KR20090011303A - 무정전 기능이 구비된 스위칭 장치 및 이를 이용한 변압기권수비 조절 방법 및 변압기 전압 조절 방법 - Google Patents

무정전 기능이 구비된 스위칭 장치 및 이를 이용한 변압기권수비 조절 방법 및 변압기 전압 조절 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 변압기에 관한 것으로, 해결하고자 하는 기술적 과제는 배전선로의 부하특성으로 인한 전압강하에 따라 변압기의 2차 권선 전압의 변경을 정전 없이 안정된 전원이 공급되도록 하는 데 있다.
이를 위해 본 발명은 외부 신호에 의해 동작 되는 복수 개의 스위칭 소자와 스위칭 소자들의 대전류 경로에 전기적으로 연결되며, 상기 스위칭소자들간의 스위칭 전환시 스위칭 소자들의 온 역할을 대신하는 다중스위치용 전류 순환 장치 전압값을 읽어 들이고, 복수 개의 스위칭 소자 및 다중스위치용 전류 순환 장치와 전기적으로 연결되며, 전압값에 따라 복수 개의 스위칭 소자에 신호를 인가하여 복수 개의 스위칭 소자들을 순차적으로 변경시키는 제어부로 이루어지는 무정전 기능이 구비된 스위칭 장치를 개시한다.
따라서, 무정전 기능이 구비된 스위칭 장치는 전력소모원들에게 정전없이 안정된 전원을 효율적으로 공급할 수 있다.
변압기, 2차 권선, 정전압, 배전선로, 무정전 스위칭, 전력 조절

Description

무정전 기능이 구비된 스위칭 장치 및 이를 이용한 변압기 권수비 조절 방법 및 변압기 전압 조절 방법{SWITCHING DEVICE FOR TRANSFORMER HAVING AN UNINTERRUPTIBLE POWER FUNCTION AND METHOD OF VOLTAGE CONTROL USING THE SAME}
본 발명은 변압기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 무정전 기능이 구비된 스위칭 장치와, 이를 이용한 변압기 권수비 조절 방법 및 변압기 전압 조절 방법에 에 관한 것이다.
일반적으로 발전소에서 생산된 특고압(765kV, 345kV, 154kV)은 송전선을 타고 변전소에 공급되며, 변전소에서는 특고압이 22900볼트(= 상전압 13200 볼트)의 전압으로 낮춰져 배전선로를 통해 일반 빌딩이나 공장에 공급되고, 변전소에 공급되는 특고압의 일부는 전주에 부착된 주상 변압기, 지상 변압기를 통하여 220/380볼트의 사용하기 쉬운 전압으로 낮춰져 주택이나 상점, 소규모의 공장 등에 공급된다.
이러한 전력공급에 사용되는 변압기는 모두 일단접지형 단권 변압기로 R상, S상, T상별로 변압기가 각각 결선되며, 변압기의 1차 권선측 전압은 13800V, 13200V, 12600V 3개의 탭으로 구성되어 있다. 이때, 2차 권선측 전압은 230V정도의 전압으로 변환되어 부하에 공급되는데, 2차 권선측 전압의 사용전압을 결정하는 기준은 1차 권선측 탭을 변경하여 결정하게 된다.
상기 변압기를 이용하여 변전소에서 부하인 주택이나 상점 또는 소규모 공장등에 전력이 공급되는 것에 대해 도 1a를 참조하여 살펴 보면, 도 1a은 배전선로에 전압강하 구간을 도시한 상태의 변압기 운영 현황을 표시한 구성도이다.
도 1a에서 보는 바와 같이, 배전선로(1)는 변전소(2)에서 배전선로 말단(3)까지는 보통 5∼30킬로미터까지 구성되어 있고, 선로고장을 대비해 보통 3연계 이상 연계 변전소(4)가 배전선로 말단(3)에 연결되어 있다.
또한, 배전선로(1)에는 연계용 개폐기(5)가 설치되어 평상시에는 오프(off)되어 있다가 선로고장시에 온(on) 되어 전력을 분배하는 역할을 한다. 연계용 개폐기(5)가 오프(off) 된 상태에서는 배전선로(1)에서부터 배전선로 말단(3)까지 부하율이 변화하므로 계통전압이 각각 다르다. 따라서 배전선로 거리별로 전압강하 0 내지 5%구간(6)에서의 변압기(7)는 변압기 1차측 권선이 13200V가 되게 하여 설정하고, 전압강하 5 내지 10% 구간(8)에서의 변압기(9)는 변압기 1차측 권선이 12600V가 되게 하여 운용한다.
하지만, 변전소(2)에 설치된 주변압기의 ULTC(Under Load Tap Changer)에 의한 배전선로(1)의 전압관리는 공급지역 및 부하의 피크시간대와 심야시간대에 따라 변전소 인출전압이 23,816V 내지 22,670V(ULTC 전압운전기준 22.9KV +4% 내지 -1%)큰 차이를 보인다. 즉, 부하특성이 서로 간에 다른 배전선로(1)의 전압을 동시에 조정할 수밖에 없으므로, 배전선로 말단(3) 부근에서 전력을 소비하는 전력수요자 는 적정전압 공급에 이상이 발생할 수 있다.
또한, 변전소(2)에 설치된 주변압기의 UTLC(Under Load Tap Changer)의 전압관리와는 달리, 배전선로(1)에 설치되어 전력수요자에게 전압을 상전원으로 변환시켜 전력을 분배하는 변압기(7, 9)는 수동적으로 전압을 변경시키고 있다.
수동적으로 전압을 변경시키는 변압기에 대해 도 1b를 참조하면, 도 1b는 종래 변압기의 구조를 나타낸 부분절개도이다. 도 1b에 도시된 바와 같이, 변압기 내부에는 1차 권선과 2차 권선이 철심에 감겨진 변압기 셀(10)이 형성되어 있으며, 1차 권선이 탭 스위치(11)와 전기적으로 결선되어 있다.
변압기 셀(10)의 1차 권선과 2차 권선에 탭 스위치(11)가 전기적으로 결선된 것에 대해 도 1c를 참조하면, 도 1c는 종래 변압기 셀의 1차 권선(10-1)과 2차 권선(10-2)이 탭 스위치(11)와 전기적으로 연결된 상태이다.
도 1c에 도시된 바와 같이, 종래의 변압기 내에 설치된 탭 스위치(11)는 1번탭(11-1)과, 2번탭(11-2) 및, 3번탭(11-3)으로 구성되어 있으며, 1번탭(11-1)과, 2번탭(11-2) 및, 3번탭(11-3)은 1차 권선(10-1)에 각각 12600V, 13200V, 13800V를 선택할 수 있도록 구성되어 있다. 1번탭(11-1)과, 2번탭(11-2) 및, 3번탭(11-3)의 설정 관계를 설명하면, 배전선로의 전압강하 0 내지 5%이내에서는 1번탭(11-1)과 3번탭(11-3)을 수동으로 오프시키고, 2번탭(11-2)을 수동으로 온(on)시켜 13200V로 설정한다. 또한, 배전선로 전압강하 5 내지 10%이내에서는 1번탭(11-1)과 2번탭(11-2)을 수동으로 오프(off)시키고, 3번탭(11-3)을 수동으로 온(on)시켜 13800V로 설정한다. 마찬가지로 2번탭(11-2)과 3번탭(11-3)이 수동으로 오프(off)시킨 상 태에서, 1번탭(11-1)을 수동으로 온(on)시키면 12600V로 설정된다. 각각의 탭들이 온(on)됨에 따라 변압기의 2차 권선(10-2)에서 출력되는 전압을 조절할 수 있게 된다.
하지만, 이러한 탭들의 전환간에는 변압기와 전기적으로 연결되는 전력 수요자들에게 공급되는 전력이 끊겨 정전되는 문제가 발생한다. 그 이유는 변압기 1차 권선(10-1)의 13800V지점과, 13200V 지점 및, 12600V 지점 간에 600V 전압차가 발생하므로, 1번탭(11-1)과 2번탭(11-2)이 동시에 모두 온(on) 되면 변압기가 단락되기 때문에 이것을 방지하기 위해서 1번탭(11-1)과 2번탭(11-2) 및 3번탭(11-3)이 기계적으로 형성되어 어느 하나의 탭만을 선택하는 구조로 되어있기 때문이다.
더불어, 변압기에 설치된 탭들을 온(on) 또는 오프(off)시키는 동작을 하기 위해서는 변압기에 설치된 1차 권선(10-1)측 컷아웃 스위치(COS)를 오프(OFF)한 상태에서, 변압기 속에 손을 집어넣어 수동으로 조작해야 한다. 이로 인해 땀과, 먼지 및, 빗물 등의 이물질이 변압기 내부로 들어가 변압기 내부에 있는 절연유가 변질 되기도 한다. 따라서, 변질된 절연유로 인해, 변압기 고장 및 수명을 단축하는 원인을 유발한다.
또한, 탭을 변경하는 작업중에 변압기의 2차 권선(10-2)측에서 발전기 등에 의해 역 가압된 전류가 공급되면, 작업자가 감전되는 위험이 있다. 따라서 이러한 역 가압 되는 전류를 방지하기 위해서는 변압기의 2차 권선(10-2)측 추가접지를 하고, 변압기 2차 권선(10-2)측과 전기적으로 연결된 인하선들을 모두 분리해야 하는 번거로운 문제로 현장 작업자들은 탭 조정 작업을 기피하고 있다.
또한, 현재는 태양광 발전, 풍력발전, 열병합등의 분산형 전원들이 배전선로에 연계되어 전력공급을 하고 있는 곳이 많아 전압 변동이 심해지고 있는 실정이다. 더불어, 부하특성을 그때그때 추종하기 어려운 계절부하 및 심야부하에 대응하기 위해서, 배전선로를 전압강하 구간별로 정전시킨 상태에서 변압기에 설치된 탭 스위치를 조정하는 것이 현실적으로 어려운 실정이다.
상기와 같은 문제를 해결하기 위한 본 발명의 기술적 과제는 배전선로의 부하특성으로 인한 전압강하에 따른 변압기의 2차 권선측 전력소모원에 안정된 전압을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 기술적 과제는 변압기의 2차 권선측 전압을 수동으로 조절하지 않고, 변압기의 2차 권선 전압을 자동으로 조절하는 데 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 기술적 과제는 변압기에서 전력 수요자에게 전원공급할 때, 정전없이 안정된 전원을 공급하는 것에 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 기술적 과제는 상기한 기술적 과제를 해결함과 동시에 변압기를 효율적으로 운영하는데 있다.
상기한 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 무정전 기능이 구비된 스위칭 장치는 외부 신호에 의해 동작 되는 복수 개의 스위칭 소자; 상기 스위칭 소자들의 대전류 경로에 전기적으로 연결되며, 상기 스위칭소자들간의 스위칭 전환시 상기 스위칭 소자들의 온 역할을 대신하는 다중스위치용 전류 순환 장치; 및 전압값을 읽어 들이고, 상기 복수 개의 스위칭 소자 및 상기 다중스위치용 전류 순환 장치와 전기적으로 연결되며, 상기 전압값에 따라 상기 복수 개의 스위칭 소자에 신호를 인가하여 상기 복수 개의 스위칭 소자들을 순차적으로 변경시키는 제어부를 포함하여 형성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제어부는 검출회로, 상기 검출회로에서 측정된 전압을 디지털신호로 변환시키는 A/D변환회로, 상기 A/D변환회로에서 변환된 디지털신호값을 일정값 범위로 분류하는 분류회로 및 상기 분류회로에서 분류된 디지털신호값에 따라 상기 스위칭 소자들에 선택적으로 신호를 출력하는 스위칭 제어회로를 포함하여 형성될 수 있다.
또한, 상기 다중 스위치용 전류 순환 장치는 제 1 캐패시터와 제 1 코일이 병렬로 연결되어 형성된 제 1 바이패스부와, 제 2 캐패시터와 제 2 코일이 병렬로 연결되어 형성되고 상기 제 1 캐패시터 및 제 1 코일이 병렬로 연결된 어느 하나의 지점에 전기적으로 연결된 제 2 바이패스부 및, 상기 제 1 코일과 상기 제 2 코일의 권취공간 사이에 삽입된 철심을 포함하여 형성될 수 있다.
또한, 상기 복수 개의 스위칭 소자들은 각각의 대전류 경로를 연결하는 경로선택용 스위칭 소자와, 상기 대전류 경로에 전기적으로 연결된 전류순환용 스위칭소자 및, 상기 경로선택용 스위칭소자와 전기적으로 연결되어 접지측과 전기적으로 연결시키는 바이패스용 스위칭소자를 포함하여 형성될 수 있다.
또한, 상기 복수 개의 스위칭 소자는 IGBT 또는 SCR로 형성될 수 있다.
또한, 상기 스위칭 소자와 다중스위치용 전류 순환 장치 및 제어부는 외부접속단자가 전기적으로 연결되고, 상기 외부접속단자가 외측에 노출된 상태로 절연체에 의해 밀폐될 수 있다.
한편, 본 발명의 또 다른 무정전 기능이 구비된 스위칭 장치는 제어신호에 의해 구동되는 모터; 복수 개의 접점들을 구비하고, 상기 모터의 회전축에 순차적으로 결합된 복수 개의 로터리 스위치; 상기 로터리 스위치의 접점들에 전기적으로 연결되고, 상기 로터리 스위치의 회전에 의해 상기 로터리 스위치들의 접점이 변화할 때, 상기 로터리 스위치가 연결시키는 접점들 간에 전류를 순환시키는 다중스위치용 전류 순환 장치; 및 전압값을 읽어 들이며, 상기 모터와 전기적으로 연결되고, 상기 읽어들인 전압값에 따라 상기 모터를 회전시켜 상기 로터리 스위치들의 접점을 변화시키는 제어부를 포함하여 형성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 다중스위치용 전류 순환 장치는 제 1 캐패시터와 제 1 코일이 병렬로 연결되어 형성된 제 1 바이패스부, 제 2 캐패시터와 제 2 코일이 병렬로 연결되어 형성되고 상기 제 1 캐패시터 및 제 1 코일이 병렬로 연결된 어느 하나의 지점에 전기적으로 연결된 제 2 바이패스부 및, 상기 제 1 코일과 상기 제 2 코일의 권취공간 사이에 삽입된 철심을 포함하여 형성될 수 있다.
또한, 상기 제어부는 검출회로, 상기 검출회로에서 측정된 전압을 디지털신호로 변환시키는 A/D변환회로, 상기 A/D변환회로에서 변환된 디지털신호값을 일정값 범위로 분류하는 분류회로 및 상기 분류회로에서 분류된 디지털신호값에 따라 상기 모터를 회전시키는 신호를 출력하는 모터 구동회로를 포함하여 형성될 수 있 다.
또 다른 한편, 본 발명의 변압기 권수비 조절 방법은 자동으로 권수비가 조절되는 변압기의 권수비 조절방법에 있어서, 변압기의 전압을 측정하는 전압측정단계; 상기 변압기에서 측정된 전압을 일정 범위별로 나누는 전압크기 비교단계; 및 상기 범위분류단계에서 나누어진 값에 대응하여 상기 변압기의 권수비를 조절하는 변압기권수비조절단계를 포함하여 형성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 변압기권수비조절단계에서 상기 변압기의 권수비를 자동으로 변경시킬 때, 일정 시간이 지난 다음 상기 전압측정단계로 넘어갈 수 있다.
또 다른 한편, 본 발명의 변압기 전압 조절 방법은 변전소에서 전력 소모원까지 구간별로 설치된 변압기가 자동으로 전력을 조절하는 변압기 전압 조절 방법에 있어서, 상기 변압기는 1차 전압이 전압 강하된 상태로 일정시간 동안 지속되었을 때 상기 변압기의 1차 권선을 변경하여 전압을 상승시키며, 상기 변압기는 1차 전압이 전압 상승된 상태로 일정시간 동안 지속되었을 때 상기 변압기의 1차 권선을 변경하여 전압을 하강시키는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 변압기는 부하량의 감소로 1차 전압이 13,500V 초과할 때 상기 변압기의 1차 권선을 13800V 탭으로 설정하며, 1차 전압이 12900 초과할 때 변압기의 1차 권선을 13200V 탭으로 설정하고, 상기 변압기는 부하량의 증가로 전압이 1차 전압이 13200V이하 일때 변압기의 변압기의 1차 권선을 13200V 탭으로 설정하며, 1차 전압이 12600V이하 일때 변압기의 1차 권선을 12600V 탭으로 설정할 수 있다.
또한, 상기 변압기의 전압 조절은 무정전 상태에서 상기 변압기의 전압을 조절할 수 있다.
본 발명의 무정전 기능이 구비된 스위칭 장치는 변압기의 1차측 권선을 정전없이 변경시키므로, 2차측 권선에서 전력을 공급받는 전력 수요자들이 정전없이 전력을 공급받는다.
또한, 변압기의 2차측 권선에서 출력되는 전압이 너무 높은 경우나 너무 낮은 경우에 자동으로 변압기의 1차측 권선을 변경하여 2차측 권선의 전압을 안정적으로 설정한다.
한편, 상기한 무정전 기능의 구비된 스위칭 장치를 이용한 변압기 권수비 조절 방법은 변압기 권수비를 효과적으로 변경할 수 있으며, 플리커 현상을 방지한다.
또 다른 한편, 본 발명에 따른 변압기 전압 조절 방법은 변압기의 2차 권선측에서 출력되는 전압값을 일전 범위 내로 설정하여 배전선로의 구간마다 설치된 변압기들이 전력소모원까지 안정된 전원을 공급한다.
이상의 효과는 본 발명의 요지에 맞게 설명하였으며, 보다 상세한 효과를 본 발명의 상세한 설명에 기재하였다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이하의 실시예들에서는 동일한 구성요소에 대해 동일한 도면 부호를 사용하 기로 하며, 동일한 구성요소의 중복되는 설명은 하지 않기로 한다.
도 2a는 본 발명의 무정전 기능이 구비된 스위칭 장치가 실시될 수 있는 변압기의 투영도이다.
도 2a에 도시된 바와 같이, 변압기는 탭 조정용 핸드홀 뚜껑이 없는 구조로 될 수 있으며, 변압기(20)의 내부에는 본 발명에 따른 무정전 기능이 구비된 스위칭 장치(100, 200)가 절연유에 의해 절연되어 설치될 수 있다. 또한, 변압기(20)는 외부의 이물질과 수분침투를 근본적으로 차단하기 위하여 밀폐형으로 제작될 수 있다. 또한, 변압기(20)의 내부에는 1차 권수비 13800V, 13200V, 12600V 의해 2차측 전압을 240V, 230V, 220V로 가변시키는 역할을 하는 제 1 권선 및 제 2 권선이 권취된 철심을 포함하는 변압기 셀(30)이 형성될 수 있다.
도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 무정전 기능이 구비된 스위칭 장치의 스위칭 소자 및 다중스위칭용 전류순환 장치가 설치된 변압기의 내부 결선도이다. 도 2b에서는 제어부를 도시하지 않았다. 도 2b에서는 변압기의 1차 권선(40) 및 2차 권선(50)의 권수비에 따라 접점이 변화되는 결선형태를 도시하였다. 미설명 부호인 도면 부호 43은 고압전배선경로에서 인입되어 1차 권선(40)이 13800V의 전압으로 설정되는 지점이다. 미설명 부호인 도면 부호 42는 고압압배선경로에서 인입되어 1차 권선(40)측이 13200V의 전압으로 설정되는 지점이다. 미설명 부호인 도면 부호 41은 고압압배선경로에서 인입되어 1차 권선(40)측이 12600V의 전압으로 설정되는 지점이다. 한편, 미설명 부호인 41, 42, 43은 1차 권선(40)의 권수비에 의해 전압을 변경시켜 미설명 부호인 51, 52의 2차 권선(50)에 2차 전압을 출력시킨다. 따라서, 13800V일 때 2차 권선(50)의 51, 52측에 상대적으로 가장 높은 전압값을 나타내며, 13200V일 때는 2차 권선(50)의 51, 52측에 상대적으로 중간 전압값을 나타내고, 12600V일 때는 2차 권선(50)의 51, 52측에 상대적으로 가장 낮은 전압값을 설정하게 된다.
도 2c는 본 발명의 일 실시예에 따른 무정전 기능이 구비된 스위칭 장치의 구성도이다. 도 2d는 도 2b와 도 2c에 도시된 다중스위치용 전류 순환 장치를 보다 상세하게 나타낸 구성도이다.
도 2b 내지 도 2d를 참조하면, 상기한 결선구조를 가진 변압기에 이용될 수 있는 무정전 기능이 구비된 스위칭 장치(100)는 스위칭 소자(110)와, 다중스위치용 전류 순환 장치(120) 및, 제어부(130)를 포함하여 형성된다. 도 2b에서는 도면의 이해를 보다 쉽게 하기 위하여 제어부를 도시하지 않았다.
먼저, 스위칭 소자(110)는 경로 선택용 스위칭 소자(111)와, 전류순환용 스위칭소자(112) 및 바이패스용 스위칭 소자(113)를 포함하여 형성될 수 있다. 이러한 스위칭 소자는 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor) 또는 사이리스터(SCR)과 같은 소자로 형성될 수 있다. 상기 IGBT는 대전력 스위칭 구동을 매우 빠른 응답속도로 스위칭할 수 있으며, 상기 사이리스터는 대전력 구동에 매우 안정된 스위칭 동작을 할 수 있으므로 고전압 변압기의 스위칭 동작시 안정성과 신뢰도를 만족할 수 있다.
경로선택용 스위칭 소자(111)는 대전류 경로인 각각의 1차 권선(40)을 연결 한다. 경로 선택용 스위칭 소자(111)는 1차 권선(40) 가운데 13800V인 지점(43)을 연결시키는 제 1 경로선택용 스위칭 소자(111c)와, 1차 권선(40) 가운데 13200V인 지점(42)을 연결시키는 제 2 경로선택용 스위칭 소자(111b) 및, 1차 권선(40) 가운데 12600V인 지점(41)을 연결시키는 제 3 경로 선택용 스위칭소자(111a)를 포함하여 형성될 수 있다. 이러한 경로선택용 스위칭 소자(111)는 제어부(130)의 신호에 의해 경로 선택용 스위칭 소자(111) 가운데 어느 하나가 온 되어 1차 권선(40) 가운데 어느 하나의 지점을 전기적으로 연결시킬 수 있다.
전류순환용 스위칭 소자(112)는 대전류 경로인 1차 권선(40)에 전기적으로 연결된다. 전류순환용 스위칭 소자는 1차 권선(40) 가운데 13800V인 지점(43)의 전류를 순환시킬 수 있는 제 1 전류순환용 스위칭 소자(112c)와, 1차 권선(40) 가운데 13200V인 지점(42)의 전류를 순환시킬 수 있는 제 2 전류순환용 스위칭 소자(112b) 및, 1차 권선(40) 가운데 12600V인 지점(41)의 전류를 순환시킬 수 있는 제 3 전류순환용 스위칭 소자(112a)를 포함하여 형성된다. 이러한 전류순환용 스위칭 소자(112)는 제어부(130)의 신호에 의해 1차 권선(40) 가운데 어느 하나의 지점을 다중스위치용 전류 순환 장치(120)와 전기적으로 연결시킨다.
바이패스용 스위칭 소자(113)는 접지측(60)과 연결된 제 1 바이패스부(121)와 제 2 바이패스부(122)를 경로선택용 스위칭소자(111)와 연결시킨다. 도 2b에서의 바이패스용 스위칭 소자(113)는 제 1 경로 선택용 스위칭소자(111a)와, 제 2 경로 선택용 스위칭 소자(111b) 및, 제 3 경로 선택용 스위칭 소자(111c)를 접지측과 전기적으로 연결된 제 2 바이패스부(122)의 70b지점에 연결시켜 도시하였다.
다중스위치용 전류 순환 장치(120)는 제 1 바이패스부(121)와 제 2 바이패스부(122) 및 철심(미도시)을 포함하여 형성된다. 제 1 바이패스부(121)는 제 1 캐패시터(121a)와 제 1 코일(121b)을 포함하여 형성된다. 또한, 제 2 바이패스부(122)는 제 2 캐패시터(122a)와 제 2 코일(122b)을 포함하여 형성된다. 제 1 바이패스부(121)와 제 2 바이패스부(122)는 일 지점이 서로 간에 전기적으로 연결되어 있으며, 접지측(60)과도 전기적으로 연결된다. 또한, 제 1 바이패스부(121)의 또 다른 지점은 전류 순환 스위칭 소자(112)들과 전기적으로 연결되며, 제 2 바이패스부(122)의 또 다른 지점은 경로 선택용 스위칭 소자(111)와 전기적으로 연결된다. 도 2d를 참조하면, 도 2d는 도 2b의 다중스위치용 전류 순환 장치를 보다 상세하게 나타낸 구성도이다. 도 2d에서 보는 바와 같이, 철심(123)이 제 1 코일(121b)과 제 2 코일(122b)의 권취공간 사이에 삽입된 상태이며, 제 1 코일(121b)과 제 2 코일(122b) 각각에 제 1 캐패시터(121a)와 제 2 캐패시터(122a)가 병렬로 접속된 상태이다.
도 2b와 도 2d를 참조하여 다중스위치용 전류 순환 장치의 동작 원리를 설명하면, 다중스위치용 전류 순환 장치(120)는 1차 권선(40)들이 스위칭소자들에 의해 접지측(60)과 연결되는 과정에서 1차 권선(40)들의 두 지점 이상이 접지측(60)과 접촉되었을 시에 발생하는 순환전류를 방지한다. 일 예를 들면, 1차 권선 13800V 지점(43)과 접지측(60)이 연결된 상태에서 1차 권선 13200V 지점(42)과 접지측(60)이 연결되었을 때, 약 600V의 전압차가 발생되므로 전류가 발생하게 된다. 이때 다중스위치용 전류 순환 장치(120)는 발생된 전류를 순환시키는데, 그 원리는 도 2b 에 도시된 다중스위치용 전류 순환 장치의 미설명 부호인 70a지점에서 70n지점으로 600V 전압차에 의해 발생된 전류가 흐르기 때문에, 70n지점에서 70b지점으로 600V 전압차에 발생된 전류와는 반대 반향의 전류가 발생하게 되므로, 전류가 순환된다. 따라서, 전압차에 의해 발생된 전류는 다중스위치용 전류 순환 장치에 의해 감쇄될 수 있다.
이때, 다중스위치용 전류 순환 장치(120)는 미설명 부호인 70a지점과 70n지점에 병렬로 연결된 제 1 캐패시터(121a)와 70b지점과 70n지점에 병렬로 연결된 제 2 캐패시터(122a)가 순환전류에 의한 써지 전압을 방지하고 노이즈를 제거할 수 있다. 상기한 기능을 가지는 다중스위치용 전류 순환 장치는 '무정전 바이패스 장치'라는 또 다른 용어로 불릴 수 있다.
제어부(130)는 2차 권선(50)의 전압값을 측정하고, 복수 개의 스위칭 소자(111, 112, 113)와 전기적으로 연결되며, 복수 개의 스위칭 소자(111, 112, 113)에 신호를 인가하여 상기 복수 개의 스위칭 소자(111, 112, 113)들을 순차적으로 변경시킨다. 먼저, 제 1 경로 스위칭소자(111c)가 온(on) 되어 1차 권선(40)이 13800V인 지점(43)에 연결된 상태일 때, 제어부(130)가 측정한 2차 권선(50)의 전압이 너무 낮은 전압으로 형성되면, 예들 들어 210V정도인 경우, 제어부가 제 1 경로 스위칭 소자(111c)를 오프(off) 시킨다. 이와 동시에, 제 2 경로 스위칭 소자(111b)를 온(on) 시켜 1차 권선(40)의 전압이 13200V인 지점(42)으로 변경시켜 2차 권선(50)의 전압을 상승시킨다. 또한, 제 2 경로 스위칭 소자(111b)가 온(on) 되어 1차 권선의 전압이 13200V인 지점(42)에 연결된 상태일 때, 제어부(130)가 측 정한 2차 권선(50)의 전압이 너무 낮은 전압으로 형성되면, 예들 들어 210V정도인 경우, 제어부(130)가 제 2 경로 스위칭 소자(111b)를 오프(off) 시킨다. 이와 동시에 제 3 경로 스위칭 소자(111a)를 온(on) 시켜 1차 권선(40)의 전압이 12600V인 지점(41)으로 변경시켜 2차 권선(50)의 전압을 상승시킨다. 상기 제어부(130)는 수동소자와 능동소자 및 집적회로등과 같은 전기소자들이 선택적으로 이루어져 복수 개의 스위칭 소자를 순차적으로 동작시킬 수 있다.
도 2e는 본 발명의 다른 실시예에 따른 도 2c에 도시된 제어부의 구성도이다.
도 2e에 도시된 바와 같이, 제어부(130a)는 2차 권선 전압에 따라 스위칭소자들을 선택하도록, 검출회로(131), A/D변환회로(132), 분류회로(133) 및, 스위칭 제어회로(134)를 포함하여 형성된다.
먼저, 검출회로(131)는 2차 권선(50)과 전기적으로 연결되어 전압을 검출한다. A/D변환회로(132)는 검출회로(131)에서 측정된 전압을 디지털신호로 변환시킨다. 분류회로(133)는 A/D변환회로(132)에서 변환된 디지털신호값을 일정값 범위로 분류한 후, 분류된 값에 대응하는 신호를 출력시킨다. 스위칭 제어회로(134)는 분류회로(133)에서 출력된 신호값에 따라 스위칭 소자(미도시)들에 선택적으로 신호를 출력한다. 검출회로(131), A/D변환회로(132), 분류회로(133) 및, 스위칭 제어회로(134)를 포함하는 제어부(130a)는 수동소자와 능동소자 및 집적회로등과 같은 전기소자를 선택적으로 이용하여 형성될 수 있다.
도 2f는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 스위칭 소자(미도시)와 다중 스위치용 전류 순환 장치(미도시) 및 제어부(미도시)가 절연체에 밀폐된 상태이다.
도 2f에 도시된 바와 같이, 본 발명의 무정전 기능이 구비된 스위칭 장치는 외부접속단자(140)와 절연체(150)를 더 포함하여 형성된다.
스위칭 소자와 전류 순환 장치 및 제어부는 고무, 플라스틱 또는 세라믹 재질등의 절연재질로 구성될 수 있는 절연체(150)에 밀폐된 상태에서 1차 권선과 전기적으로 연결될 수 있는데, 1차 권선과 전기적인 연결은 1차 권선인 12600V 지점과 전기적으로 연결된 외부접속단자인 12600V 외부접속단자(141)와, 1차측 권선인 13200V 지점과 전기적으로 연결된 외부접속단자인 13200V 외부접속단자(142) 및, 1차측 권선인 13800V 지점과 전기적으로 연결된 외부접속단자인 13800V 외부접속단자(143)들에 의해 연결될 수 있다. 접지측은 외부접속단자인 N상 외부접속단자(144)와 전기적으로 연결될 수 있다. 또한, 제어부가 2차 권선 지점의 전압을 측정하기 위하여 외부접속단자인 2차 전압 측정 단자(145)를 형성할 수 있다. 상기한 바와 같이, 스위칭 소자와 전류 순환 장치 및 제어부가 외부접속단자(140)와 전기적으로 연결된 상태에서 절연체(150)로 절연하여 밀폐된다. 이때, 절연체(150)의 외곽에는 변압기에 고정시킬 수 있게끔 돌출부(151)에 홀(152)을 형성하여 결합수단에 의해 변압기의 외곽 케이스에 고정될 수 있다.
도 2g는 본 발명의 무정전 기능이 구비된 스위칭 장치의 동작 상태를 나타낸 타임차트이다. 보다 상세하게는 스위칭소자 및 다중스위치용 전류 순환 장치가 온(on) 또는 오프(off) 되는 상태를 나타낸 타임차트이다. 도 2g의 가로축으로는 1차측 권선 가운데 13800V의 지점이 온(on) 되는 구간(161), 1차측 권선 가운데 13800V의 지점과 13200V의 지점이 동시에 온(on) 될 때의 구간(162), 1차측 권선 가운데 13200V의 지점이 온(on) 될 때의 구간(163), 1차측 권선 가운데 13200V와 12600V가 동시에 온(on) 되는 구간(164) 및, 1차측 권선 가운데 12600V가 온(on) 되는 구간(165)으로 나뉘어 도시하였다. 세로축은 도 에 도시된 스위칭 소자들과, 다중스위치용 전류 순환 장치들을 나열하여 각각의 온(on) 또는 오프(off) 상태를 도시하였다.
이하, 도 2b에 도시된 무정전 기능이 구비된 스위칭 장치와 도 2g의 타임챠트를 참조하여 무정전 기능이 구비된 스위칭 장치의 동작을 설명하겠다.
최초, 1차 권선 가운데 13800V의 지점(43)이 온(on) 되는 구간(161)의 설정은 제 1 경로선택용 스위칭소자(111c)와 바이패스용 스위칭소자(113)를 온(on) 시켜 13800V의 지점과 전기적으로 연결시킨다. 이와 동시에 제 1 전류순환용 스위칭 소자(112c)도 온(on) 시킨다.
그런 다음, 무정전 상태를 유지하기 위한 13800V 지점(43)과 13200V(42)이 동시에 온(on) 되는 구간(162)은 제 1 전류순환용 스위칭 소자(112c)를 온(on)으로 유지한 상태에서 제 1 경로선택용 스위칭소자(111c)와 바이패스용 스위칭소자(113)를 오프(off) 시킨다. 그러면, 다중스위치용 전류 순환 장치의 70n 지점에서 70b지점으로 전류가 흐르게 된다. 이때, 제 2 경로선택용 스위칭 소자(111b)를 온(on) 시키면 600V의 전압차가 발생된다. 600V전압차가 발생된 순간에 다중스위치용 전류 순환 장치(120)가 동작하여 70b지점에서 70a지점으로 전류를 흘리면, 70b지점에서 70n지점으로 반대방향의 전류를 흘려 전류를 순환시키게 된다. 그러면, 정전이 되지 않은 상태에서 13800V지점(43)에서 13200V지점(42)으로 변경될 수 있다.
그런 다음, 1차 권선 13200V의 지점(42)이 온(on) 되는 구간(163)의 설정은 앞서, 제 2 경로선택용 스위칭소자(111b)가 온(on) 된 상태에서 제 2 전류순환용 스위칭소자(112b)와 바이패스용 스위칭소자(113)를 온(on) 시켜 1차 권선 13200V 지점(42)만을 온(on) 상태로 되게 한다.
그런 다음, 무정전을 위한 1차 권선 13200V의 지점(42)과 12600V지점(41)이 동시에 온(on) 되는 구간(164)은 앞서 제 2 전류순환용 스위칭 소자(112b)가 온(on)을 유지한 상태에서 제 2 경로선택용 스위칭 소자(111b)와 바이패스용 스위칭 소자(113)를 오프(off) 시켜 설정한다. 그러면, 다중스위치용 전류 순환 장치(120)의 70n 지점에서 70b지점으로 전류가 흐르게 된다. 이때, 제 3 경로선택용 스위칭 소자(111a)를 온(on) 시키면 600V의 전압차가 발생된다. 600V전압차가 발생된 순간에 다중스위치용 전류 순환 장치(120)가 동작하여 70b지점과 70a지점으로 전류를 흘리면, 70b지점에서 70n지점으로 반대방향의 전류를 흘려 전류를 순환시키게 된다. 그러면, 정전이 되지 않은 상태에서 13200V지점(42)에서 12600V지점(41)으로 변경될 수 있다.
그런 다음, 1차 권선 12600V의 지점(41)이 온(on) 되는 구간(165)은 앞서, 제 3 경로선택용 스위칭소자(111a)가 온(on) 된 상태에서 제 1 전류순환용 스위칭 소자(112a)와 바이패스용 스위칭소자(113)를 온(on) 시켜 1차 권선 12600V의 지점(41)만을 온(on) 상태로 되게 한다.
상기한 무정전 기능이 구비된 스위칭 장치는 변압기의 1차 권선(40)이 스위칭 되는 순간에도 전원을 공급할 수 있으므로, 2차 권선(50)과 전기적으로 연결된 부하에 단전되지 않게 전원을 공급한다. 또한, 상기한 무정전 기능이 구비된 스위칭 장치는 전력 전송을 위한 선로들의 전압 강하로 인한 변압기의 2차 권선(50)에서 출력된 전압을 220V 내지 236V 사이의 범위 내에 있게 전압을 조절하여 2차 권선(50)과 전기적으로 연결된 부하에 안정된 전원을 공급할 수 있다.
도 3a는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 무정전 기능의 구비된 변압기용 스위칭 장치의 구성도이다. 본 실시예에서는 앞서 설명한 요소와 동일한 구성요소에 대해 동일한 도면부호를 사용하기로 하며 동일한 구성요소의 상세한 설명은 생략하기로 한다.
도 3a에 도시된 바와 같이, 무정전 기능이 구비된 스위칭 장치(200)는 모터(210), 로터리 스위치(220), 다중스위치용 전류 순환 장치(120) 및, 제어부(230)를 포함하여 형성된다.
모터(210)는 제어신호에 의해 구동된다. 이러한 모터(210)는 교류 모터 또는 직류 모터등의 PWM제어방식으로 구동되는 모터나 스테핑 모터와 같이 펄스 조작방식으로 조절되는 모터등으로 형성될 수 있지만, 본 발명에서 모터의 종류를 한정하는 것은 아니다.
로터리 스위치(220)는 모터의 회전축에 순차적으로 결합 되며, 복수 개의 접점을 구비한다. 또한, 로타리 스위치(220)는 제 1 로터리 스위치(221)와, 제 2 로터리 스위치(222) 및, 제 3 로터리 스위치(223)를 포함하여 형성될 수 있다. 제 1 로터리 스위치(221)와, 제 2 로터리 스위치(222) 및 제 3 로터리 스위치(223)들 각각은 복수 개의 접점들이 형성될 수 있는 스위치 부착판(26)를 구비한다. 스위치 부착판(26)에 부착된 복수 개의 접점들에는 전기배선이 형성되어 외부접속단자 및 다중스위치용 전류 순환 장치와 전기적으로 연결될 수 있다.
먼저, 제 1 로터리 스위치(221)는 6개의 접점(221a, 221b, 221c, 221d, 221e, 221f) 가운데 3개의 접점만(221a, 221c, 221e)이 전기적인 연결을 형성한다. 제 1 로터리 스위치(221)의 3개의 접점 가운데 제 1 접점(221a)은 1차 권선 13800V인 지점(43)과 전기적으로 연결되고, 제 3 접점(221c)은 1차 권선 13200V인 지점(42)과 전기적으로 연결되며, 제 5 접점(221e)는 1차 권선 12600V인 지점(41)과 전기적으로 연결될 수 있다. 또한, 제 1 로터리 스위치(221)에는 제 1 이동접촉자(221g)가 형성될 수 있는데, 제 1 이동접촉자(221g)는 제 1 로터리 스위치(221)의 접점들 가운데 어느 하나와 전기적으로 연결되어 다중스위치용 전류 순환 장치(120)의 미설명부호인 70a 지점과 전기적으로 연결된다.
제 2 로터리 스위치(222)는 6개의 접점(222a, 222b, 222c, 222d, 222e, 222f) 가운데 3개의 접점(222b, 222d, 222f)만이 전기적인 연결을 형성한다. 제 2 로터리 스위치(222)의 3개의 접점 가운데 제 2 접점(222b)은 1차 권선 13800V인 지점(43)과 전기적으로 연결되고, 제 1 로타리 스위치(221)의 제 1 접점(221a)와 전 기적으로 연결된다. 제 4 접점(222d)은 제 1 로타리 스위치(221)의 제 3 접점(221c) 및 1차 권선 13200V인 지점(42)과 전기적으로 연결된다. 또한, 제 6 접점(222f)은 1차 권선 12600V인 지점(41)과 전기적으로 연결된다. 또한, 제 2 로터리 스위치(222)에는 제 2 이동접촉자(222g)가 형성될 수 있는데, 제 2 이동접촉자(222g)는 제 2 로터리 스위치(222)의 접점들 가운데 어느 하나와 전기적으로 연결되어 다중스위치용 전류 순환 장치(120)의 미설명부호인 70b 지점과 전기적으로 연결된다.
제 3 로터리 스위치(223)는 6개의 접점(223a, 223b, 223c, 223d, 223e, 223f) 가운데 6개 접점 모두 전기적인 연결을 형성한다. 제 3 로터리 스위치(223)의 6개의 접점 가운데 제 1 접점(223a)은 제 4 접점(223d), 제 5접점(223e) 과 전기적으로 연결되고, 제 2 접점(223b)은 제 3 접점(223c), 제 6 접점(223f) 및, 접지측(60)과 다중스위치용 전류 순환 장치(120)의 미설명 부호인 70n지점과 전기적으로 연결된다. 또한, 제 3 로터리 스위치(223)에는 제 3 이동접촉자(223g)가 형성될 수 있는데, 제 3 이동접촉자(223g)는 제 3 로터리 스위치(223)의 접점들 가운데 인접한 두 개의 접점과 전기적으로 연결된다.
다중스위치용 전류 순환 장치(120)는 로터리 스위치(220)의 접점들에 전기적으로 연결되고, 로터리 스위치(220)의 회전에 의해 로터리 스위치(220)들의 접점이 변화할 때, 로터리 스위치(220)가 연결시키는 접점들 간에 전류를 순환시켜 오프 상태를 없도록 한다. 다중스위치용 전류 순환 장치는 앞서 설명하였기에 중복되는 설명은 피하기로 한다.
제어부(230)는 모터(210)를 회전시키는 제어신호를 보내어 모터를 회전시킴으로서, 로터리 스위치(220)들의 접점을 변화시킨다. 도 3a에 도시된 제 1 로터리 스위치(221)와 제 2 로터리 스위치(222) 및 제 3 로터리 스위치(223)들은 각각의 스위치 부착판(26) 중앙부에 모터(210)의 회전축(211)이 결합되어 있으므로, 모터(210)가 회전할 때 동일한 각도로 움직일 수 있다.
또한, 제어부(230)는 2차 권선(50)의 전압을 측정하고, 2차 권선(50)의 전압에 따라 모터(210)를 일정 각도씩 순차적으로 회전시킬 수 있다. 제어부(230)는 수동소자와 능동소자 및 집적회로와 같은 전기소자들을 선택적으로 이용하여 형성될 수 있다.
도 3b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 도 3a에 도시된 제어부의 구성도이다.
도 3b에 도시된 바와 같이, 제어부(230a)는 검출회로(231), A/D변환회로(232), 분류회로(233) 및, 모터 구동회로(234)를 포함하여 형성된다.
먼저, 검출회로(231)는 2차 권선(50) 전압을 측정할 수 있다. A/D변환회로(232)는 검출회로(231)에서 측정된 전압을 디지털신호로 변환시킬 수 있다. 분류회로(233)는 A/D변환회로(232)에서 변환된 디지털신호값을 일정값 범위로 분류하고, 분류된 전압값에 대응하는 신호를 출력할 수 있다. 이때, 디지털신호값의 분류는 2차 권선(50)에서 측정한 전압값이 내부 기준 전압값의 단계별 범위에 속하는지를 판별하여 단계별로 분류할 수 있다. 모터 구동회로(234)는 분류회로(233)에서 출력된 신호에 의해 모터(210)를 일정 각도씩 순차적으로 회전시켜 로타리 스위치의 접점들을 변경시킬 수 있다. 제어부(230a)는 수동소자와 능동소자 및 집적회로와 같은 전기소자들을 선택적으로 이용하여 형성될 수 있으며, 특히 분류회로에는 모터 구동을 위한 시퀀스 프로그램이 내장될 수 있다.
상기한 무정전 기능이 구비된 스위칭 장치의 동작에 대해 도 3c내지 도 3h를 참조하여 설명하면, 도 3c 내지 도 3g는 도 3a에 도시된 제 1 로타리 스위치와 제 2 로타리 스위치 및 제 3 로타리 스위치들의 각각에 구비된 이동접촉자들이 이동하였을 때를 도시한 구성도이다. 도 3h는 도 3c 내지 도 3g에서 이동접촉자들이 다수의 접점들에 연결된 상태에 따른 1차 권선의 온(on) 또는 오프(off) 상태를 나타낸 도표이다.
먼저, 도 3c에서 보는 바와 같이, 제 1 로타리 스위치(221)와 제 2 로타리 스위치(222) 및 제 3 로타리 스위치(223)들 각각에 구비된 이동접촉자(221g, 222g, 223g)들이 로타리 스위치들 각각의 제 1 접점(221a, 222a, 223a)과 제 2 접점(221b, 222b, 223b)에 연결되었다. 이때의 상태를 정리한 도표인 도 3h를 보면, 제 1 접점과 제 2 접점 사이에 이동접촉자가 전기적으로 연결된 상태(1-2)에서는 접지측(60)과 13800V인 지점(43)이 온(on) 된다.
도 3d에서 보는 바와 같이, 제 1 로타리 스위치(221)와 제 2 로타리 스위치(222) 및 제 3 로타리 스위치(223)들 각각에 구비된 이동접촉자(221g, 222g, 223g)들이 로타리 스위치들 각각의 제 2 접점(221b, 222b, 223b)과 제 3 접 점(221c, 222c, 223c)에 연결되었다. 이때의 상태를 정리한 도표인 도 3h를 보면,제 2 접점과 제 3 접점 사이에 이동접촉자가 전기적으로 연결된 상태(2-3)에서는 13800V인 지점(43) 및 13200V인 지점(42)이 동시에 온(on) 된다. 이때, 1차 권선의 13800V인 지점(43)과 13200V인 지점(42)은 모두 온(on) 상태로 되어 있으므로 600V의 전압차가 발생한다. 이러한 경우에 다중스위치용 전류 순환 장치(120)가 동작하여 상기 600V 전압차에 의한 전류를 감쇄시켜 무정전 상태를 유지할 수 있게 한다.
도 3e에 도시된 바와 같이, 제 1 로타리 스위치(221)와 제 2 로타리 스위치(222) 및 제 3 로타리 스위치(223)들 각각에 구비된 이동접촉자(221g, 222g, 223g)들이 로타리 스위치들 각각의 제 3 접점(221c, 222c, 223c)과 제 4 접점(221d, 222d, 223d)에 연결되었다. 이때의 상태를 정리한 도표인 도 3h를 보면, 제 3 접점과 제 4 접점 사이에 이동접촉자가 전기적으로 연결된 상태(3-4)에서는 접지측(60)과 13200V인 지점(42)이 온(on) 된다.
도 3f에 도시된 바와 같이, 제 1 로타리 스위치(221)와 제 2 로타리 스위치(222) 및 제 3 로타리 스위치(223)들 각각에 구비된 이동접촉자(221g, 222g, 223g)들이 로타리 스위치들 각각의 제 4 접점(221d, 222d, 223d)과 제 5 접점(221e, 222e, 223e)에 연결되었다. 이때의 상태를 정리한 도표인 도 3h를 보면,제 4 접점과 제 5 접점 사이에 이동접촉자가 전기적으로 연결된 상태(4-5)에서는 13200V인 지점(42) 및 12600V인 지점(41)이 동시에 온(on) 된다. 이때, 1차 권선의 13200V인 지점(42)과 12600V인 지점(41)은 모두 온(on) 상태로 되어 있으므로 600V전압차가 발생한다. 이러한 경우에 다중스위치용 전류 순환 장치가 구동되어 600V 전압차에 의한 전류를 감쇄시켜 무정전 상태를 유지할 수 있게 한다.
도 3g에 도시된 바와 같이, 제 1 로타리 스위치(221)와 제 2 로타리 스위치(222) 및 제 3 로타리 스위치(223)들 각각에 구비된 이동접촉자(221g, 222g, 223g)들이 로타리 스위치들 각각의 제 5 접점(221f, 222f, 223f)과 제 6 접점(221g, 222g, 223g)에 연결되었다. 이때의 상태를 정리한 도표인 도 3h를 보면, 제 5 접점과 제 6 접점 사이에 이동접촉자가 전기적으로 연결된 상태(5-6)에서는 접지측(60)과 12600V인 지점(41)이 온(on) 된다.
상기한 무정전 기능이 구비된 스위칭 장치는 모터의 회전축에 연결된 복수 개의 로터리 스위치를 회전시킴으로서, 정전없이 기계적인 스위칭 동작을 할 수 있다. 따라서, 외부노이즈나 서지전압으로 인한 오동작을 현저히 감소시킬 수 있다.
한편, 모터와 로터리 스위치 및 다중스위칭용 전류 순환 장치는 외부접속단자가 외부에 노출된 상태로 절연체에 의해 밀폐될 수 있다. 절연체는 앞서 도 2f를 참조하여 설명하였던 요소와 동일하므로 상세한 설명을 생략하기로 한다.
도 4a는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 변압기의 권수비 조절방법에 따른 순서도이다. 도 4b는 도 4a의 순서도에 따른 흐름도이다.
도 4a와 도 4b에 도시된 바와 같이, 변압기의 권수비를 조절하는 방법은 전압측정단계(S1), 전압크기 비교단계(S2) 및, 변압기권수비조절단계(S3)를 포함하여 형성된다. 변압기의 권수비 조절방법에 대해 도 2c를 더 참조하여 설명하기로 한다.
먼저, 전압측정단계(S1)는 변압기(미도시)의 전압을 측정한다. 변압기의 전압을 측정하는 방법으로는 무정전 기능이 구비된 스위칭 장치(100)의 제어부(130)가 변압기의 2차 권선전압을 측정하거나 또는 1차 권선전압을 측정할 수 있다.
그런 다음, 전압크기 비교 단계(S2)는 상기 변압기에서 측정된 전압을 비교한다. 전압을 비교하는 일 예를 들면, 전압측정단계에서 무정전 기능이 구비된 스위칭 장치(100)의 제어부(130)에서 측정한 2차 권선 전압을 변압기 권수비에 의해 1차측 권선 전압값으로 환산하고, 환산된 1차 권선의 전압이 13500V를 기준으로 비교한다. 13500V와 비교하였을 때, 13500V보다 클 경우에는 다음 단계인 변압기권수비 조절단계(S3)로 넘어간다. 13500V보다 크지 않을 경우에는 13500V보다 낮은 전압값인 13200V의 전압값과 비교한다. 1차 권선의 전압이 13200V 보다 작을 경우 다음 단계인 변압기권수비조절단계(S3)로 넘어가고, 13200V보다 클 경우 13200V보다 작은 전압값인 12900V와 1차 권선의 전압값을 비교한다. 이러한 방법으로 전압크기 비교 단계(S2)가 진행되면, 1차권선의 전압값이 일정범위안에 들어오도록 설정할 수 있다.
변압기권수비조절단계(S3)는 전압크기 비교단계(S2)에서 나누어진 값에 대응하여 변압기의 권수비를 자동으로 조절한다. 권수비를 자동으로 조절하는 방법은 전압크기분류단계(S2)에서 분류된 1차 권선의 전압이 13,500V 초과의 범위일 때 무정전 기능이 구비된 스위칭 장치를 이용하여 1차 권선 전압이 13800V인 지점(43)으로 설정하고, 1차 권선 전압이 13,200V 내지 12,600V의 범위일 때 무정전 기능이 구비된 스위칭 장치를 1차 권선 전압이 13200V인 지점(42)로 설정하고, 1차 권선 전압이 12,600이하의 범위일 때 무정전 기능이 구비된 스위칭 장치를 1차 권선 전압이 12600V인 지점(41)으로 설정하여 변압기의 권수비를 조절한다.
또한, 변압기권수비조절단계(S3)에서 상기 변압기의 권수 비를 자동으로 변경시킬 때, 변압기전압측정단계(S1)에서 일정 시간이 지난 다음에 측정된 전압 값의 신호을 전압크기 비교단계(S2)로 보낸다. 일정 시간의 일 예로서 대략 120분정도의 시간을 두고 변압기의 권수비를 조절할 수 있다. 이는 변압기의 권수비가 너무 자주 바뀌게 될 때 전선로에 플리커 현상이 발생하는 것을 방지하기 위해서이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 변압기 전압 조절 방법을 설명하기 위한 그래프이다. 도 5에서는 상부 그래프(510)는 부하의 증가에 따른 변압기의 1차 권선 전압이 전압강하 된 상태를 도시하였으며, 하부 그래프(520)는 부하의 증가에 따른 변압기의 2차 권선 전압이 전압강하 된 상태를 도시하였다. 도 5의 하부그래프 가운데 미설명 부호인 선도 81과 선도 82는 배전선로의 부하가 증가하여 전압이 감소하는 경우와 부하가 감소하여 전압이 증가하는 경우일 때의 동작을 나타내는 선도이다.
먼저, 상부그래프(510)에서 보는 바와 같이, 고전압 전선로에서는 변전소에서부터 각각의 변압기까지의 선로저항이나 전력 소모원으로 인한 전압강하가 발생한다. 저전압 전선로에서의 전압강하는 변압기에서부터 부하까지의 선로저항이나 전력 소모원으로 인한 전압강하이다. 따라서, 하부그래프(520)에 도시된 바와 같 이, 변압기 2차측은 전압강하에 따라 보상하여야 하므로, 변압기의 권수비를 조절해서 전압설정 범위를 조절한다. 권수비를 조절하기 위한 종래의 변압기는 변압기 내에 설치된 권수비를 바꾸는 탭을 조정하여 변압기의 2차측 권선에서 발생된 전압을 조절하여 사용하게 된다. 하지만, 시간대별, 요일별, 계절별 부하변동에 따라서 부하에 걸리는 2차 전압이 실시간으로 변동하므로 이를 수동으로 조작하기에는 매우 번거로운 일이 된다. 따라서, 변압기의 권수비를 자동으로 조절하여 2차 전압을 실시간으로 조절해야 한다.
안정된 전원을 전력소모원에 공급하기 위해서는 자동으로 운전되는 변압기 2차 권선측에서 발생된 전압선로의 전압강하가 저압선 전압강하 4%, 인입선 전압강하 2%의 한도로 운용해야 효율적으로 전력을 공급할 수 있다. 따라서, 이론적으로 변압기에 중부하가 걸릴 경우, 2차 권선의 전압강하가 3V이내의 범위가 되고, 2차 권선에서 전력소모원까지의 전압강하는 13V정도 발생하게 된다.
이러한 이유로 변압기의 2차 권선 전압의 사용 영역은 상한치 233V에 전압강하 3V를 더한 236V을 넘어서면 안되고, 전력 소모원에서 측정된 전압이 전압강하 13V를 더한 220V 이상으로 설정되어야 한다.
따라서, 220V의 표준유지 전압은 전압변동율 6%를 고려하였을 때 하한치 전압은 207V가 된다. 이때, 변압기 자체의 전압강하분과 전력소모원에 의한 전압강하분 및 고전압에서의 전압강하분등을 더 고려하면 변압기 2차측 하한치의 전압값은 220V정도로 발생 할 수 있다.
또한, 220V의 표준유지전압에서 전압변동율 6%를 고려하였을 때 상한치는 233V이다. 이때, 변압기 자체의 전압강하분과, 고전압에서의 전압강하분등을 더 고려하여 변압기 2차 상한치의 전압값은 236V정도로 발생할 수 있다.
따라서, 하한치 220V 내지 상한치 235V내로 유지하기 위해서는 변압기 내부 2차 권선 전압 강하율을 고려해서 변압기 전압조정의 범위를 220V에서 235V까지 범위 내에서 주상변압기 2차 권선 전압을 설정하면 부하에 안정된 전원을 공급 수 있다.
상기한 바와 같은 이유로 자동으로 운전되는 변압기는 변압기 2차 전압조정 범위를 220V에서 253V까지 범위 내에서 자동으로 전압을 조절하기 위해 다음과 같은 변압기 전압 조절 방법을 실시할 수 있다. 이에 대해 도 2c를 더 참조하여 설명하기로 한다.
먼저, 변압기는 1차 전압이 13800V로 운전중에 있을 때, 부하량이 증가하여 1차 전압이 13200V 이하인 상태로 120분이상 지속될 경우 제어부(130)가 이를 감지하고, 제어부(130)가 경로선택용 스위칭 소자(111), 전류순환용 스위칭 소자(112), 바이패스용 스위칭 소자(113) 및, 다중스위치용 전류 순환 장치(120)를 동작시켜 82번 동작선도에 따라 1차 전압을 13200V로 변경한다. 이때 2차 전압은 10V 상승하여 230V로 운전된다.
또한, 1차 권선이 13200V로 운전 중에 부하량이 증가하여 1차 전압이 12600V 이하인 상태로 120분이 상 지속 될 경우, 제어부(130)가 이를 감지하고, 제어부(130)가 경로선택용 스위칭 소자(111), 전류순환용 스위칭 소자(112), 바이패스용 스위칭 소자(113) 및, 다중스위치용 전류 순환 장치(120)를 동작시켜 82번 동작 선도에 따라 1차 전압을 12600V로 변경한다. 이때, 2차전압은 10V 상승하여 230V로 운전된다.
또한, 1차 권선의 전압이 12600V 이하로 운전 중에 부하량이 감소하여 제어부(130)가 감지한 1차 전압이 12900V 초과한 상태로 120분이상 지속될 경우, 제어부(130)가 경로선택용 스위칭 소자(111), 전류순환용 스위칭 소자(112), 바이패스용 스위칭 소자(113) 및, 다중스위치용 전류 순환 장치(120)를 동작시켜 81번 동작곡선에 따라 1차 전압을 12600V인 지점과 13200V인 지점의 중간 지점으로 변경한다. 이때, 2차 전압은 10V 감소하여 225V로 운전된다.
또한, 1차 권선의 전압이 13200V이하로 운전 중에 부하량이 감소하여 제어부(130)가 감지한 1차 전압이 13500V 초과한 상태로 120분 이상 지속될 경우 제어부(130)가 경로선택용 스위칭 소자(111), 전류순환용 스위칭 소자(112), 바이패스용 스위칭 소자(113) 및, 다중스위치용 전류 순환 장치(120)를 동작시켜 81번 동작선도에 따라 1차 전압을 13800인 지점(43)으로 변경한다. 이때 2차전압은 10V 감소하여 225V로 운전된다.
한편, 상기한 동작들을 하는 변압기는 앞서 설명한 바와 같이 다중스위치용 전류 순환 장치(120)에 의해 정전이 되지 않은 상태에서 전압을 변경시킨다.
상기한 바와 같이, 변압기의 1차 전압이 전압 강하된 상태로 일정시간 동안 지속되었을 때 상기 변압기의 1차 권선을 변경하여 전압을 상승시킨다. 또한, 상기 변압기는 1차 전압이 전압 상승된 상태로 일정시간 동안 지속되었을 때 상기 변압기의 1차 권선을 변경하여 전압을 하강시킨다. 따라서, 변압기의 2차 전압이 220V 에서 235V의 범위 내에 머무를 수 있게 되므로, 전력소모원에게 안정된 전원을 공급할 수 있게 된다.
도 1a은 배전선로에 전압강하 구간을 도시한 상태의 변압기 운영 현황을 표시한 구성도이다.
도 1b는 종래 변압기의 구조를 나타낸 부분절개도이다.
도 1c는 종래 변압기 셀의 1차 권선과 2차 권선이 탭 스위치와 전기적으로 연결된 상태이다.
도 2a는 본 발명의 무정전 기능이 구비된 스위칭 장치가 실시될 수 있는 변압기의 투영도이다.
도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 무정전 기능이 구비된 스위칭 장치의 스위칭 소자 및 다중스위칭용 전류순환 장치가 설치된 변압기의 내부 결선도이다.
도 2c는 본 발명의 일 실시예에 따른 무정전 기능이 구비된 스위칭 장치의 구성도이다.
도 2d는 도 2b와 도 2c에 도시된 다중스위치용 전류 순환 장치를 보다 상세하게 나타낸 구성도이다.
도 2e는 본 발명의 다른 실시예에 따른 제어부의 구성도이다.
도 2f는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 스위칭 소자와 다중 스위치용 전류 순환 장치 및 제어부가 절연체에 밀폐된 상태이다.
도 2g는 본 발명의 무정전 기능이 구비된 스위칭 장치의 동작 상태를 나타낸 타임차트이다.
도 3a는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 무정전 기능의 구비된 변압기용 스위칭 장치의 구성도이다.
도 3b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 제어부의 구성도이다.
도 3c 내지 도 3g는 도 3a에 도시된 제 1 로타리 스위치와 제 2 로타리 스위치 및 제 3 로타리 스위치들의 각각에 구비된 이동접촉자들이 이동하였을 때를 도시한 구성도이다.
도 3h는 도 3c 내지 도 3g에서 로터리 스위치의 이동접촉자들이 다수의 접점들과 연결된 상태에 따른 외부접속단자와 다중스위치용 전류순환장치의 온(on)/오프(off) 상태를 나타낸 도표이다.
도 4a는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 변압기의 권수비 조절방법에 따른 순서도이다.
도 4b는 도 4a의 순서도에 따른 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 변압기 전력 조절 방법을 설명하기 위한 그래프이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1; 배전선로 2; 변전소
3; 배전선로 말단 4; 연계 변전소
5; 연계용 개폐기 7, 9, 30; 변압기
10, 20; 변압기 셀 10-1, 40; 1차 권선
10-2, 50; 2차 권선 11; 탭 스위치
11-1; 1번탭 11-2; 2번탭
11-3; 3번탭 26; 스위치 부착판
41; 1차 권선 12600V 설정 지점 42; 1차 권선 13200V 설정 지점
43; 1차 권선 13800V 설정 지점 51, 52; 2차 권선 2차 전압 출력 지점
60; 접지측 100, 200; 무정전 기능이 구비된 스위칭 장치
110; 스위칭 소자 111; 경로 선택용 스위칭 소자
111c; 제 1 경로선택용 스위칭 소자 111b; 제 2 경로선택용 스위칭 소자
111a; 제 3 경로 선택용 스위칭소자 112; 전류순환용 스위칭소자
112c; 제 1 전류순환용 스위칭 소자 112b; 제 2 전류순환용 스위칭 소자
112a; 제 3 전류순환용 스위칭 소자 113; 바이패스용 스위칭 소자
120; 다중스위치용 전류 순환 장치 121; 제 1 바이패스부
121a; 제 1 캐패시터 121b; 제 1 코일
122; 제 2 바이패스부 122a; 제 2 캐패시터
122b; 제 2 코일 123; 철심
130, 130a, 230, 230a; 제어부 131, 231; 검출회로
131, 132; A/D변환회로 133, 233; 분류회로
134; 스위칭 제어회로 140; 외부접속단자
141; 12600V 외부접속단자 142; 13200V 외부접속단자
143; 13800V 외부접속단자 144: N상 외부접속단자
145: 변압기 2차 감지전압 150; 절연체
151; 돌출부 152; 홀
210; 모터 211; 회전축
220; 로터리 스위치 221; 제 1 로터리 스위치
222; 제 2 로터리 스위치 233; 제 3 로터리 스위치
221a, 221b, 221c, 221d, 221e, 221f; 제 1 로터리 스위치의 6개의 접점
221g; 제 1 이동접촉자
222a, 222b, 222c, 222d, 222e, 222f; 제 2 로터리 스위치의 6개의 접점
222g; 제 2 이동접촉자
223a, 223b, 223c, 223d, 223e, 223f; 제 3 로터리 스위치의 6개의 접점
223g; 제 3 이동접촉자 234; 모터 구동회로

Claims (14)

  1. 외부 신호에 의해 동작 되는 복수 개의 스위칭 소자;
    상기 스위칭 소자들의 대전류 경로에 전기적으로 연결되며, 상기 스위칭소자들간의 스위칭 전환시 상기 스위칭 소자들의 온 역할을 대신하는 다중스위치용 전류 순환 장치; 및
    전압값을 읽어 들이고, 상기 복수 개의 스위칭 소자 및 상기 다중스위치용 전류 순환 장치와 전기적으로 연결되며, 상기 전압값에 따라 상기 복수 개의 스위칭 소자에 신호를 인가하여 상기 복수 개의 스위칭 소자들을 순차적으로 변경시키는 제어부를 포함하여 형성된 것을 특징으로 하는 무정전 기능이 구비된 스위칭 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는 검출회로, 상기 검출회로에서 측정된 전압을 디지털신호로 변환시키는 A/D변환회로, 상기 A/D변환회로에서 변환된 디지털신호값을 일정값 범위로 분류하는 분류회로 및 상기 분류회로에서 분류된 디지털신호값에 따라 상기 스위칭 소자들에 선택적으로 신호를 출력하는 스위칭 제어회로를 포함하여 형성된 것을 특징으로 하는 무정전 기능이 구비된 스위칭 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 다중 스위치용 전류 순환 장치는 제 1 캐패시터와 제 1 코일이 병렬로 연결되어 형성된 제 1 바이패스부와, 제 2 캐패시터와 제 2 코일이 병렬로 연결되어 형성되고 상기 제 1 캐패시터 및 제 1 코일이 병렬로 연결된 어느 하나의 지점에 전기적으로 연결된 제 2 바이패스부 및, 상기 제 1 코일과 상기 제 2 코일의 권취공간 사이에 삽입된 철심을 포함하여 형성된 것을 특징으로 하는 무정전 기능이 구비된 스위칭 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수 개의 스위칭 소자들은 각각의 대전류 경로를 연결하는 경로선택용 스위칭 소자와, 상기 대전류 경로에 전기적으로 연결된 전류순환용 스위칭소자 및, 상기 경로선택용 스위칭소자와 전기적으로 연결되어 접지측과 전기적으로 연결시키는 바이패스용 스위칭소자를 포함하여 형성된 것을 특징으로 하는 무정전 기능이 구비된 스위칭 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수 개의 스위칭 소자는 IGBT 또는 SCR로 형성되어 상기 제어부에 의해 온/오프 동작하는 것을 특징으로 하는 무정전 기능이 구비된 스위칭 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 스위칭 소자와 다중스위치용 전류 순환 장치 및 제어부는 외부접속단자 가 전기적으로 연결되고, 상기 외부접속단자가 외측에 노출된 상태로 절연체에 의해 밀폐된 것을 특징으로 하는 무정전 기능이 구비된 스위칭 장치.
  7. 제어신호에 의해 구동되는 모터;
    복수 개의 접점들을 구비하고, 상기 모터의 회전축에 순차적으로 결합된 복수 개의 로터리 스위치;
    상기 로터리 스위치의 접점들에 전기적으로 연결되고, 상기 로터리 스위치의 회전에 의해 상기 로터리 스위치들의 접점이 변화할 때, 상기 로터리 스위치가 연결시키는 접점들 간에 전류를 순환시키는 다중스위치용 전류 순환 장치; 및
    전압값을 읽어 들이며, 상기 모터와 전기적으로 연결되고, 상기 읽어들인 전압값에 따라 상기 모터를 회전시켜 상기 로터리 스위치들의 접점을 변화시키는 제어부를 포함하여 형성된 것을 특징으로 하는 무정전 기능이 구비된 스위칭 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 다중스위치용 전류 순환 장치는 제 1 캐패시터와 제 1 코일이 병렬로 연결되어 형성된 제 1 바이패스부, 제 2 캐패시터와 제 2 코일이 병렬로 연결되어 형성되고 상기 제 1 캐패시터 및 제 1 코일이 병렬로 연결된 어느 하나의 지점에 전기적으로 연결된 제 2 바이패스부 및, 상기 제 1 코일과 상기 제 2 코일의 권취공간 사이에 삽입된 철심을 포함하여 형성된 것을 특징으로 하는 무정전 기능이 구비된 스위칭 장치.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 제어부는 검출회로, 상기 검출회로에서 측정된 전압을 디지털신호로 변환시키는 A/D변환회로, 상기 A/D변환회로에서 변환된 디지털신호값을 일정값 범위로 분류하는 분류회로 및 상기 분류회로에서 분류된 디지털신호값에 따라 상기 모터를 회전시키는 신호를 출력하는 모터 구동회로를 포함하여 형성된 것을 특징으로 하는 무정전 기능이 구비된 스위칭 장치.
  10. 자동으로 권수비가 조절되는 변압기의 권수비 조절방법에 있어서,
    변압기의 전압을 측정하는 전압측정단계;
    상기 변압기에서 측정된 전압을 일정 범위별로 나누는 전압크기 비교단계; 및
    상기 범위분류단계에서 나누어진 값에 대응하여 상기 변압기의 권수비를 조절하는 변압기권수비조절단계를 포함하여 형성된 것을 특징으로 하는 변압기 권수비 조절 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 변압기권수비조절단계에서
    상기 변압기의 권수비를 자동으로 변경시킬 때, 일정 시간이 지난 다음 상기 전압측정단계로 넘어가는 것을 특징으로 하는 변압기 권수비 조절 방법.
  12. 변전소에서 전력 소모원까지 구간별로 설치된 변압기가 자동으로 전력을 조절하는 변압기 전압 조절 방법에 있어서,
    상기 변압기는 1차 전압이 전압 강하된 상태로 일정시간 동안 지속되었을 때 상기 변압기의 1차 권선을 변경하여 전압을 상승시키며, 상기 변압기는 1차 전압이 전압 상승된 상태로 일정시간 동안 지속되었을 때 상기 변압기의 1차 권선을 변경하여 전압을 하강시키는 것을 특징으로 하는 변압기 전압 조절 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 변압기는 부하량의 감소로 1차 전압이 13,500V 초과할 때 상기 변압기의 1차 권선을 13800V로 설정하며, 1차 전압이 12900 초과할 때 변압기의 1차 권선을 13200V로 설정하고, 상기 변압기는 부하량의 증가로 전압이 1차 전압이 13200V이하 일때 변압기의 변압기의 1차 권선을 13200V로 설정하며, 1차 전압이 12600V이하 일때 변압기의 1차 권선을 12600V로 설정하는 것을 특징으로 변압기 전압 조절 방법.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 변압기의 전압 조절은 무정전 상태에서 진행되는 것을 특징으로 하는 변압기 전압 조절 방법.
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