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KR100883777B1 - 배전자동화시스템에서 단말장치의 고장표시 생성방법 - Google Patents

배전자동화시스템에서 단말장치의 고장표시 생성방법 Download PDF

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KR100883777B1
KR100883777B1 KR1020070008472A KR20070008472A KR100883777B1 KR 100883777 B1 KR100883777 B1 KR 100883777B1 KR 1020070008472 A KR1020070008472 A KR 1020070008472A KR 20070008472 A KR20070008472 A KR 20070008472A KR 100883777 B1 KR100883777 B1 KR 100883777B1
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South Korea
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fault
phase
current
terminal device
terminal
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최면송
임성일
이승재
Original Assignee
명지대학교 산학협력단
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Publication date
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Priority to US12/019,762 priority patent/US20080211511A1/en
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Abstract

본 발명은 배전자동화시스템에서 단말장치의 고장표시 생성방법에 관한 것으로, 선로에 각 구간에 설치되어 선로의 전압, 전류 및 위상차를 측정하는 단말장치, 고장회선 검출장치 및 고장 여부를 확인하여 상기 단말장치의 동작을 제어하는 중앙제어장치를 포함하는 배전시스템에서의 고장구간 검출방법에 있어서, 단말장치에서 위상을 측정하는 위상측정단계, 영상전류의 위상을 비교하는 위상비교단계 및 고장전류의 방향을 계산하고, 고장전류의 방향을 통하여 고장표시 정보를 생성하는 단계가 포함된다.
본 발명에 따른 배전자동화시스템에서 단말장치의 고장표시 생성방법에 의하면, 기존의 영상전류의 크기와 지속시간 조건만으로 고장표시기 정보를 생성하는 원리에 추가로 영상전압의 위상과 영상전류의 위상을 구하여, 영상전압의 위상을 기준으로 영상전류의 위상을 비교하여 일정 조건을 만족할 때만 고장표시 정보를 생성하도록 하였다.
배전자동화, 단말장치, 고장표시, 지락

Description

배전자동화시스템에서 단말장치의 고장표시 생성방법{Method for Disorder Display of Terminal Unit in Power Distribution Automation System}
도 1은 본 발명에 이용되는 고장표시 정보로부터 고장 구간을 결정하는 예시를 나타낸 블록도,
도 2는 본 발명에 이용되는 배전계통 사고 시의 등가회로를 나타낸 블록도,
도 3은 본 발명에 이용되는 배전계통 지락사고 시의 등가영상회로를 나타낸 블록도,
도 4는 고장점 상단에서 측정한 변수를 나타낸 벡터도,
도 5는 고장점 하단에서 측정한 변수를 나타낸 벡터도,
도 6은 본 발명에 이용되는 전동기 부하를 가진 배전계통 사고 시의 등가회로를 나타낸 블록도,
도 7은 본 발명에 이용되는 전동기 부하를 가진 배전계통 사고 시의 등가정상회로를 나타낸 블록도,
도 8은 전동기 부하를 가진 정상회로의 변수를 나타낸 벡터도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10: 고장회선 검출장치 11: 제1 단말장치
12: 제2 단말장치 13: 제3 단말장치
14: 제4 단말장치 15: 중앙제어장치
본 발명은 배전자동화시스템에서 단말장치의 고장표시 생성방법에 관한 것으로, 상세하게는 영상전압의 위상과 영상전류의 위상을 구하여 일정 조건을 만족하면 고장표시 정보를 생성하는 배전자동화시스템에서 단말장치의 고장표시 생성방법에 관한 것이다.
일반적으로 배전계통에 있어서, 비접지 방식은 선로의 길이가 짧고 전압이 낮은 계통에 사용되는데, 이러한 선로에서는 대지 정전 용량이 작기 때문에 충전 전류도 크지 않다. 비접지 계통의 선로에 1선 지락 고장이 발생하면 건전상의 대지 정전용량에 의한 고장 전류가 고장점으로 유입되지만, 그 크기가 매우 작아서 전력 공급을 계속할 수 있다. 또한, 주요 변압기가 Δ-Δ로 결선되어 있으므로 변압기의 고장 또는 점검 수리 작업시 Ｖ결선으로 전환해서 송전을 계속할 수 있다는 장점이 있다.
그러나, 비접지 계통이 확대되면 정전용량이 증가하게 되고 1선 지락 고장이 나면 충전 전류에 의한 간헐 아크 지락을 일으켜서 이상 전압이 발생하게 된다. 또 한, 1선 지락 고장이 나면 고장 전류가 수 암페어 이하이므로 고장감지의 어려움이 있어 지락 보호 계전기의 확실한 동작을 기대하기 어렵다. 그리고 보호 실패시 고장 범위의 확대와 단락 고장으로 발전될 가능성이 있다.
만약, 배선계통에 고장이 발생하는 경우, 손쉽고 자동으로 고장의 종류와 위치를 판별하는 장치가 없다면 배전 계통 관리자는 고장점을 찾아내기 위하여 광범위한 송/배전 선로 구간을 육안으로 확인하여야 한다. 이러한 작업은 많은 인력과 정전비용이 요구된다. 따라서, 고장 종류 판정과 고장점의 검출에 대한 연구는 현실적으로 그 필요성이 높다.
국내 배전자동화시스템은 전력계통 운영기술과 IT 기술을 이용하여 원거리에 산재해 있는 배전선로용 자동화 개폐기(FRTU : Feeder Remote Terminal Unit)의 정보를 이용하여 배전사령실에서 원격으로 배전계통을 감시제어하고, 고장 구간 자동인식 및 전압, 전류, 파형 등의 선로 운전 정보를 자동으로 수집하는 시스템으로서 배전계통을 효율적으로 운영할 수 있는 종합제어 시스템이다.
배전자동화시스템 각 단말장치는 배전자동화시스템 중앙장치로 정상시에는 배전계통의 상태정보를 주기적으로 전송하며, 배전계통의 사고시에는 고장관련 이상 정보를 전송한다.
배전계통에서 전력설비에 고장이 생겼을 경우, 전원으로부터 고장지점으로 큰 고장전류가 흐른다. 배전계통은 방사상으로 연결되어 있으므로 고장난 설비의 상단에서 보호기기가 고장전류를 검출하고 차단기에 지령을 내려 고장을 제거한다.
이러한 고장제거 동작 이후에는 동작한 차단기 이후의 배전계통에 광역정전 이 발생하는데, 배전자동화시스템은 가능한 빨리 고장구간을 제외한 나머지 정전구간을 복구하여야 한다.
우선은 고장이 나면 고장구간을 파악하기 위하여 배전계통의 각 단말장치로부터 올라오는 고장표시 정보를 분석하여 배전자동화시스템 중앙장치가 고장구간을 정확하게 판단하고, 판단된 고장구간을 제외한 나머지 정전구간의 부하는 다른 건전한 피더로 절체하도록 각 단말장치에 복구에 필요한 명령을 전송하여 정전구간을 복구하여야 한다. 배전자동화 단말장치는 변전소 전원을 기준으로 단말장치 설치점의 하위단에서 고장이 발생하면 고장전류를 감지하여 고장전류의 흐름이 일정시간 동안 지속되면 고장표시 정보를 생성하고, 중앙장치로 고장표시 정보를 전송하여 중앙장치가 고장구간을 파악할 수 있게 한다.
배전계통 단말장치는 사고 시에 전원단에서 고장지점으로 흐르는 고장전류를 고장점의 상단에서는 경험하는데 반하여 고장점의 하단에서는 경험하지 못한다는 가정 하에 미리 설정된 최소동작전류(Minimum Pick Up) 값 이상의 전류가 일정시간 이상 지속적으로 흐르면 고장이 발생하였다고 판단하여 고장표시기 정보를 생성한다.
그러나, 지락사고의 경우 고장구간 상위구간의 단말장치는 고장전류를 경험하여, 정확하게 고장표시기 정보를 생성하는데 반하여, 부하단에서 공급되는 고장전류의 영상분이 있기 때문에 고장구간 하위의 단말장치에서도 잘못된 고장표시 정보를 생성하는 문제점이 있다.
또한, 부하단에 큰 전동기가 있다면 정상 시에는 부하로 작용하다가 선로에 서 고장이 일어났을 때 전동기가 관성에 의하여 계속 회전하여 발전기 작용을 하게 되어 부하단에서 고장점으로 고장전류를 공급할 경우가 있다. 그리고, 부하단에 분산전원이 존재하는 경우에도 마찬가지로 사고 시에 분산전원에서 고장점으로 고장전류를 공급할 경우가 있다. 이 경우에도 고장점 하단의 단말장치가 전동기 부하단에서 공급되는 큰 고장전류로 인하여 단말장치 설치점 하단에 사고가 있다고 잘못 판단하기 때문에 잘못된 고장표시 정보를 생성하는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 영상전압의 위상과 영상전류의 위상을 비교하여 일정한 조건을 만족할 때 고장표시를 생성하는 배전자동화시스템에서 단말장치의 고장표시 생성방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 측정하는 전류의 방향이 전원단에서 부하단의 방향일 때, 정상전압의 위상과 정상전류의 위상을 구하여, 정상전압의 위상을 기준으로 정상전류의 위상차를 비교하여 일정 조건을 만족할 때 고장표시를 생성하는 배전자동화시스템에서 단말장치의 고장표시 생성방법을 제공하는 것이다.
본 발명은 상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위해, 선로에 각 구간에 설치되어 선로의 전압, 전류 및 위상차를 측정하는 다수의 단말장치, 선로의 고장여부를 검출하는 고장회선 검출장치 및 상기 단말장치와 상기 고장회선 검출장치로부터 고장 여부를 확인하여 상기 단말장치의 동작을 제어하는 중앙제어장치를 포함하는 배전시스템에서의 고장구간 검출방법에 있어서, 상기 단말장치에서 영상전압의 위상과 영상전류의 위상을 측정하는 위상측정단계, 상기 위상측정단계에서 측정된 상기 영상전압의 위상을 기준으로 상기 영상전류의 위상을 비교하는 위상비교단계 및 상기 위상비교단계를 거친 후 고장전류의 방향을 계산하고, 상기 계산된 상기 고장전류의 방향을 통하여 고장표시 정보를 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 배전자동화시스템에서 단말장치의 고장표시 생성방법을 제공한다.
상기 위상비교단계에서 전류측정 방향을 전원단 방향에서 부하단 방향쪽으로 할 때, 상기 영상전류의 위상이 2사분면의 허수축 부근에 위치하면 고장표시 정보가 생성되는 것이 바람직하다.
그리고, 본 발명은 상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위해, 선로에 각 구간에 설치되어 선로의 전압, 전류 및 위상차를 측정하는 다수의 단말장치, 선로의 고장여부를 검출하는 고장회선 검출장치, 상기 단말장치와 상기 고장회선 검출장치로부터 고장 여부를 확인하여 상기 단말장치의 동작을 제어하는 중앙제어장치 및 부하단에 전동기를 포함하는 배전시스템에서의 고장구간 검출방법에 있어서, 상기 단말장치에서 정상전압의 위상과 정상전류의 위상을 측정하는 위상측정단계, 상기 위상측정단계에서 측정된 상기 정상전압의 위상을 기준으로 상기 정상전류의 위상을 비교하는 위상비교단계 및 상기 위상비교단계를 거친 후 고장전류의 방향을 계산하고, 상기 계산된 상기 고장전류의 방향을 통하여 고장표시 정보를 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 배전자동화시스템에서 단말장치의 고장표시 생성방법 제공한다.
상기 위상비교단계에서 전류측정 방향을 전원단 방향에서 부하단 방향쪽으로 할 때, 상기 정상전류의 위상이 4사분면의 허수축 부근에 위치하면 고장표시 정보가 생성되는 것이 바람직하다.
상기 단말장치에서 측정되는 전류의 방향은 정상시에 상기 단말장치에서 측정되는 정상전압을 기준으로 정상전류의 위상이 1사분면 또는 4사분면에 위치하면 전원단 방향에서 부하단 방향인 것이 바람직하다.
<실시예>
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 자세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 이용되는 고장표시 정보로부터 고장 구간을 결정하는 예시를 나타낸 블록도로서, 선로에 설치되는 제1 단말장치(11), 제2 단말장치(12), 제3 단말장치(13) 및 제4 단말장치(14), 고장회선 검출장치(10), 그리고 중앙제어장치(15)로 구성되어 고장구간을 탐색 및 분리하고 고장구간 하단 측에 포함된 건전구간을 연계선로로 절체하여 전력공급의 중단 없이 모든 부하에 전력공급을 지속할 수 있도록 구성한 배전자동화시스템을 예시하고 있다.
제 1단말장치(11)에는 보호기기가 포함되며, 제2 단말장치(12), 제3 단말장치(13) 및 제4 단말장치(14)에는 개폐스위치가 포함된다.
단말장치는 변전소 전원을 기준으로 단말장치 설치점의 하위단에서 고장이 발생하면 고장전류를 감지하여 일정시간 동안 지속되면 고장표시 정보를 생성하고, 중앙제어장치(15)로 고장표시 정보를 전송하여 중앙제어장치(15)가 고장구간을 파악할 수 있다. 즉, 단말장치(11, 12, 13, 14)는 선로의 선간 전압과 전류, 영상전압과 영상전류의 위상차와 크기를 측정하여 중앙제어장치(15)의 요구가 있을 경우 그 위상차 정보를 중앙제어장치(15)로 각각 개별 전송하고, 또한 중앙제어장치(15)의 명령을 받아 선로를 차단 및 개폐스위치의 개방 또는 투입 명령을 수행한다.
고장회선 검출장치(10)는 선로에 고장이 발생한 경우 자기 회선에 고장이 발생했는지 여부를 검출하여 중앙제어장치(15)로 고장정보를 전송한다.
중앙제어장치(15)는 배전자동화시스템의 전체적인 동작을 관장하며, 고장회선 검출장치(10)에서 고장정보를 전송한 경우, 해당 선로의 토폴러지(Topology)를 검색하여 해당 선로 단말장치에 전압, 전류 및 위상차 정보를 요청하고, 상기 해당 선로의 각 단말장치에서 전송된 각 위상차 정보를 비교한다.
그리고, 전압, 전류 및 위상차 등의 데이터를 이용하여 일정 조건을 만족하면 해당 선로 단말장치 설치 구간을 고장구간으로 판단하며, 이러한 고장 구간 내에 건전 구간이 있을 경우 연계 스위치를 투입하여 고장 구간의 단말기를 개방한 후 고장구간을 배전계통으로부터 분리하여, 전력공급의 중단 없이 건전 구간의 부하에 전력공급을 지속하는 동작을 수행한다.
본 발명에 따른 예시에서 중앙제어장치(15)는 제1 단말장치(11), 제2 단말장치(12), 제3 단말장치(13) 및 제4 단말장치(14) 등으로부터 수집한 정보를 이용하여 계통 상태를 판단하고 적절한 단말장치의 개폐스위치 제어명령을 각 단말장치로 전송한다.
이러한 배전자동화시스템에서 동작을 보면, 도 1에 나타낸 바와 같이 제3 단말장치(13)와 제4 단말장치(14) 사이의 구간에서 고장이 발생하였다고 가정하면 전원으로부터 고장점까지 고장전류가 흐른다.
이때, 제 1단말장치(11)에 포함된 보호기기가 동작하여 고장전류를 차단하면, 정전구간(20)이 발생한다. 정전구간(20) 내의 각 단말장치는 정전이라는 이상상황이 발생하였으므로, 중앙제어장치(15)로 이상 상황에 대한 정보를 전송한다.
따라서, 고장전류를 경험한 제1 단말장치(11), 제2 단말장치(12) 및 제3 단말장치(13)에서 중앙제어장치(15)로 전송하는 정보에는 고장표시(Fault Indication: FI) 정보가 포함된다. 그러나 제4 단말장치(14)를 포함한 그 외의 고장전류를 경험하지 못한 단말장치들은 중앙제어장치(150)로 전송하는 정보에 고장표시 정보가 포함되지 않는다.
중앙제어장치(15)는 정전구간(20) 내의 모든 단말장치에서 전송되는 정보를 종합하여 고장구간과 정전구간을 파악하고, 고장구간을 격리하기 위하여 제3 단말장치(13)와 제4 단말장치(14)에 개폐스위치 열림 명령을 전송하고, 나머지 정전구간(20)을 복구하기 위하여 정전구간(20)의 각 단말장치에 적절한 개폐스위치 제어명령을 전송한다.
도 2는 본 발명에 이용되는 배전계통 사고 시의 등가회로를 나타낸 블록도, 도 3은 본 발명에 이용되는 배전계통 지락사고 시의 등가영상회로를 나타낸 블록도로서, 단말장치가 고장점을 판단하는 동작을 설명하기 위하여 선로의 고장을 가정 할 경우 고장 전류와 영상전류의 분포상태를 예시하고 있다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 단말장치는 사고 시에 전원단에서 고장지점으로 흐르는 고장전류를 고장점의 상단에서는 경험하는데 반하여 고장점의 하단에서는 경험하지 못한다는 가정 하에 미리 설정된 최소동작전류(Minimum Pick Up) 값 이상의 전류가 일정시간 이상 지속적으로 흐르면 고장이 발생하였다고 판단하여 고장표시 정보를 생성한다.
그러나, 도 3에 나타낸 바와 같이 배전 계통에서의 지락사고 시 3상 불평형으로 인하여 고장점에 영상전압(Vf0)이 발생하며 이로 인하여 고장전류 영상분(If0)이 흐른다.
고장점의 영상전압(Vf0)을 기준으로 하여 고장전류를 살펴보면 고장점을 중심으로 전원단과 부하단으로 고장전류 영상분(If0)이 고장상단 영상전류(IA0)와 고장하단 영상전류(IB0)로 분기하여 흐른다. 이때, 고장점에서 부하단으로 흐르는 고장하단 영상전류(IB0)가 고장점 하단의 단말장치(예를 들면 제4 단말장치; 14)를 통하면서 잘못된 고장표시 정보를 생성하게 된다.
즉, 제4 단말장치(14) 상단에서 고장이 발생하였는데, 제4 단말장치(14) 하단에서 고장이 발생한 것으로 잘못 인식하게 된다.
이와 같은 오류를 방지하기 위해 도 3에 나타낸 바와 같이, 고장전류 영상분(If0)은 고장점을 중심으로 고장상단과 고장하단으로 서로 반대방향으로 흐르므로 고장전류 영상분(If0) 방향을 고려하여 고장상단에서만 고장표시 정보를 생성하도록 하여야 한다. 따라서, 고장점의 영상전압(Vf0)에 의하여 고장전류 영상 분(If0)이 흐르기 때문에 고장점 영상전압(Vf0)의 위상과 고장전류 영상분(If0)의 위상을 비교하여 고장전류 영상분(If0)의 방향을 계산하고 이를 고장표시 정보로 생성할 수 있다.
도 3에 나타낸 바와 같이, 고장점에서 전원단으로 흐르는 고장상단 영상전류(IA0)의 크기는 전원단 영상임피던스(ZS0)와 고장상단 영상임피던스(ZA0) 합에 반비례한다. 그리고, 고장점 영상전압(Vf0)과 고장상단 영상전류(IA0)의 위상차는 전원단 영상임피던스(ZS0)와 고장상단 영상임피던스(ZA0) 합의 저항과 리액턴스 비율에 의하여 결정된다. 따라서, 전원단 영상임피던스(ZS0)와 고장상단 영상임피던스(ZA0) 합의 임피던스는 저항이 리액턴스에 비하여 매우 작기 때문에 임피던스 평면 1사분면의 허수축 부근에 위치하게 된다.
도 4는 고장점 상단에서 측정한 변수를 나타낸 벡터도로서, 도 4에 나타낸 바와 같이 고장점 상단의 임의의 측정점에서 측정한 고장상단 영상전압(VA0s)은 고장점 영상전압(Vf0)에서 고장점과 임의의 측정점 사이의 선로 전압강하를 제외한 값이 된다.
따라서, 고장점 상단의 임의의 측정점에서 측정한 고장상단 영상전압(VA0s)을 기준으로 하여 고장점에서 전원단으로 흐르는 고장전류 영상분(IA0)의 위상은 4사분면의 허수축 부근에 위치하게 된다. 그런데 단말장치에서 측정방향을 전원단에서 부하단의 방향을 기준으로 한다면, 고장상단에서 계산된 고장상단 영상전류(IA0)의 위상은 기준방향과 반대이므로 2사분면의 90도 부근에 위치하게 된다.
도 5는 본 발명에 이용되는 고장점 하단에서 측정한 변수를 나타낸 벡터도로 서, 도 5에 나타낸 바와 같이 고장점 영상전압(Vf0)을 기준으로 부하단으로 흐르는 고장하단 영상전류(IB0)와 고장점 하단 임의의 측정점에서 측정된 고장하단 영상전압(VB0s)간의 벡터도이다.
도 5a와 같이 지상부하로 인하여 고장점 영상전압(Vf0)보다 지상전류가 흐를 때 고장하단 영상전류(IB0)의 위상은 고장하단 영상전압(VB0s)보다 위상이 뒤진다. 그러나, 진상부하일 경우에는 도 5b와 같이 진상전류가 흘러 고장하단 영상전압(VB0s)보다 고장하단 영상전류(IB0)의 위상이 앞선다.
따라서, 고장점 하단에 위치한 단말장치에서 측정된 전원단에서 부하단 방향으로 흐르는 고장하단 영상전류(IB0)의 위상은 전류의 측정방향이 전원단에서 부하단 방향일 때 고장점의 영상전압(Vf0)의 위상을 기준으로 1사분면이나 4사분면에 위치하게 된다.
그래서, 지락사고 시에 고장점 하단에서 부하단으로 흐르는 영상전류가 정해진 값 이상일 경우에 잘못된 고장표시기 정보가 생성되는 것을 방지하려면, 기존의 영상전류의 크기와 지속시간 조건만으로 고장표시기 정보를 생성하는 원리에, 추가로 영상전압의 위상과 영상전류의 위상을 구하여, 영상전압의 위상을 기준으로 영상전류의 위상이 2사분면의 허수축 부근에 있는 경우에만 고장표시 정보라고 판정할 수 있다.
상기와 같이, 단말장치가 영상전압과 영상전류를 이용하여 고장표시 정보를 중앙제어장치(15)로 전송하게 되면 중앙제어장치(15)는 상기 고장회선의 각 선로 단말장치(11, 12, 13, 14)에서 측정된 선로의 선간전압과 전류 및 영상전압과 영상 전류를 이용하여 고장 구간을 결정한다.
따라서, 본 발명에 따른 방법을 이용하면 고장점 하단에서는 고장점에서 부하단으로 흐르는 영상전류가 있더라도 추가 조건(2사분면의 허수축 부근)이 만족되지 않기 때문에 더 이상 잘못된 고장표시 정보를 발생하지 않는다.
도 6은 본 발명에 이용되는 전동기 부하를 가진 배전계통 사고 시의 등가회로를 나타낸 블록도, 도 7은 본 발명에 이용되는 전동기 부하를 가진 배전계통 사고 시의 등가정상회로를 나타낸 블록도, 도 8은 전동기 부하를 가진 정상회로의 변수를 나타낸 벡터도로서, 도 6에 나타낸 바와 같이 부하단에 큰 전동기가 있다면 정상 시에는 부하로 작용하다가 선로에서 고장이 일어났을 때 전동기가 관성에 의하여 계속 회전하여 발전기 작용을 하게 되어 부하단에서 고장점으로 고장전류를 공급할 경우가 있다. 그리고, 부하단에 분산전원이 존재하는 경우에도 마찬가지로 사고 시에 분산전원에서 고장점으로 고장전류를 공급할 경우가 있다.
도 7에 나타낸 바와 같이, 지락사고나 단락사고에 관계없이 전동기 부하가 있고, 전원단이나 부하단에서 모두 정상전압을 공급하고 있는 사고가 발생한 배전계통의 등가 정상회로에서는 전원단 정상전압(VSl)이 고장점 정상전압(Vfl)보다 커서 전원단에서 고장점으로 고장전류의 정상분이 흐른다. 마찬가지로 전동기 부하단에서 발전기 작용에 의하여 생기는 부하단 정상전압(VLl)이 고장점 정상전압(Vfl)보다 커서 부하단에서도 고장점으로 고장전류의 정상분을 공급한다.
한편, 도 8에 나타낸 바와 같이, 고장점 상단에서 측정되는 고장상단 정상전압(VAl)은 전원단 정상전압(VSl)과 고장점 정상전압(Vfl)의 사이에 있기 때문에 두 전압을 연결하는 선상에 존재한다.
고장점 상단에서 측정되는 고장상단 정상전압(VAl)은 전원단 정상전압(VSl)과 고장점 정상전압(Vfl) 사이에 존재하므로, 벡터도에서 고장상단 정상전압(VAl)의 위상각이 존재하는 영역은 도 8의 빗금친 부분이 된다.
이때, 선로의 고장상단 정상임피던스(ZAl)는 리액턴스 부분이 크기 때문에 고장점 상단에서 측정되는 고장상단 정상전류(IAl)의 위상각은 고장상단 정상전압(VAl)의 위상각을 기준으로 4사분면에 허수축 부근에 위치하게 된다. 따라서, 고장점 상단의 단말장치에서는 전원단에서 부하단 방향을 기준으로 측정된 고장상단 정상전류(IAl)와 고장상단 정상전압(VAl)과의 위상차는 -90도 정도가 된다.
그러나, 고장점 하단의 단말장치에서는 전원단에서 부하단 방향을 기준으로 측정된 정상전류(IBl)는 측정 방향이 반대가 되므로, 고장하단 정상전압(VBl)과 위상차는 90도 정도가 된다.
따라서, 부하단에 전동기가 있을 경우 선간 단락고장 또는 지락고장 시 부하단의 전동기가 발전기 역할을 하여 부하단에서 고장점으로 큰 고장전류를 공급하는 오류를 방지하려면, 기존의 선전류의 크기와 지속시간에 의하여 단말장치가 고장표시 정보를 생성하는 원리에 다음 조건을 추가로 적용해야 한다. 즉 측정하는 전류의 방향이 전원단에서 부하단의 방향일 때, 고장상단 정상전압(VAl)의 위상과 고장상단 정상전류(IAl)의 위상을 구하여, 고장상단 정상전압(VAl)의 위상을 기준으로 고장상단 정상전류(IAl)의 위상차가 -90도 부근에 있는 경우에 한하여 고장상단 단말장치에서 고장표시 정보라고 판정할 수 있다.
그래서, 본 발명에 따른 방법을 이용하면 고장점 하단에서는 추가된 조건(위상차가 -90도 부근)이 만족하지 않기 때문에 더 이상 잘못된 고장표시 정보가 발생하지 않는다.
한편, 배전자동화시스템의 각 단말장치가 고장표시 정보를 생성하려면, 단말장치는 단말장치 설치점에서 측정하는 전류의 방향이 전원단에서 부하단의 방향인지 아니면 그 반대인지를 알아야 한다.
그런데, 배전계통은 계통변경에 의한 연계점의 위치 변동으로 단말장치에서 보는 전원단과 부하단이 수시로 변동하기 때문에 단말장치에서 측정되는 전류의 방향을 이용하여 전원단과 부하단의 방향을 항상 알 수 있어야 한다. 그런데 배전계통은 전원단을 시작점으로 하는 방사상의 구조이기 때문에 정상시에는 항상 전원단에서 부하단으로 부하전류가 흐른다.
그러므로, 전원단에서 부하단의 방향으로 전류를 측정하는지 아니면 반대방향으로 전류를 측정하는지를 알아내는 방법은 다음과 같다.
정상시에 각 단말장치에서 측정되는 정상전압을 기준으로 정상전류의 위상이 1사분면이나 4사분면에 위치하면 전원단에서 부하단으로의 방향이 측정되는 전류방향이 된다. 그런데 위상이 2사분면이나 3사분면에 위치하면 현재 측정되는 전류의 방향과 전원단에서 부하단으로의 방향이 반대라고 할 수 있다.
이상의 설명에서 본 발명은 특정의 실시예와 관련하여 도시 및 설명하였지만, 특허청구범위에 의해 나타난 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 개조 및 변화할 수 있다는 것을 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자 라면 누구나 쉽게 알 수 있을 것이다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 배전자동화시스템에서 단말장치의 고장표시 생성방법에 의하면, 기존의 영상전류의 크기와 지속시간 조건만으로 고장표시기 정보를 생성하는 원리에 추가로 영상전압의 위상과 영상전류의 위상을 구하여, 영상전압의 위상을 기준으로 영상전류의 위상을 비교하여 일정 조건을 만족할 때만 고장표시 정보를 생성하도록 하였다.
따라서, 고장점 하단에서 고장점에서 부하단으로 흐르는 영상전류가 있더라도 일정 조건이 만족되지 않기 때문에 잘못된 고장표시 정보가 발생되지 않는 효과가 얻어진다.

Claims (5)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 선로에 각 구간에 설치되어 선로의 전압, 전류 및 위상차를 측정하는 다수의 단말장치, 선로의 고장여부를 검출하는 고장회선 검출장치, 상기 단말장치와 상기 고장회선 검출장치로부터 고장 여부를 확인하여 상기 단말장치의 동작을 제어하는 중앙제어장치 및 부하단에 전동기를 포함하는 배전시스템에서의 고장구간 검출방법에 있어서,
    상기 단말장치에서 정상전압의 위상과 정상전류의 위상을 측정하는 위상측정단계;
    상기 위상측정단계에서 측정된 상기 정상전압의 위상을 기준으로 상기 정상전류의 위상을 비교하는 위상비교단계 및
    상기 위상비교단계를 거친 후 고장전류의 방향을 계산하고, 상기 계산된 상기 고장전류의 방향을 통하여 고장표시 정보를 생성하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 배전자동화시스템에서 단말장치의 고장표시 생성방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 위상비교단계에서 전류측정 방향을 전원단 방향에서 부하단 방향쪽으로 할 때, 상기 정상전류의 위상이 4사분면의 허수축 부근에 위치하면 고장표시 정보가 생성되는 것을 특징으로 하는 배전자동화시스템에서의 단말장치의 고장표시 생성방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 단말장치에서 측정되는 전류의 방향은 정상시에 상기 단말장치에서 측정되는 정상전압을 기준으로 정상전류의 위상이 1사분면 또는 4사분면에 위치하면 전원단 방향에서 부하단 방향인 것을 특징으로 하는 배전자동화시스템에서의 단말장치의 고장표시 생성방법.
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