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KR101463044B1 - 보호 계전기용 자체 전원 공급회로 - Google Patents

보호 계전기용 자체 전원 공급회로 Download PDF

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KR101463044B1
KR101463044B1 KR1020130053838A KR20130053838A KR101463044B1 KR 101463044 B1 KR101463044 B1 KR 101463044B1 KR 1020130053838 A KR1020130053838 A KR 1020130053838A KR 20130053838 A KR20130053838 A KR 20130053838A KR 101463044 B1 KR101463044 B1 KR 101463044B1
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KR
South Korea
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voltage
current
power supply
unit
supply circuit
Prior art date
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KR1020130053838A
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Inventor
안홍선
Original Assignee
엘에스산전 주식회사
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Publication date
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Priority to ES14167929.0T priority patent/ES2606692T3/es
Priority to CN201410200813.5A priority patent/CN104158141B/zh
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Abstract

본 발명은 수십 암페어 내지 100암페어 수준의 전류 입력에도 회로소자의 손상 없이 안정적으로 운용될 수 있는 보호 계전기용 자체 전원 공급회로를 제공하려는 것으로서, 본 발명에 따른 보호 계전기용 자체 전원 공급회로는, 전력계통 선로에 흐르는 전류를 검출하는 변류기로부터의 교류전류를 정류하여 공급하는 정류회로 부; 정류회로 부의 출력 전압이 기준 전압을 초과하는지 비교하는 비교기와 상기 비교기의 출력에 의해 스위칭하는 반도체 스위치 소자를 포함하여, 상기 정류회로 부의 상기 출력 전압을 정전압으로 상기 마이크로 컴퓨터 유닛에 공급하는 전원회로 부; 정류회로 부로부터 공급되는 직류 전류가 급격히 증가할 때, 직류 전류를 서서히 증가시켜 흐르게 하며 양 단 전압이 상승하는 인덕터; 및 전원회로 부로부터 보호 계전기의 마이크로 컴퓨터 유닛에 공급되는 직류전압이 급격히 상승할 때 전류의 바이패스 경로를 형성하도록 턴-온되는 제 1 양방향 다이오드; 를 포함한다.

Description

보호 계전기용 자체 전원 공급회로{SELF POWER CIRCUIT FOR PROTECTING RELAY}
본 발명은 보호 계전기에 관한 것으로, 특히 감시대상인 전력계통으로부터 전원을 직접 조달하는 보호 계전기용 자체 전원 공급회로에 관한 것이다.
전력 계통에 있어서 구간의 분리 또는 사고전류의 국지화를 위해서 회로차단기 또는 개폐기(switchgear)가 사용되고 있으며, 이러한 회로차단기 또는 개폐기는 예컨대 사고전류의 검출 및 회로차단의 제어와 같은 전기적 제어를 위한 제어기로서 보호 계전기를 부설하고 있다.
이와 같이 사용되는 일반적인 보호 계전기는 배터리를 이용한 별도의 직류전원공급장치를 구비하고 있으나 일부 보호 계전기는 전력 계통의 계측 정보를 제공하는 변류기(Current Transformer)로부터의 입력 전류로부터 자체 전원을 조달하는 자체 전원 공급 구성을 가지며, 이러한 방식의 보호 계전기를 자체 전원 공급(self power)형 보호 계전기로 부르고 있다.
본 발명은 이러한 자체 전원 공급형 보호 계전기에 관한 것이다.
보호 계전기용 자체 전원 공급회로에 대한 종래기술의 일 예를 도 1 및 도 2를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 1은 종래기술의 일 예에 따른 보호 계전기용 자체 전원 공급회로의 개략적 구성을 보여주는 블록 도이고, 도 2는 도 1의 자체 전원 공급회로에 대한 보다 상세한 회로 구성 블록 도이다.
종래기술의 일 예에 따른 보호 계전기용 자체 전원 공급회로는 도 1을 참조할 수 있는 바와 같이, 정류회로 부(30) 및 전원회로 부(40)로 구성된다.
도 1에 있어서, 부호 20은 전력계통의 전력선(10)에 설치되어 전력선(10)을 통해 흐르는 전류량을 검출하여 제공하는 변류기를 지시하고, 부호 50은 보호 계전기에 있어서 검출 전류 또는 검출 전압을 근거로 전력계통의 사고전류 발생 여부를 결정하고 회로차단기에 차단 제어신호를 출력하는 마이크로컴퓨터 유닛을 지시하며, 부호 60은 변류기(20)로부터의 검출 전류 신호를 비례하는 전압신호로 변환하여 제공하는 계측용 부담저항을 지시한다.
정류회로 부(30)는, 변류기(20)로부터 검출 전류 신호의 교류전류를 받아서 직류전류로 정류하여 제공한다. 정류회로(30)는 통상 브릿지 다이오드(bridge diode)로 구성된다.
전원회로 부(40)는 보호 계전기의 마이크로컴퓨터 유닛(50)에 공급되는 전압이 필요 수준을 초과하는 수준으로 상승하는 것을 방지하는 회로로서, 상세한 구성은 도 2를 참조할 수 있다.
도 2를 참조할 수 있는 바와 같이, 전원회로 부(40)는 크게 구분하여 비교회로 부(41)와, 비교회로 부(41)에 의해 온/오프 제어되는 반도체 스위치 소자(42)를 포함하게 구성된다.
도 2의 전원회로 부(40)는 제 1 저항(R1), 다이오드(D1), 커패시터(C1), 제 2 저항(R2) 및 기준전압 발생 회로 부(43)을 더 포함하여 구성된다.
여기서, 제 1 저항(R1)은 반도체 스위치 소자(42) 쪽으로 흐르는 전류량을 제한하는 전류 제한용 저항이고, 다이오드(D1)는 정류회로(30) 측으로 역류될 수 있는 전류 흐름을 차단하기 위한 역전방지용 다이오드이다.
커패시터(C1)는 정류회로(30)로부터 다이오드(D1)를 통해 흐르는 직류전류를 평활하여 일정한 정전압의 직류 출력전압(Vout)으로 제공하기 위한 평활 및 정전압 공급용 커패시터이며, 제 2 저항(R2)은 정류회로(30)로부터 다이오드(D1)를 통해 흐르는 직류전류를 전압신호로 변환하여 제공하기 위한 저항이다.
제 2 저항(R2)은 비교회로 부(41)에 전원회로 부(40)의 출력전압 값을 제공하기 위해서 커패시터(C1)로부터의 직류 전류에 부담되는 전압형성용 저항이다.
기준전압 발생 회로 부(43)는 마이크로컴퓨터 유닛(50)에 공급되는 전압이 필요 수준을 초과하는 수준으로 상승하는 것을 방지하기 위해서 미리 결정되어 설정되는 과전압 방지용 기준 전압을 제공하는 회로 부로서, 해당 기준 전압을 비교회로 부(41)의 일 입력으로 제공한다. 기준전압 발생 회로 부(43)가 제공하는 기준전압은 마이크로컴퓨터 유닛(50)의 사용전압에 따라서 이에 상응하게 결정될 수 있다.
비교회로 부(41)는 기준전압 발생 회로 부(43)로부터 입력되는 기준전압 값과 제 2 저항(R2)으로부터 제공되는 전원회로 부(40)의 출력전압 값을 비교하여, 전원회로 부(40)의 출력전압 값이 기준전압 값보다 작지 않으면, 반도체 스위치 소자(42)를 턴 온 시키는 제어신호를 출력한다. 전원회로 부(40)의 출력전압 값이 기준전압 값보다 작으면, 반도체 스위치 소자(42)를 턴 온 시키는 제어신호의 출력이 없다.
반도체 스위치 소자(42)는 비교회로 부(41)로부터의 상기 제어신호에 의해 온/오프 제어되며, 턴 온 시키는 상기 제어신호에 의해 온(on) 되고 턴 온 시키는 상기 제어신호가 비교회로 부(41)로부터 발출되지 않으면 반도체 스위치 소자(42)는 오프(off) 된다.
한편, 상술한 바와 같이 구성되는 종래기술에 따른 보호 계전기용 자체 전원 공급회로의 동작을 도 1 내지 도 2를 참조하여 설명한다.
정류회로 부(30)가 변류기(20)로부터 검출 전류 신호의 교류전류를 받아서 직류전류로 정류하여 제공하면, 해당 직류전류는 커패시터(C1)의 충방전에 의해서 일정한 직류전압으로 평활되어 전원회로 부(40)의 출력전압(Vout)으로서 마이크로컴퓨터 유닛(50)에 공급된다.
정류회로 부(30)가 지속적으로 직류전류를 정류하여 제공하게 되면, 상기 전원회로 부(40)의 출력전압(Vout)은 계속 상승하게 되고, 마이크로컴퓨터 유닛(50)의 사용전압 이상으로 상승하게 된다.
그러면, 제 2 저항(R2)으로부터 제공되는 전원회로 부(40)의 출력전압 값이 기준전압 발생 회로 부(43)로부터 입력되는 기준전압 값보다 작지 않게 되고(같거나 초과), 비교회로 부(41)는 이에 따라서 반도체 스위치 소자(42)를 턴 온 시키는 제어신호를 출력한다.
따라서 반도체 스위치 소자(42)가 턴 온 되면서 정류회로 부(30)로부터의 직류전류는 반도체 스위치 소자(42)를 통해 접지로 흐르게 바이패스(bypass)되고, 마이크로컴퓨터 유닛(50)으로는 더 이상 전류가 흐르지 않게 된다.
이 상태에서 마이크로컴퓨터 유닛(50)이 전류를 소모함에 따라서 상기 전원회로 부(40)의 출력전압(Vout)은 기준전압 값보다 작아진다.
비교회로 부(41)는 이에 반도체 스위치 소자(42)를 턴 온 시키는 제어신호를 출력하지 않으며, 따라서 반도체 스위치 소자(42)는 오프되고, 다시 마이크로컴퓨터 유닛(50)측으로 전류가 흐른다.
이와 같은 동작을 반복하여 마이크로컴퓨터 유닛(50)에 사용전압을 초과하지 않는 일정한 직류 전압을 공급할 수 있게 된다.
그러나 상술한 종래기술의 일 예에 따른 보호 계전기용 자체 전원 공급회로에 있어서 제 1 저항(R1)은 변류기(20)로부터의 과도 성 전류 또는 서지 전류와 같은 외란 성 전류로부터 반도체 스위치 소자(42) 쪽으로 흐르는 전류량을 제한하여 반도체 스위치 소자(42)를 보호하기 위해 사용되었으나, 수 밀리 오옴의 작은 저항값을 갖게 설계되어 수십 암페어(ampere)이하의 전류에 대해서만 손상 없이 동작이 가능하다.
만일 더 큰 용량의 전류가 제 1 저항(R1)에 흐르게 되면, 제 1 저항(R1)은 소손되고 이는 후단의 마이크로컴퓨터 유닛(50)을 손상시키게 영향을 미친다. 이러한 문제점은 반도체 스위치 소자(42)의 용량이 크더라도 발생한다.
따라서 본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해소하는 것으로서, 본 발명의 목적은 수십 암페어 내지 100암페어 수준의 전류 입력에도 회로소자의 손상 없이 안정적으로 운용될 수 있는 보호 계전기용 자체 전원 공급회로를 제공하는 것이다.
상기 본 발명의 목적은, 보호 계전기용 자체 전원 공급회로에 있어서,
전력계통 선로에 흐르는 전류를 검출하는 변류기로부터의 교류전류를 정류하여 공급하는 정류회로 부;
상기 정류회로 부의 출력단에 접속되고, 상기 정류회로 부의 출력 전압이 기준 전압을 초과하는지 비교하는 비교기와 상기 비교기의 출력에 의해 스위칭하는 반도체 스위치 소자를 포함하여, 상기 정류회로 부의 상기 출력 전압을 정전압으로 상기 마이크로 컴퓨터 유닛에 공급하는 전원회로 부; 및
상기 전원 회로 부의 반도체 스위치 소자에 직렬로 접속되고, 상기 정류회로 부로부터 공급되는 직류 전류가 급격히 증가할 때, 직류 전류를 서서히 증가시켜 흐르게 하며 양 단 전압이 상승하는 인덕터(INDUCTOR); 를 포함하는 본 발명에 따른 보호 계전기용 자체 전원 공급회로를 제공함으로써 달성될 수 있다.
상기 본 발명의 목적은, 보호 계전기용 자체 전원 공급회로에 있어서,
전력계통 선로에 흐르는 전류를 검출하는 변류기로부터의 교류전류를 정류하여 공급하는 정류회로 부;
상기 정류회로 부의 출력단에 접속되고, 상기 정류회로 부의 출력 전압이 기준 전압을 초과하는지 비교하는 비교기와 상기 비교기의 출력에 의해 스위칭하는 반도체 스위치 소자를 포함하여, 상기 정류회로 부의 상기 출력 전압을 정전압으로 상기 마이크로 컴퓨터 유닛에 공급하는 전원회로 부;
상기 전원 회로 부의 반도체 스위치 소자에 직렬로 접속되고, 상기 정류회로 부로부터 공급되는 직류 전류가 급격히 증가할 때, 직류 전류를 서서히 증가시켜 흐르게 하며 양 단 전압이 상승하는 인덕터(INDUCTOR); 및
상기 전원회로 부의 출력 단과 접지 사이에 접속되어, 상기 전원회로 부로부터 상기 보호 계전기의 마이크로 컴퓨터 유닛에 공급되는 직류전압이 급격히 상승할 때 전류의 바이패스(bypass) 경로를 형성하도록 턴-온(TURN-ON)되는 제 1 양방향 다이오드; 를 포함하는 본 발명에 따른 보호 계전기용 자체 전원 공급회로를 제공함으로써 달성될 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 양상에 따라서, 본 발명에 따른 보호 계전기용 자체 전원 공급회로는, 초기 돌입전류로부터 상기 전원회로 부와 상기 보호 계전기의 마이크로 컴퓨터 유닛을 보호하도록, 상기 인덕터에 병렬로 접속되고 일 단이 접지에 접속되어, 초기 돌입전류에 의해 형성되는 상기 인덕터의 전압이 미리 결정된 전압보다 적지 않을 때 턴-온되어 상기 인덕터의 상승 전압을 상기 접지로의 방전으로 해소시키는 제 2 양방향 다이오드를 더 포함한다.
본 발명의 바람직한 다른 일 양상에 따라서, 상기 제 1 양방향 다이오드와 상기 제 2 양방향 다이오드는 한 쌍의 다이오드가 직렬로 서로 반대방향으로 접속되어 구성된다.
본 발명의 바람직한 또 다른 일 양상에 따라서, 상기 다이오드는 제너 다이오드(ZENER DIODE)로 구성된다.
본 발명의 바람직한 또 다른 일 양상에 따라서 상기 다이오드는 TVS 다이오드(Transient Voltage Suppressor diode, 일명 과도 전압 억제 다이오드)로 구성될 수 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 일 양상에 따라서, 상기 인덕터는 100암페어(ampere)의 전류가 흐를 수 있는 굵기의 권선으로 형성된다.
본 발명에 따른 보호 계전기용 자체 전원 공급회로는, 전원 회로 부의 반도체 스위치 소자에 직렬로 접속되어, 정류회로 부로부터 공급되는 직류 전류가 급격히 증가할 때 직류 전류를 서서히 증가시켜 흐르게 하며 양 단 전압이 상승하는 인덕터를 포함하므로, 초기 돌입전류 유입과 같은 원인으로 정류회로 부로부터 공급되는 직류 전류의 급격한 증가에 대해서 자체 전원 공급회로 및 보호 계전기의 마이크로 컴퓨터 유닛을 보호할 수 있다.
또한 본 발명에 따른 보호 계전기용 자체 전원 공급회로는, 전원회로 부로부터 보호 계전기의 마이크로 컴퓨터 유닛에 공급되는 직류전압이 급격히 상승할 때 턴-온(TURN-ON)되는 제 1 양방향 다이오드를 포함하므로, 제 1 양방향 다이오드를 통해 전류의 바이패스(bypass) 경로가 형성되어 상승한 직류전압이 감소될 수 있는 효과가 있다.
본 발명에 따른 보호 계전기용 자체 전원 공급회로는, 상기 인덕터에 병렬로 접속되고 일 단이 접지에 접속되어, 초기 돌입전류에 의해 형성되는 상기 인덕터의 전압이 미리 결정된 전압보다 적지 않을 때 턴-온되어 상기 인덕터의 상승 전압을 상기 접지로의 방전으로 해소시키는 제 2 양방향 다이오드를 더 포함하므로, 초기 돌입전류로부터 상기 전원회로 부와 상기 보호 계전기의 마이크로 컴퓨터 유닛을 보호할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
본 발명에 따른 보호 계전기용 자체 전원 공급회로에 있어서, 상기 제 1 양방향 다이오드와 상기 제 2 양방향 다이오드는 한 쌍의 다이오드가 직렬로 서로 반대방향으로 접속되어 구성되므로, 한 쌍 다이오드 각각의 문턱 전압(threshold voltage)이 될 때까지 양방향으로 전류의 흐름을 차단할 수 있고 문턱 전압을 초과하는 과전압이 상기 인덕터 또는 전원 회로의 출력전압에 형성되면 턴 온되어 이를 소모시켜줄 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 일 양상에 따라서, 상기 다이오드는 제너 다이오드(ZENER DIODE)로 구성되므로, 상기 문턱 전압이 제너 전압으로 형성되어 각각의 제너 전압이 될 때까지 양방향으로 전류의 흐름을 차단할 수 있고 제너 전압을 초과하는 과전압이 상기 인덕터 또는 전원 회로의 출력전압에 형성되면 턴 온되어 이를 소모시켜줄 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 일 양상에 따라서, 상기 인덕터는 100암페어(ampere)의 전류가 흐를 수 있는 굵기의 권선으로 형성되므로, 100암페어 정도의 대전류를 변류기가 전력계통의 전류 검출 신호로서 입력하더라도 이를 견디고 목적하는 기능을 수행할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 종래기술의 일 예에 따른 보호 계전기용 자체 전원 공급회로의 개략적 구성을 보여주는 블록 도이고,
도 2는 도 1의 자체 전원 공급회로에 대한 보다 상세한 회로 구성 블록 도이며,
도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 보호 계전기용 자체 전원 공급회로의 구성을 보여주는 블록 도이다.
상기 본 발명의 목적과 이를 달성하는 본 발명의 구성 및 그의 작용효과는 첨부도면을 참조한 본 발명의 바람직한 실시 예에 대한 이하의 설명에 의해서 좀 더 명확히 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 보호 계전기용 자체 전원 공급회로의 구성을 보여주는 블록 도인 도 3을 참조하여 설명한다.
본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 보호 계전기용 자체 전원 공급회로는 정류회로 부(30) 및 전원회로 부(40)을 포함하게 구성된다.
도 3에 있어서, 전력계통의 전력선(도 1의 부호 10 참조)에 설치되어 전력선을 통해 흐르는 전류량을 검출하여 제공하는 변류기(도 1의 부호 20 참조)는 도시를 생략하였다.
도 3에 있어서 부호 50은 보호 계전기에 있어서 검출 전류 또는 검출 전압을 근거로 전력계통의 사고전류 발생 여부를 결정하고 회로차단기에 차단 제어신호를 출력하는 마이크로컴퓨터 유닛을 지시하며, 부호 60은 상기 변류기로부터의 검출 전류 신호를 비례하는 전압신호로 변환하여 제공하는 계측용 부담저항을 지시한다.
계측용 부담저항(60)은 미 도시되었으나 상기 전압신호를 제공하도록 마이크로컴퓨터 유닛(50)에 접속된다(도 1 참조).
정류회로 부(30)는, 변류기(20)로부터 검출 전류 신호의 교류전류를 받아서 직류전류로 정류하여 제공한다. 정류회로(30)는 통상 브릿지 다이오드(bridge diode)로 구성된다.
전원회로 부(40)는 기본적으로 보호 계전기의 마이크로컴퓨터 유닛(50)에 필요한 직류전원을 정전압으로 공급하는 회로로서, 공급전압이 마이크로컴퓨터 유닛(50)의 필요 수준을 초과하는 수준으로 상승하는 것을 방지할 수 있는 기능을 가진다.
도 3을 참조할 수 있는 바와 같이, 전원회로 부(40)는 크게 구분하여 비교회로 부(41)와, 비교회로 부(41)에 의해 온/오프 제어되는 반도체 스위치 소자(42)를 포함하게 구성된다.
여기서 반도체 스위치 소자(42)는 일 실시 예에 따라서 n-채널 금속 산화 반도체 전계 효과 트랜지스터(n-channel Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor, 통상 MOSFET로 호칭됨)로 구성될 수 있고, 여타 사이리스터(Thrystor), IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor) 등을 포함하는 반도체 스위치로 구성될 수 있다.
비교회로 부(41)는 기준전압 발생 회로 부(43)로부터 입력되는 기준전압 값과 저항(R2)으로부터 제공되는 전원회로 부(40)의 출력전압 값을 비교하여, 전원회로 부(40)의 출력전압 값이 기준전압 값보다 작지 않으면, 반도체 스위치 소자(42)를 턴 온 시키는 제어신호를 출력한다. 전원회로 부(40)의 출력전압 값이 기준전압 값보다 작으면, 반도체 스위치 소자(42)를 턴 온 시키는 제어신호의 출력이 없다.
반도체 스위치 소자(42)는 비교회로 부(41)로부터의 상기 제어신호에 의해 온/오프 제어되며, 턴 온 시키는 상기 제어신호에 의해 온(on) 되고 턴 온 시키는 상기 제어신호가 비교회로 부(41)로부터 발출되지 않으면 반도체 스위치 소자(42)는 오프(off) 된다.
도 2의 전원회로 부(40)는 인덕터(L1), 다이오드(D1), 커패시터(C1), 저항(R2), 기준전압 발생 회로 부(43), 제 2 양방향 다이오드(D2) 및 제 1 양방향 다이오드(D3)를 더 포함하여 구성된다.
인덕터(L1)는 상기 전원 회로 부(40)의 반도체 스위치 소자(42)에 직렬로 접속된다. 정류회로 부(30)로부터 공급되는 직류 전류가 급격히 증가할 때, 인덕터(L1)는 일반적인 인덕터의 특성에 따라서 자기포화가 될 때까지 직류 전류를 차단하고 자기포화 이후에는 직류 전류를 서서히 증가시켜 흐르게 하며, 이때 인덕터(L1)의 양 단 전압이 상기 직류 전류에 의해 상승한다.
본 발명의 바람직한 일 양상에 따라서 인덕터(L1)는 100암페어(ampere)의 전류가 흐를 수 있는 굵기의 권선으로 형성된다.
다이오드(D1)는 정류회로(30) 측으로 역류될 수 있는 전류 흐름을 차단하기 위한 역전방지용 다이오드이다.
커패시터(C1)는 정류회로(30)로부터 다이오드(D1)를 통해 흐르는 직류전류를 평활하여 일정한 정전압의 직류 출력전압(Vout)으로 제공하기 위한 평활 및 정전압 공급용 커패시터이며, 제 2 저항(R2)은 정류회로(30)로부터 다이오드(D1)를 통해 흐르는 직류전류를 전압신호로 변환하여 제공하기 위한 저항이다.
저항(R2)은 비교회로 부(41)에 전원회로 부(40)의 출력전압 값을 제공하기 위해서 커패시터(C1)로부터의 직류 전류에 부담되는 전압형성용 저항이다.
기준전압 발생 회로 부(43)는 마이크로컴퓨터 유닛(50)에 공급되는 전압이 필요 수준을 초과하는 수준으로 상승하는 것을 방지하기 위해서 미리 결정되어 설정되는 과전압 방지용 기준 전압을 제공하는 회로 부로서, 해당 기준 전압을 비교회로 부(41)의 일 입력으로 제공한다. 기준전압 발생 회로 부(43)가 제공하는 기준전압은 마이크로컴퓨터 유닛(50)의 사용전압에 따라서 이에 상응하게 결정될 수 있다.
제 2 양방향 다이오드(D2)는 초기 돌입전류로부터 전원회로 부(40)와 보호 계전기의 마이크로 컴퓨터 유닛(50)을 보호하도록, 인덕터(L1)에 병렬로 접속되고 일 단이 접지에 접속된다.
초기 돌입전류에 의해 형성되는 인덕터(L1)의 전압이 미리 결정된 전압보다 적지 않을 때 즉 미리 결정된 전압과 같거나 미리 결정된 전압보다 클 때, 제 2 양방향 다이오드(D2)는 턴-온되어 상기 인덕터(L1)의 상승된 양단 전압을 상기 접지로의 방전으로 해소시킨다. 여기서 미리 결정된 전압은 제 2 양방향 다이오드(D2)의 문턱 전압(threshold voltage)이다.
제 1 양방향 다이오드(D3)는 상기 전원회로 부(40)의 출력 단과 접지 사이에 접속된다.
상기 정류회로(30)는 직류전류를 계속 공급하고 마이크로 컴퓨터 유닛(50)의 전력소모가 많지 않으면, 상기 전원회로 부(40)로부터 상기 보호 계전기의 마이크로 컴퓨터 유닛(50)에 공급되는 직류전압 즉, 상기 전원회로 부(40)의 출력전압(Vout)이 급격히 상승한다. 이때, 상승된 출력전압(Vout)이 문턱 전압을 초과함에 따라 전류의 바이패스(bypass) 경로를 형성하도록 제 1 양방향 다이오드(D3)는 턴-온(TURN-ON)된다. 따라서 정류회로(30)로부터 마이크로 컴퓨터 유닛(50)로 흐르던 직류전류가 제 1 양방향 다이오드(D3)를 통해 접지로 흘러 소모되며 따라서 마이크로 컴퓨터 유닛(50)에 공급되는 직류전압 즉, 전원회로 부(40)의 출력전압(Vout)이 감소한다.
본 발명의 바람직한 일 양상에 따라서 제 1 양방향 다이오드(D3)와 상기 제 2 양방향 다이오드(D2)는 한 쌍의 다이오드가 직렬로 서로 반대방향으로 접속되어 구성된다. 따라서 제 1 양방향 다이오드(D3)와 제 2 양방향 다이오드(D2)의 각각의 문턱 전압(threshold voltage)이 될 때까지 양방향으로 전류의 흐름을 차단할 수 있고 문턱 전압을 초과하는 과전압이 인덕터(L1) 또는 전원 회로 부(40)의 출력전압(Vout)에 형성되면 턴 온되어 이를 소모시켜줄 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 양상에 따라서 제 1 양방향 다이오드(D3)와 상기 제 2 양방향 다이오드(D2)는 각각 제너 다이오드(ZENER DIODE)로 구성된다. 따라서 제 1 양방향 다이오드(D3)와 제 2 양방향 다이오드(D2)의 문턱 전압이 제너 전압으로 형성되어 각각의 제너 전압이 될 때까지 양방향으로 전류의 흐름을 차단할 수 있고 제너 전압을 초과하는 과전압이 인덕터(L1) 또는 전원 회로 부(40)의 출력전압(Vout)에 형성되면 턴 온되어 이를 소모시켜줄 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
본 발명의 바람직한 다른 일 양상에 따라서 제 1 양방향 다이오드(D3)와 상기 제 2 양방향 다이오드(D2)는 TVS 다이오드(Transient Voltage Suppressor diode, 일명 과도 전압 억제 다이오드)로 구성될 수 있다.
한편, 상술한 바와 같이 구성되는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 보호 계전기용 자체 전원 공급회로의 동작을 도 3을 참조하여 설명한다.
정류회로 부(30)가 미 도시한 변류기(도 1의 부호 20 참조)로부터 검출 전류 신호의 교류전류를 받아서 직류전류로 정류하여 제공하면, 해당 직류전류는 커패시터(C1)의 충방전에 의해서 일정한 직류전압으로 평활되어 전원회로 부(40)의 출력전압(Vout)으로서 마이크로컴퓨터 유닛(50)에 공급된다.
정류회로 부(30)가 지속적으로 직류전류를 정류하여 제공하고 마이크로컴퓨터 유닛(50)의 전력소모가 많지 않으면, 상기 전원회로 부(40)의 출력전압(Vout)은 계속 상승하게 되고, 마이크로컴퓨터 유닛(50)의 사용전압 이상으로 상승하게 된다.
그러면, 제 2 저항(R2)으로부터 제공되는 전원회로 부(40)의 출력전압 값이 기준전압 발생 회로 부(43)로부터 입력되는 기준전압 값보다 작지 않게 되고(같거나 초과), 비교회로 부(41)는 이에 따라서 반도체 스위치 소자(42)를 턴 온 시키는 제어신호를 출력한다.
따라서 반도체 스위치 소자(42)가 턴 온 되면서 정류회로 부(30)로부터의 직류전류는 반도체 스위치 소자(42)를 통해 접지로 흐르게 바이패스(bypass)되고, 마이크로컴퓨터 유닛(50)으로는 더 이상 전류가 흐르지 않게 된다.
이 상태에서 상기 전원회로 부(40)의 출력전압(Vout)은 기준전압 값보다 작아진다.
비교회로 부(41)는 이에 반도체 스위치 소자(42)를 턴 온 시키는 제어신호를 출력하지 않으며, 따라서 반도체 스위치 소자(42)는 오프되고, 다시 마이크로컴퓨터 유닛(50)측으로 전류가 흐른다.
이와 같은 동작을 반복하여 마이크로컴퓨터 유닛(50)에 사용전압을 초과하지 않는 일정한 직류 전압을 공급할 수 있게 된다.
이와 같은 정상적인 상태 외에 예컨대 수십 암페어 내지 백 암페어 수준의 상기 변류기로부터 검출 전류가 입력되고 마이크로컴퓨터 유닛(50)의 전력소모가 많지 않으며 상기 비교회로 부(41)에 의한 반도체 스위치 소자(42)의 턴-온 제어 속도가 매우 빠르지 못한 경우, 전원회로 부(40)의 출력전압 값이 매우 높게 상승할 수 있다.
이러한 경우에도, 본 발명에 따른 보호 계전기용 자체 전원 공급회로는, 전원회로 부(40)로부터 보호 계전기의 마이크로 컴퓨터 유닛(50)에 공급되는 직류전압 즉, 전원회로 부(40)의 출력전압(Vout)이 급격히 상승할 때 턴-온(TURN-ON)되는 제 1 양방향 다이오드(D3)를 포함하므로, 제 1 양방향 다이오드(D3)를 통해 접지로 흐르는 전류의 바이패스(bypass) 경로가 형성되어 급격히 상승한 직류전압이 신속히 감소될 수 있어, 전원회로 부(40) 및 마이크로컴퓨터 유닛(50)을 수십 암페어 내지 백 암페어 수준의 상기 변류기로부터의 검출 대전류로 인한 전원회로 부(40)의 출력전압(Vout) 상승으로부터 보호할 수 있다.
또한, 초기 돌입전류(surge current)에 의해 형성되는 인덕터(L1)의 전압이 미리 결정된 전압보다 적지 않을 때 즉, 미리 결정된 제 2 양방향 다이오드의 문턱 전압과 같거나 문턱 전압보다 클 때, 제 2 양방향 다이오드(D3)가 턴-온되어 인덕터(L1)의 상승 전압을 접지로 방전시켜 해소시킬 수 있다.
10: 전력선 20: 변류기
30: 정류회로 부 40: 전원회로 부
50: 마이크로 컴퓨터 유닛 60: 계측용 부담저항

Claims (6)

  1. 보호 계전기용 자체 전원 공급회로에 있어서,
    전력계통 선로에 흐르는 전류를 검출하는 변류기로부터의 교류전류를 정류하여 공급하는 정류회로 부;
    상기 정류회로 부의 출력단에 접속되고, 상기 정류회로 부의 출력 전압이 기준 전압을 초과하는지 비교하는 비교기와 상기 비교기의 출력에 의해 스위칭하는 반도체 스위치 소자를 포함하여, 상기 정류회로 부의 상기 출력 전압을 정전압으로 상기 보호 계전기의 마이크로 컴퓨터 유닛에 공급하는 전원회로 부; 및
    상기 전원 회로 부의 반도체 스위치 소자에 직렬로 접속되고, 상기 정류회로 부로부터 공급되는 직류 전류가 급격히 증가할 때, 직류 전류를 서서히 증가시켜 흐르게 하며 양 단 전압이 상승하는 인덕터(INDUCTOR); 를 포함하는 보호 계전기용 자체 전원 공급회로.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전원회로 부의 출력 단과 접지 사이에 접속되어, 상기 전원회로 부로부터 상기 보호 계전기의 마이크로 컴퓨터 유닛에 공급되는 직류전압이 급격히 상승할 때 전류의 바이패스(bypass) 경로를 형성하도록 턴-온(TURN-ON)되는 제 1 양방향 다이오드; 를 더 포함하는 보호 계전기용 자체 전원 공급회로.
  3. 제2항에 있어서,
    초기 돌입전류로부터 상기 전원회로 부와 상기 보호 계전기의 마이크로 컴퓨터 유닛을 보호하도록, 상기 인덕터에 병렬로 접속되고 일 단이 접지에 접속되어, 초기 돌입전류에 의해 형성되는 상기 인덕터의 전압이 미리 결정된 전압보다 적지 않을 때 턴-온되어 상기 인덕터의 상승 전압을 상기 접지로의 방전으로 해소시키는 제 2 양방향 다이오드;를 더 포함하는 보호 계전기용 자체 전원 공급회로.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제 1 양방향 다이오드와 상기 제 2 양방향 다이오드는 한 쌍의 다이오드가 직렬로 서로 반대방향으로 접속되어 구성되는 것을 특징으로 하는 보호 계전기용 자체 전원 공급회로.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 한 쌍의 다이오드는 제너 다이오드(ZENER DIODE) 또는 TVS 다이오드(Transient Voltage Suppressor diode)로 구성되는 것을 특징으로 하는 보호 계전기용 자체 전원 공급회로.
  6. 보호 계전기용 자체 전원 공급회로에 있어서,
    전력계통 선로에 흐르는 전류를 검출하는 변류기로부터의 교류전류를 정류하여 공급하는 정류회로 부;
    상기 정류회로 부의 출력단에 접속되고, 상기 정류회로 부의 출력 전압이 기준 전압을 초과하는지 비교하는 비교기와 상기 비교기의 출력에 의해 스위칭하는 반도체 스위치 소자를 포함하여, 상기 정류회로 부의 상기 출력 전압을 정전압으로 상기 보호 계전기의 마이크로 컴퓨터 유닛에 공급하는 전원회로 부; 및
    상기 전원회로 부의 출력 단과 접지 사이에 접속되어, 상기 전원회로 부로부터 상기 보호 계전기의 마이크로 컴퓨터 유닛에 공급되는 직류전압이 급격히 상승할 때 전류의 바이패스(bypass) 경로를 형성하도록 턴-온(TURN-ON)되는 제 1 양방향 다이오드; 를 포함하는 보호 계전기용 자체 전원 공급회로.
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