KR101325844B1 - 전기 변환기 및 센서를 가지는 측정 변환기 - Google Patents

전기 변환기 및 센서를 가지는 측정 변환기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전기 변환기를 가지는 측정 변환기에 관한 것이며, 전기 변환기는 접지선에 의해 전기 접지에 연결되어 있다. 접지선을 통해 전압 변환기의 1차 권선을 전기 접지에 연결하고 접지선에서 센서를 이용하여 측정 변환기 내 철공진 진동이 빠르고 신뢰할 수 있게 검출될 수 있다.

Description

전기 변환기 및 센서를 가지는 측정 변환기{MEASURING TRANSDUCER HAVING AN ELECTRICAL TRANSDUCER AND A SENSOR}
본 발명은 전기 변환기를 가지는 측정 변환기에 관한 것이며, 전기 변환기는 접지선에 의해 전기 접지와 연결되어 있다.
측정 변환기는 수 십년 전부터 전력 공급망 특히 고전압 네트워크에서 전류 및 전압 측정을 위해 구현되었다. 이 경우 측정 변환기의 기능은 고전압 네트워크 내 높은 전류 및/또는 전압을 고전압 네트워크의 측정 또는 감시에 적합한 전류값이나 전압값으로 변환하는데 있다.
측정 변환기의 컨셉을 위해, 상응하는 인덕턴스 및/또는 커패시턴스를 이용하기 때문에 원하지 않는 네트워크 피드백이 발생할 수 있다. 예를 들어 특정한 동작 상태 또는 네트워크 구성 하에서 상응하는 고전압 네트워크의 커패시턴스를 가지는 전압 변환기의 1차 권선의 비선형 인덕턴스는 비선형 진동 회로를 형성할 수 있다. 스위칭 작업 때문에 상기 진동 회로는 철공진 진동 또는 이완 진동이라고도 불리는 비선형 진동을 야기할 수 있다. 먼저 직접 접지 전압 네트워크에서 단상의 철공진 진동이 가능한 것과 같이 고저항 접지 네트워크에서 삼상 철공진 진동이 가능하다. 양 현상은 대응 시간에 전압 변환기 1차 권선 절연의 열파괴 때문에 측정 변환기의 고장을 야기한다.
표준적인 네트워크 보호 장치는 부하- 및 단락 전류 영역의 장애 검출을 위해 설계되었다. 네트워크와 전압 변환기 사이에서 진동 과정의 작은 전류가 이 장치의 측정 문턱값 아래 멀리 있다. 예를 들어 변환기 절연의 고장과 같은 강력한 후속 장애가 검출되고 전압 네트워크의 해당 부분이 차단된다.
경험상으로 고전압 네트워크 내 위험성 있는 전압 변환기 설치의 경우 철공진 진동의 회피를 위해 과거에는 가능성 있는 진동 회로를 완화하도록 가능성 있는 네트워크 상태들이 시뮬레이션 연산을 통해 모델링되고 시뮬레이션 결과에 따라 전압 변환기가 특별히 구성되고 설치되었다. 그럼에도 불구하고 비전형적 스위칭 상태들, 복잡한 네트워크 구성 및 예를 들어 정격 부하 아래 극단적 부분에서 동작과 같은 부적절한 동작 때문에 반복적으로 발생하는 철공진 진동이 사전에 예견되지 않아 부분적으로 전압 변환기의 손상 및 일부 고전압 네트워크의 차단을 야기한다. 그 외에도 네트워크 구성의 변경 예를 들어 분기의 교환 또는 설치 및 이와 연관된 고전압 네트워크 파라미터의 변경 때문에 공명 조건의 변경 및 이로 인해 경우에 따라서는 다시 철공진 진동 회로가 나타날 수 있는 것이 단점이다.
과거에는 이런 문제를 해결하기 위해 특정 주파수가 있을 경우 예를 들어 전압 변환기의 2차 측정 전압의 푸리에 해석에 의해 전압 변환기 위험이 추론되도록 2차 권선에 인가된 2차 전압 또는 전류에 관한 전압 변환기가 대체로 이용되었고 평가되었다.
이완 진동은 DE 15 16 136호 및 DE 1 154 570호에도 기재되어 있지만 양자는 장치 내에 가능성 있는 이완 진동에 관한 것이고 고전압 네트워크와의 상호작용에 관한 것은 아니다. 이런 내부 이완 진동에 대한 세기 및 검사는 용량형 전압 변환기를 기준하여 제어된다.
종래 기술의 모든 해결책에서 임계 동작 상태를 벗어나거나 장차 회피할 수 있는 가능성을 작업자에게 주기 위한 철공진 진동의 빠른 검출 및 보고가 스위칭 장치의 동작 동안에는 제공되지 않는 것이 단점이다.
그러므로 본 발명의 과제는 철공진 진동의 시작을 빠르고도 간단하게 검출하는 측정 변환기를 제공하는데 있다.
상기 과제는 특허 청구항 제1항의 특징을 통해 해결된다.
본 발명에 따라 센서가 접지선에 배치되어 있다. 그러므로 접지선과 연결될 수 있는 측정 변환기의 변환기에서 상응하는 전류 레벨이 직접 평가될 수 있다. 철공진 진동이 발생하는 경우 측정 변환기의 전기 변환기 내에서 그에 상응하는 전류 변경이 직접 검출되어 평가될 수 있다. 따라서, 예를 들어 측정 변환기의 2차 권선에서 유도된 전류의 평가와 같은 다양한 측정값의 복잡한 처리 및 평가는 생략될 수 있다. 그 외에도 장점으로는 변환기의 접지 조건이 변경되지 않고도 센서가 변환기를 통해 전류 측정을 위해 이용될 수 있다는 것이다. 그러므로 측정 변환기의 측정 회로의 광학적으로 검사가능한 저저항인 기존의 직접 접지를 방해하지 않고도 측정 변환기의 접지선에 센서의 추후 설치가 가능해진다. 전압 변환기의 2차 전압의 평가에 의한 철공진 진동의 식별에 비해 변환기의 접지선에서의 전류 측정이 훨씬 더 유익하다. 이에 반해 변환기로서 전압 변환기의 경우 측정된 권선 전류가 전압 변환기의 열 부하에 대해 직접적으로 특징지어져서 비임계 또는 임계 진동 과정에서 구별을 허용한다. 그러므로 철공진 진동의 빠르고도 효과적인 검출이 가능하므로 상응하는 전압 변환기 또는 전압 네트워크의 상응하는 부분은 철공진 진동의 검출 시 계획된 조치를 통해 고장이 방지될 수 있다. 접지선에서 센서의 평가를 통해 전압 네트워크의 동작 상태 또는 네트워크 구성과 상관없이, 가능한 철공진 진동이 빠르고 신뢰성 있게 검출되는 것 또한 가능하므로, 가능한 동작 상태 및 네트워크 구성의 복잡한 데이터 수집 및 컴퓨터 시뮬레이션이 생략될 수 있다. 제동 코일을 이용하는 고전압 네트워크의 동작 상태에 대한 영향은 본 발명에 따라 빠른 검출- 및 반응 가능성에 의한 철공진 진동의 빠르고도 목표한 검출로 인해 적어도 부분적으로 생략될 수 있다. 측정 변환기의 유리한 실시예에서 접지선은 하우징에 대해 전기 절연되어 있다. 하우징 역시 가스 및/또는 기름 및/또는 고체 절연되어 있다. 하우징은 이 경우 변환기만을 에워쌀 수 있으며, 센서는 하우징 내 및/또는 외에 배치될 수 있다. 그 외에도 하우징은 측정 변환기가 통합된 가스 절연 스위칭 장치 또는 인입 애자가 될 수 있다. 이를 통해 하우징에 대한 각각의 가능한 전류는 접지선에 대한 변환기의 전류 특히 1차 권선의 권선 전류와 분명하게 전기적으로 분리될 수 있다. 또한 하우징의 절연은 외부 영향 특히 전자기적 영향에 상관없이 변환기의 전술한 이용을 가능하게 한다.
전류 센서로서 센서는 접지선 주변에 링 형상으로 배치되는 것이 유리하며, 특히 전압 변환기의 1차 권선이 접지선과 연결되는 것이 장점이다. 이를 통해 접지선 내에 권선 전류가 발생할 경우 센서의 유도적 영향을 통해 상승 전류의 간단하고도 정확한 검출이 보장된다. 바람직하게는 변환기는 1차 권선, 2차 권선 및 권선 코어를 가지는 전압 변환기이다. 이 전압 변환기는 특히 단상 또는 삼상으로 설계되어 있다. 대안으로서 변환기는 전류 변환기 또는 전류 레벨에 비례하여 발생하는 전압 강하의 측정을 위한 전압 탭을 가지며 션트라고도 불리는 션트 저항체이다.
평가 유닛은 측정 변환기의 유리한 실시예에서 센서 특히 전류 센서와 연결되어 있으며 변환기와 연결된 접지선의 상응하는 전류를 검출한다. 특정 규칙 및 조건과 관련하여 특히 전압 변환기의 1차 권선의 특정 전류 발생 시 고전압 네트워크 내에서 예를 들어 규정된 전기 스위칭 동작의 개시 및/또는 감쇠 장치의 연결 및/또는 차단기 구성의 변경과 같은 조치들이 트리거될 수 있다. 특히 바람직하게는 접지선이 1차 권선과 연결되어 있다. 이를 통해 권선 전류의 직접적 검출이 가능하므로 2차 권선에서 유도된 측정값이 종전처럼 평가에 이용될 필요가 없다.
바람직하게는 측정된 권선 전류는 평가 장치에 의해 기록 및/또는 보존된다. 이 기록된 권선 전류는 다른 네트워크 파라미터와 관련되어 있어 이미 지나온 전압 네트워크의 동작 상태에 대한 가치있는 부가적 정보를 작업인에게 제공할 수 있다.
그 외 유리한 실시예는 종속항으로부터 나온다. 본 발명의 대상은 하기 도면에 의해 상세히 설명된다.
도 1은 측정 변환기를 포함한 개략적인 회로도;
도 2는 측정 변환기, 및 전기 접지를 위해 하우징 벽을 통한 내측 전류 센서와의 연결부로서 하우징과 연결되어 있는 전압 변환기 1차 권선의 접지선을 포함하는 개략적인 회로도;
도 3은 측정 변환기 및 가스 절연된 하우징 외부에 배치된 센서를 포함한 개략적인 회로도;
도 4는 측정 변환기, 및 하우징과 연결된 접지선과 하우징 내부에 배치된 센서를 포함한 개략적인 회로도.
도 1에는 1차 권선(3), 권선 코어(4) 및 2차 권선(5)으로 이루어지는 변환기(2)를 구비한 측정 변환기(1)가 도시되어 있다. 변환기(2)는 하우징(13) 내에 배치되어 있다. 하우징(13) 출구는 인입 애자(9)를 통해 절연되어 있다. 3상 고전압 네트워크(10)에는 예를 들어 네트워크(10) 내에 있는 용량성 커플링(14)과 전기 접지(8)를 위한 용량성 커플링이 도시되어 있으며, 이들은 특정 동작 상태 및 네트워크 구성의 경우에 철공진 진동을 야기할 수 있다. 측정 변환기(1)의 센서(6)를 통해 전압 변환기(2)의 1차 권선(3)의 접지선(11)이 안내되며 전기 접지(8)와 직접 연결되어 있다. 전류 센서(6)는 평가 장치(7)와 직접 연결되어 있다. 고전압 네트워크(10)에서 철공진 진동의 경우에 1차 권선(3)에서 전류 흐름이 발생하고, 이 전류 흐름은 전압 변환기(2)의 1차 권선(3)의 접지선(11)을 통해 전기 접지(8) 쪽으로 흘러 측정 변환기(1)의 센서(6)를 통해 흐른다. 이 1차 권선 전류가 전류 센서(6) 내에서 만든 전자기적 전류 측정값이 평가 장치(7)에 의해 평가될 수 있다. 특정 철공진 진동이 존재하는 경우 전류 센서(7)에서 측정된 전류의 검출 주파수, 지속 시간, 레벨 및/또는 특성에 의해 철공진 진동으로 인한 1차 권선(3)의 열과부하가 추론될 수 있다. 그 결과 평가 장치(7)는 고전압 네트워크(10) 내에서 또는 전압 변환기(2)의 2차 권선(5) 회로에서 상응하는 조치를 취할 수 있다. 그러므로 예를 들어 평가 장치(7)는 고전압 네트워크(10)의 차단기 구성을 상응하게 변경하거나 감쇠 장치를 작동시키는 것도 생각할 수 있다.
도 1과의 차이점으로서 도시된 도 2에 따르면 전압 변환기로서 변환기(2)의 1차 권선(3)의 접지선(11)이 하우징(13)과 연결되어 있으며 상응하는 전류 센서(6)가 하우징(13) 내 1차 권선 주변에 배치되어 있다. 전류 센서(6)는 인입 애자에 의해 평가 장치(7)와 연결되어 있다. 측정 회로의 접지 경로(11)는 도 2에 도시된 예에서 전압 변환기(2)의 1차 권선(3)으로부터 센서(6)를 통해 하우징(13)의 벽으로 뻗어 있으며 이 벽은 다시 전기 접지(8)와 직접 연결되어 있다. 센서(6)와 평가 유닛(7)은 공간적으로 분리되어 설치가능한데, 이는 센서(6)와 평가 유닛(7) 사이 연결부의 인입 애자(9)가 하우징(13)에 대해 반드시 절연되는 것이 요구되기 때문이다. 평가 유닛(7) 결과에 대한 추가 이용의 가능성은 도 1에 따른 해결책과 다르지 않다.
도 3에는 1차 권선(3), 권선 코어(4) 및 2차 권선(5)으로 이루어지는 변환기(2)로서의 전압 변환기를 가지는 측정 변환기(1)가 도시되어 있다. 변환기(2)는 가스 절연된 스위칭 장치를 위한 하우징(13) 내에 배치되어 있다. 가스 절연된 스위칭 장치의 하우징(13) 출구는 기밀성 단자(9)를 통해 제한된다. 변환기(2)의 1차 권선(3)은 접지선(11)에 의해 전기 접지(8)와 직접 연결되어 있으며 접지선(11)에 전류 센서(6)가 배치되어 평가 장치(7)와 연결되어 있다. 고전압 네트워크(10)에서 철공진 진동의 경우 변환기(2)의 1차 권선(3)에 전류 흐름이 발생하고 권선 전류로서 접지선(11)에 의해 전기 접지(8)로 흐른다. 이 권선 전류가 전류 센서(6) 내에서 발생시키는 전자 펄스는 평가 장치(7)에 의해 평가될 수 있다. 특정 철공진 진동이 있는 경우 전류 센서(6)에서 측정된 전류 또는 전압의 주파수 분석, 지속 시간, 레벨 및/또는 특성에 의해 철공진 진동이 추론될 수 있다. 따라서 평가 장치(7)는 고전압 네트워크(10) 내에서 상응하는 변경을 개시할 수 있다. 그러므로 예를 들어 평가 장치(7)가, 예를 들어 규정된 전기 스위칭 과정의 개시 및/또는 감쇠 장치의 연결 및/또는 차단기 구성의 변경과 같은 고전압 네트워크(10)의 동작 상태 및/또는 네트워크 구성의 상응하는 변경을 취하는 것도 가능하다.
도 1과의 차이점으로, 도 4는 가스 절연된 스위칭 장치의 접지선(11)이 하우징(13)과 연결되어 있으며 상응하는 전류 센서(6)는 가스 절연된 하우징(13) 내 접지선 주변에 배치되는 것을 도시한다. 또한 전류 센서(6)는 평가 장치(7)와 연결되어 있다. 접지 경로(11)는, 도 4에 도시된 예에서 변환기(2)로서의 션트 저항체가 하우징 벽, 및 접지선(11)의 일부로서의 상응하는 연결선과 직접 연결됨으로써 전기 접지(8)로 연장된다. 이 경우 평가 장치(7)는 고전압 네트워크(10)의 직접적 영향을 허용하는 조정 기능을 갖는다. 도 4에 도시된 예에서 평가 장치(7)는 가스 절연된 하우징(13) 내에서 파워 스위치(12)의 형태인 네트워크 요소(12)를 제어한다. 철공진 진동 검출의 경우에 평가 장치(7)는 네트워크 요소(12)를 직접 제어할 수 있다; 여기서는 파워 스위치(12)를 개폐한다.

Claims (12)

  1. 전기 변환기(2)를 가지는 고전압 네트워크용 측정 변환기(1)로서, 접지선(11)에 의해 전기 접지(8)와 연결되어 있는 전기 변환기(2)는 1차 권선(3), 2차 권선(4) 및 권선 코어(5)를 가지는 전압 변환기인 측정 변환기에 있어서,
    접지선(11)은 1차 권선(3)과 연결되어 있고, 전류 센서(6)가 접지선(11)에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 측정 변환기.
  2. 제1항에 있어서, 접지선(11)이 하우징(13)에 대해 전기적으로 절연되어 있는 것을 특징으로 하는 측정 변환기.
  3. 제2항에 있어서, 하우징(13)이 가스, 기름, 및 고체 중 적어도 하나에 의해 절연되어 있는 것을 특징으로 하는 측정 변환기.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 센서(6)가 접지선(11) 둘레에 링 형상으로 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 측정 변환기.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 측정 변환기(1)는 평가 장치(7)를 더 포함하고,
    상기 평가 장치(7)를 통해, 전류 센서(6)에 의해 검출된 접지선(11)의 전류 곡선이 측정될 수 있고, 고전압 네트워크(10) 내 규정된 조건 하에서 규정된 전기 스위칭 동작을 개시하는 것, 감쇠 장치를 연결하는 것, 및 차단기 구성을 변경하는 것 중 적어도 하나를 수행하는 것을 특징으로 하는 측정 변환기.
  6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 측정 변환기(1)는 평가 장치(7)를 더 포함하고,
    상기 평가 장치(7)는 1차 권선(3) 및 접지선(11) 중 적어도 하나의 검출된 전류 곡선을 기록하거나 보존하는 것 중 적어도 하나를 수행하는 것을 특징으로 하는 측정 변환기.
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