KR102063769B1 - 디지털 계전기용 가변 채널 블록 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 디지털 계전기에 있어서 전기량 계측 입력신호의 입력 채널 수를 변화시킬 수 있는 디지털 계전기용 가변 채널 블록을 제공하려는 것으로서, 본 발명에 따른 디지털 계전기용 가변 채널 블록은, 아날로그 전기량 검출 신호의 전달 경로 주변에 형성되는 자기장에 따라서 디지털 출력신호를 제공하는 자기 센서; 상기 자기 센서가 출력하는 디지털 출력신호에 의해 동작하여 인에블 신호를 출력하는 와치 독 타이머; 및 상기 와치 독 타이머의 인에블 신호에 의해 인에이블 되었을 때, 하나의 디지털 입력 채널을 형성하여 상기 아날로그 전기량 검출 신호를 디지털 전기량 검출 신호로 변환하여 상기 디지털 계전기의 중앙처리장치에 제공하는 아날로그-디지털 변환기;를 포함한다.

Description

디지털 계전기용 가변 채널 블록{VARIABLE CHANNEL BLOCK FOR DIGITAL RELAY}
본 발명은 디지털 계전기에 관한 것으로서, 특히 디지털 계전기에 있어서 전기량 계측 입력신호의 입력 채널 수를 변화시킬 수 있는 디지털 계전기용 가변 채널 블록에 관한 것이다.
(특허문헌 1) KR10-1044506 B1
특허문헌 1로 개시된 바와 같은 종래기술에 따른 디지털 계전기는 전기량 검출신호의 입력 채널이 고정되어 있어 확장성이 없는 문제점이 있다.
또한 입력 채널의 고정성 문제를 멀티플렉서의 추가 구성으로 해결하는 경우 멀티플렉서 출력의 동기화가 곤란한 문제가 있다.
또한 입력 채널의 고정성 문제를 프로그램에 의해 소프트웨어적으로 처리하는 경우 프로그램에 버그(bug)의 존재로 인해 전기량 검출과 처리에 신뢰성이 저하될 수 있는 문제점이 있었다.
따라서 본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해소하는 것으로서, 본 발명의 목적은 입력신호가 있을 때만 확장 입력채널을 제공하는 디지털 계전기용 가변 채널 블록을 제공하는 것이다.
상기 본 발명의 목적은, 디지털 계전기용 가변 채널 블록에 있어서,
전기량 검출 신호의 전달 경로 주변에 형성되는 자기장에 따라서 출력신호를 제공하는 자기 센서;
상기 자기 센서의 출력단에 접속되어, 상기 자기 센서가 출력하는 디지털 출력신호에 의해 동작하여 인에블(enable) 신호를 출력하는 와치 독 타이머(WATCH DOG TIMER); 및
상기 와치 독 타이머의 출력단과 접속되어, 상기 와치 독 타이머의 인에블 신호에 의해 인에이블 되었을 때, 하나의 디지털 입력 채널을 형성하여 상기 아날로그 전기량 검출 신호를 디지털 전기량 검출 신호로 변환하여 상기 디지털 계전기의 중앙처리장치에 제공하는 아날로그-디지털 변환기;를 포함하는 본 발명에 따른 디지털 계전기용 가변 채널 블록을 제공함으로써 달성될 수 있다.
본 발명에 따른 디지털 계전기용 가변 채널 블록은, 전기량 검출 신호의 전달 경로 주변에 형성되는 자기장에 따라서 출력신호를 제공하는 자기 센서와, 자기 센서가 출력하는 출력신호에 의해 동작하여 인에블(enable) 신호를 출력하는 와치 독 타이머와, 와치 독 타이머의 인에블 신호에 의해 인에이블 되었을 때, 하나의 디지털 입력 채널을 형성하여 상기 아날로그 전기량 검출 신호를 디지털 전기량 검출 신호로 변환하여 상기 디지털 계전기의 중앙처리장치에 제공하는 아날로그-디지털 변환기를 포함하게 구성되므로, 전기량 검출 신호의 입력이 있을 때만 전기량 검출 신호를 디지털 계전기의 중앙처리장치에 제공하는 입력채널이 형성되어, 입력채널의 확장성을 제공할 수 있고 입력채널의 활용이 효율적인 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 가변 채널 블록을 포함하는 디지털 계전기 회로 구성을 보여주는 블록 도이고,
도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 가변 채널 블록의 상세 구성을 보여주는 상세 블록 도이다.
상술한 본 발명의 목적과 이를 달성하는 본 발명의 구성 및 그의 작용효과는 첨부한 도 1 내지 도 2를 참조한 본 발명의 바람직한 실시 예에 대한 이하의 설명에 의해서 좀 더 명확히 이해될 수 있을 것이다.
먼저, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 가변 채널 블록을 포함하는 디지털 계전기 회로 구성을 보여주는 블록 도인 도 1을 참조하여 설명한다.
도 1을 참조할 수 있는 바와 같이 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 가변 채널 블록(40)은 디지털 계전기(100)에 부설되고 제어기(20)와 접속되게 구성될 수 있다.
또한 도 1에 도시된 바와는 달리 본 발명의 다른 실시 예에 따른 상기 가변 채널 블록은 상기 디지털 계전기의 외부에 위치하여 상기 디지털 계전기에 접속될 수 있다.
도 1에 있어서 부호 IPhsA는 4극(4상) 교류회로에 있어서 A상(일명 R상) 전류 검출 신호를 나타내고 부호 IPhsB는 4극(4상) 교류회로에 있어서 B상(일명 S상) 전류 검출 신호를 나타내며 부호 IPhsC는 4극(4상) 교류회로에 있어서 C상(일명 T상) 전류 검출 신호를 나타내고 부호 INeut는 4극(4상) 교류회로에 있어서 N상(일명 중성 극) 전류 검출 신호를 나타내며, 부호 VPhsA는 4극(4상) 교류회로에 있어서 A상(일명 R상) 전압 검출 신호를 나타내고 부호 VPhsB는 4극(4상) 교류회로에 있어서 B상(일명 S상) 전압 검출 신호를 나타내며 부호 VPhsC는 4극(4상) 교류회로에 있어서 C상(일명 T상) 전압 검출 신호를 나타내고 부호 VNeut는 4극(4상) 교류회로에 있어서 N상(일명 중성 극) 전압 검출 신호를 나타낸다.
부호 10은 상기 상별 전류 검출 신호를 디지털 회로 및 프로세서가 처리할 수 있는 작은 신호의 전압신호로 변환하여 제공하는 변압기 부를 지시한다.
부호 21a는 상기 4개의 상 별 전류 검출 신호 중 어느 하나를 선택적으로 제공하는 제 1 멀티 플렉서(multiplexer) 회로 부이고, 부호 21b는 미 도시된 4개의 상 별 전압 검출 신호 중 어느 하나를 선택적으로 제공하는 제 2 멀티플렉서 회로 부를 지시한다.
부호 22a는 계전 대상의 전기량 검출신호의 아날로그 신호를 샘플링(sampling)하고 디지털 신호로 변환하여 제공하는 회로 부로서 제 1 아날로그-디지털 변환기를 지시하고 부호 22b는 제 2 아날로그-디지털 변환기를 지시한다.
프로세서(23)는 마이크로 프로세서로 구성될 수 있으며, 상기 샘플링된 디지털 신호를 근거로, 미리 결정된 기준 값과 비교하여 회로 차단기에 회로를 자동 차단(트립 동작)을 하도록 트립 제어 신호를 출력할지 여부를 결정할 수 있고, 액정디스플레이를 통해 데이터를 표시하도록 제어하거나 디지털 입력을 읽어 들여 상응한 처리를 수행하고 디지털 출력을 제공하도록 구성된 연산 처리 회로 부이다. 다시 말해서 프로세서(23)는 입력신호에 대해서 처리하는 알고리즘을 가지는 프로그램 저장 메모리와, 해당 메모리로부터 처리 알고리즘을 읽어와서 디지털 신호에 대해서 상기 처리를 수행하는 중앙처리장치를 포함하게 구성될 수 있다.
부호 24는 액정디스플레이를 구동하는 구동회로 부이고, 부호 25a는 키이(key) 스위치의 입력과 발광 다이오드의 출력신호가 출력되는 제 1 입출력 인터페이스 부이며, 부호 25b는 디지털 계전기(100)로부터 출력되는 회로 차단기의 트립(trip) 제어 신호, 경보 신호들의 출력 인터페이스 회로부로서 제 2 입출력 인터페이스 부를 나타낸다. 부호 25c는 입력 스위치의 선택적 조작에 따른 디지털 입력을 수신하기 위한 제 3 입출력 인터페이스 부를 나타낸다.
부호 26은 범용 비 동기화 송수신기(Universal Asynchronous Receiver Transmitter, 통상 UART로 불림)회로 부를 나타내고, 부호 27은 범용 시리얼 버스 인터페이스 부(일명 USB 인터페이스 부)를 나타내며, 부호 28은 실시간 클록 정보를 제공하는 리얼 타임 클록을 나타내고, 부호 29는 처리 프로그램 등을 저장하는 플래시 메모리를 지시하며, 부호 30은 전원이 공급되는 한 데이터를 저장하는 S 램을 지시한다.
부호 31은 표시 회로 부로서 액정 디스플레이를 나타내고, 부호 32는 입출력 수단으로서 키이 스위치 및 발광 다이오드를 지시하며, 부호 33은 디지털 출력 포트를 지시하고, 부호 34는 디지털 입력포트를 나타내고, 부호 35는 외부의 원방감시장치(일명 SCADA 시스템)와 같은 상위 장치에 통신 접속될 수 있는 통신부를 지시하며, 부호 36은 외부의 개인용 컴퓨터, 노트 북, 키이 패드와 같은 데이터의 입출력이 가능한 개인용 단말기(C)를 접속할 수 있는 USB 포트(범용 시리얼 버스 포트)를 나타내고, 부호 37은 출력 계전기 접점을 지시하는 것으로서 "TRIP"은 외부 회로차단기를 트립 위치로 동작시키는 트립 제어신호의 출력 계전기 접점을 지시하고 2개의 "Alarm"은 경보 출력신호의 출력 계전기 접점을 지시하며, 부호 38은 입력 스위치 부를 지시한다.
본 발명에 따른 가변 채널 블록(40)은 미 도시한 상별 전류 검출 수단 및 상별 전압 검출 수단으로부터의 상별 전류 검출 신호 또는 상별 전압 검출 신호와 같은 아날로그 전기량 검출 신호를 디지털 계전기에 입력하기 위한 입력 경로로서 입력 채널 수를 변화시킬 수 있는 수단이다.
본 발명에 따른 가변 채널 블록(40)은 도 1에 도시된 실시 예와 같이 각각의상 별 전압 검출 신호 입력에 접속될 수 있지만 도 1에서 각각의 상별 전류 검출 신호의 입력에 접속될 수 있으며 이 경우 상 별 전압 검출 신호 입력은 변압기(10)을 통해 상설되는 제 1 멀티 플렉서 회로 부(21a)와 제 1 아날로그-디지털 변환기(22a)의 제 1 상설 입력 채널 또는 제 1 멀티 플렉서 회로 부(21b)와 제 2 아날로그-디지털 변환기(22b)의 제 2 상설 입력 채널에 접속될 수 있다.
한편, 도 2를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 가변 채널 블록의 상세 구성을 설명하면 다음과 같다.
도 2에는 상술한 바와 같이 본 발명에 따른 가변 채널 블록(40)이 상별 전류 검출 신호의 입력에 접속된 실시 예를 도시하고 있다.
도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 가변 채널 블록(40)은 자기 센서(41), 와치 독 타이머(WATCH DOG TIMER)(42), 아날로그-디지털 변환기(43)를 포함한다.
자기 센서(41)는 상기 아날로그 전기량 검출 신호의 전달 경로 주변에 형성되는 자기장에 따라서 디지털 출력신호를 제공하는 수단으로서, 예컨대 홀 센서(hall sensor)로 구성될 수 있다. 자기 센서(41)는 상 전류 또는 상 전압의 개수에 대응하게 복수 개가 마련되어 예컨대 디지털 계전기가 4상(4극)용인 경우 해당 상에 대응하게 자기 센서(41)는 4개가 마련될 수 있다.
도 2에서 상기 아날로그 전기량 검출 신호의 전달 경로는 상별 전류 검출 신호 또는 전압 검출 신호가 가변 채널 블록(40)의 아날로그-디지털 변환기(43)로 전달되는 회로 경로를 의미하는 것으로 볼 수 있다.
상기 아날로그 전기량 검출 신호의 입력이 가변 채널 블록(40)에 주어질 때만 상기 전달 경로 주변 즉 회로 경로 주변에 자기장이 형성되고, 자기 센서(41)가 해당 자기장에 응답해서 디지털 출력신호를 출력한다. 따라서 상기 아날로그 전기량 검출 신호의 입력이 가변 채널 블록(40)에 없으면, 자기 센서(41)는 동작하지 않고 따라서 디지털 출력신호의 출력도 없게 된다.
와치 독 타이머(42)는 상기 자기 센서(41)에 대응하게 마련되어 상기 자기 센서(41)의 출력단에 접속되며, 상기 자기 센서(41)가 출력하는 디지털 출력신호에 의해 동작하여 인에블(enable) 신호를 출력하는 회로 부로서, 일명 리셋 집적회로 부(RESET IC)로 불릴 수 있다.
아날로그-디지털 변환기(43)는 와치 독 타이머(42)의 출력단과 접속되어, 상기 와치 독 타이머(42)의 인에블 신호에 의해 인에이블 되었을 때, 하나의 디지털 입력 채널을 형성하여 상기 아날로그 전기량 검출 신호를 디지털 전기량 검출 신호로 변환하여 상기 디지털 계전기의 중앙처리장치에 제공한다. 아날로그-디지털 변환기(43)는 자기 센서(41)와 마찬가지로 상 전류 또는 상 전압의 개수에 대응하게 복수 개가 마련되어 예컨대 디지털 계전기가 4상(4극)용인 경우 해당 상에 대응하게 아날로그-디지털 변환기(43)는 4개가 마련될 수 있다.
상기 와치 독 타이머(42)로부터 인에블 신호의 입력이 없으면, 아날로그-디지털 변환기(43)는 디스 에이블(disable)되며 따라서 상기 아날로그 전기량 검출 신호의 입력 채널은 사용할 수 없는 대기 상태(사용 불능 상태)로 되고, 상기 와치 독 타이머(42)로부터 인에블 신호의 입력이 있으면 해당 입력 채널이 다시 만들어져 사용가능한 상태로 된다.
한편, 상술한 바와 같이 구성되는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 디지털 계전기용 가변 채널 블록의 동작을 도 1 내지 도 2를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
미 도시한 전류 검출 수단 및 전압 검출 수단에 의해 검출된 상 별 전류 검출 신호(IPhsA, IPhsB, IPhsC, IPhsNeut) 또는 전압 검출 신호(VPhsA, VPhsB, VPhsC, VNeut)와 같은 상기 아날로그 전기량 검출 신호가 도 1을 참조할 수 있는 바와 같은 본 발명에 따른 가변 채널 블록(40)에 입력된다.
그러면 도 2를 참조할 수 있는 바와 같이, 상기 아날로그 전기량 검출 신호의 입력에 따라 상기 아날로그 전기량 검출 신호의 전달 경로 주변 즉 회로 경로 주변에 자기장이 형성되고, 해당 전달 경로 주변에 설치된 가변 채널 블록(40)의 자기 센서(41)가 해당 자기장에 응답해서 디지털 출력신호를 출력한다.
이에 와치 독 타이머(42)는 상기 자기 센서(41)가 출력하는 디지털 출력신호에 의해 동작하여 인에블(enable) 신호를 출력한다.
그러면 아날로그-디지털 변환기(43)는 와치 독 타이머(42)로부터의 인에블 신호에 의해 인에블되어 하나의 디지털 입력 채널을 형성하며, 따라서 해당 디지털 입력 채널을 통해서 전기량 검출 정보를 가진 디지털 신호가 디지털 계전기의 중앙처리장치에 제공될 수 있다.
상술한 바와 같이 상기 아날로그 전기량 검출 신호의 입력이 없으면 상기 자기 센서(41)로부터의 디지털 신호 출력이 없게 되고, 이에 따라 와치 독 타이머(42)의 인에이블 신호의 출력도 없으며 따라서 아날로그-디지털 변환기(43)는 디스 에이블되고 디지털 입력 채널은 사용할 수 없는 대기 상태(사용 불능 상태)로 된다.
이와 같이, 본 발명에 따라서 전기량 검출 신호의 입력이 있을 때만 전기량 검출 신호를 디지털 계전기의 중앙처리장치에 제공하는 입력채널이 형성되어, 입력채널의 확장성을 제공할 수 있고 입력채널의 활용이 효율적인 장점을 얻을 수 있다.
10: 변압기 부 20: 제어기
21a: 제 1 멀티 플렉서 21b: 제 2 멀티 플렉서
22a: 제 1 아날로그-디지털 변환기
22b: 제 2 아날로그-디지털 변환기
23: 프로세서 24: 액정디스플레이 구동부
25a: 제 1 입출력 인터페이스 부 25b: 제 2 입출력 인터페이스 부
25c: 제 3 입출력 인터페이스 부 26: 범용 비동기화 송수신기(UART)
27: 범용 시리얼 버스 인터페이스 부(USB 인터페이스 부)
28: 리얼 타임 클록(RTC) 29: 플래시 메모리
30: S 램 31: 액정 디스플레이
32: 키이 스위치 및 발광다이오드 33: 디지털 출력포트
34: 디지털 입력포트 35: 통신 포트
36: USB 포트 37: 출력 계전기 접점
38: 입력 스위치 부 40: 가변 채널 블록
41: 자기 센서 42: 와치 독 타이머(watch dog timer)
43: 아날로그-디지털 변환기 43a: 인에이블 단자
100: 디지털 계전기

Claims (7)

  1. 전기량 검출 신호를 디지털 처리를 위한 신호로 변환하여 제공하는 변압기;
    상기 변압기의 출력단에 접속되어 상기 변압기가 제공하는 신호를 선택적으로 출력하는 멀티 플렉서;
    상기 멀티 플렉서의 출력단에 접속되어 상기 멀티 플렉서가 출력하는 신호를 샘플링하고 디지털 전기량 검출 신호로 변환하여 제공하는 아날로그-디지털 변환기;
    상기 아날로그-디지털 변환기의 출력단에 접속되며 입력 받은 디지털 전기량 검출 신호를 이용하여 회로 차단 여부에 관한 트립 제어 신호를 출력하는 프로세서; 및
    상기 전기량 검출 신호에 의해 형성되는 자기장을 인식하여 생성된 디지털 전기량 검출 신호를 상기 프로세서에 제공하는 가변 채널 블록을 포함하고,
    상기 가변 채널 블록은,
    상기 전기량 검출 신호의 전달 경로 주변에 형성되는 상기 자기장에 따라서 출력신호를 제공하는 복수의 자기 센서;
    상기 자기 센서의 출력단에 각각 접속되어 상기 자기 센서가 출력하는 출력신호에 의해 동작하여 인에블(enable) 신호를 출력하는 복수의 와치 독 타이머(WATCH DOG TIMER); 및
    상기 와치 독 타이머의 출력단과 각각 접속되어 인에블 신호가 인가되는 경우, 디지털 입력 채널을 형성하고, 상기 전기량 검출 신호를 상기 디지털 전기량 검출 신호로 변환하여 상기 프로세서에 제공하는 복수의 제2 아날로그-디지털 변환기;를 포함하고,
    상기 가변 채널 블록은,
    상기 전기량 검출 신호에 근거하여, 상기 입력 채널의 수를 변화시키는 것을 특징으로 하는 디지털 계전기.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 디지털 입력 채널은 상기 제2 아날로그-디지털 변환기가 디스 에이블(DISABLE)되면 사용 불능 상태가 되는 것을 특징으로 하는 디지털 계전기.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 자기 센서는 홀 센서(HALL SENSOR)로 구성된 것을 특징으로 하는 디지털 계전기.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 가변 채널 블록은 상기 디지털 계전기의 외부에 위치하는 것을 특징으로 하는 디지털 계전기.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 전달 경로는 상기 가변 채널 블록 내의 회로 경로로 구성되는 것을 특징으로 하는 디지털 계전기.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 가변 채널 블록은,
    상기 전기량 검출 신호의 수에 대응되도록 상기 자기 센서, 상기 와치 독 타이머(WATCH DOG TIMER) 및 상기 제2 아날로그-디지털 변환기를 각각 복수로 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털 계전기.
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