KR100320646B1 - 교류전력시스템의전기전도를연속감시하는시스템 - Google Patents

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Abstract

전도 감시 시스템은 전력 시스템의 두 도체 사이에서 접속되는 하나 이상의 측정 모듈을 포함한다. 측정 사이클은 두개의 주기로 나누어진다. 제 1 주기 중에, 상기 모듈은 그의 단자에 인가된, 표유 직류 성분을 나타내는 제 1 직류 전압 성분 (V1) 을 측정한다 (F1, F2). 제 2 주기 중에, 상기 측정 모듈은 직류 전류 성분을 전력 시스템에 입력시키고, 그의 단자에 인가된 전압의 제 2 직류 성분 (V2) 을 측정한다 (F3, F4). 제 1 및 제 2 성분의 차이 (Vc) 는 전도 장해를 탐지하는데 이용되며, 측정 모듈의 업라인상의 선 저항은 이 차이 (Vc) 에 비례한다. 제 1 및 제 2 성분 (V1, V2) 은 제 1 및 제 2 주기보다 같거나 짧은 지속시간을 갖는 측정 주기(Tm1, Tm2) 동안에 측정되는 직류 전압 샘플의 평균 (필요한 경우는 가중된) 을 계산함으로써 얻어진다.

Description

교류 전력 시스템의 전기 전도를 연속 감시하는 시스템
본 발명은 전력시스템의 제 1 및 제 2 도체상에 각각 위치하는 제 1 및 제 2 점 사이에서 직류 전류 성분을 발생하기 위한 수단과, 상기 제 1 및 제 2 점 사이에 인가되는 직류 전압 성분을 측정하기 위한 수단, 및 상기 직류 전압 성분을 고려하여 전도 장해를 탐지하는 수단을 포함하고, 직류 전류 성분을 발생하기 위한 상기 수단은 제어 정류기 및 이 제어 정류기를 제어하기 위한 수단을 포함하는 하나 이상의 모듈을 구비하는 교류 전력 시스템의 하나 이상의 부분에서의 전기 전도를 연속 감시하는 시스템에 관한 것이다.
미합중국 특허 5,150,057호에 의한, 특히 EP-A-430,823 서면에서 설명된, 최신 시스템은 전력 시스템 상에서의 표유 직류 전류의 실재 가능성을 고려하지 않고 있다.
본 발명의 목적은 포유 직류 전류의 영향을 제거시킬 수 있는 시스템을 구현하는 것이다.
본 발명에 의해, 상기 목적은, 제어 정류기를 제어하는 수단이 측정 사이클(프리셋 지속시간)의 제 1 주기 중에 제어 정류기의 터언 오프 신호 및 측정 사이클 (프리셋 지속 시간) 의 제 2 주기 중에 상기 직류 전류 성분을 발생하기 위한 제어 신호를 공급하는 것과, 직류 전압 성분을 측정하기 위한 상기 수단은 제 1 및 제 2 주기 중에 상기 직류 전압 성분을 각각 표시하는 제 1 및 제 2 의 값을 측정하기 위한 수단과 상기 제 1 및 제 2 의 값 사이의 차이 (이 차이는 측정되는 직류성분을 나타낸다)를 계산하기 위한 수단을 포함하는 것에 의하여 달성된다.
본 발명의 발전된 형태에 의하면, 상기 시스템은 최소한 하나의 측정 모듈및 루프 모듈을 포함하고, 이들 각각은 리버스 마운트된 제어 정류기와 이 제어 정류기를 제어하기 위한 수단을 포함하며, 상기 측정 및 루프 모듈의 제어 수단은 제 1 주기 중에 상기 모듈의 제어 정류기를 터언 오프하기 위하여 동기된다.
측정 및 루프 모듈의 단자에서의 직류 전압 성분의 차이를 계산하고, 측정 및 루프 모듈의 상기 측정 수단은 측정되는 전압의 동시 샘플링을 위한 수단을 포함함으로써, 잔류 저주파 표유도 제거 가능하다.
다른 장점 및 특징은 첨부된 도면에 도시된 실시예에 국한되지 않는 비제한적인 예로서 주어지는 본 발명의 도시된 실시예에 대한 이하의 설명을 통하여 더욱 명백해진다.
제 1 도에 나타낸 최신 시스템은 단상 교류 전력 시스템의 일부의 전도를 감시하기 위한 것이며, 두 도체 (1, 2)를 포함한다. 측정 모듈 (3)은 두 도체 (1, 2) 상의 각각에 위치한 두 점(A, B)에 접속되는 두 단자를 포함한다. 저항 (RL) 은 두 점 (A, B) 으로부터 업라인 (up-line) 쪽의 전력시스템의 선저항을 도식화 한 것이다. 측정 모듈 (3) 은 직류 전류 성분을 발생시키는 수단을 포함한다. 제 1 도에, 이러한 수단이 측정 모듈 (3) 의 단자사이에서 저항 (R1) 과 직렬로 접속된 사이리스터 (Th1) 에 의해 형성되어 있다. 제어 및 측정 회로 (4) 는 프리셋 값의 직류 전류성분 (Ic) 의 흐름이 측정모듈내에서 이루어지도록, 사이리스터 (Th1) 의 트리거에 제어신호를 공급한다. 상기 제어 및 측정 회로 (4)는 측정 모듈의 단자에 접속되어 점 (A, B) 사이에 인가되는 전압을 입력으로서 받아들인다. 직류 전류 성분이 일정할 때, 점 (A, B) 사이의 직류 전압 성분의 변화는 두 점 (A, B) 으로부터업라인 쪽의 선저항 (RL) 의 변화를 나타낸다. 상기 회로 (4) 는 상기 직류 전압 성분의 증가 (선 저항 (RL) 의 증가를 나타냄) 를 탐지하고, 이 증가를 프리셋 임계값과 비교하여, 임계값을 초과하는 경우 전도 장해를 지시한다.
측정 모듈 (3) 이 제 2 도에서 더 상세히 도시되어 있다. 제어 및 측정 회로 (4) 가 블럭도 형태로 도시되어 있으며, 이것은 제어 회로 (5), 저역통과 필터 (6, LPF) 및 프로세싱 회로 (7) 를 포함하고 있다. 측정 모듈의 단자 전압은 이 전압의 직류 성분을 나타내는 전압을 프로세싱 회로 (7) 에 공급하는 저역 통과 필터 (6) 의 입력에 인가된다.
제 3 도에서 도시된 바와 같이, 측정 사이클 (T, 전력 시스템의 주기 보다 큰 시간을 가짐) 이 두 주기 (T1, T2) 로 나누어진다, 제 1 주기 (T1) 동안, 제어 회로 (5) 는 사이리스터 (Th1) 를 터언 오프한다. 따라서, 어떠한 직류 전류 성분도 측정 모듈 (3) 에 의해 발생되지 않는다. 제 2 주기 (T2) 동안, 제어 회로 (5) 는 직류 전류 성분 (Ic) 의 전력 시스템에 대한 입력을 제어한다. 동기 신호 (S, 제 3 도에서 시간축에 대해 도시됨) 는 제어 회로 (5) 에 의하여 프로세싱 회로 (7) 로 인가됨으로써, 주기 (T1, T2) 를 나타내는 정보를 프로세싱 회로에 공급한다.
제 4 도는 상기 필터 (6) 에 의해 공급되는 직류 전압 성분의 샘플링 신호(E, 프로세싱 회로 (7) 에 의한) 를 나타낸다. 프로세싱 회로 (7) 는 주기 (T1) 내의 제 1 측정 윈도우 (Tm1) 중에 제 1 의 샘플링을 수행한다. 제 2 의 샘플링은 주기 (T2) 내의 제 2 측정 윈도우 (Tm2) 중에 수행된다. 상기 윈도우 (Tm1)는 주기 (T1) 보다 같거나 작은 지속시간을 가지며, 상기 윈도우 (Tm2) 는 주기 (T2) 보다 같거나 작은 지속시간을 갖는다. 제 4 도에 도시된 바람직한 실시예에서, 안정화 주기 (T1 - Tm1 : T2 - Tm2) 는 측정 윈도우의 시작전에 각 주기의 시작점에서 주어진다.
제 5 도는 프로세싱 회로 (7) 의 동작 흐름도이다. 제 1 단계 (F1) 에서, 상기 프로세싱 회로 (7) 는 제 1 측정 윈도우 (Tm1) 중에 상기 필터 (6) 의 출력 전압을 나타내는 샘플을 읽는다. 그런 다음, 제 2 단계 (F2) 에서, 상기 회로 (7) 는 이 샘플로부터, 제 1 측정 윈도우 (Tm1) 중에 측정 모듈 (3) 의 입력 전압의 직류 성분값을 나타내는 제 1 의 값 (V1) 을 계산한다. 그리고 나서, 제 3 단계 (F3) 에서, 상기 프로세싱 회로 (7) 는 제 2 측정 윈도우 (Tm2) 중에 상기 필터 (6) 의 출력 전압을 나타내는 샘플을 읽는다. 제 4 단계 (F4) 에서, 상기 회로 (7) 는 제 2 측정 윈도우 (Tm2) 중에 측정 모듈 (3) 의 입력 전압의 직류 성분값을 나타내는 제 2 의 값 (V2) 을 계산한다.
주기 (T1) 중에, 측정 모듈에 의한 직류전류성분 입력이 없으므로, 상기 모듈의 단자에 인가되는 직류 전압은 전력 시스템의 표유 직류성분 또는 오프셋 전압을 나타낸다. 주기 (T2) 중에, 측정 모듈에 의해 직류 전류 성분이 전력 시스템의 입력이 되기 때문에, 상기 모듈의 단자에 인가되는 직류 전압은 표유 직류 성분의 합 및 선저항을 결정하기 위하여 측정되는 직류 전압 성분(Vc) 을 나타낸다. 따라서, 차이 (V2 - V1, 제 5 단계 (F5) 에서 프로세싱 회로(7) 에 의해 계산된) 는 측정되는 직류성분 (Ve) 을 나타낸다. 제 6 단계 (F6) 에서, 상기 프로세싱 회로는,차이 (Vc = V2 - V1) 에서 유도되고, 이에 비례하는 선저항을 나타내는 양의 변화를 감시함으로써 전도 장해 여부를 탐지한다.
주기 (T1, T2) 는 제 3 도에 도시된 바와 같이 서로 같은 것이 바람직하다. 비제한적인 예로서, 주기 (T) 는 수초 (예컨대, 10초) 라면, 주기 (T1, T2) 는 각각 T/2 와 같고, 윈도우 (Tm1, Tm2) 는 동일한 지속 시간 (예를 들어, 약 3 초) 을 갖는다.
바람직한 실시예에 의하여, 값 (V1, V2) 은 각각 측정 윈도우 (Tm1, Tm2) 동안 얻어지는 샘플들의 평균을 계산함으로써 구하여진다. 이 평균값을 사용하여, 상기 프로세싱 회로는 전력 시스템의 저주파성분의 주된 부분을 제거 가능하도록 하는 추가의 필터링 작용를 수행한다.
전력 시스템의 저주파 표유를 보다 잘 억제하기 위하여, 가중 평균치를 취하여 대응하는 샘플로부터 값 (V1, V2) 을 계산하는 것이 바람직할 것이다. 이를 위하여, 제 4 도의 구형 윈도우는 정현 또는 다른 적당한 타입의 윈도우로 대체될 수 있다. 가중하는 상기 타입이 V1 및 V2 를 계산하기 위하여 사용되면, 그들의 차이는 측정되는 직류 전압 성분 (Vc) 에 남아 있게 된다.
프리셋 임계값과 Vc 의 변화를 비교함으로써 장해 탐지를 직접 실행한다. 장해 탐지를 위하여, Vc 에 비례하는 선저항 (RL)의 값을 계산하는 것과 이의 변화와 프리셋 임계값을 비교하는 것이 물론 가능하다. 만약, EP - A - 430,823 서면에 개시된 어떤 실시예처럼, 선 저항이 측정 션트 (shunt) 또는 저항 (R1) 의 단자 전압의 직류 성분과 상기 직류 성분 (Vc) 을 연관시킴으로써 얻어진다면, 상기에서 설명된 측정 원리가 윈도우 (Tm1, Tm2) 각각에서 샘플되고, 필터링된 나중 전압의 측정에도 적용되며, 이의 직류 성분은 윈도우 (Tm1, Tm2) 각각에서 얻어진 샘플의 평균값들 (가중될 수도 있다) 사이의 차이와 같다.
상기에서 언급된 서면에서, 루프 모듈의 사용은 측정 및 루프 모듈 사이에 포함된 전력 시스템의 일부를 감시할 수 있게 한다. 이 서면에서, 루프 모듈은 제 1 도에 의한 측정 모듈과 같은 타입일 수 있으며, 제어 및 측정 회로는 이것의 입력 단자에 인가되는 전압의 직류 성분을 영으로 안정화 시키는 서보 수단을 포함한다.
측정 모듈이 제 3 도 내지 제 5 도와 관련하여 상기에서 설명된 측정원리를 사용한다면, 결합된 루프 모듈의 동작은 결국 변환되어야만 한다. 제 6 도에서, 측정 모듈 (3) 이 접속된 점 (A, B) 과 이 점 (A, B) 보다 업라인상에 위치하고 루프 모듈 (8) 이 접속된 점 (C, D) 사이에 포함된 전력 시스템의 일부의 전도를 감시할 수 있는 본 발명의 한 시스템이 도시되어 있다.
루프 모듈 (8) 은 측정 모듈 (3) 에 의해 발생되는 직류 전류 성분을 루핑 (looping) 하는 수단을 포함한다. 제 6 도에서, 저항 (R2) 과 직렬로 접속된 사이리스터 (Th2) 는 점 C 와 D 사이에서 접속되어 전류가 도체 2 에서 도체 1 로 (즉, 사이리스터 Th1 로부터의 역방향으로) 흐르도록 한다. 루프 모듈은 측정 모듈 (3) 의 제어 및 측정 회로와 동기 (예컨대, 동기 링크 (10)) 되는 제어 및 측정 회로 (9) 를 포함한다. 동기는 사이리스터 (Th1, Th2) 가 주기 (T1) 동안 동시에 터언 오프되고, 주기 (72) 동안 동시에 터언 온 되도록 한다. 루프 모듈 (8) 의 단자에서의 직류 전압성분 Vc(CD) 는, 측정 모듈 (3) 의 단자의 직류 전압 성분 Vc(AB) 와 이들의 차이 (Vc(AB) - Vc(CD)) 가 관련된 전력 시스템의 일부분의 선 저항 (RL) 의 단자에서 직류 전압 성분을 나타내는 것과 동일한 방식으로 측정된다.
측정 및 루프 모듈의 단자에 있는 직류 전압의 동시 샘플링은 잔류 저주파 표유를 제거시킨다. 각 측정 윈도우 (Tm1, Tm2) 중에 점 (A, B), 점 (C, D) 사이에서 각각 측정되는 직류 성분은 다음과 같은 형태로 나타낼 수 있다.
V1(AB) = Vof1 + V1f1
V1(CD) = Vof2 + V1f1
V2(AB) = V(AB) + Vof1 + V1f2
V2(CD) = V(CD) + Vof2 + V1f2
여기서 V1(AB) 및 V1(CD) 는 각각 점 (A, B) 와 점 (C, D) 사이에서, 윈도우 (Tm1) 중에 측정되는 직류 성분이다. V2(AB) 및 V2(CD) 는 윈도우 (Tm2) 중에 측정되는 직류 성분이다. Vofl 은 점 (A,B) 사이의 오프셋 전압이며 주기 (T) 동안 일정하다. Vof2 는 점 (C, D) 사이의 오프셋 전압이며, 주기 T 동안 일정하다. V1f1 은 주기 (T1) 및 윈도우 (Tm1) 동안의 잔류 저주파 잡음이다. V1f2 는 주기 (T2) 및 윈도우 (Tm2) 동안의 잔류 저주파 접음이다. V(AB) 와 V(CD) 는 직류 성분이며 (표유 성분이 제거된), 측정 및 루프 모듈의 단자에서 측정된다.
차이 (Vc(AB) = V2(AB) - V1(AB), Vc(CD) = V2(CD) - V1(CD)) 에 대한 각각의 계산이 실행될때, 오프셋 전압이 제거되며, 전도 감시를 위한 기초로서 역할하는 차이 (Vc(AB) - Vc(CD)) 의 계산에 의해 잔류 잡음이 제거되는 것이 쉽게 증명된다.
본 발명은 상기에서 특히 언급된 실시예에 한정되지 않는다. 특히, 상기 사이리스터는 다른 타입의 제어 정류기로 대체될 수 있고, 저항 (R1) 은 전력 시스템에 정합된 비소비 회로로 대체될 수 있다. 저역 통과 필터는 아날로그 또는 디지탈로 할 수 있다. 상기 제어 및 측정 회로는 마이크로프로세서를 포함할 수 있으며, 몇몇 구성 소자들은 여러 회로에 공통적으로 사용할 수 있다.
제 6 도에 의한 상기 시스템의 제어 및 측정 회로 (4, 9) 는 차이 (Vc(AB) - Vc(CD)) 를 계산하는 중앙 처리 회로에 접속될 수 있으며, 또는, 이 차이가 상기 모듈중 하나에 의해 계산될 수 있으며, 이것은 발생된 전도 장해를 지시한다.
상기 시스템이 루프 모듈을 포함하는 경우, 이 루프 모듈은 주기 (T1) 동안 어떠한 전류의 흐름을 막기 위하여 측정 모듈과 동기되어야만 한다. 사이리스터 (Th1, Th2) 는 주기 (T2) 동안 역시 동기되는 것이 바람직하다. 그런데, 주기 (T2) 동안 루프 모듈의 단자에서의 직류 전압 성분을 영으로 안정화시키는 것과, 측정 모듈의 단자에서의 직류 전압 성분이 곧바로 선저항을 나타내는 사실은 쉽게 예상할 수 있다.
상기와 동일한 측정 원리가 삼상 전력 시스템에도 응용가능하며, 이때, 모듈은 2 개의 상에 접속된다.
제 1 도는 종래기술에 따른 전도 감시 시스템의 개략도이다.
제 2 도는 본 발명의 특별한 실시예에 따른 시스템의 측정 모듈을 나타낸다.
제 3 도와 제 4 도는 본 발명의 특별한 실시예에 있는 입력 및 측정 주기를 각각 도시한다.
제 5도는 본 발명에 따른 시스템의 모듈의 동작 흐름도이다.
제 6 도는 본 발명의 또다른 실시예 (측정 및 루프 모듈을 포함하는) 를 나타낸다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
1, 2 : 도체 3 : 측정 모듈
4 : 제어 및 측정회로 5 : 제어 회로
6 : 저역 통과 필터 7 : 프로세싱 회로
8 : 루프 모듈 9 : 측정 회로
10 : 동기 링크

Claims (10)

  1. 전력시스템의 제 1 및 제 2 도체 (1, 2) 상에 각각 위치하는 제 1 및 제 2 점 (A, B) 사이에서 직류 전류 성분을 발생시키고 제어 정류기 (Th1) 와 이를 제어하는 수단 (5) 을 구비하는 수단 (Th1) 과, 상기 제 1 및 제 2 점 (A, B) 사이에 인가되는 직류 전압 성분 (Vc) 을 측정하기 위한 수단 (4,7) 및 상기 직류 전압 성분 (Vc) 을 고려하여 전도 장해를 탐지하는 수단 (4, 7, F6) 을 포함하는 하나 이상의 모듈 (3) 을 구비하는 교류 전력 시스템의 하나 이상의 부분에서의 전기 전도를 연속 감시하는 시스템에 있어서,
    제어 정류기 (Th1) 를 제어하는 상기 수단 (5) 은 측정 사이클 (T, 프리셋 지속시간) 의 제 1 주기 (T1) 중에서 제어 정류기의 터언 오프 신호와 측정 사이클 (T, 프리셋 지속시간) 의 제 2주기 (T2) 중에 상기 직류 전류 성분을 발생하기 위한 제어 신호를 공급하고,
    직류 전압 성분을 측정하기 위한 상기 수단 (7) 은 제 1 및 제 2 주기 중에 상기 직류 전압 성분을 각각 표시하는 제 1 및 제 2 의 값 (V1, V2)을 측정하기 위한 수단 (F1 내지 F4) 과 상기 제 1 및 제 2의 값 사이의 차이 (Vc) (이 차이는 측정되는 직류 성분 (Vc) 을 나타낸다) 를 계산하기 위한 수단 (F5) 을 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 측정 사이클은 상기 전력 시스템의 주기 보다 큰 지속시간 (T) 를 갖는 것을 특징으로 하는 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 측정 사이클이 약 10 초의 지속시간을 갖는 것을 특징으로 하는 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서, 제 1 의 값 (V1) 을 측정하기 위한 수단 (F1, F2) 이 제 1 주기 (T1) 보다 같거나 작은 지속 시간의 제 1 측정 윈도우 (Tm1) 중에 샘플링 및 샘플을 측정하기 위한 수단 (F1) 을 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서, 제 2 의 값 (V2) 을 측정하기 위한 상기 수단 (F3, F4)이 제 2 주기 (T2) 보다 같거나 작은 지속시간의 제 2 측정 윈도우 (Tm2) 중에 샘플링 및 샘플을 측정하기 위한 수단 (F3) 을 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  6. 제 4 항에 있어서, 측정을 위한 상기 수단은 측정 윈도우 중에 측정된 샘플의 평균을 계산하기 위한 수단 (F2, F4) 을 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  7. 제 4 항에 있어서, 측정을 위한 상기 수단은 측정 윈도우 중에 측정된 샘플의 가중 평균을 계산하기 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 시스템은 최소한 하나의 측정 모듈 (3) 및 루프 모들 (8) 을 포함하고, 이들 각각은 리버스 마운트된 제어 정류기 (Th1, Th2) 와 이 제어 정류기를 제어하기 위한 수단 (4,9) 을 포함하며, 상기 측정 및 루프 모듈의 제어수단은 제 1 주기 (T1) 중에 상기 모듈의 제어 정류기 (Th1, Th2) 를 터언 오프하기 위하여 동기되는 것을 특징으로 하는 시스템.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 시스템은 측정 및 루프 모듈의 단자에서의 직류 전압 성분 사이의 차를 계산하기 위한 수단을 포함하고, 측정 및 루프 모듈의 측정 수단 (4, 9) 는 측정되는 전압의 동시 샘플링을 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  10. 제 1 항에 있어서, 제어 정류기가 사이리스터 (Th1, Th2) 인 것을 특징으로 하는 시스템.
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