KR20150008113A - 부하시 탭 절환기를 모니터링하는 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 공지의 "윈도우잉 기술(windowing technology)"에 따라 부하시 탭 절환기를 모니터링하는 방법에 관한 것이며, 동기화를 위해, 다이버터 스위치 상의 전류(I)를 연속적으로 검출하고, 실효값(Ieff)을 계산하며, 이 실효값을 미분한다. 미분된 값의 최대치 또는 최소치가 발생하는 해당 시점이 다이버터 스위치 리프의 순간(tLU)으로 평가되고, 동기화 임펄스를 발생한다.

Description

부하시 탭 절환기를 모니터링하는 방법{METHOD FOR MONITORING AN ON-LOAD TAP CHANGER}
본 발명은 탭부착 변압기(tapped transformer)의 탭들 간의 끊김없는 스위칭 오버를 제공하는 부하시 탭 절환기를 모니터링하는 방법에 관한 것이다.
탭 절환기는 탭부착 변압기의 상이한 권선 탭들 간의 끊김없는 스위칭 오버를 위해 여러 해 동안 전세계에 걸쳐 대규모로 사용되어 왔다. 본 발명의 분야에서의 이러한 종류의 탭부착 변압기는, 스위칭 오버될 탭부착 변압기의 각자의 권선 탭의 파워-프리 선택(power-free selection)을 위한 셀렉터와, 연결된 권선 탭으로부터 새로운 사전 선택된 권선 탭으로의 실제의 스위칭 오버를 위한 부하 전환 스위치(load changeover switch)를 포함한다. 부하 전환 스위치 리프(load changeover switch leap)로도 지칭되는 급격한 전환은 대개는 에너지 저장부(energy store)의 도움으로 수행되며, 에너지 저장부의 트리거링 시에, 스위치 샤프트가 신속하게 회전된다. 부하 전환 스위치는 이에 부가하여 일반적으로 스위치 컨택 및 저항 컨택을 포함한다. 그 경우에, 스위치 컨택은 부하 다이버터(load diverter)와 각자의 권선 탭의 직접 연결을 제공하며, 저항 컨택은 일시적인 연결, 즉 하나 이상의 스위치 오버 저항을 통한 브리징 오버(bridging over)를 제공한다.
이러한 방법은 본 발명의 청구항 1의 전제부를 이루고 있는 독일 특허 DE 197 44 465 C1으로부터 알려져 있다. 이러한 공지의 방법에서, 탭 절환기의 작동 동안 구동 모터의 토크가 검출되며, 이와 동시에 탭 절환기의 각자의 순간적 위치에 대한 위치 검출이 수행된다. 이에 후속하여, 시간이 지나서 규명된 토크 플로트(torque plot)의 값의 저장이 수행되며, 여기에서 이 토크 플로트는 전형적인 시간 범위로 분할되고, 각각의 시간 범위에서 타겟값과 실제값의 별도의 비교가 이루어진다.
그러므로, 공지의 방법에서는, 시간 경과에 따라 대응하는 토크의 연관이 이루어지고, 부하 전환 동안에 커버되는 회전 각도에 대응한다.
이에 후속하여, 부하 전환 프로세스에서의 특징적 상태가 도달되는 때의 특정한 정해진 순간(specific defined time instant)에 발생되는 동기화 펄스를 통한 동기화가 수행된다. 토크 플로트는 동기화의 도움으로 정규화되고, 후속하여 전환 시퀀스의 정해진 절환기-특정 부분(defined changer-specific part)에 대응하는 전형적인 시간 영역, 즉 모니터링 윈도우로 분할된다.
이에 후속하여, 개별 모니터링 윈도우의 토크값과 이전에 저장된 특징적 타겟값과의 비교가 수행된다. 토크 플로트를 개별 윈도우로 이와 같이 분할하는 것은 위에서 언급한 독일 특허 DE 197 44 465 C1에 이미 개시되어 있다. 개략적으로 설명한 공지의 방법에서, 그 자신의 역할이 부하 전환 스위치의 급작스런 이동을 트리거하는 에너지 저장부의 트리거 순간은 전술한 동기화 및 그에 따라 동기화 펄스의 생성에 이용되는 것이 바람직하다. 이 에너지 저장부의 트리거링 및 후속의 부하 전환 스위치 리프는, 탭 절환기의 각각의 작동에서, 전형적인 신속하게 경과하고 그에 따라 용이하게 검출 가능한 이벤트를 표현하며, 이 이벤트는 짧은 순간에 연관된다.
공지의 방법에서는, "윈도우 기술"을 통한 탭 절환기의 모니터링을 위해, 에너지 저장부의 트리거 순간 및 그에 따라 부하 전환 스위치 리프를 가능한 한 정확하게 결정하여 이로부터 전술한 동기화를 구할 수 있는 것이 필요하다. 탭 절환기 또는 연관된 모터 드라이브에서의 공지의 스위치 모니터링은 일반적으로 이러한 목적으로 작용한다. 그러나, 이 스위치 모니터링이 실패하면, 동기화가 더 이상 가능하지 않게 된다. 더욱이, 다수의 탭 절환기는 공급 시에 스위치 모니터링을 갖지 않는다.
그러나, 동기화의 부재는, 온도 불균일과, 모터 드라이브와 탭 절환기 간의 구동 트레인의, 회전 방향에 좌우되는, 상이한 브레이크어웨이 토크(breakaway torque)와, 기타 외부 영향으로 인해, 각자의 순간 또는 대응하는 윈도우와 관련된 잘못된 토크 계산이 발생할 수 있고, 그 결과 탭 절환기의 실제 장애가 없음에도 잘못된 또는 정당하지 않은 경고 리포트 또는 심지어는 모터 드라이브의 스위칭 오프가 발생하는 결과를 갖는다.
더욱이, 제한된 평가 윈도우에서의 미분된 토크(differentiated torque)를 통해 부하 전환 스위치 리프를 결정하는 방법이 독일 특허 공개 번호 DE 10 2010 033 195 B3에 개시되어 있다. 그 경우, 전환을 위한 검출된 토크 플로트가 미분되고, 이에 후속하여 미분된 토크 플로트의 최소치가 규명되며, 이러한 방식으로 결정되는 최소치의 순간이 부하 전환 스위치 리프의 순간인 것으로 판단되어, 동기화 펄스를 형성한다.
그러나, 이 방법은 여러 단점을 갖는다. 몇몇 탭 절환기에서, 부하 전환 스위치 리프로부터 모터 드라이브의 정지까지의 (너무 짧은) 시간 윈도우는 충분하지 않으며, 이로써 부하 전환 스위치 리프의 위치가 용이하게 검출될 수 없다. 이에 부가하여, 모터 드라이브의, 고조파(harmonic)를 강하게 받게 되는, 공급 전압이 잡음-내재 토크 플로트(noise-laden torque plot)를 야기하고, 이에 의해 토크 플로트의 미분의 잘못된 해석 및 그에 따라 부하 전환 스위치 리프의 다르게 결정된 위치가 제외되지 않는다는 것도 고려하여야 한다. 그 결과, 신뢰할 수 있는 동기화를 방해하는 상당한 정도의 스캐터(scatter)가 있게 된다.
본 발명의 목적은 간략하고 신뢰할 수 있는 방식으로 에너지 저장부의 트리거 순간 및 그에 따라 부하 전환 스위치 리프의 결정을 가능하게 하고, 이에 의해 신뢰할 수 있는 동기화를 허용하는 탭 절환기를 모니터링하는 방법을 제공하는 것이다.
이러한 목적은 청구항 1의 특징에 의한 탭 절환기를 모니터링하는 방법에 의해 달성된다. 종속 청구항은 본 발명의 특히 이로운 개발예에 관련된다.
본 발명의 전반적인 발상은, 동기화 펄스의 결정을 위해 부하 전환 동안 부하 전류, 즉 탭 절환기에서의 전류의 변화를 이용하는 것으로 이루어진다. 변압기의 2개의 인접한 권선 탭과의 짧은 전기 접촉 및 다음 권선 탭, 즉 다음 단계로의 후속의 완전한 스위칭 오버로 인해, 탭 절환기 전류는 부하 전환 이내에서 변화된다. 본 발명에 따라, 이러한 전류 변화는 변화되는 실효값 형성 및 그 실효값의 후속의 미분으로 재현된다. 이에 후속하여, 전류의 미분된 실효값의 최대값이 결정되며, 최대값, 즉 최대량의 발생의 순간이 부하 전환 스위치 리프의 순간 및 그에 따라 에너지 저장부의 트리거 순간에 연관되고, 동기화 펄스를 위한 동기화 순간으로서 이용되며, 이에 의해 탭 절환기의 스위칭 오버 동안, 이전에 정해진 특징적 이벤트, 즉 부하 전환 스위치 리프에 대한 모니터링 방법의 정규화(normalization)를 달성한다. 본 발명에 따라 부하 전환 스위치 리프가 동기화 순간으로서 정해지게 되는 결과로, 그 트리거 순간에 대한 정보를 이용하여, 후속하여 독일 특허 DE 197 46 574 C1에 상세하게 설명된 소위 윈도우 기술에 따른 개별 윈도의 위치를 결정하고, 그러므로 각각의 부하 전환 프로세스에서의 특정한 시퀀스로 연속하여 작동되는 프리셀렉터 또는 리버서(reverser), 파인 셀렉터 또는 부하 전환 스위치와 같은 탭 절환기의 개별 서브어셈블리가 기능한다는 것에 대한 결론을 끌어내는 것이 가능하다.
가능한 메인 중단을 보상하고 잘못된 동기화를 방지하기 위해서는, 미분된 실효값의 결정된 최대치의 전과 후의 전류를 추가로 고려하는 것이 특히 이롭다. 검출된 부하 전환의 전과 후의 전류가 차이가 없다면, 부하 전환이 발생하지 않으며, 오히려 이것은 메인 중단을 의미한다. 이 경우, 검출된 값이 폐기되고, 동기화를 위해 사용되지 않는다.
더욱이, 잘못된 검출을 방지하기 위해서는, 시간의 면에서 폭이 좁은 평가 윈도우에서만 전류를 모니터링하고, 탭 절환기가 올바르게 기능하는 경우에 부하 전환 스위치 리프가 예상되는 그 전류의 실효값에 대해 미분을 수행하면, 이로울 수 있다.
변압기가 온으로 스위치되는 때에는 전류에 대한 지속되는 기록으로부터 부하 전환을 결정하고, 전환이 있는 때에는 변화하는 전류로부터 직접 그리고 그에 따라 기계적 영향으로부터 무관하게 부하 전환을 결정할 수 있다는 점에서 본 발명은 특히 이롭다.
본 발명에 따른 탭 절환기를 모니터링하는 방법은 이하의 도면에 기초하여 일례로서 아래에서 더욱 상세하게 설명될 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 방법의 개략 흐름도를 도시한다.
도 2는 탭 절환기의 부하 전환이 발생할 때에 본 발명에 따른 방법에 따라 미분 후의 대응하는 플로트뿐만 아니라 전류의 전형적인 플로트를 보여주는 도면이다.
도 3은 도 1에 예시된 본 발명에 따른 방법의 이로운 개발예를 도시한다.
탭 절환기를 모니터링하는 방법에 대한 이하의 설명에서는, 근본적으로 에너지 저장부의 트리거 순간의 결정을 위한 본 발명에 따른 방법 단계가 상세하게 설명된다. 나머지 방법 단계도 실제로는 언급되지만, 이들은 본 출원인을 출원인으로 하는 독일 특허 공보 DE 197 46 574 C1, DE 197 44 465 C1, 및 DE 10 2010 033 195 B3에 이미 설명되어 있으므로 관련 분야의 전문가에게는 이미 알려져 있는 것으로 가정된다.
본 발명에 따른 방법은 도 1에 개략적으로 예시되어 있다. 탭 절환기의 작동, 즉 하나의 권선 탭으로부터 또 다른 인접한 탭으로의 전환 프로세스의 개시의 경우, 처음에는 탭 절환기의 부하 전환 스위치에서의 전류 I가 결정된다. 이러한 용도를 위한 다양한 수단이 종래 기술로 이용 가능하다.
다음에 발생하는 것은, 공지의 방식으로, 완전한 전환 프로세스 동안 시간 t가 지나서의 탭 절환기의 위치 검출, 즉 탭 절환기의 상대적 설정이다. 이것으로부터 프리셀렉터, 셀렉터 및 부하 전환 스위치와 같은 개별 서브어셈블리가 수행될 전체 스위치 시퀀스 내에 배치되는 순간적 위치를 구하는 것이 가능하다. 이 위치 검출은 연속적인 검출을 허용하는 리졸버(resolver)를 통해 수행되는 것이 특히 이롭다. 이에 부가하여, 탭 절환기에 속하는 구동 모터의 토크가 작동 동안 검출된다. 이 토크는 예컨대 탭 절환기에 연관된 구동 모터의 전류 및 전압의 실효값을 검출하여 이 실효값으로부터 그 자체가 공지되어 있는 방식으로 유효 전력을 결정함으로써 이 유효 전력으로부터 대응하는 토크를 계산한다면 특히 간략한 방식으로 결정될 수 있다. 이에 후속하여, 부하 전환 스위치에서의 전류 I의, 시간 t를 지나 결정되는, 값들의 저장이 수행된다.
더욱이, 본 발명에 따라, 부하 전환 스위치의 전류 I의 실효값(Ieff)의 형성이 후속하여 수행된다. 이것은 연속적으로 발생한다.
부하 전환 스위치에서의 전류의 실효값 Ieff는 그 후 미분되며, 이것은 dIeff/dt 으로 주어진다.
이에 후속하여, 다음으로, 미분된 플로트 dIeff/dt 의 최대치 또는 최소치를 찾아내고, 이것이 발생하는 대응하는 순간 t2이 지정된다. 이를 위한 토대는, 상승 또는 하강 전류 플로트가 부하 전환 스위치 리프와 관련이 있는지의 여부에 좌우되어, 미분된 플로트에서 최대치 또는 최소치가 발생한다는 것이다. 즉, 본 발명에 따라, 그 양의 (부호 무관(sign-free)) 최대치가 결정된다. 최대치 또는 최소치의 발생의 이 순간 t2는 부하 전환 스위치 리프의 순간 tLU, 즉 에너지 저장부의 트리거 순간으로서 정의된다. 그러므로, 모호하지 않은 동기화 순간이 결정된다. 그리고나서, 동기화가 착수된다.
이에 후속하여, 즉 성공적인 동기화 후에, 구동 모터의 토크 플로트를 전형적인 시간 범위, 즉 "윈도우"로 분할하는 것이 공지의 방식으로 수행된다. 그 경우, 각각의 윈도우는 각자 진행되는 스위칭 오버 시퀀스의 특징적인 부분에 대응한다. 이러한 윈도우는 예컨대 프리셀렉터, 파인 섹렉터(fine selector) 또는 부하 전환 스위치의 작동의 시간 기간을 포함할 수 있다. 각각의 윈도우는 그리고나서 2개의 각자의 특징적 순간에 의해 경계가 정해지며, 이것은 시간의 면에서의 윈도우의 시작과 끝을 형성한다: t0-t1, t1...tsyn-tn. 각각의 이들 윈도우는 이전에 저장된 특징적 타겟값과 비교된다. 선택적 비교 방법을 통해, 토크의 실제값과 타겟값의 편차 및 그에 따라 장애를 검출할 수 있을뿐만 아니라, 이에 의해, 발생한 장애를 그 장애를 야기한 특정한 서브어셈블리에 대해 지정할 수 있으며, 이에 의해 각각의 부하 전환에 계속하여 특정한 시퀀스로 작동되는 프리셀렉터 또는 리버서(reverser), 파인 셀렉터 또는 부하 전환 스위치와 같은 탭 절환기의 개별 어셈블리가 기능하는 것에 대해 결론을 내릴 수 있다.
도 2는 전환 동안의 대응하는 플로트를 개략적으로 예시하고 있다. 부하 전환 스위치에서의 각자의 전류 I 및 그 상한값 Ig가 나타내어져 있다. 이 전류 I는 처음에는 실효값 형성에 영향을 받으며, 각각의 결과의 실효값 Ieff가 두꺼운 라인으로 예시되어 있다. 순간 t1에서, 부하 전환 스위치 LU가 작동되며, 실제 부하 전환 프로세스가 시작된다. 특정한 시간 기간 후에, 권선 탭들 간의 실제의 전기적 스위칭 오버가 시작된다. 실효값의 미분 dleff/dt 이 전술한 바와 같이 수행된다. 부하 전환 동안 짧게 발생하는 최대치가 유사하게 두꺼운 라인으로 예시되어 있다.
이에 대한 배경은, 실제 부하 전환 동안에는, 탭 절환기에서의 전류 I 및 그러므로 그 실효값 Ieff가 부하 전환 스위치 컨택과 2개의 권선 탭, 즉 이전의 탭과 그쪽으로 스위칭 오버될 새로운 탭의 일시적인 전기 접촉에 의해 짧게 증가한다는 것이다. 이것은 저항 고속-동작 절환기(resistance fast-action changer)의 원리에 따른 모든 탭 절환기와 함께 종래 기술로 공지되어 있으며, 당업자에게는 널리 알려져 있는 것이다. 전술한 바와 같이, 탭 절환기가 기능함에 의해 이루어지는 이러한 일시적인 신속한 전류 증가는 미분된 값 dleff/dt 의 최대치를 야기한다.
예시된 최대치 dleff/dt 의 발생의 순간은 순간 t2에 연관되며, 본 발명에 따라 후속 동기화의 토대인 부하 전환 스위치 리프의 순간 tLU인 것으로 판단된다.
실제 부하 전환 이전의 전류의 실효값 Ieff1이 부하 전환 후의 전류의 실효값 Ieff2보다 높거나 또는 낮다는 것을 볼 수 있다. 더 높게 되는지 또는 더 낮게 되는지의 여부는 탭 절환기가 작동되는 방향, 즉 전압 증가가 발생하는지 아니면 전압 감소가 발생하는지의 여부에 좌우된다.
이 작용은 도 3에 예시되어 있는 본 발명에 따른 방법의 전개를 위해 유용하게 채용될 수 있다. 그 경우, 도 3에 도시된 부분 방법(sub-method)은 본 발명에 따른 방법 시퀀스의, 도 1에 "a"와 "b"로 표시된, 순간들 사이에 추가로 삽입된다. 순간 t2 이전의 전류의 실효값 Ieff1이 순간 t2 후의 전류의 실효값 Ieff2과 비교된다. 2개의 실효값 Ieff1과 Ieff2가 서로 큰 차이를 보인다면, 그것은 정확한 부하 전환의 표시이고, 결정된 순간 t2가 부하 전환 스위치 리프의 순간 tLU로서 추정되고, 동기화를 위해 이용된다. 2개의 실효값이 서로 큰 차이가 없다면, 부하 전환이 발생할 수 없는 것으로 추정된다. 이것은 가능한 메인 중단(mains disruption)을 제시할 수 있으며, 이러한 경우에서의 하위의 순간 t2가 신뢰할 수 없고 부하 전환의 순간을 표현하지 못하므로, 이러한 경우에는 동기화가 발생하지 않는다.
동등하게, 본 발명의 범위 내에서, 탭 절환기가 정확하게 기능하는 경우에, 부하 전환 스위치 리프가 예상되는 시간적(탭 절환기에 특정되는) 평가 윈도우에서만 전류 I의 모니터링을 착수할 수 있다.
그러므로, 부하 전환의 순간은, 변압기가 온으로 스위치되는 때에, 본 발명에 따라 전류 I의 연속적인 결정 및 후속의 실효값 형성 및 미분으로부터 매우 정밀하게 규명될 수 있으며, 더욱이 이것은 기계적 영향으로부터 독립적이다.
본 발명에 따른 방법의 추가의 장점은 핸드 크랭크 작동(hand-crank operation)의 경우에도, 즉 전기로 가동되는 모터 드라이브 없이도 이용할 수 있다는 것이다.

Claims (3)

  1. 탭 절환기의 작동 동안 구동 모터에서의 토크를 검출하고,
    이와 동시에 상기 탭 절환기의 각자의 순간적 위치에 대한 위치 검출을 수행하고,
    그 후, 시간이 지나서 규명된 토크의 값의 저장을 수행하고,
    동기화 펄스에 의한 동기화를 후속하여 수행하고,
    토크 플로트를 전형적인 시간 범위로 분할하고, 각각의 시간 범위에서 타겟값과 실제값의 별도의 비교가 착수되는, 탭 절환기를 모니터링하는 방법으로서,
    부하 전환 스위치에서 나타나는 전류 I를 연속적으로 결정하고,
    후속하여, 상기 부하 전환 스위치에서의 전류 I의 실효값 Ieff를 마찬가지로 연속적으로 결정하며,
    후속하여, 상기 부하 전환 스위치에서의 전류의 각자의 실효값 Ieff를 dIeff/dt 가 주어지는 방식으로 미분하며,
    후속하여, 미분된 플로트 dIeff/dt 의 양(amount)의 최대치를 결정하고, 이 최대치가 발생하는 대응하는 순간 t2를 지정하고,
    그 양의 최대치가 발생하는 순간 t2를 부하 전환 스위치 리프(load changeover switch leap)의 순간 tLU로서 판정하여, 이것을 동기화 펄스를 위한 동기화 순간으로서 이용하는,
    탭 절환기를 모니터링하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    미분된 플로트 dIeff/dt 의 최대치를 결정하고, 이 최대치가 발생하는 대응하는 순간 t2를 지정한 후에, 순간 t2 전의 전류의 실효값 Ieff1과 순간 t2 후의 전류의 실효값 Ieff2의 비교를 수행하며, t2를 부하 전환 스위치 리프의 순간 tLU인 것으로 추정하고, 2개의 실효값 Ieff1과 Ieff2가 서로 큰 차이를 보이는 경우에만 동기화를 제공하는, 탭 절환기를 모니터링하는 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 부하 전환 스위치 리프가 예상되는 시간적 평가 윈도우(time evaluation window)에서만 전류 I의 결정이 착수되며, 이 윈도우가 상기 탭 절환기에 특정되는, 탭 절환기를 모니터링하는 방법.
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