KR20140102277A - 하이브리드 기계적 및 전기적 변압기 모니터 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따라, 하이브리드 기계적 및 전기적 변압기 온도 모니터가 제시되어 있다. 기계적 감지 메커니즘은 기계적 스위치, 로컬 디스플레이 및 모니터의 전기측으로의 감지 입력을 구동시킨다. 온도 모니터의 전기 부분은 (추가 전류 센서를 지닌) 권선 온도를 계산하고, 데이터 로깅을 하고, 전기 스위치들을 작동시킬 수 있고, 권선 온도에 대한 로컬 디스플레이를 갖는다.

Description

하이브리드 기계적 및 전기적 변압기 모니터{HYBRID MECHANICAL AND ELECTRICAL TRANSFORMER MONITOR}

본 발명은 변압기 내의 오일 및 권선 온도를 측정하기 위한 장치, 특히, 오일 온도를 측정하기 위한 기계적 수단 및 권선 온도를 측정하기 위한 전기적 수단을 이용하는 것에 관한 것이다.

전력 변압기는 전기 전력 그리드의 필수적이고 고가인 부분이다. 변압기들이 고가의 자산이기 때문에, 변압기들의 서비스 수명을 최대화하도록 이용하는 것이 가장 유익하고, 이를 수행하는 하나의 방법은 변압기들의 온도를 모니터링하고 제어하는 것이다. 변압기 절연 재료는 시간과 온도에 따라 아레니우스(Arrhenius) 반응 이론의 적용에 따른 속도로 악화되기 때문에, 변압기의 오일 및 권선 온도를 측정하는 것은 1) 냉각 속도를 제어하고, 2) 변압기에 부하를 거는 방법에 대한 지침을 주고, 3) 변압기의 소모 수명을 계산하는데 이용될 수 있다.

역사적으로 기계적 게이지들은 부르동 관, 벨로즈 또는 바이-메탈을 이용하여 변압기 오일 온도를 측정하고, 가열된 웰 또는 엘리먼트를 추가함으로써 오일 온도에 대한 권선 온도를 계산했다. 전기적 게이지들은 RTD(Resistance Temperature Detector) 또는 써모커플(thermocouple)을 이용하여 변압기 오일 온도를 측정하고, 부하 전류를 측정함으로써 권선 온도를 계산했다. 기계적 오일 모니터의 주된 장점은 동작하는데 전기가 필요하지 않다는 것이다. 그것은 변압기 내의 오일로부터 발생된 열만을 이용하여 냉각 또는 알람 스위치를 동작시킬 수 있다. 그것은 또한 산업에서의 오랜 역사를 갖고 있으며, 가장 단순하고 가장 많은 수의 운용/보수 인력에 가장 친숙한 기구이다. 전기적 모니터의 장점은 교정의 용이성, 프로그램 가능성, 디지털 프로토콜, 데이터 로깅(logging), 계산 능력, 권선 온도 측정, 및 유연성을 포함한다. 우리는 기계적 및 전기적 미터링 시스템을 하나의 하이브리드 디바이스로 결합하여 그에 따라 양자의 특징을 최대화하고 이들의 한계를 최소화하는 것을 제안한다. 기계적 엘리먼트가 오일 온도를 측정하게 하고 기계적 스위치들을 제어함으로써, 하이브리드 모니터는 전기 전력의 상실에도 계속해서 기능 할 수 있다. 하이브리드 모니터의 전기 부분은 디지털 프로토콜, 데이터 로깅, 권선 온도 측정, 교정의 용이성 등과 같은 전자 디바이스에 따라오는 모든 특징 및 장점을 제공할 수 있지만 이에 국한되지는 않을 것이다.

전력 산업에서, 부르동 관 또는 바이-메탈을 이용하여 오일 온도를 측정하는 기계적 모니터/제어기들이 있다. 권선 온도는 가열된 웰 또는 엘리먼트가 기계적 모니터/제어기의 오일 감지 엘리먼트의 온도를 상승시키는 것을 이용하여 시뮬레이션 된다.

전기적 게이지는 RTD 또는 써모커플을 이용하여 변압기 오일 온도를 측정한다. 권선 온도는 부하 전류를 이용하여 시뮬레이션 되어 오일 온도에 추가되거나 또는 광섬유 프로브를 직접적으로 이용하여 측정된다.

기계적 게이지는 로컬 알람 또는 냉각 제어를 위해 스위치들을 동작시킬 수만 있는 매우 제한된 기능을 갖는다.

전기적 게이지는 공급 전력의 상실이라는 고유의 문제를 갖는다. 임의의 공급 전력의 상실은 기능의 완전한 상실을 의미한다. 배터리 또는 다른 회로로 전기적 게이지를 백업할 수 있지만, 이는 제조 비용 및 복잡성을 증가시킨다. 기계적 스위치 및 전기적 스위치를 작동시키기 위한 오일 온도 입력을 제공하는 기계적 센서를 구비한 변압기 모니터를 제공하는 것이 유익할 것이다.

또한, 전기 전력의 상실에도 기능하는 변압기 모니터를 제공하는 것이 유익할 것이다.

또한, 기계적 및 전기적으로 오일 온도를 측정하기 위해 변압기 모니터에 리던던시(redundancy)를 갖추는 것이 유익할 것이다.

또한, 권선 온도를 측정할 수 있는 변압기 모니터를 제공하는 것이 유익할 것이다.

또한, 오일 온도 및 권선 온도 양자에 대한 로컬 디스플레이를 갖춘 변압기 온도 모니터를 제공하는 것이 유익할 것이다.

또한, 데이터 로깅, 권선 시뮬레이션, 손실 수명 계산 등과 같은 확장된 기능을 갖춘 변압기 온도 모니터를 제공하는 것이 유익할 것이다.

간략히 기술된 본 발명의 일 양태에 따라, 변압기 내의 오일 및 권선 온도를 측정하기 위한 하이브리드 기계적 및 전기적 변압기 모니터는 오일 온도 입력을 기계적 변위로 전환하기 위한 기계적 변환기, 변위에 응답하여 하나 이상의 기계적 작동 접점을 제공하기 위해 기계적 변환기에 접속되어 있는 하나 이상의 전기기계적 스위치, 전자 회로에 대한 제어를 제공하기 위해 기계적 작동 접점들에 접속되어 있는 마이크로프로세서 기반 제어기, 하나 이상의 전기적 제어 작동 출력을 제공하기 위해 마이크로프로세서 기반 제어기에 접속되어 있는 적어도 하나의 릴레이, 오일 온도 측정 또는 기계적 수단을 제공하기 위해 기계적 변환기에 접속되어 있는 기계적 감지 입력, 권선 온도를 측정하기 위한 전기적 입력을 제공하기 위해 마이크로프로세서 기반 제어기에 접속되어 있는 전기적 온도 감지 입력, 오일 온도의 로컬 디스플레이를 제공하기 위해 기계적 변환 메커니즘에 접속되어 있는 기계적 디스플레이, 및 권선 온도의 로컬 디스플레이를 제공하기 위해 마이크로프로세서 기반 제어기에 접속되어 있는 전기적 디스플레이를 포함한다.

본 발명의 독창적 양태들이 첨부된 청구 범위에서 특히 제시되며, 본 발명의 다양한 실시예들은 첨부 도면들과 함께 취해진 이하의 상세한 기술을 참조함으로써 더 잘 이해될 수 있다.
도 1은 하이브리드 변압기 온도 모니터의 정면 상세도이다.
선명성 및 간결성의 목적을 위해, 유사한 엘리먼트 및 컴포넌트는 도면들에 걸쳐 동일한 지정 및 번호를 의미할 것이다.

도 1은 하이브리드 변압기 온도 모니터(10)의 블록도이다. 본 출원의 목적을 위해, 기계적 감지 입력(14)이라는 용어는 변압기 내의 유체 온도를 측정하고 온도 변화에 응답하여 기계적 변위를 생성하기 위한 임의의 기계적 수단을 지칭한다. 이들은 온도 변화에 응답하여 변위를 생성하는 바이메탈, 부르동 관 또는 벨로즈 감지 및 다른 엘리먼트를 포함하지만 이에 국한되지는 않을 것이다. 전기적 온도 감지 입력(15)은 변압기 내의 권선 온도를 측정하고 권선 온도에 대응하는 전기 신호를 생성하기 위한 수단을 지칭하며, 이는 전류 측정 디바이스 또는 광섬유 프로브를 포함하지만 이에 국한되지는 않을 것이다. 기계적 디스플레이(16)는 기계적 감지 입력에 응답하는 임의의 기계적 디스플레이를 지칭하고, 변위에 응답하여 이동하는 포인터를 갖춘 다이얼을 포함하지만 이에 국한되지는 않을 것이다. 전기적 디스플레이(17)는 전기적 온도 감지 입력에 의해 생성된 신호에 응답하는 임의의 전기적 디스플레이를 지칭하고, LCD, LED, 또는 네온 디스플레이를 포함하지만 이에 국한되지는 않을 것이다.

하이브리드 변압기 온도 모니터는 하나의 모니터 내의 2개의 모니터로서 동작한다. 모니터는 기계적 감지 입력(14)을 통해 오일 온도를 측정하고, 기계적 변환기(10)를 통해 기계적 디스플레이(16) 상에 오일 온도를 디스플레이한다. 기계적 감지 입력 및 기계적 변환기는 또한 알람을 발생하고 냉각을 제어하기 위한 전자-기계 스위치(11)를 제어 및 작동한다. 기계적 변환기 또는 감지 입력(14)에 결합된 기계-전기 트랜스듀서(transducer)(18)는 오일 온도에 대응하는 마이크로프로세서 기반 제어기(12)에 대응 전기 신호를 생성한다. 마이크로프로세서 기반 제어기(12)는 이 오일 온도 신호를 이용하여 권선 온도를 계산하고 디지털 프로토콜을 통해 권선 온도를 전기 신호로서 전송한다. 마이크로프로세서 기반 제어기(12)는 또한 온도 감지 디바이스로부터 전기 입력을 수신하여 권선 온도 계산에 사용하거나 또는 권선 온도를 직접 측정한다. 마이크로프로세서 기반 제어기(12)는 또한 오일 온도 및 권선 온도를 이용하여 냉각 제어 및/또는 알람 생성을 위한 또는 다른 기능을 위한 릴레이(13)를 제어하고 작동시킬 수 있다.

하이브리드 변압기 온도 모니터는 권선 및 오일 온도를 데이터 로깅하고, 변압기의 수명 소모를 계산하고, 변압기 부하를 계산하고, 냉각 장비 동작 및 디지털 프로토콜(예컨대, DNP 3.0, Modbus, IEC 60870, IEC 61850)을 수행할 수 있지만 이에 국한되지 않는다.

특정 동작 요건 및 환경에 맞게 변형된 다른 수정 및 변경이 통상의 기술자에게 명확할 것이기 때문에, 본 발명은 개시의 목적을 위해 선택된 예에 국한되어 고려되지 않으며, 본 발명의 진의 및 범위를 벗어나지 않는 모든 변경 및 수정을 커버한다.

따라서 특허증에 의해 보호되는 것이 바람직한 본 발명은 이하의 첨부된 청구 범위에 제시되어 있다. 특정 동작 요건 및 환경에 맞게 변형된 다른 수정 및 변경이 통상의 기술자에게 명확할 것이기 때문에, 본 발명은 개시의 목적을 위해 선택된 예에 국한되어 고려되지 않으며, 본 발명의 진의 및 범위를 벗어나지 않는 모든 변경 및 수정을 커버한다.

따라서 특허증에 의해 보호되는 것이 바람직한 본 발명은 이하의 첨부된 청구 범위에 제시되어 있다.

Claims (1)

1. 변압기 내의 오일 및 권선 온도를 측정하기 위한 하이브리드 기계적 및 전기적 변압기 모니터로서,
   오일 온도 입력을 기계적 변위로 전환하기 위한 기계적 변환기;
   상기 기계적 변위에 응답하여 하나 이상의 전기 출력을 제공하기 위해 상기 기계적 변환기에 접속되어 있는 하나 이상의 전자-기계 스위치;
   전자 회로를 제어하기 위해 상기 기계적 변환기에 접속되어 있는 마이크로프로세서 기반 제어기;
   상기 마이크로프로세서 기반 제어기에 접속되고 하나 이상의 전기 제어 작동 접점을 제공하기 위한 적어도 하나의 릴레이;
   상기 기계적 변환기에 접속되고 기계적 수단을 통해 오일 온도 측정치를 제공하기 위한 기계적 감지 입력;
   상기 마이크로프로세서 기반 제어기에 접속되고 권선 온도를 측정하기 위한 전기 입력을 상기 제어기에 제공하기 위한 전기 온도 센서;
   상기 기계적 변환기에 접속되어 있고 전기 신호를 오일 온도에 비례하여 상기 마이크로프로세서 기반 제어기에 제공하는 기계-전기 트랜스듀서(transducer);
   상기 기계적 변환기에 접속되어 있고 상기 변위에 응답하여 상기 오일 온도의 로컬 디스플레이를 제공하기 위한 기계적 디스플레이; 및
   상기 마이크로프로세서 기반 제어기에 접속되어 있고 상기 권선 온도의 로컬 디스플레이를 제공하기 위한 전기 디스플레이
   를 포함하는 하이브리드 기계적 및 전기적 변압기 모니터.