KR100672042B1 - 저압기중차단기 콘트롤 유니트의 지락 판단을 위한 신호검출 방법 및 이를 수행하기 위한 시스템 - Google Patents
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Abstract
전기 선로에서 발생하는 각종 사고(과부하,단락,지락,불평형등)를 검출하여 사고 발생 시 사고의 파급효과가 광범위하게 확산되는 것을 방지하는 저압기중차단기(ACB) 콘트롤 유니트에서 지락여부를 판단하는 벡터합 구성을 각상에서 샘플/홀드하여 얻어진 디지털 데이터를 합성하여 계산하는 방법이 아니라 각상에 입력된 아날로그 신호를 필터링되기 전 단계에서 합성하여, 고주파 제거 필터와 분리이득 증폭기를 거친 후 샘플/홀드하여 얻어진 디지털 데이터를 사용함으로써 계측정밀도를 높이고 노이즈의 영향을 최소화하는 저압기중차단기(ACB) 콘트롤 유니트의 지락 판단을 위한 신호 검출 방법 및 이를 수행하기 위한 시스템이 개시된다. 본 발명은 전기 선로에서 발생하는 각종 사고(과부하,단락,지락,불평형등)를 검출하여 사고 발생 시 사고의 파급효과가 광범위하게 확산되는 것을 방지하는 저압기중차단기(ACB) 콘트롤 유니트 지락여부를 판단하는 벡터 합 구성을 각상에서 샘플/홀드하여 얻어진 디지털 데이터를 합성하여 계산하는 대신에 각상에 입력된 아날로그 신호를 필터링되기 전 단계에서 합성하여, 고주파 제거 필터와 분리이득 증폭기를 거친 후 샘플/홀드하여 얻어진 디지털 데이터를 사용하여 디지털 필터 알고리즘을 적용함으로써 계측정밀도를 높이고 노이즈의 영향을 최소화한다.
Description
도 1은 종래의 저압기중차단기 콘트롤 유니트의 구성 및 동작을 설명하기 위한 블록도이다.
도 2는 본 발명에 따른 저압기중차단기 콘트롤 유니트의 구성 및 동작을 설명하기 위한 블록도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
101 : 신호입력부 102 : 고조파 제거 필터
103 : 분리이득 증폭기 104 : 샘플/홀드회로
105 : 아날로그/디지털 변환부 106 : 마이크로프로세서
107 : 디지털 필터 108 : 표시부
109 : 릴레이 구동부 110 : 개폐기
111 : 아날로그 멀티플렉서 112 : 램프 표시부
113 : 사용자 설정부
본 발명은 저압기중차단기(ACB) 콘트롤 유니트의 지락 판단을 위한 신호 검출 방법 및 이를 수행하기 위한 시스템에 관한 것으로 특히, 전기 선로에서 발생하는 각종 사고(과부하,단락,지락,불평형등)를 검출하여 사고 발생 시 사고의 파급효과가 광범위하게 확산되는 것을 방지하는 저압기중차단기(ACB) 콘트롤 유니트에서 지락여부를 판단하는 벡터합 구성을 각상에서 샘플/홀드하여 얻어진 디지털 데이터를 합성하여 계산하는 방법이 아니라 각상에 입력된 아날로그 신호를 필터링되기 전 단계에서 합성하여, 고주파 제거 필터와 분리이득 증폭기를 거친 후 샘플/홀드하여 얻어진 디지털 데이터를 사용함으로써 계측정밀도를 높이고 노이즈의 영향을 최소화하는 저압기중차단기(ACB) 콘트롤 유니트의 지락 판단을 위한 신호 검출 방법 및 이를 수행하기 위한 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 저압기중차단기는 중, 소형 전력수용가에 설치되며 전원측으로 부터 부하단에 공급되는 전원상태를 감시하며, 이상이 발생하면 한시적으로 선로를 차단하는 장치이다. 전원상태를 감시하는데 있어서 저압기중차단기의 콘트롤 유니트는 변류기를 통해 입력된 전류의 측정과 과전류 및 지락 여부를 판정하여 차단을 결정하게 되고, 정상상태 및 고장 상태에서의 전류치를 표시할 수 있어야 한다.
최근에는 배전반 설치공간 효율화를 위하여 저압기중차단기가 소형화 및 경량화 되며, 전류검출장치도 소형화 되는 추세이기 때문에 정밀도 및 노이즈 대책을 위하여 자체 전원 발생용 트랜스포머와 계측용 변류기를 분리하여 사용한다. 특히 계측용 1차 변류기는 전기 선로에 직접 연결하며, 저압기중차단기의 콘트롤 유니트 에 별도의 2차 변류기를 사용 하지 않아도 계측 가능한 전압을 발생시키는 방식을 사용하고 있다. 계측용 1차 변류기는 정격 전류가 인가될 때 일정 전압으로 출력되며, 이 전압으로 입력된 신호는 결선방식을 변경할 수 없어 지락여부를 판단하기 위한 실효값 계산 시 종래에는 도 1에서 보는 바와 같은 방법을 사용하였다.
도 1에서 보는 바와 같이, 종래의 과전류와 지락 과전류를 판단하기위한 실효값을 계산하는 방법은, R, T, S 및 N의 각상의 아날로그 신호가 입력되는 신호입력부(1)의 출력단에 접속된 필터(2)를 통하여 입력된 아날로그 신호중 고주파 성분을 제거한다. 필터(2)에서 필터링된 아날로그 신호는 분리이득 증폭기(3)에 입력되어 정밀도를 높이기 위하여 낮은 입력 값을 갖는 아날로그 신호는 크게 증폭하고 높은 입력 값을 갖는 아날로그 신호는 작게 증폭하여 정밀도를 높이게 된다.
분리이득 증폭기(3)에서 출력된 아날로그 신호는 샘플/홀드회로(4)에 입력되어 샘플/홀드되고 아날로그/디지털 변환부(5)에서 디지털 데이터로 변환된다. 이때 변환된 디지털 데이터로 디지털 필터(6)를 적용하여 마이크로프로세서(7)에서 각상의 실효값을 계산하고, 과전류여부를 판단하여 릴레이 구동부(9)를 통하여 개폐기(10) 차단의 결정 및 정상상태와 고장상태에서의 전류치를 표시부(8)에 표시하는 것이다.
이러한 구성을 갖는 종래의 저압기중차단기 콘트롤 유니트는 각 상의 계측 정밀도를 맞추기 위해 기준 입력신호를 신호입력부(1)에 인가하고 입력된 신호크기에 맞는 표시부(8)의 표시값을 맞추기 위한 정밀도 보정루틴에서 게인(GAIN)을 변동시켜 입력신호와 출력 신호를 일치 시킨다.
그러나, 신호입력부(1)에 일정한 기준 입력 신호를 인가할 경우 고주파 제거 필터(2)와 분리이득 증폭기(3)에 사용된 부품의 특성에 따라 표시부(8)의 표시값이 다르게 나타나므로, 정밀도 보정루틴에서 게인을 조정하여 표시부(8)의 표시값을 맞춘다. 이때 실효값 계산에 사용된 디지털 데이터는 고주파 제거 필터(2)와 분리이득 증폭기(3)에 사용된 부품의 특성에 의해 크기와 위상이 변형된 값이 되고 각상의 실효값에서는 계측정밀도가 일정하지만 합성하여 벡터합 연산을 수행할 경우, 크기와 위상이 변형된 디지털 데이터로 처리되므로 계측 정밀도가 떨어지게 된다.
즉, 벡터합 연산을 수행할 경우의 정밀도 보정루틴은 신호입력부(1)의 N상에 기준입력을 인가하여 게인과 표시부(8)의 표시값을 맞추므로, N상의 고주파 제거 필터(F4)와 분리이득 증폭기(G4)를 구성하는 부품 특성에 맞게 게인값이 선택되므로 N상 입력만 있을 경우 신호입력부(1)에 입력된 상태와 표시부(8)의 표시값이 동일하지만 R,S,T상이 포함되어 벡터합을 계산할 경우 고주파 제거 필터(2)와 분리이득 증폭기(3)에 사용한 부품 특성 때문에 위상과 크기가 변하여 벡터합에서 계측 정밀도가 떨어지게 된다. 특히 노이즈가 인가될 경우 각상에서 샘플/홀드된 값이 노이즈의 영향으로 크기와 위상값이 변하고, 아날로그/디지털 변환부에서 상기 신호를 이용해 벡터합 연산하기 위하여 합성하고 마이크로프로세서(7)에서 실효값을 계산할 경우 차단기가 오동작하는 원인이 되는 문제점을 가지고 있다.
본 발명은 상기의 문제점을 해소하기 위하여 발명된 것으로, 저압기중차단기의 소형 경량화로 인해 1차 CT만 있어, 결선 방식을 변경하여 벡터합을 구성할 수 없는 경우에 지락여부를 판단하는 R,S,T상의 벡터합을 아날로그 멀티플렉서로 합성시키고, R,S,T의 벡터합 신호와 N상이 합성된 신호를 고주파 제거 필터와 분리이득 증폭기를 거치게 함으로써 노이즈의 영향과 계측 정밀도를 개선하기 위한 저압기중차단기(ACB) 콘트롤 유니트의 지락 판단을 위한 신호 검출 방법을 제공하는 데 제 1 목적이 있다.
본 발명의 제 2 목적은 상기한 제 2목적을 수행하기 위한 시스템을 제공하는 것이다.
이와 같은 제 1 목적을 달성하기 위한 본 발명은
전류검출용 1차 변류기만으로 구성되어 결선 방식을 변경하여 벡터합을 구성할 수 없는 저압기중차단기의 신호검출방법에 있어서,
R,S,T상 신호를 아날로그 멀티플렉서로 입력시켜 지락여부를 판단하는 벡터합 신호를 합성시키는 벡터합신호합성단계;
벡터합으로 합성된 R,S,T상 신호에 N상을 합성한 합성신호에 포함된 노이즈 및 고주파 성분을 제거시키는 고주파신호제거단계;
고주파 성분이 제거된 아날로그 신호를 분리증폭하여 정밀도를 향상시키는 분리증폭단계;
분리 증폭된 아날로그 신호를 샘플/홀드하고 A/D 변환하여 디지털 데이터로 변환시키는 신호변환단계; 및
변환된 디지털 데이터를 이용하여 실효값을 계산하고, 기준 입력신호를 생성 하고, 생성된 기준입력신호에 따른 표시값을 보정루틴에서 조정하는 보정단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기한 제 2 목적을 수행하기 위한 본 발명은
1차 변류기를 통해 아날로그 신호를 입력받는 신호입력부의 출력측에 접속되고, 지락 과전류를 판단하기 위하여 신호입력부에서 출력된 R,S,T상 신호를 입력받아 R,S,T상의 벡터합 신호를 생성시키기 위한 아날로그멀티플렉서;
아날로그멀티플렉서에 접속되어 R,S,T상 합성된 신호의 출력 여부를 사용자가 설정할 수 있도록 하기 위한 벡터합 선택신호를 인가하기 위한 사용자 설정부;
신호입력부의 출력측에 접속되어 입력된 아날로그 신호중 고주파 성분을 제거하는 필터;
필터의 출력측에 접속되어 필터링된 아날로그 신호의 정밀도를 높이기 위하여 낮은 입력 값의 아날로그 신호는 크게 증폭하고 높은 입력 값이 아날로그 신호는 작게 증폭하는 분리이득 증폭기;
분리이득 증폭기의 출력측에 접속되어 아날로그 신호를 디지털 데이터로 변환하기 위한 샘플/홀드회로 및 아날로그/디지털 변환부; 그리고
아날로그/디지털 변환부의 출력측에 접속되어 입력된 디지털 데이터를 이용하여 각상의 실효값을 계산하고, 각상의 지락 과전류여부를 판단하여 릴레이 구동부를 통하여 개폐기의 차단 동작을 제어하며, 정상상태와 고장상태에서의 전류치를 표시부에 표시하기 위한 디지털 필터를 포함하는 마이크로프로세서로 구성된다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명에 따른 저압기중차단기 콘트롤 유니트의 구성 및 동작을 설명하기 위한 블록도이다.
본 발명에 따른 저압기중차단기의 콘트롤 유니트는 도 2에 도시된 바와 같이, 1차 변류기(CT)만 존재하는 저압기중차단기에서, 결선 방식을 변경하여 벡터합 구성을 할 수 없는 경우에 유용하다. 본 발명에 따른 저압기중차단기의 콘트롤 유니트는 1차 변류기(도시도지 않음)를 통해 아날로그 신호를 입력받는 신호입력부(101)의 출력측에 아날로그멀티플렉서(111)를 포함한다. 아날로그멀티플렉서(111)는 지락 과전류를 판단하기 위하여 신호입력부(101)에서 출력된 R,S,T상 신호를 고주파 제거필터(102)에 입력하기 전 단계에서 입력받아 R,S,T상의 벡터합 신호를 생성한다.
아날로그멀티플렉서(111)에는 벡터합 선택신호를 인가하여 R,S,T상 합성된 신호의 출력 여부를 사용자가 설정할 수 있도록 하기 위한 사용자 설정부(113)가 접속된다.
신호입력부(101)의 출력측에는 입력된 아날로그 신호중 고주파 성분을 제거하는 필터(102)가 접속되고, 필터(102)의 출력측에는 필터링된 아날로그 신호의 정밀도를 높이기 위하여 낮은 입력 값의 아날로그 신호는 크게 증폭하고 높은 입력 값이 아날로그 신호는 작게 증폭하는 분리이득 증폭기(103)가 접속된다. 분리이득 증폭기(103)의 출력측에는 아날로그 신호를 디지털 데이터로 변환하기 위한 샘플/홀드회로(104) 및 아날로그/디지털 변환부(105)가 접속된다. 아날로그/디지털 변환 부(105)의 출력측에는 입력된 디지털 데이터를 이용하여 각상의 실효값을 계산하고, 각상의 지락 과전류여부를 판단하여 릴레이 구동부(109)를 통하여 개폐기(110)의 차단 동작을 제어하며, 정상상태와 고장상태에서의 전류치를 표시부(108)에 표시하기 위한 디지털 필터(107)를 포함하는 마이크로프로세서(106)가 접속된다.
이와 같이 구성된 본 발명에 따른 저압기중차단기의 콘트롤 유니트는 지락 과전류를 판단하기 위하여 신호입력부(101)에서 출력된 R,S,T상 신호가 고주파 제거필터(102)에 입력하기 전 단계에서 아날로그멀티플렉서(111)에 입력되어 R,S,T상의 벡터합 신호를 생성한다.
R,S,T상 벡터합 합성 신호와 신호입력부(101)에서 출력된 N상과 합성하여 고주파 제거 필터(102)와 분리이득 증폭기(103)를 통하여 출력된 아날로그 신호를 샘플/홀드회로(104)에서 샘플/홀드하여 아날로그/디지털 변환부(105)에서 디지털 데이터로 변환한다. 이때 변환된 디지털 데이터로 디지털 필터(107)를 적용하여 마이크로프로세서(106)에서 실효값을 계산한다.
본 발명에 따른 시스템에서는 각 상의 정밀도를 맞추기 위해 기준 입력신호를 신호입력부(101)에 인가하고 입력된 신호크기에 맞는 표시부(108)의 표시 값을 맞추기 위한 정밀도 보정루틴에서 게인을 변동시켜 입력신호와 출력 신호를 일치 시킨다. 각 R,S,T상에 구성된 고주파 제거 필터(102)와 분리이득 증폭기(103)는 각 상에 기준 입력신호를 인가하여 정밀도를 보정하며, 이때 각상에 연결된 고주파 제거 필터(102)와 분리이득 증폭기(103)의 사용된 부품 특성에 맞게 정밀도가 보정된다.
이때 보정된 값은 R,S,T상 신호에 적용된 고주파 제거 필터(102)의 전 단계에서 합성되므로 지락 여부를 판단하기 위한 벡터합된 지락 전류값에는 영향이 없으며, N상과 합해져서 신호 처리되는 고주파 제거 필터(102)와 분리이득 증폭기(103)의 부품특성에만 영향을 미치게된다.
지락 전류값은 N상의 신호입력부(101)를 통해서 기준 입력 신호를 인가하고 입력된 신호크기에 맞는 표시부(108)의 표시값을 맞추기 위해 정밀도 보정루틴에서 게인을 변동시켜 입력 신호와 표시 전류값을 맞추면, R,S,T상에 구성된 필터 및 증폭기의 부품특성에 영향을 받지않고, 정밀도를 얻을 수 있으며, 고주파 제거 필터(102)와 디지털 필터(107)로 노이즈 인가시 영향을 최소화 시킨다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 저압기중차단기 콘트롤 유니트는 1차 CT에서 결선 방식을 변경하여 벡터합 구할수 없는 경우 R,S,T상의 고주파 제거 필터를 거치기 전 단계에서 벡터합을 아날로그 상태에서 합성하므로, R,S,T상에 연결된 고주파 제거 필터와 분리이득 증폭기에 사용된 부품 특성의 영향을 받지 않으며, R,S,T상의 부품 특성에 영향을 받지 않는 상태에서, N상에 기준 입력 신호를 인가하여 정밀도를 보정하므로 계측 정밀도를 높일 수 있다. 또한, 아날로그 상태에서 R,S,T,N상 벡터 합을 수행하고, 고주파 제거필터와 디지털 필터를 이용하여 고주파를 제거하므로 노이즈에 대한 신뢰성을 향상 시킬 수 있으며, R,S,T,N상 벡터 합을 사용할 것인지 N상에 입력된 값만 적용하여 지락 사고를 판단할 것인지 사용 환경에 따라 사용자가 설정 가능하므로 사용자의 선택의 폭이 넓다.
이상에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니며 본 발명의 기술적 사상의 범위내에서 당업자에 의해 그 개량이나 변형이 가능하다.
Claims (3)
- 전류검출용 1차 변류기만으로 구성되어 결선 방식을 변경하여 벡터합을 구성할 수 없는 저압기중차단기의 신호검출방법에 있어서,R,S,T상 신호를 아날로그 멀티플렉서로 입력시켜 지락여부를 판단하는 벡터합 신호를 합성시키는 벡터합신호합성단계;상기 벡터합신호합성단계에서 벡터합으로 합성된 R,S,T상 신호에 N상을 합성한 합성신호에 포함된 노이즈 및 고주파 성분을 제거시키는 고주파신호제거단계;상기 고주파 성분이 제거된 아날로그 신호를 분리증폭하여 정밀도를 향상시키는 분리증폭단계;상기 분리증폭단계에서 분리 증폭된 아날로그 신호를 샘플/홀드하고 A/D 변환하여 디지털 데이터로 변환시키는 신호변환단계; 및상기 신호변환단계에서 변환된 디지털 데이터를 이용하여 실효값을 계산하고, 기준 입력신호를 생성하고, 생성된 기준입력신호에 따른 표시값을 보정루틴에서 조정하는 보정단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 저압기중차단기(ACB) 콘트롤 유니트의 지락 판단을 위한 신호 검출 방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 백터합 신호 합성단계 후에 합성된 벡터합 신호의 출력 여부를 사용자가 설정하게 하는 벡터합 선택 신호 입력단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 저압기중차단기(ACB) 콘트롤 유니트의 지락 판단을 위한 신호 검출 방법.
- 1차 변류기(도시도지 않음)를 통해 아날로그 신호를 입력받는 신호입력부(101)의 출력측에 접속되고, 지락 과전류를 판단하기 위하여 상기 신호입력부(101)에서 출력된 R,S,T상 신호를 입력받아 R,S,T상의 벡터합 신호를 생성시키기 위한 아날로그멀티플렉서(111);상기 아날로그멀티플렉서(111)에 접속되어 R,S,T상 합성된 신호의 출력 여부를 사용자가 설정할 수 있도록 하기 위한 벡터합 선택신호를 인가하기 위한 사용자 설정부(113);상기 신호입력부(101)의 출력측에 접속되어 입력된 아날로그 신호중 고주파 성분을 제거하는 필터(102);상기 필터(102)의 출력측에 접속되어 필터링된 아날로그 신호의 정밀도를 높이기 위하여 낮은 입력 값의 아날로그 신호는 크게 증폭하고 높은 입력 값이 아날로그 신호는 작게 증폭하는 분리이득 증폭기(103);상기 분리이득 증폭기(103)의 출력측에 접속되어 아날로그 신호를 디지털 데이터로 변환하기 위한 샘플/홀드회로(104) 및 아날로그/디지털 변환부(105); 그리고,상기 아날로그/디지털 변환부(105)의 출력측에 접속되어 입력된 디지털 데이터를 이용하여 각상의 실효값을 계산하고, 각상의 지락 과전류여부를 판단하여 릴레이 구동부(109)를 통하여 개폐기(110)의 차단 동작을 제어하며, 정상상태와 고장상태에서의 전류치를 표시부(108)에 표시하기 위한 디지털 필터(107)가 포함된 마이크로프로세서(106)로 이루어진 저압기중차단기(ACB) 콘트롤 유니트의 지락 판단을 위한 신호 검출시스템.
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| KR1020050065551A KR100672042B1 (ko) | 2005-07-20 | 2005-07-20 | 저압기중차단기 콘트롤 유니트의 지락 판단을 위한 신호검출 방법 및 이를 수행하기 위한 시스템 |
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|---|---|
| KR100672042B1 true KR100672042B1 (ko) | 2007-01-19 |
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| KR1020050065551A KR100672042B1 (ko) | 2005-07-20 | 2005-07-20 | 저압기중차단기 콘트롤 유니트의 지락 판단을 위한 신호검출 방법 및 이를 수행하기 위한 시스템 |
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| KR (1) | KR100672042B1 (ko) |
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