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KR-20260060698-A - PROTECTIVE DEVICE AND METHOD FOR SHAFT GENERATOR APPLIED CIRCUIT

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 축발전기 적용 회로의 보호 장치는 축발전기를 포함하는 복수개의 발전기, 적어도 하나의 상기 복수개의 발전기로부터 전력을 공급받는 복수개의 부하, 상기 복수개의 발전기 각각의 양방향 과전류를 감지하는 복수개의 발전기용 계전기, 상기 복수개의 부하 각각의 과전류를 감지하는 복수개의 부하 계전기, 제1 모선과 제2 모선 사이에 연결되어 양방향 과전류를 감지하는 버스-타이 계전기, 및 상기 복수개의 발전기용 계전기, 상기 복수개의 부하 계전기, 및 상기 버스-타이 계전기로부터 수신한 정보를 기반으로 상기 제1 모선에 고장이 발생하였는지 판단하고, 상기 제1 모선에 고장이 발생하였다고 판단되는 경우, 상기 복수개의 발전기용 계전기 중 상기 제1 모선에 연결된 발전기용 계전기, 및 상기 버스-타이 계전기를 차단하도록 구성되는 제어부를 포함한다.

Inventors

  • 이종현
  • 김준호
  • 이덕수
  • 이정수
  • 김성일

Assignees

  • 에이치디현대일렉트릭 주식회사
  • 에이치디한국조선해양 주식회사

Dates

Publication Date
20260506
Application Date
20241025

Claims (9)

  1. 축발전기를 포함하는 복수개의 발전기; 적어도 하나의 상기 복수개의 발전기로부터 전력을 공급받는 복수개의 부하; 상기 복수개의 발전기 각각의 양방향 과전류를 감지하는 복수개의 발전기용 계전기; 상기 복수개의 부하 각각의 과전류를 감지하는 복수개의 부하 계전기; 제1 모선과 제2 모선 사이에 연결되어 양방향 과전류를 감지하는 버스-타이 계전기; 및 상기 복수개의 발전기용 계전기, 상기 복수개의 부하 계전기, 및 상기 버스-타이 계전기로부터 수신한 정보를 기반으로 상기 제1 모선에 고장이 발생하였는지 판단하고, 상기 제1 모선에 고장이 발생하였다고 판단되는 경우, 상기 복수개의 발전기용 계전기 중 상기 제1 모선에 연결된 발전기용 계전기, 및 상기 버스-타이 계전기를 차단하도록 구성되는 제어부를 포함하는, 축발전기 적용 회로의 보호 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제어부는 조건을 만족하는 경우 상기 제1 모선에 고장이 발생하였다고 판단하고, 상기 조건은, 상기 복수개의 발전기용 계전기 중 적어도 하나에서 순방향의 과전류가 감지되고, 상기 복수개의 발전기용 계전기 중 적어도 하나에서 역방향의 과전류가 감지되지 않고, 상기 버스-타이 계전기에서 상기 제2 모선에서 상기 제1 모선 방향으로 과전류가 감지되는 것을 포함하는, 축발전기 적용 회로의 보호 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제1 모선이 설정 전압 이하인 것을 감지하는 저전압 보호 계전기를 더 포함하고, 상기 조건은 상기 저전압 보호 계전기에서 상기 제1 모선의 전압이 설정 전압 이하인 것이 감지되는 것을 더 포함하는, 축발전기 적용 회로의 보호 장치.
  4. 제2항에 있어서, 상기 조건은 상기 복수개의 부하 계전기 중 적어도 하나에서 순방향의 과전류가 감지되지 않는 것을 더 포함하는, 축발전기 적용 회로의 보호 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 복수개의 발전기는 상기 제1 모선에 연결된 제1 축발전기, 및 제1 디젤 발전기, 상기 제2 모선에 연결된 제2 축발전기, 및 제2 디젤 발전기, 및 상기 제1 모선과 상기 제2 모선 사이에 연결된 제3 디젤 발전기를 포함하는, 축발전기 적용 회로의 보호 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 고장은 단락사고 및 지락사고를 포함하는, 축발전기 적용 회로의 보호 장치.
  7. 복수개의 발전기용 계전기, 복수개의 부하 계전기, 및 버스-타이 계전기로부터 과전류 감지 정보를 수신하는 단계; 상기 과전류 감지 정보를 기반으로 조건을 만족하는지 여부를 판단하는 단계; 상기 조건이 만족하는 경우, 제1 모선에 고장이 발생하였다고 판단하는 단계; 및 상기 제1 모선에 고장이 발생하였다고 판단되는 경우, 상기 복수개의 발전기용 계전기 중 상기 제1 모선에 연결된 발전기용 계전기, 및 상기 버스-타이 계전기를 차단하는 단계를 포함하는, 축발전기 적용 회로의 보호 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 조건을 만족하는지 여부를 판단하는 단계는 상기 복수개의 발전기용 계전기 중 적어도 하나에서 순방향의 과전류를 감지하는지 판단하는 단계; 상기 복수개의 발전기용 계전기 중 적어도 하나에서 순방향의 과전류를 감지하는 경우, 상기 복수개의 발전 계전기 중 적어도 하나에서 역방향의 과전류를 감지하는지 판단하는 단계; 및 상기 복수개의 발전 계전기 중 적어도 하나에서 역방향의 과전류를 감지하지 않는 경우, 상기 버스-타이 계전기에서 상기 제2 모선에서 상기 제1 모선 방향으로 과전류를 감지하는지 판단하는 단계를 더 포함하는, 축발전기 적용 회로의 보호 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 조건을 만족하는지 여부를 판단하는 단계는 상기 버스-타이 계전기에서 상기 제2 모선에서 상기 제1 모선 방향으로 과전류를 감지하는 경우, 상기 저전압 보호 계전기에서 상기 제1 모선의 전압이 설정 전압 이하로 감지하는지 판단하는 단계; 상기 저전압 보호 계전기에서 상기 제1 모선의 전압이 설정 전압 이하로 감지하는 경우, 상기 복수개의 부하 계전기 중 적어도 하나에서 순방향의 과전류를 감지하는지 판단하는 단계; 및 상기 복수개의 부하 계전기 중 적어도 하나에서 순방향의 과전류를 감지하지 않는 경우, 상기 조건을 만족하는 것으로 판단하는 단계를 더 포함하는, 축발전기 적용 회로의 보호 방법.

Description

축발전기 적용 회로의 보호 장치 및 방법{PROTECTIVE DEVICE AND METHOD FOR SHAFT GENERATOR APPLIED CIRCUIT} 본 발명은 축발전기가 적용된 회로를 보호하는 장치 및 방법에 관한 것이다. 축발전기(Shaft Generator, S/G)를 적용하는 선박은 에너지 효율성 향상, 환경규제 대응, 운영 비용 절감의 목적으로 최근 늘어나고 있는 추세이다. S/G만 동작하는 운전모드에서 주모선 고장시, 인버터가 공급하는 고장전류가 S/G용 계전기의 순시정정치 보다 큰 경우, S/G용 계전기는 순시로 동작하게 된다. 그 후, 주모선에 연결된 다른 S/G용 차단기가 동시에 트립(TRIP)되어 선박전력계통의 전체 정전으로 이어지게 된다. S/G는 인버터를 통해 주모선에 연결되는데, 주모선 고장 시 인버터가 공급하는 고장전류가 기존 동기발전기가 공급하는 고장전류보다 작다. 따라서, S/G만 동작하는 운전모드에서 주모선 고장시 S/G 인버터가 공급하는 고장전류가 작아서 버스-타이(BUS-TIE) 계전기가 과전류를 감지하지(PICK-UP) 못하거나, 감지하더라도 계전기가 반한시 영역에서 트립 신호를 활성화(Activation)하는 경우 수초에서 수십초가 소요되어, 고장구간 차단이 느려서 S/G용 인버터가 먼저 정지하게 된다. 따라서 결국 선박전력계통의 전체 정전으로 이어진다. 기존 보호협조 중 과전류 보호는 고장전류 크기에 따라 반한시로 동작하거나, 일정 전류 이상의 과전류가 흐르면 순시로 동작하게 하되 상하위 보호계전기들 간 조정 시간 차(Coordination Time interval, CTI)를 주어 고장구간을 분리하는 방식을 적용하고 있다. 이러한 이유로 인하여 일반적인 과전류 보호협조 기술로는 S/G 선박의 S/G 운전모드에서 모선 고장시 선박 전력계통의 전체 정전을 피할 수가 없다. 따라서, S/G가 적용된 회로에서 선박 전력계통을 보호할 수 있는 장치 및 방법이 요구된다. 도 1은 본 개시의 일 실시예에 따른 축발전기 적용 회로의 보호 장치를 나타낸다. 도 2는 본 개시의 일 실시예에 따른 축발전기 적용 회로의 보호 방법을 설명하기 위한 흐름도이다. 도 3은 도 2의 S320을 보다 상세하기 설명하기 위한 흐름도이다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. '및/또는'이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다. "~부, ~파트, ~부분 등"의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어는 물리적/가시적으로 구분되는 구성 뿐만 아니라 구분/구획이 명확하게 되어 있지 않더라도 해당 부분의 기능이나 구성을 설명하는 것을 지칭하는 용어일 수 있다. 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다. 아래의 설명에서 방향과 관련되어 사용된 용어 "전방", "후방", "측방", "앞", "뒤", "상하", "위", "어퍼", "상부", "아래", "로어", "하부", "좌우" 등은 차량 또는 차체를 기준으로 정의한 것이다. 또한, 제1 및 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는 데에 사용될 수 있지만, 이들 구성요소는 제1 및 제2 등의 용어에 의해 순서나 크기, 위치, 중요도가 한정되는 것은 아니며, 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 명명된다. 이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 도 1은 본 개시의 일 실시예에 따른 축발전기 적용 회로의 보호 장치를 나타낸다. 도 1을 참조하면, 일 실시예에 따른 축발전기 적용 회로의 보호 장치(10)는 제 제1 모듈(100), 제2 모듈(200), 제3 모듈(300), 및 제어부(미도시)를 포함할 수 있다. 제1 모듈(100)은 제1 모선(110), 제1 축발전기(120), 제1 디젤 발전기(130), 제1 축발전기(120)의 양방향 과전류를 감지하는 제1 축발전기용 계전기(122), 제1 디젤 발전기(130)의 양방향 과전류를 감지하는 제1 디젤 발전기용 계전기(132)를 포함할 수 있다. 제1 모선(110)은 전기 에너지를 여러 회로로 분배하거나 집합시키는 금속 도체를 의미할 수 있으며, 발전기, 변압기, 부하 등을 연결하여 전력을 효율적으로 분배하는 역할을 할 수 있다. 또한, 제1 모선(110)에는 제1 축발전기(120) 및 제1 디젤 발전기(130)가 연결되어, 전력을 생산할 수 있다. 제1 축발전기(120)는 선박의 추진용 메인 엔진의 축을 이용하여 전기를 생산하는 발전기로, 대형 선박의 추진축의 회전 에너지를 이용하여 전기를 생산할 수 있다. 제1 디젤 발전기(130)는 별도의 디젤 연료를 이용하여 전력을 생산할 수 있는 장치이다. 그리고 제1 축발전기용 계전기(122)는 제1 축발전기(120)에 흐르는 양방향의 과전류를 각각 감지할 수 있다. 보다 구체적으로, 제1 축발전기용 계전기(122)는 순방향으로 흐르는 과전류를 감지하거나, 역방향으로 흐르는 과전류를 감지하여, 트립 신호 또는 과전류 감지 신호를 전송하고, 회로를 보호할 수 있다. 본 명세서에서는 발전기에서 모선으로 흐르는 방향을 순방향으로 지칭할 수 있으며, 모선에서 발전기로 흐르는 방향을 역방향으로 지칭할 수 있다. 일 실시예로, 단락사고의 경우, 제1 축발전기용 계전기(122)에서, 순방향의 과전류를 감지하는 계전기(1222)는 ANSI 67 계전기로 구현되고, 역방향의 과전류를 감지하는 계전기(1221)는 ANSI 50R 계전기로 구현될 수 있다. 이 때, ANSI 67 계전기는 전류의 흐름 방향을 감지하여, 과전류가 흐르거나 역방향 흐름이 발생할 때, 이를 감지하여 보호하는 역할을 할 수 있다. 그리고 ANSI 50R 계전기는 순시 과전류를 감지하여 단락 사고시 즉각적인 보호 기능을 수행할 수 있다. 다른 실시예로, 지락사고의 경우, 제1 축발전기용 계전기(122)에서, 순방향의 과전류를 감지하는 계전기(1222)는 ANSI 67GD1 계전기로 구현되고, 역방향의 과전류를 감지하는 계전기(1221)는 ANSI 67GD2 계전기로 구현될 수 있다. 이 때, ANSI 67GD1 계전기 및 ANSI 67GD2 계전기는 방향성 지락 보호 계전기로써, 전류의 방향을 감지하고, 지락 고장시 보호 동작을 수행할 수 있다. 그리고 제1 디젤 발전기용 계전기(132)는 제1 축발전기(120)에 흐르는 양방향의 과전류를 각각 감지할 수 있다. 보다 구체적으로, 제1 디젤 발전기용 계전기(132)는 순방향으로 흐르는 과전류를 감지하거나, 역방향으로 흐르는 과전류를 감지하여, 트립 신호 또는 과전류 감지 신호를 전송하고, 회로를 보호할 수 있다. 일 실시예로, 단락사고의 경우, 제1 디젤 발전기용 계전기(132)에서, 순방향의 과전류를 감지하는 계전기(1322)는 ANSI 67 계전기로 구현되고, 역방향의 과전류를 감지하는 계전기(1321)는 ANSI 50R 계전기로 구현될 수 있다. 다른 실시예로, 지락사고의 경우, 제1 디젤 발전기용 계전기(132)에서, 순방향의 과전류를 감지하는 계전기(1322)는 ANSI 67GD1 계전기로 구현되고, 역방향의 과전류를 감지하는 계전기(1321)는 ANSI 67GD2 계전기로 구현될 수 있다. 그리고 제1 모듈(100)은 제1 저전압 보호 계전기(140)를 더 포함할 수 있다. 제1 저전압 보호 계전기(140)는 제1 모선의 전압이 설정 전압 이하인 것을 감지하고, 제1 모선의 전압이 설정 전압 이하로 감지되는 경우, 트립 신호 또는 저전압 감지 신호를 전송하고, 회로를 보호할 수 있다. 일 실시예로, 단락 사고시, 제1 저전압 보호 계전기(140)는 ANSI 27 계전기로 구현될 수 있다. 또 다른 실시예로, 지락 사고시, 제1 저전압 보호 계전기(140)는 ANSI 64 계전기로 구현될 수 있다. 또한, 제1 모듈(100)은 복수개의 제1 부하(150, 160, 170, 164), 및 제1 부하(150, 160, 170, 164)에 흐르는 과전류를 감지하는 제1 부하 계전기(152, 162, 172)를 더 포함할 수 있다. 본 명세서에서, 부하는 발전기가 생성한 전기 에너지를 소비하거나 저장하는 장치들을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 제1 부하는 모터(150), 제1 변압기(160), 연료 전지(