KR940005124Y1 - 디지탈 저주파 보호계전 장치 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

디지탈 저주파 보호계전 장치

제1도는 본 고안 실시예의 전체적인 구성도.

제2도는 제1도 내의 연산수행부의 동작을 나타내기 위한 블록다이어그램.

제3도는 제2도 내의 마이크로 콘트롤러에 의해 수행되는 저주파 검출알고리즘도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 펄스변환부 2 : RMS전압계전부

3 : 연산수행부 11 : 전압플로워

12 : 제로크로싱 검출기 HT1·HT2 : 히스테리시스용 인버어터

MC : 마이크로콘트롤러 31 : 와치독타이어

32 : 인터페이스회로

본 고안은 변전소등에 설치되어 수용가에게 전력을 공급하는 배전선로상에서 과부하로 인한 전력계통의 주파수 강하가 발생할 경우 이를 검출하여 부하를 차단시키도록 된 디지탈 저주파 보호계전장치에 관한 것이다.

22.9KV 3상의 배전선로에서 전력을 수용하는 수용가의 전력사용이 급증할 경우 발전소에서는 이에 상응하는 충분한 전력을 공급하지 못함에 따라 주파수 강하가 발생하게 되는데, 이에 따라 해당 선로로 부터 전원을 공급받는 각종 전기 기기는 정상적인 동작을 하지 못하게 되므로 해당선로의 전원을 차단하는 부하 차단기능이 필요하다.

이와 같이 과부하에 의한 주파수 강하를 검출하여 부하를 차단시키는 종래의 저주파 보호계전 장치는 논리회로로 구성되는데, 세팅된 주파수 값에 해당하는 카운터 값을 설정하여 선로를 통해 입력되는 주파수의 한주기 동안 기준 주파수 발진기에 의해 생성되는 카운터 값과 상기의 세팅된 카운터 값을 비교함으로서 저주파를 검출하는 방식을 취하고 있다.

그러나, 이와 같은 저주파 검출방식은 세팅된 카운터 값이 고정된 주파수 세팅값에 따라 결정되므로 주파수 세팅의 조정이 어렵고, 고정된 주파수 세팅값과 입력 주파수 값의 한 주기를 기준으로 비교하기 때문에 각 주기의 동작시간이 고정되어 동작시간의 연속조정이 용이하지 않음은 물론 저주파 검출장치 자체가 비정상적인 주파수 및 전압의 입력에 의해 오동작을 일으킬 수 있는 단점이 있다.

본 고안의 목적은 이와 같은 단점을 해결하기 위한 것으로, 마이크로콘트롤러를 사용하여 입력되는 신호로부터 매순간의 주파수를 계산함에 의해 저주파를 검출하고, 이에 따라 부하를 차단시키도록 된 디지탈 저주파 보호계전 장치를 제공하는 것이다.

본 고안의 다른 목적은 동작 주파수 및 동작시간의 세팅을 연속 조정할 수 있도록 한 디지탈 저주파 보호계전 장치를 제공하는 것이다.

본 고안의 또다른 목적은 본 장치의 자기 진단능력을 구현하여 고신뢰도를 갖는 디지탈 저주파 보호계전장치를 제공하는 것이다.

이하, 본 고안은 장치의 구체적인 구성, 작용 및 효과를 첨부도면에 의하여 상세히 설명한다.

제1도는 본 고안 실시예의 구성을 나타낸 것으로서, 선로를 통한 입력전압신호를 그 주파수와 같은 주기를 갖는 펄스신호로 변환시키는 펄스변환부(1), 상기 입력전압신호의 크기를 정현파의 RMS값을 계산함에 의해 측정하는 RMS전압계산부(2), 그리고 상기 펄스변환부(1)에서 출력되는 펄스신호로 부터 주파수를 계산하고 이를 세팅주파수와 비교하여 계산된 주파수가 세팅주파수 보다 작은 한편, 상기 RMS전압계산부(2)에서 계산된 전압이 세팅전압 보다 클때, 차단기 트립신호를 출력하는 연산수행부(3)로 구성된다.

본 고안의 실시예에 있어서, 상기 펄스변환부(1)는 상기 전압신호가 입력되는 전압플로워(11), 이 전압플로워(11)의 출력을 제로크로싱 검출하는 제로크로싱 검출기(12), 그리고 이 제로크로싱 검출기(12)의 출력에 히스테리시스 특성을 부여하기 위한 히스테리시스용 인버어터(HT1)(HT2)로 구성된다.

한편, 상기 연산수행부(3)는 상기 펄스변환부(1)의 출력 펄스신호에 의해 인터럽트가 발생되어 저주파 검출 연산을 수행하고, 상기 RMS전압계산부(2)의 출력전압을 세팅전압과 비교하여 검출된 주파수가 세팅주파수보다 작고, 입력전압이 세팅전압 보다 클때 통상의 차단기로 트립신호를 출력하는 마이크로 콘트롤러(MC), 이 마이크로 콘트롤러의 상태를 검사하여 오동작시 리셋시켜 주기 위한 와치독타이머(31), 그리고 상기 마이크로 콘트롤러(MC)와 통상의 주컴퓨터와의 통신 인터페이스를 제공하는 인터페이스회로(32)로 구성된다.

미설명부호중 D1은 다이오드, R1-R4는 저항, C1-C3는 콘덴서, OP는 제로크로싱 검출용 연산증폭기, XL은 기준클럭 발생용 크리스탈 발진기이다.

이와 같이 구성되는 본 고안의 장치에 있어서, 배전선로를 통해 입력되는 전압신호는 펄스변환부(1) 내의 전압플로워(11)를 통해 적정범위의 전압 값으로 검출된 상태에서 제로크로싱 검출기(12)로 입력되어 입력된 전압신호와 같은 주기의 펄스신호로 변환된다. 이 제로크로싱 검출기(12)에서 출력되는 펄스신호는 히스테리시스용 인버어터(HT1)(HT2)를 거치면서 히스테리시스 특성이 부여되는데, 이렇게 펄스신호에 히스테리시스를 갖게하는 것은 입력신호에 포함된 고조파 성분이나 노이즈에 의하여 제로크로싱 검출기(12)가 입력신호가 "O"인 부분에서 오동작하는 것을 방지하기 위한 것이다.

이렇게 펄스변환부(1)를 통해 출력된 펄스신호는 연산수행부(3) 내의 마이크로 콘트롤러(MC)의 인터럽트 입력으로 인가되며, 한편, 입력전압신호는 RMS전압계산부(2)에서 그 크기가 계산된 후, 마이크로 콘트롤러(MC)로 입력된다.

제2도 및 제3도는 연산수행부(3)의 동작 및 이 연산수행부(3) 내의 마이크로 콘트롤러(MC)의 기능수행 알고리즘을 나타낸 것으로서, 입력전압으로부터 발생되는 펄스의 1주기 동안 기준주파수(약 200KHz)가 입력되는 카운터(즉, 마이크로 콘트롤러(MC) 내부의 카운터임)를 동작시켜 이 카운터의 값을 읽어드리고, 이 카운터 값으로 부터 주파수를 계산하여 세팅된 주파수와 비교한다. 이와 같은 주파수 세팅은 마이크로 콘트롤러(MC)를 이용하므로 55Hz~60Hz까지 0.1Hz 단위로 임의 조정이 가능하며, 또한 동작시간의 세팅은 50mS~20sec까지 연속 조정이 가능하다.

한편, 상기와 같이 계산된 주파수가 세팅된 주파수 보다 작으면 제3도에서와 같이 저주파 카운터를 증가시키게 되며, 또한, RMS전압계산부(2)에서 계산된 입력전압 신호의 크기 또한 마이크로 콘트롤러(MC)로 입력되어 세팅된 전압과 비교되는데, 이와 같이 정현파의 RMS값을 계산하게 되므로 전압검출이 매우 정교하고 빠르게 이루어질 수 있다.

한편, 마이크로 콘트롤러(MC)에서는 전술한 바와 같은 증가된 저주파 카운터 값을 세팅된 지연시간과 비교하여 이 세팅지연시간 보다 크고, 상기 입력전압의 크기가 세팅된 전압보다 크다는 조건이 만족되면 차단기로 트립신호를 발생시켜 배전선로의 전원을 차단시키게 된다. 이와 같은 저주파 검출동작은 입력전압으로 부터 발생하는 펄스신호에 의해 인터럽트가 걸려 수행되므로 매우 정확하게 주파수 값을 계산할 수 있으며, 정확한 시간지연을 시킬 수 있게 된다.

마이크로 콘트롤러(MC)에 연결된 와치독 카운터(31)는 마이크로 콘트롤러의 하드웨어상의 정상동작이 이루어지지 않는 경우, 이 마이크로 콘트롤러를 리세트 시키는 하드웨어 자기 진단기능을 수행하게 되며, 인터페이스회로(32)는 주컴퓨터와의 통신포트를 제공하여 주컴퓨터와 세팅값을 주고받거나, 주컴퓨터의 각종 모티터링에 관계된 명령을 수행할 수 있게 된다.

이상과 같이 본 고안의 장치는 마이크로 콘트롤러를 이용하는 디지탈 저주파 검출기능을 구현하게 되므로 저주파 동작 특성상 고기능 및 고신뢰도를 얻을 수 있고, 통신포트를 통해 주컴퓨터와의 데이타 송수신에 의해 계산된 주파수 값과 전압값을 외부로 표시할 수 있는 모니터링 기능과 함께 자기 진단기능이 가능하게 되는 장점이 있다.

Claims (4)

1. 선로를 통한 입력전압신호를 그 주파수와 같은 주기를 갖는 펄스신호로 변환시키는 펄스변환부(1), 상기 입력전압신호의 크기를 정현파의 RMS값을 계산함에 의해 측정하는 RMS전압계산부(2), 그리고 상기 펄스변환부(1)에서 출력되는 펄스신호로 부터 주파수를 계산하고 이를 세팅주파수와 비교하여 계산된 주파수가 세팅 주파수 보다 작은 한편, 상기 RMS전압계산부(2)에서 계산된 전압이 세팅전압 보다 클때, 차단기트립신호를 출력하는 연산수행부(3)로 구성된 것을 특징으로 하는 디지탈 저주파 보호계전장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 펄스변환부(1)는 상기 전압신호가 입력되는 전압플로워(11), 이 전압플로워(11)의 출력을 제로크로싱 검출하는 제로크로싱 검출기(12), 그리고 이 제로크로싱 검출기(12)의 출력에 히스테리시스특성을 부여하기 위한 히스테리시스용 인버어터(HT1)(HT2)로 구성된 것을 특징으로 하는 디지탈 저주파 보호계전장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 연산수행부(3)는 상기 펄스변환부(1)의 출력펄스신호에 의해 인터럽트가 발생되어 저주파 검출 연산을 수행하고, 상기 RMS전압계산부(2)의 출력전압을 세팅전압과 비교하여 검출된 주파수가 세팅 주파수가 보다 작고, 입력전압이 세팅전압 보다 클때 통상의 차단기로 트립신호를 출력하는 마이크로 콘트롤러(MC), 이 마이크로 콘트롤러의 상태를 검사하여 오동작시 리셋시켜 주기 위한 와치독타이머(31), 그리고 상기 마이크로 콘트롤러(MC)와 통상의 주컴퓨터와의 통신 인터페이스를 제공하는 인터페이스회로(32)로 구성된 것을 특징으로 하는 디지탈 저주파 보호계전장치.
4. 제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 마이크로 콘트롤러(MC)에 의한 주파수 세팅이 55Hz에서 60Hz까지 0.1Hz 단위로 임의 조정되는 것을 특징으로 하는 디지탈 저주파 보호계전장치.