KR20180025132A - 기계식 스위치 개폐 서지 및 과도 전압 전류 제한 장치 및 그 방법 - Google Patents

기계식 스위치 개폐 서지 및 과도 전압 전류 제한 장치 및 그 방법 Download PDF

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윤광희
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(주)와이엔피
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Abstract

본 발명은 콘덴서 또는 변압기 1차에 연결된 구동용 기계식 스위치에 전력전자 소자인 싸이리스터와 기계식 스위치를 제어하는 제어부를 가지고 있는 TSM을 병렬로 연결 함으로써 기계식 스위치의 개폐 서지와, 콘덴서의 충전에 따라 발생되는 과도한 전압과 전류를 제한하여 기존에 쓰고 있는 기계식 스위치의 교체 없이 개선할 수 있도록 해 주는, 기계식 스위치 개폐 서지 및 과도 전압 전류 제한 장치 및 그 방법이 개시된다. 개시된 기계식 스위치 개폐 서지 및 과도 전압 전류 제한 장치는, 기계식 스위치와 콘덴서(Capacitor)로 이루어진 콘덴서 뱅크(Capacitor Bank)에 연결된 하나 이상의 싸이리스터(Thyristor); 상기 하나 이상의 싸이리스터에 대해 직렬로 연결되고, 상기 기계식 스위치에 대해서는 병렬로 연결된 변류기; 및 상기 기계식 스위치의 개폐 동작과, 상기 싸이리스터의 온(ON)과 오프(OFF) 동작을 제어하는 제어모듈을 포함한다.
본 발명에 의하면, 기존의 장비를 그대로 이용하여 TSC 대비 적은 비용으로 TSC와 비슷한 크기로 개폐 서지 및 충전 과전류를 줄일 수 있으며, 도통 손실을 그대로 유지할 수 있다.

Description

기계식 스위치 개폐 서지 및 과도 전압 전류 제한 장치 및 그 방법 {Switching surge and transient voltage/current reducing method and apparatus in parallel connection with mechanical switch of capacitor bank and Transformer}
본 발명은 기계식 스위치 개폐 서지 및 과도 전압 전류 제한 장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 더욱 자세하게는 콘덴서(Capacitor) 또는 변압기 1차에 연결된 구동용 기계식 스위치(Mechanical Switch)에서, 전력전자 소자인 싸이리스터(Thyristor)와 기계식 스위치를 제어하는 제어부를 가지고 있는 TSM(Thyristor Switching Module)을 기계식 스위치에 병렬로 연결 및 제어함으로써 기계식 스위치의 개폐 서지와, 초기 콘덴서의 충전 및 변압기 구동에 따라 발생되는 과도한 전압과 전류를 제한하여 기존에 쓰고 있는 기계식 스위치의 교체 없이 개선할 수 있도록 해 주는, 기계식 스위치 개폐 서지 및 과도 전압 전류 제한 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 역률 보상기에는 도 1에 도시된 바와 같이 기계식 스위치와 콘덴서로 이루어진 콘덴서 뱅크(Capacitor Bank)와, 싸이리스터(Thyristor) 스위치와 콘덴서로 이루어진 TSC(Thyristor Switched Capacitor) 등이 있다. 도 1은 종래 콘덴서 뱅크를 이용한 역률 보상기, TSC 및 수동필터를 나타낸 도면이다.
도 1에서, 변압기(Stepdown Transformer)(10)와 연결된 부하(Load)에 대해, TSC(Thyristor Switched Capacitor)(20)와 하모닉 필터(Harmonic Filter)(30) 및 콘덴서 뱅크(40)가 병렬로 연결되는 구성을 갖는다. TSC(20)는 On/Off 시 전력전자 소자인 Thyristor를 전압 또는 전류 0에서 투입함으로 개폐 서지 및 충전 과전류가 크게 발생하지 않으나, 기계식 스위치로 동작하는 콘덴서 뱅크(40)는 정확한 시점에 투입이 어려워 개폐 서지 및 충전 과전류가 크게 발생한다. 하지만, TSC(20)가 고가인 까닭에 현재까지 콘덴서 뱅크(40)가 많이 이용되고 있다.
콘덴서 뱅크(40)는 도 2a에 도시된 바와 같이 기계식 스위치(42)에 직렬로 콘덴서(Capacitor)(22)가 연결되고, 기계식 스위치(42)의 다른 쪽에 리액터(Reactor)(46)가 직렬로 연결된 구성을 갖는다. 이때, 기계식 스위치(42)와 리액터(46)는 연결 순서가 바뀔 수 있다. 도 2a는 종래 콘덴서 뱅크의 단선 결선도를 나타낸 도면이다. 따라서, 콘덴서 뱅크(40)는 기계식 스위치(42)의 온(ON) 또는 오프(OFF) 스위칭에 따라 전압과 전류 위상에 상관없이 개폐 동작하므로 큰 개폐 서지가 발생 할 수 있다.
한편, 기계식 스위치(42)는 도 2b에 도시된 바와 같이 변압기 앞 단에 변압기 구동용으로 사용한다. 도 2b는 종래 변압기 구동 스위치의 단선도를 나타낸 도면이다. 변압기를 구동하기 위하여 장소 및 용도에 따라 변압기 앞 단에 차단기 또는 차단기를 향상시킨 GIS(Gas Insulated Switchgear) 등을 사용한다.
이러한 스위치들은 기계식 스위치이기 때문에 Close 되는 시점을 정확히 컨트롤 할 수 없다. 따라서 변압기에 전원이 인가될 때 초기 여자 돌입전류가 발생하는데 변압기의 포화 상태 및 부하(Load)의 상태나 스위치의 Close 되는 시점에 따라 정격 전류의 수배에서 수십 배의 여자 돌입 전류가 발행하게 된다. 이러한 변압기의 기동 시 초기 여자 돌입전류는 변압기의 지속적인 스트레스를 발생시켜 소손 및 절연 파괴에 이르게 되는 문제점이 발생한다.
전술한 바와 같이 콘덴서 뱅크는 전기 에너지를 축적하기 위한 대용량 콘덴서 시스템으로서, 기계식 스위치(일반적으로 VCS 또는 Breaker, GIS)를 사용하고 있다. 이러한 콘덴서 뱅크 또는 변압기 1차에 사용하는 기계식 스위치는 개폐 시에 개폐 서지가 발행한다. 또한, 콘덴서 뱅크의 콘덴서 특성과 변압기의 전자기적 특성으로 인해 콘덴서 충전전류 또는 변압기 여자 돌입전류가 발생하게 되는데, 기계식 스위치 개폐 특성(정확한 On 시점 컨트롤 불가능)으로 인해 더욱더 큰 과도 전압/전류가 발생하게 되는 문제점이 있다.
한국 등록특허공보 제10-1275992호(등록일:2013년 06월 11일, 열공학적으로 폐쇄되는 기계식 스위치들에 의한 중복 스위칭 셀들을 가진 전압원 변환기)
전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 콘덴서 또는 변압기 1차에 연결된 구동용 기계식 스위치에 전력전자 소자인 싸이리스터와 기계식 스위치를 제어하는 제어부를 가지고 있는 TSM을 병렬로 연결 함으로써 기계식 스위치의 개폐 서지와, 콘덴서의 충전에 따라 발생되는 과도한 전압과 전류를 제한하여 기존에 쓰고 있는 기계식 스위치의 교체 없이 개선할 수 있도록 해 주는, 기계식 스위치 개폐 서지 및 과도 전압 전류 제한 장치 및 그 방법을 제공함에 있다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전원부의 전원을 변압기에 공급하기 위한 도선을 도통시키거나 또는 단선시키는 기계식 스위치의 온(on)/오프(off)시 발생가능한 개폐 서지 및/또는 돌입 전류를 제한하기 위한 기계식 스위치 개폐 서지 및 과도 전압 전류 제한 장치는 상기 기계식 스위치와 병렬로 연결된 하나 이상의 싸이리스터 및 상기 기계식 스위치의 온/오프 및 상기 하나 이상의 싸이리스터의 점호신호를 제어하는 제어모듈을 포함하되, 상기 점호신호는 점호각을 포함하며, 상기 점호각은 상기 하나 이상의 싸이리스터가 상기 전원부와 상기 변압기를 도통시켜 전류가 흐르게 되는 시작점을 나타내고, 0도에서 180도 사이의 값을 가지고, 상기 제어모듈은, 상기 전원부와 상기 변압기를 단선된 상태에서 도통된 상태로 변경하기 위하여 상기 기계식 스위치를 온하고자 할 때, 상기 하나 이상의 싸이리스터의 점호신호의 점호각을 제어하여 상기 전원부에서 상기 변압기로 공급되는 전류의 양이 점점 커지도록 하고, 상기 하나 이상의 싸이리스터의 점호각이 0도가 되어 상기 전원부와 상기 변압기가 항상 도통되도록 제어된 이후 상기 기계식 스위치를 온시키고, 이후 상기 하나 이상의 싸이리스터의 점호신호를 생성하지 않을 수 있다.
그리고 상기 하나 이상의 싸이리스터는, 용량에 따라 직렬이나 병렬 또는 직병렬로 연결될 수 있다.
이에 더하여 상기 제어모듈과 상기 전원부 사이에, 3상 또는 단상의 전압 위상을 측정하고 절연을 확보해 주는 계기용 변압기(PT: potential transformer)를 포함하고, 상기 제어모듈은 상기 계기용 변압기에 측정한 전압의 위상을 바탕으로 점호신호를 생성할 수 있다.
좀 더 구체적으로, 상기 제어모듈은 상기 계기용 변압기로부터 전압 위상을 입력받는 위상 입력부, 상기 전원부와 상기 변압기 간에 흐르는 전류를 측정하는 전류 측정부, 상기 기계식 스위치의 온(ON)/오프(OFF) 동작을 제어하는 스위치 제어부, 상기 하나 이상의 싸이리스터의 동작을 제어하는 싸이리스터 제어부, 및 상기 전원부와 상기 변압기 간의 도통 또는 단선을 요청하는 신호를 외부로부터 입력받는 온오프 입력부를 포함할 수 있고, 이에 더하여 상기 하나 이상의 싸이리스터와 직렬로 연결된 변류기를 통해서 상기 하나 이상의 싸이리스터의 상태와 동작을 확인하는 싸이리스터 검사부, 상기 하나 이상의 싸이리스터의 상태와, 상기 하나 이상의 싸이리스터의 동작 지연(delay)값을 설정하거나 입출력값을 설정하는 입력 버튼부, 상기 제어모듈의 동작 상태나 설정 상태를 화면으로 표시하는 화면 표시부 및 상기 하나 이상의 싸이리스터의 결함이나 고장(Fault) 발생 시에 알람(Alarm)을 출력하는 알람부를 더 포함할 수 있다.
그리고 상기 싸이리스터 제어부는, 상기 전원부와 상기 변압기를 단선된 상태에서 도통된 상태로 변경하기 위하여 상기 기계식 스위치를 온하고자 할 때, 0도에서 180도 사이의 임의의 값을 가지는 제1 점호각으로 점호각을 설정하고, 상기 전류 측정부에서 측정한 전류가 제1 설정값보다 크면 현재 설정된 점호각보다 큰 제2 점호각으로 상기 점호각을 다시 설정하고, 상기 전류 측정부에서 측정한 전류가 상기 제1 설정값보다 작고, 제2 설정값보다 크면 현재 설정된 점호각을 유지하고, 상기 전류 측정부에서 측정한 전류가 상기 제2 설정값보다 작으면 현재 설정된 점호각보다 작은 제3 점호각으로 점호각을 다시 설정하고, 설정된 점호각과 상기 위상 입력부로부터 입력받은 전압 위상을 바탕으로 상기 점호신호를 생성할 수 있다.
한편, 전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전원부의 전원을 변압기에 공급하기 위한 도선을 도통시키거나 또는 단선시키는 기계식 스위치의 온(on)/오프(off)시 발생가능한 개폐 서지 및/또는 돌입 전류를 제한하면서 상기 전원부와 상기 변압기를 단선된 상태에서 도통된 상태로 변경하기 위하여 상기 기계식 스위치를 온하고자 할 때, 하나 이상의 싸이리스터 및 제어모듈을 포함하는 기계식 스위치 개폐 서지 및 과도 전압 전류 제한 장치에서 개폐 서지 및 과도 전압 전류를 제한하며 도선을 도통시키는 방법은 (a) 온오프 입력부에서 상기 전원부와 상기 변압기 간의 도통(온)을 요청하는 신호를 입력받는 단계, (b) 상기 하나 이상의 싸이리스터의 점호신호를 제어하여 상기 전원부에서 상기 변압기로 공급되는 전류의 양이 점점 커지도록 하는 단계, (c) 상기 하나 이상의 싸이리스터가 항상 도통되도록 제어되는 것을 확인하면 상기 기계식 스위치를 온시키는 단계, 및 (d) 상기 기계식 스위치가 온된 이후 상기 하나 이상의 싸이리스터가 동작하지 않도록 상기 점호신호를 생성하지 않는 단계를 포함할 수 있다.
그리고 상기 (b) 단계는 0도에서 180도 사이의 임의의 값을 가지는 제1 점호각으로 점호각을 설정하는 단계, 상기 도선에 흐르는 전류가 제1 설정값보다 크면 현재 설정된 점호각보다 큰 제2 점호각으로 상기 점호각을 다시 설정하는 단계, 상기 도선에 흐르는 전류가 상기 제1 설정값보다 작고, 제2 설정값보다 크면 현재 설정된 점호각을 유지하는 단계, 상기 도선에 흐르는 전류가 상기 제2 설정값보다 작으면 현재 설정된 점호각보다 작은 제3 점호각으로 점호각을 다시 설정하는 단계, 및 설정된 점호각과 계기용 변압기를 통해 측정된 상기 전원부의 전압 위상을 바탕으로 상기 점호신호를 생성하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명에 의하면, 기존의 콘덴서 뱅크 및 변압기 1차 스위치의 철거나 교체 없이도 적용된 기계식 스위치의 단점을 개선 할 수 있다.
또한, 기존의 콘덴서 뱅크 및 변압기 구동용 스위치에 연결된 TSM에는 화면과 입력 버튼이 있어서 이를 통해 싸이리스터의 상태나 사용자의 설정값(ON/OFF delay, 입출력 설정 등)들을 입력할 수 있다.
또한, 싸이리스터 스위치를 추가 또는 교체로 설치하지 않아도 싸이리스터 스위치와 같이 개폐 서지 및 충전 과전류, 그리고 여자 돌입 전류를 제한하며 기계식 스위치와 같이 낮은 도통 손실을 유지할 수 있다.
또한, 화면을 통해 동작 상태 등의 정보를 표시할 수 있으며, 입력버튼을 통해 화면 또는 사용자 설정값 등을 바꿀 수 있다.
또한, TSM 고장(Fault) 시에 알람(Alarm) 및 Breaker 등의 장치를 제어할 수 있다.
또한, 콘덴서 뱅크의 경우 기존의 장비를 그대로 이용함으로써 TSC 대비 적은 비용으로 TSC와 비슷한 크기로 개폐 서지를 줄일 수 있으며, 나아가 온(ON) 상태에서는 기계식 접점을 그대로 유지하고 있어 TSC보다 작은 도통 손실을 가질 수 있다.
또한, 변압기 구동용 기계식 스위치의 동작시 발생하는 여자 돌입전류를 제한할 수 있어 변압기의 소손을 줄일 수 있다.
또한, TSM의 변류기를 통하여 Thyristor의 동작 및 고장 상태를 알 수 있으며, 알람을 통해서 외부에 알람신호 전송 및 Breaker, Fuse 등을 동작 시킬 수 있다.
또한, TSM에 On 신호 입력시 기계식 스위치는 서지 발생 없이 Close 동작을 할 수 있게 된다.
또한, TSM에 Off 신호 입력시 기계식 스위치는 서지 발생 없이 Open 동작을 할 수 있게 된다.
그리고 TSM은 기존 콘덴서 뱅크에 병렬로 설치함으로써 도통 손실은 그대로 유지하면서 설치비용 상승을 크게 줄일 수 있으며, 화면, 알람, 입력버튼 등 사용자 인터페이스(UI)를 추가함으로써 사용 편의성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 종래 역률 보상기인 콘덴서 뱅크, TSC 및 수동필터를 나타낸 도면이다.
도 2a는 종래 콘덴서 뱅크의 단선 결선도를 나타낸 도면이다.
도 2b는 종래 변압기 구동 스위치의 단선도를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 기계식 스위치 개폐 서지 및 과도 전압 전류 제한 장치의 주요 구성을 나타낸 구성도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 기계식 스위치 개폐 서지 및 과도 전압 전류 제한 방법을 설명하기 위한 동작 흐름도를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 제어모듈에서 온(ON) 신호의 입력 시 기계식 스위치와 싸이리스터를 스위칭 제어하는 과정을 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 제어모듈에서 오프(OFF) 신호의 입력 시 기계식 스위치와 싸이리스터를 스위칭 제어하는 과정을 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명에 따른 제어모듈에서 콘덴서 충전 과전류 및 변압기 여자 돌입 전류를 제한하기 위한 싸이리스터의 점호각을 제어하는 예를 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 변압기에 대한 기계식 스위치 개폐 서지 및 과도 전압 전류 제한 장치의 주요 구성을 나타낸 구성도이다.
도 9는 싸이리스터(810)의 동작의 일 실시 예를 도시한 도면이다.
도 10은 일반적인 돌입 전류의 양태를 도시한 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전원부(340)와 변압기(820) 간을 도통시키기 위한 방법을 도시한 도면이다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우 뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
어느 부분이 다른 부분의 "위에" 있다고 언급하는 경우, 이는 바로 다른 부분의 위에 있을 수 있거나 그 사이에 다른 부분이 수반될 수 있다. 대조적으로 어느 부분이 다른 부분의 "바로 위에" 있다고 언급하는 경우, 그 사이에 다른 부분이 수반되지 않는다.
제1, 제2 및 제3 등의 용어들은 다양한 부분, 성분, 영역, 층 및/또는 섹션들을 설명하기 위해 사용되나 이들에 한정되지 않는다. 이들 용어들은 어느 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션을 다른 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션과 구별하기 위해서만 사용된다. 따라서, 이하에서 서술하는 제1 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션은 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 제2 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션으로 언급될 수 있다.
여기서 사용되는 전문 용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.
"아래", "위" 등의 상대적인 공간을 나타내는 용어는 도면에서 도시된 한 부분의 다른 부분에 대한 관계를 보다 쉽게 설명하기 위해 사용될 수 있다. 이러한 용어들은 도면에서 의도한 의미와 함께 사용 중인 장치의 다른 의미나 동작을 포함하도록 의도된다. 예를 들면, 도면 중의 장치를 뒤집으면, 다른 부분들의 "아래"에 있는 것으로 설명된 어느 부분들은 다른 부분들의 "위"에 있는 것으로 설명된다. 따라서 "아래"라는 예시적인 용어는 위와 아래 방향을 전부 포함한다. 장치는 90˚ 회전 또는 다른 각도로 회전할 수 있고, 상대적인 공간을 나타내는 용어도 이에 따라서 해석된다.
다르게 정의하지는 않았지만, 여기에 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 보통 사용되는 사전에 정의된 용어들은 관련 기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 기계식 스위치 개폐 서지 및 과도 전압 전류 제한 장치의 주요 구성을 나타낸 구성도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 기계식 스위치 개폐 서지 및 과도 전압 전류 제한 장치(300)는, 기계식 스위치(42)와 콘덴서(Capacitor)(44)로 이루어진 콘덴서 뱅크(Capacitor Bank)에 연결된 하나 이상의 양방향 싸이리스터(Thyristor)(310); 상기 하나 이상의 싸이리스터(310)에 대해 직렬로 연결되고, 상기 기계식 스위치(42)에 병렬로 연결된 변류기(330); 및 상기 기계식 스위치(42)의 개폐 동작과, 상기 싸이리스터(310)의 온(ON)과 오프(OFF) 동작을 제어하는 제어모듈(320)을 포함한다.
여기서, 양방향 싸이리스터(310)와 제어모듈(320) 및 변류기(330)를 싸이리스터 스위칭 모듈(Thyristor Switching Module, 이하 TSM)이라 칭하고, 변류기(330)는 싸이리스터(310)의 상태를 감지할 수 있다.
이때, 싸이리스터(310)는 극성이 서로 반대이거나, 전류의 방향이 서로 반대인 두 개의 싸이리스터가 병렬로 연결된다.
또한, 하나 이상의 싸이리스터(310)는 기계식 스위치(42)에 대해, 용량에 따라 직렬이나 병렬 또는 직병렬로 연결될 수 있다.
또한, 기계식 스위치(42)와 싸이리스터(310)의 연결점(a)에 리액터(Reactor)(46)를 통해 전원부(340)가 연결될 수 있다.
또한, 기계식 스위치(42)와 싸이리스터(310)의 연결점(b)에 리액터(Reactor)(46)를 통해 콘덴서(44)가 연결될 수 있다.
또한, 제어모듈(320)은, 싸이리스터(310)의 점호 위상을 조정하여 콘덴서(44)의 충전 과전류를 제한할 수 있다.
또한, 제어모듈(320)과 전원부(340) 사이에, 3상 또는 단상의 전압 위상을 측정하고 절연을 확보해 주는 계기용 변압기(Potential Transformer, 이하 PT)(350)가 연결될 수 있다.
그리고, 제어모듈(320)은, 위상 입력부(321), 스위치 제어부(322), 싸이리스터 제어부(323), 싸이리스터 검사(Check)부(324), 온오프(ON/OFF) 입력부(325), 화면 표시부(326), 입력 버튼부(327), 알람부(328)를 포함한다.
위상 입력부(321)는 계기용 변압기(350)로부터 위상을 입력받는다.
스위치 제어부(322)는 기계식 스위치(42)의 개폐(ON/OFF) 동작을 스위칭 제어한다. 이때, 스위치 제어부(322)가 온(ON) 되면 폐회로(Close Loop)가 되고, 오프(OFF) 되면 개방 회로(Open Loop)가 된다.
싸이리스터 제어부(323)는 싸이리스터(310)의 온(ON)과 오프(OFF) 동작을 제어한다. 즉, 싸이리스터 제어부(323)는 온(ON) 신호의 입력 시, 전압의 위상을 감지하고 있다가 가장 충전 과도전류가 적을 때 도 7에 도시된 바와 같이 위상각에 싸이리스터(310)를 점호(Firing)시켜 싸이리스터(310)를 도통시킨다. 도 7은 본 발명에 따른 제어모듈에서 콘덴서 충전 과전류 및 변압기 여자 돌입 전류를 제한하기 위한 싸이리스터의 점호각을 제어하는 예를 나타낸 도면이다.
또한, 싸이리스터 제어부(323)는 오프(OFF) 신호의 입력 시, 도 7에 도시된 바와 같이 TSM의 위상에 맞추어 싸이리스터(310)를 점호(Firing)시키고, 기계식 스위치(42)로 오프(OFF) 신호를 출력하여 기계식 스위치(42)를 개방(Open)시킨다.
즉, TSM의 싸이리스터 제어부(323)는 싸이리스터(Thyristor)의 점호각(Firing angle)을 컨트롤 할 수 있어 원하는 위상각에 Thyristor를 On 시킬 수 있다.
싸이리스터 검사부(324)는 변류기(330)를 통해서 싸이리스터(310)의 상태와 동작을 확인할 수 있는 표시등과 화면을 구비한다.
온오프 입력부(325)는 싸이리스터(310)에 대한 온(ON) 또는 오프(OFF) 명령이나, 기계식 스위치(42)에 대한 온(ON) 또는 오프(OFF) 명령을 외부로부터 입력받는다.
화면 표시부(326)는 각 부의 동작 상태나 설정 상태를 화면으로 표시한다.
입력 버튼부(327)는 싸이리스터(310)의 상태와, 싸이리스터(310)의 온(ON)과 오프(OFF) 동작 지연(ON/OFF delay)값을 설정하거나 입출력값을 설정한다.
알람부(328)는 싸이리스터(310)의 결함이나 고장(Fault) 발생 시에 알람(Alarm)을 출력한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 기계식 스위치 개폐 서지 및 과도 전압 전류 제한 방법을 설명하기 위한 동작 흐름도를 나타낸 도면이다.
도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 기계식 스위치 개폐 서지 및 과도 전압 전류 제한 장치(300)는, 먼저, 관리자나 사용자가 온(ON) 또는 오프(OFF) 동작을 수행함에 따라, 온오프 입력부(325)에서 외부로부터 온(ON) 또는 오프(OFF) 신호를 입력받는다(S410).
이어, 온(ON) 신호의 입력 시, 제어모듈(320)은 싸이리스터(310)를 온(ON)시켜 전류가 흐르게 하고, 싸이리스터(310)가 온(ON) 된 상태에서 기계식 스위치(42)를 온(ON)시켜 전류가 흐르게 하며, 이후에 싸이리스터(310)를 오프(OFF)시킨다(S420).
즉, 제어모듈(320)은 도 5에 도시된 바와 같이 먼저 싸이리스터(310)를 온(ON)시켜 싸이리스터(310)를 통해 전류가 흐르게 한다. 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 제어모듈에서 온(ON) 신호의 입력 시 기계식 스위치와 싸이리스터를 스위칭 제어하는 과정을 나타낸 도면이다. 이어, 제어모듈(320)은 싸이리스터(310)가 온(ON) 된 상태에서, 기계식 스위치(42)를 온(ON)시켜 전류가 흐르게 하며, 이후에 싸이리스터(310)를 오프(OFF)시키는 것이다.
다시 정리하면, 싸이리스터 제어부(323)는 온(ON) 신호의 입력 시, 도 7에 도시된 바와 같이 싸이리스터(310)의 위상각을 제어하여, 콘덴서(44)의 충전 전류 또는 변압기의 여자 돌입 전류가 가장 작은 위상에 맞추어 싸이리스터(310)를 점호(Firing)시킨다. 그리고 나서 싸이리스터 제어부(323)는 기계식 스위치(42)로 온(On) 신호를 출력하여 기계식 스위치(42)를 Close 시키게 된다. 싸이리스터 제어부(323)는 기계식 스위치(42)의 Close 상태를 인식하고 싸이리스터(310)를 오프(Off) 시키게 된다. 이러한 제어 순서를 가짐으로써 On 신호 입력시 기계식 스위치(42)는 서지 발생 및 충전 과도전류, 여자 돌입 전류를 최소화 하며 Close 동작을 할 수 있게 된다.
한편, 오프(OFF) 신호의 입력 시, 제어모듈(320)에서 기계식 스위치(42)가 온(ON)되어 있는 상태에서, 싸이리스터(310)를 온(ON)시켜 전류가 흐르게 하고, 이어 기계식 스위치(42)를 오프(OFF)시켜 개방(Open)하며, 이후 싸이리스터(310)를 오프(OFF)시키게 된다(S430).
즉, 제어모듈(320)은 도 6에 도시된 바와 같이 먼저 기계식 스위치(42)가 온(ON) 되어 있는 상태에서, 제어모듈(320)은 싸이리스터(310)를 온(ON)시켜 전류가 흐르게 한다. 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 제어모듈에서 오프(OFF) 신호의 입력 시 기계식 스위치와 싸이리스터를 스위칭 제어하는 과정을 나타낸 도면이다. 이어, 제어모듈(320)은 싸이리스터(310)만 온(ON) 상태로 남겨두고, 기계식 스위치(42)를 오프(OFF)시켜서, 기계식 스위치(42)가 개방(Open) 상태가 된다. 이후에, 제어모듈(320)은 싸이리스터(310)도 오프(OFF)시켜 모두 오프(OFF) 상태가 되도록 한다.
다시 정리하면, 싸이리스터 제어부(323)는 오프(OFF) 신호의 입력 시, 기계식 스위치(42)가 온(ON) 되어 있는 상태에서, 싸이리스터(310)의 위상에 맞추어 싸이리스터(310)를 점호(Firing)시킨다. 그리고 나서 싸이리스터 제어부(323)는 기계식 스위치(42)로 오프(Off) 신호를 출력하여 기계식 스위치(42)를 개방(Open) 시키게 된다. 싸이리스터 제어부(323)는 기계식 스위치(42)의 Open 상태를 확인하고 싸이리스터(310)를 오프(Off) 시키게 된다. 이러한 제어 순서를 가짐으로써 Off 신호 입력시 기계식 스위치(42)는 개폐 서지 발생 및 과도 전압/전류를 최소화 하며 Open 동작을 할 수 있게 된다.
이어, TSM에서 변류기(330)를 통해 싸이리스터(310)의 동작 및 고장 상태를 검출한다(S440).
그리고, TSM에서 싸이리스터(310)의 고장 검출 시, 싸이리스터(310)의 동작을 중지하고 알람부(328)를 통해 알람을 출력한다(S450).
따라서, 관리자나 사용자 등은 알람을 통해 싸이리스터(310)나 TSM(320) 등이 고장난 것을 인지하고, 그에 따른 조치를 취할 수 있게 되는 것이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 변압기에 대한 기계식 스위치 개폐 서지 및 과도 전압 전류 제한 장치의 주요 구성을 나타낸 구성도이다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 기계식 스위치 개폐 서지 및 과도 전압 전류 제한 장치(800)는 변압기(Transformer)(820)를 기계식 스위치(42)를 이용하여 전원부(340)와 도통시키는 경우에 발생할 수 있는 돌입전류를 방지하기 위한 것으로 기계식 스위치(42)에 병렬로 연결된 하나 이상의 싸이리스터(Thyristor)(810); 및 기계식 스위치(42)의 개폐(온/오프) 동작과, 하나 이상의 싸이리스터(810)의 동작을 제어하는 제어모듈(830)을 포함한다.
여기서, 하나 이상의 싸이리스터(810)와 직렬로 연결된 변류기(330)를 포함할 수 있으며, 하나 이상의 싸이리스터(810), 변류기(330) 및 제어모듈(830)을 포함하여 싸이리스터 스위칭 모듈(Thyristor Switching Module)이라 칭한다. 그리고 전원부(340)와 변압기(820)간의 도선 상의 전압의 위상과 전류를 측정하기 위한 계기용 변압기(Power Transformer; PT) (350) 및 전류 변압기 (Current Transformer: CT) (840)를 더 포함할 수 있다. 특히 계기용 변압기(350)는 전원부와 기계식 스위치 개폐 서지 및 과도 전압 전류 제한 장치(800) 간의 절연을 확보해 줄 수 있다.
이때, 하나 이상의 싸이리스터(810)는 극성이 서로 반대이거나, 전류의 방향이 서로 반대인 두 개의 싸이리스터가 병렬로 연결될 수 있다.
또한, 하나 이상의 싸이리스터(810)는 기계식 스위치(42)에 대해, 용량에 따라 직렬이나 병렬 또는 직병렬로 연결될 수 있다.
또한, 제어모듈(830)은 도 8에 도시된 바와 같이 위상 입력부(321), 전류 측정부(329), 스위치 제어부(322), 싸이리스터 제어부(323), 싸이리스터 검사부(324), 온오프 입력부(325), 화면 표시부(326), 입력 버튼부(327) 및 알람부(328)를 포함할 수 있다.
위상 입력부(321)는 계기용 변압기(350)로부터 전원부(340) 전압의 위상을 입력받는다.
스위치 제어부(322)는 기계식 스위치(42)의 개폐(ON/OFF) 동작을 스위칭 제어한다. 이때, 스위치 제어부(42)가 온(ON) 되면 폐회로(Close Loop)가 되어 전원부(340)와 변압기(820)간을 도통시키고, 오프(OFF) 되면 개방 회로(Open Loop)가 되어 전원부(340)와 변압기(820) 간을 단선시킨다.
싸이리스터 검사부(324)는 변류기(330)를 통해서 싸이리스터(310)의 상태와 동작을 확인할 수 있는 표시등과 화면을 구비할 수 있다.
온오프 입력부(325)는 전원부(340)와 변압기(820) 간의 도통 또는 단선을 요청하는 신호를 외부로부터 입력받는다.
화면 표시부(326)는 제어모듈의 각 부의 동작 상태나 설정 상태를 화면으로 표시한다.
입력 버튼부(327)는 싸이리스터(310)의 상태와, 싸이리스터(310)의 동작 지연(delay)값을 설정하거나 입출력값을 설정한다.
알람부(328)는 싸이리스터(310)의 결함이나 고장(Fault) 발생 시에 알람(Alarm)을 출력한다.
싸이리스터 제어부(323)는 싸이리스터(310)의 온(ON)과 오프(OFF) 동작을 위한 점호신호를 제어한다. 이때 계기용 변압기(350)를 이용하여 전압의 위상을 감지하고 있다가 전압의 위상이 0이 되는 시점에 싸이리스터(310)를 도통시키더라도, 도통 시점의 위상 및 잔류 자속, 계통 임피던스의 영향으로 인한 돌입전류가 발생할 수 있고, 이에 의해 변압기내 권선의 뒤틀림 및 약화를 초래하며, 이에 따른 변압기 소손 및 수명단축이 발생할 수 있다. 본 발명에서는 이러한 문제를 해결하기 위하여 싸이리스터 점호신호를 제어하여 싸이리스터(310)가 도통되는 시점을 조정하여 한번에 전원부(340)의 모든 전류가 변압기(820)로 돌입되는 것을 방지하고자 한다.
도 9는 싸이리스터(810)의 동작의 일 실시 예를 도시한 도면이다.
도 9를 참조하면, 싸이리스터는 PNPN 4층의 접합구조로 PNP 트랜지스터와 NPN 트랜지스터가 연결된 등가회로로 나타낼 수 있는데, 게이트에 전류를 순간적으로 흘려주면 싸이리스터의 에미터와 컬렉터 사이에 전류가 흐르게 되고, 이 전류가 다시 베이스로 흘러들어가 계속적으로 도통된 상태를 유지하는 특성을 가진다. 그러므로, 도 9에 도시된 것처럼 사인파 전류(910)가 싸이리스터에 가해지는 경우, 싸이리스터의 게이트에 전류를 인가(921, 931)한 뒤 싸이리스터의 컬렉터와 에미터 사이에 흐르는 전류가 0이 되는 시점까지만 전류가 흐르게 된다(920, 930). 즉, 싸이리스터 제어부(323)가 싸이리스터의 베이스에 전류를 흘려 싸이리스터를 도통 시키는 시점(점호각)에 의하여 전원부(340)에서 변압기(820)로 공급하는 전류의 양을 조절할 수 있다.
이러한 싸이리스터의 특성을 바탕으로 싸이리스터 제어부(323)는 싸이리스터의 점호각을 제어하여 변압기(820)로 들어가는 전류의 양을 조절함으로써 아주 큰 돌입 전류의 발생을 방지할 수 있다. 이때의 제어 신호를 싸이리스터의 점호신호로 칭한다. 즉, 도 9를 참조하면 싸이리스터 제어부(320)는 0도에서 180도 사이의 점호각을 설정할 수 있고, 여기에 180도씩 더하여 계속적으로 반복하여 싸이리스터를 도통시킬 수 있다. 일 예로서, 점호각을 170도로 설정하면, 170도, 350도, 530도(또는 다시 170도)에서 싸이리스터가 도통이 되고, 180도, 360도, 540도(또는 다시 180도)에서 전류가 0이 되어 싸이리스터가 자동으로 단선이 된다. 즉, 싸이리스터 제어부(323)는 싸이리스터(810)의 점호각을 설정하여 이에 따라 싸이리스터(810)를 도통시킴으로써 변압기(820)로 흘러가는 전류의 양을 제어할 수 있다.
싸이리스터 제어부(323)는 계기용 변압기(350)에서 측정한 전압의 위상과 전류 측정부(329)에서 측정한 도선에 흐르는 전류의 양을 바탕으로 싸이리스터의 점호각을 결정할 수 있다.
도 10은 일반적인 돌입 전류의 양태를 도시한 도면이다.
도 10을 참조하면 입력되는 전류의 양에 비례하여 돌입 전류의 1파(940)가 최대 크기가 되고 이후 계속 줄어들게 된다. 이때 돌입 전류의 최대 크기는 입력되는 전류의 양과 현재 변압기(820)에 내재되어 있는 자속 등에 의하여 결정될 수 있다. 그러므로 한번에 많을 양을 공급하지 않고 변압기(820)로 공급하는 전류의 양을 조금씩 늘림으로써 아주 큰 돌입 전류의 발생을 방지할 수 있다.
이를 위하여 싸이리스터 제어부(323)는 2개의 파라미터를 설정할 수 있다. 하나는 변압기(820)가 감내할 수 있는 최대 돌입전류의 크기를 나타내는 제1 설정값과, 변압기(820)로 흘러가는 전류의 양을 추가할 수 있게 되는 전류의 크기를 나타내는 제2 설정값일 수 있다. 일 실시 예로서 변압기의 용량이 400A 이고, 전원부에서 공급하는 전류의 최대값이 100A인 경우 제1 설정값은 360A로 설정될 수 있고, 제2설정값은 110A로 설정될 수 있다.
싸이리스터 제어부(323)는 최초의 점호각인 제1 점호각을 설정하고, 계기용 변압기(350)에서 측정하여 위상 입력부(321)를 통해 입력된 전압의 위상을 바탕으로 제1 점호각에 따른 점호신호를 생성할 수 있다. 그리고 싸이리스터 제어부(323)는 제1 점호각에 따라 싸이리스터(810)를 도통시키고 전류 측정부(329)를 통해 들어오는 도선상에 흐르는 전류를 확인한다. 만약 도선상에 흐르는 전류가 상기 제1 설정값보다 크다면 상기 제1 점호각보다 더 큰 위상각으로 새로운 점호각을 설정한다. 이러한 설정에 의하여 싸이리스터(810)가 도통되는 영역이 더 작게 되어 입력되는 전류의 양이 작아지고 따라서 돌입전류의 크기를 낮출 수 있다. 이러한 싸이리스터 제어부(320)의 제어는 도선상에 흐르는 전류의 최대 크기가 상술한 제1 설정값보다 작아질 때까지 계속한다.
상술한 제어에 의하여 도선상에 흐르는 전류의 크기가 도 10에 도시된 것처럼 점점 줄어들어 제2 설정값보다 작아지는 경우에는 싸이리스터의 점호각을 현재의 점호각보다 더 빠르게 설정할 수 있다. 일 실시 예로 현재의 점호각이 150도라면 새로운 점호각은 120도로 설정할 수 있다. 즉, 점호각을 빠르게 하여 변압기로 유입되는 전류의 양을 증가시킬 수 있다. 하지만 이 경우에는 이전의 점호각 설정에 의하여 이미 변압기로 흐르고 있던 전류에 추가로 전류를 더 유입되게 하는 것으로 그 변화량에 의해서 발생하는 돌입전류의 크기를 줄일 수 있다.
상술한 방식을 계속 반복하면서 점호각이 0이 될 때까지 수행할 수 있다. 그러면 전원부(340)로부터 오는 모든 전류가 변압기(820)로 유입되게 된다. 이러한 방식에 의하여 한번의 커다란 돌입전류가 발생하는 것을 방지하고, 변압기(820)에 영향을 미치지 않는 복수 개의 작은 돌입전류가 발생하도록 제어할 수 있다.
그리고 점호각이 0이 된 후에는 기계식 스위치(42)를 온시키고, 일정 시간 후에 싸이리스터를 점호시키기 위한 점호 신호의 생성을 중지할 수 있다. 그러면 전원부(340)와 변압기(820)는 기계식 스위치(42)에 의하여 전기적으로 도통되어 변압기(820)에 대한 전원 공급을 완료할 수 있다.
그리고, 변압기(820)로 유입되는 전류를 단선하기 위하여 기계식 스위치(42)를 바로 오프시키면 유사하게 돌입전류가 발생할 수 있다. 이를 방지하기 위하여 바로 기계식 스위치(42)를 오프시키지 않고 싸이리스터 제어부(320)는 먼저 싸이리스터를 점호각 0에서 점호시킨다. 그러면 전원부(340)의 전류는 기계식 스위치(42)와 싸이리스터(810)를 통하여 흐르게 된다. 이후 기계식 스위치(42)를 오프시키면, 모든 전류가 싸이리스터(810)를 통하여 흐르게 된다. 그후 점호각을 점점 키우면서 변압기(820)로 들어가는 전류의 양을 줄일 수 있고, 마지막에는 더 이상 싸이리스터가 점호되지 않도록 점호신호를 가하지 않으면 변압기(820)로 들어가는 전류를 완전히 차단할 수 있다.
도 11은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전원부(340)와 변압기(820) 간을 도통시키기 위한 방법을 도시한 도면이다.
도 11을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 전원부(340)와 변압기(820) 간의 도선을 도통시키기 위한 방법은 먼저 외부로부터 사용자에 의해 도통(온)시킬 것을 요청하는 신호를 입력받는다. 즉 온오프 입력부(325)를 통해 온신호를 입력받는다(S10). 그러면 싸이리스터 제어부(323)는 싸이리스터(310)를 온시키기 위하여 싸이리스터의 베이스에 전류를 흘려주는 시점을 나타내는 점호각을 제1 점호각으로 설정하고 싸이리스터를 점호시킨다(S20). 즉, 싸이리스터 제어부(320)는 위상 입력부(321)에서 획득하는 전압의 위상이 상기 점호각과 동일한 시점부터 싸이리스터가 온이 되도록 싸이리스터(310)의 베이스 단자로 전류를 공급하게 된다.
싸이리스터 제어부(320)는 제1 점호각에서 싸이리스터(310)를 도통시키고 전류 측정부(320)에서 측정하는 도선에 흐르는 전류를 바탕으로 전류가 제1 설정값보다 크면 현재의 점호각(제1 점호각)보다 큰 점호각(제2 점호각)으로 점호각을 다시 설정하고 싸이리스터를 점호시킨다(S30). 만약 측정한 전류가 제1 설정값보다 작으면 계속 현재의 점호각을 유지하다가 측정한 전류가 제2 설정값보다 작아지면 현재의 점호각보다 작은 점호각(제3 점호각)으로 점호각을 다시 설정하고 이에 맞추어 싸이리스터를 점호시킨다(S40). 단계(S30) 또는 단계(S40)을 반복하면서 최정적으로 현재의 점호각이 0도 인지를 확인한다. 현재 점호각이 0도이고 전류 측정부(320)에서 측정한 전류가 제2 설정값보다 작으면 기계식 스위치(42)를 온시키고(S50), 전원부(340)의 전류가 모두 기계식 스위치(42)로 흐르도록 하기 위하여 더 이상 싸이리스터를 점호하지 않도록 싸이리스터 제어부(323)는 싸이리스터 점호를 오프시킨다(S60).
상술한 방식에 의하여 변압기(820)로 유입되는 전류의 양을 조금씩 늘려 줌으로써 커다란 돌입전류의 발생을 방지할 수 있다.
따라서, 본 발명은 기존의 기계식 스위치를 철거 및 교체 설치하지 않아도 기계식 스위치의 단점인 개폐 서지, 충전 과도 전류, 여자 돌입 전류를 제한하면서 기계식 스위치와 같은 낮은 도통 손실을 유지할 수 있다.
또한, 개폐 서지, 충전 과도 전류, 여자 돌입 전류의 양을 제한함으로써 계전기의 오동작을 방지하며 변압기 및 콘덴서의 Stress를 줄여 소손 방지 및 수명을 연장시킬 수 있다.
또한, 화면을 통해 동작 상태 등의 정보를 표시할 수 있으며, 입력버튼을 통해 화면 또는 사용자 설정 값 등을 바꿀 수 있다. 알람 출력 등이 있어서 TSM Fault시 알람 및 Breaker등의 장치를 컨트롤 할 수 있다.
그리고, 기존의 장비를 그대로 이용하면서 기계식 스위치의 단점을 제한 할 수 있으므로 새로운 개선 장비로 교체하기 위해 들이는 기존 설비 철거비용 및 교체 비용을 절감 할 수 있다.
전술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 콘덴서 또는 변압기 1차에 연결된 구동용 기계식 스위치에 전력전자 소자인 싸이리스터와 기계식 스위치를 제어하는 제어부를 가지고 있는 TSM을 병렬로 연결 함으로써 기계식 스위치의 개폐 서지와, 콘덴서의 충전에 따라 발생되는 과도한 전압과 전류를 제한하여 기존에 쓰고 있는 기계식 스위치의 교체 없이 개선할 수 있도록 해 주는, 기계식 스위치 개폐 서지 및 과도 전압 전류 제한 장치 및 그 방법을 실현할 수 있다.
본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있으므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
10 : 변압기 20 : TSC
30 : 하모닉 필터 40 : 콘덴서 뱅크
42 : 기계식 스위치 44 : 콘덴서
46 : 리액터
300 : 다른 실시예의 기계식 스위치 개폐 서지 및 과도 전압 전류 제한 장치
310 : 쌍방향 싸이리스터 320 : 제어모듈
321 : 위상 입력부 322 : 스위치 제어부
323 : 싸이리스터 제어부 324 : 싸이리스터 검사부
325 : 온오프 입력부 326 : 화면 표시부
327 : 입력 버튼부 328 : 알람부
330 : 변류기 340 : 전원부
350 : 계기용 변압기
800 : 다른 실시예의 기계식 스위치 개폐 서지 및 과도 전압 전류 제한 장치
810 : 쌍방향 싸이리스터 820 : 변압기
830 : 제어모듈 840 : 전류 변압기

Claims (8)

  1. 전원부의 전원을 변압기에 공급하기 위한 도선을 도통시키거나 또는 단선시키는 기계식 스위치의 온(on)/오프(off)시 발생 가능한 개폐 서지 및/또는 돌입 전류를 제한하기 위한 기계식 스위치 개폐 서지 및 과도 전압 전류 제한 장치로서,
    상기 기계식 스위치와 병렬로 연결된 하나 이상의 싸이리스터; 및
    상기 기계식 스위치의 온/오프 및 상기 하나 이상의 싸이리스터의 점호신호를 제어하는 제어모듈;을 포함하되,
    상기 점호신호는 점호각을 포함하며, 상기 점호각은 상기 하나 이상의 싸이리스터가 상기 전원부와 상기 변압기를 도통시켜 전류가 흐르게 되는 시작점을 나타내고, 0도에서 180도 사이의 값을 가지고,
    상기 제어모듈은, 상기 전원부와 상기 변압기 간을 단선된 상태에서 도통된 상태로 변경하기 위하여 상기 기계식 스위치를 온하고자 할 때, 상기 하나 이상의 싸이리스터의 점호신호의 점호각을 제어하여 상기 전원부에서 상기 변압기로 공급되는 전류의 양이 점점 커지도록 하고, 상기 하나 이상의 싸이리스터의 점호각이 0도가 되어 상기 전원부와 상기 변압기가 항상 도통되도록 제어된 이후 상기 기계식 스위치를 온시키고, 이후 상기 하나 이상의 싸이리스터의 점호신호를 생성하지 않는,
    기계식 스위치 개폐 서지 및 과도 전압 전류 제한 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 싸이리스터는, 용량에 따라 직렬이나 병렬 또는 직병렬로 연결되는,
    기계식 스위치 개폐 서지 및 과도 전압 전류 제한 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어모듈과 상기 전원부 사이에, 3상 또는 단상의 전압 위상을 측정하고 절연을 확보해 주는 계기용 변압기(PT: potential transformer)를 포함하고,
    상기 제어모듈은 상기 계기용 변압기에 측정한 전압의 위상을 바탕으로 점호신호를 생성하는,
    기계식 스위치 개폐 서지 및 과도 전압 전류 제한 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제어모듈은,
    상기 계기용 변압기로부터 전압 위상을 입력받는 위상 입력부;
    상기 전원부와 상기 변압기 간에 흐르는 전류를 측정하는 전류 측정부;
    상기 기계식 스위치의 온(ON)/오프(OFF) 동작을 제어하는 스위치 제어부;
    상기 하나 이상의 싸이리스터의 동작을 제어하는 싸이리스터 제어부; 및
    상기 전원부와 상기 변압기 간의 도통 또는 단선을 요청하는 신호를 외부로부터 입력받는 온오프 입력부;
    를 포함하는, 기계식 스위치 개폐 서지 및 과도 전압 전류 제한 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제어모듈은,
    상기 하나 이상의 싸이리스터와 직렬로 연결된 변류기를 통해서 상기 하나 이상의 싸이리스터의 상태와 동작을 확인하는 싸이리스터 검사부;
    상기 하나 이상의 싸이리스터의 상태와, 상기 하나 이상의 싸이리스터의 동작 지연(delay)값을 설정하거나 입출력값을 설정하는 입력 버튼부;
    상기 제어모듈의 동작 상태나 설정 상태를 화면으로 표시하는 화면 표시부; 및
    상기 하나 이상의 싸이리스터의 결함이나 고장(Fault) 발생 시에 알람(Alarm)을 출력하는 알람부;
    를 더 포함하는, 기계식 스위치 개폐 서지 및 과도 전압 전류 제한 장치.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 싸이리스터 제어부는,
    상기 전원부와 상기 변압기를 단선된 상태에서 도통된 상태로 변경하기 위하여 상기 기계식 스위치를 온하고자 할 때,
    0도에서 180도 사이의 임의의 값을 가지는 제1 점호각으로 점호각을 설정하고,
    상기 전류 측정부에서 측정한 전류가 제1 설정값보다 크면 현재 설정된 점호각보다 큰 제2 점호각으로 상기 점호각을 다시 설정하고,
    상기 전류 측정부에서 측정한 전류가 상기 제1 설정값보다 작고, 제2 설정값보다 크면 현재 설정된 점호각을 유지하고,
    상기 전류 측정부에서 측정한 전류가 상기 제2 설정값보다 작으면 현재 설정된 점호각보다 작은 제3 점호각으로 점호각을 다시 설정하고,
    설정된 점호각과 상기 위상 입력부로부터 입력받은 전압 위상을 바탕으로 상기 점호신호를 생성하는,
    기계식 스위치 개폐 서지 및 과도 전압 전류 제한 장치.
  7. 전원부의 전원을 변압기에 공급하기 위한 도선을 도통시키거나 또는 단선시키는 기계식 스위치의 온(on)/오프(off)시 발생가능한 개폐 서지 및/또는 돌입 전류를 제한하면서 상기 전원부와 상기 변압기를 단선된 상태에서 도통된 상태로 변경하기 위하여 상기 기계식 스위치를 온하고자 할 때, 하나 이상의 싸이리스터 및 제어모듈을 포함하는 기계식 스위치 개폐 서지 및 과도 전압 전류 제한 장치에서 개폐 서지 및 과도 전압 전류를 제한하며 도선을 도통시키는 방법으로서,
    (a) 온오프 입력부에서 상기 전원부와 상기 변압기 간의 도통(온)을 요청하는 신호를 입력받는 단계;
    (b) 상기 하나 이상의 싸이리스터의 점호신호를 제어하여 상기 전원부에서 상기 변압기로 공급되는 전류의 양이 점점 커지도록 하는 단계;
    (c) 상기 하나 이상의 싸이리스터가 항상 도통되도록 제어되는 것을 확인하면 상기 기계식 스위치를 온시키는 단계; 및
    (d) 상기 기계식 스위치가 온된 이후 상기 하나 이상의 싸이리스터가 동작하지 않도록 상기 점호신호를 생성하지 않는 단계;
    를 포함하는, 개폐 서지 및 과도 전압 전류를 제한하며 도선을 도통시키는 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 (b) 단계는,
    0도에서 180도 사이의 임의의 값을 가지는 제1 점호각으로 점호각을 설정하는 단계;
    상기 도선에 흐르는 전류가 제1 설정값보다 크면 현재 설정된 점호각보다 큰 제2 점호각으로 상기 점호각을 다시 설정하는 단계;
    상기 도선에 흐르는 전류가 상기 제1 설정값보다 작고, 제2 설정값보다 크면 현재 설정된 점호각을 유지하는 단계;
    상기 도선에 흐르는 전류가 상기 제2 설정값보다 작으면 현재 설정된 점호각보다 작은 제3 점호각으로 점호각을 다시 설정하는 단계; 및
    설정된 점호각과 계기용 변압기를 통해 측정된 상기 전원부의 전압 위상을 바탕으로 상기 점호신호를 생성하는 단계;
    를 포함하는, 개폐 서지 및 과도 전압 전류를 제한하며 도선을 도통시키는 방법.
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