KR102255345B1 - 보호 기능을 갖는 변류기를 이용한 전력 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 변류기가 장착된 모선에 정격의 수 배 이상 크기의 과전류가 발생되는 경우와 지속적인 과도 잉여 전력 지속에 의한 과열 상황에 대응이 가능한 신속하고 안정적인 보호 기능을 갖는 변류기를 이용한 전력 장치에 관한 것으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 보호 기능을 갖는 변류기를 이용한 전력 장치는 변류기(current transformer)의 과전압, 과전류 및 과열 중 적어도 하나를 감지하여 이상 발생시 상기 변류기로부터의 전력 전달을 일정시간 동안 차단하는 보호회로, 상기 변류기로부터의 교류 전력을 정류하는 정류부, 상기 정류부에 의해 정류된 전력의 잉여 전력 및 전압 레벨을 제어하는 잉여 전력 및 전압 제어부, 상기 잉여 전력 및 전압 제어부로부터의 전력을 충전하는 충전지, 상기 충전지로부터 출력되는 전력의 정전압을 제어하는 정전압 제어부를 포함할 수 있다.

Description

보호 기능을 갖는 변류기를 이용한 전력 장치{POWER SUPPLYING APPARATUS USING CURRENT TRANSFORMER HAVING PROTECT FUNCTION}
본 발명은 보호 기능을 갖는 변류기를 이용한 전력 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 변류기를 이용한 전력 장치는 변류기의 정전류 출력 특성을 이용하여, 전압을 제한시켜 입력받는 것을 기본으로 하고, 잉여 전력을 자체적으로 소모시키며, 부족 전력은 충전지(배터리)에 저장된 전력을 이용하도록 하여 안정적인 부하 공급 전력을 유지한다.
이러한 변류기를 이용한 전력 장치에서 잉여 전력은 전력 소모 저항을 통해 소모하는데, 잉여 전력이 지속적으로 과도한 경우 전압제어가 불가능하거나 과다 발열로 소손으로 연결된다. 또한, 전력 소모 저항의 저항값과 전류 값의 곱으로 충전지에 공급되는 전압이 결정되기에, 충전지에 과충전이 발생되어 화재가 발생될 수도 있는 문제점이 있다.
대한민국 등록특허공보 제10-0332839호
본 발명의 일 실시예에 따르면, 변류기가 장착된 모선에 정격의 수 배 이상 크기의 과전류가 발생되는 경우와 지속적인 과도 잉여 전력 지속에 의한 과열 상황에 대응이 가능한 신속하고 안정적인 보호 기능을 갖는 변류기를 이용한 전력 장치가 제공된다.
상술한 본 발명의 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 보호 기능을 갖는 변류기를 이용한 전력 장치는 변류기(current transformer)의 과전압, 과전류 및 과열 중 적어도 하나를 감지하여 이상 발생시 상기 변류기로부터의 전력 전달을 일정시간 동안 차단하는 보호회로, 상기 변류기로부터의 교류 전력을 정류하는 정류부, 상기 정류부에 의해 정류된 전력의 잉여 전력 및 전압 레벨을 제어하는 잉여 전력 및 전압 제어부, 상기 잉여 전력 및 전압 제어부로부터의 전력을 충전하는 충전지, 상기 충전지로부터 출력되는 전력의 정전압을 제어하는 정전압 제어부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 변류기를 이용하는 전력 장치에 있어서, 모선 전력 케이블의 부하 변동에 따른 전류 변동에 따라 변류기의 출력 전류가 변동하고, 전원 장치의 부하 전력의 변동에 따라 등가 임피던스 변동으로 출력 전압이 변동하는 상황에서 과전압, 과전류 및 과열에 대한 보호기능을 유지할 수 있고, 특히, 모선 단락 전류에 대한 신속한 반응으로 변류기 출력을 단락시킴으로서 전력 장치의 소손을 방지할 수 있으며, 시간 지속 회로를 통해 정격의 수십배 이상의 과전류 지속 상황에 대한 보호가 가능할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 보호 기능을 갖는 변류기를 이용한 전력 장치의 개략적인 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 보호 기능을 갖는 변류기를 이용한 전력 장치의 보호 회로의 개략적인 회로도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 보호 기능을 갖는 변류기를 이용한 전력 장치의 개략적인 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 보호 기능을 갖는 변류기를 이용한 전력 장치(100)는 보호 회로(110), 정류부(120), 잉여 전력 및 전압 제어부(130), 충전지(140) 및 정전압 제어부(150)를 포함할 수 있다.
보호회로(110)는 변류기(current transformer)(CT)의 과전압, 과전류 및 과열 중 적어도 하나를 감지하여 이상 발생시 변류기(CT)로부터의 전력 전달을 일정시간 동안 차단할 수 있다.
보호회로(110)는 변류기(CT)의 과전압, 과전류 및 과열 중 적어도 하나를 감지하는 감지부(111) 및 감지부(111)의 감지 결과가 이상 발생에 해당하면 변류기(CT)로부터의 전력 전달을 상기 일정시간 동안 차단하는 보호부(112)를 포함할 수 있다.
감지부(111)는 변류기(CT)의 과전압을 감지하는 과전압 감지부(111a), 변류기(CT)의 과전류를 감지하는 과전류 감지부(111b), 변류기(CT)의 잉여 전력에 의한 과열을 감지하는 과열 감지부(111c)를 포함할 수 있다.
정류부(120)는 변류기(CT)로부터의 교류 전력을 정류할 수 있다.
잉여 전력 및 전압 제어부(130)는 정류부(120)에 의해 정류된 전력의 잉여 전력 및 전압을 제어할 수 있다.
충전지(140)는 잉여 전력 및 전압 제어부(130)로부터의 전력을 충전할 수 있다.
정전압 제어부(150)는 충전기(140)로부터 출력되는 전력의 정전압을 제어하여 출력(Vo)할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 보호 기능을 갖는 변류기를 이용한 전력 장치의 보호 회로의 개략적인 회로도이다.
도 2를 참조하면, 보호 회로(110)에서 전압 제한은 다이악(DIAC)과 트라이악(TRIAC) 및 제7 저항(R7)으로 구성되고, 과열 감지부(111c)는 제7 저항(R7) 인근에 배치되는 온도 스위치(TS1 및 TS2)로 구성되고, 과전압 감지부(111a) 및 과전류 감지부(111b)는 제1 및 제2 제너 다이오드(ZD1과 ZD2)로 구성될 수 있다. 변류기(CT)의 출력 단락은 제1 사이리스터(thyristor) 스위치 및 제3 사이리스터 스위치(TH1 및 TH3)에 의해 제어될 수 있고, 제1 및 제3 사이리스터 스위치(TH1 및 TH3)의 지속 동작은 또 다른 게이트 구동용 제2 사이리스터 스위치 및 제4 사이리스터 스위치(TH2 및 TH4)와 커패시터(C1, C2)와 저항(R2, R5)에 의해 제어될 수 있다.
전압 제한 다이악(DIAC)의 동작 전압은 충전지(140)의 최대 충전 전압보다 예를 들어, 0.5~3.5V 높도록 설정할 수 있고, 다이악(DIAC)과 직결되는 제8 저항(R8) 및 제9 저항(R9)는 최대 전압에서 다이악(DIAC)의 통과 전류가 적절하도록 설정될 수 있다. 트라이악(TRIAC)의 전류 정격은 변류기(CT) 정격 출력 전류의 예를 들어 5배 이상이 되도록 설정될 수 있고, 제7 저항(R7)의 저항 값은 변류기(CT)의 정격 전류가 제7 저항(R7)을 통과하는 경우 충전지(140)의 최대 충전 전압보다 예를 들어, 0.5 ~ 1.0V 높고 내열성이 충분한 사양으로 설정될 수 있다.
과열 감지부(111c)의 과열 감지를 위한 제1 온도 스위치 및 제2 온도 스위치(TS1, TS2)는 평상시 개방되어 있다가 온도가 예를 들어, 65 ~ 85℃가 되면 쇼트(short)되는 동작이 수행되는 사양으로 설정될 수 있으며, 변류기(CT)의 잉여 전력을 소모하는 제7저항(R7) 주변에 장착될 수 있다.
과전압 감지부 및 과전류 감지부(111a, 111b)의 과전압 및 과전류 감지를 위한 제1 제너 다이오드 및 제2 제너 다이오드(ZD1, ZD2)는 충전지(140)의 최대 충전 전압보다 예를 들어 3.5V 정도 높도록 설정될 수 있고, 제1 및 제2 제너 다이오드(ZD1, ZD2)의 전류 정격은 제2 및 제4 사이리스터 스위치(TH2, TH4)의 동작 전류가 충분하도록 설정될 수 있다. 제1 및 제2 제너 다이오드(ZD1, ZD2)와 직렬로 연결되는 제1 저항(R1) 및 제4 저항(R4)의 저항 값은 제1 및 제2 제너 다이오드(ZD1, ZD2)를 통과하는 전류 값이 과도하지 않도록 설정될 수 있다. 제2 및 제4 사이리스터 스위치(TH2, TH4)의 도통 동작 지속을 위한 제1 커패시터 및 제2 캐패시터(C1, C2)의 정전 용량은 각 커패시터의 방전 경로에 연결되는 제2 저항(R2) 및 제5 저항(R5)의 곱 값이 예를 들어 1.2 ~ 2.0이 되도록 설정될 수 있으며, 제1 및 제2 캐패시터(C1, C2)의 충전 저항 제3 저항 및 제6 저항(R3, R6)의 저항 값은 제1 및 제2 캐패시터(C1, C2)가 예를 들어 1초(sec) 이내에 충전되도록 설정될 수 있다.
변류기(CT)의 출력 단락을 위한 제1 및 제3 사이리스터 스위치(TH1 및 TH3)는 변류기(CT)의 정격 출력 전류의 예를 들어 10배 이상 전류 용량을 가지도록 설정될 수 있고, 제1 및 제3 사이리스터 스위치(TH1 및 TH3)의 지속 동작을 위한 게이트 구동용 제2 및 제4 사이리스터 스위치(TH2, TH4)는 전류 용량은 낮고 고속 동작이 가능한 사양으로 설정될 수 있다.
제1 다이오드 및 제3 다이오드(D1, D3)의 정격 전압은 충전지(140)의 최대 충전 전압의 예를 들어 2.5배 이상이 되도록 설정될 수 있으며, 제1 및 제3 다이오드(D1, D3)의 전류 정격은 제1 및 제2 제너 다이도드(ZD1, ZD2)의 최대 전류 이상이 가능한 사양으로 설정될 수 있다.
한편, 변류기(CT)의 출력 전류가 존재하면 충전지(배터리)(140)의 충전상태 및 정전압 제어부(150)에 연결된 부하의 소모전력에 따라 출력 전압이 결정될 수 있다. 충전지(140)의 충전률(State of charge; SOC)이 낮거나 정전압 제어부(150)에 연결된 부하의 소모전력이 큰 경우에는 등가 임피던스가 낮아져서 변류기(CT) 출력 측에 형성되는 전압이 낮아져 변류기의 출력 전력이 낮은 상태가 되며 보호회로(110)가 동작하지 않는다. 만약 충전지(140)의 충전률이 높고 부하의 소모전력이 작은 경우에는, 등가 임피던스가 높아져서, 변류기(CT)의 출력 측에 형성되는 전압이 높아지고 변류기의 출력 전력이 높아져서 잉여 전력이 상승하고, 단계적인 보호회로(110)가 동작하게 된다.
더하여, 변류기(CT)의 전류 출력으로 형성되는 전압은 보호 회로(110)에서 제1 및 제2 커패시터(C1,C2)는 직결된 제2 및 제4 다이오드(D2, D4)에 의해 직류 전압을 충전한다. 이때, 충전 시간은 제3 저항 및 제6 저항(R3, R6)에 의해 결정되며, 저항값이 낮으면 빨리 충전되고, 높으면 천천히 충전된다.
전술한 바와 같이, 잉여 전력이 발생되는 상황에서는 변류기(CT)의 출력 전압이 상승을 동반하며, 전압이 상승되면 전압에 반응하는 다이악(DIAC)의 항복(breakdown) 동작으로 다이악(DIAC)이 도통하게 되고, 도통 전류로 제8 저항 및 제9 저항(R8, R9)에 유기되는 전압으로 트라이악(TRIAC)이 동작하게 되며, 잉여 전력을 소모하는 제7 저항(R7)으로 전류가 흐르게 되어 결과적으로 등가 임피던스가 낮아지게 되고 변류기(CT) 출력 전압이 낮아지고 변류기의 출력 전력이 낮아지게 된다.
지속적으로 과도 전압이 형성되면 제7 저항(R7)의 발열량이 누적되어 온도가 상승하게 되는데, 설정 온도 이상으로 온도가 상승하면 제1 및 제2 온도 스위치(TS1, TS2)의 접점이 쇼트(short)로 전환되어 제1 및 제2 커패시터(C1, C2)의 충전 전압이 제2 저항 및 제5 저항(R2, R5)을 통하여, 변류기(CT)의 출력 경로를 단락시키는 제1 및 제3 사이리스터 스위치(TH1 및 TH3)의 게이트(gate)로 전류를 유입시켜 제1 및 제3 사이리스터 스위치(TH1 및 TH3)의 도통 동작이 시작되며, 이 도통 동작은 제1 및 제3 사이리스터 스위치(TH1 및 TH3)의 동작 특성으로 인해 제1 및 제2 커패시터(C1, C2)의 충전 전압이 소진될 때까지 지속될 수 있다. 제1 및 제2 커패시터(C1, C2)의 충전 전압의 소진 시간은 제1 및 제2 커패시터(C1, C2)의 정전 용량과 제2 및 제5 저항(R2, R5)의 저항값으로 결정될 수 있다.
변류기(CT)가 장착된 모선에 지락 또는 단락이 발생되는 경우에는 예를 들어 정격의 20배 이상 전류가 0.5sec 이상 유발될 수 있으며, 동시에 변류기(CT)의 출력 전류도 정격의 20배 이상 값으로 0.5sec 이상 형성될 수 있다. 이때 가장 먼저 동작하는 것은, 다이악(DIAC)의 도통으로 트라이악(TRIAC)이 동작하고 제7 저항(R7)을 통해 전력 소모가 발생한다. 다음 과정으로 제7 저항(R7)을 통과하는 전류가 정격보다 훨씬 높은값으로 상승하면 변류기(CT)의 출력 전압도 급속도로 상승하게 된다. 이 경우에 제1 및 제2 제너 다이오드(ZD1, ZD2)가 도통하게 되고, 제1 및 제4 저항(R1, R4)를 통해 제2 및 제4 사이리스터 스위치(TH2, TH4)를 동작시키게 되고, 온도 스위치(TS1, TS2)가 동작한 경우와 동일하게, 제1 및 제2 캐패시터 (C1, C2)의 충전 전압이, 제2 및 제5 저항(R2, R5)를 통하여, 변류기(CT)의 출력을 단락시키는 제1 및 제3 사이리스터 스위치(TH1, TH3)의 케이트로 전류를 유입시켜 제1 및 제3 사이리스터 스위치(TH1, TH3)의 도통 동작이 시작되며, 이 도통 동작은 제1 및 제3 사이리스터 스위치(TH1, TH3)의 동작 특성으로 인해 제1 및 제2 캐패시터 (C1, C2)의 충전 전압이 소진될 때까지 지속될 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 변류기를 이용하는 전력 장치에 있어서, 모선 전력 케이블의 부하 변동에 따른 전류 변동에 따라 변류기의 출력 전류가 변동하고, 전원 장치의 부하 전력의 변동에 따라 등가 임피던스 변동으로 출력 전압이 변동하는 상황에서 과전압, 과전류 및 과열에 대한 보호기능을 유지할 수 있고, 특히, 모선 단락 전류에 대한 신속한 반응으로 변류기 출력을 단락시킴으로서 전력 장치의 소손을 방지할 수 있으며, 시간 지속 회로를 통해 정격의 수십배 이상의 과전류 지속 상황에 대한 보호가 가능할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고 후술하는 특허청구범위에 의해 한정되며, 본 발명의 구성은 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 그 구성을 다양하게 변경 및 개조할 수 있다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 쉽게 알 수 있다.
100: 보호 기능을 갖는 변류기를 이용한 전력 장치
110: 보호회로
111: 감지부
111a: 과전압 감지부
111b: 과전류 감지부
111c: 과열 감지부
112: 보호부
120: 정류부
130: 잉여 전력 및 전압 제어부
140: 충전지
150: 정전압 제어부

Claims (7)

  1. 변류기(current transformer)의 과전압, 과전류 및 과열 중 적어도 하나를 감지하여 이상 발생시 상기 변류기로부터의 전력 전달을 일정시간 동안 차단하는 보호회로;
    상기 변류기로부터의 교류 전력을 정류하는 정류부;
    상기 정류부에 의해 정류된 전력의 잉여 전력 및 전압 레벨을 제어하는 잉여 전력 및 전압 제어부;
    상기 잉여 전력 및 전압 제어부로부터의 전력을 충전하는 충전지;
    상기 충전지로부터 출력되는 전력의 정전압을 제어하는 정전압 제어부;
    상기 변류기의 과전압, 과전류 및 과열 중 적어도 하나를 감지하는 감지부; 및
    상기 감지부의 감지 결과가 이상 발생에 해당하면 상기 변류기로부터의 전력 전달을 상기 일정시간 동안 차단하는 보호부를 포함하며,
    상기 보호부는
    상기 변류기의 전류 상승에 따라 도통하는 다이악(DIAC)과, 상기 다이악의 도통에 따라 동작하는 트라이악(TRIAC)과 상기 트라이악의 동작에 따라 전력을 소모하는 저항;
    상기 감지부의 감지 결과가 이상 발생에 해당되면 상기 변류기의 전력 전달 경로를 차단하는 제1 사이리스터(thyristor) 스위치 및 제3 사이리스터 스위치;
    상기 제1 및 제3 사이리스터 스위치의 도통을 상기 일정 시간 동안 유지시키는 제2 사이리스터 스위치 및 제4 사이리스터 스위치; 및
    상기 변류기의 전류를 충전하여 상기 제2 및 제4 사이리스터 스위치의 상기 일정 시간 동안 도통을 유지시키는 충전 전압을 제공하는 제1 캐패시터 및 제2 캐패시터를 포함하는 보호 기능을 갖는 변류기를 이용한 전력 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 감지부는
    상기 변류기의 과전압을 감지하는 과전압 감지부
    상기 변류기의 과전류를 감지하는 과전류 감지부; 및
    상기 변류기의 잉여 전력에 의한 과열을 감지하는 과열 감지부를 포함하는 보호 기능을 갖는 변류기를 이용한 전력 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 과전압 감지부는 상기 변류기의 과전압을 감지하는 제1 제너 다이오드를 포함하는 보호 기능을 갖는 변류기를 이용한 전력 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 과전류 감지부는 상기 변류기의 과전류를 감지하는 제2 제너 다이오드를 포함하는 보호 기능을 갖는 변류기를 이용한 전력 장치.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 과열 감지부는 상기 변류기의 잉여 전력에 의한 과열을 감지하는 제1 온도 스위치 및 제2 온도 스위치를 포함하는 보호 기능을 갖는 변류기를 이용한 전력 장치.
  7. 삭제
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KR100332839B1 (ko) * 1999-08-18 2002-04-17 홍상복 자기장을 이용한 정전압 발생장치

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