KR20120021298A - 고전압 기기를 테스트하기 위한 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 고전압 공학의 기기, 특히 전력 트랜스포머(15) 또는 인덕터를 테스트하기 위한 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 비대칭 간섭을 억제하기 위해 필요한 잠재적 분리(11/1, 11/2)가 정지형 주파수 변환기(18, 19, 20)의 입력 측(2), 즉 그리드 측(4)으로 시프트된다.

Description

고전압 기기를 테스트하기 위한 장치{DEVICE FOR TESTING HIGH-VOLTAGE EQUIPMENT}
본 발명은 고전압 공학의 기기, 특히 전력 트랜스포머 또는 인덕터를 테스트하기 위한 장치에 관한 것이다.
이와 관련해서, 고전압 공학의 기기를 테스트하기 위한 장치, 즉 회전 컨버터 대신 정지형 주파수 변환기(static frequency converter)를 테스트하기 위한 장치가 이점이 있는 것으로 입증되었는 데, 왜냐하면 전자는 역학, 마모, 중량 및 서비스 성능과 관련해서 회전 변환기에 비해 확실한 이점을 가지기 때문이다. 이 경우, 주파수 변환기는 정현파의 대칭 교류 전압을 생성해야 하며, 또한 5% 미만의 왜곡률(distortion factor)을 가져야 한다. 부분 방전 측정(partial discharge measurement)이 수행되는 유도된 전압 테스트는 전력 변환기의 절연 시스템을 검사하는 역할을 한다. 강력한 비균질 장(non-homogenous field)이 고전압 절연에서 또는 공기 경로를 따라 발생하는 경우, 재료의 통상적인 항복 장 세기(material-typical breakdown field strength)가 국부적으로 과도할 수 있다. 이러한 불완전한 전기 항복의 상태에서는, 전극 간의 절연이 방전에 의해 부분적으로만 브릿징된다. 이러한 부분 방전은 교류 전압을 절연시키는 경우에 주로 발생한다. 그렇지만, 성공적인 부분 방전 측정을 위해, 외부에서 작동하는 간섭 변수는 10pC의 부분 방전 기본 간섭 레벨을 초과해서는 안 된다. 이것을 확실하게 하기 위해, 주파수 변환기의 각각의 출력을, 저역통과 필터의 역할을 하는 정현파 필터에 공급한다.
그렇지만, 원리적으로, 정지형 주파수 변환기는 사각형 출력 전압을 발생하는 데, 이 사각형 출력 전압은 펄스폭 변조되며, 왜곡률이 커서, 이러한 형태에서는 전력 트랜스포머를 테스트하기에 초기에 적합하지 않다. 정지형 주파수 변환기의 출력부에 배치된 정현파 필터에 의해 인버터 출력의 위상 컨덕터들 간의 제1 고조파(first harmonic)를 필터링할 수 있고 이에 따라 인버터에 의해 발생되는 대칭 간섭 변수를 억제할 수 있다. 추가적으로 제공된 정현파 필터에도 불구하고, 인버터 출력에 있는 컨덕터/대지전압에서의 펄스-주파수 점프(pulse-frequency jump)를 억제할 수 없다. 이러한 바람직하지 않은 비대칭 간섭 변수는, 검사될 트랜스포머에 관한 한 다양한 전자 커플링 메커니즘에 의해 전도되고 바람직한 부분 방전 측정의 상당한 왜란을 야기한다.
카테고리에 따른 테스트 장치는 본 출원인의 출원 DE 10 2007 059 289. 4-35(사전 공개되지 않음)에 공지되어 있으며, 복수의 출력부가 필터 장치에 접속되어 있는 정지형 주파수 변환기를 제공하는 비대칭 간섭 변수의 문제를 억제하며, 상기 필터 장치의 복수의 출력부는 또한, 그 일부에 있어서 테스트 대상, 특히 실제의 테스트를 위해 의도된 트랜스포머에 접속되어 있는 매칭 트랜스포머에 연결되어 있다. 본 출원에서는 1차 측과 2차 측 사이에 정전기 차단기(electrostatic screen)이 있는 필터 트랜스포머를 필터 장치로서 제공하는 것이 제안되어 있는 데, 상기 정전기 차단기에는 필터 커패시터가 2차 측의 각각의 출력부에서 분기되어 있고, 또한 상기 필터 커패시터는 스타 회로(star circuit)에서 접지 스타 포인트(star point)와 함께 접속되어 있다. 부분 방전 측정을 위한 이러한 배치는 DE 10 2007 059 289. 4-35에서 가능한 데, 왜냐하면 상기 제안된 필터 커패시터는 주파수 변환기와 그 통합된 필터 커패시터 사이의 부하 측에 잠재적 분리를 생성하기 때문이다. 일련의 초크 코일과 커패시터로만 구성된 종래의 정현파 필터의 경우에는, 필터 커패시터를 이러한 방식으로 배치할 수 없는 데, 왜냐하면 인버터 위상의 용량성 접지(capacitive earthing)가 일어날 것이기 때문이다.
공개공보 8.71/3에서 자명한 바와 같이, 한동안 고객 모바일 트랜스포머 테스트 시스템을 제안하려는 노력이 있어왔는 데, 이에 의해 고전력 트랜스포머의 "현장 테스트(on site testing)"가 가능하게 되었다. 이러한 모바일 테스트 시스템은 컨테이너 내에 미리 구성된 기기로서 설치되며 운반기(transporter)에 의해 테스트의 위치 또는 테스트 대상의 현장으로 이동된다. 최종적으로 요구되는 테스트 회로의 생산은 몇 단계만 거치면 현장에서 가능하다. 고객은 여러 위치에 영구적으로 설치된 일련의 고전압 트랜스포머를 테스트하기 위한 단일의 테스트 시스템의 이동 유효성(mobile availability)을 요구한다. 종래의 정지형 테스트 기기와 비교해보면 이러한 종류의 모바일 테스트 시스템의 설치 시간 및 운용 비용이 크게 절감된다. 모바일 테스트 시스템의 테스트 전력의 대역폭과 관련해서 점차적으로 더 가변적이고 더 강력하게 치수를 정할 수 있는 모바일 테스트 시스템의 요구 사항은 모바일 테스트 시스템의 전체 크기에 직결된다. 그렇지만, 전술한 바와 같이 이것은 하나의 컨테이너 내에 설치되기 때문에, 그 전체 크기는 독일에서 적용할 수 있는 도로 교통법(load traffic rules) 및 이에 따라 허용 가능한 전체 크기와 관련해서뿐만 아니라 차축 하중 분포(axle load distribution)와 관련해서 법적 제한에 직면하게 된다. 국제 환경에서는 거의 동일한 한계치로 동등하게 적용할 수 있는 제약이 있다. 비대칭 간섭 변수를 억제하기 위해 이러한 모델에 통합되어 있는 필터 트랜스포머는 500 kVA의 전력을 가진다. 테스트 전력의 상당한 증가는 이러한 종류의 테스트 시스템으로는 더 이상 달성될 수 없다.
그러므로 본 발명의 목적은 고전압 공학의 기기, 특히 전력 트랜스포머 또는 인덕터의 테스트를 위한 장치를 제공하는 것이며, 이러한 기기의 달성 가능한 테스트 전력은 종래 기술에 비해 상당한 증가하고 그럼에도 모바일 트랜스포머 테스트 시스템으로서 사용 가능하다.
이 목적은 청구의 범위의 제1항에 개시된 특징부에 따른 고전압 공학의 기기의 테스트를 위한 장치에 의해 수행된다. 종속항들은 본 발명의 특히 이로운 개발에 관한 것이다.
일반적인 발명의 개념은 비대칭 간섭 변수의 억제를 위해 필요한 잠재적 분리를 정지형 주파수 변환기의 입력측으로 시프트하고 이에 따라 메인 전력측으로 시프트하는 것이다. 정현파 필터에 통합되어 있는 필터 트랜스포머에 의해 부하 측에서의 이전의 잠재적 분리는 비교적 대형의 트랜스포머를 필요로 한다. 이것은 메인 측에 있는 정지형 주파수 변환기가 테스트 시스템의 유효 전력을 제공하는 것만을 담당하고 있기 때문이다. 부가적으로, 부하 측에 있는 정지형 주파수 변환기의 일부는 테스트를 수행하는 데 필요한 무효 전력(reactive power)을 제공하는 위치에 있어야만 한다. 그러므로 정지현 주파수 변환기의 부하 측에 있는 정지형 주파수 변환기의 일부는 통상적으로 메인 측에 있는 일부보다 전력이 더 강할 수 있는 치수이어야 한다(통상적으로 메인 측이 전력의 40; 부하 측이 전력의 100%). 그러므로 부하 측에 있어서 피상 전력(apparent power)의 상당한 증가를 위해, 이에 따른 대형의 필터 트랜스포머를 사용해야 한다. 이때 테스트 시스템은 도로 교통법에 규정된 차축 하중 분포 및 허용될 수 있는 전체 크기에 관련된 교통의 견지에서 보면 이미 적합하지 않을 것이다. 본 발명에 따른 잠재적 분리는 정지형 주파수 변환기의 메인 측으로 시프트되기 때문에, 그 효과가 동등하면서, 메인 측에 있는 유효 전력에 일치해서 치수가 정해져야만 하는 트랜스포머를 가지는 모바일 테스트 시스템이면 충분하다. 따라서 허용 가능한 전체 크기 및 차축 하중 분포와의 일치가 이러한 수단에 의해 특히 간단하고 효과적인 방식으로 확보될 수 있다.
그러므로 실제의 필터 기기는 DE 10 2007 059 289.4-35에 공지된 바와 같이, 하나의 스타 회로에 필터 트랜스포머 및 접지된 필터 커패시터들이 접속되어 구성되기도 하고, 정지형 주파수 변환기의 출력부에 수 개의 초크 코일이 직렬로 연결된 다음 접지된 필터 커패시터로 구성되기도 하는 데, 이것들은 하나의 스타 회로에 접속되어, 위상 컨덕터와 접지 사이에 비대칭 간섭 변수를 생성한다. 이러한 비대칭 간섭 변수의 필터링은 메인 측에서 사용된 트랜스포머의 잠재적 분리에 의해서만 가능하게 된다. 이 경우, 비대칭 간섭 변수의 방전에 부가적으로 기여하는 접지된 정전기 차단기가 메인 측에서 사용된 트랜스포머의 1차 측과 2차 측 사이에 제공된다.
스타 회로에 접속된 필터 커패시터와 함께 정지형 주파수 변환기, 메인 측에 있는 트랜스포머 및 부하 측에 있는 정현파 필터는 배전반(switching cabinet) 내에 설치되어 비대칭 간섭이 테스트 중인 트랜스포머에 이를 수 있다.
스타 형태로 접속된 복수의 필터 커패시터 외에 본 실시예의 바람직한 형태에 따르면, 위상 컨덕터들 사이의 비대칭 간섭 변수의 필터를 생성하는 삼각형 회로(stiangular circuit)에 서로 접속된 추가의 복수의 커패시터가 필터 장치에 제공된다.
본 발명에 따라 테스트 시스템을 위한 트랜스포머는 메인 측으로 시프트되기 때문에, 기기 전체는 종래 기술에 비해 상당히 소형화된다. 또한, 새로운 테스트 시스템의 경우, 수동 보상 유닛(passive compensation unit)이 생략될 수 있으며, 이에 따라 소형화에 부가적으로 기여한다.
그렇지만, 본 발명은 모바일 트랜스포머 테스트 시스템에만 제한되는 것이 아니다. 오히려, 일반적인 발명의 개념을 사용하는 것을 생각해볼 수 있는 데, 즉, 메인 공급 측으로 트랜스포머를 또한 정지형 트랜스포머 검사 장치상에서 이동하는 것을 생각해볼 수 있다.
본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 예를 들어 더 상세하게 설명할 것이다.
도 1은 사전 공개되지 않은 트랜스포머 테스트 시스템의 종래 기술의 회로도를 도시한다.
도 2는 본 발명에 따른 장치의 제2 회로도이다.
도 3은 추가의 필터 커패시터를 가진 본 발명의 바람직한 실시예에를 도시한다.
고전압 공학의 기기의 테스트를 위한 장치의, DE 10 2007 059 289.4-35에 개시되어 있는 회로도가 도 1에 도시되어 있다. 이 경우, 정지형 주파수 변환기(2)는, 초기에 정류기(10)로 통과하는 전류 메인(4)으로부터 교류 전압을 공급받는다. 또한, 주파수 변환기(2)는 제1 출력부(21), 제2 출력부(22) 및 제3 출력부(23)를 가진다. 정지형 주파수 변환기(2)는 디지털 제어 및 레귤레이션을 구비한 전압 중간 회로 변환기이다. 정지형 주파수 변환기(2)의 제1, 제2 및 제3 출력부(21, 22, 및 23)는 필터 장치(6)에 제공되는 데, 특히 필터 트랜스포머(11)의 1차 측(11/1)에 연결되어 있다. 필터 트랜스포머(11)는 1차 측(11/1) 및 2차 측(11/2)을 포함한다. 필터 트랜스포머(11)의 2차 측(11/2)은 필터 커패시터 C1, C2, C3에 접속되어 있는 데, 이러한 커패시터들은 스타 회로(13) 내에 배치되어 있다. 스타 회로의 결과로서 나타나는 스타 포인트는 그 일부분이 차례로 접지에 접속되어 있다. 필터 트랜스포머(11)는 주파수 변환기의 각각의 출력부(21 내지 23)와 스타 회로(13)의 커패시터(C1 내지 C3) 사이의 잠재적 분리를 생성한다.
또한, 접지된 정전기 차단기(17)는 필터 트랜스포머(11)의 1차 측(11/1)과 2차 측(11/2) 사이에 배치되어 있다. 제1 트랜스포머(11)와 필터 커패시터(C1 내지 C3)의 스타 회로(13)로 구성되는 필터 장치(6)는 제1 출력부(31), 제2 출력부(32), 및 제3 출력부(33)에 의해 매칭 트랜스포머(8)와 접속되고 이것은 차례로 검사될 트랜스포머(15)에 접속되어 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 부하 측에 이미 배치되어 있는 필터 트랜스포머(11)가 본 발명에 따라 전력 메인(4)의 측으로 시프트되지 않기 때문에, 테스트 시스템의 개별 구성요소의 결과적인 크기와 관련된 상당히 이로운 결과뿐만 아니라 테스트 인스톨레이션(testing installation)도 본 발명에 따른 테스트 시스템으로, 정지형 주파수 변환기에 의해 생성된 부분 방전 간섭을 더 우수하게 하는 것이 가능하다는 것을 보여주고 있다.
도 1과는 달리, 도 2에서는 트랜스포머(11)의 2차 측(11/2)이 정지형 주파수 변환기(2)의 입력부(18, 19, 및 20)에 접속되어 있다. 이 경우, 트랜스포머(11)의 1차 측(11/1)은 전력 메인(4)으로부터 교류 전압을 공급받는다. 또한, 비대칭 간섭 변수의 배치에 추가적으로 기여하는 접지된 정전기 차단기(17)는 1차 측(11/1)과 2차 측(11/2) 사이에 제공된다. 트랜스포머(11)는 부가적으로, 저 간섭 부분 방전 측정에 필요한 잠재적 분리를 확실하게 한다. 트랜스포머(11)의 2차 측(11/2)은 설명한 바와 같이 정전기 주파수 변환기(2)의 입력부(18, 19, 및 20)와 신호를 송수신하며, 이에 의해 그 필요한 출력 전압뿐만 아니라 다양한 필요한 테스트 주파수를 이용할 수 있다. 주파수 변환기(2)의 출력부(21, 22, 및 23) 각각은 필터 기기(6) 내에서 초크 코일(24, 25, 및 26)에 접속되어 있고 이것은 차례로 스타 형태의 접지된 필터 커패시터 C1, C2, C3에도 접속되어 있다. 필터 장치(6)의 출력부(31, 32, 및 33)는 또한 매칭 트랜스포머(8)에도 접속되어 있고, 그 일부에 있어서 테스트될 고전압 공학 기기, 이 경우 전력 변환기(15)에 연결되어 있다.
도 3에는 필터 커패시터(40, 41, 42)가 필터 기기(6)에 추가로 제공되어 있으며, 이러한 필터 커패시터는 삼각형 회로에서 상호접속되어 있고 복수의 위상 컨덕터 간의 대칭 간섭 변수와 관련된 필터링을 효과적으로 수행한다.

Claims (4)

  1. 고전압 공학의 기기, 특히 전력 트랜스포머 또는 인덕터의 고전압 테스트를 위한 장치에 있어서,
    접지된 정전기 차단기(earthed electrostatic screen)(17)가 1차 측(111)과 2차 측(112) 사이에 제공되어 있는 트랜스포머(11)
    를 포함하며,
    상기 접지된 정전기 차단기는 필터 장치(6)에 접속되어 있는 수 개의 출력부(21, 22, 23)를 가지는 정지형 주파수 변환기(static frequency converter)(2)를 포함하며,
    상기 필터 장치(6)는, 스타 회로(star circuit) 내에서, 접지된 스타 포인트(earthed star point)(13)에 함께 접속된 복수의 필터 커패시터(C1, C2, C3)를 포함하며,
    상기 필터 장치(6)의 복수의 출력부(31, 32, 33)는 매칭 트랜스포머(8)에 접속되어 있고,
    상기 매칭 트랜스포머(8)는 또한 검사될 트랜스포머(15)에 접속되어 있으며,
    상기 트랜스포머(11)는 상기 정지형 주파수 변환기(2)의 복수의 입력부(18, 19, 20)에 접속되어, 전류 메인(4)과 상기 필터 커패시터(C1, C2, C3) 사이에 잠재적 분리(potential separation)를 생성하며, 이에 의해 부분 방전 측정(partial discharge measurement)을 할 수 있는, 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 정지형 주파수 변환기(2)의 각각의 출력부(21, 22, 23)에서, 상기 필터 장치(6) 내에 초크 코일(24, 25, 26)이 배치되고 직렬로 접속되어 있는, 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 필터 장치(6)는 삼각형 회로(triangular circuit)에 접속된 필터 커패시터(21, 22, 23)를 추가로 포함하는, 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    전력 측(power side)에서의 상기 정지형 주파수 변환기(2) 및 상기 트랜스포머(11)는 초크 코일(24, 25, 26) 및 필터 커패시터(C1, C2, C3)와 함께 배전반(switching cabinet)에 수용되어, 비대칭 간섭(asymmetrical interfernece)이 검사 중인 트랜스포머(15)에 도달하지 않는, 장치.
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