KR100835646B1 - 원자력 발전소의 제어계통에 사용되는 주파수 전압변환모듈 - Google Patents

Abstract

본 발명은 입출력 신호 및 전원을 분리하여 구비하고, 하나의 전자제어모듈에서 복수의 채널을 통해 냉각재 순환펌프의 회전수에 따른 각각의 주파수 입력신호를 전압신호로 변환하여 제공하므로써 잡음에 강하고 오동작을 줄이는 원자력 발전소의 제어계통에서 사용되는 주파수 전압 변환모듈에 관한 것이다.

본 발명은, 외부로부터 동작전원을 제공받고, 입력신호와 출력신호가 분리되게 입출력되는 컨넥터와; 상기 컨넥터로부터 입력된 냉각재 순환펌프의 회전에 따른 제1 주파수 입력신호를 제1 전압신호로 변환시켜 상기 컨넥터부에 출력하는 제1 채널부와; 상기 컨넥터로부터 입력된 냉각제 순환펌프의 회전에 따른 제2 주파수 입력신호를 제2 전압신호로 변환시켜 상기 컨넥터부에 출력하는 제2 채널부; 및 상기 제1 채널부와 제2 채널부를 구동시키도록 상기 컨넥터로부터 제공받은 동작전원을 서로 다른 세기의 전원으로 각각 변환시켜 상기 제1 채널부 및 제2 채널부에 공급하는 직류/직류 변환부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

주파수 전압 변환모듈, 채널, 컨넥터, 냉각재, 순환펌프, 원자력, 제어

Description

원자력 발전소의 제어계통에 사용되는 주파수 전압 변환모듈{Freqeuncy voltage converting module used in control system of nuclear plant}

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 원자력 발전소의 제어계통에 사용되는 주파수 전압 변환모듈의 구성을 개략적으로 나타내는 블록도이다.

도 2는 도 1에 도시된 원자력 발전소의 제어계통에 사용되는 주파수 전압 변환모듈을 상세히 나타내는 회로도이다.

도 3은 도 2에 도시된 제1 채널부의 모드선택부 및 전압제한부를 나타내는 회로도이다.

도 4는 도 2에 도시된 제1 채널부의 주파수 전압 변환부를 나타내는 회로도이다.

도 5는 도 2에 도시된 제1 채널부의 필터부를 나타내는 회로도이다.

도 6은 도 2에 도시된 제2 채널부의 모드선택부 및 전압제한부를 나타내는 회로도이다.

도 7은 도 2에 도시된 제2 채널부의 주파수 전압 변환부를 나타내는 회로도이다.

도 8은 도 2에 도시된 제2 채널부의 필터부를 나타내는 회로도이다.

도 9는 도 2에 도시된 직류/직류 변환부 및 컨넥터를 나타내는 회로도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 컨넥터 20 : 제1 채널부

22 : 제1 모드선택부 24 : 제1 전압제한부

26 : 제1 주파수 전압 변환부 28 : 제1 필터부

30 : 제2 채널부 32 : 제2 모드선택부

34 : 제2 전압제한부 36 : 제2 주파수 전압 변환부

38 : 제2 필터부 40 : 직류/직류변환부

본 발명은 주파수 전압 변환모듈에 관한 것으로서, 입출력 신호 및 전원을 분리하여 구비하고, 하나의 전자제어모듈에서 복수의 채널을 통해 냉각재 순환펌프의 회전수에 따른 각각의 주파수 입력신호를 전압신호로 변환하여 제공하므로써 잡음에 강하고 오동작을 줄이는 원자력 발전소의 제어계통에서 사용되는 주파수 전압 변환모듈에 관한 것이다.

최근에 급증하는 에너지 수요에 대처하기 위해 원자력 발전소가 많이 건설되고 있으나, 이러한 원자력 발전소를 유지 관리하는데에는 많은 비용과 기술을 필요로 하고 있으며, 대규모의 안전사고를 발생시킬 수도 있다는 위험성이 항상 내포되고 있다.

즉, 원자력 발전소에서는 핵연료를 사용하는 관계로 다른 일반 공장이나 발 전소에 비하여 매우 안정되고 확실하게 동작되는 제어시스템이 구비되어야하며, 이러한 제어시스템에서 사용되는 전자 제어모듈은 진동이 심한 발전소의 환경에서도 오동작이 없도록 높은 신뢰성을 필요로 한다.

상기와 같은 원자력 발전소에서 사용되는 종래의 주파수 전압 변환모듈은 통상적으로 다음과 같은 4가지의 기능을 수행한다.

첫째, 냉각재 순환펌프의 회전수에 대한 주파수를 전압으로 변환한다.

둘째, 변환된 출력신호에 대해서 연산증폭기를 이용하여 반전 회로 및 비반전 회로를 구성한다.

셋째, 제한된 범위의 신호만 출력되도록 하며, 최종출력의 신호가 입력신호와 회로상으로 분리되지 않는 구조로 이루어져 있다.

넷째, 입력신호와 출력신호가 하나의 모듈에서 하나의 채널을 통해 처리된다.

그러나, 상기와 같은 기능을 수행하는 종래의 주파수 전압 변환모듈에서는, 주파수 입력에 따른 많은 잡음으로 인해 냉각재 순환펌프의 정확한 회전수를 검출하기 어렵다는 문제점이 있다.

또한, 하나의 채널이 구비된 하나의 모듈이 사용되므로 다수의 모듈을 필요로 하며, 그 기능에 비하여 실제로 차지하는 인쇄회로기판의 크기가 크기 때문에 원자력 발전소 내의 서브랙(Subrack)과 캐비넷(Cabinet)의 많은 공간을 차지한다는 문제점이 있다.

또한, 종래의 직류전압 변환모듈은 모듈을 직접 시스템으로부터 격리한 후에 그 상태를 검증할 수 있으므로 테스트 절차가 복잡하다는 문제점이 있다.

본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 입출력 신호 및 전원을 분리하여 구비하고, 하나의 전자제어모듈에서 복수의 채널을 통해 냉각재 순환펌프의 회전수에 따른 각각의 주파수 입력신호를 전압신호로 변환하여 제공하므로써 잡음에 강하고 오동작을 줄이는 원자력 발전소의 제어계통에서 사용되는 주파수 전압 변환모듈을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

상기한 바와 같은 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 원자력 발전소의 제어계통에 사용되는 주파수 전압 변환모듈은, 외부로부터 동작전원을 제공받고, 입력신호와 출력신호가 분리되게 입출력되는 컨넥터와; 상기 컨넥터로부터 입력된 냉각재 순환펌프의 회전에 따른 제1 주파수 입력신호를 제1 전압신호로 변환시켜 상기 컨넥터에 출력하는 제1 채널부와; 상기 컨넥터로부터 입력된 냉각제 순환펌프의 회전에 따른 제2 주파수 입력신호를 제2 전압신호로 변환시켜 상기 컨넥터에 출력하는 제2 채널부; 및 상기 제1 채널부와 제2 채널부를 구동시키도록 상기 컨넥터로부터 제공받은 동작전원을 서로 다른 세기의 전원으로 각각 변환시켜 상기 제1 채널부 및 제2 채널부에 공급하는 직류/직류 변환부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 구체적으로 설명한다.

도 1 내지 도 9를 참조하여 본 발명에 의한 원자력 발전소의 제어계통에 사용되는 주파수 전압 변환모듈의 구성을 설명하는데, 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 원자력 발전소의 제어계통에 사용되는 주파수 전압 변환모듈의 구성을 개략적으로 나타내는 블록도이고, 도 2는 도 1에 도시된 원자력 발전소의 제어계통에 사용되는 주파수 전압 변환모듈을 상세히 나타내는 회로도이며, 도 3은 도 2에 도시된 제1 채널부의 모드선택부 및 전압제한부를 나타내는 회로도이고, 도 4는 도 2에 도시된 제1 채널부의 주파수 전압 변환부를 나타내는 회로도이며, 도 5는 도 2에 도시된 제1 채널부의 필터부를 나타내는 회로도이고, 도 6은 도 2에 도시된 제2 채널부의 모드선택부 및 전압제한부를 나타내는 회로도이며, 도 7은 도 2에 도시된 제2 채널부의 주파수 전압 변환부를 나타내는 회로도이고, 도 8은 도 2에 도시된 제2 채널부의 필터부를 나타내는 회로도이며, 도 9는 도 2에 도시된 직류/직류 변환부 및 컨넥터를 나타내는 회로도이다.

도 1 내지 도 9에 도시된 본 발명의 원자력 발전소의 제어계통에 사용되는 주파수 전압 변환모듈은 컨넥터(10), 제1 채널부(20), 제2 채널부(30) 및 직류/직류 변환부(40)를 포함한다.

컨넥터(10)는 외부로부터 동작전원을 제공받아 직류/직류 변환부(40)에 제공하고, 제1 채널부(20) 및 제2 채널부(30)와 입력신호 및 출력신호가 각각 분리되게 입출력되도록 구성된다.

이때, 컨넥터(10)는 확장이 용이하도록 DIN41612 표준 컨넥터가 사용되고, 모듈의 뒷면에 구비되는 것이 바람직하다.

제1 채널부(20)는, 컨넥터(10)로부터 전달된 제1 입력신호 값을 제1 전압신호로 변환시켜 컨넥터(10)에 출력하며, 제1 모드선택부(22), 제1 전압제한부(24), 제1 주파수 전압 변환부(26) 및 제1 필터부(28)를 포함한다.

제1 모드선택부(22)는 주파수 전압 모듈의 상태를 테스트하는 테스트 모드 또는 실제 주파수 전압 모듈의 동작을 실행하는 실제 모드중에서 선택한다.

도 3에 도시된 바와 같이, 스위치(SW1)가 모드선택에 대한 전환스위치로 동작되며, 제1 모드선택부(22)에서 테스트 모드가 선택된 경우에는, TJ1, TJ2가 가상의 입력신호를 제공하고, TP1,TP2에서 이를 확인할 수 있다.

만약, 제1 모드선택부(22)에서 실제 모드가 선택된 경우에는, 제1 전압제한부(24)에 냉각재 순환펌퍼의 코일센서(미도시)로부터 출력된 실제 전류신호가 입력되도록 한다.

이때, 냉각재 순환펌퍼의 회전수가 증가함에 따라 전압이 증가하는데, 최저 회전수와 전압은 각각 0Vp-p, 0RPM이고, 최대 회전수와 전압은 150Vp-p, 4800RPM이며, 1,2Hz-75.5Hz의 범위를 가지도록 하는 것이 바람직하다.

제1 전압제한부(24)는 제1 모드선택부(22)에서 선택된 모드에 따라 입력된 주파수 신호의 전압이 미리 설정된 범위 이내인 경우에 한하여, 입력된 주파수 신호가 출력되도록 한다.

즉, 제1 전압제한부(24)는 R14에서 정합 트랜스를 경유하여 입력된 신호에 따라 R12에 유입되는 전류를 차단한다. 이때, 다이오드 D2에서는 +15V전압보다 큰 전압이 유입되는 경우에 +전압을 제한하여 내부로 들어가는 신호 전압을 안정화시 키고, 다이오드 D3에서는 그라운드 전압보다 작은 전압이 유입되는 경우 -전압을 제한하여 내부로 들어가는 신호를 안정화시킨다.

또한, U3는 고역필터로서 외부에서 들어오는 고주파 잡음성분을 제거하며, 아래와 같은 RC필터 수식(1)에 의해 구해지고 차단주파수는 398kHz가 바람직하며, 기준전압은 U4에 의해 발생된다.

F=1/2 x 3.14 x R1C5 ........(1)

제1 주파수 전압 변환부(26)는 제1 전압제한부(24)로부터 입력된 주파수 신호를 전압신호로 변환하여 출력한다.

도 4에 도시된 바와 같이, 제1 주파수 전압 변환부(26)는 입력된 주파수를 U2에서 전압신호로 변환하여 출력하며, 입력 주파수 대역은 1Hz-10KHz이며, ±0.06%의 비선형성을 가진다.

이때, 입력주파수에 대한 출력전압은 수식(2)에 의해 검증된다.

..........(2)

제1 필터부(28)는 제1 주파수 전압 변환부(26)에서 변환된 전압신호의 잡음을 필터링하고, 필터링된 신호를 주파수 입력신호 및 동작전원과 분리하여 컨넥터(10)에 제공한다.

도 5에 도시된 바와 같이, 제1 필터부(28)는 U1에서 입력신호, 출력신호 및 회로내의 구동전원을 분리하는 역할을 하며, 전원부분의 피드스루(Feedthrough) 노이즈를 없애기 위해 파이(π) 필터를 구비하며, 최종 출력단에 500㎑ 캐리어 리플 을 제거할 수 있는 출력필터(U4)를 구비한다.

제2 채널부(30)는, 컨넥터(10)로부터 전달된 제2 입력신호 값을 제2 전압신호로 변환시켜 컨넥터(10)에 출력하며, 제2 모드선택부(32), 제2 전압제한부(34), 제2 주파수 전압 변환부(36) 및 제2 필터부(28)를 포함한다.

제2 모드선택부(32)는 주파수 전압 모듈의 상태를 테스트하는 테스트 모드 또는 실제 주파수 전압 모듈의 동작을 실행하는 실제 모드중에서 선택한다.

도 6에 도시된 바와 같이, 스위치(SW2)가 모드선택에 대한 전환스위치로 동작되며, 제2 모드선택부(32)에서 테스트 모드가 선택된 경우에는, TJ3, TJ4가 가상의 입력신호를 제공하고, TP3, TP4에서 이를 확인할 수 있다.

만약, 제2 모드선택부(32)에서 실제 모드가 선택된 경우에는, 제2 전압제한부(34)에 냉각재 순환펌퍼의 코일센서(미도시)로부터 출력된 실제 전류신호가 입력되도록 한다.

이때, 냉각재 순환펌퍼의 회전수가 증가함에 따라 전압이 증가하는데, 최저 회전수와 전압은 각각 0Vp-p, 0RPM이고, 최대 회전수와 전압은 150Vp-p, 4800RPM이며, 1,2Hz-75.5Hz의 범위를 가지도록 하는 것이 바람직하다.

제2 전압제한부(34)는 제2 모드선택부(32)에서 선택된 모드에 따라 입력된 주파수 신호의 전압이 미리 설정된 범위 이내인 경우에 한하여, 입력된 주파수 신호가 출력되도록 한다.

즉, 제2 전압제한부(34)는 R32에서 정합 트랜스를 경유하여 입력된 신호에 따라 R30에 유입되는 전류를 차단한다. 이때, 다이오드 D6에서는 +15V전압보다 큰 전압이 유입되는 경우에 +전압을 제한하여 내부로 들어가는 신호 전압을 안정화시키고, 다이오드 D7에서는 그라운드 전압보다 작은 전압이 유입되는 경우 -전압을 제한하여 내부로 들어가는 신호를 안정화시킨다.

또한, U9는 고역필터로서 외부에서 들어오는 고주파 잡음성분을 제거하며, 아래와 같은 RC필터 수식(3)에 의해 구해지고 차단주파수는 398kHz가 바람직하며, 기준전압은 U10에 의해 발생된다.

F=1/2 x 3.14 x R19C32 ........(3)

제2 주파수 전압 변환부(36)는 제2 전압제한부(34)로부터 입력된 주파수 신호를 전압신호로 변환하여 출력한다.

도 7에 도시된 바와 같이, 제2 주파수 전압 변환부(36)는 입력된 주파수를 U8에서 전압신호로 변환하여 출력하며, 입력 주파수 대역은 1Hz-10KHz이며, ±0.06%의 비선형성을 가진다.

이때, 입력주파수에 대한 출력전압은 수식(4)에 의해 검증된다.

..........(4)

제2 필터부(38)는 제2 주파수 전압 변환부(36)에서 변환된 전압신호의 잡음을 필터링하고, 필터링된 신호를 주파수 입력신호 및 동작전원과 분리하여 컨넥터(10)에 제공한다.

도 8에 도시된 바와 같이, 제2필터부(38)는 U7에서 입력신호, 출력신호 및 회로내의 구동전원을 분리하는 역할을 하고, 전원부분의 피드스루(Feedthrough) 노 이즈를 없애기 위해 파이(π) 필터를 구비하며, 최종 출력단에 500㎑ 캐리어 리플을 제거할 수 있는 출력필터(U11)를 구비한다.

직류/직류 변환부(40)는 제1 채널부(20)와 제2 채널부(30)를 구동시키도록 컨넥터(10)로부터 제공받은 동작전원을 서로 다른 세기의 전원으로 각각 변환시켜 제1 채널부(20) 및 제2 채널부(30)에 공급한다.

도 9에 도시된 바와 같이, 직류/직류 변환부(40)는 +15V의 단일 전원을 컨넥터(10)를 통해 공급받아 +15V 및 -15V의 전원을 제1 채널부(20) 및 제2 채널부(30)에 각각 공급하도록 회로별로 분리된 4개의 전원으로 출력된다.

본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 원자력 발전소의 제어계통에서 사용되는 주파수 전압 변환모듈은, 입출력 신호 및 전원을 분리하여 구비하고, 하나의 전자제어모듈에서 복수의 채널을 통해 냉각재 순환펌프의 회전수에 따른 각각의 주파수 입력신호를 전압신호로 변환하여 제공하므로써 잡음에 강하고 오동작을 줄인다.

또한, 복수의 채널을 통해 VME 버스 규정의 3U 사이즈에 맞게 설계 및 구성하므로써 원자력 발전소에서 서브랙(Subrack)과 캐비넷(Cabinet)을 줄일 수 있다.

또한, 테스트모드를 시스템상에서 구현하므로써 시스템으로부터 격리시키지 않고서도 시험 및 동작을 쉽게 적용할 수 있다.

Claims (7)

1. 원자력 발전소의 제어계통에 사용되는 주파수 전압 변환모듈에 있어서,

   외부로부터 동작전원을 제공받고, 입력신호와 출력신호가 분리되게 입출력되는 컨넥터와;

   상기 컨넥터로부터 입력된 냉각재 순환펌프의 회전에 따른 제1 주파수 입력신호를 제1 전압신호로 변환시켜 상기 컨넥터에 출력하는 제1 채널부와;

   상기 컨넥터로부터 입력된 냉각제 순환펌프의 회전에 따른 제2 주파수 입력신호를 제2 전압신호로 변환시켜 상기 컨넥터에 출력하는 제2 채널부; 및

   상기 제1 채널부와 제2 채널부를 구동시키도록 상기 컨넥터로부터 제공받은 동작전원을 서로 다른 세기의 전원으로 각각 변환시켜 상기 제1 채널부 및 제2 채널부에 공급하는 직류/직류 변환부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 원자력 발전소의 제어계통에 사용되는 주파수 전압 변환모듈.
2. 제1항에 있어서,

   상기 제1 및 제2 채널부는, 각각

   상기 주파수 전압 변환모듈의 상태를 테스트하는 테스트 모드 또는 실제 주파수 전압 변환모듈의 동작을 실행하는 실제 모드중에서 선택하는 모드선택부와;

   상기 모드선택부에서 선택된 모드에 따라 입력된 주파수 신호의 전압이 미리 설정된 범위 이내인 경우에 한하여, 상기 입력된 주파수 신호가 출력되도록 하는 전압제한부와;

   상기 전압제한부로부터 입력된 주파수 신호를 전압신호로 변환하여 출력하는 주파수 전압 변환부; 및

   상기 주파수 전압 변환부에서 변환된 전압신호의 잡음을 필터링하고, 상기 필터링된 신호를 상기 주파수 입력신호 및 동작전원과 분리하여 상기 컨넥터에 제공하는 필터부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 원자력 발전소의 제어계통에 사용되는 주파수 전압 변환모듈.
3. 제2항에 있어서,

   상기 모드선택부에서 테스트 모드가 선택되면, 상기 전압제한부에 가상의 주파수 입력신호가 입력되도록 하고, 상기 모드선택부에서 실제 모드가 선택되면, 상기 전압제한부에 실제 주파수 입력신호가 입력되도록 하는 것을 특징으로 하는 원자력 발전소의 제어계통에 사용되는 주파수 전압 변환모듈.
4. 제2항에 있어서,

   상기 전압제한부는, 입력된 주파수 신호의 전압이 미리 설정된 상한 기준전압보다 큰 경우에는 +전압을 제한하고, 하한 기준전압보다 작은 경우에는 -전압을 제한하여 출력되는 신호 전압을 안정화시키는 것을 특징으로 하는 원자력 발전소의 제어계통에 사용되는 주파수 전압 변환모듈.
5. 제2항에 있어서,

   상기 주파수 전압 변환부는, 비선형성을 가지며, 1Hz-10Khz 대역의 입력 주파수 신호를 전압으로 변환하여 출력하는 것을 특징으로 하는 원자력 발전소의 제어계통에 사용되는 리드 스위치 위치 전송모듈.
6. 제2항에 있어서,

   상기 필터부는 전원의 피더스루(feedthrough) 잡음을 제거하는 파이 필터를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 원자력 발전소의 제어계통에 사용되는 주파수 전압 변환모듈.
7. 제1항에 있어서,

   상기 직류/직류 변환부는 상기 컨넥터로부터 +15V의 전원을 제공받아 상기 제1 및 제2 채널부에 4개의 선로를 통해 +15V, -15V의 전원을 각각 공급하는 것을 특징으로 하는 원자력 발전소의 제어계통에 사용되는 주파수 전압 변환모듈.

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