KR102025516B1 - 분해가스 배출을 용이하게 할 수 있는 변전실의 특고압 변압기용 부흐홀쯔 계전기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 절연유의 누출은 방지하고 가스의 배출이 용이할 뿐만 아니라 계전기의 상태를 원격으로 관리할 수 있게 한 분해가스 배출을 용이하게 할 수 있는 변전실의 특고압 변압기용 부흐홀쯔 계전기에 관한 것으로, 변압기와 컨저베이터 사이에 설치되어 변압기와 턴저베이터 간의 오일의 흐름을 감지하여 일정한 값 이상의 급격한 흐름이 발생하면 출력접점을 닫거나 열어 차단기를 오픈시키는 브흐홀쯔 계전기에 있어서, 상기 계전기의 일측에 구멍을 천공하고 밸브조립체를 설치하여 계전기 내부에 분해가스가 채워져 압력이 높아지면 분해가스를 배출할 수 있게 하되, 상기 밸브조립체는 분해가스만 배출하고 오일은 배출되지 않게 하는 것을 특징으로 한다.

Description

분해가스 배출을 용이하게 할 수 있는 변전실의 특고압 변압기용 부흐홀쯔 계전기{buchholz relay able to easily releasing gas for high voltage transformer of transforming substation}

본 발명은 변전실의 특고압 변압기용 부흐홀쯔 계전기에 관한 것으로, 상세하게는 절연유의 누출은 방지하고 가스의 배출이 용이할 뿐만 아니라 계전기의 상태를 원격으로 관리할 수 있게 한 분해가스 배출을 용이하게 할 수 있는 변전실의 특고압 변압기용 부흐홀쯔 계전기에 관한 것이다.

변압기는 상호 유도 원리를 이용하여 교류 전압을 더 높이거나 낮추는 데 사용되는 기기로, 용량이나 용도에 따라 다양한 것이 있으며, 이러한 변압기 중에는 변전소에 설치되는 특고압변압기가 있다.

특고압변압기는 발전소에 생산된 전력은 여러 전력 공급 계통을 통하여 일반 수용가로 공급하는 변전소에 설치되어 있으며, 변전소에 공급되는 특고압 전력을 저압으로 변환하여일반 수용가로 공급한다.

즉, 변전용 특고압 변압기는 절연유가 충진된 변압기 유닛에 내장되어 있으며, 일차측은 부싱과 엘보 접속재를 매개로 하여 지중 전선과 연결되고, 지중 전선을 통하여 공급되는 특고압 전력은 변압기 유닛의 내부 특고압 변압기의 일차측으로 공급되고 저압으로 변환되어 특고압 변압기의 이차측으로 출력되어 수용가로 공급된다.

이러한 특고압 변압기는 특고압을 저압으로 변환시키기 때문에 절연유를 충진하여 사용하게 되는데, 어떠한 원인에 의해서 절연유의 분해가 발생되면 변압기 유닛의 내부에 절연유 분해가스가 발생되어 변압기 유닛의 내부 압력이 상승하게 되며, 변압기 유닛의 내부 압력이 한계치를 초과하는 경우 변압기 유닛의 외부로 절연유가 분출하거나 심한 경우 변압기 유닛이 폭발하는 매우 위험한 사고가 발생할 수 있다.

이어한 문제를 해소하기 위해 변전소의 특고압변압기에는 계전기를 구비하고 잇으며, 이러한 계전기 중에는 부흐홀쯔 계전기(Buchholz Relay)가 있다.

부흐홀쯔 계전기는 변압기 내부의 부분방전에 의한 가스의 발생, 누유에 의한 유면의 저하, 단락고장에 의한 절연유의 급격한 유동을 감지하는 구조로 되어 있으며 본체와 콘서베이터를 연결하는 배관의 중간에 설치된다.

이 부흐홀쯔 계전기는 변압기에 사고가 생겼을 때 이를 감지하여 신호를 보내주는 두개의 접점을 구비하고 있고, 경보용 접점은 변압기 내부에서 서서히 발생한 가스의 양이 설정된 양(일반적인 경우 300ㅁ25cc) 이상이 검출되면 동작되도록 되어 있으며, 차단용 접점은 갑자기 발생된 과압력에 의한 유속을 검출하는 장치로 설정된 유속(예를 들면 100ㅁ15cm/sec)으로 절연유가 흐를 때 동작하며, 차단신호가 발생하면 일단 변압기의 작동이 중지된다.

이와 같은 부흐홀쯔 계전기와 관련된 다양한 기술이 개발되고 있으며, 그 예로 특허문헌 1 내지 3이 있다.

특허문헌 1은 고정 프레임과, 고정 프레임에 회동 가능하도록 설치되어 절연유면의 강하에 따라서 회동하는 부레를 포함하여 구성되는 부흐홀쯔 릴레이에 있어서: 부레의 일측에 고정되어 부레와 함께 회동하는 영구 자석; 고정 프레임의 일측에 형성되는 지지플레이트; 지지플레이트에 지지되어 고정되는 유리관; 유리관의 상부에 고정 지지되는 고정 접극자; 및, 유리관의 하부에 고정 지지되며, 영구 자석의 회동에 따른 자기적 인력에 의해서 가동되어 소정 회로를 닫기 위해 고정 접극자에 접촉하는 가동 접극자를 포함하여 구성된 부흐홀쯔 릴레이의 스위치 구조이고,

특허문헌 2는 수용공간을 갖는 몸체와 몸체 내부 일측에서 영구자석에 의해 고정되고 유속의 흐름으로 타측으로 회전되는 가동부와, 회전된 가동부의 접촉자가 상단의 접점과 닿도록 가동부의 타측에 설치되는 고정부와, 가동부의 후측에 설치되며 회전된 가동부의 일측을 가압하여 가동부를 복귀시키는 리셋바로 구성된 OLTC 보호계전기에 있어서, 리셋바의 상단에는 몸체를 관통하는 리셋봉이 수직 설치되고, 리셋봉의 상측으로 설치되며 배전반에 설치된 작동스위치의 전기적 신호에 의해 모터가 작동되어 모터의 선단측에 설치된 가압봉이 리셋봉을 가압시켜 가동부를 복귀시키기 위한 모터계전기가 구성되며, 모터계전기는 평판형으로 몸체의 상부면에 설치되며 리셋봉이 상측으로 관통되어 설치되는 베이스판과, 베이스판의 상부면에 수직 설치되며 일측으로 고정축이 돌출되어 설치되는 지지판과, 전방에 편심축이 돌출된 회전체가 지지판을 관통하여 지지되며 회전축이 회전체의 후측에서 축결합되고 배전반 작동스위치의 전기적 신호에 의해 회전축에 회전력을 전달하는 모터와, 일정길이를 갖으며 고정축에 일측이 축결합되고 중앙부에 형성된 장공으로 편심축이 축결합되어 편심축의 회전운동에 의해 타측이 상,하방향으로 회동가능한 수평바와, 수평바의 하단에서 리셋봉과 동일 수직선상에 설치되어 수평바의 상,하 회동에 의해 리셋봉을 가압시키는 가압봉으로 구성된 전력용 변압기의 원격리셋이 가능한 96T 보호계전기이며,

특허문헌 3은 OLTC의 96T 계전기에 장착되어 가동부의 회전 텐션을 측정하는 다이얼 텐션 게이지 디바이스에 있어서, 다이얼 텐션 게이지 디바이스는, 96T 계전기의 몸체 전면부에 텐션 게이지 디바이스를 체결하기 위한 체결 수단과; 체결수단에 의하여 체결되는 것으로 회전 축이 구성되는 베이스와; 베이스 상부에 형성되어 회전할 수 있는 것으로 삽입 홈이 형성되고 삽입 홈의 중앙에는 회전축이 구성되어 회전할 수 있는 받침부와; 받침부의 삽입 홈에 장착되는 게이지; 및 게이지의 일측에 구성된 레버로 구성된 다이얼 텐션 게이지 디바이스이다.

이와 같은 부흐홀쯔 계전기의 내부에 흐르는 절연유의 과도한 유속은 변압기 내부 철심의 과열이나 아크 방전등에 의해 발생되기 때문에 이를 감지하여 설정된 속도 이상이 유속이 감지되거나 가스의 양이 설정된 양 이상이면 변압기를 정지시킨다.

이렇게 가스가 발생하면 가스를 배출한 후 다시 변압기를 가동시켜야 하고, 이를 위해 계전기의 전면에 설치된 커버를 개방한 후 가스를 배출시키고 있다.

그러나 이렇게 계전기 전면의 커버를 개방하는 과정에서 절연유가 외부로 누출됨은 물론, 커버를 분리하기 위해 많은 양의 볼트를 해체하는 등 작업에 번거로움이 있다.

대한민국 등록특허 제10-0746125호 대한민국 등록특허 제10-1993600호 대한민국 등록특허 제10-1464579호

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 개발된 것으로, 절연유의 누출을 방지한 상태에서 가스를 배출할 수 있는 변전실의 특고압 변압기용 부흐홀쯔 계전기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한 본 발명은 계전기 내의 압력을 감지하여 관리자에게 알림에 따라 사전 조치 함에 따라 불의의 사고를 방지할 수 있어 원활한 전력 공급을 할 수 있는 분해가스 배출을 용이하게 할 수 있는 변전실의 특고압 변압기용 부흐홀쯔 계전기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 해결하기 위한 본 발명에 따른 분해가스 배출을 용이하게 할 수 있는 변전실의 특고압 변압기용 부흐홀쯔 계전기는 변압기와 컨저베이터 사이에 설치되어 변압기와 턴저베이터 간의 오일의 흐름을 감지하여 일정한 값 이상의 급격한 흐름이 발생하면 출력접점을 닫거나 열어 차단기를 오픈시키는 브흐홀쯔 계전기에 있어서, 상기 계전기의 일측에 구멍을 천공하고 밸브조립체를 설치하여 계전기 내부에 분해가스가 채워져 압력이 높아지면 분해가스를 배출할 수 있게 하되, 상기 밸브조립체는 분해가스만 배출하고 오일은 배출되지 않게 하는 것을 특징으로 한다.

상기 밸브조립체는 유로를 개폐하는 개폐밸브와, 상기 개폐밸브와 계전기 사이에 연결되어 개폐밸브가 개방되면 분해가스만을 배출시키는 선별차단기로 이루어지고, 상기 선별차단기는 상기 계전기에 연결되는 연결관; 상기 연결관에 결합되고 연결관을 통해 유입되는 오일과 분해가스가 채워지는 공간이 형성된 하우징; 상기 하우징의 내벽과 소정간격으로 이격되게 설치되고 상단 중앙에는 배출구가 형성되고, 하단 측벽에는 오일유입구가 형성되며, 상기 오일유입구보다 높 부분의 측벽에 가스유입구가 형성되며 상단에는 플랜지가 일체로 형성된 관체 형상의 선별배출관; 및 상기 선별배출관의 내부에 설치되어 오일유입구로 오일이 유입되면 부상하여 배출구를 막음에 의해 오일이 배출되지 않게 하는 플로터로 이루어진 것이 바람직하다.

상기 계전기에는 일측에 내부의 공기압력을 감지하는 압력센서가 더 설치되고, 압력센서에서 감지된 압력 정보를 모니터링하기 위한 모니터링장치를 더 구비하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 모니터링장치는 통신모듈을 구비하여 원격단말기에 계전기 정보를 전송할 수 있게 하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 분해가스 배출을 용이하게 할 수 있는 변전실의 특고압 변압기용 부흐홀쯔 계전기는 계전기 내부의 분해가스 압력을 감지하여 감지된 압력이 지나치게 높으면 분해가스를 효과적으로 배출시켜 변압기의 오동작이나 손상을 방지할 수 있는 효과가 있다.

또한 본 발명은 계전기 내부의 압력을 원격으로 모니터링할 수 있게 함에 따라 압력 변화를 실시간으로 확인하여 미리 대처함에 따라 불의로 변압기가 오동작하거나 손상되는 것을 미연에 방지할 수 있는 효과도 있다.

도 1은 본 발명에 따른 분해가스 배출을 용이하게 할 수 있는 변전실의 특고압 변압기용 부흐홀쯔 계전기의 구성도
도 2는 본 발명에 따른 분해가스 배출을 용이하게 할 수 있는 변전실의 특고압 변압기용 부흐홀쯔 계전기의 일예의 사시도
도 3은 본 발명에 따른 분해가스 배출을 용이하게 할 수 있는 변전실의 특고압 변압기용 부흐홀쯔 계전기의 일예의 정면도
도 4는 본 발명에 따른 분해가스 배출을 용이하게 할 수 있는 변전실의 특고압 변압기용 부흐홀쯔 계전기를 구성하는 배출밸브의 단면도

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고, 상세한 설명을 통해 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

본 발명은 계전기 내부의 분해가스 압력을 감지하여 감지된 압력이 지나치게 높으면 분해가스를 효과적으로 배출시켜 변압기의 오동작이나 손상을 방지할 수 있다.

본 발명에 따른 분해가스 배출을 용이하게 할 수 있는 변전실의 특고압 변압기용 부흐홀쯔 계전기는 변압기와 컨저베이터 사이에 설치되어 변압기와 턴저베이터 간의 오일의 흐름을 감지하여 일정한 값 이상의 급격한 흐름이 발생하면 출력접점을 닫거나 열어 차단기를 오픈시키는 브흐홀쯔 계전기(10)에 있어서, 상기 계전기의 일측에 구멍을 천공하고 밸브조립체(20)를 설치하여 계전기 내부에 분해가스가 채워져 압력이 높아지면 분해가스를 배출할 수 있게 하되, 상기 밸브조립체(20)는 분해가스만 배출하고 오일은 배출되지 않게 한다.

상기 계전기(10)는 통상적으로 변압기에 설치되어 변압기를 변압기 내부고장에 대한 보호용으로 사용하는 계전기의 하나로, 변압기의 주탱크와 컨서베이터 사이에 부착하여 변압기의 내부고장이 생기는 때에 생기는 오일의 분해가스나 오일의 분류를 이용하여 경보를 발하거나 차단기를 작동시키는 것이며, 본 발명은 이러헌 통상의 계전기에 밸브조립체(20)를 설치하여 분해가스를 쉽게 배출시킬 수 있게 한 것이다.

상기 밸브조립체(20)는 도 1내지 도 3에 도시한 바와 같이 계전기의 투시창이 형성된 전면의 일측에 설치되어 있으며, 바람직하게는 내부에 채워진 오일의 수면 상부에 설치되는 것이다.

이렇게 설치된 상기 밸브조립체(20)는 오일까지 배출할 경우 오일의 낭비를 초래할 수 있음에 따라 오일을 배출시키지 않고 분해가스만 배출되게 하는 것이 바람직하다.

이에 따라 상기 밸브조립체(20)는 분해가스만 배출하는 것이 바람직하고, 이를 위한 밸브조립체(20)는 도 4에 도시한 바와 같이 구성된다.

즉, 상기 밸브조립체(20)는 유로를 개폐하는 개폐밸브(21)와, 상기 개폐밸브와 계전기 사이에 연결되어 개폐밸브가 개방되면 분해가스만을 배출시키는 선별차단기(22)로 구성하는 것이다.

이렇게 구성된 밸브조립체(20)는 계전기 내부의 압력이 높아져 상기 개폐밸브(21)를 개방하면 선별차단기(22)에 의해 오일은 차단되고 분해가스만을 배출시키게 된다.

상기 선별차단기(22)는 다양하게 변형하여 실시 할 수 있으나 바람직하게는 도 4에 도시한 바와 같이, 상기 계전기에 연결되는 연결관(22p); 상기 연결관에 결합되고 연결관을 통해 유입되는 오일과 분해가스가 채워지는 공간이 형성된 하우징(22h); 상기 하우징의 내벽과 소정간격으로 이격되게 설치되고 상단 중앙에는 배출구(22o)가 형성되고, 하단 측벽에는 오일유입구(22o)가 형성되며, 상기 오일유입구보다 높은 부분의 측벽에 가스유입구(22g)가 형성되며 상단에는 플랜지(22f)가 일체로 형성된 관체 형상의 선별배출관(22s); 및 상기 선별배출관의 내부에 설치되어 오일유입구(22o)로 오일이 유입되면 부상하여 배출구를 막음에 의해 오일이 배출되지 않게 하는 플로터(22z)로 구성하는 것이다.

상기 하우징(22h)은 원통형 통체 형상을 이루고 있으며, 양단 내벽에는 나사산이 형성되어 있어 연결관과 선별배출관에 각각 나사 조임될 수 있게 하였으며, 나사 조임되는 부분에는 패킹을 설치하여 오일의 누출을 방지할 수 있게 하였다.

상기 선별배출관(22s)의 플랜지(22f)가 연결된 부분에는 선별배출관 부분 보다 큰 외경의 확관부를 더 구비하고 있으며, 이 확관부에 나사산을 형성하여 하우징에 나사 조임되게 하였다. 이렇게 확관부를 형성함에 따라 선별배출관과 하우징 사이에 틈이 형성되어 오일이나 배출가스가 선별배출관과 하우징 사이로 이동하여 선별배출관에 형성된 오일유입구(22o)나 가스유입구(22g)로 유입될 수 있는 것이다.

상기 플로터(22z)는 배출가스에 의해서는 부상하지 않고 오일에 의해서만 부상하는 경량 재질로 만들어진 것으로, 도시한 바와 같이 외주면이 선별배출관에 밀착되어 있어 오링배출구로 오일이 유입되어야만 부상하게 하였으며, 오일유입구과 대응되는 하단 부분의 선별배출관과의 사이에 틈이 있어 오일이 틈으로 유입될 수 있게 하였다.

상기와 같이 구성된 선별차단기(22)는 개폐밸브가 개방되면 작동하며, 계전기 내부에 분해가스가 발생하여 압력이 높아진 상태에서 개폐밸브가 개방되면 선별배출관(22s)의 상단 측벽에 형성된 가스유입구(22g)를 통해 가스가 유입되어 배출구(22o)을 통해 개폐밸브(21)측으로 이동하여 외부로 분해가스가 배출된다.

이때 선별배출관(22s)의 하단 측벽에 형성된 오일유입구(22w)는 플로터(22z)에 의해 막힌 상태가 된다.

계전기 내부의 오일이 불의의 원인에 의해 수위가 높아져 선별차단기의 선별배출관(22s)까지 차오르면 오일은 선별배출관의 하단에 형성된 오일유입구(22w)를 통해 선별배출관의 내부로 유입되고, 유입된 오일은 플러터(22z)를 밀어 올려 부상시키며, 이렇게 부상하는 플로터는 선별배출관 상단의 배출구(22o)를 막아 오일이 개볘밸브(21) 측으로 이동하지 못하게 된다.

이에 따라 오일은 배출되지 않고 분해가스 만이 배출되는 것이다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 분해가스 배출을 용이하게 할 수 있는 변전실의 특고압 변압기용 부흐홀쯔 계전기는 도 1에 도시한 바와 같이, 일측에 내부의 공기압력을 감지하는 압력센서가 더 설치되고, 압력센서에서 감지된 압력 정보를 모니터링하기 위한 모니터링장치(30)를 더 구비하는 것이 바람직하다.

압력센서는 계전기의 하우징 일측의 어느 곳에나 설치될 수 있는 것으로 도시하지 않았다.

상기 모니터링장치(30)는 계전기 내부의 상태를 확인하기 위한 것으로, 소형 컴퓨터가 될 수 있다.

또한 상기 모니터링장치(30)는 통신모듈을 구비하여 원격단말기(40)에 계전기 정보를 전송할 수 있게 하는 것이 바람직하다.

상기 원격단말기(40)는 핸드폰을 포함하는 모바일 단말기가 될 수 있고, 전송되는 정보는 별도의 앱을 이용하거나, 문자 또는 SNS 등 다양한 형태가 될 수 있다.

또한 오일의 양을 감지할 수 있도록 계전기의 일측에 수위센서를 더 설치할 수도 있으며 이 수위센서에서 감지된 정보 역시 모니터링장치를 통해 모니터링할 수 있을 뿐만 아니라, 원격단말기로 전송될 수 있다.

10: 계전기
20: 밸브조립체
21: 개폐밸브 21f: 플랜지
22: 선별차단기
22p: 연결관 22h: 하우징
22s: 선별배출관 22f: 플랜지
22g: 가스유입구 22w: 오일유입구
22o: 배출구 22z: 플로터
30: 모니터링장치

Claims (4)

1. 변압기와 컨저베이터 사이에 설치되어 변압기와 턴저베이터 간의 오일의 흐름을 감지하여 일정한 값 이상의 급격한 흐름이 발생하면 출력접점을 닫거나 열어 차단기를 오픈시키는 브흐홀쯔 계전기(10)로,
   상기 계전기의 일측에 구멍을 천공하고 밸브조립체(20)를 설치하여 계전기 내부에 분해가스가 채워져 압력이 높아지면 분해가스를 배출할 수 있게 하되, 상기 밸브조립체(20)는 분해가스만 배출하고 오일은 배출되지 않게 하였고,
   상기 계전기(10)에는 일측에 내부의 공기압력을 감지하는 압력센서가 더 설치되고, 압력센서에서 감지된 압력 정보를 모니터링하기 위한 모니터링장치(30)를 더 구비하고, 상기 모니터링장치는 통신모듈을 구비하여 원격단말기(40)에 계전기 정보를 전송할 수 있게 하였으며,
   상기 밸브조립체(20)는 유로를 개폐하는 개폐밸브(21)와, 상기 개폐밸브와 계전기 사이에 연결되어 개폐밸브가 개방되면 분해가스만을 배출시키는 선별차단기(22)로 이루어지고,
   상기 선별차단기(22)는 상기 계전기에 연결되는 연결관(22p); 상기 연결관에 결합되고 연결관을 통해 유입되는 오일과 분해가스가 채워지는 공간이 형성된 하우징(22h); 상기 하우징의 내벽과 소정간격으로 이격되게 설치되고 상단 중앙에는 배출구(22o)가 형성되고, 하단 측벽에는 오일유입구(22w)가 형성되며, 상기 오일유입구보다 높 부분의 측벽에 가스유입구(22g)가 형성되며 상단에는 플랜지(22f)가 일체로 형성된 관체 형상의 선별배출관(22s); 및 상기 선별배출관의 내부에 설치되어 오일유입구(22o)로 오일이 유입되면 부상하여 배출구를 막음에 의해 오일이 배출되지 않게 하는 플로터(22z)로 이루어진 분해가스 배출을 용이하게 할 수 있는 변전실의 특고압 변압기용 부흐홀쯔 계전기에 있어서,
   상기 하우징(22h)은 원통형 통체 형상을 이루고 있으며, 양단 내벽에는 나사산이 형성되어 있어 연결관(22p)과 선별배출관(22s)에 각각 나사 조임될 수 있게 함에 의해 조립을 용이하게 할 수 있게 하였으며, 나사 조임되는 부분에는 패킹을 설치하여 오일의 누출을 방지할 수 있게 하였고,
   상기 선별배출관(22s)의 플랜지(22f)가 연결된 부분에는 선별배출관의 다른 부분 보다 큰 외경의 확관부를 더 구비하고 있으며, 이 확관부에 나사산을 형성하여 하우징 상단 내벽의 나사산에 나사 조임되게 함에 따라 선별배출관과 하우징 사이에 틈이 형성되어 오일이나 배출가스가 선별배출관과 하우징 사이로 이동하여 선별배출관에 형성된 오일유입구(22o)나 가스유입구(22g)로 유입될 수 있게 한 것을 특징으로 하는 분해가스 배출을 용이하게 할 수 있는 변전실의 특고압 변압기용 부흐홀쯔 계전기.
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