KR20070041449A - 진공 스위칭 디바이스의 고압력 상태를 검출하기 위한 방법및 장치 - Google Patents

진공 스위칭 디바이스의 고압력 상태를 검출하기 위한 방법및 장치 Download PDF

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KR20070041449A
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존 에거메이어
스티브 란다조
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제닝스 테크놀로지
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Abstract

차단기 내 고압력 상태를 검출하기 위한 방법은 차단기 내 접촉부들에 의해 생성된 아크로부터 방출된 광의 세기를 측정하는 단계, 측정된 세기를 미리설정된 값과 비교하는 단계, 및 측정된 세기가 미리설정된 값을 초과할 때 표시를 제공하는 단계를 포함한다.

Description

진공 스위칭 디바이스의 고압력 상태를 검출하기 위한 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR THE DETECTION OF HIGH PRESSURE CONDITIONS IN A VACUUM SWITCHING DEVICE}
본 발명은 고전력 전기 스위칭 디바이스의 고장 상태 검출, 특히 진공 방해시 고압력 상태의 검출에 관한 것이다.
북아메리카 전력망(power grid)의 신뢰도는 소비자 및 산업계의 전력 수요가 증가함에 따라 과거 수년간 재검사를 하게 되었다. 전력망 중 부품 한 개의 고장은 시스템 전체로 확산되는(cascade) 대규모 정전을 야기할 수 있다. 전력망에 사용되는 필수 부품들 중 하나는 고전류, 고전압 AC 전력의 흐름을 턴온 및 턴오프하는데 사용되는 기계적 스위치들이다. 비록 반도체 소자들은 이러한 분야에서 일부 진보하였지만, 매우 높은 전압과 전류의 결합은 이러한 분야에서 바람직한 소자로서 기계적인 스위치를 사용한다.
이러한 고전력 기계적 스위치들에는 기본적으로 2개의 구성; 오일 충진 구성 및 진공 구성이 존재한다. 오일 충진 스위치는 높은 유전 세기를 갖는 탄화수소 기반 유체에 담겨진 접촉부를 이용한다. 이런한 높은 유전 세기는 스위칭 접촉부들이 회로를 중단시키기 위해 개방될 때 스위칭 접촉부에서의 아크 가능성을 견뎌 야 한다. 고전압 서비스 조건으로 인해, 오일의 주기적인 교환이 오일의 방전동안 발생하는 폭발성 가스 형성을 피하기 위해 필요하다. 주기적인 서비스는 회로가 회로의 단선을 필요로하며, 이는 불편하고 값비싼 비용을 유발한다. 탄화수소 오일은 유독성이며 이들이 환경에 퍼질 때 심각한 환경 위험을 발생시킬 수 있다. 다른 구성은 스위칭 접촉부 주위에 진공 호나경을 이용하는 것이다. 스위칭 접촉부에 대한 아크 및 손상은 스위칭 접촉부 주위의 압력이 충분히 낮다면 방지될 수 있다. 이러한 타입의 차단기에서의 진공 손실은 접촉부들이 로드(load)를 스위칭할 때 접촉부들 간의 심각한 아크를 형성하며, 이는 스위치를 파괴시킨다. 일부 어플리케이션에서, 진공 차단기는 오랜 시간 동안 대기 상태로 있게 된다. 진공 손실은 스위치가 서비스에 배치될 때까지 검출되지 않을 수 있으며, 이는 가장 필요할 때 스위치를 한순간에 고장나게 한다. 따라서 차단기 내의 진공이 저하되는 경우 접촉 아크로 인한 스위치 고장이 발생하기 전에 미리 이를 알수 있어야한다. 현재, 이러한 장치는 검사가 어렵고 값비싼 방식으로 패키징되어 있다. 검사는 장치에 접속된 회로로부터 전력을 제거할 것을 필요로 할 수 있다. 스위치 내의 압력 상태를 원격으로 측정하여 직접적인 검사를 필요로 하지 않게 하는 것이 바람직하다. 또한 스위치가 서비스에서 작동 전위에 있으면서 스위치 내의 압력을 주기적으로 모니터링하는 것이 바람직할 수 있다.
이러한 차단기 장치의 진공 인벨로프 내의 압력에 대한 간단한 측정은 종래 장치에 의해 적절히 이루어지지만 실제로는 그러하지 않다. 주된 요소는 스위치가 접지 이상의 7 내지 100 킬로볼트 사이의 전위를 갖는 높은 AC 전압을 스위칭하는 데 상요된다. 이는 종래 압력 측정 장치 분야에서 어렵고 비용이 많이 든다. 비용 및 안전 제한으로 인해, 종래 복잡한 고전압 절연 기술이 적합하지 않다. 고전압 차단기의 고압력 상태를을 안전하고 저렴하게 측정하는 방법과 장치, 바람직하게는 스위치가 작동 전위에 있으면서 스위치로부터 원격으로 측정하는 방법과 장치가 필요하다.
도 1은 종래 진공 차단기의 제 1 예에 대한 단면도(100)이다. 이러한 특정 유닛은 캘리포니아 산호세에 있는 제닝스 테크놀로지(Jennings Technology)에서 제조된다. 접촉부(102 및 104)는 스위칭 기능에 적합하다. 통상 10-4 토르 이하의 진공이 영역(114) 내 접촉부 부근 및 캡(108), 캡(110), 벨로우즈(112), 및 절연체 슬리브(106)에 의해 둘러싸인 인벨로프 내에 존재한다. 벨로우즈(112)는 고정 접촉부(102)에 대한 접촉부(104)의 움직임이 전기 접속을 이루어지게 하거나 단락시킬 수 있게 한다.
도 2는 종래 진공 차단기의 제 2 예의 단면도(200)이다. 또한 이러한 유닛은 캘리포니아 산호세에 있는 제닝스 테크놀로지에서 제조된다. 이러한 종래 실시예에서, 접촉부(202 및 204)는 스위칭 기능을 수행한다. 통상 10-4 토르 이하의 진공은 영역(214) 내의 접촉부 근방 및 캡(208), 캡(210), 벨로우즈(212), 및 절연체 슬리브(206)에 의해 둘러싸인 인벨로프 내에 존재한다. 벨로우즈(112)는 고정 접촉부(204)에 대한 접촉부(202)의 움직임이 전기적 접속을 이루어지게 하거나 단락시킬 수 있게 한다.
본 발명의 목적은 차단기 내의 고압력 상태를 검출하기 위한 방법을 제공하는 것이며, 상기 방법은 차단기 내의 접촉부들에 의해 생성된 아크로부터 방출된 광의 적어도 일부의 세기를 측정하는 단계, 측정된 세기를 미리설정된 값과 비교하는 단계, 그리고 측정된 세기가 미리설정된 값을 초과할 때 제 1 표시를 제공하는 단계를 포함한다.
본 발명의 또 다른 목적은 차단기 내의 고압력 상태를 검출하기 위한 방법을 제공하는 것이며, 상기 방법은 차단기의 외벽 내에 위치한 윈도우를 통해 광빔을 전송하는 단계, 차단기의 내부 볼륨 내에 있는 반사면에서 광빔을 반사시키는 단계, 반사된 광빔의 적어도 일부분의 세기를 측정하는 단계, 측정된 세기를 미리설정된 값과 비교하는 단계, 그리고 측정된 세기가 미리설정된 값보다 작을 때 소정의 표시를 제공하는 단계를 포함한다.
본 발명의 또 다른 목적은 차단기 내의 고압력 상태를 검출하기 위한 방법을 제공하는 것이며, 상기 방법은 차단기의 외벽 내에 격판을 배치시키는 단계를 포함하며, 상기 격판은 미리설정된 제 1 값 아래의 내부 압력에 대한 접혀진(collapsed) 위치에 있으며, 상기 격판은 미리설정된 제 2 값 위에서 내부 압력에 대해 확장된 조건에 있다. 상기 방법은 격판의 외면에서 광빔을 지향시키는 단계, 상기 격판이 접혀진 위치에 있을 때 외면으로부터 반사된 광빔을 검출하는 단계, 격판의 외면이 확장된 위치에 있을 때 검출될 수 없는 반사된 광빔을 생성하는 단계, 그리고 광빔이 더 이상 검출되지 않을 때 고압력 표시를 형성하는 단계를 더 포함한다.
본 발명의 또 다른 목적은 차단기 내에 고압력 상태를 검출하기 위한 방법을 제공하며, 상기 방법은 상기 차단기의 외벽 내에 격판을 배치시키는 단계를 포함하며, 상기 격판은 미리설정된 제 1 값 아래에서 내부 압력에 대해 접혀진 위치에 있고, 상기 격판은 미리설정된 제 2 값 위에서 내부 압력에 대해 확장된 위치에 있다. 상기 방법은 상기 격판의 외면에서 광빔을 지향시키는 단계, 상기 격판이 확장된 위치에 있을 때 상기 외면으로부터 반사된 광빔을 검출하는 단계, 상기 격판의 외면이 접혀진 위치에 있을 때 검출될 수 없는 반사된 광빔을 생성하는 단계, 그리고 상기 광빔이 검출될 때 고압력 표시를 생성하는 단계를 더 포함한다. 본 발명의 또 다른 목적은 차단기 내의 고압력 상태를 검출하기 위한 방법을 제공하며, 상기 방법은 차단기의 밀봉된 볼륨 내에 압력 변환기를 배치시키는 단계, 차단기의 외벽 내에 윈도우를 배치시키는 단계, 압력 변환기에 의해 측정된 압력 측정치를 광학 신호로 변환하는 단계, 그리고 광학 신호를 윈도우를 통과하도록 지향시키는 단계를 포함한다.
본 발명의 또 다른 목적은 차단기 내의 고압력 상태를 검출하기 위한 방법을 제공하는 것이며, 상기 방법은 차단기의 밀봉된 볼륨 내에 압력 변환기를 배치시키는 단계, 압력 변환기에 의해 측정된 압력 측정치를 RF 신호로 변환하는 단계, 그리고 RF 신호를 차단기 외부에 위치한 수신기로 전송하는 단계를 포함한다.
본 발명의 또 다른 목적은 차단기 내의 고압력을 검출하기 위한 장치를 제공하는 것이며, 상기 장치는 차단기 내에서 밀봉되고 제 1 표면 - 상기 제 1 표면은 차단기에 대해 고정됨 - 및 제 2 표면을 갖는, 접힘가능한(collapsible) 디바이스; 제 1 단부 - 상기 접힘가능한 디바이스의 제 2 표면에 부착됨 - 및 제 2 단부를 갖는 샤프틔 및 상기 샤프트의 제 2 단부의 위치를 검출하기 위한 수단을 포함한다.
본 발명의 또 다른 목적은 차단기 내의 고압력을 검출하기 위한 장치를 제공하는 것이며, 상기 장치는 피스톤, 제 1 볼륨, 및 제 2 볼륨을 가지며 상기 피스톤이 제 2 볼륨으로부터 제 1 볼륨을 분할하며 상기 제 1 볼륨이 유체공학적으로 차단기의 내부 볼륨에 결합된 실린더; 실린더의 외부로 연장하고 피스톤에 부착된 샤프트; 및 상기 샤프트의 위치를 검출하기 위한 수단을 포함한다.
본 발명은 하기 설명을 고려하여 보다 잘 이해될 것이다. 이러한 설명은 첨부된 도면을 참조한다.
도 1은 종래 진공 차단기의 제 1 예에 대한 단면도이다.
도 2는 종래 진공 차단기의 제 2 예에 대한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 접촉부의 아크를 검출하기 위한 장치의 부분 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 저압력 상태에서 실린더 작동 광학 압력 스위치의 부분 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라, 고압력 상태에서 실린더 작동 광학 압력 스위치의 부분 단면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라, 저압력 상태에서 벨로우즈 작동 광학 압력 스위치의 부분 단면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라, 고압력 상태에서 벨로우즈 작동 광학 압력 스위치의 부분 단면도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따라, 전기 접촉부로부터 스퍼터링된 파편을 검출하기 위한 광학 장치의 부분 단면도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따라, 자체 전력공급되는 광학 전송 마이크로회로의 부분 단면도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따라, 자체 전력공급되는 RF 전송 마이크로회로의 부분 단면도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따라, 저압력 상태에서 격판 작동 광학 압력 스위치의 개략도이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따라, 고압력 상태에서 격판 작동 광학 압력 스위치의 개략도이다.
본 발명은 고전압 진공 차단기 내의 압력 측정을 위한 방법 및 장치의 제공에 관한 것이다. 일 예로서, 이하 설명되는 다양한 실시예들은 도 1에 도시된 차단기와 함께 또는 그 안에서 구현된다. 이는 본 발명의 예시된 실시예들이 도 2에 도시된 장치 또는 유사한 장치에 동일하게 적용될 수 있지만, 본 발명의 실시예들이 이러한 차단기 구성에만 적용될 수 있다는 것을 의미하는 것은 아니다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 접촉부의 아크를 검출하기 위한 장치의 부분 단면도(300)이다. 영역(114)에 압력이 발생할 때, 가스의 이온화는 압력을 증가시키기 때문에 접촉부들(104 및 102) 사이에 아크가 발생한다. 전기 절연 광 검출기(310)는 접촉부들(104 및 102)이 분리된 갭(306)에서 발생한 방출 광(304)을 관찰하는데 사용된다. 광 검출기(310)는 고체 안정(solid state) 광 다이오드 또는 광 트랜지스터 타입의 검출기이거나, 광-멀티플라이어 튜브 타입의 검출기일 수 있다. 비용을 고려해야 하기 때문에, 고체 상태 디바이스가 바람직하다. 광 검출기(310)는 제어 및 인터페이스 회로(312)에 결합되며, 제어 및 인터페이스 회로는 광 검출기(310)로부터의 신호를 유용한 정보로 변환하는데 필요한 (컴퓨터 프로세서, 메모리, 아날로그 증폭기, 아날로그 대 디지털 변환기, 또는 기타 필요한 회로를 포함하는) 필수 부품들을 포함한다. 광 검출기(310)는 광섬유 케이블(308)을 이용하여 투명 윈도우(302)에 광학적으로 결합된다. 케이블(308)은 차단기의 높은 동작 전압으로부터 필요한 물리적 및 전기적 절연을 제공한다. 대체로, 케이블(308)은 광 투명 유리, 플라스틱 또는 세라믹 재료로 구성되며 비전도성이다. 윈도우(302)는 차단기를 위한 밀봉체(enclosure), 바람직하게는 절연체 슬리브(106)에 장착된다. 또한 윈도우(302)는 편의상 또는 필요한 경우 캡(예컨대 108)에 장착될 수 있다. 윈도우(302)는 유리, 석영, 플라스틱 또는 세라믹을 포함한 광 투명 재료로 제조되며, 반드시 이들로 제한되는 것은 아니다. 예시되지 않았지만, 예컨대 3 상 접촉부에서 3 개의 차단기 중 임의의 차단기의 상태를 모니터링학 위해 다수의 케이블(308)을 단일 광 검출기(310)에 결합하는 것이 바람직할 수 있다. 마찬가지로, 각각이 개별 케이블(308)을 갖는 3 개의 광 검출기(310)를 단일 제어 유닛(312)으로 결합하는 것이 바람직할 수 있다. 본 실시예의 장점은 제어 유닛(312) 및/똔느 광 검출기(310)가 차단기로부터 원격으로 위치할 수 있다는 것이다. 이는 회로로부터 전력을 제거할 필요없이 차단기를 편리하게 모니터링할 수 있게 한다. 엘리먼트(308,310,312)는 도면의 기타 엘리먼트에 대해 축적대로 도시되지 않았다.
비록 접촉부(102,104)의 아크에 의해 발생한 광(304)의 측정이 영역(114)의 압력의 간접적인 측정이지만, 차단기 내의 고장을 생성하는 메커니즘의 직접적인 관찰이다. 충분히 낮은 압력에서는, 배경 부분압이 잔류(residual) 가스의 이온화를 지원하지 않기 때문에 현저한 접촉부 아크가 관찰되지 않는다. 압력이 발생할 때, 아크로부터 광이 발생한다. 광 검출기(310)는 아크가 발생하는 접촉부로부터 방출된 광의 세기, 주파수(색상), 및/또는 지속기간을 관찰할 수 있다. 공지된 압력 상태 하에서 접촉부의 아크에 의해 발생한 데이터들 간의 상관은 "트리거 레벨" 또는 알람 조건을 개발하는데 사용될 수 있다. 광 검출기(310)에 의해 발생한 관찰 데이터는 알람 조건을 생성하기 위해 제어기(312)에 저장된 기준 데이터와 비교될 수 있다. 광 세기, 광 색상, 파형 모양, 및 기간에 대한 각각의 특징은 오류 조건을 표시하기 위해 단독으로 또는 조합하여 사용될 수 있다. 선택적으로, 플라즈마 물리학의 제 1 원칙에 의해 생성된 데이터는 기준 데이터로서 사용될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 저압력 상태에서 실린더 작동 광학 압력 스위치(404)의 부분 단면도(400)이다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 고압력 상태에서 실린더 작동 광학 압력 스위치(404)의 부분 단면도(500)이다. 이러한 실시예들에서, 압력 감지 실린더 디바이스(404)는 스프링(410)에 결합된 피스톤(406)을 포함한다. 챔버(408)는 영역(416)의 압력을 감지하기 위해 차단기(402)의 내부에 유체공학적으로 결합된다. 샤프트(412)는 피스톤(406)에 부착된다. 반사성 디바이스(414)는 샤프트(412)에 부착되고, 이는 광 케이블(418)로부터 방출된 광빔 중 적어도 일부를 광 케이블(420)로 다시 되돌리기에 적합한 임의의 표면일 수 있다. 낮은 압력에서, 샤프트(412)는 도 4에 도시된 것처럼 실린더(404), 장력 스프링(410) 안으로 수축된다. 광 방출기(422), 광 검출기(424), 및 제어 유닛(426)과 함께 작동하는 광섬유 케이블(418 및 420)은 샤프트(412)의 위치를 검출한다. 고압력에서, 스프링(410)은 반사성 디바이스(414)가 광섬유 케이블(418)로부터 (광 방출기(422)를 통해) 기원하는 광빔을 가로채는 위치까지 샤프트(412)를 연장시켜, 반사된 빔을 케이블(420)을 통해 다시 광 검출기(424)로 전송한다. 알람 조건은 광 검출기(424)가 차단기(402)의 고압력 상태를 나타내는 신호를 수신할 때 발생한다. 샤프트(412)가 광빔을 가로채기 위해 연장하는 압력은 스프링(410)의 스프링 상수에 대한 피스톤(406)의 단면적에 의해 결정된다. 보다 단단한 스프링은 보다 낮은 압력에서 알람 조건을 생성한다. 광섬유 케이블(418 및 420)은 디바이스(422-426) 내의 회로에 대해 필수 전기 절연을 제공한다. 상기 실시예들은 반사된 빔을 전송하고 검출하는 광섬유 케이블을 도시하였지만, 유사한 장치가 사용될 수 있으며 각각의 광 케이블(418 및 420)의 단부들이 서로 마주할 수 있다. 이 경 우, 샤프트(412)의 단부는 두 개의 케이블 사이에 삽입되고, 연장된 위치에 있을 때 빔을 차단한다. 알람 조건은 빔이 차단될 때 발생한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른, 저압력 상태에서 벨로우즈 작동 광학 압력 스위치의 부분 단면도(600)이다. 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 고압력 상태에서 벨로우즈 작동 광학 압력 스위치의 부분 단면도이다. 벨로우즈(602)는 차단기(402) 내에 장착되고, 차단기(402)의 내부에 대해 진공 밀봉이 유지되도록 차단기의 내벽에 대해 밀봉된다. 벨로우즈의 내부 볼륨(604)은 차단기 외부의 대기압과 유체 소통한다. 이는 햐프트(606) 주위에 큰 공간(clearance)을 제공하거나 벨로우즈(602)의 내부로부터 차단기의 외벽을 통과하는 추가의 통로(미도시)를 제공함으로써 달성될 수 있다. 벨로우즈(602)는 벨로우즈 내부의 압력이 벨로우즈 외부의 압력과 동일할 때 도 7에 도시된 접힘 위치에 있게 되는 방식으로 제조된다. 진공이 벨로우즈 외부로 확장될(draw) 때, 벨로우즈는 차단기(420)의 영역(416)의 내부를 향해 연장된다. 도 7에 도시된 알람 (고)압력 상태에서, 샤프트(606)는 연장되고 반사성 디바이스(608)를 케이블(418)로부터 광 빔을 가로채는 위치에 배치시키고, 광빔 중 적어도 일부분을 케이블(420)을 통해 검출기(424)로 다시 반사시킨다. 직경에 대한 벨로우즈의 "단단함"은 알람 압력 레벨을 결정한다. 벨로우즈 재료가 단단할수록 알람 압력 레벨은 낮아진다. 광섬유 케이블(418 및 420)은 디바이스(422-426)의 회로에 대한 필수 전기 절연을 제공한다. 상기 실시예들은 반사된 빔을 전송하고 검출하는 광섬유 케이블을 도시하였지만, 유사한 장치가 사용될 수 있으며 각각의 광 케이블(418 및 420)의 단부는 서로 마주할 수 있다. 이 경우, 샤프트(606)의 단부는 두 개의 케이블 사이에 삽입되고, 연장된 위치에 있을 때 빔을 차단한다. 알람 조건은 빔이 차단될 때 생성된다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따라, 전기 접촉부로부터 스퍼터링된 파편을 검출하기 위한 광학 장치의 부분 단면도(800)이다. 차단기 내부의 압력이 증가할 때, 접촉부(102 및 104) 사이의 갭(306)에서 아크가 발생한다. 아크는 접촉부 표면으로부터 재료를 "스퍼터링"하고, 이러한 재료를 여러 내부 표면들에 증착시킨다. 특히, 스퍼터링된 파편은 표면(802) 및 표면(808) 내부의 윈도우(302)에 증착된다. 광학 케이블(418)로부터 방출된 광빔은 윈도우(302)를 통해 반사성 표면(802)으로 전송된다. 반사성 표면(802)은 빔의 일부분을 광 케이블(420)로 되돌린다. 윈도우 표면(808) 상의 스퍼터링된 파편의 양은 광빔(806)의 감쇠 정도를 결정한다. 만약 빔이 소정의 양 아래로 감쇠된다면, 제어 유닛(426)은 알람을 발생시킨다. 추가로, 스퍼터링된 파편은 반사성 표면(802)을 흐리게 하여 빔을 더욱 감쇠시킨다. 포트(804)는 윈도우(302)에 인접하여 위치하고, 스퍼터링된 재료가 윈도우 표면으로 이동하는 것을 돕는다. 본 실시예는 차단기 내부의 진공의 느린 저하를 검출하기 위한 연속된 모니터링 기능을 제공하는 능력을 갖는다. 빔 세기는 차단기 내부의 진공 상태가 악화될 때 예방 관리를 계획하기 위해 제어기(426)를 통해 계속해서 모니터링되고 보고될 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따라, 자체 전력공급도는 광학 전송 마이크로회로(902)의 부분 단면도(900)이다. 마이크로회로(902)는 기판(904), 광 전송 디바이스(906), 압력 측정 부품(908), 증폭기와 로직 회로(910), 및 유도성 전력 공 급부(912)를 포함한다. 마이크로회로(902)는 모놀리식 실리콘 집적회로; 세라믹 기판과 다수의 실리콘 집적회로, 이상 부품들, 및 그 위의 상호접속부들을 갖는 하이브리드 집적회로; 또는 인쇄회로판 기반 디바이스일 수 있다. 영역(114 및 114')의 차단기 내 압력은 기판(904) 상의 회로에 상호접속된 모놀리식 압력 변환기(908)에 의해 측정된다. 증폭기와 로직 회로(910)는 전송을 위해 압력 변환기(908)로부터의 신호 정보를 광 방출기 디바이스(906)를 이용하여 변환한다. 디바이스(906)로부터의 광 전성은 윈도우(302)를 통해 차단기 외부에 위치한 광 케이블(420)을 경유하여 제어 유닛(426)으로 전달된다. 광 전송은 아날로그 또는 디지털일 수 있으며, 바람직하게는 디지털이다. 마이크로회로(902)는 연속적인 압력 정보, 고압력 알람 정보 또는 이들 모두를 전달할 수 있다. 유도성 전력 공급부(912)는 차단기 내의 오실레이팅 자기장으로부터 전력을 얻는다. 이는 기판(904) 상에 도전체 루프(미도시)를 배치시키고, 도전체 루프로부터 얻어진 유도성 AC 전압을 정류하고 필터링함으로써 얻어진다. 광 전송 디바이스(906)는 당업자에게 알려진 발광 다이오드 또는 레이저 다이오드일 수 있다. 기판(904) 상의 부품 구성은 그 자체로 모놀리식 또는 하이브리드일 수 있다. 디바이스(902) 내의 어떠한 회로도 접지되지 않기 때문에, 고전압 절연은 필요하지 않다. 디바이스(424,426)를 위한 고전압 절연은 본 발명의 상기 실시예들에서 설명한 것처럼 광 케이블(420)에 의해 제공된다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따라, 자체 전력공급되는 RF 전송 마이크로회로(1002)의 부분 단면도이다. 마이크로회로(1002)는 기판(1004); 압력 측정 부 품(1006); 증폭기, 로직 및 RF 전송 회로(1008); 유도성 전력 공급부(1010)를 포함한다. 마이크로회로(1002)는 모놀리식 실리콘 집적회로; 세라믹 기판과 다수의 실리콘 집적회로, 이산 부품 및 그 위의 상호접속부들을 갖는 하이브리드 집적회로; 또는 인쇄회로판 기반 디바이스일 수 있다. 영역(114 및 114') 내의 차단기 내 압력은 기판(1004) 상의 회로에 상호접속된 모놀리식 압력 변환기(1006)에 의해 측정된다. 증폭기와 로직 회로는 전송을 위해 회로(1008) 내에 집적된 RF 전송기를 이용하여 압력 변환기(1006)로부터의 신호 정보를 변환한다. 디바이스(906)로부터의 RF 변환은 절연체(106)를 통해 차단기 외부에 위치한 수신기 유닛(1014)으로 전달된다. 다양한 프로토콜과 방법이 당업자에게 공지된 것처럼 집적회로로부터의 RF 전송을 위해 적합하다. 이러한 설명을 위해, RF 전송은 마이크로파 및 밀리미터 파 전송을 포함한다. 수신기 유닛(1014)은 마이크로회로(1002) 내에 포함된 전송기의 범위 내에서 차단기로부터 편리한 거리에 위치할 수 있다. 수신기 유닛은 다수의 차단기 디바이스내에 위치하는 하나 또는 다수의 마이크로회로로부터의 전송을 모니터링하도록 설정될 수 있다. 수신기 유닛(1014)은 전송을 모니터링하고 필요에 따라 알람 및 기타 정보를 생성하기 위해 필수 프로세서, 메모리, 아날로그 회로, 인터페이스 회로를 포함한다. 유도성 전력 공급부(1010)는 차단기 내의 오실레이팅 자기장으로부터 전력을 얻는다. 이는 기판(1004) 상에 도전체 루프(미도시)를 위치시키고 도전체 루프로부터 얻어진 유도된 AC 전압을 정류하고 필터링함으로써 달성된다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른, 저압력 상태에서 격판 작동 광학 압력 스위치의 개략도(1100)이다. 도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른, 고압력 상태에서 격판 작동 광학 압력 스위치의 개략도(1200)이다. 차단기 내의 고압력을 검출하기 위한 저비용의 선택 실시예는 격판(1101)의 사용을 통해 얻어질 수 있다. 격판(1101)은 대체로 중공이며 관형 모양을 갖는 구조물(1104)에 고정된다. 구조물(1104)은 차단기 세그먼트(1106)의 일부분에 고정된다. 선택적으로, 격판(1101)은 편의상 차단기의 외면에 직접 부착될 수 있다. 얇은 돔 재료의 깨지기 쉬운 특성으로 인해, 구조물(1104)은 차단기의 두꺼운 금속 구조물에 대한 납땜 또는 용접 인터페이스로서 작용한다. 가능하면, 구조물(1104)은 마찬가지로 절연체 섹션(예컨대, 이전 도면의 참조번호 106)의 일부분에 납땜된다. 차단기 내부의 낮은 압력에서, 돔(1101)은 도(12)의 연장된 위치에 있다. 고압력에서, 돔(1101)은 도 12의 연장된 위치에 있게 된다. 접힌 위치로부터 연장된 위치까지의 돔 이동의 압력은 2 내지 14.7 psia 의 범위에 있으며, 바람직하게는 2 내지 7 psia 사이에 있다. 돔 위치는 부품(418-426)에 의해 검출된다. 저압력 상태에서, 접힌 돔은 비교적 평탄면(1102)을 형성한다. 방출기 디바이스(422)에 의해 생성된 광빔은 광 케이블(418)을 통해 표면(1102)으로 전송된다. 반사된 빔은 표면(1102)으로부터 광 케이블(420)을 통해 광 검출기 디바이스(424)로 되돌아간다. 고압력 상태에서, 돔은 표면(1202)에서 현저한 굴곡을 갖는 대략 반구형으로 연장된 모양으로 스냅핑(snap)된다. 이러한 굴곡은 광 케이블(418)의 단부로부터 방출된 광빔이 케이블(420)의 수신 단부로부터 멀어지게 편향시키며, 검출기(424)에서의 신호 손실을 야기하고 디바이스(426)의 회로 내에 알람 조건을 발생시킨다. 또한 광 케이 블(418 및 420)을 이용하여 연장된 위치에 있는 돔의 근접성을 검출하기 위해 로직을 역전(reverse)시키고, 대략 편평한 위치로 당겨질 때 신호 손실이 발생할 가능성이 있다. 선택적으로, 도 4-7의 실시예에서 도시된 것처럼, 돔의 위치는 돔의 외면, 샤프트의 마주하는 단부 및 광빔과 접촉하게 위치한 메커니즘 샤프트(미도시)에 의해 검출될 수 있다.

Claims (18)

  1. 차단기 내의 고압력 상태를 검출하기 위한 방법으로서,
    상기 차단기의 접촉부들에 의해 생성된 아크로부터 방출된 광의 적어도 일부분에 대한 세기를 측정하는 단계;
    상기 측정된 세기를 미리설정된 값과 비교하는 단계; 및
    상기 측정된 세기가 상기 미리설정된 값을 초과할 때 제 1 표시를 제공하는 단계
    를 포함하는 차단기 내 고압력 상태 검출 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 아크의 지속기간을 측정하는 단계;
    상기 측정된 기간은 미리설정된 기간과 비교하는 단계; 및
    사기 측정된 지속기간이 상기 미리설정된 기간을 초과할 때 제 2 표시를 제공하는 단계
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차단기 내 고압력 상태 검출 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 측정된 세기는 광 검출기에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 차단기 내 고압력 상태 검출 방법.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 아크로부터 방출된 광의 적어도 일부는 광섬유 케이블에 의해 상기 광 검출기로 지향되는 것을 특징으로 하는 차단기 내 고압력 상태 검출 방법.
  5. 차단기 내의 고압력 상태를 검출하기 위한 방법으로서,
    상기 차단기의 외벽 내에 위치한 윈도우를 통해 광빔을 전송하는 단계;
    상기 차단기의 내부 볼륨 내에 위치하는 반사성 표면으로부터 상기 광빔을 반사시키는 단계;
    상기 반사된 광빔의 적어도 일부분의 세기를 측정하는 단계;
    상기 측정된 세기를 미리설정된 값과 비교하는 단계; 및
    상기 측정된 세기가 상기 미리설정된 값보다 작을 때 표시를 제공하는 단계
    를 포함하는, 차단기 내 고압력 상태 검출 방법.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 광빔은 광섬유 케이블에 의해 상기 윈도우로 전송되는 것을 특징으로 하는 차단기 내 고압력 상태 검출 방법.
  7. 제 5 항에 있어서, 상기 반사된 광빔은 광섬유 케이블에 의해 측정 디바이스로 전송되는 것을 특징으로 하는 차단기 내 고압력 상태 검출 방법.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 측정 디바이스는 광 검출기를 포함하는 것을 특징으 로 하는 차단기 내 고압력 상태 검출 방법.
  9. 차단기 내 고압력 상태를 검출하기 위한 방법으로서,
    상기 차단기의 외벽 내에 격판(diaphram) - 상기 격판은 미리설정된 제 1 값 아래의 내부 압력들에 대해 접힘(collapsed) 위치에 있고, 미리설정된 제 2 값 이상의 내부 압력들에 대해 연장된 조건에 있음 - 을 배치시키는 단계;
    상기 격판의 외면에서 광빔을 지향시키는 단계;
    상기 격판이 상기 접힘 위치에 있을 때 상기 외면으로부터 반사된 광빔을 검출하는 단계;
    상기 격판의 외면이 연장된 위치에 있을 때 검출될 수 없는 반사된 광빔을 형성하는 단계; 및
    상기 광빔이 더 이상 검출되지 않을 때 고압력 표시를 형성하는 단계
    를 포함하는, 차단기 내 고압력 상태 검출 방법.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 광빔은 광섬유 케이블에 의해 상기 외면으로 지향되는 것을 특징으로 하는 차단기 내 고압력 상태 검출 방법.
  11. 제 9 항에 있어서, 상기 반사된 광빔은 광섬유 케이블에 의해 검출 디바이스로 전송되는 것을 특징으로 하는 차단기 내 고압력 상태 검출 방법.
  12. 제 9 항에 있어서, 상기 미리설정된 제 1 값은 2 내지 7 psia 사이에 있는 것을 특징으로 하는 차단기 내 고압력 상태 검출 방법.
  13. 제 9 항에 있어서, 상기 미리설정된 제 2 값은 2 내지 7 psia 사이에 있는 것을 특징으로 하는 차단기 내 고압력 상태 검출 방법.
  14. 차단기 내 고압력 상태를 검출하기 위한 방법으로서,
    상기 차단기의 외벽 내에 격판 - 상기 격판은 미리설정된 제 1 값 아래의 내부 압력들에 대해 접힘 위치에 있고 미리설정된 제 2 값 이상의 내부 압력들에 대해 연장된 위치에 있음 - 을 배치시키는 단계;
    상기 격판의 외면에서 광빔을 지향시키는 단계;
    상기 격판이 상기 연장된 위치에 있을 때 상기 외면으로부터 반사된 광빔을 검출하는 단계;
    상기 격판의 외면이 상기 접힘 위치에 있을 때 검출될 수 없는 반사된 광빔을 생성하는 단계; 및
    상기 광빔이 검출될 때 고압력 표시를 생성하는 단계
    를 포함하는, 차단기 내 고압력 상태 검출 방법.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 광빔은 광섬유 케이블에 의해 상기 외면으로 지향되는 것을 특징으로 하는 차단기 내 고압력 상태 검출 방법.
  16. 제 14 항에 있어서, 상기 반사된 광빔은 광섬유 케이블에 의해 검출 디바이스로 전송되는 것을 특징으로 하는 차단기 내 고압력 상태 검출 방법.
  17. 제 14 항에 있어서, 상기 미리설정된 제 1 값은 2 내지 7 psia 사이에 있는 것을 특징으로 하는 차단기 내 고압력 상태 검출 방법.
  18. 제 14 항에 있어서, 상기 미리설정된 제 2 값은 2 내지 7 psia 사이에 있는 것을 특징으로 하는 차단기 내 고압력 상태 검출 방법.
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