KR101615078B1 - 스스로 끊어지는 회로 차단기를 진단하기 위한 방법, 및 진단 장치 - Google Patents

스스로 끊어지는 회로 차단기를 진단하기 위한 방법, 및 진단 장치 Download PDF

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Abstract

자가-폭발 회로 차단기(1)를 진단하기 위하여, 자가-폭발 회로 차단기의 스위칭 조작은 자가-폭발 회로 차단기(1)의 충전 가스 안의 압력파를 나타내기 위하여 작동된다. 스위칭 조작에 대응하여 발생하는 자가-폭발 회로 차단기(1)의 적어도 어느 하나의 지역에서의 시간의 함수로서 압력은 감지된다. 스위칭 아크 위로 충전 가스를 불기 위하여 부하 아래의 스위칭 조작에서 연소되는 자가-폭발 회로 차단기(1)의 번-오프 노즐(11)의 상태는 시간의 함수로서 압력에 의존하여 결정된다.

Description

스스로 끊어지는 회로 차단기를 진단하기 위한 방법, 및 진단 장치 {METHOD FOR DIAGNOSING A SELF-BLOWOUT CIRCUIT BREAKER, AND DIAGNOSIS APPARATUS}
본 발명은 회로 차단기를 진단하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다. 본 발명은 특별히 방법 및 장치에 관련된 것인데, 자가-폭발 회로 차단기의 번-오프(burn-off) 노즐(nozzle)의 상태와 함께 결정 될 수 있다.
회로 차단기들은 차단하는 것 및 단락 전류를 위한 교류 전압 네트워크(alternating voltage networks)에서 고전압 및 중간 영역에서 사용될 수 있는 안전 요소들이다. 회로 차단기 기술은 직류 네트워크에서도 또한 사용될 수 있다. 예를 들어, 회로 차단기들은 진공 회로 차단기들 또는 가스가 채워진 회로 차단기들과 같이 형성될 수 있다. 고전압에서, 가스가 채워진 회로 차단기들은 빈번하게 사용된다. 채워지는 가스는, 예를 들어, 가스를 절연하고 끄는 유플루오르화황(sulfur hexafluoride)(SF6)을 포함할 수 있다.
대부분의 경우에, 회로 차단기는 회로 차단기의 닫힌 상태에서 서로 접촉하는 두 개의 스위칭 접점들(switching contacts)을 갖는다. 차단을 위해서, 두 개의 접점들은 서로로부터 멀어지고 그렇기 때문에 형성되는 접점들 사이에서 아크(arc) 연소가 일어난다. 성공적인 회로의 스위칭 오프(switching-off)를 위하여, 스위칭 접점들 사이에서 이 아크를 끄는 것이 중대하다. 이와 같은 목적을 위하여, 파퍼식(puffer) 회로 차단기들의 경우 및 자가-폭발 회로 차단기들의 경우, 끄는 것 및 가스를 절연시키는 것은 아크 위를 폭파되는 것 및 그것을 차게 하는 것이다. 파퍼식 회로 차단기 또는 자가-폭발 회로 차단기가 채워지는 것과 함께, 충전 가스는 냉각 가스의 부분적 또는 전적인 구성이 된다. 이러한 목적을 위하여, 한편으로 이 가스는 냉각 및 아크를 끌 수 있어야만 하고, 아크를 끈 이후에 아크-백(arc-back)을 방지하고 접점들 사이에서의 재점호를 예방하여야 한다.
자가-폭발 회로 차단기의 경우, 아크 안에서 변환되는 에너지는 아크 위에서 폭파되기 위한 필수적인 가스 압력을 축적하기 위하여 이용된다. 스위칭 접점들 사이의 아크는 이 경우에 있어서 안내될 수 있는데, 스위칭 오프 작동이 있는 동안, 폴리테트라플루오로에틸렌(polytetrafluoroethylene)(PTFE) 또는 다른 적절한 물질과 같은 절연 물질로 만들어 지는 번-오프 노즐(burn-off nozzles)에서, 이는 아크의 영향 아래에서 증발시키고 따라서 가스의 과도한 압력을 증가시킨다. 오늘날의 중간 절연체와 같이 유플루오르화황과 함께하는 고전압 네트워크 자가-폭발 회로 차단기는 널리 사용된다.
회로 차단기의 제조자들은 그들의 유지 가이드라인(guideline)들을 규정하는데, 자가-폭발 회로 차단기의 가스 구획은 스위칭 주기들의 특정한 숫자 후에 또는 특정한 구간에서 열린다. 이러한 이유는 접촉의 번-오프 및 노즐 시스템들을 점검하기 위함이다. 과거에는, 동적 저항 측정을 사용하는 접촉 번-오프를 결정하기 위한 신뢰 할 있는 방법이 설립되었었다. 그럼에도 불구하고, 관례상 자가-폭발 회로 차단기들은 절연체로 만들어진 번-오프 노즐의 노즐 번-오프를 점검하기 위하여 열려야 한다.
이것은 자가-폭발 회로 차단기의 조작자를 위한 여러 단점을 수반한다. 자가-폭발 회로 차단기의 열림은 시간 및 노동 소비를 가지고 따라서 높은 비용을 초래한다. 더욱이, 자가-폭발 회로 차단기 안의 스위치 기어(switchgear)는 적어도 부분적으로 닫히도록(shut down) 사용된다. 자가-폭발 회로 차단기의 하우징 열림 후에, 실패들에 대한 민감성이 증가할 수 있는데, 이는 부정확한 재조립의 위험 또는 이전의 문제점의 소개들 때문일 수 있다.
노즐 번-오프를 결정하는 비-침투성(non-invasive) 및 신뢰할 수 있는 방법은 지연되거나 심지어 챔버(chamber) 차단의 열림을 전적으로 피할 수 있었다. 노즐 번-오프의 비 침투성의 결정(determination)을 위한 일 접촉은 주파수 응답(frequency response)을 측정하는데 있다. 이러한 경우, 자가-폭발 회로 차단기는 자극제로서 전기적 또는 기계적 신호에 반대하는 시험으로서 지배되고 이것의 반응은 주파수 응답 분석(에프알에이)에 의하여 결정된다. 이러한 방법에서, 예를 들어 노즐의 번-오프는 결정될 수 있다. 그러나, 접근 방법과 같은 것의 실행은 복잡하다. 실행은 이 기술 분야의 특정한 사용에서 어려움을 포함할 수 있다.
노즐 번-오프의 비 침투성의 결정을 위한 더 이상의 접근 방법은 일시적으로 네트워크(network)에서 발생하는 전류의 분해 측정이며, 그 뒤에 시뮬레이션(simulation)의 보조와 함께 현재 전류에서 발생하는 노즐 번-오프를 계산하기 위함이다. 그러나, 이러한 접근 방법의 실행은 데이터(date) 저장 및 데이터 저장을 위한 적합한 유닛(unit)들과 함께 제어 시스템 및 현존하는 보호의 광범위한 피팅(fitting)을 요구하며, 상당한 설치 비용 및 상당한 설치 복잡성을 초래한다.
예를 들어, DE 196 04 203 A1에서 설명되는, 회로 차단기를 관찰하기 위한 방법들은 회로 차단기의 가동 접촉(movable contact) 또는 드라이브 장치(drive device)를 관찰하는 것이 제한되며 노즐 번-오프가 암시되는 것이 허용되지 않는다.
열리기 위한 자가-폭발 회로 차단기의 차단 챔버(interrupting chamber) 없이 평가될 수 있는 노즐 번-오프와 함께인 방법 및 장치를 위한 필요가 있다. 기존의 유지 작업이 간단하게 포함될 수 있고 오직 적은 추가 비용 및 시간 소비를 수반할 수 있는 방법 및 장치에 대한 필요가 특별히 있다.
본 발명의 목적은 설명된 문제점에 관한 개선을 제공하는 방법 및 장치를 명시하는 것이다.
독립항들에 명시된 특징들을 지니는 방법 및 장치들이 제공된다. 독립항들은 장점 및 선호되는 실시예들을 정의한다.
자가-폭발 회로 차단기를 진단하는 방법에서, 자가-폭발 회로 차단기의 스위칭(switching) 작동은 자가-폭발 회로 차단기의 충전 가스에서 압력파를 일으키기 위해 작동된다. 스위칭 조작에 응답하는 자가-폭발 회로 차단기의 적어도 일 영역에서 발생하는 시간의 함수로서의 압력은 감지된다. 스위칭 아크(switching arc) 위에서 충전 가스를 폭파시키기 위해 부하 아래의 스위칭 조작 안에서 연소되는(burnt off) 자가-폭발 회로 차단기의 번-오프 노즐의 상태는 시간의 함수로서의 압력에 의존하여 결정된다.
본 방법에서, 번-오프 노즐의 상태는 시간의 함수인 압력으로부터 추론된다. 압력 프로파일(pressure profile)의 감지는 개방된 차단 챔버 및/또는 분해되는 차단 챔버를 가지는 자가-폭발 회로 차단기 없이 일어난다. 측정을 위해 필요한 압력 증가는 회로 차단기 스스로 안의 부피의 압축에 의하여 발생할 수 있는데, 예를 들어 자가-폭발 회로 차단기의 드라이브(drive)의 동작 아래에서 또는 다른 방식에 의해서이다. 이러한 경우, 일시적인 압력 프로파일은 노즐 시스템(nozzle system)의 유동 저항(flow resistance)에 의하여 영향을 받는다. 압력 프로파일의 감지는 조립된 자가-폭발 회로 차단기 위에서 일어나며, 상기 방법은 시간-효율 및 비용-효율이 실행될 수 있다. 회로 차단기는 자가-폭발 회로 차단기가 유지되는 시간의 짧은 기간 동안 단지 격리되어 왔다. 번-오프 노즐의 기하학적 구조는 압력파에 영향을 끼치며, 예를 들어 음파, 전기 부하(electric load) 없이 스위칭 조작이 있은 후 충전 가스 안에서 전달되는, 그리하여 압력 프로파일에 기초하고 번-오프 노즐의 번-오프가 매우 극심하여 자가-폭발 회로 차단기의 분해가 요구되는지 확실하게 결정될 수 있다.
번-오프 노즐의 상태는 시간 간격에서 스위칭 조작에 반응하여 감지되는 일시적인 압력 변화에 기초하여 결정된다. 압력 변화는 노즐 번-오프에 의존하여 다양하다. 가스 충전을 위한 기존 연결은 위치 측정으로 이용될 수 있다. 따라서 원 위치에서 직접적으로 표준 유지의 과정에서 노즐 시스템(nozzle system)의 점검을 실행하는 것이 가능하다.
시간의 함수로서 압력은 번-오프 노즐로부터 이격된 자가-폭발 회로 차단기의 충전 포트(filling port)에서 감지될 수 있다. 이 충전 포트는 자가-폭발 회로 차단기의 조립 상태에서 또한 쉽게 이용 가능하다. 측정은 필수적인 회로 차단기의 변경 없이 일어날 수 있다.
압력파가 일으키는 것과 함께 이 스위칭 조작은 전기 부하 없이 실행될 수 있다.
측정 및 평가는 진단 장치를 사용하여 자동적으로 실행될 수 있는데, 측정 실험으로 이동되고 이러한 목적을 위하여 개조되어야만 하는 자가-폭발 회로 차단기 없이 실행된다. 측정 및 평가는 조밀하고, 이동할 수 있는 진단 장치를 사용하여 실행될 수 있다. 이동할 수 있는 진단 장치의 압력 센서(sensor)는 압력 프로파일을 감지하는 자가-폭발 회로 차단기에 제거할 수 있게 설치될 수 있다.
본 방법에서, 자가-폭발 회로 차단기의 접점들의 접점 간격은 감지될 수 있다. 일시적인 압력 변화에서의 시간 간격은 접점 간격이 일어나는 시간에 의존하여 시작될 수 있는 노즐 번-오프에 관한 정보를 얻을 수 있다고 평가된다. 대신에 또는 추가적으로, 압력 프로파일의 데이터 준비(data acquisition)는 접점 간격이 일어나는 시간에 의존하여 시작될 수 있다.
자가-폭발 회로 차단기의 기계적 드라이브(drive)는 접점 간격을 감지하도록 조정될 수 있다. 이러한 목적을 위하여, 회전 각도 센서(rotation angle sensor)는 자가-폭발 회로 차단기의 구동 축(drive shaft) 위에 설치될 수 있다.
본 방법에서, 충전 가스의 압력 및 온도는 스위칭 조작이 작동되기 전에 감지될 수 있다. 일시적인 압력 변화의 시간 간격은 충전 가스의 감지되는 온도 및 감지되는 압력에 의존하여 시작될 수 있는 노즐 번-오프에 관한 정보를 얻기 위해 평가된다. 이러한 방법으로, 충전 가스 안에서의 음속의 변화 또는 음속은 고려될 수 있다. 음속은 번-오프 노즐의 기하학적 구조에 의하여 영향을 받는 압력 변화들이 측정 위치에서 감지될 수 있는 시간 간격에 영향을 미치는데, 예를 들면 자가-폭발 회로 차단기의 충전 포트이다. 시간 간격은 번-오프 노즐 및 측정 위치 사이의 거리를 고려하기 위하여, 자가-폭발 회로 차단기의 기하학적 구조에 의존하여 더 멀리 설치될 수 있다.
번-오프 노즐의 상태는 감지된 일시적인 압력 변화의 시간 간격에 의존하여 결정될 수 있다. 압력 변화의 표시가 노즐 번-오프에 의존하기 때문에, 번-오프 노즐의 상태는 단순한 과정에 의해 이러한 방식으로 확실하게 결정될 수 있다.
번-오프 노즐의 상태는 시간의 함수로서 감지된 압력의 스펙트럼 요소(spectral component)에 의존하여 결정될 수 있다. 스위칭 조작의 작동이 있은 후의 시간 간격에서 감지되는 압력 프로파일은 스펙트럼 분석(spectral analysis)의 대상이 될 수 있다. 예를 들어, 푸리에 변환(Fourier transformation)이 이행될 수 있다. 대신에 또는 추가적으로, 압력 프로파일은 발생할지도 모르는 바람직하지 않은 신호 요소(undesired signal components)를 억제하기 위하여 필터링(filtering)의 대상이 될 수 있는데, 예를 들어, 자가-폭발 회로 차단기의 측벽들 사이에서의 음파의 반사에 의한다.
번-오프 노즐의 상태의 결정은 자동적으로 및 컴퓨터 지원에 의하여(computer-aided) 일어날 수 있다. 이러한 목적을 위하여, 자가-폭발 회로 차단기의 조립 방식 및/또는 자가-폭발 회로 차단기를 감정하는 다른 정보는 사용자 입력에 의하여 진단 장치의 사용자 인터페이스(user interface)를 통하여 입력될 수 있다. 감지된 압력 프로파일에 의존하는 하나 이상의 특성 수량들(characteristic quantities)은 조립 방식을 위해 데이터 베이스(database)에 저장되는 특성 수량들과 비교될 수 있는데, 번-오프 노즐의 상태를 결정하기 위함이다. 일 배치 형태에서, 각각의 조립 방식을 위하여, 시간-종속적 압력 프로파일 곡선의 다수는 데이터 베이스에 저장될 수 있다. 자가-폭발 회로 차단기에서 감지된 압력 프로파일은 저장된 압력 프로파일 곡선들과 비교될 수 있는데, 번-오프 노즐의 번-오프가 요구되는 자가-폭발 회로 차단기의 시각적 검사 또는 교체의 규모로 발전되고 있는지를 결정하기 위함이다. 추가의 배치 형태에서, 감지된 압력 프로파일의 스펙트럼 요소는 이런 조립 방식을 위한 데이터 베이스에 저장되는 하나 이상의 임계 값과 비교될 수 있다. 이러한 방법에서, 번-오프 노즐의 번-오프가 요구되는 자가-폭발 회로 차단기의 시각적 검사 또는 교체의 규모로 발전되고 있는지 결정될 수 있다.
번-오프 노즐의 결정된 상태는 그룹(group)으로부터 선택될 수 있으며, 제1의 상태를 포함하고, 이는 자가-폭발 회로 차단기의 조작이 연속될 수 있도록 허용하며, 그리고 제2의 상태, 이는 자가-폭발 회로 차단기의 번-오프 노즐의 시각적 검사를 요구한다.
상기 방법은 진단 장치를 사용 하면서 실행될 수 있는데, 특별히 이동할 수 있는 진단 장치, 조립된 자가-폭발 회로 차단기 위에서 이다. 방법은 자가-폭발 회로 차단기의 차단 챔버의 개방 없이 비침습적으로 실행될 수 있다.
추가의 실시예에 따르면, 자가-폭발 회로 차단기를 위한 진단 장치는 명시된다. 진단 장치는 압력 데이터(data)를 수용하기 위한 인터페이스(interface)를 포함하는데 이는 자가-폭발 회로 차단기의 스위칭 조작에 반응하는 자가-폭발 회로 차단기의 적어도 일 영역에서의 시간의 함수로서 압력을 나타낸다. 진단 장치는 부하 아래의 스위칭 조작 안에서 연소되는 자가-폭발 회로 차단기의 블로우 오프(burnt off) 노즐의 상태, 압력 데이터에 의존하여, 결정하기 위해 형성되고 인터페이스에 연결되는 제어부를 포함한다. 진단 장치는 이동할 수 있는 진단 장치처럼 형성될 수 있다.
진단 장치와 함께 성취된 효과들은 방법과 함께 성취된 효과들에 일치한다.
진단 장치는 인터페이스에 분리할 수 있게 연결되도록 형성되는 압력 센서를 포함할 수 있다. 압력 센서는 자가-폭발 회로 차단기의 충전 포트를 설치하기 위해 형성된 연결 구조(coupling structure)를 가질 수 있다.
진단 장치는 접점 간격을 관찰하기 위한 다수의 추가의 센서들 또는 추가의 센서를 포함할 수 있다. 예를 들어, 진단 장치는 자가-폭발 회로 차단기의 구동 축의 회전 각도를 감지하기 위한 회전 각도 센서를 포함할 수 있다. 진단 장치는 접점 간격을 감지하기 위한 추가의 센서들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 회로 차단기에 의한 약전류의 중단은 관찰되거나 이용될 수 있다. 제어부는 추가의 센서에 연결되고 접점 간격의 시간의 함수인 시간 간격에서의 압력 변화에 의존하는 번-오프 노즐의 상태를 결정하기 위해 형성된다.
진단 장치는 메모리(memory)를 포함할 수 있으며, 여기에 제어부가 연결된다. 메모리는, 자가-폭발 회로 차단기의 다수의 조립 방식을 위하여, 스위칭 조작의 작동 후의 시간의 함수로서의 압력에 대한 각각의 정보를 포함할 수 있으며, 자가-폭발 회로 차단기에서 감지된 압력 프로파일을 자동적으로 평가하는 제어부 정보와 함께이다.
진단 장치는 모범적인 실시예에 따른 방법을 실행하도록 형성될 수 있다. 이러한 경우, 제어부는 감지된 압력 프로파일과 함께, 번-오프 노즐의 번-오프가 요구되는 자가-폭발 회로 차단기의 시각적 검사 또는 교체의 규모로 발전되고 있는지, 결정하기 위한 방법의 다양한 평가 단계를 실행할 수 있다.
충전 가스 안의 압력파를 일으키기 위해 작동되는 스위칭 조작은 닫힌 상태에서 개방 상태로 자가-폭발 회로 차단기를 변형시킬 수 있다. 스위칭 조작은 진단 장치에 의하여 작동될 수 있다.
자가-폭발 회로 차단기를 진단하기 위한 방법 및 장치들은 고-전압 네트워크 및 중-전압 네트워크에서 회로 차단기를 점검하는데 사용될 수 있다.
열리기 위한 자가-폭발 회로 차단기의 차단 챔버(interrupting chamber) 없이 평가될 수 있는 노즐 번-오프와 함께인 방법 및 장치를 제공한다. 기존의 유지 작업이 간단하게 포함될 수 있고 오직 적은 추가 비용 및 시간 소비를 수반할 수 있는 방법 및 장치를 제공한다.
본 발명의 목적은 설명된 문제점에 관한 개선을 방법 및 장치를 제공한다.
본 발명은 참조되는 도면과 함께 이하의 바람직한 실시예를 사용하여 설명된다.
도1은 모범적인 실시예에 따른 이동할 수 있는 진단 장치와 함께인 자가-폭발 회로 차단기의 개략도 이다.
도2는 모범적인 실시예에 따른 방법을 설명하기 위한 자가-폭발 회로 차단기의 아크 챔버(arcing chamber)의 단면도를 보여준다.
도3은 노즐 번-오프 없는 상태의 아크 챔버의 부분의 확대도를 보여준다.
도4는 더 심각한 노즐 번-오프와 함께인 상태에서의 아크 챔버의 부분의 확대도를 보여준다.
도5는 번-오프 노즐의 상태를 결정하기 위한, 모범적인 실시예에 따른 이동할 수 있는 진단 장치 및 방법들에서 평가되는 압력 프로파일을 보여준다.
도6은 번-오프 노즐의 상태를 결정하기 위한, 모범적인 실시예에 따른 이동할 수 있는 진단 장치 및 방법들에서 평가되는 압력 프로파일을 보여준다.
도7은 번-오프 노즐의 상태를 결정하기 위한, 모범적인 실시예에 따른 이동할 수 있는 진단 장치 및 방법들에서 평가되는 압력 프로파일을 보여준다.
도8은 노즐 번-오프 없는 접촉 핀(contact pin)의 다른 스피드를 위한 압력 프로파일을 보여준다.
도9는 더 심각한 노즐 번-오프와 함께인 접촉 핀의 다른 스피드를 위한 압력 프로파일을 보여준다.
도10은 모범적인 실시예에 따른 방법의 순서도를 보여준다.
이 도면에서, 유사한 또는 동일한 참조 부호는 유사한 또는 동일한 요소를 나타낸다.
모범적인 실시예에 따른 방법들 및 진단 장치들이 모범적인 배치 형태와 함께 자가-폭발 회로 차단기를 사용하면서 설명되는 반면, 방법들 및 진단 장치들은 다른 배치 형태들의 많은 수와 함께 자가-폭발 회로 차단기들 안에서 사용될 수 있다. 설명되는 자가-폭발 회로 차단기의 배치 형태들은 단지 자가-폭발 회로 차단기의 조작 원리를 설명하는 것처럼 이해된다. "자가-폭발 회로 차단기" 용어는 "자가-폭발 차단기"용어 또는 "자가-차단기"용어와 같이 이 기술 분야에서 일반적으로 사용되는 것처럼 같은 뜻으로 여기서 사용된다.
도1은 모범적인 실시예에 따른 이동할 수 있는 진단 장치(20)와 함께인 자가-폭발 회로 차단기(1)의 개략도 이다. 자가-폭발 회로 차단기(1)는 고-전압 네트워크(network) 또는 중-전압 네트워크를 위한 회로 차단기이다. 심지어 오직 일 자가-폭발 회로 차단기(1)가 설명되지만, 다수의 자가-폭발 회로 차단기들은 자가-폭발 회로 차단기들의 "베터리(battery)" 또는 결합된 배열에 결합될 수 있다. 이러한 경우, 이동할 수 있는 진단 장치(20)는 다수의 자가-폭발 회로 차단기의 각각을 위한 노즐 번-오프를 결정하기 위한 설명된 진단 기능들을 자동적으로 실행할 수 있는 설명된 진단 장치(20)를 자동적으로 실행할 수 있다.
자가-폭발 회로 차단기(1)는 하우징(2)을 지닌다. 제1의 접점(3) 및 제2의 접점(4)들은 하우징에서 제공된다. 자가-폭발 회로 차단기(1)의 닫힌 상태에서, 제1의 접점(3) 및 제2의 접점(4)들은 서로 접촉한다. 자가-폭발 회로 차단기(1)를 개방 상태로 변형시키기 위해서, 적어도 접점들 중 하나가 이동된다. 드라이브 로드(drive rod; 5)와 같은 기계적 요소들, 기어링(gearing)을 통하여 모터(motor)에 연결되는, 이 제공된다. 구동 축(6)은 드라이브 로드(5)를 통하여 접점들 중 어느 하나의 이동을 일으킬 수 있는데, 개방 상태로 자가-폭발 회로 차단기(1)를 변형시키기 위함이다. 예로써, 제2 의 접점(4)은, 이는 손가락 접점으로 형성될 수 있으며, 제1의 접점(3)에 관한 번-오프 노즐(11)과 함께 이동할 수 있으며, 이는 고정된 접촉 핀이 될 수 있다.
자가-폭발 회로 차단기(1)는 가스-충전 회로 차단기로 형성된다. 충전 가스는 하우징(2)의 내부(8)에 들어있다. 예, 육플루오르화황(sulfur hexafluoride)(SF6)은 충전 가스로 사용될 수 있고, 또는 충전 가스는 실질적으로 육플루오르화황으로 이루어질 수 있다. 다른 절연을 위한 및 냉각 가스가 사용될 수 있다. 자가-폭발 회로 차단기(1)가 전기 부하 아래에 있을 때, 자가-폭발 회로 차단기(1)는 개방 상태로 변형되고, 충전 가스는 제2의 접점(4)과 제1의 접점(3) 사이에서 타는 아크를 끈다. 이런 목적을 위하여, 충전 가스 또는 충전 가스의 혼합물 및 노즐 번-오프에 의하여 생산된 가스는 아크 위로 불어온다. 충전 가스는 아크가 불타는 장소의 부근에 위치된 개구(10)를 통하여 아크 위로 불어올 수 있다. 효율적인 압력 축적을 위하여, 번-오프 노즐(11)은 자가-폭발 회로 차단기(1)에서 제공된다. 번-오프 노즐(11)은 아크의 영향 아래에서 부분적으로 증발하는 절연 재료 또는 절연체로 만들어 진다. 이 과정은 또한 번-오프 노즐(11)의 "버닝-오프(burning-off)" 또는 "번-오프(burn-off)"로 불려진다. 결과적인 분압은 아크 위로 불어오는 충전 가스를 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 번-오프 노즐(11)은 폴리테트라플루오르에틸렌(polytetrafluoroethylene)(PTFE) 또는 다른 적절한 절연체로 만들어질 수 있다.
유지 작업을 위하여, 자가-폭발 회로 차단기(1)는 충전 포트(9)를 가지며, 재충전될 수 있는 충전 가스를 통한다. 다수의 자가-폭발 회로 차단기들이 자가-폭발 차단 회로의 베터리에 결합될 때, 공동의 충전 포트(9)가 제공될 수 있다. 충전 포트(9)는 자가-폭발 회로 차단기(1)의 길이 방향 축에 관하여 가로 방향으로 연장되는 하우징 구역에 제공될 수 있다. 충전 포트(9)는 제1의 접점(3) 및 제2의 접점(4)의 접점 영역을 둘러싸는 아크 챔버(arcing chamber)와 이격될 수 있다.
회로 차단기로서의 자가-폭발 회로 차단기의 사용은 낮은 드라이브를 사용하는 종래의 파퍼식 회로 차단기들을 뛰어넘는 장점을 가지고 있다. 추가적인 과압(overpressure)은, 아크 위로 충전 가스를 불기 위하여 사용되고 번-오프 노즐(11)의 증발에 의하여 생산되는, 충전 가스의 압축을 위하여 드라이브 에너지(drive energy)를 저장한다. 그러나, 스위칭 조작을 재개하기 위하여, 번-오프 노즐(11)은 오직, 충분한 번-오프 노즐(11)의 재료가 증발할 수 있을 때까지, 정도로만 태우도록 보장되어야 한다. 더욱이, 히팅 볼륨(heating volume) 안에서의 효율적인 압력 축적을 위하여, 노즐의 막힘이 존재하여야 하며, 이는 흐르는 전류와 비교하여 매우 큰 노즐의 지름과는 더 이상 불가능하다. 따라서, 번-오프 노즐(11)은 오직 히팅(heating) 위에서의 효율적인 압력 축적이 가능할 때까지 정도로만 태우도록 보장되어야 한다.
비침습적으로 번 오프 노즐(11)의 번-오프 상황을 결정할 수 있기 위해서, 본 발명의 모범적인 실시예에서 전기 부하 없는 자가-폭발 회로 차단기(1)가 개방 상태로 스위치(switched)되는 때, 일시적인 압력 프로파일은 감지되고 평가된다. 이렇게 해서, 압력파는 자가-폭발 회로 차단기(1)의 내부에서 발생하고, 충적 가스를 관통하여 음속으로 이동한다. 이러한 압력파들은 번-오프 노즐(11)의 기하학적 구조에 의하여 영향을 받는다. 예를 들어 충전 포트(9)에서, 측정 위치에서 일시적인 압력 프로파일을 기록함으로써, 그리고 그 후 평가함으로써, 번-오프 노즐의 상태가 추론될 수 있다.
충전 포트(9)에서의 스위칭 조작에 상응하여 발생하는 일시적인 압력 프로파일을 감지하기 위하여, 이동할 수 있는 진단 장치(20)가 사용된다. 이하에서 더 자세하게 설명할 때, 이동할 수 있는 진단 장치(20)는 전기 부하 없는 자가-폭발 회로 차단기(1)가 개방 상태로 스위치(switched)되는 때 측정 위치에서 발생하는 일시적인 압력 프로파일을 감지하기 위해 사용된다. 일시적인 압력 프로파일은 번-오프 노즐(11)의 상태를 결정하기 위해 평가된다. 상기 상태를 결정하기 위하여, 압력 프로파일에 의존하여, 차단 챔버로 접근하기 위하여 요구되는 자가-폭발 회로 차단기의 하우징(2)의 개방 정도로 까지 번-오프 노즐(11)이 이미 태우는지, 결정하는 것이 가능하다.
이동할 수 있는 진단 장치(20)는 압력 센서(pressure sensor; 22)를 포함할 수 있다. 압력 센서(22)는 충전 포트(9)에 부착될 수 있고, 이는 가스 연결로서 형성될 수 있다. 압력 센서(22)는 충전 포트(9)에 기계적 설치를 허용하는 기계적 연결 요소(24)를 가진다. 기계적 연결 요소는 충전 포트(9)에 기계적 설치를 가능하게 하는 충전 포트의 기하학적 구조가 될 수 있다. 압력 센서(22)는, 충전 포트(9)에 설치된 상태에서, 충전 포트(9)에서의 하우징(2)의 내부에 퍼지는 압력을 감지하도록, 형성된다. 압력 센서(22)는 높은 일시적 해상도(high temporal resolution)와 함께 일시적으로 해상되는 압력 감지를 보장하는 반응 시간을 가지도록 형성되는데, 예를 들면 몇의 1000분의 1초의 일시적인 해상도이다. 만약 충전 포트(9)가 역류 방지 밸브(nonreturn valve)와 함께 제공된다면, 압력 센서(22)는, 역류 방지 밸브를 개방함으로써, 상기 압력 센서(22)가 충전 포트(9)에서의 하우징(2)의 내부에 퍼지는 압력을 감지할 수 있도록 보장하는, 요소를 지닌다. 압력 센서(22)는 이동할 수 있는 측정 장치(21)의 인터페이스(interface; 26)에 연결된다. 압력 센서(22)는 이동할 수 있는 측정 장치(21)의 인터페이스(26)에 분리가 가능하도록 연결될 수 있다.
이동할 수 있는 진단 장치(20)는 이동할 수 있는 측정 장치(21)를 포함한다. 이동할 수 있는 측정 장치(21)는 하우징(2)의 내부에 퍼지는 시간의 함수로서 압력을 평가하기 위한 프로그래밍(programming) 면에서 형성되는 휴대용 컴퓨터(portable computer)로서 형성될 수 있는데, 번-오프 노즐(21)의 상태를 결정하기 위함이다. 이동할 수 있는 측정 장치(21)는 하나 이상의 프로세서(processor)를 포함하는 제어부(25)를 지닌다. 제어부(25)는 충전 포트(9)에서의 압력 프로파일을 나타내는 신호 또는 데이터(data)를 압력 센서(22)로부터 수용하기 위한 인터페이스에 연결된다. 제어부(25)는 스위칭 조작 후의 시간 간격에서의 압력 프로파일을 평가하기 위한 데이터를 처리한다. 예를 들면, 시간 간격은, 1000분의 몇 초, 1000분의 몇 십 초 또는 1000분의 몇 백 초의 기간을 지닐 수 있다. 제어부(25)는 감지된 압력 프로파일로부터 번-오프 노즐(11)의 상태를 자동적으로 추론하기 위한 다양한 처리 과정을 수행할 수 있다. 이러한 목적을 위하여, 제어부(25)는, 예를 들어, 계산에 의하여 압력 프로파일의 스펙트럼 요소들을 결정하거나 또는 시간 간격에서 압력 변화를 통합시킬 수 있다. 대체적으로 또는 추가적으로, 제어부(25)는 하나 이상의 참조 곡선과 함께 시간의 함수로서 압력 프로파일을 비교할 수 있다. 압력 프로파일의 평가에 의존하여, 제어부(25)는 번-오프 노즐(11)이 시각적 검사를 받도록 하기 위하여 자가 -폭발 회로 차단기(1)의 차단 챔버가 개방되어야 할 정도로 번-오프 노즐의 번-오프가 발전되고 있는지 자동적으로 결정할 수 있다.
이동할 수 있는 측정 장치(21)는 사용자 인터페이스(user interface; 29)를 지닌다. 압력 프로파일의 평가 결과는 사용자 인터페이스(29)를 통하여 제어부(25)에 의하여 출력될 수 있고/있거나 이동할 수 있는 측정 장치(21)의 메모리(memory; 27)에 저장될 수 있다.
다른 기하학적 구조 및 배치 형태와 함께 존재하는 자가-폭발 회로 차단기들을 고려하기 위하여, 사용자는 감지된 압력 프로파일의 자동적인 평가에서 제어부(25)에 의해 사용되고 자가-폭발 회로 차단기(1)에 관련된 사용자 인터페이스(29)를 통하여 정보를 입력할 수 있다. 예를 들어, 이동할 수 있는 측정 장치(21)는 사용자가 사용자 인터페이스(29)를 통하여 자가-폭발 회로 차단기의 표시법을 명시할 수 있도록 형성될 수 있는데, 예를 들면 미리 결정된 모델(model)의 그룹(group)으로부터 선택함으로써 가능하다. 메모리(27)는 제어부(25)가 번-오프 노즐(11)의 상태를 결정하기 위한 감지된 압력 프로파일을 평가할 수 있는 것과 함께 다른 모델들 또는 조립 방식 각각의 참조 데이터를 포함한다. 메모리(27)에 저장된 참조 데이터는 제어부(25)에 의하여 수행되는 감지된 압력 프로파일을 처리하는 것에 의존하여 다른 포맷(format)들을 가진다. 만약에, 예를 들어, 제어부(25)가 압력 프로파일의 스펙트럼 분석 또는 일시적인 집적에 의하여 감지된 압력 프로파일로부터 단일의 특정 수량을 결정한다면, 다수의 조립 방식 각각의 역치 각각을 위하여 메모리에 저장될 수 있다. 역치와 함께 압력 프로파일로부터 결정된 특정 수량의 비교에 기초하여, 제어부(25)는 자동적으로 자가-폭발 회로 차단기의 하우징(2)이 개방되어야 할 정도로 번-오프 노즐의 번-오프가 발전하였는지 결정할 수 있다. 만약에 제어부(25)가 감지된 압력 프로파일로부터 결정하였다면, 예를 들자면 압력 프로파일의 스펙트럼 분석에 의하여, 스펙트럼 요소에 일치할 수 있는 다수의 특정 수량에 의하여, 감지된 압력 프로파일을 평가할 수 있는 제어부(25)와 함께 다수의 조립 방식 각각의 다수의 역치들 각각을 위하여 메모리에 저장될 수 있다. 추가의 배치 형태에서, 특정의 일시적인 압력 프로파일의 자가-폭발 회로 차단기 각각의 다수의 조립 배치의 다수의 각각을 위하여 메모리(27)에 저장될 수 있다. 제어부(25)는 메모리(27)에 저장된 특정의 일시적인 압력 프로파일과 함께 시간 영역에서 감지된 압력 프로파일을 비교할 수 있는데, 자가-폭발 회로 차단기의 하우징(2)이 개방되어야 할 정도로 번-오프 노즐(11)의 번-오프가 발전되었는지 자동적으로 결정하기 위함이다.
대체적으로 또는 추가적으로, 이동할 수 있는 측정 장치(21)는 또한 점검되는 자가-폭발 회로 차단기 위에 있는 다수의 유지 절차에서 전기 부하 없는 스위칭 조작 후에 감지된 일시적인 압력 프로파일을 보관할 수 있다. 노즐 번-오프를 결정하기 위한 감지된 압력 프로파일의 평가는 자가-폭발 회로 차단기(1) 위의 조기의 유지 절차에서 감지된 압력 프로파일과 비교에 근거하여 발생할 수 있다. 다양한 감지된 압력 프로파일에 근거하여, 제어부(25)는 증가하는 번-오프 노즐(11)의 번-오프를 추론할 수 있고 자동적으로 자가-폭발 회로 차단기(1)의 차단 챔버가 개방되어야 하는지 결정할 수 있다. 각각의 자가-폭발 회로 차단기(1)의 과거 데이터에 기초한 진단에서, 사용자는 자가-폭발 회로 차단기(1)를 특출하게 식별하는 정보를 사용자 인터페이스(29)를 통하여 입력할 수 있다.
다수의 자가-폭발 회로 차단기들이 공동의 충전 포트를 지니는 베터리에 결합된다면, 제어부(25)는 다수의 자가-폭발 회로 차단기 각각을 위한 별도의 평가를 수행할 수 있다. 하우징의 내부에 있는 충전 포트에서 퍼지는 압력 변화는 다수의 자가-폭발 회로 차단기들이 개방 상태로 스위치 되는 것에 일반적으로 의존하는데, 이는 충전 가스 안의 압력파들이 상응하는 자가-폭발 회로 차단기의 노즐 지역에서부터 충전 포트로 다른 경로들로 이동하여야 하기 때문이다. 따라서, 충전 포트에서 상응하는 자가-폭발 회로 차단기의 스위치 조작에 대한 반응에서 감지된 압력 프로파일의 평가를 허용하는 자가 -폭발 회로 차단기들 데이터의 베터리의 다수의 자가-폭발 회로 차단기 각각을 위하여 메모리(27)에 저장될 수 있는데, 이는 상응하는 자가-폭발 회로 차단기의 번-오프 노즐의 상태를 결정하기 위함이다.
이동할 수 있는 진단 장치(20)는 추가의 요소들을 가질 수 있다. 시간 구간의 시작과 끝은, 하우징(2)의 내부에서 일시적인 압력 프로파일로부터 추론될 수 있는 번-오프 노즐(11)의 기하학적 구조에서, 스위칭 조작이 작동되는 때에 의존한다. 이 시간을 결정하기 위하여, 추가의 센서(23) 또는 다수의 추가의 센서들이 제공될 수 있다. 추가의 센서(23)는 자가-폭발 회로 차단기의 드라이브 감지할 수 있고 및/또는 전기적 저항, 전압 강하 또는 접점3과 4사이의 전류를 측정할 수 있다. 예를 들어, 추가의 센서(23)는 구동 축(6)의 회전각을 감자하는 회전 각도 센서로서 형성될 수 있다. 추가의 센서(23)는 이동할 수 있는 측정 장치(21)의 추가의 인터페이스(28)에 분리 가능하게 연결될 수 있다. 제어부(25)는 자가-폭발 회로 차단기의 접점들 3과 4의 접점 간격의 시간을 결정하기 위한 추가의 센서(23)에 의하여 감지된 데이터를 사용할 수 있다. 제어부(25)는 이 시간을 압력 프로파일의 기록을 시작하기 위해 사용할 수 있고 및/또는, 긴 간격의 시간을 넘어 압력 센서(22)에 의하여 감지된 압력 프로파일로부터, 스위칭 조작 후에 일시적인 압력 프로파일을 나타내는 부분을 선택하는데 사용될 수 있으며 번-오프 노즐(11)의 번-오프에 관한 정보를 제공한다.
도2-4는 자가-폭발 회로 차단기의 조립을 설명하는데, 모범적인 실시예에 따른 방법 및 이동할 수 있는 진단 장치가 사용될 수 있다. 도2-4는 자가-폭발 회로 차단기의 길이 방향 축을 따른 횡단면도를 보여준다.
자가-폭발 회로 차단기의 하우징(2) 내부에서, 압축 볼륨(compression volume; 15) 및 히팅 볼륨(heating volume; 16)이 제공된다. 압축 볼륨(15) 및 히팅 볼륨(16)은 역류 방지 밸브에 의하여 연결될 수 있다. 압축 볼륨(15) 및 히팅 볼룸(16)은 하우징(2)의 내부에서 형성된 가스 구획이다. 스위치의 접점들은 손가락 접점(4) 및 접점 핀(contact pin; 3)을 포함한다. 다른 접점의 배치 형태는 사용될 수 있다. 번-오프 노즐은, 절연체로 구성된, 손가락 접점(4)에 연결된다. 히팅 볼륨(16)은 유체 연결 안에 있고, 관을 통하여, 개구(10)와 함께, 거기에서, 예를 들어 자가-폭발 회로 차단 케이스(case) 안에서, 아크는 충전 가스의 흐름의 대상이 될 수 있다. 스위치의 설계에 의존하여, 다수의 관(12) 같은 것들 또한 제공될 수 있다.
자가-폭발 회로 차단기(1)이 개방 상태로 스위치 될 때, 스위칭 조작은 압축 볼륨(15)의 볼륨 감소를 일으킨다. 압축 볼륨(15) 및 히팅 볼륨(16)에서의 압력은 올라간다. 번-오프 노즐(11)의 노즐 지역이 손가락 접점(4) 및 접촉 핀(3) 사이의 상대적인 이동에 의하여 통제되지 않을 때, 흐름은 가스가 관(12)을 통하여 노즐 지역으로 흘러 들어가는 곳에서 시작된다. 스위칭 조작의 끝 무렵에, 정체점은 가스의 흐름이 히팅 볼륨(16)에서 흘러나와 관(12)을 통하여 노즐 지역으로 들어가는 곳에서 형성된다. 또한 자가-폭발 회로 차단기(1)의 내부에 있는 가스 볼륨의 이격된 지역에서, 충전 가스 안의 발생된 압력파는 일시적인 압력 변화를 초래한다. 이것은 측정 위치에서 감지될 수 있으며, 예를 들어 충전 포트(9)에서다.
도3 및 도4는 번-오프 노즐(11)에 의하여 형성된 노즐 지역의 확대된 횡단면도를 보여준다. 자가-폭발 회로 차단기(1)가 전기 부하 아래에서 개방 상태로 스위치 될 때, 접점 3 및 4 사이에서 불타는 아크는 아크 위로 충전 가스가 불도록 하기 위한 압력 증가를 지지하기 위하여 그것의 방사상으로 내부 지역에서 증발하기 위해 번-오프 노즐을 일으킨다. 번-오프 노즐(11)의 버닝-오프(burning-off) 때문에, 노즐 기하학적 구조는 방사상으로 넓어지는데, 화살표에 의해 도식적으로 설명되는 도3에서와 같다. 도4는 부하 아래에서의 다수의 스위칭 조작 후의 노즐 지역을 보여준다. 변화하는 노즐 기하학적 구조는 음파의 전파 또는 스위칭 조작이 있는 동안 충전 가스에서의 다른 압력파에 영향을 끼친다. 다른 압력 프로파일은, 번-오프 노즐(11)의 상태에 의존하는, 예를 들어 가스 불륨 안의 충전 포트(9)에서 관찰될 수 있으며, 감지된 압력 프로파일로부터 번-오프 노즐의 상태의 결정을 허용한다.
도5는 부하가 없는 개방 상태로의 스위칭 조작이 있은 후에 자가-폭발 회로 차단기(1)의 측정 위치에서 발생한 압력 프로파일을 개략적으로 보여준다. 이러한 경우, 파선에 의하여 설명된 압력 프로파일(41)은 노즐 번-오프 없는 시스템에 상응한다. 실선에 의해 설명되는 압력 프로파일은 번-오프 노즐(11)이 대략 8 단락 차단 인스턴스(short-circuit breaking instances) 후의 전형적인 자가-폭발 회로 차단기의 경우에 이를 정도로 방사상으로 연소되는 시스템에 상응한다.
도5는 자가-폭발 회로 차단기의 노즐 지역으로부터 이격된 측정 위치에서 발생하는 일시적인 압력 프로파일을 보여준다. 예를 들어, 측정 위치는 자가-폭발 회로 차단기의 축의 단부에 배열될 수 있다. 총 시간의 기간이 50 미리 초(ms)를 넘는 일시적인 행동이 설명된다. 설명된 압력 프로파일은 스위칭 조작에서 전형적인 접점의 스피드 및 전형적인 충전 압력을 위해 결정된다.
측정 위치에서 감지된 압력 프로파일은, 예를 들면 충전 포트(9)에서, 노즐이 연소되는 정도에 의존하는 실질적인 차이점을 보여준다. 스위칭 작동이 시작 때에, 노즐 번-오프가 없는 자가-폭발 회로 차단기에서의 일시적인 압력 프로파일(41) 및 노즐 번-오프와 함께인 자가-폭발 회로 차단기에서의 일시적인 압력 프로파일(42)은 시간의 함수로서 같은 프로파일을 보여준다. 노즐 번-오프가 없는 자가-폭발 회로 차단기에서의 압력 프로파일(41)은 나중에 증가하고 증가한 값 주변에 놓인다. 노즐 번-오프와 함께인 자가-폭발 회로 차단기 안의 압력 프로파일(42)은 완전히 다른 행동을 보여준다. 제1의 극대 값에 도달한 후에, 압력은 초기의 압력 이하로 내려가고, 이는 충전 압력에 상응한다. 본 예시의 두 개의 압력 프로파일 41 및 42 사이의 압력 차이는, 46에서 설명되는, 값에 도달하는데, 이는 몇의 1000분의 10초 또는 몇의 1000분의 1초 후에 발생하며, 예를 들면 대략 40 미리 초(ms) 이후에 발생한다. 오직 그 뒤에 압력 프로파일(42)은 노즐 번-오프와 함께인 자가-폭발 회로 차단기에서 증가하고 노즐 번-오프가 없는 자가-폭발 회로 차단기에서 압력 프로파일(41)은 도달한다.
다른 압력 프로파일들은 모범적인 실시 예들에 따른 이동할 수 있는 진단 장치들 및 방법들에서 자동적으로 감지될 수 있다. 이러한 목적을 위하여, 예를 들어, 압력 프로파일은, 스위칭 동작의 시작 후의 시간 간격(43)에서 감지된, 분석된다. 다양한 처리 과정들은 이러한 목적을 위해 수행될 수 있으며, 충전 압력에 대한 압력 변화의 일시적인 집적, 간격(43)에서의 스펙트럼 분석 및/또는 시간 간격(43)에서 감지되는 압력 프로파일(41 및 42)의 직접 비교와 같은 것들이다. 시간 간격의 시작 시간(44) 및 종료 시간(45)은 접점 간격이 발생하는 시간 tT에 의존하여 설정될 수 있다. 자가-폭발 회로 차단기의 접점 3 및 4의 전극 번-오프는 여기에서 고려될 수 있다. 대체적 또는 추가적으로, 시간 간격(43)은 또한 충전 가스 안의 음속에 의존하고 자가-폭발 회로 차단기의 기하학적 구조에 의존하여 설정될 수 있다. 이러한 방식에 따라, 노즐 지역으로부터 측정 위치로의 압력파의 전파 시간은, 예를 들어 충전 포트(9)로, 고려될 수 있다.
번-오프 노즐의 상태에 의존하는 다른 일시적인 압력 프로파일은 또한 자가-폭발 회로 차단기의 파라미터(parameter)들에서 다양하게 관찰될 수 있는데, 예를 들면 다른 충전 압력을 위해서, 다른 접점 스피들 또는 다른 전극 번-오프 이다. 모범전인 실시예에 따른 방법 및 장치들은 또한 이 기술 분야에서의 사용에서 변화하는 경계 조건을 고려하면서 사용될 수 있는데, 충전 압력 파동, 전극 번-오프 또는 접점 속도의 변화와 같은 것이다. 이러한 파라미터들이 오직 약하게 측정 위치에서의 압력 프로파일에 영향을 끼치는 동안, 예를 들면 충전 포트에서, 전기 부하 없는 스위칭 조작에 대응하여 발생하고, 일시적인 압력 프로파일은 노즐 번-오프에 의존하여 실질적인 차이를 보인다.
도6 및 도7은 압력 프로파일을 보여주는데, 이는 부하 없는 개방 상태로의 스위칭 조작 후의 자가-폭발 회로 차단기(1)의 측정 위치에서 발생한다. . 이러한 경우, 파선에 의하여 설명된 압력 프로파일(51 및 56)은, 각각, 노즐 번-오프 없는 시스템에 상응한다. 실선에 의해 설명되는 압력 프로파일(52 및 57)은, 각각, 번-오프 노즐(11)이 대략 8 단락 차단 인스턴스(short-circuit breaking instances) 후의 전형적인 자가-폭발 회로 차단기의 경우에 이를 정도로 방사상으로 연소되는 시스템에 상응한다. 총 시간의 기간이 50 미리 초(ms)를 넘는 일시적인 행동이 설명된다. 곡선은 스위칭 조작에서의 전형적인 개폐 속도(contact speed)를 위하여 결정된다.
도5에서 설명되는 압력 프로파일과는 대조적으로, 도6 및 도7에서 설명되는, 다른 충전 압력을 위한 압력 프로파일들이, 결정된다. 노즐 번-오프 없는 자가-폭발 회로 차단기를 위한 도6에서 설명된 압력 프로파일(51) 및 노즐 확대와 함께인 자가-폭발 회로 차단기를 위한 압력 프로파일(52)들은 도4의 충전 압력(40) 보다 더 큰 충전 압력(50)을 위하여 결정된다. 노즐 번-오프 없는 자가-폭발 회로 차단기를 위한 도7에서 설명되는 압력 프로파일(56) 및 노즐 확대와 함께인 자가-폭발 회로 차단기를 위한 압력 프로파일(57)들은 도4의 충전 압력(40) 및 도5의 충전 압력(50) 보다 큰 충전 압력(55)을 위하여 결정된다.
번 오프 노즐의 상태에 의존하는 압력 프로파일에서의 실질적인 차이들은, 도5를 참조하여 설명되는, 다양한 충전 압력을 위해 관찰될 수 있다. 낮은 노즐 번-오프와 함께이거나 또는 함께이지 않은 시스템을 위해 감지된 압력 프로파일은 더 심각한 노즐 번-오프와 함께인 시스템을 위해 감지된 압력 프로파일로부터 신뢰할 수 있게 차별화 될 수 있는데, 예를 들면 다수의 단락 차단 인스턴스 후 이다. 감지된 압력 프로파일에 기초한 노즐 번-오프의 비침습적 결정은 충전 압력의 변화에 견고하다.
개폐 속도(contact speed)의 변화는, 스위칭 조작에서의 자가-폭발 회로 차단기의 접점들(3 및 4)이 서로에 관하여 이동하는 것과 함께, 측정 위치에서 일시적인 압력 프로파일의 행동에 영향을 끼친다. 특성 차이는, 노즐 번-오프와 함께인 자가-폭발 회로 차단기 및 노즐 번-오프와 함께하지 않는 자가-폭발 회로 차단기 사이에서의 스위칭 조작에 대응하는 일시적인 압력 프로파일에서 존재하는, 다른 개폐 속도를 위하여 관찰될 수 있다.
도8 및 도9는 스위칭 조작이 다른 개폐 속도와 함께 발생할 때 측정 위치에서의 일시적인 압력 프로파일을 설명한다. 총 시간의 기간이 50 미리 초(ms)를 넘는 일시적인 행동이 설명된다. 압력 프로파일은 전형적인 충전 압력(60)을 위해 결정된다.
도8은 노즐 번-오프 없는 자가-폭발 회로 차단기를 위한 측정 위치에서의 일시적인 압력 프로파일을 보여준다. 압력 프로파일(61)은, 파선으로 설명된, 측정 위치에서 스위칭 조작에서의 전형적인 개폐 속도를 위해 결정된다. 압력 프로파일(63)은, 점선으로 설명된, 측정 위치에서 압력 프로파일(61)에서의 개폐 속도 보다 대략 40% 더 큰 개폐 속도를 위해 결정된다.
도9는 4미리미터(mm)의 노즐 직경의 확장의 결과를 초래하는 노즐 번-오프와 함께인 자가-폭발 회로 차단기를 위한 측정 위치에서의 일시적인 압력 프로파일을 보여준다. 압력 프로파일(62)은, 실선으로 설명된, 측정 위치에서 스위칭 조작에서의 전형적인 개폐 속도를 위하여 결정된다. 압력 프로파일(64)은, 쇄선으로 설명된, 측정 위치에서 압력 프로파일(62)에서의 개폐 속도 보다 대략 40% 더 큰 개폐 속도를 위해 결정된다.
개폐 속도는 측정 위치에서 감지된 시간의 함수로서 압력에 영향을 끼친다. 노즐 번-오프가 없는 자가-폭발 회로 차단기의 경우, 낮은 개폐 속도를 위한 압력 프로파일(61)은 초기에 높은 개폐 속도를 위한 압력 프로파일(63) 보다 덜 가파른 상승을 나타낸다. 두 경우 모두, 압력 프로파일은 진동을 나타내고, 마지막에는 증가된 값에서 같은 수준으로 고르게 된다. 노즐 번-오프가 함께인 자가-폭발 회로 차단기의 경우, 높은 개폐 속도를 위한 압력 프로파일(64)은 낮은 개폐 속도를 위해 결정된 압력 프로파일(62) 보다 더 가파른 상승을 나타낸다. 높은 개폐 속도를 위한 압력 프로파일(64)에서의 그 이후 압력 강하 또한 더 확연하고 낮은 개폐 속도를 위한 압력 프로파일(62) 보다 더 빠르게 발생한다.
자가-폭발 회로 차단기의 개폐 속도가 측정 위치에서의 일시적인 압력 프로파일에서 가지는 영향에도 불구하고, 낮은 노즐 번-오프와 함께이거나 또는 없는 자가-폭발 회로 차단기의 경우에서의 일시적인 압력 프로파일과 더 심각한 노즐-번 오프와 함께인 자가-폭발 회로 차단기 사이의 특성 차이는 여전히 남아있다. 감지된 압력 프로파일에 기초한 노즐 번-오프의 비-침습적인 결정은 또한 다른 개폐 속도와 함께 자가-폭발 회로 차단기의 경우에서 확실하게 수행될 수 있다.
자가-폭발 회로 차단기 위에서의 추가의 연구는 측정 위치에서 감지된 압력 프로파일들에 오직 약하게 영향을 끼치는 자가-폭발 회로 차단기(1)의 제2의 접점(4) 및/또는 제1의 접점(3)의 전극 번-오프를 보여준다. 노즐 번-오프와 함께인 자가-폭발 회로 차단기 및 노즐 번-오프 없는 자가-폭발 회로 차단기 사이에서의 스위칭 조작에 대응하는 일시적인 압력 프로파일에 존재하는 특성 차이는 자가-폭발 회로 차단기의 접점들(3및 4)이 노즐 번-오프에 의하여 변하는 때 관찰될 수 있다. 감지된 압력 프로파일에 기초한 노즐 번-오프의 비침습적인 결정은 또한 다른 전극 번-오프가 보이는 자가-폭발 회로 차단기의 경우에서 확실하게 수행될 수 있다.
도10은 모범적인 실시예에 따른 방법(70)은 순서도이다. 방법은 도1을 참조하여 설명된 이동할 수 있는 진단 장치(20)에 의하여 자동적으로 수행될 수 있다. 방법(70)은 조립된 자가-폭발 회로 차단기의 유지 동안 수행될 수 있다. 이러한 목적을 위하여, 이동할 수 있는 진단 장치(20)은 자가-폭발 회로 차단기가 격리된 후에 자가-폭발 회로 차단기 위에 설치될 수 있다.
71에서 전기 부하 없는 자가-폭발 회로 차단기의 스위칭 조작이 작동된다. 스위칭 조작에서, 자가-폭발 회로 차단기는 닫힌 상태에서 개방 상태로 스위치 될 수 있다.
72에서 스위칭 조작에 대응하여 결과를 낳는 시간-의존 압력 프로파일은 측정 위치에서 감지된다. 측정 위치는 충전 가스와 함께 자가-폭발 회로 차단기를 충전하기 위한 충전 포트가 될 수 있다.
73에서 감지된 압력 프로파일은 평가된다. 이러한 목적을 위하여, 시간 영역에서 감지된 압력 프로파일은 이동할 수 있는 진단 장치(20)에 저장된 적어도 어느 하나의 기준 곡선과 비교될 수 있는데, 번-오프 노즐의 상태를 결정하기 위함이다. 대체적 또는 추가적으로 스위칭 조작의 작동 후의 시간 간격에서 감지된 압력 프로파일은 번-오프 노즐의 상태를 결정하기 위한 다양한 데이터 처리 과정을 대상으로 할 수 있다. 예를 들면, 시간 간격에서 충전 압력에 대한 압력 변화는 시간 간격 동안 측정 위치에서의 압력이 증가하는지 또는 감소하는지를 확실히 결정하기 위해 시간을 넘어 집적될 수 있다. 대체적 또는 추가적으로, 압력 프로파일의 주파수 스팩트럼은, 시간 간격 동안 압력 프로파일을 나타내는, 결정될 수 있다. 일시적인 압력 프로파일이 평가되기 위한 시간 간격의 시작 시간 및 종결 시간은 스위칭 조작에서 자가-폭발 회로 차단기의 접점 간격의 시간에 의존하여 설정될 수 있는데, 71에서 작동된다. 회로 차단기의 기하학적 구조 및 충전 가스에서의 음속은 시간 간격의 설정을 고려할 수 있다. 감지된 압력이 노즐 번-오프에 관한 정보를 확실히 제공할 수 있는 적절한 시간 간격의 시작 시간은 압력파의 전파 시간 및 접점 간격의 시간으로부터 결정될 수 있고, 이는 음속 및 노즐 지역 사이의 거리의 길이 및 측정 위치에 의존된다. 측정 위치에서의 일시적인 압력 프로파일은, 노즐 번-오프에 관한 정보를 제공할 수 있는, 1000분의 몇 10초에서 몇 초 사이의 시간에서 사라질 수 있다. 따라서, 일시적 압력 프로파일이 평가되기 위한 시간 간격은 일 초 보다 더 작은, 500미리 초(ms)보다 작은, 특별히 100미리 초(ms) 보다 작은 기간을 가질 수 있다. 압력 프로파일의 관찰 및 평가는 더 긴 시간 간격들을 넘어서 발생할 수 있다. 도5-9를 참조하여 설명할 때, 그러나, 번-오프 노즐의 상태는 이미 관찰될 수 있는 일시적 행동으로부터 추론될 수 있고, 예를 들어, 50미리 초(ms) 시간의 기간이다.
73에서 압력 프로파일의 평가에 의존하는, 번-오프 노즐이 있는 상태가 무엇인지, 74-76에서 결정될 수 있다. 이러한 경우, 방법(70)을 위해 설명된 바에 따르면, 자가-폭발 회로 차단기의 분해가 요구되는지 결정될 수 있다. 74에서 노즐 번-오프가 역치 값 보다 더 큰지 결정될 수 있다. 이러한 목적을 위해, 일시적인 압력 프로파일로부터 73에서 결정된 특정 수량이 역치 값과 비교될 수 있다.
만약 74에서 번-오프 노즐의 시각적 검사를 위해 자가-폭발 회로 차단기의 차단 챔버가 개방되어야 할 정도로 노즐 번-오프가 아직 발전되지 않았다고 결정된다면, 상응하는 진단 결과는 75에서의 출력이 될 수 있다. 예를 들면, 자가-폭발 회로 차단기의 분해가 요구되지 않는다는 정보는 사용자 인터페이스를 통해 출력이 될 수 있다.
만약 74에서 번-오프 노즐의 시각적 검사를 위해 자가-폭발 회로 차단기의 차단 챔버가 개방되어야 할 정도로 노즐 번-오프가 아직 발전되었다고 결정된다면, 상응하는 진단 결과는 76에서의 출력이 될 수 있다. 예를 들면, 자가-폭발 회로 차단기가 분해되어야 한다는 정보는 사용자 인터페이스를 통해 출력이 될 수 있다.
77에서 이동할 수 있는 진단 장치에 의한 압력 프로파일 측정의 기록은 발생할 수 있다. 이러한 목적을 위하여, 스위칭 조작의 작동 후 측정 위치에서 감지된 일시적인 압력 프로파일 및/또는 일시적 압력 프로파일로부터 결정된 특정 수량은 이동할 수 있는 진단 장치의 메모리(memory)에 저장될 수 있다. 압력 프로파일 측정 및/또는 관련된 기록이 성취될 수 있다.
이동할 수 있는 진단 장치는 방법의 재개된 수행을 위한 추가의 자가-폭발 회로 차단기 위에 설치되고 방법이 수행된 후의 자가-폭발 회로 차단기로부터 제거될 수 있다. 따라서, 다수의 자가-폭발 회로 차단기를 위하여, 상응하는 자가-폭발 회로 차단기가 유지되는 동안, 각각의 경우에서 번-오프 노즐의 상태가 결정될 수 있다.
모범적인 실시예들이 도면을 참조하여 설명될 때, 추가의 모범적인 실시예에서 변경이 수행될 수 있다.
예를 들어, 방법들 및 이동할 수 있는 진단 장치들은 또한 공동의 충전 포트 및/또는 공동의 구동 축을 가지는 자가-폭발 회로 차단기의 "베터리" 또는 배열에서 다수의 자가-폭발 회로 차단기들이 결합될 때 사용될 수 있다. 이런 경우에, 다른 회로 차단기들은 구동 축에 의하여 병렬적으로 개방 상태로 스위치 된다. 측정 위치로서 충전 포트에서 각각 측정된 일시적인 압력 프로파일은 다수의 자가-폭발 회로 차단기의 각각을 위한 번-오프 노즐의 상태를 결정하기 위하여 평가될 수 있다.
추가의 센서들은 자가-폭발 회로 차단기의 진단을 수행하기 위하여 사용될 수 있다. 예를 들면, 저항, 자가-폭발 회로 차단기의 접점들 사이의 전압 강하 또는 전류는 접점 간격이 발생하는 시간을 결정하기 위하여 측정될 수 있다. 따라서 결정된 시간에 의존하여, 측정 위치에서 감지된 압력 프로파일의 기록은 작동될 수 있고 및/또는 시간 간격은, 감지된 압력 프로파일이 추가로 평가되기 위하여, 설정될 수 있다.
자가-폭발 회로 차단기가 분해되는지 및 번-오프 노즐의 검사를 위하여 하우징이 개방되는지를 오직 결정하는 진단이 수행되는 동안, 진단은 또한 양적으로 번-오프 노즐의 상태를 결정할 수 있다. 예를 들면, 측정 위치에서 진단에 의해 감지되는 일시적인 압력 프로파일은 또한 노즐 번-오프를 양적으로 결정하기 위한 평가될 수 있다. 이러한 목적을 위해, 비교는 특성 도표 또는 다른 테이블(table)들로 만들어질 수 있고, 자가-폭발 회로 차단기의 각각의 조립 방식을 위하여 노즐 번-오프에 의존하는 압력 프로파일 결과는 저장된다.
모범적인 실시예에 따른 진단 장치 및 방법들의 목적과 함께, 자가-폭발 회로 차단기의 번-오프 노즐의 상태는 자가-폭발 회로 차단기 위에서 유지의 과정에서 비-침습적으로 결정될 수 있다. 시간- 및 비용- 워크샵(workshop)에서의 자가-폭발 회로 차단기의 하우징의 집중적인 개방이 피해질 수 있다. 방법 들 및 진단 장치들은 자가-폭발 회로 차단기의 다음 검사가 확실히 결정될 수 있는 때까지 또는 시대 수명과 함께인 수단을 제공하고 그러므로 전기 에너지 공급에서 자가-폭발 회로 차단기의 효율적인 사용이 보증된다.
자가-폭발 회로 차단기들은 높고- 및 추가의-높은 전압 레벨(level)의 전기 에너지 공급 네트워크에서 오늘날 널리 사용된다. 따라서 본 발명의 모범적인 실시예들은 네트워크 사업자 또는 에너지 공급자의 서비스 전략 및 유지를 지원할 수 있다.

Claims (20)

  1. 자가-폭발 회로 차단기를 진단하는 방법에 있어서,
    상기 자가-폭발 회로 차단기(1)의 충전 가스 안의 압력파를 나타내기 위한 상기 자가-폭발 회로차단기의 스위칭 조작을 작동하는 단계,
    스위칭 조작에 대응하여 자가-폭발 회로 차단기(1)의 적어도 어느 하나의 지역에서 시간의 함수(41, 42; 51, 52; 56, 57; 61-64)로서 압력을 감지하는 단계, 및
    스위칭 아크 위로 충전 가스를 불기 위하여 부하 아래의 스위칭 조작에서 연소되는 상기 자가-폭발 회로 차단기(1)의 번-오프 노즐(11)의 상태를 결정하는 단계를 포함하고,
    상기 번-오프 노즐(11)의 상기 상태는 시간의 함수(41, 42; 51, 52; 56, 57; 61-64)로서 상기 압력에 의존하여 결정되는, 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 번-오프 노즐(11)의 상기 상태는 시간의 함수(41, 42; 51, 52; 56, 57; 61-64)로서 상기 압력에서 일시적인 압력 변화에 기초하여 결정되고, 시간 간격(43)에서의 스위칭 조작에 대응하여 감지되는, 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    시간의 함수(41, 42; 51, 52; 56, 57; 61-64)로서 상기 압력은 상기 충전 가스의 재충전을 위한 상기 자가-폭발 회로 차단기(1)의 충전 포트(9)에서 감지되고, 상기 번-오프 노즐(11)로부터 이격되는, 방법.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 자가-폭발 회로 차단기(1)의 접점들(3,4)의 접점 간격을 감지하는 단계를 더 포함하고,
    상기 시간 간격(43)은 상기 접점 간격이 발생하는 시간에 의존하여 설정되는, 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 자가-폭발 회로 차단기(1)의 기계적 드라이브(5,6) 및/또는 상기 자가-폭발 회로 차단기(1)의 상기 접점들(3,4)의 전기 접속은 상기 접점 간격을 감지하기 위하여 관찰되는, 방법.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 스위칭 조작이 작동되기 전에 상기 충전 가스의 온도 및 압력(40; 50; 60)을 감지하는 단계를 더 포함하고,
    상기 시간 간격(43)은 상기 스위칭 조작을 작동하기에 앞서 감지된 상기 충전 가스의 상기 온도 및 상기 압력(40; 50; 60)에 의존하여 설정되는, 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 시간 간격(43)은 상기 자가-폭발 회로 차단기(1)의 기구학적 구조에 더 의존하여 설정되는, 방법.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 번-오프 노즐(11)의 상기 상태는 상기 감지된 일시적인 압력 변화의 시간 적분에 의존하여 결정되는, 방법.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 번-오프 노즐(11)의 상기 상태는 시간의 함수(41, 42; 51, 52; 56, 57; 61-64)로서 상기 감지된 압력의 적어도 어느 하나의 스펙트럼 요소에 의존하여 결정되는, 방법.
  10. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 자가-폭발 회로 차단기와 관련된 정보와 함께인 사용자 입력을 수용하는 단계를 더 포함하고,
    상기 번-오프 노즐(11)의 상기 상태는 시간의 함수(41, 42; 51, 52; 56, 57; 61-64)로서 상기 압력에 의존하고 상기 사용자 입력에 기초하여 수행되는 데이터베이스 질의에 의존하여 결정되는, 방법.
  11. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 번-오프 노즐(11)의 상기 결정된 상태는 제1의 상태로부터 선택되고, 상기 자가-폭발 회로 차단기(1)의 조작이 연속되도록 허용하며, 제2의 상태는, 상기 자가-폭발 회로 차단기(1)의 상기 번-오프 노즐(11)의 시각적 검사를 요구하는, 방법.
  12. 자가-폭발 회로 차단기(1)을 위한 진단 장치로서,
    상기 자가-폭발 회로 차단기(1)의 스위칭 조작에 대응한 상기 자가-폭발 회로 차단기(1)의 적어도 어느 하나의 지역에서 시간의 함수(41, 42; 51, 52; 56, 57; 61-64)로서 압력을 나타내는 수용된 압력 데이터를 위한 인터페이스(26), 및
    상기 인터페이스(26)에 연결되고, 상기 압력 데이터에 의존하여, 부하 아래에서의 스위칭 조작에서 연소되는 상기 자가-폭발 회로 차단기(1)의 번-오프 노즐(11)의 상태를 결정하도록 형성되는 제어부(25),
    를 포함하는 진단 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 인터페이스에 연결되도록 형성된 압력 센서(22)를 포함하고,
    상기 압력 센서(22)는 상기 자가-폭발 회로 차단기(1)의 충전 포트(9)에 설치되도록 형성된 연결 구조를 가지는, 진단 장치.
  14. 제12항 또는 제13항에 있어서,
    상기 자가-폭발 회로 차단기(1)의 구동 축(5)의 회전 각도를 감지하기 위한 회전 각도 센서(23)를 포함하고,
    상기 제어부(25)는 상기 회전 각도 센서(23)에 연결되고 상기 감지된 회전 각도의 함수인 시간 간격(43)에서의 압력 변화에 의존하는 상기 번-오프 노즐(11)의 상기 상태를 결정하도록 형성되는, 진단 장치.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 제어부(25)는 상기 압력 데이터에 의해 나타나는 시간의 함수(41, 42; 51, 52; 56, 57; 61-64)로서 압력에서의 일시적인 압력 변화에 기초한 상기 번-오프 노즐의 상기 상태를 결정하도록 형성되고, 상기 일시적인 압력 변화는 시간 간격(43)에서의 스위칭 조작에 대응하여 발생하는, 진단 장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 진단 장치는 충전 가스의 재충전을 위해 상기 자가-폭발 회로 차단기(1)의 충전 포트(9)에서 시간의 함수(41, 42; 51, 52; 56, 57; 61-64)로서 상기 압력을 감지하기 위해 형성되고, 상기 번-오프 노즐(11)로부터 이격되는, 진단 장치.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 시간 간격(43)은 상기 자가-폭발 회로 차단기(1)의 접점들(3,4)의 접점 간격이 발생하는 시간에 의존하여 설정되는, 진단 장치.
  18. 제15항에 있어서,
    상기 시간 간격(43)은 상기 스위칭 조작을 작동하기에 앞서 감지된 충전 가스의 온도 및 압력(40; 50; 60)에 의존하여 설정되는, 진단 장치.
  19. 제15항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어부(25)는 감지된 상기 일시적인 압력 변화의 시간 적분에 의존하여 상기 번-오프 노즐(11)의 상기 상태를 결정하도록 형성되는, 진단 장치.
  20. 제12항에 있어서,
    제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 상기 방법을 수행하기 위하여 형성되고 이동할 수 있는 진단 장치로서 형성되는, 진단 장치.

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