KR100441193B1 - 변압기를폭발및화재로부터보호하기위한보호장치및보호방법 - Google Patents

Abstract

가연성 냉각제(7)로 가득찬 변압기(1)의 폭발 및 화재로 보호하기 위한 보호방법에 있어서

- 압력센서(11)에 의해 변압기(1)의 전기절연 파괴를 감지하는 단계와,

- 배출밸브(15)에 의해 밀폐용기(2)내에 포함된 냉각제(7)의 부분적 배출이 이루어지는 단계(23)와,

- 가압상태의 불활성가스(16)를 밀폐용기(2)의 바닥으로 주입하여 인접한 위치의 산소를 제거하고 냉각제(7)를 교란하여 냉각제(7)의 고온부를 냉각하는 단계(24)로 구성되는 것을 특징으로 하는 보호 방법.

Description

변압기를 폭발 및 화재로부터 보호하기 위한 보호장치 및 보호방법.

도 1 은 본 발명을 따르는 보호장치의 전체구성을 나타내는 도면.

도 2 는 본 발명을 따르는 장치의 작동 논리구성을 나타내는 개략도.

* 부호설명

1...변압기 2...밀폐용기

3...바닥 4...받침대

5...전선 6...절연체

7...냉각제 8...탱크

9, 14...관 10...체크밸브

11...압력센서 12...온도센서

13...증기센서 15...배출밸브

16...불활성가스 17...압력탱크

18...밸브 19...감압기

20...파이프 21...트리거센서

22...제어유니트 25...탭교체장치

26...관 27...다이아프렘

본 발명은 가연성 유체에 의해 냉각되는 전기 변압기의 폭발 및 화재의 방지장치에 관한 것이다.

전기 변압기는 권선 및 코아(core)에서 손실을 나타내고, 이러한 이유 때문에, 발생되는 열은 소산시킬 필요가 있다. 고출력 변압기는 일반적으로 오일(oil)에 의해 냉각된다. 사용되는 오일은 140도 이상의 온도에서 점화가능하고 절연성 물질이다. 변압기는 매우 고가의 구성품이므로 보호를 위한 각별한 주의가 요구된다.

절연성 오일에 의해 절연이 이루어지는 변압기내의 화재는 내부 절연파괴에 기인하며, 변압기 화재는 폭연(deflagration)을 수반한다. 상기 화재에 의해 오일의 연소 및 변압기를 구성하는 밀폐용기의 심각한 파괴가 일어나고, 상기 오일은 상당량의 가연성 물질을 포함하는 다른 장비에 화재를 확산시키게 된다.

폭발은 과부하 전압 서지(voltage surge), 급속한 절연파괴, 불충분한 오일량, 습기존재 또는 절연 구성부 또는 몰드(mould)의 파괴에 기인한다.

변압기를 구성하는 밀폐용기내의 과도한 압력이 존재할 때 작동하는 안전 밸브가 공지기술로서 알려져 있다. 그러나, 상기 밸브들은 변압기 내부에 존재하는 내부 절연 파괴 현상에는 적합하지 않다.

공지된 변압기용 화재방지장치는 온도감지장치에 의해 작동된다. 그러나, 이들 장치는 변압기의 오일이 이미 타버린 후에는 상당한 시간 지연(time lag)을 수반한다. 그러므로 고려 대상인 장치에 대해 연소를 제한하고 화재가 인접한 장치로 확산되는 것을 방지하려면 보상(compromise)이 이루어진다.

그러므로 본 발명의 목적은 내부의 전기절연이 파괴될 때 폭연에 기인한 변압기 내부의 과도한 압력을 방지하고 상기 절연 파괴로부터 야기되는 화재를 방지하기 위한 방법을 제공한다.

본 발명의 또다른 목적은 폭발 및 화재로부터 보호하는 장치를 제공하고, 전기 절연파괴를 즉감 감지 가능한 장치를 제공하는데 있다.

본 발명에 따르면, 가연 냉각제로 채워진 밀폐용기로 구성된 변압기내의 폭발 및 화재로부터 보호하기 위한 방법은 다음과 같은 단계로 구성된다:

압력 센서장치에 의해 변압기의 전기절연파괴를 감지하고,

밸브에 의해 밀폐용기내의 냉각제의 부분적 배출을 수행하며,

냉각제를 교란하고 인접한 산소를 제거하기 위해 밀폐용기의 바닥으로 가압 불활성가스를 주입하는 것에 의해 냉각제의 고온부를 냉각하는 단계:

본 발명에 따르면, 가연 냉각제로 채워진 밀폐용기가 구성된 변압기내의 폭발 및 화재로부터 보호하기 위한 장치는 상기 밀폐용기내의 압력을 감지하기 위한 장치와 밀폐용기내의 냉각제를 부분적으로 배출하기 위한 장치로 구성된다.

우선 절연파괴는 감한 전기아크(electric arc)를 발생시키고, 상기 전기아크에 의해 전기적 보호장치(circuit breaker)의 작동이 이루어지고 상기 보호장치는변압기를 구성하는 공급셀(supply cell)을 작동시킨다. 전기 아크는 또한 결과적으로 에너지소산을 야기시키고, 상기 에너지소산은 밀폐용기의 파괴를 발생하기에 충분한 내부압력증가를 가져온다.

폭발 및 화재로부터 보호하기 위한 장치는 변압기를 구성하는 공급셀의 트리거 기능(triggering)을 감지하는 장치와 변압기를 구성하는 센서장치에 의해 발생되는 신호를 받아들이고 제어신호를 발생시키는 제어유니트로 구성되는 것이 선호된다.

폭발 및 화재로부터 보호하기 위한 장치 제어유니트로 부터 발생되는 제어신호에 의해 제어되고 불활성가스를 밀폐용기 바닥으로 주입하는 것에 의해 유체의 고온부를 냉각하기 위한 장치로 구성되는 것이 선호되는데, 냉각제의 일부가 점화를 일으키는 가열과정을 겪기 때문이다. 밀폐용기의 바닥에서 불활성가스를 주입하는 것에 의해 냉각제의 교란이 일어나고, 온도평형이 이루어지며, 유체근처에 존재하는 산소를 제거하는 것이 가능하다.

본 발명은 실시예에 대한 상세한 설명으로부터 명백히 이해되고, 본 발명은 첨부된 도면에 의해 이해되고 전체적으로 비제한적인 예로서 제시된다.

도면에서 알 수 있듯이 변압기(1)는 받침대(4)에 의해 바닥(3)위에 놓여 밀폐용기(2)로 구성되고, 상기 변압기(1)는 절연체(6)에 의해 둘러싸인 전선(5)에 의해 전기가 공급된다.

밀폐용기(2)는 예를 들어 절연성 오일(dielectric oil)과 같은 냉각제(7)로 채워져 있다. 밀폐용기(2)내에서 냉각제(7)를 일정 높이로 유지하기 위해, 변압기(1)는 관(9)을 통해 밀폐용기(2)와 연결되는 보상기능의 탱크(8)로 구성된다.

관(9)은 냉각제(7)의 고속이동을 감지하는 순간 관(9)을 차단시키는 자동식체크밸브(check valve)(10)로 구성된다. 따라서 밀폐용기(2)의 폭발시, 관(9)의 압력은 갑자기 강하되어, 냉각제(7)는 유동을 시작하고, 결과적으로 체크밸브(10)의 폐쇄가 신속하게 이루어져 유동이 정지된다. 상기 장치에 의해 탱크(8)내에 들어있는 냉각제가 변압기(1)내의 화재에 공급된다.

밀폐용기(2)는 변압기(1)의 전기 절연이 파괴되어 발생하는 폭연에 기인한 압력 변화를 즉시 감지 가능한 압력센서(11)로 구성된다. 특히 압력센서(11)는 전기 접촉장치로 구성되고 검출된 압력변화에 대하여 신호를 전달 가능한 안전밸브로 구성된다. 밀폐용기(2)는 또한 냉각제(7)의 온도를 확인하기 위해 밀폐용기(2)내의 여러 개소에 걸쳐 위치한 온도센서(12)로 구성된다. 그러나, 온도는 압력보다 느리게 전파되기 때문에 상기 온도센서(12)는 압력센서(11)에 대하여 20초에서 30초의 평가 지연을 가진다.

밀폐용기(2)는 냉각제증기를 감지하는 증기센서(13)로 구성되고, 여기서는 이를 뷰콜츠(buchholz)라 지칭하며, 상기 증기센서(13)는 밀폐용기(12)내의 상부위치, 일반적으로 관(9)상에 장착된다. 전기절연에 기인한 폭연(deflagration)은 밀폐용기(2)내의 냉각제(7)로부터 증기 방출을 야기시킨다. 그러므로 증기센서(13)는 전기절연 상태의 파괴를 감지하는데 매우 용이하다.

변압기(1)는 공급셀(supply cell)(도면에 도시되지 않은)을 통하여 구성되고, 공급을 차단하는 써키트 브레이커(circuit breaker)와 같은 공급차단장치로 구성되고, 또한 변압기(1)는 트리거센서(trigger sensor)(21)로 구성된다.

밀폐용기(2)는 배출높이의 소요높이에서 연결되는 관(14)으로 구성되는 배출장치로 구성된다. 관(14)은 예를 들어 100㎜에서 150㎜에 해당하는 대직경을 가지는 밸브(15)에 의해 폐쇄된다. 밀폐용기(2)는 예를 들어 질소와 같은 불활성가스(16)를 밀폐용기(2)의 바닥으로 주입하는 것에 의해 냉각제(7)를 냉각하기 위한 장치가 구성된다. 불활성가스(16)는 불활성가스(16)를 밀폐용기(2)로 운반하는 파이프(20)와 감압기(19), 밸브(18)로 구성되는 압력탱크(17)내에 저장된다.

압력센서(11), 온도센서(12), 증기센서(13), 트리거센서(21), 관(14)에 구성된 밸브(15) 및 파이프(20)에 구성된 밸브(18)들이 장치작동을 제어하도록 제어유니트(22)에 연결된다. 제어유니트(22)는 여러 가지 센서들로부터 신호를 받아서 밸브(15, 18)에 제어신호를 보내는 데이타 처리장치로 구성된다.

변압기(1)를 구성하는 공급셀의 트리거센서(21)로부터 발생되는 트리거신호(triggering signal)와 일치하는 압력센서(11)로부터 나오는 고압신호에 의해 상기장치가 작동된다. 상기장치는 또한 증기 센서(13)로부터 발생하는 증기 존재신호와 일치하는 온도센서(12)의 신호로부터 나오는 고온 신호에 의해 상기장치가 작동된다. 그러므로 조기 트리거작용(premature triggering)을 피하기 위해 두 개의 센서들은 일치된 정보를 공급해야할 필요성을 가진다.

정상상태에서 상기장치는 공급셀의 트리거작용에 관한 신호에 따라 고압신호(high-pressure information)에 의해 트리거작용이 이루어지고 즉시 배출밸브(15)의 개방단계(23)가 초기화되며, 변압기(1)의 밀폐용기(2)의 즉각적인 감압이 이루어지고, 그러므로 절연파괴에 의해 발생되는 전기 아크(electric arc)와 가장 인접한 영역내에 위치한 구성부품들을 제외하곤 대부분의 구성부품들은 손상되지 않은 상태를 유지한다. 배출밸브(15)의 개방에 의해 불활성 가스(16)가 손상된 밀폐용기(2)내로 주입될 때 점화된 유체의 오버플로우(overflow)를 피하게 된다. 마지막으로 배출밸브(15)의 개방에 의해 관(9)내의 압력강하가 야기되고, 이때 체크밸브(10)는 폐쇄된다. 보상기능의 탱크(8)가 고립되고 탱크(8)내에 포함된 냉각제(7)는 불(fire)에 공급되지 않는다. 배출 밸브(15)를 신속하게 개방하는 것에 의해 폭발위험이 감소되고, 변압기(1)에 구성된 밀폐용기(2)가 손상되지 않는 상태를 유지할 가능성이 높아진다.

그러므로 화재위험이 감소되고, 밀폐용기(2)의 부분적 배출이 이루어진 후에, 불활성가스(16)를 밀폐용기(2)의 바닥으로 주입하는 단계(24)는 체계적으로 예를 들어 20초의 주어진 시간지연 후에 시작되어, 온도가 평형상태에 있게 되고, 또한 산소를 제거하는 것에 의해 냉각제(7) 표면상의 가능한 화재를 질식시킬 수 있게 된다. 상기 이유를 보면, 일반적으로 오일(oil)인 냉각제(7)는 오직 인화점 이상의 온도, 즉 약 140도에서만 인화가 이루어질 수 있다.

게다가 전기아크에 기인한 변압기(1)내에서 발생하는 화재의 경우에, 냉각제(7)의 표면만이 상기 수치에 도달하는 반면에, 평균온도는 기껏해야 80도가 된다. 냉각제(7)를 교란하는 것에 의해 최고온도 부분의 온도가 감소될 수 있다. 안전상의 이유로, 불활성가스(16)를 포함한 압력탱크(17)는 지속되는 45분 동안 불활성가스(16)의 주입을 가능하게 하고 상기 지속시간은 점화를 위한 예측시간보다 훨씬 크다.

변압기(1)는 상기 변압기(1)와 변압기가 연결되는 전기적 네트워크(electrical network) 사이의 인터페이스(interface)로써 사용되는 한개 또는 그 이상의 부하시 탭 교체장치(tap changer)(25)로 구성되며, 네트워크에 전달되는 전류변화에도 불구하고, 일정전압이 유지되는 것이 가능하다. 탭 교체장치(25)는 관(26)을 통해 배출(drainage)용 도관(14)에 연결된다. 탭 교체장치(25)는 사실상 비가연성 냉각제에 의해 또한 냉각된다. 교체장치는 소형이기 때문에, 교체장치의 폭발은 극도로 격렬하고, 점화된 냉각제의 제트(jet)를 분사하는 것에 의해 이루어진다. 관(26)은 교체장치(25) 내부의 단락(short-circuit) 및 과압력시 분출 가능한 조정된 다이아프렘(27)이 구성된다. 상기 구성에 의해 탭 교체장치(25)의 밀폐용기의 폭발이 방지된다. 상기 탭 교체장치는 한편 변압기(1)의 공급셀에 연결되어 공급셀의 트리거 기능(triggering)이 이루어지고, 다른 한편 제어유니트(22)에 연결되어 탭 교체장치(25)내에서 단락이 발생할 경우 보호장치의 작동을 개시할 수 있게 된다.

본 발명에 의하면 변압기 내의 폭발 및 화재로부터 보호되고 현존하는 구성부품에 몇 가지 수정만을 필요로 하며, 매우 신속하게 절연파괴를 감지하고, 동시에 야기되는 결과를 제한하도록 작동이 이루어지는 보호장치 및 보호방법이 제공된다. 본 발명에 의해 변압기 및 부하시 탭 교체장치가 손실로부터 안전하게 되고, 단락에 기인한 피해를 최소화하는 것이 가능하다.

Claims (13)

1. 가연성 냉각제(7)로 가득 찬 밀폐용기(2)를 포함하며, 냉각제(7)의 고온부는 가압상태의 비활성가스(16)를 밀폐용기의 바닥으로 주입함으로써 냉각되어지는, 변압기(1)의 폭발 및 화재에 대한 보호방법에 있어서,

   냉각단계는, 전기적인 접촉으로 갖추어지고 압력센서장치(11)를 형성하는 안전밸브를 이용한 변압기(1)의 전기절연 파괴를 감지함으로써 변압기의 폭발 및 화재에 대한 방지단계와 밸브(15)를 이용한 냉각제(7)의 부분적 배출에 의하여 변압기의 밀폐용기의 순간적인 감압에 의해 진행되어지는 것을 특징으로 하는 보호방법.
2. 제 1 항에 있어서, 냉각제(7)가 확산되는 것을 방지하도록 체크밸브(10)를 이용하여 냉각제(7)의 보상기능 탱크(8)를 격리하는 단계와, 체크밸브(10)는 냉각제(7)의 신속한 움직임이 감지되자마자 폐쇄되어지는 것을 특징으로 하는 보호방법.
3. 상기 항 중 어느 하나의 항에 있어서, 비활성가스(16)의 주입과 냉각제(7)의 부분적 배출을 야기할 수 있는 증기센서기(13)를 이용하여 변압기(1)의 밀폐용기 (2) 내의 냉각제(7) 증기의 존재를 감지하는 단계를 특징으로 하는 보호방법.
4. 제 1 항에 있어서, 비활성가스(16)의 주입과 냉각제(7)의 부분적 배출을 야기할 수 있는 온도센서기(12)를 이용하여 냉각제(7)의 온도를 감지하는 단계를 특징으로 하는 보호방법.
5. 제 1 항에 있어서, 비활성가스(16)의 주입과 냉각제(7)의 부분적 배출을 야기할 수 있는 트리거 센서기(21)를 이용하여 변압기의 공급셀의 트리거를 감지하는 단계를 특징으로 하는 보호방법.
6. 제 1 항에 있어서, 냉각제(7)를 부분적으로 배출하기 위한 단계(23)는 두개의 센서기가 상기 단계(23)의 개시를 동시에 명령할 때만 개시되어지는 것을 특징으로 하는 보호방법.
7. 가연성 냉각제(7)로 가득 찬 밀폐용기(2)를 포함하며, 전기적인 접촉으로 갖추어지고 상기 밀폐용기(2) 내의 압력센서장치(11)를 형성하는 안전밸브로 구성되는 변압기(1)의 폭발 및 화재에 대한 보호장치에 있어서,

   상기 밸브는 밀폐용기 내에 포함된 냉각제(7)의 부분적인 배출에 의하여 변압기 밀페용기의 순간적인 감압을 위한 밸브(15)를 추가적으로 구성하는 화재 및 폭발에 대한 보호수단의 일부를 형성하는 것을 특징으로 하는 보호장치.
8. 제 7 항에 있어서, 폭발 및 화재에 대한 보호수단은 밀폐용기(2) 내의 냉각제(7)의 증기를 감지하기 위한 수단(13)과 밀폐용기(2) 내의 냉각제(7)의 온도를 감지하기 위한 수단(12) 그리고 변압기(1)의 공급셀의 트리거작용을 감지하기 위한 수단(21)을 추가적으로 구성하는 것을 특징으로 하는 보호장치.
9. 제 7 항에 있어서, 변압기(1)의 센서장치에 의해 발생되는 신호를 받고 제어신호를 발생시킬 수 있는 제어유니트(22)를 특징으로 하는 보호장치.
10. 제 9 항에 있어서, 배출밸브(15)는 제어유니트(22)로부터의 제어신호에 의해 개방이 개시되어지는 것을 특징으로 하는 보호장치.
11. 제 9 항에 있어서, 비활성가스(16)를 밀폐용기(2)의 바닥으로 주입하는 것에 의해 냉각제(7)의 고온부를 냉각하기 위한 수단을 특징으로 하는 보호장치.
12. 제 11 항에 있어서, 비활성가스(16)를 주입하기 위한 수단은 가압상태의 가스탱크(17), 감압기(19) 그리고 개구부가 제어유니트(22)로부터의 제어신호에 의해 개방이 이루어지는 밸브(18)로 구성되는 것을 특징으로 하는 보호장치.
13. 제 7 항에 있어서, 보호장치는 변압기의 부하시 탭 교체장치(25) 내의 압력을 감지하기 위한 장치와, 변압기가 폭발하는 것을 방지하도록 계획되고 상기 부하시 탭 교체장치를 대기압에서 설정하기 위한 장치로 구성되는 것을 특징으로 하는보호장치

Images