KR20090126100A - 광 전압센서 내장 애자를 구비한 배전반 - Google Patents

광 전압센서 내장 애자를 구비한 배전반

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KR20090126100A
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Abstract

본 발명은 광 전압센서 내장 애자 및 이를 구비한 배전반에 관한 것이다.
본 발명은 내부에 중공부를 가지는 애자몸체와; 상기 애자몸체의 하부에 체결되는 접지전극 플랜지와; 상기 애자몸체의 상부에 체결되는 고압전극 플랜지와; 상기 고압전극 플랜지의 내측 하부면에 체결되는 고압전극과; 상기 고압전극과 접속되어 애자몸체 내부의 공간전계를 검출하는 광 전압센서; 및 상기 광 전압센서에 연결되어 광신호를 송수신하는 광케이블;을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 광 전압센서 내장 애자를 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 광 전압센서 내장 애자를 구비한 배전반을 제공한다.
본 발명에 의하면 구조가 간단한 광 전압센서 내장 애자 및 이를 구비한 배전반을 제공함으로써 배전반 내에 계기용 변압기를 설치할 필요가 없게 되어 배전반의 설치 공간을 줄일 수 있으며, 우수한 절연특성을 가지면서도 전압 측정 감도를 최대로 할 수 있는 효과가 있다.

Description

광 전압센서 내장 애자 및 이를 구비한 배전반{The Insulator Having The Optical Voltage Sensor Built-In and The Distributing Board Equipped with The Same}
본 발명은 광 전압센서 내장 애자 및 이를 구비한 배전반에 관한 것이다.
더욱 상세하게는 구조가 간단한 광 전압센서 내장 애자 및 이를 구비한 배전반을 제공함으로써 배전반 내에 계기용 변압기를 설치할 필요가 없게 되어 배전반의 설치 공간을 줄일 수 있으며, 우수한 절연특성을 가지면서도 전압 측정 감도를 최대로 할 수 있는 광 전압센서 내장 애자 및 이를 구비한 배전반에 관한 것이다.
일반적으로 배전반은 발전소, 변전소 등의 운전이나 제어, 전동기의 운전 등을 위해 스위치계기릴레이(계전기) 등을 필요로 하는 전력용량에 따라 다양하게 설치되는 것으로, 이는 주로 건축물 등의 옥내 배선에 있어 외부로부터 공급되는 전력을 배분하여 옥내의 각 요소로 재공급함과 동시에 공급전력을 개폐하는 기능을 수행한다.
도 1은 일반적인 6.6KV용 배전반의 단선 결선도이다.
일반적인 6.6KV용 배전반은 인입부를 통해 입력되는 진공차단기의 1차측에 계기용 변압기(PT)와 계기용 변류기(CT)가 설치되어 전압값과 전류값을 측정하고, 측정되는 전압값과 전류값을 이용하여 전압, 전류, 전력, 전력량을 표시패널에 표시하고, 이들의 위상차를 계산하여 역률(PF)을 표시하며, 과전류, 부족전류, 지락전류, 과전압, 부족전압 등을 검출하여 진공차단기(VCB)를 트립(trip)한다.
도 2는 종래기술에 의한 6.6KV용 배전반의 측단면도이다.
종래기술에 따른 배전반은 외부의 부스바(201)가 플렉서블 부스바(203)와 연결되며, 플렉서블 부스바(203)와 연결된 1차측 부스바(205)가 복수의 지지애자(207)에 의해 지지되어 진공차단기(VCB)의 1차측(213-1)으로 연결되며, 1차측 부스바(205)에는 계기용 변류기(209)와 계기용 변압기(211)가 연결된다.
진공차단기(VCB)의 2차측(213-2) 전원은 다시 열반모선(221)을 통해 여러 반으로 전송된다. 여기서, 계기용 변류기(209)는 권선형으로서, 2차단자로부터 출력되어 도어(215)에 설치된 계기나 계전기(219)로 2차전류를 전달하며, 계기용 변압기(211) 또한, 1차측 전압을 인가받아 6.6KV를 110V로 강압하고 도어(215)에 설치된 계기나 계전기(219)로 2차전압을 전달하여 신호를 표시한다.
그런데, 이와 같은 종래기술에 따른 배전반은 전압 측정을 위한 계기용 변압기를 배전반 내 소정의 위치에 별도로 설치하여야 하므로 지하실과 같이 좁은 공간에 설치되어야 하는 배전반의 특성상 공간을 효율적으로 활용하지 못하는 문제점이 있었고, 계기용 변압기의 자체 오차 등으로 전압 측정의 신뢰도가 낮아지는 문제점이 있었다.
이러한 문제점을 해결하기 위해 본 발명은 구조가 간단한 광 전압센서 내장 애자 및 이를 구비한 배전반을 제공함으로써 배전반 내에 계기용 변압기를 설치할 필요가 없게 되어 배전반의 설치 공간을 줄일 수 있으며, 우수한 절연특성을 가지면서도 전압 측정 감도를 최대로 할 수 있는 배전반을 제공하는 목적이 있다.
이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 내부에 중공부를 가지는 애자몸체와; 상기 애자몸체의 하부에 체결되는 접지전극 플랜지와; 상기 애자몸체의 상부에 체결되는 고압전극 플랜지와; 상기 고압전극 플랜지의 내측 하부면에 체결되는 고압전극과; 상기 고압전극과 접속되어 애자몸체 내부의 공간전계를 검출하는 광 전압센서; 및 상기 광 전압센서에 연결되어 광신호를 송수신하는 광케이블;을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 광 전압센서 내장 애자를 제공한다.
또한, 본 발명은 외부로부터 입력되는 전원을 차단하는 진공차단기와; 상기 진공차단기의 1차측에 전원을 전달하는 1차측 부스바와; 상기 1차측 부스바에 연결되어 1차측 전류를 측정하는 계기용 변류기와; 상기 1차측 부스바를 지지하는 하나 이상의 광 전압센서 내장 애자; 및 상기 진공차단기의 2차측으로부터 출력되는 전원을 전달하기 위한 열반모선용 2차측 부스바;를 포함하여 구성되며, 상기 광 전압센서 내장 애자는, 내부에 중공부를 가지는 애자몸체와; 상기 애자몸체의 하부에 체결되는 접지전극 플랜지와; 상기 애자몸체의 상부에 체결되는 고압전극 플랜지와; 상기 고압전극 플랜지의 내측 하부면에 체결되는 고압전극과; 상기 고압전극과 접속되어 애자몸체 내부의 공간전계를 검출하는 광 전압센서; 및 상기 광 전압센서에 연결되어 광신호를 송수신하는 광케이블;을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 광 전압센서 내장 애자를 구비한 배전반을 제공한다.
본 발명에 의하면 구조가 간단한 광 전압센서 내장 애자 및 이를 구비한 배전반을 제공함으로써 배전반 내에 계기용 변압기를 설치할 필요가 없게 되어 배전반의 설치 공간을 줄일 수 있으며, 우수한 절연특성을 가지면서도 전압 측정 감도를 최대로 할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 일반적인 6.6KV 배전반의 단선 결선도;
도 2는 종래기술에 따른 6.6KV용 배전반의 측단면도;
도 3은 본 발명의 실시예에 의한 광 전압센서 내장 애자를 구비한 배전반을 나타내는 측단면도;
도 4는 본 발명의 실시예에 의한 광 전압센서 내장 애자를 나타내는 단면도;
도 5는 본 발명의 실시예에 의한 광 전압센서를 나타내는 개략적인 구조도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
301: 외부의 부스바 303: 플렉서블 부스바
305: 1차측 부스바 307: 지지애자
309: 계기용 변류기 311: 열반모선
313: 진공차단기 315: 도어
317: 신호처리장치 319: 광 전압센서 내장 애자
321: 2차측 부스바 401: 고압전극
402: 고압전극 플랜지 403: 부스바 체결부
404: 광 전압센서 체결부 405: 광 전압센서
406: 애자몸체 407: 광케이블
408: 내부중공부 409: 접지전극 플랜지
410: 조립체결부 411: 베이스 체결부
412: 밸브 413: 광케이블 커넥터
414: 광케이블 기밀커넥터 415: 오링 홈
416: 갓
501: 제 2 편광 광분리기(Polarizatin Beam Splitter)
502: 고압전극 연결선 503: λ/4 파장판
504: 제 1 편광 광분리기(Polarizatin Beam Splitter)
505: 제 1 셀폭(Selfoc) 렌즈 506: 광원구동회로
507: 전자회로부 508: 수광 및 신호처리회로
509: 비스무쓰 실리콘 옥사이드(Bismuth Silicon Oxide)
510: 감도조절용 전선 511: 제 2 셀폭(Selfoc) 렌즈
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 의한 광 전압센서 내장 애자를 구비한 배전반을 나타내는 측단면도이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 의한 광 전압센서 내장 애자를 나타내는 단면도이다.
도 3에 도시된 바와 같이 본 발명의 실시예에 의한 광 전압센서 내장 애자를 구비한 배전반은 외부로부터 입력되는 전원을 차단하는 진공차단기(313)와; 상기 진공차단기(313)의 1차측(313-1)에 전원을 전달하는 1차측 부스바(305)와; 상기 1차측 부스바(305)에 연결되어 1차측 전류를 측정하는 계기용 변류기(309)와; 상기 1차측 부스바(305)를 지지하는 하나 이상의 광 전압센서 내장 애자(319); 및 상기 진공차단기(313)의 2차측(313-2)으로부터 출력되는 전원을 전달하기 위한 열반모선(311)용 2차측 부스바(321);를 포함하여 구성된다.
또한, 도 4에 도시된 바와 같이 본 발명의 실시예에 의한 광 전압센서 내장 애자는 내부에 중공부(408)를 가지는 애자몸체(406)와; 상기 애자몸체(406)의 하부에 체결되는 접지전극 플랜지(409)와; 상기 애자몸체(406)의 상부에 체결되는 고압전극 플랜지(402)와; 상기 고압전극 플랜지(402)의 내측 하부면에 체결되는 고압전극(401)과; 상기 고압전극(401)과 접속되어 애자몸체(406) 내부의 공간전계를 검출하는 광 전압센서(405); 및 상기 광 전압센서(405)에 연결되어 광신호를 송수신하는 광케이블(407);을 포함하여 구성된다.
외부의 부스바(301)는 플렉서블 부스바(303)와 연결되며, 플렉서블 부스바(303)와 연결된 1차측 부스바(305)가 복수의 지지애자(307)에 의해 지지되어 진공차단기(VCB)의 1차측(313-1)으로 연결되며, 1차측 부스바(305)에는 계기용 변류기(309)가 연결된다.
진공차단기(VCB)의 2차측(313-2) 전원은 다시 열반모선(311)을 통해 여러 반으로 전송된다. 여기서, 계기용 변류기(309)는 권선형으로서, 2차단자로부터 출력되어 도어(315)의 후면에 설치된 신호처리장치(317)로 2차전류를 전달한다.
본 발명에 있어서, 1차측 부스바(305)를 지지하는 하나 이상의 광 전압센서 내장 애자(319)는 애자의 내부에 광 전압센서(405)가 내장되어 있어서 신호처리장치(317)로 2차 전압을 출력하므로 배전반 내에 계기용 변압기(도 2의 211 참조)를 설치할 별도의 공간을 마련할 필요가 없게 되는 것이다.
애자몸체(406)는 절연을 위하여 복수의 갓(416)이 형성되어 있고 내부에 고압전극(401)과 접지전극 플랜지(409)가 대향되도록 중공부(408)를 구비하고 있는데, 중공부는 절연가스 또는 절연유로 충전되며 절연을 위하여 복수의 갓이 형성될 수 있다.
고압전극 플랜지(402)는 애자몸체(406)의 상부에 밀봉되어 체결되고, 고압전극 플랜지(402)의 내측 하부면에는 고압전극(401)이 체결됨과 동시에 고압전극(401)에는 광 전압센서(405)가 물리적, 그리고 전기적으로 접속되어 광 전압센서 체결부(404)에서 체결된다.
접지전극 플랜지(409)는 애자몸체의 중공부(408)를 밀봉하면서 광케이블(407)을 애자몸체(406) 내부로부터 외부로 인출하기 위한 광케이블 기밀커넥터(414)와 애자 몸체의 중공부(408)에 절연가스 혹은 절연유를 충전하기 위한 밸브(412)를 포함하여 구성되는데, 조립체결부(410)를 이용하여 애자몸체(406)의 하부에 밀봉되어 체결되며 광 전압센서(405)에는 광케이블(407)이 연결되어 있다.
고압전극 플랜지(402)는 부스바 체결부(403)를 이용하여 1차측 부스바(305) 즉, 고압선로측과 고정되고 전기적으로 접속되며, 접지전극 플랜지(409)는 베이스 체결부(411)를 이용하여 기기의 베이스, 즉 접지측과 고정되고 전기적으로 접속된다.
이 경우에 절연거리는 고압전극 플랜지(402)에 체결된 고압전극(401)과 접지전극 플랜지(409)의 상부면 사이의 거리가 되므로 매우 우수한 절연특성을 가지게 된다. 또한, 고압전극(401)과 광 전압센서(405)가 전기적으로 직접 접속되어 있으므로 최대 감도를 구현하는 것이 가능하게 된다. 여기서, 고압전극(401)의 수직 길이를 짧게 할수록 절연성능은 우수하게 된다.
부스바 체결부(403), 광 전압센서 체결부(404), 조립체결부(410), 베이스 체결부(411)는 나사 혹은 볼트를 이용하여 체결된다.
광케이블(407)은 입력 케이블과 출력 케이블로 구성되어 있으며, 입력 케이블을 통하여 광신호를 광 전압센서(405)로 보내면, 광 전압센서(405)에서 전압을 측정하고, 그 측정값을 출력 케이블을 통하여 내보낸다.
광케이블(407)은 접지전극 플랜지(409)의 광케이블 기밀커넥터(414)를 통하여 애자 내부와 연결되며, 광케이블 기밀커넥터(414)는 에폭시 수지로 밀봉된다.
밸브(412)는 애자 내부의 중공부(408)에 절연가스 혹은 절연유를 채우기 위하여 사용되는데, 절연가스 혹은 절연유는 필요에 따라 대기압 이하, 대기압 이상 또는 대기압과 동일한 압력으로 충전될 수 있으며, 애자 내부의 짧은 옆면거리 및 직선거리에 의한 절연저하를 보완하는 기능을 수행한다.
도 5는 본 발명의 실시예에 의한 광 전압센서를 나타내는 개략적인 구조도이다.
도 5에 도시된 바와 같이 본 발명의 실시예에 의한 광 전압센서(405)는 광신호를 발생시키는 광원구동회로(506)와; 광케이블(407)을 통해 광신호가 입사되는 제 1 셀폭렌즈(505)와; 제 1 셀폭렌즈(505)로부터 출사된 광을 직선편광시키는 제 1 편광 광분리기(504)와; 직선편광된 광신호를 원형편광시키는 λ/4 파장판(503)과; 원형편광된 광신호의 타원률을 변화시키는 비스무쓰 실리콘 옥사이드(509)와; 타원률을 변조시키는 제 2 편광 광분리기(501)와; 변조된 광신호를 전자회로부(507)로 전송하는 제 2 셀폭렌즈(511); 및 신호처리회로(508);를 포함하여 구성된다.
또한, 이에 추가적으로 전압 측정감도를 조절하는 감도조절용 전선(510)을 추가로 포함하여 구성될 수도 있다.
비스무쓰 실리콘 옥사이드(509)는 일측 전극이 고압전극(401)과 전기적으로 결합되고 타측 전극은 접지전극 플랜지(도 4의 409 참조)와 전자기적으로 결합된다.
감도조절용 전선(510)은 일단부가 비스무쓰 실리콘 옥사이드(509)의 타측 전극과 접속되고 타단부는 플로팅되며, 고압전극 혹은 광 전압센서에 수회 권회되어 전압 측정감도를 조정할 수 있게 되어 있다.
본 발명의 실시예에 의한 광 전압센서(405)의 전압검출과정을 간략히 설명하면 다음과 같다.
전자회로부(507)의 광원구동회로(506)에서 발생한 광신호는 광케이블(407)을 통해 제 1 셀폭렌즈(505)로 입사된다.
제 1 편광 광분리기(504)는 제 1 셀폭렌즈(505)로부터 출사된 광을 무질서한 편광상태의 광신호로 일축운동하는 직선편광으로 변환시키고, λ/4 파장판(503)은 제 1 편광 광분리기(504)로부터 출사된 직선편광된 광신호를 원형편광시킨다.
비스무쓰 실리콘 옥사이드(Bismuth Silicon Oxide, 509)는 원형편광된 광신호의 타원율을 비스무쓰 실리콘 옥사이드(509)의 양 전극에 인가되는 전압의 크기에 따라 변화시킨다. 여기서, 비스무쓰 실리콘 옥사이드(509)의 일측 전극은 고압전극(401)과 고압전극 연결선(502)에 의해 전기적으로 결합되고, 비스무쓰 실리콘 옥사이드(509)의 타측 전극은 접지전극 플랜지(도 4의 409 참조)와 전자기적으로 결합된다.
한편, 감도조절용 전선(510)은 고압전극(401) 혹은 광 전압센서(405)에 수회 권회되어 측정 감도조절용으로 사용될 수 있는 바, 감도조절용 전선(510)의 일단은 비스무쓰 실리콘 옥사이드(509)의 타측 전극과 접속되고, 타단은 플로팅 상태에 놓이게 한다.
이때, 권회되는 감도조절용 전선(510)이 고압전극(401)에 가까울수록 감도는 저하되고 멀어질수록 감도는 상승하게 되는데, 이는 멀어질수록 고압전극(401)과 감도조절용 전선(510) 사이의 전계가 커지기 때문이다.
제 2 편광 광분리기(501)는 변화된 원형편광의 타원율을 광신호의 세기로 변조시키고, 변조된 광신호는 제 2 셀폭렌즈(511)와 광케이블(407)을 통해 전자회로부(507)의 신호처리회로(508)로 전송된다.
전송된 광신호는 신호처리회로(508)의 광 다이오드에서 광전 변환된 후 증폭과정을 거쳐 원하는 전압신호로 출력된다.
이와 같은 구조와 형상을 갖는 본 발명에 의하면 구조가 간단한 광 전압센서 내장 애자를 구비한 배전반을 제공함으로써 배전반 내에 계기용 변압기를 설치할 필요가 없게 되어 배전반의 설치 공간을 줄일 수 있으며, 우수한 절연특성을 가지면서도 전압 측정 감도를 최대로 할 수 있는 효과가 있다.
이상의 설명은 본 발명을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 명세서에 개시된 실시예는 본 발명을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동일한 범위 내에 있는 모든 기술사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (7)

  1. 내부에 중공부를 가지는 애자몸체;
    상기 애자몸체의 하부에 체결되는 접지전극 플랜지;
    상기 애자몸체의 상부에 체결되는 고압전극 플랜지;
    상기 고압전극 플랜지의 내측 하부면에 체결되는 고압전극;
    상기 고압전극과 접속되어 애자몸체 내부의 공간전계를 검출하는 광 전압센서; 및
    상기 광 전압센서에 연결되어 광신호를 송수신하는 광케이블;
    을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 광 전압센서 내장 애자.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 애자몸체의 중공부는 절연가스 또는 절연유로 충전되어 있는 것을 특징으로 하는 광 전압센서 내장 애자.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 애자몸체의 중공부에는 절연을 위하여 복수의 갓이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 광 전압센서 내장 애자.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 접지전극 플랜지는,
    상기 애자몸체의 중공부를 밀봉하면서 상기 광케이블을 외부로 인출하는 광케이블 기밀커넥터; 및
    상기 애자몸체의 중공부 충전을 위한 밸브;
    를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 광 전압센서 내장 애자.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 광 전압센서는 일측 전극이 상기 고압전극과 전기적으로 결합되고, 타측 전극은 상기 접지전극 플렌지와 전자기적으로 결합하는 비스무쓰 실리콘 옥사이드를 포함하는 것을 특징으로 하는 광 전압센서 내장 애자.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 광 전압센서는 감도조절용 전선을 추가로 포함하며, 상기 감도조절용 전선의 일단부는 상기 비스무쓰 실리콘 옥사이드의 타측 전극과 접속되고 타단부는 플로팅되며, 상기 고압전극 혹은 상기 광 전압센서에 수회 권회되는 것을 특징으로 하는 광 전압센서 내장 애자.
  7. 외부로부터 입력되는 전원을 차단하는 진공차단기;
    상기 진공차단기의 1차측에 전원을 전달하는 1차측 부스바;
    상기 1차측 부스바에 연결되어 1차측 전류를 측정하는 계기용 변류기;
    상기 1차측 부스바를 지지하는 하나 이상의 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항의 광 전압센서 내장 애자; 및
    상기 진공차단기의 2차측으로부터 출력되는 전원을 전달하기 위한 열반모선용 2차측 부스바;
    를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 광 전압센서 내장 애자를 구비한 배전반.
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