디지털 보호 계전기(Digital Protective Relay) 개요

전압, 전류의 움직임을 비례적인 양이 아니라 자릿수(digit)라는 기호로 표현(예, 디지털시계 등)하고 장점으로는 정보 저장, 검색, 비교가 용이하고, 정확성 및 정밀도 높으며, 동작에 대한 프로그래밍과 설계가 편리합니다.

 

디지털계전기 형태는,

수배전 계통의 각종 계측 표시 / 보호 및 제어 기능을 하나의 기기에 일체화하여 다양한 계측, 상태 표시 및 보호 기능에 의한 수배전 계통의 전력 보호감시 수행합니다. 또 Fault & Event Recording 으로 사고 분석 용이하고, 고속 Data 통신으로 감시반에서의 원격 Control 및 Monitoring 용이합니다.

 

디지털 보호 계전기의 원리는, 입력된 신호로부터 아날로그 유형의 전압, 전류를 샘플링하고 디지털 연산 처리하여 데이터화된 신호량을 마이크로프로세서를 이용하여 사고의 유형에 따라 정확한 기능을 수행하 것 입니다.

 

각 부분의 기능으로는, 

1. Filter : 사고시 함유되는 고조파 성분을 제거하여 샘플링에 따른 중첩 부분을 미리 제거하기 위한 것

 

2. 샘플링 홀더 (S/H : Sampling Holder) : 필터에서 출력되는 아날로그 값을 일정 시간 간격으로 샘플링(표본화) 하고 샘플링 값을 일정 시간 유지하여 데이터를 읽음, 이때 샘플링 간격 즉, 주파수가 중요(1주기 당 보통 4-6회, 송전계통 12회 이상)

- 50[Hz] : 600[Hz]
- 60[Hz] : 720[Hz]

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3. 멀티플렉서(Multiplexer : MPX) : 샘플링 홀더로 자른 아날로그 값을 디지털 값으로 변환하는 A/D컨버터로 보내주는 기능 샘플링 된 아날로그 신호를 각 입력 순서대로 A/D컨버터로 보내주는 역할

4. A/D 컨버터(A/D Converter) : 입력된 아날로그 값을 등분하여 디지털 신호로 변환하는 역할을 하고, 디지털 계전기는 12~ 16bit A/D 컨버터를 많이 사용하며 이때 A/D 컨버터의 선정이 중요
• 12Bit (211) = 2,048 단위 표시 가능
• 14Bit (213) = 8,192 단위 표시 가능
• 16Bit (215) = 32,768 단위 표시 가능

 

- 최소 분해능력(입력 전류의 최대량을 200A라고 할 때)
• 12Bit = 97mA , 14Bit = 24mA , 16Bit = 6.1mA (분해능력이 커짐)

 

- 성능 결정 요소
• 분해능 : 아날로그 값을 최소한의 디지털 값으로 변환할 수 있는 능력
• 변환시간 : 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 데 걸리는 시간
• 정밀도 : 디지털 신호로 변환 시 발생하는 오차

 

5. DMA (Diret Memory Acess, 직접메모리접근) : 입출력장치 제어기기가 CPU에 의한 프로그램의 실행 없이 자료를 이동할 수 있도록 하는 것으로 시스템의 속도 향상, CPU와 주변장치의 속도 차를 줄일 수 있음

6. CPU (Central Processing Unit, 중앙처리장치) : 계전기를 구성하기 위한 중앙 컨트롤러로 연산회로, 명령 해독, 프로그램에 대한 각종 인터페이스(접점) 역할을 하는 메인 장치. 즉, 입력된 데이터를 실행 처리하는 장치(16Bit, 32Bit 형을 많이 사용)

 

디지털계전기의 특징은

1. 고도의 보호 기능, 보호 특성의 실현

2. 보호연산 능력이 높아져 복잡한 계전기 특성 구현, 고장 분석
3. 장치의 축소화 : 반도체 IC 소자의 사용으로 장치가 소형화되고, 계전기 특성이 프로그램(software)으로 구현, 다수의 계전 기능을 통합
4. 표준화 : 하드웨어의 변경 없이도 프로그램 내용만을 변경하여 여러 종류의 계전기 보호 특성 구현
5. 고도의 자동감시 기능의 실현 : 마이크로프로세서에 의해 처리가 되므로 장치 전체의 자동감시를 빠짐없이 할 수 있음
6. 다기능화 및 전자화 배전반 구현 : 수배전반의 각종 계측, 보호, 제어 및 감시 기기가 통합화된 제품이 출시되고 있으며, 다양한 디지털 통신으로 원방 감시가 용이