) 등에서 고장 발생)으로 판단할 수 있다. 이에, 제1 계전 장치(30a)는 제1 차단기(40a)의 전기적 연결을 유지하는 제어 신호를 출력할 수 있다. 또한, 제2 계전 장치(30b)는 제2 차단기(40b)의 전기적 연결을 유지하는 제어 신호를 출력하고 이를 제2 계전 장치(40b)로 송신할 수 있다. 이에 따라, 제2 계전 장치(40b)는 제1 계전 장치(40a)로부터 제1 방향에 대한 정보를 수신하는 과정에서 오류가 발생하여 제1 방향과 제2 방향이 동일하다 판단하더라도 제2 차단기(40b)의 전기적 연결을 유지할 수 있다. 이에, 계전 장치가 전류의 방향에 대해 오판단을 하더라도 이를 용이하게 정정할 수 있다.
그리고 제3 계전 장치(30c)는 제3 전류 신호(I3)가 임계값(Ith)보다 크므로 제1 신호를 출력할 수 있다. 또한, 제4 계전 장치(30d)는 제4 전류 신호(I4)가 임계값(Ith)보다 크므로 제1 신호를 출력할 수 있다. 즉, 제3 계전 장치(30c)와 제4 계전 장치(30d)는 과전류로 판단할 수 있다.
다만, 제3 계전 장치(30c)는 위상차(θ3)가 제1 범위에 위치하므로, 제3 노드(N3)에서 제3 전류 신호의 방향(또는 제3 방향)을 정방향(제2 변전소에서 제3 변전소를 향한 방향)으로 판단할 수 있다. 그리고 제4 계전 장치(30d)는 제4 노드(N4)에서 제4 전류 신호의 방향(또는 제4 방향)을 역방향(제3 변전소에서 제2 변전소를 향한 방향)으로 판단할 수 있다.
이 때, 제3 계전 장치(30c)와 제4 계전 장치(30d)는 제3 방향과 제4 방향이 상이하므로, 제2 전원 라인(20b)이 정상인 경우로 판단할 수 있다. 다만, 제3 신호가 출력된 바, 제3 계전 장치(30c)와 제4 계전 장치(30d)는 내부 고장이 아닌 외부 고장으로 판단할 수 있다. 이에, 제3 계전 장치(30c)는 제3 차단기(40c)의 전기적 연결을 유지하는 제어 신호를 출력할 수 있다. 또한, 제4 계전 장치(30d)는 제4 차단기(40d)의 전기적 연결을 유지하는 제어 신호를 출력하고 이를 제4 계전 장치(40d)로 송신할 수 있다. 이에 따라, 제4 계전 장치(40d)는 제3 계전 장치(40c)로부터 제3 방향에 대한 정보를 수신하는 과정에서 오류가 발생하여 제3 방향과 제4 방향이 동일하다 판단하더라도 제4 차단기(40d)의 전기적 연결을 유지할 수 있다. 이에, 계전 장치가 전류의 방향에 대해 오판단을 하더라도 이를 용이하게 정정할 수 있다.
이와 같이, 실시예에 따른 계전 장치는 계전 장치에서 오판단에 의해 차단기에 대한 차단 제어 동작이 오동작이 일어나는 것을 방지할 수 있다. 나아가, 내부 고장인 경우에만 고장난 선로 상의 계통 간의 분리를 수행하고, 내부 고장이 아닌 외부 고장인 경우에 차단기에서 전기적 연결이 차단되는 것을 억제하여 계통 간의 분리를 방지할 수 있다. 이로써, 정확한 계통 분리로 정전 구역을 최소화할 수 있다.
본 실시예에서 사용되는 '~부'라는 용어는 소프트웨어 또는 FPGA(field-programmable gate array) 또는 ASIC과 같은 하드웨어 구성요소를 의미하며, '~부'는 어떤 역할들을 수행한다. 그렇지만 '~부'는 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니다. '~부'는 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다. 따라서, 일 예로서 '~부'는 소프트웨어 구성요소들, 객체지향 소프트웨어 구성요소들, 클래스 구성요소들 및 태스크 구성요소들과 같은 구성요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들, 및 변수들을 포함한다. 구성요소들과 '~부'들 안에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성요소들 및 '~부'들로 결합되거나 추가적인 구성요소들과 '~부'들로 더 분리될 수 있다. 뿐만 아니라, 구성요소들 및 '~부'들은 디바이스 또는 보안 멀티미디어카드 내의 하나 또는 그 이상의 CPU들을 재생시키도록 구현될 수도 있다.
이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (10)

  1. 제1 변전소와 상기 제1 변전소에 인접한 제2 변전소 사이에 배치되는 전원 라인 상에서 상기 제1 변전소에 인접한 제1 노드 상의 제1 전류 신호 및 제1 전압 신호를 수신하는 제1 수신부;
    상기 제1 전류 신호가 기 설정된 값보다 큰 경우 제1 신호를 출력하는 출력부;
    상기 제1 전류 신호와 상기 제1 전압 신호의 위상 차를 이용하여 상기 제1 노드에서 제1 전류 신호의 방향인 제1 방향을 검출하는 검출부;
    상기 제2 변전소에 인접한 제2 노드 상의 제2 전류 신호의 방향인 제2 방향을 수신하는 제2 수신부; 및
    상기 제1 신호가 출력되고 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향이 동일한 경우에 상기 전원 라인을 고장으로 판단하고, 상기 제1 신호가 출력되고 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향이 상이한 경우에 상기 전원 라인을 정상으로 판단하는 판단부;를 포함하는 계전 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 판단부에서 고장으로 판단하는 경우 상기 제1 노드와 연결된 제1 차단기의 전기적 연결을 차단하는 제어 신호를 출력하는 제어부를 포함하는 계전 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 판단부에서 정상으로 판단하는 경우 상기 제2 노드와 연결된 제2 차단기의 전기적 연결을 유지하는 제어 신호를 출력하는 계전 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 노드와 상기 제2 노드는 이격 배치되는 계전 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 검출부는 상기 제1 전류 신호와 상기 제1 전압 신호의 위상 차가 제1 범위인 경우에 상기 제1 방향을 정방향으로, 제2 범위인 경우에 상기 제1 방향을 역방향으로 검출하는 계전 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1 범위는 -90도 내지 90도인 계전 장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 제2 범위는 90도 내지 -90도인 계전 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1 방향을 외부로 송신하는 송신부;를 더 포함하는 계전 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 송신부는 제어부에서 출력된 전기적 연결을 유지하는 제어 신호를 외부로 송신하는 계전 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 전원 라인은 부하부와 전기적으로 연결되는 계전 장치.
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