KR101911417B1 - 전력 시스템 보호를 위한 연속 무정전 ac 접지 시스템 - Google Patents
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Abstract
변압기를 포함하는 교류시스템에서 이용하기 위한 연속 접지 시스템이 개시된다. 이 시스템은 변압기의 변압기 중성선 및 접지 사이에 위치한 스위치 어셈블리, 상기 스위치 어셈블리는 개방 상태 및 닫힘 상태를 가지고, 상기 개방 상태는 전기적인 연결부 및 변압기 중성선 사이에 상기 스위치 어셈블리를 통한 경로를 방해하고, 상기 닫힘 상태는 상기 스위치 어셈블리를 통한 상기 전기적인 연결부에서 상기 변압기 중성선를 연결하는 경로를 설정하고, 이 때 상기 교류 전자장치의 정상 동작 중에 상기 스위치는 닫힘 상태를 유지한다. 상기 시스템은 또한 상기 스위치 어셈블리와 병렬로 위치하고 상기 접지 연결부 와 상기 접지 사이에 연결된 DC차단 컴포넌트를 포함한다. 상기 시스템은 추가적으로 상기 스위치 어셈블리를 제어하도록 구성된 제어회로를 포함하며, 상기 제어회로는 상기 변압기의 전력 위상에서 고조파 신호에 대한 검출 또는 상기 변압기 중성선 및 상기 접지 사이의 DC 또는 의사 DC 전류의 소정의 임계값에 대한 검출을 기초로 상기 스위치 어셈블리를 개방 상태로 동작시키도록 구성된 센서를 포함한다.
Description
본 발명은 일반적으로 전기보호회로에 관련되며, 특히 전력시스템의 보호에 이용할 수 있는 연속 무정전 AC 접지 시스템에 관련된다.
전자장치, 특히 교류를 이용하여 동작하는 전자장치는 입력 신호 및 조건이 변화된다. 일반적인 방식에 있어서, 미국 내 교류장치는 소정의 크기(예컨대, 120볼트)를 갖는 60Hz 전력선 소스(또는 유럽에서는 50Hz)를 수신할 것으로 예상된다. 이 전력소스들이 어느 정도 상이하더라도, 특정전류를 이용하기 위해 만들어진 장치들은 수신된 전력신호의 일부 경미한 변화를 일반적으로 다룰 수 있다.
몇몇 경우에 있어서, 전력신호는 고조파 또는 다른 외부조건으로 인해 크게 달라질 수 있다. 고조파 및 의사-DC(quasi-DC) 전류는 예컨대, 자기(태양)폭풍 또는 스위칭 전원장치(파워서플라이), 아크장치(arc equipment), 용접장치 등, 동일한 전력 그리드 또는 로컬 전력 회로 상에 있는 다른 전자장치로부터 초래될 수 있다. 고조파 및 의사-DC 전류는 전력 신호에 대한 입력 전압 및 전류(및 결과적인 전력)를 급격하게 변화시켜 전력소스에 연결된 전자장치에 잠재적인 손상을 줄 수 있다.
예컨대, 고고도 전자기펄스(HEMP; high altitude electromagnetic pulse)와 관련된 E3 펄스 또는 자기폭풍은 고전압 전력생성, 전송 및 분배 시스템 컴포넌트(즉, 전력 전송선 및 전력 변압기)에서 자기유도전류(GIC; geomagnetic induced currents)로 불리는 DC 또는 의사-DC 전류를 유도하는 것은 잘 알려진 사실이다. 이러한 DC 전류는 전력 변압기 코어에서 반주기 포화를 야기시킬 수 있고, 이것은 결국 과도한 무효파워 손실, 과열, 손상 및/또는 이와 같은 변압기의 고장을 야기시킬 수 있다. 또한 반주기 포화는 초기 주파수(primary frequency)(50Hz 또는 60Hz)의 고조파의 생성을 야기할 수 있다. 이 고조파 성분은 파워 시스템 릴레이를 동작시키고, 이것은 요구된 보상 컴포넌트들을 분리시킨다. 결국 이것은 전력 그리드의 국부 또는 넓은 영역 부분을 손상시킨다.
대략 지난 20년간, 전력 시스템에서 GIC 또는 HEMP(E3) 유도전류를 감소시키기 위한 몇몇 제안된 접근방식이 제안되었다. 이 솔루션들은 일반적으로 몇몇 형태 중 하나를 보인다. 제1솔루션은 유도 DC 전류에 용량성 회로를 이용하여 AC 접지 경로(grounding path) 및 블록을 동시에 제공하는것이다. 이 솔루션은 일반적으로, 정상 접지된 변압기 연결 사이를 스위칭하는 것 및 용량성 회로를 통한 접지를 허용하는 스위치 세트를 포함한다. 이 솔루션은 의도하지 않게 변압기 중성선(transformer neutral)과 접지연결을 개방하는것 또는 접지사고 조건을 핸들링하기 위해 고가의 전자장치를 요구할 수 있다. 이 용량성 회로 솔루션은 현재 동작 파라미터와 비교하여 전력 시스템 릴레이 설정을 재조정하도록 요구할 수 있다.
제2솔루션은 변압기 중성선과 접지 연결 내의 DC 또는 의사-DC 전류로부터 잠재적인 유해(damaging) GIC 이벤트를 감소시키도록 이용되는 능동소자의 계속적인 사용을 포함한다. 이 솔루션은 일반적으로 고가의 전력 장비 및 지속적인 동작이 요구되고, 이와 같은 임의의 고장이 이 시스템을 불안정하게 만들 수 있다.
제3솔루션은 일반적으로 저항에대한 접근방식을 이용하며, 고정값 저항이 변압기의 중성선과 접지연결 내의 DC 전류를 감소시키기 위해 지속적으로 이용되고; 그러나 이 접근방식에서, 저항은 일반적으로 높은 저항값을 가져야 하고, DC 또는 의사-DC 중성선 전류를 감소시키기만 하고 제거하지 않는다. 추가적으로, 이러한 솔루션을 설치하는 동안, 전력 시스템의 릴레이 설정의 재조정이 요구될 수 있다. 현재 전력 전달 시스템과 호환 가능한 안정적이고 저비용의 보호 회로를 제공하는 솔루션이 현재는 존재하지 않는다.
이와 같은 기타 이유로 개선이 요구된다.
아래의 설명에 따라, 상술한 및 다른 이슈들이 아래의 설명에 적용될 수 있다:
제1측면에 있어서, 변압기를 포함하는 교류시스템에서 이용되기 위한 연속 접지 시스템이 개시된다. 이 시스템은 변압기의 중성선 접지 연결부와 접지 사이에 연결된 스위치 어셈블리를 포함하며, 이 스위치 어셈블리는 개방 상태 및 닫힘 상태를 가지고, 상기 개방 상태는 전기적인 연결부 및 접지 연결부 사이에 상기 스위치를 통한 경로를 방해하고, 상기 닫힘 상태는 상기 스위치 어셈블리를 통한 상기 전기적인 연결부에서 상기 접지 연결부를 연결하는 경로를 설정하고, 상기 교류 전자장치의 정상 동작 중에 상기 스위치는 닫힘 상태를 유지한다. 상기 시스템은 또한 상기 스위치 어셈블리와 병렬로 위치하고 상기 접지 연결부 와 상기 접지 사이에 연결된 DC차단 컴포넌트를 포함한다. 상기 시스템은 추가적으로 상기 스위치 어셈블리를 제어하도록 구성된 제어회로를 포함하며, 상기 제어회로는 상기 변압기의 전력 위상 중 하나 또는 그 이상에서 고조파 신호에 대한 검출 또는 상기 변압기 중성선 및 상기 접지 사이의 DC 또는 의사 DC 전류의 소정의 임계값에 대한 검출을 기초로 상기 스위치 어셈블리를 개방 상태로 동작시키도록 구성된 센서를 포함한다.
제2측면에 있어서, 전기보호회로가 개시된다. 상기 전기보호회로는 변압기 중성선의 접지 연결부(grounding connection)와 접지 사이에 연결된 스위치 어셈블리를 포함하고, 상기 스위치 어셈블리는 개방 상태 및 닫힘 상태를 가지고, 상기 개방 상태는 전기적인 연결부 및 변압기 중성선 사이에 스위치를 통한 경로를 방해하고, 상기 닫힘 상태는 상기 스위치 어셈블리를 통한 상기 전기적인 연결부에서 상기 접지 연결부를 연결하는 경로를 설정하고, 상기 교류 전자장치의 정상 동작 중에 상기 스위치는 닫힘 상태를 유지한다.
제3측면에 있어서, 직류 또는 고조파 효과로 인한 손상으로부터 교류회로 내의 전자장치를 보호하기 위한 방법이 개시된다. 상기 방법은 상기 교류회로의 정상동작 동안에 스위치 어셈블리를 닫힘 상태로 유지하는 단계를 포함하고, 여기서 상기 스위치는 상기 전자장치의 변압기 중성선 및 접지 사이에 전기적으로 연결된다. 상기 방법은 추가적으로, 소정의 임계값 이상의 고조파 신호 또는 소정의 임계값 이상의 DC 전류 중 적어도 하나의 검출을 기초로, 상기 스위치 어셈블리를 개방하고, 상기 전자장치의 접지연결 및 접지 사이에, 상기 스위치 어셈블리와 병렬로 전기적으로 연결된 DC 차단 컴포넌트에 의해 상기 접지로 가는 DC 전류를 차단하는 단계를 포함한다.
다른 측면에 있어서, 전기보호회로를 테스트하는 방법이 개시된다. 이 방법은 변압기 중성선 및 접지 사이에 연결된 스위치 어셈블리를 개방하는 단계, 변압기 전압 주파수와 상이한 주파수의 교류 전압을 상기 변압기 중성선에 주입하는 단계를 포함한다. 이 방법은 추가적으로, 교류 전압을 주입하는 동안, DC 차단 컴포넌트를 통한 전류를 측정하는 단계, 및 상기 측정된 전류가 미리 설정된 한계점 내의 전기적 특성을 나타내는지 여부를 판단하는 단계를 포함한다. 미리 설정된 한계점을 벗어난 경우, 이 방법은 상기 전기보호회로의 고장의 발생을 알리는 단계를 포함한다.
다른 측면에 있어서, 전기보호회로를 테스트하는 방법은 직류신호를 변압기 중성선에 주입하는 단계, 직류신호에 반응하여 변압기 중성선 및 접지 사이에 연결된 스위치 어셈블리가 개방되었는지 판단하는 단계 및 상기 스위치가 개방되지 않은 경우, 상기 전기보호장치의 고장의 발생을 알리는 단계를 포함한다.
또 다른 측면에 있어서, 전기보호회로를 테스트하는 방법은 고조파 신호를 고조파 센서에 주입하는 단계, 상기 고조파 신호에 반응하여 변압기 중성선 및 접지 사이에 연결된 스위치 어셈블리가 개방되었는지 판단하는 단계 및 상기 스위치 어셈블리가 개방되지 않은 경우, 상기 전기보호회로 내 고장의 발생을 알리는 단계를 포함한다.
또 다른 측면에 있어서, 전자장치 스탠드는 개방구조(open structure)를 갖는 상단면, 지상 고도에서 상기 상단면을 받치는 복수의 지지대, 여기서 상기 지지대는 하나 이상의 접지된 파일링(pilings) 위에 장착됨, 및 고전력 변압기의 접지 부싱(bushing)및 접지 사이에 전기적으로 연결되고 상기 상단면 위에 위치된 전자장치를 포함한다.
본 발명은 전력 변압기 및 다른 전기 또는 전기기계 장치들을 유해 DC 전류로부터 발생하는 전력선 상의 고조파 성분을 방지하여 상기 기기들을 보호할 수 있다.
도1은 본 명세서에서 설명된 시스템 및 방법을 이용하여 보호된 변압기의 정면도이다;
도2는 본 발명의 가능한 일 실시예에 따라서 전력 생성 또는 분배부에 설치됨으로써 연속 접지시스템 내에 이용 가능한 전기보호회로의 예시적인 실시예를 설명한다;
도3a는 본 발명의 가능한 일 실시예에 따라, 전기보호회로의 제2 예시적인 실시예를 포함하는 연속 접지시스템을 설명한다;
도3b는 본 발명의 다른 가능한 실시예에 따라, 전기보호회로의 제2예시적인 실시예를 포함하는 연속 접지 시스템을 설명한다;
도4는 본 발명의 가능한 실시예에 따라 직류 차단 장치를 셀프 테스트하기 위한 방법을 설명한다.
도5는 본 발명의 가능한 실시예에 따라, 전기보호회로에 대한 추가적인 예시적인 실시예를 설명한다.
도6은 본 발명의 가능한 일 실시예에 따라, 변화 가능한 레벨의 저항을 포함하는 전기보호회로의 예시적인 실시예를 설명한다.
도7은 본 발명의 가능한 일 실시예에 따라, 변화 가능한 레벨의 저항을 포함하는 전기보호회로의 제2예시적인 실시예를 설명한다.
도8은 본 발명의 추가적인 가능한 실시예에 따라, 저항성 및 용량성 회로 네트워크를 이용한 연속 접지 시스템의 추가적인 예시적인 실시예를 설명한다.
도9는 본 발명의 원리에 따라, 연속 접지 시스템의 추가적인 예시적 실시예를 설명한다.
도10은 본 발명의 가능한 일 실시예에 따라, 예시적인 전자장치 스탠드의 사시도이다.
도11은 본 발명의 가능한 일 실시예에 따라, 도10의 전자장치 스탠드가 그 내부에 전자장치를 가지는 상태의 정면도이다.
도2는 본 발명의 가능한 일 실시예에 따라서 전력 생성 또는 분배부에 설치됨으로써 연속 접지시스템 내에 이용 가능한 전기보호회로의 예시적인 실시예를 설명한다;
도3a는 본 발명의 가능한 일 실시예에 따라, 전기보호회로의 제2 예시적인 실시예를 포함하는 연속 접지시스템을 설명한다;
도3b는 본 발명의 다른 가능한 실시예에 따라, 전기보호회로의 제2예시적인 실시예를 포함하는 연속 접지 시스템을 설명한다;
도4는 본 발명의 가능한 실시예에 따라 직류 차단 장치를 셀프 테스트하기 위한 방법을 설명한다.
도5는 본 발명의 가능한 실시예에 따라, 전기보호회로에 대한 추가적인 예시적인 실시예를 설명한다.
도6은 본 발명의 가능한 일 실시예에 따라, 변화 가능한 레벨의 저항을 포함하는 전기보호회로의 예시적인 실시예를 설명한다.
도7은 본 발명의 가능한 일 실시예에 따라, 변화 가능한 레벨의 저항을 포함하는 전기보호회로의 제2예시적인 실시예를 설명한다.
도8은 본 발명의 추가적인 가능한 실시예에 따라, 저항성 및 용량성 회로 네트워크를 이용한 연속 접지 시스템의 추가적인 예시적인 실시예를 설명한다.
도9는 본 발명의 원리에 따라, 연속 접지 시스템의 추가적인 예시적 실시예를 설명한다.
도10은 본 발명의 가능한 일 실시예에 따라, 예시적인 전자장치 스탠드의 사시도이다.
도11은 본 발명의 가능한 일 실시예에 따라, 도10의 전자장치 스탠드가 그 내부에 전자장치를 가지는 상태의 정면도이다.
일반적으로, 본 발명은 파워 유틸리티 변압기 및 다른 전기 또는 전기기계 장치를 유해 DC 전류로부터 보호하고, 그 결과 발생하는 전력선 상의 고조파성분을 방지하기 위한 방법 및 시스템을 설명한다. 큰 DC중성선 전류 및 고조파 전압은 자기(태양)폭풍, 고고도 전자기 E3 펄스(HEMP-E3) 또는 스위칭 파워 서플라이, 아트용접장치, 플라즈마 절단(plasma cutting), 방전가공장치, 아크용접 램프 등과 같은 다른 전자장치의 결과일 수 있다. 전반적으로, 본 발명은 50Hz 또는 60Hz의 전력선 소스의 고조파 성분 및 잠재적인 유해 중성선 DC 전류를 센싱하고, 이와 같은 고조파 또는 DC 전류가 검출되면 좋지 않은 상태의 전기 장치가 보호 동작모드로 스위칭 되도록 제어하기 위한 시스템 및 방법을 설명한다.
본 명세서에서 설명되는 다양한 실시예에 따르면, GIC(태양폭풍) 및 EMP E3 펄스로부터 고전압 전력 시스템을 보호하는 것은 지자기 및 EMP(E3펄스) 유도전류를 제거하기 위한 스위치-제어 DC 차단 메커니즘을 이용하는 연속 무정전 AC 접지 회로(continuous uninterruptable AC grounding circuit)를 이용하여 수행된다. DC차단 컴포넌트(하나 이상의 커패시터, 저항 또는 이들의 조합을 포함)는 가동중인 상태에서 고정되어 무정전 AC 접지 경로를 HV 전력 시스템에 제공한다 예컨대, "Y"자로 구성된 고전압 변압기 또는 단권변압기의 중성선에 경로를 제공한다. 정상동작에서, 제2 병렬접지경로는 매우 낮은 임피던스와 닫힌 스위치 어셈블리를 통해서 표준 접지 경로를 제공한다.
본 명세서에 설명된 연속 접지 시스템은 표준 변압기 접지 규칙과 호환되는 접지 규칙을 제공하여, 전력시스템 릴레이 설정을 위해 임의의 변경을 요구하지 않을 것이다. 고(high) DC (또는 의사 DC)전류 또는 고 고조파 전력 성분 중 적어도 하나가 검출되면, 스위치 어셈블리가 개방되고, 시스템 내의 DC 또는 의사DC 전류를 차단하거나 감쇠시킨다. 의사DC 또는 DC 전류를 차단하는 것은 변압기의 반주기 포화를 방지하여 초과 무효전력 손실, 과열 및 손상을 방지한다. 추가적으로, DC 전류를 차단하는 것은 부분적으로 포화된 변압기 내 고조파의 생성을 방지한다. 이와 같은 전력 고조파는 잠재적으로 전력 시스템 릴레이를 이동할 수 있어 결국 로컬 또는 광역 정전(power outage)을 야기시킬 수 있다. 게다가, 본 명세서에서 설명된 특정 실시예에서, 이와 같은 연속 접지 시스템에 포함된 전기보호회로는 정상 또는 GIC 보호모드 동작 중 적어도 하나에서 접지사고를 처리하도록 디자인(구성)된다.
도1은 본 발명의 일 특징에 따라 보호된 예시적인 전자장치 및 본 발명의 특정 컴포넌트들의 물리적인 레이아웃에 대한 정면도이다. 이 실시예에서, 고전압 변압기(100)로 표시된 전자장치의 일 부는 전기보호회로(102)에 전기적으로 연결된다. 전기보호회로(102)는 예컨대, 도2-9에 나타난 실시예에 따라 아래에서 설명되는 장치들 중 적어도 일부를 포함한다. 고전압 변압기(100)는 안정성 및 접지로부터 격리를 위해 일반적으로 콘크리트 패드상에 부착된다. 전기보호회로(102)는 상술한 바와 같이 고전압 변압기(100)와 전기적으로 연결되고, 하우징으로 감싸지고, 전기적으로 접지된 서포트(103) 상에 위치된다. GIC 이벤트에 대항하여 보호하는 것에 더해서, 모든 제어 전자장치(반도체 장치)는 EMP/IEMI 차폐 내에 감싸지고, 전기적으로 필터링된 인클로저(104, enclosure)는 전기보호회로(102) 및 고전압 변압기(100)와 전기적으로 연결되고, 센싱 및 스위치 제어회로(105)를 포함한다. 차폐 및 필터링된 인클로저(104)가 없이도, 상기 시스템은 GIC 및 EMP E3 이벤트에 대항하여 변압기를 보호할 수 있지만 EMP E1, E2 및 IEMI 펄스 위협에 대하여는 보호할 수 없다는 점이 주목된다.
특정 실시예에서, 전기보호회로(102)는 도2 및 도3에서 설명되는 스위치 어셈블리 및 DC 차단 컴포넌트를 포함하고, 제어 시스템(104)은 도3 내지 도10에서 설명되는 센싱 및 스위치 작동 회로를 포함한다; 그러나, 전기보호장치의 컴포넌트들의 다른 구성이 제공될 수도 있다.
도2를 참조하면, 본 발명에 따른 전기보호회로(200)의 제1실시예가 나타난다. 회로(200)는 일반적으로 변압기(12)(상기 실시예에서 보여지는 Y자 변압기)의 변압기 중성선(10)과 접지(14) 사이에 연결된다. 전기보호회로(200)는 변압기 중성선(10)과 접지(14)사이에 연결된 전기적으로 제어되는 스위치(204)를 포함하는 스위치 어셈블리(202)를 포함한다. 분류기(206)는 스위치(204) 및 접지(14) 사이에 연결될 수 있고, 변압기 중성선(10) 및 접지(14) 사이를 통과하는 DC 전류를 센싱하는데 이용될 수 있다. 특정 실시예에서, 분류기(26)는 스위치를 통한 저(low) 임피던스 접지 연결이 되도록 일반적으로 몇 밀리옴(few milliohms)정도의 낮은 저항을 가진다. 다른 실시예에서, 분류기(206)는 홀효과(Hall effect) 전류센서 또는 다른 비접촉 전류센서에 의해 대체될 수 있다. 추가적으로, 전기적으로 제어되는 고전압 접지 스위치(208)는 예컨대 접지고장이 발생한 동안 스위치(240)를 고전압으로부터 보호하기 위해 변압기 중성선(10) 및 스위치(204)사이에 연결될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 접지(14)는 스테이션 접지 그리드(station ground grid)에 연결될 수 있고, 다른 실시예에서는 접지된 변압기 하우징에 연결되어 결국 접지될 수 있다.
스위치(204)는 고전압 회로 브레이커 스위치와 같은 임의의 다양한 속응(fast acting) 전기제어 스위치일 수 있다. 실시예에서, 스위치(204)는 정상 닫힘 상태로 연결돼있고, 전기적인 제어 입력을 통해서 빠르게 개방될 수 있다. 예시적인 센싱 및 제어회로는 제어 입력과 연결될 수 있고, 이 제어 입력은 도3에 관련되어 하기에서 설명된다.
DC 차단 컴포넌트(210)는 변압기 중성선(10) 및 접지(14)사이에 스위치 어셈블리(202)와 병렬로 연결된다. 하기의 예시에서 더 설명되는 바와 같이, DC 차단 컴포넌트(210)는 접지(14) 및 변압기 중성선(10)사이 전류 경로를 차단하는 몇몇의 차단수단을 삽입할 수 있는 하나 이상의 직류 차단장치(예컨대, 커패시터 또는 저항)를 포함하여, 변압기(12)에 손상을 입힐 가능성 있는 변압기 중성선(10) 내의 유해DC 또는 의사DC 접지 전류를 방지한다. 구체적인 응용에 따르면, 용량성 또는 저항성(또는 이들의 몇몇 조합) 차단 장치(210) 중 적어도 하나가 보호회로(302) 내에 채용될 수 있다. 또한, 특정 실시예에서, DC 차단 컴포넌트(210)는 접지(14)에 고정(hard wired)되고 따라서 변압기(또는 다른 전력 컴포넌트) 및 심지어 스위치(204) 및 (208)에 우연한 고장이 있는 경우에도 AC 접지를 제공한다.
정상(normal) 동작에서, 변압기 중성선(10)은 스위치 어셈블리(202)를 통해 접지된다. 즉, 스위치(204) 및 고전압 접지 스위치(208)를 포함하는 스위치 어셈블리(202)는 일반적으로 닫힌 위치에 존재한다. 이것은 유틸리티에 이용되는 표준 접지 구성에 해당되며; 따라서 본 명세서에서 설명되는 것과 같은 접지 시스템은 사용 전에 부가된 상용 전자장치의 재조정을 요구하지 않는다. 제1동작모드에서, 스위칭 어셈블리가 그 주변에 단락을 형성하기 때문에 DC 차단 컴포넌트(210)는 동력을 공급받지 않는다. 정상동작모드(GIC가 없음)의 동작 중에 접지사고가 검출된 경우, 스위치 어셈블리를 통한 접지가 전력 시스템 릴레이가 고장난 장치를 격리시킬 때까지 접지고장 전류를 처리할 것이다. 중성선과 접지 연결 내에 고전력 고조파 또는 의사DC 전류 중 적어도 하나가 존재하는 것으로 검출된 경우, 스위치 어셈블리는 GIC 센싱 및 제어 전자장치에 의해 개방된다. 제2 동작모드에서, DC 차단 컴포넌트(210)는 변압기 중성선에 AC접지를 제공한다. 이 동작모드는 GIC 또는 EMP E3 이벤트 중 적어도 하나와 관련된 DC 또는 의사DC에 대항하여 보호한다. 이 GIC 보호모드는 원격의 전력 시스템 오퍼레이터가 종료 이벤트를 선언하거나 스위치 어셈블리(202)를 다시 닫을 때까지 선택적인 상태로 유지된다.
몇몇 실시예에서, GIC 및 접지사고가 동시에 일어나는 매우 드문 경우를 설명하기 위해, 종종 배리스터(varistor) 또는 MOV(금속산화물배리스터)로 알려진 서지 어레스터(212) 또는 다른 서지 어레스팅 장치가 차단 컴포넌트(210)를 보호하기 위해 작동된다. 스위치 어셈블리(208)는 변압기 중성선 전류를 통한 릴레이 검출 고장 전류로부터의 신호에 의해 다시 닫힐 것이고, 그리고 변압기(214)는 고전압 스위치(208)가 다시 닫히도록 동작할 것이다. 따라서 서지 어레스터(212)는 접지사고의 한 주기 내에 스위치 어셈블리(202)가 다시 닫힐 수 있을 때까지 초기 접지를 제공한다. 이 동시 다발적인 이벤트(GIC 및 접지사고)의 가능성이 매우 낮아서 시스템의 라이프 타임 동안에는 일어나지 않을 수 있다는 점이 주목된다.
서지 어레스터(212)의 비용을 줄이기 위해, 희생 부재형(sacrificial device) 저가의 서지 어레스터를 이용하는 것이 바람직할 수 있으며, 이와 같은 서지 어레스터는 1회의 이벤트만 보호하고, 이후에는 교체가 요구된다. 이 서지 어레스터가 사용된 후, 디자인에 의해 이것은 접지에 단락 회로가 된다. 제2옵션은 초기 설치에 추가 서지 어레스터와 스위치를 포함하여, 제1어레스터가 사용되면 제2어레스터가 필요에 따라서 스위칭 될 수 있다. 제3옵션은 초기 설치에 매우 튼튼한(heavy duty) 서지 어레스터를 포함하여 서지 어레스터가 고장 없이 많은 접지사고 이벤트를 견뎌낼 수 있다.
스위치 어셈블리의 개방에 의해, 도2의 DC차단 컴포넌트(210)는 AC접지 경로를 변압기 중성선(10)에 제공하고, 동시에 자기폭풍 또는 EMP E3 이벤트에 의해 유도된 DC 또는 의사DC를 차단한다. 두 DC를 차단하는 것은 결국 변압기(12)가 변압기 초과 무효전력 손실, 과열, 손상 또는 심지어 고장을 야기시키는 반주기 포화로 들어가는 것을 방지한다. 추가적으로, DC를 차단하는 것은 전력 시스템에서 고조파의 생성을 방지하고, 결국 전력 릴레이의 트리핑(tripping), 전력보상 컴포넌트의 연결해제, 초과 무효전력 부담 및 전력 그리드의 작거나 큰 부분의 잠재적인 붕괴를 예방할 수 있다.
또한, DC 차단 컴포넌트(210)의 안정도를 증가시키기 위해, 다수의 커패시터 또는 저항 병렬 뱅크 중 적어도 하나가 사용되어, 하나 이상의 이 커패시터 또는 저항이 실패하는 경우, 다른 것들이 차단 컴포넌트로써 여전히 이용될 수 있다.
추가적으로, 전자기 펄스(EMP)의 E1 및 E2 부분 및/또는 의도된 전자기 방해(IEMI)로부터 보호하기 위해, 이 같은 시스템의 모든 민감한 센싱 및 제어 전자장치가 차폐되고 전기적으로 필터링된 인클로저(도1의 제어 시스템(104)를 포함하는 인클로저와 같은) 내에 위치할 수 있다. 차폐 인클로저 내에 하우징되지 않은 모든 컴포넌트는 민감한 반도체 전자장치를 포함하지 않기 때문에, EMP 또는 IEMI 이벤트에서 존속할 것이다. 센싱 및 제어 전자장치가 차폐되고 전기적으로 필터링된 인클로저 내에 위치하지 않은 다른 실시예에서, 변압기는 자기 유도GIC로부터 보호될 것이다. 본 명세서에서 설명되는 인클로저의 구성성분에 관련된 추가적인 세부사항이 하기에서 더 설명된다.
도3a를 참조하면, 본 발명의 가능한 일 실시예에 따른, 전기보호회로(302)의 제2예시적인 실시예를 포함하는 연속 접지 시스템(300)이 나타난다. 이 실시예에서, 전기보호회로(302)는 일반적으로 도2의 회로(200)에 대응하나, DC차단 컴포넌트(208)는 커패시터(304)로 설명된다. 특정 실시예에서 15kV, 300uF의 커패시터가 이용되었으나, 다른 종류의 커패시터가 이용될 수 있다.
도3a는 본 발명의 가능한 일 실시예에 따라 센싱 및 제어 회로(310)을 또한 설명한다. 센싱 및 제어회로(310)는 센싱 및 제어모듈(312) 및 전류 센싱유닛(314)과 같은 전자장치를 포함한다. 릴레이 제어회로(316)는 센싱 및 제어모듈(312)에 연결되고, 스위치(204) 및 (208)을 작동시키는데 이용되는 스위치 제어출력(313)을 생성한다.
센싱 및 제어모듈(312)는 GIC이벤트 시 반주기 포화된 변압기에서 생성된 고조파를 센싱한다. 예컨대, 모듈(312)은 변압기 위상 중 어느 하나의 위상에 위치한 표준 용량성 전압 변압기(CVT)(214)로부터의 신호 형식을 측정하는 고조파 센서를 포함할 수 있다. 중성선 DC 전류 또는 고조파 센서 중 적어도 하나로부터의 신호가 프리셋 값을 초과하는 경우, 신호는 스위칭 어셈블리(202)내 두 스위치를 개방하도록 보내진다. 이 프리셋 값은 각각의 특정 설치에 대한 보호 요구사항에 따라서 유틸리티 또는 전력 시스템 엔지니어에 의해서 선택될 것이다. DC 또는 의사DC 전류의 프리셋 값의 일반적인 범위는 약 5-50amp 범위 내로 예상된다. 전력 고조파레벨의 프리셋 값의 일반적인 범위는 약 1% 내지 10% 총고조파왜곡(THD)으로 예상된다. 전류센싱회로(314)는 자기폭풍에 의해 야기되고, 분류기(206)를 가로지르는 중성선DC 또는 의사DC 전류를 측정하고, 필요에 따라 릴레이 제어회로(316)를 작동시키도록 측정결과를 센싱 및 제어모듈(312)로 보낸다.
일 실시예에서, 제어회로(310)는 차폐 인클로저(320) 내에 감싸지고, 인클로저(320)의 주변부에 위치된 복수의 필터(322)를 포함하며, 고주파, 고전력 전자기 신호가 인클로저 내로 들어가는 것을 방지하여, 민감한 제어 및 센싱 전자장치가 잠재적인 방해 및 손상에 노출되는 것을 방지한다. 필터(322)는 일반적으로 고전압 신호가 인클로저 내로 들어가는 것을 억제하기 위한 서지 억제(surge suppression)을 갖는 로우패스 또는 밴드패스 필터일 수 있다. 상기 실시예에서, 차폐 인클로저(322)는 약 14kHz 내지 10GHz의 일반적인 전자기 주파수로부터 방사 보호를 제공하기 위해 개방하는 모든 도어(door) 둘러싼 도전 개스킷(conductive gasket)을 갖는 EMP/IEMI 패러데이 차폐 인클로저이다. 추가적으로, 일 실시예에서, 필터(322)는 전원입력(324) 상에 위치하고 또한 CVT입력(326), 오퍼레이터 입력 및 출력(328), 스위치 제어출력(313), 및 분류기(206)의 양면을 가로질러 연결되는 전류 센싱입력(330) 상에 위치한다. 추가적으로, 인클로저(320) 안과 밖의 광섬유통신(fiber communication)이 적절한 도파관-비욘드-컷오프 주파수 침투(waveguide-beyond-cutoff frequency penetration)를 통해 필터링되며, 본질적으로 EMP 및 IEMI 이벤트에 대한 보호가 제공된다.
동작에 있어서, GIC이벤트가 제어회로(310)에 의해 검출되면, 낮은 DC전압 스위치, 즉, 스위치(204)는 릴레이 제어회로(316)에 의해 스위치 제어출력(313)을 통해 개방된다. 다음의 이 동작에서 신호는 고전압 접지 스위치(208)를 개방한다. 접지 스위치(208)는 그 후 일반적으로 약 몇 시간에서 며칠을 자기폭풍에 개방된 상태로 유지된다. 이 기간 동안 DC차단 컴포넌트(210)(이 경우에는 커패시터(304))가 변압기(12)의 변압기 중성선(10)에 AC 접지를 제공한다. 자기폭풍이 지나간 후에 접지 스위치(208)의 재 닫힘이 전력 시스템의 오퍼레이터에 의해 일반적으로 제어된다. 그러나, 몇몇 유틸리티 설치는 그들의 시스템이 스위치를 자동적으로 다시 닫히게 하는 것을 선호할 수 있는바, 예컨대, 소정의 시간 주기가 지난 후에 다시 닫히게 하는 것을 선호할 수 있다.
도3b를 참조하면, 연속 접지 시스템(350)의 다른 예시적인 실시예가 나타난다. 이 실시예에서, 홀효과 전류센서가 변압기 중성선과 접지 연결 사이의 DC 전류를 측정하기 위해 분류기(206) 및 전류센싱장치(314)과 교체되어 대체적으로 이용될 수 있다. 이와 같은 실시예에서, 홀효과 센서는 EMP 또는 IEMI 공격 중 적어도 하나에 의해 희생될 수 있다. 이에 대해 용량성 전압 변압기(CVT. 214)가 EMP 또는 IEMI 공격에 의해 이와 유사하게 희생될 것인지에 대한 의문점이 있다.
전자기(EM)장 공격과 같은 상황에서 변압기 보호기능 유지를 보장하기 위해, 센싱 및 제어 전자장치(312)와 필터(322)를 통해 연결된 검출기(352)가 여기 나타난 보호 시스템에 더해질 수 있다. 검출기(352)는 인클로저(320)의 바깥쪽에 존재하고, EMP E1 또는 E2펄스 또는 IEMI 펄스 중 적어도 하나의 검출을 허용하며, DC스위치(204)를 개방하는데 이용되고, 필요한 변압기 보호를 위해 스위치한다. EM 검출기(352)는 제어 하우스 위 또는 옆면에 장착될 수 있고, 보호되는 제어 전자장치(310)에 차폐도관을 통해서 연결된다.
다양한 실시예에서, 다양한 타입의 전자기장 검출기가 이용될 수 있다. 예시적인 실시예에서, 전자기장 검출기는 미국특허출원 12/906,902 "Electromagnetic Field Detection System and Methods" 에 설명된 구성들을 포함하며, 위 출원의 전체적인 내용이 참조됨으로써 본 발명에 포함된다.
동작에 있어서, 홀효과 센서 및/또는 CVT(214)가 전자기 이벤트에 의해 손상되거나 파괴되더라도, EM 검출기(352)는 스위치 어셈블리(202)를 개방하고, HV(고전압) 변압기(10)를 보호한다.
도4를 참조하면, 도3의 연속 접지 시스템(300)을 이용한 테스트 장치(4000)가 나타나며, 여기서 셀프 테스트 절차가 수행될 수 있다. 본 발명의 다양한 실시예에 따르면, 테스트 장치(400)는 수동 또는 자동(예컨대, 미리 설정된 간격으로) 테스트를 수행한다. 이 실시예에 따르면, 하나의 예시적인 테스트는 스위치 어셈블리(202)를 개방하는 것 및 전력 시스템의 주파수와 상이한 주파수의 전압(50 또는 50Hz 또는 이에 따른 고조파)을, 예컨대, AC전압 소스(404)를 이용하여, 변압기 중성선 연결에 주입하는 것 및 동시에 이 테스트 주파수에서 커패시터를 통과하는 전류를 측정하는 것에 의해 성취될 수 있다. 주입된 전압값과 같이 이 전류값은 커패시터(또는 저항)의 커패시턴스(또는 저항값)의 측정을 제공한다. 이 커패시턴스C는 간단히 아래와 같이 주어지며:
C=I/ωV 여기서, I는 커패시터를 통화하는 전류이고, V는 주입된 전압이고, ω는 주입된 전압의 각주파수(ω=2πf)이다. 저항 차단장치의 경우에 저항은 R=V/I로 주어진다.
따라서 주입된 신호의 주파수에서 측정된 커패시턴스(또는 저항값)가 초기 설치된 구체적인 값의 정상적인 허용 범위 내인 경우, 이 셀프 테스트는 커패시터(또는 저항)이 동작조건에 있고, GIC 또는 EMP E3 이벤트 중 적어도 하나에 대비된 것을 확인한다. 커패시턴스(또는 저항값)가 주어진 허용 범위를 벗어나면, 보호시스템이 커패시턴스를 확인하는 것이 처리되지 않는 근본원인을 판단하기 위해 추가적인 진단을 필요로 한다는 메시지가 생성될 것이다. 커패시터(또는 저항), 스위치 또는 다른 컴포넌트들이 정상적으로 기능하지 않는 경우, 고장난 컴포넌트 또는 컴포넌트들에 대한 교체명령이 요구될 수 있다.
저항이 DC 차단장치로 이용되는 경우, 상기 설명된 커패시터에 대한 경우와 유사한 셀프 테스트가 수행될 수 있다. 이 경우에 주입된 신호는 특정 값을 만족하도록 저항의 저항값을 측정하는데 이용될 수 있다.
EMP E1 및 E2 펄스로부터 보호하기 위해, 셀프 테스트 장치에서 이용되는 전압 및 고조파 주입 소스(404, 406, 408)는 다른 민감한 전기 컴포넌트들과 같이 차폐 인클로저(320) 내에 하우징될 것이다. 셀프 테스트 장치에서 이용되는 전류 센서(402)는 홀효과 전류센서일 수 있고, 이것은 집적 증폭기를 포함하는 반도체 장치이기 때문에, EMP 또는 고 전력 IEMI 이벤트에 의해 희생될 수 있다.
도4의 테스트 장치(400)는 전자 센싱 및 제어 전자장치의 테스트가 수행될 수 있는 구성을 설명한다. 이 테스트는 수동 또는 미리 설정된 자동 중 적어도 하나로 수행될 수 있다. 이 추가적인 테스트는 DC 주입 전압 컴포넌트(408)을 이용하여 DC신호를 변압기 중성선 연결에 주입하여, 스위치 어셈블리(202) 및 분류기(206)을 통한 DC 전류를 생성하여 수행될 수 있다. 센싱 및 제어 전자장치가 정상적으로 동작하는 경우, 이것은 DC GIC 전류의 존재를 시뮬레이션하고, 스위치 어셈블리를 개방시키게 할 것이다. 그 후 정상동작 모드로 되돌아 가도록 이 스위치는 다시 닫힐 수 있다. 유사한 방식으로, 고조파 신호가 고조파 신호 생성기(406)로부터의 CVT(214)연결에 주입되어 GIC 고조파 이벤트를 시뮬레이션 할 수 있다. 고조파 센싱 및 제어 전자장치가 정상적으로 동작하는 경우, 이것은 스위치 어셈블리가 개방되도록 할 수 있다. 그 후 이 스위치들은 정상동작모드로 되돌아 가도록 다시 닫힐 수 있다.
도5는 본 발명의 가능한 일 실시예에 따른, 전기보호회로(500)의 추가적인 예시 실시예를 설명한다. 이 실시예에서, 분류기(502)는 도3-4의 커패시터(304)와 직렬로 위치하여 커패시터 및 변압기 인덕턴스의 조합에 의해 야기된 철공진(ferro-resonance)을 방지한다. 이 구성에 있어서, 서지 어레스터(212)는 커패시터(304)와 직렬로 유지되고, 저항(502)과는 직렬로 유지되지 않는다. 일반적으로, 저항(502)의 저항값은 50-60Hz 시스템에서 커패시터(304)의 임피던스에 매칭하도록 약 (0.5-3)ohm 또는 그 이하가 될 것이다. 이 실시예에서, 모든 스위칭 컴포넌트 및 GIC 센싱 전자장치는 도3-4와 동일하게 유지된다.
도6-7에 있어서, 다양한 값의 저항이 DC차단 컴포넌트(210)의 일부로 적용될 수 있는 추가적인 실시예가 나타난다. 도6에서, 전기보호회로(600)는 자기폭풍 또는 EMP이벤트의 E3부분에 대한 다양한 수준의 보호를 제공하기 위해 이용되는 각 저항(602)과 직렬로 연결된 관련 스위치(604a-c)를 포함하는 병렬 저항(602a-c)에 대한 뱅크를 포함한다. 병렬 저항(602) 및 관련 스위치(604)의 수는 구체적인 설치에 있어서 요구되는 DC 차단 또는 감쇠 범위에 따라서 조정될 수 있다. 이 실시예에서, 제어회로(310)는 수많은 프리셋 고조파 및 중성선 DC 전류 임계값 레벨을 포함하여 스위치를 제어하고, 이것은 서비스로 전환될 저항(602)의 수를 제어할 수 있도록 이벤트의 강도(severity)를 감지할 것이다. 이 실시예에서, 추가적인 저항(601)이 저항(602a-c)와 병렬로 포함되어 모든 스위치가 개방된 경우 어느 정도 수준의 저항값을 보장한다.
도7에서, 전기보호회로(700)는 각 저항과 병렬로 연결된 관련 스위치(704a-c) 및 직렬 저항(702a-c)에 대한 뱅크를 포함하고, 이것은 자기폭풍 또는 EMP 이벤트의 E3 부분에 대한 다양한 수준의 보호를 제공하는데 이용된다. 추가적인 저항(701)이 저항(702a-c)와 직렬로 위치되어 스위치(704a-c)가 닫힌 경우 변압기 중성선(12)과 접지(14)사이 경로에 어느 정도 저항값을 유지시킨다. 직렬 저항들(702) 및 관련 스위치(704)의 수는 구체적인 설치에 있어서, 요구되는 DC차단 또는 감쇠 범위에 따라서 조정될 수 있다. 이 실시예에서, 센싱 및 제어 전자장치는 서비스로 전환될 저항의 수를 제어할 수 있도록 이벤트의 강도를 감지할 수 있는 것이 요구될 수 있다.
도8은 본 발명의 추가적인 가능한 실시예에 따른 연속 접지 시스템(800)의 추가적인 예시적인 실시예를 설명한다. 이 연속 접지 시스템(800)은 상술한 시스템들과 비교했을 때, 일반적으로 변압기(10)를 예컨대, 높은 자기 유도 전류(GIC) 또는 높은 총고조파 신호로부터 보호하기 위해 이용되는 다수의 저항 및 스위치를 포함한다. 도2의 전기보호시스템(200)과 비교할 때, 시스템(800)은 직렬 연결된 차단 컴포넌트(810a) 및 (810b), 병렬인 서지 어레스터(812a-b) 및 병렬인 스위치 어셈블리(802a-b)를 포함하는 전압 분배회로를 포함한다. 각각의 스위치 어셈블리(802a-b)는 고전압 접지 스위치(808a-b) 및 DC 스위치(804a-b)를 포함한다. 다수의 스위치 어셈블리의 사용은 고전압 전지 스위치(808a-b)에 대한 스탠드오프(stand-off) 전압 요구를 감소시킬 수 있다. 이 스탠드오프 전압 요구의 감소는 표준 기성품(off-the-shelf) 고전압 접지 스위치(808)의 이용을 가능하게 한다.
도9는 다른 실시예에 따른, 전기보호장치에서 이용되는 회로(900)의 예시적인 구성 설명이다. 이 실시예에서, 회로(900)는 일반적으로 도5에 설명된 회로와 유사하지만 직렬로 연결된 추가적인 저항을 이용한다. 이 실시예에서, 복수의 스위치 어셈블리(904a-c) 및 (906a-c)는 병렬로 연결되고, 각각은 직렬 저항(902a-c)중 하나와 연결된다. 이 실시예에서, 저항(902a-c)는 일반적으로 2옴(ohm)을 가지며; 그러나 다른 저장값들이 이용될 수도 있다. 각 저항들 사이에, 분리된 스위치(904a-c) 및 (906a-c)가 접지(14)와 연결된다. 각 스위치(904a-c)는 보호접지스위치(906a-c)와 직렬로 연결된다. 특히, 이 실시예에서, 스위치 어셈블리(904a-c) 및 (906a-c)를 계속해서 개방함으로써 더 많은 차단 저항이 회로에 더해질 수 있다.
도6-7 및 9의 실시예들에서 세 개의 저항이 이용되었지만, 추가적인 수의 저항이 또한 이용될 수 있다는 점이 이해된다.
보여진 상기 실시예에서, 특정 회로의 값(수치)들이 제공되었지만, 다른 회로 컴포넌트들 또는 회로의 값들이 본 명세서에서 설명된 바에 따라 또한 이용될 수 있다는 점이 인정된다.
도10을 참조하면, 예시적인 장치 스탠드(1000)가 나타난다. 장치 스탠드(1000)는 도2-9에서 보여지는 바와 같은 전력 스테이션에서 또는 보호되는 전자 장치에 어느 정도 가까운 다른 위치에서, 회로를 저장 하고 보호하는데 이용될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 장치 스탠드(1000)는 도1의 전기보호회로(102)가 장착될 수 있는 구조의 실시예를 나타낸다.
이 실시예에 있어서, 장치 스탠드(1000)는 복수의 지지대(1004)로 지지되는 플랫폼(1002)을 포함한다. 각 지지대(1004)는 파일링(1006, piling)위에 부착되어 서있다. 각 파일링(1006)은 바람직하게는 부착되거나(poured) 그렇지 않으면 지면 아래에 감춰지고, 장치 스탠드가 있는 장소에 레질런트한(resilient) 기반을 제공한다.
장치 스탠드(1000)의 플랫폼(1002)은 프레임(1012)에 의해 지지되는 개방 구조물(1010)을 갖는 상단면(1008)을 포함한다. 몇몇 실시예에서, 이 개방 구조물(1010)은 갈리거나(grated), 메쉬(meshed), 또는 물 또는 눈이 표면상에 축적되지 않는 것과 같은 다른 구조이다. 플랫폼 구조는 일반적으로 전력산업표준에 따라 전기적으로 접지될 것이다.
이 실시예에서, 전체 스탠드(1000)는 약 6피트(feet)폭, 10피트(feet)깊이, 약 10피트(feet) 높이이다. 다른 실시예에서, 스탠드(10)는 약 16피트(feet)폭, 약 4피트(feet) 깊이, 약 10 피트(feet) 높이이다. 다른 사이즈 또한 이용될 수 있다.
이 실시예에서, 장치 스탠드(1000)는 지지대 및 상단면을 포함하여, 용융아연도금강판(galvanized steel)으로 구성된다. 파일링(1006)은 적당한 스크루앵커를 포함하는 몇몇의 다른 레질리언트 물질 또는 콘크리트이다.
전반적으로, 장치 스탠드(1000)는 공장에서 조립되고 쉬운 수송을 위해 접을 수 있도록 상대적으로 작은 풋프린트 및 적은 비용구조를 제공한다. 스탠드(1000)는 수변전 설비에서 재조립하는 것이 쉬도록 구성된다.
도11에 관련되어 더 설명되는 바와 같이, 장치 스탠드(1000)는 일반적으로 임의의 필요한 전기보호 컴포넌트를 지지하도록 구성되며, 상기 전기보호 컴포넌트는 자기 폭풍(지자기 유도 전류-GIC) 또는 전자기 펄스(EMP) 무기에 관련된 E3 펄스로부터 발생될 수 있는 유해한 DC 중성선 전류를 차단하는데 이용될 수 있다. 도11에서 보여진 스탠드(1000) 상의 컴포넌트들은 커패시터 뱅크(1014), 고전력 저장(1016), 및 서지 어레스터(1018)이다. 커패시터 뱅크(1014)는 하나 이상의 커패시터를 포함할 수 있고, 또는 수많은 상이한 구성이 될 수도 있다. 일 예시적인 실시예에서, 커패시터 뱅크(1014)는 상술한 커패시터(304)에 대응할 수 있다. 저항(1016)은 예컨대, 높은 전류 어플리케이션에 견디도록 구성된 일 옴 전력 저항일 수 있다. 특정 실시예에서, 저항(1016)은 상술한 전력 저항(502)에 대응할 수 있다.
일 실시예에서, 커패시터 뱅크(1014)는 접지 위치와 고전압 변압기 사이에서 저항(1016)과 직렬로 연결된다. 몇몇 실시예에서, 저항(1016)은 장치 스탠드를 통한 접지 연결로부터, 개방 구조물(1010) 위에 저항(1016) 아래에 위치된 절연패드(미도시)에 의해 분리된다. 다른 전기적 격리 기술이 또한 이용될 수 있다.
서지 어레스터(1018)은 접지지점 및 고전압 변압기의 중성선 사이에 연결된다. 몇몇 실시예에서, 서지 어레스터(1018)는 상술한 서지 어레스터(212)에 대응한다. 특정 실시예에서, 서지 어레스터(1018)는 그 위에 금속보호박스를 가지고, 그 바닥은 개방되어, 어레스터가 압력안정 모드로 들어가면, 임의의 발산된 가스 또는 잔해가 접지로 향할 것이고, 이에 따라 임의의 다른 장치가 손상되지 않게 한다. 서지 어레스터 아래 스탠드 위에 하우징된 임의의 장치는 장치들이 손상되는 것을 방지하기 위해 적절하게 차폐될 것이다.
스탠드(1000)의 좌측 상단면은 고전압 접지 스위치(1020)이다. 접지 스위치(1020)는 스탠드(1000)의 바닥부터 연장된 샤프트(1023)에 의해 모터 드라이브(1022)에 연결된다. 스탠드(1000)의 바닥 상에는 DC 연결해제 스위치(1024) 및 분류기(1026)이다. DC 연결해제 스위치(1024)는 서비스를 위해 스탠드(1000) 상의 회로가 고전압 전압기로부터 연결이 해제되도록 한다.
선택적으로, 제어 전자장치는 하나 이상의 전자 컴포넌트들을 제어하기 위해 장치 스탠드(1000)와 가까운 위치에 포함될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 제어 전자장치는 전기적으로 차폐된 인클로저에 하우징되어 전자장치가 손상되는 것을 방지할 수 있다.
다양한 컴포넌트와 전기적으로 상호연결하기 위해서, 하나 이상의 전기 도체(1050, conductor) 및 어스 도체(1060, ground electrical conductor)가 이용된다. 컨덕터(1050)은 몇몇의 고전압 인슐레이터(1030)에 장착된다. 전기적인 부싱(bushing, 1040)이 또한 커패시터, 전력 저항, 및 서지 어레스터 상에 있다. EMP 및 IEMI 보호 전자장치(예컨대 상술한 전자장치(310))는 일반적으로 서브 스테이션 제어 하우스(빌딩)에 언제나 하우징되지 않을 것이다.
추가적으로, 특정 실시예에서, 안전을 이유로 스탠드(1000)는 바닥주변에 적절한 펜스를 가질 것이고 이에 따라 사람들이 스탠드 밑에 들어가지 못할 것이다.
게다가, 상술한 전자장치의 특정한 구성의 실시예에들에 불구하고, 대체적인 실시예에서 다른 전자장치 연결이 또한 가능하다. 예시적인 전자장치 연결이 위 도2-9와 함께 설명된다.
전반적으로, 본 발명의 다양한 실시예들이 회로보호에 대한 수많은 이점을 제공하고, 특히 전력 생성 또는 분배에 이용되는 변압기와 같은 AC 전자장치의 접지 연결에서 고조파 신호 또는 DC 전류신호에 관련된 이점을 제공한다는 점이 인정된다. 예컨대 DC 또는 의사DC 중성선 전류를 차단하는 것은 변압기 코어에서 반주기 포화를 방지하여 변압기가 과열, 손상 또는 고장 나는 것을 방지한다. 추가적으로 DC 차단은 전력 시스템 릴레이를 활성화시키고 주요 불안정과 정전을 야기시키는 고조파를 감소시킴으로써 전원 품질을 향상시킨다. 이것은 크게 유틸리티 전력 시스템 릴레이에 대한 트리핑, 전력 보상 및 다른 주요 컴포넌트들의 연결 해제를 방지하여 GIC 또는 EMP 이벤트에서 전력 그리드의 부분적이거나 전체적인 손상을 방지한다.
위 상세한 설명, 예시들 및 데이터는 본 발명의 온전한 구성의 이용 및 제조의 설명을 제공한다. 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않는 범위에서 만들어질 수 있는 다양한 실시예들, 본 발명은 아래의 첨부된 특허청구범위에 속한다.
Claims (31)
- 변압기를 포함하는 교류 시스템에서 이용하기 위한 접지 시스템으로서,
상기 시스템은:
(a) 변압기의 변압기 중성선과 접지 사이에 연결된, DC 스위치인 제1 스위치 및 제2 스위치를 포함하는 스위치 어셈블리-상기 스위치 어셈블리는 개방 상태 및 닫힘 상태를 가지고, 상기 개방 상태는 상기 변압기 중성선과 상기 접지 사이의 상기 스위치 어셈블리를 통한 경로를 방해하고, 상기 닫힘 상태는 상기 스위치 어셈블리를 통한 상기 접지와 상기 변압기 중성선을 연결하는 경로를 설정(establishing)하고, 상기 교류 시스템의 정상 동작 중에 상기 스위치는 닫힘 상태를 유지함-; 및
(b) 상기 변압기 중성선과 상기 접지 사이 상기 스위치 어셈블리와 병렬로 전기적으로 연결된 DC차단 컴포넌트; 및
(c) 상기 스위치 어셈블리를 제어하도록 구성된 제어회로를 포함하되,
상기 제어회로는 상기 변압기를 포함하는 상기 교류 시스템을 잠재적으로 손상시키는 이벤트를 나타내는 신호를 수신함에 응답하여 상기 스위치 어셈블리를 개방 상태로 동작시키는 것을 특징으로 하는 접지 시스템.
- 제1항에 있어서,
상기 DC 차단 컴포넌트는 상기 변압기 중성선 및 상기 접지 사이에, 상기 스위치 어셈블리와 병렬로 연결된 커패시터인 것을 특징으로 하는 접지 시스템.
- 제1항에 있어서,
상기 제어회로는 상기 변압기 내의 고조파 신호를 검출하도록 구성된 고조파 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 접지 시스템.
- 제1항에 있어서,
상기 제어회로는 상기 변압기 중성선 및 상기 접지 사이에서 상기 스위치 어셈블리를 통해 흐르는 DC 전류를 검출하기 위해 구성된 전류 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 접지 시스템.
- 제1항에 있어서,
상기 DC 차단 컴포넌트는 복수의 저항을 포함하고, 상기 저항 각각은 대응하는 스위치 어셈블리에 의해 상기 DC 차단 컴포넌트에 선택적으로 추가되는 것을 특징으로 하는 접지 시스템.
- 제5항에 있어서,
상기 복수의 저항 각각은 변압기 중성선 및 상기 접지 사이에 직렬로 연결되고, 각 저항에 관련된 스위치가 상기 스위치 어셈블리와 병렬로 연결되어, 각 스위치 어셈블리를 개방하여 상기 DC 차단 컴포넌트에 관련 저항을 더하는 것을 특징으로 하는 접지 시스템.
- 제5항에 있어서,
상기 복수의 저항 각각은 상기 변압기 중성선 및 상기 접지 사이에 병렬로 연결되고, 각 저항과 관련된 스위치 어셈블리는 상기 스위치 어셈블리와 직렬로 연결되어, 각 스위치 어셈블리가 닫혀서 상기 DC 차단 컴포넌트에 관련 저항을 더하는 것을 특징으로 하는 접지 시스템.
- 제5항에 있어서,
상기 DC 차단 컴포넌트의 총 저항은 상기 DC 전류 또는 상기 고조파 신호의 강도를 기초로 조정될 수 있는 것을 특징으로 하는 접지 시스템.
- 제1항에 있어서,
상기 변압기 중성선 및 상기 접지 사이에, 상기 DC 차단 컴포넌트와 병렬로 전기적으로 연결된 서지 어레스터를 더 포함하되,
상기 서지 어레스터는, 상기 접지 시스템에서 발생하는 접지 사고와 동시에 발생하는 지자기 유도 전류로부터 보호하도록 구성된 것을 특징으로 하는 접지 시스템.
- 제1항에 있어서,
상기 스위치 어셈블리 및 상기 접지 사이에, 상기 스위치 어셈블리와 직렬로 전기적으로 연결된 분류기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 접지 시스템.
- 제1항에 있어서,
상기 스위치 어셈블리 및 상기 접지 사이에, 상기 스위치 어셈블리와 직렬로 연결된 홀효과 전류 센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 접지 시스템.
- 제1항에 있어서,
상기 DC 스위치 및 상기 변압기 중성선 사이에, 상기 DC 스위치와 직렬로 전기적으로 연결된 접지 스위치를 더 포함하되,
상기 접지 스위치는 고전압으로부터 상기 DC 스위치를 보호하도록 구성된 것을 특징으로 하는 접지 시스템.
- 제1항에 있어서,
상기 제어 회로는 전자기적으로 차폐된 인클로저 내에 하우징되고, 상기 제어 회로는 상기 전자기적으로 차폐된 인클로저의 주변부에 위치하고, 상기 전자기적으로 차폐된 인클로저에 근접한 전자기 간섭이 상기 제어 회로를 손상시키는 것으로부터 보호하기 위해 구성된 복수의 필터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 접지 시스템.
- 제13항에 있어서,
상기 스위치 어셈블리는 상기 전자기적으로 차폐된 인클로저에 전기적으로 연결되지만, 분리되어 위치된 것을 특징으로 하는 접지 시스템.
- 제13항에 있어서,
상기 제어 회로와 전기적으로 연결되고 상기 전자기적으로 차폐된 인클로저의 외부에 위치된 전자기장 검출기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 접지 시스템.
- 전기보호회로로서:
(a) 변압기의 접지 연결부와 접지 사이에 연결된, 제1 스위치 및 제2 스위치를포함하는 스위치 어셈블리 -상기 스위치 어셈블리는 개방 상태 및 닫힘 상태를 가지고, 상기 개방 상태는 전기적인 연결부 및 변압기 중성선 사이 상기 스위치 어셈블리를 통한 경로를 방해하고, 상기 닫힘 상태는 상기 스위치 어셈블리를 통한 상기 전기적인 연결부에서 상기 변압기 중성선을 연결하는 전도성 경로를 설정하고, 상기 변압기의 정상 동작 중에 상기 스위치 어셈블리는 닫힘 상태를 유지함-; 및
(b) 상기 스위치 어셈블리와 병렬로 위치하고 상기 변압기 중성선과 상기 접지 사이에 연결된 DC차단 컴포넌트를 포함하되,
상기 스위치 어셈블리는 전자제어 입력을 통해 상기 닫힘 상태 및 상기 개방 상태 사이를 변화할 수 있고, 상기 전자제어 입력은 (1) 상기 변압기의 적어도 한 상(phase)에서의 고조파 신호, (2) 상기 변압기 중성선 및 상기 접지 사이에 DC 또는 의사(quasi) DC 전류의 소정의 임계값 또는 (3) 상기 변압기를 손상시킬 수 있는 전자기 이벤트를 나타내는 상기 변압기 주변에서 검출되는 전자기 신호 중 적어도 하나가 발생하면 상기 스위치 어셈블리를 개방 상태로 동작시키는 전기보호회로.
- 제16항에 있어서,
상기 DC 차단 컴포넌트는 하나 이상의 커패시터 및 하나 이상의 저항으로 구성된 그룹에서 선택된 것을 특징으로 하는 전기보호회로.
- 제16항에 있어서,
상기 DC 차단 컴포넌트의 총 저항은 상기 DC 또는 의사DC 전류의 강도 또는 상기 고조파 신호의 강도를 수용하도록 조정될 수 있는 것을 특징으로 하는 전기보호회로.
- 제16항에 있어서,
상기 변압기 중성선 및 상기 접지 사이에, 상기 DC 차단 컴포넌트와 병렬로 전기적으로 연결된 서지 어레스터를 더 포함하되,
상기 서지 어레스터는 차단 모드의 상기 보호회로에 동시에 일어나는 접지 사고로부터 보호하기 위해 구성된 것을 특징으로 하는 전기보호회로.
- 직류 또는 고조파 효과로 인한 손상으로부터 교류회로 내의 전자장치를 보호하기 위한 방법으로서,
상기 교류회로의 정상동작 동안에 제1 스위치 및 제2 스위치를 포함하는 스위치 어셈블리를 닫힘 상태로 유지하는 단계-상기 스위치는 상기 전자장치의 중성선과 접지 사이에 전기적으로 연결됨-; 및
소정의 임계값 이상의 고조파 신호, 소정의 임계값 이상의 DC 전류 또는 상기 전자장치를 손상시킬수 있는 전자기 이벤트를 나타내는 상기 전자장치 주변에서 검출되는 전자기 신호를 포함하는 하나 이상의 조건이 검출되면, 상기 스위치 어셈블리를 개방하여, 상기 전자장치의 중성선과 상기 접지 사이 상기 스위치 어셈블리와 병렬로 전기적으로 연결된 DC 차단 컴포넌트를 통해 상기 접지로 가는 DC 전류를 차단하는 단계를 포함하는 방법.
- 제20항에 있어서,
상기 고조파 신호 또는 DC 또는 의사DC 전류가 소정의 제2임계값 이상인 것으로 검출한 것을 기초로, 상기 중성선 및 접지 사이의 경로 내 하나 이상의 DC 차단 컴포넌트를 선택적으로 연결 또는 차단시키도록 하나 이상의 스위치를 동작시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제20항에 있어서,
상기 스위치 어셈블리의 제어 입력과 전기적으로 연결된 제어 회로 내의 고조파센서에서 발생하는 고조파 신호를 검출하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제20항에 있어서,
상기 스위치 어셈블리의 제어 입력과 전기적으로 연결된 제어 회로 내의 전류 센서에서 발생하는 DC 또는 의사 DC 전류를 검출하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 전기보호회로를 테스트하는 방법으로:
변압기 중성선 및 접지 사이에 연결된, 제1 스위치 및 제2 스위치를 포함하는 스위치 어셈블리를 개방하는 단계;
변압기 전압 주파수와 상이한 주파수의 교류 전압을 상기 변압기 중성선에 주입하는 단계;
상기 교류 전압을 주입하는 동안, DC 차단 컴포넌트를 통한 전류를 측정하는 단계;
상기 측정된 전류가 미리 설정된 한계점 내의 전기적 특성을 나타내는지 여부를 판단하는 단계; 및
미리 설정된 한계점을 벗어난 경우, 상기 전기보호회로의 고장의 발생을 알리는 단계를 포함하는 방법.
- 제24항에 있어서,
상기 테스트하는 방법은 미리 설정된 간격으로 자동적으로 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 전기보호회로를 테스트하는 방법으로:
직류신호를 변압기 중성선에 주입하는 단계;
상기 직류신호에 반응하여 변압기 중성선 및 접지 사이에 연결된 스위치 어셈블리가 개방되었는지 판단하는 단계;
상기 스위치가 개방되지 않은 경우, 상기 전기보호회로의 고장의 발생을 알리는 단계를 포함하는 방법.
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 보호 시스템으로:
(a) 변압기의 변압기 중성선의 전기적인 연결부와 접지 사이에 연결된, 제1 스위치 및 제2 스위치를 포함하는 스위치 어셈블리- 상기 스위치 어셈블리는 개방 상태와 닫힘 상태를 갖고, 상기 개방 상태는 상기 전기적인 연결부과 접지 사이 스위치를 통한 경로를 방해하고, 상기 닫힘 상태는 상기 스위치 어셈블리를 통해 전기적인 연결부과 접지를 연결하는 경로를 설정하고, 교류 전자장치의 정상 동작 중에 상기 스위치는 닫힘 상태를 유지함-; 및
(b) 상기 변압기 중성선과 상기 접지 사이 전기적으로 연결된 서지 어레스터; 및
(c) 상기 스위치 어셈블리를 제어하도록 구성된 제어회로를 포함하되,
상기 제어회로는 상기 변압기를 포함하는 교류 시스템을 잠재적으로 손상시키는 이벤트를 나타내는 신호를 수신함에 응답하여 상기 스위치 어셈블리를 개방 상태로 동작시키도록 구성된, 보호 시스템.
- 제30항에 있어서,
상기 서지 어레스터는, 접지 시스템에서 발생하는 접지 사고와 동시 발생하는 지자기 유도 전류로부터 보호하도록 구성된 것을 특징으로 하는 보호 시스템.
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