디지털계전기

[智雲]

Ⅰ. 개요

1. 디지털 계전기는 아날로그 신호를 A/D변환기를 사용하여 샘플링, 양자화 과정 등을 거쳐서 디지털화하고, 그 데이터를 마이크로 프로세서에서 처리하여 복잡한 연산과 고도의 제어를 쉽게 행하는 계전기다.

2. 주요 구성 요소로는 입력로는 입력 변환기, 필터, S/H, A/D변환기, CPU, 메모리, 정정 및 디지털 입출력 등의 전자회로가 있으며, 장래에는 기존의 유도형 계전기를 대신하여 전력설비의 보호계전기로서 주류를 이를 것으로 보여진다.

Ⅱ. DSP(Digital Signal Processing 이산신호 처리)

1. 표본화(Sampling)

1) 연속신호(Continuous Signal)를 이산신호(Discrete Signal)로 바꾸는 과정

2) 연속신호를

라 하고 이산신호를

라 하면 연속신호는 모든 시간

에서 값을 갖지만 이산신호는 일정한 시간 간격

에서만 값을 갖는다.

단,

이며

를 샘플링 주기(Sampling Period)라고 한다.

2. 양자화(Quantization)

1) 아날로그 신호에서 샘플링된 이산치의 크기를 어떤 폭으로 다시 이산치화하는 과정을 양자화라고 한다.

2) 가령 샘플링된 이산치는 무수히 많은 크기를 갖는데 이를 크기 1, 2, 3, … 등으로 대표시켜서 나타내게 되는 것을 가리키며 이때 필연적으로 오차가 발생한다.

3) 이를 양자화 오차라고 하며 양자화 폭을 크게 잡을수록 양자화 오차는 커진다.

‧즉, 샘플링 주기가 횡축의 폭인데 비하여 양자화폭은 종축의 폭이다.

Ⅲ. 디지털 계전기의 구성

1. 입력 변환부

전력계통과 계전 기기 간을 절연하여, 디지털계전기의 저압회로 구성

2. 필터(F : Analog Filter, LPF)

계통고장 시 발생하는 고조파 성분을 제거하는 필터

3. 샘플링 홀더(S/H : Sampling Holder)

필터에서 출력되는 아날로그값을 일정시간 간격으로 샘플링(표본화)하여 샘플링된 값을 일정시간 유지(Holding)

4. 데이터선택기(MPX :Multiplexer)

많은 입력신호 중에서 하나를 선택하여 출력에 연결하는 조합회로

5. A/D 변환기(Analog Digital Converter)

CT, PT에서 입력되는 아날로그 신호를 디지털로 변화시키는 것으로 디지털계전기의 가장 핵심적인 요소

6. 디지털 연산처리부

제어, 보호 연산을 수행하며, 계전기 동작판정을 하는 부분

Ⅳ. 디지털계전기의 특성

1. 장점

1) 고성능, 다기능화 : 디지털 연산처리 및 메모리 기능에 의한 아날로그형에서 실현하지 못하였던 특성, 기능을 실현 할 수 있다.

2) 소형화 : 마아크로 컴퓨터를 구성하는 LSI소자의 고집적화에 따라 장치를 소형화, 축소화시킬 수 있다.

3) 고신뢰도화 : 자동점검 및 상시 감시기능이 있어 장치의 고장, 이상을 발견하기 용이하다.

4) 융통성 : 보호방식을 변경, 개선할 경우 하드웨어의 변경 없이 메모리의 변경만으로 가능하다.

5) 표준화 : 하드웨어적으로 큰 변경없이 다양한 보호방식을 구성할 수 있다.

6) 경제성 : 반도체 소자의 가격저하에 따라 보호계전기의 가격저하가 기대된다.

7) 장래성 : 보호, 제어설비가 디지털화되는 추세에 있어 발전성이 크다.

2. 단점

1) 반도체 소자로 구성되므로 서지, 노이즈에 대한 대책이 요구되며, 고온 또는 저온에서 오·부도작의 우려가 있어 항온, 항습대책이 필요하다.

2) 아날로그값을 디지털로 변환하여 사용하므로 샘플링오차, A/D변환오차 등이 존재한다.

3) 하드웨어 고장시 응급복구가 어렵다.

4) 보호방식이 프로그램으로 구성되어 있어 문제점 발생시 원인 규명이 어렵다.

5) 배선 및 제어회로의 단자처리가 복잡하다.

[출처] 발송배전기술사 서브노트 송전공학#103 디지털계전기|작성자 독서파만권