디지털 보호계전기

정의

디지털 보호계전기는 전압과 전류를 디지털 신호로 바꾸어 고장을 판단하는 계전기다.

판단은 마이크로프로세서가 연산으로 하므로 여러 보호 기능을 한 장치에 담을 수 있다.

핵심 키워드는 A/D 변환, 샘플링, 수치 연산, 다기능 통합, 자기진단, 통신이다.

기본 구성

디지털 보호계전기는 입력부, A/D 변환부, 연산부, 출력부로 나뉜다.

입력부에서 PT·CT 신호의 고주파를 저역통과필터로 제거한다.

A/D 변환부가 샘플링해 숫자로 바꾸고, 연산부가 보호 알고리즘을 수행한다.

연산 결과는 출력 접점으로 차단기에 보내고, 통신부는 SCADA와 주고받는다.

샘플링 계산

샘플링 주파수 f_s는 주기당 샘플 수 N에 계통 주파수 f를 곱한 값이다.

60Hz 계통에서 샘플링 주파수가 1920Hz인 경우를 생각해 보자.

1920을 60으로 나누면 사이클당 샘플 수 N이 나온다. 직접 구해 보자.

N은 32이다. 1주기를 32개 샘플로 나눠 측정한다.

나이퀴스트와 필터

샘플링 주파수는 대상 최고 주파수의 2배보다 커야 한다. 나이퀴스트 조건이다.

60Hz 계통에서 1주기당 16회 샘플링하면 960Hz가 된다.

960Hz면 최고 480Hz 성분까지 분석할 수 있어 고조파 분석에 충분하다.

샘플링 전에는 저역통과필터로 고주파를 걸러 앨리어싱을 막는다.

흔한 실수와 채점 포인트

마지막으로 흔한 실수를 짚는다. 자기진단을 보호 기능과 같은 수준으로 쓰면 안 된다.

보호 기능의 핵심은 선택성, 신속성, 감도, 신뢰도다.

자기진단, 통신, 계측, 파형 분석은 부가 기능으로 구분해 쓴다.

정답은 자기진단이다. 자기진단은 부가 기능이다.