KR20120002020A - 주상변압기 일체형 전류 및 전압 센서 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 주상변압기의 저압 부싱에 일체로 설치되어서 주상변압기의 감시진단에 이용할 수 있는 주상변압기 일체형 전류 및 전압 센서를 개시하며, 직경이 다른 제 1 내부 링과 제 1 외부 링이 동심을 갖도록 배치되고, 상기 제 1 내부 링의 홀 내벽에 도전성 제 1 접점이 형성되며, 코일 권선의 코어를 갖는 전류 변류기가 상기 제 1 외부 링에 케이싱 되며 주상변압기 측벽에 (+)로 표기된 제 1 저압 부싱의 중심축이 상기 제 1 내부 링을 관통하면서 상기 제 1 접점과 접촉하는 제 1 접속부; 직경이 다른 제 2 내부 링과 제 2 외부 링이 동심을 갖도록 배치되고, 상기 제 2 내부 링의 홀 내벽에 도전성 제 2 접점이 형성되며 상기 주상변압기의 측벽에 (-)로 표기된 제 2 저압 부싱의 중심축이 상기 제 2 내부 링을 관통하면서 상기 제 2 접점과 접촉하는 제 2 접속부; 및 상기 제 1 접속부와 상기 제 2 접속부를 연결하며, 상기 코일에 유도되는 전류를 센싱하는 전류 센서부와 상기 제 1 접점과 상기 제 2 접점 간의 전압을 센싱하는 전압 센서부를 포함하는 회로가 내부에 케이싱된 연결부를 포함함을 특징으로 한다.

Description

주상변압기 일체형 전류 및 전압 센서{Current and voltage sensor mounted to a pole transformer}
본 발명은 주상변압기 일체형 전류 및 전압 센서에 관한 것으로, 보다 상세하게 주상변압기의 저압 부싱에 일체로 설치되어서 부하 측의 전류 및 전압을 측정할 수 있는 주상변압기 일체형 전류 및 전압 센서에 관한 것이다.
기존 배전용 주상변압기의 감시진단 방법은 배전선로 순시원의 오감을 통해 배전용 변압기를 관찰하거나 또는 열화상 카메라나 고주파 진단장치 등과 같은 각종 진단 장비를 활용하여 배전용 변압기의 이상 유무를 판단하는 등의 오프라인 방식이 주를 이루었다.
최근 주상변압기의 예방진단 방법은 상술한 종래의 오프라인 방법을 탈피하여 전력기술과 IT기술을 융합한 온라인 감시진단 시스템의 도입이 검토되고 있으며, 주상변압기의 전류, 전압, 부하율 등과 같은 정보를 계측한 후 이를 유무선 통신을 통해 원격지의 관리서버에 전송하는 시스템이 개발되어 현재 운용 중에 있으며, 이와 관련한 다수의 연구개발 및 특허등록이 활발히 진행되고 있다.
그러나, 상기와 같은 주상변압기 감시진단 시스템을 구축하기 위해서는 필수적으로 변압기의 부하 정보를 취득하기 위한 전류 및 전압센서를 변압기 2차측 인하선에 별도로 설치해야 하며, 이는 결과적으로 현장설치 및 사후관리의 어려움을 초래한다.
또한, 상기 전류 및 전압센서와 센서 연결용 배선들이 전주 외부에 그대로 노출되기 때문에, 전주상의 타 배전 선로나 통신 선로 간 혼촉 사고를 유발할 수 있으며, 도시 미관까지 저해하는 등의 문제점을 가질 수 있다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 주상변압기에 일체로 전류 및 전압 센서를 설치함으로써, 주상변압기 감시진단 시스템을 구축하기 위한 별도의 전류 및 전압 센서를 설치하는 번거로움을 해결함과 동시에, 관리 및 미관상 이점을 갖는 주상변압기 일체형 전류 및 전압 센서를 제공함을 목적으로 한다.
본 발명에 따른 주상변압기 일체형 전류 및 전압 센서는, 직경이 다른 제 1 내부 링과 제 1 외부 링이 동심을 갖도록 배치되고, 상기 제 1 내부 링의 홀 내벽에 도전성 제 1 접점이 형성되며, 코일 권선의 코어를 갖는 전류 변류기가 상기 제 1 외부 링에 케이싱 되며 주상변압기 측벽에 (+)로 표기된 측의 저압 부싱(이하 제 1 저압 부싱)의 중심축이 상기 제 1 내부 링을 관통하면서 상기 제 1 접점과 접촉하는 제 1 접속부; 직경이 다른 제 2 내부 링과 제 2 외부 링이 동심을 갖도록 배치되고, 상기 제 2 내부 링의 홀 내벽에 도전성 제 2 접점이 형성되며 상기 주상변압기 측벽에 (-)로 표기된 측의 저압 부싱(이하 제 2 저압 부싱)의 중심축이 상기 제 2 내부 링을 관통하면서 상기 제 2 접점과 접촉하는 제 2 접속부; 및 상기 제 1 접속부와 상기 제 2 접속부를 연결하며, 상기 코일에 유도되는 전류를 센싱하는 전류 센서부와 상기 제 1 접점과 상기 제 2 접점 간의 전압을 센싱하는 전압 센서부를 포함하는 회로가 내부에 케이싱된 연결부를 포함함을 특징으로 한다.
여기에서, 상기 제 1 접속부는 상기 제 1 저압 부싱의 패킹과 상기 주상변압기의 외벽 사이에 설치될 수 있고, 상기 제 2 접속부는 상기 제 2 저압 부싱의 패킹과 상기 주상변압기의 외벽 사이에 설치될 수 있다.
그리고, 상기 전류 센서부는, 상기 코어가 상기 코일로 권선되고 권선비에 따라서 상기 제 1 저압 부싱의 중심축에 흐르는 전류로부터 유기전류를 발생하는 전류 변류기; 상기 코일의 양단 사이에 연결되며 서지를 흡수하는 제 1 바리스터 소자; 및 상기 제 1 바리스터 소자와 병렬로 연결된 저항을 포함할 수 있다.
그리고, 상기 전압 센서부는, 상기 제 1 저압 부싱의 중심축과 접촉되는 상기 제 1 접점과 상기 제 2 저압 부싱의 중심축과 접촉되는 상기 제 2 접점 사이에 연결되며 서지를 흡수하는 제 2 바리스터 소자 및 상기 제 2 바리스터 소자의 양단에 인가되는 교류전압을 변성함과 동시에, 상기 주상변압기와 상기 전압 센서부를 물리적으로 절연시킬 수 있는 트랜스포머를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 주상변압기 일체형 전류 및 전압 센서는 주상변압기에 일체로 설치됨으로써 주상변압기 감시진단 시스템을 구축하기 위한 별도의 전류 및 전압 센서를 설치하는 것이 불필요하며 주상변압기와 일체로 구성되므로 관리와 미관상 이점을 제공하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 주상변압기 일체형 전류 및 전압 센서의 구성을 나타내는 개략도.
도 2는 도 1의 내부 회로의 회로도.
도 3은 주상변압기에 본 발명에 따른 전류 및 전압 센서가 일체로 설치되는 것을 예시한 도면.
도 4는 저압 부싱의 조립도.
도 5는 저압 부싱의 분해도.
본 발명에 따른 주상변압기 일체형 전류 및 전압 센서는 도 1과 같이 실시될 수 있으며, 주상변압기 제 1 저압 부싱과 제 2 저압 부싱의 양단 사이에 일체로 설치된다.
주상변압기는 교류 배전선의 특고압을 저압으로 낮추기 위해 전주 위에 설치되는 변압기이다. 주상변압기는 교류 배전선으로부터 특고압을 유입하기 위하여 설치된 특고압 부싱과 내부에서 저압으로 낮춰진 전력을 부하로 공급하기 위하여 설치된 저압 부싱을 갖는다. 본 발명에 따른 주상변압기 일체형 전류 및 전압 센서는 상술한 저압 부싱 사이에 일체로 설치되는 실시예를 제시한다.
먼저, 도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 주상변압기 일체형 전류 및 전압 센서는 제 1 저압 부싱과 결합되는 제 1 접속부(10)와 제 2 저압 부싱과 결합되는 제 2 접속부 그리고 제 1 접속부와 제 2 접속부(20) 간을 연결하며 내부 회로가 케이싱(Casing)된 연결부(30)를 포함한다.
여기에서, 제 1 접속부(10)는 직경이 다른 제 1 내부 링(11)과 제 1 외부 링(12)이 동심을 갖도록 배치되고, 제 1 내부 링(11)의 홀 내벽에 도전성 제 1 접점(13)이 형성되며, 코어(14)가 코일(15)로 권선된 전류 변류기(도 2의 T1에 대응됨)가 제 1 외부 링(12)에 케이싱되며 제 1 저압 부싱의 중심축(16)이 제 1 내부 링(11)을 관통하면서 제 1 접점(13)과 접촉하는 구성을 갖는다.
그리고, 제 2 접속부(20)는 직경이 다른 제 2 내부 링(21)과 제 2 외부 링(22)이 동심을 갖도록 배치되고, 제 2 내부 링(22)의 홀 내벽에 도전성 제 2 접점(23)이 형성되며 주상변압기의 측벽에 설치되어서 제 2 저압 부싱의 중심축(26)이 제 2 내부 링(21)을 관통하면서 제 2 접점(23)과 접촉하는 구성을 갖는다.
상술한 제 1 접속부(10)와 제 2 접속부(20)는 연결부(30)에 의하여 연결되며, 연결부(30)는 내부 회로(32)를 내장하는 구성을 갖는다. 내부 회로(32)는 제 1 접속부(10)의 코일(15)의 양 단부와 연결되는 접점 A, B를 가지며, 제 1 접속부(10)의 제 1 접점(13)과 연결되는 접점 C을 가지고, 제 2 접속부(20)의 제 2 접점(23)과 연결되는 접점 D를 갖는다. 여기에서 내부 회로(32)의 접점 A, B는 전류를 센싱하는 접점이며 접점 C, D는 전압을 센싱하기 위한 접점이다. 그리고, 내부 회로(32)는 전류를 센싱한 결과를 출력하기 위한 단자 CT1, CT2를 가지고 전압을 센싱한 결과를 출력하기 위한 단자 PT1, PT2를 갖는다.
상술한 연결부(30)의 내부 회로(32)는 도 2와 같은 결선 구조를 갖는다.
도 2를 참조하면, 내부 회로(32)는 전류센서부(34)와 전압센서부(36)를 포함한다.
전류센서부(34)는 제 1 저압 부싱(40)의 중심축(16)에 대응되는 단자에서 부하로 흐르는 전류를 센싱하기 위하여 코어(14)에 권선(15)이 형성된 전류 변류기(T1), 권선(15)의 양단 즉 접점 A, B 사이에 연결되며 서지를 흡수하는 바리스터 소자(Rv1) 및 바리스터 소자(Rv1)와 병렬로 연결된 저항(R1)을 포함한다. 여기에서, 전류 변류기(T1)는 권선비에 따라서 변류비가 결정될 수 있으며, 저항(R1)은 전류를 전압으로 변환하기 위한 분담 저항이며, 상기 저항(R1)의 양단은 전류를 센싱한 결과를 출력하기 위한 단자 CT1, CT2에 연결된다.
전류센서부(34)의 출력은 단자 CT1, CT2의 양단 전압으로 결정되며, 전류 변류기(T1)의 변류비가 N:1이고 주상변압기의 출력전류 즉 제 1 저압 부싱(40)의 중심축(16)으로 흐르는 전류가 i(t)[A]일 경우, 아래의 <수학식 1>이 성립될 수 있다.
<수학식 1>
vc(t)=1/N * R1 * i(t)[V]
여기에서 vc(t)는 저항(R1)에 인가되는 전압 즉 전류센서부(34)의 출력전압이다. 저항(R1)은 전류센서부(34)에서 센싱된 전류를 전압으로 변환하기 위한 소자로써 전류 센서의 사용 방식에 따라 필요시 제거가능하며, 저항(R1)이 제거되는 경우 전류센서부(34)는 전류값 형태로 출력을 얻을 수 있다. 이 경우 전류센서의 출력은 아래의 <수학식 2>와 같이 계산될 수 있다.
<수학식 2>
ic(t)=1/N *i(t)[A]
여기에서, ic(t)는 저항(R1)이 제거된 상태에서 전류센서부(34)에서 출력되는 전류값이다.
한편, 전압센서부(36)는 제 1 저압 부싱(40)의 중심축(16)과 접촉되는 접점(13)(도 1 및 도 2의 접점 C에 대응됨)과 제 2 저압 부싱(50)의 중심축(26)과 접촉되는 접점(23)(도 1 및 도 2의 접점 D에 대응됨) 사이에 연결되며 서지를 흡수하는 바리스터 소자(Rv2)와 1차측과 2차측의 권선비에 따라서 바리스터 소자(Vr2)와 병렬로 연결된 1차측에 흐르는 전류를 2차측으로 유도하여 출력하는 트랜스포머(T2)를 포함한다.
전압센서부(36)의 출력은 단자 PT1과 단자 PT2 양단에 인가되는 전압으로 결정되며, 트랜스포머(T2)의 1차측과 2차측 권선비가 M1:M2이고 주상변압기의 출력전압이 v(t)[V]일 경우, 하기의 <수학식 3>이 성립될 수 있다. 여기에서 주상변압기의 출력전압은 제 1 저압 부싱(40)의 중심축(16)과 제 2 저압 부싱(50)의 중심축(26) 간의 전위차에 해당된다.
<수학식 3>
vp(t)=M2/M1 * v(t)[V]
여기에서 vp(t)는 전압센서부(36)의 출력전압이다.
상술한 전압센서부(36)에 구성되는 트랜스포머(T2)는 전압센서부(36)와 변압기 측을 물리적으로 절연하기 위한 용도로 사용될 수 있으며, 전압센서부(36)는 사용 방식에 따라 트랜스포머(T2)를 제거하여 변압기 2차측 전압을 전압센서의 출력으로 직결할 수 있다.
상술한 도 1 및 도 2와 같이 구성되는 본 발명에 따른 주상변압기 일체형 전류 및 전압 센서의 바람직한 실시예는 도 3과 같이 주상 변압기와 결합될 수 있다.
도 3을 살펴보면 주상변압기의 측벽(60)에 저압 부싱(40, 50)이 설치되며, 제 1 저압 부싱(40)은 주상변압기 측벽에 (+)로 명기된 단자의 중심축(16)을 갖는 것이고, 제 2 저압 부싱(50)는 주상변압기 측벽에 (-)로 명기된 단자의 중심축(26)을 갖는 것이다.
제 1 저압 부싱(40)을 살펴보면, 주상변압기의 측벽(60) 내측으로 방수를 위한 패킹(41)을 사이에 두고 내측 애자(42)가 설치되고, 내측 애자(42)를 중심축(16)이 관통되어서 주상변압기의 외측으로 연장되게 설치되며, 중심축(16)의 단부에는 볼트(45)가 나사 결합되고, 내측 애자(42)와 볼트(45) 사이에는 세라믹 재질을 갖는 내측 애자(42)의 물리적 손상을 방지하기 위한 버퍼 와셔(43)와 결합 상태를 지지하기 위한 금속 와셔(44)가 설치된다. 그리고, 주상변압기의 측벽(60) 외측으로 방수를 위한 패킹(46)과 측벽 사이에 제 1 접속부(10)가 설치되고, 패킹(46)의 외측으로 외부 애자(47)가 설치되고, 그 외측으로 중심축(16)의 연장된 단부인 헤드(48)가 구성된다.
상술한 제 1 저압 부싱(40)은 도 4 및 도 5와 같이 구성될 수 있으며, 헤드(48)는 부하와 용이하게 접속할 수 있는 결합 구조를 갖는다. 제 1 저압 부싱(40)에 인접하면서 제 2 접속부(20)가 설치되는 제 2 저압 부싱(50)의 구조도 제 1 저압 부싱(40)과 동일하므로 이에 대한 중복된 설명은 생략하며, 제 1 접속부(10)와 제 2 접속부(20) 간의 연결부(30)는 주상변압기의 외부 측벽(60)에 밀착되게 구성될 수 있다.
상술한 바와 같이 구성됨으로써 본 발명에 따른 주상변압기 일체형 전류 및 전압 센서는 별도의 전류 및 전압 센서를 설치할 필요없이 주상변압기 감시진단 시스템을 구축할 수 있다.
그리고, 전류 및 전압 센서가 주상변압기와 일체로 구성되므로 관리와 미관상 이점을 도모할 수 있다.
10 : 제 1 접속부 11, 21 : 내부 링
12, 22 : 외부링 13 : 제 1 접점
14 : 코어 15 : 코일
16, 26 : 중심축 20 : 제 2 접속부
23 : 제 2 접점 30 : 연결부
32 : 내부 회로 34 : 전류센서부
36 : 전압센서부 40, 50 : 저압 부싱
41, 46 : 패킹 42 : 내부 애자
47 : 외부 애자 43 : 버퍼 와셔
44 : 금속 와셔 45 : 볼트
48 : 헤드

Claims (5)

  1. 직경이 다른 제 1 내부 링과 제 1 외부 링이 동심을 갖도록 배치되고, 상기 제 1 내부 링의 홀 내벽에 도전성 제 1 접점이 형성되며, 코일 권선의 코어를 갖는 전류 변류기가 상기 제 1 외부 링에 케이싱 되며 주상변압기 측벽에 (+)로 표기된 측의 저압 부싱(제 1 저압 부싱)의 중심축이 상기 제 1 내부 링을 관통하면서 상기 제 1 접점과 접촉하는 제 1 접속부;
    직경이 다른 제 2 내부 링과 제 2 외부 링이 동심을 갖도록 배치되고, 상기 제 2 내부 링의 홀 내벽에 도전성 제 2 접점이 형성되며 상기 주상변압기 측벽에 (-)로 표기된 측의 저압 부싱(제 2 저압 부싱)의 중심축이 상기 제 2 내부 링을 관통하면서 상기 제 2 접점과 접촉하는 제 2 접속부; 및
    상기 제 1 접속부와 상기 제 2 접속부를 연결하며, 상기 코일에 유도되는 전류를 센싱하는 전류 센서부와 상기 제 1 접점과 상기 제 2 접점 간의 전압을 센싱하는 전압 센서부를 포함하는 회로가 내부에 케이싱된 연결부를 포함함을 특징으로 하는 주상변압기 일체형 전류 및 전압 센서.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 접속부는 상기 제 1 저압 부싱의 패킹과 상기 주상변압기의 외벽 사이에 설치되는 주상변압기 일체형 전류 및 전압 센서.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 접속부는 상기 제 2 저압 부싱의 패킹과 상기 주상변압기의 외벽 사이에 설치되는 주상변압기 일체형 전류 및 전압 센서.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 전류 센서부는,
    상기 코어가 상기 코일로 권선되고 상기 권선비에 따라서 상기 제 1 이차 부싱의 중심축에 흐르는 전류로부터 유기전류를 발생하는 전류 변류기;
    상기 코일의 양단 사이에 연결되며 서지를 흡수하는 제 1 바리스터 소자; 및
    상기 제 1 바리스터 소자와 병렬로 연결된 저항;을 포함하는 주상변압기 일체형 전류 및 전압 센서.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 전압 센서부는,
    상기 제 1 저압 부싱의 중심축과 접촉되는 상기 제 1 접점과 상기 제 2 저압 부싱의 중심축과 접촉되는 상기 제 2 접점 사이에 연결되며 서지를 흡수하는 제 2 바리스터 소자; 및
    상기 제 2 바리스터 소자의 양단에 인가되는 교류전압을 변성함과 동시에, 상기 주상변압기와 상기 전압 센서부를 물리적으로 절연시킬 수 있는 트랜스포머;를 포함하는 주상변압기 일체형 전류 및 전압 센서.
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