KR20160145394A - 철공진 방지 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 철공진 방지 장치 및 방법에 관한 것이다. 이를 위한 본 발명의 철공진 방지 장치는 전압 변성기의 1차 권선측 리액터에 연결되는 분기형 리액터부; 1차 권선측 리액터에 연결된 모선의 전류값을 감지하는 센싱부; 및 전류값을 근거로 전압 변성기에서의 자속의 변화를 실시간으로 감지하고, 자속이 자기포화 변곡점에 도달할 시, 분기형 리액터부를 투입시키는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

철공진 방지 장치 및 방법{EQUIPMENT AND METHOD FOR PREVENTING FERRO-RESONANCE}
본 발명은 철공진 방지 장치 및 방법에 관한 것이고, 보다 상세하게 GIS(gas insulated switchgear)를 채용하고 있는 변전소 모선의 변압기와 기타 계기용 변압기 등의 PT(Potential Transform)와 전력용 변압기(MTr) 등을 포함하는 전압 변성기(Voltage Transformer)에서 발생하는 철공진을 방지하기 위한 장치 및 방법의 관한 것이다.
철공진은 정현파 교류전원이 인가된 회로에서 커패시터와 직렬로 연결되고, 포화 특성을 지닌 인덕턴스 사이에서 나타나는 비선형의 지속적인 진동 현상을 의미한다. 변전 설비에서 철공진이 발생하는 환경 조건은 다음과 같다.
50[kA]이상 차단기는 개폐시 과도 회복 전압(Transient Recovery Voltage)을 저감시키기 위해 극간에 일정한 정전용량을 갖는 커패시터(Grading Capacitor)의 취부와 함께, 모선으로부터의 전압을 센싱하기 위한 권선형 계기용 변압기를 모선에 설치한다. 또한, 모선과 대지간에는 GIS의 절연 간격에 의한 정전용량이 존재하고, 이때, TL측 차단기 또는 모선 타이(tie) 차단기의 개방 시, L, C 공진에 의한 PT 인덕턴스의 포화에 의해, 과전류가 발생하게 된다. 이러한 과전류에 의해, 계기용 변압기의 코일에 대한 소손과, 설비 고장, 그리고 정전이 유발될 수 있다.
최근, 과도 회복 전압 저감용 그레이딩(Grading) 커패시터를 제거한 차단기가 제작되고 있으나, 모선의 특성상 그레이딩 커패시터를 제거하더라도 철공진을 절대적으로 예방할 수 없다.
현재, 현장에 적용되고 있는 방식은 변전설비의 공진발생시, 전압 변성기가 비선형 포화특성에 가까워지고, 포화가 시작된 이후에, 전압 변성기 2차 권선 또는 3차 권선의 회로에 전압 변성기보다 적은 포화특성을 갖는 리액터와 저항을 직렬로 추가 설치하여 철손을 발생시켜 지속적인 포화를 억제하는 방식을 채택하고 있다.
여기서, 과포화 리액터는 저항 회로로 흐르는 전류를 흐르게 하거나 차단하는 스위칭 기능을 수행한다. 즉, 과포화 리액터는 포화시에 클로우즈(close) 되어, 저항부에 전류를 흐르게 하는 제동(Damping, 댐핑) 저항 방식을 이용하였다.
하지만, 상술한 제동 저항 방식은 과포화 리액터의 동작횟수가 많지 않은 초기 수년 내지 수회 발생기간 동안은 안전하게 동작할 수 있다. 그러나, 제동 기능을 통제하기 위한 목적으로 삽입된 과포화 리액터는 모선에서 공진환경에 가까워지거나 전압 변성기 1차 권선측의 자속 또는 전류가 증가할 경우, 1차 측의 리액터보다 선행하여 포화되고, 이에 따라 저항 소자의 전류흐름을 온/오프 하는 스위칭 역할을 하게 된다. 하지만, 이러한 포화횟수가 증가할수록 리액터의 고유특성 변화로 코일간 절연파괴를 유발하여 리액턴스 값이 감소하여 전류를 상시 도통시키는 쇼트 상태로 지속될 수 있으며 이때는 과포화 리액터의 전류 스위치 기능을 상실하게 되며, 댐핑 저항에 의한 손실 값이 증가하여 저항이 소손될 수 있다.
정상 운영시, 전압 변성기 2차 권선 측에서의 손실은 아래의 수학식 1과 같이 표현될 수 있다.
Figure pat00001
일반적으로, 전압 측정 장치의 부담 저항은 수 내지 수십 MΩ 이상이나, 1 MΩ이라고 가정하면, PT 2차 측에서의 손실은 P = 1102 / 1M = 12mW가 되어, 손실이 거의 없는 수준이다. 하지만, 댐핑 저항이 동작 시, 전압 변성기 2차 권선 측에서의 손실은 P = 1102 / 2 = 6.05kW가 된다.
댐핑 저항 동작 시, 3상 전원기준 손실(3P)은 18.15 kW가 되며, 과포화 리액터가 스위칭 차단 기능을 상실한 경우에는 적지 않은 전력손실을 발생시키게 된다. 과포화 리액터 및 저항을 적용한 방식의 운용은 전압 변성기 1차 권선 측의 모선부에서 완벽한 공진은 아니지만, 어느 정도 공진과 유사한 환경(X-c≒Xl)으로 접근한 이후에 동작하는 구조로 모선 공진을 근본적으로 예방하는 동작구조가 아니라는 단점이 있다.
또한, 과포화 리액터와 저항부의 완전 소손은 이후 1차 권선측 모선에서 발생하는 공진과 함께 포화현상을 더 이상 예방할 수 없게 된다. 위에서 언급한 같이 과포화 리액터 및 제동 저항이 제 기능을 상실한 경우에는 모선에서 공진이 발생한다. 즉, 전압 변성기의 소손과 오정보인 저주파(기본파의 1/2파형, 1/3 파형)가 생성되어 일부 UFR을 작동시키게 되고, 이에 따라 해당 선로의 정전을 유발 할 수 있다.
전압 변성기 2차 권선 또는 3차 권선측에 리액터의 포화 및 제동저항 동작 시에는 포화 시간 동안, 일시적으로 전압 변성기 부하측 전류값이 증가하여 어드미턴스값이 증가하는 부담의 증가를 유발한다. 이 경우, 측정 전압값이 정확도를 감소시켜 보호 계전 등 계통운영 전반에 악영향을 미치게 되는 문제점이 존재한다.
즉, 현재의 적용방식은 객관적으로 판단할 때 철공진 방지방식이 아니라 공진이 발생한 후 공진이 지속되는 것을 제거시켜 주는 역할만을 수행하며, 다수 또는 연속 동작 시에는 고유의 제거능력을 상실하게 된다.
이에 관련하여, 발명의 명칭이 "154 케이브이 개스절연 개폐장치의 변전소전위변성기 철공진 방지장치"인 한국등록특허 제0218514호가 존재한다.
본 발명은 철공진 발생 시에 발생하는 PT 소손을 원천적으로 차단하고, 제동저항을 투입한 기존의 과포화 리액터 대응방식이 공진환경에 대응할 때 PT 2차 권선측 전압 측정시 측정오차가 발생할 수 있는 가능성을 줄이고, 기존 철공진 대응방식인 과포화 리액터 활용 제동 저항 적용시, 제동저항의 동작회수가 증가함에 따라 과포화 리액터가 소손되어 차단 스위칭 기능을 상실할 때, PT 에서 발생하는 적지 않은 손실을 원천적으로 차단할 수 있는 철공진 방지 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 철공진 방지 장치는 전압 변성기의 1차 권선측 리액터에 연결되는 분기형 리액터부; 1차 권선측 리액터에 연결된 모선의 전류값을 감지하는 센싱부; 및 전류값을 근거로 전압 변성기에서의 자속의 변화를 실시간으로 감지하고, 자속이 자기포화 변곡점에 도달할 시, 분기형 리액터부를 투입시키는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 분기형 리액터부는 1차 권선측 리액터에 직렬로 연결되는 분기형 리액터; 및 분기형 리액터에 병렬로 연결되고, 제어부의 제어에 따라 오픈 또는 클로우즈되는 분기 제어용 스위치를 포함할 수 있다.
또한, 제어부는 자속이 자기포화 변곡점에 도달할 시, 분기 제어용 스위치를 오픈시켜 분기형 리액터가 모선 1차 권선측 회로에 투입되도록 제어할 수 있다.
또한, 본 발명의 철공진 방지 장치는 전압 변성기의 2차 권선측 전압값을 계산하는 전압 계산부를 더 포함하여 구성될 수 있고, 전압 계산부는 분기 제어용 스위치의 오픈 또는 클로우즈 상황에 따라 상이한 방식으로 2차 권선측 전압값을 계산할 수 있다.
또한, 전압 계산부는 분기 제어용 스위치가 클로우즈 상태일 때, 전압 변성기의 1차 권선측 전압에 전압 변성기의 2차측 권선 회선수를 전압 변성기의 1차측 권선 회선수로 나눈 값을 곱함으로써 2차 권선측 전압값을 계산할 수 있다.
또한, 전압 계산부는 분기 제어용 스위치가 오픈 상태일 때, 전압 변성기의 1차 권선측 전압에, 상기 1차 권선측 분기형 리액터의 권선 회선수, 전압 변성기의 1차측 권선 회선수 및 전압 변성기의 2차측 권선 회선수를 근거로 산출된 값을 곱함으로써, 2차 권선측 전압값을 계산할 수 있다.
또한, 분기형 리액터는 전압 변성기의 1차 권선측 리액터와 동일한 코어에 권선을 결선하는 이중 리액터 방식으로 구성될 수 있다.
또한, 분기형 리액터는 전압 변성기의 1차 권선 리액터와 동일한 코어를 사용하지 않고 1차 권선측 리액터의 2차 권선에서 직렬로 분기되어 별도의 권선으로 구성될 수 있다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 철공진 방지 방법은 센싱부에 의해, 전압 변성기의 1차 권선측 리액터에 연결된 모선의 전류값을 감지하는 단계; 제어부에 의해, 전류값을 근거로 전압 변성기에서의 자속의 변화를 실시간으로 감지하는 단계; 및 제어부에 의해, 자속이 자기포화 변곡점에 도달할 시, 분기형 리액터부를 투입시키는 단계를 포함하고, 분기형 리액터부는 전압 변성기의 1차 권선측 리액터에 연결되는 것을 특징으로 한다.
또한, 분기형 리액터부는 1차 권선측 리액터에 직렬로 연결되는 분기형 리액터; 및 분기형 리액터에 병렬로 연결되고, 제어부의 제어에 따라 오픈 또는 클로우즈되는 분기 제어용 스위치를 포함할 수 있다.
또한, 자속이 자기포화 변곡점에 도달할 시, 분기형 리액터부를 투입시키는 단계는, 자속이 자기포화 변곡점에 도달할 시, 분기 제어용 스위치를 오픈시켜 분기형 리액터가 모선 1차 권선측 회로에 투입되도록 제어함으로써 이루어질 수 있다.
또한, 전압 계산부에 의해, 전압 변성기의 2차 권선측 전압값을 계산하는 단계를 더 포함하고, 전압 변성기의 2차 권선측 전압값을 계산하는 단계는 분기 제어용 스위치의 오픈 또는 클로우즈 상황에 따라 상이한 방식으로 이루어질 수 있다.
또한, 전압 변성기의 2차 권선측 전압값을 계산하는 단계는 분기 제어용 스위치가 클로우즈 상태일 때, 전압 변성기의 1차 권선측 전압에 전압 변성기의 2차측 권선 회선수를 전압 변성기의 1차측 권선 회선수로 나눈 값을 곱함으로써 2차 권선측 전압값을 계산할 수 있다.
또한, 전압 변성기의 2차 권선측 전압값을 계산하는 단계는 분기 제어용 스위치가 오픈 상태일 때, 전압 변성기의 1차 권선측 전압에, 1차 권선측 분기형 리액터의 권선 회선수, 전압 변성기의 1차측 권선 회선수 및 전압 변성기의 2차측 권선 회선수를 근거로 산출된 값을 곱함으로써, 2차 권선측 전압값을 계산할 수 있다.
본 발명의 철공진 방지 장치 및 방법에 따르면, 공진을 제거하기 위한 분기형 리액터의 설치를 전압 변성기 1차 권선의 접지부(2차측)에 시설하며, 전류의 크기는 수십 μA 수준이다. 이에 따라, 본 발명에 따르면, 분기제어용 스위치의 용량이 크지 않고 분기형 리액터의 규모가 크지 않아 현장시설이 용이한 장점을 갖는다. 또한, 필요 시에는 리액터 분기형 전압 변성기를 일체형 기기로 개발하여, 신규로 적용할 수 있으며, 모선 전체 설비규모에 비해 필요공간과 소요비용이 미미하기 때문에 충분한 경제성을 갖는 장점이 있다.
또한, 분기형 리액터를 전압 변성기의 1차 권선의 리액터로부터 확장형으로 구비하고, 1차 권선측 리액터와 동일한 코어에 권선을 결선(Winding) 하는 이중(Dual) 리액터 방식으로 구성함으로써 분기형 리액터의 투입으로 인한 전압 변성기 2차 권선의 전압오차를 최소화하여 효율적 운용이 가능한 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 모선 및 변압기에 대한 회로도이다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 철공진 방지 장치에 대한 개념도이다.
도 4는 본 발명의 철공진 방지 장치를 통해 분기 제어를 위한 인덕턴스 포화 특성 곡선에 대한 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 철공진 방지 방법 중 분기 제어용 스위치를 제어하는 방법에 대한 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 전압 변성기의 2차 권선의 전압을 측정하는 방법에 대한 흐름도이다.
본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서, 반복되는 설명, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능, 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 본 발명의 실시형태는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 모선 및 변압기에 대한 회로도이다. 상술한 바와 같이, 도 1에 도시된 회로도는 GIS를 채용하고 있는 변전소 모선의 변압기와 전압 변성기 등의 변전 설비에 대한 등가 회로를 나타낸다.
일반적으로 알려진 바와 같이, 철공진 영역을 피하기 위해 일반적인 현장 모선에서 정전용량(C)을 증가시키는 방향으로 설계하는 것이 효과적 방법이다. 여기서, 정전용량 값의 증가는 용량성 리액턴스의 감소를 의미하므로, 용량성 리액턴스를 상대적으로 감소시키는 것이 공진 예방을 위해 효과적이라 할 수 있으며 또한 역으로 유도성 리액턴스를 증가시키는 것이 더 효과적인 방법이다.
또한, 모선의 철공진은 공진 상태뿐만 아니라 용량성 리액턴스와 유도성 리액턴스가 같지 않은 상태 즉, 리액턴스의 값이 제로가 아닌 경우에도 발생함을 유의할 필요가 있다. 3상 계통의 A 상 전위에 대한 등가회로에서 Va 값은 다음의 수학식 2와 같이 표현될 수 있다.
Figure pat00002
수학식 2에서, Xc/Xm이 2/3이 되면, 공진이 발생한 조건이 된다. 즉, 인덕턴스에 비해 커패시턴스 값을 상대적으로 적게 하여 용량성 리액턴스의 값이 변압기 등의 유도성 리액턴스 보다 1.5배의 값으로 된다면 공진이 발생하게 되므로 특히 유의할 필요가 있다.
결과적으로, 공진을 예방하기 위한 회로의 개선은 커패시턴스를 높이거나 용량성 리액턴스에 비해 유도성 리액턴스의 값을 상대적으로 증가시키는 것이 안전한 방법임을 알 수 있다. 이에 따라, 본 발명은 회로 구성을 통해 유도성 리액턴스의 값을 증가시키는 것을 특징으로 한다. 구체적으로, 본 발명은 변전설비에서 전압 변성기의 1차 권선측 리액터에 분기형 리액터부를 추가하고, 이를 제어함으로써 철공진을 방지하는 것을 특징으로 한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 철공진 방지 장치(100)는 도 2 및 도 3에 도시된다. 여기서, 도 3은 도 2의 회로도에 대한 등가 회로를 나타내므로, 이하의 설명에서는 도 2를 중심으로 설명이 이루어진다.
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 철공진 방지 장치(100)는 분기형 리액터부(110), 센싱부(120), 전압 계산부(130) 및 판단부(140)를 포함하여 구성될 수 있다. 도 2에서, 도면부호 10은 모선부를, 도면후보 20은 전압 변성기 어셈블리부를 나타낸다. 이하, 도 2를 참조로, 본 발명의 일 실시예에 따른 철공진 방지 장치에 대한 설명이 이루어진다.
먼저, 분기형 리액터부(110)는 전압 변성기의 1차 권선측 리액터(21)에 연결된다. 또한, 분기형 리액터부(110)는 분기형 리액터(111)와 분기 제어용 스위치(112)를 포함하여 구성될 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 분기형 리액터(111)와 분기 제어용 스위치(112)는 1차 권선측 리액터(21)에 직렬로 연결되고, 분기형 리액터(111)와 분기 제어용 스위치(112)는 서로 병렬로 연결될 수 있다. 위에서 언급한 바와 같이, 본 발명은 1차 권선측 리액터(21)의 리액턴스 값을 증가시킴으로써 철공진을 방지하는 것을 특징으로 한다. 이에 따라, 이하에서 언급되는 제어부(150)의 제어를 통해 제 2 스위치 즉, 분기 제어용 스위치(112)가 오픈 또는 클로우즈 되어 분기형 리액터(111)의 동작을 제어하게 된다. 이에 대한 설명은 아래에서 이루어지므로, 추가적인 설명은 생략한다.
또한, 분기형 리액터부(110)는 전압 변성기(25)의 1차 권선의 리액터(21)로부터 확장형으로 구비될 수 있다. 그리고, 분기형 리액터부(110)는 1차 권선측 리액터(21)와 동일한 코어에 권선을 결선하는 이중 리액터 방식으로 구성될 수 있다. 또한, 분기형 리액터부(210)는 1차측 리액터(41)와 동일한 코어를 사용하지 않고 1차측 리액터(41)의 2차 권선에서 직렬로 분기되어 별도의 권선으로 구성되는 분기형 리액터(211) 방식으로 구성될 수 있다.
그리고, 분기 제어용 스위치(112, 212)는 대용량의 MCCB(Molded-case Circuit Breakers) 및 무접점 릴레이 등 다양한 스위치로 이루어질 수 있다.
센싱부(120)는 1차 권선측 리액터(21)에 연결된 모선의 전류값을 감지하는 기능을 한다.
판단부(140)는 센싱부(120)에서 센싱된 전류값을 근거로 기저장된 특성 테이블에서 해당 전류값에 대응하는 자속을 산출하고, 상기 자속이 자기포화 변곡점에 도달하는지의 여부를 판단하는 기능을 한다. 여기서, 변곡점은 아래의 도 4를 참조하면 더 분명해진다.
도 4에서, φkp는 포화시작 변곡점에서의 자속을, φukp는 φkp를 통과한 완전 포화영역에서의 자속을, 그리고 φbkp는 φkp가 형성되기 전 선형 특성 영역에서의 자속을 나타낸다. 도 4에 도시된 바와 같이 계통 운용중, 전압 변성기의 자기포화를 예방하기 위해 분기용 리액터를 투입하기 위한 시점을 결정하는 요소인 변곡점 값을 본 발명의 철공진 방지 장치(100)가 인식가능 하도록 제작사가 제공하거나 실계통의 실험치 값을 사용한 자기포화 특성 곡선값을 입력하고, 변곡점에서의 자속값(φkp)을 저장부(미도시)에 설정한다. 그리고, 실계통 운영시 측정된 자속값을 φkp 값과 비교하여, 변곡점에 도달하기 직전의 선형특성 영역에서의 자속값(φbkp)에 도달한 경우에는 분기 리액터를 투입하기 위해 분기 제어용 스위치를 오픈 시킬 수 있다.
또한, 계통 운용중 측정된 자속값이 변곡점에서의 자속값(φkp)을 통과한 완전 포화영역에서의 자속값(φukp)에 도달하거나 초과한 경우에는 경보신호를 제어부(150)에 전송하는 기능을 갖는다. 다시, 도 2 및 도 3을 참조하자.
제어부(150)는 자속이 자기 포화 변곡점에 도달할 시, 자기 포화 변곡점에 도달하기 직전에 분기형 리액터부를 투입시키는 기능을 한다. 구체적으로, 제어부(150)는 자속이 자기포화 변곡점에 도달할 시, 분기 제어용 스위치(112)를 오픈시켜, 분기형 리액터(111)가 모선 1차 권선측 회로에 투입되도록 제어한다.
그리고, 배경기술 항목에서 언급한 바와 같이 종래에는 전압 변성기 2차 권선측 또는 3차 권선측에 리액터의 포화 및 제동 저항 동작 시에는 포화 시간 동안, 일시적으로 전압 변성기의 부하측 전류값이 증가하여 어드미턴스값이 증가하는 부담의 증가를 유발한다. 이 경우, 측정 전압값이 정확도를 감소시켜 보호 계전 등 계통운영 전반에 악영향을 미치게 되는 문제점이 존재한다. 이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 철공진 방지 장치(100)는 2차 권선측 전압값을 정확히 측정하기 위한 전압 계산부(130)를 더 포함하여 구성될 수 있다.
구체적으로, 전압 계산부(130)는 상술한 조건에 따른 분기 제어용 스위치의 오픈 또는 클로우즈 상태를 고려하여, 상이한 방식으로 정확한 전압을 산출하는 것을 특징으로 한다. 여기서, 정상 동작 시, 즉, 분기 제어용 스위치가 클로우즈 상태일 때의 전압은 아래의 수학식 3을 통해 측정될 수 있다.
Figure pat00003
수학식 3에 따른 전압 측정 방법은 정상 동작, 즉, 분기 리액터가 동작하지 않을 때의 전압 측정 방법이다. 또한, 반대로 분기 리액터가 투입될 때의 전압 측정 방법은 아래의 수학식 4와 같이 표현될 수 있다.
Figure pat00004
수학식 3 및 4에서 언급된 변수들은 도 3에 도시되며, 여기서, Vinput은 2차 권선측 전압값을, n1은 전압 변성기의 1차측 권선 회선수를, n2는 전압 변성기의 2차측 권선 회선수를, 그리고 nex는 1차 권선측 분기형 리액터의 권선 회선수를, V1은 전압 변성기의 1차 권선측 전압을 나타낸다.
즉, 본 발명은 분기형 리액터가 회로에 투입 된 경우에는 분기된 리액터가 1차 권선측 리액터에 추가로 형성되므로, 상술한 센싱부(120)를 통해 전압을 센싱하고, 전압 측정값을 산출하는데 있어서, 1차 권선측 분기형 리액터(111)의 권선 회선수의 확장 비율을 고려하여 전압값을 보정할 수 있다. 이에 따라, 본 발명은 종래 기술에서 언급된 부정확한 전압값의 산출을 극복할 수 있는 효과를 더 갖게 된다.
이하, 도 5를 참조로, 본 발명의 일 실시예에 따른 철공진 방지 방법 중 분기 제어용 스위치를 제어하는 방법에 대해 설명한다. 이하의 설명에서는 위에서 설명한 사항과 중복되는 부분은 생략하여 서술이 이루어진다.
먼저, 변곡점을 설정하는 단계(S110)가 이루어진다. 여기서, 변곡점은 위에서 설명한 바와 같이, 자속의 포화가 시작되는 지점으로서, 변곡점은 제작사가 제공하거나, 실계통의 실험치 값을 근거로 설정될 수 있다.
그 후, 전류값을 입력하는 단계(S120)가 이루어진다. 여기서, 전류값은 위에서 설명한 바와 같이, 센싱부를 통해 전압 변성기의 1차 권선측 리액터에 연결된 모선의 전류값을 의미한다.
그 후, 상기 전류값을 근거로 자속을 선택하는 단계(S130)가 이루어진다. 여기서, 자속값은 저장부(미도시)에 기저장된 전류 대 자속 특성 테이블에서 선택될 수 있다.
그 후, S130 단계를 통해 선택된 자속이 변곡점 이하인지 판단하는 단계(S140)가 이루어진다. 여기서, 자속이 변곡점 이하인 것으로 판단된 경우, 현재 전력 설비가 정상 상태 즉, 철공진이 발생하지 않은 것으로 판단되고, 제어는 S160 단계로 전달된다. 반대로, S140 단계에서 자속이 변곡점을 초과하는 것으로 판단된 경우, 철공진이 발생한 것이다. 이 경우, 제어는 S150 단계로 전달되어, 분기 제어용 스위치를 오픈시키는 과정이 이루어진다. 위에서 설명한 바와 같이, 분기 제어용 스위치가 오픈되면, 분기형 리액터가 1차 권선측 회로에 연결되어 유도성 리액턴스를 증가시키게 된다. 이에 따라, 위에서 설명한 흐름을 통해 철공진이 방지된다.
또한, 본 발명은 철공진을 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 전압 변성기의 2차 권선측 전압값을 정확히 계산할 수 있는 것을 특징으로 한다. 본 발명을 통해 2차 권선측 전압값을 측정하는 방법은 도 6을 참조로 설명된다.
먼저, 분기 제어용 스위치의 오픈 여부를 확인하는 단계(S210)가 이루어진다. 위에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 분기형 리액터부를 포함하여 회로를 구성하는 것을 특징으로 한다. 여기서, 분기 제어용 스위치의 오픈 여부에 따라, 전압값의 측정 방법은 상이하게 이루어져야 정확한 측정이 가능하다. 이에 따라, 본 발명은 S210 단계를 통해 분기 제어용 스위치의 오픈 여부를 확인하고, 분기 제어용 스위치가 오픈된 것으로 판단된 경우, 제어는 S230 단계로, 그렇지 않은 경우 제어는 S220 단계로 전달한다.
S220 단계 및 S230 단계를 통해 전압을 측정하는 방법은 위에서 수학식 3 및 수학식 4를 참조로 상세히 설명하였으므로, 추가적인 설명은 생략한다.
이상에서와 같이 도면과 명세서에서 최적의 실시예가 개시되었다. 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
100 : 철공진 방지 장치 110 : 분기형 리액터부
120 : 센싱부 130 : 전압계산부
140 : 판단부 150 : 제어부??
n1 : 전압 변성기 1차 권선측 권선 회선수
n2 : 전압 변성기 2차 권선측 권선 회선수
nex : 전압 변성기 1차 권선측 분기형 리액터의 회선수
V1 : 전압 변성기 1차 권선측 전압 V2 : 전압 변성기 2차 권선측 전압
V3 : 전압 변성기 3차 권선측 전압
Vd _l : : 분기 제어용 스위치 오픈 시의 L1 및 Lex의 합성 리액턴스 전압??
L1 : 전압 변성기 1차 권선측 리액터
L2 : 전압 변성기 2차 권선측 리액터
L3 : 전압 변성기 3차 권선측 리액터
Lex : 전압 변성기 1차 권선측 확장된 분기 리액터
Vs : 소스 전압
Vinput : 전압 변성기 2차 권선측 전압
φkp : 포화시작 변곡점에서의 자속
φukp : φkp를 통과한 완전 포화영역에서의 자속
φbkp : φkp가 형성되기 전 선형 특성 영역에서의 자속
CB : 차단기(Breaker)
Cb : 차단기의 양단 간 커패시턴스
Ce : 모선과 접지 간 커패시턴스
SW : 분기 제어용 스위치

Claims (12)

  1. 변전소의 모선에서 발생되는 철공진을 방지하기 위한 철공진 방지 장치로서,
    전압 변성기의 1차 권선측 리액터에 연결되는 분기형 리액터부;
    상기 1차 권선측 리액터에 연결된 모선의 전류값을 감지하는 센싱부; 및
    상기 전류값을 근거로 상기 전압 변성기에서의 자속의 변화를 실시간으로 감지하고, 상기 자속이 자기포화 변곡점에 도달할 시, 상기 분기형 리액터부를 투입시키는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는, 철공진 방지 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 분기형 리액터부는,
    상기 1차 권선측 리액터에 직렬로 연결되는 분기형 리액터; 및
    상기 분기형 리액터에 병렬로 연결되고, 상기 제어부의 제어에 따라 오픈 또는 클로우즈되는 분기 제어용 스위치를 포함하는 것을 특징으로 하는, 철공진 방지 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 자속이 자기포화 변곡점에 도달할 시, 상기 분기 제어용 스위치를 오픈시켜 상기 분기형 리액터가 모선 1차 권선측 회로에 투입되도록 제어하는 것을 특징으로 하는, 철공진 방지 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 전압 변성기의 2차 권선측 전압값을 계산하는 전압 계산부를 더 포함하고, 상기 전압 계산부는 상기 분기 제어용 스위치의 오픈 또는 클로우즈 상황에 따라 상이한 방식으로 상기 2차 권선측 전압값을 계산하는 것을 특징으로 하는, 철공진 방지 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 전압 계산부는,
    상기 분기 제어용 스위치가 클로우즈 상태일 때, 전압 변성기의 1차 권선측 전압에 전압 변성기의 2차측 권선측 권선 회선수를 전압 변성기의 1차측 권선 회선수로 나눈 값을 곱함으로써 상기 2차 권선측 전압값을 계산하고,
    상기 분기 제어용 스위치가 오픈 상태일 때, 전압 변성기의 1차 권선측 전압에, 상기 1차 권선측 분기형 리액터의 권선 회선수, 전압 변성기의 1차측 권선 회선수 및 전압 변성기의 2차측 권선 회선수를 근거로 산출된 값을 곱함으로써, 상기 2차 권선측 전압값을 계산하는 것을 특징으로 하는, 철공진 방지 장치.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 분기형 리액터는 전압 변성기의 1차 권선측 리액터와 동일한 코어에 권선을 결선하는 이중 리액터 방식으로 구성되는 것을 특징으로 하는, 철공진 방지 장치.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 분기형 리액터는 1차 권선측 리액터의 2차 권선에서 직렬로 분기되어 별도의 권선으로 구성되는 것을 특징으로 하는, 철공진 방지 장치.
  8. 센싱부에 의해, 전압 변성기의 1차 권선측 리액터에 연결된 모선의 전류값을 감지하는 단계;
    제어부에 의해, 상기 전류값을 근거로 상기 전압 변성기에서의 자속의 변화를 실시간으로 감지하는 단계; 및
    상기 제어부에 의해, 상기 자속이 자기포화 변곡점에 도달할 시, 분기형 리액터부를 투입시키는 단계를 포함하고, 상기 분기형 리액터부는 상기 전압 변성기의 1차 권선측 리액터에 연결되는 것을 특징으로 하는, 철공진 방지 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 분기형 리액터부는,
    상기 1차 권선측 리액터에 직렬로 연결되는 분기형 리액터; 및
    상기 분기형 리액터에 병렬로 연결되고, 상기 제어부의 제어에 따라 오픈 또는 클로우즈되는 분기 제어용 스위치를 포함하는 것을 특징으로 하는, 철공진 방지 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 자속이 자기포화 변곡점에 도달할 시, 분기형 리액터부를 투입시키는 단계는,
    상기 자속이 자기포화 변곡점에 도달할 시, 상기 분기 제어용 스위치를 오픈시켜 상기 분기형 리액터가 모선 1차 권선측 회로에 투입되도록 제어함으로써 이루어지는 것을 특징으로 하는, 철공진 방지 방법.
  11. 제9항에 있어서,
    전압 계산부에 의해, 상기 전압 변성기의 2차 권선측 전압값을 계산하는 단계를 더 포함하고,
    상기 전압 변성기의 2차 권선측 전압값을 계산하는 단계는 상기 분기 제어용 스위치의 오픈 또는 클로우즈 상황에 따라 상이한 방식으로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 철공진 방지 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 전압 변성기의 2차 권선측 전압값을 계산하는 단계는,
    상기 분기 제어용 스위치가 클로우즈 상태일 때, 전압 변성기의 1차 권선측 전압에 전압 변성기의 2차측 권선측 권선 회선수를 전압 변성기의 1차측 권선 회선수로 나눈 값을 곱함으로써 상기 2차 권선측 전압값을 계산하고,
    상기 분기 제어용 스위치가 오픈 상태일 때, 전압 변성기의 1차 권선측 전압에, 상기 1차 권선측 분기형 리액터의 권선 회선수, 전압 변성기의 1차측 권선 회선수 및 전압 변성기의 2차측 권선 회선수를 근거로 산출된 값을 곱함으로써, 상기 2차 권선측 전압값을 계산하는 것을 특징으로 하는, 철공진 방지 방법.
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