KR101365358B1 - 탭 절환기용 구동 시스템 - Google Patents

Abstract

부하시 변압기의 전압 조정을 위한 탭 절환기의 조작을 위한 구동 시스템은 탭 절환 조작을 실행하기 위해 상기 탭 절환기의 가동부에 접속되어 그 가동부를 움직이게 하는 전기 모터 (20) 를 포함한다. 이 구동 시스템은 전력 공급 장치 (24) 를 상기 전기 모터 (20) 에 접속하기 위한 전기 변환기 (33) 뿐만 아니라 모터의 조작을 제어하기 위해, 전기 변환기를 제어하는 제어 배열체 (34) 를 포함한다.

Description

탭 절환기용 구동 시스템{A DRIVE SYSTEM FOR A TAP CHANGER}

본 발명은 부하시 (on-load) 변압기의 전압 조정을 위한 탭 절환기 조작용 구동 시스템으로서, 이 시스템은 탭 절환 작업을 실행하기 위해 상기 탭 절환기의 가동부에 접속되어 그 가동부를 움직이게 하는 전기 모터, 이 전기 모터를 전력 공급 장치에 접속시켜 전기 모터를 조작하는 수단, 모터의 조작 및 상기 탭 절환기의 조작을 제어하는 제어 배열체 및 상기 전력 공급 장치를 상기 전기 모터에 연결하기 위한 전기 변환기를 포함하며, 상기 제어 배열체는 모터의 조작을 제어하기 위해, 상기 전기 변환기를 제어하는 탭 절환기 조작용 구동 시스템에 관한 것이다.

이러한 탭 절환기의 형식은, 부하시 접속되면서 변압기의 출력의 전압을 조절하는데 이 탭 절환기가 사용되기 때문에, 소위 부하시 탭 절환기 (on-load-tap-changer) 라 한다. 탭 절환기는 상기 부하의 크기에 상관없이 변압기로부터 외부로 일정한 전압을 유지하도록 사용되므로, 변압기의 상기 2 차 권선 (들) 의 대부분이, 예컨대 상기 변압기에 접속되는 송전 네트워크에서 부하 (출력 소비) 가 높은 경우, 상기 탭 절환기에 의해 태핑되게 (tapped) 제어된다. 첨부의 도 1 은 본 발명을 이의 특별한 적용으로 제한하지 않고, 도입부에 따른 구동 시스템을 갖는 탭 절환기의 사용의 예시를 개략적으로 도시한다. 오일 욕 (oil bath)(3) 에 침지된 변압기 (2) 의 3 개의 2 차 권선 중 단지 1 개만이 도시되어 있다. 발전기 (4) 가 변압기의 1 차 권선 (5) 에 어떻게 접속되는지를 나타낸다. 변압기의 2 차 권선이 전력의 송전을 위한 네트워크 (6), 여기서는 고전압 교류 네트워크에 접속된다. 그러나, 고전압 직류 송전 라인을 위한 직류 전압으로의 전압의 변환을 위해 예컨대, 전류 소스 또는 전압 소스 변환기 등의 하나 또는 수개의 변환기에 변압기의 2 차 권선이 접속될 수도 있다.

탭 절환기 (7) 는 변압기의 각각의 2 차 권선의 2 개의 전압 탭 지점중 하나 (7') 의 위치를 절환하도록 개략적으로 도시되어 있으므로, 각각의 이러한 2 차 권선의 연결된 회전수는 상기 탭 절환기의 작동에 의해 약 90 % ~ 100 % 로부터 변경될 수도 있다. 전력 공급 장치 (9) 에 접속되고, 샤프트 (10) 를 회전시키는 전기 모터 (도시 생략) 를 갖는 구동 시스템 (8) 은 오일 욕 컨테이너 (11) 외부에 배치된다. 이와 같이, 탭 절환기 (7) 는 탭 절환 조작을 실행하기 위해 샤프트 시스템 (12) 을 통해 제어될 것이다. 상기 탭 절환기는 탭 절환 조작을 통해 변압기의 출력에 대한 탭 지점 연결을 유지해야 하며, 이 조작은 종래 기술에 공지된 스위칭 시퀀스를 통해 이루어지는 한편, 권선이 단락되는 경우의 시간 주기 중 단락 전류를 낮은 레벨로 유지하는 레지스터를 사용한다. 이에 의해, 부하시 상기 네트워크 (8) 가 증가되면, 탭 절환기 (7) 는 변압기의 2 차 권선의 대부분을 연결하기 위해 탭 위치를 절환하도록 구동 시스템 (8) 을 통해 제어된다.

첨부의 도 2 는 공지된 형태의 구동 시스템이 어떻게 구성되는지 및 작동하는지를 설명하는데 사용된다. 도 2 에는, 구동 시스템이 통상 90 VDC ~ 400 VDC 또는 100 VAC ~ 300 VAC 의 전압을 가질 수 있는 전력 네트워크 형태인 전력 공급 장치 (9) 에 접속되는 비동기식 모터인 전기 모터 (13) 를 어떻게 포함하는지가 도시되어 있다. 또한, 시스템은 모터 (13) 에 직접적으로 전력 공급 장치 (9) 를 접속하는 릴레이 (15) 를 제어함으로써 모터의 조작을 제어하는 수단 (14) 을 포함한다. 모터의 출력 샤프트 (16) 가 상기 샤프트 시스템의 샤프트 (18) 에 연결하는 기어 (17) 에 어떻게 접속되는지가 도시되어 있다. 또한, 이 구동 시스템은 탭 절환 작업의 종료시 모터를 정지시키는 기계적 브레이크 (19) 를 포함한다.

이 구동 시스템은 수개의 문제점을 갖는다. 이와 같은 신규의 구동 시스템 각각은 탭 절환기의 전류 형태를 위해 고객 맞춤형으로 되어야만 하는데, 이는 구동 시스템 각각의 형식이 탭 절환기의 하나의 형식 및 특정 전력 공급 전압에서만 양립가능하여, 최종 소비자에 따르며, 통상 탭 절환기가 사용되는 나라에 따르기 때문이다. 이는, 이와 같은 신규의 구동 시스템 각각은 매우 초기로부터 전용 탭 절환기 및 전용 고객을 가지며, 완전한 구동 시스템의 재고가 낭비가 많게 하며, 이로서 긴 배급 시간을 유도한다. 이러한 환경은 또한 모든 상이한 구동 시스템을 위한 재고에서 대량의 상이한 구성요소를 유지하기 위해서 제조자에게 압박을 가하며, 이 구성 요소는 20 개의 상이한 모터, 릴레이, 모터 프로텍터 등일 수도 있다. 게다가, 각각의 탭 절환 작업의 종료시 이동을 정지시키기 위해서 사용된 기계적 브레이크는 정규 서비스 및 조정을 필요로 하며, 이는 구동 시스템의 엔클로져에서의 폐물을 브레이크하는데 기여하며, 그 결과 구동 시스템의 전자 부품에서의 고장을 야기할 수도 있다.

JP 2003-015747 호는 도입부에서 규정한 구동 시스템을 개시하고 있지만, 재고시의 이러한 시스템의 구성요소를 유지하고 완벽한 구동 시스템의 재고에 대해 언급한 문제에 대해서는 제기하고 있지 않다.

본 발명의 목적은, 예컨대 이미 공지된 이러한 구동 시스템의 전술한 다수의 문제점을 적어도 감소시킨, 도입부에서 규정한 형식의 구동 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 목적은, 전기 모터의 출력 샤프트의 이동과 탭 절환기의 가동부의 위치를 검출하는 수단 및 이 검출 수단으로부터 상기 제어 배열체에 정보를 송신하는 수단을 포함하며, 상기 제어 배열체는, 작동 (commissioning) 이전에 한편으로는, 전산화되고, 다른 한편으로는 설정 가능하고 커스터마이즈 가능하고, 또한 상기 전력 공급 장치의 상이한 전압 레벨에 대해 그리고 그 구동 시스템에 의해 작동되는 탭 절환기의 상이한 특성에 대해 적합화하는 것을 특징으로 하는, 탭 절환기 조작용 구동 시스템을 제공함으로써 이루어진다.

이와 같이, 전기 변환기를 통해 전기 모터를 공급하고 변환기를 제어함으로써 모터의 작동을 제어함으로써, JP 2003-015747 에 따른 구동 시스템을 위해서도 가능한 바와 같이 소위 4-쿼드란트 (quadrant) 구동 시스템이 얻어지며, 이는 포지티브 및 네거티브 토크가 전기 모터의 출력 샤프트에 인가되어, 각각의 탭 절환 작동의 종료시 상기 가동부의 움직임을 정지시키기 위해서 어떠한 기계적 브레이크도 필요하지 않음을 의미한다. 이에 의해, 이러한 기계적 브레이크의 존재와 관련된 문제가 전체적으로 해결된다.

그러나, 본 발명에서 가장 중요한 것은, 상기 검출 수단이 존재하고, 작동 (commissioning) 이전에 제어 배열체의 전산화와 함께 제어 배열체의 설정 및 커스터마이즈가 가능하고, 또한 전력 공급 장치의 상이한 전압 레벨에 대해 그리고 구동 시스템에 의해 작동되는 탭 절환기의 상이한 특성에 대해 적합화하는 것이 가능하다는 것이다. 이는 상기 전력 공급 장치의 모든 상이한 전압과 양립가능할 수 있고 탭 절환기의 모든 상이한 형식과 맞도록 구동 시스템을 설계할 수 있게 하는데, 이는 전기 변환기의 제어가 탭 절환기의 상이한 형식에 적용될 수 있고, 실제 전력 공급 장치의 전압에 대한 조정이 상기 전기 변환기의 제어와 제조시 전기 모터의 적절한 준비 또는 적절한 전압 조절 수단에 의해 상기 전력 공급 장치에 상기 전기 변환기의 접속에 의해 실행될 수도 있기 때문이다.

이에 의해, 구동 시스템의 하나의 공통적인 설계는, 탭절환기 및 고객의 형식, 예컨대 주로 그들의 지역에 따라 얻어질 수 있으며, 이는 저장 (stocking) 구동 시스템의 전달 시간을 단축시킴으로써, 임의의 가능한 고객으로의 전달을 위한 이러한 구동 시스템의 저장을 가능하게 한다. 구동 시스템이 다른 변압기로 이동될 때, 제어 배열체의 소프트웨어에서의 변화시키는 것 등의 별개의 의도된 작업 조건을 위한 구동 시스템을 구성하고 고객 맞춤화시키는 것만이 필요하다. 이는 본 발명에 따라, 제어 배열체를 상기 시스템에 의해 작동되는 탭 절환기의 특성에 대한 정보를 갖는 고객 맞춤형 (customer specific) 파라미터 파일을 수용함으로써 이루어진다. 다른 이점은 구동 시스템의 설계가 더욱 컴팩트해질 수 있고, 비용이 절약될 수도 있다는 것이다.

"전기 모터의 출력 샤프트의 이동 및 탭 절환기의 가동부의 위치를 검출하는 것" 은 넓은 의미로 해석되어야 하며, 또한 상기 위치에 관련된 것 또는 상기 이동의 직접적인 결과인 것을 검출함으로써 이와 같은 간접적인 검출도 포함한다. 예컨대, 이는 상기 샤프트 또는 탭 절환기에 접속된 다른 가동부일 수도 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 이 구동 시스템은 상기 전력 공급 장치와 상기 전기 변환기 사이에 접속되는 DC/DC 변환기 및, 상기 DC/DC 변환기를 제어하는 제어 수단을 더 포함하며, 상기 DC/DC 변환기와 상기 제어 수단은, 상기 전력 공급 장치에 의해 전달된 전압의 레벨과 실질적으로 상관없이, 상기 전기 변환기에 실질적으로 일정한 레벨의 전압을 전달한다. 이는, 구동 시스템의 전기 변환기가, 구동 시스템이 전달되는 고객과 관계없이 동일한 레벨의 전압을 항상 수용할 수 있으며, 전기 변환기의 제어가 이후 당해 탭 절환기의 형식으로 구동 시스템을 조절하는 것을 실행할 수도 있음을 의미한다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 이 구동 시스템은 90 VDC ~ 400 VDC 또는 100 VAC ~ 300 VAC 의 전압을 전달하는 상기 전력 공급 장치에 접속되며, 상기 DC/DC 변환기는 상기 전기 변환기에 실질적으로 일정한 레벨의 전압, 예컨대 350 V ~ 450 V, 바람직하게는 약 400 V 의 전압을 전달하는 부스트 변환기이다. 이는, 전기 변환기에는, 구동 시스템이 전달되는 고객과 관계없이 동일한 전압, 즉 적절한 임의의 공급자로부터 비동기식 모터 등의 표준 전기 모터를 사용할 수 있는 고객에 의해 사용되는 전력 공급 장치에 우세한 전압 레벨이 제공될 수도 있다는 것을 의미한다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 이 구동 시스템은 상기 전력 공급 장치로부터 평류 전류 (smooth current) 를 연결 (tapping) 하는 것을 보장하기 위해서, 상기 전력 공급 장치와 상기 전기 변환기 사이에서 접속되는 역률 보정 변환기를 더 포함하고, 상기 역률 보정 변환기는 상기 DC/DC 변환기를 포함하는 것이 바람직하다. 상기 구동 시스템에 의한 탭 절환기의 조작의 결과로서 상기 전력 공급 장치 상의 방해가 이에 의해 회피되므로, 예컨대, 교류 전압 전력 공급 장치의 경우에, 매끄러운 사인파 형상의 전류가 전력 공급장치로부터 구동 시스템에 공급되는 것이 보장된다. 이는 전기 공급 장치와 전기 모터 사이의 필터에 대한 요구를 적어도 감소시키거나 제거시킬 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 이 구동 시스템은 교류 전압을 전달하는 전력 공급 장치에 접속되고, 이 구동 시스템은 그 구동 시스템을 상기 전력 공급 장치에 접속하는 패시브 정류기를 포함한다. 본 발명에 따른 구동 시스템은 직류 전압 또는 교류 전압 양자의 레벨 및 형식에 대해 모든 상이한 공급 전압에 사용될 수 있다. 본 발명에 따른 구동 시스템은 실제 공급 전압에 자동으로 적용될 것이다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 이 구동 시스템은 상기 전기 모터에 전달된 전류 및 전압을 측정하는 수단, 요구되는 순간 출력 또는 토크 뿐만 아니라 탭 절환 조작중의 에너지 소비를 연산하는 수단, 이에 의해 산출된 연산값을 저장하는 수단, 및 상기 연산값과 이러한 저장된 대응값을 비교하여, 그 비교의 결과에 기초하여 상기 상기 탭 절환기의 임의의 가동부의 유지보수가 필요한지의 여부를 판정하는 수단을 포함한다. 이러한 측정 및 비교에 의해 탭 절환 작업을 실행하는데 요구되는 토크가 증가하거나 또는 감소하는지의 여부가 판정될 수 있으며, 예컨대, 베어링의 초기 마모에 대한 유용한 정보를 줄 수 있다. 구동 시스템의 상태에 대한 이러한 정보는 변전소 또는 다른 메인 컴퓨터에 연통될 수 있다. 이는, 고장 이전에 초기 단계에서 가능한 서비스시에 기계적 마모를 나타냄으로써 고장이 방지됨을 의미한다. 게다가, 이는 고정된 간격의 중대한 기계적 구성요소를 대체할 필요가 없지만, 비용 절감, 특히 상당한 노동력의 절감을 간절히 필요로 할 때 대체가 실행될 수도 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 제어 배열체는 탭 절환기의 상기 가동부의 아주 작은 움직임 (micro motion) 즉, 완전한 탭 절환 작업을 실행하지 않는 움직임을 얻기 위해 전기 모터를 제어하는 상기 전기 변환기를 제어하여, 상기 시스템 및/또는 탭 절환기의 적정한 기능을 조사한다. 이러한 아주 작은 움직임은 전기 변환기의 제어에 의한 전기 모터의 제어 때문에 임의의 방향에서 또한 시작 위치에 후방으로 실행되기 쉽고, 완전한 탭 절환 조작을 실행하지 않고 이러한 제어를 실행하는 가능성은 특히 매우 긴 시간 주기에 걸쳐 비활성인 탭 절환기를 위해 사용되는 구동 시스템에서 특히 중요하므로, 탭 절환기가 작동한다면, 탭 절환기가 적절히 기능하는 것이 보장된다. 구동 시스템의 상태에 대한 이러한 정보는 변전소 또는 임의의 메인 컴퓨터와 통신될 수도 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 검출 수단은 탭 절환기의 상기 가동부의 위치를 검출하기 위해 상기 전기 모터의 출력 샤프트에 접속되는 회전 센서를 포함하며, 이 회전 센서는 상기 제어 배열체에 상기 위치에 대한 정보를 전달한다. 전기 변환기의 상기 제어 배열체와 제어 모터에 의한 제어와의 조합의 이러한 회전 센서의 사용은, 이러한 형식의 종래의 구동 시스템에서 사용된 값비싼 전자기 장치와 반대로 단순하고 비용적으로 효율적으로 각각의 탭 절환 조작의 종료시 절대 위치 측정을 이룰 수 있게 한다.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 회전 센서는 리졸버 또는 엔코더이며, 리졸버인 경우, 탭 절환기의 모든 가능한 탭 절환 위치를 통과하면서 실질적으로 1회 회전하기 위해 상기 전기 모터의 출력 샤프트에 접속된다. 이에 의해, 리졸버의 위치가 당해 탭 절환 위치를 정확하고 명확하게 나타낼 수 있다. "상기 전기 모터의 출력 샤프트에 접속됨" 은 또한 기어 등에 의한 것과 같은 이러한 간접적인 접속을 포함한다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 전기 모터는 비동기식 모터, 영구 여자 동기 모터, 브러쉬리스 (brushless) DC 모터, 또는 릴럭턴스 (reluctance) 모터와 같은 AC 모터이다. 비동기식 모터가 특히 이로운데, 이는 이 모터가 그 수명 동안 최소의 서비를 요구하는 매우 튼튼하고, 신뢰가능하며 값싼 모터이기 때문이다. 게다가, 모터는 다양한 산업 분야에서 고정된 가변 속도의 구동을 위해 사용된다.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 AC 모터는 VSC (voltage source converter) 형태의 상기 전기 변환기를 제어함으로서 제어된다. 이러한 VSC 변환기는 턴 오프 (turn-off) 형식의 임의의 제어가능한 반도체 장치를 가질 수도 있으며, IGBT 는 이러한 적절한 전력 반도체 장치의 일례이다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 제어 배열체는 전기 모터를 구동 또는 차단하는 교류 전압을 전달하는 펄스 폭 변조 패턴에 따라 VSC 변환기를 제어한다. 이는 탭 절환기의 모든 상상할 수 있는 형식을 위한 탭 절환 작업을 제어하는 적합하고, 신뢰가능한 단순한 방법을 구성한다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 전기 모터는 영구 여자 직류 모터 또는 유니버셜 (universal) 전기 모터 등인 DC 모터이다. 이에 의해, 본 발명에 따른 구동 시스템은, 모터의 작동을 제어하는 전기 변환기의 배치에 기인하여, AC 모터 및 DC 모터의 사용을 위해 시작한다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, DC 모터의 경우에, 상기 전기 변환기는 CSC (current source converter) 이다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 구동 시스템은 적어도 800 kVA 의 정격 출력 및/또는 적어도 11kV 의 정격 전압을 갖는 부하시 변압기의 전압 조정을 위한 탭 절환기의 조작에 적용된다. 본 발명에 따른 구동 시스템은 "대형" 변압기의 이러한 형식의 전압 조정에 사용되는 탭 절환기에 적합하다.

또한, 본 발명은, 전력 송전 또는 전력 배전를 위한 시스템에서 부하시 변압기의 전압 조정을 위한 탭 절환 작업을 실행하기 위한 탭 절환기 조작용 구동 시스템의 용도에 관한 것이며, 이는 본 발명에 따른 구동 시스템의 이로운 특성으로부터 이점일 수 있으며, 또는 연결된 부하와 상관없이 실질적으로 일정한 레벨로 변압기로부터 나오는 전압을 신뢰가능하게 유지할 수 있는 것이 중요하다. 변압기는 발전기에 접속되며, 발전소의 일부품일 수도 있다.

구동 시스템의 바람직한 용도는 고전압 직류 또는 고전압 교류 등의 고전압 전력 송전 시스템에서의 변압기의 전압 조정을 위한 탭 절환기의 조작을 위한 것이다. 상기 전력 송전 시스템은 50 kv ~ 1000 kV 의 전압용으로 설계될 수도 있다.

구동 시스템의 다른 적절한 용도는 고전력 전기 아크 로(furnace) 에 접속된 변압기의 전압 조정을 위한 탭 절환기의 조작을 위한 것이다.

구동 시스템의 다른 적절한 용도는 전력 송전 (power transmission) 또는 배전 (distribution) 라인 또는 네트워크로부터 도달하는 전력 전달 장치를 조절하기 위해 산업계 내에서 스위치 기어의 변압기의 전압 조정을 위한 탭 절환기의 조작을 위한 것이다. 따라서, 이러한 탭 절환기는 산업 내에서 사용되는 것이 바람직하고, 예컨대, 산업용 전력 네트워크 내로 공급되는 전력을 조절하는 산업용 기어 스위치의 입력측에 사용될 수 있다.

본 발명은 또한, 본 발명에 따른 탭 절환기 구동 시스템을 갖는 변압기를 갖춘 전력 발전소에 관한 것이다.

본 발명에 따른 추가의 이점 및 바람직한 특징은 하기의 명세서로부터 명확해 질 것이다.

첨부의 도면을 참조로 하여, 예로서 인용된 본 발명의 실시예의 특정 실시예를 설명한다.

도 1 은 부하시 변압기의 전압 조정을 위한 탭 절환기의 조작을 위한 구동 시스템의 가능한 사용을 개략적으로 도시하는 도면이다.

도 2 는 탭 절환기의 상기 조작을 위한 공지의 구동 시스템을 개략적으로 도시하는 도면이다.

도 3 은 본 발명의 실시예에 따른 구동 시스템을 도시하는 개략적인 회로도이다.

도 4 는 도 3 의 구동 시스템의 일부를 더욱 상세히 도시하는 회로도이다.

도 5 는 본 발명의 구동 시스템을 통해 탭 절환 조작이 실행되는 경우, 전기 모터의 출력축 상의 토크 대 시간의 간략한 그래프이다.

도 6 은 도 3 에 따른 구동 시스템의 일부를 도시하는 사시도이다.

도 7 은 본 발명의 다른 실시예에 따른 구동 시스템의 도 4 에 대응하는 도면이다.

본 발명의 실시예에 따른 구동 시스템은 도 3 에 개략적으로 도시되어 있으며, 이 시스템은 비동기식 모터의 형태인 전기 모터 (20) 를 포함하며 (예컨대 2 극, 6 극 또는 8 극 등의 다른 장치도 가능하지만, 역률 및 물리적 크기를 고려하면 4 극 장치가 최적의 장치임), 모터의 출력 샤프트 (21) 는 기어 (22) 를 통해 모터에 접속된 탭 절환기의 탭 절환 조작을 실행하는 샤프트 시스템의 가동부 (23) 에 접속된다. 비동기식 모터 (20) 는 전력 공급 장치 (24) 를 통해 공급되며, 이 장치는 교류 전압 공급 장치이지만, 직류 전압도 양호하게 전달할 수 있다. 예컨대, 전력 공급 장치 (24) 는 90 VDC ~ 400 VDC 또는 100 VAC ~ 300 VAC 의 전압을 가질 수도 있다.

이하, 도 4 를 참조하여 설명한다. 구동 시스템은 교류인 공급 전압을 직류 전압으로 변환하는 다이오드 정류기 형태의 패시브 정류기 (25) 를 포함한다. 이 정류기의 출력은 부스트 변환기 (26) 에 접속되며, 이 변환기는 정류기 (25) 를 통해 전압 공급 장치 (24) 로부터 도착하는 전압의 레벨과 상관없이 그 출력에서 실질적으로 일정 레벨, 예컨대 400V 의 전압을 얻도록 제어 수단 (27) 에 의해 제어되는 DC/DC 변환기이다. 이 부스트 변환기에는 또한 전압 공급 장치 (24) 로부터 인출된 전류가 실질적으로 매끄러운 사인파 형상을 갖는 역률 보정 기능 (Power Factor Correction functionality) 이 제공된다. 부스트 변환기의 가능한 설계가 도 4 에 도시되어 있으며, 이는 정류기 다이오드 (29) 와 직렬로 접속되는 인덕터 (28) 및 다른 DC 극의 지점과 인덕터와 다이오드 사이의 지점을 상호 접속하는 제어 수단 (27) 에 의해 제어되는 IGBT (30) 를 포함한다. 수단 (31, 32) 은 각각 부스트 변환기 (26) 에 공급되며, 제어 수단 (27) 에 그에 대한 정보를 전달하는 전류 및 전압을 측정하기 위해 배치되며, 이는 그 출력의 실질적으로 일정한 레벨의 전압을 전달하도록 부스트 변환기를 제어하는 것을 보장한다. 전기 변환기의 출력의 이러한 고정된 DC 전압은, 표준 240V △ 400V Y 비동기식 모터가 전체 공급 전압 범위를 위해 사용될 수도 있고, 전기 변환기가 하나의 특정한 전압으로 특정화될 수도 있다는 것을 의미한다.

부스트 변환기 (26) 의 출력은 교류 전압을 전기 모터 (20) 에 전달하기 위해 펄스폭 변조 패턴 (PWM) 에 따른 제어 배열체 (34) 에 의해 제어되는 VSC-변환기의 형태인 전기 변환기 (33) 에 접속된다. 도 4 는 IGBT 또는 FET 등의 턴오프 형식 (turn-off type) 의 반도체 장치의 밸브를 갖는 이러한 변환기의 종래의 설계를 도시한다. 따라서, 이 변환기의 IGBT 는 전기 모터 (20) 에 공급되는 교류 전압의 주파수보다 예컨대 20 ~ 40 배 더 큰 크기의 적어도 하나의 차수 (order) 인 주파수에 의해 제어된다. DC/DC 변환기 (26) 는, 탭 절환 작업이 실행될 때에만 바람직하게 허용되므로, 이러한 작업 사이의 시간 중에는, DC/DC 변환기는 활성화되지 않으므로, 전기 변환기 (33) 에 중간 링크의 전압이 전력 공급 장치 (24) 의 공급 전압에 따른 전압으로 강하하게 된다. 이는 주로 DC/DC 변환기 (26) 에서의 반도체 장치의 수명을 늘인다. 탭 절환 작업 이전에, DC/DC 변환기를 개시하는 경우, 단위 시간당 전압의 증가가 상기 중간 링크의 특별한 커패시터 (41) 상의 스트레스를 최소화하도록 제한된다.

이 시스템은 또한 전기 모터에 전달된 전류 및 전압을 측정하는 수단 (35), 탭 절환 작업중 에너지 소비 뿐만 아니라 요구되는 순간 전력 또는 토크를 계산하고, 이에 따라 형성된 계산값을 저장하는 상기 제어 배열체 (34) 와 일체화된 수단 및 상기 계산된 값과 이러한 저장된 대응값을 비교하고, 이러한 비교의 결과 탭 절환기의 임의의 가동부의 유지보수가 필요한지의 여부를 판정하는 수단을 포함한다.

기어 (22) 로부터 전기 모터 (20) 의 출력 샤프트 (23) 는 도 6 에 도시된 리졸버 (resolver)(36) 형태의 회전 센서에 접속된다. 이 리졸버는 탭 절환기의 가동부의 실제 위치에 대한 정보를 상기 제어 배열체 (34) 에 전달하는 관통 (through) 수단 (41) 이며, 제어 배열체 (34) 는 전기 변환기, 탭 절환 조작의 종료시에 정확하게 전기 모터 (20) 및 탭 절환기의 가동부를 제어하는 것을 보장한다. 이 경우, 탭 절환기는 당해 변압기 상의 상이한 권선 회전에 접속되는 35 개와 동수의 상이한 접점을 갖는다. 샤프트 (23) 는, 모터가 25 회 회전함에 따라 1 회 회전할 수 있고, 탭 절환 작업중 5 회 회전하는 동안, 리졸버 샤프트는 이러한 탭 절환 작업중 단지 10°만 움직일 것이다. 이는, 리졸버 (36) 가 이와 같은 가능한 35 개의 조작동안 350 °회전할 것임을 의미한다.

제어 배열체 (34) 는 발전소와 연통하는 디스플레이 유닛 (37) 및 I/O 보드(도시 생략) 에 접속되는 인터널 CAN 을 통과할 수도 있다.

도 3 에 도시된 구동 시스템은 이에 의해 작동되는 탭 절환기의 형식 및 임의의 전력 공급 전압 레벨을 위해 사용될 수도 있다. 특별한 형식의 탭 절환기를 만들기 위한 유일한 개조는 탭 절환기의 다수의 탭 교체 위치에 대해 이를 알리는 제어 배열체로 고객 맞춤형 (customer specific) 매개변수를 도입하는 것이며, 언어가 디스플레이 유닛에 사용된다. 제어 배열체 (34) 는, 그 출력 샤프트 (21) 에 임의의 토크, 예컨대 파지티브 또는 네거티브 모두의 토크를 전달하기 위해서, 전기 변환기 (33) 의 제어를 통해 전기 모터 (20) 를 제어하므로, 탭 절환 작동의 종료시 탭 절환기의 가동 부분을 정확하게 정지시키기 위해서 기계적 브레이크가 필요없다.

토크 (T) 가 탭 절환 작업중 시간 t 동안 어떻게 변화하는지에 대해서는, 도 5 에 개략적이며 매우 단순하게 도시되어 있다. 탭 절환 작업은 시간 A 에서 시작하며, 이 시간에서는 제어 배열체 (34) 가 변환기 (33) 를 제어하여, 탭 절환기의 가동부를 움직이는 파지티브 토크를 전달하기 위해서 전기 모터 (20) 의 제어가 시작되고, 시간 B 에서는, 모터 (20) 가, 탭 절환 작업이 C 에서 완료될 때까지 그 출력 샤프트 (21) 를 제동시키는 네거티브 토크를 전달하도록 변환기 (33) 를 통해 제어된다.

도 7 은 본 발명의 다른 실시예에 따른 구동 시스템의 일부를 도시하는 도 4 에 대응하는 도면이며, 3상 교류 전압 (24') 이 전기 모터 (20') 를 공급하는 소위 강압 변환기 (buck converter)(40') 및 변환기 (33') 를 통해 영구 여자 (permanent excited) DC 모터 (20') 에 접속된 패시브 정류기 (25') 에 접속된다.

물론, 본 발명은 상기의 실시예로 제한되는 것은 아니며, 본 발명의 수많은 변형의 가능성은 첨부의 청구범위에서 규정된 바와 같이 본 발명의 기초 사상을 벗어나지 않고 당업자에 의해 명확해질 것이다.

상기 도시된 전기 모터 이외의 형식이 사용될 수도 있으며, 물론, 구동 시스템에서 사용된 전자 소자의 형식 및 개수도 변경될 수 있다. 이에 의해, 공급 장치는, 임의의 형식, 예컨대 DC, 단상 AC 및 3상 AC 등의 전력 공급 장치에 접속될 수도 있다.

도 3 에 도시된 실시예는 실질적으로 일정한 레벨의 전압을 전기 변환기 (33) 에 전달하는 변환기를 반드시 요구하지는 않지만, 비동기식 모터 (20) 가 다 른 고객의 가능한 전력 전달 장치 전압을 고려하여 변환기 (33) 의 입력의 가장 낮은 전압을 위해 구성된다면 (감겨진다면), 이는 생략될 수도 있다.

DC/DC 변환기를 제어하는 별개의 수단이 존재해서는 안되지만, 그의 제어는 전기 변환기를 제어함으로써 모터를 제어하는 배열체에서 구현될 수도 있다.

Claims (26)

1. 부하시 (on load) 변압기 (2) 의 전압 조정을 위한 탭 절환기 (7) 조작용 구동 시스템으로서, 이 시스템은 탭 절환 작업을 실행하기 위해 상기 탭 절환기의 가동부 (7') 에 접속되어 그 가동부를 움직이게 하는 전기 모터 (20, 20'), 이 전기 모터를 전력 공급 장치 (24) 에 접속시켜 전기 모터를 조작하는 수단, 모터의 조작 및 상기 탭 절환기의 조작을 제어하는 제어 배열체 (34) 및, 상기 전력 공급 장치를 상기 전기 모터에 연결하기 위한 전기 변환기 (33, 33') 를 포함하며, 상기 제어 배열체 (34) 는 모터 (20, 20') 의 조작을 제어하기 위해, 상기 전기 변환기를 제어하는 탭 절환기 조작용 구동 시스템에 있어서,

   이 시스템은 전기 모터 (20, 20') 의 출력 샤프트 (21) 의 이동과 탭 절환기의 가동부의 위치를 검출하는 수단 (36) 및 이 검출 수단 (36) 으로부터 상기 제어 배열체 (34) 에 정보를 송신하는 수단 (41) 을 포함하며, 상기 제어 배열체 (34) 는, 작동 (commissioning) 이전에 한편으로는, 컴퓨터로 제어되고, 다른 한편으로는 설정 가능 (configurable) 하고, 커스터마이즈 가능 (customisable) 하고, 또한 사용 중에 구동 시스템을 상기 전력 공급 장치의 상이한 전압 레벨에 대해 그리고 그 구동 시스템에 의해 작동되는 탭 절환기의 상이한 특성에 대해 적용할 수 있고,

   상기 구동 시스템은, 상기 전기 모터 (20) 에 전달된 전류 및 전압을 측정하는 수단 (35), 요구되는 순간 출력 또는 토크 뿐만 아니라 탭 절환 조작중의 에너지 소비를 연산하는 수단, 이에 의해 산출된 연산값을 저장하는 수단, 및 상기 연산값과 이러한 저장된 대응값을 비교하여, 그 비교의 결과에 기초하여 상기 상기 탭 절환기의 임의의 가동부의 유지보수가 필요한지의 여부를 판정하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는, 탭 절환기 조작용 구동 시스템.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 제어 배열체 (34) 는 상기 시스템에 의해 작동되는 탭 절환기의 특성에 대한 정보를 갖는 고객 맞춤형 (customer specific) 파라미터 파일을 수용함으로써 설정 가능하고 커스터마이즈 가능한 것을 특징으로 하는, 탭 절환기 조작용 구동 시스템.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 전력 공급 장치와 상기 전기 변환기 사이에 접속되는 DC/DC 변환기 (26, 40') 및, 상기 DC/DC 변환기를 제어하는 제어 수단 (27) 을 더 포함하며,

   상기 DC/DC 변환기와 상기 제어 수단은, 상기 전력 공급 장치 (24, 24') 에 의해 전달된 전압의 레벨과 실질적으로 상관없이, 상기 전기 변환기 (33, 33') 에 실질적으로 일정한 레벨의 전압을 전달하는 것을 특징으로 하는, 탭 절환기 조작용 구동 시스템.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 구동 시스템은, 90 VDC ~ 400 VDC 또는 100 VAC ~ 300 VAC 의 전압을 전달하는 상기 전력 공급 장치 (24) 에 접속되며, 상기 DC/DC 변환기 (26) 는 상기 전기 변환기 (33) 에 실질적으로 일정한 레벨의 전압, 예컨대 350 V ~ 450 V 의 전압을 전달하는 부스트 변환기인 것을 특징으로 하는, 탭 절환기 조작용 구동 시스템.
5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 구동 시스템은, 상기 전력 공급 장치로부터 평류 전류 (smooth current) 를 태핑 (tapping) 하도록, 상기 전력 공급 장치와 상기 전기 변환기 (33) 사이에 접속되는 역률 보정 변환기 (26) 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 탭 절환기 조작용 구동 시스템.
6. 제 5 항에 있어서, 상기 역률 보정 변환기는 DC/DC 변환기 (26) 에 의해 구성되는 것을 특징으로 하는, 탭 절환기 조작용 구동 시스템.
7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 구동 시스템은, AC 를 전달하는 전력 공급 장치 (24, 24') 에 접속되고, 상기 구동 시스템은 그 구동 시스템을 상기 전력 공급 장치에 접속하는 패시브 정류기 (25, 25') 를 포함하는 것을 특징으로 하는, 탭 절환기 조작용 구동 시스템.
8. 삭제
9. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 제어 배열체 (34) 는 탭 절환기의 상기 가동부의 아주 작은 움직임 (micro motion) 즉, 완전한 탭 절환 작업을 실행하지 않는 움직임을 얻기 위해 전기 모터 (20, 20') 를 제어하는 상기 전기 변환기 (33, 33') 를 제어하여, 상기 시스템 및 탭 절환기 중 하나 이상의 적정한 기능을 조사하는 것을 특징으로 하는, 탭 절환기 조작용 구동 시스템.
10. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

    상기 검출 수단은 탭 절환기의 상기 가동부의 위치를 판정하기 위해 상기 전기 모터 (20, 20') 의 출력 샤프트 (21) 에 접속되는 회전 센서 (36) 를 포함하며, 이 회전 센서는 상기 제어 배열체 (34) 에 상기 위치에 대한 정보를 전달하는 것을 특징으로 하는, 탭 절환기 조작용 구동 시스템.
11. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

    상기 검출 수단은 회전 센서 (36) 를 포함하고,

    상기 회전 센서 (36) 는 리졸버 또는 엔코더인 것을 특징으로 하는, 탭 절환기 조작용 구동 시스템.
12. 제 11 항에 있어서,

    상기 회전 센서 (36) 는 탭 절환기의 모든 가능한 탭 절환 위치를 통과하면서 실질적으로 1회 회전하기 위해서 상기 전기 모터의 출력 샤프트 (21) 에 접속되는 리졸버인 것을 특징으로 하는, 탭 절환기 조작용 구동 시스템.
13. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

    상기 전기 모터 (20) 는 비동기식 모터, 영구 여자 동기 모터, 브러쉬리스 (brushless) DC 모터, 또는 릴럭턴스 (reluctance) 모터와 같은 AC 모터인 것을 특징으로 하는, 탭 절환기 조작용 구동 시스템.
14. 제 13 항에 있어서,

    상기 전기 변환기 (33) 는 VSC (voltage source converter) 인 것을 특징으로 하는, 탭 절환기 조작용 구동 시스템.
15. 제 14 항에 있어서,

    상기 제어 배열체 (34) 는 전기 모터를 구동 또는 차단하는 교류 전압을 전달하는 펄스 폭 변조 패턴에 따라 VSC 변환기 (33) 를 제어하는 것을 특징으로 하는, 탭 절환기 조작용 구동 시스템.
16. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

    상기 전기 모터 (20') 는 영구 여자 직류 모터 또는 유니버셜 (universal) 전류 모터 등의 DC 모터인 것을 특징으로 하는, 탭 절환기 조작용 구동 시스템.
17. 제 16 항에 있어서,

    상기 전기 변환기는 CSC (current source converter) 인 것을 특징으로 하는, 탭 절환기 조작용 구동 시스템.
18. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

    상기 구동 시스템은, 적어도 800 kVA 의 정격 출력 및 적어도 11kV 의 정격 전압 중 하나 이상을 갖는 부하시 변압기 (2) 의 전압 조정을 위한 탭 절환기의 조작에 적용되는 것을 특징으로 하는, 탭 절환기 조작용 구동 시스템.
19. 삭제
20. 삭제
21. 삭제
22. 삭제
23. 삭제
24. 삭제
25. 삭제
26. 삭제

Images