KR101124832B1 - 파형 왜곡 감시에 따른 전원 제어장치 및 방법 - Google Patents

파형 왜곡 감시에 따른 전원 제어장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전원의 파형 왜곡 감시에 따른 전원 제어장치 및 방법에 관한 것이다. 본 발명은 계통전압으로서 일정 레벨의 교류전압을 공급하는 전원단(100)과, 상기 전원단(100)에서 공급된 교류전압을 변압하기 위해 1차측 및 2차측 권선을 구비하는 변압부(102)와, 상기 변압부(102)에서 변압된 교류전압을 직류전압으로 정류하는 정류부(104)가 구비된다. 그리고 상기 교류전압과 직류전압에 대해 이상 여부를 감지하기 위한 제 1 보호회로(110) 및 제 2 보호회로(120)가 구비된다. 상기 보호회로(110)(120)에는 교류전압 및 직류전압을 감지하는 감지부(112)(122)와, 감지된 교류전압 및 직류전압과 기설정된 교류기준전압 및 직류기준전압을 인가받아 비교하는 비교부(114)(124)가 포함된다. 상기 비교부(114)(124)의 비교결과에 따라 상기 전원단(100)의 출력측에 설치된 차단기(140)를 차단하도록 전원차단신호를 출력하는 제어부(130)가 구비된다. 특히 제 1 보호회로(110)의 제 1 감지부(112)는 계통전압의 실효치가 정상상태이지만 파형 왜곡이나 과도현상에 의해 계통전압의 피크 값에 대한 변동 여부를 검출할 수 있고, 피크 값이 정상상태보다 더 높게 올라간 경우 상기 제어부(130)가 전원차단신호를 출력하도록 하고 있다. 따라서 본 발명에 따르면, 전력계통에 구성된 각종 회로 소자의 파손, 소손 등을 방지할 수 있고, 수용가측 기기의 신뢰성 및 안정성을 향상시키는 이점이 있다.
전력계통, 계통전압, 계통 왜곡, 보호회로

Description

파형 왜곡 감시에 따른 전원 제어장치 및 방법{Apparatus and Method for controlling of power according to monitering of waveform distortion}
본 발명은 전원 제어장치에 관한 것으로, 특히 계통전압이 전압 실효치를 정상 유지하고 있는 상태에서 파형 왜곡 및 과도 현상 등으로 인하여 계통전압의 피크 값이 기준전압 이상으로 발생한 경우 전원단에서 인가되는 전원을 차단하기 위한 파형 왜곡 감시에 따른 전원 제어장치 및 방법에 관한 것이다.
도 1은 일반적으로 전원단에서 생성된 계통전압이 부하측에 인가되는 계통회로를 보인 구성도이다.
도 1을 보면, 계통전압으로서 일정 레벨의 교류전압을 발전 생성하는 전원단(1)이 구비된다.
상기 전원단(1)에서 공급된 교류전압을 변압하는 변압부(2)가 구비된다. 상기 변압부(2)는 1차측 및 2차측 권선으로 구성되어, 1차측 교류전압을 승압 또는 강압하여 2차측으로 출력하는 구성이다. 도 1에서는 1차측 교류전압과 2차측 교류전압이 동일하다고 가정한다.
상기 변압부(2)로부터 인가되는 2차측 교류전압의 피크 값을 직류전압으로 정류하는 정류부(3)가 구비된다.
상기 정류부(3)에 의해 정류된 직류전압에 포함되어 있는 맥류 성분을 제거하여 이를 부하측(5)으로 공급하는 평활부(4)가 구비된다. 상기 평활부(4)는 통상 커패시터가 채용된다.
상기 정류부(3) 후단에는 상기 직류전압 상태에 따라 이상발생시 상기 전원단(1)에서 공급중인 전원을 차단하여 회로를 보호하는 동작을 수행하는 보호 회로(6)가 연결된다. 상기 보호 회로(6)는 상기 직류전압을 감지하는 감지부(7), 기설정된 기준전압과 상기 감지된 직류전압을 비교하는 비교기(8), 그리고 상기 비교기(8)의 비교결과에 따라 전원의 공급 또는 차단을 제어하는 제어기(9)를 포함하게 된다.
이어, 상기와 같은 계통회로의 작용을 도 2와 도 3을 함께 참조하여 설명한다. 도 2는 정상상태에서의 계통전압 파형도이고, 도 3은 비정상 상태에서의 계통전압 파형도이며, 여기에는 도 1에서의 V1, V2, V0 전압에 대한 파형도를 도시하고 있다. V1은 전원단(1)에서 출력된 교류전압, V2는 변압부(2)에서 변압된 교류전압, VO는 부하측(5)에 공급되는 직류전압을 말한다.
일단, 도 2와 같이 전원단(1)에서 교류전압이 정상적으로 공급되는 경우, 즉 상기 변압부(2)의 1차측 및 2차측에서 파형 왜곡이 전혀 발생하지 않는 교류전압(V1)(V2)이 공급되면, 상기 정류부(3)는 상기 교류전압(V1)(V2)의 피크 값(Peak value)을 직류전압으로 정류하게 된다. 상기 정류된 직류전압은 평활부(4)를 거쳐 부하측(5)으로 공급된다. 이때 상기 보호 회로(6)에서는 상기 직류전압이 정상적으로 인가되고 있기 때문에 별도의 보호 기능을 수행하지 않게 된다.
하지만, 도 3과 같이 교류전압(V1)(V2)이 인가될 때, 'A'처럼 왜곡되어 불안정하게 나타나는 경우가 종종 있다. 이는 계통의 불안정을 야기하는 다양한 원인에 의해 발생하지만, 특히 전력계통이 불안정한 지역에서 자주 발생한다.
도 3을 보면, 교류전압(V1)(V2)의 파형 왜곡으로 피크 값이 약 400V 이상까지 올라간 것을 알 수 있다. 그에 따라 상기 정류부(3)는 상기 피크 값인 약 400V를 직류전압으로 정류하여 부하측(5)으로 공급하게 된다.
이때 상기 보호회로(6)는 부하측(5)으로 공급되는 직류전압의 이상 여부를 감지하지 못한다. 즉, 상기 교류전압(V1)(V2)의 실효치는 정상상태인 기준전압 내에 위치하고 있고, 실제 문제를 일으키게 되는 상기 교류전압(V1)(V2)의 파형 왜곡을 감시하지 못하고 있기 때문이다.
결국, 상기 기준전압 이상의 직류전압이 부하측(5)으로 공급되게 되어, 소자의 수명을 단축시키게 되고 회로가 소손되거나 파괴되는 문제를 발생시켜 수용가측 기기에 대한 불안 요소를 초래하게 된다.
따라서 본 발명의 목적은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 계통전압의 파형 왜곡을 감시하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 목적은 교류전압과 직류전압을 동시에 감시하기 위한 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 교류전압 또는 직류전압 이상 발생시에 전원단에서 인가되는 전원을 차단하여 계통 회로 및 수용가측 사용기기의 파손을 방지하기 위한 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 계통전압으로서 일정 레벨의 교류전압을 공급하는 전원단; 상기 전원단에서 공급된 교류전압을 변압하기 위해 1차측 및 2차측 권선을 구비하는 변압부; 상기 변압부에서 변압된 교류전압을 직류전압으로 정류하는 정류부; 상기 변압부의 2차측 계통전압과 상기 정류부에서 정류된 직류전압을 감시하고, 상기 계통전압 또는 직류전압의 이상 발생시 전원차단신호를 출력하는 제어부; 그리고, 상기 전원단의 출력측에 설치되어 상기 전원차단신호에 의해 개방되는 차단기를 포함하여 구성된다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 전원단에서 생성된 교류전압을 변압 및 직류전압으로 정류하고, 정류된 직류전압을 평활하여 부하측에 공급하는 단계; 상기 교류전압의 실효치가 정상상태를 유지하는 동안 상기 교류전압의 파형 왜곡이 발생하 는지를 감시하는 단계; 그리고 상기 감시결과 상기 파형 왜곡이 발생하면, 상기 전원단의 출력측에 설치된 차단기를 개방하여 전원공급을 차단하는 단계를 포함하여 구성된다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 전원단에서 공급된 교류전압 및 상기 교류전압을 부하측으로 공급하기 위해 정류된 직류전압을 동시에 감시하는 단계; 그리고 상기 감시결과, 상기 교류전압 또는 직류전압 중 어느 하나의 전압이라도 기 설정된 기준전압 이상이 되면, 상기 전원단의 출력측에 설치된 차단기를 개방하여 전원공급을 차단하는 단계를 포함하여 구성된다.
이와 같은 본 발명의 파형 왜곡 감시에 따른 전원 제어장치 및 방법에 따르면, 교류형태의 계통전압에 대한 파형 왜곡이나 과도현상을 검출하기 위한 보호회로를 정류기 전단에 설치하고 있어, 전압 실효치는 정상이나 계통전압의 피크 값 변동에 의해 기준전압 이상으로 정류된 직류전압이 부하측으로 공급되는 것을 방지할 수 있게 된다. 이에 따라 전력계통 및 전원상태의 불안정성을 방지하고 수용가측 기기의 신뢰성 및 안정성을 향상시키는 효과가 있다.
이하 본 발명에 따른 파형 왜곡 감시에 따른 전원 제어장치 및 방법의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 파형 왜곡 감시에 따른 전원 제어장치의 구성도가 도시되어 있다.
도면을 설명하면, 먼저 계통전압으로서 일정 레벨의 교류전압을 발전 생성하는 전원단(100)이 구비된다. 상기 전원단(100)은 통상의 발전소 및 자가 발전소 등을 말할 수 있다.
상기 전원단(100)에서 공급된 교류전압을 변압하는 변압부(102)가 구비된다. 상기 변압부(102)는 1차측 및 2차측 권선으로 구성되어, 1차측 교류전압을 승압 또는 강압하여 2차측으로 출력하도록 구성된다.
상기 변압부(102)로부터 인가되는 2차측 교류전압의 피크 값을 직류전압으로 정류하는 정류부(104)가 구비된다.
상기 정류부(104)에 의해 정류된 직류전압에 포함되는 맥류 성분을 제거하여 이를 부하측(108)으로 공급하는 평활부(106)가 구비된다. 상기 평활부(106)는 통상 커패시터가 채용된다.
상기 교류전압과 직류전압을 동시에 검출하기 위한 제 1 보호회로(110) 및 제 2 보호회로(120)가 구비된다. 상기 제 1 보호회로(110)는 상기 변압부(102)의 2차측과 정류부(104) 사이에 연결되며, 상기 교류전압을 감지하는 제 1감지부(112)와 상기 감지한 교류전압과 교류기준전압을 비교하는 제 1 비교부(114)를 포함한다. 상기 제 2 보호회로(120)는 상기 정류부(104) 후단과 상기 평활부(106) 사이에 연결되며, 상기 직류전압을 감지하는 제 2 감지부(122)와 상기 감지한 직류전압과 직류기준전압을 비교하는 제 2 비교부(124)를 포함한다. 그리고 상기 제 1 비교부(114) 및 제 2 비교부(124)의 비교결과에 따라 전원차단신호를 발생하는 제어부(130)가 구비된다. 참고로 상기 기준전압은 회로손상이나 수용가측 기기에 피 해를 주지 않도록 설정된 전압 범위를 말한다.
상기 전원단(100)의 출력측에는 상기 제어부(130)에서 인가되는 전원 차단신호에 따라 전원공급경로를 차단하는 차단기(140)가 구비된다.
그리고, V1은 전원단(100)에서 출력된 교류전압, V2는 변압부(102)에서 변압된 교류전압, VO는 평활부(106)에 평활되어 부하측(108)에 공급되는 직류전압을 말한다.
이어 상기와 같이 구성된 본 발명의 실시 예에 따른 파형 왜곡 감시에 따른 전원 제어방법을 설명한다. 이를 설명함에 있어 종래기술에서 설명한 바 있는 도 2의 정상상태에서의 계통전압 파형도와 도 3의 비정상 상태에서의 계통전압 파형도를 함께 참조하기로 한다.
우선 도 2와 같이 정상상태에서는 전원단에서 V1 교류전압이 공급되면, 상기 변압부(102)는 이를 V2 교류전압으로 변압하여 상기 정류부(104)로 공급한다. 그러면 상기 정류부(104)는 상기 V2 교류전압의 피크 값을 직류전압으로 정류하고, 평활부(106)를 통해 평활화가 수행된 VO 직류전압을 부하측(108)에 공급하게 된다.
하지만, 계통이 불안정한 이유로 인해 도 3과 같이 상기 전원단(100)에서 공급되는 계통전압인 V1 교류전압과 상기 변압부(102)에 의해 변압된 V2 교류전압이 파형 왜곡 현상으로 인하여 피크 값에 변동이 발생할 수 있다. 즉 'A'와 같이 피크 값이 약 400V 이상 올라간다.
이때 제 1 보호회로(110)의 제 1 감지부(112)는 상기 피크 값이 400V 이상 올라간 상태, 즉 교류전압의 파형 왜곡상태를 감지한다. 상기 감지된 파형 왜곡에 따른 피크 값은 상기 제 1 비교부(114)로 전달된다. 상기 제 1 비교부(114)는 상기 피크 값과 기 설정된 교류기준전압을 비교한다. 상기 비교결과 상기 피크 값이 기준전압 이상인 경우, 그 결과신호는 제어부(130)로 전달된다. 그러면 상기 제어부(130)는 전원차단신호를 상기 차단기(140)로 출력한다. 이에 상기 차단기(140)는 개방 상태가 되고, 따라서 상기 전원단(100)에서 부하측(108)으로 공급되는 전원이 차단된다.
즉 상술한 동작은 교류전압이 실효치를 정상상태로 유지하고 있지만 교류전압의 파형 왜곡이나 과도 현상이 발생한 경우, 이를 감지하여 상기 전원단(100)에서 출력되는 전원이 전원단(100) 이후의 회로 및 수용가측으로 공급되는 것을 신속하게 차단하는 것이다.
물론, 본 실시 예에서는 제 1 보호회로(110)및 제 2 보호회로(120)가 함께 구성되어 있기 때문에, 상기 제 1 보호회로(110) 및 제 2 보호회로(120)에 구비된 제 1 감지부(112) 및 제 2 감지부(122) 중 어느 하나의 감지부에 의해 감지된 전압에 이상이 발생한 경우에도, 제어부(130)의 제어동작에 따라 차단기(140)를 개방시킬 수 있다.
상기 차단기(140) 개방 동작은, 상기 제어부(130)에 의해 다양하게 조작 가능하다.
즉, 상기 제 1 감지부(112) 및 제 2 감지부(122)가 이상 전압을 감지한 순간에 제어부(130)가 즉각적으로 차단기를 개방시키기 위한 전원차단신호를 출력하여 전원공급을 차단할 수 있고, 또는 이상 전압을 감지하더라도, 그 이상 전압에 대한 기준전압의 범위가 넓게 설정되어 있어, 이상 전압이 발생한 시점부터 소정 시간이 경과한 뒤에 차단신호를 출력할 수도 있다.
이와 같이 본 실시 예에서는 계통전압 및 직류전압을 감시하여 정상적으로 전압 실효치가 유지되고 있는 상태에서 계통전압에 파형 왜곡이나 과도현상이 발생한 경우를 검출하여, 공급되고 있는 전원을 신속하게 차단하는 것이다.
본 발명의 권리범위는 위에서 설명된 실시 예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.
도 1은 일반적으로 전원단에서 생성된 계통전압이 부하측에 인가되는 계통회로를 보인 구성도
도 2는 정상상태에서의 계통전압 파형도
도 3은 비정상 상태에서의 계통전압 파형도
도 4는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 파형 왜곡 감시에 따른 전원 제어장치의 구성도
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
100 : 전원단 102 : 변압부
104 : 정류부 106 : 평활부
108 : 부하측 110 : 제 1 보호회로
112 : 제 1 감지부 114 : 제 1 비교부
120 : 제 2 보호회로 130 : 제어부
140 : 차단기

Claims (3)

  1. 계통전압으로서 일정 레벨의 교류전압을 공급하는 전원단;
    상기 전원단에서 공급된 교류전압을 변압하기 위해 1차측 및 2차측 권선을 구비하는 변압부;
    상기 변압부에서 변압된 2차측 교류전압을 감시하고, 상기 교류전압이 실효치는 정상범위에 있지만 피크값이 기준값 이상이 되는지를 감지하는 감지부; 그리고
    상기 교류전압의 피크값이 기준값 이상이면, 차단기를 개방시켜 상기 전원단의 전원이 전원단 이후의 회로 및 수용가측으로 공급되는 것을 차단되게 제어하는 제어부를 포함하는 파형 왜곡 감시에 따른 전원 제어장치.
  2. 전원단에서 생성된 교류전압을 변압부를 통해 변압하는 단계;
    상기 변압부의 2차측 교류전압이 실효치는 정상이지만 그 피크값이 기준값 이상인지를 감지하는 단계; 그리고
    상기 감지결과 피크값이 기준값 이상이면 상기 전원단의 전원이 전원단 이후의 회로 및 수용가측으로 공급되는 것을 차단되게 제어하는 단계를 포함하는 파형 왜곡 감시에 따른 전원 제어방법.
  3. 삭제
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