KR20090022386A

KR20090022386A - 전자기유도 현상을 응용한 기중절연 고압기기 전류측정장치

Info

Publication number: KR20090022386A
Application number: KR1020070087696A
Authority: KR
Inventors: 김성만
Original assignee: 김성만
Priority date: 2007-08-30
Filing date: 2007-08-30
Publication date: 2009-03-04
Also published as: KR100915653B1

Abstract

본 발명은 고압 수배전선로상에 설치된 기중절연 고압기기(차단기, 개폐기)에서 통전 전류를 측정하는 변류기(Current Transformer)에 관한 것으로써, 전자기유도 현상을 응용하여 변류기(CT)와 통전선(부스바)을 분리하여 통전전류를 측정할 수 있는 고정용 비접촉식 전류측정 장치에 관한 것이다. 일반적으로 기중절연 고압기기의 전류 측정은, 고압기기 프레임 상부에 설치된 에폭시 지지애자(절연지지대) 내부에 통전선(동봉)을 U자 형태로 삽입 후, U자 선로 상에 성층철심에 권선을 감아 사용하는 변류기 방식과, 에폭시 지지애자 상부에 통전선이 관통하는 별도의 에폭시로 절연한 변류기를 사용하여 행하고 있다. 이러한 기존 방식은 고압 통전선과 변류기의 절연 거리 및 에폭시 소재의 미세 클릭으로 인한 부분방전에 취약한 단점을 가지고 있으며, 장시간 사용시 에폭시 소재의 부분방전 파괴로 접지 사고를 유발 할 수 있다. 이러한 단점을 해소하고자 창안된 본 발명에 따르면 변류기와 통전선의 분리 설치가 가능하므로 충분한 절연 간격 및 부분방전 이격 거리 확보가 가능하여 고압기기의 안전성을 확보하고, 코어가 없는 코일만으로 변성기 구성이 가능하므로 전류특성곡선의 정밀성 및 경제성을 확보하고, 지지애자의 비대화를 방지하여 경제성을 확보함으로써 기중절연 고압기기의 안전하고 효율적인 운용을 기대할 수 있다.

애자, 통전선, 변류선, 전류측정

Description

전자기유도 현상을 응용한 기중절연 고압기기 전류측정 장치{Current measuring device of high voltage instrument insulated using electromagnetic induction}

본 발명은 전자기유도 현상을 응용하여 변류기(CT)와 통전선(부스바)을 분리하여 통전전류를 측정할 수 있는 고정용 비접촉식 전류측정 장치에 관한 것이다.

고압 수배전 선로상에 설치된 고압기기들이 소형. 경량화 되고, 옥상 혹은 옥외가 아닌 수배전실로 집결하는 경향하에서, 절연유 절연방식에서 기중절연 방식을 채택한 고압기기로 이동하는 상황에서의 기중절연 고압기기(차단기, 개폐기) 통전 전류 측정 및 절연방법에 관한 기술은, 고압기기를 사용하고 있는 여러 공장 및 수용가에서는 안전성, 정밀성, 경제성 구비가요구되고 있는 실정으로, 이를 확보하기 위한 절연성이 안전한 고압기기와 기기의 정밀한 통전 전류측정 장치의 기술이 요구되고 있다.

도 1은 종래 기중절연 고압기기의 상과 대지간의 절연 및 전류측정 장치를 도시하고 있다.

종래 일반적인 기중절연 고압기기의 전류 측정은, 도 1a 및 도 1b에 도시한 바와 같이 고압기기 프레임(10) 위에 설치된 에폭시 지지애자(절연지지대)(11) 내부에 통전선(동봉)(12)을 U자 형태로 삽입 후, U자 선로 중심부에 성층철심에 권선을 감은 변류기(13)를 구성하는 방식과, 도 1c에 도시한 바와 같이 파우더형 에폭시 지지애자(21) 상부에 통전선(22)이 관통하는 별도의 에폭시로 절연한 변류기(23)를 구성하여 행하는 방식이 이용하고 있다.

이러한 기존 방식은 고압 통전선과 변류기의 절연 거리 및 에폭시 소재의 미세 클릭으로 인한 부분방전에 취약한 단점을 가지고 있으며, 장시간 사용 시 에폭시 소재의 부분방전 파괴로 접지 사고를 유발 할 수 있다.

변류기를 내장한 에폭시 지지애자(11)(21)는 절연거리 및 부분방전 안전거리의 확보를 위하여 그 부피가 비대해지며, 지지애자(11)(21)의 열처리 과정에서 성층철심(코아)의 재질 변성으로 변류기(13)(23)의 전류특성곡선이 변할 수 있다. 또한 지지애자(11)(21)의 비대를 감안하여 U자형 통전선(12)(22)과 변류기(13)(23) 사이의 거리제한으로 부분방전에 취약할 수 있다.

별도의 에폭시로 함침한 변류기를 에폭시 지지애자(11)(21) 상부에 통전선(12)(22)이 관통하는 곳에 설치한 경우, 통전선(12)(22)과 변류기(13)(23), 지지애자(11)(21) 상부와 변류기(13)(23)의 부분방전에 취약할 수 있다. 또한 변류기(13)(23)를 에폭시 함침 후 열처리 과정에서 코어의 재질 변성으로 변류기(13)(23)의 전류특성곡선이 변할 수 있다.

변류기 전류특성곡선의 변형으로 인한 전류 오차를 제어기(Controller)에서 보완한다 하더라도 각각의 변류기 오차는 정밀성에서 오류를 범할 수 있다.

부분방전 파괴는 소음과 접지사고를 유발 할 수 있고, 접지사고는 고압기기에 치명적인 손상을 가할 수 있어 안정성이 유지된 신뢰성을 유지하기 어렵다는 문제점이 있다.

따라서 본 발명은 앞서 서술한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로써, 고압기기의 안전성을 보완하기 위하여 변류기와 지지애자를 분리 설치하여 충분한 절연 간격 및 부분방전 이격 거리를 확보하고, 코어가 없는 코일만으로 변성기를 구성하여 전류특성곡선의 정밀성 및 경제성을 확보하고, 전자기유도 현상을 응용하여 지지애자의 비대화를 방지하여 경제성을 확보하는 것으로써, 통전선(부스바)을 지지하는 절연지지애자안에 충분한 절연 간격을 유지하여 기중으로 절연된 독립된 공간을 만들고, 그 공간에 분리 장착한 후 통전선에 전류 인가 시, 통전전류에 의한 자기장이 비자성체인 지지애자를 투과하여 코일에 전자기유도현상을 발생시켜 통전전류와 비례한 2차 전류를 유출하면, 유출된 전류를 증폭하여 통전전류를 측정하는 고정용 비접촉식 전류측정 장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명은 전자기유도 현상을 응용하여 변류기와 통전선을 분리하여 절연성이 확보된안전성을 확보하였고, 코어가 없는 코일만으로 변류기를 제조하여 코어 재질 변형을 배제함으로써 정밀성을 확보하였으며 변류기와 지지애자의 간편성으로 경제성도 확보하였다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 프레임 상부에 설치되어 절연된 독립공간을 형성하는 절연 지지애자; 상기 절연 지지애자 내부에 삽입된 통전선(부스바); 상기 부스바에 구성되어 전류를 측정하는 변류기; 상기 부스바의 고압 전압으로 인한 전기장을 차폐하는 보빈실드; 간접 유도기전력의 감소와 주변 변압기 등의 자기장을 차폐하는 변류기 외부자기장 차폐장치; 및 전류 성분 이외의 영향을 배제하기 위한 변류기 노이즈 필터를 포함 구성된 것을 특징으로 한다

본 발명의 부스바(301)는 "U"자 형상인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 변류기의 보빈은 코어가 없이 코일만으로 구성된 것을 특징으로 한다.

본 발명의 변류기의 보빈과 자기장 차폐장치는 일체형인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 고정용 비접촉식 전류 측정장치는 고압기기 통전선에 전류 인가시 전류와 비례한 교번자기장이 선로 주변에 앙페르 오른나사 법칙에 준하여 형성되며, 이 자기장은 통전선을 지지하고 있는 절연 지지애자의 비자성체인 에폭시 상부 절연층을 투과하여 코일만으로 구성된 변류기에 전자기유도 현상에 의한 유도기전력을 코일을 지나는 자기장의 변화를 방해하는 방향, 즉 렌츠의 법칙에 준하여 형성시키며 이 유도기전력을 증폭하여 전류로 환산 출력하게 된다.

상술한 바와 같이 본 발명의 전자기유도 현상을 응용한 기중절연 고압기기 전류측정 장치에 따르면, 변류기와 통전선의 분리 설치가 가능하므로 충분한 절연 간격 및 부분방전 이격 거리 확보가 가능하여 고압기기의 안전성을 확보하고, 코어가 없는 코일만으로 변류기 구성이 가능하므로 전류특성곡선의 정밀성 및 경제성을 확보하고, 지지애자의 비대화를 방지하여 경제성을 확보함으로써 기중절연 고압기기의 안전하고 효율적인 운용을 기대할 수 있다.

본 발명은 상세한 설명에서 코어 없는 코일만으로 구성된 변류기를 전류 측정장치로 사용하는 기술을 특정 실시예로 설명하였으나 본 발명은 이에 한정하는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상의 범주내에서는 수정 및 변형 실시가 가능함은 물론이다. 또한 고압기기뿐 만아니라 저압기기에도 본 발명의 기술이 적용될 수 있다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전자기유도 현상을 이용한 전류측정 장치의 이해를 돕기 위한 도면으로써, 도 2a는 외관도, 도 2b는 설치도, 도 2c는 도 2b의 A부분에 대한 상세 구조도이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전자기유도 현상을 이용한 전류측정 장치의 구성도이다.

도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이 프레임(100) 상부에 설치된 지지애자(절연 지지대)(111) 내부의 "U"자형 부스바(301)에 전류 I1이 통전될 경우 I1의 크기에 비례한 자기장이 앙페르 오른나사 법칙에 의거 부스바(301) 주변에 형성되고, 그 자기장은 전자기유도 현상에 의거 변류기(304)에 주 유도기전력을 발생시키며, 주 변 변류기(305) (306)에도 간접 유도기전력을 유기시킨다.

동일한 원리로 부스바(302)에 전류 I2가 통전될 경우 I2의 크기에 비례한 자기장이 부스바(302) 주변에 형성되며, 그 자기장은 변류기(305)에 주 유도기전력을 발생시키며, 주변 변류기(304) (306)에도 간접 유도기전력을 유기시킨다.

또한 동일한 원리로 부스바(303)에 전류 I3가 통전될 경우 I3의 크기에 비례한 자기장이 부스바(303) 주변에 형성되며, 그 자기장은 변류기(306)에 주 유도기전력을 발생시키며, 주변 변류기(305) (304)에도 간접 유도기전력을 발생시킨다.

상기 삼상 전류 I1, I2, I3가 120°의 위상각을 유지하면서 동시 통전할 경우 변류기(305)는 선행 전류 I1 및 후행 전류 I3의 영향은 서로 상쇄되어 소멸되므로 전류 I2의 영향만 받는다.

주 유도기전력과 간접 유도기전력과의 크기는 아래의 수학식에 의거 그 차이가 크므로 각각의 주 유도기전력을 허용오차 범위내에서 전류 환산값의 근거로 취할 수 있다.

도 4에서 전류I 에 의한 유도기전력의 크기는 자속의 시간에 대한 변화율에 비례하며, N번 감은 코일을 지나는 자속(자기선속)이 시간

동안에

만큼 변했을 때 생성되는 유도기전력 E는 패러데이 법칙에 의거 아래 수학식 1과 같다.

( 단위 : V )

상기 수학식 1에서 권선수 N은 고정변수이며, 변동변수인 자속

는 암페어 법칙에 의거 다음 수학식 2가 된다.

상기 수학식 2에서 코일 단면적 A는 고정변수이며, 변동변수인 자기장 B 는 앙페르 법칙에 의거 다음 수학식 3과 같이 된다.

( 는 상수, 은 거리)

그러므로 유도기전력 E는 코일의 통전전류 I, 권선수 N, 단면적 A, A의

에 비례하며, 통전선과 변류기의 거리

에 반비례함을 알 수 있다.

도 4에서 전류 I 가 통전할 경우, 권선수 N, 코일 단면적 A, 직각 거리 h 인 변류기 "가"에 유기되는 주 유도기전력 E는 다음 수학식 4와 같이 된다.

(120: 60Hz 전파정류 T=1/f*2 )

또한 각

, 거리 r 인 변류기 "나"에 유기되는 간접 유도기전력 e는 다음 수학식 5와 같이 된다.

여기서 h 와 r 은 그 차이가 크며, 또한 그에 따른

의 값이 작으므로 상기 수학식 4 및 수학식 5에서 E값의 허용오차 내에서 e값이 산출되므로 간접 유도기전력의 영향은 무시해도 된다.

상기 수학식들의 원리를 토대로 도 3에서 삼상 전류 I1, I2, I3가 120ㅀ의 위상각을 유지하면서 동시 통전할 경우, 권선수 N, 코일 단면적 A인 변류기들(304)(305)(306)에 유도되는 유도기전력은 I1에 변류기(304), I2에 변류기(305), I3에 변류기(306)가 대응하여 형성되며, 변류기(304)의 값을 증폭기(311)로 증폭하고, 그 값을 연산기(312)로 전류로 환산하여 I1의 전류를 측정할 수 있으며, 이와 동일한 방법으로 각 상의 전류를 측정할 수 있다.

부스바(301)(302)(303)의 고압 전압으로 인한 전기장은 보빈실드(308)로 접지하여 차폐하고, 간접 유도기전력의 감소와 주변 변압기 등의 자기장을 외부자기장 차폐장치(309)로 차폐하고, 변류기에 전류 성분 이외의 영향을 배제하기 위하여 각각의 변류기(304)(305)(306)에 노이즈 필터(307)을 설치하고, 실드선(310)을 사용하여 정밀도를 높여 정밀한 전류를 측정할 수 있는 장치를 제공할 수 있다.

이때 상기 변류기(304)(305)(306) 보빈과 자기장 차폐장치(309)는 일체형으로 제조된다.

도 2c에 있어서 미설명부호 112는 절연 지지애자(111)를 프레임에 고정시키 는데 사용되는 절연지지볼트(114)가 삽입되는 삽입홀을 나타내는 것이고, 113은 절연받침대를 나타내는 것이다.

도 1은 종래의 기중절연 고압기기의 상과 대지간의 절연 및 전류측정 장치로써,

도 1a는 에폭시 절연 지지애자에 대한 변류기 설치 외관도,

도 1b는 도 1a의 내부 설치 상세도.

도 1c는 파우더형 에폭시 절연 지지애자에 대한 변류기 설치 상세도.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전자기유도 현상을 이용한 전류측정 장치의 이해를 돕기 위한 도면으로써,

도 2a는 외관도,

도 2b는 설치도,

도 2c는 도 2b의 A부분에 대한 상세 구조도,

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전자기유도 현상을 이용한 전류측정 장치의 구성도.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 전자기유도 현상의 원리를 설명하기 위한 삼각도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

101 : 부스바(통전선) 111 : 절연 지지애자

304,305,306 : 변류기 307 : 노이즈 필터

308 : 보빈 실드 309: 자기장 차폐장치

310 : 실드선

Claims

프레임(100) 상부에 설치되어 절연된 독립공간을 형성하는 절연 지지애자(111);

상기 절연 지지애자(111) 내부에 삽입된 통전선(부스바)(301);

상기 부스바(301)에 구성되어 전류를 측정하는 변류기(304)(305)(306);

상기 부스바(301)의 고압 전압으로 인한 전기장을 차폐하는 보빈실드(308);

간접 유도기전력의 감소와 주변 변압기 등의 자기장을 차폐하는 변류기 외부자기장 차폐장치(309); 및

전류 성분 이외의 영향을 배제하기 위한 변류기 노이즈 필터(307)를 포함 구성된 것을 특징으로 하는 전자기유도 현상을 응용한 기중절연 고압기기 전류 측정장치.
제1항에 있어서, 상기 부스바(301)는 "U"자 형상인 것을 특징으로 하는 전자기유도 현상을 응용한 기중절연 고압기기 전류 측정장치.
제1항에 있어서, 상기 변류기(304)(305)(306)의 보빈은 코어가 없이 코일만으로 구성된 것을 특징으로 하는 전자기유도 현상을 응용한 기중절연 고압기기 및 저압기기 전류 측정장치.
제1항에 있어서, 상기 변류기(304)(305)(306)의 보빈과 자기장 차폐장치(309)는 일체형인 것을 특징으로 하는 전자기 유도현상을 이용한 고압기기 전류 측정장치.