KR20120018292A - 컨덴서 용량 진단 장치 및 컨덴서 용량 진단 장치를 구비한 전력용 기기 - Google Patents

컨덴서 용량 진단 장치 및 컨덴서 용량 진단 장치를 구비한 전력용 기기 Download PDF

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Abstract

컨덴서 용량 진단 장치(1)는 컨덴서(2)에 충전하기 위한 전원(3)과; 컨덴서(2)의 에너지를 방전시키기 위해 컨덴서(2)에 병렬로 접속되는 방전 회로(4)와; 방전 시의 전압 저하를 측정하기 위한 저항 분압 회로(5)와; 분압 전압을 측정하는 측정 회로(6)와; 방전에 의한 전압의 시간 변화로부터 컨덴서 용량의 양부를 판정하는 진단 회로(7)를 구비한 것이다. 이에 의해, 운용 중 전력용 기기의 컨덴서의 용량 적부 진단이 가능하게 된다.

Description

컨덴서 용량 진단 장치 및 컨덴서 용량 진단 장치를 구비한 전력용 기기{CAPACITOR CAPACITY DIAGNOSIS DEVICE AND POWER EQUIPMENT PROVIDED WITH A CAPACITOR CAPACITY DIAGNOSIS DEVICE}
본 발명은 컨덴서 용량의 양부(良否)를 판정하는 컨덴서 용량 진단 장치, 및 컨덴서 용량 진단 장치를 구비하고, 컨덴서에 축적된 에너지를 전자 코일에 통전(通電)하여 조작하는 전자 조작 기구를 가지는 전력용 기기에 관한 것이다.
송전 계통에 이용되는 전력용 기기는 장기간에 걸쳐 신뢰성이 요구된다. 이 때문에, 정기적인 기기의 진단이 빠질 수 없다. 예를 들어, 밀폐형 복합 절연 스위치 기어에서는 진공 차단기의 개폐 조작을 전자 코일에 의한 전자 조작 기구에 의해 행하고, 접점을 개방하는데 컨덴서에 축적된 에너지를 이용하고 있다. 전력용 기기의 구동에 필요한 대용량의 전해 컨덴서는 수명이 있는 부품으로 여겨지고 있기 때문에, 시간의 흐름에 따른 열화(劣化)에 의한 컨덴서 용량의 저하가 염려된다. 그래서 진공 차단기의 신뢰성을 확보하기 위해, 이 컨덴서를 정기적으로 분리하고, 용량의 체크를 행하여, 컨덴서의 양부를 판정하는 컨덴서 용량 진단을 행하고, 열화 등이 인정된 경우에 컨덴서의 교환을 실시할 필요가 있는 것으로 하고 있다. 그러나 정기 점검 시 이외에 컨덴서의 체크를 행하는 것은 전력용 기기를 정지시키게 되어, 진단 횟수도 제한된다. 분리하는 일 없이, 전력용 기기의 운용 중에 컨덴서 용량의 양부를 판정할 수 있는 진단 장치라면, 기기를 정지시키는 일 없이, 진단 빈도를 큰 폭으로 늘릴 수 있어서, 신뢰성의 향상이 기대된다.
차량용 승무원 보호 장치의 에어백에 이용되는 백업 컨덴서의 종래 컨덴서 용량 진단 회로에서는 직렬 접속된 저항과 스위치 회로로 이루어지는 방전 회로를 컨덴서에 병렬 접속하고, 방전 회로의 스위치 회로를 일정 시간 온하고, 그 온하기 직전 컨덴서의 충전 전압값(V1)과, 일정 시간의 방전에 수반하는 컨덴서의 단자 전압의 변화값(V1-V2)의 비를 연산하고, 그 연산 결과를 기준값과 비교하는 것에 의해 컨덴서 용량의 양부를 진단한다. 이에 의해, 컨덴서에 접속되는 직류 전원의 출력 전압의 불균형에 영향을 받지 않고, 확실하게, 정밀도 좋게 진단하는 것을 실현하고 있다. 또한, 컨덴서의 진단은 차량 시동 시에 실시된다(예를 들어, 특허 문헌 1 참조).
또, 차량용 승무원 보호 장치의 에어백에 이용되는 백업 컨덴서의 다른 종래 컨덴서의 이상 진단 장치에서는 컨덴서의 양단 전압값과 문턱값을 비교하여 컨덴서의 이상을 진단한다. 문턱값과 충전 개시 시에 있어서 컨덴서의 양단 전압값(초기값)를 검출하는 검출 수단과, 초기값에 기초하여, 문턱값을 초기값 이상으로 가변 설정하고, 이 가변된 문턱값과 충전 개시 후에 있어서 컨덴서의 양단 전압값을 비교하여 컨덴서의 이상을 진단하는 수단을 구비하고 있다. 이에 의해, 충전 개시 시점에서 이미 전하가 있는 경우에도 컨덴서의 이상을 확실하게 진단하는 것을 실현하고 있다. 또한, 컨덴서의 진단은 주행 전에 실시된다(예를 들어, 특허 문헌 2 참조).
선행 기술 문헌
특허 문헌
특허 문헌 1 : 일본 특개평 9-229976호 공보
특허 문헌 2 : 일본 특개평 6-207959호 공보
그렇지만, 종래의 컨덴서의 용량 진단 회로나 컨덴서의 이상 진단 장치에 있어서는 모두 차량용 에어백의 백업 컨덴서를 진단하는 것을 목적으로 하고 있으며, 이그니션 스위치(ignition switch)를 넣은 직후 차의 시동 시에 진단을 실시할 뿐이며, 운전 중에 상시 진단하는 것을 상정하고 있지 않고, 일단 운용을 개시하면 장기적으로 이용되기 때문에, 운용 중의 정기적인 컨덴서 용량의 진단이 빠질 수 없는 전력용 기기의 전자 조작 기구에 이용되는 컨덴서의 용량 진단에는 적용할 수 없다고 하는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것이며, 운용 중인 전력용 기기의 전자 조작 기구에 이용되는 컨덴서에 의한 구동에 지장을 주지 않고, 정기적으로 컨덴서의 진단이 가능한 컨덴서 용량 진단 장치 및 컨덴서 용량 진단 장치를 구비한 전력용 기기를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 청구항 1에 관한 컨덴서 용량 진단 장치는, 컨덴서를 충전하는 전원과; 직렬로 접속된 방전 저항과 방전 스위치에 의해 구성되고, 컨덴서에 병렬로 접속된 방전 회로와; 직렬로 접속된 제1 저항 및 제2 저항에 의해 구성되고, 컨덴서에 병렬로 접속된 저항 분압 회로와; 제1 저항과 제2 저항의 분압점의 전압을 증폭하여 측정하는 측정 회로와; 컨덴서의 충전을 정지시키고, 방전 회로의 방전 스위치를 도통시키는 것에 의해 컨덴서에 충전된 에너지를 소정 시간 방전시키고, 측정 회로에서 측정된 방전에 의한 전압 저하값으로부터 컨덴서 용량의 적부(適否)를 판정하는 진단 회로를 구비하고, 충전된 컨덴서의 방전에 의한 진단 시의 전압 저하를 소정의 값 이내로 억제한 것이다.
또, 본 발명의 청구항 3에 관한 컨덴서 용량 진단 장치를 구비한 전력용 기기는 컨덴서 용량 진단 장치를 구비하고, 컨덴서에 충전된 에너지에 의한 전자 조작 기구를 구비한 것이다.
본 발명에 의하면, 컨덴서 용량의 진단 시에 컨덴서의 방전에 의한 전압 저하가 소정의 값 이내로 설정되는 것에 의해 컨덴서의 운용 중에 진단을 행하는 것이 가능하고, 또 이 컨덴서 용량 진단 장치를 전력용 기기의 전자 조작 기구에 이용되는 컨덴서 용량의 진단에 적용하는 것에 의해, 전력용 기기의 운용 중에 컨덴서 용량의 진단을 행할 수 있다고 하는 현저한 효과를 달성하는 것이다.
도 1은 실시 형태 1에 있어서 컨덴서 용량 진단 장치의 개략을 나타내는 회로 구성도이다.
도 2는 실시 형태 1에 있어서 컨덴서 용량 진단 장치의 방전에 의한 전압의 변화를 나타내는 설명도이다.
도 3은 실시 형태 2에 있어서 컨덴서 용량 진단 장치를 구비한 전력용 기기의 개략을 나타내는 구성도이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시 형태에 관한 컨덴서 용량 진단 장치 및 컨덴서 용량 진단 장치를 구비한 전력용 기기에 대해서 설명한다.
실시 형태 1.
도 1은 본 발명의 실시 형태 1에 있어서 컨덴서 용량 진단 장치의 개략을 나타내는 회로 구성도이다. 도 2는 컨덴서 용량 진단 장치의 방전에 의한 컨덴서 전압의 변화를 나타내는 설명도이다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 컨덴서 용량 진단 장치(1)는 용량의 양부가 판정되는 컨덴서(2)를 충전하기 위한 DC 전원(3a)과 컨덴서(2)가 필요로 하는 전압에 조정되는 DC/DC 컨버터(3b)에 의해 구성되는 전원(3)과; 컨덴서(2)의 에너지를 방전시키기 위해 컨덴서(2)에 병렬로 접속되고, 방전 저항(4a) 및 방전 스위치(4b)로서의 트랜지스터에 의해 구성되는 방전 회로(4)와; 방전 시의 전압 저하를 측정하기 위해 컨덴서(2)에 병렬로 접속되고, 제1 및 제2 저항(5a, 5b)에 의해 구성되는 저항 분압 회로(5)와; 제1 저항(5a) 및 제2 저항(5b)의 접속점(A) 전압을 측정하는 증폭기(6a)와 A/D 컨버터(6b)에 의해 구성되는 측정 회로(6)와; 컨덴서(2)로의 충전 정지 지령 및 방전 회로(4) 내 방전 스위치(4a)의 도통 지령을 출력하여, 컨덴서(2)에 충전된 에너지를 소정 시간 방전시키고, 측정 회로(6)에서 측정된 방전에 의한 전압의 시간 변화로부터 컨덴서 용량의 양부를 판정하는 진단 회로(7)와; 진단 회로(7)에 의한 판정 결과에 기초하여, "부(否)"라고 판단된 경우에 경보를 발하는 경보기(8)로 이루어진다.
다음에, 도 1 및 도 2를 참조하여, 실시 형태 1에 있어서 컨덴서 용량 진단 장치(1)의 동작 원리에 대해서 설명한다. 용량의 양부가 판정되는 컨덴서(2)는 접속된 전원(3)으로부터 전력이 공급되고, DC/DC 컨버터(3b)에 의해 컨덴서(2)가 이용되는 기기가 요구하는 전압(Vc)으로 충전된다. 진단 회로(7)로부터 컨덴서(2)로의 충전 정지 지령이 출력되고, 방전 회로(4)의 방전 스위치(4b)에 소정의 시간 t의 도통 지령이 출력된다. 도 2는 컨덴서의 용량 진단 시의 방전에 의한 컨덴서의 전압(9)을 나타내는 것이며, 컨덴서 전압(V)은 방전 스위치(4b)가 도통되고 나서 방전 저항(4a)을 통하여 방전에 의해 시간과 함께 저하하고, 시간 t에서 전압 저하는 멈추고, 다시 충전이 개시된다. 이 컨덴서 전압(V)은 저항 분압 회로(5)의 제1 저항(5a)의 저항(R1)과 제2 저항(5b)의 저항(R2)의 접속점(A)에서 R1/(R1+R2)로 분압되고, 시간 t에서의 전압 저하값(ΔV)이 측정되고, 증폭 회로(6a)를 통하여 A/D 컨버터(6b)에서 변환된 측정 회로(6)에 의한 결과가 진단 회로(7)에 보내진다. 여기서, 이전 진단 시에 컨덴서(2)에 허용되는 소정의 전압 저하값(ΔV)으로서 설정된 기준의 전압 저하값(ΔVs)과 비교하여, 도 2의 9a에 나타내는 기준값을 넘는 전압 저하값(ΔVs) 이내인 경우에는 컨덴서 용량이 "적(適)"이라고 판정되고, 9b에 나타내는 기준값을 넘는 전압 저하값(ΔVs) 이상인 경우에는 컨덴서 용량이 "부"로 판정되고, "부"로 판정된 경우에는 경보 회로(8)에서 경보가 발해진다. 여기서, 컨덴서(2)에 허용되는 소정의 전압 저하값(ΔVs)은 컨덴서(2)가 진단을 위해 소정의 시간 방전되어도, 컨덴서(2)가 본래의 조작에 필요한 용량이 확보되어 있는 것을 말한다. 또, 에어백에 이용되는 백업 컨덴서의 종래 컨덴서 용량 진단에서는 컨덴서가 가지는 누설 전류(자기(自己) 방전 전류)에 의한 측정 오차는 고려되어 있지 않지만, 용량 진단 시에 컨덴서가 가지는 자기 방전 전류(Is) 이상의 전류로 측정하는 것에 의해 측정 오차가 저감되어, 용량 진단의 정밀도 향상을 도모할 수 있다. 그래서 방전 저항(4)의 저항(Rd)은 식 (1)을 만족하도록 설정된다.
Id=Vc/Rd>Is (1)
여기서, Vc는 충전 시 컨덴서의 전압, Id는 방전 전류이다.
예를 들어, 자기 방전 전류에 대해서 용량 진단 시의 방전 전류를 100배로 설정하는 것에 의해, 측정 오차에 주는 영향은 1% 이하로 실용상 문제없는 레벨까지 큰 폭으로 저감시키는 것이 가능하게 된다.
컨덴서의 본래 구동 조작에 지장을 미치지 않는 컨덴서 용량이 "적"으로 되는 진단 시의 허용 전압 저하값(ΔVs)은 충전 컨덴서 전압(Vc)의 수% 정도로 된다. 따라서, 용량 진단 시에 "적"으로 되는 컨덴서의 방전에 의한 전압 저하값이 ΔVs의 범위 내로 되도록 소정의 시간 t는 결정된다. 이 때문에, 저항 분압 회로(5)의 접속점(A)에서 전압 변화가 작아서, 증폭기(6a)에 의한 전압 증폭을 행하는 것이 바람직하다.
이와 같이, 본 발명의 실시 형태 1에 있어서 컨덴서 용량 진단 장치에서는 진단 시에 컨덴서에 의한 동작에 지장을 미치지 않는 범위에서의 방전에 의한 전압 저하로 되도록 소정의 방전 저항, 시간 내에서 측정을 실시하고 있으므로, 컨덴서 본래의 동작이 가능하게 되는 효과를 가지고, 컨덴서의 운용 중에도 컨덴서 용량의 적부 진단을 행할 수 있다고 하는 현저한 효과를 달성하는 것이다. 또, 컨덴서 용량 진단 시에, 컨덴서의 자기 방전 전류 이상의 방전 전류를 흘리도록 설정하는 것에 의해, 컨덴서의 용량 측정 정밀도를 향상시킬 수 있다고 하는 현저한 효과를 달성하는 것이다.
실시 형태 2.
도 3은 본 발명의 실시 형태 2에 있어서 컨덴서 용량 진단 장치를 구비한 전력용 기기의 개략을 나타내는 구성도이다.
실시 형태 2에서는 축적된 컨덴서의 에너지에 의한 전자 조작 기구를 가지는 전력용 기기의 예로서, 진공 차단기(VCB)에 컨덴서 용량 진단 장치를 적용하는 경우에 대해서 설명한다. 도 3에 나타내는 바와 같이, 진공 차단기(10)는 탱크 차폐벽(11) 내에 설치되고, 고정 접점(12)과, 가동축(可動軸; 13)에 장착된 가동 접점(14)이 개폐되는 진공 스위치관(VST; 15)과, 탱크 차폐벽(11) 밖에 마련되고, 고정 철심(16)과 이 고정 철심(16) 내에 설치된 오프닝 코일(opening coil; 17) 및 클로우징 코일(closing coil; 18)과, 이 오프닝 코일(17)에 전력을 공급하는 컨덴서(2)와, 컨덴서(2)로부터 오프닝 코일(17)에 스위치(19)에 의해 통전된 경우에 전류를 계측하는 계기용 변류기(CT; 20)와, 이 코일(17, 18)을 관통하도록 설치된 가동축(21)과, 이 가동축(21)에 장착된 영구자석(22)과 가동 철심(23)과, 가동축(21)에 장착된 접압 스프링(24)에 의해 진공 스위치관(15)의 접점(12, 14)을 개폐하는 기능을 가지는 전자 조작 기구(25)와, 컨덴서(2)의 용량을 진단하는 컨덴서 용량 진단 장치(1)로 구성된다. 컨덴서 용량 진단 장치(1)의 구성은 실시 형태 1과 동일하므로 설명을 생략한다.
다음에, 도 3을 참조하여, 실시 형태 2에 있어서 진공 차단기의 동작 원리에 대해서 설명한다. 진공 차단기(10)의 개폐 조작은 전자 조작 기구(25)의 전자 코일(17, 18)에 의한 전자력으로 행하고, 개폐 상태는 영구자석(22)의 자력(磁力)에 의해 유지된다. 고정 철심(16)에 전자 코일의 오프닝 코일(17)과 클로우징 코일(18)이 마련되고, 가동 철심(23)과 영구자석(22)이 장착된 가동축(21)은 오프닝 코일(17)과 클로우징 코일(18) 사이를 이동할 수 있도록 설정되어 있고, 이 가동축(21)은 접압 스프링(24)을 통하여 진공 스위치관(15)의 고정 접점(12)과 대항하는 가동 접점(14)에 연결되어 있는 진공 스위치관(15)측의 가동축(13)에 접속되어 있다. 진공 스위치관(15)의 투입 상태에서, 가동 철심(23)은 고정 철심(16)의 투입측에 영구자석(22)에 의해 흡착 유지되어 있다. 진공 스위치관(15)을 개방 상태로 하기 위해 오프닝 지령에 의해, 오프닝 코일(17)에 컨덴서(2)로부터 통전시키는 것에 의해, 그 자력에 의해 가동 철심(23)이 개극측(開極側)에 흡인(吸引)되고, 영구자석(22)에 의해 오프닝 코일(17)로의 통전 정지 후에도 가동 철심(23)은 개극측에 흡착 유지된다. 이에 의해, 가동 철심(23)이 장착되어 있는 가동축(21)이 이동하게 되고, 진공 스위치관(15)의 접점은 개방 상태로 된다. 클로우징 코일(18)에 통전시키면, 반대의 동작으로 진공 스위치관(15)은 투입 상태로 된다. 오프닝 코일(17)에 통전하는 컨덴서(2)는 상술한 컨덴서 용량 진단 장치(1)에 의해 정기적으로 양부 판정되어 신뢰성의 유지가 도모된다. 컨덴서(2)에 의해 통전된 전류를 모니터하기 위해 계기용 변류기(20)에서 계측된다. 컨덴서 용량 진단 장치(1)의 동작에 대해서는 실시 형태 1에서 설명했으므로 생략한다.
진공 차단기(10)에 있어서, 컨덴서(2)의 전자 조작 구동에 지장을 미치지 않는 진단 시의 방전에 의한 전압 저하값(Vs)으로서는 1% 이하로 설정된다. 예를 들어, 실시 형태 2에서는 DC 전압 77.5V에서 방전에 의한 전압 저하값으로서 1V로 컨덴서 용량의 적부 진단이 가능하다. 따라서, 컨덴서 용량 진단에 필요한 방전에 의한 전압 저하값(ΔVs)의 범위 내로 되도록 소정의 시간 t는 결정되지만, 120ms 정도이다. 저항 분압 회로(5)의 A점에서 전압 변화가 작기 때문에, 증폭기(6a)에 의한 전압 증폭이 필요하다.
이와 같이, 본 발명의 실시 형태 2에 있어서 컨덴서 용량 진단 장치를 구비한 전력용 기기인 진공 차단기에서는 컨덴서를 분리하는 일 없이 진공 차단기의 운용 중에도 정기적으로 구동용 컨덴서의 용량 진단을 행하고, 용량의 적부를 판정할 수 있으므로, 장기적인 전력용 기기의 신뢰성 향상을 도모할 수 있다고 하는 현저한 효과를 달성하는 것이다.
또한, 상기의 실시 형태에서는 전력용 기기로서 진공 차단기의 구동용 컨덴서의 용량 진단에 적용하는 경우에 대해서 말했지만, 컨덴서를 구동 에너지로서 이용하는 기기이면 다른 전력용 기기에도 적용 가능하다. 또, 자동차 등의 차량용 컨덴서에 적용하여 운용 중에 진단을 행하는 것에 의해, 신뢰성 향상을 도모하는 것도 가능하다.
1 컨덴서 용량 측정 장치
2 컨덴서
3 전원
4 방전 회로
4a 방전 저항
4b 방전 스위치
5 저항 분압 회로
6 측정 회로
6a 증폭 회로
7 진단 회로
10 진공 차단기
15 진공 스위치관
16 고정 철심
17 오프닝 코일
19 스위치
21 가동축
23 가동 철심
25 전자 조작 기구

Claims (4)

  1. 컨덴서를 충전하는 전원과,
    직렬로 접속된 방전 저항과 방전 스위치에 의해 구성되고, 상기 컨덴서에 병렬로 접속된 방전 회로와,
    직렬로 접속된 제1 저항 및 제2 저항에 의해 구성되고, 상기 컨덴서에 병렬로 접속된 저항 분압 회로와,
    상기 제1 저항과 제2 저항의 분압점의 전압을 증폭하여 측정하는 측정 회로와,
    상기 컨덴서의 충전을 정지시키고, 상기 방전 회로의 상기 방전 스위치를 도통시키는 것에 의해 컨덴서에 충전된 에너지를 소정 시간 방전시키고, 상기 측정 회로에서 측정된 상기 방전에 의한 상기 전압 저하값으로부터 컨덴서 용량의 적부(適否)를 판정하는 진단 회로를 구비하고,
    충전된 상기 컨덴서의 방전에 의한 진단 시의 전압 저하를 소정의 값 이내로 억제한 것을 특징 하는 컨덴서 용량 진단 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    방전 시에 컨덴서가 가지는 자기 방전 전류 이상의 방전 전류가 흐르도록 방전 저항의 저항값을 설정하는 것을 특징으로 하는 컨덴서 용량 진단 장치.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 기재된 컨덴서 용량 진단 장치를 구비하고, 컨덴서에 충전된 에너지에 의해 조작되는 전자 조작 기구를 구비한 전력용 기기.
  4. 청구항 3에 있어서,
    컨덴서 용량의 적부 진단에 있어서, 충전된 컨덴서의 방전에 의한 전압 저하를 전자 조작 기구의 동작이 가능한 소정의 값 이내로 억제하여 실시하는 것을 특징으로 하는 전력용 기기.
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