KR101021348B1

KR101021348B1 - 폭발과 화재를 예방하고, 이에 대비하여 전기 변압기를 보호하기 위한 방법 및 장치

Info

Publication number: KR101021348B1
Application number: KR1020087006417A
Authority: KR
Inventors: 브이. 케이. 와크차우레
Original assignee: 시티알 매뉴팩쳐링 인더스트리즈 리미티드
Priority date: 2005-11-16
Filing date: 2006-04-13
Publication date: 2011-03-14
Also published as: EP1949392A2; AR057603A1; CN101268531A; TWI343157B; CN101268531B; JP2009516387A; PL1949392T3; US7869167B2; TNSN08219A1; WO2007057916A8; SI1949392T1; JP4822293B2; PT1949392E; MA29947B1; CA2605280A1; ES2375152T3; EG25245A; KR20080063753A; DK1949392T3; WO2007057916B1

Abstract

본 발명은 전기 변압기에서의 폭발, 또는 최종적으로는 화재를 미리, 즉, 가연성 냉각용 유체/유전성 오일의 분해 전에, 보호, 또는 예방, 또는 검출을 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다.

Description

폭발과 화재를 예방하고, 이에 대비하여 전기 변압기를 보호하기 위한 방법 및 장치{METHOD AND DEVICE FOR PREVENTION AND PROTECTION OF ELECTRICAL TRANSFORMER AGAINST EXPLOSION AND FIRE}

본 발명은 전기 변압기에서의 폭발이나 최종 화재를 검출하고 예방하여, 이러한 폭발이나 최종 화재로부터 전기 변압기를 보호하는 분야에 관련되어 있다. 특히, 본 발명은 가연성 냉각용 유체/유전성 오일이 분해되기 전에, 폭발이나 최종 화재의 가능성을 검출하고 예방하는 시스템/장치와 관련되어 있다.

전기 변압기는 권선 손실(winding loss)과 코어 손실(core loss) 모두를 가지며, 이로 인해 발생되는 열은 분산될 필요가 있다. 따라서 고-전력 변압기는 유체(가령, 오일)를 이용하여 냉각되는 것이 일반적이다. 사용되는 오일은 유전체이고, 140℃의 온도에서 점화될 수 있다. 변압기는 고가의 장비이기 때문에, 이를 보호하기 위해서는 특히 주의가 기울여져야 한다. 절연 불량이 있으면, 먼저, 강력한 전기 아크(electric arc)가 발생되고, 이는 전기 보호 시스템의 동작을 촉발한다. 상기 전기 보호 시스템(의 회로 차단기)은 변압기의 공급 계전(supply relay)을 중단시킨다. 또한 상기 전기 아크에 의해 결과적으로 에너지가 흩어짐으로써, 유전성 오일(dielectric oil)이 분해되고, 이러한 분해에 따라 기체(특히 수소와 아세틸렌)가 방출된다. 이러한 기체가 방출되면, 변압기의 내부 압력이 매우 빠르게 증가하고, 이에 따라서 맹렬한 폭연이 발생되는 것이 일반적이다. 이러한 폭연은 변압기 내부의 기계적 연결부(볼트, 용접부)의 광범위한 파열을 초래하며, 이로 인해서, 상기 기체들은 대기 중의 산소와 접촉하게 된다. 산소가 존재하면 아세틸렌은 자연 발화하기 때문에, 연소가 즉시 시작되고, 화재가 다수의 가연성 산물을 내포하고 있는 다른 온-사이트(on-site) 설비들에게도 번지게 된다. 폭발성 아크의 원인은, 과부하, 전압 서지(surge), 절연 물질의 계속적인 오작동, 불충분한 오일 수위(oil level), 물이나 습기의 존재, 절연 부품의 고장에 의해 초래되는 단락(short circuit)이다. 전기 변압기용 화재 보호 시스템은 이미 공지된 바 있으며, 연소/화재 검출기가 이러한 변압기용 화재 보호 시스템을 활성화시킨다. 그러나 이러한 공지된 시스템은 상당한 시간 지연을 동반하며, 이러한 시간 지연 동안 변압기의 오일은 이미 연소 중일 것이다. 그 후, 연소가 중요 설비까지로 퍼지는 것을 제한하고, 화재가 이웃 공장으로 확산되는 것을 예방하는 것이 필수이다. 전기적 아크로 인한 유전성 유체(dielectric fluid)의 분해의 속도를 늦추기 위해, 종래의 광유(mineral oil) 대신, 실리콘 오일이 사용될 수 있다. 그러나 내부 압력의 증가로 인한 변압기의 내부의 폭발은, 극도로 짧은 시간 동안, 가령, 몇 밀리초(millisecond)의 정도로만 늦춰질 수 있다. 이러한 시간 길이는 폭발을 예방할 수 있는 수단이 작동가능하도록 만들지 못한다.

문서 WO-A-97/12379에는, 가연성 냉각용 유체로 채워져 있는 용기(enclosure)가 제공되는 전기 변압기에서의 폭발, 또는 이로 인한 화재에 대한 예방, 보호, 검출 방법이 기재되어 있다. 상기 방법은 압력 센서를 이용하여, 변압기의 전기 절연체의 고장을 검출하는 단계, 밸브를 이용하여 용기에 포함된 냉각제의 압력을 낮추는 단계, 가압된 비활성 기체를 상기 변압기의 용기로 주입함으로써 상기 냉각제의 고온 부분을 냉각시키는 단계로 이뤄진다. 이 방법은 만족스러우며, 이 방법에 의해, 변압기의 용기가 폭발하는 것이 어느 정도까지 예방될 수 있다. 그러나 상기 방법은, 수리가 필요하다고 알려주는 표시 수단(indication)을 제공하지는 않는다. 또한, 수리 작업이 발생하기 전에, 이미 전기 절연체가 상당하게 손상된다.

전기 변압기는 내재적인 권선 손실과 코어 손실을 가지며, 이러한 손실은, 자연(natural) 공기 냉각, 또는 자연 오일 냉각, 또는 강제된(forced) 공기 냉각, 또는 강제된 오일 냉각에 의해, 분산될 필요가 있는 열을 발생시킨다. 일반적으로, 대형 전기 변압기는 가연성의 냉각 유체인 오일을 이용하여 냉각된다. 대형 전기 변압기는 가연성 냉각 유체의 팽창으로 인해 증가되는 변압기 탱크 내부 압력을 검출하고, 이러한 증가된 압력을 낮춰서, 폭발을 예방하는 장치를 구비한다.

인도 특허 출원 IN189089호는 변압기에서의 폭발이나 최종 화재를 검출하고 예방하여, 이러한 폭발이나 최종 화재에 대하여 변압기를 보호하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다. 상기 특허는, 변압기에서의 폭발이나 최종 화재를 검출하고 예방함으로써, 전기 변압기를 보호하기 위한 방법을 제공하는데, 여기서, 상기 전기 변압기는 가연성 냉각 유체로 채워져 있는 용기를 가지며, 상기 방법은 압력 센서 수단을 이용하여 변압기의 전기 절연체의 고장을 검출하는 단계와, 밸브를 이용하여 상기 용기에 내포되어 있는 냉각제를 부분적으로 배출하는 단계와, 가압된 비활성 기체를 상기 용기의 바닥부분에 주입함으로써 냉각제를 뒤섞어 냉각제의 고온 부분의 온도를 낮추고, 상기 냉각제 주위에 존재하는 산소를 희석시키는 단계를 포함한다. 상기 특허는 구체적으로, 폭발이나 최종 화재를 검출하고 예방하여, 변압기를 보호하기 위한 압력 수단(pressure mean)에 관한 것이며, 이것이 본원발명과의 차이점이다. 상기 특허는 압력 수단의 속성을 명료하게 언급하지 않는다.

US 특허 제6,804,092호는 가연성 냉각 유체로 채워져 있는 용기를 포함하는 전기 변압기의 폭발이나 최종 화재를 검출하고 예방하여 이러한 폭발이나 최종 화재에 대하여 전기 변압기를 보호하기 위한 장치와, 상기 변압기의 용기를 감압하기 위한 수단을 기재한다. 상기 감압 수단은 폭발 검출기와 일체 구성되는 파열 요소(rupture element)를 포함하며, 상기 파열 요소에는, 제 1 구역과 제 2 구역을 포함하는 유지 파트가 제공된다. 상기 유지 파트의 제 1 구역은 유지 파트의 나머지 부분에 비해 얇은 두께를 가지며, (상기 파열 요소의 파열 시) 조각나지 않고 찢어질 수 있으며, 상기 제 2 구역은 유지 파트의 나머지 부분에 비해 얇은 두께를 가지며, (상기 파열 요소의 파열 시) 찢어지지 않고 접힐 수 있다. 용기의 내부 압력이 지정 임계치를 초과할 때 상기 파열 요소가 파열될 수 있다. 파열 요소와 일체 구성되는 폭발 검출기로부터의 신호가 냉각 시스템을 트리거(trigger)하고, 전기 아크가 오일과 접촉함으로써 발생되는 폭발성 기체가 산소와 접촉하는 것을 방지한다.

US 특허 제6,804,092호는 변압기 탱크의 압력이 지정 임계치 이상으로 증가하면 파열 소자가 찢어지는“감압/수단”에 관하여 짧게 서술하고 있는데, 이는 전기 변압기에서의 폭발을 검출하고 예방하기 위한 간단한 시스템이 아니다.

두 개의 공지 기술의 시스템은 모두, 증가된 압력이 있을 때, 파열 디스크, 또는 “압력 수단”을 통한 예방 수단을 논의한다. 공지 기술 시스템, 즉 IN189089호, US 특허 제6,804,092호의 발명에는 내재적인 단점이 존재하는데, 예를 들자면, 파열(tearing)이 내부 전기 아크의 발생으로부터 상당한 지연 후에 발생된다는 것이다. 따라서 증가된 압력을 검출할 때 발생하는 지연 시간에 의해, 전기 변압기에서 폭발이나 최종 화재가 발생하기 쉽다. 공지 기술 중 어느 것도, 지연 시간없이 파열의 발생을 검출하고 예방할 수 있는 시스템, 또는 방법을 제공하지 않는다.

따라서 앞서 언급된 공지 기술의 단점을 극복하고, 최소한의 지연 시간을 갖는 예방 및 보호 수단을 제공하면서, 폭발이나 최종 화재를 검출 및 예방하여 이러한 폭발이나 최종 화재에 대해 전기 변압기를 보호하기 위한 장치 및 방법을 발명하는 것이 필요하다.

본원발명의 목적

본 발명의 목적은 앞서 언급된 공지 기술 시스템과 관련된 단점을 제거하는 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 주목적은 폭발이나 최종 화재의 가능성을, 미리(즉, 가연성 냉각 유체/유전성 오일의 분해 전에), 검출하고 예방하는 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 최소한의 지연 시간을 갖고, 폭발이나 최종 화재를 검출하고 예방하여, 이러한 폭발이나 최종 화재에 대하여 전기 변압기를 보호하기 위한 간단한 시스템과 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 폭발이나 최종 화재를 검출하고 예방하여 이러한 폭발이나 최종 화재에 대해 변압기를 보호하기 위한 시스템을, 각각 유입 전압(incoming voltage)과 유출 전압(outgoing voltage)을 갖는 스텝업 변압기(step up transformer), 또는 스텝다운 변압기(step down transformer)에 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 압력 센서, 또는 온도 센서, 또는 증기 센서 수단이 구비될 필요가 없는 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 경제적이면서 최소한의 동작 복잡도를 지니는 시스템을 제공하는 것이다.

본원발명의 설명

따라서 본 발명은 전기 변압기의 폭발이나 최종 화재를 미리 검출하고 예방하여 이러한 폭발이나 최종 화재에 대해 전기 변압기를 보호하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다.

본원발명의 요지

본 발명의 하나의 양태로서, 가연성 냉각용 유체(combustible coolant fluid, 11)나 유전성 오일(dielectric oil)의 분해 전에 전기 변압기(electro transformer, 30)에서의 폭발이나 최종 화재를 검출하고 예방하여, 이러한 폭발이나 최종 화재에 대해 전기 변압기를 보호하기 위한 시스템이 제공된다. 상기 시스템은 다음을 포함한다:

- 전기 변압기(30)의 고전압 컨덕터(high voltage conductor, 22)로부터의 전류인 입력 전류와 상기 전기 변압기(30)의 저전압 컨덕터(low voltage conductor, 23)로부터의 전류인 출력 전류의 차이를 계산하고, 상기 출력 전류에 대한 상기 입력 전류의 비가 지정 한계보다 클 때, 전류차를 알리는 제 1 신호를 제어 유닛(1)으로 제공하는 하나 이상의 차전류 감지 계전기(26),

- 상기 전기 변압기(30)에서의 지정 오일 유량 이상의 오일 서지(oil surge)를 감지하며, 이를 알리는 제 2 신호를 제어 유닛(1)으로 제공하는 하나 이상의 브흐홀쯔 계전기(buchholz relay, 18),

- 상기 차전류 감지 계전기(26)와 상기 브흐홀쯔 계전기(18)로부터 신호들을 수신하고, 그 결과로 제 3 신호를 상기 제어 유닛(1)으로 제공하는 하나 이상의 회로 차단기(24),

- 상기 차전류 감지 계전기(26), 브흐홀쯔 계전기(18) 및 회로 차단기(24, 28)로부터 제 1 신호, 제 2 신호 및 제 3 신호를 수신하여, 리프팅 자석(5)을 여자하는 제어 신호를 발생하는 하나 이상의 제어 유닛(1).
상기 시스템에서, 상기 제어 신호가 리프팅 자석(5)을 여자함으로써, 배출 밸브(drain valve, 4)를 통해 가연성 냉각용 유체(11)가 배출되고, 뒤이어서 질소 방출 밸브(6)를 통해 전기 변압기 탱크(14)의 바닥으로 비활성 기체가 주입되어, 가연성 냉각용 유체(11)가 뒤섞임으로써, 온도와 산소 함유량이 폭발이 시작되는 임계값 이하로 낮아져서, 전기 변압기(30)에서의 폭발이나 최종 화재에 대해 상기 전기 변압기가 보호된다.

삭제

본 발명의 또 다른 양태로서, 전기 변압기(30)에서의 폭발이나 최종 화재를 검출하고 예방하여, 이러한 폭발이나 최종 화재에 대해 전기 변압기를 보호하기 위한 방법이 제공된다. 상기 방법은 다음의 단계를 포함한다:

a) 하나 이상의 차전류 감지 계전기(differential current sensing electrical relay, 26)를 이용하여 전기 변압기(30) 양단의 입력 전류와 출력 전류의 차이를 계산하며, 상기 출력 전류에 대한 상기 입력 전류의 비가 지정된 한계보다 큰 경우, 전류차를 알리는 제 1 신호를 제어 유닛(1)으로 제공하는 단계로서, 이때 상기 입력 전류와 출력 전류는 각각 상기 전기 변압기(30)의 고전압 컨덕터(high voltage conductor, 22)와 저전압 컨덕터(low voltage conductor, 23)로부터의 전류인 것을 특징으로 하는, 제 1 신호 제공 단계,

b) 브흐홀쯔 계전기(buchholz relay, 18)를 이용하여 상기 변압기(30)에서의 지정 오일 유량 이상의 오일 서지(oil surge)를 감지/검출하고, 이를 알리는 제 2 신호를 제어 유닛(1)으로 제공하는 단계,

c) 회로 차단기(circuit breaker, 24, 28)가 브흐홀쯔 계전기와 차전류 감지 계전기(26)로부터의 신호를 수신하여 변압기를 격리하고, 이를 알리는 제 3 신호를 상기 제어 유닛(1)으로 제공하는 단계,

d) 제어 유닛(1)이 상기 차전류 감지 계전기(26), 브흐홀쯔 계전기(18) 및 회로 차단기(24, 28)로부터의 제 1 신호, 제 2 신호 및 제 3 신호를 바탕으로 리프팅 자석(5)을 여자하는 제어 신호를 발생시키는 단계로서, 이때, 상기 제어 신호가 리프팅 자석(5)을 여자함으로써, 배출 밸브(drain valve, 4)를 통해 가연성 냉각용 유체(11)가 배출되고, 뒤이어서 질소 방출 밸브(6)를 통해 전기 변압기 탱크(14)의 바닥으로 비활성 기체가 주입되어, 가연성 냉각용 유체(11)가 뒤섞임으로써, 온도와 산소 함유량이 폭발이 시작되는 임계값 이하로 낮아져서, 전기 변압기(30)에서의 폭발이나 최종 화재에 대해 상기 전기 변압기가 보호되는 것을 특징으로 하는, 상기 제어 신호 발생 단계.

삭제

도 1은 폭발이나 최종 화재를 검출하고 예방하여, 이에 대해 전기 변압기를 보호하는 시스템을 전체적으로 도시한다.

도 2는 본 발명에 따르는 장치의 동작 방법의 논리를 나타내는 개략적인 도시이다.

도 3은 제어 유닛의 레이아웃과 로직을 나타내는 개략적인 도시이다.

도면의 자세한 설명

도 1은 전기 변압기에서의 폭발이나 최종 화재를 검출하고 예방하여 이러한 폭발이나 최종 화재에 대해 전기 변압기를 보호하기 위한 장치를 전체적으로 도시하고 있다. 도 1을 참조하여, 전기 변압기(30)는 고(high)/저(low) 전압 변압기 부싱(transformer bushing, 15)으로 연결되는 고/저 전압을 전달하는 전기 컨덕터(22)가 구비된 전기 변압기 탱크(electrical transformer tank, 14)를 포함하며, 이때, 경우에 따라서, 또 다른 고/저 전압 컨덕터(23)가 고/저 전압 변압기 부싱(16)으로 연결될 수 있다. 상기 전기 변압기 탱크(14)는 가연성 냉각제 유체(11)로 채워져 있다. 상기 전기 변압기(30)는, 파이프, 또는 도관(19)을 통해 상기 전기 변압기 탱크(14)와 소통하는 전기 변압기 컨서베이터(electrical transformer conservator, 21)로 연결된다. 상기 전기 변압기 컨서베이터(21)로부터 전기 변압기 탱크(14)로의 가연성 냉각 유체(11)의 서지(surge)가 관찰되자마자, 전기 변압기 컨서베이터 격리 밸브(TCIV: transformer conservator isolation valve, 20)가 파이프, 또는 도관(19)을 폐쇄한다. 또한 상기 파이프, 또는 도관(19)에는, 전기 변압기 탱크(14)에서 전기 변압기 컨서베이터(21)로 흐르는 가연성 냉각 유체(11)에서 관찰되어지는 기체 발생과 급격한 오일 서지(surge) 중 한 가지 이상을 감지하기 위해 브흐홀쯔 계전기(buchholz relay, 18)가 삽입된다. 고/저 전압(22)을 전달하는 전기 컨덕터(22)(경우에 따라서는 고/저 전압을 전달하는 전기 컨덕터(23)도)를 통해 전류가, 전압의 스텝 업(step up), 또는 스텝 다운(step down)을 위해 변압기를 통과하며, 전류의 반전을 위해, 유입 고/저 전압용 전기 컨덕터(22)와 유출 고/저 전압용 전기 컨덕터(23) 간의 차전류(differential current)를 측정하는 차전류 감지 계전기(differential current sensing electrical relay, 26)를 통과한다. 차전류 감지 계전기(26)의 전류 레벨에 대한 지정 차이 한계가 설정된다. 지정된 차전류 한계가 초과되면, 회로 차단기를 통해, 상기 차전류 감지 계전기(26)가 전기 변압기(30)를 트립(trip)하고, 가연성 냉각제 유체(11)의 갑작스러운 서지(surge)가 존재할 때, 회로 차단기를 통해 브흐홀쯔 계전기가 전기 변압기를 트립한다. 차전류 감지 계전기(26), 또는 브흐홀쯔 계전기로부터의 출력 신호가, 고/저 전압 변압기 부싱(15, 16)을 이용하여, 유입 연결에 대하여(그리고 병렬로 연결된 경우, 유출 연결에 대하여) 회로 차단기로 제공되어 상기 회로 차단기가 변압기를 트립하게 하면서, 동시에 출력 신호가 제어 유닛(1)으로 제공된다. 차전류 감지 계전기(26)로부터의 전기 변압기 격리 신호와 브흐홀쯔 계전기로부터의 전기 변압기 격리 신호가 모두 수신될 때, 이 제어 유닛(1)은 단지, 가연성 냉각용 유체 리프팅 자석(lifting magnet, 5)을 제어하는 제어 신호를 발생하기만 한다. 제어 유닛(1)이 발생한 제어 신호에 의해 리프팅 자석이 여자되면, 냉각용 유체 배출 밸브를 통해 배출을 시작되며, 이에 뒤따라, 질소 방출 밸브(nitrogen release valve, 6)를 통해, 탱크의 바닥으로 질소 기체가 주입되기 시작된다. 이러한 질소 기체의 주입에 의해, 가연성 냉각용 유체가 뒤섞이고, 탱크 내부의 가연성 냉각용 유체(11)의 위쪽 공간에서 산소가 희박해지는 것이 보장되며, 이에 따라서, 전기 변압기 탱크(14) 내에서의 가연성 냉각용 유체(11)의 보호가 이뤄진다. 고/저 전압 변압기 부싱 중 임의의 하나가 폭발한 경우, 폭발에 의해 생긴 임의의 파열된 부분이나 구멍을 통해 질소 기체가 위로 상승하여, 상기 구멍 둘레 주위에 덮개를 형성하여, 그 곳에 존재하는 산소량을 감소시킬 수 있다. 상기 질소 기체는 가압된 질소 실린더(7)에 저장된다. 또한 상기 질소 기체의 주입도 제어 유닛(10)에 의해 발생되는 제어 신호에 의해 통제된다. 덧붙여, 도 1에서 나타난 시스템에는, 또 다른 구성 부분, 가령 화재 검출기(fire detector, 17)도 구비되어서, 전기 변압기에서의 폭발이나 최종 화재를 검출하고 예방하여, 이러한 폭발이나 최종 화재에 대해 전기 변압기를 보호하는 것이 더 보장될 수 있다.

도면에서 사용된 도면부호는 다음과 같다:

제어 유닛(control unit, 1)

공급 장치(supply device, 2)

FEC(3)

배출 밸브(drain valve, 4)

리프팅 자석(lifting magnet, 5)

질소 방출 밸브(nitrogen release valve, 6)

질소 실린더(nitrogen cylinder, 7)

오일 피트(oil pit, 8)

변압기 오일 배출 밸브(transformer oil drain valve, 9)

신호 박스(signal box, 10)

가연성 냉각성 유체(combustible coolant fluid, 11)

접지 레벨(ground level, 12)

휠(Wheel, 13)

전기 변압기 탱크(electrical transformer tank, 14)

고 전압 변압기 부싱(또는 저)(High voltage transformer bushing, 15)

저 전압 변압기 부싱(또는 고)(Low voltage transformer bushing, 16)

화재 검출기(fire detector, 17)

브흐홀쯔 계전기(Buchholz relay, 18)

파이프, 또는 도관(pipe or conduit, 19)

전기 변압기 컨서베이터 격리 밸브(TCIV: transformer conservator isolation valve, 20)

전기 변압기 컨서베이터(electrical transformer conservator, 21)

고 전압을 전달하는 전기 컨덕터(또는 저)(22)

저 전압을 전달하는 전기 컨덕터(또는 고)(23)

회로 차단기 유입부(circuit breaker incoming, 24)

유입 라인(incoming line, 25)

차전류 감지 계전기(differential current sensing electrical relay, 26)

유출 라인(outgoing line, 27)

회로 차단기 유출부(circuit breaker outgoing, 28)

케이블(cable, 29)

전기 변압기(electrical transformer, 30)

도 3은 전력원(301)과, 접속 전환(change-over)을 위한 셀렉터 스위치(302)와, 차전류 감지 계전기의 신호를 위한 기계적 래치형 컨택터(latch contactor, 303)와, 브흐홀쯔 계전기의 신호를 위한 컨택터(304)와, 회로 차단기의 트립 신호를 위한 컨택터(305)와, 화재 검출기의 트립 신호를 위한 컨택터(306)와, 케이블 모니터링 시스템(307)과, 주변 장치/설비를 트립하기 위한 계전기/컨택터(308)로 구성된 제어 유닛을 도시한다. 상기 기계적 래치형 컨택터(303), 컨택터(304) 및 컨택터(305)가 활성화되면, 상기 제어 유닛이, 가연성 냉각용 유체가 배출되고, 뒤 이어서, 전기 변압기 탱크의 바닥으로 질소 기체가 주입되는 것이 개시되도록 리프팅 자석(5)을 여자하는 제어 신호를 발생할 수 있다. 또한, 콘택터(306, 304, 305)가 활성화되도, 상기 제어 유닛이, 가연성 냉각용 유체가 배출되고, 뒤 이어서, 전기 변압기 탱크의 바닥으로 질소 기체가 주입되는 것이 개시되도록 리프팅 자석(5)을 여자하는 제어 신호를 발생할 수 있다.

본원발명의 구체적인 설명

따라서 본 발명은 전기 변압기(30)의 폭발이나 최종 화재를 미리 검출하고 예방하여, 이러한 폭발이나 최종 화재에 대해 전기 변압기를 보호하기 위한 시스템에 관한 것이며, 상기 시스템은, 출력 전류와 입력 전류의 차이를 계산하고, 출력 전류에 대한 입력 전류의 비가 지정 한계값보다 큰 경우, 전류차를 알리는 제 1 신호를 제어 유닛(1)으로 제공하는 하나 이상의 차전류 감지 계전기(26)와, 변압기에서의 급격한 오일 서지(oil surge)를 감지하여, 이를 알리는 제 2 신호를 상기 제어 유닛(1)으로 제공하는 하나 이상의 브흐홀쯔 계전기(18)와, 상기 하나 이상의 차전류 감지 계전기, 브흐홀쯔 계전기(18) 및 그 밖의 다른 감지 수단 중 하나 이상으로부터의 신호를 획득하고, 그 결과로 제 3 신호를 제어 유닛(1)으로 제공하는 하나 이상의 회로 차단기와, 상기 차전류 감지 계전기(26), 상기 브흐홀쯔 계전기(18) 및 회로 차단기(24, 28)로부터 상기 제 1 신호, 제 2 신호 및 제 3 신호를 획득하여, 전기 변압기(30)에서의 폭발이나 최종 화재에 대비하기 위해 제어 신호를 발생시키는 제어 유닛(1)을 포함한다. 이때 상기 제어 신호가 리프팅 자석(5)을 여자함으로써, 가연성 냉각용 유체(11)가 배출 밸브(4)를 통해 배출되고, 뒤이어, 질소 방출 밸브(6)를 통해 상기 전기 변압기 탱크(14)의 바닥으로 비활성 기체가 주입되어, 상기 가연성 냉각용 유체(11)가 뒤섞임으로써, 온도와 산소 함유량이 낮아진다.

본 발명의 상기 양태의 하나의 실시예는 차전류 감지 계전기(26)의 입력 전류와 출력 전류가 각각, 고 전압 컨덕터(22)와 저 전압 컨덕터(23)로부터의 전류인 시스템에 관한 것이다.

본 발명의 상기 양태의 또 하나의 실시예는 전기 변압기(30)에 가연성 냉각용 유체(11)로 채워져 있는 전기 변압기 탱크(14)가 구비되는 시스템에 관한 것이다.

본 발명의 상기 양태의 또 다른 실시예는 냉각제를 뒤섞고 산소 함유량을 낮추기 위해, 질소 방출 밸브(6)를 통해 질소 기체가 주입되는 시스템에 관한 것이다.

본 발명의 상기 양태의 또 다른 실시예는, 입력 전류와 출력 전류의 비가 1:40 이상일 경우, 차전류 감지 계전기(26)가 제 1 신호를 제어 유닛(1)으로 제공하는 시스템에 관한 것이다.

본 발명의 상기 양태의 또 다른 실시예는 제어 유닛(1)으로부터 제어 신호를 발생시키는 것과, 배출 밸브(4)를 통해 가연성 냉각용 유체(11)를 배출하는 것과, 뒤이어서 전기 변압기 탱크(14)의 바닥에서부터 비활성 기체를 주입하는 것이 50 내지 700밀리초(milisecond)의 시간 주기 내에서 수행되는 시스템에 관한 것이다.

본 발명의 상기 양태의 또 다른 실시예는, 전기 변압기(30)가 도관이나 파이프(19)를 통해 전기 변압기 컨서베이터 격리 밸브(TCIV)(20) 및 전기 변압기 컨서베이터(21)와 연결되어, 전기 변압기 컨서베이터(21)에서 전기 변압기 탱크(14)로의 가연성 냉각용 유체(11)의 서지(surge)가 있을 때, 전기 변압기(30)의 격리를 수행할 수 있는 시스템에 관한 것이다.

본 발명의 또 다른 양태는 전기 변압기(30)에서의 폭발이나 최종 화재를 검출하고 예방하여, 이러한 폭발이나 최종 화재에 대해 전기 변압기를 보호하기 위한 방법에 관한 것이며, 상기 방법은 다음의 단계 a)~d)를 포함한다:
a) 하나 이상의 차전류 감지 계전기(26)를 이용하여 전기 변압기(30) 양단의 입력 전류와 출력 전류의 차이를 계산하여 제 1 신호를 제어 유닛(1)으로 제공하는 단계,
b) 브흐홀쯔 계전기(buchholz relay, 18)를 이용하여 상기 변압기(30)에서의 지정 오일 유량 이상의 오일 서지(oil surge)를 감지/검출하고, 이를 알리는 제 2 신호를 제어 유닛(1)으로 제공하는 단계,
c) 회로 차단기(circuit breaker, 24, 28)가 브흐홀쯔 계전기와 차전류 감지 계전기(26)로부터의 신호들을 수신하고 그 결과로 제 3 신호를 상기 제어 유닛(1)으로 제공하는 단계,
d) 제어 유닛(1)이 상기 차전류 감지 계전기(26), 브흐홀쯔 계전기(18) 및 회로 차단기(24, 28)로부터의 제 1 신호, 제 2 신호 및 제 3 신호를 바탕으로 리프팅 자석(5)을 여자하는 제어 신호를 발생시키는 단계로서, 이때, 상기 제어 신호가 리프팅 자석(5)을 여자함으로써, 배출 밸브(drain valve, 4)를 통해 가연성 냉각용 유체(11)가 배출되고, 뒤이어서 질소 방출 밸브(6)를 통해 전기 변압기 탱크(14)의 바닥으로 비활성 기체가 주입되어, 가연성 냉각용 유체(11)가 뒤섞임으로써, 온도와 산소 함유량이 폭발이 시작되는 임계값 이하로 낮아져서, 전기 변압기(30)에서의 폭발이나 최종 화재에 대해 상기 전기 변압기가 보호되는 것을 특징으로 하는, 상기 제어 신호 발생 단계.

본 발명의 상기 양태의 하나의 실시예에서, 단계(a)에서, 차전류 감지 계전기(26)의 입력 전류와 출력 전류는 각각 고전압 컨덕터(22) 및 저전압 컨덕터(23)로부터의 전류이다.

본 발명의 상기 양태의 또 다른 실시예에서, 단계(a)에서, 입력 전류와 출력 전류의 비가 1:40을 초과하는 경우, 차전류 감지 계전기(26)가 제어 유닛(1)으로 제 1 신호를 제공한다.

본 발명의 상기 양태의 또 다른 실시예에서, 제어 유닛(1)으로부터 제어 신호를 발생시키며, 배출 밸브(4)를 통해 가연성 냉각용 유체(11)를 배출시키고, 뒤 이어 비활성 기체를 전기 변압기 탱크(14)의 바닥으로부터 주입하는 단계가 50 내지 700 밀리초의 범위의 시간 주기 내에서 수행된다.

본 발명의 상기 양태의 또 다른 실시예에서, 단계(d)에서, 질소 방출 밸브(6)를 통해 질소가 주입되어, 냉각제가 뒤섞이고, 산소 함유량이 낮아진다.

본 발명의 상기 양태의 또 다른 실시예에서, 단계(d)에서, 전기 변압기 컨서베이터(21)로부터 전기 변압기 탱크(14)로의 가연성 냉각용 유체(11)의 서지가 검출될 때, 전기 변압기 컨서베이터 격리 밸브(TCIV)(20)를 이용하여, 전기 변압기(30)가 격리된다.

실험은 입력 전류와 출력 전류 간의 차이를 검출하는 차전류 감지 계전기에 의해 전기 변압기(30)에서의 입력 전류와 출력 전류의 불균형이 측정됨을 보여준다. 입력 전류와 출력 전류(또는 그 반대)의 불균형이 지정 한계를 초과하자마자, 차전류 감지 계전기가 전기 변압기(30)로 연결되는 입력 및 출력 회로 차단기로 신호를 제공하는 것을 트립(trip)할 것이며, 전기 변압기는 입력 소스(incoming source)로부터 격리될 것이다(그리고 또한, 전기 변압기 출력부가 또 다른 전기 변압기 출력부와 병렬로 연결되는 경우, 출력 소스로부터 격리될 것이다). 또한, 갑작스러운 교류로 인한 가연성 냉각용 유체의 서지(surge)가 있는 경우, 이는 브흐홀쯔 계전기에 의해 검출된다. 또한 상기 브흐홀쯔 계전기는 전기 변압기의 입력 및 출력 회로 차단기로, 트립하기 위한 신호를 제공하고, 전기 변압기가 격리될 것이다. 폭발이나 최종 화재를 검출하고 예방하여 이에 대해 전기 변압기를 보호하기 위한 방법에 있어서, 이때 전기 변압기는 가연성 냉각용 유체로 채워진 용기를 가지며, 상기 방법은, ⅰ) 차전류 감지 계전기를 이용하여 입력 변압기 전류와 출력 변압기 전류 간의 차이를 감지함으로써, 비정상적인 상황을 검출하는 단계와, ⅱ) 브흐홀쯔 계전기를 이용하여 급격한 오일 서지를 검출하는 단계와, ⅲ) 차전류 감지 계전기와 브흐홀쯔 계전기 모두의 출력 신호를 제어 유닛으로 전달하여 제어 신호를 발생시키는 단계와, ⅳ) 제어 유닛이 발생하는 제어 신호에 의해 활성화되는 밸브를 이용하여 가연성 냉각용 유체를 배출하는 단계와, ⅴ) 냉각제를 뒤섞고, 이에 따라서 가연성 냉각용 유체의 온도를 낮추고, 또한 산소 함유량을 낮추기 위해, 변압기 탱크의 바닥으로 질소 기체를 주입하는 단계를 포함하며, 이때, 상기 차전류 감지 계전기가 입력 전류와 출력 전류 사이의 차이를 검출하며, 입력 전류와 출력 전류의 비가 지정된 한계를 초과하자마자, 상기 차전류 감지 계전기가 입력 및 출력 회로 차단기를 통해 전기 변압기를 트립하고, 이를 격리한다. 덧붙이자면, 본 발명은 폭발이나 최종 화재를 검출하고 예방하여 이에 대하여 전기 변압기를 보호하기 위한 방법 및 장치를 제공하며, 상기 장치는

ⅰ. 입력 전류와 출력 전류 간의 차이를 검출하기 위한 차전류 감지 계전기

ⅱ. 급격한 오일 서지(oil surge)를 검출하기 위한 브흐홀쯔 계전기

ⅲ. 상기 브흐홀쯔 계전기, 또는 그 밖의 다른 감지 수단으로부터의 신호를 수신하는 회로 차단기

ⅳ. 가연성 냉각용 유체의 배출을 위해, 그리고 그에 뒤따라서 밸브를 통해 상기 전기 변압기의 바닥에서부터 질소 기체를 주입하여, 상기 가연성 냉각용 유체를 뒤섞고, 산소의 함유량을 낮추기 위해, 리프팅 자석을 여자하기 위한 제어 신호를 발생하기 위한 제어 유닛

을 포함하며, 이때

ⅴ. 상기 차전류 감지 계전기, 브흐홀쯔 계전기, 회로 차단기로부터의 출력 신호가 제어 유닛으로 전달되면, 상기 제어 유닛이 가연성 냉각용 유체의 배출과, 기체 주입을 활성화시키는 제어 신호를 발생시켜서, 전기 변압기의 폭발이나 최종 화재를 검출하고 예방하며, 이에 대해 전기 변압기를 보호할 수 있다.

덧붙여, 본 발명에 따르면, 질소 기체는 가압된 실린더에 저장되고, 상기 질소 기체의 주입은 지정된 속도로 이뤄지고, 이러한 기체 주입은, 제어 유닛이 발생하는 제어 신호에 의해 활성화되는 밸브에 의해 제어된다.

본원발명의 이점( ADVANTAGE OF THE INVENTION )

1. 본 발명은 변압기에서의 폭발이나 최종 화재의 가능성을 미리(즉, 가연성 냉각용 유체/유전성 오일의 분해 전에) 검출하여 변압기를 보호할 수 있다.

2. 본 발명의 또 다른 이점은 최소한의 지연 시간을 갖고, 폭발이나 최종 화재를 검출하고 이에 대하여 전기 변압기를 보호하기 위한 간단한 시스템 및 방법을 제공하는 것에 관련되어 있다.

3. 본 발명의 또 다른 이점은 입력 전압과 출력 전압을 갖는 스텝업(step up) 변압기, 스텝다운(step down) 변압기와 연계되어 사용될 수 있다는 것이다.

4. 본 발명의 또 다른 이점은 시스템에서 압력 센서, 또는 온도 센서, 또는 증기 센서가 구비될 필요가 없다는 것이다.

Claims

가연성 냉각용 유체(combustible coolant fluid, 11)나 유전성 오일(dielectric oil)의 분해 전에 전기 변압기(electro transformer, 30)에서의 폭발이나 최종 화재를 검출하고 예방하여, 이러한 폭발이나 최종 화재에 대해 전기 변압기를 보호하기 위한 시스템에 있어서, 상기 시스템은

전기 변압기(30)의 고전압 컨덕터(high voltage conductor, 22)로부터의 전류인 입력 전류와 상기 전기 변압기(30)의 저전압 컨덕터(low voltage conductor, 23)로부터의 전류인 출력 전류의 차이를 계산하고, 상기 출력 전류에 대한 상기 입력 전류의 비가 지정 한계보다 클 때, 전류차를 알리는 제 1 신호를 제어 유닛(1)으로 제공하는 차전류 감지 계전기(26)와,

지정 오일 유량(flow rate) 이상의 상기 전기 변압기(30)에서의 오일 서지(oil surge)를 감지하며, 이를 알리는 제 2 신호를 제어 유닛(1)으로 제공하는 브흐홀쯔 계전기(buchholz relay, 18)와,

상기 차전류 감지 계전기(26)와 상기 브흐홀쯔 계전기(18)로부터 제 1 및 제 2 신호들을 수신하고, 그 결과로 제 3 신호를 상기 제어 유닛(1)으로 제공하는 회로 차단기(24)와,

상기 차전류 감지 계전기(26), 브흐홀쯔 계전기(18) 및 회로 차단기(24, 28)로부터 제 1 신호, 제 2 신호 및 제 3 신호를 수신하여, 리프팅 자석(5)을 여자(energize)하는 제어 신호를 발생하는 제어 유닛(1)

을 포함하며, 이때, 상기 제어 신호는 리프팅 자석(5)을 여자하고, 상기 여자된 리프팅 자석(5)에 의해, 배출 밸브(drain valve, 4)를 통해 가연성 냉각용 유체(11)가 배출되고, 질소 방출 밸브(6)를 통해 전기 변압기 탱크(14)의 바닥으로 비활성 기체가 주입되어, 가연성 냉각용 유체(11)가 뒤섞임으로써, 온도와 산소 함유량이 폭발이 시작되는 임계값 이하로 낮아져서, 전기 변압기(30)에서의 폭발이나 최종 화재에 대해 상기 전기 변압기가 보호되는 것을 특징으로 하는, 전기 변압기에서의 폭발이나 최종 화재를 검출하고 예방하여 이러한 폭발이나 최종 화재에 대해 전기 변압기를 보호하기 위한 시스템.
제 1 항에 있어서, 상기 전기 변압기(30)가 가연성 냉각용 유체(11)로 채워져 있는 전기 변압기 탱크(electrical transformer tank, 14)를 갖는 것을 특징으로 하는, 전기 변압기에서의 폭발이나 최종 화재를 검출하고 예방하여 이러한 폭발이나 최종 화재에 대해 전기 변압기를 보호하기 위한 시스템.
삭제
제 1 항에 있어서, 입력 전류와 출력 전류의 비가 1:40을 초과하는 경우, 차전류 감지 계전기(26)가 제 1 신호를 제어 유닛(1)으로 제공하는 것을 특징으로 하는, 전기 변압기에서의 폭발이나 최종 화재를 검출하고 예방하여 이러한 폭발이나 최종 화재에 대해 전기 변압기를 보호하기 위한 시스템.
제 1 항에 있어서, 제어 유닛(1)으로부터 제어 신호를 발생시키고, 배출 밸브(4)를 통해 가연성 냉각용 유체(11)를 배출시키고, 뒤이어서 전기 변압기 탱크(14)의 바닥에서부터 비활성 기체를 주입하는 것은 50 내지 700밀리초(milisecond)의 시간 주기 내에서 수행되는 것을 특징으로 하는, 전기 변압기에서의 폭발이나 최종 화재를 검출하고 예방하여 이러한 폭발이나 최종 화재에 대해 전기 변압기를 보호하기 위한 시스템.
제 1 항에 있어서, 지정된 임계 유량보다 높은, 전기 변압기 컨서베이터(21)로부터 전기 변압기 탱크(14)로의 가연성 냉각용 유체(11)의 흐름이 검출될 때 전기 변압기(30)를 격리하기 위한 파이프 또는 도관(19)이, 상기 전기 변압기(30)와 전기 변압기 컨서베이터 격리 밸브(TCIV: transformer conservator isolation valve)(20) 및 전기 변압기 컨서베이터(21) 사이를 연결하는 것을 특징으로 하는, 전기 변압기에서의 폭발이나 최종 화재를 검출하고 예방하여 이러한 폭발이나 최종 화재에 대해 전기 변압기를 보호하기 위한 시스템.
청구항 제 1 항에 따르는 시스템을 이용하여, 전기 변압기(30)에서의 폭발이나 최종 화재를 검출하고 예방하여, 이러한 폭발이나 최종 화재에 대해 전기 변압기를 보호하기 위한 방법에 있어서, 상기 방법은

a) 차전류 감지 계전기(differential current sensing electrical relay, 26)를 이용하여 전기 변압기(30) 양단의 입력 전류와 출력 전류의 차이를 계산하며, 상기 출력 전류에 대한 상기 입력 전류의 비가 지정된 한계보다 큰 경우, 전류차를 알리는 제 1 신호를 제어 유닛(1)으로 제공하는 단계로서, 이때 상기 입력 전류와 출력 전류는 각각 상기 전기 변압기(30)의 고전압 컨덕터(high voltage conductor, 22)와 저전압 컨덕터(low voltage conductor, 23)로부터의 전류인 것을 특징으로 하는, 제 1 신호 제공 단계와,

b) 브흐홀쯔 계전기(buchholz relay, 18)를 이용하여 지정 오일 유량(flow rate) 이상의 상기 변압기(30)에서의 오일 서지(oil surge)를 감지하고, 이를 알리는 제 2 신호를 제어 유닛(1)으로 제공하는 단계와,

c) 회로 차단기(circuit breaker, 24, 28)가 브흐홀쯔 계전기와 차전류 감지 계전기(26)로부터의 신호를 수신하여 제어 유닛(1)이 제어 신호를 발생하게 하는 제 3 신호를 상기 제어 유닛(1)으로 제공하는 단계와,

d) 제어 유닛(1)이 상기 차전류 감지 계전기(26), 브흐홀쯔 계전기(18) 및 회로 차단기(24, 28)로부터의 제 1 신호, 제 2 신호 및 제 3 신호를 바탕으로 리프팅 자석(5)을 여자(energize)하는 제어 신호를 발생시키는 단계로서, 이때, 상기 제어 신호는 리프팅 자석(5)을 여자하고, 상기 여자된 리프팅 자석(5)에 의해 배출 밸브(drain valve, 4)를 통해 가연성 냉각용 유체(11)가 배출되고, 질소 방출 밸브(6)를 통해 전기 변압기 탱크(14)의 바닥으로 비활성 기체가 주입되어, 가연성 냉각용 유체(11)가 뒤섞임으로써, 온도와 산소 함유량이 폭발이 시작되는 임계값 이하로 낮아져서, 전기 변압기(30)에서의 폭발이나 최종 화재에 대해 상기 전기 변압기가 보호되는 것을 특징으로 하는, 상기 제어 신호 발생 단계

를 포함하는 것을 특징으로 하는, 전기 변압기에서의 폭발이나 최종 화재를 검출하고 예방하여 이러한 폭발이나 최종 화재에 대해 전기 변압기를 보호하기 위한 방법.
제 7 항에 있어서, 상기 제 1 신호 제공 단계 a)에서, 입력 전류와 출력 전류의 비가 1:40을 초과하는 경우, 상기 차전류 감지 계전기(26)가 제 1 신호를 제어 유닛(1)에게 제공하는 것을 특징으로 하는, 전기 변압기에서의 폭발이나 최종 화재를 검출하고 예방하여 이러한 폭발이나 최종 화재에 대해 전기 변압기를 보호하기 위한 방법.
제 7 항에 있어서, 상기 제어 신호 발생 단계 d)에서, 제어 유닛(1)으로부터 제어 신호를 발생시키고, 배출 밸브(4)를 통해 가연성 냉각용 유체(11)를 배출시키고, 뒤 이어서 전기 변압기 탱크(14)의 바닥에서부터 비활성 기체를 주입하는 것은 50 내지 700밀리초(milisecond)의 시간 주기 내에서 수행되는 것을 특징으로 하는, 전기 변압기에서의 폭발이나 최종 화재를 검출하고 예방하여 이러한 폭발이나 최종 화재에 대해 전기 변압기를 보호하기 위한 방법.
삭제
제 7 항에 있어서, 상기 제어 신호 발생 단계 d)에서, 전기 변압기 컨서베이터(transformer conservator, 21)로부터 전기 변압기 탱크(transformer tank, 14)로 가연성 냉각용 유체(11)가 지정된 임계치보다 빠르게 움직일 때, 전기 변압기 컨서베이터 격리 밸브(TCIV: transformer conservator isolation valve)(20)를 이용하여 전기 변압기(30)가 격리되는 것을 특징으로 하는, 전기 변압기에서의 폭발이나 최종 화재를 검출하고 예방하여 이러한 폭발이나 최종 화재에 대해 전기 변압기를 보호하기 위한 방법.
상기 전기 변압기(30)와 청구항 제 1 항에 따르는 시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 변압기 장치.