KR20000033819A - Current zero predicting device and method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은, 고압 차단기의 성능시험에 요구되는 전류 영(Zero)점 예측장치 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 고압 차단기의 성능 시험시, 인가되는 정현파 전류에 의해 고압 차단기내에 통전되는 전류의 영점 교차(Zero Crossing)시점을 예측하고, 사용자가 설정한 시각에 따라 회복전압을 인가하는 전압원의 구동 타이밍을 자동으로 제어하는 전류 영점 예측장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus and method for predicting current zero point required for a performance test of a high voltage circuit breaker. More particularly, the present invention relates to a current zero current predicting device and a method of performing a high voltage circuit breaker. The present invention relates to a current zero prediction device and method for predicting zero crossing time and automatically controlling driving timing of a voltage source applying a recovery voltage according to a time set by a user.
일반적으로 고압 차단기는, 전력설비의 송/배전 계통에서 발생되는 고장 유무를 감지하고, 고장 발생시, 자동으로 차단동작을 수행하는 데, 상기 차단동작은 전류 트랜스포머(Current Transformer)에 의해 변환되는 전류가 영(Zero)이 되는 순간에 자동으로 차단동작이 수행되는 것으로, 상기와 같이 차단동작이 수행되면, 고압 차단기의 양극에는 매우 큰 고압이 인가된다.In general, the high-voltage circuit breaker detects a failure occurring in a transmission / distribution system of a power facility, and automatically performs a blocking operation when a failure occurs. The blocking operation includes a current converted by a current transformer. A blocking operation is automatically performed at the time of zero, and when the blocking operation is performed as described above, a very large high pressure is applied to the anode of the high voltage circuit breaker.
따라서 고압 차단기는 상기 차단동작시, 인가되는 고압에 견딜 수 있는지 여부를 성능시험을 통하여 검증, 제조되어야 한다. 상기 고압 차단기의 성능시험에는, 통상적으로 직접시험 또는 합성시험이 사용되고 있는 데, 상기 직접시험은 실제상황과 동일하게 하나의 에너지원을 이용하여 시험하는 것으로, 고압 차단기의 차단동작시, 전류가 영(Zero)이 되는 순간을 별도로 검출하지 않아도 되는 장점이 있으나, 차단용량이 큰 고압 차단기에 적용하기에는 부적절한 단점이 있다. 한편, 상기 합성시험은 전류원과 전압원을 각각 사용하여, 고장 발생시 검출되는 영점 전류와, 상기 영점 전류 검출시, 차단동작에 의해 인가되는 고압을 임의로 생성하여 고압 차단기에 공급, 성능을 시험하는 것으로, 차단 용량이 큰 고압 차단기에도 적용이 가능한 장점이 있다. 그러나, 상기 고압을 인가시키는 타이밍(Timing)을 반드시 전류가 영(Zero)이 되는 시점에 일치시켜야만 한다. 따라서 상기 합성시험에는, 전류원 및 전압원 이외에 전류가 영(Zero)이 되는 시점을 예측하기 위한 전류 영점 예측기의 사용이 반드시 필요하다.Therefore, the high pressure circuit breaker should be verified and manufactured through a performance test to determine whether it can withstand the high pressure applied during the breaking operation. In the performance test of the high-voltage circuit breaker, a direct test or a synthetic test is usually used, and the direct test is performed using a single energy source in the same manner as in the actual situation. There is an advantage that does not need to separately detect the instant (Zero), but there is an inadequate disadvantage to apply to a high-voltage circuit breaker with a large breaking capacity. In the synthesis test, a current source and a voltage source are respectively used to generate a zero current detected when a failure occurs, and a high pressure applied by a breaking operation when detecting the zero current, and supply it to a high voltage circuit breaker to test performance. It can be applied to high pressure circuit breaker with large breaking capacity. However, the timing for applying the high voltage must match the point at which the current becomes zero. Therefore, in the synthesis test, in addition to the current source and the voltage source, it is necessary to use a current zero predictor for predicting the time when the current becomes zero.
그러나, 상기 전류 영점 예측기는, 복잡한 회로구성과 알고리즘을 사용하는 고가의 계측기로서, 현재 전량 수입에 의존하여 사용하고 있는 실정이다.However, the current zero predictor is an expensive instrument using a complicated circuit configuration and an algorithm, and is currently used depending on the total amount of income.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창작된 것으로서, 고압 차단기의 성능시험 특히, 합성시험시, 전류원으로부터 인가되는 정현파 전류에 의해 고압 차단기내에 통전되는 전류의 영점 교차(Zero Crossing)시점을 예측함은 물론, 사용자가 설정한 임의의 설정시간에 따라 고압을 인가하는 전압원의 구동 타이밍을 정확히 제어하는 전류 영점 예측장치 및 방법을 제공하는 데, 그 목적이 있는 것이다.Therefore, the present invention was created to solve the above problems, and in the performance test of the high voltage circuit breaker, in particular, the synthesis test, the zero crossing point of the current flowing in the high voltage circuit breaker by the sine wave current applied from the current source. The present invention provides a zero point predicting apparatus and a method for accurately controlling the driving timing of a voltage source to which a high voltage is applied according to an arbitrary setting time set by a user.
도 1은 본 발명에 따른 전류 영점 예측장치가 사용되는 실시예를 도시한 것이고,Figure 1 shows an embodiment in which the current zero prediction apparatus according to the present invention is used,
도 2는 본 발명에 따른 전류 영점 예측장치의 전체 구성을 도시한 것이고,Figure 2 shows the overall configuration of the current zero prediction device according to the present invention,
도 3a 및 3b는 본 발명에 따른 전류 영점 예측장치의 각부 파형도를 도시한 것이고,3A and 3B show waveform diagrams of each part of the current zero predictor according to the present invention;
도 4는 본 발명에 따른 전류 영점 예측방법에 대한 동작 흐름도를 도시한 것이다.4 is a flowchart illustrating an operation of the current zero prediction method according to the present invention.
※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명※ Explanation of code for main part of drawing
10 : 정류기 11 : 미분기10: rectifier 11: differential
12 : 클리퍼(Clipper) 13 : 신호증폭기12: Clipper 13: Signal Amplifier
14 : 비교기 15 : 부 논리소자14: comparator 15: negative logic element
16 : 카운터(Counter) 17 : 디지터 비교기(Digit Comparator)16: Counter 17: Digit Comparator
18 : 멀티 바이브레이터(Multi Vibrator)18: Multi Vibrator
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전류 영점 예측장치는, 통전되는 전류의 영점을 검출하는 영점 검출수단; 상기 전류의 첨두점을 검출하는 첨두점 검출수단; 상기 영점과 첨두점간의 검출시간을 카운트하는 카운트수단; 및 상기 카운트되는 검출시간에 근거하여, 상기 전류의 특정 위상에서 외부에 제어신호를 인가하는 제어수단을 포함하여 구성됨을 특징으로 하며, 또한, 본 발명에 따른 전류 영점 예측방법은, 통전되는 전류의 영점을 검출하여 시간을 카운트하는 1단계; 상기 전류의 첨두점을 검출하는 2단계; 상기 첨두점 검출시까지 카운트된 시간을 다음 영점검출시까지의 소요시간으로 예측하는 3단계; 및 상기 예측된 소요시간의 진행완료 전에 소정의 제어신호를 출력하는 4단계를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 것이다.The current zero predicting apparatus according to the present invention for achieving the above object, the zero detection means for detecting the zero of the current being energized; Peak detection means for detecting a peak of the current; Counting means for counting a detection time between the zero point and the peak point; And control means for applying a control signal to the outside in a specific phase of the current, based on the counted detection time. The current zero prediction method according to the present invention is further characterized in that Detecting a zero point and counting time; Detecting a peak point of the current; Estimating the time counted until the peak point detection as the time required until the next zero point detection; And four steps of outputting a predetermined control signal before completion of the predicted required time.
상기와 같이 구성되고 이루어지는, 본 발명에 따른 전류 영점 예측장치 및 방법은, 전류원(Current Source)으로부터 인가되는 정현파 전류의 영(Zero)점과 첨두(Peak)점을 검출하고, 상기 검출되는 영점과 첨두점간의 검출시간(Tzp)을 연산하는 한편, 이후 검출되는 첨두점과 영점간의 검출시간(Tpz)이 상기 영점과 첨두점간의 검출시간(Tzp)과 동일하다는 점에 착안하여, 첨두점 검출시, 연속되는 영점 검출시간을 정확히 예측함은 물론, 사용자가 설정한 임의의 시간에 따라 전압원의 구동 타이밍을 정확히 자동으로 제어하게 되는 것이다.The current zero predicting apparatus and method according to the present invention, which is configured as described above, detects a zero point and a peak point of a sine wave current applied from a current source, and detects the zero point and the peak point. While calculating the detection time Tzp between the peaks, paying attention to the fact that the detection time Tpz between the detected peak and zero points is the same as the detection time Tzp between the zero point and the peak point. In addition, it is possible to accurately predict the continuous zero detection time, and to automatically and accurately control the driving timing of the voltage source according to an arbitrary time set by the user.
이하, 본 발명에 따른 전류 영점 예측장치 및 방법에 대한 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명한다.Hereinafter, a preferred embodiment of the current zero prediction apparatus and method according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명에 따른 전류 영점 예측장치가 사용되는 합성시험에 대한 실시예를 도시한 것으로, 성능시험 대상인 고압 차단기(3)에 고장 전류를 인가하는 전류원(1); 상기 고압 차단기(3)에 고압의 회복 전압을 인가하는 전압원(2); 상기 고장 전류 인가시, 고압 차단기(3)내부에 통전되는 전류 영점을 검출 및 예측하여, 상기 전압원(2)의 구동 타이밍을 제어하는 전류 영점 예측기(4)를 도시하고 있으며, 동작설명은 다음과 같다.1 shows an embodiment of a synthesis test in which a current zero predicting apparatus according to the present invention is used, a current source 1 for applying a fault current to a high-voltage circuit breaker 3 that is a performance test object; A voltage source (2) for applying a high voltage recovery voltage to the high voltage circuit breaker (3); When the fault current is applied, the current zero predictor 4 which detects and predicts the current zero energized in the high voltage circuit breaker 3 and controls the driving timing of the voltage source 2 is shown. same.
우선, 상기 전류원(1)으로부터 발생되는 전류, 즉, 고압 차단기가 실제상황에서 고장으로 감지하는 고장 전류를 상기 고압 차단기(2)에 인가하면, 상기 전류 영점 예측기(4)는 고압 차단기 내부에 통전되는 정현파 전류의 영(Zero)점 및 첨두(Peak)점을 검출하고, 상기 영점 검출에서 첨두점 검출시까지의 소요시간을 산출한다. 상기 산출된 소요시간에 근거하여, 이후 검출될 전류 영점시간을 예측하고, 사용자가 설정한 임의의 시간에 따라, 상기 전압원(2)의 구동 타이밍을 제어하는 제어신호를 전압원(2)으로 출력한다. 이에 따라 상기 전압원(2)은 고압이 회복전압을 상기 고압 차단기(3)에 인가시킴으로써, 고압 차단기의 성능시험인 합성시험이 이루어지는 것이다.First, when the current generated from the current source 1, that is, the fault current that the high voltage circuit breaker detects as a fault in an actual situation, is applied to the high voltage circuit breaker 2, the current zero predictor 4 energizes inside the high voltage circuit breaker. The zero point and the peak point of the sinusoidal current to be detected are detected, and the time required from the zero point detection to the peak point calculation is calculated. Based on the calculated required time, a current zero time time to be detected is predicted, and a control signal for controlling the driving timing of the voltage source 2 is output to the voltage source 2 according to an arbitrary time set by the user. . Accordingly, the voltage source 2 is a synthetic test that is a performance test of the high voltage circuit breaker by applying a high voltage recovery voltage to the high voltage circuit breaker 3.
도 2는 본 발명에 따른 전류 영점 예측장치의 전체 구성도로서, 전류원(1)으로부터 인가되는 고장 전류에 의해 통전되는 고압 차단기(3)의 내부 정현파 전류를 전파 정류하는 정류기(Rectifier)(10); 상기 전파 정류된 전류를 미분하는 미분기(Differentiator)(11); 상기 미분기의 출력을 설정전압 이상 클립(Clip)하는 클리퍼(Clipper)(12); 상기 클리퍼(12)의 출력을 증폭하는 증폭기(Amplifier)(13); 상기 증폭기(13)의 출력신호를 기준전압(Vref)과 비교하는 비교기(Comparator)(14)를 포함하여 구성되는 영점 검출부(ZD)와, 상기 영점 검출부의 출력신호를 부 논리소자(Not)(15)로 반전시켜 출력하는 첨두점 검출부(PD)와, 상기 영점 검출 및 첨두점 검출신호를 기준클록(CLK)에 상응하여 카운트하는 카운터(Counter)(16)와, 상기 카운트 값에 따라 전류 영점을 예측하고, 사용자가 설정한 설정시각(Setting Time)에 따라 전압원(2)의 구동 타이밍을 제어하는 디지터 비교기(Digit Comparator)(17)와, 상기 디지터 비교기의 출력을 기준으로 적절한 펄스 폭의 출력신호를 생성하는 멀티 바이브레이터(Multi Vibrator)(18)를 포함하여 구성된다.2 is an overall configuration diagram of a current zero predicting apparatus according to the present invention, the rectifier 10 for full-wave rectifying the internal sine wave current of the high-voltage circuit breaker 3 is energized by the fault current applied from the current source (1) ; A differentiator (11) for differentiating the full-wave rectified current; A clipper 12 that clips the output of the differentiator to a set voltage or more; An amplifier 13 for amplifying the output of the clipper 12; A zero detector ZD including a comparator 14 for comparing the output signal of the amplifier 13 with a reference voltage Vref, and an output signal of the zero detector of the zero detector; 15) a peak detection unit PD for inverting and outputting the counter, a counter 16 for counting the zero detection and peak detection signals corresponding to the reference clock CLK, and a current zero according to the count value. A digital comparator 17 for controlling the driving timing of the voltage source 2 according to a user-set setting time, and an appropriate pulse width based on the output of the digital comparator. And a multi vibrator 18 for generating an output signal of the multi-vibrator.
상기와 같이 구성되는, 본 발명에 따른 전류 영점 예측장치의 동작설명은, 이하 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.Operation of the current zero predicting apparatus according to the present invention configured as described above will be described below in detail with reference to the accompanying drawings.
우선, 도 3a 및 3b는, 본 발명에 따른 전류 영점 예측장치의 각부 파형도를 도시한 것이고, 또한 도 4는 본 발명에 따른 전류 영점 예측방법에 대한 동작 흐름도를 도시한 것으로, 이하 본 발명에 따른 전류 영점 예측방법에 대한 동작을 설명하면, 우선, 전류원(1)으로부터 인가되는 고장전류에 의해 고압 차단기(3) 내부에 통전되는 전류 즉, 도 3a의 (a)와 같은 정현파 전류가 전류 영점 예측기(4)의 영점 검출부(ZD)로 입력되면, 상기 정류기(10)는 입력되는 정현파 전류를 도 3a의 (b)와 같이 전파 정류하여 미분기(11)로 출력하고, 상기 미분기(11)는 전파 정류된 도 3a의 (b)출력을 다시 도 3a의 (C)와 같이 미분하여 클리퍼(12)로 출력한다. 상기 클리퍼(12)는 미분된 도 3a의 (c)파형을 설정전압 이상 클립(Clip)하여 도 3a의 (d)아 같은 출력신호를 신호증폭기(13)로 출력한다.First, FIGS. 3A and 3B show a waveform diagram of each part of the current zero predicting apparatus according to the present invention, and FIG. 4 shows an operation flowchart of the current zero predicting method according to the present invention. Referring to the operation of the current zero prediction method according to the present invention, first, a current that is energized inside the high voltage circuit breaker 3 by a fault current applied from the current source 1, that is, a sine wave current as shown in FIG. When the rectifier 10 is input to the zero detector ZD of the predictor 4, the rectifier 10 performs full-wave rectification of the input sinusoidal current as shown in FIG. 3A, and outputs the result to the differentiator 11. The radio wave rectified output of FIG. 3A is further differentiated as shown in FIG. 3A and output to the clipper 12. The clipper 12 clips the differential waveform of (c) of FIG. 3A to a predetermined voltage or more and outputs an output signal as shown in (d) of FIG. 3A to the signal amplifier 13.
상기 신호증폭기(13)는 도 3a의 (d)와 같이 입력되는 클리퍼(12)의 출력신호를 증폭하여 도 3a의 (f)와 같은 구형파의 영점 교차신호(ZC)를 출력하는 한편, 상기 영점 교차신호를 반전시켜 도 3a의 (g)와 같은 구형파의 첨두점 검출신호(PD)로 출력한다.The signal amplifier 13 amplifies the output signal of the clipper 12 input as shown in (d) of FIG. 3a, and outputs a zero crossing signal (ZC) of the square wave as shown in (f) of FIG. The cross signal is inverted and output as a peak detection signal PD of a square wave as shown in FIG.
한편, 도 3b에 도시한 바와 같이, 상기 비교기(14)와의 반전에 의해 출력되는 구형파의 영점 교차신호(f) 및 첨두점 검출신호(g)가 상기 카운터(16)의 동작형태를 결정하는 신호로 입력되고, 도 3b의 (h)와 같은 기준클록(CLK), 예로 100KHz에 해당하는 고주파 클록에 상응하는 신호가 입력되면, 카운터(16)는 동작형태에 따라 업/다운(Up/Down) 카운트함으로써, 도 3b의 (i)와 같은 카운터(CT) 결과를 디지터 비교기(17)로 출력한다.On the other hand, as shown in FIG. 3B, the zero crossing signal f and the peak detection signal g of the square wave output by inversion with the comparator 14 determine the operation mode of the counter 16. When a signal corresponding to a reference clock CLK such as (h) of FIG. 3B, for example, a high frequency clock corresponding to 100 KHz is input, the counter 16 is up / down depending on the operation type. By counting, the counter CT result as shown in FIG. 3B (i) is output to the digital comparator 17. FIG.
이에 따라 디지터 비교기(17)는, 카운터(16)로부터 도 3b의 (i)와 같은 카운트 출력(CT)을 수신(S10)하고, 상기 카운트 출력(CT)이 영(Zero)이 되는 시점과 최대가 되는 시점을 각각 전류 영점(ZC) 및 첨두점(PD) 도달시점으로 인식하여, 영점에서 첨두점 검출시까지 소요되는 검출시간(Tzp = ZC-PD)을 산출(S11)한다.Accordingly, the digital comparator 17 receives the count output CT as shown in (i) of FIG. 3B from the counter 16 (S10), and the point of time at which the count output CT becomes zero. The maximum time point is recognized as the current zero point (C) and the peak point (PD), respectively, and the detection time (Tzp = ZC-PD) required from the zero point to the peak point is calculated (S11).
이후, 사용자가 설정한 시간(Setting Time)을 판별(S12)하여 상기 검출시간(Tzp)과 설정시간(Tst)의 차(Cts = Tzp - Tst)를 연산(S13)하고, 이후 카운트 출력을 수신(S14)하여, 상기 수신된 카운트 출력(CT)이 상기 검출시간과 설정시간의 차(Cts)에 해당(S15)하는 경우, 상기 전압원(2)의 구동 타이밍을 제어하는 제어신호(CTL)를 전압원(2)으로 출력(S16)함으로써, 상기 전압원(2)의 회복전압이 고압 차단기(1)에 인가되도록 하는 것이다.Thereafter, the controller determines a time set by the user (S12), calculates a difference (Cts = Tzp-Tst) between the detection time Tzp and the set time Tst (S13), and then receives a count output. (S14), when the received count output CT corresponds to the difference Cts between the detection time and the set time (S15), a control signal CTL for controlling the driving timing of the voltage source 2 is applied. The output S16 to the voltage source 2 allows the recovery voltage of the voltage source 2 to be applied to the high voltage circuit breaker 1.
참고로, 상기 설정시간은 (Tst)은 전압원(2)으로부터 인가되는 고압 즉, 회복 전압이 상기 전류 영점 검출시점과 정확히 일치되도록 하기 위하여, 설비의 특성 등을 고려, 사용자가 설정하는, 제어신호(CTL) 출력 타이밍에 관계되는 시간으로 예를 들어 설명하면, 사용자가 전압원(2)등의 특성을 고려하여 상기 제어신호(CTL)의 출력 타이밍을 영점 검출 시점으로부터 500μsec 이전에 출력되도록 전류 영점 예측기(4)에 설정하면, 디지터 비교기(17)는, 사용자에 의해 설정된 시간(Tst)과 영점 검출이 예측되는 시간(Tzp = Tpz)의 차를 산출하여, 상기 영점 검출이 예측되는 시점보다 500μsec앞선 시간에 상기 전압원(2)을 구동시키는 제어신호(CTL)를 출력하게 되는 것이다.For reference, the set time (Tst) is a control signal that is set by the user in consideration of the characteristics of the facility, so that the high voltage applied from the voltage source 2, that is, the recovery voltage exactly matches the current zero point detection time. For example, the current zero predictor allows the user to output the output timing of the control signal CTL 500 μsec before the zero point of detection in consideration of characteristics of the voltage source 2 and the like. When set to (4), the digital comparator 17 calculates the difference between the time Tst set by the user and the time Tzp = Tpz at which zero detection is expected, and is 500 µsec from the time point at which the zero detection is predicted. The control signal CTL for driving the voltage source 2 is output at a previous time.
전술한바 있는, 본 발명에 따른 전류 영점 예측장치의 구성은, 실시예에 해당하는 것으로 필요에 따라 설계 변경도 가능하다.As described above, the configuration of the current zero predictor according to the present invention corresponds to the embodiment, and the design can be changed as necessary.
상기와 같이 구성되어 이루어지는 본 발명에 따른 전류 영점 예측장치 및 방법은, 고압 차단기의 성능시험에 필수적으로 요구되는 전류 영점 예측기의 정확도를 크게 향상시킴은 물론, 사용자가 설정한 시간에 따라 회복전압을 인가하는 전압원의 구동 타이밍을 정확히 자동으로 제어하는 매우 유용한 발명인 것이다.The current zero predicting apparatus and method according to the present invention, which is configured as described above, greatly improves the accuracy of the current zero predictor required for the performance test of the high-voltage circuit breaker, and also recovers the recovery voltage according to a time set by the user. It is a very useful invention to precisely and automatically control the driving timing of an applied voltage source.
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KR100298594B1 (en) | 2001-09-06 |
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