KR101355765B1

KR101355765B1 - 원격감시제어반에 입력하는 극대전류의 검출 시 전력용 변류기에서 발생하는 오차 보정방법

Info

Publication number: KR101355765B1
Application number: KR1020130067601A
Authority: KR
Inventors: 정경근
Original assignee: 야베스텍 주식회사
Priority date: 2013-06-13
Filing date: 2013-06-13
Publication date: 2014-01-28
Anticipated expiration: 2033-06-13

Abstract

본 발명은 전력선로에서 발생하는 극대전류를 전력용 변류기를 통하여 원방감시제어장치(SCADA)의 원격감시제어반(RTU)에 입력할 때에 전력용 변류기에서 발생하는 오차를 보정하는 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전력설비용 원격감시제어반(RTU)이 전력설비에서 발생하는 고장전류나 뇌격전류와 같은 극대전류값을 전력용 변류기를 통하여 취득하는 과정에서, 전력용 변류기가 극대전류 영역에서는 변류기의 포화특성 때문에 변류비에 따라 변류하지 않고 큰 오차를 발생시킨다. 그 오차를 보정하는 방법은 원격감시제어반(RTU)에 오차보정장치를 내장시키고, 그 오차보정장치는 변류기의 2차측 전류를 입력받아 오차보정장치의 전자회로에서 파형을 검출하고, 검출된 파형이 변류기의 포화점까지 도달하는 경우에는 포화점까지의 기립시간의 길이에 따라 극대전류의 성격과 크기를 개략적으로 산정하여 원격감시제어반(RTU)의 주전자회로에 입력시키는 방법을 특징으로 하는 원격감시제어반에 입력하는 극대전류의 검출 시 전력용 변류기에서 발생하는 오차 보정방법에 관한 것이다.

Description

원격감시제어반에 입력하는 극대전류의 검출 시 전력용 변류기에서 발생하는 오차 보정방법 {Compensation Method of Current Transformer Error for Detection of Ultra Ampere at Remote Terminal Unit}

원방감시제어장치(SCADA)는 원거리에 산재한 각각의 산업설비들을 하나의 장소에서 집중적으로 감시 및 제어를 하여 효율적으로 운영할 수 있게 하는 장치로서, 크게 중앙감시제어반(Central Process Station)과 다수의 원격감시제어반(Remote Terminal Unit, 통상 RTU라고 한다)으로 구성되어 있다. 원격감시제어반(RTU)은 현장의 각종 센서나 검출장치로부터 검출된 유량, 수위, 압력, 온도, 습도, 전류, 전압 등의 정보를 수집하고, 수집된 정보들을 중앙감시제어반(CPS)으로 전송하면서 자체적으로 분석하고 처리하는 장치이다. 중앙감시제어반은 Master Station이라고도 하며, 각각의 원격감시제어반(RTU)으로부터 수신된 모든 정보의 종합적인 감시 및 제어를 실행하는 장치이다. 본 발명은 상기의 원격감시제어반(RTU)이 수집하는 상기의 각종 정보들 가운데 전류값을 수집하는 방법에 있어서, 포화특성이 우수하지 못한 일반적인 전력용 변류기를 사용하면서 극대전류를 변류하는 경우에, 대부분의 전력용 변류기가 큰 오차를 발생시킨다. 이 오차를 보정하기 위한 방법으로, 원격감시제어반(RTU)에 오차보정장치를 내장시키고, 그 오차보정장치는 변류기의 2차측 전류를 입력받아 오차보정장치의 전자회로에서 파형을 검출하고, 검출된 파형이 변류기의 포화점까지 도달하는 경우에 포화점까지의 기립시간의 길이에 따라 극대전류의 성격과 크기를 개략적으로 산정하여 원격감시제어반(RTU)의 주전자회로에 입력시키는 방법에 관한 것이다.

원방감시제어장치(CPS)의 원격감시제어반(RTU)이 취득하는 여러 가지 데이터정보 중에서 전력설비의 전류값을 취득하는 경우에, 평상시에는 변류기가 자신의 변류비에 비례하여 정상적인 전류값을 검출할 수 있으나, 전력선로의 고장이나 뇌격전류의 피습 시에는 고장전류와 뇌격전류(이하 극대전류라고 한다)의 값이 너무 커서 전력용 변류기가 큰 오차를 발생시킨다.

전력선로에 흐르는 전류는 전류계로 그 크기를 나타내어야 하고, 전력선로의 고장 등에 의한 과전류가 흐를 때에 전력선로를 보호하기 위하여 전력선로를 자동으로 차단하도록 하는 설비인 보호계전기 회로에도 사용되어야 한다. 그러나 전력선로의 전류값이 수 백(A) 이상인 경우에는 그 전류를 그대로 전류계와 보호계전기 회로에 입력시킬 수가 없으므로, 실제의 전류값을 백 분의 일 또는 수 백 분의 일로 축소하여 입력시키는데, 이때에 사용하는 장치가 전력용 변류기(Current Transformer, 약어 CT)(이하 변류기라고 한다)이며, 변류기가 축소하는 비율을 변류비(CT Ratio)라고 한다.

통상의 전력설비의 배전반에서 전류의 크기를 나타내는 전류계는 대부분 그 입력값이 최대 5(A)로 되어있어서 100(A) 또는 1,000(A) 등의 대전류는 반드시 변류기(CT)를 사용하여야 한다. 변류기는 철심, 1차권선, 2차권선으로 구성되어 있으며, 변류기의 1차권선에서 1차전류에 비례하여 발생한 자속이 철심을 지나 전자유도 법칙에 의해 1차권선과 2차권선의 권선비에 의해 정해진 변류비(CT Ratio)에 비례해서 변류기의 2차 전류로 변류(Transform)한다. 그래서 변류기의 변류비가 500/5 라고 하는 것은 전력용 변류기 1차 전류가 500(A)인 때에 변류기 2차전류가 5(A)로 출력되는 것으로, 변류기 1차전류를 1/100로 축소시키는 것을 말하고, 변류기의 변류비가 1,000/5 라고 하는 것은 변류기 1차전류가 1,000(A)가 흐를 때에 변류기 2차전류는 5(A)가 출력되는 것으로 변류기 1차전류를 1/200로 축소시키는 것을 말한다. 상기에서 변류기의 변류비가 500/5라고 하는 것은 그 변류기의 1차 정격전류가 500(A)이고 2차 정격전류가 5(A)라는 의미도 된다. 따라서 부하계산상 변류기 1차전류가 0 ~ 500(A)인 경우는 500/5 변류기의 정격전류 이내이기 때문에 문제가 없으나, 변류기 1차전류가 500(A)를 초과할 것으로 예상되는 때에는 그 예상되는 1차전류에 적합한 700(A) 또는 1000(A)등과 같은 1차 정격전류값을 가진 변류기를 선정하여 설치해야 한다. 이 경우에도 변류기의 2차전류는 5(A)로 동일하게 제작되도록 하는 것이 우리나라 공업표준에서 규정하고 있다. 따라서 전력용 변류기의 종류를 이야기 할 때에는 취부형태나 포화특성 등에 따라 분류하기도 하지만, 대개 100/5, 300/5, 600/5, 1000/5, 1200/5, 1500/5, 2000/5 등과 같이 변류비로 말하는 경우가 많다.

상기의 전력용 변류기를 실제의 전력선로에 설치하고 변류기 1차 측에 변류기 정격에 적합한 1차전류가 흐르는 경우에는, 변류기 2차측 회로에 해당 변류기의 변류비에 비례하여 축소된 2차전류가 출력되므로 지극히 정상적인 상태가 지속된다. 그러나 전력선로에서 고장이 발생하는 경우에는 대략 3 ~ 10(KA)의 고장전류가 흐르는 것으로 알려져 있으며, 뇌(雷=Lightning)가 내습하는 경우에는 대략 20 ~ 200(KA)의 뇌격전류가 발생하는 것으로 알려져 있다. 이하 상기의 고장전류와 뇌격전류를 극대전류라고 칭한다. 전력설비를 운용하는 기관에서는 이러한 극대전류를 분석하여 사고의 성격을 판별할 필요가 있다. 그런데 특수한 목적으로 제작된 고가(高價)의 변류기를 제외한 대부분의 전력용 변류기는 정격전류를 초과하는 경우에 변류비에 따라 변류하지 못하고 큰 마이너스(負)오차를 나타낸다. 마이너스오차의 가장 큰 원인은 대부분의 변류기가 포화특성이 좋지 않기 때문이다.

상기에서 변류기는 철심, 1차권선, 2차권선으로 구성되어 있으며, 변류기의 1차권선에서 1차전류에 비례하여 발생한 자속이 철심을 지나 전자유도 법칙에 의해 1차권선과 2차권선의 권선비에 의해 정해진 변류비에 비례해서 변류기의 2차전류로 변류(Transform)한다고 설명하였다. 이 변류과정에서 1차권선에서 1차전류에 비례하여 발생한 자속이 2차권선으로 이동하는 통로가 철심이며, 이 철심은 철심의 재료와 철심의 단면적에 따라 통과할 수 있는 자속의 양이 정해진다. 그러므로 정격전류 보다 수 배 또는 수 십 배 높은 1차전류가 1차권선에 흐르는 경우에는 그것에 비례하는 자속이 발생하여도, 발생한 자속량 모두가 2차권선으로 이동하지 못하고 해당 철심의 고유 통과능력의 자속량 외에는 억지로 외부로 흘러가버리는 누설자속이 된다. 그것은 자속이 2차권선으로 이동할 수 있는 통로인 철심이 가지고 있는 고유의 통과능력에 의해 제한되기 때문이며, 이 제한된 자속량의 통과로 인하여 변류비에 비례한 2차전류를 출력하지 못하는 것이다. 자속을 통과시키는 통로인 철심의 특성은 발생되는 자속량의 증가에 따라 어느 정도까지는 점점 그 통과량이 증가하지만, 자속량의 증가가 어떤 한도를 초과하면 더 이상 통과량을 증가시키지 못하는데, 이 상태를 포화상태라고 한다. 이렇게 포화상태가 되는 지점을 통상 포화점이라고 하며, 포화점이 높은 변류기를 포화특성이 좋은 변류기라고 말한다.

그러나 특수한 목적으로 제작된 수백만 원에서 수천만 원에 이르는 고가(高價)의 변류기를 제외하고 일반적으로 사용하는 대부분의 전력용 변류기는 포화특성이 좋지 않기 때문에 극대전류의 영역에서는 큰 마이너스(負)오차를 나타낸다. 따라서 전력선로의 고장이나 뇌(Lightning)의 피습에 의한 고장이 발생한 경우에는 보통의 변류기를 통하여 검출된 데이터를 가지고는 그 고장의 성격을 분석할 수가 없는 것이다.

전력선로에서는 가끔 악천후로 인한 선로고장 또는 뇌(雷)의 피습으로 인한 선로고장이 발생하면, 전력선로에 전기를 공급하는 변전소에서 고장을 감지하고 그 고장이 발생한 전력선로를 차단한다. 이 때 고장의 성격이나 고장위치를 파악할 수 있는 전력선로의 정보를 취득하여야 단시간 내에 복구가 가능하다. 즉 순간적인 고장인 경우에는 계속적인 전력공급이 가능하고, 영구적인 고장인 경우에는 고장이 발생한 지점 이후 선로는 고장설비의 복구가 완료되기까지 정전이 되어야 하지만, 변전소에서 고장이 발생한 지점 이전의 배전자동화개폐기까지의 전력선로는 즉시 전력을 공급하여 정전시간을 최소화시켜야 한다. 이러한 고장정보의 취득과 전력선로의 신속한 복구는 전력설비 원방감시제어장치(SCACA)를 통하여 이루어진다. 이 전력설비 원방감시제어장치(SCADA)는 전력선로 중간 중간에 설치된 배전자동화개폐기 그리고 배전자동화개폐기와 연동되어 함께 설치된 원격감시제어반(RTU)에 의해서 제어되고 감시된다. 그리고 원격감시제어반(RTU)은 배전자동화개폐기에 내장된 전력용 변류기로부터 고장전류의 정보를 취득한다. 상기와 같이 원격감시제어반(RTU)이 전력설비에서 발생할 수 있는 고장전류나 뇌격전류와 같은 극대전류를 배전자동화개폐기의 전력용 변류기를 통하여 취득하는 경우에, 변류기의 포화특성 때문에 극대전류 영역에서는 변류비에 따라 변류하지 못하고 큰 오차를 발생시킨다. 이러한 큰 오차를 가진 전류값을 가지고는 고장의 성격을 파악할 수 없는 것이 오늘날까지 큰 문제점으로 남아 있었다. 따라서 통상의 변류기의 2차 측에서 검출된 전류값이 가지고 있는 큰 오차를 보정하여, 참값에 가까운 유효한 전류값을 출력할 수 있는 오차보정방법을 제시하는 것이다.

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 원격감시제어반(RTU)이 전력선로의 극대전류를 배전자동화개폐기의 변류기를 통하여 취득하는 과정에서 발생하는 오차를 해결할 수 있는 수단을 제시하는 것이다. 그 방법은 원격감시제어반(RTU) 내에 오차보정장치를 내장시키고, 변류기 2차 측을 통하여 입력되는 전류를 먼저 상기의 오차보정장치에 입력시킨다. 오차보정장치는 전자회로를 통하여 전류의 파형을 검출하고, 그 파형이 포화점까지 도달하는 경우에는 포화점까지의 기립시간을 분석함으로써, 극대전류가 고장전류인지 뇌격전류인지를 판별하며, 실제의 극대전류 크기를 논리적으로 추정할 수 있도록 하는 것이다.

오늘날까지 전력선로에서 선로고장이나 뇌격전류 피습에 의한 고장이 발생하는 경우에, 전력선로 원방감시제어장치(SCADA)로는 그 고장의 성격을 명확하게 파악할 수 없었다. 그것은 전력선로를 따라 중간 중간에 설치된 다수 개의 배전자동화개폐기에 내장된 변류기가 전력선로에서 발생한 극대전류를 유효한 값으로 변류하지 못하고 큰 오차를 발생시키기 때문이다. 만일 오차를 감소시키기 위하여 포화특성이 우수한 변류기를 배전자동화개폐기에 내장시키고자 한다면, 배전자동화개폐기의 크기가 너무 증가하여 전력선로 주상(柱上 또는 일명전봇대 위)에 설치가 불가능하며, 포화특성이 우수한 전력용 변류기의 비용 또한 수백만 원에서 수천만 원까지 소요될 것이다. 그러나 본 발명의 원방감시제어용 원격감시제어반(RTU)의 극대전류 검출 시 오차 보정 방법을 사용하는 경우에는, 현재 기존으로 설치되어 있는 전력설비의 변류기만으로도 수천만 원을 투입한 우수한 포화특성을 가진 변류기와 동일한 효과를 기대할 수 있는 것이다. 그리고 현재의 기존 전력설비에서 전력선로 고장이 발생하는 경우에 고장의 성격을 신속하게 파악하고 복구할 수 있으므로, 전력설비의 유지보수비가 경감되며 정전시간을 대폭 경감시킴으로써 사회전체의 산업경제적 이익을 향상시킬 수 있는 것이다.

도 1(a)는 우리나라 전기 상용주파수의 정현파교류파형(101) 1Hz를 X-Y좌표 상에 나타낸 예시도이다.
도 1(b)는 뇌격전류의 우리나라 표준파형을 나타낸 예시도이다.
도 2(a)는 전력설비에서 정현파교류전류(103)가 흐르다가 전력설비에 고장이 발생하여 고장전류가 흐르는 경우의 파형을 X-Y좌표 상에서 나타낸 예시도이다.
도 2(b)는 상기 도 2(a)의 정현파교류전류(103)와 6[KA]고장전류(104) 또는 4[KA]고장전류(105)가 흐르는 경우에, 전력용 변류기 2차 측에서 검출되는 전류의 파형을 X-Y좌표 상에서 나타낸 예시도이다.
도 3(a)는 20[KA], 30[KA], 40[KA]의 세 가지 뇌격전류가 흐르는 경우의 뇌격전류 파형을 X-Y좌표 상에서 나타낸 예시도이다.
도 3(b)는 20[KA], 30[KA], 40[KA]의 세 가지 뇌격전류가 흐르는 경우에 변류기 2차 측에서 검출되는 뇌격전류의 파형을 X-Y좌표 상에서 나타낸 예시도이다.
도 4(a)는 전력선로에서 정상전류가 흐르다가 고장이 발생하는 경우에 전력용 변류기 2차 측에서 고장전류를 검출한 파형을 예시한 도 2(b)에서, 6[KA]와 4[KA]의 고장전류 파형의 반파(Half-Wave) 하나를 확대하여 나타낸 예시도이다.
도 4(b)는 20[KA], 30[KA], 40[KA]의 세 가지 뇌격전류가 흐르는 경우에 전력용 변류기 2차 측에서 검출되는 뇌격전류의 파형을 예시한 도 3(b)에서, 20[KA], 30[KA], 40[KA]의 세 가지 뇌격전류가 변류기의 포화점까지의 기립전류파형을 나타낸 예시도이다.

본 발명은 전력선로에 전력설비 자체의 고장이나 뇌격전류의 내습으로 인하여 발생하는 극대전류를 측정함에 있어서, 통상의 전력용 변류기는 그 포화특성이 우수하지 못하여 극대전류 영역에서 큰 오차를 발생시킨다. 상기와 같이 극대전류 영역에서 발생시키는 변류기의 오차를 참값에 가깝게 보정하지 않고는, 원방감시제어장치(SCADA)의 원격감시제어반(RTU)에서 입력을 받아도 여러 가지 유효한 데이터로 활용할 수가 없다. 따라서 변류기의 극대전류 오차를 보정하는 방법으로, 원격감시제어반(RTU) 내에 오차보정장치를 내장시키고, 변류기 2차 측을 통하여 입력되는 전류를 먼저 상기의 오차보정장치에 입력시킨다. 그리고 오차보정장치가 먼저 오차를 보정한 후에 그 데이터를 원격감시제어반(RTU)의 주전자회로에 입력시킨다. 오차보정장치는 변류기 2차 측을 통하여 입력되는 전류를 전자회로를 통하여 파형을 검출하고, 그 파형이 포화점까지 도달하는 경우에는 포화점까지의 기립시간을 검출함으로써, 극대전류가 고장전류인지 뇌격전류인지를 판별함과 동시에 변류기 철심의 포화로 인하여 나타나지 않은 극대전류의 크기를 논리적으로 계산하여, 원격감시제어반(RTU)의 주전자회로에 입력할 수 있게 하는 것이다. 이하와 같이 첨부의 예시도와 함께 상세히 설명한다.

도 1(a)는 우리나라 전기 상용주파수의 정현파교류 파형(101) 1Hz를 X-Y좌표 상에 나타낸 예시도이다.

정현파교류는 발전기에서 프레밍의 오른손 법칙에 의하여 발생하는데, 그 크기는 시간의 흐름에 따라 끊임없이 변화한다. 그 변화하는 전류의 크기를 어떤 순간에 포착한 값을 순시값이라고 하고, 그 순시값을 시간의 흐름에 따라 나타내는 공식은 i = Im sin ωt [A]이다. 상기 공식에서는 전류의 순시값, Im은 전류의 최대값, ωt는 각속도를 나타낸다. 그림의 X-Y좌표 상에서 Y축은 전류의 크기를, X축은 각속도로 하는 경우에 그림과 같은 파형(101)으로 나타난다. 그림에서 순시값 i는 Zero에서 시작하여 시간이 경과함에 따라 점점 (+)방향으로 증가하여 각속도 π/2[Rad]에서 최대값을 나타내고, 다시 시간이 경과함에 따라 각속도 π[Rad]에서 Zero가 되며, 다시 시간이 경과함에 따라 점점 (-)방향으로 증가하여 각속도 3/2π[Rad]에서 최대값을 나타내고, 다시 시간이 경과함에 따라 각속도 2π[Rad]에서 Zero가 됨으로써 하나의 주기가 완성된다. 정현파교류는 상기의 주기가 반복되는 것으로 우리나라에서는 1초에 60번의 주기를 가지므로 60Hz 상용주파수라고 한다. 이 때 1Hz의 시간은 약 16.7[ms] 즉 16,700[㎲]이다.

상기에서 '각속도'란 회전속도(rotational velocity)라고도 하며, 특정 축을 기준으로 각이 돌아가는 속력을 나타내는 벡터이다. 기호는 통상적으로 오메가(ω)를 사용하고 단위는 라디안(Radian)을 사용한다. 상기에서 1 라디안(radian)은 원둘레 위에서 반지름의 길이와 동일한 길이를 갖는 호에 대응하는 중심각의 크기로 무차원의 단위이다. 원둘레를 일주하는 경우에는 2π(=6.28)라디안이 된다. 호도(弧度)라고도 하며 rad으로 줄여 쓰기도 한다.

도 1(b)는 뇌격전류의 우리나라 표준파형을 나타낸 예시도이다.

뇌격전류는 충격파(Impulse wave)로서 지극히 짧은 시간에 최대값에 도달하고, 극히 짧은 시간에 소멸하는 전류이다. 그러나 최대값이 너무 상승하여 전력설비에 미치는 영향이 아주 크다. 뇌격전류의 크기나 그 파형은 뇌격전류의 내습 시 마다 달라지지만, 뇌격전류에 대한 연구와 대책에 사용할 수 있도록 표준파형이 제시되어 있다. 그림의 곡선(102)에서 뇌격전류가 최대값이 되는 최대점을 파고점 또는 파고값이라 하고, 최대점까지의 소요시간 T₁을 파두(波頭)길이라고 한다. 그리고 최대값에서 감소하여 최대값의 50%의 값이 되기까지의 시간 T₂를 파미(波尾)시간이라고 한다. 상기의 파고값과 파두길이, 파미길이를 표시하는 것이 그 뇌격전류의 파형을 나타낸다. 그러므로 만약 100[KA], 1.2×50[㎲]파라고 하면, 파고값이 100[KA]이고, 파두길이가 1.2[㎲], 파미길이가 50[㎲]라는 것을 의미한다. 파고값의 크기는 내습하는 뇌격전류의 크기에 따라 통상 20[KA]에서 200[KA]로 추정하고 있다. 그리고 표준파형을 말할 때는 파두길이와 파미길이 만으로 표현하는데, 우리나라에서 채택하고 있는 뇌격전류 표준파형은 1.2×50[㎲]이다.

상기의 설명을 종합하면 뇌격전류는 발생에서 소멸까지의 시간이 100[㎲] 내외인 것을 알 수 있는 것이다.

도 2(a)는 전력설비에서 정현파교류전류(103)가 흐르다가 전력설비에 고장이 발생하여 고장전류가 흐르는 경우의 파형을 X-Y좌표 상에서 나타낸 예시도이다.

그림의 X-Y좌표에서 X축은 각속도를 나타내고, Y축은 전류순시값을 나타낸다. 처음에는 정현파교류전류(103)가 각속도 8π[Rad]까지 지속되다가 8π[Rad]에서 전력설비에 고장이 발생하는 것으로, 6[KA]고장전류(104)가 흐르는 전력설비고장과, 4[KA]의 고장전류(105)가 흐르는 전력설비고장의 두 가지 경우를 나타내며, 두 가지 경우 모두 각속도 14π[Rad]에서 전력공급용 차단기가 차단되어 전류의 흐름이 Zero로 되는 일련의 파형을 나타내고 있다.

도 2(b)는 상기 도 2(a)의 정현파교류전류(103)와 6[KA]고장전류(104) 또는 4[KA]고장전류(105)가 흐르는 경우에, 전력용 변류기 2차 측에서 검출되는 전류의 파형을 X-Y좌표 상에서 나타낸 예시도이다.

전력선로에 정현파교류전류(103)가 흐르는 각속도 8π[Rad]까지는, 설치된 해당 변류기의 변류비에 비례하여 축소된 정현파교류전류(106)가 변류기의 2차 측에 검출되지만, 전력설비고장이 발생한 각속도 8π[Rad]에서부터는, 극대전류인 6[KA]고장전류(104)와 4[KA]고장전류(105)가 해당 변류기의 변류비에 비례하여 축소된 전류가 나타나는 것이 아니라, 해당 변류기의 포화점 이상 부분은 모든 순시값이 동일하게 포화점의 값으로 나타나는 것이다. 즉, 6[KA]고장전류(104)는 도 2(b)의 (107)과 같은 모양의 파형으로 나타나고, 4[KA]고장전류(105)는 도 2(b)의 (108)과 같은 모양의 파형으로 나타나는 것이다.

도 3(a)는 20[KA], 30[KA], 40[KA]의 세 가지 뇌격전류가 흐르는 경우의 뇌격전류 파형을 X-Y좌표 상에서 나타낸 예시도이다.

우리나라 뇌격전류 표준파형에 적용하여 나타낸다면, 20[KA]의 뇌격전류 파형은 도 3(a)의 (109)와 같은 모양의 파형으로 예시할 수 있고, 30[KA]의 뇌격전류 파형은 도 3(a)의 (110)과 같은 모양의 파형으로 예시할 수 있고, 40[KA]의 뇌격전류 파형은 (111)과 같은 모양의 파형으로 예시할 수 있는 것이다.

도 3(b)는 20[KA], 30[KA], 40[KA]의 세 가지 뇌격전류가 흐르는 경우에 변류기 2차 측에서 검출되는 뇌격전류의 파형을 X-Y좌표 상에서 나타낸 예시도이다.

상기 도 2(b)에서 설명한 고장전류의 경우와 마찬가지로, 전력선로에 극대전류인 20[KA], 30[KA], 40[KA]의 세 가지 뇌격전류가 각각 흐르는 경우에, 변류기 2차 측에 출력되는 전류값은 해당 변류기의 변류비에 비례한 축소된 전류가 나타나는 것이 아니라, 해당 변류기의 포화점 이상 부분은 모든 순시값이 동일하게 포화점의 값으로 나타나게 되어, 20[KA]의 뇌격전류는 도 3(b)의 (112)의 모양을 갖는 파형으로 예시할 수 있고, 30[KA]의 뇌격전류는 도 3(b)의 (113)의 모양을 갖는 파형으로 예시할 수 있고, 40[KA]의 뇌격전류는 도 3(b)의 (114)의 모양을 갖는 파형으로 예시할 수 있는 것이다.

도 4(a)는 전력선로에서 정상전류가 흐르다가 고장이 발생하는 경우에 전력용 변류기 2차 측에서 고장전류를 검출한 파형을 예시한 도 2(b)에서, 6[KA]와 4[KA]의 고장전류 파형의 반파(Half-Wave) 하나를 확대하여 나타낸 예시도이다.

도 2(b)의 예시도에서 사용된 변류기는 보통의 변류기로서 변류비 1,000/5이며 포화점은 대략 2[KA]로 가정한다. 그러므로 도 4(a) 예시도의 포화점은 2[KA]이다. 또 반파(Half-Wave)의 시간은 60Hz 상용주파수의 반파(Half-Wave)이므로, 1초 즉 1,000,000[㎲]를 120으로 나눈 값인 8,333[㎲]가 되는 것이다.

예시도에서 6[KA]와 4[KA]의 고장전류파형(116, 115)이 최대점을 향하여 기립하다가 변류기의 포화점에서 더 이상 올라가지 못하는 파형을 나타내고 있다. 여기서 본 발명은 전류가 zero에서 시작하여 포화점을 향하여 급격하게 상승하는 모양을 나타내는 파형을 포화점까지의 기립전류파형이라고 부르고, 기립전류파형이 zero에서 포화점까지 도달하는데 걸리는 시간을 포화점까지의 기립시간이라고 부르기로 한다. 예시도에서 4[KA]의 고장전류파형(115)이 포화점까지 기립하는데 소요되는 시간 T_b 를 살펴보면, 최대값이 4[KA]이고 포화점이 2[KA]이므로 기하학적으로 분석하면, 그 시간은 대략 반파(Half-Wave)의 1/4정도로 추정할 수 있으므로 2,000[㎲] 내외가 되는 것이다. 그리고 6[KA]의 고장전류파형(116)이 포화점까지 기립하는데 소요되는 시간을 T_a 이라고 하면, T_a, T_b 의 크기의 관계는 T_a＜T_b 로 된다. 따라서 모든 고장전류에서 포화점까지의 기립시간은 해당 고장전류의 크기에 반비례함을 알 수 있다. 그러므로 고장전류의 포화점까지의 기립시간을 측정함으로써, 변류기의 포화로 인하여 나타내지 못하는 실제 고장전류의 크기를 기립시간을 가지고 역산함으로써 추산하여 나타낼 수 있는 것이다. 그리고 고장전류의 크기가 최대 10[KA]가 되든지 또는 최소 3[KA]가 되든지 포화점까지의 기립시간은, 상기 4[KA]의 고장전류를 분석한 예를 참고하여 분석하고 여유율을 부여해도 그 범위는 500[㎲] ~ 2,500[㎲] 가 되는 것이다.

도 4(b)는 20[KA], 30[KA], 40[KA]의 세 가지 뇌격전류가 흐르는 경우에 전력용 변류기 2차 측에서 검출되는 뇌격전류의 파형을 예시한 도 3(b)에서, 20[KA], 30[KA], 40[KA]의 세 가지 뇌격전류가 변류기의 포화점까지의 기립전류파형을 나타낸 예시도이다.

예시도에서 포화점은 도 2(b)의 예시도에서 사용된 변류기와 동일한 변류기로서 2[KA]로 가정한다. 그리고 포화점까지의 기립시간은 우리나라 뇌격전류의 표준파형이 1.2×50[㎲]이고 파두장의 길이가 1.2[㎲]이므로 1.2[㎲]를 초과할 수 없는 것이다. 따라서 t1, t2, t3 의 크기는 뇌격전류 중에서 비교적 작은 편에 속한 뇌격전류의 기립시간이므로, 전체 뇌격전류 기립시간 범위의 개략값 0.5[㎲] ~ 1.2[㎲] 범위에서 1.2[㎲]에 가까운 값이 되는 것이다.

예시도에서 20[KA] 뇌격전류의 포화점까지의 기립전류파형은 (117)이고, 포화점까지의 기립시간은 t₃ 이다. 30[KA] 뇌격전류의 포화점까지의 기립전류파형은 (118)이고, 포화점까지의 기립시간은 t₂ 이다. 40[KA] 뇌격전류의 포화점까지의 기립전류파형은 (119)이고, 포화점까지의 기립시간은 t₁ 이다. t₁, t₂, t₃ 의 크기의 관계는 t₁ ＜ t₂ ＜ t₃ 로 된다. 따라서 뇌격전류의 크기와 포화점까지의 기립시간의 길이는 서로 반비례하는 것이 된다. 상기와 같은 뇌격전류의 크기와 포화점까지의 기립시간의 길이의 반비례관계를 활용하면, 변류기의 포화로 인하여 나타내지 못하는 실제의 뇌격전류 크기를 논리적으로 추산하여 나타낼 수 있는 것이다.

지금까지의 설명에서 고장전류와 뇌격전류가 각각 포화점까지의 기립시간에 차이가 너무 커서, 포화점까지의 기립시간을 분석하면 유입된 극대전류가 고장전류인지 뇌격전류인지 우선적으로 판별할 수 있는 것이다. 즉 상기의 설명에서 고장전류인 경우 포화점까지의 기립시간은 아무리 짧아도 500[㎲] 이상이고, 뇌격전류인 경우에는 포화점까지의 기립시간이 2[㎲]를 초과할 수 없는 것이다. 또 고장전류에서 포화점까지의 기립전류파형을 분석하면, 500[㎲] ~ 2,500[㎲]의 기립시간 범위와 3[KA] ~ 10[KA]의 고장전류 범위를 서로 반비례의 관계로 계산하여 고장전류의 크기를 추산할 수 있으며, 뇌격전류에서 포화점까지의 기립전류파형을 분석하면, 0.5[㎲] ~ 1.2[㎲]의 기립시간 범위와 20[KA] ~ 200[KA]의 뇌격전류 범위를 서로 반비례의 관계로 계산하여 뇌격전류의 크기를 추산할 수 있다. 그리고 상기의 값들은 전자회로의 논리적 계산에 의한 것이므로 디지털데이터로 출력되는 것이다.

상기의 고장전류와 뇌격전류의 판별 그리고 기립시간을 통한 실제 극대전류의 추산은 원격감시제어반(RTU) 내에 별도로 설치된 오차보정장치에서 수행하며, 오차보정장치에서 출력되는 고장전류와 뇌격전류의 판별 그리고 기립시간을 통한 실제 극대전류의 추산값 데이터는 원격감시제어반(RTU)의 디지털입력포트로 입력된다. 그리고 상기 오차보정장치는 순간적인 파형을 캡처할 수 있는 전자회로와, 상기에서의 기립시간에 따른 고장전류와 뇌격전류의 판별, 그리고 기립시간과 실제 극대전류 크기의 반비례관계를 논리적으로 구성하여 실제 극대전류의 크기를 추산할 수 있는 논리연산식이 내장된 중앙연산장치(CPU)와, 원격감시제어반(RTU)으로부터 전원을 공급받아 오차보정장치에 전원을 공급하는 전원장치로 구성된다.

Claims

원방감시제어장치(SCADA)의 원격감시제어반(RTU)이 전력용변류기(CT)를 통하여 극대전류를 검출할 때에 발생하는 전력용변류기의 오차를 보정하는 방법에 있어서,
원격감시제어반(RTU) 내에 오차보정장치를 내장시키는 단계;
변류기 2차 측을 통하여 출력되는 전류를 상기 오차보정장치에 입력하는 단계;
상기 오차보정장치에 입력되는 전류를 전자회로를 통하여 파형을 검출하는 단계;
상기 검출된 파형이 변류기의 포화점까지 도달하는 경우에, 포화점까지의 기립시간이 100[㎲] 이하인 경우는 뇌격전류로 판정하고, 포화점까지의 기립시간이 100[㎲] 이상인 경우는 고장전류로 판정하는 단계;
상기 오차보정장치 내에 구비된 중앙연산장치에서, 상기 포화점까지의 기립시간의 길이에 따라 극대전류의 크기를 산정하는 단계;
상기 원격감시제어반(RTU)의 주전자회로에 상기 오차보정장치에서 산정된 극대전류의 크기, 그리고 고장전류 또는 뇌격전류의 판정결과를 입력시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 원격감시제어반에 입력되는 극대전류를 검출할 때에 발생하는 전력용변류기의 오차를 보정하는 방법