KR0146085B1 - 진공차단기의 자기진단장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 진공차단기의 자기진단장치에 관한 것으로, 종래에는 과전류 계전기에 자기진단장치가 없어서 그 내부의 필터 고장으로 인한 변류기의 전류값을 올바르게 읽을 수 없으므로 과전류시에도 트립코일을 제어하여 트립신호를 발생시키지 않게 되는 경우도 있고, 트립코일 단선시 마이크로프로세서에서 여자전류를 출력시켜도 트립코일이 여자되지 않아 진공차단기가 전류를 차단할 수 없게 되는 등의 문제점이 있다. 따라서 본 발명은 기존의 진공차단기에서 과전류 계전기를 분리하여 사용하였던 것을 함께 합치하여 사용함과 동시에 고장여부를 스스로 판단하여 전류 검출 필터의 고장여부나 트립코일의 단선 여부를 판단하여 사고를 미연에 방지하도록 한다.

Description

진공차단기의 자기진단장치.

제1도는 종래 진공차단기와 분리된 과전류 계전기의 회로 구성도.

제2도는 제1도에서 과전류 계전기내 필터부의상세회로도.

제3도는 제1도에서 과전류 계전기내 마이크로프로세서의 상세회로도.

제4도는 본 발명 진공차단기의 자기진단장치 회로 구성도.

제5도는 제4도에서 필터부의 상세회로도.

제6도는 제4도에서 트립코일 구동부의 상세회로도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 명칭

10 : 필터 40 : 과전류 계전기

20,420 : 마이크로프로세서 30,430 : 트립코일 구동부

50,400 : 진공차단기 CT,CT2 : 변류기

TC : 트립코일

본 발명은 진공차단기의 자기진단장치에 관한 것으로, 특히 과전류시 이를 검출하여 진공차단기에 트립신호를 주는 콘트롤러가 고장이 나서 진공차단기가 부동작하거나 오동작하게 되는 경우 이러한 사고를 발생시키는 콘트롤러를 자체 진단하여 사고를 미연에 방지하도록 한 진공차단기의 자기진단장치에 관한 것이다.

종래 진공차단기 콘트롤러의 회로구성은 제1도에 도시된 바와 같이 R상과 T상에 흐르는 전류의 양을 검출하여 그에 따른 신호 값으로 변환하는 변류기(CT1)(CT2)를 통한 출력신호에 대해 고주파성분을 제거하는 필터(10)와, 상기 필터(10)를 통해 고주파성분이 제거된 신호를 디지탈값으로 변환한 후 전류의 실효치를 계산하여 정상동작의 여부를 판단하는 마이크로프로세서(20)와, 상기 마이크로프로세서(20)의 출력에 따라 트립코일(TC)을 구동 또는 차단하는 트립코일 구동부(30)를 포함하여 입력되는 전류가 그 예정 값보다 초과할 때 동작하는 과전류 계전기(40)와, 상기 과전류 계전기(40)의 출력에 따른 트립코일(TC)의 여자여부에 따라 R,S,T상의 전류를 공급 또는 차단하는 진공차단기(50)로 구성된다.

그리고 상기 필터부(10)는 제2도에 도시된 바와 같이 변류기(CT1)(CT2)를 각각 통해 측정되는 전류에 대하여 로우패스필터링을 행하는 로우패스필터(101)와, 상기 로우패스필터(101)를 통해 필터링된 신호에 대하여 전파정류하는 전파정류기(102)와, 상기 전파정류기(102)를 통한 신호에 대하여 소정레벨로 증폭하는 증폭부(103)로 구성되고, 트립코일 구동부(30)는 마이크로프로세서(20)로 부터 출력되는 트립신호에 따라 동작하는 포토커플러(ISQ1)와, 상기 포토커플러(ISQ1)의 동작여부에 따라 도통 또는 차단하여 트립코일(J1)의 구동상태를 제어하는 트랜지스터(Q1)로 구성된다.

이와 같이 구성된 종래의 기술에 대하여 보다 상세하게 살펴보면 다음과 같다.

과전류 계전기(40)와 진공차단기(50)가 분리되어 있는 장치에서 먼저 R,T상에 정격전류 이하의 전류가 흐를 때 변류기 (CT1)(CT2)에 의해 측정된 전류는 상기 과전류 계전기(40)의 필터부(10)에 입력되면 제2도의 로우패스필터(101)를 통해 로우패스필터링하고, 전파정류기(102)를 통해 전파정류한 후 증폭부(103)를 거쳐 소정레벨로 증폭하여 출력하면, 마이크로프로세서(20)는 그의 출력신호를 아날로그/디지탈변환단자(A/D)로 입력받아 디지탈값으로 변환한 후 전류의 실효치를 계산하여 정상동자인지 아닌지를 판단한다.

상기에서와 같이 R,T상에 저격전류 이하의 전류가 흐름에 따라 상기 마이크로프로세서(20)는 정상동작상태라고 판단하여 하이상태의 트립신호(trip)를 출력한다.

따라서, 상기의 트립신호에 의해 제3도에 도시된 트립코일 구동부(30)내 포토커플러(ISQ1)의 발광다이오드(PD1)가 발광하지 않게 되고 수광트랜지스터(PT1)가 차단상태가 됨에 따라 트랜지스터(Q1)도 차단상태가 되어 트립코일(J1)에 여자전류를 출력하지 않도록 한다.

따라서, 진공차단기(50)는 R,S,T상의 전류를 차단하지 않고 계속해서 전류가 흐르도록 한다.

또한, R,T상에 정격전류 이상이 흐를 때, 정격전류 이하의 전류가 흐를 때와 마찬가지로 변류기(CT1)(CT2)에 의해 측정된 전류값을 과전류 계전기(40)의 필터(10)에서 입력받아 필터링을 행하여 고주파전류분은 제거하여 저주파전류분만 통과시켜 마이크로프로세서(20)의 아날로그/디지탈 입력단자(A/D)로 전달한다.

그러면, 상기 마이크로프로세서(20)는 아날로그/디지탈 입력단자(A/D)를 통해 입력되는 전류에 해당하는 아날로그의 신호를 디지탈 값으로 변환한 데이터로 전류의 실효치를 계산하여 과전류가 흐른다고 판단하고 반한시 동작에 들어간 후 정해진 시간에 트립코일 구동부(30)를 제어하여 트립코일(TC)를 여자시킨다.

따라서, 진공차단기(50)는 트립코일(TC)이 여자됨에 따라 R,S,T상의 전류를 차단하게 된다.

그러나, 상기에서와 같은 종래의 기술에 있어서 과전류 계전기에 자기진단장치가 없어서 그 내부의 필터 고장으로 인한 변류기의 전류값을 올바르게 읽을 수 없으므로 과전류시에도 트립코일을 제어하여 트립신호를 발생시키지 않게 되는 경우도 있고, 트립코일 단선시 마이크로프로세서에서 여자전류를 출력시켜도 트립코일이 여자되지 않아 진공차단기가 전류를 차단할 수 없게 되는 등의 문제점이 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 기존의 진공차단기에서 과전류 계전기를 분리하여 사용하였던 것을 함께 합치하여 사용함과 동시에 고장여부를 스스로 판단하여 전류검출 필터의 고장여부나 트립코일의 단선여부를 판단하여 사고를 미연에 방지하도록 한 진공차단기의 자기진단장치를 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 장치는 R상과 T상에 흐르는 전류의 양을 검출하는 변류기(CT1)(CT2)의 출력신호에 대해 고주파성분을 제거하고 그에따른 신호(sig1∼sig3)(sig4∼sig6)를 각각 출력하는 필터링수단과, 입력되는 트립신호에 따라 트립코일(TC)을 구동 또는 차단하는 트리코일 구동수단과, 상기 필터링수단으로 부터 입력되는 신호를 아날로그/디지탈 변환단자(A/D)로 입력받아 상기 필터링 수단의 이상여부를 진단함과 아울러 상기 트립코일 구동수단의 트립코일 상태를 진단하는 마이크로프로세서로 구성한다.

상기에서 필터링 수단은 제5도에 도시한 바와 같이 입력되는 필터진단 신호에 따라 변류기의 출력신호를 공급 또는 차단하는 입력수단과, 상기 입력수단을 통해 입력된 신호가 있으면 그 신호에 대하여 구주파성분을 제거하는 로우패스필터와, 상기 로우패스필터를 통한 신호에 대하여 전파정류하는 전파정류수단과, 상기 전파정류수단을 통해 정류된 신호에 대하여 소정레벨로 증폭한 후 출력하는 증폭수단으로 구성한다.

그리고, 상기 트립코일 구동수단은 제6도에 도시한 바와 같이 마이크프로세서로 부터 출력되는 트립신호에 따라 트랜지스터의 도통 또는 차단상태를 제어하여 트립코일의 구동을 제어하는 포토커플러와, 상기 트립코일의 구동에 따라 출력되는 전압과 기준전압을 비교하여 트립코일의 상태를 진단하는 비교수단으로 구성한다.

이와 같이 구성된 본 발명의 동작 및 장용효과에 대하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

자체내에 제어기를 포함하고 있는 진공차단기(400)의 동작에 대하여 살펴보면 R,S,T상 중에서 R,T상에 흐르는 전류를 변류기 (CT1)(CT2)가 검출하고 그에따른 아날로그신호로 변환하여 출력하면 이를 필터링부(410)에서 입력받아 필터링을 함에 있어 제5도에 도시한 바와같이 입력부(414)를 통해 변류기의 출력값이 전달되면 그 출력값은 로우패스필터(411)(413)와 전파정류회로(412)(414)를 통해필터링 및 전파정류된 신호 (sig1)(sig4)와 증폭부(413)를 통해 소정레벨로 증폭된 신호(sig2∼sig3)(sig5∼sig6)를 각각 마이크로프로세서(420)의 아날로그/디지탈단자(A/D)로 출력한다.

상기에서 신호(sig1∼sig3)는 변류기(CT1)에서 측정된 전류에 대하여 필터링 및 전파정류한 신호이고, 신호(sig4∼sig6)는 변류기(CT2)에서 측정된 전류에 대하여 필터링 및 전파정류한 신호이다.

상기에서와 같이 아날로그/디지탈단자(A/D)를 통해 신호가 입력이 되면 상기 마이크로프로세서(420)는 장치가 동작함을 인식하고 필터링부(410)에 이상이 없는가를 진단하기 위해 그의 필터이상진단 출력단자(PO1)를 통해 필터링부(410)에 하이상태의 필터진단신호(ADCTR1)를 출력하면 그 필터진단 신호는 제5도에서와 같이 입력부(414)의 전송게이트(U2A)로 입력됨에 따라 상기 전송게이트(U2A)가 도통상태가 되므로 저항(R3)과 저항(R4)에 연결된 분기점(P1)은 접지전위와 같게 되므로 결국은 로우패스필터(411)의 출력이 0[V]로 고정되어 지고 전파정류회로(412)도 0[V]로 변화가 없게된다.

상기 상태의 신호인 sigl-sig³각각을 마이크로프로세서(420)에서 입력받아 아날로그/디지탈변환(A/D)을 행하였을 때 모든 값이 0[V]라면 필터링부(410)의 회로에 이상이 없다고 판단한다.

다음으로 그의 필터이상진단 출력단자(PO1)를 통해 필터링부(410)에 로우상태의 필터진단신호(ADCTR2)를 출력하면 입력부(414)의 전송게이트(U2A)가 차단상태가 되고 필터진단신호(ADCTR2)를 하이상태로 필터이상진단 출력단자(PO2)를 통해 출력하면 상기 분기점(P1)의 전압은 저항(R3)을 통하여 나오는 전류와 전원전압단(Voc)의 전압이 합하여져서 전압이 높아지게 된다.

상기의 분기점(P1)에서 높아진 전압에 해당하는 신호는 로우패스필터(411)와 전파정류회로(412)를 통해 필터링하고 전파정류된 신호와 증폭부(413)를 통해 증폭된 신호는 마이크로프로세서(420)의 아날로그/디지탈입력단자(A/D)로 출력된다.

마이크로프로세서(420)는 그의 아날로그/디지탈입력단자(A/D)로 입력된값을 실효치로 연산하면 “0”이 아닌 임의의 값을 갖게 된다.

만약, 필터링부(410)의 로우패스필터 또는 전파정류회로중 어느 하나라도 고장이라면 필터진단신호(ADCTR1)(ADCTR2)의 신호 변화에도 관계없이 일정한 값을 갖게 되므로 고장여부를 판단할 수 있게된다.

그리고, 제5도에 저항(R13)과 저항(R38)은 필터진단신호(ADCTR1)(ADCTR2)가 동시에 하이상태가 되었을 경우 전원전압단(Vcc)과 접지(GND) 사이의 단락을 방지하기 위한 것이다.

또한, 마이크로프로세서(420)는 아날로그/디지탈입력단자(A/D)를 통해 입력되는 전류값에 대응하는 신호를 디지탈값으로 변환한 후 과전류라고 판단하면 로우상태의 트립신호(trip)를 제6도에 도시한 트립코일 구동부(430)의 트립신호 출력단자(TRIP-OUT)로 출력한다.

따라서, 트립신호 구동부(430)의 포토커플러(ISQ1)의 발광다이오드가 발광하여 수광트랜지스터가 수광하여 도통되므로 트랜지스터(Q1)도 도통하여 트립코일(J1)을 여자하게 되어 진공차단기(400)가 부하전류를 차단하게 된다.

이때 트립코일의 자기진단방법에 대하여 살펴보면, 마이크로프로세서(420)로 부터 트립코일 구동부(430)로 트립신호가 출력되지 않는다면 트랜지스터(Q1)가 오프상태가 되어 트립코일(J1)로 흐르는 전류를 Itc라고 한다면, Itc는 역방향 다이오드(D5)에 역방향으로 바이어스전압이 걸리므로 전류가 흐를 수 없게 되어 트립코일(J1)을 경유하여 저항((R41)→저항(R42)→전압단((-VS)으로 흐르게 되어 전류는 다음과 같이 얻어진다

단 R_J1은 트립코일의 내부저항이다.

전류(Its)는 트립코일(J1) 충분히 여자시키지 못하게 하기위해 저항(R41)과 (R42)로 제한하여 미소전류가 흐르데 한다. 이때 저항의 값 (R41+R42)이 전류억제저항으로 작용한다.

제6도에서 비교기(U5A)의 반전입력단자(+)로 입력되면 전압은 저항(R42)의 전압으로서 Vc+라 하면, 트립코일이 단선이 아닌 경우 즉, 정상인 경우 Vc+ = R42 Itc로 되고 저항(R43)의 전압 Vc-는 기준전압이 되어 Vc- = Vref = -Vs가 된다.

그러므로, Vc+가 Vc-보다 높게 되어 비교기(U5A)의 출력은 +VS를 출력하고 저항(R44)과 저항(R45)에 의해 분배되어 저항(R45)의 전압이 마이크로프로세서(420)에 자기진단 결과신호(TC-status)를 하이상태로 출력한다.

그리고, 트립코일이 단선인 경우 Vc+ = Vc- =-Vs로 출력되고, 이 전압은 저항(R44)과 저항(R45)으로 분배되나 다이오드(D6)에 의해서 전류의 흐름을 막으므로 결국 자기진단 결과신호(TC-status)는 로우상태로 되어 마이크로프로세서(420)에 입력되어 고장을 검출하게 된다.

상기에서와 같이 마이크로프로세서(420)가 필터의 고장여부와 트립코일의 상태를 자체적으로 진단하여 사고를 미연에 방지할 수 있도록 한다.

이상에서 상세히 설명한 바와같이 본 발명은 진공차단기 자체에 제 어부를 두고 그 제어부를 자체 진단하여 사고를 미연에 방지할 수 있도록 한 효과가 있다.

Claims (4)

1. R상과 T상에 흐르는 전류의 양을 검출하는 변류기(CT1)(CT2)의 출력신호에 대해 고주파성분을 제거하고 그에 따른 신호(sig1 ∼ sig3)(sig4 ∼ sig6)를 각각 출력하는 필터링수단과, 입력되는 트립신호에 따라 트립코일(TC)을 구동 또는 차단하는 트립코일 구동수단과, 제어신호를 출력하여 상기 필터링수단의 입력전압을 변화시켜 필터이상여부를 진담함과 아울러 상기 트립코일 구동수단의 트립코일상태를 진단하는 마이크로프로세서로 구성된 것을 특징으로하는 진공차단기의 자기진단장치.
2. 제1항에 있어서, 필터링수단은 입력되는 필터진단신호에 따라 변류기의 출력신호를 공급 또는 차단하는 입력수단과, 상기 입력수단을 통해 입력된 신호가 있으면 그 신호에 대하여 고주파성분을 제거하는 로우패스필터와, 상기 로우패스필터를 통한 신호에 대하여 전파정류한 후 증폭수단을 통해 소정레벨로 증폭한 후 출력하도록 하는 전파정류수단으로 이루어진 것을 특징으로 하는 진공차단기의 자기진단장치.
3. 제2항에 있어서, 입력수단은 전송게이트로 이루어진 것을 특징으로하는 진공차단기의 자기진단장치.
4. 제1항에 있어서, 트립코일 구동수단은 마이크로프로세서로 부터 출력되는 트립신호에 따라 트랜지스터의 도통 또는 차단상태를 제어하여 트립코일의 구동을 제어하는 포토커플러와, 상기 트립코일의 구동에 따라 출력되는 전압과 기준전압을 비교하여 트립코일의 상태를 진단하는 비교수단으로 이루어진 것을 특징으로 하는 진공차단기의 자기진단 장치.