KR101357519B1 - 돌입 전류 인식 기능을 구비한 회로 테스팅 클로우저 장치와 방법 - Google Patents

돌입 전류 인식 기능을 구비한 회로 테스팅 클로우저 장치와 방법 Download PDF

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레이몬드 피. 올레아리
크리스토퍼 알. 레토우
알레잔드로 몬테네그로
존 씨. 옵퍼
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에스 앤드 시이 일렉트릭 캄파니
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Abstract

회로 테스팅 클로우저는 전력 분배 회로를 클로징하고 다음 전류 제로에 얻어지는 전류를 차단할 수 있다. 고장이 감지되면, 회로 테스팅 클로우저는 고장을 격리하기 위한 접점을 오픈한다. 다음으로, 회로 테스팅 클로우저는 고장이 처리되었는지 여부를 결정하기 위해 고장난 라인을 테스트한다. 회로 테스팅 클로우저는 제 1 극성을 지닌 제 1 테스트 신호를 발생시키고, 제 1 극성과 반대인 제 2 극성을 지닌 제 2 테스트 신호를 발생시킨다. 제 2 테스트 신호는 제 1 테스트 신호가 고장을 감지하였을 때 발생되는 것으로 제한된다.

Description

돌입 전류 인식 기능을 구비한 회로 테스팅 클로우저 장치와 방법{CIRCUIT TESTING CLOSER APPARATUS AND METHOD WITH IN-RUSH CURRENT AWARENESS}
본 발명은 회로 클로징 이전에 회로 테스팅 기능을 제공하는 장치와 방법에 관한 것이다.
회로 차단과 리클로우징(reclosing) 디바이스는 전력 분배 시스템에서 고장(fault)상태를 격리(isolate)하고 고장 상태가 처리되면 회로를 리클로우즈하는 기능을 한다. 전력 분배 시스템에서의 고장은 몇 가지의 원인에 의해서도 발생할 수 있으며 일반적으로 순간적이다. 고장의 감지와 격리는 고장에 의한 시스템의 손상을 완화한다. 고장 후 회로의 자동 리클로우징은 전력 분배 시스템을 정상 동작으로 빠르고 운영자의 개입 없이 돌린다.
리클로우저 디바이스는 고장 차단 후에 고장난 라인이나 라인들을 리클로우즈하는 동작을 하도록 설계된 것이다. 리클로우징 후에도 고장이 처리되지 않으면 리클로우저 디바이스는 고장을 감지하고 다시 오픈하여 고장을 격리하도록 동작한다. 상기 클로우징, 고장 감지 그리고 리오프닝의 과정은 고장이 항구적이라고, 즉 고장에 일부 수리 개입(reparative intervention)이 필요하고 리클로우저가 고장을 격리하기 위해 락 아웃(rock out)해야 한다고 결정되기까지 여러번 일어날 수 있다.
그러나 고장으로의 리클로우징 과정은 전력 분배 회로 및 임의의 접속 부하를 고장 전류와 기타 잠재적 손상 전류 이상(potentially damaging current anomalies)에 반복적으로 노출시키는 유해한 효과를 갖는다. 상기 리클로우저 디바이스의 클로우즈, 감지, 리오픈의 동작 특성을 감안하면, 고장이 처리되거나 리클로우저가 락 아웃되기 전까지 상기 과정은 여러번 일어날 수 있다.
회로 테스팅 클로우저(circuit testing closer)는 중간-전압 전력 분배 회로를 클로우징할 수 있고 다음 전류 제로(current zero)에서의 전류를 차단할 수 있다. 회로 테스팅 클로우저는 통합 감지 요소로서 또는 외부의 감지 요소에 의해 제공되는 형태로 전류와 전압 측정 수단을 가지고 있다. 라인 고장(line fault)을 감지하면, 회로 테스팅 클로우저는 고장을 격리하기 위하여 접점을 오픈한다. 다음으로, 회로 테스팅 클로우저는 고장이 처리되었는지 여부를 결정하기 위하여 고장난 라인을 테스트한다. 만약 고장이 처리되었다면 회로 테스팅 클로우저는 라인을 리클로우즈하여 서비스를 복구한다. 클로우징은 전류 이상을 최소화하는 방법으로 실행된다. 만약 고장이 지속된다면 테스팅 프로토콜(protocol)이 완결된 후 클로우저는 락 아웃되어 수리될 때까지 고장을 격리한다.
여기에 기술된 하나 이상의 실시 형태에 따른 회로 테스팅 클로우저는 컨트롤러와 운영 프로그램을 포함하는 기계 판독 가능한 매체를 내장하거나, 운영 프로그램을 포함하는 기계 판독 가능한 매체를 포함하는 컨트롤러에, 예를 들어, 무선 통신에 의하여 적절하게 연결될 수 있다.
컨트롤러에 의해 회로 테스팅 클로우저는 고장 격리 이후 리클로징 전에 전력 분배 회로를 체계적으로 테스트한다. 체계적인 테스팅은 라인의 고장 상태를 결정하기 위해 평가되는 테스트 전류 펄스를 발생시키는 일련의 짧은 클로징들(brief closing)을 포함한다. 또한, 컨트롤러는 전류의 이상 가능성을 줄이고 테스트 전류 루프로부터 생긴 아크(arc)를 억제하기 위하여 상기 펄스 타이밍과 후속 라인 리클로우징을 조정한다.
도 1은 전력 분배 구조의 단일 라인과 전력 분배 구조 내의 단일 라인 고장을 나타내는 회로도이다.
도 2는 고장 전류 파형과 지속되는 라인 고장 여부를 결정하는 대응하는 테스트 펄스 시퀀스(test pulse sequence)의 그래프도이다.
도 3은 고장 전류 파형, 및 과도 라인 고장과 서비스 복원 여부를 결정하는 대응하는 테스트 펄스 시퀀스의 그래프도이다.
도 4는 고장 테스팅과 서비스 복원의 과정을 나타내는 플로우 차트이다.
도 5는 테스트 펄스에 응답하는 전압과 전류 루프 파형을 나타내는 그래프도이다.
도 6과 7은 테스트 펄스에 응답하는 전류 파형의 추가 그래프도로서 주어진 부하 조건에서 지속적인 고장과 과도 고장을 나타낸다.
도 8은 여기에 기술된 일 실시 형태에 따른 테스트 펄스를 제공하기 위하여 채택된 회로 테스팅 클로우저의 개략 단면도이다.
도 9는 도 8에 도시된 회로 테스팅 클로우저의 구동기 부분의 확대도이다.
도 10은 도 8에 도시된 회로 테스팅 클로우저에서 사용에 적합한 구동기 부분의 대안적인 실시 형태의 확대도이다.
도 11은 여기에 기술된 다른 실시 형태에 따른 테스트 펄스를 제공하기 위하여 채택된 회로 테스팅 클로우저의 개략 단면도이다.
도 12는 도 11에서 도시된 회로 테스팅 클로우저의 구동된 상태에서의 개략도이다.
도 13은 여기에 기술된 다른 실시 형태에 따른 회로 테스팅 클로우저의 블록도이다.
도 14는 도 13의 회로 테스팅 클로우저의 일부의 일 실시 형태를 나타내는 개략면이다.
도 1에 있어서, 전력 분배 시스템(100)은 교류 전류 소스인 전기 에너지(102)를 포함한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 소스는 고전압 분배 소스의 일부인 강압형 변압기(step-down transformer;104)이고, 발전 소스(도시하지 않음)로부터 공급받아 이차 분배 네트워크(106)에 급전(feed)한다. 이차 분배 네트워크는 변압기(104)에 퓨즈(fuse)나 회로 차단 디바이스(110)에 의해 연결된 분배 버스(bus;108)를 포함한다. 분배 버스(108)는 다수의 분배 라인들(112, 114, 116, 118)에 급전하며, 이 각각의 라인은 퓨즈나 회로 차단 디바이스(예를 들어, 디바이스(120))에 의해 분배 버스에 연결되어 있다. 도시를 목적으로, 다수의 일반적인 유도성(inductive)/저항성(resistive) 부하들이 퓨즈나 회로 차단 디바이스(예를 들어, 디바이스(122))에 의해 분배 라인(112)에 연결되고, 용량성(capacitive) 부하(124)도 마찬가지로 연결되어 있다. 라인(112)은 회로 테스팅 클로우저(130)에 의해 제 1 부분(126)과 제 2 부분(128)으로 분할될 수 있다. 라인(112)은 전기 에너지(도시되어 있지는 않음)의 제 2 소스에 다른 회로 테스팅 클로우저(132)를 통해 또한 연결될 수 있다. 또한 라인들은 단일 컨덕터로 도시되었지만, 라인들은 다상 교류 전력 분배 시스템의 다상(예를 들어, 삼상)을 나타낼 수 있음이 파악될 것이다. 그러한 설비에서도 회로 테스팅 클로우저는 일반적으로 각각의 상에 제공된다.
만약 라인(112), 또는 라인(112)의 어떠한 상이라도, 예를 들어, 접지(134)에 의해 고장이라면, 회로 테스팅 클로우저(130)는 고장(134)을 감지하고 에너지 소스로부터 고장을 격리하기 위하여 오픈한다. 만약 고장이 회로 테스팅 클로우저(130)와 에너지 소스 사이에서 발생한다면, 회로 테스팅 클로우저는 라인(112)의 제 2 부분(128)을 에너지 소스로부터 격리하도록 동작하여, 제 2 부분(128)은 회로 테스팅 클로우저(132)를 클로징함으로써 제 2 에너지 소스에 연결될 수 있고, 이에 따라 전력 분배 네트워크(100) 내부의 적어도 부분적인 서비스를 복원할 수 있다.
회로 테스팅 클로우저(130)는 임의의 적합하고 알려진 방법으로도 고장을 감지할 수 있는데, 미리 결정된 회수의 주기 동안에 한계 값을 넘는 전류를 감지하는 것이 한 예가 될 수 있다. 회로 테스팅 클로우저(130)가 초기의 고장(134)을 감지하는 방법은 회로 테스팅 클로우저(130)의 전체 동작에 중요하지 않으며, 임의의 적합한 고장 감지 방법이라도 채택될 수 있다. 도 2에 있어서, 삼상 전력 분배 네트워크(200)에는 삼상(202, 204, 206)이 있다. 적어도 두 주기 동안 과전류의 존재에 의한 고장이 상(204)에 도시되어 있다. 고장은 각각의 삼상(202, 204, 206)과 연결된 회로 테스팅 클로우저(예를 들어, 회로 테스팅 클로우저(130))를 오픈하여 고장을 격리한다. 다음으로 회로 테스팅 클로우저는 리클로징 과정을 시작하기 전에 고장이 처리되었는지 여부를 결정하는 단계를 시작한다.
테스팅 과정은 삼상 중의 어느 것에서도 시작 가능하지만, 어느 상에서 고장이 발생되는지를 예측하여 그 상에서의 과정을 시작하는 것이 가능할 것이다. 그러한 정보가 없다면 시행착오 과정이 사용될 수 있다. 제 1 상(202)이 테스트되고, 만약 고장이 발견되지 않는다면 제 2 상(204)이 테스트될 수 있으며 이는 지속적인 고장이 있는 상이 발견되거나 삼상 모두 고장 처리되어 고장이 존재하지 않을 때까지 계속될 것이다. 도 2는 전류 펄스, 테스트 전류 루프 혹은 “핑(ping)”에 의한 라인 테스팅을 도시하고 있다. 전류 펄스는 컨트롤된 방법으로 짧은 시간(예를 들어, 한 주기의 일부) 동안에 회로 테스팅 클로우저를 클로징함으로써 발생된다. 이와 같이 발생된 전류 펄스는 분석되고 상에서 고장이 존재하는지 여부가 확인된다. 도 2에서 도시되듯이 상(204)은 대략 60주기 또는 1초의 기간동안 두 번 테스트되고 두 테스트 모두 고장을 나타낸다. 그 결과 각각의 상(202), (204) 및 (206)에 대한 회로 테스팅 클로우저는 지속적인 고장을 처리하기 위한 수리 조치가 취해질 때까지 락 아웃되어 있다.
상들을 “핑(pinging)”함으로써, 단지 작고 과도적인 테스트 전류 루프, 예 를 들어, 도 2의 테스트 전류 루프(208, 210)가 발생된다. 이러한 작고 과도적인 전류 루프들은 전력 분배 네트워크(200)에 스트레스(stress)를 야기하지 않는데, 스트레스는 고장이 있는 라인을 단순히 클로징한다면 야기될 수도 있다. 테스트 전류 루프는 고장이 처리되었는지 또는 지속되고 있는지의 여부를 결정하기에는 충분하다. 제 1 핑은 초기 고장의 바로 후에 일어날 수 있으며, 후속하는 핑들은 일정한 시간 간격으로 비치되거나, 또는 핑과 핑 사이의 간격이 경우에 따라 축소되거나 확장된 스케줄(schedule)에 따라서 배치된다.
도 3은 도 2에서와 같은 상황을 도시하는데, 회로 테스팅 클로우저가 제 2 테스트 전류 루프(테스트 전류 루프(210')로 도시됨)를 발생시킬 때에, 고장이 처리된 것을 제외한다. 이 예에서 남아있는 상들에 고장이 없다 가정하면, 회로 테스팅 클로우저는 각각의 상을 클로우즈하여 전력 분배 네트워크(200)에 대한 서비스를 복원한다. 회로 테스팅 클로우저는 클로징 과정 동안의 전류 이상을 줄이기 위하여 미리 결정된 시퀀스로 및/또는 적합한 프로토콜에 따라서 상들을 리클로우즈할 수 있다.
상술된 논의로부터 파악되었듯이, 회로 테스팅 클로우저는 고장 격리 이후에, 서비스 복원을 위한 테스팅과 클로우징하거나, 또는 검출된 고장이 지속적인 경우 테스팅과 락 아웃하는 알고리즘(algorithm) 또는 프로토콜을 채택한다. 도 4는 채택될 수 있는 방법(400)을 도시한다. 삼상이 클로우즈되어있을 때(402), 회로 테스팅 클로우저가 고장을 감시하거나 다른 진단 시스템이 고장을 감시할 수 있다. 즉, 회로 테스팅 클로우저(130)와 같은 회로 테스팅 클로우저는 자신이 연결된 라인/상(line/phase)에서 고장이 존재하는지를 감지하고 결정하는 데에 충분한 감지 능력을 갖는다. 대안적으로 또 다른 컨트롤 부분이 고장을 감지하고 컨트롤 결정을 내리기 위하여 시스템에서 배치될 수 있다. 그러한 설비에서 회로 테스팅 클로우저(130)는 회로 테스팅 클로우저(130)의 동작에 영향을 주는 동작 명령과 지시들을 받기 위하여 컨트롤 요소에 연결된 통신 링크(link)를 포함할 수 있다.
어떠한 경우에서도 각 상은 고장 여부가 감시된다(404). 삼상 중 하나에 고장이 없다면 시스템은 계속해서 고장 여부를 감시한다. 고장이 발생하면(404), 회로 테스팅 클로우저는 고장에 응답하여 상을 오픈할 것인지를 결정한다(406). 만약 상이 클로우즈로 유지된다면, 시스템은 고장을 계속 감시한다(404). 그렇지 않다면, 회로 테스팅 클로우저는 각 상에 대하여 고장을 격리하기 위해 오픈하고 결국 모든 삼상이 오픈 되거나(408) 또는 사용자에 의해 선택되면 단일 상이 격리된다. 그 다음 회로 테스팅 클로우저는 고장이 과도인지 지속적인지의 여부와, 만약 지속적이라면 어느 상에 고장이 발생했는지를 결정하기 위한 테스트 과정을 개시한다.
어느 상을 테스트할지에 대한 결정이 가장 먼저 이루어진다(410). 이 결정은 이미 테스트된 하나 이상의 상들에 고장이 발견되지 않음에 기반 하여, 테스트되지 않은 남아있는 상이 테스트를 위하여 선택된다. 초기에 회로 테스팅 클로우저 및/또는 컨트롤 요소는 어떤 상에 고장이 있음직한지를, 결정 전에 상의 동작 특성들에 기초하여 알고 있다. 이 경우에 의심되는 상을 먼저 테스트하기로 결정할 수 있다. 테스트 상을 결정(410)한 후에는 테스트 절차가 시작된다. 또한, 클로우즈될 접점, 즉 클로우저 접점 양단의 전압 제로를 검사하는 것이 바람직하다. 일 대안은 소스측 전압의 전압 제로를 감지하는 것이다. 소스측 전압 감지는 클로우저의 일측에서의 감지를 요하는 장점을 가지고 있지만, 덜 정확하다. 더 정확한 교차-접점(cross-contact) 전압 감지 또는 소스측 전압 감지의 선택은 테스트 펄스를 발생시키는데 사용되는 장치에 의해 결정된다.
상에 고장 전류가 흐르는지 부하 전류가 흐르는지 여부를 결정하기 위해서, 회로 테스팅 클로우저는 테스트 전류 루프를 발생시키기 위하여 상을 클로우즈하는 펄스를 가한다. 테스트 전류 루프는 상에 고장이 있는지 또는 없는지 나타낸다. 테스트 전류 루프를 발생시키기 위하여, 상의 양단 전압이 측정되어 전압 제로(VO)가 결정된다(412). 전압 제로의 결정에 의해 평가에 충분한 전류 루프가 전압 파형의 일 시점에서 발생되고 상이 고장에 클로우즈되면 발생될 수도 있는 과도하게 큰 전류 루프가 발생되지 않으며 및/또한 전압 파형의 덜 유리한 지점에 전류 루프가 발생되지 않는다. 전압 제로 후의 전압 파형에서의 유리한 지점은 전압이 약한 절연을 항복(breakdown)하기에 충분하면서 펄스 전류가 시작한 직후에 전류 제로(current zero)를 제공하기 위하여 0으로 근접하는 지점이다. 전류 루프의 특성들을 컨트롤 할 수 있게 전류 루프를 발생시키는 전압 파형의 지점을 선택하는 것은 유리하고 바람직하지만 기술되었듯이 타이밍을 선택하는 것이 필수적이지는 않다.
전압 제로가 결정되고 나면, 전류 루프는 전압 제로 후의 시간 t1에서 발생될 수 있다. 도 5에 도시된 전압 파형(500)은 전압 제로 후의 시간 t1에서 전압 파형(500)의 감소하는 부분 위의 지점(502)을 보여준다. 전류 루프는 회로 테스팅 클로우저의 접점을 클로징하는 펄스에 의해 발생된다. 즉, 회로 테스팅 클로우저 내부의 접점들은 일 주기의 일부인 짧은 시간 기간이나 상에 전류 루프가 발생되기에는 충분히 긴 기간에 접촉된 후 분리된다. 상을 클로징하는 펄스에 의한 전류 루프(504)가 또한 도 5에 도시되어 있다. 이와 같이 발생된 전류 루프는 부하를 나타내는지 또는 고장을 나타내는지 결정하기 위하여 분석된다(416). 즉, 다양한 특성들, 예를 들어 전류 루프의 크기, 전류 루프의 모양, 전류 루프의 오프셋(offset)은 상이 고장인지의 여부를 결정하기 위하여 분석될 것이다.
만약 전류 루프의 관찰된 특성들이 부하, 및 고장 상태 없음을 나타내고, 또한 모든 상들이 건전하다면(418) 삼상들은 다시 클로우즈될 것이다(420). 이 시점에서 서비스는 복원되고 삼상 모두는 다시 클로우즈된다(402).
만약 고장이 감지되면, 테스트된 상은 다른 테스팅 기간까지 오픈으로 유지된다(422). 그러나 만약 테스트 카운트가 미리 결정된 값을 초과하면(424), 예를 들어 미리 설정된 횟수의 테스트가 시행되면, 고장은 지속적인 것으로 간주되고 상이 락 아웃된다(426). 그 외에는, 리클로우즈 기간이 끝나면(428) 전류 루프 발생 과정이 반복된다.
리클로우즈 기간에 관하여, 기간은 일정 시간, 예를 들어, 테스트 간의 0.5-15초의 범위에서 선택된 시간 기간으로 구성될 수 있다. 대안적으로 기간은 바뀔 수 있다. 예를 들어, 제 1 테스트는 고장 후에 상대적으로 빠르게(예를 들어, 0.5초 이내에) 시행될 수 있다. 만약 고장이 감지된다면, 다음 테스트는 약 1.5초에, 제 3 테스트는 약 15초에, 등등으로 발생할 수 있다. 정확한 기간, 및 기간 간의 적절한 시간의 증가율은 리셋(reset)하고 다른 테스트를 준비하는 회로 테스팅 클로우저의 능력에 기반하거나, 과도 고장을 처리할 때까지의 평균 시간의 이력 데이터에 기반하거나 또는 디바이스 특성 데이터 및/또는 이력 시스템 통계 데이터 이외의 다른 적절한 데이터에 기반하여 선택될 수 있다. 테스트 카운트가 초과되기 전의 테스트 횟수는 예를 들어, n번의 테스트 후에 락 아웃으로 특정될 수 있다. 대안적으로, 테스트 카운트는 고장으로부터의 시간(예를 들어, 고장 후 m초 후 락 아웃)에 기반할 수 있다. 만약 다수의 테스트 후 존재하는 것으로 표시되는 고장에 의해 식별되는 바와 같이 고장이 지속적이면, 다른 진단들도 고장의 종류와 위치를 결정하기 위하여 시행될 수 있다.
순차적인 과정이 기술되었지만, 즉, 하나의 상을 테스팅하고 다음 상으로 이동하지만, 동시에 상들을 테스트하는 것이 가능하다. 이 경우에 각 상에 대한 회로 테스팅 클로우저는 분석을 위한 테스트 전류를 발생시키기 위하여 실질적으로 동시에 펄스가 가해져 클로우즈될 수 있다. 또한 방법(400)은 각 상에 고장이 없다고 결정된 후에만 삼상의 각각을 리클로우징한다고 기술하였지만, 상에 고장이 없다고 결정한 후 다른 상들을 테스팅하기 위해 이동하기 전에 상들을 개별적으로 리클로우즈하는 것이 가능할 것이다.
위에서 언급된 도들에서 전류 루프 (210), (210') 및 (504)는 회로 테스팅 클로우저의 업스트림(up stream)이나 다운스트림(down stream) 어디에도 용량성 부하가 없거나 거의 없는 경우에 일반적이다. 용량성 부하가 있는 회로 테스팅 클로우저의 펄스 클로징으로부터 얻는 전류 루프는 실질적으로 상이하게 나타난다. 도 6은 펄스 클로징, 즉, 회로 테스팅 클로우저로 “핑”함에 의한 전류 루프들(602 및 604)을 도시하고 있다. 도 6은 또한 고장 전류(600)와 관련한 테스트 전류 루프들(602 및 604)을 도시하고 있다. 각 경우에 업스트림 용량성 부하가 존재한다. 테스트 전류 루프 (602)는 크기와 모양에서 고장을 나타낸다. 한편, 테스트 전류 루프(604)는 일시적 고장의 처리 후 부하를 나타낸다. 도 7은 펄스 클로징, 즉, 회로 테스팅 클로우저로 “핑”함에 의한 전류 루프들(702 및 704)을 도시하고 있다. 도 7은 또한 고장 전류(700)에 관련한 전류 루프들(702 및 704)을 도시하고 있다. 각 경우에 업스트림과 다운스트림 모두의 용량성 부하가 존재한다. 테스트 전류 루프(702)는 크기와 모양에서 고장을 나타낸다. 한편, 테스트 전류 루프(704)는 일시적 고장의 처리 후 부하를 나타낸다.
다양한 부하 상태들에 대한 고장 및 부하 전류 루프는 테스트된 상의 고장 상태로부터 부하 상태를 결정하기 위하여 회로 테스팅 클로우저에 의해 특성화되고 사용될 수 있다는 것이 이해된다. 예를 들어, 쇼트-회로(short-circuit) 전류 크기에 비례하는 상대적으로 큰 평균 전류(즉, 평균 Itest loop > α*Ishort-circuit)는 영구적으로 고장난 라인 부분을 나타낸다. 대안적으로, 쇼트-회로 전류 크기에 비례하는 상대적으로 작은 평균 전류(즉, 평균 Itest loop < α*Ishort-circuit)는 고장나지 않은 라인 부분을 나타낸다. 그러나 쇼트-회로 전류를 항상 알기는 불가능할 것이고, 따라서 테스트 루프 전류와 쇼트-회로 전류를 비교할 수 없을 수도 있다. 이 경우에, 테스트를 상대적인 값의 형태로 정의하는 것이 가능하다. 예를 들어, 한계 값, 예를 들어, 800amps 에 비교하여 높은 테스트 루프 전류 및/또는 더 낮은 한계 값, 예를 들어, 100amps 에 비교하여 높은 테스트 루프 전류는, 120°의 클로징 각에서 예를 들어, 4ms와 같이 긴 시간 기간을 제외하고, 영구적으로 고장난 부분을 나타낸다. 상대적으로 낮은(예를 들어, 100amps 보다 낮은) 또는 상대적으로 짧은 동안(예를 들어, 4ms보다 짧은)의 평균 테스트 루프 전류는 고장나지 않은 라인을 나타낸다.
전류 펄스의 다른 특성들은 지속적인 고장의 존재 여부를 결정하기 위하여 관찰될 수 있다. 예를 들어, 전류 펄스 피크 전류를 관찰하는 것이 가능하다. 500A를 초과하는 펄스의 피크 전류는 지속적인 고장을 나타낼 수 있다. 대안적으로, 피크 펄스 전류가 고장 전류의 실효값(root means square) 비율로서 33%를 초과하면 지속적인 고장을 나타낼 수 있다. 피크 전류가 75*펄스기간(pulse_duration(ms))을 초과하고 기간이 4ms를 초과하는 펄스는 영구 고장을 나타낼 수 있다.
영구 고장의 존재를 나타내기 위하여 전류 펄스의 누적(integral)을 관찰할 수도 있다. 예를 들어, 2A*s를 초과하는 전하량을 가지는 펄스는 영구 고장을 나태낼 수 있다. 유사하게, 0.001과 RMS_고장_전류(RMS_fault_current(A))의 곱을 초과하는 전하량을 가진 펄스도 영구 고장을 나타낼 수 있다.
전류 펄스의 순간변화량(di/dt)의 부호의 변화 횟수는 일시적 고장의 표시자이다. 10을 초과하는 부호 변화의 횟수를 가지는 펄스의 순간변화량은 일시적 고장을 나타낼 수 있다. 유사하게, 홀수의 부호 변화의 횟수를 가지는 펄스의 순간변화 량은 또한 일시적 고장을 나타낼 수 있다.
전류 펄스 기간 동안의 부하측 평균 전압은 고장의 표시자가 될 수 있다. 회로 테스팅 동안의 0.1pu를 초과하는 부하측 평균 전압은 일시적 고장을 나타낼 수 있다. 대안적으로, 회로 테스팅 동안의 0.033*(펄스기간(pulse_duration(ms))-4)+0.05를 초과하는 평균 전압은 일시적 고장을 나타낼 수 있다.
전류 펄스의 에너지는 고장의 표시자가 될 수 있다. 1333*(펄스기간(ms) -4) 보다 작고 4ms를 초과하는 기간 동안의 펄스 에너지는 영구 고장을 나타낼 수 있다.
전류 펄스 I2t는 고장의 표시자가 될 수 있다. 1000A2t를 초과하는 I2t를 가지는 펄스는 영구 고장을 나타낼 것이다. 0.5*(I 쇼트-회로 RMS(I short-circuit RMS)-500)를 초과하는 I2t를 가지는 펄스 또한 영구 고장을 나타낼 수 있다.
고장 이전의(pre-fault) 부하 전류와 전류 펄스 전류 또는 파라미터들(parameters) 의 비교 및/또는 전류 펄스의 파형은 고장을 나타낼 수 있다. 고장 이전의 부하 전류는 고장 감지의 정확도를 높이기 위하여 다른 펄스 파라미터들과 조합되어 사용될 수 있다. 예를 들어, 2*고장전 부하 RMS 전류(I prefault load RMS)+100을 초과하는 평균 전류를 가지는 펄스는 영구 고장을 나타낼 수 있다. 유사한 관계가 피크 전류와 전하를 사용하여 발견될 수 있다.
펄스 파형과 특정 파형의 식별(identification)은 영구 고장을 나타낼 수 있다. 0.1을 초과하는 표준 편차를 갖는 정규화된 신호 에러들은 일시적 고장을 나타 낸다. 신호 에러는 실제 테스트 루프 전류와 순수 유도성 회로의 이상적인 테스트 루프 전류 사이의 차이로서 정의될 수 있다. 유사하게, 펄스 파형 식별 기술이 쇼트 회로 전류 크기를 추정하는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 펄스 각(θ)과 펄스의 평균 전류를 알면 다음 식을 사용하여 쇼트 회로 전류를 추정할 수 있다.
Figure 112008037962054-pct00001
쇼트-회로 전류의 추정된 크기에 기반 하여, 주어진 최소 픽업(pickup) 전류에 대하여 피더(feeder)가 고장인지 고장나지 않았는지 결정하는 것이 가능하다. 상기 기술들의 다양한 조합이 또한 채택될 수 있음을 알 수 있다.
고장 격리의 결과로 비통전(de-energized)된 회로는 하나 이상의 전력 변압기(예를 들어, 도 1,104)를 포함할 수 있다. 소정 상황에서, 전력 변압기는 잔류 플럭스(remnant flux)를 포함할 수 있다. 부적당한 재통전(reenergizing)에 의해 변압기 코어(core)는 포화상태로 구동되어 고장과 유사한 전류를 도출할 수 있다. 만약 이 상황이 고장의 지속 여부를 결정하기 위하여 전류 루프를 발생하는 동안에 발생되면 고장 테스팅 클로우저는 고장이 없음에도 영구 고장을 나타낼 수 있다.
전류 펄스의 발생 동안에 변압기 포화는, 여기에 기술된 임의의 실시 형태의 고장 테스팅 클로우저를 변압기의 플럭스를 트랙(track)하도록 구성함으로써 회피할 수 있다. 변압기 플럭스는 통전 전압을 적분함으로써 결정될 수 있다. 비통전시 전압 적분은 시불변(time invariant)이 되고 피적분함수(integrand)의 크기와 극성은 잔류 플럭스의 직접적인 지표를 제공한다. 전압 극성이 잔류 플럭스와 반대일 때 재통전하는 것을 택하면 초기 통전 동안에 돌입 전류를 회피할 수 있다.
변압기 돌입 전류의 고장 전류로의 오해석을 피하는 또 다른 방법은, 여기에 기술된 임의 실시형태의 고장 테스팅 클로우저를 각 펄스에 대해서 상이한 극성을 사용하여 순차적으로 펄스를 두 번 가하도록 구성하는 것이다. 고장에 의해 고장 전류가 두 펄스 모두 동안에 흐르지만, 변압기 돌입 전류는 두 극성 모두 동안에 흐르지 않는다. 그러나 각 테스팅 주기 동안에 두 펄스를 발생하는 것을 피하고 펄스 동작의 총 횟수를 제한하는 것은, 초기에 단일 펄스 극성을 사용하고 제 1 펄스가 고장의 가능성을 나타낼 때에만 다시 펄스를 가해줌으로써(re-pulse) 가능해진다. 펄스의 총 수를 제안하는 또다른 대안적인 방법은 단일 펄스 극성을 테스트 시퀀스의 마지막 펄스를 제외하고 모두 펄스에 사용하는 것이다. 만약 고장이 여전히 시퀀스의 마지막 펄스 또는 마지막 다음 펄스에 있다고 표시된다면, 마지막 펄스 또는 마지막 펄스 후의 리펄스(re-pulse)가 가능한 고장을 확인하기 위하여 사용될 것이다.
기술된 바와 같이, 클로우저(130)는 고장 테스팅 기능을 제공하는 컨트롤 프로그램을 내장한 컨트롤러를 포함하거나 또는 컨트롤러에 연결될 수 있다. 다양하게 기술된 테스트들은 상기 컨트롤러들과 함께 채택되거나 또는 다른 컨트롤과 결정 디바이스 및 기술들과 함께 채택될 수 있다. 예를 들어, 웨이브렛(wavelet) 변형 분석과 뉴럴 네트워크(neural network)는 테스트된 라인 부분의 고장 상태를 결정하기 위한 이러한 또는 다른 알고리즘을 구현하는 데에 이용될 수 있다. 이 경우에, 컨트롤러는 다양한 고장 상태 하에 있는 고장난 라인들에 관한 전류 펄스 파형과 고장나지 않은 라인의 전류 펄스 파형을 효과적으로 구별하기 위하여 채택된다. 정확도는 회로 테스팅 동안 다운스트림 변압기의 포화가 피해진다면 증가될 수 있다. 변환기 돌입 전류는 상대적으로 높은 피크 전류와 긴 기간의 전류 펄스들을 가질 수 있어서 영구 고장을 일시적 고장으로부터 구별해내기가 어렵다. 포화 효과는 플럭스 크기에 기반한 초기 클로징 각을 선택함으로써 저감될 수 있다. 따라서, 양의 플럭스에 대하여 수용 가능한 초기 클로징 각은 음의 피크 전압 후에 따라오는 전압 제로 바로 이전에 존재하지만, 음의 플럭스에 대하여는 양의 피크 전압 후에 따라오는 전압 제로 바로 이전의 초기 클로징이 사용될 것이다. 또한, 포화된 변압기의 돌입 전류로부터 유발된 혼란은 양 극성을 가지는 전류 펄스에 의한 테스팅으로 저감될 수 있다. 고장난 라인들은 양 극성들을 가지는 고장을 나타낼 수 있는 펄스들을 보이지만, 돌입 전류에 의한 고장의 표시에는 적어도 한 극성이 없을 것이다.
이상은 접지된 시스템에서의 사용을 위한 단일-상을 기본으로 한 알고리즘을 기술하였지만, 이 알고리즘은 접지되지 않은 시스템에서의 사용을 위해서 확장될 수 있다. 이는 먼저 알고리즘을 두 상들에 적용하고(상-상(phase-to-phase) 전압을 이용하고 두 폴들(poles)을 동시에 클로징함) 다음으로, 상-접지전압(phase-to-ground voltage)을 사용하여 처음 두개가 고장이 없다고 나타나는 경우에만, 제 3의 폴에 적용하여 달성된다.
도 2 ~ 4와 연관되어 기술된 전력 분배 시스템(100)과 방법은 회로 테스팅 클로우저(예를 들어, 회로 테스팅 클로우저(130))를 채택한다. 회로 테스팅 클로우저는 기계적인 디바이스, 전자-기계적인 디바이스 또는 반도체 디바이스일 수 있다. 도 8은 회로 테스팅 클로우저(800)의 단면도이다. 회로 테스팅 클로우저(800)는 고정 접점(804)과 가동 접점(806)을 가지는 진공 차단기(802)를 포함한다. 접점들(804 및 806)은 당 업자라면 잘 알 수 있듯이 진공 용기(808) 내부에 배치되고, 가동 접점(806)은 절연된 구동 로드(rod)(810)에 진공 용기(808) 외부로 연결되며, 풀무(812)에 의해 진공이 유지된다. 구동 로드(810)는 주 구동기(816)와 부 구동기(818)를 포함하는 구동기 어셈블리(814)에 연결되어 있다. 진공 차단기(802), 절연된 구동 로드(810) 및 구동기 어셈블리(814)는 당 업자라면 잘 알 수 있는 적합한 하우징(housing)(도시되지는 않음) 내부에 배치되어 있다. 적합한 컨트롤 프로그램에 연결된 프로세서가 또한 여기에 기술되어 있는 회로 테스팅 클로우저(800)의 동작을 컨트롤하기 위하여 제공된다.
도 9는 구동기 어셈블리(814)의 확대된 도면이다. 동작하는 요소들은 종축으로 관통된 로드들(824) 및 너트들(826)에 의해 고정된 한 쌍의 종판(end plates;802 및 822) 사이 및 다수의 철제 부재들(828) 내부에 있다. 주 구동기 플런저(plunger)(830)는 작동기 조합(814) 내부에서 오픈 위치에서 클로우즈드 위치까지 축을 따라 미끄러질 수 있다(클로우즈드 위치가 도 9에 도시됨). 주 구동기 플런저(830)는 주 접점 페룰(ferrule)(836) 주위에 배치된 주 접점 압축 스프링(834)을 유지하기 위한 스프링 리테이너(retainer)(832)에 연결되어 있다. 주 구동기 플런저(830)는 홀드(hold) 오픈 자석(838)에 의해서 열려져 유지되고, 홀드 오픈 자석(838)의 힘과 주 구동기 플런저(830)의 움직임을 저지시키는 내부 마찰을 극복하는 자력을 제공하기 위한 주 플런저 코일(840)의 통전에 의하여 클로즈드 위치에 구동될 수 있다. 주 구동기 플런저(830), 스프링 리테이너(832), 주 접점 압축 스프링(834) 및 주 접점 페룰(836)은 접점들(804 및 806)이 접촉하여 주 접점 페룰(836)이 멈출때까지 오픈 위치에서 클로우즈드 위치로 함께 움직이도록 배치되어 있다. 컨텍트들(804 및 806)이 일단 접촉하면, 주 구동기 플런저(830)는 진공 차단기(802)의 가동 접점(806)이 고정 접점(804)과 맞물리는 위치를 지나 계속해서 움직임으로써 주 접점 압축 스프링(834)이 압축되어 고정 접점(804)과 가동 접점(806)에 각각 필요한 접촉 힘이 제공된다. 주 구동기 플런저(830)는 주 구동기 플런저 홀드 클로우즈 자석(842)에 의하여 클로우즈드 위치에 유지된다.
컨텍트들(804 및 806)을 오픈하기 위하여, 주 플런저 코일(840)에는 충분한 반대 극성의 전기 전류가 펄스되고 이와 함께 접촉 압축 스프링(834)은 주 구동기 플런저 홀드 클로우즈 자석(842)의 힘을 극복하기 위하여 힘을 가하고 주 구동기 플런저(830)는 오픈 위치로 움직인다. 주 구동기 플런저(830)는 오픈 위치로 계속하여 움직이고 스프링 리테이너(832)는 주 접점 페룰(836)의 일단 상에 관통된 탄성 스텝 너트(elastic step nut;844)에 충격을 가하여 접점들(804 및 806)을 오픈시킨다.
부 구동기(818)는 주 접점 페룰(836)과 주 접점 압축 스프링(834) 위에 미끄러짐 움직임을 위해 배치된 부 구동기 플런저(846)를 포함한다. 부 구동기 플런저(846)는 부 구동기 홀드 클로즈드 자석(848)에 의하여 클로즈드 위치에 유지된다. 유지된 클로즈드 위치에서, 부 구동기 플런저(846)는 부 구동기 압축 스프링(850)을 부 구동기 플런저(846)의 숄더(shoulder)부분(852)과 구동기 어셈블리(814)의 일단에 고정된 스프링 리테이너(854) 사이에서 압축시킨다. 회로 테스팅 클로우저(800)의 정상적인 오픈과 클로우즈 동작에서 부 구동기 플런저(846)는 클로우즈드 위치에 유지된다.
주 구동기 플런저(830)를 오픈 위치로 움직이게 하고 따라서 접점들(804 및 806)을 오픈하게 하는 고장 이후에, 회로 테스팅 동작이 시작하도록 설정되어 있다. 주 구동기(816)에 펄스가 가해지고 자기력은 주 구동기 플런저 코일(840)에서 생성되어 주 구동기 플런저 홀더 오픈 자석(838)을 극복한다. 주 구동기 플런저(830)는 주 접점 페룰(836) 및 절연된 연결 로드(810)를 통하여 연결된 가동 접점(806)과 함께 클로우즈드 위치로 움직인다. 주 구동기 플런저(830)가 클로우즈드 위치로 움직이기 시작한 직후, 부 구동기(818)는 부 구동기 플런저 코일(858)에서 전자력을 생성하는 펄스가 가해져, 부 구동기 플런저(846)가 유지되고 있던 클로우즈드 위치로부터 언래칭(unlatching) 된다. 부 구동기 플런저(846)는 부 구동기 압축 스프링(850)에 의하여 주 구동기 플런저(830)에 반대의 방향으로 구동되어 움직이기 시작한다. 주 구동기(816)에 펄스를 인가하는 것은 짧은 전류 루프를 발생하기 위하여 접점들(804 및 806)의 클로징을 실현하기 위함이다. 상술한 바와 같이, 주 구동기(816)로의 펄스 인가는 접점들(804 및 806)이 전압 제로를 뒤따라오는 전압 파형의 특정한 지점에서 클로우즈하도록 타이밍 될 것이다.
타이밍은 또한 주 구동기(816)와 주 구동기(816)로의 펄스 인가 사이에서, 접점들(804 및 806)의 클로징과 거의 동시에 주 구동기 플런저(830)와 부 구동기(846) 사이의 접촉을 보장하기 위하여 컨트롤 된다. 접촉점에서, 주 구동기 플런저(830)는 주 접점 압축 스프링(834)을 압축하기 위하여 클로우즈 위치로 계속 움직인다. 접점들(804 및 806)은 접촉한 상태로 유지된다. 부 구동기 플런저(846)는 이제 주 구동기 플런저(830) 보다 훨씬 빨리 움직이고, 접촉시 주 구동기 플런저(830)를 적어도 부분적으로 압축된 주 접점 압축 스프링(834)에 의하여 힘을 받아 오픈 위치로 구동한다. 주 구동기 플런저(830)가 오픈 위치로 이동함으로써, 주 접점 페룰(836)의 일단에 관통된 탄성 스텝 너트(844)와 접촉이 이루어져 접점을 정상 동작에서처럼 오픈 상태로 잡아당긴다. 주 구동기 플런저(830)와 부 구동기 플런저(846) 사이의 접촉은 주 구동기 플런저(830)가 다시 오픈으로 구동되고, 탄성 스텝 너트(844)가 접점(804 및 806)을 분리하고 아크를 제거하기에 충분한 오픈 갭(gap)을 만들도록 주 구동기 플런저(830)에 충격힘을 가한다. 부 구동기(818)로의 펄스 인가 타이밍, 수축하는 부 구동기 플런저(846)의 앞서가는 주 구동기 플런저(830) 쪽으로의 이동시간, 주 구동기 플런저(830)의 이동의 복귀, 및 탄성 스텝 너트(844)와 주 구동기 플런저(830)의 접촉은 접점들(804 및 806)이 실질적으로 전류 루프 제로(예를 들어, 상술한 전류 루프 (210), (201')와 (504)를 참조)에서 오픈되도록 충분히 정확하게 만들어진다. 접점들(804 및 806)이 일단 열리고 주 구동기 플런저(830)가 주 구동기 플런저 홀드 오픈 자석(838)에 의하여 오픈 위치에서 유지되면, 부 구동기(818)에는 부 구동기 플런저(846)가 그의 클로우즈드 위치로 되돌아가도록 펄스가 가해질 것이다.
도 10은 회로 테스팅 클로우저(800) 내부에서 동작할 수 있는 구동기 어셈블리(1014)의 대안적인 실시 형태를 도시한다. 구동기 어셈블리(1014)는 주 구동기(1016)와 부 구동기(1018)를 포함한다. 구동기 어셈블리(1014)는 구동기 어셈블리(814)와 같은 원리로 동작하여, 접점들(804와 806)의 전압 파형에 대한 조정된 클로징과, 테스트 전류 루프 발생 후 그리고 전류 루프 제로와 실질적으로 동시에 접점들(804와 806)의 오프닝을 제공한다. 이러한 개념으로, 고장 후에 주 구동기(1014)는 오픈으로 유지되고 주 구동기 플런저(1030)가 주 구동기 플런저 홀드 오픈 자석(1038)에 의하여 유지된다. 부 구동기(1018)는 부 구동기 플런저 홀드 클로징 자석(1048)에 의하여 클로우즈드로 유지되는 부 구동기 플런저(1046)와 함께 클로우즈드 위치에 있다. 주 구동기(1016)에는 주 구동기 플런저(1030)를 클로우즈드 위치로 구동하도록 펄스가 가해지고, 주 접점 페룰(1036)과 가동 접점(806)이 클로우즈드 위치로 움직인다. 부 구동기 코일(1058)은 부 구동기 플런저(1046)를 언래치하도록 펄스가 가해진다. 부 구동기 코일(1058)로의 펄스 인가 타이밍은 주 구동기(1016)와 부 구동기 플런저(1046)의 접촉이, 구동기(814)에 대하여 상술된 바와 같이, 접점들(804와 806)의 접촉과 거의 동시에 이루어지도록 된다. 그러나 구동기(1014)는 부 구동기가 주 접점 페룰(1036)이 종축으로 미끄러지는 리세스(1060)와 접점 표면(1062)에 형성된다는 점에서 상이하다. 주 접점 페롤은 또한 숄더(shoulder;1064)로 형성된다. 부 구동기 플런저(1046)는 숄더(1064)와 맞물리는 접점 표면(1062)에 의해 주 접점 페룰(1036)에 직접적으로 접촉한다. 이 접촉은 접점들(804와 806)을 구동하여 오픈시킨다. 그러나 접촉시 주 구동기 플런저(1030)는 계속하여 클로우즈드 위치로 움직인다. 부 구동기 플런저(1046)에 의한 페룰(1036)로의 초기 접촉 직후에, 부 구동기 플런저(1046)는 주 구동기 플런저(1030)와 접촉하여 이 플런저(1030)를 오픈 위치로 되돌려지게 구동한다. 상기 두 접촉들의 조합은 주 구동기 플런저(1030), 주 접점 페룰(1036) 및 가동 접점(806)을 오픈 위치로 구동하여 전류 루프 제로와 거의 동시에 아크를 제거하기 위해 충분한 갭을 만든다. 오픈 위치에 유지되어 있는 주 구동기 플런저(1030)와 주 접점 페룰(1036)과 함께, 부 구동기 플런저(1046)에는 그것의 정상적인 클로우즈드 위치로 되돌아가도록 펄스가 가해질 것이다.
일관된 접점 클로징과 오프닝은, 테스트 전류 루프 아크를 제거하기 위하여 접점들(804와 806) 사이에 충분한 갭이 생성되는 것을 보장하기 위해 필요하다. 테스트 전류 루프는 고장에서조차 크기가 작고 또한 지속 기간도 짧은데, 특히 완전 고장 전류에 비해 그러하다. 따라서 완전 고장 전류의 아크를 제거하는데 필요한 것보다 작은 갭이 충분히 테스트 전류 루프 아크를 제거한다(예를 들어, 약 3-4mm이면 충분함). 그러나 만약 접촉이 단지 몇 밀리초(milliseconds) 너무 일찍 혹은 너무 늦게 발생한다면, 유도된 작은 루프는 제거(cleaning)를 위한 충분한 오픈 갭을 얻기에는 너무 작거나 업스트림 전력 시스템에 상당한 고장 전류를 가할 정도로 크기가 너무 클 것이다. 회로 테스팅 클로우저(800)의 홀드-오픈 자석 배치는 오프닝 래칭 메카니즘으로서 채택된다. 홀드-오픈 자석 배치는 디바이스의 수명 동안 일관된 오프닝 힘을 제공한다. 또한, 클로우저(800)는 접촉이 이루어질 때까지 주 구동기 플런저가 방해받지 않고 클로우즈드 위치로 이동하도록 해준다. 클로우저(800)에서 보여 지듯이 홀드 오픈 자석 배치의 채용에 의해 +/-1ms의 오차 내 접촉 달성시간이 얻어지도록 하는 설계가 가능하다. 상기 접촉 달성 범위에서 유도된 테스트 전류 루프는 회로 테스트의 목적을 달성하기에는 모두 크기가 충분히 작지만, 접촉 분리가 일어나게 하기 위한 적합한 시간을 허용하기 위해 기간은 충분히 크다.
도 11과 12는 회로 테스팅 클로우저(1100)를 도시한다. 회로 테스팅 클로우저는 각각이 주 구동기(1106)와 부 구동기(1108)에 연결된 주 접점(1102)과 부 접점(1104)을 포함한다. 도 11에 도시되어 있듯이, 두 접점들(1102와 1104)은 충분한 오픈 위치에 있다. 접점들(1102와 1104)은 주 접점 구동기(1160)의 바이어싱 스프링(1110)이 접촉 힘을 제공하는 도 12에서의 정상 동작을 위하여 접촉될 수 있다. 바이어싱 스프링(1110)은 또한 주 구동기(1106)로 전달되는 충격력을 최소화하는 컴플라이언스(compliance)를 제공한다.
주 구동기(1106)와 부 구동기(1108) 각각은 전기자 어셈블리(armature assmbly; 1116, 1118)를 각각 베이스(1120, 1122)에 대하여 구동하는 전자기 코일(1112, 1114)을 포함한다. 각각의 전기자 어셈블리(1116, 1118)의 움직임은 접점(1102, 1104)이 서로를 향하도록 또는 반대 방향으로의 대응하는 움직임을 야기한다. 그렇게 함으로써, 접점(1102, 1104)은 테스트 전류 루프를 발생시키기 위한 짧은 접촉을 달성한다.
고장 이후, 두 접점(1102, 1104)은 각각의 완전 오픈 위치에 있다. 테스트 전류 루프를 발생시키기 위하여, 부 구동기는 클로우즈드 위치로 통전되고 따라서 주 접점(1102)과 부 접점(1104) 사이의 갭을 반으로 줄인다. 주 구동기(1106)는 통전되어 주 접점(1102)을 클로우즈시켜 부 접점(1104)과 접촉하게 한다. 주 구동 기(1106)의 타이밍은 주 접점(1102)과 부 접점이 전압 파형의 전압 제로 바로 이전에 접촉하도록 된다. 주 접점(1102)은 부 접점(1104)에 충격을 가한다. 상기 충격은 부 전기자 어셈블리(1118)를 이동시켜 부 접점(1104)을 충분히 오픈하여, 부 구동기(1108)의 오프닝 스프링(1124)이 부 접점(1104)을 약 2ms 이내에서 완전히 오픈한다. 부 구동기(1108)에는 접촉 이전에 오픈 위치로 펄스가 인가되어 홀딩힘이 저감되어, 접점들(1102, 1104)이 접촉할 때의 많은 충격 에너지는 부 접점(1104)이 주 접점(1102)으로부터 멀어지게 가속시키는데 사용될 수 있다.
접촉 이후에, 주 접점(1102)은 완전히 클로우즈드된 위치로 계속 이동한다. 이제 부 접점(1104)은 완전히 오픈 위치에 존재한다. 갭이 완전한 오픈 갭은 아니지만 테스트 전류 루프 아크를 제거하는 데에는 충분하다. 락 아웃의 목적으로, 주 구동기(1106)는 주 접점을 오프닝 스프링(1128)의 도움을 받아 완전히 오픈 위치로 몰아낸다.
도 13에서, 클로우저(1300)는 전자기계적 스위칭 디바이스(1302)(예를 들어, 진공 차단기 어셈블리)와 전력 분배 시스템(1306)의 공급측(1306)과 부하측(1307) 사이에 연결되어 있는 전류 펄스 발생기(1304)를 포함한다. 스위칭 디바이스(1302)는 고장이 감지되었을 때에는 고장을 격리하기 위하여, 고장이 처리되었을 때에는 서비스를 복원하도록 라인 부분을 리클로우즈하기 위하여 상대적으로 높은 전류 부하를 지지하도록(carry) 동작한다. 전류 펄스 발생기(1304)는 실리콘 제어 정류기(silicon controlled rectifiers; SCR) 또는 트리악(triac)(도 14)의 일 쌍이다. 고장 감지와 격리 이후에, 회로를 테스트하기 위하여, 즉 전류 펄스를 발생시키기 위하여, SCRs의 쌍 중 하나, Q1 또는 Q2는 전력-주파수 전압 파형에서 90도와 150에서 턴온된다. 그후 게이트 신호는 제 1 전력-주파수 전류 제로 이전에 어떠한 시점에서도 제거될 수 있다. 게이트 신호의 제거를 늦추는 것은 검출 알고리즘을 방해하는 원치 않는 이른 회로 제거(clearing)를 유리하게 막아줄 것이다. 발생되는 전류의 작은 루프가 0으로 갈 때, 게이트되지 않은(ungated) SCR은 턴오프되고 발생되는 전류의 작은 루프는 회로가 고장인지 여부를 판단하기 위하여 분석된다.
도 13에 도시된 실시 형태에서, 전류 펄스 발생기(1304)는 연속적인 전류를 지원하지 못한다. 진공 차단기(1302)와 전류 펄스 발생기(1304)의 컨트롤은 컨트롤러(1308) 혹은 다른 적합한 컨트롤 방법에 의하여 제공될 것이다. 그러나 SCRs은 지속적인 전류를 수반하고, 부하를 스위칭하여, 고장을 차단할 수 있다. 따라서 어떠한 어플리케이션(applications)에 있어서는 그리고 구체적으로 120V-600V와 같은 사용 전압에서는, 스위칭 디바이스(1302)를 제거하고 전류 수반 기능, 부하 스위칭, 고장 차단 및 테스트 펄스 발생을 제공하기 위하여 단지 전류 펄스 발생기를 사용할 수 있을 것이다. 도 14가 단일 SCR 쌍을 도시하고 있지만, 직렬 스트링(string) 및/또는 직렬/병렬 스트링들이 사용될 수 있을 것이다.
단일 SCR은 도 14에 도시되어 있는 트리악(triac) 배치의 대신에 사용될 수 있다. 그러한 배치에서는 스위치 디바이스(1320)가 모든 정상적인 스위칭을 위하여 사용되고, SCR은 게이티드 온(gated on) 되지 않는다. 스위칭 디바이스(1302)는 고장 차단을 위해 사용될 수 있고 이 경우 고장 차단 동안 SCR은 게이트온 되지 않는 다. 만약 SCR이 고장 차단을 위해 사용된다면, 오프닝 동작은 스위칭 디바이스(1302)가 양의 방향으로 흐르는 전류에서 전류 제로 바로 후에 오픈되도록 타이밍되어야 한다. 그 다음 SCR이 게이티드 온 될 것이고 전류가 SCR로 전달될 것이다. 스위칭 디바이스(1302)의 접점들은 SCR이 다음 전력 주파수 전류 제로에서 전류를 차단할 때 과도 복구 전압을 견디기에 충분히 빠르게 움직여야 한다. 회로 테스팅를 위하여 SCR은 상술한 바와 같이 턴온 및 턴오프되며 단지 하나의 극성이 단지 하나의 SCR로 체크되는 경우에는 예외이다.
통상적인 자기 구동기에 의해 구동되는 진공 차단기와 같은 전자기계적 스위칭 디바이스와 조합되어 사용되었을 때, SCRs와 같은 반도체 스위칭 디바이스는 정확한 포인트-온-파형(point-on-wave) 클로우징과 메커니즘 없는 전류 제로에서의 차단을 제공할 것이다. SCRs를 한 방향으로만 전도시키도록 사용하는 실시 형태는 더 경제적임을 입증할 수 있고, 4kV 이하와 같은 중간 또는 더 낮은 전압에서 동작이 가능하다. 또한 반도체 스위칭 소자는 기계적인 결함의 우려가 없기 때문에 전기-기계적인 스위칭 디바이스보다 클로우징이나 락킹 아웃 이전에 더 많은 회로 테스트를 가능하게 해준다.
본 명세가 다양한 수정과 대안적인 형태에의 여지를 가지고 있지만, 특정 실시 형태들이 도면과 여기에 기술된 실시 형태의 예의 방법으로 도시되어 있다. 그러나 본 명세서에 기술된 특정 형태들에 발명을 제한시키지 않으며, 반대로 발명은 첨부된 청구항들에 의하여 정의된 모든 수정, 대안, 및 등가물을 포함하도록 의도된다.
용어가 본 발명에서 명시적으로 “용어 ‘____’는 여기에서 ... 한 뜻으로 정의된다”의 문장이나 유사한 문장에 의해 정의되어있지 않으면, 상기 용어의 뜻을 명시적으로나 묵시적으로 제한하지 않으며, 그것의 단순하고 일반적인 의미를 넘어선다. 또한 그러한 용어는 본 발명의 어떠한 부분에서 기술된 어떠한 문장(청구항의 언어를 제외함)에라도 기반을 두어 범위가 제한되어 해석되지 않아야 한다. 본 발명의 후부에 나오는 청구항에 언급된 용어는 어떤 것일지라도 본 발명에서 단일한 의미를 가지도록 일정한 방법으로 언급되어 있는데, 그것은 단지 독자를 혼란시키지 않으려는 목적에서이지, 그러한 청구 용어가 단 하나의 의미로 제한되고 함축되거나 또는 다른 경우의 목적에서가 아니다.
본 발명에 의하면 회로 클로징 이전에 회로 테스팅 기능을 제공할 수 있다.

Claims (44)

  1. 전력 분배 회로를 클로우징(closing)하는 방법에 있어서,
    상기 전력 분배 회로 내에서 순간적으로 상기 전력 분배 회로를 클로우징함으로써 테스트 신호를 발생시키는 단계;
    상기 테스트 신호로부터 고장의 존재 여부를 결정하는 단계; 및
    고장이 없을 시에 상기 전력 분배 회로를 클로우징하는 단계를 포함하고,
    상기 테스트 신호를 발생시키는 단계는,
    제 1 접점과 제 2 접점을 포함하는 클로우저를 공급하는 단계, 상기 제 1 접점과 상기 제 2 접점 사이를 접촉시키는 단계, 및 상기 제 1 접점과 제 2 접점 사이의 접촉 직후에 상기 제 1 접점과 상기 제 2 접점을 분리하기 위하여 상기 제 1 접점 또는 상기 제 2 접점 중 하나에 충격을 가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 테스트 신호를 발생시키는 단계는 상기 전력 분배 회로에서 테스트 전류 루프를 발생하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 제 1 접점 또는 상기 제 2 접점 중의 하나에 충격을 가하는 단계는 상기 제 1 접점과 상기 제 2 접점 중 상기 하나와 연관된 구동기의 부분에 충격을 가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 충격을 가하는 단계는 상기 제 1 접점 또는 상기 제 2 접점의 구동기 부분과, 상기 제 1 접점 또는 상기 제 2 접점 중 하나와 연관된 구동기의 부분에 충격을 가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 청구항 1에 있어서,
    충격을 가하는 단계는 유도된 테스트 전류 루프의 전류 제로(current zero)직후에 상기 제 1 접점과 상기 제 2 접점을 분리하기 위하여 상기 제 1 접점 또는 상기 제 2 접점 중 하나에 충격을 가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 테스트 신호를 발생시키는 단계는 전압 파형의 전압 제로를 결정하는 단계와, 상기 전압 제로에 대하여 상기 전력 분배 회로를 순간적으로 클로징하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    전압 제로를 결정하는 단계는 고장 오프닝(fault opening)을 제공하는 접점 양단의 전압 제로를 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 청구항 7에 있어서,
    전압 제로를 결정하는 단계는 고장 오프닝을 제공하는 접점의 소스측에서 전압 제로를 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 청구항 7에 있어서,
    상기 테스트 신호를 발생시키는 단계는 상기 전압 제로 이전에 순간적으로 상기 전력 분배 회로를 클로우징하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 청구항 1에 있어서,
    상기 전력 분배 회로를 순간적으로 클로우징함으로써 상기 전력 분배 회로 내에서 제 2 테스트 신호를 발생시키는 단계;
    상기 제 2 테스트 신호로부터 상기 고장의 존재 여부를 결정하는 단계; 및
    상기 고장이 없을 시에 상기 전력 분배 회로를 클로우징하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 청구항 1에 있어서,
    상기 고장의 존재 여부를 결정하는 단계는 상기 테스트 신호의 크기 또는 지속 시간을 평가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 청구항 1에 있어서,
    상기 고장의 존재 여부를 결정하는 단계는 평균 테스트 신호 전류와 쇼트-회로(short-circuit) 전류를 비교하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 청구항 1에 있어서,
    상기 고장의 존재 여부를 결정하는 단계는 평균 테스트 신호 전류와 한계 전류(current threshold)를 비교하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 청구항 1에 있어서,
    상기 고장의 존재 여부를 결정하는 단계는 평균 테스트 신호 전류의 기간과 한계 기간(duration threshold)를 비교하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  16. 청구항 1에 있어서,
    상기 고장의 존재 여부를 결정하는 단계는 신호 특성 그룹에서 선택된 상기 테스트 신호의 특성을 평가하는 단계를 포함하고,
    상기 신호 특성 그룹은, 테스트 신호 전류 펄스 피크 전류, 테스트 신호 전류 펄스의 적분, 테스트 신호 전류 펄스의 순간변화량(di/dt)의 부호의 변화 횟수, 테스트 신호 전류 펄스 지속 기간 동안의 부하측에서의 평균 전압, 테스트 신호 전류 펄스의 에너지, 테스트 신호 전류 펄스 I2t, 고장 전의 부하 전류 대 테스트 신호 전류 펄스 전류, 및 테스트 신호 전류 펄스의 파형으로 구성되는 것을 특징으로 하는 방법.
  17. 접점들이 접촉하기 않는 오픈 위치와 접점들이 접촉하는 클로우즈드 위치로부터 제 2 전기 접점에 대하여 움직일 수 있는 제 1 전기 접점;
    상기 클로우즈드 위치에 있는 상기 제 1 접점에 대응하는 제 1 위치와 상기 오픈 위치에 있는 상기 제 1 접점에 대응하는 제 2 위치를 가지며, 상기 제 1 접점에 연결된 제 1 구동기;
    상기 제 1 구동기를 제 2 위치로 구동하기 위하여, 제 1 위치에 있는 상기 제 1 구동기와 맞물려 충격력을 상기 제 1 구동기에 가하도록 상기 제 1 구동기에 대하여 움직이는 제 2 구동기를 포함하고,
    상기 제 2 구동기는 상기 제 1 구동기의 제 1 위치의 도달 직후에 상기 충격력을 가하기 위하여 상기 제 1 구동기에 대한 동작 시점이 맞춰지는 것을 특징으로 하는 회로 테스팅 클로우저.
  18. 청구항 17에 있어서,
    제 1 구동기는 전압 제로에 동작 시점이 맞춰지는 것을 특징으로 하는 회로 테스팅 클로우저.
  19. 청구항 17에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 구동기는 전자기적으로 구동가능한 것을 특징으로 하는 회로 테스팅 클로우저.
  20. 청구항 17에 있어서,
    상기 제 1 구동기를 상기 제 1 위치에 유지하는 제 1 바이어싱 부재(biasing member)와 상기 제 1 구동기를 상기 제 2 위치에 유지하는 제 2 바이어싱 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 회로 테스팅 클로우저.
  21. 청구항 20에 있어서,
    상기 제 1 바이어싱 부재와 상기 제 2 바이어싱 부재는 각각 제 1 자석과 제 2 자석을 포함하는 것을 특징으로 하는 회로 테스팅 클로우저.
  22. 청구항 20에 있어서,
    상기 제 1 바이어싱 부재와 상기 제 2 바이어싱 부재는 각각 제 1 스프링과 제 2 스프링을 포함하는 것을 특징으로 하는 회로 테스팅 클로우저.
  23. 청구항 17에 있어서,
    상기 제 1 전기 접점과 상기 제 2 전기 접점을 포함하고, 상기 제 1 및 제 2 구동기와 연결된 진공 차단기를 포함하는 것을 특징으로 하는 회로 테스팅 클로우저.
  24. 청구항 23에 있어서,
    상기 제 2 전기 접점은 상기 제 2 구동기에 연결되어 있고, 상기 제 1 전기 접점에 대하여 움직일 수 있는 것을 특징으로 하는 회로 테스팅 클로우저.
  25. 삭제
  26. 삭제
  27. 삭제
  28. 삭제
  29. 삭제
  30. 삭제
  31. 제1항에 있어서,
    제 1 극성을 갖는 전류 루프를 발생시키기 위하여 전력 분배 회로를 순간적으로 클로징함으로써 제 1 테스트 신호를 상기 전력 분배 회로 내부에서 발생시키는 단계;
    상기 제 1 테스트 신호로부터 고장의 존재 여부를 결정하는 단계;
    고장의 표시시, 상기 제 1 극성과 반대의 제 2 극성을 가지는 전류 루프를 발생시키기 위하여 상기 전력 분배 회로를 순간적으로 클로징함으로써 제 2 테스트 신호를 상기 전력 분배 회로 내부에서 발생시키는 단계;
    상기 제 2 테스트 신호로부터 고장의 존재 여부를 결정하는 단계; 및
    고장이 없으면, 상기 전력 분배 회로를 클로징하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  32. 청구항 31에 있어서,
    다수의 제 1 테스트 신호를 상기 전력 분배 회로 내에서 발생시키는 단계;
    상기 다수의 제 1 테스트 신호 각각으로부터 고장의 존재 여부를 결정하는 단계; 및
    상기 제 2 테스트 신호를 발생시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  33. 청구항 31에 있어서,
    적어도 하나의 제 1 테스트 신호와 적어도 하나의 제 2 테스트 신호를 포함하는 테스트 신호들의 시퀀스를 발생시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  34. 청구항 31에 있어서,
    제 1 테스트 신호들의 시퀀스 중 마지막 테스트 신호로서 상기 제 2 테스트 신호를 발생시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  35. 청구항 31에 있어서,
    테스트 신호들의 시퀀스의 끝에서 두 번째(penultimate)의 제 1 테스트 신호 후에 최종의 테스트 신호로서 상기 제 2 테스트 신호를 발생시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  36. 청구항 31에 있어서,
    상기 제 1 테스트 신호가 고장을 나타냈을 때에만 상기 제 2 테스트 신호를 발생시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  37. 전력 분배 회로를 클로우징하는 방법에 있어서,
    변압기 잔류 플럭스(transformer flux remnant)와 반대의 극성을 가지는 전류 루프를 발생시키기 위해 상기 전력 분배 회로를 순간적으로 클로징함으로써 상기 전력 분배 회로 내부에서 테스트 신호를 발생시키는 단계;
    상기 테스트 신호로부터 고장의 존재 여부를 결정하는 단계; 및
    고장이 없으면, 상기 전력 분배 회로를 클로징하는 단계를 포함하고,
    상기 테스트 신호의 발생 시점 또는 바로 전에 전압 적분의 피적분함수(integrand)의 극성으로서 변압기 잔류 플럭스를 결정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
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