KR101978347B1

KR101978347B1 - 철공진을 방지하기 위한 전력 시스템

Info

Publication number: KR101978347B1
Application number: KR1020170128025A
Authority: KR
Inventors: 이기호; 김종구; 이성하
Original assignee: 한국서부발전 주식회사; (주)시티이텍
Priority date: 2017-09-29
Filing date: 2017-09-29
Publication date: 2019-05-15
Also published as: KR20190038046A

Abstract

본 발명은 상 분리 모선과 계기용 변압기를 포함하는 철공진을 방지하기 위한 전력 시스템에 관한 것이다.
본 발명에 따른 철공진을 방지하기 위한 전력 시스템은 발전기에 전기적으로 연결되며 미리 정해진 커패시턴스를 갖는 상 분리 모선 및 상기 상 분리 모선에 전기적으로 연결된 계기용 변압기를 포함하되, 상기 계기용 변압기의 인덕턴스는 하기 수식에 의한 인덕턴스보다 크거나 작을 수 있다.
L=1/{(2πf)²·C} (여기서 L은 인덕턴스[H], f는 주파수[Hz], C는 상기 상 분리 모선의 커패시턴스[F])

Description

철공진을 방지하기 위한 전력 시스템 {ELECTRIC POWER SYSTEM FOR PREVENTING FERRO-RESONANCE}

본 발명은 철공진을 방지하기 위한 전력 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 상 분리 모선과 계기용 변압기를 포함하는 철공진을 방지하기 위한 전력 시스템에 관한 것이다.

철공진은 콘덴서와 리액터의 직렬 또는 병렬 회로에서 일어나는 공진으로서 리액터의 비직진성에 기인하는 것으로 주파수를 바꾸지 않아도 전압을 변화시킴으로써 일어난다. 이러한 철공진이 일어나 계기용 변압기에 영상 전압이 생성되면 지락 보호 계전기가 작동하여 발전소 차단기가 개방됨으로써 발전기가 정상적으로 작동하지 못하기 때문에 매우 큰 손실이 발생하는 문제가 있다.

이를 방지하기 위해 철공진을 검출하고 억제하는 방안이 제안된 바 있다. 이는 예컨대 등록특허공보 제10-1193153호에 개시되어 있다. 하지만 이에 의하면 별도의 회로를 더 설치해야 하기 때문에 비용이 상승하고 구성도 복잡해지며 유지/보수가 어려운 문제가 있다.

KR

10-1193153

B1

상기 문제를 해결하기 위해 본 발명은 철공진을 방지하기 위한 전력 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 따른 철공진을 방지하기 위한 전력 시스템은 발전기에 전기적으로 연결되며 미리 정해진 커패시턴스를 갖는 상 분리 모선 및 상기 상 분리 모선에 전기적으로 연결된 계기용 변압기를 포함하되, 상기 계기용 변압기의 인덕턴스는 하기 수식에 의한 인덕턴스보다 크거나 작을 수 있다.

L=1/{(2πf)²·C} (여기서 L은 인덕턴스[H], f는 주파수[Hz], C는 상기 상 분리 모선의 커패시턴스[F])

또한 상기 계기용 변압기의 1차 권수와 2차 권수는 상기 계기용 변압기의 인덕턴스가 상기 수식에 의한 인덕턴스와 같게 될 때 1차 권수와 2차 권수보다 클 수 있다.

또는 상기 계기용 변압기의 코어의 단면적은 상기 계기용 변압기의 인덕턴스가 상기 수식에 의한 인덕턴스와 같게 될 때 코어의 단면적보다 클 수 있다.

또는 상기 계기용 변압기의 1차 권수와 2차 권수는 상기 계기용 변압기의 인덕턴스가 상기 수식에 의한 인덕턴스와 같게 될 때 1차 권수와 2차 권수보다 크고, 상기 계기용 변압기의 코어의 단면적은 상기 계기용 변압기의 인덕턴스가 상기 수식에 의한 인덕턴스와 같게 될 때 코어의 단면적보다 클 수 있다.

특히 상기 계기용 변압기의 1차 권수와 2차 권수는 30% 이상 클 수 있다.

또한 상기 계기용 변압기의 코어의 단면적은 16% 이상 클 수 있다.

본 발명에 따른 철공진을 방지하기 위한 전력 시스템은 미리 정해진 커패시턴스를 갖는 상 분리 모선에 대하여 계기용 변압기의 1차 권선과 2차 권선의 권수 및/또는 코어의 단면적을 증가시켜 계기용 변압기의 인덕턴스를 변경함으로써, 상 분리 모선의 커패시턴스와 계기용 변압기의 인덕턴스가 공진 조건을 만족하지 않도록 조정하여 철공진을 용이하게 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 철공진을 방지하기 위한 전력 시스템의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 철공진을 방지하기 위한 전력 시스템의 계기용 변압기의 구성도이다.
도 3은 제1 계기용 변압기의 전압을 측정한 그래프이다.
도 4는 제2 계기용 변압기의 전압을 측정한 그래프이다.

이하 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 철공진을 방지하기 위한 전력 시스템(이하 편의상 "전력 시스템"이라 함)(100)에 대해 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전력 시스템(100)의 구성도이고 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전력 시스템(100)의 계기용 변압기(130)의 구성도이다. 또한 도 3은 제1 계기용 변압기의 전압을 측정한 그래프이고 도 4는 제2 계기용 변압기의 전압을 측정한 그래프로서 A상, B상, C상 및 영상을 차례로 기록한 것이다.

전력 시스템(100)은 도 1에 나타난 바와 같이 발전기(110), 상 분리 모선(120), 계기용 변압기(130) 및 보호 계전기(140)를 포함하며 이들은 서로 전기적으로 연결된다.

발전기(110)에서 발생한 전기는 상 분리 모선(120)을 따라 흘러 계기용 변압기(130)에 의해 고전압에서 저전압으로 변환된다. 그리고 이러한 저전압은 보호 계전기(140)에 대한 입력으로 작용하여 미리 설정된 바에 따라 보호 계전기(140)가 작동함으로써 전력 시스템(100)을 보호하는 역할을 할 수 있다.

여기서 발전기(110)는 예컨대 가스 터빈 발전기일 수 있다. 또한 계기용 변압기(130)는 도 2에 나타난 바와 같이 1차 권선(131), 2차 권선(132) 및 코어(133)를 포함하여 예컨대 14400V(1차)/120V(2차)로 이루어질 수 있다. 이러한 발전기(110)와 계기용 변압기(130) 및 상 분리 모선(120)과 보호 계전기(140)의 구체적인 구성과 원리는 공지된 바와 같으므로 이에 대해 상세한 설명은 생략한다.

한편 발전기(110)가 정지한 상태일 때, 즉 상 분리 모선(120)이 무부하 또는 경부하 상태일 때 의도치 않게 철공진이 일어날 가능성이 있다. 그러면 보호 계전기(140)에 상당한 고전압이 인가되므로 보호 계전기(140)가 작동하여 차단기(미도시)가 개방됨으로써 발전기(110)가 정상적으로 작동하지 못하게 되는 문제가 발생한다. 이러한 철공진은 상 분리 모선(120)의 커패시턴스와 계기용 변압기(130)의 인덕턴스가 공진 조건, 즉 L=1/{(2πf)²·C}을 만족할 때 일어난다. 여기서 L은 계기용 변압기(130)의 인덕턴스[H], f는 주파수[Hz], C는 상 분리 모선(120)의 커패시턴스[F]이다.

그러므로 철공진이 일어나는 것을 방지하기 위해 상 분리 모선(120)의 커패시턴스와 계기용 변압기(130)의 인덕턴스가 상기 공진 조건을 만족하지 않도록 적절하게 조정해야 한다. 그러나 상 분리 모선(120)의 구성상 상 분리 모선(120)의 커패시턴스를 변경하기는 다소 어려운 측면이 있을 수 있다. 이에 본 발명은 계기용 변압기(130)의 설계 조건을 변경하여 계기용 변압기(130)의 인덕턴스를 더 증가시키거나 감소시킴으로써 상기 공진 조건을 만족하지 않도록 조정하는 것을 주안점으로 둔다.

예를 들어 미리 정해진 커패시턴스를 갖는 상 분리 모선(120)에 대하여 계기용 변압기(130)의 설계 조건이 아래 표 1과 같을 때 상기 공진 조건을 만족하게 되어 철공진이 일어난다고 가상한다(이하 편의상 인덕턴스가 상기 공진 조건을 만족하는 계기용 변압기를 "제1 계기용 변압기"라 지칭하고 인덕턴스가 그보다 크거나 작은 계기용 변압기를 "제2 계기용 변압기"라 지칭한다).

구분	제1 계기용 변압기의 설계 조건
1차 권수	8,640회
2차 권수	72회
권수비	120
코어의 단면적	35cm²

이에 철공진이 일어나는 것을 방지하기 위해, 즉 계기용 변압기(130)의 인덕턴스를 변경하기 위해 1차 권선(131)의 권수와 2차 권선(132)의 권수를 증가시킬 수 있다. 단 권수비는 일정하게 유지하기 위해 1차 권선(131)의 권수와 2차 권선(132)의 권수를 동일하게 증가시켜야 할 것이다.

특히 상기 공진 조건을 실질적으로 만족하지 않도록 보다 확실하게 보장하기 위해 1차 권선(131)의 권수와 2차 권선(132)의 권수를 30% 이상 증가시킬 수 있다.

예컨대 제1 계기용 변압기와 비교할 때 제2 계기용 변압기의 각 권수는 아래 표 2와 같을 수 있다.

구분	제1 계기용 변압기의 설계 조건	제2 계기용 변압기의 설계 조건
1차 권수	8,640회	11,280회
2차 권수	72회	94회
권수비	120	120

또는 계기용 변압기(130)의 인덕턴스를 변경하기 위해 코어(133)의 단면적을 증가시킬 수도 있다.

특히 상기 공진 조건을 실질적으로 만족하지 않도록 보다 확실하게 보장하기 위해 코어(133)의 단면적을 16% 이상 증가시킬 수 있다.

예컨대 제1 계기용 변압기와 비교할 때 제2 계기용 변압기의 코어(133)의 단면적은 아래 표 3과 같을 수 있다.

구분	제1 계기용 변압기의 설계 조건	제2 계기용 변압기의 설계 조건
코어의 단면적	35cm²	40.7cm²

나아가 상기 공진 조건을 실질적으로 만족하지 않도록 더욱 확실하게 보장하기 위해 1차 권선(131)의 권수와 2차 권선(132)의 권수 및 코어(133)의 단면적을 모두 증가시킬 수 있다.

결과적으로 제1 계기용 변압기와 비교할 때 제2 계기용 변압기의 설계 조건은 아래 표 4와 같을 수 있다.

구분	제1 계기용 변압기의 설계 조건	제2 계기용 변압기의 설계 조건
1차 권수	8,640회	11,280회
2차 권수	72회	94회
권수비	120	120
코어의 단면적	35cm²	40.7cm²

보다 구체적으로 제1 계기용 변압기와 제2 계기용 변압기의 설계 조건이 아래 표 5와 같을 때 그 전압을 각각 기록한 결과, 도 3과 4에 나타난 바와 같이 제1 계기용 변압기와 제2 계기용 변압기의 파형이 전체적으로 서로 상응함을 알 수 있다. 이는 이처럼 계기용 변압기(130)의 설계 조건을 변경하더라도 그 역할은 그대로 수행할 수 있음을 의미한다.

구분	제1 계기용 변압기의 설계 조건	제2 계기용 변압기의 설계 조건
1차 권수	8,640회	11,280회
2차 권수	72회	94회
권수비	120	120
코어의 단면적	35cm²	40.7cm²
1차 권선 저항	1.106kΩ	1.7kΩ
2차 권선 저항	0.123Ω	0.106Ω
자속 밀도	1T	0.7T
Knee-point	79V	127V
1차 인덕턴스	3.9kH	19.8H
2차 인덕턴스	1H	0.6mH

앞에서 설명되고 도면에 도시된 본 발명의 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 한정하지 않는다. 본 발명의 보호 범위는 청구 범위에 기재된 사항에 의해 정해진다. 한편 통상의 기술자라면 본 발명의 기술적 사상을 다양하게 개량하거나 변경할 수 있을 것이다. 이러한 개량이나 변경은 통상의 기술자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호 범위에 속한다.

Claims

발전기에 전기적으로 연결되며 미리 정해진 커패시턴스를 갖는 상 분리 모선 및
상기 상 분리 모선에 전기적으로 연결된 계기용 변압기를 포함하되,
상기 계기용 변압기의 인덕턴스는 하기 수식에 의한 인덕턴스보다 크거나 작고,
상기 계기용 변압기의 코어의 단면적은 상기 계기용 변압기의 인덕턴스가 하기 수식에 의한 인덕턴스와 같게 될 때 코어의 단면적보다 큰 철공진을 방지하기 위한 전력 시스템.
L=1/{(2πf)²·C}
(여기서 L은 인덕턴스[H], f는 주파수[Hz], C는 상기 상 분리 모선의 커패시턴스[F])
제1항에 있어서,
상기 계기용 변압기의 1차 권수와 2차 권수는 상기 계기용 변압기의 인덕턴스가 상기 수식에 의한 인덕턴스와 같게 될 때 1차 권수와 2차 권수보다 큰 철공진을 방지하기 위한 전력 시스템.
삭제
삭제
제2항에 있어서,
상기 계기용 변압기의 1차 권수와 2차 권수는 30% 이상 큰 철공진을 방지하기 위한 전력 시스템.
제1항에 있어서,
상기 계기용 변압기의 코어의 단면적은 16% 이상 큰 철공진을 방지하기 위한 전력 시스템.