KR20100023024A - 전기적 프로세스들을 제어하기 위한 시스템에서의 전기 전도 엘리먼트의 전압 측정 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 전기적 프로세스뿐만 아니라 그러한 시스템을 제어하기 위한 시스템에서 전기 전도 엘리먼트와 접지 사이에 제공된 일차 전압 분압 엘리먼트로의 접속을 위한 전압 측정 디바이스 (34) 에 관한 것이다. 디바이스 (34) 는, 이차 전압 분압 엘리먼트들 (RS1, RS2) 의 적어도 하나의 제 1 브랜치로서, 그 브랜치는 일차 전압 분압 엘리먼트와 병렬로 접속되도록 구성되는, 상기 적어도 하나의 제 1 브랜치; 및 제 1 브랜치의 이차 전압 분압 엘리먼트들 (RS2) 중 하나에 접속되며, 그 이차 전압 분압 엘리먼트 양단의 전압을 측정하고 전기 전도 엘리먼트의 전압에 대응하는 제 1 전압 신호 (V1) 를 제공하도록 배열된 제 1 측정 유닛 (38) 을 포함한다.

Description

전기적 프로세스들을 제어하기 위한 시스템에서의 전기 전도 엘리먼트의 전압 측정{VOLTAGE MEASUREMENTS OF ELECTRICALLY CONDUCTING ELEMENTS IN SYSTEMS FOR CONTROLLING ELECTRICAL PROCESSES}

본 발명은 전기적 프로세스를 제어하기 위한 시스템뿐만 아니라 그러한 시스템에 제공하기 위한 전압 측정 디바이스에 관한 것이다.

전기 전력의 발전 및 송전을 제어하는 것과 같은 전기적 프로세스들을 제어하기 위한 시스템들, 즉 고압 송전 및 발전 시스템들에서, 시스템의 제어 및 보호를 제공하기 위해 예컨대 전력선에서와 같은, 시스템에서의 다양한 포인트들에서 전압을 측정할 필요가 있다.

신뢰성 있는 시스템을 제공하기 위해서, 제공되는 제어 및 보호 디바이스들에 관련하여 리던던시가 존재할 수도 있다. 그러한 리던던시는 수개의 상이한 병렬의 보호 및 제어 디바이스들이 프로세스에서 동일한 엘리먼트로부터 측정치들을 수신할 필요가 있을 수도 있다는 것을 의미한다.

WO2006/128397 은, 측정 결과들에 관련하여 리던던시를 제공하기 위해 전력선에 대한 2개의 개별적인 접속들이 제공되는 HVDC 시스템을 개시한다.

그러나, 시스템이 고압 시스템인 경우에, 종종 시스템 엘리먼트에 대한 접촉의 수를 가능한 적게 제한할 필요가 있다. 그렇지 않으면, 섬락 (flashover) 에 대한 리스크가 존재할 수도 있다. 특히 매우 높은 HVDC (High Voltage Direct Current) 송전 시스템들의 경우에 그렇다.

이러한 문제점을 해결하기 위한 하나의 방법은, 전압 분압 엘리먼트에 접속되는 듀플리케이트된 (duplicated) 증폭기들을 제공하는 것일 수도 있다. 그러한 일차 전압 분압 엘리먼트에 직접 접속된 듀플리케이트된 증폭기들을 통해 전력선과 같은 시스템 엘리먼트의 전압 측정들이 수행될 수도 있다. 그러나, 이러한 해법으로는 충분히 높은 신뢰성을 보장하는 것이 가능하지 않을 수도 있다. 또한, 동작 동안에 증폭기들을 교체하는 것이 가능하지 않을 수도 있다.

따라서, 전기적 프로세스를 제어하기 위한 시스템에서 전기 전도 엘리먼트들의 전압들을 측정하는 경우에 개선에 대한 필요성이 존재한다.

본 발명은 일반적으로, 시스템 엘리먼트에 대한 접촉의 수를 증가시킬 필요 없이, 전기 전도 시스템 엘리먼트의 전압에 관한 하나 이상의 전압 신호들의 제공을 가능하게 하기 위해 쉽게 스케일링가능한 전압 측정 디바이스의 제공에 관한 것이다.

본 발명의 원리들에 따르면, 전기 전도 엘리먼트 상에서 측정된 하나의 전압만이 존재한다. 그 후, 그 전압은 일차 전압 분압 엘리먼트에 의해 중간 전압으로 분압된다. 그 후, 단일의 중간 전압은 이차 전압 분압 엘리먼트들을 갖는 스케일링가능한 수의 병렬의 브랜치들에 제공되며, 각각의 브랜치 내의 하나의 이차 전압 분압 엘리먼트는 개별적인 전압 신호를 제공한다.

따라서, 본 발명의 하나의 목적은, 전기적 프로세스를 제어하기 위한 시스템에서 전기 전도 엘리먼트와 접지 사이에 제공된 일차 전압 분압 엘리먼트로의 접속을 위한 전압 측정 디바이스를 제공하는 것이며, 그 디바이스는 전기 전도 엘리먼트의 전압에 관한 하나 이상의 전압 신호들의 제공을 가능하게 하기 위해 쉽게 스케일링가능하다.

이 목적은, 본 발명의 제 1 양태에 따라, 전기적 프로세스를 제어하기 위한 시스템에서 전기 전도 엘리먼트와 접지 사이에 제공된 일차 전압 분압 엘리먼트로의 접속을 위한 전압 측정 디바이스를 통해 해소되며, 그 전압 측정 디바이스는,

이차 전압 분압 엘리먼트들의 적어도 하나의 제 1 브랜치로서, 그 브랜치는 일차 전압 분압 엘리먼트와 병렬로 접속되도록 구성되는, 상기 적어도 하나의 제 1 브랜치; 및

제 1 브랜치의 이차 전압 분압 엘리먼트들 중 하나의 이차 전압 분압 엘리먼트에 접속되며, 그 이차 전압 분압 엘리먼트 양단의 전압을 측정하고 전기 전도 엘리먼트의 전압에 대응하는 제 1 전압 신호를 제공하도록 배열된 제 1 측정 유닛을 포함한다.

본 발명의 다른 목적은, 적어도 하나의 제어 스테이션, 전기 전도 엘리먼트, 전기 전도 엘리먼트와 접지 사이에 제공된 일차 전압 분압 엘리먼트뿐만 아니라, 전압 측정 디바이스를 포함하는 전기적 프로세스를 제어하기 위한 시스템을 제공하는 것이며, 그 전압 측정 디바이스는 전기 전도 엘리먼트의 전압에 관한 하나 이상의 전압 신호들의 제공을 가능하게 하기 위해 쉽게 스케일링가능하다.

이 목적은, 본 발명의 제 2 양태에 따라, 적어도 하나의 제어 스테이션, 전기 전도 엘리먼트, 전기 전도 엘리먼트와 접지 사이에 제공된 일차 전압 분압 엘리먼트뿐만 아니라, 전압 측정 디바이스를 포함하는 전기적 프로세스를 제어하기 위한 시스템을 통해 해소되며, 상기 전압 측정 디바이스는,

- 일차 전압 분압 엘리먼트와 병렬로 접속된 이차 전압 분압 엘리먼트들의 적어도 하나의 제 1 브랜치; 및

- 제 1 브랜치의 이차 전압 분압 엘리먼트들 중 하나의 이차 전압 분압 엘리먼트에 접속되며, 그 이차 전압 분압 엘리먼트 양단의 전압을 측정하고 전기 전도 엘리먼트의 전압에 대응하는 제 1 전압 신호를 제어 스테이션에 제공하도록 배열된 제 1 측정 유닛을 포함한다.

본 발명은 다수의 이점들을 갖는다. 본 발명은 다양한 전압 분압 엘리먼트들 사이의 섬락들이 제한되는 것을 보장한다. 이차 전압 분압 엘리먼트들이 패시브인 경우에, 일차 전압 분압 엘리먼트들과 이차 전압 분압 엘리먼트들 사이의 어떠한 온도 편차들도 측정들에 영향을 미치지 않는 것이 또한 가능하다. 전압 측정 디바이스는 유지보수 (maintenance) 친화적이다. 동작 동안에 유지보수를 서비스 및 제공하는 것이 가능하다. 또한, 디바이스는, 필요에 따라 더 많거나 또는 더 적은 브랜치들이 제공될 수 있도록 스케일링가능하다.

본 발명은 첨부 도면들을 참조하여 이하 설명될 것이다.
도 1은 본 발명의 원리들이 적용될 수도 있는 송전 시스템을 개략적으로 도시한다.
도 2는 도 1의 시스템에서의 전력선과 접지 사이에 접속된 다수의 일차 전압 분압 엘리먼트들을 개략적으로 도시하며, 하나의 일차 전압 분압 엘리먼트가 본 발명에 따른 전압 측정 디바이스에 접속된다.
도 3은 본 발명에 따른 전압 측정 디바이스를 개략적으로 도시한다.
도 4는 본 발명의 전압 측정 디바이스에 접속되어 있는 제어 스테이션에서의 다수의 유닛들을 개략적으로 도시한다.

이하, 본 발명에 따른 디바이스 및 시스템의 바람직한 실시형태들의 상세한 설명이 주어질 것이다.

도 1에서, 전기적 프로세스를 제어하기 위한 시스템이 개략적으로 도시된다. 그러한 프로세스들은, 전기 전력의 발전 및 송전을 제어하기 위한 프로세스들, 즉 고압 (약 50 kV) 또는 초고압 (약 400 kV) 송전 및 발전 시스템들을 포함한다. 도 1의 시스템은 고압 송전 시스템 (10) 의 형태의 그러한 시스템의 하나이다. 또한, 도 1에 주어진 예에서의 송전 시스템은 HVDC (High Voltage Direct Current) 송전 시스템이다. 본 발명이 그러한 시스템에 한정되지 않으며, 인스턴스 (instance) FACTS (Flexible Alternating Current Transmission System) 용과 같은 고압 또는 초고압 송전 시스템들의 다른 타입들에서 사용될 수도 있다.

도면에서, 제 1 변압기 (14) 로 연결되는, 여기서는 3상 전력선인 제 1 AC 전력선 (12) 이 존재한다. 제 1 변압기 (14) 는 AC 전압을 DC 전압으로 변환하는 제 1 변환기 (16) 에 접속된다. 이 제 1 변환기 (16) 는 차례로 제 1 DC 전력선 (20) 에 접속되고, 제 1 DC 전력선 (20) 은 차례로 제 2 변환기 (24) 로 연결되며, 제 2 변환기 (24) 는 DC 전력을 AC 전력으로 변환하는 변환기이다. 제 2 변환기 (24) 는 차례로 제 2 변압기 (28) 에 접속된다. 제 2 변압기는 차례로 제 2 AC 전력선 (30) 에 접속되며, 여기서 제 2 AC 전력선 (30) 은 또한 3상 전력선이다. 또한, 제 1 및 제 2 변환기들 (16 및 24) 은 접지에 접속되며, 이들의 각각은 또한, 이들 접지 접속들에서, 대응하는 제 3 및 제 4 변환기 (18 및 26) 에 접속되며, 그 제 3 및 제 4 변환기 (18 및 26) 는 차례로 제 2 DC 전력선 (22) 에 접속된다. 여기서 제 3 변환기 (18) 는 제 1 변환기 (16) 와 동일한 타입이며, 제 4 변환기 (26) 는 제 2 변환기 (24) 와 동일한 타입이다. 도 1의 시스템에서, DC 전력선들 (20 및 22) 은, 상당한 거리에 걸쳐 감소된 손실로 전력을 송전하기 위해 사용되도록, 적어도 수 킬로미터 길이의 DC 링크를 형성할 수도 있다. 그러나, 예컨대 상이한 AC 주파수들을 갖는 2 개의 AC 전력선들을 동일한 위치에서 상호접속시키기 위해 동일한 구성을 사용하는 것이 또한 가능하다.

도 1에 도시된 시스템은, 제 1 양전압에서 제 1 DC 전력선 (20) 이 제공되고 제 2 반대의 음전압에서 제 2 DC 전력선 (22) 이 제공되는 소위 바이폴 (bipole) 시스템이다. 이는, 제 1 DC 전력선 (20) 에 의해 제공되는 순방향 전류 경로 및 제 2 DC 전력선 (22) 에 의해 제공되는 리턴 전류 경로가 존재한다는 것을 의미한다. 그러나, 제 2 DC 전력선 (22) 에 의해 제공되는 리턴 경로를 제거하고 제 3 및 제 4 변환기들 (18 및 26) 을 제거하는 것을 통해, 모노폴 (monopole) 시스템을 대신 제공하는 것이 가능하다는 것을 이해해야 한다. 모노폴 시스템에서, 대신, 제 1 및 제 2 변환기들 (16 및 24) 은 제 1 DC 전력선과 접지 사이에만 접속될 것이다. 이 경우에, 리턴 경로는 접지를 통해 제공될 수도 있다.

도 2는, 도 1의 시스템의 엘리먼트, 즉 전력선들 중 하나, 특히 제 1 전력선 (20) 에 접속되어 있는 다수의 전압 분압 엘리먼트들을 개략적으로 도시한다. 본 발명에 따르면 일차 전압 분압 엘리먼트들인 이들 전압 분압 엘리먼트들은 여기서 전력선과 접지 사이에 직렬로 접속된다. 도 1에서, 제 2 일차 전압 분압 엘리먼트 (RP2) 의 제 1 단부와 전력선 (20) 사이에 제 1 일차 전압 분압 엘리먼트 (RP1) 가 접속되어 있다. 제 2 전압 분압 엘리먼트 (RP2) 의 제 2 단부는 차례로 제 3 일차 전압 분압 엘리먼트 (RP3) 의 제 1 단부에 접속된다. 또한, 제 3 전압 분압 엘리먼트 (RP3) 의 제 2 단부와 접지 사이에 제 4 일차 전압 분압 엘리먼트 (RP4) 가 접속되어 있다. 모든 이들 전압 분압 엘리먼트들은, 유리하게 동일한 저항 값들을 가질 수도 있는 저항기들의 형태로 제공된다. 또한, 제 1 전압 분압 엘리먼트 (RP1) 와 병렬로 접속된 제 1 캐패시터 (C1), 제 2 전압 분압 엘리먼트 (RP2) 와 병렬로 접속된 제 2 캐패시터 (C2), 제 3 전압 분압 엘리먼트 (RP3) 와 병렬로 접속된 제 3 캐패시터 (C3), 및 제 4 전압 분압 엘리먼트 (RP4) 와 병렬로 접속된 제 4 캐패시터 (C4) 가 존재한다. 일차 전압 분압 엘리먼트들 중 하나, 여기서는 제 4 일차 전압 분압 엘리먼트 (RP4) 는 케이블 (32) 을 통해 전압 측정 디바이스 (34) 에 또한 접속된다. 여기서 케이블 (32) 은 2 개의 도체들을 포함하며, 2 개의 도체들 중 일방은 제 4 전압 분압 엘리먼트 (RP4) 의 제 1 단부에 접속되고, 타방은 제 4 전압 분압 엘리먼트 (RP4) 의 제 2 단부에 접속된다. 케이블 (32) 은 차폐 (shield) 된 케이블인 것이 바람직하며, 유리하게는 이중 차폐된 케이블인 것이 바람직하다. 여기서, 본 발명의 설명을 간략화하기 위해 4 개의 전압 분압 엘리먼트들만이 제공되며 실제로는 전력선과 접지 사이에 직렬로 더 많이 제공될 수도 있다는 것을 이해해야 한다.

도 1의 시스템을 보호 및 제어하기 위해, 프로세스에서 수반되는 다양한 전기 전도 엘리먼트들의 전류 및 전압과 같은 다양한 특성들을 측정할 필요성이 존재한다. 이는 시스템을 제어 및 보호하기 위해 행해진다. 당연히, 하나의 그러한 엘리먼트는 제 1 전력선과 같은 전력선이다. 따라서, 그러한 보호 및 제어에서, 전력선의 전압과 같은 전압들을 측정하고, 제어 및 보호 컴퓨터들과 같은 제어 및 보호 디바이스들에 그 측정된 전압을 제공할 필요가 있다. 이들 시스템들에서, 종종, 시스템이 신뢰성이 있다는 것을 보장하기 위해 보호 및 제어에 관련하는 리던던시를 제공할 필요성이 또한 존재한다. 이는, 수개의 제어 및 보호 디바이스들이 동일한 측정 전압들을 수신할 필요가 있다는 것을 의미이다. 이는 일반적으로, 측정 값들을 획득하기 위해 사용되는 전압 분압 엘리먼트들도 또한 리던던트해야 한다는 것을 의미할 것이다. 그러나, 2 개 이상의 그러한 전압 분압 엘리먼트가 고압 레벨 또는 초고압 레벨을 갖는 전력선과 같은 전기 전도 시스템 엘리먼트에 접속되는 경우에, 이는 일반적으로 시스템 엘리먼트에 대한 접촉의 2 개의 포인트들을 수반할 것이므로, 섬락에 대한 리스크가 존재한다. 따라서, 그러한 전압 측정들을 위해 단 하나의 일차 전압 분압 엘리먼트가 사용된다면 유리하게 될 것이다.

따라서, 전기적 프로세스를 제어하기 위한 시스템에서, 전력선과 같은 전기 전도 엘리먼트에 접속된 일차 전압 분압 엘리먼트들 및 측정 포인트들의 수를 증가시킬 필요 없이, 리던던트 제어 및 보호 디바이스들로의 측정들의 제공을 가능하게 할 필요가 있다.

이제, 이러한 문제를 해소하는 전압 측정 디바이스의 설명이 이어진다.

도 3은 본 발명의 실시형태에 따른 전압 측정 디바이스 (34) 를 개략적으로 도시한다. 디바이스 (34) 는 인터페이스 유닛 (36), 및 이 인터페이스 유닛 (36) 에 접속된 제 1, 제 2, 및 제 3 측정 유닛 (38, 40, 및 42) 을 포함한다. 인터페이스 유닛 (36) 은 도 2의 케이블로의 접속을 위한 필터 (44) 를 포함한다. 이 필터 (44) 는 2 개의 입력 포트들을 가지며, 하나의 입력 포트는 케이블의 도체들 중 하나에 접속되고 다른 입력 포트는 케이블의 다른 도체에 접속된다. 필터 (44) 는 예컨대 20 kHz 내지 30 kHz 를 상회하는 신호 성분들을 필터아웃 (filter out) 하도록 설정된 저역 통과 필터일 수도 있다. 또한, 필터 (44) 는 패시브 필터인 것이 유리하다. 또한, 필터 (44) 는 2 개의 출력 포트들을 갖는다. 인터페이스 유닛에서, 여기서는 필터 (44) 의 출력 포트들 사이에 접속된 이차 전압 분압 엘리먼트들의 3 개의 브랜치들이 제공된다. 이들 브랜치들은 서로 병렬로 접속된다. 따라서, 이 방식으로, 브랜치들은 도 2의 제 4 일차 전압 분압 엘리먼트와 병렬로 접속되도록 또한 구성된다. 제 1 브랜치는 제 2 이차 전압 분압 엘리먼트 (RS2) 와 직렬로 접속된 제 1 이차 전압 분압 엘리먼트 (RS1) 를 포함하고, 제 2 브랜치는 제 4 이차 전압 분압 엘리먼트 (RS4) 와 직렬로 접속된 제 3 이차 전압 분압 엘리먼트 (RS3) 를 포함하며, 제 3 브랜치는 제 6 이차 전압 분압 엘리먼트 (RS6) 와 직렬로 접속된 제 5 이차 전압 분압 엘리먼트 (RS5) 를 포함한다. 이들 이차 전압 분압 엘리먼트들은 여기서 모두 저항기들로서 제공된다. 또한, 여기서 약 10:1 의 제 1 이차 전압 분압 엘리먼트 (RS1) 와 제 2 이차 전압 분압 엘리먼트 사이의 관계가 존재할 수도 있다. 제 3 이차 전압 분압 엘리먼트 (RS3) 와 제 4 이차 전압 분압 엘리먼트 (RS4) 사이뿐만 아니라, 제 5 이차 전압 분압 엘리먼트 (RS5) 와 제 6 이차 전압 분압 엘리먼트 (RS6) 사이에도 또한 동일한 관계가 제공될 수도 있다. 여기서, 모든 이차 전압 분압 엘리먼트들은 패시브 엘리먼트들이고, 즉 이들은 이들의 기능을 위해 어떠한 전력원에도 접속될 필요가 없다.

제 1 측정 유닛 (38) 은, 제 1 브랜치의 이차 전압 분압 엘리먼트들 중 하나, 여기서는 제 2 이차 전압 분압 엘리먼트 (RS2) 에 접속되고, 이 이차 전압 분압 엘리먼트 양단의 전압을 측정한다. 이 측정을 통해, 제 1 측정 유닛 (38) 은 전기 전도 엘리먼트의 전압에 대응하는, 즉 여기서는 도 2의 제 1 전력선의 전압에 대응하는 제 1 전압 신호 (V1) 를 또한 제공한다. 여기서, 제 2 측정 유닛 (40) 은, 제 2 브랜치의 이차 전압 분압 엘리먼트들 중 하나, 여기서는 제 4 이차 전압 분압 엘리먼트 (RS4) 에 접속된다. 제 2 측정 유닛 (40) 은 이 이차 전압 분압 엘리먼트 양단의 전압을 측정하고, 제 1 전력선의 동일한 전압에 대응하는 제 2 전압 신호 (V2) 를 제공한다. 동일한 방식으로, 제 3 측정 유닛 (42) 은, 제 3 브랜치의 이차 전압 분압 엘리먼트들 중 하나, 여기서는 제 6 이차 전압 분압 엘리먼트 (RS6) 에 접속되며, 제 3 측정 유닛 (42) 은 이 이차 전압 분압 엘리먼트 양단의 전압을 측정하고, 제 3 전압 신호 (V3) 를 제공한다. 또한, 여기서 이 제 3 전압 신호 (V3) 는 제 1 전력선의 동일한 전압에 대응한다.

그 후, 시스템의 리던던트 제어 및 보호에 사용되기 위해, 이들 전압 신호들 (V1, V2, 및 V3) 은 제어 스테이션 (80) (도 4 참조) 에 전달될 것이다. 이를 행하기 위해, 각각의 측정 유닛 (38, 40, 및 42) 에는 대응하는 이차 전압 분압 엘리먼트 (RS2, RS4, 및 RS6) 에 접속된 증폭기 (46, 52, 및 58) 가 제공될 수도 있으며, 그 증폭기는 고속 고정밀 증폭기일 수도 있다. 차례로, 각각의 증폭기 (46, 52, 58) 는, 대응하는 전압 신호를 아날로그 표현으로부터 디지털 표현으로 변환하기 위한 A/D 변환 수단, 가능한 어드레싱을 위한 수단뿐만 아니라, 가능한 에러 및 정정 코딩을 위한 수단을 갖는 로직 회로 (48, 54, 60) 에 접속될 수도 있다. 각각의 로직 회로 (48, 54, 60) 는 대응하는 이차 전압 분압 엘리먼트에 걸쳐 측정된 전압의 다수의 전압 샘플들을 연속 형태로 포워딩한다. 여기서, 에러 및 정정 코딩 수단은 검출된 고장 (failure) 을 제어 스테이션 (80) 에 통지하기 위해 사용될 수도 있다. 또한, 각각의 로직 회로 (48, 54, 60) 는, 대응하는 전기적 전압 신호를 전기적 도메인으로부터 광학적 도메인으로 변환하기 위한 대응하는 전기-광학 변환 유닛 (50, 56, 및 62) 에 접속될 수도 있다. 이들 전기-광학 변환 유닛들 (50, 56, 및 62) 은 LED들 (light emitting diodes) 또는 레이저들일 수도 있다. 또한, 각각의 측정 유닛 (38, 40, 및 42) 은 제어 스테이션 (80) 내의 제어 및 보호 유닛들에 접속된다. 이러한 이유로, 각각의 전기-광학 변환 유닛 (50, 56, 및 62) 은 제어 스테이션 (80) 으로 연결되는 대응하는 광섬유 (64, 66, 및 68) 에 접속된다. 이러한 방식으로, 각각의 측정 유닛 (38, 40, 42) 은 제어 스테이션 (80) 으로 이끄는 측정 채널을 제공한다.

상술된 바와 같이, 인터페이스 유닛 (36) 은 패시브 파트들만을 포함하고, 따라서 이들 파트들은 어떠한 전력도 필요로 하지 않는다. 그러나, 측정 유닛들 (38, 40, 42) 의 파트들은 일반적으로 액티브하다. 본 발명의 일 변형에 따르면, 이들 파트들에 대한 전력은 제어 스테이션 (80) 에서 제공되는 리던던트 배터리 시스템들에 의해 공급될 수도 있다. 이러한 이유로, 제어 스테이션 (80) 으로부터 전압 측정 디바이스 (34) 로 연결되는 제 1 및 제 2 전기적 접속 (76 및 78) 이 존재할 수도 있다. 여기서, 전압 측정 디바이스 (34) 는 2 개의 DC/DC 변환기들 (70 및 72) 을 또한 포함하며, 2 개의 DC/DC 변환기들 (70 및 72) 중 일방 (70) 은 하나의 전기적 접속 (76) 에 접속되고, 타방 (72) 은 다른 전기적 접속 (78) 에 접속된다. 이들 2 개의 변환기들 (70 및 72) 은 차례로 다이오드 회로 (74) 에 접속될 수도 있고, 다이오드 회로 (74) 는 차례로 각각의 측정 유닛 (38, 40, 42) 에 접속된다. 여기서, 전기적 접속들 (76 및 78) 중 하나 또는 양자 모두가 전기 전력을 제공하는 경우에, 다이오드 회로 (74) 는 측정 유닛들 (38, 40, 및 42) 에 전력을 항상 공급하도록 배열된다.

마지막으로, 도 4는 제어 스테이션 (80) 내의 몇몇 유닛들을 개략적으로 도시하며, 그 유닛들은 시스템에서의 제어 및 보호를 위해 본 발명에 따라 사용된다. 따라서, 제어 스테이션 (80) 은 제어 및 보호 장비를 포함한다. 여기서, 제 1 측정 유닛 (38) 을 떠나는 광섬유 (64) 는 제 1 인터페이스 유닛 (82) 으로 연결되고, 제 1 인터페이스 유닛 (82) 은, 연속 형태로 수신된 제 1 전압 신호를 광학적 도메인으로부터 전기적 도메인으로 변환하고, 여기서는 제 1 제어 컴퓨터 CCA (88) 인 제 1 제어 디바이스 및 여기서는 제 1 보호 컴퓨터 PCA (90) 인 제 1 보호 디바이스에 그 변환된 신호를 전달하기 위한 수단을 포함한다. 여기서, 제 2 측정 유닛 (40) 을 떠나는 광섬유 (66) 는 제 2 인터페이스 유닛 (84) 으로 연결되고, 제 2 인터페이스 유닛 (84) 은, 제 2 전압 신호를 광학적 도메인으로부터 전기적 도메인으로 변환하고, 여기서는 제 2 제어 컴퓨터 CCB (92) 인 제 2 제어 디바이스 및 여기서는 제 2 보호 컴퓨터 PCB (94) 인 제 2 보호 디바이스에 그 변환된 신호를 전달하기 위한 수단을 포함한다. 여기서, 제 3 측정 유닛 (42) 을 떠나는 광섬유 (68) 는 제 3 인터페이스 유닛 (86) 으로 연결되고, 제 3 인터페이스 유닛 (86) 은, 제 3 전압 신호를 광학적 도메인으로부터 전기적 도메인으로 변환하고, 여기서는 제 3 보호 컴퓨터 PCC (96) 인 제 3 보호 디바이스에 그 변환된 신호를 전달하기 위한 수단을 포함한다. 마지막으로, 전압 측정 디바이스 (34) 의 측정 유닛들 (38, 40, 및 42) 에 전력을 공급하기 위해 제 1 전기적 접속 (76) 에 접속된 제 1 배터리 시스템 (98) 및 제 2 전기적 접속 (78) 에 접속된 제 2 배터리 시스템 (100) 이 존재한다. 이들 배터리 시스템들 (98 및 100) 은 통상적으로 120 V 의 DC 전력을 공급하며, DC/DC 변환기들은 이를 24 V 의 DC 공급 전력으로 변환한다.

2 개의 제어 컴퓨터들을 갖는 이유는 리던던시를 위한 것이다. 여기서, 3 개의 보호 컴퓨터들을 갖는 이유는 소위 3 중 2 동작 (two-out-of-three operation) 을 갖기 위한 것이다. 이는, 보호 컴퓨터들 중 다수에 의해 판정되는 경우에, 특정한 보호 액션이 수행되는 것을 의미한다.

본 발명에 따른 전압 측정 디바이스는 유리하게 일차 전압 분압 엘리먼트에 근접하게 제공될 수 있고, 따라서 또한 제어 스테이션으로부터 떨어져서 제공되거나 또는 분리될 수 있다. 그러나, 동작 동안의 유지보수를 용이하게 하기 위해서는, 그러한 전력선들의 각각의 측에 제공될 수도 있는 보안 펜스 (fence) 들의 외부에 제공되는 경우에 유리하다.

본 발명에 따르면, 전력선 상에서 하나의 전압만이 측정된다. 그 후, 그 전압은 제 4 일차 전압 분압 엘리먼트에 의해 중간 (intermediary) 전압으로 분압된다. 그 후, 그 단일의 중간 전압은 3 개의 브랜치들에 제공되고, 제어 스테이션에 개별적으로 제공되는 3 개의 전압 신호들이 그 3 개의 브랜치들로부터 획득된다. 이러한 방식으로, 다양한 전압 분압 엘리먼트들 사이의 섬락들이 제한되는 것이 보장된다.

일차 전압 분압 엘리먼트와 병렬로 제공되는 개별적인 브랜치들을 제공하는 것을 통해 리던던시가 또한 제공된다. 이는, 하나의 채널이 에러를 가지게 되는 경우에도, 여전히 다른 2 개가 측정들을 제공할 수 있으며, 이는 신뢰성을 증가시킨다는 것을 의미한다. 전압 측정 디바이스의 인터페이스 유닛에서 패시브 엘리먼트들을 갖는 것을 통해, 일차 전압 분압 엘리먼트들과 이차 전압 분압 엘리먼트들 사이의 어떠한 온도 편차들도 측정들에 영향을 미치지 않는 것이 또한 가능하다. 이는, 일차 전압 분압 엘리먼트들이 동등한 사이즈를 갖고, 브랜치들에서 흐르는 전류가 너무 높지 않아야 하는 것을 요구할 수도 있다. 따라서, 전압 측정 디바이스의 보안은 매우 높다. 또한, 이 전압 측정 디바이스는 유지보수 친화적이다. 전압 측정 디바이스의 동작 동안에 유지보수를 서비스 및 제공하는 것이 가능하다. 또한, 전압 측정 디바이스는, 필요한 만큼 더 많거나 또는 더 적은 브랜치들이 제공될 수 있도록 스케일링가능하다. 광섬유들의 사용은 EMI (electromagnetic interference) 에 대한 높은 면역을 제공하는 추가적인 이점을 갖고, 따라서 EMC (electromagnetic compatibility) 에 대한 리스크 문제들이 감소되며, 이는 특히 고압 스위치 기어를 통과하는 긴 케이블들에 대한 경우일 수도 있다. EMC는 측정된 전압들의 빠른 과도 (transient) 응답에 대한 요구조건이 높은 경우에 문제가 될 수 있다.

설명된 발명에 몇몇 피쳐들을 추가하는 것이 가능하다. 전압 측정 디바이스 및 특히 인터페이스 유닛 내의 온도 및 실외 온도를 결정하기 위한 수단, 및 그 차이에 기초하여 전압 측정 값들을 조정하기 위한 수단을 제공하는 것이 가능하다. 이는 측정 값들에 대한 더 높은 정밀도를 제공할 수도 있다.

또한, 전압 측정 디바이스에서의 낮은 가스 압력의 검출을 위해 각각의 측정 채널 상에 입력들을 제공하는 것이 가능하다. 이는, 가스 압력이 내려가는 경우에 전압 측정 디바이스가 고압을 핸들링하는 것이 가능하지 않을 수도 있으므로, 송전을 중지하기 위한 경보를 생성하기 위해 사용될 수도 있다.

예컨대 CRC 코딩과 같은 에러 및 보호 코딩을 제공하는 각각의 측정 유닛의 로직 회로의 파트는, 대응하는 측정 채널 상의 고장들의 내부 감독 및 검출을 위한 수단, 및 검출된 고장을 제어 스테이션에 통지하기 위한 수단으로서 나타낼 수 있다. 그 후, 부정확한 코드가 경보를 생성할 수도 있고, 이 경보는 제어 컴퓨터들 사이의 스위칭을 위해 사용될 수도 있다. 여기서, 하나의 제어 컴퓨터는 액티브 제어 컴퓨터일 수도 있고, 다른 제어 컴퓨터는 상시 대기 방식 (hot standby) 의 제어 컴퓨터일 수도 있다. 이는, 대기 컴퓨터가 액티브 컴퓨터의 모든 기능들을 수행하는 것을 의미한다. 그러나, 대기 컴퓨터가 생성하는 임의의 명령들은 시스템을 제어하는데 사용되지 않고, 그 명령들은 비활성화된다. 대기 컴퓨터가 액티브 컴퓨터가 되자마자 이들 명령들은 활성화된다. 이는 문제의 컴퓨터의 대기로부터 액티브로의 신속한 변경을 가능하게 하며, 이는 폐루프 제어에서 종종 필요하다. 따라서, 부정확한 에러 및 보호 코드들에 기초하여 생성된 상술된 경보는 액티브 제어 컴퓨터와 대기 제어 컴퓨터 사이를 신속하게 스위칭하기 위해 사용될 수 있다. 보호 컴퓨터에 있어서, 대응하는 보호 시스템은 경보에 기초하여 턴오프될 수도 있다. 보호 컴퓨터들이 3 중 2 기법에 따라 동작하고 있는 경우에, 이는 경보가 보호 컴퓨터들로 하여금 노멀 리던던트 동작으로 스위칭하게 할 수 있다는 것을 의미한다.

이미 언급된 것들 이외의 본 발명에 대해 이루이질 수 있는 다수의 추가적인 변형들이 존재한다. 본 발명은 예컨대 회로 차단기 (circuit breaker) 와 같은, 전력선들 이외의 다른 전기 전도 엘리먼트들에 적용될 수 있다. 인터페이스 유닛에서 필터가 생략될 수도 있다. 각각의 브랜치는, 하나의 이차 전압 분압 엘리먼트들이 전압 신호들을 획득하기 위해 사용되는 한, 2 개보다 더 많은 이차 전압 분압 엘리먼트들을 포함할 수도 있다. 또한, 브랜치들의 수가 변화될 수도 있다. 예컨대, 전압 측정 디바이스는, 전기 전도 엘리먼트의 동일한 측정 포인트로부터 얼마나 많은 전압 신호들이 요구되는지에 따라, 단 하나의 브랜치, 2개의 브랜치들, 또는 심지어 3 개의 브랜치들보다 더 많은 브랜치들을 포함할 수도 있다. 본질적으로, 단지, 브랜치들의 수만큼 측정 유닛들이 존재한다. 측정 유닛들에서, 증폭기, 로직 회로, 및 또한 전기-광학 변환 유닛을 생략하는 것이 가능하다. 전기 전도 엘리먼트로부터 가장 멀리 떨어져서 접지에 가장 근접하게 위치되어 있는 엘리먼트였던 제 4 일차 전압 분압 엘리먼트에 접속되어 있는 것으로서 전압 측정 디바이스가 또한 상술되었다. 이는 안정성 및 접근성의 관점에서 유리하다. 그러나, 전압 측정 디바이스가 임의의 일차 전압 분압 엘리먼트에 접속될 수도 있다는 것을 이해해야 한다. 또한, DC/DC 변환기들은 제어 스테이션에 제공될 수도 있으며, 다이오드 회로일 수도 있다.

전술한 논의로부터, 본 발명이 다수의 방식들로 변화될 수 있다는 것은 자명하다. 본 발명이 다음의 청구의 범위에 의해서만 한정된다는 것을 결국 이해해야 할 것이다.

Claims (14)

1. 전기적 프로세스를 제어하기 위한 시스템 (10) 에서 전기 전도 엘리먼트 (20) 와 접지 사이에 제공된 일차 전압 분압 엘리먼트 (RP4) 로의 접속을 위한 전압 측정 디바이스 (34) 로서,
   - 이차 전압 분압 엘리먼트들 (RS1, RS2) 의 적어도 하나의 제 1 브랜치로서, 상기 브랜치는 상기 일차 전압 분압 엘리먼트 (RP4) 와 병렬로 접속되도록 구성되는, 상기 적어도 하나의 제 1 브랜치; 및
   - 상기 제 1 브랜치의 이차 전압 분압 엘리먼트들 중 하나의 이차 전압 분압 엘리먼트 (RS2) 에 접속되며, 그 이차 전압 분압 엘리먼트 양단의 전압을 측정하고 상기 전기 전도 엘리먼트 (20) 의 전압에 대응하는 제 1 전압 신호 (V1) 를 제공하도록 배열된 제 1 측정 유닛 (38) 을 포함하는, 전압 측정 디바이스.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 제 1 브랜치와 병렬로 접속된 이차 전압 분압 엘리먼트들 (RS3, RS4) 의 제 2 브랜치; 및 상기 제 2 브랜치의 이차 전압 분압 엘리먼트들 중 하나의 이차 전압 분압 엘리먼트에 접속되며, 그 이차 전압 분압 엘리먼트 양단의 전압을 측정하고 상기 전기 전도 엘리먼트의 동일한 전압에 대응하는 제 2 전압 신호 (V2) 를 제공하도록 배열된 제 2 측정 유닛 (40) 을 더 포함하는, 전압 측정 디바이스.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   각각의 측정 유닛 (38, 40, 42) 내에, 상기 시스템 (10) 의 제어 스테이션 (80) 에 전송되도록 대응하는 전압 신호 (V1, V2, V3) 를 전기적 도메인으로부터 광학적 도메인으로 변환하기 위한 전기-광학 변환 유닛 (50, 56, 62) 을 더 포함하는, 전압 측정 디바이스.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   각각의 측정 유닛 (38, 40, 42) 내에, 대응하는 전압 신호를 아날로그 표현으로부터 디지털 표현으로 변환하기 위한 A/D 변환 수단 (48, 54, 60) 을 더 포함하는, 전압 측정 디바이스.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
   각각의 측정 유닛 (38, 40, 42) 내에 증폭기 (46, 52, 58) 를 더 포함하는, 전압 측정 디바이스.
6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 일차 전압 분압 엘리먼트 (RP4) 와 각각의 브랜치 사이에 필터 (44) 를 더 포함하는, 전압 측정 디바이스.
7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 전압 측정 디바이스 내의 온도 및 실외 온도를 결정하기 위한 수단, 및 전압 측정 값들을 조정하기 위한 수단을 더 포함하는, 전압 측정 디바이스.
8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
   각각의 측정 유닛 (38, 40, 42) 은 상기 시스템 (10) 의 제어 스테이션 (80) 에 측정 채널을 제공하는, 전압 측정 디바이스.
9. 제 8 항에 있어서,
   낮은 가스 압력의 검출을 위해 각각의 측정 채널 상에 입력들을 더 포함하는, 전압 측정 디바이스.
10. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
    각각의 측정 채널 상의 고장들의 내부 감시 및 검출을 위한 수단 (48, 54, 60), 및 상기 제어 스테이션 (80) 에 검출된 고장을 통지하기 위한 수단을 더 포함하는, 전압 측정 디바이스.
11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 시스템 (10) 내의 리던던트 배터리 시스템들 (98, 100) 로부터 전력을 리던던트하게 수신하기 위한 수단 (70, 72, 74) 을 더 포함하는, 전압 측정 디바이스.
12. 적어도 하나의 제어 스테이션 (80), 전기 전도 엘리먼트 (20), 상기 전기 전도 엘리먼트와 접지 사이에 제공된 일차 전압 분압 엘리먼트 (RP4), 및 전압 측정 디바이스 (34) 를 포함하는 전기적 프로세스를 제어하기 위한 시스템 (10) 으로서,
    상기 전압 측정 디바이스 (34) 는,
    - 상기 일차 전압 분압 엘리먼트 (RP4) 와 병렬로 접속된 이차 전압 분압 엘리먼트들 (RS1, RS2) 의 적어도 하나의 제 1 브랜치; 및
    - 상기 제 1 브랜치의 이차 전압 분압 엘리먼트들 중 하나의 이차 전압 분압 엘리먼트 (RS2) 에 접속되며, 그 이차 전압 분압 엘리먼트 양단의 전압을 측정하고 상기 전기 전도 엘리먼트 (20) 의 전압에 대응하는 제 1 전압 신호 (V1) 를 상기 제어 스테이션 (80) 에 제공하도록 배열된 제 1 측정 유닛 (38) 을 포함하는, 전기적 프로세스를 제어하기 위한 시스템.
13. 제 12 항에 있어서,
    상기 제어 스테이션 (80) 은 상기 제 1 전압 신호를 수신하는 제어 및 보호 디바이스들 (88, 90) 을 포함하는, 전기적 프로세스를 제어하기 위한 시스템.
14. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서,
    상기 전압 측정 디바이스 (34) 는 상기 제어 스테이션 (80) 으로부터 분리되는, 전기적 프로세스를 제어하기 위한 시스템.

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