KR20030051595A - 진공 인터럽터의 진공도 모니터링 방법 및 장치 - Google Patents
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Abstract
진공 인터럽터의 진공도 저하의 검출은 저하로부터 생기는 방전으로 인한 것 이외에 혼합되는 다양한 노이즈들의 존재 때문에 나쁜 감도를 받게 된다.
본 발명은 진공도 저하로 인해 전극과 실드간에 발생되는 연속적인 방전과 방전의 지속시간을 검출함으로써 진공도 저하의 정확한 검출을 할 수 있도록 한다. 상기 연속적인 방전은 전력소스 전압의 1사이클 시간보다 좀 더 긴 시간에 따라 검출되고, 방전의 지속시간은 1사이클 시간보다 충분히 긴 시간에 따라서 검출된다.
Description
도 5는 진공 인터럽터의 일 예를 도시한 것으로서, 도면부호 1은 진공 인터럽터이고, 도면부호 2는 단판들(3, 4)이 장착되는 양단을 갖고 진공용기를 형성하는 절연관이다. 고정전극(stationary electrode)을 갖는 고정리드(5)는 단판(3)을 통하여 배치되고, 이동전극(movable electrode)을 갖는 이동리드(7)는 밸로우즈(bellows: 6)를 통해 이동가능하게 단판(4)에 배치된다. 상기 절연관의 중간에는 실드(shield: 8)가 장착되어 상기 고정전극과 이동전극사이에 발생되는 금속증기(metallic vapor)가 절연관(2)의 내면에 부착되는 것을 방지한다.
통상적으로, 상기 진공 인터럽터는 5 ×10-4torr 이하의 진공도(degree of vacuum)를 갖는 압력에서 정상적인 차단력을 갖는다. 그러나, 오랜기간 사용하면 인터럽터 내부에서 방전되는 가스, 제조시 용접, 납땜 등에 의한 접합에서의 누출 등으로 인해 진공도가 저하될 수 있기 때문에, 차단력이 점차 낮아지게 된다.
차단 부족이 발생하면 내부에 상기 인터럽터가 형성된 전력시스템에 심각한 손실을 끼치므로, 진공 인터럽터 사용시 진공도를 모니터링하는 것은 중요한 문제이다.
도 6은 소위 '파센곡선(Paschen curve)'이라고 하는 진공도와 진공 인터럽터의 내부 방전사이의 관계를 나타낸다. 5 ×10-4torr 이상으로 진공도 부족이 발생하면, 상기 인터럽터의 폐회로 상태에서 전극과 실드사이에 방전이 생긴다. 진공도의 모니터링은 이러한 방전의 검출을 기초로 상기 진공도의 저하에 대한 검출 원리(detection principle)를 형성하는 것이다.
상기 모니터링 원리에 기초한 진공도 모니터링을 위한 다양한 장치들이 제안되었고, 그 중 일부는 약 2-20 ㎑의 주파수를 검출하도록 설계되었지만, 검출 감도(detection sensibility)면에서 비효율적이었다.
구체적으로, 진공도의 저하로 인한 방전을 검출하기 위한 모니터링 장치의 근처에서, 열차의 집전기(pantograph)에 의해 생성되는 노이즈, 광선 서지(lightening surge) 및 상기 인터럽터의 스위칭에서 발생되는 스위칭 서지(switching surge)로 인한 노이즈, 변전소 변압기의 여기 급전류(excitation rush current) 및 비가 올 때 절연체로부터의 코로나 방전(corona discharge)으로 인한 노이즈 등과 같이, 상기 진공 인터럽터와 더불어 혼합되는 다양한 노이즈들이 항상 발생한다. 이러한 노이즈들은 비연속적으로 발생되고 진공도의 저하로 인한 노이즈들과 구별되지 않으므로, 진공도의 비효율적인 검출 감도를 초래하게 된다.
본 발명은 진공 인터럽터(vacuum interrupter)의 진공도 모니터링 방법 및 진공도 모니터링에 사용되는 진공도 모니터링 장치에 관한 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 진공 모니터링 장치의 블록도이다.
도 2는 진공 인터럽터로부터의 전자파 방사를 설명하기 위한 파형도이다.
도 3a 및 도 3b는 상기 진공 모니터링 장치의 외부 모습을 나타내는 것으로서, 도3a는 사시도이고, 도 3b는 전면도이다.
도 4a 내지 도 4c는 상기 진공 모니터링 장치의 결합 상태를 나타내는 것으로서, 도 4a는 베이스에 직접 결합되는 도면이고, 도 4b는 받침대에 결합되는 도면이며, 도 4c는 작동 박스에 결합되는 도면이다.
도 5는 진공 인터럽터의 구성도이다.
도 6은 진공도와 방전사이의 관계를 나타내는 파센곡선이다.
본 발명의 목적은 진공 인터럽터의 성능 저하를 명확히 구별할 수 있는 진공도 모니터링을 위한 방법 및 장치를 제공하는데 있다.
본 발명에 따르면, 절연관에 의해 절연된 진공용기에 형성되는 고정전극과 이동전극 및 상기 고정전극과 이동전극의 반대측에 형성되어 진공 인터럽터의 진공도 저하를 검출하기 위한 실드를 포함하는 진공 인터럽터의 진공도 모니터링 장치에 있어서, 상기 진공도의 저하는 상기 전극과 실드간의 연속적인 방전과 방전의 지속시간에 의해 검출될 수 있다. 그리고, 상기 진공도의 저하가 발생할 때, 저하로 인한 방전에 의해 연속적인 시간을 갖는 펄스들과 비연속적으로 발생되는 노이즈들사이에 측정됨으로써, 저하의 훌륭한 검출 감도를 보일 수 있다.
상기 진공 인터럽터의 전극과 실드사이의 연속적인 방전의 검출과 함께, 상기 연속적인 방전은 전력소스 전압의 1사이클 시간보다 좀 더 긴 시간으로 설정되는 제 1 타이머에 의해 검출되고, 상기 방전의 지속시간은 상기 제 1 타이머의 설정시간보다 충분히 긴 시간으로 설정되는 제 2 타이머에 의해 검출된다.
상기한 검출에 의해, 진공도가 저하될 때 상기 전력소스 전압의 주파수의 각 사이클에서 예외없이 발생하는 방전상태를 상기 제 1 타이머를 통해 검출할 수 있다. 상기 제 1 타이머에 의해 설정된 시간주기보다 오랜시간동안 상기 방전상태가 지속되는지의 여부는 상기 제 2 타이머에 의해 결정된다. 검출되는 펄스들이 상기 제 2 타이머의 설정시간이상으로 지속되면 저하가 발생되어 출력신호를 생성하는 반면에, 지속되지 않으면 상기 제 2 타이머는 리셋되어 진공도의 저하가 있음을 결정한다.
또한, 절연관에 의해 절연되는 진공용기에 형성된 고정전극과 이동전극 및 상기 고정전극과 이동전극의 반대측에 형성되어 진공 인터럽터의 진공도 저하를 검출하기 위한 실드를 포함하는 진공 인터럽터의 진공도 모니터링 장치는, 상기 진공도의 저하에 의해 상기 전극과 실드간에 발생되는 방전현상을 캡쳐하기 위한 안테나, 상기 안테나로부터 신호를 입력받고 증폭하여 주어진 값 레벨 이상의 신호를 검출하기 위한 검출부(detection part), 상기 검출된 신호를 입력받아 상기 방전현상이 진공도의 저하로 인한 것인지 여부를 결정하기 위한 결정부(determination part) 및 상기 결정부의 출력신호를 입력받아 비정상적인 발생을 나타내는 신호를 출력하기 위한 출력부를 포함하여 이루어진다.
상기 결정부는 전력소스 전압의 1사이클 시간보다 좀 더 긴 시간으로 설정되는 제 1 타이머 및 상기 제 1 타이머의 설정시간보다 충분히 긴 시간으로 설정되는 제 2 타이머를 포함한다.
또한, 결정을 수행하기 위한 상기 제 1 타이머는 30㎳의 설정시간을 갖고, 상기 제 2 타이머는 30초의 설정시간을 갖는다.
전술한 바와 같이 구성되는 상기 진공 모니터링 장치는 상기 진공 인터럽터가 장착되는 받침대(pedestal)의 주위에 형성될 수 있다.
도 1은 본 발명의 진공 모니터링 장치의 일 실시예를 나타내는 블록도로서, 도면부호 10은 진공 인터럽터의 진공도 저하로 인해 발생되는 전자파를 수신하기 위한 안테나이고, 도면부호 11은 증폭기 AMP1, AMP2 및 비교기 COM를 포함하는 검출부이다. 안테나(10)를 통해 입력되는 전자기 펄스들은 증폭기 AMP1, AMP2에 의해 증폭된 후, 비교기 COM에 의해 레벨로 비교된다. 비교 결과로서, 주어진 값 레벨 이상의 펄스들이 검출되고 결정부(12)로 전달된다. 상기 결정부(12)는 제 1 타이머 T1, 제 2 타이머 T2 및 절연 포토커플러 Ph를 포함하여 이루어진다. 상기 제 1 타이머 T1은 연속적인 방전을 검출하고, 진공도 저하의 발생으로 인해 펄스들이 매 사이클마다, 즉 전력소스 주파수가 50㎐일 때 20㎳, 연속적으로 생성되는지 여부를 결정한다. 따라서, 상기 타이머 T1은 20㎳에 대한 경미한 허용오차, 즉 30㎳의 시간간격으로 설정된다.
상기 제 2 타이머 T2는 방전의 지속시간을 검출하고, 상기 제 1 타이머의 설정시간보다 더 긴 주어진 시간으로 설정되는 시간간격, 예를 들어 30초를 갖는다. 방전이주어진 시간 이상동안 지속되면, 포토커플러 Ph를 통해 출력부(13)로 신호가 출력된다. 출력부(13)는 LED와 같은 디스플레이 신호 또는 접점 신호(contact signal)를 출력하기 위한 신호가 입력되었을 시 동작되는 릴레이 Ry를 포함한다. 또한, 상기 출력부(13)는 정류회로 CO와 강압회로(step-down circuit) DV를 포함하여 이루어진다. 변전소 등으로부터 입력되는 전력은 상기 정류회로 CO에 의해 정류되고, 상기 강압회로에 의해 기결정된 전압으로 감소되어 다양한 부품들에 대한 전력으로서 공급된다.
도 2는 도 1에서 나타낸 것처럼 구성되는 진공 모니터링 장치에 의한 진공 인터럽터(1)로부터의 전자파 방사에서 전자파의 검출을 설명하는 도면이다. 진공 인터럽터(1)의 진공도 저하의 발생으로 인해 내부 압력이 증가하면, 파센 법칙(Paschen's law)에 의해 상기 인터럽터의 저항은 낮아진다. 따라서, 전극들이 폐회로 상태에 있다고 하더라도, 절연관(2)에 의해 절연되는 고정 및 이동측으로 인한 부동 전위(floating potential)를 갖는 실드(8)와 상기 전극사이에 전위가 생성된다. 실드 전압(shield voltage) VS가 항복 전압(breakdown voltage) VB에 도달할 때, 상기 전극과 실드간에 방전이 일어나서 전류 IB의 경로를 갖게 됨으로써, 급격한 전위 변화가 발생되어 전자파의 방사를 가져온다.
실험에 따르면, 이러한 전압 변화는 방사를 위한 전력소스 전압 V0의 뒤따르는 변화에서 계단형으로 변화되고, 상기 진공 인터럽터의 용량 등에 의해 전압이 변화되더라도 상기 전자파의 주파수는 20-100㎒라는 것이 나타났다.
본 발명의 진공 모니터링 장치는 진공 인터럽터에 의해 생성되는 상기 20-100㎒의 RF 전자파를 검출하도록 구성되는 것으로서, 안테나(10)에 의해 캡쳐되는 전자파는 증폭기 AM1, AM2를 통해 증폭된 후, 주어진 값 이상의 전압 값을 갖는 증폭된 전자파는 출력을 위한 비교기 COM에 의해 검출된다.
전술한 바와 같이, 진공 인터럽터에서 진공도의 저하가 일어나면, 전력소스 전압 VO의 각 사이클에서 예외없이 방전이 발생되어 펄스들이 생성된다. 상기 비교기로부터 입력되는 신호를 갖는 타이머 T1은 전력소스 전압의 1사이클 시간에 대한 허용오차, 즉 30㎳를 갖는 시간주기이고, 입력신호에 의해 동작이 시작된다. 펄스 입력의 간격이 30㎳를 초과하면, 즉 입력신호가 1사이클 이상 없으면 타이머 T1은 리셋된다.
타이머 T2는 상기 타이머 T1보다 충분히 더 긴 시간간격으로 설정되고, 상기 타이머 T1으로부터의 입력신호에 의해 동작이 시작된다. 입력신호가 30㎳ 이상의 간격에 대해 없으면, 상기 타이머는 리셋된다.
구체적으로, 진공 인터럽터의 진공도 저하로 인하여 상기 타이머 T1, T2를 통해 30초 동안 연속적으로 방전되는지 여부가 결정되고 상기 릴레이 Ry가 동작되어 비정상적인 발생을 나타내는 신호를 출력한다.
도 3a 및 도 3b는 진공 모니터링 장치의 외부 도면의 개념을 나타내는 것으로서, 도면부호 20은 도 1에서 나타낸 회로구조를 갖는 장치가 수용될 수 있는 스테인레스 스틸(stainless steel)로 이루어진 실드 케이싱(shield casing)이다. 도면부호21은 진공 모니터링 장치의 외부로부터 전력소스 케이블 및 접점 신호 또는 릴레이의 출력신호를 상기 장치의 외부로 리드하기 위한 케이블이 연결되는 터미널 블록이다. 도면부호 22는 정상 혹은 비정상을 표시하기 위한 LED이고, 도면부호 23은 리셋 스위치이며, 도면부호 24는 안테나(10)가 나사 등으로 고정되어 결합되는 안테나 지지대(antenna support)이다. 상기 안테나(10)의 결합에 의해, 검출부(11)로부터 전기적으로 절연된다. 도면부호 25는 합성수지(resin) 등으로 이루어진 방수 케이싱으로서. 실외에서 적용되는 동안 실드 케이싱(20)을 덮도록 작용하며 실내 적용에서는 불필요하다. 도면부호 26은 방수 커넥션 또는 커넥터이고, 도면부호 27은 실외 적용 동안 사용되는 연장 안테나선(extention antenna line)으로서 동축케이블을 포함하고 전단에서 결합되는 외부 안테나(10a)를 갖는다. 상기 연장 안테나선(27)은 필요시 방수 커넥션 또는 커넥터(28)가 구비되는 외부 리드부(outside leading part)를 갖는다.
도 4a 내지 도 4c는 진공 인터럽터가 외부에 설치될 때 사용되는 탱크형 진공 인터럽터에 본 발명의 진공 모니터링 장치가 구비되는 경우를 나타낸다. 도면에서, 도면부호 31은 콘크리트 등의 베이스(base)에 형성되는 받침대이고, 도면부호 32는 진공 인터럽터를 수용하기 위한 탱크(tank)로서, 3상에 대한 탱크(32)들은 받침대(31)에 평행하게 형성된다. 도면부호 33은 부싱(bushing)이고, 34는 진공 인터럽터의 동작을 위한 수용 부품들의 작동 박스(operation box)이며, 30은 도 3a 및 도 3b에서 나타낸 것처럼 구성되는 진공 모니터링 장치이다.
도 4a는 진공 모니터링 장치가 상기 베이스에 직접 결합되는 경우를 나타내고, 도4b는 받침대(31)에 결합되는 경우를 나타내며, 도 4c는 작동 박스에서 결합되는 경우를 나타낸다.
모든 경우에 있어서, 상기 진공 모니터링 장치가 진공도의 저하를 감지할 때, 검출신호는 전송선을 통해 변전소와 같은 모니터링 스테이션으로 전달될 수 있다.
전술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 전자파의 연속성과 지속시간에 따라 진공 인터럽터의 진공도 저하로 인한 방전의 검출이 수행될 수 있다. 그리고, 진공도의 저하로 인한 것 이외에 방전으로부터 발생되는 비연속적인 노이즈에 어떠한 반응도 일어나지 않기 때문에, 높은 검출 정확성을 갖는 진공 모니터링 장치를 달성할 수 있다.
Claims (6)
- 절연관에 의해 절연된 진공용기에 형성되는 고정전극과 이동전극 및 상기 고정전극과 이동전극의 반대측에 형성되어 진공 인터럽터의 진공도 저하를 검출하기 위한 실드를 포함하는 진공 인터럽터의 진공도 모니터링 방법에 있어서,상기 진공도 저하는 상기 전극과 실드간의 연속적인 방전 및 상기 방전의 지속시간에 의해 검출되는 것을 특징으로 하는 진공 인터럽터의 진공도 모니터링 방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 연속적인 방전은 전력소스 전압의 1사이클 시간보다 좀 더 긴 시간으로 설정되는 제 1 타이머에 의해 검출되고, 상기 방전의 지속시간은 상기 제 1 타이머의 설정시간보다 충분히 긴 시간으로 설정되는 제 2 타이머에 의해 검출되는 것을 특징으로 하는 상기 진공 인터럽터의 진공도 모니터링 방법.
- 절연관에 의해 절연된 진공용기에 형성되는 고정전극과 이동전극 및 상기 고정전극과 이동전극의 반대측에 형성되어 진공 인터럽터의 진공도 저하를 검출하기 위한 실드를 포함하는 진공 인터럽터의 진공도 모니터링 장치에 있어서,상기 진공도의 저하에 의해 상기 전극과 실드간에 발생되는 방전현상을 캡쳐하기 위한 안테나;상기 안테나로부터 신호를 입력받고 증폭하여 주어진 값 레벨 이상의 신호를 검출하기 위한 검출부;상기 검출된 신호를 입력받아 상기 방전현상이 진공도의 저하로 인한 것인지 여부를 결정하기 위한 결정부; 및상기 결정부의 출력신호를 입력받아 비정상적인 발생을 나타내는 신호를 출력하기 위한 출력부;를 포함하여 이루어지는 진공 인터럽터의 진공도 모니터링 장치.
- 제 3 항에 있어서, 상기 결정부는 전력소스 전압의 1사이클 시간보다 좀 더 긴 시간으로 설정되는 제 1 타이머 및 상기 제 1 타이머의 설정시간보다 충분히 긴 시간으로 설정되는 제 2 타이머를 포함하는 것을 특징으로 하는 상기 진공 인터럽터의 진공도 모니터링 장치.
- 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서, 상기 제 1 타이머의 설정시간은 30㎳이고, 상기 제 2 타이머의 설정시간은 30초인 것을 특징으로 하는 상기 진공 인터럽터의 진공도 모니터링 장치.
- 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서, 상기 진공 인터럽터는 받침대에 결합되고, 상기 진공 인터럽터의 진공도 저하를 검출하기 위한 장치는 상기 받침대의 근처에 형성되는 것을 특징으로 하는 상기 진공 인터럽터의 진공도 모니터링 장치.
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