KR20130016021A - 계기용 변성기 및 철 공진 억제 회로 - Google Patents

Abstract

공진 억제 소자에 의한 철 공진의 억제와 소자 자신의 파손 억제의 양립이 가능한 철 공진 억제 기능을 갖는 계기용 변성기를 제공한다.
변압기 본체(12)의 2차측에 있어서 공진 억제 소자(25)와 함께 직렬로 접속되는 스위치(24)에 대해, 공진 검출 회로(22)에 의한 철 공진의 검출 기간 중, 스위치(24)의 온과 오프를 교호로 전환하여, 공진 억제 소자(25)를 단속적으로 기능시킨다.

Description

계기용 변성기 및 철 공진 억제 회로{INSTRUMENT TRANSFORMER AND FERRORESONANCE SUPPRESSION CIRCUIT}

본 발명은, 철 공진 억제 기능을 갖는 계기용 변성기, 및 그 철 공진 억제 회로에 관한 것이다.

계기용 변성기는, 주전로(主電路) 상의 고전압이나 대전류를 측정할 때나 계전기를 사용할 때 등, 주전로에 전압계나 전류계, 계전기 등을 직접 접속 불가능한 경우에 이용되는 장치이며, 예를 들면 특허 문헌 1에 나타낸 계기용 변압기에서는, 전력 계통의 주전로에 변압기의 1차 권선이 접속되고, 2차 권선으로부터는 2차측 기기에 적합한 전압치까지 강압된 전압이 출력된다.

그런데, 주전로 상에 차단기가 구비되어 있는 경우, 그 차단기의 동작 시에 발생하는 전압의 순시 변화에 의해, 주전로 상의 콘덴서나 선간·대지간에 형성되는 부유 용량(C) 등과 계기용 변압기의 권선(L)에 의한 철 공진이라고 불리는 공진 현상이 발생하는 일이 있으며, 또 이 공진은 장시간 계속되는 경우가 있다. 이러한 공진 현상이 발생하면, 계기용 변압기에 이상 전압이 발생하여, 변압기 자신이나 2차측 기기의 파손이나 오동작을 초래할 우려가 있었다.

그래서, 특허 문헌 1에 나타내어진 계기용 변압기에는, 공진 현상을 억제하는 수단이 구비되어 있다. 즉, 계기용 변압기의 2차 권선의 단자간에 스위치(문헌에서는, 스위칭 소자)와 공진 억제 소자(문헌에서는, 억제 임피던스 성분)가 직렬로 접속되고, 검출 제어 회로에서 철 공진이 발생한 것이 검출되면, 스위치가 전환되어 공진 억제 소자가 기능하여, 철 공진이 억제되도록 되어 있다.

[특허 문헌 1] 일본국 실공평 2-8515호 공보

주전로가 매우 고전압인 경우 등, 철 공진의 에너지가 과대가 될 수 있는 상황에서는, 공진 억제 소자에 의해 철 공진을 충분히 억제할 수 없으며, 상기와 같이 검출 제어 회로가 철 공진을 검출하고 있는 동안, 공진 억제 소자의 접속을 유지하여 기능시키고 있으면, 공진 억제 소자의 발열이 크고, 경우에 따라서는 소손에 이를 우려도 있었다.

그 때문에, 큰 철 공진도 충분히 억제할 수 있는 대형의 공진 억제 소자를 사용하는 것도 생각할 수 있지만, 비용이 비싸지는 등의 다른 문제의 발생이 염려되므로, 공진 억제 소자를 대형화하지 않고도 대응하는 것이 요망되고 있었다.

본 발명은, 상기 과제를 해결하기 위해 이루어진 것이며, 그 목적은, 공진 억제 소자에 의한 철 공진의 억제와 소자 자신의 파손 억제의 양립이 가능한 철 공진 억제 기능을 갖는 계기용 변성기, 및 그 철 공진 억제 회로를 제공하는 것에 있다.

상기 과제를 해결하기 위해, 청구항 1에 기재된 발명은, 주전로 상에 설치되는 계기용 변성기 본체와, 상기 변성기 본체의 2차측에 스위치를 통해 접속되며 그 변성기 본체에서 발생하는 철 공진을 억제하는 공진 억제 소자와, 상기 변성기 본체에서 발생하는 철 공진을 검출하는 공진 검출 수단과, 그 검출 수단에 의한 철 공진의 검출에 의거하여 상기 공진 억제 소자를 기능시키기 위해 상기 스위치를 제어하는 제어 수단을 구비하는 계기용 변성기로서, 상기 제어 수단은, 상기 공진 검출 수단에 의한 철 공진의 검출 기간 중, 상기 스위치의 온과 오프를 교호로 전환하여, 상기 공진 억제 소자를 단속적으로 기능시키도록 한 것을 그 요지로 한다.

이 발명에서는, 계기용 변성기 본체의 2차측에 있어서 공진 억제 소자와 함께 직렬로 접속되는 스위치에 대해, 공진 검출 수단에 의한 철 공진의 검출 기간 중, 스위치의 온과 오프가 교호로 전환되어, 공진 억제 소자를 단속적으로 기능시킨다. 이에 의해, 공진 억제 소자의 접속에 의해 계기용 변성기에서 발생하는 철 공진이 억제되면서, 그 접속이 단속적으로 행해지므로, 철 공진 억제 시의 소자 자신의 발열이 경감되고, 공진 억제 소자의 과도한 온도 상승이 억제된다.

청구항 2에 기재된 발명은, 청구항 1에 기재된 계기용 변성기에 있어서, 소정 시간을 계시하는 계시 수단을 구비하며, 상기 제어 수단은, 상기 계시 수단의 소정 시간의 계시에 의거하여 상기 스위치의 온·오프를 전환하도록 한 것을 그 요지로 한다.

이 발명에서는, 제어 수단은, 계시 수단의 소정 시간의 계시에 의거하여 스위치의 온·오프를 전환하므로, 간이한 구성으로 실현 가능하다.

청구항 3에 기재된 발명은, 주전로 상에 설치한 계기용 변성기 본체에서 발생하는 철 공진을 억제하는 철 공진 억제 회로로서, 상기 변성기 본체의 2차측에 스위치를 통해 접속되며 그 변성기 본체에서 발생하는 철 공진을 억제하는 공진 억제 소자와, 상기 변성기 본체에서 발생하는 철 공진을 검출하는 공진 검출 수단과, 그 검출 수단에 의한 철 공진의 검출에 의거하여 상기 공진 억제 소자를 기능시키기 위해 상기 스위치를 제어하는 제어 수단을 구비하며, 상기 제어 수단은, 상기 공진 검출 수단에 의한 철 공진의 검출 기간 중, 상기 스위치의 온과 오프를 교호로 전환하여, 상기 공진 억제 소자를 단속적으로 기능시키도록 한 것을 그 요지로 한다.

이 발명에서는, 계기용 변성기 본체에 철 공진 억제 회로를 장착함으로써, 청구항 1과 동일하게, 계기용 변성기에서 발생하는 철 공진이 공진 억제 소자에 의해 억제되면서, 공진 억제 소자의 과도한 온도 상승이 억제된다.

본 발명에 의하면, 공진 억제 소자에 의한 철 공진의 억제와 소자 자신의 파손 억제의 양립이 가능한 철 공진 억제 기능을 갖는 계기용 변성기, 및 그 철 공진 억제 회로를 제공할 수 있다.

도 1은, 본 실시 형태에 있어서의 계기용 변압기의 회로도이다.
도 2는, 철 공진 억제 회로의 동작을 설명하기 위한 파형도이다.

이하, 본 발명을 구체화한 한 실시 형태를 도면에 따라 설명한다.

도 1은, 본 실시 형태에 있어서의 철 공진 억제 기능을 갖는 계기용 변압기(11)를 나타낸다. 계기용 변압기(11)는, 예를 들면 3상 교류 전력의 송전이 행해지는 전력 계통의 주전로(10) 상에 설치되고, 주전로(10)의 전압 검출을 간접적으로 행할 때에 이용된다. 계기용 변압기(11)는, 변압기 본체(12)를 구비하고 있다. 변압기 본체(12)는, 주전로(10)에 직렬로 접속되는 1차 권선(13)과, 그 1차 권선(13)에 철심(14)을 통해 자기적으로 결합되는 2차 권선(15)을 구비하며, 그 2차 권선(15)으로부터는, 도시 생략으로 한 2차측 기기에 적합한 전압치까지 강압된 전압이 출력된다.

또, 변압기 본체(12)에 부수하여 철 공진 억제 회로(21)가 구비되며, 그 회로(21)는 2차 권선(15)에 접속되어 있다. 또한, 철 공진 억제 회로(21)는, 변압기 본체(12), 즉 기존의 계기용 변압기에 차후 부착 가능하게 구성되어 있다. 변압기 본체(12)에 있어서 철 공진이 발생하면, 2차 권선(15)에 발생하는 교류 전압의 기본파 성분(계통 주파수 성분)의 파고치가 수배 높아짐과 더불어, 기본파 성분에 중첩되는 1/3조파 성분, 1/5조파 성분 등이 크게 증가한다. 이들 전압 변화는 변압기(11)(변압기 본체(12)) 자신이나 2차측 기기의 파손·오동작을 초래하므로, 철 공진 억제 회로(21)는 이것을 억제하도록 동작한다.

철 공진 억제 회로(21)는, 공진 검출 회로(22), 제어 회로(23), 스위치(24) 및 공진 억제 소자(25)를 구비하고 있다.

공진 검출 회로(22)는, LPF(로우패스 필터)(26), 정류 회로(27), 및 판정 회로(28)를 구비하고 있다. LPF(26)는, 2차 권선(15)에 발생하는 교류 전압 중, 기본파, 1/3조파, 1/5조파를 포함하는 소정 성분만을 통과시킨다. 정류 회로(27)는, LPF(26)를 통과한 특정 성분의 교류 전압을 직류 전압으로 변환하여 판정 회로(28)에 출력한다. 철 공진이 발생한 경우에는, 정류 회로(27)의 출력 전압은 상승한다. 판정 회로(28)는 콤퍼레이터로 이루어지며, 정류 회로(27)의 출력 전압과 철 공진 발생의 판정을 위한 기준 전압(Vth)을 비교하여, 철 공진 발생의 유무가 판정된다. 판정 회로(28)는, 철 공진이 발생하고 있지 않는 경우에는 그 취지를 나타내는 L 레벨의 판정 신호를, 철 공진이 발생한 경우에는 그 취지를 나타내는 H 레벨의 판정 신호를 각각 제어 회로(23)에 출력한다.

제어 회로(23)는, 입력되는 공진 검출 회로(22)의 판정 회로(28)로부터의 판정 신호의 논리에 의거하여, 즉 철 공진이 발생하고 있는지의 여부의 검출에 의거하여, 스위치(24)를 제어한다. 여기에서, 스위치(24)와 공진 억제 소자(25)는, 변압기 본체(12)의 2차 권선(15)의 단자간에 직렬로 접속되어 있다. 스위치(24)는 트랜지스터 등의 반도체 스위치로 이루어지는 것이며, 공진 억제 소자(25)는 본 실시 형태의 변압기 본체(12)에서 발생하는 철 공진을 억제하는데 적합한 임피던스 성분을 포함하여 구성되는 것이다. 그리고, 제어 회로(23)는, 철 공진이 발생하고 있지 않는 경우(판정 신호가 L 레벨인 경우)에는 스위치(24)를 오프측으로 전환하고, 철 공진이 발생한 경우(판정 신호가 H 레벨인 경우)에는 스위치(24)를 온측으로 전환하여, 공진 억제 소자(25)를 2차 권선(15)의 단자간에 접속하여 기능시킨다.

또, 제어 회로(23)에는 타이머(29)가 구비되어 있다. 제어 회로(23)은, 도 2에 나타낸 바와 같이, 스위치(24)가 온하고 나서(판정 신호가 H 레벨로 된 후), 타이머(29)에 의한 소정 시간 T1의 계시를 행한다. 제어 회로(23)는, 소정 시간 T1을 계시하고 있는 동안, 스위치(24)를 온으로 하여 공진 억제 소자(25)를 기능시킨다. 소정 시간 T1의 계시 후, 제어 회로(23)는 스위치(24)를 오프로 전환한다. 또, 제어 회로(23)는, 타이머(29)를 이용하여, 스위치(24)가 오프하고 나서의 소정 시간 T2의 계시도 행하고 있다. 소정 시간 T2의 계시 후, 제어 회로(23)는, 판정 신호가 여전히 H 레벨인 경우(철 공진이 여전히 발생하고 있는 경우)에 스위치(24)를 온으로 전환한다. 판정 신호가 H 레벨로 되어 있는 기간(철 공진이 여전히 발생하고 있는 기간)에는, 제어 회로(23)는 타이머(29)를 이용한 이들의 동작을 반복한다. 그리고, 판정 신호가 L 레벨로 된 시점(철 공진이 충분히 수속된 시점)에서, 스위치(24)는 오프로 전환된다.

요컨대, 철 공진이 발생하고 있는 기간(판정 신호가 H 레벨로 되어 있는 기간)에서는, 제어 회로(23)에 의한 제어로 스위치(24)의 온과 오프가 교호로 반복되어, 공진 억제 소자(25)가 단속적으로 기능하도록 제어하고 있다. 이와 같이 제어함으로써, 공진 억제 소자(25)에 의한 철 공진의 억제를 도모하면서도, 그 소자(25) 자신의 과도한 온도 상승의 억제가 도모된다. 바꿔 말하면, 스위치(24)를 온·오프시키는 소정 시간 T1, T2는, 공진 억제 소자(25)에 의한 철 공진의 억제와 자신의 온도 상승 억제의 양립을 고려한 적합한 시간으로 설정되어 있다. 또한, 스위치(24)가 온하고 나서의 소정 시간 T1과, 오프하고 나서의 소정 시간 T2를 동일한 시간, 혹은 상이한 시간 중 어느 것으로 설정해도 된다.

다음에, 본 실시 형태의 특징적인 효과를 기재한다.

(1) 변압기 본체(12)의 2차측에 있어서 공진 억제 소자(25)에 직렬로 접속되는 스위치(24)의 온과 오프를, 공진 검출 회로(22)에 의한 철 공진의 검출 기간 중, 교호로 전환하여, 공진 억제 소자(25)를 단속적으로 기능시키도록 하였다. 이에 의해, 공진 억제 소자(25)의 접속에 의해 계기용 변압기(11)(변압기 본체(12))에서 발생하는 철 공진이 억제되면서, 그 접속이 단속적으로 행해지므로, 철 공진 억제 시의 소자(25) 자신의 발열을 경감할 수 있으며, 공진 억제 소자(25)의 과도한 온도 상승을 억제, 즉 파손(소손) 억제로 이어진다.

(2) 제어 회로(23)는, 타이머(29)의 소정 시간 T1, T2의 계시에 의거하여 스위치(24)의 온·오프를 전환한다. 이 구성에서는, 철 공진의 억제와 공진 억제 소자(25)의 파손 억제를 양립하여 도모하는 철 공진 억제 회로(21)를 간이한 구성으로 실현할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 형태는, 이하와 같이 변경해도 된다.

· 상기 실시 형태에서는, 판정 신호가 L 레벨로 된 시점(철 공진이 충분히 수속된 시점)에서 스위치(24)를 오프로 전환하였지만, 이 때 여전히 소정 시간 T1을 계시하고 있을 때에는 철 공진이 수속되었다고 해도 스위치(24)를 온 상태(공진 억제 소자(25)의 기능 발휘)로 유지하고, 계시 후에 오프시켜도 된다.

· 상기 실시 형태에서는, 타이머(29)의 계시에 의거하여 스위치(24)의 온과 오프의 전환을 행하였지만, 예를 들면 철 공진의 정도에 따라 적합한 스위치(24)의 온·오프 시간을 그때그때 설정하고, 이것에 의거하여 스위치(24)의 온과 오프를 전환하도록 해도 된다.

· 상기 실시 형태의 철 공진 억제 회로(21)의 구성은 일례이며, 회로(21)의 구성을 적절히 변경해도 된다.

· 상기 실시 형태에서는, 철 공진 억제 회로(21)를 변압기 본체(12)와 별도로 조립하여 회로(21)를 변압기 본체(12), 즉 기존의 계기용 변압기에 차후 부착 가능하게 구성하였지만, 철 공진 억제 회로(21)를 변압기 본체(12)에 일체로 장착하는 양태여도 된다.

· 상기 실시 형태에서는, 본 발명을 계기용 변압기(11)에 적용하였지만, 그 밖의 계기용 변성기, 예를 들면 계기용 변압 변류기에 적용해도 된다.

· 상기 실시 형태에서는, 본 발명을 전력 계통의 주전로(10) 상에 설치하는 계기용 변압기(11)에 적용하였지만, 전력 계통 이외의 전로 상에 설치하는 것에 적용해도 된다.

10 : 주전로
11 : 계기용 변압기(계기용 변성기)
12 : 변압기 본체(계기용 변성기 본체, 변성기 본체)
21 : 철 공진 억제 회로
22 : 공진 검출 회로(공진 검출 수단)
23 : 제어 회로(제어 수단)
24 : 스위치
25 : 공진 억제 소자
29 : 타이머(계시 수단)

Claims (3)

1. 주전로(主電路) 상에 설치되는 계기용 변성기 본체와, 상기 변성기 본체의 2차측에 스위치를 통해 접속되며 그 변성기 본체에서 발생하는 철 공진을 억제하는 공진 억제 소자와, 상기 변성기 본체에서 발생하는 철 공진을 검출하는 공진 검출 수단과, 그 검출 수단에 의한 철 공진의 검출에 의거하여 상기 공진 억제 소자를 기능시키기 위해 상기 스위치를 제어하는 제어 수단을 구비하는 계기용 변성기로서,
   상기 제어 수단은, 상기 공진 검출 수단에 의한 철 공진의 검출 기간 중, 상기 스위치의 온과 오프를 교호로 전환하여, 상기 공진 억제 소자를 단속적으로 기능시키도록 한 것을 특징으로 하는 계기용 변성기.
2. 청구항 1에 있어서,
   소정 시간을 계시하는 계시 수단을 구비하며,
   상기 제어 수단은, 상기 계시 수단의 소정 시간의 계시에 의거하여 상기 스위치의 온·오프를 전환하도록 한 것을 특징으로 하는 계기용 변성기.
3. 주전로 상에 설치한 계기용 변성기 본체에서 발생하는 철 공진을 억제하는 철 공진 억제 회로로서,
   상기 변성기 본체의 2차측에 스위치를 통해 접속되며 그 변성기 본체에서 발생하는 철 공진을 억제하는 공진 억제 소자와, 상기 변성기 본체에서 발생하는 철 공진을 검출하는 공진 검출 수단과, 그 검출 수단에 의한 철 공진의 검출에 의거하여 상기 공진 억제 소자를 기능시키기 위해 상기 스위치를 제어하는 제어 수단을 구비하며,
   상기 제어 수단은, 상기 공진 검출 수단에 의한 철 공진의 검출 기간 중, 상기 스위치의 온과 오프를 교호로 전환하여, 상기 공진 억제 소자를 단속적으로 기능시키도록 한 것을 특징으로 하는 철 공진 억제 회로.

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