KR100933579B1 - 전기 스위칭 장치의 스위칭 시간을 결정하기 위한 방법 및장치 - Google Patents

전기 스위칭 장치의 스위칭 시간을 결정하기 위한 방법 및장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전기 스위칭 장치의 스위칭 시간을 결정하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다. 전기 스위칭 장치는 인터럽터 링크(1)를 포함한다. 제 1 라인 섹션(2) 및 제 2 라인 섹션(3)은 상기 인터럽터 링크(1)에 의해 접속 및 분리될 수 있다. 스위칭 시간을 결정하기 위하여, 구동 전압(A)의 시간 진행은 제 1 라인 섹션(2)에서 결정된다. 게다가, 제 2 섹션(2)에 나타나는 발진기 전압(B,B1)의 시간적 경과는 결정된다. 잠재적 스위칭 시간들은 최종 전압(C,C1)의 영 교차 전압에서 결정된다. 잠재적 스위칭 시간들의 선택은 구동 전압(A,A1)의 상승 및 발진기 전압(B,B1)의 상승 또는 발진 전류(D)의 극성 상승을 평가하는 동안 이루어진다.

Description

전기 스위칭 장치의 스위칭 시간을 결정하기 위한 방법 및 장치{METHOD AND DEVICE FOR DETERMINING A SWITCHING TIME OF AN ELECTRIC SWITCHING DEVICE}
본 발명은 구동 전압이 인가되는 제 1 라인 섹션, 및 스위칭 장치의 분리 후 공진 회로를 형성하는 제 2 라인 섹션 사이에 배열된 인터럽터 갭을 가진 전기 스위칭 장치에 대한 스위칭 시간을 결정하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.
2001년 9월 10 내지 13일, Lobos, T., Rezmer J., Koglin, H.-J., Power Tech Proceedings, 2001 IEEE Porto에 의한 논문 "Analysis of Power System Transients Using Wavelets and Prony Method"는 전력 전송 시스템에서 전압 품질이 점차 중요하게 된다는 것을 기술한다. 교류 전압의 파형은 이상적으로 사인형이어야 하고 미리 결정된 주파수 및 미리 결정된 진폭으로 발진하여야 한다. 그러나, 과도 과전압들은 스위칭 동안 유도성 및/또는 용량성 엘리먼트들에 의해 발생된다. 이와 같은 과도 과전압들은 이상적인 교류 전압의 정격 주파수 및 정격 진폭상에 중첩되어, 목표된 전압 프로파일을 방해한다.
스위칭 동작들은 종종 과전압들의 발생 동안 트리거링을 나타낸다.
그러므로, 본 발명은 스위칭 시간을 결정하기 위한 방법 및 장치를 제공하는 것을 목적으로 하고, 상기 방법 및 장치에 의해, 전력 전송 시스템에서 과도 과전압들 및 발진들의 발생은 제한된다.
처음에 언급된 형태의 방법에서, 상기 목적은 본 발명에 따라 달성되고, 본 발명에서 구동 전압의 시간 프로파일은 전기 스위칭 장치의 분리 과정 후 결정되고, 공진 회로에서 발생하는 발진 전압의 시간 프로파일은 전기 스위칭 장치의 분리 과정 후 결정되고, 구동 전압과 발진 전압 사이의 차에 해당하는 결과적인 전압의 시간 프로파일은 결정되고, 구동 전압의 적어도 하나의 상승 및 발진 전압의 적어도 하나의 상승은 평가되고, 스위칭 시간은 상기 상승들 및 결과적인 전압의 시간 프로파일의 함수로서 정의된다.
게다가, 본 발명에 따라, 본원 발명의 목적은 달성되는데, 구동 전압의 시간 프로파일은 전기 스위칭 장치의 분리 과정 후 결정되고, 공진 회로에서 발생하는 발진 전압의 시간 프로파일은 전기 스위칭 장치의 분리 과정 후 결정되고, 공진 회로로 흐르는 발진 전류의 시간 프로파일은 전기 스위칭 장치의 분리 과정 후 결정되고, 구동 전압 및 발진 전압 사이의 차에 해당하는 결과적인 전압의 시간 프로파일은 결정되고, 구동 전압에서 적어도 하나의 상승 및 발진 전류에서 적어도 하나의 극성은 평가되고, 스위칭 시간은 구동 전압의 적어도 하나의 상승 및 발진 전류의 적어도 하나의 극성, 및 결과적인 전압의 시간 프로파일의 함수로서 정의된다.
발생한 결과적인 전압은 구동 전압보다 상당히 높은 전압 진폭을 가질 수 있는데, 그 이유는 코일들 및 캐패시터들 같은 공진 회로에 포함된 구성요소들로 인한 것이다. 이것은 특히 인덕턴스들 및 캐패시턴들이 에너지 저장 엘리먼트들이라는 사실 때문이고, 상기 에너지 저장 엘리먼트들은 시간 지연들을 유발한다. 그러므로 상당히 과도한 피크 값들은 빈약한 결합들로 인해 발생할 수 있다. 이들 높은 전압 피크들은 절연 시스템에 바람직하지 않은 효과들을 제공한다. 그러므로 절연은 정격 조건들에서 보다 유전체적으로 보다 중하게 이루어진다. 이것은 보다 빠르게 절연 노화를 유발한다. 특히 케이블들 같은 고체 절연 라인 섹션들의 경우에, 높은 전압 피크들은 수명에 악영향을 미칠 수 있다. 극한 상황들에서, 전압 피크들은 섬락(flashover)이 라인들상에 발생하도록 너무 높을 수 있다. 이들 섬락들은 예를들어 부분 방전들 처럼 표현될 수 있거나 옥외에서 절연된 전국적 오버헤드 라인들의 홀딩 절연체들에 아크를 유발할 수 있다. 그러나, 이와 같은 현상은 특히 고칠 수 없는 손상이 그곳에서 발생할 수 있기 때문에 케이블들 같은 고체 절연된 절연 시스템들에 바람직하지 않다. 따라서 결과적인 전압의 시간 프로파일은 전기 스위칭 장치의 스위칭 시간을 정의하기 위한 주된 기준이다. 게다가, 스위칭 시간의 선택은 상승들, 즉 구동 전압에서 상승 기울기뿐 아니라 공진 회로에 형성된 발진 전압의 상승 기울기를 고려하여 최적화될 수 있다. 이 경우, 결과적인 전압 프로파일은 각각의 경우 특정 시간에서 고려되고, 발진 전압 및/또는 구동 전압의 프로파일은 동시에 평가된다. 과전압들의 발생이 특히 효과적으로 제한되는 스위칭 시간은 구동 전압 및/또는 발진 전압의 상승들 및 결과적인 전압의 시간 프로파일의 함수로서 정의될 수 있다. 구동 전압 및 발진 전압의 상승들을 평가하는 것 외에, 본래 결과적인 전압의 프로파일에서 스위칭 시간을 정의하기 위한 선택 기준으로서 구동 전압의 상승(상승 기울기) 및 발진 전류의 극성을 사용하는 것 또한 가능하다. 이것은 발진 전류를 구동하는 발진 전압, 및 발진 전류가 서로 결합되기 때문에, 공진 회로의 임피던스의 함수로서 하기 방정식들에 의해 수행될 수 있다:
Figure 112007063690342-pct00001
.
다양한 방법들은 구동 전압, 발진 전압 및 결과적인 전압 및/또는 발진 전류의 시간 프로파일들을 결정하기 위하여 사용될 수 있다. 예를들어, 요구된 파라미터들의 시간 프로파일을 기록하기 위하여 제 1 라인 섹션 및 제 2 라인 섹션 모두에 측정 장치들을 배열하는 것은 가능하다. 예를들어, 변압기들 및 변류기들은 이런 목적을 위하여 적당한 라인상에 사용될 수 있다. 변류기들 및 변압기들의 수를 제한하기 위하여, 개별 변압기들만을 사용하고, 각각의 경우 변압기 데이터로부터 미싱(missing) 전류 및/또는 전압 프로파일들을 계산하는 것은 가능하다.
그러므로 적당하게 설치된 시스템에서, 데이터는 실시간으로 기록될 수 있고, 대응하는 전압/전류 프로파일들은 결정되고 스위칭 시간의 정의될 수 있다. 예를들어 전압 프로파일들의 상승은 관심있는 적당한 시간에 시간 프로파일의 미분에 의해 얻어질 수 있다. 전자 데이터 처리 장치들은 매우 짧은 시간 내에서 실제로 임의의 목표된 시간에 제 1 도함수를 결정하여, 구동 전압 및/또는 발진 전압의 상승을 결정하기 위하여 사용될 수 있다. 이 경우, 상승이 각각의 경우 분량적으로 기록되어, 하나의 시간 간격에서 다음 시간 간격으로 상승 프로파일의 경향들을 기록하는 것이 가능할뿐 아니라, 상승이 오로지 분량적으로 평가되어, 즉 상승이 양인지 또는 음인지를 결정하고, 특정 제한 값들이 오버샷(overshot) 인지 언더샷(undershot)에 있는지 여부를 결정하는 것은 가능하다.
마찬가지로 전류의 극성 양을 평가하는 것, 즉 발진 전류 값의 진폭 및 위상 각을 결정하는 것은 가능하다. 게다가, 제공된 발진 전류가 특정 시간들에서 양의 값들인지 음의 값들인지에 대한 언급이 이루어지는 것 또한 가능하다.
본 발명의 하나의 바람직한 장점은 결과적인 전압의 영 교차점 근처에 스위칭 시간이 있도록 하는 것이다.
대규모 시스템들에서, 공통 시스템에서 서로에 관련하여 위상 시프트되는 하나의 교류 전압 또는 다수의 교류 전압들은 종종 구동 전압으로서 사용된다. 서로에 관련된 다수의 교류 전압들을 가진 시스템들은 다상 교류 전압 시스템들이라 한다. 제 1 라인 섹션에 전압을 인가하는 구동 전압은 통상적으로 정주파수이다. 대략적으로, 바람직하게 사용되는 주파수 범위들은 16 2/3Hz, 50Hz, 60Hz 및 다른 주파수 범위들이다. 공진 회로에서 발생하고, 에너지 저장 엘리먼트들 및 상기 에너지 저장 엘리먼트들에 포함된 시간 지연 엘리먼트들에 의해 트리거되는 헤테로다이닝(heterodyning) 현상은 발진 전압이 다른 주파수이고 구동 전압과 다른 피크 크기들을 가질 수 있다는 것을 의미한다. 스위칭 과정 동안 가장 낮은 과전압들은 결과적인 전압의 영 교차 영역에서 발생하는 것으로 생각될 수 있다. 그러므로 결과적인 전압의 영 교차는 바람직한 스위칭 시간으로서 선택된다.
바람직하게 구동 전압 및 발진 전압이 동일한 방향 측면에서 상승들을 가지도록 스위칭 시간을 위해 결과적인 전압의 영 교차점 근처가 선택되는 것은 가능하다.
다른 바람직한 장점은 구동 전압이 음의 상승을 가지며 발진 전류가 양의 극성을 가지거나, 구동 전압이 양의 상승을 가지며 발진 전류가 음의 극성을 가지도록 스위칭 시간을 위해 결과적인 전압의 영 교차점 근처가 선택되는 것은 가능하다.
결과적인 전압은 비교적 큰 수의 전압 영 교차를 가진다. 이 경우, 이들 전압 영 교차 중 일부가 다른 것에 비해 보다 우수한 스위칭 시간을 나타내는 것이 발견되었다. 결과적인 전압의 가장 적당한 전압 영 교차 선택을 위한 하나의 기준은 구동 전압들의 상승들 및 발진 전압들의 상승들에 의해 나타난다. 만약 구동 전압 및 발진 전압의 상승들이 결과적인 전압의 영 교차시 동일한 방향을 가지면, 이런 영 교차는 스위칭 시간으로서 사용하기에 특히 적당하다. 이 경우, 동일한 상승들이라는 표현은 구동 전압 및 발진 전압 각각이 양의 상승을 가지거나, 각각이 음의 상승을 가지는 것을 의미한다. 게다가, 상승의 수치적 크기는 평가 과정에 포함될 수 있어서, 스위칭 시간을 보다 정확하게 정의하는 것을 가능하게 한다.
발진 전압 및 상기 발진 전압에 의해 구동되는 발진 전류가 공진 회로에서 서로 관련되고 계산에 의해 서로 전환될 수 있기 때문에, 발진 전압의 상승들을 평가하기 보다 발진 전류의 극성을 평가하는 것은 가능하다. 하나의 특히 적당한 스위칭 시간은 구동 전압이 음의 상승을 가지며 발진 전류가 양의 상승을 가지거나, 구동 전압이 양의 상승을 가지며 발진 전류가 음의 극성을 가지는 결과적인 전압의 영 교차이다. 발진 전류에 대한 발진 전압의 평가시 변화가 발생할 때, 공진 회로에 포함된 인덕턴스들 및/또는 캐패시턴스들이 교류 전압 시스템내에서 전류 프로파일 및 전압 프로파일 사이에 약 90 도의 시프트가 발생하기 때문에, 하나의 변화는 극성의 평가로 이루어져야 한다.
다른 바람직한 제안은 보상 인덕턴스를 통하여 발진 전류가 흐르는 것을 가능하게 한다.
예를들어, 오버헤드 라인들은 전력 전송 시스템들에 사용된다. 캐패시터 장치는 고전압을 운반하는 오버헤드 라인 및 상기 오버헤드 라인 아래 접지 전위 사이에 형성된다. 결과적으로, 오버헤드 라인은 캐패시터로서 작동할 수 있고, 적당한 충전 전력은 오버헤드 라인으로 유도되어야 한다. 이런 충전 전력을 제한하기 위하여, 오버헤드 라인을 따라 소위 보상 인덕터들을 배치하는 것은 가능하다. 이들 보상 인덕터들은 적당한 인덕턴스를 가지며, 오버헤드 라인에 의해 형성된 용량성 로드를 보상하는 코일들이다. 이들 인덕터들은 예를들어 상기 인덕터들이 요구된 바와 같이 접지될 수 있거나, 상기 인덕터들의 인덕턴스가 가변될 수 있도록, 다르게 설계될 수 있다. 스위칭 가능한 인덕터들은 바람직하게 오버헤드 라인의 시작 및 종료시 사용된다. 선택적으로, 상기 배열들은 대응하는 용량성 임피던스가 전기 도전체 및 케이블 외장 사이에 형성되는 지하 케이블 시스템들에서 발생할 수 있다. 보상 인덕터는 제 2 라인 섹션의 발진 전류의 진폭을 관리한다. 실제로 제공 성분들 및 사용된 도전체 재료로 발생되는 레지스턴스는 임피던스 손실들, 재 자화 손실들, 등등을 유발하여, 발진 전류 및 발진 전압은 제 2 라인 섹션에서 감소된다.
다른 바람직한 고안 변형은 프로니(Prony) 방법에 의해 발진 전압 및/또는 발진 전류의 시간 프로파일이 결정되게 하는 것이다.
인터럽터 갭은 스위칭 장치가 접속될 때 폐쇄된다. 구동 전압을 가진 제 1 라인 섹션은 제 2 라인 섹션에 전류를 유도한다. 예를들어, 구동 전압은 발전소의 발전기에 의해 형성된다. 인가된 구동 전압은 제 2 라인 섹션에서 전파하는 전압을 유발한다. 로드들은 통상적으로 제 2 라인 섹션에 접속된다. 예를들어, 로드들은 산업 소비재들 또는 다수의 가정 용품들 같은 모터들, 히터들 또는 완제품 시스템 섹션들일 수 있다. 분리 과정 후, 구동 전압은 여전히 제 1 라인 섹션에 존재하는데, 그 이유는 인터럽터 갭은 개방되었고 구동 전압은 제 2 라인 섹션으로 더 이상 전파할 수 없기 때문이다. 제 1 라인 섹션은 통상적으로 대응하는 발전기들 및/또는 발전소들을 가진 구동 공급 시스템들 같은 발전 장치들을 포함한다. 발진 전압은 저항성, 유도성 및/또는 용량성 성분들을 가진 배열에 해당하는 제 2 시스템 섹션에 형성되고, 인터럽터 갭의 갑작스러운 분리 및 상기 분리와 연관된 변화 속도를 발생하고, 이런 발진 전압은 발진 전류를 유도한다. 구동 전압의 시간 프로파일은 이 경우 비교적 쉽게 결정될 수 있는데, 그 이유는 구동 전압이 관리되는 변수이고 대략적으로 일정하게 유지되는 견고한 시스템인 것이 가정되기 때문이다. 공진 회로에서 발진 전류 및/또는 발진 전압의 프로파일을 결정하는 것은 보다 큰 문제이다. 적당한 시간 프로파일을 가지기 위해 짧은 간격내에서 결정된 측정된 값들로부터 하나 또는 그 이상의 추가 간격들에 대한 프로파일의 신뢰성 있는 예측이 요구된다. 예를들어, 프로니 방법은 이런 목적에 사용될 수 있다.
프로니 방법은 다른 방법들, 예를들어 라플라스 변환에 비해 추가 전압 및/또는 전류 프로파일들의 비교적 정밀한 예측이 작은 수의 측정 값들로부터 이루어질 수 있다는 장점을 제공한다.
프로니 방법은 퓨리에 변환과 비교하여, 이용 가능한 전압 및/또는 전류 데이터에 대한 샘플링 시간 기간이 예상될 기본 주파수에 무관하기 때문에 특정 방식으로 제어된 스위칭을 수행하기에 적당하다. 게다가, 프로니 방법을 사용할 때, 개별 주파수 성분들의 위상 시프트 및 감쇠는 요구된 바와 같이 기록될 수 있다. 프로니 방법을 사용하기 위하여, 이용 가능한 전압 및/또는 전류 데이터는 우선 다른 시간들에서 전기 시스템에서 결정되어야 한다. 이것은 임의의 목표된 사인 또는 지수적 감쇠 경우 N개의 복합 데이터 포인트들 x[1],...x[N]을 바탕으로 한다. 이들 데이터 포인트들은 등거리 데이터 포인트들이어야 한다. 이런 샘플 과정은 p 지수 함수의 합에 의해 기술될 수 있다:
Figure 112007063690342-pct00002
(2.1)
여기서
T - s의 샘플링 기간
Ak - 복소수 지수의 크기
ak - s-1의 감쇠 인자
fk - Hz의 사인 발진 주파수
θk - 라디안의 위상 시프트.
실제로 샘플된 프로파일의 경우, 복소수 지수들은 동일한 크기를 가진 복소수 켤레 쌍들로 분할된다. 이것은 방정식(2.1)을 1≤n≤N에 대해 하기와 같이 감소시킨다.
Figure 112007063690342-pct00003
(2.2)
만약 짝수의 지수 함수(p)이면, p/2 감쇠 코사인 함수들은 존재한다.
만약 수가 홀수이면, (p-1)/2 감쇠 코사인 함수들, 및 매우 약간의 감쇠 지수 함수가 존재한다.
방정식(2.1)의 보다 간단한 표현은 파라미터들을 시간 종속 파라미터들 및 시간 무관 파라미터들로 결합함으로써 얻어진다.
Figure 112007063690342-pct00004
(2.3)
Figure 112007063690342-pct00005
(2.4)
Figure 112007063690342-pct00006
(2.5)
파라미터(hk)는 복소수 크기이고 시간 무관 상수를 나타낸다. 복소수 지수(zk)는 시간 종속 파라미터이다.
합산에 의해 실제 프로세스를 모델링하기 위하여, N 샘플링된 데이터 포인트들에서 평균 제곱 에러(ρ)를 최소화하는 것이 필요하다.
Figure 112007063690342-pct00007
(2.6)
Figure 112007063690342-pct00008
(2.7)
이런 최소화 과정은 파라미터들(hk, zk 및 p)을 고려하여 수행된다. 이것은 비록 지수 함수들의 수(p)가 공지되었지만[Marple, Lawrence: Digital Spectral Analysis. London: Prentice-Hall International, 1987 참조], 어려운 비선형 문제를 유발한다. 하나의 가능한 방법은 반복 연산해 방법(뉴톤 방법)을 사용하는 것이다. 그러나, 이것은 매트릭스들이 일반적으로 종종 데이터 포인트들의 수 보다 크도록 인버트될 필요가 있기 때문에 큰 계산 능력들에 의존한다. 해결을 위해 선형 방정식을 사용하는 프로니 방법은 이런 문제에 대한 효과적인 해결책을 제공한다. 이 방법에서, 지수 함수들의 비선형 측면은 다항식 인수 분해에 의해 고려된다. 빠른 해 알고리듬들은 이런 타입에서 인수분해를 위하여 존재한다.
프로니 방법
프로파일의 근사화를 위하여, 파라미터들을 양함수적으로 정의하도록 충분한 수의 데이터 포인트들을 기록하는 것이 필요하다. 이것은 적어도 x[1],...x[2p] 복소수 데이터 포인트들이 각각의 경우 요구되는 것을 의미한다.
Figure 112007063690342-pct00009
(2.8)
x[n]이 y[n] 대신 사용되었다는 것이 주의되어야 한다. 이것은 정확하게 2p 복소수 데이터 포인트들이 요구되기 때문에 수행되고, 이것은 2p 복소수 파라미터들(hk 및 zk)을 가진 지수 모델에 해당한다. 이런 관계는 상기 평균 제곱 에러를 최소화함으로써 방정식(2.6)으로 표현된다.
프로니 알고리듬의 목표는 방정식(2.8)에 도시되었다. 1≤n≤p에 대한 방정식의 보다 포괄적인 표현은 방정식(2.9)에서 제공된다.
Figure 112007063690342-pct00010
(2.9)
만약 매트릭스내의 엘리먼트들(z)이 공지되면, 이것은 복소수 크기 벡터(h)를 계산하기 위하여 사용될 수 있는 다수의 선형 방정식들을 유발한다.
해를 위한 하나의 방법으로서, 방정식(2.8)이 상수 계수들을 가진 동차의 선형 미분 방정식의 해라는 것이 가정된다. 상기 해에 대한 근사 방정식을 발견하기 위하여, 차수(p)의 다항식(φ(z))은 우선 정의된다.
Figure 112007063690342-pct00011
(2.10)
결정될 파라미터(z)는 다항식의 영들을 가리킨다.
다항식은 기본 대수학 법칙(방정식 2.11)에 의한 합산으로서 표현된다. 계수 a(m)는 복소수이고, 정의 a[0] = 1은 사용된다.
Figure 112007063690342-pct00012
(2.11)
만약 방정식(2.8)의 인덱스들이 n에서 n-m으로 시프트하고, 이것이 파라미터 a(m)에 의해 곱셈되면, 이것은 하기의 방정식을 유발한다:
Figure 112007063690342-pct00013
(2.12)
만약 간단한 적들
Figure 112009031559028-pct00014
이 형성되고, 이들이 가산되면, 다음 표현들은 방정식(2.12)으로부터 얻어진다.
Figure 112007063690342-pct00015
(2.13)
방정식(2.13)의 우측을 재구성하면 다음의 방정식이 얻어진다:
Figure 112007063690342-pct00016
(2.14)
Figure 112007063690342-pct00017
를 대체하면 다음 방정식이 얻어진다:
Figure 112007063690342-pct00018
(2.15)
방정식(2.11)으로부터의 다항식은 다시 합산의 우측 부분에서 보여질 수 있다. 찾아진 영들은 모든 루트들(zk)을 결정하여 얻어진다. 방정식(2.15)은 찾아진 선형 미분 방정식이고, 상기 미분 방정식의 해는 방정식(2.8)이다. 다항식(2.11)은 미분 방정식에 대한 특성 방정식이다.
p 방정식들은 방정식(2.15)을 푸는 a[m]에 대한 허용 가능한 값들을 나타낸다.
Figure 112007063690342-pct00019
(2.16)
방정식(2.16)에서 미고지된 p가 있다. 매트릭스(x)는 p+1 로우들 및 컬럼들을 포함한다. 그러므로 방정식(2.16)은 오버디파인(overdefine)된다. 해 벡터를 얻기 위하여, 매트릭스(x)의 상부 로우, 및 그러므로 공지된 계수 a[0]는 삭제되고, 제 1 컬럼은 뺄셈된다.
Figure 112007063690342-pct00020
(2.17)
미공지된 p는 p 방정식들을 사용하여 결정될 수 있다.
프로니 방법은 따라서 3 개의 단계들로 결합될 수 있다.
방정식(2.17)의 해는 ⇒ 다항식(2.11)의 계수들을 발생시킨다.
다항식 방정식(2.11)의 루트들의 계산은 ⇒ 방정식(2.8)으로부터 시간 종속 파라미터(zk)를 발생시키고 ⇒ z로부터 주파수를 계산 및 감쇠한다.
Figure 112007063690342-pct00021
(2.18)
Figure 112007063690342-pct00022
(2.19)
방정식(2.9)의 사용은 ⇒ h에 대한 해 ⇒ 진폭 및 위상 시프트의 계산을 발생시킨다.
Figure 112007063690342-pct00023
(2.20)
Figure 112007063690342-pct00024
(2.21)
추가 시간 프로파일을 평가하기 위하여 개별 파라미터들을 결정할 필요는 없다. 입력 신호의 추가 프로파일은 파라미터들(zk 및 hk), 방정식(2.8) 및 변수(n)의 변화를 사용하여 "예측"될 수 있고, 상기 변수는 평가된 시간 기간을 반영한다. 만약 샘플링을 위한 것과 비교하여 평가를 위한 시간 단계 폭에 차이가 있다면, 파라미터 감쇠, 주파수, 진폭 및 위상 시프트는 양함수적으로 결정된다.
전류 및/또는 전압 프로파일들의 분석을 위한 프로니 방법의 다른 장점은 고주파 처리를 위하여 사용될 수 있다는 것이다. 표현 고주파 처리는 100 내지 700Hz 범위에서 발진하는 처리를 의미하는 것으로 이해되어야 한다. 동작 주파수 범위는 24 및 100Hz 사이의 주파수들이다. 24Hz 아래의 주파수들은 저주파라 이해되어야 한다. 고주파 처리는 예를들어 스위칭 장치들이 스위칭될 때 발생한다. 고주파 성분들은 기본 주파수에 중첩된다.
게다가, 바람직하게 결정된 전압 및/또는 전류 데이터를 처리하기 위한 변형된 프로니 방법을 사용하는 것은 가능하다.
변형된 프로니 방법은 최대 가능성 원리(최소 좌승의 가우스 원리)와 유사하다. 계산은 고정된 p(상기된 지수 함수의 수 참조)를 바탕으로 한다. 반복 프로세스는 계산 동안 수행되어, 예측될 전압 및/또는전류 프로파일들의 정확도를 최적화한다. 예측의 정확도는 최적화 프로세스를 위한 허용오차 제한을 정의함으로써 가변될 수 있다. 따라서 요구된 계산 시간은 요구에 따라 감소될 수 있다. 변형된 프로니 방법은 하기 참조에서 더 상세히 기술된다(참조, Osborne, Smyth: A modified Prony Algorithm for fitting functions defined by difference equations, SIAM Journal of Scientific and Statistical Computing, volume 12, 362-382, March 1991). 변형된 프로니 방법은 전기 전력 공급 시스템으로부터 결정된 전압 및/또는 전류 데이터의 "노이즈"에 영향을 받지 않는다. 이와 같은 "노이즈"는 전압 및/또는 전류 데이터를 결정하기 위한 실제 성분들을 사용할 때 피할 수 없다. 이와 같은 간섭은 불합리하게 큰 노력으로만 최소화될 수 있다. 입력 신호들의 "노이즈"에 대한 강건성은 변형된 프로니 방법이 전기 시스템의 이용 가능한 전압 및/또는 전류를 결정하기 위해 저비용 검사를 사용하는 것을 허용한다는 것을 의미한다.
프로니 방법들을 사용하여 전압 및/또는 전류 데이터의 자동화 처리 수단을 가진 상기된 바와 같은 방법을 수행하기 위한 장치가 제공될 수 있다.
처리가 단지 1 밀리초의 간격내에서 발생하기 때문에, 전압 및/또는 전류 데이터의 자동화 처리를 위한 수단을 가진 장치를 사용하는 것이 바람직하다는 것이 발견되었다. 이런 자동화된 처리를 특히 빠르게 수행하기 위하여, 자동화 처리 수단이 배선 프로그램되는 것은 가능하다. 이들과 같은 회로들은 애플리케이션 지정 집적 회로들("ASIC")라 공지되었다. 그러나, 많약 충분히 빠른 수단이 자동화 처리에 이용된다면, 상기 수단은 프로그램 가능한 논리 형태일 수 있다. 자동화 처리를 위한 이들과 같은 프로그램 가능한 논리 수단은 재프로그래밍에 의해 변화하는 제한들에 쉽게 매칭될 수 있다.
다른 바람직한 고안은 분리 과정 후 인터럽터 갭 양단 전압이 결과적인 전압에 대응하도록 하는 것이다.
접속 또는 분리 과정 동안, 인터럽트 갭은 이상적으로 무한히 큰 임피던스에서 무한히 작은 임피던스로, 또는 그 반대로 가능한 한 빨리 임피던스 변화를 이루어야 한다. 이상적으로, 이것은 갑자기 발생하여야 한다. 그러나, 이것은 본 기술 시스템의 경우가 아니다. 서로에 관련하여 움직일 수 있고 절연 가스 내에 배치된 접촉부들을 가진 스위칭 엘리먼트들은 고전압 분야에 사용된다. 이런 절연 가스는 바람직하게 증가된 압력에서 황 헥사플로라이드이다. 예를들어, 접속 처리 동안, 사전 아킹은 서로에 관련하여 움직일 수 있는 접촉부들 사이의 임의의 도전성 접촉 전에 조차 발생한다. 분리 과정 동안, 서로에 관련하여 움직일 수 있는 접촉부들의 물리적 분리 후 발생할 수 있는 분리 아크의 소멸 후, 특정 복구 시간은 요구되고, 상기 시간에서 스위칭 갭에 형성된 오염된 아크 소멸 가스는 스위칭 갭으로부터 제거되고 오염되지 않은 절연 가스로 대체된다.
인터럽터 갭 양단에 형성되는 결과적인 전압은 인터럽터 갭의 한쪽 측면에 인가된 구동 전압 및 인터럽터 갭의 다른쪽 측면에 인가된 발진 전압으로부터 발생한다. 상기된 바와 같이 발진 과정이 공진 회로에서 발생할 때 시간 지연이 발생하기 때문에, 구동 전압의 정격 전압이 가정한 것보다 상당히 높은 전압 진폭들은 인터럽터 갭 양단에 발생할 수 있다. 그러므로 전기 스위칭 장치의 인터럽터 갭 양단에 발생하는 결과적인 전압은 상당한 변수를 나타내고, 상기 변수는 전기 스위칭 장치를 위한 스위칭 시간을 정의하기 위하여 사용된다. 전기 스위칭 장치는 또한 과전압에 신뢰성 있게 대처하여야 한다.
이 경우, 스위칭 시간을 결정할 때 스위칭 장치의 사전 아킹 특성이 고려되어야 하는 것이 바람직하다.
바람직한 스위칭 시간 정의 외에, 실제 스위칭 장치들이 사전 아킹 특성을 가지는 것이 주의되어야 한다. 서로에 관련하여 움직일 수 있는 두 개의 접촉부들이 터치하기 전에, 아크는 접촉부들 사이에 배치된 절연 매체에 미리 부딪칠 것이다. 회로 차단기가 사전 아킹 성향을 가지는 방식은 스위칭 설계 및 이동 프로파일에 따른다. 이상적으로, 이런 사전 아킹은 발생하지 않는다, 즉 기계적 접촉은 각각의 특정하게 작동된 접촉 형성 시간에서 회로가 폐쇄되는 접촉부들 사이에서 이루어진다. 그러나, 이런 이상적인 사전 조건은 실제로 달성될 수 없고, 결과적으로 스위칭 장치는 소위 사전 아킹 특성을 가진다. 이런 특성은 특정 기울기를 가지며, 특성 및 전압 프로파일 사이의 교차점이 있을 수 있다. 사전 아킹은 접촉부들이 도전 접촉이 이루어지지 않았을 시간에서 조차 발생한다.
다른 바람직한 고안은 스위칭 시간이 발진 전압 및/또는 발진 전류의 점진적 감쇠의 경우 결과적인 전압의 임의의 목표된 영 교차 근처에서 정의된다는 것을 제공할 수 있다.
공진 회로에서 발진 전압 및/또는 발진 전류는 캐패시터들, 코일들 및 저항기들 같은 공진 회로에 포함된 실제 구성요소들에 의해 감쇠된다. 만약 감쇠가 충분히 이루어지면, 임의의 측정을 수행하는 것이 더 이상 가능하지 않아서, 발진 전압 및/또는 구동 전압 및/또는 발진 전류의 극성의 상승 평가가 필요하지 않다. 빠른 스위칭을 위하여, 이것은 결과적인 전압의 영 교차를 바탕으로 하고, 스위칭은 결과적인 전압의 다음 가능한 영 교차점에서 발생한다. 만약 발진 전압 또는 발진 전류의 감쇠가 점진적이면, 전기 스위칭 장치의 인터럽터 갭 양단 과도 전압의 효과들은 무시할 수 있다.
게다가, 바람직하게 전기 스위칭 장치에 대한 접속 과정에 대해 스위칭 시간이 사용되는 것은 가능하다.
전력 전송 시스템은 결함이 발생할 때 전기 스위칭 장치에 대한 분리 처리를 자동으로 시작하는 소위 보호 장치들을 사용한다. 이들 분리 처리들은 종종 때때로 발생하는 결함들에 의해 트리거된다. 몇몇 때때로 발생하는 결함들은 빠른 재접속을 허용한다. 예를들어, 하나의 통상적인 결함은 오버헤드 라인들의 영역에서 발생한다. 예를들어 나무 가지 같은 물체는 라인상에 단락 회로를 유발한다. 그러나 단락 회로가 발생하는 경우는 짧은 시간 동안만 지속되므로, 결함은 감소되고(공기 절연은 라인들 및 가지 사이에서 다시 형성되고, 단락은 끝난다), 라인은 재접속될 수 있다. 이들과 같은 접속들은 자동 재접속들이라 공지된다. 이들 자동 재접속들은 300 내지 약 500ms의 시간 간격 내에서 완료되고, 즉 스위칭 장치의 자동 재접속은 전기 스위칭 장치의 분리가 완료된 후 300(500)ms의 최대 시간 내에서 시작된다. 비교적 짧은 간격으로 인해, 높은 발진 전압들 및 발진 전류들은 처리시 형성된 공진 회로내에 형성될 수 있다. 특히 분리 후 바로 스위칭 장치의 자동 재접속 및/또는 접속을 위하여, 전기 스위칭 장치내 인터럽터 갭 양단 과도 전압들로 인해 발생하는 섬락들을 방지하도록 적당한 스위칭 시간을 결정하는 것은 중요하다. 과전압들을 제한하는 저항기들은 전기 스위칭 장치에 더 이상 필요하지 않고 보다 작아질 수 있다.
게다가, 본 발명은 처음에 언급된 방법을 수행하기 위한 장치에 관한 것이다.
이 경우 본 발명의 목적은 스위칭 시간의 선택을 허용하는 장치를 제공하는 것이다.
본 발명에 따라, 청구항 제 1 항 내지 제 11 항에 청구된 바와 같은 방법을 수행하기 위한 장치의 경우, 이것은 구동 전압 및 발진 전압의 상승 및/또는 발진 전류의 극성을 비교하기 위한 장치를 가짐으로써 달성된다.
구동 전압 및 발진 전압의 상승 및/또는 발진 전류의 극성을 비교하기 위한 장치는 결과적인 전압의 전압 영 교차에 관련하여 전위 스위칭 시간을 간단히 선택할 수 있게 한다. 이와 같은 비교 결과는 예를들어 스위칭 처리의 허용 가능성에서 예 또는 아니오 결정일 수 있다.
본 발명의 예시적인 실시예들은 다음 상세한 설명에 보다 상세히 기술되고 도면들에 개략적으로 도시된다.
도 1은 최적 스위칭 시간들을 가진 전압 프로파일의 개략도이다.
도 2는 전력 전송 시스템의 개략적인 설계도이다.
도 3은 두 개의 다른 결과 전압의 프로파일들을 도시한다.
도 4는 다른 전압들 및 전류들의 프로파일을 도시한다.
도 5는 다른 전압들의 프로파일을 도시한다.
도 6은 미래 전압/전류 프로파일을 결정하기 위한 시간을 도시한다.
도 7은 사전 아킹 특성이 용량성 로드를 참조하는 방법을 도시한다.
도 8은 전기 스위칭 장치내 인터럽터 갭상 유도 로드에 대한 사전 아킹 특성의 사용을 도시한다.
도 9는 전압 프로파일들을 비교하기 위한 장치를 도시한다.
예를들어, 도 1은 주파수가 50Hz인 교류 전압의 사인 프로파일을 도시한다. 과전압이 형성되는 것을 방지하기 위하여, 유도성 로드들은 각각의 경우 사인 전압 프로파일(시간 5ms, 15ms)의 전압 최대치에서 가능한 한 스위칭되어야 한다. 대조하여, 용량성 로드들은 각각의 경우 캐패시터상 충전 과정들(시간 0ms, 10ms, 20ms)을 피하기 위하여 전압 영 교차 동안 스위칭되어야 한다.
사인 전압 프로파일들의 이상적인 발생은 실제 전기 전력 전송 시스템에서 예외적인 경우들에서만 관찰될 수 있다.
도 2는 전력 전송 시스템내에서 라인 섹션의 기본 설계를 도시한다. 전기 스위칭 장치는 인터럽터 갭(1)을 가진다. 예를들어, 인터럽터 갭은 서로에 관련하여 움직일 수 있는 두 개의 접촉부들로부터 형성된다. 제 1 라인 섹션(2) 및 제 2 라인 섹션(3)은 서로 접속되고 인터럽터 갭(1)을 통하여 서로 분리된다. 제 1 라인 섹션(2)은 발전기(4)를 가진다. 발전기(4)는 예를들어 다상 전압 시스템의 50Hz 교류 전압인 구동 전압을 형성한다. 제 2 라인 섹션(3)은 오버헤드 라인(5)을 가진다. 오버헤드 라인(5)은 제 1 단부에서 제 1 인덕터(6)에 의해 접지 전위(7)에 접속되고, 제 2 단부에서 제 2 인덕터(8)를 통하여 접지 전위(7)에 접속된다. 게다가, 추가 인덕터(9)가 제 2 인덕터(8)에 접속되는 것은 가능하다. 인덕터들(6,8,9)의 다른 변형들은 다른 스위칭 장치들(10)에 의해 접지 전위(7)에 접속될 수 있다. 그러므로 로드 포화에 따라 오버헤드 라인(5)을 다른 범위들까지 보상하는 것은 가능하다. 예를들어, 오버헤드 라인의 용량성 임피던스
Figure 112009031559028-pct00025
는 인덕터들의 유도성 임피던스
Figure 112009031559028-pct00026
에 의해 오버보상 또는 언더보상될 수 있다. 보상도(k)는 오버헤드 라인의 용량성 임피던스(xc) 및 모든 인덕터들의 유도성 임피던스(xLres)의 비율로부터 결정될 수 있다. 인덕터들(6,8,9)은 보상도(k)를 설정하기 위하여 서로에 관련하여 다르게 접속될 수 있다. 그러나, 인덕터들이 가변하는 유도성 임피던스(XL)를 가지는 것은 가능하다. 예를들어, 플런저 타입(plunger-type) 코어 인덕터들은 이런 목적을 위하여 사용될 수 있다.
일단 인터럽터 갭(1)이 개방되면, 공진 회로는 제 2 라인 섹션(3)에서 접지 전위(7)를 통하여 형성될 수 있다. 공진 회로를 형성하기 위하여, 대응하는 전류 경로들은 스위칭 장치들(10)을 통하여 제 2 라인 섹션(3)의 접지 전위(7)에 형성되어야 한다. 공진 회로는 유도성 및 용량성 임피던스들로부터 형성되고, 발진 전류는 발진 전압에 의해 구동되는 공진 회로로 흐를 수 있다.
예를들어, 도 3은 다른 보상도에 대해 인터럽터 갭(1) 양단에 형성된 결과적인 전압 프로파일들을 도시한다. k=0.8의 보상도는 다수의 전압 영 교차점들을 가지는 특정 주파수 프로파일을 유발한다. 이런 주파수 프로파일은 비트 주파수를 가진다. 0.3의 보상도는 비록 이것이 다수의 전압 영 교차점들을 가지지만, 대응하여 다른 주파수 프로파일을 유발한다.
본 발명에 따른 방법이 사용될 때, 과전압들을 제한하기 위하여 이전에 제공된 접속 저항기들을 감소시키거나 심지어 완전히 제거하는 것은 가능하다. 따라서 보다 우수한 스위칭은 최적 재접속 시간의 정의에 의해 달성될 수 있고, 즉 접속 저항기들을 가진 전기 스위칭 장치의 접속이 임의적으로 제어될 때 보다 감소된 과도 과전압들은 발생할 수 있다.
도 4는 구동 전압(A), 발진 전압(B), 결과적인 전압(C) 및 발진 전류(D)를 사용하여 전기 스위칭 장치에 대한 스위칭 시간의 평가 및 결정을 도시한다. 구동 전압(A)은 일정한 주파수 및 일정한 진폭을 가지고 발진한다. 공진 회로의 제 2 라인 섹션(3)에서 발생하는 발진 전압(B)은 가변하는 특정 주파수 및 가변 진폭들로 발진한다. 이런 가변성은 감쇠가 시스템에서 발생하고 부가적인 외부 영향들이 중첩될 수 있다는 사실로 인한 것이다. 제 1 라인 섹션(2)의 구동 전압(A) 및 제 2 라인 섹션(3)에서 발생하는 발진 전압(B)의 중첩은 결과적인 전압(C)의 시간 프로파일을 유발한다. 결과적인 전압(C)은 개방 인터럽터 갭 양단 전압에 해당한다. 도 4에 명확하게 도시된 바와 같이, 결과적인 전압(C)은 상당히 가변하는 진폭을 가지고 발진하고, 구동 전압(A) 및 발진 전압(B) 모두와 관련하여 위상 시프트한다. 전위 스위칭 시간들은 결과적인 전압(C)의 전압 영 교차시 발생한다. 전압 영 교차는 그들이 결과적인 전압(C)의 프로파일에서 보다 쉽게 보여질 수 있도록 교차점들이 표시된다. 그러나, 결과적인 전압(C)의 전압 영 교차들은 인터럽터 갭(1)에 대한 재접속 과정에 모두가 적당하지는 않다. 발진 전류(D)의 극성은 도 4에 도시된 예들에서 선택 기준으로서 사용된다. 이것을 보다 잘 보여주기 위하여, 발진 전류(D)의 극성은 각각의 경우 발진 전류(D)의 전류 영 교차점들 사이 대응하는 간격들에서 플러스 또는 마이너스로 표시된다. 발진 전류(D)의 양의 극성은 구동 전압(A)의 양의 상승과 함께, 결과적인 전압(D)의 제 1 전압 영 교차시 발생하고, 즉 결과적인 전압(C)의 제 1 전압 영 교차점(1)은 접속 과정에 적당하지 않다. 구동 전압(A)의 음의 상승은 결과적인 전압(C)의 제 14 전압 영 교차시 발생하고, 발진 전류(D)는 양의 극성을 가지며, 즉 전압 영 교차들 중, 결과적인 전압(C)의 제 14 전압 영 교차는 특히 재접속 과정에 적당하다. 제 1 및 제 14 전압 영 교차들은 이 경우 예로서만 사용된다. 게다가, 다른 전압 영 교차들은 특히 인터럽터 갭(1)에 대한 접속 과정에 적당할 수 있다. 이들은 도 4에 도시된 간격들내에 배치되거나, 이 간격 외측에 배치될 수 있다.
도 5는 대안적인 선택 방법을 도시하고, 여기서 A1은 구동 전압의 시간 프로파일을 도시하고, B1은 발진 전압의 시간 프로파일을 도시하고, C1은 인터럽터 유니트 양단 결과 전압을 도시한다. 결과 전압(C1)은 인터럽터 갭(1)의 제 1 라인 섹션(2)에 인가된 구동 전압(A1) 및 제 2 라인 섹션측(3) 발진 전압(B1) 사이의 전위 차로부터 발생한다. 결과적인 전압(C1)의 영 교차들은 다시 전위 스위칭 시간들을 나타낸다. 이들 시간들에서 상승들(상승 기울기들)은 각각의 경우 결과 전압(C1)의 가장 적당한 전압 영 교차들을 선택하기 위하여 평가된다. 시간(t1)에서, 구동 전압(A1) 및 발진 전압(B1) 모두는 음의 상승을 가지며, 즉 이 시간은 특히 재접속 과정에 적당하다. 시간(t2)에서, 구동 전압(A1)은 음의 상승을 가지며 발진 전압(C1)은 양의 상승을 가지며, 즉 시간(t2) 및 이 시간에 발생하는 결과적인 전압(C1)의 영 교차는 재접속 과정을 위하여 적당하지 않다. 게다가, 결과 전압의 매 다른 영 교차는 구동 전압 및 발진 전압의 각각 연관된 상승들을 기초로 분류될 수 있어서, 재접속 과정 동안 결과 전압의 보다 적당한 및 적당하지 않은 영 교차들이 발생한다.
도 6은 샘플링(X), 계산(Y), 모니터링(Z), 갱신 계산(U) 및 트립핑(V)을 시간 간격의 시간 시퀀스를 도시한다. 예를들어, 자동 재접속이 300 내지 약 500ms 내에서 수행되도록 하기 위하여, 결과 전압의 전압 프로파일은 미리 결정될 수 있다. 이 경우, 전기 스위칭 장치의 인터럽터 갭이 시간(t = 0ms)에서 개방되는 것이 가정된다. 제 1 50ms 내에서, 발생하는 구동 전압, 발진 전압 및/또는 발진 전류의 프로파일은 샘플링되거나 결정되고, 결과 전압은 구동 전압의 전압 프로파일의 지식으로 결정된다. 50 내지 100ms의 시간 간격내에서, 발진 전압 및/또는 발진 전류의 추가 프로파일은 계산되어, 결과 전압 프로파일의 미래 프로파일을 유발한다. 100 내지 150 ms의 시간 간격에서, 시간 프로파일 측면에서 발진 전압, 발진 전류 및 결과 전압, 구동 전압을 계산함으로써 결정되는 값들을 이미 실제로 발생된 값들과 비교하는 것은 가능하다. 만약 계산에 의해 결정된 값들이 모니터링을 위하여 제공된 시간 윈도우내에서 확인되면, 신호 프로파일들이 미리 올바르게 계산되었다는 것이 가정된다. 예를들어, 프로니 방법 또는 유사한 방법들은 계산을 위하여 사용될 수 있다. 만약 시간 프로파일들의 사전 계산이 올바르지 않다는 것이 발견되면, 150 내지 200ms의 시간 간격은 미래 전압 및/또는 전류 프로파일들이 0 내지 150ms 내에서 실제 네트워크내에서 결정된 전압 및/또는 전류 프로파일들의 도움으로 재계산될 수 있다는 것이 여전히 이용 가능하다. 전류들 및/또는 전압들의 미래 시간 프로파일의 보다 정확한 계산은 0 내지 150ms 보다 큰 시간 간격 및 보다 큰 수의 이용 가능한 측정 값들을 바탕으로 얻어질 수 있다. 이상적인 스위칭 시간은 결과 전압의 전압 영 교차뿐 아니라, 발생하는 발진전압 및 구동 전압, 및/또는 구동 전압의 상승들 및 발진 전류의 극성의 함수로서 정의될 수 있다. 트립핑 신호를 방출하기 위한 시간 프로파일은 스위칭 시간의 함수로서 형성될 수 있고, 상기 경우 인터럽터 유니트의 재접속은 전기 전력 전송 시스템내 임의의 과도 전압들이 제한되는 시간에서 늦어도 300 또는 500ms 후 발생하도록, 인터럽터 갭(1)의 사전 아킹 특성이 사용되는 것을 고려하는 것은 가능하다. 재접속은 만약 예를들어 도 4 및 도 5에 의해 도시된 시간 프로파일들이 매우 짧은 시간 간격(50ms 또는 그 미만) 내에 미리 계산되면 특히 빠르게 수행될 수 있다. 이런 사전 결정은 모든 필요한 대기 시간들 또는 선도(lead) 시간들이 포함될 수 있는 적당한 선도 시간을 허용한다. 예를들어, 인터럽터 갭(1)을 사용하여 트립핑 신호 형성으로부터 전기 스위칭 장치에 대한 트립핑 장치에 신호의 도달까지 요구되는 시간을 계획하는 것은 가능하다. 게다가, 인터럽터 갭(1)의 사전 아킹 특성을 고려하는 것은 가능하다. 이것은 보다 공평하고 정확한 동기식 스위칭을 허용한다.
도 7 및 8은 인터럽터 갭(1)에 대한 사전 아킹 특성(11)을 각각 도시한다. 이 경우, 사전 아킹 특성(11)은 특정 기울기를 가지는 선형 프로파일 같은 단순화된 형태로 도시된다. 도 7의 의도는 용량성 로드, 예를들어 언로드된 케이블을 스위칭하는 것이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 용량성 로드는 바람직하게 전압 영 교차점내에서 스위칭되도록 한다. 도 7에서, 전압은 사인 프로파일을 가진다. 이 경우, 사전 아킹 특성(11)은 충분히 가파르고 전압 프로파일 및 사전 아킹 특성(11)의 교차는이상적으로 전압 영 교차와 부합한다. 대응하여 평탄화된 사전 아킹 특성(11a)의 경우, 사전 아킹 특성(11a) 및 전압 프로파일은 대략 5ms에서 차단되고, 즉 전류가 시작하는 이상적인 시간이 전압 영 교차 전에 발생함으로써, 사전 아킹은 이 시간에서도 발생한다는 것이다. 결과적으로, 용량성 로드에 대한 이상적인 접속 과정 동안, 전기 스위칭 장치는 비교적 가파른 사전 아킹 특성을 가지도록 사용된다. 도 7에 도시된 바와 같은 사전 아킹 특성(11)을 가진 예시적인 실시예에서, 접촉부들 및 사전 아킹 사이의 도전성 접촉은 시간 10ms에서 일치하고 전기 스위칭 장치가 과전압없이 스위칭되게 한다.
도 8에 도시된 실시예에서, 목표는 유도성 로드를 스위칭하는 것이다. 그러나, 사전 아킹 특성(11)은 충분히 가파르고 사전 아킹 특성 및 전압 프로파일은 필수적으로 차단된다. 아크는 5ms의 시간에서 인터럽터 갭(1)의 움직임 접촉부들 사이에서 사전 아킹을 가지고 부딪친다. 서로에 관련하여 움직일 수 있는 접촉부들은 7.6ms에서 접촉한다.
그러므로 스위칭 과정 동안 스위칭 과전압들의 발생은 본 발명에 따른 방법을 결합하고 사용된 전기 스위칭 장치의 섬락 특성을 고려하여 효과적으로 방지될 수 있다.
도 9는 본 방법을 수행하기 위한 장치의 기본 설계도이다.
상기 장치는 구동 전압(A) 및 발진 전압(B)의 상승들을 비교하기 위한 디바이스(12)를 가진다. 신호(13)는 상승들 사이의 정의된 관계가 발생할 때 방출된다.

Claims (12)

  1. 구동 전압(A1)이 인가되는 제 1 라인 섹션(2), 및 전기 스위칭 장치의 분리 과정 후 공진 회로를 형성하는 제 2 라인 섹션(3) 사이에 배열된 인터럽터 갭(1)을 가진 상기 전기 스위칭 장치에 대한 스위칭 시간을 결정하기 위한 방법으로서,
    상기 구동 전압(A1)의 시간 프로파일은 상기 전기 스위칭 장치의 분리 과정 후 결정되고,
    상기 전기 스위칭 장치의 분리 과정 후 상기 공진 회로에서 발생하는 발진 전압(B1)의 시간 프로파일은 결정되고,
    상기 구동 전압(A1) 및 상기 발진 전압(B1) 사이의 차에 해당하는 결과 전압(C1)의 시간 프로파일은 결정되고, 및
    상기 구동 전압(A1)의 적어도 하나의 상승 및 상기 발진 전압(B1)의 적어도 하나의 상승은 평가되고, 스위칭 시간은 상기 구동 전압 및 상기 발진 전압의 상승들 및 상기 결과 전압(C1)의 시간 프로파일의 함수로서 정의되는,
    스위칭 시간 결정 방법.
  2. 구동 전압(A)이 인가되는 제 1 라인 섹션(2), 및 전기 스위칭 장치의 분리 과정 후 공진 회로를 형성하는 제 2 라인 섹션(3) 사이에 배열된 인터럽터 갭(1)을 가진 상기 전기 스위칭 장치에 대한 스위칭 시간을 결정하기 위한 방법으로서,
    상기 구동 전압(A)의 시간 프로파일은 상기 전기 스위칭 장치의 분리 과정 후 결정되고,
    상기 전기 스위칭 장치의 분리 과정 후 상기 공진 회로에 발생하는 발진 전압(B)의 시간 프로파일은 결정되고,
    상기 전기 스위칭 장치의 분리 과정 후 상기 공진 회로로 흐르는 발진 전류(D)의 시간 프로파일은 결정되고,
    상기 구동 전압(A) 및 상기 발진 전압(B) 사이의 차에 해당하는 결과 전압(C)의 시간 프로파일은 결정되고,
    상기 구동 전압(A)의 적어도 하나의 상승 및 상기 발진 전류(D)의 적어도 하나의 극성은 평가되고, 스위칭 시간은 상기 구동 전압(A)의 적어도 하나의 상승 및 상기 발진 전류(D)의 적어도 하나의 극성, 및 상기 결과 전압의 시간 프로파일의 함수로서 정의되는,
    스위칭 시간 결정 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 스위칭 시간은 결과 전압(C,C1)의 영 교차점 근처에 있는,
    스위칭 시간 결정 방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 스위칭 시간을 위해 상기 결과 전압(C1)의 영 교차 근처는 선택되고 상기 영 교차 근처에서 상기 구동 전압(A1) 및 상기 발진 전압(B1)은 동일한 방향의 상승들을 가지는,
    스위칭 시간 결정 방법.
  5. 제 2 항에 있어서, 상기 스위칭 시간을 위해 상기 결과 전압(C)의 영 교차 근처는 선택되고 상기 영 교차 근처에서 상기 구동 전압(A)은 음의 상승을 가지며 상기 발진 전류(D)는 양의 극성을 가지거나, 상기 구동 전압(A)은 양의 상승을 가지며 상기 발진 전류(D)는 음의 극성을 가지는,
    스위칭 시간 결정 방법.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 발진 전류는 보상 인덕터(6,8,9)를 통하여 흐르는,
    스위칭 시간 결정 방법.
  7. 제 1 항, 제 2 항, 제 4 항, 제 5 항 및 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 발진 전압(B,B1)의 시간 프로파일 및 상기 발진 전류(D)의 시간 프로파일, 또는 상기 발진 전압(B,B1)의 시간 프로파일 또는 상기 발진 전류(D)의 시간 프로파일은 프로니(prony) 방법에 의해 결정되는,
    스위칭 시간 결정 방법.
  8. 제 1 항, 제 2 항, 제 4 항, 제 5 항 및 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 분리 과정 후 상기 인터럽터 갭(1) 양단에 발생하는 전압은 상기 결과 전압(C,C1)에 대응하는,
    스위칭 시간 결정 방법.
  9. 제 1 항, 제 2 항, 제 4 항, 제 5 항 및 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 스위칭 장치의 사전 아킹 특성은 스위칭 시간을 결정할 때 고려되는,
    스위칭 시간 결정 방법.
  10. 제 1 항, 제 2 항, 제 4 항, 제 5 항 및 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 발진 전압(B,B1) 및 상기 발진 전류(D), 또는 상기 발진 전압(B,B1) 또는 상기 발진 전류(D)의 점진적 감쇠가 발생하는 경우, 상기 스위칭 시간은 상기 결과 전압(C,C1)의 임의의 목표된 영 교차 근처에 고정되는,
    스위칭 시간 결정 방법.
  11. 제 1 항, 제 2 항, 제 4 항, 제 5 항 및 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 스위칭 시간은 상기 전기 스위칭 장치에 대한 접속 과정에 사용되는,
    스위칭 시간 결정 방법.
  12. 제 1 항, 제 2 항, 제 4 항, 제 5 항 및 제 6 항 중 어느 한 항에 따른 스위칭 시간 결정 방법을 수행하기 위한 장치로서,
    상기 스위칭 시간 결정 방법을 수행하기 위한 장치는 상기 구동 전압과 상기 발진 전압의 상승, 및 발진 전류의 극성, 또는 상기 구동 전압과 상기 발진 전압의 상승, 또는 발진 전류의 극성을 비교하기 위한 디바이스(12)를 가지는,
    스위칭 시간 결정 방법을 수행하기 위한 장치.
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