KR20140122278A - 온-부하 탭-절환 장치가 있는 변압기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 탭-절환 디바이스가 있는 변압기에 관련되는데, 여기에서 선택적으로 일차 또는 이차측이 탭-절환 디바이스를 이용하여 조절될 수 있고, 여기에서 조절되어야 하는 변압기의 측에서, 메인 권선 및 탭-절환 디바이스에 의하여 연결가능한 적어도 하나의 조절 권선이 제공된다. 본 발명에 따르면, 메인 권선은 두 개의 메인 권선부, 및 적어도 하나의 조절 권선으로 분할되고, 상기 조절 권선을 연결하는 탭-절환 디바이스(3)는 두 개의 메인 권선부(1, 2) 사이에 전기적으로 배치된다.

Description

온-부하 탭-절환 장치가 있는 변압기{TRANSFORMER WITH ON-LOAD TAP-CHANGING DEVICE}
본 발명은 변압기의 조절 권선의 부분들 사이의 무정전 스위칭을 위한 탭-절환 디바이스가 있는 변압기에 관련된다.
탭 변압기의 권선 탭들 사이의 무정전 스위칭을 위한 탭-절환 디바이스는 여러 해 동안 종래 기술로부터 공지되어 왔다. 조절될 상응하는 탭 변압기는 일차측에 또는 이차측에도 스텝형(stepped) 조절 권선을 포함한다. 조절될 변압기측 상의 권선은 모두 메인 권선인 하나의 고정된 부분 및 복수 개의 권선 탭을 보유한 실제 조절 권선으로 이루어진다. 이것은 예를 들면 2000 년의 "Axel Kraemer: On-Load Tap-Changers for Power Transformers"라는 공개본에서 상세하게 설명된다.
따라서 조절될 탭 변압기가 조절될 변압기측에 거기에 직렬로 연결되는 메인 권선 및 스텝형 조절 권선을 포함한다는 것이 당업계의 확립된 상태이다.
예전의 탭 디바이스가 조절 권선의 개개의 권선 탭들 사이의 스위칭을 위한 기계적 스위칭 컴포넌트를 포함했던 반면에, 진공 스위칭 컴포넌트들이 현재는 여러 해 동안 그 자리를 대체해 왔다. 더 최근에는, 이러한 권선 탭들 사이의 무정전 스위칭을 위한 반도체 스위칭 컴포넌트가 역시 제안되어 왔다. 이러한 반도체 스위칭 컴포넌트는 다수의 장점을 보유하며, 스위칭이 기계적 컴포넌트가 없이도 가능하다; 그러나 이들은 과전압에 대해 상대적으로 민감하다. 종래 기술에서, 이러한 반도체 스위칭 컴포넌트는 변압기를 테스트할 때 그리고 네트워크의 과도 상태의 예에서(예를 들어 SF6-/진공 전력 스위치를 스위칭할 때) 뇌 전압(lightning) 노출 하에서 고전압에 변함없이 노출된다.
본 발명의 목적은, 탭-절환 디바이스 내에서 사용되는 반도체 스위칭 컴포넌트의 전기적 스트레스가 최소화되는, 탭-절환 디바이스를 가지는 변압기를 특정하는 것이다.
이러한 과제는 제 1 항에 따르는 본 발명에 의하여 해결된다. 종속항들은 본 발명의 바람직한 개선예(refinements)에 관련된다.
본 발명은, 종래 기술에 따라서는 일원화된 피스인 메인 권선을 조절될 변압기측 상의 두 개의 동일한 권선부로 분할하고, 상기 권선부들 사이에 조절 권선을 그리고 그 위에 적합한 탭-절환 디바이스를 제공하는 일반적인 아이디어에 기초한다.
본 발명은 종래 기술에 비하여 여러 장점들을 제공한다. 시작하면서, 하프 메인 권선의 개별적인 임피던스가 업스트림으로 연결되기 때문에, 반도체 스위칭 컴포넌트를 뇌 전압 파의 풀 진폭에 노출시키는 것은 더 이상 가능하지 않다. 메인 권선의 준 업스트림 부분이 뇌 전압 파의 에너지의 일부를 흡수하면서, 스위칭 컴포넌트의 보호 회로도 역시 더 작은 치수로 제작될 수 있고, 따라서 공간 및 비용을 절약할 수 있다. 더욱이, 더 낮은 차단(blocking)/리버스 전압을 가진 반도체 스위칭 컴포넌트를 배치하는 것 역시 가능한데, 이것은 이들이 전력 주파수 내전압(withstand voltage)에 따른 것이 아니라 뇌 전압 스트레스에 주로 따라서 치수가 결정되어야 하기 때문이다.
분할된 메인 권선의 업스트림 부분이 동작하면서, 본 발명에 따르면, 전력선 상의 더 빠른 과도 상태에 대한 스로틀(throttle)로서, 이러한 경우의 반도체 스위칭 컴포넌트도 역시 풀 진폭 및 슬루 레이트(slew rate)에 노출되지 않는데, 이는 개개의 권선부가 스로틀이 연결된 업스트림의 감쇄 효과를 가지기 때문이다. 분할된 메인 권선에 대하여, 권선이 단락 회로의 경우에 힘 작용을 최소화하기 위하여 대칭적으로 설계된다면 특히 유리하다. 바람직하게는, 본 발명에 따른, 분할된 메인 권선의 두 개의 부분들의 생산은 개개의 층 내로 세그먼트화될 수 있다.
후속하는 설명에서, 본 발명은 도면을 사용하여 좀 더 상세하게 예시될 것이다. 도면은:
탭-절환 디바이스가 있는, 본 발명에 따른 변압기의 제 1 실시예;
본 발명의 다른 실시예;
도 2 에 따른 실시예에 대한 획득가능한 전압 레벨의 표; 및
본 발명의 제 3 실시예를 도시한다.
도 1 은 제 1 본 발명의 실시예에서의 변압기로서, 그것의 일차 및 이차측이 개략적으로 표시된 일점 쇄선에 의하여 서로로부터 분리되는 변압기를 도시한다. 조절될 일차측이 도면의 좌측에 도시된다. 본 발명에 따르면, 두 개의 동일한 메인 권선부(1, 2)로 이루어진 분할된 메인 권선이 제공된다. 그 사이에는 탭-절환 디바이스(3)가 배치되는데, 이것은 쇄선에 의하여 표시된다. 여기에 표현되는 가장 간단한 실례에서, 탭-절환 디바이스(3)는 조절 권선(4)을 포함하는데, 이것은 브릿지의 형태인 스위칭 컴포넌트(S)에 의하여 둘러싸인다. 예를 들면, 스위칭 컴포넌트(S)에 대하여 반-병렬 사이리스터 쌍, IGBT, 또는 유사한 반도체 스위칭 컴포넌트를 배치하는 것이 가능하다. 본 발명의 이러한 가장 간단한 실례에서, 조절 권선(4)은 연결되거나 단절된다. 또한 여기에서 변압기가 레귤레이터 또는 반도체 스위칭 컴포넌트의 고장의 경우에도 계속하여 작동될 수 있도록 보장하는, 소위 블랙 시작 스위치인 스위치(5)가 도시된다. 우측-손은 이차 권선(6)을 표시한다. 숫자 7 및 8 은 일차측에서의 전체 권선 구조의 시작 및 끝을 나타낸다.
도 2 는 본 발명의 개선된 실시예를 도시한다. 여기에서, 탭-절환 디바이스(3)는 조절 권선(W1, W1, W3)의 여러 부분들을 포함한다. 탭-절환 디바이스(3)는 이러한 실례에서 3 개의 개개의 모듈(M1, M2, M3)을 포함한다. 제 1 모듈(M1)은 제 1 부분 권선(W1) 및 그것의 양측 상에 두 개의 바이패스 경로를 포함하는데, 이것들 각각은 두 개의 반도체 스위칭 컴포넌트(S1.1 및 S1.2) 또는(S1.3 및 S1.4) 각각에 의하여 형성되는 직렬 연결을 포함한다. 두 개의 직렬 연결된 스위칭 컴포넌트들 사이에 센터 탭(M1.1 및 M1.2)이 각각 제공된다. 여기에서 그리고 후속하는 도면에서, 개개의 반도체 스위칭 컴포넌트들은 간단한 스위치로서 개략적으로만 도시된다. 실무에서, 이들은 병렬연결되는 사이리스터 쌍, IGBT 또는 다른 반도체 스위칭 컴포넌트를 포함한다. 이들은 또한 각각 복수 개의 이러한 개개의 반도체 스위칭 컴포넌트들의 직렬 연결 또는 병렬 연결을 포함할 수 있다. 센터 탭 중 하나(M1.2)는 메인 권선부(2)에 전기적으로 연결된다. 다른 센터 탭(M1.1)은 제 2 모듈(M2)의 센터 탭(M2.1)에 연결된다. 이러한 제 2 모듈(M2)은 동일하게 구성되고, 이들은 부분 권선(W2) 및 두 개의 반도체 스위칭 컴포넌트(S2.1 및 S2.2) 또는(S2.3 및 S2.4) 각각에 의하여 각각 형성되는 두 개의 직렬 연결을 더 포함한다. 다시 말하건대, 센터 탭(M2.1 및 M2.2)은 각각 두 개의 직렬 연결들 사이에 제공된다. 하나의 센터 탭(M2.1)의 제 1 모듈(M1)로의 연결은 위에서 이미 설명된 바 있다; 제 2 센터 탭(M2.2)은 제 3 모듈(M3)의 센터 탭(M3.2)에 순서대로 연결된다. 이러한 제 3 모듈(M3)은 다시 말하건대, 동일하게 구성된다. 이러한 제 3 모듈(M3)은 다시 말하건대, 동일하게 구성된다. 이것은 권선(W3) 및 반도체 스위칭 컴포넌트(S3.1 및 S3.2) 또는(S3.3 및 S3.4) 각각에 의하여 형성되는 두 개의 직렬 연결, 및 이들 사이에 위치되는 센터 탭(M3.1 및 M3.2)을 더 포함한다. 아직 언급되지 않은 제 3 의 그리고 이러한 실례에서, 마지막인 모듈(M3)의 센터 탭(M3.1 및 M3.2)은 메인 권선부(1)에 전기적으로 연결된다.
이러한 실례에서 여기에서 설명된 3 개의 모듈(M1...M3)은 개별적인 부분 권선(W1...W3)의 치수들에서만 상이하다. 제 2 모듈(M2) 내의 부분 권선(W2)은 여기에서 제 1 모듈(M1) 내의 부분 권선(W1)의 권선수의 세 배를 포함한다. 제 3 모듈(M3) 내의 부분 권선(W3)은 여기에서 제 1 모듈(M1) 내의 부분 권선(W1)의 권선수의 여섯 배를 포함한다.
도 3 은 도 2 에 도시된 바와 같은, 본 발명에 따르는 탭-절환 디바이스에 대한 연결의 표를 도시한다. 심볼 "0"은 대응하는 부분 권선이 스위치 온되지 않는다는 것, 즉 바이패스된다는 것을 의미한다. 심볼 "+"는 대응하는 부분 권선이 고-전압 권선(2)과 동일한 극성으로 연결된다는 것을 의미한다. 마지막으로, 심볼 "-"는 대응하는 부분 권선이 고-전압 권선(2)에 역방향으로 연결된다는 것을 의미한다. 연결의 표는 추가적인 부분 전압을 고-전압 권선(2)의 스텝 전압에 추가하는 것으로부터 초래되는 10 개의 전압 레벨을 도시한다. 동일한 방향 연결, 역방향 연결, 또는 개개의 권선부(W1...W3)의 바이패스에 대한 상이한 가능성으로부터 초래된다. 특정 전압 레벨을 여분으로(redundantly), 즉 다양한 스위칭 상태에 의하여 생성하는 것이 가능하다는 것을 알 수 있다. 스텝형 부분 전압을 고-전압 권선(2) 내의 전압으로부터 반대 방향으로 이에 상응하여 감산하는 것도 역시 가능하지만 이는 표에는 도시되지 않는다. 결과적으로, 이러한 실시예에 대해서는 21 개의 가능한 전압 레벨이 존재한다. 여기에서 N으로 지칭되는 중간 포지션에는 탭-절환 디바이스가 있다. 그러면 메인 권선부(1 및 2)는 서로 직접적으로 연결된다. 위에서 설명된 바와 같은 개개의 권선부(W1...W3)의 동일 방향 또는 역방향 연결 또는 바이패스는 반도체 스위칭 컴포넌트(S1.1...S3.4)의 상응하는 연결을 사용하여 영향받는다.
도 4 는 본 발명의 다른 실시예를 도시한다. 여기에서 예시된 탭-절환 디바이스(3)는 메인 권선부(1) 및 메인 권선부(2) 사이에 배치된다. 탭-절환 디바이스(3)는 두 개의 직렬 연결된 스위칭 어셈블리 그룹(A 및 B)을 보유한다. 그러면 제 1 스위칭 어셈블리 그룹(A)이 두 개의 브랜치(9 및 10)에 의하여 형성되는 병렬 연결을 보유한다. 제 1 브랜치(9)에서, 두 개의 반도체 스위칭 유닛(S1, S2)이 서로 직렬 연결되어 제공된다. 제 2 브랜치(10)에서, 두 개의 다른 반도체 스위칭 유닛(S3, S4)이 서로 직렬 연결되어 제공된다. 제 1 브랜치(9) 내의 두 개의 직렬 연결된 반도체 스위칭 유닛(S1, S2) 및 제 2 브랜치(10) 내의 두 개의 직렬 연결된 반도체 스위칭 유닛(S3, S4) 사이에는 조절 권선의 제 1 부분 권선(W1)이 배치된다.
제 2 스위칭 어셈블리 그룹(B)이 세 개의 브랜치(11, 12 및 13)에 의하여 형성되는 병렬 연결을 보유한다. 제 3 브랜치(11)에서는, 두 개의 반도체 스위칭 유닛(S5, S6)이 서로 직렬 연결되어 제공되고, 제 4 브랜치(12)에서는, 두 개의 반도체 스위칭 유닛(S7, S8)이 서로 직렬 연결되어 제공되며, 제 5 브랜치(13)에서는, 두 개의 반도체 스위칭 유닛(S9, S10)이 서로 직렬 연결되어 제공된다. 제 3 브랜치(11) 내의 두 개의 직렬 연결된 반도체 스위칭 유닛(S5, S6) 및 제 4 브랜치(12) 내의 두 개의 직렬 연결된 반도체 스위칭 유닛(S7, S8) 사이에는 조절 권선의 제 2 부분 권선(W2)이 배치되고, 제 4 브랜치(12) 내의 두 개의 직렬 연결된 반도체 스위칭 유닛(S7, S8) 및 제 5 브랜치(13) 내의 두 개의 직렬 연결된 반도체 스위칭 유닛(S9, S10) 사이에는 제 3 부분 권선(W3)이 배치된다. 이러한 실시예에서, 제 2 스위칭 어셈블리 그룹(B)은 메인 권선부(2)에 전기적으로 연결된다.
조절될 부분 권선의 거의 모든 변동된 개수 및 반도체 스위칭 컴포넌트를 사용하여 확립되는 매우 다양한 연결을 가지는 탭-절환 디바이스(3)의 많은 상이한 실시예들이 본 발명의 범위 내에서 가능하다. 모든 이러한 실시예에서 중요한 것은 오직, 적합한 스위칭 디바이스(3)가 본 발명에 따라서 분할되는 메인 권선의 두 개의 메인 권선부(1, 2) 사이에서 조절될 변압기측에 제공된다는 것 뿐이다.

Claims (4)

  1. 탭-절환 디바이스가 있는 변압기로서,
    - 상기 변압기는 일차 및 이차측을 포함하고;
    - 선택적으로 상기 일차 또는 이차측은 상기 탭-절환 디바이스를 사용하여 조절될 수 있으며;
    - 하나의 메인 권선 및 상기 탭-절환 디바이스에 의하여 연결가능한 적어도 하나의 조절 권선이 상기 변압기의 조절되어야 하는 측에 제공되고;
    - 상기 메인 권선은 두 개의 메인 권선부(1, 2)로 분할되고;
    - 상기 적어도 하나의 조절 권선(4; W1, W2, W3) 및 상기 조절 권선을 연결하는 상기 탭-절환 디바이스(3)는 전기적으로 두 개의 메인 권선부(1, 2) 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는, 탭-절환 디바이스가 있는 변압기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    - 상기 탭-절환 디바이스(3)는 두 개 이상의 모듈(M1, M2, M3, M4)을 포함하고;
    - 각각의 모듈(M1, M2, M3, M4)은 각각 조절 권선(4)의 하나의 부분 권선(W1, W2, W3, W4) 및 그것의 양측에 두 개의 바이패스 경로를 포함하며;
    - 각각의 바이패스 경로는 두 개의 반도체 스위칭 컴포넌트(S1.1, S1.2; S1.3, S1.4; S2.1, S2.2; S2.3, S2.4; S3.1, S3.2; S3.3, S3.4; S4.1, S4.2; S4.3, S4.4)의 하나의 직렬 연결을 각각 포함하고;
    - 하나의 센터 탭(M1.1, M1.2; M2.1, M2.2; M3.1, M3.2; M4.1, M4.2)이 각각의 바이패스 경로의 각각의 두 개의 직렬 연결된 스위칭 컴포넌트(S1.1, S1.2; S1.3, S1.4; S2.1, S2.2; S2.3, S2.4; S3.1, S3.2; S3.3, S3.4; S4.1, S4.2; S4.3, S4.4) 사이에 제공되며;
    - 상기 부분 권선(W1, W2, W3, W4)은 상이한 권선수를 보유하고;
    - 각각의 모듈(M1, M2, M3, M4)의 두 개의 센터 탭(M1.1; M2.1, M2.2; M3.1, M3.2; M4.2) 중 하나는 인접한 모듈의 센터 탭에 연결되며;
    - 제 1 모듈(M1)의 하나의 잔여 센터 탭(M1.2)은 하나의 메인 권선부(2)에 전기적으로 연결되고, 마지막 모듈(M3; M4)의 하나의 잔여 센터 탭(M3.1; M4.1)은 다른 메인 권선부(1)에 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는, 탭-절환 디바이스가 있는 변압기.
  3. 제 1 항에 있어서,
    - 상기 탭-절환 디바이스(3)는 두 개의 직렬 연결된 스위칭 어셈블리 그룹(A, B)을 포함하고;
    - 제 1 스위칭 어셈블리 그룹(A)은 차례대로 두 개의 브랜치(9, 10)에 의하여 형성되는 하나의 병렬 연결을 보유하며;
    - 두 개의 반도체 스위칭 유닛(S1, S2)이 제 1 브랜치(9)에서 서로 직렬로 연결되어 제공되고 두 개의 다른 반도체 스위칭 유닛(S3, S4)이 병렬 제 2 브랜치(10)에서 서로에 직렬로 연결되어 제공되며;
    - 상기 조절 권선의 제 1 부분 권선(W1)은 제 1 브랜치(9)의 두 개의 직렬 연결된 반도체 스위칭 유닛(S1, S2) 및 제 2 브랜치(10)의 두 개의 직렬 연결된 반도체 스위칭 유닛(S3, S4) 사이에서 배치되고;
    - 제 2 스위칭 어셈블리 그룹(B)은 3 개의 브랜치(11, 12, 13)에 의하여 형성된 병렬 연결을 보유하며;
    - 두 개의 반도체 스위칭 유닛(S5, S6)이 제 3 브랜치(11)에서 서로 직렬로 연결되어 제공되고, 두 개의 반도체 스위칭 유닛(S7, S8)이 제 4 브랜치(12)에서 서로 직렬로 연결되어 제공되며, 두 개의 반도체 스위칭 유닛(S9, S10)이 제 5 브랜치(13)에서 서로 직렬로 연결되어 제공되고;
    - 조절 권선의 제 2 부분 권선(W2)이 제 3 브랜치(11)의 두 개의 직렬 연결된 반도체 스위칭 유닛(S5, S6) 및 제 4 브랜치(12)의 두 개의 직렬 연결된 반도체 스위칭 유닛(S7, S8) 사이에 배치되고, 제 3 부분 권선(W3)이 제 4 브랜치(12)의 두 개의 직렬 연결된 반도체 스위칭 유닛(S7, S8) 및 제 5 브랜치(13)의 두 개의 직렬 연결된 반도체 스위칭 유닛(S9, S10) 사이에 배치되며;
    - 두 개의 스위칭 어셈블리 그룹(A 또는 B)의 각각의 하나는 두 개의 메인 권선부(1 또는 2) 중 하나에 각각 전기적으로 연결되는, 탭-절환 디바이스가 있는 변압기.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    - 상기 탭-절환 디바이스(3)를 바이패스할 수 있는 기계적 콘택(5)이, 직접적 전기적 연결이 요구되는 바에 따라 두 개의 메인 권선부(1, 2) 사이에서 확립될 수 있는 방식으로 추가적으로 제공되는, 탭-절환 디바이스가 있는 변압기.
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