KR20120103836A - 이벤트를 저장하기 위한 전기 기기 - Google Patents

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Abstract

상기 전력 기기는 상기 외부 전원과의 상기 전자 회로 간의 전기적 연결 통로에 배치되며, 계통의 이상 동작시 상기 외부 전원을 차단하는 차단기; 상기 외부 전원이 차단되는 경우 상기 전자 회로의 전원을 제공하는 보조 전원; 및 상기 차단기 및 상기 보조 전원의 동작을 제어하는 제어기를 포함하는 외부 전원으로부터 전력을 입력받아 내부 회로의 전원을 자체적으로 제공하는 전력 기기가 개시된다.

Description

이벤트를 저장하기 위한 전기 기기{ELECTRIC DEVICE FOR STORING AN EVENT}
본 발명은 변류기(Current Transformer; CT)를 통해 내부 회로의 전원을 생성하여 사용하는 전기 기기에 관한 발명이다.
자세하게는, 상기 전기 기기는 차단기를 구비하여, 계통 이상 시에 차단기를 동작하여 외부 전원을 차단하게 되며, 외부 전원의 차단에 의해 자가 전원(self-power)이 동작을 못하더라도 이러한 이벤트 관련 정보를 비휘발성 메모리에 저장할 수 있는 자가 전원 타입 전기 기기에 관한 것이다.
고압용 또는 초고압용 전기 기기는 전력 계통의 이상을 감지하여 계통과 계통과 연계된 전기 기기를 보호하고, 그 원인을 분석한다. 사고 원인 분석을 위한 한가지 수단은 계통 이상 발생 시점 근처의 전기 기기의 상태를 기록하여 분석하는 방법이 있다.
고압용 전기 기기는 외부의 고압 전원을 입력받아 전기 기기 내부의 제어 회로를 구동하기 위한 직류 전원을 자체적으로 생성한다. 그러나 전력 계통 이상 발생시 외부 전력 계통과의 접속을 차단하게 되고, 이 경우에는 더 이상 전기 기기의 제어 회로를 구동할 수 있는 전원이 존재하지 않는 문제점이 있다.
종래에는 전기 기기의 제어 회로를 구동하기 위한 전원을 별도의 외부 전원을 구비하게 했다. 전기 기기에 따라서는 별도의 전원 공급이 사실상 불가능한 경우가 많고, 이러한 별도의 전원 공급이 가능한 경우라 하더라도 제어 회로를 구동하기 위한 직류 전압을 발생하기 위한 회로를 추가로 구비해야 하는 문제점이 있다.
본 발명은 주로 자가 전원(self-power)을 생성하는 전기 기기에서 계통 사고가 발생한 경우, 외부 전원을 차단하고 그 이후 사고 발생 정보를 내장된 보조 전원을 이용하여 비휘발성 메모리에 저장할 수 있는 전기 기기에 관한 것이다.
외부 전원을 입력받아 내부 회로의 전원을 자체적으로 제공하는 전기 기기로서, 상기 전기 기기는 상기 외부 전원과의 상기 전자 회로 간의 전기적 연결 통로에 배치되며, 계통의 이상 동작시 상기 외부 전원을 차단하는 차단기; 상기 외부 전원이 차단되는 경우 상기 전자 회로의 전원을 제공하는 보조 전원; 및 상기 차단기 및 상기 보조 전원의 동작을 제어하는 제어기를 포함할 수 있다.
또한, 이벤트의 저장을 위한 전기 기기 제어 방법으로서, 상기 제어 방법은 차단기의 스위치를 ON시켜 외부 전원과 접속하고, 보조 전원의 릴레이 회로의 스위치를 OFF시키는 단계; 미리 결정된 시간 이후에 릴레이 회로의 스위치를 ON시키는 단계; 제어기가 전력 계통 이상을 감지하는 단계; 제어기가 차단기의 스위치를 OFF시키는 단계; 및 보조 전원을 이용하여 메모리에 계통 이상 이벤트에 대한 정보를 포함하는 데이터를 저장하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명은 자가 전원으로 동작하는 차단기를 구비한 전기 기기에서 고속으로 전원을 만들고, 차단기 동작 후에도 안정적으로 비휘발성 메모리에 이벤트를 저장할 수 있기 때문에 외부 전원의 연결 없이도 신뢰성 있고 유용한 비휘발성 메모리로의 저장 기능을 갖는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 기기를 도시한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 기기의 보조 전원을 도시한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 기기의 주전원을 도시한다.
아래에서 설명되는 발명의 실시예들은 단지 예시적인 것으로, 본 발명의 범위를 제한하거나 감축하기 위한 것은 아니다. 또한, 당해 기술 분야에 속한 통상의 지식을 가진 자는 이러한 실시예들이 본 발명의 사상 또는 범위를 벗어나지 않고 변경, 변형, 수정될 수 있음을 인식할 수 있을 것이다. 또한, 본 명세서에서 사용된 표현 "포함하다"는 배타적인 의미가 아닌, 다른 기술적 구성을 포괄할 수 있는 의미로 사용되었다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하도록 한다.
본 명세서에서 용어 "오픈(OPEN)" 및 "클로즈(CLOSE)"를 기술했다. 상기 오픈 및 클로즈는 릴레이 회로 및 차단기에 대해서 사용했으며, "오픈"이라 함은 릴레이 회로 또는 차단기가 다른 구성 요소 또는 회로와 접속이 해제되었다는 의미이며, "클로즈"라 함은 릴레이 회로 또는 차단기가 다른 구성 요소 또는 회로와 접속이 되었다는 의미이다. 또한, 스위치에 대하여 "온(ON)" 및 "오프(OFF)"를 기술했다. 스위치가 "온"되었다 함은 스위치가 닫혀 접속을 했다는 의미이고, "오프"되었다함은 스위치가 열려 접속이 해제되었다는 의미이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 기기(100)를 도시한다. 전기 기기(100)는 외부 전원과 본 전기 기기의 전기적 연결 통로에 위치하는 차단기(110), 차단기를 통과한 전원을 입력받아 본 전기 기기의 구동 전원을 생성하는 주 전원(140), 외부 전원과의 전기적 연결이 차단된 경우 본 전기 기기의 전원을 제공하는 보조 전원(120), 주전원 또는 보조 전원으로부터 전원을 공급받아서 본 전기 기기의 동작을 제어하는 제어기(130)를 포함할 수 있다. 또한, 전기 기기(100)는 이벤트 발생에 대한 정보를 포함하는 데이터를 저장하기 위한 메모리(150)를 포함할 수 있고, 이 메모리는 비휘발성(non-volatile) 메모리일 수 있다. 메모리(150)는 제어기와 별도의 구성으로 도시되었으나, 제어기에 내장될 수 있다.
도 1에 도시된 것처럼 외부 전원(200)은 일반적으로 고전압선 또는 초고전압선을 통해 입력될 수 있다. 즉, 외부 전원은 고압 또는 초고압일 수 있다. 차단기(110)는 외부 전원으로부터 본 전기 기기로 입력되는 전원과 연결되고, 외부 전원을 주전원으로 입력할 수 있다. 또한, 차단기(110)는 제어기로부터 제어 신호를 입력받을 수 있다. 차단기는 입력받은 제어 신호에 따라서 차단기를 ON/OFF할 수 있다. 예컨대 차단기는 트립 코일(trip coil)을 포함할 수 있다.
도 1 내지 도 3에서는 본 발명의 청구범위와 연관되는 기술적 구성을 도시하기 위한 핵심 구성 요소만 도시하였고, 실제적인 구현을 위한 회로의 모든 구성을 개시하지는 않았다. 따라서 예를 들어 제어기가 차단기를 제어하기 위한 회로들은 생략하였다.
주 전원(140)은 차단기를 통과한 전원을 입력받아 본 전기 기기의 구동을 위한 적정 전원을 생성할 수 있다. 이러한 적정 전원은 예컨대 제어기(130)를 구동하기 위한 직류 전원일 수 있고, 제어기의 구성에 따라 달라지겠지만 일반적으로 직류 5V 내외의 범위에 속할 수 있다. 본 실시예에 따른 전기 기기는 주 전원(140)을 통해 구동 전원을 생성할 수 있으며, 별도의 전원부를 구비하지 않을 수 있다. 따라서 본 발명의 주 전원부를 이용하면, 가용 범위의 직류 전원을 별도로 입력받지 않고, 또한 가용 범위의 직류 전원을 더 낮은 전압으로 변환하기 위한 회로도 구비하지 않을 수 있다.
주 전원(140)은 변류기, 정류기, 스위칭 레귤레이터 등을 포함할 수 있고, 생성한 DC 전원을 제어기에 제공할 수 있다. 또한, 주 전원(140)은 메모리의 기록 동작에 사용할 DC 전원을 메모리에 제공할 수 있다.
보조 전원(120)은 주전원의 출력단에 병렬로 연결될 수 있다. 보조 전원(120)은 본 전기 기기의 구동 전원의 공급을 위해, 본 전기 기기의 최초 동작시, 예컨대, 외부 전원과 연결된 시점부터 일정 기간 동안 본 전기 기기의 전체 회로에 연결되지 않는다. 보조 전원(120)은 차단기에 의해 외부 전원이 차단되었을 경우 제어기를 포함한 전기 기기를 구동하기 위한 전원을 공급할 수 있다. 종래에는 계통 이상 발생시 외부 전원이 차단되어 제어기를 구동하기 위해서는 또 다른 외부 DC 전원이 필요했으나, 본 발명에서 제안하는 전기 기기는 보조 전원을 구비하여 추가적으로 회로를 구비하지 않아도 계통 이상에 대한 이벤트를 저장할 수 있다. 보조 전원(120)에 대한 설명은 아래에서 더욱 상세히 하기로 한다.
제어기(130)는 차단기 및 보조 전원의 동작을 제어할 수 있다. 또한, 메모리의 기록/판독 동작을 제어할 수 있다. 제어기(130)는 예컨대 MCU(micro-processor unit)일 수 있다. 제어기(130)의 상세한 동작은 아래서 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 보조 전원(120)을 도시한다. 보조 전원(120)은 서로 직렬 연결된 릴레이 회로(121) 및 슈퍼(super) 캐패시터(122)를 포함할 수 있다. 릴레이 회로(121)는 제어기의 제어 신호를 입력받을 수 있는 단자를 구비할 수 있고, 릴레이 회로(121)의 구체적인 회로도는 도시하지 않았다.
슈퍼 캐패시터(122)는 계통 이상이 없을 경우 에너지를 축적하고 있다가 차단기가 동작하여, 주전원에 입력되는 외부 전원이 상실되면 일시적 시간(Ti) 동안 본 전기 기기에 전원을 공급할 수 있다. 이 일시적 시간(Ti)은 제어기가 비휘발성 메모리에 데이터를 기록하는데 필요한 시간을 초과하면 되기 때문에 수백 밀리세컨드(ms)면 충분하다.
그러나 외부 전원으로부터 최초에 전원을 공급받아 주전원이 초기에 자가 전원 생성시부터 슈퍼 캐패시터(122)가 주전원에 연결되면 자가 전원 생성에 시간이 많이 소요되므로, 최초의 기간(Ti) 동안은 릴레이 회로(121)를 오픈(Open) 시키게 된다. 최초의 기간(Ti)은 주전원이 자가 전원을 안정적으로 생성할 수 있는 시간이다. 최초의 기간(Ti) 이후에 릴레이 회로(121)를 클로즈(Close) 시킨다. Ti의 종류 이후에는 계통 이상이 감지되지 않은 Tn 기간이 지속한다.
계통의 이상이 감지되면(Tn 이후, Ta라 지칭함), 차단기는 접속을 개방하여 외부 전원을 차단하고 릴레이 회로(121)를 오픈하고, 릴레이 회로(121)는 클로즈 상태를 유지한다. 차단기 및 릴레이 회로의 동작은 아래의 표에 의해 나타낼 수 있다. 여기서, 1은 차단기 및 릴레이 회로가 다른 회로와 연결된 상태이고, 0은 차단기 및 릴레이 회로가 다른 회로와 연결 해제된 상태이다.
차단기 릴레이
Ti 1 0
Tn 1 1
Ta 0 1
도 3은 이러한 보조 전원(120)의 릴레이 회로(121)의 동작과 차단기(110)의 동작을 추가적으로 도시한다. 도 3의 (a)는 제어기(130), 보조 전원(120), 주 전원(140) 및 차단기(110)를 도시한다. 도 3의 (a)에서 차단기(110) 및 보조 전원(120)의 릴레이 회로(121)를 간략한 스위치 형태로 도시하였다. 본 전기 기기의 최초 동작 시점인 t=0으로부터 t=Ti까지 차단기(110)의 스위치는 ON되고(닫힘) 릴레이 회로(121)의 스위치는 OFF(열림)될 수 있다. 제어기는 이러한 지속 기간(Ti)을 조절할 수 있다. Ti는 주전원이 본 전기 기기의 구동을 위한 전원을 생성하는데 필요한 시간이므로, 전기 기기의 전기 용량과 연관될 수 있다.
Ti이후에, 제어기(130)는 보조 전원(120)의 릴레이 회로(121)의 스위치를 ON(닫힘) 시킬 수 있다. 이때부터, 보조 전원(120)의 충전이 시작된다. 이 기간을 Tn이라 지칭한다.
Tn이후에, 제어기(130)는 계통 이상 감지 수단을 통해 계통 이상을 감지할 수 있다. 계통 이상 감지 수단은 제어기 내부에 존재하거나, 본 전기 기기 내부의 별도의 구성 요소로서 존재하거나, 또는 본 전기 기기의 외부에 존재할 수 있다. 본 전기 기기의 외부에 존재하는 경우, 제어기는 계통 이상 감지 수단으로부터 알람 신호 등을 수신하여 계통 이상을 감지할 수 있다. 제어기가 계통 이상을 감지하면, Ta의 기간에 진입할 수 있다.
Ta에 진입하면, 제어기(130)는 즉각 차단기(110)의 스위치를 OFF시켜 외부 전원과의 접속을 차단할 수 있고, 이때 릴레이 회로(121)의 스위치는 ON 상태이므로 제어기(130)는 보조 전원(120)으로부터 전원을 공급받을 수 있다. 제어기(130)는 계통 이상을 나타내는 이벤트를 메모리에 저장하도록 한다. 보조 전원(120)의 충전 용량은 메모리 기록 동작을 할 수 있도록 보유되어야 한다. 메모리에 기록 동작을 완료하면, 제어기(130)는 보호 모드로 설정되어 이상 동작을 방지할 수 있도록 한다.
도 3의 (b)는 상기 표 1의 차단기 및 릴레이 회로의 스위치의 동작을 도시한 것이다. 도 3의 (b)에서, x축은 시간, y축은 크기 값을 나타낸다. 도 3의 (b)에서는 t=Ti+Tn+Ta에서 종료하는 것으로 도시되었으나, 계통 이상을 발견하지 못하면 Tn이 계속 증가할 것이고, 사실상 본 발명의 실시예는 대략 t=Ti+Tn에서 모든 제어 동작이 종료할 수 있다. 도 3의 (b)는 실제로 지연 시간없이 스위치의 동작이 이루어진 것으로(펄스 형태로) 도시되었으나, 이는 이상적인 상태를 표시하는 것이고 실제로는 스위치의 ON/OFF 사이의 지연 시간이 존재할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 주 전원(140)을 도시한다. 주 전원(140)은 입력받은 교류 전류를 적정 수준의 교류 전류로 변환하는 변류기(Currnet Transformer; CT)(141), 변류기를 통과한 교류 전류를 반파 정류하여 반파 정류-신호를 출력하는 정류기(142) 및 정류기를 통과한 반파-정류 신호를 스위칭하여 요구되는 직류 전압을 생성하는 스위칭-레귤레이터(143)를 포함할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 이벤트의 저장을 위한 전기 기기 제어 방법(500)을 도시한다. 차단기의 스위치를 ON시켜 외부 전원과 접속하고, 보조 전원의 릴레이 회로의 스위치를 OFF시키는 단계(S510); 미리 결정된 시간 이후에 릴레이 회로의 스위치를 ON시키는 단계(S520); 제어기가 전력 계통 이상을 감지하는 단계(S530); 제어기가 차단기의 스위치를 OFF시키는 단계(S540); 및 보조 전원을 이용하여 메모리에 외부 전원 차단 이벤트 발생에 대한 정보를 포함하는 데이터를 저장하는 단계(S550)를 포함할 수 있다.
차단기의 스위치를 ON시키고 보조 전원의 릴레이 회로의 스위치를 OFF 시키는 단계(S510)는 외부의 전원을 입력받고 본 전기 기기의 구동 전원을 생성하는 것과 연관된다. 보조 전원의 릴레이 회로를 개방하지 않으면, 주전원이 생성한 전원이 보조 전원의 슈퍼 캐패시터 측으로 유입되기 때문에 본 전기 기기의 안정적인 동작을 보장할 수 없다. 따라서 본 전기 기기 제어 방법의 초기화 단계에서는 주전원의 자가 전원 생성에 필요한 시간을 미리 설정해놓고, 그동안은 릴레이 회로의 스위치를 OFF하도록 한다. 이 기간이 도 3의 (b)의 Tn동안 이다.
미리 결정된 시간 이후에 릴레이 회로의 스위치를 ON시키는 단계(S520)는, 앞서 설명한 미리 결정된 시간 이후에는 주전원의 자가 전원 생성이 안정화되었으므로 보조 전원 충전을 위해 릴레이 회로의 스위치를 ON시킨다. 보조 전원의 충전 시간은 사용되는 보조 전원의 슈퍼캐패시터의 용량에 따라 변할 수 있을 것이다.
제어기가 전력 계통 이상을 감지하는 단계(S530)는 제어기가 구비한 감지 수단 또는 제어기 외부에 있는 감지 수단에 의해 계통에 이상이 생겼음을 감지하는 것과 연관된다. 제어기는 감지 수단으로부터 감지 알람 신호를 수신함으로써 계통 이상을 감지할 수 있다. 계통 이상을 감지하면, 차단기의 스위치를 OFF시키는 단계(S540)가 이어진다. 차단기의 스위치를 OFF시켜, 외부 전원의 유입을 중단할 수 있고, 이는 추가적인 본 전기 기기의 전기적 손상 등을 방지할 수 있다. 상기 S540 이후에는 보조 전원에 충전된 에너지를 이용하여 제어부가 외부 전원 차단 이벤트 발생에 대한 정보를 포함하는 데이터를 메모리에 저장하는 단계(S550)가 진행된다. 이 데이터는 전기 기기 상태 정보, 예컨대 입력 전원 상태, 주 전원부 출력 전원 상태 등을 포함할 수 있다. 메모리는 비휘발성 메모리일 수 있고, 이 메모리에 상기 메시지를 저장함으로써, 이를 추후에 계통 이상 원인에 대한 분석에 사용될 수 있다.
위에서 본 발명의 실시예들이 설명되었으며, 당해 기술 분야에 속한 통상의 지식을 가진 자는 이러한 실시예들은 발명을 한정하기 위한 것이 아니라 단지 예시적인 것임을 인식할 수 있고, 본 발명의 범위 또는 사상을 벗어나지 않고 변형, 수정 등이 가능함을 인식할 것이다.

Claims (5)

  1. 외부 전원을 입력받아 내부 회로의 전원을 자체적으로 제공하는 전기 기기로서,
    상기 외부 전원과의 상기 전기 기기 간의 전기적 연결 통로에 배치되며, 외부 전원의 이상 동작시 상기 외부 전원을 차단하는 차단기;
    상기 외부 전원이 차단되는 경우 상기 전기 기기의 전원을 제공하는 보조 전원; 및
    상기 차단기 및 상기 보조 전원의 동작을 제어하는 제어기를 포함하는, 전기 기기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 보조 전원은 슈퍼 캐패시터 및 상기 슈퍼 캐패시터에 직렬 연결된 릴레이 회로를 포함하고, 상기 보조 전원은 상기 내부 회로의 전원을 제공하는 회로의 출력단에 병렬로 연결되는, 전기 기기.
  3. 제2항에 있어서, 상기 보조 전원은 외부 전원의 계통에 이상이 없는 경우 충전되는, 전기 기기.
  4. 제3항에 있어서, 상기 외부 전원이 공급된 후 초기의 제 1 기간 동안 상기 릴레이 회로는 오픈(open) 되고, 상기 제 1 기간 이후에는 상기 릴레이 회로는 클로즈(close) 되는, 전기 기기.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제어기는:
    상기 외부 전원이 차단되는 경우, 상기 차단기가 상기 외부 전원을 차단하도록 제어하며, 그리고
    상기 보조 전원을 이용하여 외부 전원 차단 이벤트 발생에 대한 정보를 포함하는 데이터를 메모리에 저장하는, 전기 기기.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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