KR20160051368A - 전기로 변압기 시스템의 서지 흡수기 - Google Patents

전기로 변압기 시스템의 서지 흡수기 Download PDF

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Abstract

본 발명의 서지 흠수기는 대용량 전기로에 사용되는 전기로 변압기에서 발생하는 초단파 서지를 흡수하는 서지 흡수 회로를 이용하여 변압기의 미리 결정된 절연 내력을 초과하는 서지로부터 전기로 변압기 시스템을 보호할 수 있다.
본 발명의 서지 흡수기는 전기로 변압기 시스템의 서지 흡수기를 제공하며, 본 서지 흡수기는 변압기와 변압기에 직렬로 연결되어 변압기에 미리 결정된 용량 이상의 과전류가 흐르는 것을 차단하는 차단기를 구비한 3상 방식의 전기로 변압기 시스템에 있어서, 차단기와 변압기 사이의 연결점과 그라운드(ground) 사이에 연결되어, 차단기의 작동시 전기로 변압기에서 발생하는 서지(Surge)가 유입되는 경우 서지를 흡수하는 서지 흡수 회로를 포함하며, 서지 흡수 회로는 서지 흡수 저항(Surge Absorbing Resistor)에 직렬로 연결된 서지 흡수 콘덴서(Surge Absorbing Condenser)로 구성될 수 있다.

Description

전기로 변압기 시스템의 서지 흡수기{SURGE ABSORBER IN TRANSFORMER SYSTEM FOR ELECTRIC FURNACE}
본 발명은 100톤 이상의 대형 전기로 변압기에서 발생하는 서지로부터 변압기 및 변압기와 선로를 통해 연결된 기기들을 보호하기 위한 서지 흡수기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 서지 흡수 회로를 통해 초단파의 서지를 흡수하는 서지흡수기에 관한 것이다.
공업에서 사용하는 금속재료와 화학공업 원재료는 대부분이 전기로에서 제련하고 생산해 낸 것이다. 전기로에 필요한 전원은 전기로 변압기에서 공급한다. 전기로 변압기의 특징은 2차 전압은 낮지만 전류는 매우 큰 것이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 종래 전력 계통의 전원공급시스템은 송배전 선로로부터 인입된 고압의 교류를 강압하는 변압기 및 일반적인 낙뢰를 보호할 수 있는 서지 어레스터(surge arrester, 30)와 피뢰기(lightening arrester,40) 및 회로를 개폐하는 차단기(20,25)가 제공된다.
3상 4선식을 채택하고 있는 우리나라의 배전 계통의 특징상 단상부하와 3상부하가 혼합되어 중성선에는 불평형 전류가 흐르게 되고, 이러한 불평형 전류로 인한 과전류 및 지속되는 단락 상태에서 차단기가 작동하는 경우 변압기의 절연 내력을 초과하는 서지(surge)가 발생하게 된다.
이러한 서지는 초단파의 형태로서 각 3상의 위상이 동상의 값을 가지므로 단상전원 3개가 병렬로 연결된 것과 같이 중성선에 중첩되어 최대 3배의 초단파 서지가 흐르게 된다.
이와 같이 중성선에 과다한 초단파 서지가 흐르게 되어 변압기에 유입되면 전압이 상승하고 이로 인해 발생한 포화로 큰 전류가 변압기의 권선(코일)에 유기되어 권선이 소손되거나, 큰 열이 발생하여 변압기 몰드의 열화를 발생시키는 등 전기, 기계적으로 취약한 문제점이 있었다.
따라서, 도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 전력 계통 시스템에서는 서지 어레스터(30) 또는 피뢰기(40)만으로는 초단파 형태의 서지를 제거할 수 없어 전력 계통 시스템, 특히 100톤 이상의 전기로를 사용하는 대형 산업체의 운영이 중단되는 등의 문제가 발생하였다.
등록실용신안 20-0422624호
본 발명의 목적은 초단파의 서지가 발생하는 상황에서 초단파의 서지를 흡수하여 전기로 변압기 시스템을 보호할 수 있는 서지 흡수기를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명은 복수의 서지 보호 회로를 이용하여 복수의 상이한 주파수의 서지를 효율적으로 흡수할 수 있는 서지 흡수기를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 의하면 본 발명은 전기로 변압기 시스템의 서지 흡수기를 제공하며, 본 서지 흡수기는 변압기와 변압기에 직렬로 연결되어 변압기에 미리 결정된 용량 이상의 과전류가 흐르는 것을 차단하는 차단기를 구비한 3상 방식의전기로 변압기 시스템에 있어서, 차단기와 변압기 사이의 연결점과 그라운드(ground) 사이에 연결되어, 차단기의 작동시 전기로 변압기에서 발생하는 서지(Surge)가 유입되는 경우 서지를 흡수하는 서지 흡수 회로를 포함하며, 서지 흡수 회로는 서지 흡수 저항(Surge Absorbing Resistor)와 서지 흡수 콘덴서(Surge Absorbing Condenser)를 직렬로 연결되어 구성될 수 있다.
여기서, 서지 흡수 회로는 유입하는 서지를 그라운드로 흘려보냄으로서, 변압기의 미리 정해진 절연 내력을 초과하지 않도록 유지할 수 있다.
또한, 서지 흡수 회로는 서지 흡수 저항의 일 측면에 연결되고, 차단기와 전기로 변압기(100) 사이의 연결점에 연결되는 제 1단자 및 서지 흡수 콘덴서(320)의 측면에 연결되고, 그라운드에 연결되는 제 2단자를 더 포함할 수 있다.
여기서, 흡수되는 서지는 초단파(very high frequency, VHF)의 서지를 포함할 수 있다.
또한, 미리 정해진 중심 주파수에 해당하는 서지를 흡수하는 서지 어레스터(surge arrester)를 더 포함하는, 전기로 변압기 시스템의 서지 흡수기.
또한,차단기에 직렬로 연결되며, 3상 전기로 변압기 시스템에 흐르는 전류를 차단하는 보조 차단기를 더 포함할 수 있다.
또한, 차단기와 보조 차단기의 연결점과 그라운드에 연결되고, 연결점으로 들어오는 서지를 그라운드로 흘려보냄으로서 서지를 차단하는 피뢰기(lightening arrester)를 더 포함할 수 있다.
또한, 차단기에 추가적으로 직렬로 연결되는 변압기 및 차단기와 변압기의 연결점과 그라운드에 연결되고, 연결점에 흐르는 고조파를 제거하는 고조파 필터(harmonic filter)를 더 포함할 수 있다.
여기서 서지 흡수 저항은 90 내지 110 옴(Ω)사이의 용량을 가지며, 서지 흡수 콘덴서는 0.01 내지 0.60 마이크로패럿(μF)사이의 용량을 가질 수 있다.
또한, 서지 흡수 저항은 100옴이고, 서지 흡수 콘덴서는 0.1 마이크로 패럿일 수 있다.
나아가, 서지 흡수 회로와 상이한 다른 서지 흡수 회로를 더 포함하되, 서지 흡수 회로는 미리 결정된 제 1주파수에 대응하는 서지를 흡수하고, 다른 서지 흡수 회로는 제 1주파수와 상이한 제 2주파수에 대응하는 서지를 흡수하도록 결정될 수 있다.
또한, 전기로 변압기로부터 서지 흡수 회로까지의 거리는 서지 흡수 회로로부터 차단기까지의 거리보다 더 짧을 수 있다.
상술한 구성의 본 발명의 서지 흡수기로 인하여 초단파 형태의 서지를 흡수하여 변압기의 절연 내력을 초과하는 서지로부터 변압기 시스템을 보호할 수 있는 이점이 있다.
도 1은 종래기술에 따른 전기로 변압기 시스템의 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 서지 흡수 회로가 포함된 전기로 변압기 시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 서지 흡수 저항(Surge Absorbing Resistor)의 구조를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 서지 흡수 콘덴서(Surge Absorbing Condenser)의 구조를 개략적으로 나타낸 도면이다,
도 5는 도 4의 서지 흡수 콘덴서의 우측면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기로 변압기 시스템을 서지로부터 보호하기 위한 기타 구성들을 추가한 것을 나타낸 도면이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예들을 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
본 발명의 다양한 양상들이 아래에서 설명된다. 여기에서 제시되는 발명들은 폭넓은 다양한 형태들로 구현될 수 있으며 여기에서 제시되는 임의의 특정한 구조, 기능 또는 이들 모두는 단지 예시적이라는 것을 이해하도록 한다. 여기에서 제시되는 발명들에 기반하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 여기에서 제시되는 하나의 양상이 임의의 다른 양상들과 독립적으로 구현될 수 있으며 둘 이상의 이러한 양상들이 다양한 방식들로 결합될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 예를 들어, 여기에서 설명되는 임의의 수의 양상들을 이용하여 장치가 구현될 수 있거나 또는 방법이 실시될 수 있다. 또한, 여기에서 설명되는 하나 이상의 양상들에 더하여 또는 이들 양상들이 아닌 다른 구조, 기능 또는 구조 및 기능을 이용하여 이러한 장치가 구현될 수 있거나 또는 이러한 방법이 실시될 수 있다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 서지 흡수 회로(300)가 포함된 전기로 변압기(100) 시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명은 전기로 변압기(100)와 차단기(200)가 포함되는 전기로 변압기(100) 시스템에 포함될 수 있다.
대량의 전력을 발전, 송전, 배전 및 사용하는 것은 3상 회로로써 수행될 수 있다. 3상 시스템의 기본 구조는 복수의 변압기들과 송전 선로들에 의하여 여러 부하와 연결된 전압원들로 구성될 수 있다. 경제적인 이유상 3상 시스템들은 대개 평형 상태에서 동작되도록 설계될 수 있으나, 실제적으로 비평형 3상 회로를 사용하므로, 콘덴서를 무효 전력의 전원으로서 고려하여 전력 시스템의 전압 수준을 일정하게 유지하기 위하여 부하와의 배치를 통해 전략적으로 회로를 설계할 수 있다.
전기로(Electric furnace)는 전열을 이용하여 가열하는 노를 의미하는 것으로써 금속 정제에 널리 사용되고 있다. 발열방식에 따라 분류하면 저항로ㆍ아크로ㆍ유도로로 나누어진다. 중간 및 고주파로의 전원은 10㎑까지는 고주파 발전기에 의하고, 주파수가 그 이상인 것은 불꽃 발진기ㆍ진공관 발진기 등에 의한다. 발전기인 경우의 용량은 수 ㎾에서 큰 것은 2,000㎾급의 것도 있다.
본 발명은 100톤 이상의 대형 전기로에 주로 사용되는 전기로 변압기 시스템에 대하여 주요한 구성부분으로서 구비될 수 있다.
전기로 변압기(100)는 전기로에 사용되는 변압기로서, 전자유도 작용에 의하여 한쪽의 권선에 공급한 교류전기를 다른 쪽의 권선에 동일한 주파수의 교류 전기로 전압을 변환하는 정지형 기기이며, 변전소에 설치되는 변압기는 전압이 높고 대용량이므로 전력용 변압기라 부르며 적어도 2개 이상의 권선과 한 개의 공통된 자기회로를 이루는 철심 및 절연유 등으로 구성될 수 있다.
본 명세서에서 설명하는 변압기는 50메가 볼트 암페어(MEGA BOLT -AMPERE, 이하 MVA)이상의 피상전력을 요구하는 대형 변압기를 포함할 수 있다. 보다 상세하게는 본 발명의 일 실시예에 따르면 55MVA 사양의 변압기를 포함할 수 있다.
차단기(200)는 변압기에 직렬로 연결되어 변압기에 미리 결정된 용량 이상의 과전류가 흐르는 것을 차단할 수 있다. 차단기(200)는 전력 개폐장치의 일종으로서 정상 상태의 전선로 이외에 이상 상태, 특히 단락이나 지락상태의 전선로를 개폐할 수 있는 장치를 말한다. 차단기(200) 내부의 절연물의 종류에 따라 유입차단기 ·자기차단기 ·공기차단기 ·SF6 가스차단기 ·진공차단기 등으로 분류될 수 있다.
여기서, 차단기(200)는 변압기에 연결된 선로와 전기적으로 연결될 수 있다. 연결되는 방식은 볼트 체결 방식을 포함할 수 있다.
또한, 차단기(200)는 3상 구조를 갖는 차단기를 포함할 수 있다.
서지 흡수 회로(300)는 차단기(200)와 변압기 사이의 연결점과 그라운드(ground) 사이에 연결되어, 차단기의 작동시 전기로 변압기(100)에서 발생하는 서지(Surge)가 유입되는 경우 서지를 흡수할 수 있다.
이러한 서지 흡수 회로(300)는 서지 흡수 저항(Surge Absorbing Resistor, 310)와 서지 흡수 콘덴서(Surge Absorbing Condenser, 320)를 직렬로 연결되어 구성될 수 있다.
여기서, 서지 흡수 회로(300)는 연결점을 통과 또는 연결점을 통해 유입하는 서지를 그라운드로 흘려보냄으로써, 변압기의 미리 정해진 절연 내력을 초과하지 않도록 유지할 수 있다. 즉, 차단기(200)의 작동시 발생하는 초단파 형태의 서지가 서지 흡수 회로(300)를 통해 그라운드로 유출됨으로써 선로에는 서지가 제거된 전류 또는 접압이 형성될 수 있다.
절연 내력이란 절연 파괴 전압을 절연 재료의 두께로 나눈 값을 말하며, 단위는 일반적으로 [kV/mm]을 이용한다. 또한, 절연체에 가하는 전압을 순차적으로 높여 어느 전압에 도달하게 되면 갑자기 큰 전류가 흐르는 상태가 되고, 이것을 절연 파괴라고 하며 이 때의 전압을 절연 파괴 전압이라 한다.
또한, 서지 흡수 회로(300)는, 서지 흡수 저항(310)의 일 측면에 연결되고, 차단기(200)와 전기로 변압기(100) 사이의 연결점에 연결되는 제 1단자 및 서지 흡수 콘덴서(320)의 측면에 연결되고, 그라운드에 연결되는 제 2단자를 더 포함할 수 있다.
다시 말하면, 서지 흠수 회로는 제 1단자, 서지 흡수 저항(310), 서지 흡수 콘덴서(320) 및 제 2단자의 순서로 직렬 연결될 수 있으며, 제 1단자는 전기로 변압기(100)와 차단기(200)의 연결점에 연결될 수 있으며, 제 2단자는 그라운드에 접지될 수 있다.
서지 흡수 저항(310)은 3상 시스템의 각 선로에서 발생되는 서지를 끌어들여 서지가 바이패스 되도록 할 수 있다.
서지 흡수 저항(310a, 310b, 310c)과 서지 흡수 콘덴서(320a, 320b, 320c)이 연결된 서지 흡수 회로(300)는 3상 시스템의 각 연결점(a1, a2, a3)에 연결될 수 있다. 이 때, 각 연결점(a1, a2, a3)에 제 1단자가 연결되며, 그라운드에 제 2단자가 연결될 수 있다.
또한, 서지 흡수 회로와 상이한 다른 서지 흡수 회로를 더 포함하되, 서지 흡수 회로는 미리 결정된 제 1주파수에 대응하는 서지를 흡수하고, 다른 서지 흡수 회로는 제 1주파수와 상이한 제 2주파수에 대응하는 서지를 흡수하도록 결정될 수 있다.
즉, 복수개의 3상 서지 흡수 회로를 추가적으로 부가하는 경우, 주파수가 상이한 서지들은 대응되는 주파수가 상이한 서지 흡수 회로에 의하여 효율적으로 흡수될 수 있다. 이로 인해, 주로 흡수되어야 하는 서지 뿐 아니라, 상황에 따라 부가적으로 발생되는 서지가 흡수될 수 있으며, 결과적으로 전기로 변압기 및 연결기기들이 보호될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 서지 흡수 저항의 구조를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 서지 흡수 저항(310)은 상단부(311-a)의 상부면, 하단부(311-b)의 하부면에 스크류 탭(312) 및 4개의 홀(313)을 구비할 수 있다. 이때, 상단부(311-a) 및 하단부(311-b)는 중간부분에 비하여 측면으로 돌출되어 서지 흡수 저항(310)은 아령형태의 모양을 형성할 수 있으며, 상단부(311-a) 및 하단부(311-b)는 대략적으로 25mm의 두께를 가질 수 있다. 또한 상단부(311-a) 및 하단부(311-b)를 제외한 중간 부분의 길이는 대략적으로 700mm 정도의 길이를 가질 수 있으며, 이러한 수치는 당업자가 인용할 수 있는 범위내에서 변경가능할 수 있다. 또한 이러한 수치에 한정되는 것은 아니다.
또한 본 발명의 일 실시예에 따르면 서지 흡수 저항(310)은 약 90Ω(옴) 내지 100Ω 사이의 저항값을 가질 수 있다. 이러한 경우, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 본 발명의 서지 흡수 저항(310)은 약 100Ω의 저항을 갖으며 약 5% 내외의 오차를 가질 수 있다.또한, 이 경우 170W의 출력을 가질수 있으며, 임펄스 전압은 150KV, 회로 정격은
Figure pat00001
kV인 경우 10분을 1기준으로 18kJ의 서지를 흡수함을 확인할 수 있었다.
예를 들어, 본 발명의 실시를 위하여 서지 흡수 저항(310)을 103.6Ω, 101.8Ω, 103.6Ω, 102.7Ω, 101.5Ω 103.2Ω의 저항값을 가지는 서지 흡수 저항(310)을 이용하여 서지 흡수 회로(300)를 테스트 한 결과 오차 범위내에서 위와 같이 본 발명의 목적을 만족할 만한 수치를 얻을 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 서지 흡수 콘덴서의 구조를 개략적으로 나타낸 도면이다,
도 5는 도 4의 서지 흡수 콘덴서(320)의 우측면도이다.
본 발명의 일 실시예에 의해 서지 흡수 콘덴서(320)는 0.01 ㎌ 내지 0.6㎌ 사이의 커패시턴스 용량을 가질 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 서지 흡수 콘덴서(320)는 라인 단자(line terminal, 321), 네임플레이트(nameplate, 322a), 행거(hanger, 322b), 접지 단자(earthing terminal, 323,324)를 포함하여 구성될 수 있다.
라인 단자(321)는 신호를 받는 부속장치이다. 네임플레이트(322a)는 기계나 장치류에 대하여 그 제조자, 형식, 용량, 그밖에 중요한 제원을 기록한 금속판을 의미할 수 있다. 행거(322b)는 송·중계소 내에 급전선 따위를 고정시켜 주는 부속 장치이다. 접지 단자(323,324)는 기기의 어떤 부분을 접지하기 위하여 설치된 단자이다,
도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에서 사용되는 서지 흡수 콘덴서(320)의 사양에 대하여 알 수 있다. 이는 본 발명의 일 실시예에 따른 규격이며, 본 발명에서 설명하는 서지 흡수 콘덴서(320)를 한정하는 것은 아니다. 도 5에 도시된 라인 단자(321)의 수치의 단위는 ㎜이다.
본 발명의 일 실시예에 의하면 본 발명의 적합한 서지 흡수 회로(300)를 규정하기 위하여 아래의 표1과 같은 규격으로 테스트하였으며, 그 중 0.1㎌의 용량의 서지 흡수 컨덴서(정격
Figure pat00002
kV)인 경우 본 발명의 목적에 가장 적합함을 테스트를 통해 확인할 수 있었다.
정격
커패시턴스		 차원(dimension,㎜)
A B B1 C C1 C2 D E
0.1㎌ 390 130 110 850 400 310 360 80
0.3㎌ 390 225 185 935 485 395 360 110
0.5㎌ 545 230 185 935 485 395 515 110
여기서 차원값은 본 발명의 일 실시예에 의한 예시적인 값으로서 본 발명이 이에 구속되는 것은 아니다.
결과적으로 본 발명에서는 100Ω의 서지 흡수 저항(310), 0.1㎌의 서지 흡수 컨덴서가 사용되는 경우 초단파 서지를 가장 효율적으로 흡수할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 본 발명은 적어도 두 개 이상의 서지 흡수 회로(300)를 구비하여 실시될 수 있다. 이때, 각 서지 흡수 회로(300)는 각각 미리 설정된 영역의 주파수의 서지를 흡수하도록 설정될 수 있으며, 이러한 서지의 주파수는 서지 흡수 저항(310) 및 서지 흡수 컨덴서의 용량에 의해 결정될 수 있다.
예를 들어, 두 개 이상의 서지 흡수 회로(300)는 둘 이상의 3상 서지 흡수 회로가 동일한 노드에 서로 병렬로 연결된 형태로 구성될 수 있다.
예시적으로, 위의 테스트 값을 이용하면 6개의 서지 흡수 저항(310) 및 3개의 서지 흡수 컨덴서의 조합에 의하여 18개의 조합의 중심 주파수를 도출할 수 있다.
이러한 서지 흡수 회로(300)를 통해 서지 전류를 흡수함으로써 전기로 변압기(100), 차단기(200) 및 기타 연결된 기기에 발생되는 서지 전류/전압에 의한 피해를 사전에 예방할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면 서지 흡수 회로(300)는 전기로 변압기(100)로부터 서지 흡수 회로(300)까지의 거리는 서지 흡수 회로(300)로부터 차단기(200)까지의 거리보다 더 짧을 수 있다. 즉, 차단기(200)보다 전기로 변압기(100)에 가깝게 위치하는 경우 서지 흡수 효율이 높아져 서지에 의한 피해를 최소화할 수 있다.
이러한 경우, 서지 흡수 회로(300)는 전기로 변압기(100)에 부스 바(bus bar)로 연결될 수 있다. 이러한 연결 방식으로 인하여 종래의 서지 흡수 회로(300)를 일정 길이의 도선으로 연결하는 방식에서 발생되는 전선 이탈 및 쇼트 문제를 용이하게 해결할 수 있다,
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기로 변압기 시스템을 서지로부터 보호하기 위한 기타 구성들을 추가한 것을 나타낸 도면이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명은 추가적으로 보조 서지 어레스터(350), 보조 차단기(250), 피뢰기(400) 및 고조파 필터(500)를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 본 발명의 서지 흡수기는 미리 정해진 중심 주파수에 해당하는 서지를 흡수하는 보조 서지 어레스터(350)를 더 포함할 수 있다. 보조 서지 어레스터(350)는 순간의 낙뢰 서지, 배전선로의 지락, 선간 단락 등의 사고로 이상 서지 전압이 고가의 장비에 유입되면 순식간에 고가의 장비에 장애가 발생하거나 손상이 발생하게 된다. 이와 같은 서지로부터 선로, 기기, 건물, 인명 등을 보호하기 위하여 사용될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 보조 서지 어레스터(350)를 추가적으로 사용하여 서지 흡수 회로(300)에서 주로 흡수하는 초단파 서지 외의 서지를 제거하도록 할 수 있다.
또한, 차단기(200)에 직렬로 연결되며, 3상 전기로 변압기(100) 시스템에 흐르는 전류를 차단하는 보조 차단기(250)를 더 포함할 수 있다. 보조 차단기(250)는 직접적으로 본 발명에서 주로 다루어지는 전기로 변압기(100)에 직접적으로 연결된 것이 아닌, 차단기(200)와 다른 추가적인 변압기(100')-전기로 변압기(100)와상이한 사양을 갖을 수 있다- 사이에 설치될 수 있다. 보조 차단기(250)는 선로에 비이상적인 과전류가 생기는 경우 작동되어 회로를 개폐할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면 본 발명은 피뢰기(lightening arrester,400)를 더 포함할 수 있다. 피뢰기(400)는 차단기(200)와 보조 차단기(250)의 연결점과 그라운드에 연결되고, 연결점으로 들어오는 서지를 그라운드로 흘려보냄으로서 서지를 차단할 수 있다.
피뢰기(400)는 뇌격이나 개폐서지로 인한 과전압으로부터 주요한 설비들을 보호하는 장치이다. 종래에는 탄화규소(SiC)로 된 소자를 사용하는 피뢰기(400)가 주로 사용되었으나 최근에는 산화아연(ZnO) 소자를 사용하는 피뢰기(400)가 점차 널리 사용되고 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 본 발명은 고조파 필터(harmonic filter, 500)를 더 포함할 수 있으며, 고조파 필터(500)는 차단기(200)에 추가적으로 직렬로 연결되는 변압기(100') 및 차단기(200)와 변압기(100')의 연결점과 그라운드에 연결되고, 연결점에 흐르는 고조파를 제거할 수 있다.
고조파(Harmonics)란 기본 주파수의 2배, 3배, 4배와 같이 정수배에 해당하는 주파수를 말하며, 왜곡파 또는 왜형파라고 하며, 특히 여러 차수의 고주파 중에서 3, 6, 9 등과 같이 고주파 차수가 3의 배수에 해당하는 고주파성분을 영상고조파라고 한다.
고조파 필터(500)는 전기 장비에 많은 손실과 다양한 형태의 문제를 초래하는 과도한 고조파를 제거하기 위하여 설치될 수 있다. 고조파 필터(500)의 설치로 인하여 역률이 개선되어 전기요금이 절감될 수 있고, 고조파의 제거로 인하여 전력품질이 향상될 수 있으며, L-C 공진 현상에 의해 발생되는 다양한 문제점을 해결할 수 있다.
변압기에 의한 고조파는 변압기의 자화 특성(히스테리시스 현상)으로 변환전류의 위상차로 인한 여지 전류내 고조파가 함유되어있는 것을 말하며, 특히 제 3고조파가 주성분으로 포함될 수 있다.
전술한 본 발명의 설명은 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 기재된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의해서 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100 : 전기로 변압기
200 : 차단기
250 : 보조 차단기
300 : 서지 흡수 회로
310 : 서지 흡수 저항(Surge Absorbing Resistor)
320 : 서지 흡수 콘덴서(Surge Absorbing Condenser)
350 : 보조 서지 어레스터
400 : 피뢰기(lightening arrester)
500 : 고조파 필터(harmonic filter)

Claims (13)

  1. 변압기와 상기 변압기에 직렬로 연결되어 상기 변압기에 미리 결정된 용량 이상의 과전류가 흐르는 것을 차단하는 차단기를 구비한 3상 방식의 전기로 변압기 시스템에 있어서,
    상기 차단기와 상기 변압기 사이의 연결점과 그라운드(ground) 사이에 연결되어, 상기 차단기의 작동시 상기 전기로 변압기에서 발생하는 서지(Surge)가 유입되는 경우 상기 서지를 흡수하는 서지 흡수 회로를 포함하며,
    상기 서지 흡수 회로는,
    서지 흡수 저항(Surge Absorbing Resistor)에 직렬로 연결된 서지 흡수 콘덴서(Surge Absorbing Condenser)로 구성되는, 전기로 변압기 시스템의 서지 흡수기.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 서지 흡수 회로는,
    상기 서지를 그라운드로 흘려보냄으로써, 상기 변압기의 미리 정해진 절연 내력을 초과하지 않도록 유지하는, 전기로 변압기 시스템의 서지 흡수기.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 서지 흡수 회로는,
    상기 서지 흡수 저항의 일측면에 구비되고, 상기 연결점에 연결되는 제 1단자; 및
    상기 서지 흡수 콘덴서의 일측면에 구비되고, 상기 그라운드에 연결되는 제 2단자;
    를 더 포함하는, 전기로 변압기 시스템의 서지 흡수기.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 흡수되는 서지는,
    초단파(very high frequency, VHF)의 서지를 포함하는, 전기로 변압기 시스템의 서지 흡수기.
  5. 제 1항에 있어서,
    미리 정해진 주파수에 대응하는 서지를 흡수하는 서지 어레스터(surge arrester)를 더 포함하는, 전기로 변압기 시스템의 서지 흡수기.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 차단기에 직렬로 연결되며, 상기 3상 전기로 변압기 시스템에 흐르는 전류를 차단하는 보조 차단기;
    를 더 포함하는, 전기로 변압기 시스템의 서지 흡수기.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 차단기와 상기 보조 차단기의 연결점과 그라운드에 연결되고, 상기 연결점으로 들어오는 서지를 그라운드로 흘려보냄으로서 상기 서지를 차단하는 피뢰기(lightening arrester);
    를 더 포함하는, 전기로 변압기 시스템의 서지 흡수기.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 차단기에 추가적으로 직렬로 연결되는 변압기;및
    상기 차단기와 상기 변압기의 연결점과 그라운드에 연결되고, 상기 연결점에 흐르는 고조파를 제거하는 고조파 필터(harmonic filter);
    를 더 포함하는, 전기로 변압기 시스템의 서지 흡수기.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 서지 흡수 저항은 90 내지 110 Ω(옴)사이의 용량을 가지며,
    상기 서지 흡수 콘덴서는 0.01 내지 0.60㎌ (마이크로패럿)사이의 용량을 갖는, 전기로 변압기 시스템의 서지 흡수기.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 서지 흡수 저항은 100Ω이고, 상기 서지 흡수 콘덴서는 0.1㎌인, 전기로 변압기 시스템의 서지 흡수기.
  11. 제 1항에 있어서,
    상기 서지 흡수 회로와 상이한 다른 서지 흡수 회로를 더 포함하되,
    상기 서지 흡수 회로는 미리 결정된 제 1주파수에 대응하는 서지를 흡수하고, 상기 다른 서지 흡수 회로는 상기 제 1주파수와 상이한 제 2주파수에 대응하는 서지를 흡수하는, 전기로 변압기 시스템의 서지 흡수기.

  12. 제 1항에 있어서,
    상기 전기로 변압기로부터 상기 서지 흡수 회로까지의 거리는 상기 서지 흡수 회로로부터 상기 차단기까지의 거리보다 더 짧은, 전기로 변압기 시스템의 서지 흡수기.
  13. 제 1항에 있어서,
    상기 전기로 변압기와 상기 서지 흡수 회로는 부스 바(bus bar)로 연결되는, 전기로 변압기 시스템의 서지 흡수기.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3747100B1 (en) * 2018-01-30 2022-03-16 Hitachi Energy Switzerland AG Surge arrestor dimensioning in a dc power transmission system

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