지하철에서는 직류보호계전시스템으로 정한시과전류계전기(76i)와 저전압계전기(Mid-point Relay, 80A)를 사용하여 직류급전계통을 보호하고 있었으나, 최근에는 보호방식으로 고장선택계전기(50F)를 주로 적용하고 있다. 본 연구에서는 현재 서울메트로 3 4호선에 적용하여 사용하고 있는 76i/80A와 50F 각각의 직류급전계통 보호방식을 비교하기 위해 단락고장계산식을 이용하여 분석하였으며 PSCAD/EMTDC 과도프로그램을 통한 시뮬레이션으로 연구하였다. 분석한 결과 80A는 고장저항의 크기에 따라 동작여부가 달라지고, 50F의 경우 고장저항의 크기나 선로의 길이가 변하더라도 일정시간이 지나면 설정값에 따라 동작함을 확인하였다. 이에 향후 직류보호계전시스템의 운영에 있어 합리적인 적용을 제시하고자 한다.
1) 제어봉의 전자 클러치는 직류전원 공급 장치에 의해 12V의 직류 전력을 공급받으며 전압 강하에 대한 내성이 좋다. 제어봉은 10V의 전압이 525msec 이상 지속될 때 전자력 상실로 낙하한다. 완전정전(0V)이 발생하여도 직류전원 공급 장치는 500msec 동안 전자클러치에 직류전력을 공급하여 제어봉의 연결 상태를 유지하도록 한다. 2) 정지봉 계통에 대한 전압강하의 영향은 제어회로를 구성하는 전자접촉기의 개방에 의하여 펌프의 전원공급이 차단되고, 그 결과 정지봉이 낙하한다. 정지봉은 펌프의 전원이 상실되면 수압 실린더의 압력 상실로 약 1000msec 후에 낙하한기 시작한다. 그림 2는 제어봉 및 정지봉에 대한 정전 영향을 시간에 따라 표시한 것이다. 3) 1차 및 2차 냉각계통의 부족전압 계전기에 의해 펌프가 정지할 때까지 저유량 신호 및 N/T mismatch 신호에 의한 원자로 정지신호는 발생되지 않는다. 따라서 정지봉 및 제어봉 계통에 적용하고자 하는 순간정전 보상장치는 부족전압 계전기 동작시간 이내의 보상시간에서만 가능할 것이다.
기존의 디지털 계전기 교육/훈련 방법은 적절한 교육용 소프트웨어 및 기기의 부재로 인해 교육을 받는 훈련생들을 단기간 내에 이해시키는데 어려움이 있었다. 본 연구의 목적은 GUI 환경에서 다양한 모의 고장 발생, 모의 고장 시나리오의 입력, 편집 수정, 삭제가 가능하고 디지털 계전기의 교육/훈련 기능과 함께 훈련 결과의 평가와 훈련일지의 작성 기능을 포함하는 디지털 계전기 시뮬레이터의 개발이다. 본 논문에서는 고장종류, 고장발생 각, 고장거리, 데이터의 샘플수에 따라 EMTP를 이용하여 모의한 후, 디지털 신호 처리를 이용하여 직류 성분과 고조파 성분을 제거하고, 기본파 성분을 추출한다. 그리고 추출된 데이터를 사용하여 임피던스 궤적을 도시하고. 그 결과를 사용자에게 보여주도록 하였다. 특히, GUI 환경으로 구성하여 알고리즘의 수행과정을 보다 쉽게 이해하고. 사용할 수 있도록 함으로써, 교육/훈련의 효과가 극대화되도록 하였다.
직류 계전기는 전기자동차의 하나의 부품으로 간헐적으로 고주파수 소음이 710 Hz ~ 730 Hz의 주파수 범위에서 전기적 부하에 의해 발생한다. 고정접점과 가동접점 사이에서 발생하는 전자 반발력이 가동접점과 접압 스프링을 진동시키고, 그 진동으로 가동접점과 접압 스프링에 공진이 발생하여 고주파수 소음이 발생한다. 본 논문에서는 수치해석 및 실험을 통하여 고주파수 소음의 원인을 규명하고, 소음을 제거하는 방안을 제시하였다. 710 Hz ~ 730 Hz의 주파수 범위에서 가동접점은 고정접점과의 2개의 접촉점을 기준으로 회전하는 공진모드가 발생한다. 따라서 해당 여기서 제안한 방법은 공진모드를 제거하기 위해 가동접점의 구조를 2점 접촉구조 방식에서 3점 접촉구조 방식으로 변경하는 것이다. 3점 접촉구조를 적용함에 따라 공진모드가 제거되는 것을 수치해석으로 확인하였고, 실험적으로도 고주파수 소음이 발생하지 않는 것을 확인하였다.
본 논문은 경전철 급전시스템을 위한 직류보호제어장치의 개발 및 적용에 관한 것이다. 이를 위하여 직류급전계통의 단락특성을 이론과 실측자료를 이용하여 분석하였으며, 사고전류를 검출하는 기법의 개선안을 제시하여 직류 보호계전장치를 개발하였다 특히 계전기능 중 가장 중요한 고장선택계전기(50F)의 계전알고리즘을 개선하여 개발하였고, 이를 경북 경산 경전철 시험선에 설치하여 운전 중이다. 직류 보호계전기를 현장에 적용하기 위하여 그동안 불분명하고 명확하지 않았던 규정 및 규격을 개발과정에서 명확하게 정리하였다. 또한 특성시험과 EMC시험 규정 중 일부항목에 대해 시험방법이 제정되어있지 않아 IEC 규정의 분석을 통하여 객관적이고 타당한 시험회로, 방법 및 평가방법을 제안하였다.
송전선로에서 발생하는 고장의 대부분은 낙뢰에 의한 상-대지간 섬락이나 외물접촉, 혹은 애자련의 오손에 의한 절연파괴 등이 대부분이다. 그리고 대분의 고장은 큰 고장전류를 흘리게 되어 보호계전기가 동작하여 고장구간을 신속하게 분리하게 된다. 그러나, 본 고장사례는 매우 희귀한 고장 사례로서, 고저항 아크 지락에 의하여 발생하는 과도회복전압(TRV: Transient Recovery Voltage)이 애자련에 섬락을 일으킨 경우이다. 본 연구에서는 EMTP (Electro-Magnetic Transient Program)를 이용하여 고저항 지락시 아크의 단속에 의하여 과도회복전압이 발생할 가능성이 있음을 보였으며, 고장기록장치(Fault Recorder)에 나타난 파형 기록과의 유사성을 확인하였다. 또한, 고저항 지락에 의하여 직류분이 초기에 방전됨으로써 고장전류 파형에 직류분 오프셋이 나타나지 않게 됨을 밝혔다.
This study identifies the comparison of Technical specification and Characteristics of DC Protection Relay(ETCPU200) used in DC Distribution System in Korea. ETCPU200 has completed Field Test and approved its capability by finding out causes of recent operations through lately developed digital DC protection relay in parallel operation at Maebong-Substation, Sangbong-Substation, Nakseongdae-Substation, Euljirosaga-Substation, Jegi-Substation and Chongyangri T/P area. It also examines additional features for efficient System Analysis and Operations.
This study identifies the comparison of Technical specification and Characteristics of DC Protection Relay(ETCPU200) used in DC Distribution System in Korea. ETCPU200 has completed Field Test and approved its capability by finding out causes of recent operations through lately developed digital DC protection relay in parallel operation at Maebong-Substation, Nakseongdae-Substation, Euljirosaga-Substation, Jegi-Substation and Chongryangri T/P area. It also examines additional features for efficient System Analysis and Operations.
최근 서울메트로 1,2호선 변전설비는 장기 사용한 부분부터 년차적으로 설비를 교체하고 있다. DC 급전계통 보호계전기도 76I, 50, 85, 64P 4개정도에 불과했으나 76I, 76D, DDL-I, DDL-T(Imin), 85, 64P 등 다양한 종류의 디지털 보호계전기로 세분화되었으며, 각종 이벤트 및 사고파형 등을 기록 저장하여 모든 동작사항을 검토 분석할 수 있도록 기능이 다양화 되어있다. 그러나 보호설비를 본래 보호목적에 맞게 사용하지 못하여 장애가 확대된 사례가 있어 본 논문에서는 보호계전기 종류별 보호목적, 방향, 설정치 등을 검토하여 향후 DC 차단기 보호계전기 운영에 활용함으로서 사고확대률 방지하고, 직류 보호계전시스템 운영에 있어 합리적인 방법을 제시하고자 한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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