KR20110035544A - 변압기 보호 장치 - Google Patents

Abstract

1차 권선 및 2차 권선을 구비하는 변압기 및 1차 권선의 고장전류에 의해 동작하고, 1차 권선의 임피던스를 증가시켜 고장전류를 제한하는 권선 보호부를 포함하는 변압기 보호 장치가 개시된다.

변압기, 권선 이탈, 개폐기

Description

변압기 보호 장치{PROTECTION APPARATUS OF TRANSFORMER}

본 발명은 변압기 보호 장치에 관한 것으로, 특히 권선 이탈을 방지하는 변압기 보호 장치에 관한 것이다.

배전용 변압기는 공급자가 관리하는 변압기와 사용자 측에서 직접 관리하는 변압기로 구분된다. 배전용 변압기는 1차로 22900볼트의 전압을 공급하고, 2차로 부하특성과 변압기 결선에 따라 다양한 전압을 공급한다. 공급자가 관리하는 변압기는 크게 주상변압기와 지상변압기로 구분된다. 주상변압기는 전주 위에 설치하고, 지상변압기는 인도에 설치한다.

단락고장 발생시 배전용 변압기에는 임피던스에 따라 정격전류 보다 10 ~ 40배까지 차이가 나는 고장전류가 발생한다. 배전용 변압기는 고장전류를 수초간 견디기 위한 과전류용량을 갖는다. 이러한 배전용 변압기에는 과전류에 의해 권선에서 열이 발생한다. 열에 의해 배전용 변압기가 기준 온도를 초과하면 권선 에나멜피복, 절연지, 절연유가 변압기의 절연파괴로 소손되거나 수명이 단축된다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 권선 이탈을 방지하는 변압기 보호 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 변압기 보호 장치가 제공된다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 변압기 보호 장치는 1차 권선 및 2차 권선을 구비하는 변압기 및 상기 1차 권선의 고장전류에 의해 동작하고, 상기 1차 권선의 임피던스를 증가시켜 상기 고장전류를 제한하는 권선 보호부를 포함할 수 있다.

상기 권선 보호부는 상기 1차 권선에 직렬로 연결되어 상기 고장전류에 의해 동작하는 바이패스 개폐기, 상기 바이패스 개폐기에 병렬로 연결되고, 상기 1차 권선의 임피던스를 증가시켜 상기 고장전류를 제한하는 한류리액터 및 상기 한류리액터에 병렬로 연결되고, 상기 고장전류 발생시 상기 한류리액터에 인가되는 전압을 설정값 이하로 제한하는 피뢰기를 포함한다.

본 발명에 따른 변압기 보호 장치는 정상상태에서 바이패스 개폐기가 투입된 상태로 임피던스를 최대한 낮게 운전하여 변압기 손실 및 전압 강하를 줄일 수 있고, 단락고장상태에서 임피던스를 최대한 높게 운전하여 고장 전류를 제한하여 변압기의 권선을 보호하므로 변압기 고장시 광역 정전을 예방할 수 있다.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 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 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 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 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 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.

이하, 본 발명에 따른 변압기 보호 장치의 실시 예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기 로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 변압기 보호 장치를 나타내는 도면이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 변압기 보호 장치(61)는 1차 권선(N1)과 2차 권선(N2)을 구비하는 변압기(60) 및 1차 권선(N1)의 고장전류에 의해 동작하고 1차 권선(N1)의 임피던스를 증가시켜 고장전류를 제한하는 권선 보호부(63)를 포함한다.

변압기(60)는 배전 선로와 연결되는 1차 권선(N1)과 부하(80)에 연결되는 2차 권선(N2)을 구비한다. 변압기(60)는 주상변압기 및 지상변압기로 구분될 수 있다. 권선의 온도를 냉각하기 위해 1차 권선(N1)과 2차 권선(N2)에는 유로 덕트가 설치된다.

권선 보호부(63)는 1차 권선(N1)에 연결되는 바이패스 개폐기(64), 바이패스 개폐기(64)에 병렬로 연결되는 한류리액터(65) 및 한류리액터(65)에 병렬로 연결되는 피뢰기(79)를 포함한다.

바이패스 개폐기(64)는 1차 권선(N1)에 직렬로 연결되고, 변압기(60)에 고장전류가 발생할 때 고장전류에 의해 동작한다. 바이패스 개폐기(64)는 오일차단기, 마그넷트 스위치, IGBT 또는 SCR로 이루어질 수 있다.

한류리액터(65)는 바이패스 개폐기(64)에 병렬로 연결되고, 1차 권선(N1)의 임피던스를 증가시켜 고장전류를 제한한다.

피뢰기(79)는 한류리액터(65)에 병렬로 연결되고, 고장전류 발생시 한류리액터(65)에 인가되는 전압을 설정값 이하로 제한한다.

권선 보호부(63)는 변압기(60)에 연결된 부하(80)가 정상적인 정상상태와 변압기(60)의 2차 권선(N2)에서 단락고장이 발생하는 고장상태로 운전된다. 정상상태는 바이패스 개폐기(64)가 투입된 상태로 운전되고, 고장상태는 바이패스 개폐기(64)가 개방된 상태로 운전된다.

변압기(60)의 2차 단락고장 발생시 과전류에 의해 권선을 이탈시키는 힘을 기자력이라고 한다. 변압기(60)의 1차 권선(N1) 및 2차 권선(N2)의 기자력은 플레밍의 왼손법칙에 의해 설명할 수 있으며, 철심의 자속밀도 B(Wb/㎡)와 권선에 감은 길이에 흐르는 전류 I(A)로 계산할 수 있다. 즉, 권선에서 받는 힘은 F(N/m0 = B ×I로 계산할 수 있다.

권선 보호부(63)는 정상상태에서 바이패스 개폐기(64)가 투입된 상태로 임피던스를 최대한 낮게 운전할 수 있으며, 전압 강하와 손실을 최대한 감소시킬 수 있다. 또한, 권선 보호부(63)는 변압기(60)의 내부고장이나 2차 권선(N2) 측의 단락고장 발생시 바이패스 개폐기(64)를 개방하여 임피던스의 증가와 고장전류의 제한하고 과전류에 의한 권선의 이탈을 방지할 수 있다.

한편, 변압기(60)의 2차 단락 고장 발생시 고장전류의 크기는 변압기(60)의 용량과 임피던스에 의해 결정된다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 변압기 보호 장치(61)는 변전소 차단기(CB), 배전선로의 리클로저(recloser), COS(Cut Out Switch) 등과 연결되어 고장 전류를 제한함으로써 계통을 보호할 수 있다.

도 2는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 변압기 보호 장치를 설명하기 위한 도면이다. 앞선 실시 예와 동일한 구성 및 동작을 갖는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였으며, 여기서는 앞선 실시 예와의 차이점인 권선 보호부를 중심으로 설명한다.

도 2에 도시된 바와 같이, 권선 보호부(63)는 바이패스 개폐기(73,75)와 한류리액터(76,77)를 결합한 형태로 구성된다.

바이패스 개폐기(73,75)는 정상상태에서 1차 붓싱(71)과 연결되는 고정 접점(72)과 정상상태에서 복귀스프링(75)에 의해 투입된 상태로 고정 접점(72)에 접촉하는 가동 접점(73)을 포함한다.

한류리액터(76,77)는 도전성 재질로 이루어진 철심(77)과 철심(77)을 감싸고 고정 접점(72) 및 가동 접점(73)에 연결되는 코일(76)을 포함한다.

권선 보호부(63)는 정상상태에서 가동 접점(73)이 복귀스프링(75)에 의해 투입된 상태로 운전되며, 1차 권선(N1)에 과전류 발생시 한류리액터(76,77)에 차단 설정값(74) 이상의 전류가 흐르면 가동 접점(73)을 개방할 수 있다. 차단 설정값(74)은 철심(77)과 가동접점(73)의 간격을 조절함으로써 제어할 수 있다.

권선 보호부(63)는 외부적으로 1차 붓싱(71)이 변압기의 1차 붓싱 단자 연결선과 연결되고, 내부적으로 고정 접점(72)은 코일(76) 및 피뢰기(79)의 일단자에 연결된다. 또한, 1차 붓싱(71)과 변압기(60)의 1차 권선(N1)은 직렬로 연결되고, 가동 접점(73)은 코일(76) 및 피뢰기(79)의 타단자와 연결된다.

도 3은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 변압기 보호 장치를 설명하기 위한 도면이다. 앞선 실시 예와 동일한 구성 및 동작을 갖는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였으며, 여기서는 앞선 실시 예와의 차이점인 권선 보호부를 중심으로 설명한다.

도 3에 도시된 바와 같이, 권선 보호부(63)는 1차 붓싱(71)과 한류리액터(65) 사이에 설치된 바이메탈 스위치(66)를 포함한다. 바이메탈 스위치(66)는 정상상태에서는 동작하지 않고 과전류 발생시 동작하여 바이패스 개폐기(64)를 개방한다. 이때, 바이패스 개폐기(64)의 제어 전원(67)은 변압기(60)의 2차 권선(N2)에 연결되도록 구성된다. 또한, 권선 보호부(63)는 변압기 보호 장치의 내부에 고정되도록 절연받침대(78)를 더 포함할 수 있다.

도 4는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 변압기 보호 장치를 설명하기 위한 도면이다. 앞선 실시 예와 동일한 구성 및 동작을 갖는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였으며, 여기서는 앞선 실시 예와의 차이점인 권선 보호부를 중심으로 설명한다.

도 4에 도시된 바와 같이, 권선 보호부(63)는 1차 붓싱(71)과 한류리액터(65) 사이에 설치된 변류기(68)와 변류기(68)에 연결되는 전자식 스위치(69)를 포함한다. 변류기(68)는 1차 전류를 감지하고, 전자식 스위치(69)는 1차 전류가 설정값 이상이 되면 동작하므로, 정상상태에서는 동작하지 않고, 과전류 발생시 동작 하여 바이패스 개폐기(64)를 개방한다. 이때, 바이패스 개폐기(64)의 제어 전원(67)은 변압기(60)의 2차 권선(N2)에 연결되도록 구성된다.

도 5는 변압기 보호 장치에서 권선 보호부와 변압기의 결선 관계를 나타내는 도면이다.

도 5에 도시된 바와 같이 변압기 보호 장치(61)는 1차 붓싱 단자 연결선(35)과 변압기(60)의 1차 권선(N1)이 직렬로 연결된다. 권선 보호부(63)는 변압기의 1차 전류의 크기를 감지하고, 1차 전류가 설정값 이상이면 동작한다.

권선 보호부(63)는 변압기 보호 장치(61)의 1차 절연유 속에 설치하여 개폐시 아크소호와 과전압을 견딜 수 있다.

도 6은 변압기 보호 장치 내에서 권선 보호부의 설치를 나타내는 도면이다.

도 6에 도시된 바와 같이, 변압기 보호 장치(61)는 절연처리가 된 외함 구조로 이루어진다. 권선 보호부(63)는 절연유가 내부를 통과할 수 있는 망 형태로 이루어지며, 변압기 1차 붓싱단자 연결선(35) 및 변압기(60)에 연결되어 변압기 보호 장치(61)의 절연유 속에 설치된다. 권선 보호부(63)는 변압기 보호 장치(61) 내부에 쉽게 고정할 수 있는 절연 받침대를 더 포함할 수도 있다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질 적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 변압기 보호 장치를 나타내는 도면이다.

도 2는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 변압기 보호 장치를 설명하기 위한 도면이다.

도 3은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 변압기 보호 장치를 설명하기 위한 도면이다.

도 4는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 변압기 보호 장치를 설명하기 위한 도면이다.

도 5는 변압기 보호 장치에서 권선 보호부와 변압기의 결선 관계를 나타내는 도면이다.

도 6은 변압기 보호 장치 내에서 권선 보호부의 설치를 나타내는 도면이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

60: 변압기 61: 변압기 보호 장치

63: 권선 보호부 64: 바이패스 개폐기

65: 한류리액터 79: 피뢰기

Claims (15)

1차 권선 및 2차 권선을 구비하는 변압기; 및

상기 1차 권선의 고장전류에 의해 동작하고, 상기 1차 권선의 임피던스를 증가시켜 상기 고장전류를 제한하는 권선 보호부를 포함하는 변압기 보호 장치.

제1 항에 있어서,

상기 권선 보호부는

상기 1차 권선에 직렬로 연결되어 상기 고장전류에 의해 동작하는 바이패스 개폐기;

상기 바이패스 개폐기에 병렬로 연결되고, 상기 1차 권선의 임피던스를 증가시켜 상기 고장전류를 제한하는 한류리액터; 및

상기 한류리액터에 병렬로 연결되고, 상기 고장전류 발생시 상기 한류리액터에 인가되는 전압을 설정값 이하로 제한하는 피뢰기를 포함하는 것을 특징으로 하는 변압기 보호 장치.

제2 항에 있어서,

상기 권선 보호부는 상기 변압기의 정상상태에서 상기 바이패스 개폐기를 투 입 상태로 구동하고, 상기 변압기의 고장상태에서 상기 바이패스 개폐기를 개방 상태로 구동하는 것을 특징으로 하는 변압기 보호 장치.

제3 항에 있어서,

상기 권선 보호부는 상기 바이패스 개폐기와 상기 한류리액터가 결합되어 일체로 이루어지는 것을 특징으로 하는 변압기 보호 장치.

제4 항에 있어서,

상기 권선 보호부는

상기 1차 권선과 연결된 1차 붓싱;

상기 1차 붓싱과 연결된 고정 접점;

상기 정상 상태에서 상기 고정 접점과 접촉하는 가동 접점;

상기 가동 접점에 연결되어 상기 구동 접점과 상기 가동 접점을 접촉시키는 탄성부;

도전성 재질로 이루어진 철심; 및

상기 철심을 감싸는 코일을 포함하는 것을 특징으로 하는 변압기 보호 장치.

제5 항에 있어서,

상기 권선 보호부는 상기 고정접점과 상기 코일의 일측 및 상기 피뢰기의 일단자가 연결되고, 상기 가동접점과 상기 코일의 타측 및 상기 피뢰기의 타단자가 연결되는 것을 특징으로 하는 변압기 보호 장치.

제5 항에 있어서,

상기 권선 보호부는 상기 가동 접점과 상기 철심의 간격을 조절하여 상기 고장전류의 크기를 제어하는 것을 특징으로 하는 변압기 보호 장치.

제5 항에 있어서,

상기 권선 보호부는 상기 변압기 내부에 고정되도록 절연받침대를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 변압기 보호 장치.

제5 항에 있어서,

상기 권선 보호부는 상기 정상상태에서 상기 가동 접점이 상기 탄성부에 의해 상기 고정 접점과 접촉하고, 상기 고장상태에서 상기 가동 접점이 상기 고장전류에 의해 상기 고장 접점으로부터 이격되는 것을 특징으로 하는 변압기 보호 장 치.

제9 항에 있어서,

상기 권선 보호부는 상기 가동 접점과 상기 철심의 간격을 조절하여 상기 고장전류의 크기를 제어하는 것을 특징으로 하는 변압기 보호 장치.

제2 항에 있어서,

상기 권선 보호부는

상기 1차 권선과 연결된 1차 붓싱; 및

상기 1차 붓싱과 상기 한류리액터 사이에 설치되는 바이메탈 스위치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 변압기 보호 장치.

제11 항에 있어서,

상기 권선 보호부는 상기 고장 전류 발생시 상기 바이메탈 스위치가 동작하여 상기 바이패스 개폐기를 개방하는 것을 특징으로 하는 변압기 보호 장치.

제11 항에 있어서,

상기 바이메탈 스위치는 상기 변압기의 2차 권선에 제어 전원이 연결되는 것을 특징으로 하는 변압기 보호 장치.

제2 항에 있어서,

상기 권선 보호부는

상기 1차 권선과 연결된 1차 붓싱;

상기 1차 붓싱과 상기 한류리액터 사이에 설치되어 상기 1차 권선으로 흐르는1차 전류를 감지하는 변류기; 및

상기 1차 전류가 기준값 이상이면 동작하는 전자 스위치를 포함하는 것을 특징으로 하는 변압기 보호 장치.

제14 항에 있어서,

상기 권선 보호부는 상기 고장 전류 발생시 상기 전자 스위치가 동작하여 상기 바이패스 개폐기를 개방하는 것을 특징으로 하는 변압기 보호 장치.

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