KR102158313B1 - 자동 절체 차단기 및 무정전 탭 전환 장치가 구비된 변압기 - Google Patents

자동 절체 차단기 및 무정전 탭 전환 장치가 구비된 변압기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 변압기에 관한 것으로 보다 상세하게는, 자동 절체 차단기 및 무정전 탭 전환 장치가 구비된 변압기에 관한 것이다. 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 변압기는 변압기 모듈; 및 배전선로에서 상기 변압기 모듈로의 전압 공급을 단속하는 차단기가 내장된 차단기 모듈을 포함한다.

Description

자동 절체 차단기 및 무정전 탭 전환 장치가 구비된 변압기{POWER TRANSFORMER}
본 발명은 변압기에 관한 것으로 보다 상세하게는, 자동 절체 차단기 및 무정전 탭 전환 장치가 구비된 변압기에 관한 것이다.
기존 가공선로용 변압기 또는 지중선로용 변압기는 고압측을 기준으로 이중으로 전원을 공급 받을 수 없는 구조이다. 중요 부하에 한정하여 ALTS(자동 부하 전환 개폐 장치)를 통하여 이중 전원을 공급 받는 구조이다. 다만, ALTS의 적용은 설비투자비(설비비 / 설치비 / 운용비)가 과중하다는 문제점이 있다.
일반 소규모 분산전원(태양광/풍력 등)의 연계시 변압기를 통하여 배전선로에 전력을 공급하고 있는 방식에서 공급대상의 선로가 단선/단락 등 선로 고장시 발전사업자의 전력 공급에 지장을 초래한다. 현재 전력 계통은 배전선로에 이상 발생시 분산전원을 통한 전력 공급을 중단하는 운영 방식을 채택하고 있다.
기존 가공선로용 변압기 또는 지중선로용 변압기는 고압측에 전압비 조정용 탭이 설치된다. 고압측은 저압측 보다 높은 탭의 접점 용량을 필요하므로 수동으로 볼트 체결을 통해 탭을 절환한다. 따라서, 활선 상태에서 탭 절환이 불가능하다.
[선행기술문헌]
[특허문헌]
- 한국등록특허 제10-14996520000호(발명의 명칭: 주상변압기 보호용 피뢰기와 컷아웃 스위치의 일체형 설치구조, 공고일: 2015.03.18)
- 한국등록특허 제10-19193840000호(발명의 명칭: 전류전압 센서가 일체화 된 주상변압기, 공고일: 2018.11.19)
본 발명은 저가로 이중 전원 공급이 가능한 변압기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 자동 절체가 가능한 변압기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 전원의 선택이 가능한 변압기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 변압기는 변압기 모듈; 및 배전선로에서 상기 변압기 모듈로의 전압 공급을 단속하는 차단기가 내장된 차단기 모듈을 포함한다.
여기서, 상기 차단기 모듈은 2 개의 차단기를 내장하고, 2 개의 차단기 중 제 1 차단기는 제 1 배전선로에 전기적으로 접속되고 2 개의 차단기 중 제 2 차단기는 제 2 배전선로에 전기적으로 접속될 수 있다.
그리고, 복수의 개폐기를 내장한 걔폐기 모듈이 설치되고, 상기 차단기 모듈 저압측에 복수의 탭이 설치되고, 상기 복수의 계폐기 각각은 상기 복수의 탭 각각에 전기적으로 접속될 수 있다.
본 발명은 2 개의 배전 선로 각각에 대응한 차단기를 변압기 고압측에 설치하는 것에 의해 저가로 이중 전원 공급이 가능할 수 있고 전원을 공급하는 배전선로의 선택이 가능할 수 있다.
본 발명은 변압기 고압측 전압 상태에 따라 자동으로 변압기 저압측에 설치된 복수의 탭 각각에 대응한 개폐기를 제어하는 것에 의해 부하에 안정적인 전원 공급을 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 자동 절체 차단기 및 무정전 탭 전환 장치가 구비된 변압기의 구성도이다.
도 2a는 도 1의 변압기가 제 1 배전계통에서 전력을 공급 받는 상태를 설명하기 위한 도면이다.
도 2b는 도 1의 변압기가 제 2 배전계통에서 전력을 공급 받는 상태를 설명하기 위한 도면이다.
도 2c는 도 1의 변압기를 통해 바이패스 방식으로 배전계통 간에 전력이 공급되는 상태를 설명하기 위한 도면이다.
도 2d는 도 1의 변압기가 소규모 분산 전원을 통해 전력을 공급 받는 상태를 설명하기 위한 도면이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 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.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다.
일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부된 도 1 내지 도 2를 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 자동 절체 차단기 및 무정전 탭 전환 장치가 구비된 변압기에 대하여 설명한다. 도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 자동 절체 차단기 및 무정전 탭 전환 장치가 구비된 변압기의 구성도이다. 도 2a는 도 1의 변압기가 제 1 배전계통에서 전력을 공급 받는 상태를 설명하기 위한 도면이다. 도 2b는 도 1의 변압기가 제 2 배전계통에서 전력을 공급 받는 상태를 설명하기 위한 도면이다. 도 2c는 도 1의 변압기를 통해 바이패스 방식으로 배전계통 간에 전력이 공급되는 상태를 설명하기 위한 도면이다. 도 2d는 도 1의 변압기가 소규모 분산 전원을 통해 전력을 공급 받는 상태를 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면, 자동 절체 차단기 및 무정전 탭 전환 장치가 구비된 변압기(이하, ‘변압기’라고 칭함)는 변압기 모듈(100), 차단기 모듈(200) 및 개폐기 모듈(300)을 포함할 수 있다. 변압기 모듈(100), 차단기 모듈(200) 및 개폐기 모듈(300)은 각각 독립적으로 제작되어, 상호 조립될 수 있다.
변압기 모듈(100)은 기존과 동일하게 변압기 고압측(110)과 변압기 저압측(120)을 포함할 수 있다. 변압기 저압측(120)에 복수의 탭(121)이 설치될 수 있다. 복수의 탭(121)은 변압기 저압측(121)의 하부로 연장될 수 있다.
차단기 모듈(200)은 제 1 차단기 모듈(210), 제 2 차단기 모듈(220) 및 격리 모듈(230)을 포함할 수 있다. 제 1 차단기 모듈(210), 제 2 차단기 모듈(220) 및 격리 모듈(230)은 철 재질의 외함일 수 있다. 격리 모듈(230)은 제 1 차단기 모듈(210)과 제 2 차단기 모듈(220)을 격리시킬 수 있다. 제 1 차단기 모듈(210) 내부에는 제 1 차단기(211)가 설치될 수 있다. 제 2 차단기 모듈(220) 내부에는 제 2 차단기(221)가 설치될 수 있다. 제 1 차단기(211)의 1차 측은 제 1 배전선로(1)에 전기적으로 접속될 수 있고 제 1 차단기(211)의 2차 측은 고압측 공통접속점(10)에 전기적으로 접속될 수 있다. 제 2 차단기(221)의 1차 측은 제 2 배전선로(2)에 전기적으로 접속될 수 있고 제 2 차단기(221)의 2차 측은 고압측 공통접속점(10)에 전기적으로 접속될 수 있다. 고압측 공통 접속접(10)은 변압기 고압측(110)에 접속될 수 있다. 제 1 배전선로(1)는 제 1 배전 계통에 해당하며 제 2 배전선로(2)는 제 2 배전 계통에 해당할 수 있다. 제 1 배전 계통은 제 1 변전소가 배전하는 영역이며 제 2 배전 계통은 제 2 변전소가 배전하는 영역일 수 있다.
개폐기 모듈(300)은 복수의 개폐기(301)를 포함할 수 있다. 복수의 개폐기(301) 각각의 1 차측은 복수의 탭(121) 각각에 전기적으로 접속될 수 있다. 도 1에서 좌측에서 우측으로 갈수록 탭의 출력 전압은 높아질 수 있다. 복수의 개폐기(301) 각각의 2 차측은 저압측 공통 접속점(302)에 전기적으로 접속될 수 있다. 저압측 공통 접속점(302)은 부하측 선로(3)에 접속될 수 있다. 저압측 공통 접속점(302) 또는 부하측 선로(3)에 소규모 분산전원(미도시, 출력 전압이 부하측 전압인 분산전원)의 출력단이 전기적으로 접속될 수 있다. 개폐기 모듈(300) 내부에 제어모듈(303)이 설치될 수 있다. 이와 달리, 제어모듈(303)은 개폐기 모듈(300)과 별개의 모듈로 장착되어 변압기 모듈(100), 차단기 모듈(200) 및 개폐기 모듈(300) 외측 또는 내측에 설치될 수도 있다.
제어 모듈(303)은 제 1 및 제 2 배전선로(1, 2) 상태에 따라 또는 운영자의 선택에 따라 제 1 차단기(211) 및 제 2 차단기(221)의 개폐(달리 표현하면, 절체)를 통해 부하측 선로(3)에 공급하는 전원의 선택, 소규모 분산전원을 통한 제 1 및 제 2 배전선로 중 적어도 하나로의 전원 공급, 제 1 배전선로(1) 및 제 2 배전선로(2) 상호 간의 전원 공급(바이패스) 및 자동 탭 절환이 가능하게 할 수 있다.
먼저, 제어모듈(303)은 고압측 공통 접속점(10) 상의 전압 검출 센서(20)를 통해 제 1 및 제 2 배전선로(1, 2) 중 적어도 하나의 배전선로 상태를 모니터링할 수 있다. 이때, 변압기는 제 1 및 제 2 배전선로(1, 2) 중 어느 하나의 배전 선로를 통해 전원을 공급 받는 모드로 세팅되어 있다. 제어모듈(303)은 전압 검출 센서(20)를 통해 현재 전원을 공급하는 배전 선로(예를 들어, 제 1 배전선로)에 이상이 발생한 것이 파악되면 현재 전원을 공급하는 배전 선로에 접속된 차단기(예를 들어, 제 1 차단기)를 트립하고 현재 전원을 공급하지 않은 배전 선로에 접속된 차단기(예를 들어, 제 2 차단기)를 투입할 수 있다. 이때, 현재 전원을 공급하지 않은 배전 선로에 접속된 차단기가 투입된 후 현재 전원을 공급하는 배전 선로에 접속된 차단기가 트립될 수 있다. 도 2a는 변압기가 제 1 배전 계통(1)에서 전원을 공급 받는 상태를 설명한다. 도 2a에서, 제 1 차단기(211)는 투입 상태 / 제 2 차단기(221)는 트립 상태일 수 있다. 도 2b는 변압기가 제 2 배전 계통(2)에서 전원을 공급 받는 상태를 설명한다. 도 2b는 제 1 차단기(211)는 트립 상태 / 제 2 차단기(221)는 투입 상태일 수 있다. 제어 모듈(303)은 운영자에 의해 전원을 공급 받고자 하는 배전 계통이 선택되면 그 선택된 배전 계통을 통해 전원을 공급 받도록 제 1 차단기(211) 및 제 2 차단기(221)의 투입 / 트립을 도 2a 및 도 2b에서와 같이 제어할 수 있다.
변압기가 바이패스 모드로 세팅되면 제어모듈(303)은 제 1 차단기(211) 및 제 차단기(221)를 모두 투입할 수 있다. 이에 의해, 도 2c에서와 같이, 제 1 배전계통과 제 2 배전계통 간의 전력 교환이 가능할 수 있다.
도 2d는 변압기가 소규모 분산전원을 통해 전력을 공급 받는 상태이다. 이때, 제 1 차단기(211) 및 제 2 차단기(221)는 트립될 수 있다. 이와 달리, 제 1 차단기(211) 및 제 2 차단기(221) 중 적어도 하나가 투입되면 투입된 차단기에 대응하는 배전 계통은 소규모 분산전원을 통해 전원을 공급 받을 수 있다. 이 같은 점에서 본원발명의 변압기는 소규모 분산전원의 계통 연계 운전 모드 및 독립 운전 모드를 지원할 수 있다.
제어 모듈(303)은 전압 검출 센서(20)를 통해 변압기 고압측(110) 전압을 모니터링할 수 있다. 그리고, 제어 모듈(303)은 변압기 고압측(110) 전압 변동을 반영하여 부하측 선로 전압이 기 설정된 범위를 유지할 수 있도록 하는 탭을 복수의 탭(121)에서 선택할 수 있다. 그리고, 제어 모듈(303)은 복수의 개폐기(301)이 온/오프를 제어하여 부하측 선로 전압이 기 설정된 범위를 유지할 수 있도록 하는 탭 만이 부하측 선로(3)에 전기적으로 접속하도록 할 수 있다. 이때, 현재 부하측 선로에 전기적으로 접속된 탭에 대응한 개폐기는 트립되고 복수의 탭 중 부하측 선로 전압이 기 설정된 범위를 유지할 수 있도록 하는 탭에 대응한 개폐기 만이 투입될 수 있다. 제어 모듈(303)은 복수의 탭 중 부하측 선로 전압이 기 설정된 범위를 유지할 수 있도록 하는 탭에 대응한 개폐기가 투입된 후 현재 부하측 선로에 전기적으로 접속된 탭에 대응한 개폐기가 트립되는 것에 의해 무정전 탭절환이 가능하게 제어할 수 있다.
100: 변압기 모듈
200: 차단기 모듈
300: 개폐기 모듈

Claims (3)

  1. 변압기 모듈(100), 차단기 모듈(200) 및 개폐기 모듈(300)을 포함하고,
    상기 변압기 모듈(100), 차단기 모듈(200) 및 개폐기 모듈(300)은 각각 독립적으로 제작되어, 상호 조립되고,
    상기 차단기 모듈(200)은 상기 변압기 모듈(100) 상부에 위치하고, 상기 개폐기 모듈(300)은 상기 변압기 모듈(100) 하부에 위치하고,
    상기 변압기 모듈(100)은 변압기 고압측(110)과 변압기 저압측(120)을 포함하고, 상기 변압기 저압측(120)에 복수의 탭(121)이 설치되고, 상기 복수의 탭(121)은 상기 변압기 저압측(120) 하부로 연장되고,
    상기 차단기 모듈(200)은 제 1 차단기 모듈(210), 제 2 차단기 모듈(220) 및 격리 모듈(230)을 포함하고,
    상기 제 1 차단기 모듈(210), 제 2 차단기 모듈(220) 및 격리 모듈(230)은 철 재질의 외함이고,
    상기 격리 모듈(230)은 상기 제 1 차단기 모듈(210)과 제 2 차단기 모듈(220) 사이에서 상기 제 1 차단기 모듈(210)과 제 2 차단기 모듈(220)을 격리시키고,
    상기 제 1 차단기 모듈(210) 내부에 제 1 차단기(211)가 설치되고, 상기 제 2 차단기 모듈(220) 내부에 제 2 차단기(221)가 설치되고,
    상기 제 1 차단기(211)의 1차 측은 제 1 배전선로(1)에 전기적으로 접속되고, 상기 제 1 차단기(211)의 2차 측은 고압측 공통접속점(10)에 전기적으로 접속되고,
    상기 제 2 차단기(221)의 1차 측은 제 2 배전선로(2)에 전기적으로 접속되고 상기 제 2 차단기(221)의 2차 측은 고압측 공통접속점(10)에 전기적으로 접속되고,
    상기 고압측 공통 접속점(10)은 상기 변압기 고압측(110)에 접속되고,
    상기 제 1 배전선로(1)는 제 1 배전 계통에 해당하며 상기 제 2 배전선로(2)는 제 2 배전 계통에 해당하고 상기 제 1 배전 계통은 제 1 변전소가 배전하는 영역이며 상기 제 2 배전 계통은 제 2 변전소가 배전하는 영역이며,
    개폐기 모듈(300)은 복수의 개폐기(301)를 포함하고, 상기 복수의 개폐기(301) 각각의 1차측은 복수의 탭(121) 각각에 전기적으로 접속되고, 상기 복수의 탭(121)의 출력 전압은 일측에서 타측으로 갈수록 높아지고,
    상기 복수의 개폐기(301) 각각의 2차측은 저압측 공통 접속점(302)에 전기적으로 접속되고,
    상기 저압측 공통 접속점(302)은 부하측 선로(3)에 접속되고,
    상기 저압측 공통 접속점(302) 또는 부하측 선로(3)에 소규모 분산전원의 출력단이 전기적으로 접속되고,
    상기 개폐기 모듈(300) 내부에 제어모듈(303)이 설치되고,
    상기 제어모듈(303)은 개폐기 모듈(300)과 별개의 모듈로 제작되어 상기 변압기 모듈(100), 차단기 모듈(200) 및 개폐기 모듈(300) 중 적어도 하나에 장착되고,
    상기 제어모듈(303)은 상기 제 1 및 제 2 배전선로(1, 2) 상태에 따라 또는 운영자의 선택에 따라 제 1 차단기(211) 및 제 2 차단기(221)의 개폐를 통해, i) 상기 부하측 선로(3)에 공급하는 전원의 선택 ii) 소규모 분산전원을 통한 상기 제 1 및 제 2 배전선로(1, 2) 중 적어도 하나로의 전원 공급 iii) 상기 제 1 및 제 2 배전선로(1, 2) 상호 간의 전원 공급을 가능하게 하고,
    변압기가 상기 제 1 및 제 2 배전선로(1, 2) 중 어느 하나의 배전선로를 통해 전원을 공급 받는 모드에서, 상기 제어모듈(303)은 고압측 공통 접속점(10) 상의 전압 검출 센서(20)를 통해, 상기 제 1 및 제 2 배전선로(1, 2) 중 적어도 하나의 배전선로 상태를 모니터링하고, 상기 전압 검출 센서(20)를 통해 전원을 공급하는 배전선로에 이상이 발생한 것이 파악되면 변압기에 전원을 공급하지 않는 배전선로에 접속된 차단기를 투입한 후 전원을 공급하는 배전선로에 접속된 차단기를 트립하고,
    상기 변압기가 바이패스 모드로 세팅되면 상기 제어모듈(303)은 제 1 차단기(211) 및 제 2 차단기(221)를 모두 투입하고,
    상기 변압기가 소규모 분산전원을 통해 전력을 공급 받는 모드에서, 상기 제어모듈(303)은 상기 제 1 차단기(211) 및 제 2 차단기(221)를 트립하고,
    상기 제어모듈(303)은 상기 전압 검출 센서(20)를 통해 변압기 고압측(110) 전압을 모니터링하고,
    상기 제어모듈(303)은 상기 변압기 고압측(110) 전압 변동을 반영하여 부하측 선로 전압이 기 설정된 범위를 유지할 수 있도록 하는 탭을 복수의 탭에서 선택하고,
    상기 제어모듈(303)은 상기 복수의 개폐기(301)의 온/오프를 제어하여 부하측 선로 전압이 기 설정된 범위를 유지할 수 있도록 하는 탭 만이 부하측 선로(3)에 전기적으로 접속하도록 하는 것을 특징으로 하는 변압기.
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