KR101413625B1 - 지능형 제어 장치가 내장된 영상 고조파 필터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 영상 고조파 필터에 관한 것으로, 지그재그 결선 변압기를 포함하며, N 상을 통해 유입되는 영상 고조파가 포함된 전류를 상기 지그재그 결선 변압기를 통해 순환시키는 것에 의해 영상 고조파를 제거하고, 영상 고조파가 제거된 전류를 R, S 및 T 상으로 출력하는 필터링부; 및 상기 필터링부의 분리 조건 해당 여부를 판단하고, 상기 분리 조건에 해당하는 것으로 판단되는 것에 대응하여, 상기 필터링부를 상기 R, S 및 T 상으로부터 전기적으로 분리시키고, 결상 판단부가 결상 여부를 진단하도록 제어하는 제어 장치를 포함한다. 본 발명은 필터링부의 분리 조건에 해당하면 필터링부를 R, S, T 상으로부터 전기적으로 분리시키고, 그 분리된 상태에서 전원측 결상 여부를 진단하는 것에 의해, 영상 고조파 필터가 설치된 환경에서 전원측 결상 여부를 정확하게 판단할 수 있다.

Description

지능형 제어 장치가 내장된 영상 고조파 필터{ZERO HARMONIC FILTER EQUIPPED WITH INTELLIGENT CONTROLLER}

본 발명은 영상 고조파 필터에 관한 것으로, 보다 상세하게는 영상 고조파 필터가 설치된 환경에서 전원측 결상 여부를 정확히 진단하게 하는 지능형 제어 장치가 내장된 영상 고조파 필터에 관한 것이다.

기기의 보급이 확대되면서 3상 4선식 배전 계통의 중성선 영상분 고조파 전류가 다양한 형태의 장애를 일으킨다. 비선형 부하인 UPS, 인버터, PC, 조명기기 등에서 발생하는 고조파는 전력계통으로 유입되어 전기기기의 오동작 및 수명 감소를 유발한다. 전력 계통에서의 고조파는 ⅰ) 기본 주파수의 (3n+1) 배수에 해당하는 주파수를 가지는 정상고조파 ⅱ) 기본 주파수의 (3n-1) 배수에 해당하는 주파수를 가지는 역상고조파 ⅲ) 기본 주파수의 (3n) 배수에 해당하는 주파수를 가지는 영상고조파가 있다. 이중 영상 고조파는 중성선에서 중첩되어, 3 배의 피크값을 가지게 된다. 특히, 영상 고조파는 중성선(N 상)으로 합성 중첩되는 특성으로 중성선 과열로 인한 화재를 유발할 수 있다. 특히, 소음 발생 기기의 철손 증가 등으로 전력 설비에 악영향을 미치게 된다. 따라서, 한전에서는 고조파 관리 기준(2010년 7월부터 발효)에 따라 고조파를 관리하고 있다. 따라서, 고조파 발생원 측에 영상 고조파 필터를 설치하여 영상 고조파를 저감시킨다. 영상분 고조파 필터는 크게 능동형, 수동형, 연가식으로 나눌 수 있다. 능동형은 부하전류의 고조파를 보상전류의 역고조파가 상쇄시키는 것에 의해 영상분 고조파를 제거할 수 있다. 수동형은 LC로 구성되고, 부하전류 중 고조파 성분을 흡수하는 것에 의해, 부하에 고조파 성분이 유입하는 것을 차단할 수 있다. 수동형은 고조파 성분의 제거시 별도의 외부 전원이 필요하지 않다는 점에서 능동형과 구별된다. 연가식 영상분 고조파 필터는 지그-재그 결선 변압기를 사용하여 영상분 전류를 필터 내부에서 순환시키는 것에 의해, 영상 고조파 성분을 제거할 수 있다. 연가식은 영상분 고조파의 필터링을 위해 별도의 전원을 사용하지 않는다는 점에서 광의의 수동형에 포함될 수 있다. 이하, 용어 “영상 고조파 필터”라 함은 광의의 수동형을 포함하는 것으로 한다. 이러한 영상 고조파 필터는 고조파 발생원인 부하에 가장 근접한 위치인 분전반에 설치되는 것이 바람직하다. 영상 고조파 필터는 부하측에 설치되어 비선형 부하에 의해 발생하는 영상분 고조파를 제거할 수 있다. 이러한 영상 고조파 필터는 상시 상선에 연결된다.

영상 고조파 필터에 적용된 지그재그 결상 변압기의 특성상 3 상 중 어느 한 상의 전원측이 결상이 되더라도 지그재그 변압기를 통하여 결상된 선로에 전압이 인가된다. 일반적으로 전원측의 결상 여부 판단시, 3 상의 전압 각 상별로 설정치 이하인 경우 전원측 결상인 것으로 판단한다. 다만, 지그재그 변압기가 연결된 상태에서 전원측에 결상이 발생하더라도 지그재그 변압기를 통하여 결상된 상에 전압이 인가되므로, 전원측에 결상이 발생하더라도, 결상이 아닌 것으로 판단될 수 있다.

즉, 종래에는 영상분 고조파 필터가 설치된 환경에서 전원측 결상 여부를 정확히 파악할 수 없다는 문제점이 있었다.

이에, 본 발명은 영상 고조파 필터가 설치된 환경에서 전원측 결상 여부를 정확히 진단하게 하는 지능형 제어 장치가 내장된 영상 고조파 필터를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 결상과 관련된 이벤트가 발생한 때 신속하게 결상 여부를 정밀 진단하게 하는 지능형 제어 장치가 내장된 영상 고조파 필터를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 다른 목적들은 이하의 실시예에 대한 설명을 통해 쉽게 이해될 수 있을 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 영상 고조파 필터는 지그재그 결선 변압기를 포함하며, N 상을 통해 유입되는 영상 고조파가 포함된 전류를 상기 지그재그 결선 변압기를 통해 순환시키는 것에 의해 영상 고조파를 제거하고, 영상 고조파가 제거된 전류를 R, S 및 T 상으로 출력하는 필터링부; 및 상기 필터링부의 분리 조건 해당 여부를 판단하고, 상기 분리 조건에 해당하는 것으로 판단되면, 상기 필터링부를 상기 R, S 및 T 상으로부터 전기적으로 분리시키고, 결상 판단부가 결상 여부를 진단하도록 제어하는 제어 장치를 포함한다.

여기서, 상기 제어 장치는 상기 지그재그 결선 변압기에 권취된 적어도 하나의 도선 상의 전류를 검출하고, 상기 검출된 전류의 고조파 성분이 기 설정된 범위에 해당하는지 여부를 판단하고, 상기 검출된 전류의 고조파 성분이 기 설정된 범위에 해당하면 상기 분리 조건에 해당하는 것으로 판단할 수 있다. 이와 달리, 상기 제어 장치는 기 설정된 주기가 도래하면, 상기 분리 조건에 해당하는 것으로 판단할 수 있다.

그리고, 상기 결상 판단부는 상기 필터링부가 상기 R, S 및 T 상으로부터 전기적으로 분리된 상태에서의 상기 R, S 및 T 상 중 적어도 어느 하나의 전압을 사용하여 결상 여부를 판단할 수 있다.

본 발명의 다른 일 측면에 따른 영상 고조파 필터 제어 방법은 R, S, T, N 상에 연결된 필터링부의 분리 조건 해당 여부를 판단하는 단계; 상기 분리 조건 해당 여부를 판단하는 단계에서, 분리 조건에 해당하는 것으로 판단되면, 상기 필터링부를 상기 R, S 및 T 상으로부터 전기적으로 분리시키는 단계; 및 결상 판단부가 상기 필터링부가 상기 R, S 및 T 상으로부터 전기적으로 분리된 상태에서의 상기 R, S 및 T 상 중 적어도 하나의 전압을 사용하여 전원측 결상 여부를 진단하도록 하는 제어 신호를 상기 결상 판단부로 출력하는 단계를 포함한다.

상기 분리 조건 해당 여부를 판단하는 단계에서, 상기 필터링부에 권취된 적어도 하나의 도선 상의 전류를 검출하고, 상기 검출된 전류의 고조파 성분이 기 설정된 범위에 해당하는지 여부를 판단하고, 상기 검출된 전류의 고조파 성분이 기 설정된 범위에 해당하면 상기 분리 조건에 해당하는 것으로 판단할 수 있다. 이와 달리, 기 설정된 주기가 도래하면, 상기 분리 조건에 해당하는 것으로 판단할 수도 있다.

그리고, 상기 결상 판단부는 상기 필터링부가 상기 R, S 및 T 상으로부터 전기적으로 분리된 상태에서의 상기 R, S 및 T 상 중 적어도 어느 하나의 전압을 사용하여 결상 여부를 판단할 수 있다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 필터링부의 분리 조건에 해당하면 필터링부를 R, S, T 상으로부터 전기적으로 분리시키고, 그 분리된 상태에서 전원측 결상 여부를 진단하는 것에 의해, 영상 고조파 필터가 설치된 환경에서 전원측 결상 여부를 정확하게 판단할 수 있다.

또한, 본 발명은 지그재그 결선 변압기에 권취된 적어도 하나의 도선 상의 전류의 고조파 성분이 기 설정된 범위에 해당하면 지그재그 결선 변압기를 R, S, T 상으로부터 전기적으로 분리시키고, 그 분리된 상태에서 전원측 결상 여부를 진단하는 것에 의해 결상과 관련된 이벤트가 발생한 때 신속하게 결상 여부를 정밀 진단할 수 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 영상 고조파 필터의 설치 상태도를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 영상 고조파 필터 제어 방법의 플로우차트를 나타낸다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.

및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다.

일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

본 발명은 영상 고조파 필터 상의 필터링부의 분리 조건에 해당하면, 필터링부를 R, S, T 상으로부터 전기적으로 분리시키고, 그 분리된 상태에서 전원측 결상 여부를 진단하는 것에 의해, 영상 고조파 필터가 설치된 환경에서 전원측 결상 여부를 정확하게 판단할 수 있다.

이하, 도 1을 참조하여, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 영상 고조파필터에 대하여 설명한다. 도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 영상 고조파 필터의 설치 상태도를 나타낸다. 본 발명의 요지를 명확하게 하기 위해, 주지된 기술에 대한 설명은 생략하거나 간단히 한다.

도 1을 참조하면, 영상 고조파 필터(1)는 필터링부(100), 영상 고조파 필터 제어 장치(1000), 결상 판단부(2000)를 포함할 수 있다. 필터링부(100), 영상 고조파 필터 제어 장치(1000), 결상 판단부(2000)는 각각 별개의 모듈로 형성될 수 있다. 이와 달리, 필터링부(100), 영상 고조파 필터 제어 장치(1000)는 하나의 모듈로 형성되고, 결상 판단부(2000)는 별개의 모듈로 형성될 수 있다.

필터링부(100)는 도 1에 도시된 바와 같이 지그재그 결선 변압기를 포함할 수 있다. 공지된 바와 같이, 필터링부(100)는 N 상을 통해 유입되는 영상 고조파가 포함된 전류를 지그재그 결선 변압기를 통해 순환시키는 것에 의해, 영상 고조파를 제거하고, 그 영상 고조파가 제거된 전류를 R, S, T 상으로 출력할 수 있다.

영상 고조파 필터 제어 장치(1000)는 개폐부(1100), 분리 조건 판단부(1200)를 포함할 수 있다. 개폐부(1100), 분리 조건 판단부(1200)는 단일 또는 별개의 모듈로 구현될 수 있다. 영상 고조파 필터 제어 장치(1000)가 분전반에 설치되면서, 분리 조건 판단부(1200)의 어느 하나의 출력을 별개의 모듈로 형성된 결상 판단부(2000)와 연결할 수도 있다. 이때, 분리 조건 판단부(1200)가 필터링부 분리 조건에 해당하는 것으로 판단하는 것에 대응하여 출력하는 제어 신호에 따라, 결상 판단부(2000)는 필터링부(100)가 R, S, T 상과 전기적으로 분리된 조건에서, 전원측 결상 여부를 판단할 수 있도록, 결상 판단부(2000)의 동작이 설정될 수 있다. 도 1에서, R, S, T, N 상은 3 상 4 선식으로 부하(미도시)에 전원을 공급할 수 있다. 예를 들어, R, S, T, N 상은 분전반의 부스바일 수 있다.

개폐부(1100)는 반도체 스위칭 소자 또는 릴레이 등으로 구현될 수 있다. 스위칭 기능을 수행할 수 있는 한 본 발명의 개폐부(1100)에 해당할 수 있다. 개폐부(1100)는 분리 조건 판단부(1200)가 필터링부 분리 조건에 해당하는 것으로 판단하는 것에 대응하여 출력되는 제어 신호에 따라, 오프 동작을 수행하는 것에 의해, 필터링부(100)(달리 표현하면, 지그재그 결선 변압기)를 R, S, T, N 상으로부터 전기적으로 분리시킬 수 있다. 이때, R, S, T 상과 필터링부(100)를 연결하는 세 개의 도선이 모두 개방될 수 있다. 도 1과 달리 개폐부(1100)는 결상 판단부(2000)와 연결될 수 있다. 이때, 결상 판단부(2000)의 제어에 따라, 분리 조건 판단부(1200)가 필터링부 분리 조건에 해당하는 것으로 판단하는 것에 대응하여, 개폐부(1100)는 오프 동작을 수행할 수 있다. 그리고, 결상 판단부(2000)가 결상 여부를 판단한 결과, 결상인 것으로 판단되면, 결상 판단부(2000)의 제어에 의해, 개폐부(1100)는 오프 상태를 유지할 수 있다. 결상 판단부(2000)가 결상을 판단하는데 사용되는 전압의 샘플링을 완료한 때, 개폐부(1100)가 온된 실시예인 경우라면, 결상 판단부(2000)가 결상인 것으로 판단한 때, 개폐부(1100)는 오프될 수 있다. 분리 조건 판단부(1200)가 필터링부 분리 조건에 해당하는 것으로 판단하는 것에 대응하여 개폐부(1100)가 오프 동작을 수행하는 한, 개폐부(1100), 분리 조건 판단부(1200), 결상 판단부(2000) 간의 회로 구조에 제한이 없을 수 있고, 개폐부(1100)의 이러한 동작을 제어하는 주체에도 제한이 없을 수 있다. 또한, 결상 판단부(2000)가 결상인 것으로 판단하는 것에 대응하여 개폐부(1100)가 오프 상태를 가지는 한, 개폐부(1100), 분리 조건 판단부(1200), 결상 판단부(2000) 간의 회로 구조에 제한이 없을 수 있고, 개폐부(1100)의 이러한 동작을 제어하는 주체에도 제한이 없을 수 있다.

분리 조건 판단부(1200)는 R, S, T, N 상에 연결된 필터링부(100)의 분리 조건 해당 여부를 판단하고, 분리 조건에 해당하는 것으로 판단되면, 필터링부(100)를 R, S 및 T 상으로부터 전기적으로 분리시킬 수 있다. 여기서, 분리 조건은 주기일 수 있다. 즉, 분리 조건 판단부(1200)는 기 설정된 주기에 도달하면 분리 조건에 해당하는 것으로 판단하고, 개폐부(1100)로 개폐부(1100)가 오프 동작을 수행하도록 하는 제어 신호를 출력할 수 있다. 분리 조건으로 기 설정된 주기를 사용하는 경우, 도 1에서 전류 검출부(1400)는 생략될 수 있다.

다만, 기 설정된 주기가 분리 조건인 경우, 기 설정된 주기가 길게 설정되면 전원측 결상이 발생한 때 즉시 필터링부(100)를 R, S, T 상과 분리시킬 수 없다. 이를 보완하기 위해, 기 설정된 주기를 짧게 설정하는 경우 필터링부(100)의 분리가 빠른 주기로 반복되므로, 필터링부(100)에 의한 필터링 효율이 저하될 수 있다.

이와 달리, 분리 조건 판단부(1200)는 R, S, T, N 상에 연결된 필터링부(100)에 권취된 적어도 하나의 도선 상의 전류를 검출하고, 검출된 전류의 고조파 성분이 기 설정된 범위에 해당하는지 여부를 판단하고, 검출된 전류의 고조파 성분이 기 설정된 범위에 해당하면 필터링부 분리 조건에 해당하는 것으로 판단하고, 필터링부(100)를 R, S 및 T 상으로부터 전기적으로 분리시킬 수 있다. 여기서, 기 설정된 범위에 해당하는지 여부를 판단하는데 여러 방식이 사용될 수 있으며, 구체적인 사항은 다음과 같다.

영상 고조파 필터가 설치되고, 부하가 연결된 상태에서 결상이 발생한 경우의 실험 결과는 다음의 표 1과 같다.

구 분		R상		S상		T상		N상
6A용 고조파 필터 적용 (R상 결상이며, 부하 연결상태)	고조파	결상 (전)	결상 (후)	결상 (전)	결상 (후)	결상 (전)	결상 (후)	결상 (전)	결상 (후)
	전 전류	0.3	2.7	0.3	2.7	0.3	2.7	0.8	8
	3고조파	0.2	0.4	0.2	0.5	0.2	0.4	0.6	1.4
	5고조파	0.1	0.1	0.1	0.1	0.1	0.1	0.3	0.3
	7고조파	0	0.4	0	0.4	0	0.3	0.7	1.1
	9고조파	0.1	0.1	0.1	0.1	0.1	0.1	0.2	0.2

* 전전류: 기본파 + 고조파

표 1에서, R상, S상, T상, N상은 각각 전원측 R, S, T, N 상과 연결되어 필터링부에 권취된 도선을 의미한다. 표 1의 데이터는 용량이 6A인 영상 고조파 필터가 설치되고, 부하가 연결된 상태에서 R 상이 결상된 경우에 대한 결과이다. 표 1을 참고하면, 결상시 필터링부 상의 전전류가 크게 증가하는데 반해 상대적으로, 고조파의 증가는 적은 것을 알 수 있다. 이는 결상시 필터링부가 전원 역할을 하게 되므로 필터측 전체 전류는 증가하나, 전체 전류가 증가하는 만큼 고조파가 증가하지 않기 때문이다. 이러한 결과로부터 영상 고조파 필터가 설치된 환경에서, 전원측 결상 가능성을 THD(Total Harmonic Distortion, 전체 고조파 왜곡율)로 판단할 수 있음을 알 수 있다. 즉, THD가 갑자기 증가한 경우, 분리 조건 판단부(1200)는 전원측 결상이 발생한 것으로 판단하고, 달리 표현하면 필터링부 분리 조건에 해당하는 것으로 판단하고, 필터링부(100)를 R, S, T 상으로부터 전기적으로 분리시킬 수 있다. THD는 기 설정된 주파수 대역, 예를 들어, 2 내지 10 고조파에 대하여 산정될 수 있다. THD 산정에 사용되는 주파수 대역은 설계자에 의해 용이하게 변경될 수 있다. THD 산정에 하나의 고조파가 사용될 수 있음은 물론이다. 이와 달리, THD를 사용하지 않고, 특정 고조파와 전전류와의 비를 가지고 전원측 결상 여부가 판단될 수도 있다. 표 1에서와 같이, 결상 전과 결상 후 간에 특정 고조파와 전전류와의 비는 크게 차이가 나므로, 특정 고조파와 전전류와의 비를 사용하여 용이하게 전원측 결상 가능성 또는 필터링부 분리 조건 해당 여부를 파악할 수 있다. 즉, 특정 고조파와 전전류 간의 비가 기 설정된 레벨 이하인 경우, 결상인 것으로 판단될 수 있다. 역으로, 전전류와 특정 고조파와의 비가 일정 레벨을 초과하면 결상인 것으로 판단할 수 있다.

정리하면, 위와 같은 실험 결과에 비추어, ⅰ) 기 설정된 레벨 이하로 THD가 저감한 때(THD를 계산하는데 사용되는 고조파 수, 고조파 범위 제한 없음) ⅱ) 전전류와 특정 고조파와의 비가 기 설정된 레벨을 초과한 때(특정 고조파의 수는 제한 없음, 특정 고조파는 영상 고조파일 수 있음) ⅲ) 특정 고조파와 전전류와의 비가 기 설정된 레벨 이하인 때 ⅳ) 현재 검출된 THD가 직전에 검출된 THD 보다 기 설정된 레벨 이하로 저감한 때 ⅴ) 현재 검출된 전전류와 특정 고조파와의 비가 직전 검출된 전전류와 특정 고조파의 비로부터 기 설정된 레벨 이상으로 증가한 때 ⅵ) 현재 검출된 특정 고조파와 전전류와의 비가 직전 검출된 특정 고조파와 전전류와의 비로부터 기 설정된 레벨 이상으로 감소한 때 중 적어도 어느 하나에 속할 때, 전원측 결상인 것 즉, 필터링부 분리 조건에 해당하는 것으로 판단될 수 있다.

여기서, ⅰ) 기 설정된 레벨 이하로 THD가 저감한 때(THD를 계산하는데 사용되는 고조파 수, 고조파 범위 제한 없음) ⅱ) 전전류와 특정 고조파와의 비가 기 설정된 레벨을 초과한 때(특정 고조파의 수는 제한 없음, 특정 고조파는 영상 고조파일 수 있음) ⅲ) 특정 고조파와 전전류와의 비가 기 설정된 레벨 이하인 때 ⅳ) 현재 검출된 THD가 직전에 검출된 THD 보다 기 설정된 레벨 이하로 저감한 때 ⅴ) 현재 검출된 전전류와 특정 고조파와의 비가 직전 검출된 전전류와 특정 고조파의 비로부터 기 설정된 레벨 이상으로 증가한 때 ⅵ) 현재 검출된 특정 고조파와 전전류와의 비가 직전 검출된 특정 고조파와 전전류와의 비로부터 기 설정된 레벨 이상으로 감소한 때, 전원측 결상인 것으로 판단하는 방식을 취하는 한, 이를 판단하기 위한 수학적 방법에는 제한이 없다. 예를 들어, 고조파량을 판단할 때 고조파의 크기, 이와 달리, 고조파 크기의 제곱값 등이 사용될 수 있다.

영상 고조파 필터가 설치되고, 부하가 연결되지 않은 상태에서 결상이 발생한 경우의 실험 결과는 다음의 표 2과 같다.

구 분		R상		S상		T상		N상
3A용 고조파 필터 적용 (R상 결상이며, 부하 없는경우)	고조파	결상 (전)	결상 (후)	결상 (전)	결상 (후)	결상 (전)	결상 (후)	결상 (전)	결상 (후)
	전 전류	-	-	-	-	-	-	0.4	0.1
	3고조파	-	-	-	-	-	-	0.3	0
	5고조파	-	-	-	-	-	-	0.1	0
	7고조파	-	-	-	-	-	-	0	0
	9고조파	-	-	-	-	-	-	0.3	0

* 전전류: 기본파 + 고조파

표 2에서, R상, S상, T상, N상은 각각 전원측 R, S, T, N 상과 연결되어 필터링부에 권취된 도선을 의미한다. 표 2의 데이터는 용량이 3A인 영상 고조파 필터가 설치되고, 부하가 연결되지 않은 상태에서 R 상이 결상된 경우에 대한 결과이다. 부하가 연결되지 않고 결상이 발생한 경우, 고조파가 매우 저감됨을 알 수 있다. 이러한 결과로부터, 부하가 없는 경우에, 고조파량으로 전원측 결상 여부를 판단할 수 있다. 즉, 고조파가 일정 레벨 이하이면 결상인 것으로 판단할 수 있다. 또는, 직전에 검출한 고조파량 보다, 현재 검출한 고조파량이 기 설정 레벨 이하로 예를 들어, 기 설정 비율 또는 기 설정 차이로 저감한 때 전원측 결상인 것으로 판단할 수 있다.

정리하면, 부하가 연결되지 않는 경우, ⅰ) 고조파가 기 설정 레벨 이하인 때(고조파의 수, 대역 제한 없음) ⅱ) 현재 검출된 고조파량이 직전에 검출된 고조파량 보다 기 설정된 레벨 이하로 저감한 때 중 적어도 어느 하나에 속할 때, 전원측 결상인 것으로, 즉, 필터링부 분리 조건에 해당할 수 있다. 여기서, 전원측 결상 여부를 판단하는데 사용되는 고조파는 기 설정된 대역의 고조파, 기 설정된 적어도 하나의 고조파, 기 설정된 적어도 하나의 고조파일 수 있다. ⅰ) 고조파가 기 설정 레벨 이하인 때 ⅱ) 현재 검출된 고조파량이 직전에 검출된 고조파량 보다 기 설정된 레벨 이하로 저감한 때 전원측 결상인 것으로 판단하는 방식을 취하는 한, 이를 판단하기 위한 수학적 방법에는 제한이 없다. 예를 들어, 고조파량을 판단할 때 고조파의 크기, 이와 달리, 고조파 크기의 제곱값 등이 사용될 수 있다.

이러한 실험 결과에 비추어, 분리 조건 판단부(1200)는 부하가 연결된 경우와 부하가 연결되지 않은 경우를 감안하여 분리 조건 해당 여부를 판단할 수 있다. 즉, ⅰ) 기 설정된 레벨 이하로 THD가 저감한 때(THD를 계산하는데 사용되는 고조파 수, 고조파 범위 제한 없음) ⅱ) 전전류와 특정 고조파와의 비가 기 설정된 레벨을 초과한 때(특정 고조파의 수는 제한 없음, 특정 고조파는 영상 고조파일 수 있음) ⅲ) 특정 고조파와 전전류와의 비가 기 설정된 레벨 이하인 때 ⅳ) 현재 검출된 THD가 직전에 검출된 THD 보다 기 설정된 레벨 이하로 저감한 때 ⅴ) 현재 검출된 전전류와 특정 고조파와의 비가 직전 검출된 전전류와 특정 고조파의 비로부터 기 설정된 레벨 이상으로 증가한 때 ⅵ) 현재 검출된 특정 고조파와 전전류와의 비가 직전 검출된 특정 고조파와 전전류와의 비로부터 기 설정된 레벨 이상으로 감소한 때 중 적어도 어느 하나에 속할 때, 필터링부 분리 조건에 해당하는 것으로 판단할 수 있다(제 1 판단).

그리고, 분리 조건 판단부(1200)는 ⅰ) 고조파가 기 설정 레벨 이하인 때(고조파의 수, 대역 제한 없음) ⅱ) 현재 검출된 고조파량이 직전에 검출된 고조파량 보다 기 설정된 레벨 이하로 저감한 때 중 적어도 어느 하나에 속할 때 필터링부 분리 조건에 해당하는 것으로 판단할 수 있다(제 2 판단). 위와 달리, 영상 고조파 필터(1) 상의 전압을 사용하여 필터링부 분리 조건에 해당하는지 여부를 판단할 수 있다.

위 분리 조건 판단부(1200)는 제 1 판단과 제 2 판단을 순차적으로 또는 병렬로 할 수 있다. 이때, 분리 조건 판단부(1200)는 제 1 판단을 하는 모듈과 제 2 판단을 하는 모듈이 별개의 모듈로 구현될 수도 있다.

결상 판단부(2000)는 분리 조건 판단부(1200)가 필터링부 분리 조건에 해당하는 것으로 판단하는 것에 대응하여, 결상 여부를 판단할 수 있다. 결상 판단부(2000)는 기 공지된 방식을 사용하여 결상 여부를 판단할 수 있다. 예를 들어, 결상 판단부(2000)는 R, S, T 상 중 어느 한상의 전압이 기 설정된 레벨 이하로 저감 예를 들어, 정상치의 70% 이하로 저감한 때, 결상이 발생한 것으로 판단할 수 있다. 결상 판단부(2000)는 별개의 모듈로 제작될 수도 있다. 기존 계통에 설치된 결상 판단부(2000)가 사용될 수 있다. 이때, 결상 판단부(2000)의 어느 하나의 입력단은 분리 조건 판단부(1200)의 어느 하나의 출력단과 연결될 수 있다. 결상 판단부(2000)는 분리 조건 판단부(1200)가 분리 조건에 해당하는 것으로 판단하는 것에 대응하여 출력하는 제어 신호를 수신한 때, 필터링부(100)가 분리된 상태에서 결상 여부를 판단할 수 있다. 이와 더불어, 결상 판단부(2000)는 기 설정된 주기에 따라 R, S, T 상 중 적어도 어느 하나의 전압을 사용하여 결상 여부를 주기적으로 진단하는 동작을 수행할 수 있다.

전류 검출부(1400)는 필터링부(100)에 권취된 적어도 하나의 도선 상의 전류를 검출하고, 이를 분리 조건 판단부(1200)로 전달할 수 있다. 전류 검출부(1400)로서 CT(Current Transformer, 변류기) 예를 들어, 클램프형 CT가 사용될 수 있다. 전류 검출부(1400)는 비접촉 방식으로 전류를 검출하는 것에 의해, 필터링부(100)를 R, S, T 상과 전기적으로 분리시키지 않은 상태에서 전원측 결상 가능성 즉, 분리 조건 해당 여부를 판단하게 할 수 있다.

이와 같이, 결상 판단부(2000)는 필터링부(100)가 R, S, T, N 상과 전기적으로 분리된 상태에서 결상 여부를 진단하므로, 보다 정확한 결상의 진단이 가능할 수 있다.

또한, 결상 판단부(2000)는 분리 조건 판단부(1200)에 의해 결상이 의심되는 때 필터링부(100)를 R, S, T 상으로부터 전기적으로 분리시킨 상태에서 결상 여부를 진단하는 것에 의해, 결상이 발생한 때 즉시, 결상 여부를 정밀 진단할 수 있다.

또한, 전류 검출부(1400)를 CT로 구현하는 것에 의해, 설치가 용이하고, 영상 고조파 필터(100)를 R, S, T 상으로부터 분리시키지 않은 상태에서 결상 가능성 즉, 영상 고조파 분리 조건 해당 여부를 판단할 수 있다.

이하, 도 1 및 도 2를 참조하여, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 다른 영상 고조파 필터 제어 방법에 대하여 설명한다. 도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 영상 고조파 필터 제어 방법의 플로우차트를 나타낸다. 앞서 설명된 사항에 대한 설명은 생략하거나 간단히 한다. 이하의 설명에 의해, 앞서의 영상 고조파 필터의 구성이 보다 명확해질 수 있다.

먼저, 분리 조건 판단부(1200)가 분리 조건에 해당하는지 여부를 판단할 수 있다(S21). 분리 조건을 판단하는데 전류 검출부(1400)로부터 검출된 영상 고조파 필터 상의 전류가 사용될 수 있다. 이와 달리, 영상 고조파 필터(100) 상의 전압이 사용될 수도 있다. 분리 조건 판단부(1200)가 영상 고조파 필터(100)의 분리 조건을 판단하는 사항은 앞서 본 바와 같다. 예를 들어, 분리 조건 판단부(1200)는 지그재그 결선 변압기(또는 필터링부)에 권취된 적어도 하나의 도선상의 전류를 전류 검출부(1400)를 통하여 검출할 수 있다(S21a). 그리고, 분리 조건 판단부(1200)는 검출된 전류의 고조파 성분이 기 설정된 범위에 해당하는지 여부를 판단할 수 있다(S21b). 즉, 분리 조건 판단부(1200)는 필터링부(100)에 권취된 도선 상의 전류 상의 고조파를 기준으로 필터링부 분리 조건 해당 여부를 판단할 수 있다. 위와 달리, 분리 조건 판단부(1200)는 기 설정 주기를 기준으로 필터링부 분리 조건 해당 여부를 판단할 수 있다.

그리고, S21에서 분리 조건에 해당하지 않는 것으로 판단되면, 분리 조건 판단부(1200)는 기 설정된 주기에 따라, S21를 반복할 수 있다.

S21에서 분리 조건에 해당하는 것으로 판단되면, 분리 조건 판단부(1200)는 개폐부(1100)를 오프시키는 것에 의해, 필터링부(100)를 R, S, T 상으로부터 전기적으로 분리시킬 수 있다(S22).

그리고, 결상 판단부(2000)는 필터링부(100)가 R, S, T 상으로부터 전기적으로 분리된 상태에서, R, S, T 상 중 적어도 하나에서의 전압을 사용하여 결상 여부를 판단할 수 있다(S23). 결상 판단부(2000)가 결상 판단을 완료한 때 또는 결상 판단을 하는데 사용되는 전압의 검출을 완료한 때, 필터링부(100)는 다시, R, S, T 상과 연결될 수 있다. 이때, 결상 판단부(2000)가 결상인 것으로 판단한 경우, 필터링부(100)는 다시 R, S, T 상과 연결되지 않을 수 있다. 이에 의해, 전원측 결상의 경우, 비정상 전압이 영상 고조파 필터에 의해 부하로 공급되지 않을 수 있다.

상기한 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대해 통상의 지식을 가진 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 하기의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.

1: 영상 고조파 필터
100: 필터링부
1000: 영상 고조파 필터 제어 장치
1100: 개폐부
1200: 분리 조건 판단부
1400: 전류 검출부
2000: 결상 판단부

Claims (3)

1. 지그재그 결선 변압기를 포함하며, N 상을 통해 유입되는 영상 고조파가 포함된 전류를 상기 지그재그 결선 변압기를 통해 순환시키는 것에 의해 영상 고조파를 제거하고, 영상 고조파가 제거된 전류를 R, S 및 T 상으로 출력하는 필터링부; 및
   상기 필터링부의 분리 조건 해당 여부를 판단하고, 상기 분리 조건에 해당하는 것으로 판단되는 것에 대응하여, 상기 필터링부를 상기 R, S 및 T 상으로부터 전기적으로 분리시키고, 결상 판단부가 결상 여부를 진단하도록 제어하는 제어 장치를 포함하고,
   상기 결상 판단부는 상기 결상 여부 진단 결과 결상으로 판단되면, 상기 필터링부가 상기 R, S 및 T 상으로부터 전기적으로 분리된 상태를 유지시키는 것을 특징으로 하는 영상 고조파 필터.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 제어 장치는 상기 지그재그 결선 변압기에 권취된 적어도 하나의 도선 상의 전류를 검출하고, 상기 검출된 전류의 고조파 성분이 기 설정된 범위에 해당하는지 여부를 판단하고, 상기 검출된 전류의 고조파 성분이 기 설정된 범위에 해당하면 상기 분리 조건에 해당하는 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 영상 고조파 필터.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 결상 판단부는 상기 필터링부가 상기 R, S 및 T 상으로부터 전기적으로 분리된 상태에서의 상기 R, S 및 T 상 중 적어도 어느 하나의 전압을 사용하여 결상 여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 영상 고조파 필터.
   
   
   
   

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