KR20130126493A - 계측 장치 및 계측 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전기 회로 차단기(1)의 개폐접점(5)의 저항을 계측하는 계측 장치(10)에 관한 것이다. 계측 장치(10)는 저항 계측을 위한 계측 전류를 생성하는 고전류 생성 유닛(11)과, 개폐접점(5)의 개방 또는 폐쇄 동안에 회로 차단기(1)에 계측 신호를 등록하고, 계측 전류 및 계측 신호에 의존하여 개방 또는 폐쇄 동안에 개폐접점(5)의 시간 기반 저항 과정을 결정하는 계측 유닛(12)을 포함한다.

Description

계측 장치 및 계측 방법{MEASUREMENT OF A RESISTANCE OF A SWITCHING CONTACT OF AN ELECTRICAL CIRCUIT BREAKER}

본 발명은 전기 고전압 스위치의 전기 회로 차단기의 개폐접점의 저항을 계측하기 위한 계측 장치 및 저항 계측 방법에 관한 것이다.

고전압 스위치라고도 하는 회로 차단기는 부하 하에서 전기 접속을 구성하거나 차단하기 위해 에너지 엔지니어링에서 사용된다. 회로 차단기의 공칭 전압은 수 볼트(V)로부터 수백 킬로볼트(kV)에 이를 수 있다. 스위칭된 부하 전류는 단락 회로의 경우에 수십 킬로 암페어(kA)일 수 있다. 그러므로, 회로 차단기의 신뢰할 수 있는 동작을 위해, 가령, 서비스 검사와 관련하여, 전기 회로 차단기의 개폐접점의 접촉 저항이 체크된다. 가령, 부하 하에서 스위칭하는 동안에, 특히 단락 회로 전류를 차단하는 동안에, 아크 접촉자가 타버리는 경우에 회로 차단기의 개폐접점의 심한 정도의 마모가 발생할 수 있다.

그러므로, 본 발명의 목적은 전기 회로 차단기의 상태, 특히 개폐접점의 마모 상태를 결정하고, 드라이브와 접점의 기계적인 상태를 체크하는 것이다.

이 목적은, 본 발명에 따르면, 청구항 제1항에 따른 전기 회로 차단기의 개폐접점의 저항을 계측하는 계측 장치와, 청구항 제11항에 따른 전기 회로 차단기의 개폐접점의 저항을 계측하는 방법에 의해 달성된다. 종속항은 본 발명의 바람직하고 유리한 실시형태를 정의한다.

본 발명에 따르면, 전기 회로 차단기의 개폐접점의 저항을 계측하는 계측 장치가 제공된다. 이 계측 장치는 고전류 생성 유닛 및 계측 유닛을 포함한다. 고전류 생성 유닛은 저항 계측을 위해 계측 전류를 생성하고 계측 전류를 회로 차단기에 공급하기 위해 회로 차단기에 연결될 수 있다. 계측 유닛은 회로 차단기에 연결될 수 있고, 회로 차단기에 계측 신호를 등록하도록 설계된다. 계측 신호는, 가령, 회로 차단기의 개폐접점 양단의 전압 강하를 포함할 수 있다. 계측 장치는 개폐접점의 개방 또는 폐쇄 동안에 계측 신호를 등록하고, 계측 전류 및 계측 신호에 의존하여 개방 또는 폐쇄 동작 동안에 개폐접점의 시간 기반 저항 과정을 결정할 수 있다. 개폐접점의 시간 기반 저항 과정의 결정은, 폐쇄 상태에서 개폐접점의 접점 저항을 결정할 수 있을 뿐만 아니라 개폐접점의 접점이 회로 차단기의 폐쇄 동안에 접촉하게 되거나 회로 차단기의 개방 동안에 서로 분리되는 동안에 개폐접점의 저항의 시간 기반 동작도 결정할 수 있게 한다. 개폐접점의 마모 상태는, 가령, 시간 기반 저항 과정에 기초하여 결정될 수 있다. 본 발명에 따르면, 계측 장치는 이동 가능한 유닛의 형태인 하우징을 포함한다. 적어도 고전류 생성 유닛 및 계측 유닛이 하우징에 수용된다. 결과적으로, 계측 장치가 회로 차단기의 바로 부근에 배치될 수 있어서, 긴 인피드 케이블(infeed cable)을 통해 고전류 생성 유닛의 전력 손실이 최소화될 수 있고, 또한, 계측 신호도 마찬가지로 긴 인피드 라인을 통해 전송될 필요가 없으므로 계측 신호가 간섭 없이 또는 거의 없이 등록될 수 있다. 계측 장치는, 특히, 하우징이 개폐접점의, 가령, 세라믹 하우징과 같은 개폐접점의 하우징상에 배치되는 방식으로 구현될 수 있어서, 회로 차단기의 접속으로의 인피드 라인이 매우 짧을 수 있는데, 가령, 고전압 스위치에 대해 1 내지 2 m의 길이를 가지고 중간 전압 스위치에 대해 1 m보다 훨씬 짧은 길이를 가질 수 있다. 계측 장치상에 조작자 제어 소자는 없는 것이 바람직하다.

일 실시예에 따르면, 계측 유닛은 계측 전류 및 계측 신호에 의존하여 개폐접점의 저항 과정을 디지털 저항 값의 시퀀스로서 결정하도록 설계된다. 디지털 저항 값의 시퀀스는 에너지 공급 접속을 통해 출력될 수 있는데, 이는 전기 에너지를 계측 장치에 공급한다. 에너지 공급 접속은, 가령, 소위 PoE(Power over Ethernet) 접속 또는 소위 PLC(Power Line Communication) 접속일 수 있다. 이와 달리, 에너지 공급 접속은 복수의 플러그 접속을 포함할 수 있으며, 에너지 공급 접속에 접속될 에너지 공급 케이블은 복수의 상이한 도전체를 포함할 수 있는데, 이는 기계적으로 함께 고정되고 사용되어, 한편으로는 디지털 저항 값의 시퀀스를 전송하고 다른 한편으로는 계측 장치에 공급되는 에너지를 전송한다. 상이한 도전체는, 가령, 케이블 바인더 또는 공통 케이블 피복(sheath)에 의해 함께 유지될 수 있다. 다른 한편, PoE(Power over Ethernet) 접속 또는 PLC(Power Line Communication) 접속의 경우, 계측 장치에 공급되는 전기 에너지는 디지털 저항 값의 시퀀스와 마찬가지로 공통 도전체를 통해 전송된다. 디지털 저항 값의 시퀀스는, 가령, 그라운드 스테이션에 전송될 수 있는데, 이는, 가령, 전자 제어 시스템 또는 컴퓨터를 포함하며 디지털 저항 값의 시퀀스를 저장하고 평가하기에 적합하다. 예를 들어, 고전압 라인상의 회로 차단기의 개폐접점의 저항을 계측하기 위해, 계측 장치는 회로 차단기가 위치되는, 가령, 6 m의 높이에서 회로 차단기 바로 부근에 배치될 수 있고, 상응하게 짧은 접속을 통해 회로 차단기에 연결될 수 있다. 가령, 디지털 저항 값의 시퀀스로서 시간 기반 저항 과정을 그라운드 스테이션으로 전송하는 것은, 상응하게 긴 케이블을 통해 수행될 수 있어서, 계측 장치로부터의 계측 값은 높은 정확도로 등록될 수 있고 간섭 또는 고장 없이 그라운드 스테이션으로 디지털 방식으로 전송될 수 있다.

다른 실시예에 따르면, 계측 장치는 용량성 에너지 저장 장치, 가령 캐패시터를 포함하는데, 이는 고전류 생성 유닛에 연결된다. 고전류 생성 유닛은, 정의된 시간, 특히, 정의된 계측 시간 동안에 용량성 에너지 저장 디바이스로부터의 전기 에너지 및 계측 장치의 에너지 공급 접속으로부터의 전기 에너지 모두로부터 계측 전류를 생성할 수 있다. 이렇게 생성된 계측 전류는 이 기간 동안에 에너지 공급 접속을 통해 계측 장치에 의해 소비되는 전력보다 큰 전력을 갖는다. 따라서, 용량성 에너지 저장 디바이스는 전기 에너지를 버퍼링하여 저항 계측 동안에 계측 장치의 전류 소비 또는 에너지 소비를 낮게 유지하면서, 동시에 실질적으로 큰 전력을 갖는 계측 전류가 저항 계측을 위해 제공될 수 있게 한다. 고전류 생성 유닛은, 가령, 수십 암페어, 가령, 적어도 100 암페어(A)의 계측 전류를 생성할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 계측 장치는 별도의 하우징에 제어 유닛을 추가적으로 포함한다. 제어 유닛은 개폐 접점을 개방 또는 폐쇄하도록 회로 차단기를 작동시키도록 설계된다.

다른 실시예에 따르면, 제어 유닛은 개폐접점을 개방 또는 폐쇄하기 위해 컴퓨터 네트워크를 통해 디지털 제어 신호를 출력할 수 있다. 디지털 제어 신호는, 가령, 표준 IEC 61850에 따른 신호를 포함할 수 있다. 표준 IEC 61850에 따른 코맨드, 가령, 소위 구즈 메시지에 기초하여 개폐접점을 개방 또는 폐쇄할 수 있는 회로 차단기는, 계측 장치에 의해 작동되어 개방 또는 폐쇄 동안에 개폐접점의 시간 기반 저항 과정을 결정 또는 레코딩할 수 있다. 결과적으로, 계측 동작은 자동화 방식으로 수행될 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 전기 회로 차단기의 개폐접점의 저항을 계측하는 계측 방법이 제공된다. 이 방법의 경우, 계측 전류가 저항 계측을 위해 생성되고 계측 전류는 회로 차단기로 공급된다. 회로 차단기는 개폐접점을 개방 또는 폐쇄하도록 작동되어, 개폐접점의 개방 또는 폐쇄 동안에 계측 신호가 회로 차단기에 등록된다. 개방 또는 폐쇄 동안의 개폐접점의 시간 기반 저항 과정은 계측 전류 및 계측 신호에 의존하여 결정된다. 이 방법은 전술한 계측 장치를 사용하여 수행될 수 있다. 특히, 계측 장치는 회로 차단기의 바로 부근에 배치될 수 있다. 다시 말해, 가령, 고전압 스위치의 경우, 계측 장치는 개폐접점이 위치되는 것과 대략 동일한 높이에 배치된다. 결과적으로, 회로 차단기로 계측 전류를 공급하고 계측 신호를 등록하는 라인은 상응하게 짧아질 수 있어서, 동시에 이루어지고 있는 인접한 계측으로부터의 간섭 또는, 가령, 스위칭 디바이스 또는 에너지 시설로부터의 다른 전기적 간섭이 개입될 가능성이 최소화된다. 결과적으로, 회로 차단기의 상태 및 기능적 특성은 특히 최초 설치 또는 서비싱 또는 서비스 검사 후에 신뢰가능하고 높은 정확도로 결정될 수 있다.

본 발명에 의하면, 전기 회로 차단기의 개폐접점의 마모 상태를 결정하고, 드라이브와 접점의 기계적인 상태가 체크된다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 계측 장치를 개략적으로 도시하고 있다.

이하, 바람직한 실시예에 기초하여, 도면을 참조하며 본 발명을 설명한다. 도 1은 본 발명의 실시예에 따른 계측 장치를 개략적으로 도시하고 있는데, 이 계측 장치는 회로 차단기 및 접지 스테이션에 연결된다.

도 1은 회로 차단기(1)를 도시하고 있는데, 이는 라인들(2, 3)에 연결되어 라인들(2,3)을 서로 전기적으로 연결하거나 라인들(2,3) 사이에 존재하는 전기 접속을 차단한다. 회로 차단기(1)는 하우징(4)을 포함하는데, 이 하우징에는 실제 전환 동작을 수행하는 개폐접점(5)이 배치된다. 또한, 회로 차단기(1)는 기계적 연결(7)을 통해 개폐 접점(5)을 작동시키는 제어 드라이브(6)를 추가적으로 포함한다. 제어 드라이브(6)는, 가령, 개폐접점(5)을 개방하고 폐쇄하기 위한 기계적인 에너지를 제공하는, 에너지 저장 디바이스로서 스프링을 포함하는 소위 스프링 저장 드라이브를 포함할 수 있다. 또한, 제어 드라이브(6)는 스프링을 장전하는 전기 드라이브, 가령, 전기 모터를 포함할 수 있다. 또한, 제어 드라이브(6)는, 전기적으로 작동되면, 개폐접점(5)을 개방 또는 폐쇄하기 위해, 트립 코일에 저장되는 기계적 에너지를 해제시키는 트립 코일을 포함할 수 있다. 전기 에너지를 제어 드라이브(6)에 공급하기 위해, 제어 드라이브(6)는 대응 전류 접속을 가질 수 있다. 트립 코일의 제어는, 가령, 도면에 도시된 접속(8)을 통해 수행될 수 있다. 이와 달리, 가령, 표준 IEC 61850에 따라, 개폐접점(5)을 개방 또는 폐쇄하기 위한 코맨드가 버스 시스템을 통해 제어 드라이브(6)에 전송될 수도 있다.

또한, 제어 유닛(13)이 도면에 도시되어 있는데, 이는 개폐접점(5)을 개방 또는 폐쇄하기 위해, 라인(8)을 통해 제어 드라이브(6)에 명령을 발신할 수 있다.

또한, 계측 장치(10)가 도면에 도시되어 있는데, 이는 전기 회로 차단기(1)의 개폐접점(5)의 저항을 계측하도록 설계된다. 계측 장치(10)는 고전류 생성 유닛(11), 계측 유닛(12) 및 하우징(16)을 포함한다. 고전류 생성 유닛(11)은 수백 암페어, 가령, 200 암페어의 계측 전류를 생성할 수 있는데, 이는 라인(20, 21)을 통해 회로 차단기(1)로 공급된다. 계측 유닛(12)은 라인(22, 23)을 통해 회로 차단기(1)에 연결되며, 고전류 생성 유닛(11)으로부터의 계측 전류로 인해, 계측 신호, 가령, 회로 차단기(1)에서 특히 개폐접점(5) 양단의 전압 강하를 등록할 수 있다. 또한, 계측 장치(10)는 에너지 공급 접속(15)을 포함하는데, 이는, 가령, 라인(24)을 통해 에너지 공급 시스템에 연결될 수 있다. 에너지 공급 접속(15)을 통해, 계측 장치(10)에는, 가령, 230 볼트의 통상적인 네트워크 전압이 공급될 수 있다. 에너지 공급 접속(15)을 통해 제공되는 에너지로부터, 고전류 생성 유닛(11)은 저항 계측을 위한 계측 전류를 생성한다. 에너지 공급 접속(15)을 통해 제공될 수 있는 것보다 큰 전력을 갖는 계측 전류를 신속하게 생성하기 위해, 계측 장치(10)는, 저항 계측 이전에 에너지 공급 시스템에 의해 에너지로 충전되며 저항 계측 동안에 고전류 생성 유닛(11)에 대한 추가 에너지를 제공하는 용량성 에너지 저장 디바이스(14)를 포함할 수 있다.

제어 유닛(13)은 고전류 생성 유닛(11) 및 계측 유닛(12)에 연결되고, 접속(8)을 통해 회로 차단기(1)에 연결된다. 접속(8)을 통해, 제어 유닛(13)은 개폐접점(5)을 개방 또는 폐쇄하기 위해 회로 차단기(1)를 작동시킬 수 있다. 개폐접점(5)의 개방 또는 폐쇄 동안에, 계측 유닛(12)은 계측 신호를 등록하고, 고전류 생성 유닛(11) 및 계측 신호에 의해 생성되는 계측 전류에 의존하여, 개방 또는 폐쇄 동안에 개폐접점(5)의 시간 기반 저항 과정을 결정한다. 시간 기반 저항 과정의 높은 정도의 계측 정확도를 달성하기 위해, 계측 장치(10)는 회로 차단기(1) 바로 부근에 배치된다. 고전압 라인을 위한 회로 차단기의 경우, 개폐접점(5)은 일반적으로 지면으로부터 수 미터, 가령, 6 m의 높이에 배치된다. 따라서, 계측 장치(10)는 회로 차단기(1)와 대략 동일한 높이에서 바로 그 부근에 배치된다.

예를 들어, 계측 장치는 회로 차단기(1) 의 하우징(4)에 고정되거나 고전압 라인(2 또는 3)에 고정될 수 있다. 결과적으로, 매우 짧은 접속(20 내지 23)만이 요구되어, 다른 회로 차단기에 대한 다른 계측으로부터의 간섭 또는 다른 전기기계적 간섭은 계측 유닛(12)에 의해 등록되는 계측 신호에 대해 매우 작은 효과만을 갖는다. 또한, 접속 길이가 짧으므로, 고전류 생성 유닛(11)으로부터의 계측 전류로 인해, 접속(20, 21)에서 낮은 에너지 손실만이 발생한다. 계측 장치(10)는 등록된 계측 신호 또는 이로부터 결정된 시간 기반 저항 과정을 디지털 형태로 변환할 수 있으며, 이를 그라운드 스테이션 또는 베이스 스테이션(30), 가령, 계측 스테이션 또는 PC로 전송할 수 있다. 디지털화 정보는, 가령, 접속(24)가 통합된 라인을 통해 제어 유닛(13)으로 전송될 수 있으며, 또한 제어 유닛(13)으로부터, 가령, 네트워크(25)를 통해 그라운드 스테이션(30)으로 전송될 수 있다. 이를 위해, 접속(24)은, 가령, 한편으로는 계측 장치에 전기 에너지를 전송하고 다른 한편으로는 계측 장치로부터의 디지털화 정보를 제어 유닛(13)에 전송하는 복수의 도전체를 포함할 수 있다. 이와 달리, 접속(24)은 소위 PoE(Power over Ethernet) 또는 소위 PLC(Power Line Communication) 접속을 포함할 수도 있는데, 에너지 및 디지털화 정보 모두가 공통 도전체를 통해 전송된다.

개방 또는 폐쇄 동안의 개폐접점(5)의 시간 기반 저항 과정의 계측을 통해, 가령, 회로 차단기의 설치 후 또는 회로 차단기(1)의 서비스 검사 후에, 개폐접점(5)의 상태가 시간에 따른 저항의 과정 또는 전환 거리에 기초하여 체크되고 평가될 수 있다. 계측 장치(10)가 회로 차단기(1)의 바로 부근에 배치되므로, 계측 정확도가 증가될 수 있고 저항 계측을 위해 적은 에너지가 요구된다. 결정된 시간 기반 저항 과정은 접속(24)을 통해 그라운드 스테이션(30)에 전송되므로, 계측 장치의 케이블링이 간략화될 수 있다.

측정 디바이스(10)는 도면에 도시되지 않은 다른 구성요소를 포함할 수 있다. 또한, 제어 드라이브(6)는 스프링을 장전하기 위해 제어 드라이브(6)의 전기 모터에 에너지를 제공하고 제어 드라이브(6)의 트립 코일을 작동시키기 위한 제어 전압을 생성하는 에너지 공급 유닛을 포함할 수 있다.

1: 전기 회로 차단기
5: 개폐접점
10: 계측 장치

Claims (14)

1. 전기 회로 차단기(1)의 개폐접점(5)의 저항을 계측하는 계측 장치(10)로서,
   저항 계측을 위한 계측 전류를 생성하고 상기 회로 차단기(1)로 상기 계측 전류를 공급하기 위해 상기 회로 차단기(1)에 연결될 수 있는 고전류 생성 유닛(11)과,
   상기 회로 차단기(1)에 연결될 수 있고, 상기 개폐접점(5)의 개방 또는 폐쇄 동안에 상기 회로 차단기(1)에서 계측 신호를 검출하고 상기 계측 전류 및 상기 계측 신호에 의존하여 개방 또는 폐쇄 동안에 상기 개페접점(5)의 시간 기반 저항 과정을 결정하도록 설계되는 계측 유닛(12)을 포함하되,
   상기 계측 장치(10)는 상기 개폐접점(5)상에 장착될 수 있는 유닛의 형태로 하우징(16)을 포함하고, 상기 하우징에는 적어도 상기 고전류 생성 유닛(11) 및 상기 계측 유닛(12)이 수용되는
   계측 장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 계측 유닛(12)은 또한, 디지털 저항 값의 시퀀스로서 상기 개폐접점(5)의 저항 과정을 결정하도록 설계되는
   계측 장치.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 개폐접점(5)이 개방 또는 폐쇄되도록 상기 회로 차단기(1)를 작동시키도록 설계되는 제어 유닛(13)을 별도의 하우징에 더 포함하는
   계측 장치.
4. 제 2 항에 있어서,
   전기 에너지를 상기 계측 장치(10)에 공급하는 에너지 공급 접속(15)을 더 포함하되,상기 계측 유닛(12)은 상기 에너지 공급 접속(15)을 통해 디지털 저항 값의 시퀀스를 출력하도록 설계되는
   계측 장치.
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 계측 장치(10)의 공급 및 상기 계측 장치(10)로부터의 디지털 저항 값의 시퀀스의 전송은 동일한 도전체를 통해 이루어지는
   계측 장치.
6. 제 5 항에 있어서,상기 에너지 공급 접속(15)은 PoE(Power over Ethernet) 접속 또는 PLC(Power Line Communication) 접속을 포함하는
   계측 장치.
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 고전류 생성 유닛(11)에 연결되는 용량성 에너지 저장 디바이스(14)를 더 포함하되,
   상기 고전류 생성 유닛은, 상기 용량성 에너지 저장 디바이스(14)로부터의 전기 에너지 및 상기 계측 장치(10)의 에너지 공급 접속(15)으로부터의 전기 에너지에 의해 구동되며, 정의된 기간 동안에 계측 전류를 생성하도록 설계되며,
   상기 계측 전류는 상기 기간 동안에 상기 에너지 공급 접속(15)을 통해 상기 계측 장치(10)에 의해 소비되는 것보다 큰 전력으로 구동되는
   계측 장치.
8. 제 1 항에 있어서,
   상기 고전류 생성 유닛(11)은 적어도 100 A의 계측 전류를 생성하도록 설계되는
   계측 장치.
9. 제 1 항에 있어서,
   상기 계측 신호는 상기 회로 차단기(1)의 상기 개폐접점(5) 양단의 전압을 포함하는
   계측 장치.
10. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어 유닛(13)은 상기 개폐접점(5)을 개방 또는 폐쇄하기 위해 네트워크를 통해 제어 신호를 출력하도록 설계되는
    계측 장치.
11. 전기 회로 차단기(1)의 개폐접점(5)의 저항을 계측하는 방법으로서,
    저항 계측을 위한 계측 전류를 생성하는 단계와,
    상기 회로 차단기(1)로 상기 계측 전류를 공급하는 단계와,
    상기 개폐접점(5)을 개방 또는 폐쇄하도록 상기 회로 차단기(1)를 작동시키는 단계와,
    상기 개폐접점(5)의 개방 또는 폐쇄 동안에 상기 회로 차단기(1)에서 계측 신호를 검출하는 단계와,
    상기 계측 전류 및 상기 계측 신호에 의존하여, 개방 또는 폐쇄 동안에 상기 개폐접점(5)의 시간 기반 저항 과정을 결정하는 단계를 포함하는
    계측 방법.
12. 제 11 항에 있어서,
    상기 계측 방법은 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 따른 계측 장치(10)를 사용하여 수행되는
    계측 방법.
13. 제 12 항에 있어서,
    상기 계측 장치(10)는 상기 회로 차단기(1)의 바로 인근에 배치되는
    계측 방법.
14. 제 12 항에 있어서,
    상기 계측 장치(10)는 상기 개폐접점(5)의 하우징(4)의 바로 인근에 배치되는
    계측 방법.

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