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KR102006591B1 - 1차전류 크기에 무관한 변류기 2차측 개방 여부 검출 방법 및 장치 - Google Patents

1차전류 크기에 무관한 변류기 2차측 개방 여부 검출 방법 및 장치 Download PDF

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KR102006591B1
KR102006591B1 KR1020190027207A KR20190027207A KR102006591B1 KR 102006591 B1 KR102006591 B1 KR 102006591B1 KR 1020190027207 A KR1020190027207 A KR 1020190027207A KR 20190027207 A KR20190027207 A KR 20190027207A KR 102006591 B1 KR102006591 B1 KR 102006591B1
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current
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최정환
전정표
정원찬
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주식회사 알비테크
장성일
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Abstract

본 발명은 계기용 변류기의 2차측 개방 여부를 검출하는 방법으로서, 계기용 변류기의 2차측 전압와 전류를 동시에 측정하는 단계: 상기 계기용 변류기의 2차측 전류가 측정되지 않고 2차측 전압이 설정된 전압 이상으로 측정되는 경우 계기용 변류기의 2차측이 개방되어 있다고 판단하는 단계:를 포함하는 것을 특징으로 하는 계기용 변류기의 개방 여부를 검출하고, 또한 상기 계기용 변류기의 2차측 전류는 관통 분할형 변류기로 측정하는 것을 특징으로 하는 계기용 변류기의 개방 여부를 검출함으로써, 변류기 개방 판단 전압을 30V 아래로 낮출 수 있으며, 전압 유지 시간을 기존 보호계전기의 설정치와 관계 없이 없앨 수 있으면서도, 정확하게 변류기 2차측 개방 여부를 검출하고 방지할 수 있으며, 1차전류와 관계없이 상시 개방상태 검출이 가능하다.

Description

1차전류 크기에 무관한 변류기 2차측 개방 여부 검출 방법 및 장치{Current Transformer secondary open detection method and apparatus independent of primary current magnitude}
본 발명은 계기용 변류기의 2차측이 개방되어 있는지 여부를 검출하는 방법 및 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 변류기의 1차전류 크기에 관계 없이 2차측의 전압과 전류를 동시에 측정하여 변류기의 2차측이 개방되어 있는지 여부를 검출하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.
계기용 변류기(Current Transformer, CT)는 큰 전류로부터 그것에 비례하는 작은 전류를 얻는 장치로서, 크게 계측용, 계전기용, 전력 계량용 등으로 구분된다.
계측용은 정밀도가 1% 내외이고 계통 및 부하전류 크기 측정을 위하여 사용된다. 계전기용은 정밀도가 5% 내외이고 계통 사고시 발생하는 대전류 측정을 통한 보호설비 기동용으로 사용된다. 전력 계량용은 전기 요금 과금을 위하여 전력 사용량 계량에 사용되는 것으로서 정밀도가 0.5% 내외로서 가장 정밀하며, 운전 안전성을 항상 보장하는 것이 요구된다.
이런 변류기는 철심에 권선수가 적은 1차코일과 권선수가 많은 2차코일을 감아 구성되며, 변류기의 1차와 2차 전류비는 각각 코일 권선수에 반비례한다. 1차전류는 수십 A에서 수천 A까지 여러 가지가 있으며, 2차전류의 정격값은 대부분이 5A이다. 그리고 2차코일에 전력량계, 계전기 등이 연결 설치되어 사용된다.
도 1a는 정상 사용 상태에서의 변류기 등가회로이다.
변류기 2차측(k, l 단자)에 전력량계 혹은 보호 릴레이가 연결된 정상 사용 상태에서, 1차전류(IS)는 대부분 2차전류(부하전류, IL)로 변환된다. 그리고 변류기의 2차측 유기전압(VS)은 변류기 내 여자전류(IM)의 크기와 비례하여 증가하는 특성을 가지고 있는데, 여자전류(IM, IM=IS-IL)가 상대적으로 낮게 흐름에 따라 유기전압(VS)도 낮게 결정된다.
도 1b는 도 1a와 달리 개방상태에 있는 변류기의 등가회로이다.
변류기 개방(Open)이란 단자 접속 불량, 선로 노후화에 따른 단선 등의 사유로 변류기 2차측에 회로가 끊어진 상태를 의미한다.
변류기 2차측 회로가 개방되는 경우 변류기 2차측 단자부에 매우 높은 부하전압(VB)이 발생되게 되며, 이는 변류기의 소손 및 절연파괴에 의한 피해를 유발할 수 있다. 즉 변류기 2차측이 개방되면 철심이 자기포화로 과열되고 권선수가 많은 2차권선에는 이 포화자속으로 인해 상당한 고전압이 유기되어 감전과 아크, 절연파괴 등으로 인한 화재 위험을 초래하는 등 상당히 위험한 상황이 발생하게 된다. 이런 변류기 소손은 변류기 자체에만 한정되는 것이 아니라, 전력량 계측 오류 또는 불능에 따라 전력사용량 오계량 및 전기요금 과금 손실이 발생하고, 대규모 정전사고도 유발하게 된다.
따라서 변류기의 2차측 단자가 개방(Open)되는 것은 매우 위험하므로, 변류기의 2차측이 개방되었을 때 이를 즉시 감지할 필요가 있다.
도 2에 종래 사용되던 변류기 2차측 개방 검출 장치가 도시되어 있다.
이런 종래 장치들은 모두 변류기 개방시 수반되는 전압 상승 현상을 이용하여 개방 상태를 파악하는 방식을 취하고 있다. 변류기 2차측에 설치된 전압검출회로를 통해 전압을 검출하고 이상 전압이 발생하는 경우 개방 상태로 파악하는 것이다.
그런데 전압측정에 기초하는 이런 방식은, 변류기가 개방상태가 아님에도 개방상태로 오인하거나, 개방이 발생하였음에도 인지하지 못하는 등 개방검출에 대한 신뢰도 부분에서 상당히 문제점이 있었다. 또한 1차 전류의 크기에 따라 개방상태 검출 오작동이 발생하거나, 적절한 동작지연 시간 미설정 또는 변경시 오작동이 발생하는 등의 문제점도 있었다.
즉 전압 측정 방식의 경우, 변류기 개방 전압은 변류기의 종류, 크기 및 제작 사양에 따라 큰 차이를 보여 개방 기준 전압 선정이 쉽지 않고, 때로는 고전류(대전류)인가 혹은 돌입전류 등으로 변류기 2차단자의 전압 상승 현상이 발생하는 경우 개방이 아님에도 개방상태로 오인하여 작동할 수 있었다. 더욱이 1차전류가 낮은 경우 변류기가 개방되어도 높은 전압이 유기되지 아니하여 개방상태를 감지할 수 없는 원천적인 문제점이 존재하였다.
아울러 이런 종래 장치가 반영되어 있는 특허로는 등록특허공보 제10-1772196호가 있다. 이런 특허 역시 변류기 개방시 발생하는 전압상승 현상을 이용하여 개방상태를 판단하는 방식을 취하고 있는데, 구체적으로 변류기(1) 2차측 단자로부터 출력되는 전압을 측정한 후, 이를 기반으로 환산하여 환산된 전압값이 설정된 전압보다 높거나 같을 경우 변류기(1)의 2차측 단자가 개방되었다고 판단하고 있다.
(선행기술 001) 등록특허공보 제10-1772196호
이처럼 종래 장치와 특허들은 모두 변류기 2차 개방시 2차 단자에 큰 전압이 유기되는 점에만 기초하여, 비정상적인 큰 전압이 유기되면 개방으로 판단하였던 것이다.
한편 이런 종래 장치와 특허들은 변류기 2차측 개방 여부를 판단함에 있어서, 2차측 전압 크기 이외에, 그 전압의 지속시간이 어느 정도인지도 같이 고려하였다. 계통 고장 시 큰 전류가 변류기에 흐르면 큰 전압이 유기되고 계전기가 동작할 때까지 변류기의 2차측에 큰 전압이 유기되므로, 변류기 2차 개방을 단지 전압의 크기만을 기준으로 판단하면 오판을 할 수 있기 때문이다.
그래서 큰 전압이 설정된 시간으로서 수초 동안 지속되면 변류기 2차측 개방으로 판단하였으며, 이런 변류기 2차 개방 판단 전압의 크기와 지속 시간은 변류기의 종류와 보호 계전 알고리즘에 따라 달라졌다.
변류기의 정격전압은 정격부담에 의해 결정되는데, 정격부담이 15VA이면, 변류기 2차전류의 정격이 5A이면 3V가 정격전압이 된다. 그리고 전압의 크기가 정격전압의 수배 이상으로 상승하고 이 전압이 수초 동안 유지되는 경우 개방으로 판단하였다. 이런 종래 동작 전압으로는 AC 30V, 60V, 90V, 120V가 있었으며, 이 전압이 1초에서 8초동안 유지되면 개방으로 판단을 하였다.
즉 정격전압에서 대략 10배에서 40배 정도 이상으로 설정된 시간 동안 증가했을 경우 개방으로 판단하였는데, 다만 전압을 30V 이하로 작게 하면 변류기 정상 동작시 2차전압이 증가하여 오동작을 하게 되므로 30V 이하로 낮추는 것은 가능하지 아니하였다.
이에 변류기 개방이 발생했는데도 불구하고, 변류기 1차전류가 작아 변류기 2차전압이 개방 판단 전압인 30V보다 작은 경우 개방을 판단하지 못하였고, 이런 경우 변류기 개방으로 인해 변류기가 손상되거나 보호계전기 또는 제어기 등이 제대로 동작하지 못하게 되었다. 또한 기존 보호계전기의 설정치들이 달라지는 경우, 보호협조를 위해 변류기 개방 방지 장치의 전압 및 지속시간의 설정치를 변경하여야 하는데, 그렇지 않은 경우 오동작이 발생하는 경우도 있었다.
본 발명은 상술한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자 하는 것에서 시작하여, 변류기 개방 판단 전압을 30V 아래로 낮출 수 있으며, 전압 유지 시간을 기존 보호계전기의 설정치와 관계 없이 없앨 수 있으면서도, 정확하게 변류기 2차측 개방 여부를 검출하고 방지할 수 있도록 한 것이다.
또한 변류기가 개방되는 경우 1차전류가 있더라도 변류기의 2차전류는 측정되지 않는 특성을 가지는데, 변류기 2차전류를 측정하고 2차전류가 흐르지 않는 조건에서 변류기 2차전압이 설정된 전압 이상으로 증가하면 개방으로 판단함으로써,1차전류와 관계없이 상시 개방상태 검출이 가능하고, 별도의 기준전압 및 동작 지연시간 설정 없이 정밀 보호 가능하도록 한 것이다.
상기 과제를 해결하고자 본 발명은, 계기용 변류기의 2차측 개방 여부를 검출하는 방법으로서, 계기용 변류기의 2차측과 보호계전기 또는 메타 사이의 전압와 전류를 하나의 전압계와 하나의 전류계를 이용하여 동시에 측정하는 단계: 상기 측정하는 단계에서 전류가 측정되지 않고 전압이 설정된 전압 이상으로 측정되는 경우 계기용 변류기의 2차측이 개방되어 있다고 판단하는 단계:를 포함하는 것을 특징으로 하는 계기용 변류기의 2차측 개방 여부를 검출하는 방법을 제공한다.
여기서 상기 계기용 변류기의 2차측 전류는 관통 분할형 변류기를 이용하여 측정할 수도 있다.
아울러 본 발명은 계기용 변류기의 2차측과 보호계전기 또는 메타 사이의 전압을 측정하는 하나의 전압 측정부; 계기용 변류기의 2차측과 보호계전기 또는 메타 사이의 전류를 측정하는 하나의 전류 측정부; 계기용 변류기의 2차측 단자를 개방하거나 단락할 수 있으며, 계기용 변류기가 정상적으로 작동하고 있는 상태에서 개방되어 있는 단락 회로부; 상기 전류 측정부에서 전류가 측정되지 않고, 이와 동시에 전압 측정부에서 측정된 전압이 미리 설정된 전압 이상인 경우 계기용 변류기의 2차측이 개방되었다고 판단하고 변류기 2차측 단락 회로부를 단락시켜 계기용 변류기의 2차측 개방으로 인한 계기용 변류기의 파손을 방지할 수 있도록 제어하는 제어부:를 포함하는 것을 특징으로 하는 계기용 변류기의 2차측 개방 여부 검출 및 방지 장치를 제공한다.
이를 통해 본 발명은 변류기 개방 판단 전압을 종래 사용하던 30V 이하로 낮출 수 있으며, 전압 유지 시간을 별도로 설정할 필요가 없다. 또한 1차전류에 무관하게 변류기 개방 여부를 판단함으로써, 1차전류에 따라 개방 상태를 오인할 가능성을 제거할 수 있다.
결국 변류기 개방 검출 장치의 신뢰도를 향상시키고, 변류기 및 전력 설비에 대한 운전 안전성을 향상시킬 수 있다. 아울러 종래 개방 전압 및 동작지연 시간 설정을 위한 모듈이 필요 없어져 전체적으로 시스템이 단순화되는 장점도 있다.
도 1a는 변류기가 정상 사용 상태에 있는 경우 등가회로이다.
도 1b는 변류기가 개방 상태에 있는 경우 등가회로이다.
도 2는 종래 변류기 개방 상태 방지 장치의 등가회로이다.
도 3은 본 발명에 따른 변류기 개방 검출 및 방지 장치의 등가회로이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명한다. 이런 실시예들은 통상의 기술자에게 본 발명을 쉽게 설명하기 위한 것이며, 본 발명이 이런 실시예들에 한정되지는 않는다.　본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정 실시예를 설명하기 위해 사용되었으며, “포함하다” 또는 “가지다” 등의 용어는 구성 등이 존재한다는 것을 의미하고, “연결”은 전기적으로 연결되는 것을 의미한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 변류기 개방 검출 및 방지 장치에 대한 등가회로도이다.
본 발명은 계기용 변류기의 2차측 개방 여부를 검출하는 방법으로서, 계기용 변류기의 2차측 전압와 전류를 동시에 측정하는 단계, 상기 계기용 변류기의 2차측 전류가 측정되지 않고 2차측 전압이 설정된 전압 이상으로 측정되는 경우 계기용 변류기의 2차측이 개방되어 있다고 판단하는 단계를 포함한다.
구체적으로 본 발명은 전류 측정부(300)에서 변류기 2차측의 전류를 측정하고, 동시에 전압 측정부(200)에서 변류기 2차측의 전압을 측정하여, 이를 제어부(500)로 보내고 제어부(500)에서 이렇게 동시에 측정된 변류기 2차측의 전류와 전압을 기초로 변류기 2차측이 개방되어 있는지를 판단한다.
변류기 2차측이 정상 상태에 있는 경우, 전류 측정부(300)와 전압 측정부(200)에서는 전류와 전압이 측정된다. 다만 개방이 되어 전류 측정부(300)에서 전류는 측정되지 않고, 전압 측정부(200)에서 전압이 정격전압 이상으로서 설정된 전압보다 높게 측정되는 경우, 변류기 2차측이 단선 되는 등 개방되어 있는 것으로 판단한다.
이와 같은 판단의 배경에 대하여 설명하면, 단자 접속 불량, 선로 노후화에 따른 단선 등의 사유로 변류기 2차측에 회로가 끊어져 개방되는 경우 2차전류는 흐르지 못하게 되고(IL=0), 1차전류(IS)는 모두 여자 전류(IM,IM=IS)로 작용하게 된다(도 1b에 도시). 이런 경우 여자전류(IM)와 유기전압(VS)의 관계에 따라 높은 유기전압(VS)이 발생하여, 결국 변류기 2차측 단자부에 매우 높은 부하전압(VB)이 발생되게 된다. 이와 같이 전류는 측정되지 않고 측정된 전압이 설정된 일정 전압 이상으로 증가하는 경우 변류기 2차 단자가 개방되었다고 판단하게 되는 것이다.
이렇게 함으로써 변류기 개방 판단 전압을, 예를 들어 정격전압의 3배인 9V 또는 5배 정도인 15V 등으로 설정함으로써 종래 결코 할 수 없었던 30V 아래로 낮출 수 있으며, 전압 유지 시간을 기존 보호계전기의 설정치와 관계 없이 없앨 수 있으면서도 정확하게 변류기 2차측 개방 여부를 검출할 수 있는 것이다.
이와 같이 변류기의 2차측 개방을 판단하는 전압의 크기를 작게 할 수 있으며, 또한 변류기가 개방되는 경우 1차전류가 있더라도 변류기의 2차전류는 측정되지 않는 특성이 있으므로, 이를 이용하여 1차전류의 크기와 관계없이 상시 개방 상태 검출이 가능하고, 별도의 기준 전압 및 동작 지연 시간 설정없이 정밀 보호가 가능하다.
아울러 이와 같이 변류기 2차측이 개방된 것으로 판단되는 경우, 제어부(500)에서 단락 회로부(400)에 관련 신호를 보내고, 단락 회로부(400)를 단락시킴으로써 변류기 2차단자를 단락(Short)시켜 변류기 개방으로 인한 소손을 방지할 수 있다.
한편 본 발명은 이미 기존에 설치되어 있는 변류기에도 분해 또는 해체 등의 작업 없이 활선 상태에서 그대로 적용될 수 있다. 기존 변류기는 전압 측정을 통해 2차측 개방 여부를 검출하였으므로, 이에 전압 측정기가 설치되어 있다. 여기에 활선 상태를 그대로 유지하면서 변류기 2차측에 관통 분할형 변류기를 이용하여 전류를 검출함으로써 적용될 수 있는 것이다.
관통 분할형 변류기는 중앙에 전선이 통과하는 관통공이 형성되어 있고 상하부가 서로 분할되어 있는데, 분할시킨 상태에서 2차측 전선이 관통공에 위치하도록 하고, 그 이후 분할된 변류기를 조립함으로써 활선 상태에서 계기용 변류기의 2차측 전선에 쉽게 장착하여 전류를 측정하는 것이다. 아울러 필요한 경우 그 탈착 역시 쉽게 할 수 있다.
이러한 구성으로 이루어진 본 발명에 따른 변류기 2차측 개방 검출 및 방지 장치는 변류기의 2차측 전압과 전류를 같이 검출하고, 전류가 측정되지 않고 전압이 설정된 전압레벨을 초과하였을 때 변류기의 2차측 단자가 개방되었다고 판단하고, 그 이후 변류기의 2차측 단자를 단락시킴으로써 변류기 사고를 방지할 수 있다. 그와 동시에 개방 사실을 중앙 관제소 등에 유선 또는 무선 통신을 이용하여 전송하여 신속한 조치가 이루어질 수 있도록 한다.
이상에서는 본 발명을 설명하였으나, 본 발명은 개시된 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 한정되지 않으며 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 이내에서 통상의 기술자에 의하여 다양하게 변형될 수 있다. 또한 본 발명의 실시예에서 설명한 기술적 사상은, 각각 독립적으로 실시될 수도 있고, 둘 이상이 서로 조합되어 실시될 수도 있다.
100 : 계기용 변류기 200 : 전압 측정부
300 : 전류 측정부 400 : 단락 회로부
500 : 제어부

Claims (3)

  1. 계기용 변류기의 2차측 개방 여부를 검출하는 방법으로서,
    계기용 변류기의 2차측과 보호계전기 또는 메타 사이의 전압와 전류를 하나의 전압계와 하나의 전류계를 이용하여 동시에 측정하는 단계:
    상기 측정하는 단계에서 전류가 측정되지 않고 전압이 설정된 전압 이상으로 측정되는 경우 계기용 변류기의 2차측이 개방되어 있다고 판단하는 단계:를 포함하는 것을 특징으로 하는 계기용 변류기의 2차측 개방 여부를 검출하는 방법
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 계기용 변류기의 2차측과 보호계전기 또는 메타 사이의 전류는 관통 분할형 변류기를 이용하여 측정하는 것을 특징으로 하는 계기용 변류기의 2차측 개방 여부를 검출하는 방법
  3. 계기용 변류기(100)의 2차측과 보호계전기 또는 메타 사이의 전압을 측정하는 하나의 전압 측정부(200);
    계기용 변류기(100)의 2차측과 보호계전기 또는 메타 사이의 전류를 측정하는 하나의 전류 측정부(300);
    계기용 변류기(100)의 2차측 단자를 개방하거나 단락할 수 있으며, 계기용 변류기(100)가 정상적으로 작동하고 있는 상태에서 개방되어 있는 단락 회로부(400);
    상기 전류 측정부(300)에서 전류가 측정되지 않고, 이와 동시에 전압 측정부(200)에서 측정된 전압이 미리 설정된 전압 이상인 경우 계기용 변류기의 2차측이 개방되었다고 판단하고 변류기 2차측 단락 회로부(400)를 단락시켜 계기용 변류기(100)의 2차측 개방으로 인한 계기용 변류기(100)의 파손을 방지할 수 있도록 제어하는 제어부(500):를 포함하는 것을 특징으로 하는 계기용 변류기의 2차측 개방 여부 검출 및 방지 장치
KR1020190027207A 2019-03-08 2019-03-08 1차전류 크기에 무관한 변류기 2차측 개방 여부 검출 방법 및 장치 Active KR102006591B1 (ko)

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