마이크로컴퓨터 통합 보호 장치를 선택하는 방법과 고압 스위치기어에서의 그 기능은 무엇인가요

1. 마이크로컴퓨터 통합 보호 장치의 선택 및 역할

1.1 마이크로컴퓨터 통합 보호 장치의 선택

마이크로컴퓨터 통합 보호 장치가 제대로 정확하게 계전 보호 작업을 수행하기 위해서는 설계 시 신뢰성, 응답 시간, 유지보수 및 조정, 추가 기능 등을 종합적으로 고려해야 합니다.

마이크로컴퓨터 통합 보호 장치의 신호 입력은 전통적인 계전 보호와 동일합니다: 전압과 전류 신호는 포텐셜 변환기(PT)와 전류 변환기(CT)로부터 도입되어, 송신기로 변환되어 보호 장치에 필요한 표준 신호로 변환되며, 저주파 및 고주파 하모닉과 기타 간섭을 제거하기 위해 필터링되고, 아날로그-디지털 변환기에 의해 디지털 신호로 변환됩니다.

CPU는 디지털 입력에 대해 계산을 수행하고, 결과를 사전 설정 값과 비교하여 판단한 후 알람 또는 트립을 트리거할지 결정합니다. 신뢰성 요구 사항을 충족하기 위해 측정 및 보호 입력 신호는 장치 내 독립된 처리 유닛에 의해 처리되고 출력됩니다. 이는 측정 정확성을 보장하면서 심각한 고장 상황에서 충분한 여유를 제공합니다. 장치가 고장 전류가 정상 값의 20배에 도달했을 때 A/D 오버플로우나 포화 상태가 발생하지 않으면 일반적인 공학적 신뢰성이 충족됩니다.

1.2 응답 시간의 선택

보호 장치의 소프트웨어 워크플로는 일반적으로 아래 그림과 같습니다:

그림에서 볼 수 있듯이 보호 장치의 응답 시간은 사용되는 소프트웨어와 전기량 계산 방법과 밀접한 관련이 있으며, 이는 일반적으로 사용자에게 알려져 있지 않습니다.

설계 및 선택 시에는 계산 정확도, 응답 시간, 계산 부하라는 세 가지 지표를 기반으로 보호 장치의 품질을 판단할 수 있습니다. 이 세 가지 요소는 서로 충돌합니다: 계산 정확도가 낮고 계산 부하가 적으면 응답 시간이 더 빠르지만, 정확도가 높고 계산 부하가 크면 응답 시간이 느려집니다. 일반적으로 전력망의 최종 사용자에게는 계산 부하가 3배 이상, 계산 정확도가 0.2% 이상, 최대 응답 시간이 30ms 미만인 경우 일반적인 공학적 요구 사항을 충족하는 응답 시간이 됩니다.

1.3 기타 기능의 선택

통합 보호 장치는 많은 집적 회로를 포함하므로 유지보수에 고급 기술이 필요합니다. 선택 시 모듈형이고 표준화된 하드웨어를 우선시하여 하드웨어 결함을 단순히 모듈 교체로 해결할 수 있어 작업 효율이 향상됩니다. 또한 보호 장치는 내장 EPROM 모듈을 갖추어야 하며, 이를 통해 모든 설정 값을 디지털로 저장할 수 있어 현장 인력이 장비 조정 시 설정값을 쉽게 불러올 수 있습니다.

전체 프로젝트 자동화 모니터링 시스템과 통합하기 위해 보호 장치는 통신 기능을 갖추어야 하며, 데이터 버스를 통해 네트워크를 쉽게 형성하고 트립 이후 정보를 상위 자동화 모니터링 시스템으로 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 스위치 기어 층, 변전소 층, 중앙 제어실 층으로 나뉩니다.

2.1 스위치 기어 층

스위치 기어 층은 다양한 종류의 마이크로컴퓨터 통합 보호 장치로 구성되며, 각 장치는 스위치 기어에 직접 설치되어 해당 캐비닛의 측정, 보호 신호, 제어 기능을 직접 처리합니다. 구체적인 기능은 다음과 같습니다:

(1) 인입선 캐비닛

• 보호 기능: 즉시 과전류, 지연 과전류.

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

• 모니터링 기능: 회로 차단기 열림/닫힘 위치.

• 제어 기능: 수동 열림/닫힘 (캐비닛에서), 원격 열림/닫힘.

• 알람 기능: 사고로 인한 트립, 경고 신호, 열림/닫힘 상태, 장치 고장, 고장 기록 등.

(2) 변압기 캐비닛

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

• 측정, 모니터링, 제어 기능: 인입선 캐비닛과 동일.

• 알람 기능: 사고로 인한 트립, 가벼운 가스, 온도 알람, 경고 신호, 열림/닫힘 상태, 장치 고장, 고장 기록 등.

(3) 버스바 캐비닛

• 보호, 모니터링, 제어 기능: 인입선 캐비닛과 동일.

• 알람 기능: 사고로 인한 트립, 장치 고장, 고장 기록 등.

(4) 모터 캐비닛

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

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

• 모니터링 기능: 회로 차단기 열림/닫힘 위치.

• 제어 기능: 수동 열림/닫힘 (캐비닛에서), 원격 열림/닫힘.

• 알람 기능: 사고로 인한 트립, 경고 신호, 열림/닫힘 상태, 장치 고장, 고장 기록 등.

각 스위치 기어에서 데이터 수집 후 보호 장치는 데이터를 버스를 통해 변전소 층의 모니터링 컴퓨터로 전송합니다. 이 시스템은 제어 케이블을 크게 줄이고 현장 조정 시간을 단축하며 작업 효율을 향상시킵니다.

2.2 변전소 층

변전소의 많은 신호는 플랜트의 산업용 이더넷을 통해 중앙 제어실로 전송되어야 하며, 중앙 제어실에서의 제어 명령은 보호 장치로 전송되어야 합니다. 변전소 층은 일반적으로 산업용 제어 컴퓨터, 프린터, 모니터로 구성됩니다. 주요 기능은 스위치 기어 보호 장치의 구성 및 관리, 시스템 운영 모니터링, 변전소 데이터베이스의 생성 및 관리, 중앙 제어실과의 통신입니다.

보호 장치의 소프트웨어 및 전기 계산 방법에 대한 제조사의 기밀성 때문에, 변전소 층은 중앙 제어실과 보호 장치 간의 신호 전송 및 수신을 위한 통신 프로토콜 변환도 처리해야 합니다.

2.3 통신 네트워크

스위치 기어와 변전소 간의 통신은 MODbus 버스 네트워크를 사용할 수 있으며, 최대 64개의 슬레이브 스테이션을 지원합니다. 통신 네트워크와 장치 사이에는 외부 간섭을 방지하기 위해 광학적 격리를 사용합니다. 변전소와 중앙 제어실 간의 통신은 광 매체를 사용하는 산업용 이더넷을 사용하며, 통신 속도는 1 Mbps 이상입니다.

2.4 소프트웨어

시스템 소프트웨어는 Windows NT와 같은 국제 표준 아키텍처를 갖춘 주류 플랫폼을 사용할 수 있습니다. 소프트웨어 모듈은 다음을 포함해야 합니다: 주 제어 소프트웨어, 그래픽 소프트웨어, 데이터베이스 관리 소프트웨어, 보고서 생성 소프트웨어, 통신 소프트웨어.

소프트웨어 선택 시 주 제어 소프트웨어는 높은 모듈성을 가져야 합니다. 높은 모듈성은 현장 인력이 현장 조건에 따라 소프트웨어를 호출할 수 있게 하여 추가 프로그래밍 없이 작업을 수행할 수 있어, 배치원 및 유지보수 인력의 작업량을 크게 줄이고 작업 효율을 향상시킵니다.

3. 기타 고려사항

또한, 마이크로컴퓨터 통합 보호 장치의 하드웨어 선택 시 다음과 같은 사항을 유의해야 합니다:

• 밀폐되고 강화된 케이스를 사용하여 강한 진동과 간섭에 대응하며, 컴팩트한 설치 크기를 갖추어 혹독한 환경과 패널 장착에 적합합니다.

• 산업용 듀얼 CPU 구조를 사용하여 각 장치가 메인 CPU와 통신 CPU를 포함하도록 합니다. 두 CPU는 상호 점검 모드로 작동하여 응답 시간과 정확성을 향상시키고, 오작동이나 작동 실패를 방지하며 안정성과 신뢰성을 향상시킵니다.

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

• 장치 내에서 측정 및 보호 신호가 분리되어 처리되어 정확성 요구 사항과 보호 범위 및 신뢰성 요구 사항을 모두 만족합니다.

• 전용 주파수 샘플링 회로를 사용하여 그리드 주파수를 정밀하게 추적하여 전기량 계산을 더욱 정확하게 합니다.

• 디지털 입력/출력에 광학적 격리를 사용하고, 내부 캐비닛 배선에 차폐 케이블을 사용하여 외부 간섭을 효과적으로 방지하고 장치의 간섭 저항력을 향상시킵니다.

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

• 조정 및 운전 후, 다양한 보호 설정 값은 EPROM에 디지털로 저장되어 조정 또는 회로 고장 수리 후 즉시 불러올 수 있습니다.

• 완전한 기능의 회로 차단기 작동 회로를 갖추어 다양한 종류의 회로 차단기를 제어할 수 있어 변전소 개조에 적합합니다.

• 완전한 사고 분석 기능을 갖추어 보호 작동 이벤트 기록, 전기량 신호 초과 기록, 고장 기록 등을 포함합니다.

4. 마이크로컴퓨터 통합 보호 장치의 고압 스위치 기어에서의 역할

마이크로컴퓨터 보호 장치는 회로의 비정상 상태를 보호합니다. 고압 스위치 기어에서의 역할은 다음과 같습니다:

마이크로컴퓨터 보호 장치는 강력한 데이터 처리, 논리 연산, 정보 저장 능력을 갖추고 있으며, 고급 내부 아키텍처를 특징으로 합니다. 이러한 장치는 전통적인 계전 보호와 동등한 완전한 보호 기능을 제공합니다. 전류 및 전압 변환기와 같은 측정 구성 요소로부터 신호를 받아 회로 상태를 모니터링, 제어, 보호할 수 있습니다. 예를 들어, 단락 보호, 과부하 보호, 단상 접지 고장 보호 등이 가능합니다.

보호 장치가 없는 경우, 고압 스위치 기어는 계전기를 사용하여 이러한 보호 기능을 달성합니다. 현대의 마이크로컴퓨터 보호는 원격 제어가 용이하고, 상위 시스템과 통신하여 현재, 전압, 전력, 에너지 데이터를 전송하며, 보호 설정을 쉽게 조정할 수 있는 향상된 기능을 제공합니다.