KR200288277Y1

KR200288277Y1 - 디지털 지락 과전압 계전기

Info

Publication number: KR200288277Y1
Application number: KR2020020018786U
Authority: KR
Inventors: 이진락
Original assignee: 이진락
Priority date: 2002-06-18
Filing date: 2002-06-18
Publication date: 2002-09-10
Anticipated expiration: 2012-06-18

Abstract

본 고안은 지락사고에 대해 배전선로를 보호하도록 제작된 디지털 지락 과전압 계전기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 장치 전반에 걸쳐 제어동작을 수행케하는 CPU부와, 각종 기능 및 설정값을 선택 변경할 수 있는 다수의 키로 이루어진 키보드와, 고장전압 검출시 이에 대한 정보를 저장하고 있는 고장검출 정보저장부와, 계전기의 시스템 정보(정정값)를 기억하고 있는 램(RAM)부 및 컴퓨터, 스카다(SCADA) 시스템과의 통신 접속을 하기 위한 통신모듈과, CPU를 전기적으로 연결하되 기기의 동작상태를 숫자나 문자로써 표시하는 디스플레이와, 선택된 기능에 따라 각각의 구동기를 작동되게 전원과 접속하는 기능을 갖는 계전기 출력부와, 입력 신호에 섞여 있는 고조파를 필터링하는 아날로그 필터부와, 연속의 아날로그 신호를 부호화된 디지털로 변환하는 A/D변환부를 CPU에 전기적인 조합으로 연결한 것을 그 구성적 특징으로 한 것으로서, 특히 사고원인 분석을 정확히 파악할 수 있을 뿐만 아니라 통신장치를 통해 동작에 필요한 설정치를 외부에서 읽고 쓸 수 있고 현재의 전압값 및 각종 상태정보 확인이 용이하다.

Description

디지털 지락 과전압 계전기{Digital Ground Overvoltage relay}

본 고안은 지락사고에 대해 배전선로를 보호하도록 제작된 디지털 지락 과전압 계전기에 관한 것으로서, 특히 계전기 내부에 고장기록 장치를 내장하여 최근 고장 Data를 기록함으로서, 사고원인 분석을 정확히 파악할 수 있을 뿐만 아니라 통신장치를 통해 동작에 필요한 설정치를 외부에서 읽고 쓸 수 있고 현재의 전압값 및 각종 상태정보 확인이 용이한 디지털 지락 과전압 계전기에 관한 것이다.

통상 배전선로에 문제가 발생하여 접지(지락)나 단락 사고가 발생하게 될 때, 이를 검지하기 위해서 지락검지기(GROUND DETECTOR)가 접속되어 사용되었다. 이러한 검지기는 고압배전 선로의 1차 지락 사고 검출등에 사용되는 장치로서, 정전형과 전자형의 2종류가 사용되었다. 전자는 고압선로에 접속되는 세 개의 고정전극과 접지된 세 개의 기동전극 사이에서 작용하는 정전력의 불평형에 의해 접지 고장을 검출하는 것이며, 후자는 접지 변압기를 사용하는 것이다. 양자의 경우에, 접지고장을 검출하게 되면 이를 접지(지락)보호 계전기(O.V.G.R S.G.R D.G.R)등에 의하여 차단기를 동작(TRIP)시켜 선로를 개방한다.

이와 같은 종래의 지락검지기에서는 선로에 접지(지락) 또는 단락 사고가 발생하게 될 때, 이를 검출하여 선로를 개방하는 역할만 할 뿐, 이를 표시하거나 사고시 순간적인 최대치 전압을 아는 것은 불가능하였다.

따라서 본 고안은 전술한 사항을 감안하여 창출한 것으로서, 그 목적은 지락사고시 발생하는 영상전압에 동작하며 순시 및 한시동작 기능, 경보 및 트립용으로 사용할 수 있음은 물론이고, 계전기의 이상여부를 상시 감시할 수 있는 기능 등 다기능을 갖춘 디지털 지락 과전압 계전기를 제공함에 있다.

또한, 본 고안의 다른 목적은 계전기 내부에 고장기록 장치를 내장함으로서, 최근 고장 Data를 기록하여 사고원인 분석을 정확히 파악할 수 있을 뿐만 아니라, RS-232, RS-484 통신을 이용하여 동작에 필요한 설정치를 외부에서 읽고 쓸 수 있고 현재의 전압값 및 각종 상태정보 확인이 용이한 디지털 지락 과전압 계전기를제공함에 있다.

도 1은 본 고안 디지털 지락 과전압 계전기의 외관을 나타낸 예시도,

도 2는 본 고안이 적용된 디지털 지락 과전압 계전기의 내부 구성도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

34 : 키입력, 35 : DSP,

47 : 아날로그 입력부, 48 : A/D변환부,

49 : 디지털 입력부(DI), 50 : 디지털 출력부(DO),

34, 51, 52 : 외부표시 및 키입력부, A : 프로그램 메모리부,

B : 통신제어부.

상기 목적을 달성하기 위한 본 고안은 배전선로 고장을 감시, 보호할 수 있는 디지털 지락전압 계전기에 있어서, 장치 전반에 걸쳐 제어동작을 수행케 하는 CPU부와, 각종 기능 및 설정 값을 선택 변경할 수 있는 다수의 키로 이루어진 키보드와, 고장전압 검출시 이에 대한 정보를 저장하고있는 고장검출 정보저장부와, 계전기의 시스템 정보(정정값)를 기억하고 있는 램(RAM)부 및 컴퓨터, 스카다(SCADA)시스템과의 통신 접속을 하기 위한 통신모듈과, CPU를 전기적으로 연결하되, 기기의 동작상태를 숫자나 문자로써 표시하는 디스플레이와, 선택된 기능에 따라 각각의 구동기를 작동되게 전원과 접속하는 기능을 갖는 계전기 출력부 및 입력 신호에 섞여 있는 고조파를 필터링하는 아날로그 필터부와, 연속의 아날로그 신호를 부호화된 디지털로 변환하는 A/D변환부를 CPU에 전기적인 조합으로 연결하여 구성된 특징이 있다.

이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 고안의 바람직한 일 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 고안 디지털 지락 과전압 계전기의 외관을 나타낸 예시도, 도 2는 본 고안이 적용된 디지털 지락 과전압 계전기의 내부 구성도이다.

본 고안 디지털 전압계전기의 외관(1) 구성은 도 1에 도시된 바와 같이, 참조부호 26은 계전기의 각종 정보를 볼 수 있는 대형 디스플레이(Display)이며, 계전기 출력부인 계전기의 POWER, RELAY Fail(10)(13), CPU error(24),순시트립(11), 한시트립(12), DC Power Fail(20), ALARM 발생시 이를 상기 디스플레이와 함께 시각적으로 알려주는 LED가 채용된다.

또한, 계전기의 정정값들을 키신호로서 자유롭게 설정할 수 있는 키보드부(KEY BOARD)로서 MENU(15), UP(18), DOWN(17), SET(19), SEL(16), CPU Reset(25), Target Reset 키(21)(22) 등이 포함되며, 25는 RS-232 통신포트로서 컴퓨터를 연결하여 고장분석 및 계전기 동작치를 정정할 수 있는 기능을 가진 근거리 통신용 포트이다.

한편, 자기 진단 기능은 기기의 각종상태 및 에러를 표시하게 되는데, 수치와 문자로서 디스플레이를 통해 경보가 이루어지며 오동작일 때만 에러표시를 해주고 정상으로 회복하면 자동으로 정상상태로 복귀시킨다. 추가적으로 시스템의 안전성과 신뢰성을 높이기 위하여 상시감시(WATCH DOG) 기능을 갖게 함이 그 동작상 바람직하다.

도 2는 도 1의 내부 구성도를 나타낸 것으로, 참조 부호 48은 아날로그 입력부(AI)로서, 본 계전기의 연산 알고리즘은 전력계통 기본주파수(60Hz)의 정현파를 기본으로 하므로 정현파 이외의 주파수 성분이 입력 파형에 포함되면 연산결과에 오차가 발생하여 정확한 고장 판단이 어렵게 되기 때문에 1차적으로 정현파를 제외한 일부의 주파수를 차단하는 아날로그 필터를 채용한다.

47은 입력되는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 A/D 변환부로서, 본 계전기에서는 16Bit의 A/D 변환부를 사용하고 있으며 A/D변환부 내부의 샘플홀드(SAMPLE HOLD) 회로에서는 아날로그 FILTER에서 출력되는 아날로그 값을일정시간 간격으로 표본 샘플링하여 라인전압을 읽는다.

49는 외부의 접점정보를 입력하는 디지털 입력부(DI)로서, 이 접점정보 입력은 "ON"신호로 활성화되는 접점으로 활성화되었을 때 일정 DC전압이 공급되는데, 이렇게 입력된 신호는 이중화된 디지털 정보로 후술하는 계전기 알고리즘에 공급된다.

50은 디지털 출력부로서 포토커플러에 의해 절연된 6채널로 구성되어 1개의 DO출력은 트립출력용의 30A/24V 여자 릴레이와 나머지 5개의 DO출력은 알람출력, 한시트립경보, 순시트립경보, Relay Fail, Power Fail용의 5A/24V 여자 릴레이로 구성된다.

34, 51, 52는 외부표시 및 키입력부로서, 전술한 도 1에 설명한 바와 같은 구성으로 이루어지되 대용량의 액정판이 채용되어 각종 수치 및 정정값의 판독이 용이한 구조로 설계되어 있으며 KEY 조작은 상단의 Display를 보면서 쉽게 조작할 수 있도록 구비된다.

A는 프로그램 메모리부로서, 고속의 16Bit SRAM(38) 2개를 사용하여 32비트데이터버스로 접속되어 동작하며 데이터가 보존되는 8비트 플래시 메모리(39) 1개를 사용하여 명령코드 데이터나 테이블 데이터 저장용으로 사용한다. 이 플래시 메모리(39)의 데이터는 부트(Boot) 동작 등에 의해 SRAM영역으로 이동된 후 사용된다.

또한, 전원 오프시에도 데이터 백업에 의해 데이터가 보존되는 또 다른 메모리로 고속의 8비트 SRAM(37) 2개를 사용하여 16비트 데이터버스로 접속하여 사용된다.

B는 통신제어부로서, 통신장치로 2채널 타입의 RS-232(44), RS-485(43) 두가지 통신방식을 제어하는 부분으로 RS-485 통신(43)은 네트워크로 SCADA 시스템에서 DNP통신(45)을 하며 수신된 명령에 따라 과전압 사고시와 트립발생시 계전기를 온/오프시키고, 44는 RS-232 통신으로 외부와 원격통신 기능을 구비하여 컴퓨터를 이용한 본 계전기의 정보를 모두 읽어 들이거나 저장할 수 있다. 특히, 본 계전기의 FAULT RECODER 정보를 읽어 들여 본 계전기의 고장분석 프로그램을 이용한 정확한 고장원인규명 및 분석을 가능케 한다.

디지털 연산 처리부(CPU)는 400MHZ 클릭으로 동작하는 32비트 부동소수점 DSP(35)를 중앙처리장치로 가감승제 연산을 행하는 CPU와 그 동작 수순(PROGRAM)을 기억하고 있는 CPU내부에 내장된 롬(ROM), 아날로그 입력부에서의 A/D 변환 데이터와 일시적으로 데이터를 기억하는 램(RAM) 등으로 구성되어 있으며 이들 간을 버스(BUS)라고 부르는 데이터 제어정보 등을 전송하는 선으로 연결된다. 여기서, 입력신호로는 계통전압, 주변회로의 상태신호, 정정치 등을 받아들여 계전기 연산처리를 실행하고 그 결과를 메모리부나 출력부에 출력한다.

미설명된 부호 40은 디코더회로이며, 32는 리얼타임클럭부로서 전원오프시에 도 날짜와 시간을 계산하여 유지하고 있어야 하므로, 램과 동일하게 배터리 백업회로의 백업전원을 사용하는 것이 그 동작상 바람직하다.

상기와 같이 구성된 본 고안의 디지털 지락 과전압 계전기는 여러기능을 갖고 있는데, 그 첫째로 AC의 지락고장시 발생하는 영상전압에 동작하며 특히, 순시및 한시동작 기능을 구비하고 그에따른 경보 및 트립용으로 이용할 수 있다. 여기서 일정 순시 및 한시 동작 정정범위를 갖고 사용자가 각종 키보드 키를 통해 조작할 수 있음은 물론이다.

둘째, 자동 상시 감시기능이 구비되어 계전기의 이상여부를 감시할 수 있으며 감시범위는 CPU, 기억장치(ROM, RAM) 및 정정부, 디지털 신호 입출력부, A/D변환부 이상, 전원회로를 포함한다.

셋째, 외부정보 접점신호의 디지털 입력에 대해서 상태변화를 감시하고, 각종 이벤트(EVENT)에 대해 사용자가 원하는 데이터로 변환 지정되며, 그 이벤트 상태변화시 시간정보를 포함하여 그 해당 데이터를 통신장치로써 전송한다. 그 감시요소는 지락과전압보호(순시/한시), 계전기 Fail 등이 포함된다. 특히 전력설비로부터 취득한 아날로그 신호를 디지털로 변환한 값이 전송되어야 하는데 그 계측요소로는 지락전압 등이다.

넷째, 계전기는 계통고장시 고장기록을 저장하는 기록을 구비하는데, 이때 새로운 고장이 발생하면 가장 오랜된 기록을 지우고 새로운 기록을 저장한다. 여기서 계전기는 고장분석을 위해서 일정횟수 이상의 고장기록을 저장할 수 있어야 하며 각 고장기록의 최소길이는 최소 1초 이상이다. 고장기록은 계전기에 입력되는 모든 아날로그 입력과 디지털 입출력 정보를 포함한다. 계전기의 전원공급이 중단된 경우 고장시 저장된 고장 데이터는 DC공급이 중단된 시점으로부터 최소 일정기일 이상보존되어야 하며 계전기 정정치 등은 영구적으로 변동사항이 발생되지 않는다. 여기서, 고장분석을 위한 소프트웨어는 개인용 컴퓨터나 HMI 장치에 탑재되어고장분석이 가능하며 아날로그 신호의 고조파 분석, 전압, 전류의 크기 및 위상분석(고장전, 후 포함), 계전기 요소 동작시간 분석, 각종 이벤트 기록, 계전기 Fail사항, 고장기록을 Comtrade 파일로 변환하는 기능이 포함된다.

다섯째, HMI 및 원격통신 기능을 갖는데 휴대용 PC를 이용하여 계전기의 상태, 고장데이터 취득, 분석 및 정정 등을 RS-232C와 직접 연결함으로서 사용할 수 있음은 물론이고, RS-485 포트를 통해 계전기간 연결을 통한 인터록 적용 등으로 이용할 수 있다.

이상의 설명은 본 고안의 일 실시예에 불과하며 본 고안의 그 구성요지 범위내에서 얼마든지 변경 및 개조가 가능하다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 고안은 지락사고시 발생하는 영상전압에 동작하며 순시 및 한시동작 기능, 경보 및 트립용으로 사용할 수 있음은 물론이고, 계전기의 이상여부를 상시 감시할 수 있다.

또한, 계전기 자체 자기진단 기능, 검출된 고장 전압을 저장할 수 있는 FAULT RECODER 기능, SCADA 시스템과의 통신기능 및 근거리에서 계전기 내부 시스템을 컴퓨터로 제어 및 고장분석을 실행할 수 있는 RS-232 통신기능, 계전기 자체 TEST 기능을 내장하고 있어 연동시험의 편리성이 있으며 계전기 제어용 전원이 일시적으로 차단되더라도 계전기는 정정값 및 현재시간을 기억하고 있다가 전원이 정상화되면 사람의 조작 없이도 정전이 일어나기 전의 보호임무를 계속하여 수행할 수 있다.

특히, HMI (Human Machine Interface) 기능의 도입으로 종래 기술에 비해 사용자의 편의가 가일층 향상되었으며 디지털 신호처리 기술을 통해 기존의 계전기보다 훨씬 더 정확한 계측 및 보호임무의 신뢰성이 향상된 효과가 있다.

Claims

지락고장시 발생하는 영상전압에 동작하며 그에따른 경보 및 트립용으로 이할 수 있도록 구비된 디지털 지락 전압 계전기에 있어서, 1차적으로 정현파를 제외한 일부의 주파수를 차단하는 아날로그 필터를 채용하며, 입력되는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 A/D 변환부, 이 A/D변환부 내부의 샘플홀드 회로에서 아날로그 FILTER로부터 출력되는 아날로그 값을 일정시간 간격으로 표본 샘플링하여 라인전압을 읽는 아날로그 입력부(AI) 및 A/D변환부(47)(48)와,

접점정보 입력 "ON"신호로 활성화되는 접점으로 활성화되었을 때 일정 DC전압이 공급되어 접점정보를 입력하는 디지털 입력부(49)와,

포토커플러에 의해 절연된 6채널로 구성되어 1개의 DO출력은 트립출력용의 30A/24V 여자 릴레이와 나머지 5개의 DO출력은 알람출력, 한시트립경보, 순시트립경보, Relay Fail, Power Fail용의 5A/24V 여자 릴레이로 구성된 디지털 출력부(50)와,

대용량의 액정판이 채용되어 각종 수치 및 정정값의 판독이 용이한 구조로 설계되며 KEY 조작은 상단의 Display를 보면서 쉽게 조작할 수 있도록 구비된 외부표시 및 키입력부(34,51,52)와,

상기 입력부를 통한 그 동작 수순을 기억하고 있는 CPU 내부에 내장된 롬(ROM), 아날로그 입력부에서의 A/D 변환 데이터와 일시적으로 데이터를 기억하는 램(RAM) 등으로 구성되어 입력신호로 계통전압, 주변회로의 상태신호, 정정치 등을받아들여 계전기 연산처리를 실행하고 그 결과를 메모리부나 출력부에 출력하는 CPU(35)와,

고속의 16Bit SRAM 2개를 사용하여 32비트 데이터버스로 접속되어 동작하며 데이터가 보존되는 8비트 플래시 메모리 1개를 사용하여 명령코드 데이터나 테이블데이터 저장용으로 사용하는 한편, 전원 오프시에도 데이터 백업에 의해 데이터가 보존되는 또 다른 메모리를 갖춘 프로그램 메모리부(A)와,

RS-485 통신은 네트워크로 SCADA 시스템에서 DNP통신을 하며 수신된 명령에 따라 과전압 사고시와 트립발생시 계전기를 온/오프시키고, RS-232 통신으로 외부와 원격통신 기능을 구비하여 컴퓨터를 이용한 계전기의 정보를 모두 읽어 들이거나 저장할 수 있는 통신제어부(B)로 구성된 것을 특징으로 한 디지털 지락 과전압 계전기.