KR101303122B1

KR101303122B1 - 자기 진단 변성기

Info

Publication number: KR101303122B1
Application number: KR1020120124785A
Authority: KR
Inventors: 김연수
Original assignee: 동우전기 주식회사
Priority date: 2012-11-06
Filing date: 2012-11-06
Publication date: 2013-09-09

Abstract

본 발명의 실시예에 따른 자기 진단 변성기는, 외형을 이루는 몸체; 상기 몸체 내부에 수용되는 변류기 및 변압기; 상기 몸체의 외부 일측에 제공되며, 고전류가 입출력되는 1차 단자부; 상기 몸체의 외부 타측에 제공되며, 상기 변류기 및 변압기의 2차 단자부와 부분 방전 검출 단자 및 상기 2차 단자부와 부분 방전 검출 단자를 덮는 단자 커버를 포함하는 2차 단자부; 상기 몸체 내부에 수용되며, 상기 변압기의 부분 방전을 검출하는 자기 진단 센서; 및 상기 몸체의 외부 일면에 고정되는 중성점 접지 단자를 포함하고, 상기 변압기의 1차 코일의 접지선이 상기 자기 진단 센서를 관통하여 상기 중성점 접지 단자에 연결되고, 상기 자기 진단 센서는 HFCT를 포함한다.

Description

자기 진단 변성기{Self-diagnosis instrument transformer}

본 발명은 자기 진단 변성기에 관한 것으로서, 부분 방전 검출을 위한 자기 진단 센서(HFCT:High Frequency Current Transformer}가 내장된 변성기에 관한 것이다. 상세히, 전력 수급용 변성기, 즉 계기용 변압 변류기가 절연 열화 등으로 부분 방전(partial discharge)이 발생할 때 이에 수반되어 흐르는 전류의 신호로부터 부분 방전량을 검출하도록 하는 변성기에 관한 것이다.

활선 상태인 전력 기기의 안전성에 관해서는 항시 불안하고, 고장이나 전기적 사고에 대해서 우려하게 된다. 활선 상태의 전력 기기에서 절연파괴 사고가 발생하면, 전기적 파급으로 다른 기기에 손상이 생길 수 있고, 정전으로 인하여 사업장 조업이 중단될 수 있으며, 때로는 화재로 이어져 경제적 손실과 인적 상해를 초래하게 된다.

더욱이, 활선 상태의 전력 기기에 대한 안전 점검을 하는 것이 그리 용이하지는 않다. 이와 같은 전력 기기의 사고가 발생하게 되는 것은 절연부의 열화에 기인하는 것이 대부분이며, 절연부가 열화되면 부분 방전이 발생한다.

종래에는, 결합 콘덴서(Coupling Capacitor)를 고전압 코일의 전원단에 연결하여 부분 방전을 검출하는 방법이 검출감도(Detection Sensitivity)가 높아 활용도가 컸었다. 그러나, 상기 결합 콘덴서에 연결된 도선이나 변압기의 정전 용량 (Electrostatic Capacity)에 따라 검출 신호가 변하는 문제가 있고, 부분 방전을 검출하기 위한 주파수 대역을 충족하려면 결합 콘덴서(Coupling Capacitor)의 용량이 커야 하는 단점이 있다.

또한, 이와 같은 결합 콘덴서는 해당 변성기의 절연 레벨(Insulation Level)에 상당하는 절연 내력을 가져야 하므로, 부피가 커져서 몰드 변성기와 같은 건식 변성기에 내장하기에는 어려움이 있다.

또한, 세라믹(Ceramic)이 주재료인 결합 콘덴서(Coupling Capacitor)는 온도변화에 따라 용량이 크게 변하는 단점이 있고, 몰드 변성기의 성형 재료와 비교하여 선팽창 계수가 현저하게 차이가 나기 때문에, 성형하는 조건에서는 적절하지 못하다.

또다른 방법의 부분 방전 검출 방법으로서, 루프 안테나(Loop Antena)로 전자파를 검출하거나, 음파를 진동 픽업(Vibration Pickup)하는 방법 및 로고스키코일(Rogoski Coli)로 접지선에 흐르는 전류를 통하여 검출하는 방법이 있으나, 이들은 검출 감도 (Detection Sensitivity)가 약한 문제점이 있다.

본 발명은 상술한 바와 같은 부분 방전검출 방법이 가지는 문제점을 개선하기 위하여 제안된 것으로서, 전력 수급용 변성기에서 발생하는 부분 방전을 간편하고 쉬운 방법으로 검출하고, 본 발명의 실시예에 따른 검출 방법을 이용하여 활선 상태에서 변성기의 부분 방전을 진단할 수 있는 자기 진단 변성기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 변압기부와 변류기부가 수평하게 제공되는 몰드 변성기에 본 발명의 실시예에 따른 부분 방전 검출 구성이 제공되도록 함으로써, 몸체에 내장하고 수납공간 활용도를 높일 수 있는 자기 진단 변성기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 자기 진단 변성기는, 외형을 이루는 몸체; 상기 몸체 내부에 수용되는 변류기 및 변압기; 상기 몸체의 외부 일측에 제공되며, 고전류가 입출력되는 1차 단자부; 상기 몸체의 외부 타측에 제공되며, 상기 변류기 및 변압기의 2차 단자와 부분 방전 검출 단자 및 상기 2차 단자들과 부분 방전 검출 단자를 덮는 단자 커버를 포함하는 2차 단자부; 상기 몸체 내부에 수용되고, 상기 변압기의 부분 방전을 감지하며, 상기 부분 방전 검출 단자와 전기적으로 연결되는 자기 진단 센서(HFCT); 상기 부분 방전 검출 단자에 연결되어, 상기 자기 진단 센서에서 감지된 상기 변압기의 부분 방전량을 검출하는 부분 방전 검출기; 및 상기 몸체의 외부 일면에 고정되는 중성점 접지 단자를 포함하고, 상기 변압기의 1차 코일의 접지선은 상기 자기 진단 센서를 관통하여 상기 중성점 접지 단자에 연결되는 자기 진단 변성기이고, 상기 자기 진단 변성기는, 각 상마다 상기 변류기 및 변압기가 각각 제공되는 3상 변성기이고, 상기 자기 진단 센서는, 상기 중성점 접지 단자 이전 지점에 배치되도록, 상기 변압기들의 1차 코일 접지선에 각각 제공되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 실시예에 따른 자기 진단 변성기에 의하면 다음과 같은 효과가 있다.

상세히, 본 발명의 자기 진단 변성기는, 몸체에 내장된 자기 진단 센서(HFCT)에 변압기의 1차 코일 접지선을 통과시켜, 여기에 흐르는 전류에서 부분 방전 신호를 검출하고, 검출된 신호는 2차 단자부의 검출 단자를 거쳐 2차 단자부 커버에 고정된 BNC 커넥터로 전달되며, 상기 BNC 커넥터에 부분 방전 검출기(detector)를 연결하여 부분 방전량을 검출하는 구조를 이룬다.

이와 같이, 부분 방전 신호를 접지 측에서 검출하고, 부분 방전 검출기가 연결되는 2차 단자 커버에 고정된 BNC 커넥터와, 고전압이 충전된 입출력 단자부가 서로 반대 방향에 있기 때문에, 활선 상태에서 안전하게 부분 방전을 진단할 수 있는 장점이 있다.

또한, 몸체 내에 변압기부와 변류기부를 가로 방향, 구체적으로는 전후 방향으로 배치하고, 2차 단자부의 반대편 변류기부의 상단면에 입출력 단자부가 구비되는 수평 구조의 몰드 변성기에 본 발명의 실시예에 따른 자기 진단 센서가 내장됨으로써, 종래의 수직형 몰드 변성기에 비하여 함 내부에 수납 공간이 보다 더 확보될 수 있다. 그 결과, 다른 전력 기기의 수납이 가능하게 되고, 수배전반 설비가 간소화되어 경제성이 뛰어난 장점이 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 부분 방전 진단 시스템은 유입식 3상 변성기에도 몰드 변성기와 동일한 방법으로 제공될 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 몰드 변성기의 외형을 보여주는 사시도.
도 2는 상기 몰드 변성기의 내부 구조를 보여주는 우측면도.
도 3은 상기 몰드 변성기의 부분 방전 검출기를 보여주는 블럭도.
도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 유입식 3상 변성기의 내부정면도.
도 5는 상기 3상 변성기의 내부좌측면도.

도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 몰드 변성기의 외형을 보여주는 사시도이고, 도 2는 상기 몰드 변성기의 내부 구조를 보여주는 우측면도이며, 도 3은 상기 몰드 변성기의 부분 방전 검출기를 보여주는 블럭도이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 몰드 변성기(10)는, 고정판(160)과, 상기 고정판(160) 위에 놓이고 상기 몰드 변성기(10)의 외형을 이루며, 에폭시 수지로 성형된 몸체(100)와, 상기 몸체(100) 내부에 수용되는 변압기(110) 및 변류기(120)와, 상기 몸체(100)의 후측 상단에 구비되는 입출력 단자부(140)와, 상기 몸체(100)의 외부 전단에 구비되는 2차 단자부(150)와, 상기 변압기(110)와 변류기(120) 사이에 제공되는 자기 진단 센서(HFCT)(130) 및 상기 2차 단자부(150)에 연결되는 부분 방전 검출기(300)를 포함한다.

상세히, 상기 입출력 단자부(140)는, 입력 단자부(141)와 출력 단자부(142)를 포함한다. 그리고, 상기 변압기(110)는 상기 변류기(120)의 전방에 놓여서 수평 구조의 변성기를 이룬다.

또한, 상기 변류기(120)는 상기 입력 단자부(141)로부터 유입되는 고전류를 저전류로 변환시키는 것으로서, 상기 입력 단자부(141)와 출력 단자부(142)의 하단에 연결되어 상기 입력 단자부(141)로부터 고전류가 유입 및 유출되는 변류기 1차 코일(121)과, 상기 변류기 1차 코일(121)을 관통하는 변류기 철심(123) 및 상기 변류기 철심(123) 전체에 감겨져서 저전류가 유도되는 변류기 2차 코일(122)을 포함한다.

또한, 상기 변압기(110)는, 고전압이 걸리는 변압기 1차 코일(111)과, 저전압이 유도되는 변압기 2차 코일(112) 및 상기 변압기 2차 코일을 관통하는 변압기 철심(113)을 포함한다. 그리고, 상기 입력 단자부(141)에서 코일 리드선(101)이 연장되어 상기 변압기 1차 코일(111)에 연결된다.

상세히, 상기 변압기 철심(113)은 내철형 권철심으로서 상기 변류기 철심(123)과 직교하는 형태로 배치될 수 있다. 그리고, 상기 변압기 철심(113)과 변류기 철심(123)은 상기 몸체(100)의 바닥면에 세워지는 형태로 놓일 수 있다.

또한, 상기 자기 진단 센서(130)는, 페라이트 코어(131)에 적정한 인덕턴스를 가지는 신호 검출 코일(132)이 권선되어 링 형태를 이룬다. 상기 페라이트 코어(131)는 신호 응답 특성과 부분 방전을 감지 및 검출하는 주파수 대역 확보 특성이 중요하다. 따라서, 삽입 손실이 적은 고투자율의 자성체로 만들 필요가 있으며, 이를 위해 산화철(Fe₂O₃)에 망간(Mg), 니켈(Ni), 아연(Zn), 구리(Cu) 등의 금속을 합금하여 소결 처리한 소자로 구성될 수 있다. 이러한 구조에 의하여, 상기 자기 진단 센서(130)는, 적정한 인덕턴스를 갖는 상기 신호 검출 코일(132)로부터 부분 방전 신호를 검출하게 된다.

또한, 상기 몸체(100)의 후면 하단에는 중성점 접지 단자(113)가 구비되고, 상기 변압기 1차 코일(111)의 접지선(112)은 상기 자기 진단 센서(130)를 관통하여 상기 중섬점 접지 단자(113)에 연결된다.

또한, 상기 2차 단자부(150)는, 변압기 2차 단자(151)와, 변류기 2차 단자(152) 및 부분 방전 검출 단자(153) 및 이들을 덮어서 보호하는 단자 커버(154)를 포함한다.

상세히, 상기 자기 진단 센서(130)의 신호 검출 코일(132)의 인출선(133)은 상기 부분 방전 검출 단자(153)에 연결된다. 그리고, 상기 부분 방전 검출 단자(153)는 상기 단자 커버(154)에 고정되는 BNC 커넥터(155)에 차폐선에 의하여 연결된다. 그리고, 상기 BNC 커넥터(155)는 차폐선에 의하여 부분 방전 검출기(partial discharge detector)에 연결되어, 부분 방전량이 측정된다.

한편, 도 3에 도시된 부분 방전 검출기에 의한 부분 방전량 측정 과정에 대하여 살펴보면, 상기 BNC 커넥터(155)로부터 차폐선을 통하여 전송되는 아날로그 입력 데이터(Analog Input Data)는 아날로그 디지털 변환기(ADC:Anlog-to-Digital Converter)를 통과하면서 디지털 신호로 변환된다. 그리고, 아날로그 디지털 변환기를 통과하면서 변환된 디지털 신호는 저역통과 필터(LPF:Low Pass Filter)를 통과하면서 로우(Low) 신호만 통과하게 된다. 그리고, 상기 저역통과 필터를 통과한 로우 신호는 증폭기(Amplifier)에서 증폭되고, 증폭된 신호를 이용하여 오실레이터에서 부분 방전량이 측정된다.

한편, 상기에서 기술한 바와 같이 본 실시예에 따른 자기진단 변성기(10)는, 변압기(110)와 변류기(120)가 전후 방향으로 놓이는 수평구조로써, 종래의 수직형 변성기에 비해 수배전반 내에서 더 넓은 수납공간이 확보되므로, 이 공간에 다른 전력 기기를 수납할 수 있는 장점이 있다.

도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 유입식 3상 변성기의 내부 정면도이고, 도 5는 상기 3상 변성기의 내부 좌측면도이다.

도 4 및 도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 자기 진단 센서(HFCT)가 3상 변성기의 각 상에 각각 연결되어 부분 방전을 검출할 수 있다.

상세히, 상기 3상 변성기(20)는, 3개의 애자 부싱(270)과, 1개의 접지 부싱(271)으로 구성된다. 그리고, 상기 3개의 애자 부싱(270) 각각에는 입출력 단자부(240)가 구비되며, 상기 접지 부싱(271)의 상단에는 중성점 접지 단자(213)가 구비된다.

상기 3상 변성기(20)는, 고정판(260)과, 상기 고정판(260)의 상면에 놓이고 외형을 이루는 몸체(200)와, 상기 몸체(200) 내부에 수용되며, 상기 애자 부싱(270)의 개수에 대응하는 개수의 변류기(220) 및 변압기(210)와, 상기 몸체(200)의 전면 상단에 구비되는 2차 단자부(250)와, 상기 각각의 변압기(210) 전방에 위치하며, 제 1 실시예와 동일한 3개의 자기 진단 센서(HFCT)(230) 및 상기 2차 단자부(150)에 연결되는 부분 방전 검출기(미도시)를 포함한다. 상기 자기 진단 센서(230)는, 페라이트 코어(231)에 적정한 인덕턴스를 가지는 신호 검출 코일(232)이 권선되어 링 형태를 이룬다. 본 실시예에서의 부분 방전 검출기도 상기 제 1 실시예와 동일한 부분 방전 검출기이며, 이에 대한 상세 설명은 생략하기로 한다.

이하에서는 3상 중 어느 한 상에 대응하는 변압기에 제공되는 자기 진단 센서(230)에 대해서 대표로 설명하도록 한다.

상세히, 상기 입출력 단자부(240)는, 제 1 실시예와 마찬가지로 입력 단자와 출력 단자를 포함한다. 그리고, 상기 변압기(210)는 상기 변류기(220)의 전방에 놓여서 수평 구조의 변성기를 이룬다.

또한, 상기 변류기(220)는, 상기 제 1 실시예에 제시된 변류기(120)와 마찬가지로, 입력 단자부로부터 유입되는 고전류를 저전류로 변환시키는 것으로서, 입력 단자와 출력 단자의 하단에 연결되어 상기 입력 단자부로부터 고전류가 유입 및 유출되는 변류기 1차 코일과, 상기 변류기 1차 코일을 관통하는 변류기 철심 및 상기 변류기 철심 전체에 감겨져서 저전류가 유도되는 변류기 2차 코일을 포함한다.

또한, 상기 변압기(210)도, 상기 제 1 실시예에 제시된 변압기(110)와 마찬가지로, 고전압이 걸리는 변압기 1차 코일과, 저전압이 유도되는 변압기 2차 코일 및 상기 변압기 2차 코일을 관통하는 변압기 철심을 포함한다. 그리고, 상기 입력 단자부에서 코일 리드선이 연장되어 상기 변압기 1차 코일에 연결된다.

또한, 상기 변압기 1차 코일의 접지선(212)은 상기 자기 진단 센서(230)를 관통하여 상기 중섬점 접지 단자(213)에 연결된다.

또한, 상기 2차 단자부(250)는, 변압기 2차 단자(251)와, 변류기 2차 단자(252) 및 부분 방전 검출 단자(253) 및 이들을 덮어서 보호하는 단자 커버(254)를 포함한다. 그리고, 제 1 실시예와 마찬가지로, 상기 자기 진단 센서(230)의 신호 검출 코일(232)의 인출선(233)은 상기 부분 방전 검출 단자(253)에 연결된다. 그리고, 상기 부분 방전 검출 단자(253)는 상기 단자 커버(254)에 고정되는 BNC 커넥터(255)에 차폐선에 의하여 연결된다. 그리고, 상기 BNC 커넥터(255)는 차폐선에 의하여 부분 방전 검출기에 연결되어, 부분 방전량이 측정된다.

Claims

외형을 이루는 몸체;
상기 몸체 내부에 수용되는 변류기 및 변압기;
상기 몸체의 외부 일측에 제공되며, 고전류가 입출력되는 1차 단자부;
상기 몸체의 외부 타측에 제공되며, 상기 변류기 및 변압기의 2차 단자와 부분 방전 검출 단자 및 상기 2차 단자들과 부분 방전 검출 단자를 덮는 단자 커버를 포함하는 2차 단자부;
상기 몸체 내부에 수용되고, 상기 변압기의 부분 방전을 감지하며, 상기 부분 방전 검출 단자와 전기적으로 연결되는 자기 진단 센서(HFCT);
상기 부분 방전 검출 단자에 연결되어, 상기 자기 진단 센서에서 감지된 상기 변압기의 부분 방전량을 검출하는 부분 방전 검출기; 및
상기 몸체의 외부 일면에 고정되는 중성점 접지 단자를 포함하고,
상기 변압기의 1차 코일의 접지선은 상기 자기 진단 센서를 관통하여 상기 중성점 접지 단자에 연결되는 자기 진단 변성기이고,
상기 자기 진단 변성기는,
각 상마다 상기 변류기 및 변압기가 각각 제공되는 3상 변성기이고,
상기 자기 진단 센서는, 상기 중성점 접지 단자 이전 지점에 배치되도록, 상기 변압기들의 1차 코일 접지선에 각각 제공되는 것을 특징으로 하는 자기 진단 변성기.
제 1 항에 있어서,
상기 변압기가 상기 변류기로부터 수평 방향으로 이격되는 곳에 배치되는 수평형 몰드 변성기를 포함하는 자기 진단 변성기.
삭제
제 1 항에 있어서,
상기 자기 진단 센서는,
페라이트 코어; 및
상기 페라이트 코어에 권선되어 소정의 인덕턴스를 가지며, 부분 방전 신호를 검출하는 신호 검출 코일을 포함하고,
상기 신호 검출 코일은 상기 부분 방전 검출 단자에 연결되는 것을 특징으로 하는 자기 진단 변성기.
제 4 항에 있어서,
상기 페라이트 코어는, 산화철(Fe₂O₃)에 망간(Mg), 니켈(Ni), 아연(Zn), 구리(Cu) 중 적어도 어느 하나의 금속을 합금하여 소결 처리한 소자를 포함하는 자기 진단 변성기.
제 4 항에 있어서,
상기 신호 검출 코일의 인출선은 상기 부분 방전 검출 단자에 연결되는 것을 특징으로 하는 자기 진단 변성기.
제 1 항에 있어서,
상기 단자 커버의 외주면에 고정되는 BNC 커넥터; 및
상기 BNC 커넥터와 상기 부분 방전 검출 단자를 연결하는 차폐선을 더 포함하는 자기 진단 변성기.