KR102273351B1 - Ultra-precision ground detection system for energy storage system and switchgear pannel - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 에너지 저장장치 및 소내 배전반용 초정밀 접지 검출 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 수 mA의 저전류 측정이 가능한 에너지 저장장치 및 소내 배전반용 초정밀 접지 검출 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to an energy storage device and an ultra-precision grounding detection system for an in-house switchboard, and more particularly, to an energy storage device capable of measuring a low current of several mA and an ultra-precise grounding detection system for an in-house switchboard.
전 세계적으로 저탄소 정책으로 지구온난화를 줄이고자 탈석탄 발전소를 추진하면서 신재생 에너지인 태양광 발전소와 풍력 발전소를 증설하고 있다. In order to reduce global warming through low-carbon policies around the world, coal-free power plants are being promoted, and solar power plants and wind power plants, which are new and renewable energy, are being expanded.
이러한 신재생 에너지인 태양광과 풍력 발전을 하기 위해서는 에너지저장 장치가 꼭 필요하다. 에너지저장 장치는 신재생 에너지인 태양광, 풍력 발전 시 잉여 전력을 저장하였다가 신재생 에너지가 발전이 안될 때 사용한다. 또한, 일반 전력설비에서 잉여 전력을 저장하였다가 피크치 부하 때 사용한다.In order to generate such renewable energy, such as solar and wind power, an energy storage device is absolutely necessary. The energy storage device stores surplus power in the case of solar and wind power generation, which are renewable energy, and is used when the renewable energy is not generated. In addition, surplus power is stored in general power facilities and used during peak load.
에너지저장 장치의 종류는 플라이휠, 양수발전, 공기압축, 슈퍼캐페시터, 리듐이온 전지로 상용화 되어 있으며, 가장 많이 사용하는 것이 리듐이온 전지이다. 상기 리듐이온 전지는 높은 에너지 밀도, 메모리 효과가 없고, 충방전 효율이 좋고, 수명이 길어서 가장 많이 쓰고 있지만, 최근 이 리듐이온 전지는 화재사고가 빈번히 발생하여 사회적 문제가 되고 있다. Types of energy storage devices are commercialized as flywheels, pumped water power generation, air compression, supercapacitors, and lithium-ion batteries, and the lithium-ion battery is the most used. The lithium ion battery has a high energy density, no memory effect, good charging and discharging efficiency, and long life, so it is used the most, but recently, this lithium ion battery has become a social problem due to frequent fire accidents.
리듐이온 전지 화재사고 원인중에서 지락전류와 누설전류가 상당히 높은 비중을 차지하고 있다. 리듐이온 전지는 직류전원으로 지락전류와 누설전류 검출을 하기 위해서는 직류 변류기를 사용하여 검출을 한다. Among the causes of lithium-ion battery fire accidents, ground fault current and leakage current account for a fairly high proportion. Lithium ion battery is a DC power supply, and in order to detect ground fault and leakage current, a DC current transformer is used.
그러나, 직류 변류기는 저전류 즉 수 mA는 자기장이 낮아서 측정이 잘 안 된다. However, the DC current transformer has a low magnetic field at low current, that is, several mA, so it is difficult to measure.
변전소 내 모든 전원(보호감시 기기, 조명, 설비)이 분기되는 소내 배전반의 화재 및 사고예방을 확보하기 위해 직류 회선에 각각 별도의 장치를 구성하여 소내전원 및 신재생 에너지 저장 시스템을 감시하고 있다. In order to secure the fire and accident prevention of the on-site switchboard, where all power sources (protective monitoring equipment, lighting, and equipment) in the substation branch off, separate devices are configured on the DC line to monitor the on-site power and renewable energy storage system.
직류 소내 배전반은 주로 변전소 내 각종 보호감시 기기들의 전원을 공급하기 위한 배전반으로, 고장발생시 보호 감시 기기들의 작동이 멈추게 된다. 직류 전원의 특성상 일반 변류기(CT)를 통해서는 전류 검출이 불가능하여 직류 계통에 별도의 AC 성분 전류를 흘려주어 접지 발생시 이를 감지하는 DCT(Detetive CT)를 통해 누전사고를 예방하고 있다. The DC substation switchboard is mainly used to supply power to various protection and monitoring devices in the substation, and when a failure occurs, the protection and monitoring devices stop working. Due to the nature of DC power, it is impossible to detect current through a general current transformer (CT), so a separate AC component current flows through the DC system to prevent an earth leakage accident through DCT (Detetive CT) that detects grounding when it occurs.
이러한 직류 지락전류 및 누설전류를 측정하기 위한 직류 변류기로서 홀센서 변류기, 플럭스 케이트 변류기 등을 사용한다. 이와 관련된 선행기술로 등록특허 제10-2111489호(참고문헌 1), 등록특허 제10-1571369호(참고문헌 2) 등이 제안된 바 있다.As a DC current transformer to measure the DC ground fault current and leakage current, a Hall sensor current transformer, a flux-gate current transformer, or the like is used. As related prior art, Patent Registration No. 10-2111489 (Reference 1), Registration Patent No. 10-1571369 (Reference 2), etc. have been proposed.
홀센서 변류기는 도 1에 도시된 바와 같이 오픈루프 방식과 도 2에 도시된 바와 같은 클로즈드 루프 방식을 사용하여 직류전류를 측정하고 있다.The Hall sensor current transformer measures DC current using an open loop method as shown in FIG. 1 and a closed loop method as shown in FIG. 2 .
도 1에 도시된 오픈루프 방식의 홀센서 변류기는 강자성체 코어(1) 사이에 홀센서(2)를 조립하여 자속 Φ의 크기를 홀센서(2)로 측정하여 증폭기(3)를 통해 증폭한다. The open-loop Hall sensor current transformer shown in FIG. 1 assembles the
도 2에 도시된 클로즈드루프 방식의 홀센서 변류기는 오픈루프 방식의 홀센서 변류기에 권선(4)을 추가하여 측정하는 방식으로 도선에 흐르는 직류전류에 의한 강자성체 코어(1) 내에 발생한 자속 Φ를 제거하도록 2차 측의 귀환 권선(4)을 하고 여기에 션트저항(5)을 연결하여 2차 전류가 흐르는 것을 션트저항(5) 양단에 인가되는 전압을 측정한다. The closed-loop type Hall sensor current transformer shown in FIG. 2 is a method of measuring by adding a winding 4 to the open-loop Hall sensor current transformer. The magnetic flux Φ generated in the
한편, 도 3에 도시된 플럭스 게이트 직류변류기는 일 예로 강자성체 코아(1)에 코일(6)을 권선하고 이 권선된 코일(6)의 일단에 구형파를 인가하고 코일(6)의 하단에 션트저항(5)을 연결한다. 이 션트저항(5)에 인가되는 전압을 증폭기(3)를 통해 증폭하여 측정하고자 하는 도선의 전류 I를 측정한다.On the other hand, in the flux gate DC current transformer shown in FIG. 3 , for example, a
상기 플럭스 게이트 직류변류기는 강자성체 코아(1)에 권선되어 있는 코일(6)에 도 4에 도시된 바와 같은 구형파를 인가하여 션트저항(5)에 유기되는 전압을 증폭하여 측정하고자 하는 도선의 전류 I를 측정하며, 이는 도 4에서와 같이 측정이 용이하다. 권선된 코일(6)에 구형파(A)를 인가하고, 측정하고자 하는 전류 I가 0A 일 때 Vout은 도 4의 (B)와 같이 상하 대칭이 되는 파형이 된다.The flux gate DC current transformer applies a square wave as shown in FIG. 4 to the
이때, 측정하고자 하는 전류 I는 '+ 수 A'를 인가하면 도 4의 (C)와 같이 상부는 자기포화가 되어 T1에서 돌출이 되고 T2에서는 자기포화가 안되어 돌출이 안된다. 반대로 측정하고자 하는 전류 I는 '- 수 A'를 인가하면 도 4의 (D)와 같이 상부는 자기포화가 안 되어 T1에서 돌출이 없고, 하부는 자기포화가 되어 T2에서 돌출이 된다.At this time, when '+ number A' is applied to the current I to be measured, the upper part becomes magnetically saturated and protrudes from T1 as shown in FIG. 4C, and does not protrude due to non-magnetic saturation at T2. Conversely, when '-number A' is applied to the current I to be measured, the upper part is not magnetically saturated and there is no protrusion at T1, and the lower part becomes magnetically saturated and protrudes from T2 as shown in FIG. 4D.
그런데, 측정하고자 하는 전류가 수 A에서는 측정이 용이하지만 수 mA에서 측정이 매우 어려운데 이유는 I가 0A(B)에서 파형 변화가 없고 동일하기 때문에 파형 면적 차이가 없기 때문이다. By the way, the current to be measured is easy to measure at several A, but very difficult to measure at several mA because there is no difference in the area of the waveform because I has no change in the waveform at 0A(B) and is the same.
따라서, 지락, 누설전류는 수 mA에서 검출을 해야 하는데 수 A에서 검출을 하면 검출이 늦어서 화재 및 누전 등 대형사고가 발생할 수 있다.Therefore, ground fault and leakage current should be detected at several mA, but detection at several A may result in a large accident such as fire or short circuit due to late detection.
즉, 상기와 같이 매우 낮은 직류 전류(수 mA)에서는 도 4의 (C), (D) 와 같이 파형 변화가 없고 아주 미미하여 직류 전류 측정이 문제가 된다.That is, at a very low DC current (several mA) as described above, there is no waveform change as shown in (C) and (D) of FIG. 4 and it is very insignificant, so DC current measurement becomes a problem.
따라서, 본 발명은 이러한 문제점들을 해결하기 위한 것으로서 에너지 저장장치 및 소내 배전반용 접지검출 장치에서 Option #1 IEC61850 으로 상위 시스템과 연계하고, Option #2 는 Modbus로 AGFR과 연계하고, Option #3 RS-485로 DI, DO, CT/PT, AI와 연계하고, Ethernet TCP/IP로 HMI와 연계하고, DGPS(DC Ground Processing System) RS-485로 직류 변류기와 연계하는 초정밀 접지 검출 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다. Therefore, the present invention is to solve these problems, and in an energy storage device and a grounding detection device for an on-site switchboard,
특히, 본 발명은 DGPS에서 RS-485로 연계되는 직류 접지 검출에서 강자성체 코아에 추가로 보조 코일을 권선하고 이 추가로 권선된 보조 코일에 유기되는 유도기전력으로 다른 메인 코일에 인가되는 구형파 주기를 변경하여 수 mA의 직류 저전류 측정이 용이하고 정밀도 높은 고감도 직류 변류기를 적용한 초정밀 접지 검출 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다. In particular, in the present invention, an auxiliary coil is additionally wound on a ferromagnetic core in DC ground detection connected from DGPS to RS-485, and the square wave cycle applied to the other main coil is changed with the induced electromotive force induced in the additionally wound auxiliary coil. Therefore, the purpose of this is to provide an ultra-precise grounding detection system to which a DC low current of several mA can be easily measured and a high-precision and high-sensitivity DC current transformer is applied.
이와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해 본 발명은; 에너지 저장장치 및 소내 배전반용 접지검출 장치에서 Option #1 IEC61850, Option #2 Modbus AGFR, Option #3 RS-485, Ethernet TCP/IP, DGPS RS-485 기능중에서 설치 환경에 따라 선택적으로 설치할 수 있도록 하는 초정밀 접지검출 시스템을 특징으로 한다.The present invention in order to solve such a technical problem;
특히, 본 발명은 DGPS RS-485 직류 변류기와 연계하는 장치로서 피더 P, N상 도선이 관통하는 강자성체 코아와, 상기 강자성체 코아에 권선되는 메인 코일과, 상기 메인 코일의 일단에 구형파를 인가하는 구형파 발진회로와, 상기 메인 코일의 하단에 연결되어 전압 형태의 직류 전류를 측정하기 위한 션트저항과, 상기 강자성체 코아에 권선되는 보조 코일과, 상기 구형파 발진회로의 구형파의 발진 주기를 변경하도록 상기 보조 코일에 유도되는 유도기전력을 증폭하여 구형파 발진회로 출력하는 제1 증폭기를 포함하는 것을 특징으로 하는 고감도 직류 변류기를 제공한다. In particular, the present invention relates to a device in connection with a DGPS RS-485 DC current transformer, a ferromagnetic core through which feeder P and N phase conductors pass, a main coil wound around the ferromagnetic core, and a square wave applying a square wave to one end of the main coil. An oscillation circuit, a shunt resistor connected to the lower end of the main coil to measure a DC current in the form of a voltage, an auxiliary coil wound around the ferromagnetic core, and the auxiliary coil to change an oscillation period of a square wave of the square wave oscillation circuit It provides a high-sensitivity DC current transformer comprising a first amplifier for amplifying the induced electromotive force induced in the oscillation circuit and outputting the square wave oscillation circuit.
아울러, 상기 연산처리부는 도선의 전류값을 산출하고 RS-485 통신을 통해 초정밀 접지 검출 시스템으로 전송하며, 상기 초정밀 접지 검출 시스템은 피더의 지락 또는 누설전류 여부를 판정하는 것을 특징으로 한다. In addition, the arithmetic processing unit calculates the current value of the wire and transmits it to the ultra-precision grounding detection system through RS-485 communication, and the ultra-precise grounding detection system is characterized in that it determines whether the feeder has a ground fault or a leakage current.
본 발명에 따르면, 에너지 저장장치 및 소내 배전반용 접지검출 시스템에서 Option #1 IEC61850, Option #2 Modbus AGFR, Option #3 RS-485, Ethernet TCP/IP, DGPS RS-485 기능중에서 설치 환경에 따라 선택적으로 설치할 수 있도록 하는 초정밀 접지검출 시스템에서 강자성체 코아에 메인 코일과는 별개의 보조 코일에 유도되는 유도기전력을 증폭하여 구형파 발진회로의 구형파의 발진 주기를 변경하여 메인 코일의 출력단을 통해 수 mA의 직류 저전류를 정밀하게 측정할 수 있다.According to the present invention, among
아울러, 본 발명에 따른 에너지 저장장치 및 소내 배전반용 접지검출 시스템에 적용되는 고감도 직류 변류기는 수 mA의 지락, 누설전류가 발생한 이후 발생 가능한 화재 및 누전 등 대형사고를 미연에 방지하는데 매우 유용하게 사용할 수 있다.In addition, the high-sensitivity DC current transformer applied to the energy storage device and the ground detection system for on-site switchboards according to the present invention is very useful to prevent large accidents such as fires and short circuits that may occur after several mA ground faults and leakage currents occur. can
도 1은 일반적인 오픈 루프 방식의 홀센서 변류기를 도시한 구성도이다.
도 2는 일반적인 클로즈드 루프 방식의 홀센서 변류기를 도시한 구성도이다.
도 3은 일반적인 플럭스 게이트 직류 변류기를 도시한 구성도이다.
도 4는 일반적인 플럭스 게이트 직류 변류기를 도시한 파형도이다.
도 5는 본 발명에 따른 고감도 직류 변류기의 구성도이다.
도 6은 본 발명에 따른 고감도 직류 변류기를 설명하기 위한 파형도이다.
도 7은 본 발명에 따른 고감도 직류 변류기 샘플링을 도시한 파형도이다.
도 8은 본 발명에 따른 고감도 직류 변류기의 케이스 내 구성도이다.
도 9는 본 발명에 따른 고감도 직류 변류에 적용된 RJ-45 결선도이다.
도 10은 본 발명에 따른 고감도 직류 변류기의 PCB 구성도이다.
도 11은 본 발명에 따른 고감도 직류 변류기가 적용된 초정밀 접지 검출 시스템 구성도이다.
도 12는 본 발명에 따른 고감도 직류 변류기가 적용된 소내배전반의 초정밀 접지 검출 시스템을 설명하기 위해 도시한 구성도이다.
도 13은 본 발명에 따른 고감도 직류 변류기가 적용된 신재생 에너지 초정밀 접지검출 시스템을 설명하기 위해 도시한 구성도이다.1 is a configuration diagram illustrating a general open-loop type Hall sensor current transformer.
2 is a block diagram illustrating a general closed-loop type Hall sensor current transformer.
3 is a block diagram illustrating a typical flux gate DC current transformer.
4 is a waveform diagram illustrating a typical flux gate DC current transformer.
5 is a block diagram of a high-sensitivity DC current transformer according to the present invention.
6 is a waveform diagram for explaining a high-sensitivity DC current transformer according to the present invention.
7 is a waveform diagram illustrating sampling of a high-sensitivity DC current transformer according to the present invention.
8 is a configuration diagram of a high-sensitivity DC current transformer in a case according to the present invention.
9 is an RJ-45 connection diagram applied to high-sensitivity DC current according to the present invention.
10 is a PCB configuration diagram of a high-sensitivity DC current transformer according to the present invention.
11 is a block diagram of an ultra-precise ground detection system to which a high-sensitivity DC current transformer according to the present invention is applied.
12 is a block diagram illustrating an ultra-precise grounding detection system of an in-house switchboard to which a high-sensitivity DC current transformer according to the present invention is applied.
13 is a block diagram illustrating a new renewable energy ultra-precision ground detection system to which a high-sensitivity DC current transformer according to the present invention is applied.
이하, 본 발명에 따른 에너지 저장장치 및 소내 배전반용 초정밀 접지 검출 시스템을 첨부한 도면을 참고로 하여 상세히 기술되는 실시 예에 의하여 그 특징들을 이해할 수 있을 것이다. Hereinafter, the characteristics of the energy storage device and the ultra-precision grounding detection system for in-house switchboard according to the present invention will be understood by the embodiments described in detail with reference to the accompanying drawings.
이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.Prior to this, the terms or words used in the present specification and claims should not be construed as being limited to their ordinary or dictionary meanings, and the inventor should properly understand the concept of the term in order to best describe his invention. Based on the principle that it can be defined, it should be interpreted as meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 실시 예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들은 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다. Accordingly, the embodiments described in this specification and the configurations shown in the drawings are only the most preferred embodiments of the present invention, and do not represent all the technical ideas of the present invention, so at the time of the present application, they can be replaced with various It should be understood that there may be equivalents and variations.
도 5를 참고하면, 본 발명에 따른 에너지 저장장치 및 소내 배전반용 초정밀 접지 검출 시스템에 적용되는 고감도 직류 변류기는 강자성체 코아에 권선되는 메인 코일 이외에 추가로 보조 코일을 더 권선하고 여기서 발생하는 유도 기전력을 증폭기로 증폭하여 구형파 발진회로에 인가하여 구형파의 발진주기를 변경하여 메인 코일의 출력단에서 전압 형태의 직류 저전류를 측정할 수 있다.Referring to FIG. 5, the high-sensitivity DC current transformer applied to the energy storage device and the ultra-precision grounding detection system for the switchgear in the house according to the present invention additionally winds an auxiliary coil in addition to the main coil wound on the ferromagnetic core, and the induced electromotive force generated here It is possible to measure DC low current in the form of voltage at the output terminal of the main coil by amplifying it with an amplifier and applying it to the square wave oscillation circuit to change the oscillation period of the square wave.
이와 같은 본 발명의 고감도 직류 변류기(100)는 강자성체 코아(110)와, 상기 강자성체 코아(110)의 일측에 권선되는 메인 코일(120)과, 상기 메인 코일(120)의 일단에 구형파를 인가하는 구형파 발진회로(130)와, 상기 메인 코일(120)의 하단에 연결되어 전압 형태의 직류 전류를 측정하기 위해 구비되는 션트저항(140)과, 상기 강자성체 코아(110)의 타측에 권선되는 보조 코일(150)과, 상기 구형파 발진회로(130)의 구형판의 발진 주기를 변경하도록 상기 보조 코일(150)에 유도되는 유도기전력을 증폭하여 구형파 발진회로(130)로 출력하는 제1 증폭기(160)를 포함한다.The high-sensitivity DC
이러한 구성에 의해 상기 메인 코일(120)의 하단으로 출력되는 전압(출력전압 Vout)형태의 직류 전류는 측정 도선에 흐르는 전류에 비례하며, 이는 후술하는 고감도 직류 변류기(100)의 제어기판(170)의 연산처리부(171)로 제공되어 해당 도선의 전류값을 산출한다. With this configuration, the DC current in the form of a voltage (output voltage V out ) output to the lower end of the
일 예로 본 발명의 고감도 직류 변류기(100)의 강자성체 코아(110)를 관통하는 피더 도선인 P, N상 누설 및 지락 전류가 없을 때는 도선에 흐르는 전류 I = 0A이고, 구형파 발진회로(130)의 발진 파형은 도 6의 (A) 같이 주기를 가진다. As an example, when there is no P, N-phase leakage and ground fault current that is a feeder wire passing through the
이때, 메인 코일(120)의 하단으로 출력되는 전압(Vout) 형태의 직류 전류는 (C)와 같은 파형을 가진다. At this time, the DC current in the form of a voltage (V out ) output to the lower end of the
한편, 만약에 P, N 상 중에 수 mA의 아주 작은 지락 혹은 누설전류가 발생하면 도 6의 (B)와 같이 추가로 권선된 보조 코일(150)에서 유도되는 유도기전력으로 구형파 발진회로(130)의 주기를 변경한다. On the other hand, if a very small ground fault or leakage current of several mA occurs in the P and N phases, the square
이와 같이 구형파 발진회로(130)에 의해 주기가 변경된 구형파가 메인 코일(120)에 입력됨에 따라 메인 코일(120)의 출력측 직류 전류은 도 6의 (D) 및 (E)와 같이 주기가 변경된 파형이 된다. 이 경우 만약에 P상에 지락 또는 누설전류가 발생하면 도 6의 파형 (D)와 같이 상부 T1이 돌출되고 T2는 돌출이 안된다. 이와는 반대로 N상에 지락 또는 누설전류가 발생하면 도 6의 파형 (E)와 같이 T1 상부에는 돌출이 안되고 T2에서 돌출된다. As such, as the square wave whose period is changed by the square
한편, 상기 고감도 직류 변류기(100)로 직류 전류를 측정하여 도 7과 같이 측정된 파형은 ADC(Analog-to-digital converter)(172)로 샘플링하고 연산처리부(171)에서 면적을 계산한다. 기존의 플럭스 게이트 직류 변류기는 도 4의 파형 (C), (D)와 같이 진폭만 변하고 수 mA에서는 파형 변화가 없어서 면적 계산을 하면 동일한 면적으로 계산되어서 낮은 전류, 즉 수 mA 측정은 어려운 반면, 본 발명과 같이 P, N 상 지락 또는 누설전류가 없는 경우 즉 I는 '0'일 경우에 도 7의 파형 (A)가 된다. On the other hand, the DC current is measured with the high-sensitivity DC
여기서, 만약 P, N 상 중에 지락 또는 누설전류가 낮은 즉 I = 수 mA가 발생하면 도 7의 파형 (B), (C)와 같이 진폭과 주기가 변한 면적을 계산한다. Here, if a low ground fault or leakage current, that is, I = several mA, occurs during P and N phases, the area in which the amplitude and period are changed is calculated as shown in the waveforms (B) and (C) of FIG. 7 .
따라서, 수 mA에서도 면적의 변화가 크게 변함으로 낮은 직류 전류도 쉽게 측정을 할 수 있다. Therefore, even with a few mA, the change in the area is greatly changed, so that even a low direct current can be easily measured.
이때, 도 7의 파형 (A)는 I = 0일 때 파형이 상하 대칭이므로 ADC(172)로 샘플링하여 면적 계산하면 상하가 동일하다. At this time, since the waveform (A) of FIG. 7 is vertically symmetric when I = 0, the top and bottom are the same when sampled by the
만약, 도 7의 파형 (B)와 같이 I = 수 + mA일 때 상부 면적이 하부 면적보다 크므로 P상이 지락 또는 누설전류가 발생하였다고 진단하고, 또한 도 7의 파형 (C)와 같이 I = 수 - mA일 때 하부 면적이 상부 면적보다 크므로 N상이 지락 또는 누설전류가 발생하였다고 진단할 수 있다.If, as shown in the waveform (B) of FIG. 7, when I = number + mA, the upper area is larger than the lower area, so it is diagnosed that a ground fault or leakage current has occurred in the P phase, and I = as shown in the waveform (C) of FIG. When the number - mA, the lower area is larger than the upper area, so it can be diagnosed that the N phase has a ground fault or leakage current.
한편, 도 8 내지 도 10에 의하면 본 발명의 고감도 직류 변류기(100)는 케이스(101) 내부에 메인 코일(120) 및 보조 코일(150)이 권선된 강자성체 코아(110)는 물론 연산처리부(171) 등이 구비되는 PCB(printed circuit board) 형태의 제어기판(170)을 조립한 구조로 이루어질 수 있다. On the other hand, according to FIGS. 8 to 10 , the high-sensitivity DC
이때, 상기 제어기판(170)에는 RJ-45 커넥터(173)가 조립되며, 이를 통해 외부에서 +12V, -12V 전원을 공급하여 구동되며, 또한 검출된 전류값을 RS-485 통신을 통해 후술하는 초정밀 접지 검출 시스템(200)에 전송할 수 있다.At this time, the RJ-45
도 11을 참고하면, 본 발명의 고감도 직류 변류기가 적용되는 초정밀 접지 검출 시스템(200)은 Option #1 IEC61850, Option #2 Modbus AGFR, Option #3 RS-485, Ethernet TCP/IP, DGPS RS-485로 구성한다. 11, the ultra-precision
본 발명에 따른 고감도 직류 변류기(100)는 DGPS(DC Gound Processing System)(210)에 연결되어 지락 및 누설 전류가 발생하면 검출할 수 있도록 한다. The high-sensitivity DC
상기 DGPS(210)는 고감도 직류 변류기(100)와 연결되어 RS-485 Serial 통신을 한다. 이에 고감도 직류 변류기에서 피더 P, N 상 도선의 전류값인 지락 및 누설전류를 측정하고, 이 측정값을 RS-485 Serial 통신으로 DGPS(210)에 전송한다. The
이에 따라 상기 DGPS(210)는 알람 및 트립 기준치를 설정하고, 고감도 직류 변류기(100)에서 측정된 전류값을 전송받아서 지락 및 누설전류 설정치 대비 알람 및 트립을 판정한다. Accordingly, the
상기 DGPS(210)는 알람 및 트립이 발생하면 Option #3(220)의 RS-485 Serial 통신을 사용해서 트립신호출력부(DO)(222)로 출력을 내보내 후술하는 소내배전반 해당 전원 혹은 에너지 저장장치의 해당 전원을 차단한다. When an alarm or trip occurs, the
또한, Option #1(230)의 IEC61850으로 상위 시스템으로 몇 번 피더에 누설 및 지락전류가 발생하였다고 송출하고, Ethernet TCP/IP Port(240)를 통해서 HMI(Human Machine Interfaces)(242)에도 몇 번 피더에 누설 및 지락 전류가 발생하였다고 송출한다.In addition, the IEC61850 of Option #1 (230) is transmitted to the upper system several times that the feeder has leakage and ground fault current, and is also sent to the HMI (Human Machine Interfaces) (242) several times through the Ethernet TCP/IP Port (240). It transmits that leakage and ground fault current have occurred in the feeder.
그리고, Option #2(250)의 Modbus에는 AGFR(AC Ground Fault Relay)(252)을 연결하여 교류 지락 및 누설전류가 발생하면 DGPS(210)와 동일하게 Otipn #3(220)의 Port로 해당 피더 전원을 차단하고, Option #1(230)의 IEC 61850, Ethernet TCP/IP Port를 통해서 상위시스템(232) 혹은 HMI(242)로 송출한다. And, when AC ground fault and leakage current occur by connecting AGFR (AC Ground Fault Relay) 252 to Modbus of Option #2 (250), the corresponding feeder is sent to the port of Otipn #3 (220) in the same way as in DGPS (210). Turn off the power and transmit it to the
한편, 도 12는 본 발명의 고감도 직류 변류기(100)가 적용되는 초정밀 접지 검출 시스템(200)을 소내배전반(300)에 설치한 예를 설명하기 위해 도시한 도면이다. Meanwhile, FIG. 12 is a diagram illustrating an example in which the ultra-precision
이에 의하면 직류 전원의 장비에 지락 혹은 누설전류 발생하면 전술한 바와 같이 초정밀 접지 검출 시스템(200)의 고감도 직류 변류기(100)에서 전류값을 측정하여 해당 피더 및 장비 전원을 Option #3을 DO로 차단하여 화재 및 2차 사고를 예방하고, Option #1, #2, Ethernet TCP/IP로 HMI(242) 및 상위 시스템(232)으로 송출한다. According to this, when a ground fault or leakage current occurs in the equipment of DC power, the current value is measured in the high-sensitivity DC
그리고, 도 13은 본 발명의 고감도 직류 변류기(100)가 적용되는 초정밀 접지 검출 시스템(200)을 신재생에너지 및 ESS(400)에 적용한 예를 설명하기 위해 도시한 도면이다. And, FIG. 13 is a diagram illustrating an example in which the ultra-precision
이에 의하면 본 발명의 고정밀 직류 변류기(100)는 태양광 패널에서 발전된 직류 전원을 접속반에 연결하는 P, N상에 설치한다. 즉, 태양광 패널, 접속반, PCS, ESS 등 직류 전원을 사용하는 모든 설비에 본 발명의 고정밀 직류 변류기(100)를 설치하여 지락 및 누설전류를 감시한다. According to this, the high-precision DC
또한, PCS에서 교류전원으로 변환하여 스마트 그리드로 공급하는 선로에 AGFR(AC Ground Fault Relay)을 같이 설치하여 교류 전원의 지락 및 누설전류를 검출한다. In addition, AGFR (AC Ground Fault Relay) is installed on the line that converts PCS to AC power and supplies it to the smart grid to detect ground faults and leakage currents of AC power.
이에 직류 및 교류 전원의 장비가 지락 혹은 누설전류 발생하면 전술한 바와 같이 해당 피더 및 장비 전원을 Option #3을 DO로 차단하여 화재 및 2차 사고를 예방하고, Option #1, #2, Ethernet TCP/IP로 HMI(242) 및 상위 시스템(232)으로 송출한다. Therefore, if the equipment of DC or AC power has a ground fault or leakage current, as described above, cut off the feeder and equipment power with
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형 가능한 것으로, 본 발명의 보호범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The above description is merely illustrative of the technical idea of the present invention, and various modifications and variations are possible without departing from the essential characteristics of the present invention by those skilled in the art to which the present invention pertains. The scope of protection should be interpreted by the following claims, and all technical ideas within the equivalent range should be construed as being included in the scope of the present invention.
100: 고감도 직류 변류기 110: 강자성체 코아
120: 메인 코일 130: 구형파 발진회로
140: 션트저항 150: 보조 코일
160: 제1 증폭기 170: 제어기판
171: 연산처리부 172: ADC
173: RJ-45 커넥터 174: 전원부
175: 제1 필터 176: 제2 필터
177: 제2 증폭기 200: 초정밀 접지 검출 시스템100: high-sensitivity DC current transformer 110: ferromagnetic core
120: main coil 130: square wave oscillation circuit
140: shunt resistor 150: auxiliary coil
160: first amplifier 170: control board
171: arithmetic processing unit 172: ADC
173: RJ-45 connector 174: power supply
175: first filter 176: second filter
177: second amplifier 200: ultra-precision ground detection system
Claims (4)
상기 직류 변류기는 피더 P, N상 도선이 관통하는 강자성체 코아와, 상기 강자성체 코아의 일측에 권선되는 메인 코일과, 상기 강자성체 코아의 타측에 권선되는 보조 코일과, 상기 메인 코일의 하단에 연결되어 전압 전류를 측정하기 위한 션트저항과, 상기 메인 코일의 일단에 구형파를 인가하는 구형파 발진회로로 이루어지며,
상기 보조 코일은 상기 피더 P, N상 도선 중 어느 하나에 발생하는 지락 혹은 누설전류에 의해 유도기전력이 유도되고, 이렇게 유도된 유도기전력에 의해 상기 구형파 발진회로의 주기를 변경하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장장치 및 소내 배전반용 초정밀 접지 검출 시스템.
In the ultra-precise grounding detection system for energy storage devices and on-site switchboards, Option #1 IEC61850 is connected to the upper system, Option #2 is Modbus connected to AGFR, and Option #3 RS-485 is DI, DO, CT/PT, AI It is configured to connect with the HMI through Ethernet TCP/IP, and to connect with the DC current transformer through DGPS (DC Ground Processing System) RS-485 so that it can be used selectively according to the installation environment,
The DC current transformer includes a ferromagnetic core through which the feeder P and N phase conductors pass, a main coil wound on one side of the ferromagnetic core, an auxiliary coil wound on the other side of the ferromagnetic core, and a voltage connected to the lower end of the main coil It consists of a shunt resistor for measuring current, and a square wave oscillation circuit that applies a square wave to one end of the main coil,
In the auxiliary coil, an induced electromotive force is induced by a ground fault or leakage current generated in any one of the P and N-phase conductors of the feeder, and the cycle of the square wave oscillation circuit is changed by the induced electromotive force. Ultra-precise ground detection system for storage devices and on-site switchboards.
상기 직류 변류기는 상기 구형파 발진회로의 구형판의 발진 주기를 변경하도록 상기 보조 코일에 유도되는 유도기전력을 증폭하여 구형파 발진회로로 출력하는 제1 증폭기와, 상기 메인 코일에서 출력되는 전압형태의 직류 전류를 변환하는 ADC와, 상기 ADC를 통해 입력되는 직류전류를 이용해 전류값을 산출하는 연산처리부를 더 포함하고,
상기 연산처리부는 상기 ADC를 통하여 샘플링된 파형의 면적을 계산하되,
샘플링된 파형의 상부 면적과 하부 면적이 동일할 경우 이상이 없는 것으로 판단하고,
상부 면적이 하부 면적보다 클 경우에는 P상에 지락 또는 누설이 발생한 것으로 판단하고,
하부 면적이 상부 면적보다 클 경우에는 N상에 지락 또는 누설이 발생한 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장장치 및 소내 배전반용 초정밀 접지 검출 시스템.
The method of claim 1,
The DC current transformer includes a first amplifier that amplifies the induced electromotive force induced in the auxiliary coil to change the oscillation period of the spherical plate of the square wave oscillation circuit and outputs it to the square wave oscillation circuit, and a DC current in the form of a voltage output from the main coil Further comprising an ADC for converting , and an arithmetic processing unit for calculating a current value using a DC current input through the ADC,
The calculation processing unit calculates the area of the waveform sampled through the ADC,
If the upper area and lower area of the sampled waveform are the same, it is determined that there is no abnormality,
If the upper area is larger than the lower area, it is determined that a ground fault or leakage has occurred in the P phase,
If the lower area is larger than the upper area, it is characterized in that it is determined that a ground fault or leakage has occurred in the N phase.
상기 연산처리부는 도선의 전류값을 산출하고 RS-485 통신을 통해 초정밀 접지 검출 시스템으로 전송하며, 상기 초정밀 접지 검출 시스템은 도선의 지락 또는 누설전류 여부를 판정하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장장치 및 소내 배전반용 초정밀 접지 검출 시스템. 4. The method of claim 3,
The arithmetic processing unit calculates the current value of the conducting wire and transmits it to the ultra-precision grounding detection system through RS-485 communication, wherein the ultra-precise grounding detection system determines whether the conducting wire has a ground fault or leakage current. Ultra-precise ground detection system for switchboards.
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