KR20090008956A - 주변압기 냉각팬 속도제어시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 주변압기 권선온도를 이용해서 냉각팬 입력전원의 주파수를 가변하여 속도를 제어함으로써 효율적으로 변압기를 냉각시키고 사용전력량 감소와 발생소음을 최소화시킬 수 있는 주변압기 냉각팬 속도제어시스템에 관한 것으로서, 권선온도계 설정치와 온도를 동일하게 설정하여 설정값과 온도센서에서 측정된 측정값을 아날로그로 출력하는 온도조절기; 상기 온도조절기에서 출력된 아날로그 신호를 받아 주파수로 변환시켜 미리 설정된 주파수 속도에 해당하는 신호를 출력하는 주파수 변환기; 상기 주파수 변환기에서 출력신호를 받아 주변압기의 주회로 및 모터를 순차적으로 구동시키는 마그네틱 컨택터; 상기 온도조절기, 주파수 변환기 및 마그네틱 컨택터에 연결되어 전력 소비량을 측정해주는 전력량계 및; 상기 전력량계에 연결되며 내부고장 및 과전류 발생시 전원을 차단해주는 배선용 차단기로 이루어져, 효율적으로 변압기를 냉각시키고 사용전력량 감소와 발생소음을 최소화시킬 수 있으며, 전력요금도 절감시킬수 있으며, 냉각팬의 고속기동에 따른 설비고장을 예방하여 냉각팬 설비보수에 따른 비용 및 인력도 절감할 수 있게 되는 것이다.

주변압기, 냉각팬, 마그네틱 컨택터, 전력량계, 속도 제어, 주파수 변환기

Description

주변압기 냉각팬 속도제어시스템{System for speed control of cooling fan in main transformer}

본 발명은 주변압기 권선온도를 이용해서 냉각팬 입력전원의 주파수를 가변하여 속도를 제어함으로써 효율적으로 변압기를 냉각시키고 사용전력량 감소와 발생소음을 최소화시킬 수 있는 주변압기 냉각팬 속도제어시스템에 관한 것이다.

변압기를 장기간 안전하게 운전하기 위하여 적당한 냉각방식을 강구하여 발생된 열을 방산시켜 각부의 온도를 정해진 한도 이하로 유지하도록 하여야 하는 것은 주지의 사실이다.

이에 다수의 변압기에서 냉각팬을 이용한 냉각방식을 채택하여 변압기의 온도를 컨트롤하고 있으나, 현행 팬 냉각방식은 주변압기 권선온도가 65℃일 때 냉각팬 전체가 가동하여 높게 상승된 변압기의 온도를 신속하게 하강시키지 못하고 장기간 팬의 작동을 유발하게 되어 높은 소음과 막대한 전력의 소비가 발생하고 있는게 실정이다.

또한, 주변압기 권선온도가 65℃ 도달 즉시 냉각팬 모터가 60Hz 속도로 급격히 기동되어 팬 모터의 베어링 및 샤프트(Shaft) 등의 잦은 고장이 발생되는 원인 이 되고 있다.

이것은 냉각팬의 회전속도가 60Hz로 일정하게 설정되어 있기 때문에 팬의 속도를 제어하지 못하여 일어나는 현상으로 볼 수 있다.

따라서, 변압기 권선온도가 65℃까지 상승하기 전에 주파수 제어를 통하여 팬의 속도를 제어함으로써 소음발생과 전력소비의 절감, 변압기 권선온도의 완만한 상승 또는 유지를 통하여 효율적인 변압기의 운전을 도모할 수 있는 시스템이 필요로 하게 되었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 발명한 것으로,

본 발명의 목적은 주변압기 권선온도를 이용해서 냉각팬 입력전원의 주파수를 가변하여 속도를 제어함으로써 효율적으로 변압기를 냉각시키고 사용전력량 감소와 발생소음을 최소화시킬 수 있는 주변압기 냉각팬 속도제어시스템을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 주변압기 권선온도를 이용해서 냉각팬 입력전원의 주파수를 가변하여 속도를 제어하여 효율적으로 변압기를 냉각시키고 사용전력량을 감소시킴으로써 전력요금을 감소시킬수 있는 주변압기 냉각팬 속도제어시스템을 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 냉각팬의 고속기동에 따른 설비고장을 예방하여 냉각팬 설비보수에 따른 비용 및 인력을 절감할 수 있는 주변압기 냉각팬 속도제어시스템을 제공하는데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 의한 주변압기 냉각팬 속도제어시스템은,

권선온도계 설정치와 온도를 동일하게 설정하여 설정값과 온도센서에서 측정된 측정값을 아날로그로 출력하는 온도조절기; 상기 온도조절기에서 출력된 아날로그 신호를 받아 주파수로 변환시켜 미리 설정된 주파수 속도에 해당하는 신호를 출 력하는 주파수 변환기; 상기 주파수 변환기에서 출력신호를 받아 주변압기의 주회로 및 모터를 순차적으로 구동시키는 마그네틱 컨택터; 상기 온도조절기, 주파수 변환기 및 마그네틱 컨택터에 연결되어 전력 소비량을 측정해주는 전력량계 및; 상기 전력량계에 연결되며 내부고장 및 과전류 발생시 전원을 차단해주는 배선용 차단기로 이루어진 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 주변압기 냉각팬 속도제어시스템은 주변압기 권선온도를 이용해서 냉각팬 입력전원의 주파수를 가변하여 속도를 제어함으로써 효율적으로 변압기를 냉각시키고 사용전력량 감소와 발생소음을 최소화시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 상기의 효과와 같이 효율적으로 변압기를 냉각시키고 사용전력량을 감소시킴으로써 전력요금도 절감시킬수 있으며, 냉각팬의 고속기동에 따른 설비고장을 예방하여 냉각팬 설비보수에 따른 비용 및 인력을 절감할 수 있다.

이와 같은 본 발명을 첨부도면에 의거하여 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술하는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라 질 수 있으며, 이에 따라 각 용어의 의미는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 해석되어야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 주변압기 냉각팬 속도제어시스템을 나타낸 구성도이며, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 주변압기 냉각팬 속도제어시스템의 회로도이다.

도시된 바와 같이, 주변압기 냉각팬 속도제어시스템은 온도조절기(1)에서 권선온도계 설정치와 온도를 동일하게 설정하여 설정된 설정값과 온도센서를 통해서 측정된 실제 측정값을 아날로그로 출력한다.

이때, 권선온도계 설정치와 설정값은 조작 스위치(6)를 통해 입력하여 설정한다.

이렇게 상기 온도조절기(1)에서 출력된 아날로그 신호는 주파수 변환기(2)를 통해서 주파수로 변환된 다음에 미리 설정된 주파수 속도에 해당하는 신호를 출력하게 된다.

이것은 냉각팬의 가동온도를 예를 들어 온도조절기(1)에 30℃로 설정을 하면, 설정된 온도인 30℃에 도달할 때의 주파수도 같이 설정을 하여, 상기 온도조절기(1)에서 30℃를 측정하여 주파수 변환기(2)로 그 값을 아날로그 신호로 보내면 주파수 변환기(2)에서는 미리 설정된 주파수에 해당하는 속도로 주회로와 모터가 가동되도록 신호를 출력한다.

이때, 상기 주파수 변환기(2)는 인버터로서의 역할을 수행하며 그 원리와 특징은 다음과 같다.

1) 인버터의 원리

모터속도제어 방식에는 하기의 [식 1]과 같이 주파수 f를 변환시키던가 모터의 극수 P나 슬립 S를 변화시키면 임의의 회전속도 N을 얻을 수 있다.

[식 1]

2) 극수 제어

극수 P를 제어하는 것는 하기의 [그래프 1]과 같이 연속 제어가 불가능하며 극수의 값에 따라 한점에서 모터 속도가 제어된다.

(3)주파수 제어

모터에 가해지는 주파수를 변화시키면, 극수 제어와는 달리 연속적인 속도제어가 가능하고, 또한 하기의 [그래프 2]와 같이 고효율 운전이 가능하게 된다.

따라서, 이 원리를 이용하여 모터의 가변속을 실행하는 것이 인버터이며, 교류를 일단 직류로 변환시켜 이 직류를 트랜지스터 등의 반도체 소자의 스위칭에 의하여 교류로 역변환을 한다. 이때, 실제로는 모터 운전시 충분한 토오크를 확보하 기 위해 주파수 뿐만 아니라 전압도 주파수에 따라 가변시킨다.

4) 전압형 인버터의 특징 및 장점

인버터 출력주파수 범위가 광범위하고, 모든 부하에서 정류가 확실하다.

또한, 속도제어 범위가 1:10까지 확실하며, 제어회로 및 이론이 비교적 간단하다.

이렇게, 주파수 변환기(2)를 통해서 주파수를 변환시키면 주파수 변환기(2)을 통해서 변환되어 출력된 신호는 마그네틱 컨택터(3)로 입력되어지고, 상기 마그네틱 컨택터(3)는 주변압기의 주회로 및 모터를 순차적으로 구동시키게 된다.

또한, 상기 온도조절기(1), 주파수 변환기(2) 및 마그네틱 컨택터(3)에 연결된 전력량계(4)는 전력 소비량을 측정하게 되며, 상기 전력량계(4)에 연결된 배선용 차단기(5)는 내부고장 및 과전류가 발생되었을 때 전원을 차단해준다.

따라서, 상기와 같이 권선온도를 이용해서 냉각팬 입력전원의 주파수를 가변하여 속도를 조절함으로써 효율적으로 주변압기를 냉각시키고 사용전력량 감소와 발생 소음을 최소화시킬 수 있는 것이다.

다음은 본 발명에 따른 주변압기 냉각팬 속도제어시스템을 시운전하여 그 결과를 분석한 것이다.

하기의 [표 1]은 1 뱅크(Bank) 전력소비량을 비교한 것으로서 수치를 비교해보아도 본 발명에 따른 주변압기 냉각팬 속도제어시스템을 설치하였을 때의 전력소 비량이 현저한 차이를 보일만큼 감소한 것을 알 수 있다.

[표 1] 1 Bank 전력소비량 비교

하기의 [표 2]는 1 뱅크 전력요금을 비교한 것으로서 본 발명에 따른 주변압기 냉각팬 속도제어시스템을 설치하였을 때의 전력요금이 미설치 하였을 때와 비교하여 현저한 차이를 보일만큼 감소한 것을 알 수 있다.

[표 2] 1 Bank 전력요금 발생 비교

상기에서와 같은 효과를 전사로 확대했을 때에 전력요금 절감 금액은, 먼저 1 뱅크당 년간 전력요금 절감액과 전사 유입풍냉식 주변압기 1370 뱅크를 곱해주면 년간 약 12억 2천만원(￦893,532×1,370Bank=￦1,224,138,840)의 금액을 절감할 수 있게 되며, 향후 5년간 약 60억원이라는 막대한 금액을 절감할 수 있는 것이다.

하기의 [표 3]은 냉각팬의 소음발생량을 비교한 것으로서 본 발명의 주변압기 냉각팬 속도제어시스템을 설치하고 1m 떨어진 지점에서 소음을 측정했을 때 38,44,54Hz에서 평균 72.7dB의 측정소음이 측정되었고, 냉각팬 100% 가동시인 60Hz에서는 평균 80.2dB로 약 7.5dBd의 소음이 저감된 것을 알 수 있다.

[표 3] 소음발생량 비교

따라서, 20m 떨어진 주거지역에서의 소음을 예측해보면 본 발명의 주변압기 냉각팬 속도제어시스템을 설치하였을 때 44.1dB의 소음이 측정된 것으로 예측이 되며, 이것은 변전설비 소음허용기준인 주거지역 심야 45dB 이하를 충분히 충족시킨다.

또한, 기존 냉각팬의 기동방식은 변압기 권선온도 설정값이 도달하면 60Hz의 주파수 속도로 급격하게 기동되어 냉각팬 모터의 권선 및 베어링, 샤프트(Shaft) 등의 잦은 고장을 유발하였으나 본 발명의 주변압기 냉각팬 속도제어시스템은 낮은 주파수(30Hz)에서 기동함으로써 냉각팬 모터의 고장을 예방하여 5년마다 발생하는 보수비용을 절감할 수 있게 된다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 주변압기 냉각팬 속도제어시스템을 나타낸 구성도이다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 주변압기 냉각팬 속도제어시스템의 회로도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

1 : 온도조절기 2 : 주파수 변환기

3 : 마그네틱 컨택터 4 : 전력량계

5 : 배전선용 차단기 6 : 조작 스위치

Claims (1)

1. 권선온도계 설정치와 온도를 동일하게 설정하여 설정된 설정값과 온도센서에서 측정된 측정값을 아날로그로 출력하는 온도조절기(1);

   상기 온도조절기(1)에서 출력된 아날로그 신호를 받아 주파수로 변환시켜 미리 설정된 주파수 속도에 해당하는 신호를 출력하는 주파수 변환기(2);

   상기 주파수 변환기(2)에서 출력신호를 받아 주변압기의 주회로 및 모터를 순차적으로 구동시키는 마그네틱 컨택터(3);

   상기 온도조절기(1), 주파수 변환기(2) 및 마그네틱 컨택터(3)에 연결되어 전력 소비량을 측정해주는 전력량계(4) 및;

   상기 전력량계(4)에 연결되며 내부고장 및 과전류 발생시 전원을 차단해주는 배선용 차단기(5)로 이루어진 것을 특징으로 하는 주변압기 냉각팬 속도제어시스템.

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