KR100767476B1 - 전력 소자를 이용한 변압기의 온 로드 자동 탭 절환 장치 - Google Patents

전력 소자를 이용한 변압기의 온 로드 자동 탭 절환 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전력 소자를 이용한 변압기의 온 로드 자동 탭 절환 장치에 관한 것으로, 변압기 코아의 2차측과 각기 연결된 복수 개의 탭 터미널과; 서로 이웃된 상기 탭 터미널들과 각기 연결된 복수 개의 전력 소자와; 상기 변압기 코아의 1차측에 연결된 계기용 변압기와; 상기 계기용 변압기로부터 검출된 1차측 전압치를 입력받아 출력 전압이 기설정된 2차측 전압에 대하여 오차 범위 이하로 출력되기 위하여 임의로 선택된 상기 전력 소자만을 통전시키도록 제공된 제어 수단을 포함하여 구성하되, 상기 탭 터미널과 상기 전력 소자는 각기 상(相) 별로 분리되어 있으며, 상기 제어 수단에 의해 선택된 상기 전력 소자들은 동일한 출력 전압치를 갖도록 구성됨으로써, 전원이 인가된 상태(부하시)에서 탭 절환이 자동으로 구현되어 최상 품질의 전력을 공급할 수 있으며, 전력 소자에 의한 개폐 시간이 극히 짧아 개폐 써지로 인한 2차 피해를 원천적으로 방지할 수 있음은 물론, 구성이 간단하고 제조 단가가 매우 저렴한 효과가 있다.
변압기, 탭 절환 장치, 온 로드

Description

전력 소자를 이용한 변압기의 온 로드 자동 탭 절환 장치 {AUTOMATIC ON LOAD TAP CHANGER USING POWER DEVICE FOR HIGH VOLTAGE TRANSFORMER}
도 1a는 본 발명의 일 실시예에 의한 전력 소자를 이용한 변압기의 온 로드 자동 탭 절환 장치를 나타내는 구성도.
도 1b는 도 1a의 요부 확대도.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 의한 전력 소자를 이용한 변압기의 온 로드 자동 탭 절환 장치를 나타내는 구성도.
<< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >>
110, 210 : 1차 코일
120, 220 : 2차 코일
130, 230 : 계기용 변압기(PT)
140, 240 : 변압기 코아
150, 250 : 탭 프레임
160, 260 : 탭 절환 프레임
170, 270 : 매개 프레임
180, 280 : 제어 수단
190, 290 : 차폐 구역
본 발명은 전력 소자를 이용한 변압기의 온 로드 자동 탭 절환 장치에 관한 것이다.
최근의 전력계통은 큰 발전소가 수요지에서 멀어지는 경향이 있어 긴 송전선으로 큰 전력을 수송해야 한다. 따라서, 송전전압은 차츰 높아지고 있다. 그러나 공장이나 일반가정에서 이러한 높은 전압은 적당하지 못하기 때문에 낮은 전압으로 변환시켜야 하므로 변압기가 사용된다.
주상 변압기 또는 일반 수용가 설치용 변압기는 전술된 바와 같이 송전 전압을 변환하여 가정이나 수용가에서 원하는 전압으로 승, 감압하도록 설치되어 있다. 그러나, 송전 전압의 품질에 따라 변압기의 인가되는 전압에 변동이 야기되어 변압기의 2차측으로 출력되는 전압이 변동되는 문제점이 있다.
일반적으로, 변압기의 외함에는 논 로드 탭 체인저(Non Load Tap Changer, 이하 "NLTC"라 한다)가 제공되어 있어 변압기의 인가 전압의 변동에 따른 변압기 출력측의 전압을 조절할 수 있도록 되어 있다. 그러나, 이러한 NLTC는 변압기의 전압 변동시 2차측 전압을 조절하기 위해서는 수배전반에 제공된 계기를 확인한 상태에서 변압기의 1차측에 인가되는 전원을 오프시킨 후 수동 조작을 하여야 한다.
여기서, 주상 변압기에서 일반 가정으로 전력이 제공되는 경우에는 전압의 변동폭이 매우 극심한 경우에 한하여 "전력 공급자", 예컨대 대한민국의 경우에는 한전기술자(들)에 의해 특정 지역의 전원을 오프한 상태에서 해당 주상 변압기의 NLTC 조절을 수행한다. 그러나, 전술된 경우는 일부 지역의 전압 변동에 대응하여 특정 지역의 전원을 오프하는 사례는 극히 드물며 특히, 대한민국과 같이 전력의 품질이 양호한 국가 또는 지역에서는 발생치 않고 있음은 물론, 이로 인한 2차 민원 발생의 소지를 갖고 있다.
전술된 경우에 있어서 일반 사용자측의 전기, 전자 관련 제품은 전압의 변동에 매우 민감하게 반응하지 않아 민원 발생이 만치 않으며 또한, 이러한 전압 변동을 인식하는 일반 사용자는 가정에 별도의 전압 승감용 트랜스를 별도 구입하는 사용하는 경우가 대부분을 차지하고 있다.
그러나, 정밀 기계산업, 화학 장치산업, 반도체 산업 등을 포함하는 산업 전반에 있어서 전압 변동은 생산 제품의 품질 저하는 물론, 위험 시설의 경우에는 인명 피해까지 발생될 수 있는 문제점이 있다.
산업 현장에는 주상 변압기 이외에 자체 전력 사용 목적으로 변압기를 설치하여 사용한다. 이러한 변압기는 산업 설비에 전력을 공급하는 배전용 변압기로서 NLTC의 조작은 변압기 사용자의 책임 하에 수행된다. 그러나, NLTC의 조작은 전술된 바와 같이 전력을 완전히 차단한 상태에서 이루어져야 함은 물론, NLTC 조작에 따른 전압 변동에 의해 전력을 공급받는 산업 설비의 파손, 손상, 파괴 등의 발생 확률이 높아 NLTC의 조작은 최초 산업 설비 가동시 또는 극심한 전압 변동시에 한하여 수행된다.
이러한 문제점을 해소하기 위하여 온 로드 탭 체인저(On Load Tap Changer, 이하 "OLTC"라 한다)가 개발되어 사용되고 있다. 그러나, 이러한 OLTC는 매우 고단가이며 복잡한 구성으로 이루어져 있기 때문에 특정 송전용 변압기에 한하여 설치, 사용되고 있다.
더욱이, 이러한 OLTC는 기제작된 변압기에는 적용이 불가능하며 최초 변압기를 설계하는 단계에서 설계가 반영되어 제작되어야 하는 문제점이 있다. 여기서, OLTC는 수배전반의 전압 검출에 의해 전압의 극심한 변동시 수동 또는 자동 모드에서 조작이 이루어진다. 그러나, 자동 모드는 OLTC의 급격한 개폐 써지(surge)로 인한 심각한 2차 피해의 발생을 원천적으로 방지하기 위하여 실제 수행되지 않으며 통상적으로, OLTC는 전문 인력에 의한 수동 모드 하에서 조작이 이루어진다.
더욱이, 송전 라인은 전력 품질이 매우 양호하여 전술된 바와 같은 OLTC의 조작은 임계 상황의 경우에 한하여 특별히 수행된다.
이상에서 알 수 있듯이, 전압 변동에 따른 피해는 일반 가정과 같은 수용가 보다는 산업 현장에서 심각하며 따라서, 구성이 간단하여 범용성을 갖으며 저단가의 배전용 OLTC 개발은 전력 업계의 시급한 최대 과제이다.
상기와 같은 문제점을 해소하기 위하여 창출된 본 발명의 목적은, 전압의 변동에 대응하여 신속하고 안전하게 자동 대응할 수 있는 전력 소자를 이용한 변압기의 온 로드 자동 탭 절환 장치를 제공함에 있다.
이러한 본 발명의 목적은, 변압기 코아의 2차측과 각기 연결된 복수 개의 탭 터미널과; 서로 이웃된 상기 탭 터미널들과 각기 연결된 복수 개의 전력 소자와; 상기 변압기 코아의 1차측에 연결된 계기용 변압기와; 상기 계기용 변압기로부터 검출된 1차측 전압치를 입력받아 출력 전압이 기설정 2차 출력 전압에 대하여 오차 범위 이하로 출력되기 위하여 임의로 선택된 상기 전력 소자만을 통전시키도록 제공된 제어 수단을 포함하여 구성하되, 상기 탭 터미널과 상기 전력 소자는 각기 상(相) 별로 분리되어 있으며, 상기 제어 수단에 의해 선택된 상기 전력 소자들은 동일한 출력 전압치를 갖는 것을 특징으로 하는 전력 소자를 이용한 변압기의 온 로드 자동 탭 절환 장치에 의해 달성될 수 있다.
바람직하게는, 본 발명의 상기 제어 수단은 변압기 내부에 차폐되도록 내장된다.
바람직하게는, 본 발명의 상기 전력 소자는 고전압 대전류용 트라이악이다.
바람직하게는, 본 발명은 상기 전력 소자와 상기 제어 수단 사이에 개재된 매개 수단을 더 포함하여 구성하되, 상기 매개 수단은 상 별로 제공되어 있으며 상기 제어 수단에 의해 제어되어 임의의 선택된 상기 전력 소자만을 통전시킨다.
또한 본 발명의 목적은, 변압기 코아의 2차측과 각기 연결된 복수 개의 탭 터미널과; 서로 이웃된 상기 탭 터미널들과 각기 연결된 복수 개의 전력 소자와; 상기 변압기 코아의 2차측에 연결된 계기용 변압기와; 상기 계기용 변압기로부터 검출된 2차측 전압치를 입력받아 출력 전압이 기설정 2차 출력 전압에 대하여 오차 범위 이하로 출력되기 위하여 임의로 선택된 상기 전력 소자만을 통전시키도록 제공된 제어 수단을 포함하여 구성하되, 상기 탭 터미널과 상기 전력 소자는 각기 상(相) 별로 분리되어 있으며, 상기 제어 수단에 의해 선택된 상기 전력 소자들은 동 일한 출력 전압치를 갖는 것을 특징으로 하는 전력 소자를 이용한 변압기의 온 로드 자동 탭 절환 장치에 의해 달성될 수 있다.
바람직하게는, 본 발명의 상기 제어 수단은 변압기 내부에 차폐되도록 내장된다.
바람직하게는, 본 발명의 상기 전력 소자는 고전압 대전류용 트라이악이다.
바람직하게는, 본 발명은 상기 전력 소자와 상기 제어 수단 사이에 개재된 매개 수단을 더 포함하여 구성하되, 상기 매개 수단은 상 별로 제공되어 있으며 상기 제어 수단에 의해 제어되어 임의의 선택된 상기 전력 소자만을 통전시킨다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 구성을 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1a는 본 발명의 일 실시예에 의한 전력 소자를 이용한 변압기의 온 로드 자동 탭 절환 장치를 나타내는 구성도이고, 도 1b는 도 1a의 요부 확대도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 의한 전력 소자를 이용한 변압기의 온 로드 자동 탭 절환 장치는 주상 변압기 또는 주상 변압기와 연결된 배전 변압기에 제공되어 변압기 코아(140)의 1차 코일(110)로 인가되는 전압의 변동에 대응하여 2차 코일(120)의 출력 전압이 기설정된 출력 전압, 예컨대 220V, 380V 또는 440V에 대하여 오차 범위 예컨대 1 내지 10% 이하로 유지될 수 있도록 탭 절환이 자동 조작되도록 구성되어 있다.
본 발명에서 설명되는 변압기는 인가 전압이 22,900V이고, 출력 전압이 220V, 380V 또는 440V인 주상 변압기 또는 일반 배전용 변압기에 한정되고 있으나 이에 한정되지 않고 인가 전압이 154,000V, 345,000V 이상의 변압기에도 적용될 수 있음을 미리 밝혀둔다. 또한, 본 발명의 실시예는 3상(相) 변압기에 한정하여 설명하고 있으나 단상 변압기 또는 기타 상(相) 변압기에도 적용될 수 있음을 미리 밝혀둔다.
그리고, 본 실시예는 5개의 탭을 갖는 변압기에 한정되어 설명하여 설명하고 있으나 이에 한정되지 않고 5개미만 또는 5개 초과의 탭을 갖는 변압기에도 용이하게 적용될 수 있음을 미리 밝혀둔다.
계기용 변압기(PT)(130)는 변압기로 인가되는 인가 전압을 검출하기 위하여 변압기 코아(140)의 1차 코일(110)과 병렬로 제공되어 있다.
변압기 코아(140)에는 1차 코일(110) 및 2차 코일(120)이 권취되어 있으며, 1차 코일(110)의 정상 인가 전압은 22,900V이며 2차 코일(120)의 정상 출력 전압은 220V, 380V 또는 440V이다.
탭 프레임(150)은 변압기 코아(140)의 2차측과 각기 이격되도록 연결되어 있으며, 각기 u, v, w 상(相) 별로 분리 구성된 복수 개의 탭 터미널(153)과, 탭 터미널(153)을 각기 상 별로 분리하여 지지하는 제 1 지지 부재(151)를 포함하여 구성되어 있다. 여기서, 제 1 지지 부재(151)는 절연 등급이 높은 절연 재질이 바람직하며 특히 무정전 합성 수지가 보다 바람직하다.
각기 이웃된 2개의 탭 터미널(153)이 각기 하나의 탭을 구성하며 5개의 탭(n1 ~ n5)이 구성되어 있다.
탭 절환 프레임(160)은 전술된 탭(n1 ~ n5)에 각기 대응되어 연결되는 있으며, 각기 u, v, w 상(相) 별로 분리 구성된 복수 개의 전력 소자(163)와, 전력 소자(163)를 각기 상 별로 분리하여 지지하는 제 2 지지 부재(161)를 포함하여 구성되어 있다. 여기서, 제 2 지지 부재(161)는 절연 등급이 높은 절연 재질이 바람직하며 특히 무정전 합성 수지가 보다 바람직하다.
보다 상세하게는, 전력 소자(163)는 각기 이웃된 탭 터미널(153)과 연결되어 있다. 그리고, 전력 소자(163)는 고전압 대전류용 트라이악이 바람직하며 후술되는 제어 수단(180)에 의해 임의로 선택된 상 별로 하나 만이 통전되도록 제공된 것이다. 여기서, 트라이악은 전력 소자로서 개폐 시간이 극히 짧아 자동 절환시 개폐 써지를 거의 무시할 수 있으며 개폐 써지가 문제가 되는 초고전압 초대전류 변압기에서는 탭을 보다 많게 구성하거나, 또는 탭을 병렬로 구성하여 개폐 써지의 문제를 야기하는 전류를 분배되도록 하는 것이 바람직하다.
제어 수단(180)은 변압기의 인가 전압을 계기용 변압기(130)로부터 입력받아 220V, 380V 또는 440V와 같은 기설정 출력 전압치와 비교하여 인가 전압이 기설정 출력 전압치의 오차 범위 이하인 경우에는 탭 절환을 수행하지 않고 출력 전압이 기설정 출력 전압치의 오차 범위 미만 또는 초과인 경우에는 이에 상응하는 전력 소자만이 통전되도록 제공된 것이다.
여기서, 변압기의 탭은 최초 설치시 또는 극심한 전압 변동시 n3으로 셋팅된다. 따라서, 변압기 탭이 n3으로 셋팅되어 있기 때문에 전력 소자(163) 또한 n3에 대응된 전력 소자(163)만이 통전되어 있다.
통상적으로, 변압기는 24,900V, 23,900V, 22,900V, 21,900V, 20,900V와 같이 1,000V 단위로 2차측의 탭(n1 ~ n5)이 형성되어 구성되어 있다. 따라서, 전술된 바와 같이 최초 상태는 탭(n3)에 대응된 전력 소자(163)만이 통전되어 있다. 여기서, 상 별로 동일한 출력 전압치를 갖는 전력 소자(163)만이 통전된다. 이를 상세히 설명하면, 최초 상태의 전력 소자(163)는 n3에 해당되는 것만이 통전된 상태이다.
여기서, 인가 전압과 전력 소자간의 상호 연결 관계를 표 1을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
Figure 112004058458749-pat00001
그리고, 본 발명의 제어 수단(180)은 전기, 전자 부품으로 변압기 내부의 바람직하지 못한 환경하에서 파손되는 것을 방지하기 위하여 차폐 구역(190) 내부에 내장되는 것이 바람직하다.
그리고, 차폐 구역(190)에 내장된 제어 수단(180)은 직접 전력 소자(163)를 제어하는 것보다는 매개 소자(173)를 통해 전력 소자(163)를 제어하는 것이 보다 바람직하다. 매개 소자(173)는 탭 절환 프레임(160)과 제어 수단(180) 사이에 개재된 것으로, 상 별로 각기 제공되어 있으며 제어 수단(180)의 제어에 대응하여 임의로 선택된 전력 소자(163)만을 통전시킨다.
여기서, 미설명부호 "170" 및 "171"은 각기 "매개 프레임" 및 "제 3 지지 부재"이다.
이상과 같은 본 발명의 구성의 작동 관계를 간단히 설명하면 다음과 같다.
먼저, 계기용 변압기(130)에 의해 변압기의 인가 전압이 검출된다.
검출된 인가 전압치는 제어 수단(180)에 의해 비교 분석되어 기설정 2차 출력 전압치와 동일하면 탭 절환을 수행하지 않고 기설정 2차 출력 전압치 미만인 경우에는 탭을 n4 또는 n5에 해당되는 전력 소자(163)를 통전하도록 제어한다. 그리고, 기설정 2차 출력 전압치 초과인 경우에는 탭을 n2 또는 n1에 해당되는 전력 소자(163)를 통전하도록 제어한다. 이러한 탭의 절환은 부하가 걸린 상태이다.
이 때, 전력 소자(163)는 동일한 상 별로 동일한 탭에 해당되는 것만이 통전된다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 의한 전력 소자를 이용한 변압기의 온 로드 자동 탭 절환 장치를 나타내는 구성도이다.
본 발명의 다른 실시예는 계기용 변압기(230)가 2차 코일(220)과 병렬로 변 압기 코일에 제공되어 있으며, 출력 전압을 검출하는 것 외에는 도 1의 실시예와 동일한 구성을 갖기 때문에 이에 대한 상세한 구성 설명은 생략하기로 하며 번호는 모두 새로이 번호매김하였다.
설명된 본 발명은 전술된 실시예에 한정되어 설명되었지만, 이에 한정되지 않고 본 발명이 속하는 분야의 통상적인 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있는 정도의 변형은 본 발명의 기술적 사상에 속하는 것임은 자명하다.
이상의 구성을 갖는 본 발명은 다음과 같은 이점(利點)과 효과가 있다.
첫째, 본 발명은 전원이 인가된 상태(부하시)에서 탭 절환이 자동으로 구현되어 최상 품질의 전력을 공급할 수 있다.
둘째, 본 발명은 전력 소자에 의한 개폐 시간이 극히 짧아 개폐 써지로 인한 2차 피해를 원천적으로 방지할 수 있다.
셋째, 본 발명은 구성이 간단하고 제조 단가가 매우 저렴하다.

Claims (8)

  1. 변압기 코아의 2차측과 각기 연결된 복수 개의 탭 터미널과;
    서로 이웃된 상기 탭 터미널들과 각기 연결된 복수 개의 전력 소자와;
    상기 변압기 코아의 1차측에 연결된 계기용 변압기와;
    상기 계기용 변압기로부터 검출된 1차측 전압치를 입력받아 출력 전압이 기설정된 2차측 전압에 대하여 오차 범위 이하로 출력되기 위하여 임의로 선택된 상기 전력 소자만을 통전시키도록 제공된 제어 수단을 포함하여 구성하되,
    상기 탭 터미널과 상기 전력 소자는 각기 상(相) 별로 구성되어 있으며, 상기 제어 수단에 의해 선택된 상기 전력 소자들은 동일한 출력 전압치를 갖는 것을 특징으로 하는 전력 소자를 이용한 변압기의 온 로드 자동 탭 절환 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어 수단은 변압기 내부에 차폐되도록 내장된 것을 특징으로 하는 전력 소자를 이용한 변압기의 온 로드 자동 탭 절환 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 전력 소자는 고전압 대전류용 트라이악인 것을 특징으로 하는 전력 소자를 이용한 변압기의 온 로드 자동 탭 절환 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 전력 소자와 상기 제어 수단 사이에 개재된 매개 수단을 더 포함하여 구성하되,
    상기 매개 수단은 상 별로 제공되어 있으며 상기 제어 수단에 의해 제어되어 임의의 선택된 상기 전력 소자만을 통전시키는 것을 특징으로 하는 전력 소자를 이용한 변압기의 온 로드 자동 탭 절환 장치.
  5. 변압기 코아의 2차측과 각기 연결된 복수 개의 탭 터미널과;
    서로 이웃된 상기 탭 터미널들과 각기 연결된 복수 개의 전력 소자와;
    상기 변압기 코아의 2차측에 연결된 계기용 변압기와;
    상기 계기용 변압기로부터 검출된 2차측 전압치를 입력받아 출력 전압이 기설정된 2차측 전압에 대하여 오차 범위 이하로 출력되기 위하여 임의로 선택된 상기 전력 소자만을 통전시키도록 제공된 제어 수단을 포함하여 구성하되,
    상기 탭 터미널과 상기 전력 소자는 각기 상(相) 별로 분리되어 있으며, 상기 제어 수단에 의해 선택된 상기 전력 소자들은 동일한 출력 전압치를 갖는 것을 특징으로 하는 전력 소자를 이용한 변압기의 온 로드 자동 탭 절환 장치.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 제어 수단은 변압기 내부에 차폐되도록 내장된 것을 특징으로 하는 전력 소자를 이용한 변압기의 온 로드 자동 탭 절환 장치.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 전력 소자는 고전압 대전류용 트라이악인 것을 특징으로 하는 전력 소자를 이용한 변압기의 온 로드 자동 탭 절환 장치.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 전력 소자와 상기 제어 수단 사이에 개재된 매개 수단을 더 포함하여 구성하되,
    상기 매개 수단은 상 별로 제공되어 있으며 상기 제어 수단에 의해 제어되어 임의의 선택된 상기 전력 소자만을 통전시키는 것을 특징으로 하는 전력 소자를 이용한 변압기의 온 로드 자동 탭 절환 장치.
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