마이크로컴퓨터 통합 보호 장치가 고압 스위치 기어에서 어떤 역할을 하는지 그리고 이를 어떻게 선택하는지

고압 스위치기어에서 마이크로컴퓨터 통합 보호 장치의 역할과 선택

최근 몇 년 동안 중고압 전력 배전 시스템 프로젝트에서 마이크로컴퓨터 통합 보호 장치의 적용이 크게 증가했습니다. 이러한 장치는 사용자 친화적이며, 복잡한 배선, 낮은 신뢰성, 번거로운 설정 및 디버깅 절차와 같은 전통적인 릴레이 보호의 단점을 극복합니다. 마이크로컴퓨터 통합 보호 장치는 종합적인 자기 진단 기능을 갖추고 있어 검출 및 조정이 매우 편리합니다.

이상이 감지되면 중앙 처리 장치(CPU)는 신호 발생기에 해당하는 음성 및 시각적 경보 신호를 발행하도록 명령합니다. 또한, 고장 정보 인쇄 및 이벤트 후 보호 동작 시간 기록과 같은 다양한 보조 기능을 쉽게 구현할 수 있습니다. 이러한 장치를 생산하는 제조업체가 많으며, 각각 다른 기능과 하드웨어 구성으로 제품을 제공하므로 가장 적합한 통합 보호 장치를 선택하는 것은 어려울 수 있습니다.

I. 마이크로컴퓨터 통합 보호 장치의 선택

마이크로컴퓨터 통합 보호 장치가 올바르고 정확하게 릴레이 보호 작업을 수행하도록 하기 위해서는 설계 단계에서 신뢰성, 응답 시간, 유지 관리 및 조정 용이성, 추가 기능 등을 종합적으로 평가하여 선택해야 합니다.

1.1 마이크로컴퓨터 통합 보호 장치의 신뢰성

마이크로컴퓨터 통합 보호 장치의 신호 입력은 전통적인 릴레이 보호와 동일합니다: 전압 변환기(VT)와 전류 변환기(CT)로부터 전압 및 전류 신호를 도입하고, 트랜스듀서를 통해 보호 장치에 필요한 표준 신호로 변환한 후 저주파 및 고주파 하모닉과 기타 간섭 신호를 필터링합니다. 아날로그-디지털(A/D) 변환기는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환합니다. CPU는 디지털 입력을 계산하고, 사전 설정 값과 비교하여 판단하고, 알람 또는 트립을 트리거할지 결정합니다.

신뢰성 요구 사항을 충족하기 위해 측정 및 보호 입력 신호는 장치 내 독립적인 처리 유닛에 의해 처리되고 출력됩니다. 이렇게 함으로써 높은 측정 정확도를 달성하고 심각한 고장 시 충분한 여유를 제공합니다. 고장 신호 전류가 정상 값의 20배에 이를 때에도 A/D 오버플로우나 포화가 발생하지 않아야 하며, 이는 일반적인 공학적 응용에서의 신뢰성 요구 사항을 충족합니다.

1.2 마이크로컴퓨터 통합 보호 장치의 응답 시간

설계 및 선택 시 보호 장치의 품질은 세 가지 지표인 계산 정확도, 응답 시간, 계산 부하를 기반으로 판단할 수 있습니다. 이 세 가지 요소는 서로 모순적입니다: 낮은 계산 정확도와 작은 계산 부하로 더 빠른 응답 시간을 얻을 수 있지만, 높은 정확도와 큰 부하로는 느린 응답 시간을 얻게 됩니다. 일반적으로 전력망의 최종 사용자에게는 계산 부하가 3배 이상, 계산 정확도가 0.2% 이상, 최대 응답 시간이 30ms 미만이어야 일반적인 공학적 응답 시간 요구 사항을 충족합니다.

1.3 마이크로컴퓨터 통합 보호 장치의 기타 기능 선택

통합 보호 장치에는 많은 통합 칩이 포함되어 있어 유지 관리를 위한 고수준의 기술이 필요합니다. 선택 시 모듈식이고 일반적인 하드웨어를 갖춘 장치를 선호해야 하며, 하드웨어 결함은 단순히 모듈 교체로 해결할 수 있어 작업 효율성을 향상시킵니다.

또한, 보호 장치는 내장 EPROM 모듈을 갖추어야 하며, 모든 설정 값을 디지털로 저장할 수 있어야 합니다. 현장 인력은 장비 조정을 위해 이러한 설정 값을 쉽게 불러올 수 있으며 데이터 재작성이 필요하지 않습니다. 전체 프로젝트의 자동화 모니터링 시스템과 통합하기 위해 보호 장치는 통신 기능을 가져야 하며, 데이터 버스를 통해 쉽게 네트워크를 형성하고 상위 자동화 모니터링 시스템으로 동작 정보를 전송할 수 있어야 합니다.

2. 통합 보호 장치와 플랜트 전체 자동화 제어 시스템 간의 관계

플랜트 자동화 제어 시스템의 구성 및 통신 요구 사항에 따라 마이크로컴퓨터 통합 보호 장치의 자동화 시스템은 일반적으로 스위치기어 계층, 변전소 계층, 중앙 제어실로 나뉩니다.

2.1 스위치기어 계층

스위치기어 계층은 다양한 유형의 마이크로컴퓨터 통합 보호 장치로 구성되며, 직접 스위치기어에 설치됩니다. 각 장치는 해당 캐비닛의 측정, 보호 신호 및 제어 기능을 직접 처리합니다. 구체적인 기능은 다음과 같습니다:

(1) 인커머 캐비닛

• 보호 기능: 즉시 과전류 트립, 지연 과전류 트립.

• 측정 기능: 3상 전류, 3상 전압, 유효 및 무효 전력, 유효 및 무효 에너지.

• 모니터링 기능: 회로 차단기 열림/닫힘 위치.

• 제어 기능: 수동 열림/닫힘 (캐비닛 위), 원격 제어 열림/닫힘.

• 경보 기능: 고장으로 인한 트립, 경고 신호, 열림/닫힘, 장치 고장, 고장 기록 등.

(2) 변압기 캐비닛

• 보호 기능: 즉시 과전류 트립, 지연 과전류 트립, 역시간 과부하, 단상 접지 고장, 중량 가스 트립.

• 측정, 모니터링 및 제어 기능: 인커머 캐비닛과 동일.

• 경보 기능: 고장으로 인한 트립, 경량 가스, 온도 경보, 경고 신호, 열림/닫힘, 장치 고장, 고장 기록 등.

(3) 버스바 캐비닛

• 보호, 모니터링 및 제어 기능: 인커머 캐비닛과 동일.

• 경보 기능: 고장으로 인한 트립, 장치 고장, 고장 기록 등.

(4) 모터 캐비닛

• 보호 기능: 즉시 과전류 트립, 지연 과전류 트립, 과부하, 단상 접지 고장, 저전압, 과열.

• 측정 기능: 3상 전류, 3상 전압, 유효 및 무효 전력, 유효 및 무효 에너지.

• 모니터링 기능: 회로 차단기 열림/닫힘 위치.

• 제어 기능: 수동 열림/닫힘 (캐비닛 위), 원격 제어 열림/닫힘.

• 경보 기능: 고장으로 인한 트립, 경고 신호, 열림/닫힘, 장치 고장, 고장 기록 등.

각 스위치기어에서 데이터 수집 후 보호 장치는 버스를 통해 서브스테이션 계층의 모니터링 컴퓨터로 데이터를 전송합니다. 이 시스템은 제어 케이블을 크게 줄이고 현장 조정 시간을 단축하며 작업 효율성을 향상시킵니다.

2.2 서브스테이션 계층

서브스테이션의 많은 신호가 플랜트의 산업용 이더넷을 통해 중앙 제어실로 전송되며, 서브스테이션은 중앙 제어실로부터 신호를 받아 보호 장치에 제어 명령을 발행합니다. 서브스테이션 계층은 일반적으로 산업용 제어 컴퓨터, 프린터, 모니터로 구성됩니다. 주요 기능은 스위치기어 통합 보호 장치의 구성 및 관리, 시스템 작동 모니터링, 서브스테이션 데이터베이스의 생성 및 관리, 중앙 제어실과의 통신입니다.

제조업체들이 보호 장치 소프트웨어 및 전기 계산 방법을 비공개로 유지하므로, 서브스테이션 계층은 중앙 제어실과 보호 장치 간의 신호 송수신을 위한 통신 프로토콜 변환을 처리해야 합니다.

2.3 통신 네트워크

스위치기어와 서브스테이션 간의 통신은 MODbus 버스 네트워크를 사용할 수 있으며, 최대 64개의 슬레이브 스테이션을 지원합니다. 통신 네트워크와 장치 사이에서는 외부 간섭을 방지하기 위해 광학적 격리를 사용합니다. 서브스테이션과 중앙 제어실 간의 통신은 광 섬유 매체를 사용하는 산업용 이더넷으로, 통신 속도는 1 Mbps 이상입니다.

2.4 소프트웨어

시스템 소프트웨어는 Windows NT와 같은 국제 표준 아키텍처를 가진 주류 플랫폼을 사용할 수 있습니다. 소프트웨어 모듈에는 메인 제어 소프트웨어, 그래픽 소프트웨어, 데이터베이스 관리 소프트웨어, 보고서 생성 소프트웨어, 통신 소프트웨어가 포함되어야 합니다.

소프트웨어를 선택할 때 메인 제어 소프트웨어는 높은 모듈화 정도를 가져야 합니다. 높은 모듈화는 현장 인력이 현장 조건에 따라 소프트웨어를 쉽게 호출할 수 있도록 하여 추가 프로그래밍 없이 운영 및 유지 관리 작업을 크게 줄이고 작업 효율성을 향상시킵니다.

3. 마이크로컴퓨터 통합 보호 장치의 하드웨어 선택 시 주의사항

또한, 마이크로컴퓨터 통합 보호 장치의 하드웨어를 선택할 때 다음 사항에 주의해야 합니다:

• 밀폐형 강화 챠시를 사용하여 강한 진동과 간섭에 저항하며, 좁은 설치 크기를 갖추어 혹독한 환경과 캐비닛 장착에 적합합니다.

• 산업용 듀얼-CPU 구조를 채택하여 각 장치가 주 CPU와 통신 CPU를 포함합니다. 두 CPU는 서로 확인하는 모드로 작동하여 장치의 응답 시간과 정확도를 향상시키고, 잘못된 동작이나 동작 실패를 방지하며, 안정성과 신뢰성을 향상시킵니다.

• 전 범위 온도 자동 보상 기능을 통해 장치는 -20°C부터 +60°C까지의 환경에서 장기간 작동할 수 있습니다.

• 장치 내에서 측정 및 보호 신호를 분리하여 처리하여 정확도 요구 사항과 보호 범위 및 신뢰성 요구 사항을 모두 충족합니다.

• 전용 주파수 샘플링 회로를 사용하여 그리드 주파수를 정확하게 추적하여 전기량 계산이 더 정확해집니다.

• 디지털 입력 및 출력 신호에 광학적 격리를 사용하고, 내부 캐비닛 배선에 차폐 케이블을 사용하여 외부 간섭 신호를 효과적으로 방지하고 장치의 간섭 저항 능력을 향상시킵니다.

• 대형 LCD 디스플레이와 소프트 키보드를 사용하여 숫자 표시가 더 명확하고 조작이 더 쉬워집니다.

• 시험 운전 및 운전 후, 다양한 보호 모드의 설정 값은 EPROM에 디지털로 저장되어 디버깅이나 회로 고장 수리 후 쉽게 불러올 수 있습니다.

• 다양한 유형의 회로 차단기를 제어하기에 적합한 종합적인 회로 차단기 제어 회로를 포함하여 서브스테이션 업그레이드를 용이하게 합니다.

• 완전한 사고 분석 기능을 갖추고 있으며, 보호 동작 이벤트 기록, 전기량 신호 한계 초과 기록, 고장 기록 등을 포함합니다.

4. 고압 스위치기어에서 마이크로컴퓨터 통합 보호 장치의 역할

마이크로컴퓨터 보호 장치는 회로를 비정상 상태로부터 보호합니다. 고압 스위치기어에서의 역할은 다음과 같습니다:

마이크로컴퓨터 보호 장치는 강력한 데이터 처리, 논리 연산, 정보 저장 능력을 갖추고 있으며, 고급 내부 구조를 가지고 있습니다. 전통적인 릴레이 보호의 완전한 보호 기능을 제공합니다. 전류 변환기와 전압 변환기와 같은 측정 구성 요소로부터 신호를 수신하여 회로 상태를 모니터링, 제어, 보호할 수 있습니다. 이에는 단락, 과부하, 단상 접지 고장 등의 보호가 포함됩니다. 보호 장치가 없으면 이러한 기능은 고압 스위치기어에서 릴레이를 사용하여 수행됩니다. 마이크로컴퓨터 보호를 사용하면, 원격 제어의 용이한 수용, 상위 시스템과의 통신을 통해 회로의 현재, 전압, 전력, 에너지 신호를 전송하고, 보호 설정을 쉽게 조정할 수 있는 추가 기능이 가능합니다.