KR101465910B1 - 탭 절환기의 사전-선택기를 위한 방법 및 시스템 - Google Patents

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Abstract

탭 절환기의 사전-선택기에는, 이 사전-선택기의 가동 접촉자용 속도를 변화시키는 작동 장치가 장착된다. 상기 장치는 실린더 내부로 연장하는 사전-선택기 접촉자들 (25 ~ 27) 및 탭 접촉자가 형성된 실린더 (24) 를 포함하는 원통형 탭 절환기 (10) 내에 제공되고, 상기 장치는, 상기 실린더 (24) 의 상기 사전-선택기 접촉자들과 결합하는 적어도 하나의 가동 접촉자 (8) 가 형성된 접촉자 캐리어 (9) 와, 상기 접촉자 캐리어 (9) 에 회전 운동을 제공하는 구동 기구 (21) 를 포함하고, 상기 접촉자 캐리어 (9) 는 사용시 상기 구동 기구 (21) 에 의해 회전되어, 상기 가동 접촉자 (8) 는 상기 실린더의 내측의 상기 사전-선택기 접촉자들 (25 ~ 27) 과 선택적으로 결합한다. 상기 장치에 있어서, 상기 구동 기구 (21) 는 상기 접촉자 캐리어 (9) 에 요동 운동을 제공하도록 배열된 요동 기구 (1) 를 통하여 상기 접촉자 캐리어 (9) 에 작동되도록 연결되는 것을 특징으로 한다.

Description

탭 절환기의 사전-선택기를 위한 방법 및 시스템 {METHOD AND SYSTEM FOR A PRE-SELECTOR IN A TAP CHANGER}
본 발명은 일반적으로 변압기용 탭 절환기에 관한 것으로서, 특히 변압기의 탭 절환기의 사전-선택기 (pre-selector) 를 작동시키는 장치에 관한 것이다.
전력용 변압기에서, 변압기를 통전시키면서 변압기의 권취부들 (windings) 의 탭핑 연결을 절환시키기 위해서 부하시 탭 절환기 (on-load tap changers; OLTC) 가 사용된다. 변압기가 사용중이기 때문에, 탭핑 연결부를 절환할 시 아크가 발생할 것이다. 변압기의 권취부의 연결 또는 분리 턴 (turns) 을 가능하게 하도록 부하시 탭 절환기에는 사전-선택기가 사용된다. 이 사전-선택기는 또한 권취부의 전체 부분을 연결하는데 사용될 수도 있다. 또한, 사전-선택기의 접촉자에 있어서, 접촉자가 이동하면 아크가 발생할 것이다. 이러한 아크가 제한되지 않으면, 접촉자의 마모가 증가할 뿐만 아니라 변압기의 권취부에 대한 손상 위험이 발생하여 그 결과 탭 절환기 및 변압기 둘 다에 있어서 듀티 작동 시간 (duty operational time) 이 단축된다. 최악의 경우에, 사전-선택기에서의 아크는 단락 회로가 되게 하는 것으로 밝혀져서, 변압기에 심각한 손상을 유발할 것이다.
사전-선택기의 접촉자들에서의 아크를 제한하기 위해서, 소위 타이-인 저항기 (tie-in-resistors) 가 사용된다. 아크를 유발하는 대신에, 사전-선택기의 접촉자를 차단할 때 저장된 에너지는 타이-인 저항기를 통하여 제어된 전류 형태로 방출된다. 양호한 작동 방안으로 사용되더라도, 타이-인 저항기에서는 일부 단점이 있다. 이 타이-인 저항기는 고가이고 부피가 크며 또한 바람직하게는 설치를 요구하는 특정 환경에서만 설치된다. 현장에서의 상황을 완전히 알지 못하거나 또는 변경될 위험이 있고, 그 결과 타이-인 저항기가 설치되지 않으면 변압기에 대한 손상이 있을 수 있다. 게다가, 타이-인 저항기가 설치되면, 저항기내에 여전히 열 형태로 에너지가 존재할 것이다.
또한, 적합한 기능성을 보장하기 위해서, 사전-선택기가 적합한 위치에 위치될 때 확실하게 잠겨지는 것이 중요하다. 2 개의 표면들을 고마찰로 서로 접촉시킴으로써 이러한 사전-선택기의 잠금 기능이 달성되는 공지된 시스템들이 있다. 하지만, 잠금 기능은 접촉하고 있는 2 개의 표면에 의해 유발되기 때문에, 원하지 않을 때, 즉 사전-선택기의 접촉자들이 분리되어야 할 때, 이러한 표면들간의 고마찰이 또한 유발된다. 접촉자들이 신속하게 분리되지 않으면, 분리시 더 많은 아크가 발생하여, 접촉자들의 불필요한 마모 및 변압기의 권취부를 손상시키는 위험을 유발할 것이다.
본원의 목적은 전술한 단점이 없는 변압기의 탭 절환기상의 사전-선택기를 위한 장치를 제공하는 것이다. 특히, 본원의 목적은 사전-선택기의 접촉자들의 신속한 분리를 제공하는 것이다.
상기 목적은, 실린더 내부로 연장하는 사전-선택기 접촉자들 및 탭 접촉자가 형성된 실린더를 포함하는 원통형 탭 절환기의 사전-선택기를 작동시키는 장치를 제공함으로써 달성되고, 상기 장치는, 상기 실린더의 상기 사전-선택기 접촉자들과 결합하는 적어도 하나의 가동 접촉자가 형성된 접촉자 캐리어와, 상기 접촉자 캐리어에 회전 운동을 제공하는 구동 기구를 포함하고, 상기 접촉자 캐리어는 사용시 상기 구동 기구에 의해 회전되어, 상기 가동 접촉자는 상기 실린더의 내측의 상기 사전-선택기 접촉자들과 선택적으로 결합한다. 상기 사전-선택기 장치에 있어서, 상기 구동 기구는 상기 접촉자 캐리어에 각속도가 변하는 회전을 제공하도록 배열된 요동 기구를 통하여 상기 접촉자 캐리어에 작동되도록 연결되는 것을 특징으로 한다. 바람직하게는, 대응하는 실린더 접촉자로부터 가동 접촉자를 분리할 시 변하는 각속도가 최고가 되도록, 접촉자들의 기하학적 위치결정이 제공된다.
바람직한 실시형태에 있어서, 상기 요동 기구는 캠 구조물과 캠 종동자를 포함하고, 상기 캠 종동자는 회전시 상기 캠 구조물에 작용한다. 바람직하게는, 상기 캠 종동자는 상기 캠 구조물에 대하여 스프링 부하를 받는다.
일 실시형태에 있어서, 상기 요동 기구는, 상기 실린더 접촉자들 중 하나와의 접촉 위치에 있는 가동 접촉자에 부합하는 상기 요동 기구용 제 1 휴지 위치 (resting position) 를 제공하도록 배열된 적어도 하나의 단부 홈을 포함한다.
일 실시형태에 있어서, 상기 캠 구조물 및 상기 캠 종동자는 휴지 위치를 제공하고, 상기 캠 구조물은 상기 캠 종동자용 제 1 잠금 위치와 제 2 잠금 위치를 제공하는 제 1 홈과 제 2 홈을 포함하고, 상기 잠금 위치들은 상기 요동 기구의 제 1 휴지 위치와 제 2 휴지 위치를 제공한다.
상기 위치들에서, 상기 캠 종동자는 휴지할 수 있고, 상기 위치들은 실린더의 대응 접촉자 및 가동 접촉자의 접촉 위치에 대응한다.
바람직하게는, 상기 캠 구조물은 제 1 캠 및 제 2 캠을 포함하고 또한 상기 제 1 캠 및 상기 제 2 캠 사이에 홈을 제공한다.
상기 홈은 실린더의 2 개의 연속적인 고정 접촉자들간의 운동시 (캠 종동자 및 그로 인한) 가동 접촉자의 회전 속도를 제어하고 제한하는 중간 홈이다.
일 실시형태에 있어서, 상기 탭 절환기의 가동 탭 절환 접촉자들은 구동 기구에 의해 본질적으로 등속으로 구동된다. 사전-선택기의 작동시 변하는 속도는 요동 기구에 의해서만, 예를 들어 캠 구조물 및 캠 종동자 구조에 의해서 본질적으로 제공된다.
상기 탭 절환 접촉자들은 전환 샤프트에 의해 가동되며, 상기 전환 샤프트는 상기 실린더의 중심에서 축방향으로 또한 수직으로 배열되며 또한 구동 기구에 의해 구동되는, 탭 절환기의 적합하고 바람직한 실시형태이다.
더욱이, 바람직한 실시형태에 있어서, 상기 탭 절환기는 전환중 상기 탭 절환기내의 전류를 차단하는 진공 차단기 (vacuum interrupters) 를 포함한다.
도 1 은 캠 종동자가 제 1 잠금 단부 위치에 위치된 기구를 도시하는 도면,
도 2 는 캠 종동자가 제 1 캠 위치로 이동된 기구를 도시하는 도면,
도 3 은 중간 위치의 기구를 도시하는 도면,
도 4 는 제 2 캠으로 이동한 캠 종동자를 도시하는 도면,
도 5 는 캠 종동자가 제 2 잠금 단부 위치에 위치된 시스템을 도시하는 도면,
도 6 은 사전-선택기의 일부를 나타내는 사시도,
도 7 은 탭 절환기를 구비한 변압기를 도시하는 도면, 및
도 8 은 탭 절환기와 이 탭 절환기를 전환시키는 수단의 주요부를 도시하는 도면.
도 7 은, 제 1 전압 레벨 및 제 2 전압 레벨 사이의 전기를 변압시키는 제 1 단자 세트 (12) 및 제 2 단자 세트 (13) 를 구비한 변압기 (11) 의 개략도를 도시한다. 변압기 (11) 에는 탭 절환기 (10) 가 형성되고, 이 탭 절환기는 3 개의 출력 접촉자 (26, 27, 28) 를 가진 사전-설정기 아래에 3 세트의 탭 절환 접촉자 (각 단계에 대해 하나를 상징적으로 표시) 를 구비한다. 도 7 은 본원의 사전-선택기 장치의 장착으로 이점을 얻을 수 있는 공지된 유형의 변압기 탭 절환기를 도시한다. 도 8 은 본원에 따른 사전-선택기 장치를 포함하는 탭 절환기의 주요부를 도시한다. 탭 절환기 (10) 는, 이 탭 절환기를 구동시키는 모터 (22) 를 포함하고, 이 모터는 연결 수단 (23) 을 통하여 탭 절환기의 구동 기구 (21) 에 작동되도록 연결된다. 탭 절환기는 또한 변압기 하우징 내측에 배열된 절연 실린더 (24) 를 포함하고, 이 실린더에는 환형의 탭 절환 접촉자가 형성되고, 이 실린더 내측에는 전환 샤프트가 배열된다. 전환 샤프트 (25) 는 가동 접촉부를 지지하고, 즉 이 접촉부는 전환 샤프트와 함께 이동하며, 이 접촉부의 접촉자들은 실린더의 대응하는 접촉부와 선택적으로 결합하도록 배열된다. 구동 기구 (21) 는 전환 샤프트 (25) 를 회전시키는 구동 토크를 제공하도록 배열되어, 탭 절환기의 탭 절환부의 접촉자들이 조정 (manoeuvred) 된다. 구동 기구는 또한 사전-선택기에 작동되도록 연결되고 그리고 가동 사전-선택기의 접촉자들 (8) 을 지지하는 사전-선택기의 접촉자 캐리어 (9) 를 구동시키도록 배열된다. 가동 사전-선택기의 접촉자들 (8) 은, 구동 기구 (21) 에 의해 회전될 때, 실린더의 고정된 사전-선택기의 접촉자들 (26, 27, 28) 과 선택적으로 결합하도록 배열된다. 구동 기구 (21) 는 탭 절환기의 전환 샤프트 (25) 및 사전-선택기의 접촉자 캐리어 (9) 둘 다에 회전을 제공하는 Malteser 휠 기어를 포함할 수 있다. Malteser 휠 기어를 구비한 탭 절환기는 ABB AB (예를 들어, BUE 또는 BUL 구동 기구를 가진 UC 탭 절환기 또는 드라이브 BUF 3 를 가진 UZE/UZF 유형) 에 의해 여러 가지 버젼으로 제공되었고, 상기 기어 기구는 이하 더 자세히 설명하지 않는다.
사전-선택기는 또한 가동 접촉자의 속도를 변경하는 기구 (1) 를 포함한다. 상기 기구 (1) 는 구동 기구 (21) 로부터 입력된 일정한 회전 운동을 접촉자 캐리어 (9) 에 가해지는 요동 (staggered) 회전 운동으로 변환시키도록 제공된다. 요동 기구 (1) 는 요동 회전을 제공하고, 속도는 변하고 또한 요동 기구 (1) 는 접촉자 캐리어 (9) 에 작동되도록 연결되어, 최고 속도가 가동 접촉자 (8) 를 위한 분리 모멘트, 즉 가동 접촉자 (8) 가 고정 실린더 접촉자 (26, 27, 또는 28) 를 나오는 모멘트에 부합한다. 따라서, 요동 기구는 접촉자의 더 빠른 분리가 가능하도록 한다.
본원에 따른 요동 기구 (1) 의 일예는 도 1 ~ 도 5 를 참조하여 설명한다. 청구범위에 한정한 바와 같이 본원을 벗어나지 않은 한 요동 운동을 제공하는 다른 기구를 사용할 수 있음을 알아야 한다. 하지만, 도면에서는 신뢰가능한 구조물을 가진 바람직한 기구를 도시한다. 바람직한 실시형태의 요동 기구는 캠 구조물 (5) 과, 정지 및 가속 운동을 교대로 제공하도록 캠 구조물과 상호 협력하도록 배열된 캠 종동자 (2) 를 포함한다. 캠 종동자 (2) 는 구동 기구 (21) 에 연결되는 샤프트 (3) 에 고정되고, 또한 이 샤프트는 구동 기구 (21) 로부터 캠 종동자 (2) 에 회전 운동을 부여하도록 배열된다. 캠 종동자 (2) 는 캠 구조물의 표면들과 접촉하도록 스프링 (4) 에 의해 탄성 부하를 받는다. 캠 구조물 (5) 은, 캠 구조물에서 캠 종동자용 제 1 및 제 2 단부 위치를 제공하는 제 1 홈 (16) 및 제 2 홈 (18) 을 포함한다. 이러한 단부 위치들 (16, 18) 사이에는 제 1 캠 (5a) 및 제 2 캠 (5b) 이 배열되고, 이러한 캠들 (5a, 5b) 사이에는 제 3 홈 (17) 이 배열되어, 캠 종동자 (2) 를 위한 중간 위치로서 제공된다. 요동 운동은 이러한 캠들 (5a, 5b) 을 통과하는 홈들 (16, 17, 18) 사이에서 캠 종동자 (2) 를 이동시킴으로써 형성된다.
도 6 에서는 가동 접촉자 (8) 및 요동 기구를 가진 사전-선택기 장치의 부분 사시도를 도시한다. 탭 절환기 실린더에는, 이 실린더 안으로 연장하고 또한 접촉자 캐리어 (9) 에 의해 지지되는 가동 접촉자 (8) 와 선택적으로 결합하도록 배열되는 사전-선택기의 내부 실린더 접촉자 (26 ~ 28) 를 제공하는 외부 사전-선택기 탭 접촉자 (7) 가 형성된다. 도 6 에서는, 캠 구조물 (5) 및 캠 종동자 (2) 를 포함하는 요동 기구가 실린더의 상면에 어떻게 배열될 수 있는지를 도시한다. 요동 기구의 기능은 도 1 ~ 도 5 를 참조하여 설명한다.
도 1 ~ 도 5 에서는 사전-선택기의 전환 작동시 캠 구조물 (5) 을 넘어가는 캠 종동자 (2) 의 추이 (passages) 를 도시한다. 도 1 에서, 캠 종동자 (2) 는 요동 기구용 제 1 단부 위치를 제공하는 제 1 홈 (16) 에 위치된다. 상기 단부 위치는 사전-선택기의 가동 접촉자용 접촉 위치에 대응하고, 따라서 이 단부 위치에서 가동 접촉자 (8) 는 실린더의 고정 접촉자 중 제 1 고정 접촉자와 결합한다. 도 5 에서는, 사전-선택기 스위치의 가동 접촉자 (8) 가 실린더 (2) 의 고정 접촉자 중 제 2 고정 접촉자와 결합하는 반대편 단부 위치를 도시한다. 통상적인 전환 조정은 도 1 에 도시된 위치에서 시작하여 도 5 의 위치에서 종료된다. 도 2 에서, 샤프트 (3) 에 의해 회전되는 캠 종동자 (2) 는 제 1 단부 위치에서 그 운동을 개시하여 캠 구조물 (5) 의 제 1 캠 (5a) 과 만난다. 캠 종동자 (2) 가 회전시 제 1 캠 (5a) 과 만나면 스프링 (4) 은 압축되고, 이러한 압축은 제 1 캠 (5a) 과 제 1 홈 (16) 사이의 접촉면 슬로프로부터 운동 저항 (motion resistance) 을 유발한다. 이러한 방식으로 캠 종동자 (2) 의 운동이 느려진다. 이러한 운동에 대한 저항은 구동 기구 (21) 및 모터 (22) 에서 토크를 발생시킨다. 이러한 저항은, 캠 종동자 (2) 가 캠 (5a) 을 올라가면, 회전 속도를 일정하게 낮게 유지시킨다. 도 2 에서, 캠 종동자는 제 1 캠 (5a) 의 정상에 도달한다. 캠의 정상을 통과하면, 모터 (22) 와 구동 기구 (21) 에서의 토크 뿐만 아니라 탄성력을 해제하고, 각속도가 증가한다. 도 3 에서, 캠 종동자 (2) 는 홈들 (5a, 5b) 사이의 캠 구조물 (5) 의 중간 홈 (17) 으로 진입한다. 제 1 캠 (5a) 의 정상 (도 2 참조) 및 중간 홈 (17) (도 3 참조) 사이에서, 캠 종동자는 제 1 캠 (5a) 의 제 2 슬로프와 결합하고, 모터 (22) 및 구동 기구 (21) 의 토크 뿐만 아니라 압축된 스프링은 캠 종동자를 밀고, 이 캠 종동자는 캠 구조물 (5) 쪽으로 이동하고, 탄성력 및 해제된 토크는 캠 종동자 (2) 를 "슬로프 아래로" 가속시킨다. 이러한 가속 단계는 속도를 최고 속도까지 증가시키고, 이 속도는, 가동 접촉자 (8) 가 접촉을 잃어 실린더의 고정된 접촉자 (26, 27, 28) 와 분리되는 전환 단계에 실질적으로 부합하도록 적합하게 형성된다. 따라서, 고정 접촉자의 가동 접촉자에 대한 각위치는, 가동 접촉자와 고정 접촉자의 상호 속도가 높고 또한 그의 정상에 근접할 때 가속 기간의 종료시 접촉 분리를 하도록 배열된다. 바람직하게는, 아크의 위험이 최소화되도록 접촉자가 분리되는 시점 약간 이후에 최고 속도에 도달한다.
도 3 에서는 중간 홈 (17) 에 진입하는 캠 종동자 (2) 를 도시하고, 이 중간 홈은 캠 종동자 (2) 의 제어불능 운동을 방지하고, 홈 (17) 대신에, 제 2 캠 (5b) 의 슬로프와 만날 시 캠 종동자 (2) 에 중간 정지를 제공하여, 캠 종동자 (2) 는 중간 홈 (17) 과 제 2 캠 (5b) 사이의 슬로프상에서 이동할 시 느려진다.
도 4 는, 회전 속도가 최소로 다시 감소한 제 2 캠 (5b) 의 정상에 캠 종동자 (2) 가 도달하는 것을 나타낸다. 그 후에, 캠 종동자 (2) 는 제 2 캠 (5b) 아래로 내려갈 것이고, 압축된 스프링 (4) 은 회전 속도에 다시 기여하며, 캠 종동자 (2) 는 제 2 단부 홈 (18) 안으로 진입한다. 제 2 단부 홈안으로의 진입은, 실린더상의 고정 접촉자들의 제 2 접촉자와 접촉하는 가동 접촉자 (8) 의 진입과 부합하여 일어난다. 단부 위치는 도 5 에 도시되어 있다.

Claims (9)

  1. 실린더 내부로 연장하는 사전-선택기 접촉자들 (26 ~ 28) 및 탭 접촉자가 형성된 실린더 (24) 를 포함하는 원통형 탭 절환기 (10) 의 사전-선택기를 작동시키는 장치로서,
    상기 장치는,
    상기 실린더 (24) 의 상기 사전-선택기 접촉자들과 결합하는 적어도 하나의 가동 접촉자 (8) 가 형성된 접촉자 캐리어 (9) 와,
    상기 접촉자 캐리어 (9) 에 회전 운동을 제공하는 구동 기구 (21) 를 포함하고,
    상기 접촉자 캐리어 (9) 는 사용시 상기 구동 기구 (21) 에 의해 회전되어, 상기 가동 접촉자 (8) 는 상기 실린더의 내측의 상기 사전-선택기 접촉자들 (26 ~ 28) 과 선택적으로 결합하며,
    상기 구동 기구 (21) 는 상기 접촉자 캐리어 (9) 에 요동 운동을 제공하도록 배열된 요동 기구 (1) 를 통하여 상기 접촉자 캐리어 (9) 에 작동되도록 연결되며,
    상기 요동 기구 (1) 는 캠 구조물 (5) 과 캠 종동자 (2) 를 포함하고, 상기 캠 종동자 (2) 는 회전시 상기 캠 구조물 (5) 에 작용하며,
    상기 캠 구조물은 제 1 캠 (5a) 및 제 2 캠 (5b) 을 포함하고 또한 상기 제 1 캠 (5a) 및 상기 제 2 캠 (5b) 사이에 홈 (17) 을 제공하며,
    상기 홈 (17) 은 상기 캠 종동자 (2) 용 중간 위치를 제공하고,
    상기 중간 위치는 상기 실린더의 2 개의 연속적인 접촉자들 (26 ~ 28) 사이의 상기 가동 접촉자 (8) 의 위치에 대응하는 것을 특징으로 하는 사전-선택기를 작동시키는 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 캠 종동자 (2) 는 상기 캠 구조물 (5) 에 대하여 스프링 (4) 부하를 받는, 사전-선택기를 작동시키는 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 요동 기구 (1) 는, 상기 사전-선택기 접촉자들 (26 ~ 28) 중 하나와의 접촉 위치에 있는 가동 접촉자 (8) 에 부합하는 상기 요동 기구용 제 1 휴지 위치를 제공하도록 배열된 적어도 하나의 단부 홈 (16, 18) 을 포함하는, 사전-선택기를 작동시키는 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 캠 구조물 (5) 은 상기 캠 종동자 (2) 용 제 1 잠금 위치와 제 2 잠금 위치를 제공하는 제 1 홈 (16) 과 제 2 홈 (18) 을 포함하고, 상기 잠금 위치들은 상기 요동 기구의 제 1 휴지 위치와 제 2 휴지 위치를 제공하는, 사전-선택기를 작동시키는 장치.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 탭 절환기의 가동 탭 절환 접촉자들은 구동 기구에 의해 등속으로 구동되는, 사전-선택기를 작동시키는 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 탭 절환 접촉자들은 전환 샤프트 (25) 에 의해 가동되며, 상기 전환 샤프트는 상기 실린더의 중심에서 축방향으로 또한 수직으로 배열되며 또한 구동 기구에 의해 구동되는, 사전-선택기를 작동시키는 장치.
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 탭 절환기는 전환중 상기 탭 절환기내의 전류를 차단하는 진공 차단기 (vacuum interrupters) 를 포함하는, 사전-선택기를 작동시키는 장치.
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