KR100272852B1 - 디지탈 보호 계전기 및 그의 오프셋 보정방법 - Google Patents

Abstract

목적: 본 발명은 계전기 내 입력부 회로의 온도영향에 따른 오프셋 변화에 무관하게 실제 부하장치로 흐르는 전류값을 정확히 검출하여 보호기능을 수행하는 디지탈 보호 계전기 및 그의 오프셋 보정방법을 제공하고자 한다.

구성: 본 발명의 디지털 보호 계전기는 부하장치의 전류값을 센싱한 전류변환기의 신호와, 기준신호로 발생된 신호발생기의 신호가 선택적으로 입력부 회로를 통해 디지탈신호로 마이크로프로세서에 입력되고, 상기 마이크로프로세서는 입력된 데이터로 상기 입력부 회로의 오프셋값을 계산하여 측정치에 보정함으로써 실제 부하장치로 흐르는 전류값을 산출하고, 이 산출된 값을 토대로 부하장치로 흐르는 전류값의 이상을 판단한다. 또, 본 발명의 오프셋 보정방법은 상기 신호발생기의 신호를 마이크로프로세서에 다수회 도입하여 상기 입력부 회로를 통해 발생된 오프셋 평균값을 계산하는 단계와, 상기 전류변환기의 신호를 마이크로프로세서에 도입하여 얻어진 측정값과 상기 신호발생기의 신호에 의해서 획득된 상기 오프셋 평균값을 가산함으로써 상기 측정값을 보정하는 단계로 행한다.

효과 : 신호발생기의 기준신호로 입력부 회로의 오프셋을 샘플링하고, 이를 토대로 전류변환기의 측정신호를 보정함으로써 부하장치로 흐르는 실전류값을 산출하므로 입력부 회로의 오프셋 변화에 무관하게 과전류를 차단할 수 있다.

Description

디지탈 보호 계전기 및 그의 오프셋 보정방법

본 발명은 디지탈 보호 계전기 및 그의 오프셋 보정방법에 관한 것으로, 좀더 상세하게는 계전기 내 입력부 회로의 온도영향에 따른 오프셋 변화에 무관하게 실제 부하장치로 흐르는 전류값을 정확히 검출하여 과전류차단 등의 보호기능을 수행하는 디지탈 보호 계전기 및 그의 오프셋 보정방법에 관한 것이다.

디지탈 보호 계전기는 대용량의 전류가 흐르는 전기회로에서 전자제어장치를 이용하여, 전류흐름 상태를 체크하여 부하장치의 정상적인 동작 여부를 감시하고 부하장치로의 전류흐름을 제어하여 부하장치를 보호할 수 있도록 한 장치로서, 마이크로프로세서를 이용한 디지탈 보호 계전기가 실용화되고 있다.

이러한 디지탈 보호 계전기의 성능은 동작의 안정화를 꽤하는 것이 중요한데, 반도체 소자로 구성된 회로를 사용하는 디지탈 보호 계전기는 온도의 영향에 수반하는 드리프트가 발생하게 되는 바, 이러한 드리프트의 영향에 대응하여 출력의 제어가 이루어져야 하나, 종래에는 이를 만족하는 기술적 수단이 제안된 바 없다.

도 3은 종래의 디지탈 보호 계전기를 도시한 회로 블럭도로서, 단상 혹은 삼상의 모터(M)로 흐르는 선로별 구동전류값에 대응하는 각각의 신호를 출력하는 전류변환기(CT)와, 상기 전류변환기(CT)로부터 출력되는 각각의 신호를 다중채널로 입력받아 선택적으로 출력하는 멀티플렉서(MUX)와, 상기 멀티플렉서(MUX)의 신호를 노이즈제거 및 필터링함과 아울러 디지탈신호처리에 적합한 레벨이 되도록 일정이득으로 증폭 출력하는 신호처리부(AMP)와, 상기 신호처리부(AMP)의 출력신호를 전압에 대응한 디지탈신호로 변환하는 아나로그-디지탈변환기(ADC)와, 상기 멀티플렉서(MUX)의 채널선택을 제어하여 입력신호를 선택하고, 이 선택적으로 입력된 신호를 처리하는 마이크로프로세서(2)와, 상기 마이크로프로세서(2)의 제어출력에 따라 상기 모터(M)로 흐르는 전류를 차단하는 출력제어부(K)로 구성된다.

이와같이 구성된 종래의 디지탈 보호 계전기는 모터(M)로 흐르는 전류를 전압으로 변환하는 전류변환기(CT)의 신호를 신호처리부(AMP)를 통해 파형을 가공한 후 아나로그-디지탈변환기(ADC)를 통해 디지탈신호로 변환하게 되며, 이들 신호처리부 및 아나로그-디지탈변환기는 입력부 회로(10)를 이룬다. 이러한 입력부 회로(10)를 통해 출력된 디지탈 신호를 입력받은 마이크로프로세서(2)는 모터(M)로 흐르는 전류값을 인식하고, 이 인식한 전류값이 미리 설정된 모터(M)의 과전류에 해당하는 기준값보다 클 경우, 출력제어부(K)를 제어하여 모터(M)로 흐르는 전류를 차단하게 된다. 이때, 마이크로프로세서(2)는 상기 신호처리부(AMP) 및 아나로그-디지탈변화기를 통하면서 발생하는 오프셋값에 해당하는 기준값을 미리 기억하고 있다가 입력된 데이터 값에서 기준값 만큼을 차감하거나 가산 처리함으로써 실제 모터(M)로 흐르고 있는 전류값을 인식하게 된다.

그런데, 전술한 바와같이 전류변환기(CT)의 신호를 마이크로프로세서(2)로 전달하는 입력부 회로(10)의 신호처리부(AMP) 및 아나로그-디지탈변환기(ADC)는 소자의 온도변화나 경년변화에 수반하여 드리프트를 발생하게 되는 바, 이러한 드리프트의 영향으로 인해 오프셋값의 변화(drift offset)가 발생하게 된다.

결국, 마이크로프로세서(2)는 실제 모터(M)로 흐른 전류값과 상이한 전류값을 인식하게 되며, 이에 따라 마이크로프로세서(2)는 모터(M)로 흐르는 전류가 과도하지 않은 경우에도 출력제어부(K)를 통해 모터(M)로 흐르는 전류를 차단하여 동작을 불안정하게 하거나, 모터(M)로 과전류가 흐르는 상태에서도 전류를 차단하지 않게 되어 모터(M)를 소손하게 된다.

전술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 본 발명의 목적은 계전기 내 입력부 회로의 온도영향에 따른 오프셋을 계산하여 드리프트 오프셋을 보정함으로써 모터로 과전류가 인가됨을 정확히 판단하고 신속하게 과전류를 차단할 수 있는 디지탈 보호 계전기 및 그의 오프셋 보정방법을 제공하고자 한다.

도 1 은 본 발명에 의한 디지탈 보호 계전기의 회로 블록도

도 2 는 본 발명의 실시예로 보인 동작 흐름도

도 3 은 종래 디지탈 보호 계전기의 회로 블록도

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

CT-전류변환기 MUX-멀티플렉서

10-입력부 회로 AMP-신호처리부

ADC-아나로그-디지탈변환기 K-출력제어부

M-모터 20-마이크로프로세서

30-신호발생기

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 부하장치로 흐르는 전류값에 대응하는 크기의 전압으로 출력된 전류변환기의 신호와, 기준신호로 발생된 신호발생기의 신호가 선택적으로 입력부 회로를 통해 디지탈신호로 변환되어 마이크로프로세서에 입력되고, 상기 마이크로프로세서는 입력된 데이터에 근거하여 부하장치의 구동을 제어하도록 구성된 디지탈 보호 계전기에 있어서, 상기 마이크로프로세서는 상기 신호발생기의 기준신호를 상기 입력부 회로를 통해 입력받아 미리 오프셋 값을 계산하고, 상기 오프셋값으로 상기 부하장치로부터 입력부 회로를 통해 입력된 데이터를 보정하여 부하장치로 흐르는 전류의 이상을 판단하도록 된 것을 특징으로 하는 디지탈 보호 계전기를 제안한다.

또한, 본 발명은 부하장치로 흐르는 전류값에 대응하는 크기의 전압으로 출력된 전류변환기의 신호와, 기준신호로 발생된 신호발생기의 신호가, 입력부 회로를 통해 디지탈신호로 변환되어 마이크로프로세서에 입력되고, 상기 마이크로프로세서는 입력된 데이터에 근거하여 상기 부하장치로 흐르는 전류의 이상을 판단하여 전류 흐름을 차단하도록 구성된 디지탈 보호 계전기에 있어서, 상기 부하장치로 흐르는 전류값을 오차없이 산출하기 위한 오프셋 보정방법으로서, 상기 신호발생기의 신호를 마이크로프로세서에 다수회 도입하여 상기 입력부 회로를 통해 발생된 오프셋 평균값을 계산하는 단계와, 상기 전류변환기의 신호를 마이크로프로세서에 도입하여 얻어진 측정값과 상기 신호발생기의 신호에 의해서 획득된 상기 오프셋 평균값을 가산함으로써 상기 측정값을 보정하는 단계로 이루어짐을 특징으로 하는 오프셋 보정방법을 제안한다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 더욱 상세히 설명하되, 종래와 동일한 부분에 대하여는 중복설명의 회피와 설명의 명료성을 위하여 동일한 부호를 부여하기로 한다.

도 1 은 본 발명에 의한 디지탈 보호 계전기의 회로 블록도로서, 도시된 바를 참조하면, 단상 혹은 삼상의 모터(M)로 흐르는 선로별 전류값에 대응하는 전압의 신호로 출력하는 전류변환기(CT)와, 기준전압의 신호를 발생하는 신호발생기(30)와, 상기 전류변환기(CT)로부터 출력되는 신호와 상기 신호발생기(30)의 출력신호를 다중채널로 입력받아 선택적으로 게이팅하는 멀티플렉서(MUX)와, 상기 전류변환기(CT)의 출력신호를 디지탈신호로 변환하는 아나로그-디지탈변환기(ADC)와, 상기 멀티플렉서(MUX)의 채널을 선택하여서 도입된 상기 신호발생기(30)의 신호에 의해 상기 아나로그-디지탈변환기(ADC)의 오프셋을 연산하고 이를 기억하여 두었다가, 상기 전류변환기(CT)의 신호 입력시에 상기 오프셋을 보정하고, 이 보정된 값으로 상기 모터(M)로 흐르는 전류의 이상을 판단하는 마이크로프로세서(20)와, 상기 마이크로프로세서(20)의 제어출력에 따라 상기 모터(M)로 흐르는 전류를 차단하는 출력제어부(K)로 구성된다.

아울러, 본 발명은 전술한 구성에 있어서, 상기 신호발생기(30) 대신에 미도시된 통상의 디지탈-아나로그변환기를 사용할 수 있다. 이때, 상기 마이크로프로세서(20)는, 상기 디지탈-아나로그변환기에서 얻고자 하는 신호의 전압에 대응하는 디지탈신호를 출력함과 아울러 이 디지탈신호를 상기 아나로그-디지탈변환기(ADC)를 통해 입력된 디지탈신호와 비교함으로써 상기 아나로그-디지탈변환기(ADC)의 오프셋값을 미리 계산하는 알고리즘을 수행하여야 한다.

또한, 본 발명은 상기 멀티플렉서(MUX)의 신호가 신호처리부(AMP)에 의해서 노이즈제거 및 필터링됨과 아울러 일정이득으로 증폭되어 상기 아나로그-디지탈변환기(ADC)로 입력되도록 구성할 수 있다. 이때, 상기 마이크로프로세서(20)는 상기 신호처리부(AMP)를 통해 입출력된 신호의 오프셋값도 상기 아나로그-디지탈변환기(ADC)의 오프셋값과 함께 포함하여 계산한다.

여기에서, 상기 전류변환기(CT)는 권선비를 조정하여 대용량의 전류를 일정레벨 이하의 측정 가능한 범위로 낮추어 상기 멀티플렉서(MUX)를 통해 상기 신호발생기(30)의 입력레벨에 적합하게 신호를 전달하는 수단으로, 모터(M)로 흐르는 전원이 단상인 경우에는 하나의 검출신호만을 출력하게 되나, 모터(M)로 흐르는 전원이 삼상인 경우에는 세 개의 검출신호를 출력한다. 이러한 전류변환기(CT)의 검출신호는 멀티플렉서(MUX)의 입력채널 수에 관계한다.

또, 상기 신호처리부(AMP) 및 아나로그-디지탈변환기(ADC)는 온도변화 및 경년변화에 의해서 드리프트 오프셋을 발생하게 되는 디지탈 계전기의 입력부 회로(10)을 구성한다.

그리고, 상기 출력제어부(K)는 마이크로프로세서(20)에서 제어명령이 발생하면 턴온 혹은 턴오프되는 스위칭수단으로서, 본 발명의 실시예에서는 단상 혹은 삼상의 모터(M)로 인가되는 전류를 스위칭한다.

이와같이 구성된 본 발명의 작동시에, 신호발생기(30)의 신호는 멀티플렉서(MUX)로 입력되고, 모터(M)의 구동전류를 전압값으로 변환하는 전류변환부의 신호 또한 멀티플렉서(MUX)의 다른 채널로 입력된다.

이러한 상태에서 마이크로프로세서(20)는, 시스템오퍼레이팅 프로그램이 개시되면 프로그램카운터의 내용이 하나씩 증가되어 어드레스버퍼에 전송되고, 이에 따라 본 발명을 구현하는 응용 프로그램이 명령레지스터로 호출되고, 어드레스버퍼에는 호출된 프로그램데이터에 대한 번지가 지정되어 저장된 후, 상기 명령레지스터의 내용을 디코더를 통해 해독하여 멀티플렉서(MUX)의 한 채널을 게이팅하는 제어신호를 출력함으로써 신호발생기(30)에서 출력된 신호를 후단의 신호처리부(AMP)를 통해 아나로그-디지탈변환기(ADC)에서 디지탈신호로 변환하여 신호발생기(30)의 전압 측정값의 데이터로 범용 레지스터에 저장하게 된다.

다음, 본 발명을 구현하는 흐름도인 도 2를 참조하면, 마이크로프로세서(20)는 미리 기억된 신호발생기(30)의 기준전압값(B)에 대한 데이터를 훼치하고(S1) 상기 신호발생기(30) 전압 측정값(C)의 데이터를 로드하여(S2) ALU(산술논리유닛)에서 감산함으로써 상기 신호처리부(AMP) 및 아나로그-디지탈변환기(ADC)를 통하면서 생긴 오프셋값(E)을 얻어 데이터로서 레지스터에 저장하되(S3), 이와같이 얻어진 오프셋값은 설정된 다수회 반복하여(S4) 획득된 평균값(F)으로 레지스터에 저장된다(S5).

계속해서, 마이크로프로세서(20)는 프로그램카운터의 내용이 진행되어 디코더를 통해 해독된 제어신호로서 멀티플렉서(MUX)에 채널선택신호를 인가하게 되고, 이에 따라 멀티플렉서(MUX)는 모터(M)의 전류값을 센싱한 전류변환기(CT)의 신호를 게이팅하여 신호처리부(AMP) 및 아나로그-디지탈변환기(ADC)를 통해 얻어진 전압 측정값(G)을 마이크로프로세서(20)로 입력한다(S6). 상기 마이크로프로세서(20)는 신호발생기(30)의 기준신호에 의해 획득된 상기 오프셋 평균값(F)과 상기 전압 측정값(G)과의 가산값인 수정데이터(H)를 획득하고(S7), 이 수정데이터(H)가 기준치 이상인지 판별하여(S8) 기준치 이상인 경우 출력제어부(K)를 제어함으로써 모터(M)로 인가되는 구동전류를 차단하게 된다(S9).

또한, 본 발명은 모터(M)로 흐르는 전류값이 소정치 이하인 경우에도 실제 흐르는 전류값을 정확히 모니터링할 수 있음은 물론이다.

이상에서 설명한 바와같이 본 발명은 기준전압을 발생하는 신호발생기의 신호를 이용하여 입력부 회로를 이루는 신호처리부 및 아나로그-디지탈변환기의 오프셋을 샘플링하고, 이 샘플링된 오프셋값을 입력부 회로를 통해 입력되는 전류변환기의 측정신호에 반영하여 보정함으로써 부하장치인 모터로 흐르는 전류값을 오차없이 산출하므로, 입력부 회로의 오프셋 변화에 무관하게 정확한 시점에서 과전류의 차단을 수행하여 모터의 소손을 방지할 수 있다.

한편, 본 발명은 전술한 특정의 바람직한 실시예에 국한하지 않고 청구범위에 기재된 기술적 권리 내에서는 당업계의 통상적인 지식에 의하여 다양한 응용이 가능함은 물론이다.

Claims (7)

1. 부하장치로 흐르는 전류값에 대응하는 크기의 전압으로 출력된 전류변환기(CT)의 신호와, 기준신호로 발생된 신호발생기(30)의 신호가 선택적으로 입력부 회로(10)를 통해 디지탈신호로 변환되어 마이크로프로세서(20)에 입력되고, 상기 마이크로프로세서(20)는 입력된 데이터에 근거하여 상기 부하장치로 흐르는 전류의 이상을 판단하여 전류 흐름을 차단하도록 구성된 디지탈 보호 계전기에 있어서, 상기 마이크로프로세서(20)는 상기 신호발생기(30)의 기준신호를 상기 입력부 회로(10)를 통해 데이터로 입력받아 미리 오프셋값을 계산하고, 상기 오프셋값으로 상기 전류변환기(CT)로부터 입력부 회로(10)를 통해 입력된 데이터를 보정하여 부하장치(M)로 흐르는 전류의 이상을 판단하도록 된 것을 특징으로 하는 디지탈 보호 계전기.
2. 단상 혹은 삼상의 모터(M)로 흐르는 선로별 구동전류값에 대응하는 전압의 신호로 출력하는 전류변환기(CT)와, 기준전압의 신호를 발생하는 신호발생기(30)와, 상기 전류변환기(CT)의 신호와 상기 신호발생기(30)의 신호를 다중채널로 입력받아 선택적으로 출력하는 멀티플렉서(MUX)와, 상기 전류변환기(CT)의 신호를 디지탈신호로 변환하는 아나로그-디지탈변환기(ADC)와, 상기 멀티플렉서(MUX)의 채널을 선택하여 도입된 상기 신호발생기(30)의 신호가 상기 아나로그-디지탈변환기(ADC)에서 변환되면서 발생된 오프셋값을 계산하고, 상기 전류변환기(CT)의 신호 입력시에 상기 오프셋값으로 입력된 데이터를 보정하고, 이 보정된 값으로 상기 모터(M)로 흐르는 전류의 이상을 판단하는 마이크로프로세서(20)와, 상기 마이크로프로세서(20)의 제어출력에 따라 상기 모터(M)로 흐르는 전류를 차단하는 출력제어부(K)로 구성된 것을 특징으로 하는 디지탈 보호 계전기.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 멀티플렉서(MUX)의 신호가 신호처리부(AMP)에 의해서 노이즈제거 및 필터링됨과 아울러 일정이득으로 증폭되어 상기 아나로그-디지탈변환기(ADC)로 입력되도록 구성되고, 상기 마이크로프로세서(20)는 상기 신호처리부(AMP)를 통해 입출력된 신호의 오프셋값도 상기 아나로그-디지탈변환기(ADC)의 오프셋값과 함께 포함하여 계산하는 것을 특징으로 하는 디지탈 보호 계전기.
4. 제 2 항에 있어서, 상기 신호발생기(30) 대신에 디지탈-아나로그변환기를 사용하되, 상기 마이크로프로세서(20)는 상기 디지탈-아나로그변환기에서 얻고자 하는 신호의 전압에 대응하는 디지탈신호를 출력함과 아울러 이 디지탈신호를 상기 아나로그-디지탈변환기(ADC)를 통해 입력된 디지탈신호와 비교함으로써 상기 아나로그-디지탈변환기(ADC)의 오프셋값을 계산하는 알고리즘을 갖는 것을 특징으로 하는 디지탈 보호 계전기.
5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 마이크로프로세서(20)는 상기 신호발생기(30)의 신호를 다수회 입력받아 오프셋 평균값을 구하고, 이 오프셋 평균값으로 입력신호의 데이터를 보정하는 것을 특징으로 하는 디지탈 보호 계전기.
6. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 신호발생기(30)에서 출력되는 신호의 전압은 상기 부하장치(M)의 정격구동시에 상기 전류변환기(CT)에서 출력되는 신호의 전압과 동일하게 세팅된 것을 특징으로 하는 디지털 보호 계전기.
7. 부하장치(M)로 흐르는 전류값에 대응하는 크기의 전압으로 출력된 전류변환기(CT)의 신호와, 기준신호로 발생된 신호발생기(30)의 신호가, 입력부 회로(10)를 통해 디지탈신호로 변환되어 마이크로프로세서(20)에 입력되고, 상기 마이크로프로세서(20)는 입력된 데이터에 근거하여 상기 부하장치(M)로 흐르는 전류의 이상을 판단하여 전류 흐름을 차단하도록 구성된 디지탈 보호 계전기에 있어서, 상기 부하장치(M)로 흐르는 전류값을 오차없이 산출하기 위한 오프셋 보정방법으로서, 상기 신호발생기(30)의 신호를 마이크로프로세서(20)에 다수회 도입하여 상기 입력부 회로(10)를 통해 발생된 오프셋 평균값(F)을 계산하는 단계와, 상기 전류변환기(CT)의 신호를 마이크로프로세서(20)에 도입하여 얻어진 측정값(G)과 상기 신호발생기(30)의 신호에 의해서 획득된 상기 오프셋 평균값(F)을 가산함으로써 상기 측정값(G)을 보정하는 단계로 이루어짐을 특징으로 하는 오프셋 보정방법.