KR20170101036A - 디지털 보호 계전기 및 이의 제어 방법 - Google Patents

디지털 보호 계전기 및 이의 제어 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 의한 디지털 보호 계전기는, 전원을 인가하는 전원 입력부; 온도를 측정하는 온도 감지부; 상기 디지털 보호 계전기의 내부에 위치하는 냉각 팬 또는 히터에의 연결을 스위칭하는 스위치부; 및 상기 디지털 보호 계전기의 초기 동작 시 상기 온도 감지부에 상기 전원을 인가하도록 상기 전원 입력부를 제어하고, 상기 온도 감지부에 의하여 측정된 상기 디지털 보호 계전기의 외부 온도에 대응하여 상기 디지털 보호 계전기를 상기 냉각 팬 또는 상기 히터에 연결하거나 상기 냉각 팬 또는 상기 히터로부터 분리시키도록 상기 스위치부를 제어하는 제어부를 포함한다.

Description

디지털 보호 계전기 및 이의 제어 방법{DIGITAL PROTECTION RELAY AND CONTROLLING METHOD THEREOF}
본 발명은 디지털 보호 계전기 및 이의 제어 방법에 관한 것으로서, 구체적으로 디지털 보호 계전기의 초기 동작 시 외부 환경에 대한 온도 보상을 수행함으로써 디지털 보호 계전기의 신뢰성 및 안정성을 높일 수 있는 디지털 보호 계전기 및 이의 제어 방법에 관한 것이다.
디지털 보호 계전기는 모터나 전동기 등과 같은 부하단에 전원을 공급 또는 차단하도록 제어하며, 상기 부하단에 흐르는 전류에 있어서 과전류, 단락 전류 등과 같은 사고 전류 발생 시 상기 부하단을 보호할 수 있는 전자 기기이다. 디지털 보호 계전기는 입력 전기량을 디지털 값으로 변환하여 설정값과 비교한 후 CPU 프로그램에 의해 동작 여부를 판단하고 이에 대응하여 제어 신호를 외부로 출력한다.
기존의 디지털 보호 계전기에 적용된 제어 전원 회로 및 시스템은 다음과 같은 문제점이 있다.
첫째, 제어 전원이 입력되면, 이에 대한 온도 상태 등을 포함한 주변 환경을 확인할 만한 회로가 없다.
둘째, 디지털 보호 계전기가 설치되는 외부의 환경 상황을 확인할 수 없으므로, 제어 전원 입력을 받아 생성되는 여러 DC 전원 source들에 대한 확인이 불가능한다. 나아가, 불안정한 상태의 전원인지 여부를 확인할 수 없으므로, 각 기능별 모듈 보드의 정상 구동 상태인지에 대한 확인이 직관적으로 어렵다.
셋째, DC(Direct Current) 전원 source들에 대해 전원 차단 장치가 없으므로, 비정상 구동 전압 상태인 것으로 확인되더라도 디지털 보호 계전기를 구성하는 구성 요소에 전원이 인가되는 것을 막을 방법이 존재하지 않는다.
이와 같이, 기존의 디지털 보호 계전기의 구성은 하드웨어(H/W) 성능의 한계와 소프트웨어(S/W)적 관점에서의 환경 및 온도 제약에 따른 문제로 인하여 동작 환경에 대한 확장성을 해결하지 못하고, 기기의 초기 구동 시 오동작 또는 동작 불능에 의하여 기기 자체의 신뢰성을 보장 받지 못할 가능성이 있다. 이로 인하여 외부 온도에 의한 제약의 문제인지 여부에 대한 근본 원인을 파악할 수 없고, 그 개선점을 찾지 못하는 문제점을 안고 있다.
또한, 제품의 외부 설치 환경의 상황을 극복하고자 별도의 저장 및 적치 장소를 마련한다 하더라도, 일정한 온도를 유지 및 관리하기 위해 발생하는 비용 증가를 초래하게 됨으로써 효율성 향상에 저해되는 측면이 발생하게 된다.
본 발명은 온도 센서를 이용하여 디지털 보호 계전기의 초기 기동 시 안전한 정상적 동작을 위하여 온도 보상 기능을 적용할 수 있도록 하기 위한 것으로, 통상적으로 장시간 방치 후 설치 및 초기 동작이 이루어지는 기존 디지털 보호 계전기의 환경 상황에 대한 약점을 개선하여 다양한 전력 계통 현장에 범용적이고 유연하게 적용할 수 있는 디지털 보호 계전기 및 그의 제어 방법을 제공하는 것이다.
본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재에 의해 제안되는 실시예들이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 디지털 보호 계전기는, 전원을 인가하는 전원 입력부; 와 온도를 측정하는 온도 감지부; 와 상기 디지털 보호 계전기의 상기 온도를 조절하는 온도 조절부; 및 상기 디지털 보호 계전기의 초기 동작 시 상기 온도 감지부에 상기 전원을 인가하도록 상기 전원 입력부를 제어하고, 상기 온도 감지부에 의하여 측정된 상기 디지털 보호 계전기의 상기 온도에 대응하여 상기 디지털 보호 계전기의 상기 온도를 조절하도록 상기 온도 조절부를 제어하는 제어부를 포함한다.
본 발명에 따른 실시예들에 의하면, 디지털 계전기에 적용된 여러 IC(Integrated Circuit) 및 전자 소자, 수동 소자 등의 온도 스펙에 따라 제한되거나 고정되어 있는 보관 및 사용 환경에 대한 제약 없이 제어 전원 입력이 존재하는 한 디지털 보호 계전기를 동작시킬 수 있다. 이로 인하여 디지털 보호 계전기를 다양한 계통 현장에 가변적으로 적용 가능하고, 동일한 제품의 사양별 라인-업을 확대할 필요 없이 하나의 대표 모델로 모두 대응 가능할 수 있게 한다. 이를 통해 제품 생산 및 관리에 대한 위험을 줄여주고, 제품의 제조 원가 절감을 가능하게 하여 생산성 향상에 기여할 수 있다.
또한, 기기 자체적으로 온도 보상 시스템 H/W 및 알고리즘으로 인하여, 극한 환경에서의 제품 보관에 필요한 별도의 저장소에 대해 난방 혹은 냉방 장치가 필요 없게 되므로 제품 보관 관리에 필요한 비용, 장소 제약, 별도의 장치 설치를 위한 추가 운용 비용 및 관리 인력 비용 등을 절감할 수 있다.
나아가, 극한 환경에서 보관 중이었던 제품에 대해 온도 레벨을 정상 동작 범위로 조절시켜, 초기 동작 시 각 기능별 모듈에 대한 초기 부팅 실패를 방지하고 안정적인 동작을 보장할 수 있게 한다. 또한 외부 환경에 의한 계전기의 오동작 및 동작 불능을 방지할 수 있게 되며, 작업자의 안전 보장 및 제품의 신뢰성 향상에 기여할 수 있게 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 디지털 보호 계전기의 구성을 도시한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 디지털 보호 계전기의 상세 구성을 도시한 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의하여 디지털 보호 계전기의 온도를 보상하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의하여 디지털 보호 계전기의 온도를 보상하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 디지털 보호 계전기의 동작 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 디지털 보호 계전기의 동작 과정을 설명하기 위한 도면이다.
이하에서는 본 발명의 구체적인 실시예를 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명의 기술적 사상이 이하에서 기술되는 실시예들에 의하여 제한되는 것은 아니며, 또 다른 구성요소의 추가, 변경 및 삭제 등에 의해서 퇴보적인 다른 발명이나 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에 포함되는 다른 실시예들을 용이하게 제안할 수 있다.
본 발명에서 사용되는 용어는 가능한 한 현재 해당 기술과 관련하여 널리 사용되는 일반적인 용어를 선택하였으나, 특별한 경우에는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 그 의미를 상세히 기재하였다. 그러므로, 단순한 용어의 명칭이 아닌 용어가 가지는 의미로서 본 발명을 파악하여야 함을 미리 밝혀둔다. 이하에서 기술하는 설명에 있어서, 단어 '포함하는'은 열거된 것과 다른 구성요소들 또는 단계들의 존재를 배제하지 않는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 디지털 보호 계전기의 구성을 도시한 블록도이다.
본 발명의 일 실시예에 의한 디지털 보호 계전기(100)는 전원 입력부(110), 온도 감지부(120), 스위치부(130) 및 제어부(140)를 포함할 수 있다.
전원 입력부(110)는 전원을 인가한다.
구체적으로, 전원 입력부(110)는 디지털 보호 계전기(100)에 입력되는 제어 전원을 각 구성 요소에 인가할 수 있다.
온도 감지부(120)는 온도를 측정한다.
일 실시예에 의하면, 온도 감지부(120)는 Micro Controller Unit(MCU)을 포함할 수 있다. 상기 MCU는 디지털 보호 계전기(100)의 초기 동작 시 온도 감지부(120)에 전원이 인가되면, 온도 또는 전압을 측정하고 이에 기초하여 온도 또는 전압 보상 알고리즘을 수행할 수 있다. 이 경우, 온도 감지부(120)는 제어부(140)의 제어 없이도 스스로 동작할 수 있다.
스위치부(130)는 디지털 보호 계전기(100)의 내부에 위치하는 냉각 팬 또는 히터의 구동을 스위칭 할 수 있다.
구체적으로, 스위치부(130)는 후술하는 제어부(140)의 제어에 의하여, 디지털 보호 계전기(100)를 냉각 팬 또는 히터에 연결시키거나, 상기 디지털 보호 계전기(100)를 냉각 팬 또는 히터로부터 분리시킬 수 있다. 일 실시예에 의하면, 스위치부(130)는 온도 감지부(120)의 출력 전압에 따라 턴 온 또는 턴 오프 되는 트랜지스터를 포함할 수 있다. 이 경우, 디지털 보호 계전기(100)의 온도 또는 내부 전압을 하드웨어 적으로 제어할 수 있다. 이에 대해서는 도 3에 대한 설명에서 후술한다.
한편, 본 발명의 일 실시 예에 의한 디지털 보호 계전기(100)는 상기 디지털 보호 계전기(100)의 온도 또는 전압을 조절하는 온도 및 전압 조절부(미도시)를 포함하고, 스위치부(130)가 상기 온도 및 전압 조절부에 포함될 수도 있다. 제어부(140)는 디지털 보호 계전기(100)의 초기 동작 시 온도 감지부(120)에 전원을 인가하도록 전원 입력부(110)를 제어할 수 있다.
제어부(140)는 온도 감지부(120)에 전원을 인가하는 경우, 상기 온도 감지부(120)를 제외한 디지털 보호 계전기(100)의 다른 구성 요소들에는 전원을 차단시킬 수 있다.
이 경우, 제어부(140)는 스위치부(130)를 제어하여 디지털 보호 계전기(100)가 정상적으로 동작하는 온도 범위 또는 전압 범위에 도달한 이후, 온도 감지부(120)를 제외한 디지털 보호 계전기(100)의 다른 구성 요소들에 전원을 인가할 수 있다.
일반적으로, 디지털 보호 계전기(100)는 정상적으로 동작할 수 있는 온도 및 전압 범위에 대한 사양(Specification)을 가지고 있다. 디지털 보호 계전기(100)는 이러한 사양에 기초하여 설계되고 실험되므로, 상기 온도 및 전압을 넘는 범위에서는 디지털 보호 계전기(100) 및 상기 디지털 보호 계전기(100)에 포함되는 구성 요소들의 정상적인 동작이나 신뢰성이 보장되지 않는다.
따라서, 본 발명에서는 디지털 보호 계전기(100)의 초기 동작 시, 온도 감지부(120)에만 전원을 인가하고, 그 외 다른 구성 요소들에는 전원 공급을 차단시킨다. 이후, 디지털 보호 계전기(100)가 정상적으로 동작할 수 있도록 온도 또는 전압을 보상 알고리즘에 의하여 보정한 후, 다른 구성 요소들에도 전원을 공급한다. 이에 의하여, 디지털 보호 계전기(100)의 안정성 및 신뢰성이 보장될 수 있다.
제어부(140)는 온도 감지부(120)에 의하여 측정된 디지털 보호 계전기(100)의 온도에 대응하여 상기 디지털 보호 계전기(100)를 냉각 팬 또는 히터에 연결하거나 상기 냉각 팬 또는 상기 히터로부터 분리시키도록 스위치부(130)를 제어할 수 있다.
이 경우, 제어부(140)는 스위치부(130)를 제어하여 디지털 보호 계전기(100)의 내부 온도 또는 내부 전압을 보상할 수 있다.
구체적으로, 일 실시예에 의하면, 제어부(140)는 디지털 보호 계전기(100)의 온도를 측정하도록 온도 감지부(120)를 제어하고, 디지털 보호 계전기(100)가 정상적으로 동작하는 온도 범위에 포함되게 상기 내부 온도를 보상하도록 스위치부(130)를 제어할 수 있다.
다른 실시예에 의하면, 제어부(140)는 온도 감지부(120)의 출력 전압을 판단하고, 디지털 보호 계전기(100)가 정상적으로 동작하는 전압 범위에 포함되게 상기 출력 전압을 보상하도록 스위치부(130)를 제어할 수 있다.
한편, 제어부(140)는 온도 감지부(120)의 출력 전압을 판단하고, 상기 출력 전압이 속하는 전압 범위에 따라 스위치부(130)를 제어할 수 있다. 이 경우, 디지털 보호 계전기(100)의 내부 온도 또는 내부 전압을 소프트웨어 적으로 제어할 수 있다. 이에 대해서는 도 4에 대한 설명에서 후술한다.
냉각 팬(cooling fan)과 히터(heater)는 각각 디지털 보호 계전기(100)의 내부에 포함될 수 있다.
한편, 실시예에 따라, 냉각 팬과 히터는 각각 디지털 보호 계전기(100)의 외부에 위치하여, 상기 디지털 보호 계전기(100)에 연결되거나 상기 디지털 보호 계전기(100)로부터 분리될 수 있다.
냉각 팬은 벨트 또는 모터에 의해 회전하면서 온도를 내려주어 과열로 인한 기기 또는 구성 요소의 손상 및 오작동을 방지한다.
히터는 열을 발생시켜 온도를 높임으로써 낮은 온도로 인한 기기 또는 구성 요소의 손상 및 오작동을 방지한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 디지털 보호 계전기의 상세 구성을 도시한 블록도이다.
본 발명의 일 실시예에 의한 디지털 보호 계전기(100)는 최초 동작 시 각 기능 모듈에 입력되는 DC 전원에 대해 안정성을 보장하기 위하여, 온도 센서를 사용하여 온도 또는 전압을 측정하고 온도 또는 전압 보상 알고리즘을 적용하여 각 단계별로 냉각 팬 또는 히터 등을 가동할 수 있도록 제어 신호를 생성하여 온도 또는 전압을 보상할 수 있다. 이에 의하여, 디지털 보호 계전기(100)가 최초 계통 입력 및 제어 전원을 입력 받을 때, 어느 환경하에서든 작업자의 안정성을 보장하고 디지털 보호 계전기(100)의 정상 동작을 보장할 수 있다.
이하, 도 2를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 의한 디지털 보호 계전기(100)의 초기 동작 및 부팅 과정을 설명하면 다음과 같다.
초기 동작 시, 디지털 보호 계전기(100)는 제어 전원을 입력 받는다. 이 경우, 온도 감지부(120)는 디지털 보호 계전기(100)의 온도를 측정하고, 측정된 온도에 기초하여 상기 디지털 보호 계전기(100)의 온도 보상 알고리즘을 작동시킨다.
구체적으로, 디지털 보호 계전기(100)의 내부 온도 또는 외부 온도를 측정하고 이에 기초하여 온도 보상 알고리즘을 작동시킬 수 있다. 디지털 보호 계전기(100)의 외부 온도와 내부 온도는 서로 동일한 값을 가지지 않는다 하더라도 대응하여 변화하므로, 두 온도 중 어느 것을 사용하더라도 무방하다.
또한, 디지털 보호 계전기(100)의 온도 대신 전압을 측정하고 이에 기초하여 전압 보상 알고리즘을 작동시킬 수도 있다.
이 경우, 디지털 보호 계전기(100)는 스위치부(130)를 통하여 냉각 팬(250) 또는 히터(260)에 연결함으로써 온도를 정상 동작 범위내의 온도로 보상할 수 있다.
한편, 디지털 보호 계전기(100)에 입력된 제어 전원은 AC 또는 DC 전원으로서 110V~220V의 값을 가질 수 있다. 상기 제어 전원은 입력 변환부(210)로 입력된다.
입력 변환부(210)는 입력된 제어 전원의 전압을 변압기(Transformer: Trans)를 거쳐 일정 수준으로 낮춘다. 입력 변환부(210)로부터 출력되는 일정 수준으로 낮춰진 전압은 신호 처리부(230)의 입력으로 사용된다.
한편, 디지털 입력(220)의 경우, 입력된 디지털 신호는 신호 처리부(230)를 거치지 않고 바로 제어부(140)로 입력될 수 있다.
신호 처리부(230)는 일정 수준으로 낮춰진 전압을 입력 받고, 상기 전압을 AC-DC 변환 회로, DC-DC 변환 회로, LDO(Low Drop Out) 및 레귤레이터(Regulator) 등을 거쳐 각 레벨의 DC 전원 source로 변환한다.
구체적으로, 디지털 보호 계전기(100)의 작동을 위한 각 레벨의 DC 전원 source는 다음과 같다.
CPU와 IC류 및 일반적인 전자 회로부에 사용되는 전압은 +3.3V, +1.8V, +1.0V 등이다. 이를 위해, 다중 채널 source로 변환하는 DC 전환 회로가 필요하다.
전원 정합성, power fail 및 높은 출력을 요구하거나, 연산부 등에서는 +- 15V가 사용된다.
고출력 또는 인버터(inverter) 등을 통하여 TFT-LCD 백 라이트(back light) 등을 구동하기 위해서는 +12V가 필요하다.
따라서, 신호 처리부(230)는 입력 전압을 요구되는 각 레벨의 DC 전원 source로 변환한다. 이를 위해, 신호 처리부(230)는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 AD 변환(Analog to Digital Conversion) 블록, 소정 주파수를 검출하는 주파수 검출 블록, 주파수의 저역 부분을 통과시키는 저역 필터(Low Pass Filter: LPF) 블록, 2개 이상의 입력에 대한 합을 출력하는 가산기(Adder) 블록 등의 연산 블록들을 포함할 수 있다.
신호 처리부(230)에 의하여 변환된 DC 전원 source 들은 각 기능별 모듈에 전원으로 입력된다. 구체적으로, 변환된 DC 전원 source 들은 디지털 출력(240)을 통하여 각 기능별 모듈에 전원으로 입력된다.
이 경우, 각 기능별 모듈에 전원으로 입력되어 계전기와 관련된 출력을 하거나(relay 출력), 계전기를 정지시키거나(trip) 또는 알람을 발생시키거나, 원격 또는 로컬에 연결된 기기에 대한 제어를 수행하거나, 시스템 고장을 알리거나, 차단기(Circuit Breaker: CB)를 온 오프 시킬 수 있다.
각 기능별 모듈에 변환된 DC 전원 source 들이 입력됨과 동시에, 제어부(140)의 CPU(Central Processing Unit)가 부팅 시퀀스에 따라 구동되어 각 기능별 모듈과 각종 주변 기기들을 초기화하고 정상 동작 상태로 진입한다.
예를 들어, 온도가 -20℃ 이하인 러시아와 같은 지역이나 온도가 40℃ 이상인 열대 지방 등의 배전반 또는 계통 현장에서 디지털 보호 계전기(100)를 사용하는 경우, 상기 디지털 보호 계전기(100)는 이를 설치하기 까지 장시간 동안 외부 환경에서 보관된다. 따라서, 비정상적으로 낮거나 높은 보관 온도로 인하여 각종 수동 소자의 구동 능력이 떨어지고, IC(Integrated Circuit: 집적회로) 구동 입력 전원의 안정적인 입력을 보장할 수 없는 경우가 자주 발생한다.
따라서, 본 발명의 일 실시 예에서와 같이, 제어전원 입력 시 생성되는 기본 DC 전원 source로 구동되는 온도 센서를 통하여, 기준치 이하보다 낮다고 판단되면 히터를 턴 온 시켜 디지털 보호 계전기(100)의 온도를 각 기능별 모듈이 정상적으로 동작할 수 있는 정도의 안정적인 사용 온도 레벨로 높여주면, 디지털 보호 계전기(100)의 최초 동작 시 오작동 또는 동작 불능의 발생을 방지할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의하여 디지털 보호 계전기의 온도를 보상하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 디지털 보호 계전기(100)의 온도 또는 전압을 하드웨어적으로 보상할 수 있다. 이를 위해, 스위치부(130)는 온도 감지부(120)의 출력 전압에 따라 턴 온 또는 턴 오프 되는 트랜지스터를 포함할 수 있다.
디지털 보호 계전기(100)의 초기 작동 시 전원 입력부(110)를 통해서 제어 전원이 입력되면, 온도 감지부(120)에 전원이 인가된다.
온도 감지부(120)는 디지털 보호 계전기(100)의 온도를 측정한다. 실시예에 따라 디지털 보호 계전기(100)의 내부 온도 또는 외부 온도를 측정할 수 있고, 측정된 내부 온도 또는 외부 온도에 기초하여 온도 보상 알고리즘을 수행할 수 있다.
한편, 온도 감지부(120)에 입력된 제어 전원은 입력 변환부(210)를 통하여 DC 전원 source 로 생성된다. 생성된 DC 전원 source는 스위치부(130)의 입력으로 사용된다.
스위치부(130)는 트랜지스터를 포함할 수 있다. 이 경우, 트랜지스터는 입력되는 DC 전원 source의 전압에 따라 턴 온 되거나 턴 오프 될 수 있다. 따라서, 턴 온 되거나 턴 오프 되는 상태에 따라 냉각 팬 또는 히터에 전류가 인가되어 구동될 수 있게 하는 경우, 전압에 대응한 온도 보상이 가능해진다.
이 경우, 정해진 레벨보다 온도나 전압이 현저히 낮으면 히터를 구동하고, 온도나 전압이 높으면 냉각 팬을 구동하도록 회로를 연결한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의하여 디지털 보호 계전기의 온도를 보상하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 디지털 보호 계전기(100)의 온도 또는 전압을 소프트웨어적으로 보상할 수 있다. 이를 위해, 제어부(140)는 온도 감지부(120)의 온도 또는 전압을 판단하고, 상기 온도 또는 전압이 속하는 온도 범위 또는 전압 범위에 따라 스위치부(130)를 제어할 수 있다.
디지털 보호 계전기(100)의 초기 작동 시 전원 입력부(110)를 통해서 제어 전원이 입력되면, 온도 감지부(120)에 전원이 인가된다.
온도 감지부(120)는 디지털 보호 계전기(100)의 온도를 측정한다. 실시 예에 따라, 디지털 보호 계전기(100)의 내부 온도 또는 외부 온도를 측정하고 이에 기초하여 온도 보상 알고리즘을 수행하거나, 디지털 보호 계전기(100)의 전압을 측정하고 이에 기초하여 전압 보상 알고리즘을 수행할 수 있다.
제어부(140)는 온도 감지부(120)에 의하여 측정된 온도 또는 전압에 기초하여 해당 온도 또는 전압이 속하는 범위를 판단할 수 있다. 구체적으로, 해당 온도 또는 전압이 정상적으로 동작할 수 있는 범위에 해당하면 아무런 제어 신호를 발행시키지 않고, 해당 온도 또는 전압이 정상적으로 동작할 수 있는 범위를 벗어나면 냉각 팬 또는 히터가 구동되도록 스위치부(130)에 제어 신호를 발생시킬 수 있다.
제어부(140)가 전압에 기초하여 제어를 수행하는 경우, 제어부(140)는 도 4의 그래프에 도시된 전압 범위를 참조하여 제어 신호를 발생시킨다. 구체적으로, V1 구간에서는 정상 전압 범위보다 낮은 전압이 인가되고, V2 구간에서는 정상 전압 범위의 전압이 인가되고, V3구간에서는 정상 전압 범위보다 높은 전압이 인가된다. 따라서, 제어부(140)는 측정된 전압이 V1 구간에 속하면 히터에 연결하고, 측정된 전압이 V3 구간에 속하면 냉각 팬에 연결시킨다. 만일, 측정된 전압이 V2 구간에 속하는 경우라면 아무런 제어 신호도 발생시키지 않는다.
제어부(140)가 온도에 기초하여 제어를 수행하는 경우, 제어부(140)는 도 4의 그래프에 도시된 온도 범위를 참조하여 제어 신호를 발생시킨다. 구체적으로, t1 구간에서는 정상 온도 범위보다 낮은 온도가 인가되고, t2 구간에서는 정상 온도 범위의 온도가 인가되고, t3 구간에서는 정상 온도 범위보다 높은 온도가 인가된다. 따라서, 제어부(140)는 측정된 온도가 t1 구간에 속하면 히터에 연결하고, 측정된 온도가 t3 간에 속하면 냉각 팬에 연결시킨다. 만일, 측정된 전압이 t2 구간에 속하는 경우라면 아무런 제어 신호도 발생시키지 않는다.
이에 의해, 측정된 온도 또는 전압에 따라 냉각 팬 또는 히터를 구동시킴으로써, 온도 또는 전압을 보상할 수 있다.
도 3에서 설명한 바와 같이 디지털 보호 계전기(100)의 온도를 하드웨어적으로 제어하거나, 도 4에서 설명한 바와 같이 소프트웨어적으로 보상하는 경우, 디지털 보호 계전기(100)에 사용되는 전자소자의 온도 사양(specification)에 의존하여 전력 계통 및 배전반 설치 환경에 따라 사용처가 한정적이 되는 단점을 보완할 수 있다. 나아가, 디지털 보호 계전기(100) 및 배전반 저장 또는 적치 장소에 대해 적정 온도를 유지하기 위하여 난방 혹은 냉방 장치를 설치하고 운용하는 경우 발생하는 관리상의 문제, 비용상의 문제, 인력 관리상의 문제 및 이를 통한 제품 신뢰성 문제를 해결할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 디지털 보호 계전기의 동작 과정을 설명하기 위한 도면이다.
디지털 보호 계전기(100)의 초기 동작 시, 온도 감지부(120)에 전원을 인가한다(S501).
디지털 보호 계전기(100)의 온도를 측정한다. 구체적으로, 디지털 보호 계전기(100)의 온도 감지부(120)는 디지털 보호 계전기(100)의 온도 또는 전압을 측정할 수 있다. 다른 실시 예에 따라, 디지털 보호 계전기(100)는 디지털 보호 계전기(100)가 설치되는 외부 환경의 온도를 측정하고, 이에 기초하여 디지털 보호 계전기(100)를 제어할 수도 있다.
디지털 보호 계전기(100)는 온도에 대응하여 보상 알고리즘을 동작시킨다(S503).
이 경우, 상기 보상 알고리즘은 실시예에 따라, 디지털 보호 계전기(100) 내에 하드웨어적으로 구현되거나 또는 소프트웨어적으로 구현될 수 있다.
디지털 보호 계전기(100)는 온도가 정상 범위보다 높은지 판단한다(S504).
상기 정상 범위는 디지털 보호 계전기(100)가 정상적으로 동작할 수 있는 범위의 온도로서, 제품 설계 시 시험에 의하여 정해질 수 있다.
만일, 온도가 정상 범위보다 높은 것으로 판단되는 경우(S504-Yes), 디지털 보호 계전기(100)는 스위치부(130)를 제어하여 디지털 보호 계전기(100)를 냉각팬에 연결한다.
반면, 온도가 정상 범위보다 높지 않으면(S504-No), 디지털 보호 계전기(100)는 온도가 정상 범위 보다 낮은지 판단한다(S506).
여기서, 온도가 정상 범위보다 낮으면(S506-Yes), 디지털 보호 계전기(100)는 디지털 보호 계전기(100)를 히터에 연결한다. 온도가 정상 범위보다 낮지 않다면(S506-No), 디지털 보호 계전기(100)는 온도 보상 알고리즘을 수행하지 않고 절차를 종료한다.
본 실시예에 의하면, 온도 감지를 위한 H/W 및 온도 보상 알고리즘을 탑재한 S/W를 적용함으로써, 디지털 보호 계전기(100)의 고정된 온도 사양을 확장하여 능동적으로 내부기기 온도 레벨을 가변하여 적용되게 할 수 있다. 또한, 이러한 온도 센서가 적용된 온도 보상 시스템 H/W와 온도 보상 알고리즘을 구현하여 적용함으로써, 계통 설치 초기 구동 시 계전기 적용과 동작의 확장성을 향상시킬 수 있다. 나아가, 설치 환경의 영향으로 인한 제품 오류 발생 요인을 제거하여 환경 영향에 대한 문제를 선제적으로 차단함으로써 제품 개발과 관리에 대한 위험을 최소화할 수 있고, 이 경우 제품의 line-up을 늘릴 필요가 없어 생산 관리의 효율성을 극대화 할 수 있다.
또한, 기존 제품의 설계 변경 및 제품의 line-up 다양화로 인한 관리의 어려움과 제반 비용 증가 위험을 줄일 수 있고, 나아가 제한된 온도 사양을 극복하기 위한 다양한 추가 장치 및 저장소 설치에 대한 비용 부담을 제거함으로써 제품 관리 비용 절감에 기여하며, 이에 따른 생산성 향상을 도모할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 디지털 보호 계전기의 동작 과정을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 디지털 보호 계전기(100)의 초기 동작 시 온도 감지부(120)에만 전원을 인가하고 그 외 다른 구성 요소들에는 전원 공급을 차단시키고, 디지털 보호 계전기(100)의 사양에 맞게 온도 또는 전압을 보상 알고리즘에 의하여 보상한 후, 다른 구성 요소들에도 전원을 공급한다.
디지털 보호 계전기(100)의 초기 동작 시, 온도 감지부(120)에 전원을 인가한다(S601).
이 경우, 디지털 보호 계전기(100)는 온도 감지부(120)를 제외한 다른 구성 요소들에는 전원 공급을 차단시킨다(S602).
구체적으로, 전원 입력부(110)를 통해서 제어 전원이 입력되면, 상기 제어 전원은 전원 트랜스 및 DC-DC 변환부 및 LDO 등을 거쳐 DC 전원 source로 생성된다. 이 경우, 제어부(140)는 DC 전원 source들을 중간에 차단하여 온도 감지부(120)에 인가하고, 나머지 구성 요소들에는 상기 DC 전원 source의 공급을 차단시킨다.
실시예에 따라, 온도 감지부(120)가 상기와 같은 제어 기능을 수행하는 MCU를 포함하고, 제어부(140) 대신 상기 MCU가 구동되어 온도 감지 및 이의 처리를 위한 제어 기능을 수행할 수도 있다.
디지털 보호 계전기(100)는 온도를 측정한다(S603).
디지털 보호 계전기(100)는 온도에 대응하여 디지털 보호 계전기(100)의 온도를 보상한다(S604).
이 경우, 상기 온도 보상 알고리즘은 실시예에 따라, 도 3에서 설명한 바와 같이 디지털 보호 계전기(100) 내에 하드웨어적으로 구현되거나 또는 도 4에서 설명한 바와 같이 소프트웨어적으로 구현될 수 있다.
디지털 보호 계전기(100)는 디지털 보호 계전기(100)의 온도가 정상 동작 범위내인가 판단한다(S605).
만일, 온도가 정상 동작 범위내인 것으로 판단되는 경우(S605-Yes), 디지털 보호 계전기(100)는 온도 감지부(120)를 제외한 다른 구성 요소들에도 전원을 공급한다(S606).
반면, 온도가 정상 동작 범위내인 것으로 판단되지 않으면(S605-No), 디지털 보호 계전기(100)는 S604 단계로 되돌아가 디지털 보호 계전기(100)의 온도를 보상한다.
이와 같이, 본 실시 예에서는 온도 감지부(120)에 전원이 공급되면, 온도 감지부(120)에서 출력으로 나오는 온도를 확인하고, 이의 레벨에 따라 보상하고자 하는 온도 변화의 방향을 결정한다. 즉, 정해진 레벨 보다 온도가 현저히 낮으면 히터에 연결하여 히터를 구동하고, 온도가 현저히 높으면 냉각 팬에 연결하여 냉각 팬을 구동한다. 지속적으로 온도를 감지하면서 안정적인 동작을 보장하는 범위로 온도가 변화되면, 다른 DC 전원 source에 대한 차단을 해제하고, 각 기능별 모듈에 DC 전원 source들을 연결하여 정상적인 초기 동작이 이루어지도록 한다.
한편, 도 6에서는 온도를 측정하고 이에 기초하여 디지털 보호 계전기(100)를 제어하는 예를 설명했지만, 온도 대신 전압을 측정하고 이에 기초한 제어를 수행할 수도 있다.
이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위 내에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 디지털 보호 계전기 110: 전원 입력부
120: 온도 감지부 130: 스위치부
140: 제어부 210: 입력 변환부
220: 디지털 입력 230: 신호 처리부
240: 디지털 출력 250: 냉각 팬
260: 히터

Claims (7)

  1. 디지털 보호 계전기에 있어서,
    전원을 인가하는 전원 입력부;
    온도를 측정하는 온도 감지부;
    상기 디지털 보호 계전기의 상기 온도를 조절하는 온도 조절부; 및
    상기 디지털 보호 계전기의 초기 동작 시 상기 온도 감지부에 상기 전원을 인가하도록 상기 전원 입력부를 제어하고, 상기 온도 감지부에 의하여 측정된 상기 온도에 대응하여 상기 디지털 보호 계전기의 상기 온도를 조절하도록 상기 온도 조절부를 제어하는 제어부를 포함하는 디지털 보호 계전기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 온도 조절부는, 냉각 팬 또는 히터 및 상기 냉각 팬 또는 상기 히터의 구동을 스위칭하는 스위치부를 포함하고,
    상기 제어부는, 상기 온도에 대응하여 상기 냉각 팬 또는 상기 히터를 구동하도록 상기 스위치부를 제어하는 디지털 보호 계전기.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 디지털 보호 계전기의 온도를 측정하도록 상기 온도 감지부를 제어하고, 상기 디지털 보호 계전기가 정상적으로 동작하는 온도 범위에 포함되게 상기 온도를 보상하도록 상기 스위치부를 제어하는 디지털 보호 계전기.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 온도 감지부에 상기 전원을 인가하는 경우 상기 온도 감지부를 제외한 상기 디지털 보호 계전기의 다른 구성 요소들에는 상기 전원을 차단시키는 디지털 보호 계전기.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 스위치부는, 상기 온도 감지부의 출력 전압에 따라 턴 온 또는 턴 오프되는 트랜지스터를 포함하는 디지털 보호 계전기.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 온도 감지부의 출력 전압을 판단하고, 상기 출력 전압이 속하는 전압 범위에 따라 상기 스위치부를 제어하는 디지털 보호 계전기.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 스위치부를 제어하여 상기 디지털 보호 계전기가 정상적으로 동작하는 온도 범위 또는 전압 범위에 도달한 이후, 상기 온도 감지부를 제외한 상기 디지털 보호 계전기의 다른 구성 요소들에 상기 전원을 인가하는 디지털 보호 계전기.
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