KR101133107B1 - 고압 계기용 변류기와 저압 계기용 변압기를 포함하는 계기용 변성기, 이를 이용한 일체형 변압기 및 수배전반 - Google Patents

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Abstract

계기용 변성기가 개시된다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 배전용 변압기 전단에서 설치되어 배전선로 전류를 변류하여 출력하는 고압 계기용 변류기; 1 차측은 상기 배전용 변압기 2 차측에 연결되어 상기 배전용 변압기 2 차측 전압을 입력받고, 2 차측은 상기 입력 받은 배전용 변압기 2 차측 전압을 미리 설정된 변압비로 변압하여 출력하는 저압 계기용 변압기; 및 1 차측은 상기 고압 계기용 변류기로부터 상기 변류된 배전선로 전류를 입력받고, 2 차측은 상기 저압 계기용 변압기의 2 차측과 직렬로 연결되며 상기 배전용 변압기의 임피던스에 의한 전압 강하 성분을 보상하는 전압을 출력하는 보상 변압기를 포함한다.

Description

고압 계기용 변류기와 저압 계기용 변압기를 포함하는 계기용 변성기, 이를 이용한 일체형 변압기 및 수배전반{INSTRUMENT TRANSFORMER COMPRISING HIGH VOLTAGE CT AND LOW VOLTAGE PT , ALL IN ONE TRANSFORMER USING THE SAME, AND ALL IN ONE INCOMING AND DISTRIBUTING PANNEL USING THE SAME}
본 발명은 고압 계기용 변류기와 저압 계기용 변압기를 포함하는 계기용 변성기, 이를 이용한 일체형 변압기 및 수배전반에 관한 것이다.
계기용 변성기는 고전압, 대전류가 직접 배전반에 있는 계기나 계전기에 연결되면 대단히 위험하므로 전압, 전류에 비례하는 저전압 예를 들어, 110V 소전류 예를 들어, 5A, 1A, 또는 0.1A로 변성하여 전력계 및 전략량계나 계측기 등의 입력 전류로 사용하기 위한 기기이다.
계기용 변성기에는 계기용 변압기(PT, VT), 계기용 변류기(CT), 계기용 변압기 및 고압 계기용 변류기가 조합된 변성기(PVT, PCT, MOF) 등이 있다.
여기서, 계기용 변압기(PT, Potential Transformer)는 고압 회로의 전압을 이에 비례하는 낮은 전압으로 변성해주는 기기로서, 회로에 병렬로 접속하여 사용하며, 배전반의 전압계, 전력계, 주파수계, 역률계, 표시 등 및 부족 전압 트립 코일(UVC)의 전원으로 사용된다.
고압 계기용 변류기(CT, Current Transformer)는 회로에 흐르고 있는 전류가 크면 접속하는 전선이나 케이블이 굵어지게 되어 계기를 부착하기가 곤란할 뿐 아니라 고압인 관계로 위험하므로, 이에 비례하는 소전류로 변성해주는 기기로서, 회로에 직렬로 접속하여 사용하며, 배전반의 전류계, 전력계, 차단기 트립 코일의 전원으로 사용한다.
고압 계기용 변압 변류기(MOF 또는 PCT, Metering Of Fit)는 계기용 변압기와 변류기를 조합한 것으로 전력 수급용 전력량, 무효 전력량, 및 피크 전력 등을 측정하기 위한 기기이다.
종래, 고압 수용가 수배전반 내의 주 모선(Main busbar)에 흐르는 전압과 전류를 검출하여 부하단의 사용 전력량을 계측하기 위해, 배전용 변압기 전단에서 고전압을 검출하는 고압 계기용 변압기와 배전용 변압기 전단에서 대전류를 검출하는 고압 계기용 변류기가 사용되었다.
종래, 고압 계기용 변성기에 포함된 고압 계기용 변압기에는 고압에 대한 절연을 위해 절연유, 광유, 또는 에폭시 등이 사용되었다. 이때, 고압 절연을 위해 절연유 또는 광유를 사용하는 경우 절연유 열화에 의한 화재의 위험이 있고, 고압 절연을 위해 에폭시를 사용하는 경우 전계에 의한 부분 방전의 발생 또는 절연 열화에 의한 상간 단락 및 지락 사고의 위험이 있었다.
또한, 고압 계기용 변압기는 고압을 계기용 변압기 2 차측 정격 전압 110 V로 낮추기 위해 부피가 클 수 밖에 없었다. 또한, 전기 안전 및 고압 절연을 위한 공간을 위해 별도의 수납 용기(수전반)가 필요하므로 고압 계기용 변성기가 차지하는 부피는 더욱 클 수 밖에 없었고, 그에 따라 고비용 및 고가일 수 밖에 없었다.
이에, 본 발명은 고압 절연의 필요가 없고, 부피가 작고 저가인 고압 계기용 변류기와 저압 계기용 변압기를 포함하는 계기용 변성기를 제공하는데 그 목적이 있다.
이와 더불어, 본 발명은 고압 계기용 변류기와 저압 계기용 변압기와 일체로 형성된 배전용 변압기를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 위와 같은 계기용 변성기와 일체로 형성되는 수배전반을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적들은 이하의 실시예에 대한 설명을 통해 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일 측면에 따르면, 배전용 변압기 전단에서 설치되어 배전선로 전류를 변류하여 출력하는 고압 계기용 변류기; 1 차측은 상기 배전용 변압기 2 차측에 연결되어 상기 배전용 변압기 2 차측 전압을 입력받고, 2 차측은 상기 입력 받은 배전용 변압기 2 차측 전압을 미리 설정된 변압비로 변압하여 출력하는 저압 계기용 변압기; 및 1 차측은 상기 고압 계기용 변류기로부터 상기 변류된 배전선로 전류를 입력받고, 2 차측은 상기 저압 계기용 변압기의 2 차측과 직렬로 연결되며 상기 배전용 변압기의 임피던스에 의한 전압 강하 성분을 보상하는 전압을 출력하는 보상 변압기를 포함하는 것을 특징으로 하는 계기용 변성기가 개시된다.
여기서, 상기 보상 변압기에서 출력되는 보상하는 전압(Vc)은 상기 배전용 변압기의 1차측 전압(V1)에 배전용 변압기의 권수비의 역수(N2 : N1) 및 상기 저압 계기용 변압기의 권수비의 역수(N4 : N3)를 곱한 값((N4/N3)*V2ideal)에서 상기 저압 계기용 변압기의 2 차측 전압(V4)을 뺀 값일 수 있다.
그리고, 상기 보상 변압기는 누설형 변압기일 수 있다.
또한, 상기 저압 계기용 변압기는 권수비가 2 : 1일 수 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 고압 계기용 변류기 및 저압 계기용 변압기와 함께 일체로 형성되는 일체형 배전용 변압기에 있어서, 상기 배전용 변압기 전단 또는 1차 부싱에 설치되어 부하 전류를 변류하여 출력하는 고압 계기용 변류기; 1 차측은 상기 배전용 변압기 2 차측 단자에 연결되어 상기 배전용 변압기 2 차측 전압을 입력받고, 2 차측은 상기 입력 받은 배전용 변압기 2 차측 전압을 미리 설정된 변압비로 변압하여 출력하는 저압 계기용 변압기; 및 1 차측은 상기 고압 계기용 변류기로부터 상기 변류된 부하 전류를 입력받고, 2 차측은 상기 저압 계기용 변압기의 2 차측과 직렬로 연결되며 상기 배전용 변압기의 임피던스에 의한 전압 강하 성분을 보상하는 전압을 출력하는 보상 변압기를 포함하는 것을 특징으로 하는 일체형 배전용 변압기가 제공된다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 계기용 변성기와 일체로 형성되는 수배전반에 있어서, 배전용 변압기 전단 또는 1차 부싱에 연결되어 부하 전류를 변류하여 출력하는 고압 계기용 변류기; 1 차측은 상기 배전용 변압기 2 차측 단자에 연결되어 상기 배전용 변압기 2 차측 전압을 입력받고, 2 차측은 상기 입력 받은 배전용 변압기 2 차측 전압을 미리 설정된 변압비로 변압하여 출력하는 저압 계기용 변압기; 및 1 차측은 상기 고압 계기용 변류기로부터 상기 변류된 부하 전류를 입력받고, 2 차측은 상기 저압 계기용 변압기의 2 차측과 직렬로 연결되며 상기 배전용 변압기의 임피던스에 의한 전압 강하 성분을 보상하는 전압을 출력하는 보상 변압기를 포함하는 것을 특징으로 하는 일체형 수배전반이 제공된다.
본 발명은 배전용 변압기의 2 차측 전압을 사용하여 전력 부하측에서의 소비 전력을 계량할 수 있다. 이때, 배전용 변압기의 2 차측 전압을 사용함에 따른 배전용 변압기 임피던스에 의한 오차는 보상 변압기에 의해 보상될 수 있다. 이와 같이, 저압 계기용 변압기를 사용하여 계기용 변성기를 구성할 수 있으므로, 계기용 변압기에 대해 고압 절연의 필요가 없다. 또한, 계기용 변성기의 부피가 작아지고 계기용 변성기의 제조 단가가 낮아질 수 있다. 또한, 저압용 계기용 변압기를 사용하는 것에 의해 변성기의 사이즈를 1/5 이하로 줄일 수 있으므로, 수전반의 계기용 변성기 수납 공간이 1/5 이하로 줄일 수 있다. 또한, 배전 계통에 고압 계기용 변류기, 저압 계기용 변압기, 보상 변압기, 및 배전용 변압기를 한 번에 용이하게 설치할 수 있다. 또한, 수전반의 계기용 변성기 수납 공간을 1/5 이하로 줄일 수 있으므로, 고압 계기용 변류기, 저압 계기용 변압기, 배전용 변압기, 및 수배전반을 일체로 용이하게 제작할 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 계기용 변성기 및 이를 이용한 전력량계가 배전 계통에 설치된 상태를 나타내는 설치 상태도를 나타낸다.
도 2는 도 1에서의 전압 관계를 설명하기 위한 전압 벡터도를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 고압 계기용 변류기와 저압 계기용 변압기와 일체로 형성된 배전용 변압기가 배전 계통에 설치된 상태를 나타내는 설치 상태도를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 고압 계기용 변류기와 저압 계기용 변압기를 포함하는 계기용 변성기 일체형 수배전반이 배전 계통에 설치된 상태를 나타내는 설치 상태도를 나타낸다.
도 5는 도 4에서의 전압 관계를 설명하기 위한 전압 벡터도를 나타낸다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 고압 계기용 변류기와 저압 계기용 변압기를 포함하는 계기용 변성기 일체형 수배전반이 배전 계통에 설치된 상태를 나타내는 설치 상태도를 나타낸다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다.
일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 도 1을 참조하여, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 고압 계기용 변류기와 저압 계기용 변압기를 포함하는 계기용 변성기에 대하여 설명한다. 하기의 설명에서 구체적인 수치는 예시에 불과하며, 본 발명의 범위를 제한하지 않는다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 계기용 변성기 및 이를 이용한 전력량계가 배전 계통에 설치된 상태를 나타내는 설치 상태도를 나타낸다.
본 발명이 적용되는 배전 계통은 배전 전압이 22.9 kV 등 특고압 및 고압 계통이다. 그리고, 배전 전압은 부하 개폐 회로(LCB, Load Breaker Circuit), 파워 퓨즈(PF, Power Fuse), 차단기(VCB, Vaccum Circuit Breaker), 배전용 변압기(TR, TRansformer), 기중 차단기(ACB, Air Circuit Breaker)를 경유하는 배전선로(1)를 통하여, 전력 부하측(2)에 전달된다. 여기서, 배전용 변압기(TR)의 2 차측 전압은 380V 또는 220 V 등을 포함하는 모든 저압일 수 있다. 부하 개폐 회로(LCB), 파워 퓨즈(PF), 차단기(VCB), 배전용 변압기(TR), 및 기중 차단기(ACB)는 주지된 사항이므로, 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다.
본 발명의 계기용 변성기(100)는 고압 계기용 변류기(110, CT), 및 계기용 변압기(120)를 포함할 수 있다.
고압 계기용 변류기(110)는 배전용 변압기(TR) 전단에 설치되어, 배전선로(1)를 통해 흐르는 큰 부하전류를 고압 계기용 변류기(110) 2 차측 정격 전류 예를 들어 0 내지 5 A로 변환하여 전력량계(200)로 출력할 수 있다. 그리고, 전력량계(200)로 출력된 고압 계기용 변류기 2 차측 전류는 계기용 변압기(120)로 전달될 수 있다. 이때, 고압 계기용 변류기(110) 2 차측 전류는 배전용 변압기(TR)에서의 등가 임피던스에 의한 전압 강하를 보상하는 역할을 할 수 있다. 이에 대한 구체적인 사항은 후술한다.
계기용 변압기(120)는 저압 계기용 변압기(121), 및 보상 변압기(122)를 포함할 수 있다.
저압 계기용 변압기(121)의 1 차측은 배전용 변압기(TR)의 2 차측 상전압을 입력받는다. 그리고, 저압 계기용 변압기(121)의 2 차측 전압은 전력량계(200)로 입력된다. 여기서, 저압 계기용 변압기(121)의 1 차측 전압은 220 V이고, 저압 계기용 변압기(121)의 2 차측 전압은 110 V일 수 있다.
보상 변압기(122)의 1 차측은 고압 계기용 변류기(CT)의 2 차측 전류를 입력받는다. 그리고, 보상 변압기(122)의 2 차측 전압은 전력량계(200)로 입력된다. 보상 변압기(122)의 2 차측은 저압 계기용 변압기(121)의 2 차측과 직렬로 연결된다. 이에 의해, 전력량계(200)에 입력되는 전압은 저압 계기용 변압기(121)의 2 차측 전압과 보상 변압기(122)의 2 차측 전압의 합이 된다. 여기서, 보상 변압기(122)의 2 차측으로 출력되는 전압은 배전용 변압기(TR)의 임피던스(R+jX)에 의한 전압 강하를 보상하는 역할을 한다. 이에 대한 구체적인 사항은 후술한다. 보상 변압기(122)는 자기포화를 방지하기 위해, 일정 형상의 공극(Air Gap)을 가지는 누설형 변압기인 것이 바람직하다. 보상 변압기(122)는 계기용 변압기(120)의 설치 단계에서, 계기용 변압기(120)가 설치될 배전 계통에서의 배전용 변압기(TR)에서의 임피던스에 의한 전압 강하를 보상하기 위해 권수비가 조정될 수 있다. 권수비는 보상 변압기(122)에 구비된 탭(Tab)에 의해 조정될 수 있다. 여기서, 보상 변압기(122)의 2 차측 전압은 1 내지 3 V일 수 있다.
본 발명의 전력량계(200)는 고압 계기용 변류기로부터 입력 받은 전류 및 저압 계기용 변압기 및 보상 변압기로부터 입력 받은 전압을 사용하여 전력 부하측(2)에서 소비하는 전력을 계량할 수 있다.
이하, 도 1 및 도 2를 참조하여, 상술한 계기용 변성기에 의해, 전력 부하측에서 소비되는 전력이 계량되는 프로세스에 대하여 구체적으로 설명한다. 도 2는 도 1에서의 전압 관계를 설명하기 위한 전압 벡터도를 나타낸다. 이하에서, V1, V2ideal, V2real, V4, Vc 등은 벡터(vector)를 의미한다.
가장 먼저, 배전선로(1)를 통해 배전 계통에 배전전압 예를 들어, 22.9 kV가 공급될 수 있다.
이때, 배전선로(1)를 흐르는 대전류는 고압 계기용 변류기(110)에 의해, 계기용 변류기(110) 2 차측 정격 전류 예를 들어, 0 내지 5 A로 변환되어, 전력량계(200)로 전달된다. 그리고, 전력량계(200)로 출력된 고압 계기용 변류기(110) 2 차측 전류는 보상 변압기(122)로 전달될 수 있다.
또한, 부하 개폐 회로(LCB, Load Breaker Circuit), 파워 퓨즈(PF, Power Fuse), 차단기(VCB, Vaccum Circuit Breaker)를 경유하는 배전선로(1)를 통하여, 배전전압 V1이 배전용 변압기(TR) 1 차측에 전달된다. 여기서, 배전용 변압기(TR)는 권수비가 N1 : N2이다. 일반적으로, 배전용 변압기(TR)는 22.9 kV를 380V/220 V로 감압하도록 권수비가 설정된다. 배전용 변압기(TR) 2 차측 전압은 V2ideal =( N2 / N1 )* V1이어야 한다. 여기서, V2ideal은 배전용 변압기(TR) 임피던스에 의한 영향을 배제한 값이다. 다만, 배전용 변압기(TR)의 임피던스에 의한 전압 강하에 의해, 2 차측 전압은 V2real 값이 된다. 여기서, V2real은 배전용 변압기(TR)의 임피던스에 의해, V2ideal에서 크기가 감소하고 위상이 변화된 배전용 변압기 2 차측 전압을 의미한다.
그 다음, 배전용 변압기(TR) 2 차측 전압 V2real은 저압 계기용 변압기(121)의 1 차측에 전달될 수 있다. 여기서, 저압 계기용 변압기(121)는 권수비가 N3 : N4이다. 따라서, 저압 계기용 변압기(121)의 2 차측 전압은 V4=(N4/N3)*V2real일 수 있다.
이때, 보상 변압기(122)의 1 차측은 고압 계기용 변류기(110) 2 차측 전류를 입력받을 수 있다. 그리고, 보상 변압기(122)는 보상 변압기(122)의 임피던스 및 보상 변압기(122)의 권수비(N5 : N6)에 따른 전압 Vc를 2 차측으로 출력할 수 있다. 보상 변압기(122) 2 차측으로 출력되는 전압은 배전용 변압기(TR)에서의 임피던스에 의한 전압 강하를 보상하는 역할을 한다.
구체적으로, 배전용 변압기(TR)의 2 차측 전압은 배전용 변압기(TR)의 임피던스에 의한 전압 강하가 없다면, V2ideal이어야 한다. 즉, V2ideal은 배전용 변압기(TR)의 1 차측 전압과 동일한 위상을 가져야 한다. 다만, 배전용 변압기(TR)의 임피던스에 의해 배전용 변압기(TR) 2 차측 출력 전압은 V2ideal에서 크기가 줄고 위상이 1 만큼 변형된 V2real이 된다. 이때, 저압 계기용 변압기(121) 2 차측 전압 V4=(N4/N3)*V2real이다. 저압 계기용 변압기(121)의 1 차측 전압 예를 들어, 220 V는 배전용 변압기(TR)에 입력되는 전압 예를 들어, 22.9 kV에 비해 무시할 수 있을 만큼 작다. 따라서, 저압 계기용 변압기(121)에서의 임피던스에 의한 전압 강하는 무시할 수 있다. 따라서, 저압 계기용 변압기(121)의 1 차측과 2 차측 전압은 위상이 동일하다고 가정하여도 무방하다. 여기서, V2ideal과 2의 위상차를 가지는 보상 변압기(122)의 2 차측 전압 Vc는 저압 계기용 변압기(121) 2 차측 전압 V4=(N4/N3)*V2real과의 벡터합에 의해, (N4/N3)*V2ideal가 되도록 설계된다. 여기서, (N4/N3)*V2ideal의 크기는 계기용 변압기의 정격 전압 110 V일 수 있다. 즉, 보상 변압기(122)의 2 차측에서 출력되어 배전용 변압기(TR)의 임피던스에 의한 전압 강하를 보상하는 전압은 배전용 변압기(TR)의 1차측 전압(V1)에 배전용 변압기(TR)의 권수비의 역수(N2 : N1) 및 저압 계기용 변압기(121)의 권수비의 역수(N4 : N3)를 곱한 값((N4/N3)*V2ideal)에서 저압 계기용 변압기(121)의 2 차측 전압(V4)을 뺀 값일 수 있다. 정리하면, 저압 계기용 변압기(121)의 2 차측 출력단과 보상 변압기(122)의 2 차측 출력단이 직렬로 연결된 계기용 변압기(120)의 출력단은 (N4/N3)*V2ideal을 전력량계(200)로 제공할 수 있다. 여기서, 보상 변압기(122)의 권수비는 다음의 수학식 1에 의할 수 있다.
Figure 112011065182840-pat00001
앞서 본 바와 같이, 본 발명은 배전용 변압기(TR)의 2 차측 전압을 사용하여 전력 부하측(2)에서의 소비 전력량을 계량할 수 있다. 이때, 배전용 변압기(TR)의 2 차측 전압을 사용함에 따른 배전용 변압기(TR) 임피던스에 의한 오차는 보상 변압기(122)에 의해 보상될 수 있다. 따라서, 계기용 변압기로서, 저압 계기용 변압기를 사용하면서 계기용 변압기의 정격 전압 예를 들어, 110 V를 유지할 수 있다. 이와 같이, 저압 계기용 변압기를 사용하여 계기용 변성기를 구성할 수 있으므로, 고압 절연의 필요가 없다. 또한, 계기용 변성기의 부피가 작아지고 계기용 변성기의 제조 단가가 낮아질 수 있다. 또한, 저압용 계기용 변압기를 사용하는 것에 의해 변성기의 사이즈가 1/5 이하로 줄을 수 있으므로, 수전반의 수납 공간이 절반 이하로 줄을 수 있다.
이하, 도 3을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 고압 계기용 변류기와 저압 계기용 변압기와 일체로 형성된 배전용 변압기에 대하여 설명한다.
도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 고압 계기용 변류기와 저압 계기용 변압기와 일체로 형성된 배전용 변압기가 배전 계통에 설치된 상태를 나타내는 설치 상태도를 나타낸다. 이하에서, 앞서 설명된 사항에 대한 설명은 간단히 하거나 생략한다. 여기서, 용어 "일체"는 고압 계기용 변류기와 저압 계기용 변압기가 배전용 변압기와 매우 견고하게 결합되어 배전용 변압기로부터 용이하게 분리되지 않는다"는 의미, 또는 "배전용 변압기를 제작하는 단계에서 고압 계기용 변류기, 저압 계기용 변압기, 및 배전용 변압기가 하나의 단품으로 제작된다"는 의미를 가질 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 고압 계기용 변류기(310), 저압 계기용 변압기(321), 보상 변압기(322)는 배전용 변압기(TR)과 일체로 형성된다. 여기서, 고압 계기용 변류기(310), 저압 계기용 변압기(321), 보상 변압기(322), 및 배전용 변압기(TR)의 기능 및 작용은 앞서 본 바와 같다. 이때, 고압 계기용 변류기(310)는 배전용 변압기(TR)의 전단 또는 배전용 변압기(TR)의 부싱(bushing)에 연결될 수 있다. 그리고, 저압 계기용 변압기(321)의 1 차측은 배전용 변압기(TR)의 2 차측 단자에 연결될 수 있다. 이에 의해, 배전 계통에 고압 계기용 변류기(310), 저압 계기용 변압기(321), 보상 변압기(322) 및, 배전용 변압기(TR)를 한 번에 용이하게 설치할 수 있다.
이하, 도 4를 참조하여, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 계기용 변성기일체형 수배전반에 대하여 설명한다. 하기의 설명에서 구체적인 수치는 예시에 불과하며, 본 발명의 범위를 제한하지 않는다.
도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 고압 계기용 변류기와 저압 계기용 변압기를 포함하는 계기용 변성기 일체형 수배전반이 배전 계통에 설치된 상태를 나타내는 설치 상태도를 나타낸다. 여기서, 도 4의 실시예는 수배전반에 변압기 뱅크가 1 뱅크로 구비된 경우를 나타낸다.
본 발명이 적용되는 배전 계통은 배전 전압이 22.9 kV 등 특고압 및 고압 계통이다. 그리고, 배전 전압은 부하 개폐 회로(LCB, Load Breaker Circuit), 파워 퓨즈(PF, Power Fuse), 차단기(VCB, Vaccum Circuit Breaker), 배전용 변압기(TR, TRansformer), 기중 차단기(ACB, Air Circuit Breaker)를 경유하는 배전선로(1)를 통하여, 전력 부하측(2)에 전달된다. 여기서, 배전용 변압기(TR)의 2 차측 전압은 380V 또는 220 V 등을 포함하는 모든 저압일 수 있다. 부하 개폐 회로(LCB), 파워 퓨즈(PF), 차단기(VCB), 배전용 변압기(TR), 및 기중 차단기(ACB)는 주지된 사항이므로, 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다.
본 발명의 수배전반(4000)은 계기용 변성기(4100)와 일체로 형성될 수 있다. 여기서, 수배전반은 전력의 수배전에 필요한 각종 계기, 제어 개폐기, 보호 계전기, 계기용 변성기 등을 안전하게 금속함에 설치한 장치를 의미할 수 있다. 수배전반(4000) 자체는 주지된 사항이므로 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다.
여기서, "일체"라는 용어는 "분리가 용이하지 않도록 수배전반(4000)에 계기용 변성기(4100)를 고정한다"는 의미 또는, "수배전반(4000) 제조 단계에서 계기용 변성기(4100)가 부착되어 수배전반(4000)이 계기용 변압기(4100)와 함께 하나의 단품으로 제작된다"는 의미를 포함할 수 있다. 수배전반(4000)의 크기에 따라, 배전용 변압기(TR) 및 계기용 변성기(4100)가 수배전반(4000)과 일체로 형성될 수도 있다.
여기서, 계기용 변성기(4100)는 고압 계기용 변류기(4110, CT), 및 계기용 변압기(4120)를 포함할 수 있다.
고압 계기용 변류기(4110)는 배전용 변압기(TR) 전단에 설치되어, 배전선로(1)를 통해 흐르는 큰 부하전류를 고압 계기용 변류기(4110) 2 차측 정격 전류 예를 들어 0 내지 5 A로 변환하여 전력량계(200)로 출력할 수 있다. 그리고, 전력량계(200)로 출력된 고압 계기용 변류기 2 차측 전류는 계기용 변압기(4120)로 전달될 수 있다. 이때, 고압 계기용 변류기(4110) 2 차측 전류는 배전용 변압기(TR)에서의 등가 임피던스에 의한 전압 강하를 보상하는 역할을 할 수 있다. 이에 대한 구체적인 사항은 후술한다.
계기용 변압기(4120)는 저압 계기용 변압기(4121), 및 보상 변압기(4122)를 포함할 수 있다.
저압 계기용 변압기(4121)의 1 차측은 배전용 변압기(TR)의 2 차측 상전압을 입력받는다. 그리고, 저압 계기용 변압기(4121)의 2 차측 전압은 전력량계(200)로 입력된다. 여기서, 저압 계기용 변압기(4121)의 1 차측 전압은 220 V이고, 저압 계기용 변압기(4121)의 2 차측 전압은 110 V일 수 있다.
보상 변압기(4122)의 1 차측은 고압 계기용 변류기(CT)의 2 차측 전류를 입력받는다. 그리고, 보상 변압기(4122)의 2 차측 전압은 전력량계(200)로 입력된다. 보상 변압기(4122)의 2 차측은 저압 계기용 변압기(4121)의 2 차측과 직렬로 연결된다. 이에 의해, 전력량계(200)에 입력되는 전압은 저압 계기용 변압기(4121)의 2 차측 전압과 보상 변압기(4122)의 2 차측 전압의 합이 된다. 여기서, 보상 변압기(4122)의 2 차측으로 출력되는 전압은 배전용 변압기(TR)의 임피던스(R+jX)에 의한 전압 강하를 보상하는 역할을 한다. 이에 대한 구체적인 사항은 후술한다. 보상 변압기(4122)는 자기포화를 방지하기 위해, 일정 형상의 공극(Air Gap)을 가지는 누설형 변압기인 것이 바람직하다. 보상 변압기(4122)는 계기용 변압기(4120)의 설치 단계에서, 계기용 변압기(4120)가 설치될 배전 계통에서의 배전용 변압기(TR)에서의 임피던스에 의한 전압 강하를 보상하기 위해 권수비가 조정될 수 있다. 권수비는 보상 변압기(4122)에 구비된 탭(Tab)에 의해 조정될 수 있다. 여기서, 보상 변압기(4122)의 2 차측 전압은 1 내지 3 V일 수 있다.
본 발명의 전력량계(200)는 고압 계기용 변류기로부터 입력 받은 전류 및 저압 계기용 변압기 및 보상 변압기로부터 입력 받은 전압을 사용하여 전력 부하측(2)에서 소비하는 전력을 계량할 수 있다.
이하, 도 4 및 도 5를 참조하여, 상술한 계기용 변성기에 의해, 전력 부하측에서 소비되는 전력이 계량되는 프로세스에 대하여 구체적으로 설명한다. 도 5는 도 4에서의 전압 관계를 설명하기 위한 전압 벡터도를 나타낸다. 이하에서, V1, V2ideal, V2real, V4, Vc 등은 벡터(vector)를 의미한다.
가장 먼저, 배전선로(1)를 통해 배전 계통에 배전전압 예를 들어, 22.9 kV가 공급될 수 있다.
이때, 배전선로(1)를 흐르는 대전류는 고압 계기용 변류기(4110)에 의해, 계기용 변류기(4110) 2 차측 정격 전류 예를 들어, 0 내지 5 A로 변환되어, 전력량계(200)로 전달된다. 그리고, 전력량계(200)로 출력된 고압 계기용 변류기(4110) 2 차측 전류는 보상 변압기(4122)로 전달될 수 있다.
또한, 부하 개폐 회로(LCB, Load Breaker Circuit), 파워 퓨즈(PF, Power Fuse), 차단기(VCB, Vaccum Circuit Breaker)를 경유하는 배전선로(1)를 통하여, 배전전압 V1이 배전용 변압기(TR) 1 차측에 전달된다. 여기서, 배전용 변압기(TR)는 권수비가 N1 : N2이다. 일반적으로, 배전용 변압기(TR)는 22.9 kV를 380V/220 V로 감압하도록 권수비가 설정된다. 배전용 변압기(TR) 2 차측 전압은 V2ideal =( N2 / N1 )* V1이어야 한다. 여기서, V2ideal은 배전용 변압기(TR) 임피던스에 의한 영향을 배제한 값이다. 다만, 배전용 변압기(TR)의 임피던스에 의한 전압 강하에 의해, 2 차측 전압은 V2real 값이 된다. 여기서, V2real은 배전용 변압기(TR)의 임피던스에 의해, V2ideal에서 크기가 감소하고 위상이 변화된 배전용 변압기 2 차측 전압을 의미한다.
그 다음, 배전용 변압기(TR) 2 차측 전압 V2real은 저압 계기용 변압기(4121)의 1 차측에 전달될 수 있다. 여기서, 저압 계기용 변압기(4121)는 권수비가 N3 : N4이다. 따라서, 저압 계기용 변압기(4121)의 2 차측 전압은 V4=(N4/N3)*V2real일 수 있다.
이때, 보상 변압기(4122)의 1 차측은 고압 계기용 변류기(4110) 2 차측 전류를 입력받을 수 있다. 그리고, 보상 변압기(4122)는 보상 변압기(4122)의 임피던스 및 보상 변압기(4122)의 권수비(N5 : N6)에 따른 전압 Vc를 2 차측으로 출력할 수 있다. 보상 변압기(4122) 2 차측으로 출력되는 전압은 배전용 변압기(TR)에서의 임피던스에 의한 전압 강하를 보상하는 역할을 한다.
구체적으로, 배전용 변압기(TR)의 2 차측 전압은 배전용 변압기(TR)의 임피던스에 의한 전압 강하가 없다면, V2ideal이어야 한다. 즉, V2ideal은 배전용 변압기(TR)의 1 차측 전압과 동일한 위상을 가져야 한다. 다만, 배전용 변압기(TR)의 임피던스에 의해 배전용 변압기(TR) 2 차측 출력 전압은 V2ideal에서 크기가 줄고 위상이 1 만큼 변형된 V2real이 된다. 이때, 저압 계기용 변압기(4121) 2 차측 전압 V4=(N4/N3)*V2real이다. 저압 계기용 변압기(4121)의 1 차측 전압 예를 들어, 220 V는 배전용 변압기(TR)에 입력되는 전압 예를 들어, 22.9 kV에 비해 무시할 수 있을 만큼 작다. 따라서, 저압 계기용 변압기(4121)에서의 임피던스에 의한 전압 강하는 무시할 수 있다. 따라서, 저압 계기용 변압기(4121)의 1 차측과 2 차측 전압은 위상이 동일하다고 가정하여도 무방하다. 여기서, V2ideal과 2의 위상차를 가지는 보상 변압기(4122)의 2 차측 전압 Vc는 저압 계기용 변압기(4121) 2 차측 전압 V4=(N4/N3)*V2real과의 벡터합에 의해, (N4/N3)*V2ideal가 되도록 설계된다. 여기서, (N4/N3)*V2ideal의 크기는 계기용 변압기의 정격 전압 110 V일 수 있다. 즉, 보상 변압기(4122)의 2 차측에서 출력되어 배전용 변압기(TR)의 임피던스에 의한 전압 강하를 보상하는 전압은 배전용 변압기(TR)의 1차측 전압(V1)에 배전용 변압기(TR)의 권수비의 역수(N2 : N1) 및 저압 계기용 변압기(4121)의 권수비의 역수(N4 : N3)를 곱한 값((N4/N3)*V2ideal)에서 저압 계기용 변압기(4121)의 2 차측 전압(V4)을 뺀 값일 수 있다. 정리하면, 저압 계기용 변압기(4121)의 2 차측 출력단과 보상 변압기(4122)의 2 차측 출력단이 직렬로 연결된 계기용 변압기(4120)의 출력단은 (N4/N3)*V2ideal을 전력량계(200)로 제공할 수 있다. 여기서, 보상 변압기(4122)의 권수비는 다음의 수학식 2에 의할 수 있다.
Figure 112011065182840-pat00002
앞서 본 바와 같이, 본 발명은 배전용 변압기(TR)의 2 차측 전압을 사용하여 전력 부하측(2)에서의 소비 전력량을 계량할 수 있다. 이때, 배전용 변압기(TR)의 2 차측 전압을 사용함에 따른 배전용 변압기(TR) 임피던스에 의한 오차는 보상 변압기(4122)에 의해 보상될 수 있다. 따라서, 계기용 변압기로서, 저압 계기용 변압기를 사용하면서 계기용 변압기의 정격 전압 예를 들어, 110 V를 유지할 수 있다. 이와 같이, 저압 계기용 변압기를 사용하여 계기용 변성기를 구성할 수 있으므로, 고압 절연의 필요가 없다. 또한, 계기용 변성기의 부피가 작아지고 계기용 변성기의 제조 단가가 낮아질 수 있다. 또한, 저압용 계기용 변압기를 사용하는 것에 의해 변성기의 사이즈가 1/5 이하로 줄을 수 있으므로, 수전반의 수납 공간이 절반 이하로 줄을 수 있다.
이하, 도 6을 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 계기용 변성기와 일체로 형성된 수배전반에 대하여 설명한다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 고압 계기용 변류기와 저압 계기용 변압기를 포함하는 계기용 변성기 일체형 수배전반이 배전 계통에 설치된 상태를 나타내는 설치 상태도를 나타낸다. 이하에서, 앞서 설명된 사항에 대한 설명은 간단히 하거나 생략한다. 여기서, 도 6의 실시예는 수배전반에 변압기 뱅크가 2 뱅크 이상으로 구비된 경우를 나타낸다.
도 6에 도시된 바와 같이, 계기용 변성기(6300)은 수배전반(6000)과 일체로 형성된다. 여기서, 고압 계기용 변류기(6310), 저압 계기용 변압기(6321), 보상 변압기(6322), 및 배전용 변압기(TR)의 기능 및 작용은 앞서 본 바와 같다. 이때, 고압 계기용 변류기(6310)는 배전용 변압기(TR)의 전단 또는 배전용 변압기(TR)의 부싱(bushing)에 연결될 수 있다. 그리고, 저압 계기용 변압기(6321)의 1 차측은 배전용 변압기(TR)의 2 차측 단자에 연결될 수 있다. 이에 의해, 배전 계통에 고압 계기용 변류기(6310), 저압 계기용 변압기(6321), 보상 변압기(6322), 및 배전용 변압기(TR)를 한 번에 용이하게 설치할 수 있다. 그리고, 경우에 따라, 계기용 변성기(6300)와 배전용 변압기(TR)가 수배전반(6000)과 일체로 형성될 수 있다.
상기한 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대해 통상의 지식을 가진 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 하기의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.
100 : 계기용 변성기 110, 310 : 고압 계기용 변류기
120, 320 : 계기용 변압기 121, 321 : 저압 계기용 변압기
122, 322 : 보상 변압기 200 : 전력량계

Claims (6)

  1. 배전용 변압기 전단에서 설치되어 배전선로 전류를 변류하여 출력하는 고압 계기용 변류기;
    1 차측은 상기 배전용 변압기 2 차측에 연결되어 상기 배전용 변압기 2 차측 전압을 입력받고, 2 차측은 상기 입력 받은 배전용 변압기 2 차측 전압을 미리 설정된 변압비로 변압하여 출력하는 저압 계기용 변압기; 및
    1 차측은 상기 고압 계기용 변류기로부터 상기 변류된 배전선로 전류를 입력받고, 2 차측은 상기 저압 계기용 변압기의 2 차측과 직렬로 연결되며 상기 배전용 변압기의 임피던스에 의한 전압 강하 성분을 보상하는 전압을 출력하는 보상 변압기를 포함하는 것을 특징으로 하는 계기용 변성기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 보상 변압기에서 출력되는 보상하는 전압은
    상기 배전용 변압기의 1차측 전압에 배전용 변압기의 권수비의 역수 및 상기 저압 계기용 변압기의 권수비의 역수를 곱한 값에서 상기 저압 계기용 변압기의 2 차측 전압을 뺀 값인 것을 특징으로 하는 계기용 변성기.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 보상 변압기는 누설형 변압기인 것을 특징으로 하는 계기용 변성기.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 저압 계기용 변압기는 권수비가 2 : 1인 것을 특징으로 하는 계기용 변성기.
  5. 고압 계기용 변류기 및 저압 계기용 변압기와 함께 일체로 형성되는 일체형 배전용 변압기에 있어서,
    상기 배전용 변압기 전단 또는 1차 부싱에 설치되어 부하 전류를 변류하여 출력하는 고압 계기용 변류기;
    1 차측은 상기 배전용 변압기 2 차측 단자에 연결되어 상기 배전용 변압기 2 차측 전압을 입력받고, 2 차측은 상기 입력 받은 배전용 변압기 2 차측 전압을 미리 설정된 변압비로 변압하여 출력하는 저압 계기용 변압기; 및
    1 차측은 상기 고압 계기용 변류기로부터 상기 변류된 부하 전류를 입력받고, 2 차측은 상기 저압 계기용 변압기의 2 차측과 직렬로 연결되며 상기 배전용 변압기의 임피던스에 의한 전압 강하 성분을 보상하는 전압을 출력하는 보상 변압기를 포함하는 것을 특징으로 하는 일체형 배전용 변압기.
  6. 계기용 변성기와 일체로 형성되는 수배전반에 있어서,
    배전용 변압기 전단 또는 1차 부싱에 연결되어 부하 전류를 변류하여 출력하는 고압 계기용 변류기;
    1 차측은 상기 배전용 변압기 2 차측 단자에 연결되어 상기 배전용 변압기 2 차측 전압을 입력받고, 2 차측은 상기 입력 받은 배전용 변압기 2 차측 전압을 미리 설정된 변압비로 변압하여 출력하는 저압 계기용 변압기; 및
    1 차측은 상기 고압 계기용 변류기로부터 상기 변류된 부하 전류를 입력받고, 2 차측은 상기 저압 계기용 변압기의 2 차측과 직렬로 연결되며 상기 배전용 변압기의 임피던스에 의한 전압 강하 성분을 보상하는 전압을 출력하는 보상 변압기를 포함하는 것을 특징으로 하는 일체형 수배전반.
KR1020110083758A 2011-08-23 2011-08-23 고압 계기용 변류기와 저압 계기용 변압기를 포함하는 계기용 변성기, 이를 이용한 일체형 변압기 및 수배전반 KR101133107B1 (ko)

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