KR20220003347A - 결상 감지 진공차단기 및 진공차단기 결상 보호 시스템 - Google Patents

결상 감지 진공차단기 및 진공차단기 결상 보호 시스템 Download PDF

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KR20220003347A
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Abstract

본 발명의 결상 감지 진공차단기는, 입력단과 출력단이 형성된 외함; 상기 외함의 내부 공간에 위치하여 상기 입력단과 상기 출력단의 전기적 연결을 투입 또는 개방하는 VI(Vacuum Interrupter); 상기 VI의 출력측 접속부(contact)와 출력 단자 연결을 위한 내부 접속 도체; 및 일단이 상기 외함의 내면에 연결되며, 타단은 상기 내부 접속 도체에 연결되는 VD 애자를 포함할 수 있다.

Description

결상 감지 진공차단기 및 진공차단기 결상 보호 시스템{FAULT-PHASE DETECTION VACUUM CIRCUIT BREAKER AND FAULT-PHASE PROTECTION SYSTEM OF VACUUM CIRCUIT BREAKER}
본 발명은 진공차단기의 결상으로 인한 화재를 방지할 수 있는 결상 감지 진공차단기 및 진공차단기 결상 보호 시스템에 관한 것이다.
전기를 사용하는 전력계통에서 충전부가 단락되거나 접지되면, 큰 고장전류가 발생하게 되므로, 전력계통에서는 고장전류를 차단하거나 또는 부하에 흐르는 전류를 차단하기 위해서 차단기가 설치된다.
차단기는 전력 분배 시스템(power distribution system)에서 폴트 상태(fault condition)를 격리시키는(isolate) 작용을 한다. 이러한 폴트 상태를 해소(clearing)할 때에, 몇몇 형태의 이러한 장치들은 상기 회로를 복원하기 위하여 수동 또는 자동으로 재폐쇄(reclose)될 수 있다. 상기 폴트의 검출과 격리는 이러한 폴트의 결과로서 상기 시스템에 대한 손상을 완화시킨다(mitigate) 이러한 폴트가 해소된 이후의 재폐쇄는 빠른 서비스 복원을 제공한다.
차단기 중 진공차단기(VCB: Vacuum Circuit Breaker)는 전류를 진공 중에서 차단하는 장치로서, 진공중에서 전류를 차단하는 기능을 하는 진공 전류차단기구(VI: Vacuum Interrupter)를 포함한다.
진공차단기(VCB)는 조상설비용 23kV급 개폐장치 등 전압 변동이 크고 투입/차단이 잦은 분야에서 사용되고 있다. 전력계통 전압 변동에 따라 진공차단기(VCB)의 투입·차단 동작이 빈번해지면, 진공차단기(VCB)를 구성하는 부품들 중 진공 전류차단기구(VI: Vacuum Interrupter)와 절연롯드 체결부의 피로 누적에 의한 파손·탈락이 발생될 수 있으며, 이는 차단기 개방 불량을 초래한다.
도 1은 일반적인 진공차단기(VCB)의 구조를 도시한 측단면도이다.
도 2a 및 2b는 도 1의 진공차단기(VCB)의 정상 상태에서의 투입 및 개방 상태를 도시한다.
도 3a 및 3b는 도 1의 진공차단기(VCB)의 체결부(절연롯드) 탈락 상태에서의 투입 및 개방 상태를 도시한다.
도 4는 진공차단기(VCB)의 체결부(절연롯드) 탈락 상태를 나타낸 사진이다.
3상 중 하나의 상(예: B상)에 대하여 체결부(절연롯드) 탈락 상태에서 차단기 개방시 B상만 투입 상태를 유지하면, 조상설비로서 해당 진공차단기(VCB)에 연결된 리액터에 발화로 인한 화재가 발생되곤 하였다.
이는 진공차단기(VCB) 결상에 의해 상기 리액터에 고전압이 유기된 것에 기인하며, 이하, 상기 리액터를 구성하는 전력용 콘덴서에 대하여, 구체적으로 23kV 전력용 콘덴서로 예시하여 살펴보겠다.
23kV 전력용 콘덴서는 비접지 회로로 구성되어 있는데, 이는 타 설비의 지락보호 시스템에 영향을 줄 수 있으며, 대지로 흐르는 고조파 전류에 의해 제어·통신 시스템에 간섭이 일어날 수 있으며, 콘덴서의 방전전류가 피뢰기를 소손시킬 수 있기 때문이다.
상기 전력용 콘덴서는 5-고조파 필터링을 목적으로 하는 직렬 리액터로서 설치되며, 예컨대, 해당 리액터는 793[V]의 정격전압(단자전압)을 가질 수 있다.
일반적으로 종래기술의 상기 전력용 콘덴서는 과전류·전압평형 계전기를 통해 보호되나, 앞서 서술한 VCB의 결상은 감지할 수 있는 보호수단이 마련되어 있지 않다. 이러한 직렬 리액터에서 화재가 발생하는 과정을 살펴본다.
도 5a는 VCB 및 직렬 리액터의 조상 설비 구성에서 정상시 회로 전압을 나타낸 것이며, 도 5b는 정상시 직렬 리액터 내부 회로 전압 변화를 나타낸 것이다.
한편, 도 6a는 VCB 및 직렬 리액터의 조상 설비 구성에서 결상시 회로 전압을 나타낸 것이며, 도 6b는 결상시 직렬 리액터 내부 회로 전압 변화를 나타낸 것이다.
정상 회로에서 리액터의 단자전압은 793[V]이며, Input 단자~외함간의 전위차 역시 793[V]이고, Common 단자~외함간의 전위차는 0[V]이나, 이상(1상 결상, 투입 유지)회로에서는 폐회로가 구성되지 않아 전압강하가 발생하지 않으므로 도시한 회로 내 두 지점간의 전위차는 0[V]로 종래기술의 이상 전압 감시 수단인 방전코일을 통한 감지가 불가능하다. 이에 따라, 리액터 회로~외함간에는 발생된 13.2[kv]의 전위차가 존재하는 상태가 장시간 지속될 경우 리액터 발화의 원인이 된다.
대한민국 공개공보 10-2008-0072863호
본 발명은 진공차단기(VCB)를 구성하는 체결부 탈락 등으로 인한 결상 상태를 감지할 수 있는 결상 감지 진공차단기 및 진공차단기 결상 보호 시스템을 제공하고자 한다.
본 발명은 조상설비를 구성하는 결상된 진공차단기(VCB)에 연결된 리액터의 발화로 인한 화재를 방지할 수 있는 결상 감지 진공차단기 및 진공차단기 결상 보호 시스템을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따른 결상 감지 진공차단기는, 입력단과 출력단이 형성된 외함; 상기 외함의 내부 공간에 위치하여 상기 입력단과 상기 출력단의 전기적 연결을 투입 또는 개방하는 VI(Vacuum Interrupter); 상기 VI의 출력측 접속부(contact)와 출력 단자 연결을 위한 내부 접속 도체; 및 일단이 상기 외함의 내면에 연결되며, 타단은 상기 내부 접속 도체에 연결되는 VD 애자를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 외함의 내부 공간에 상기 입력단과 연결되며, 그 내부에 상기 VI와 VI 구동 장치를 실장하는 VI 구동실을 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 내부 접속 도체는, 상기 출력단과 상기 VI 구동실의 외벽과 연결될 수 있다.
여기서, 상기 외함의 바닥에 위치하며, 계전기실까지 제어케이블을 포설하기 위한 덕트가 설치되어 있는 미케니즘 박스를 더 포함할 수 있다.
여기서, 전기적으로 상기 VD 애자의 일단은 외함의 내면에 연결되며, 타단은 상기 내부 접속 도체에 연결되고, 기계적으로 상기 VD 애자의 일단은 상기 미케니즘 박스에 부착될 수 있다.
여기서, 상기 VD 애자의 전압 검출 라인을 상기 덕트를 통해 상기 외함의 외부로 인출하는 검출 라인 인출부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 진공차단기 결상 보호 시스템은, 입력단과 출력단이 형성된 외함과, 상기 외함의 내부 공간에 위치하여 상기 입력단과 상기 출력단의 전기적 연결을 투입 또는 개방하는 VI(Vacuum Interrupter)와, 상기 외함의 내부에서 상기 출력단의 전기적 상태를 검출하는 VD 애자를 구비하는 결상 감지 진공차단기; 및
상기 VD 애자의 검출 신호에 따라 스위칭되는 LPS 스위치와, 상기 결상 감지 진공차단기의 행정 지시기와 연계되는 VCB 보조 연계 스위치와, 상기 LPS 스위치 및 상기 VCB 보조 연계 스위치의 동시 동작에 의해 여자되는 타이머와, 여자된 타이머의 설정된 기간이 종료되면 상기 결상 감지 진공차단기에 대한 상위 차단기의 개방을 지시하는 신호를 송출하는 메인 차단 신호 송출부를 구비하는 결상 보호반을 포함할 수 있다.
여기서, 상기 메인 차단 신호 송출부는, 상기 타이머에 의해 스위칭되는 타이머 스위치; 상기 타이머 스위치에 의해 스위칭되어 SCADA 시스템에 경보 신호를 송출하는 경보 스위치; 및 상기 타이머 스위치에 의해 스위칭되어 상기 상위 차단기에 트립 신호를 송출하는 트립 스위치를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 결상 보호반의 구동 전력은, 상기 결상 감지 진공차단기에 연결된 리액터의 양단 전압의 1/10보다 큰 직류 전력일 수 있다.
여기서, 상기 결상 보호반의 구동 전력은, 상기 결상 감지 진공차단기의 외함을 접지로 할때, 정(+) 및 부(-) 방향으로 서로 대칭되는 값을 가지는 직류 전력일 수 있다.
여기서, 일단이 3상 중성점에 연결되며, 타단이 상기 결상 감지 진공차단기의 출력단에 연결된 직렬 리액터를 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 직렬 리액터와 상기 결상 감지 진공차단기 사이에 위치하는 방전 코일을 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 결상 감지 진공차단기는, 상기 외함의 바닥에 위치하며, 계전기실까지 제어케이블을 포설하기 위한 덕트가 설치되어 있는 미케니즘 박스를 더 포함할 수 있다.
여기서, 전기적으로 상기 VD 애자의 일단은 외함의 내면에 연결되며, 타단은 상기 내부 접속 도체에 연결되고, 기계적으로 상기 VD 애자의 일단은 상기 미케니즘 박스에 부착될 수 있다.
여기서, 상기 VD 애자의 전압 검출 라인은 상기 덕트를 통해 상기 외함의 외부로 인출되어 상기 LPS 스위치로 연결될 수 있다.
상술한 구성의 본 발명의 사상에 따른 결상 감지 진공차단기 및/또는 진공차단기 결상 보호 시스템을 실시하면, 진공차단기(VCB)를 구성하는 체결부 탈락 등으로 인한 결상 상태를 바로 감지하여 화재를 방지할 수 있는 이점이 있다.
본 발명의 결상 감지 진공차단기 및/또는 진공차단기 결상 보호 시스템은, 조상설비를 구성하는 결상된 진공차단기(VCB)에 연결된 리액터의 발화로 인한 화재를 방지할 수 있는 이점이 있다.
본 발명의 결상 감지 진공차단기 및/또는 진공차단기 결상 보호 시스템은, 도심지 옥외 전력설비 화재로 인한 재난 예방하고, 정확한 설비상태 파악 및 이상전압 차단으로 운영·관리자의 안전을 확보할 수 있는 이점이 있다.
도 1은 일반적인 진공차단기(VCB)의 구조를 도시한 측단면도.
도 2a 및 2b는 도 1의 진공차단기(VCB)의 정상 상태에서의 투입 및 개방 상태를 도시한 측단면도.
도 3a 및 3b는 도 1의 진공차단기(VCB)의 체결부(절연롯드) 탈락 상태에서의 투입 및 개방 상태를 도시한 측단면도.
도 4는 진공차단기(VCB)의 체결부(절연롯드) 탈락 상태를 나타낸 사진.
도 5a는 VCB 및 직렬 리액터의 조상 설비 구성에서 정상시 회로/전압을 나타낸 회로도.
도 5b는 정상시 직렬 리액터 내부 회로 전압 변화를 나타낸 개념도.
도 6a는 VCB 및 직렬 리액터의 조상 설비 구성에서 결상시 회로/전압을 나타낸 것 회로도.
도 6b는 결상시 직렬 리액터 내부 회로 전압 변화를 나타낸 개념도.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 결상 감지 진공차단기를 도시한 측단면도.
도 8는 도 7의 결상 감지 진공차단기 및 결상시 필요한 조치를 수행하는 결상 보호반을 포함하는 진공차단기 결상 보호 시스템의 일 실시예를 도시한 회로도.
도 9는 본 발명의 사상에 따른 상기 진공차단기 결상 보호 시스템과 직렬 리액터의 조상 설비 시스템 구성을 도시한 회로도.
도 10은 도 9의 회로 구성에서 한 상에 대하여 결상이 발생된 상태를 나타낸 것 회로도.
도 11a는 도 10의 회로 구성에서 결상 발생시, 방전 코일의 전압 변화를 나타내기 위한 회로도.
도 11b는 도 10의 회로 구성에서 결상 발생시, VCB 내부에 구비된 VD 애자의 전압 변화를 나타내기 위한 회로도.
도 12은 도 8의 결상 보호 진공차단기를 구비한 결상 보호 시스템을 결상 보호 기능의 관점에서 도시한 블록도.
도 13은 실제 23kV급 VCB를 구비한 조상 설비 시스템에 본 발명의 사상에 따른 진공차단기 결상 보호 시스템을 적용한 모습을 도시한 개념도.
본 발명을 설명함에 있어서 제 1, 제 2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되지 않을 수 있다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 연결되어 있다거나 접속되어 있다고 언급되는 경우는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해될 수 있다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다.
본 명세서에서, 포함하다 또는 구비하다 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것으로서, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해될 수 있다.
또한, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 결상 감지 진공차단기를 도시한 측단면도이다.
도시한 결상 감지 진공차단기(100)는, 입력단(170)과 출력단(180)이 형성된 외함(102); 상기 외함(102)의 내부 공간에 위치하여 상기 입력단(170)과 상기 출력단(180)의 전기적 연결을 투입 또는 개방하는 VI(Vacuum Interrupter)(120); 상기 VI(120)의 출력측 접속부(contact)와 출력 단자 연결을 위한 내부 접속 도체(140); 및 일단이 상기 외함(102)의 내면에 연결되며, 타단은 상기 내부 접속 도체(140)에 연결되는 VD 애자(160)를 포함할 수 있다.
도시한 결상 감지 진공차단기(100)는, 외함(102)의 내부 공간에 상기 입력단(170)과 연결되며, 상기 VI(120)를 감싸는 형태를 가지며, 그 내부에 상기 VI(120)와 VI 구동 장치(130)를 실장하는 VI 구동실(104)을 포함하고 있으며, 상기 내부 접속 도체(140)는 상기 출력단(180)과 상기 VI 구동실(104)의 외벽과 연결되어 있다.
상기 VD 애자(160)는 애자 구조에서 형성되는 일부 커패시터의 전위를 검출하는 바, 상기 결상 감지 진공차단기(100)는, 상기 VD 애자(160)의 전위 검출 라인을 상기 외함(102)의 외부로 인출하는 검출 라인 인출부를 더 포함할 수 있다.
도 8는 도 7의 결상 감지 진공차단기(100) 및 결상시 필요한 조치를 수행하는 결상 보호반(200)을 포함하는 진공차단기 결상 보호 시스템의 일 실시예를 도시한 회로도이다.
상기 진공차단기 결상 보호 시스템을 구성하는 결상 감지 진공차단기(100)는, 도 1의 경우와 같이, 입력단과 출력단이 형성된 외함과, 상기 외함의 내부 공간에 위치하여 상기 입력단과 상기 출력단의 전기적 연결을 투입 또는 개방하는 VI(Vacuum Interrupter)와, 상기 외함의 내부에서 상기 출력단의 전기적 상태를 검출하는 VD 애자(160)를 구비할 수 있다.
상기 진공차단기 결상 보호 시스템을 구성하는 결상 보호반(200)은, 상기 VD 애자(160)의 검출 신호에 따라 스위칭되는 LPS 스위치(210)와, 상기 결상 감지 진공차단기의 행정 지시기와 연계되는 VCB 보조 연계 스위치(220)와, 상기 LPS 스위치(210) 및 상기 VCB 보조 연계 스위치(220)의 동시 동작에 의해 여자되는 타이머(230)와, 여자된 타이머(230)의 설정된 기간이 종료되면 상기 결상 감지 진공차단기(100)에 대한 상위 차단기의 개방을 지시하는 신호를 송출하는 메인 차단 신호 송출부를 구비할 수 있다.
도시한 바와 같이, 상기 메인 차단 신호 송출부는, 상기 타이머(230)에 의해 스위칭되는 타이머 스위치(240); 상기 타이머 스위치(240)에 의해 스위칭되어 SCADA 시스템에 경보 신호를 송출하는 경보 스위치(260); 및 상기 타이머 스위치(240)에 의해 스위칭되어 상기 상위 차단기에 트립 신호를 송출하는 트립 스위치(270)를 포함할 수 있다. 구현에 따라, 상기 타이머 스위치(240)의 출력에 따라 상기 경보 스위치(260) 및 트립 스위치(270)를 위한 릴레이 전력을 공급하는 릴레이 구동기(250)를 더 포함할 수 있다.
도시한 진공차단기 결상 보호 시스템은, 기존 VCB나 차단반 등의 구조의 변경을 최소화하면서, VCB의 각 상의 개방 동작 여부를 개별적으로 확인할 수 있다.
상기 결상 보호반(200)도 기존의 VCB 및 직렬 리액터를 구비하는 조상설비의 변경을 최소화하기 위한 구성이며, 이 관점에서, 상기 결상 보호반의 구동 전력은, 상기 결상 감지 진공차단기에 연결된 리액터의 양단 전압의 1/10보다 큰 직류 전력으로서, 상기 결상 감지 진공차단기의 외함을 접지로 할때, 정(+) 및 부(-) 방향으로 서로 대칭되는 크기(도면에서는 +62.5V 및 -62.5V)를 가지는 직류 전력으로 구동하도록 회로를 구성한 것이다.
도 9는 본 발명의 사상에 따른 상기 진공차단기 결상 보호 시스템과 직렬 리액터의 조상 설비 시스템 구성을 도시한 회로도이다. 종래 기술 도 5a와 거의 동일하게 VCB(100) 및 직렬 리액터(500)의 조상 설비 구성을 이룰 수 있다. 도 9의 조상 설비 시스템의 구성에서는 직렬 리액터와 VCB 사이에 방전 코일(300)이 위치한다.
상술한 진공차단기 결상 보호 시스템은, 일단이 3상 중성점(N)에 연결되며, 타단이 상기 결상 감지 진공차단기(100)의 출력단에 연결된 직렬 리액터(500)를 더 포함한다고 볼 수도 있다.
이하, 도시한 진공차단기 결상 보호 시스템의 결상 감지 및 결상 보호 동작을 설명하겠다.
도 10은 도 9의 회로 구성에서 한 상에 대하여 결상이 발생된 상태를 나타낸 것이다.
도 11a는 도 10의 회로 구성에서 결상 발생시, 방전 코일의 전압 변화를 나타내기 위한 것이다.
도 11b는 도 10의 회로 구성에서 결상 발생시, VCB 내부에 구비된 VD 애자의 전압 변화를 나타내기 위한 것이다.
도 12은 도 8의 결상 보호 진공차단기를 구비한 결상 보호 시스템을 결상 보호 기능의 관점에서 도시한 블록도이다.
도 11a에서 방전코일 2차측에는 전압이 유기되지 않아, 방전코일에 연계된 기존의 보호 회로(수단)들로는 VCB의 결상에 대한 대응이 불가능함을 알 수 있다. 다시말해, 도 9에 도시한 조상 설비 시스템의 기존 구성요소들에서는 VCB에 1상만 결상시 이를 감지할 수 있는 보호회로가 없다.
반면, 본 발명의 사상에 따라 구비된 VD(Voltage Detector) 애자 및 LPS(Line Potential Signaller : 전기회로의 사·활선 여부를 부착된 램프 및 접점 출력으로 표시하는 장치)로 VCB 1상 결상을 정확하게 감지한다. 구체적인 방안으로서, VCB의 상태감시용 보조접점(Aux Contact)(즉, VCB 보조 연계 스위치(220))과 LPS 접점(210)의 직렬 조합을 통해 VCB 회로 내 이상 전압을 감지하는 것이다. 여기서, 상태감시용 보조접점(Aux Contact)(즉, VCB 보조 연계 스위치(220))은, 차단기의 투입·개방 상태를 감시하기 위해 주 접점과 연동되도록 만든 보조 스위치이다.
상술한 VD 애자(160) 적용시 주회로~대지간 분압 콘덴서가 삽입된 것으로 볼 수 있으며, 상기 분압 콘덴서 회로의 말단은 VCB의 외함 등에 의해 접지되어 있다.
상기 VD 애자(160)의 Tap에는
Figure pat00001
만큼의 Tap전압 Vd가 유기되어 사·활 여부에 대한 감시가 가능하다.(여기서, Vp = 주 회로의 상전압(13.2kV)임)
상기 결상 보호반(200)에 의한 결상 보호 기능의 작동 방식을 보다 구체적으로 예시하여 살펴보겠다.
설비 운영자가 계통 사고 조치나 점검 등을 위해 VCB(100)를 개방 조작하였으나, 구동부 파손으로 결상(B상 가정)이 발생하여 전력용 콘덴서 주회로~대지간에 13.2[kV]의 상전압이 지속적으로 유기된 상황을 가정한다.
상기 VD 애자(160)의 Tap에 주회로~대지간 전위차에 의한 전압 Vd가 유기되며 이는 LPS(210)의 “a”접점을 on 시킨다. 상기 VCB(100)가 수행한 마지막 행정이“개방”이므로, 상기 VCB(100)의 보조 b접점(Aux“b”Contact)(220)역시 on 되어 있고 이는 타이머 T(230)를 여자시킨다.
상기 타이머 T(230)의 여자상태가 설정된 시간 이상 유지되면, 결상 Relay 47X(250)가 여자되어, MAIN CB 개방 신호를 송출하고, 이상전압을 차단한다.
도 8에 도시한 결상 보호반(200)은 VCB(100)의 결상에 따른 이상 전압이 설정시간 이상 유지될 경우, VCB 상위의 MAIN CB(900)를 개방함으로서 전력용 콘덴서 회로의 이상전압을 제거하고 관련 설비의 화재를 예방할 수 있다.
도 11a 및 11b에서는 결상이 발생된 상과, 이를 검출하는 VD 애자 탭이 형성된 상이 서로 다름을 알 수 있다. 즉, VCB(100)의 3상의 각 입출력단들 중 하나의 상에 대해서만 도 7에 도시한 형태의 상기 VD 애자 및 도 8에 도시한 형태의 결상 보호반(200)을 구성할 수 있으며, 하나의 상에 구비된 VD 애자에서 감지된 전위를 이용하여 VCB(100)의 3상 중 어느 하나에 결상이 발생됨을 감지할 수 있다.
결상 감지 외에도 다른 목적으로 VCB(100)의 3상 각 상의 전위를 감지하는 다른 구현의 경우, VCB(100)의 3상 모두에 상기 VD 애자를 적용할 수도 있다.
도 13은 실제 23kV급 VCB를 구비한 조상 설비 시스템에 본 발명의 사상에 따른 진공차단기 결상 보호 시스템을 적용한 모습을 도시한 개념도이다.
도시한 VCB(100)의 외함(102)의 바닥은, 콘크리트 기초로, 계전기실까지 제어케이블을 포설하기 위한 VCB 전용 관로 및 케이블덕트가 설치되어 있는 미케니즘 박스(mechanism box, 106)가 형성되어 있다.
도면에서는 본 발명의 사상에 따른 VD 애자(160)의 바닥면을 상기 외함(102)의 바닥에 형성된 미케니즘 박스(160)에 장착하여, VCB 내부로서 별도의 방수대책이 불필요하며, 기설된 VCB의 단자대 및 케이블 덕트를 사용 가능토록 하였다.
도시한 바와 같이, 상기 미케니즘 박스(106)에는 전장판, Aux S/W, 단자대 등이 위치하며, 관로 및 케이블 덕트, 케이블 배선(109)이 계전기실까지 연결된다.
도시한 조상 설비 시스템은, VCB 외함(102) 내부에 VD 애자(160)를 설치면 별도의 방수처리가 필요 없고, 기설된 케이블 관로 및 덕트를 활용하여 새로 포설되는 케이블을 설치하기 용이하며 경제적이다. 이는 기설 설비의 가공 및 구조변경 최소화 가능함에 기인한다. 특히, 도 8에 도시한 결상 보호반(200)을 구성할 때, VD 애자(160)의 탭 리드를 계전기실이 LPS까지 포설하여 보호반에 결선하기 위해서는 기존에 설치된 VCB용 케이블 덕트를 사용하는 것이 큰 이점으로 작용한다.
이론적으로는, 도 13에 도시한 각종 애자들 중 하나를 VD 애자로 교체하거나, VD 애자 옥외 설치시 콘댄서 가대에도 설치가 가능하며, 일응 이러한 구현이 경제적이고 용이한 것으로 보이나, 모두 별도의 방수 대책(탭 단자에 대한 커버설치 등)이 필요한 실무상 곤란함이 발생된다.
본 발명에서는, 상술한 VCB의 결상을 인지하기 위해, VCB의 개방시 출력단 전압 감지 용도로서, VCB의 외함 내부 공간에 설치된 VD 애자를 적용한다. 여기서, 전기적으로 상기 VD 애자의 일단은 VCB의 VI의 출력측 접속부(contact)와 출력 단자 연결을 위한 내부 접속 도체에 연결되고, 타단은 상기 외함(102)을 통해 접지에 연결된다. 물리적으로는 상기 VD 애자의 바닥면쪽은 상기 외함(102)의 바닥에 형성된 미케니즘 박스(160)에 부착된다.
상술한 장착 형태의 VD 애자(160) 자체로 인한 이점으로서, VD 애자(160) 자체는 전력 주파수의 신호(즉, 전력)은 대부분 안전하게 차단(절연)하면서, 전력 주파수 환경에서 정상 상태에서의 측정값(즉, 탭 커패시터 충전값)은 바로바로 리셋되어, VCB 개방시 결상으로 인한 전위 감지를 방해하지 않는다.
본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있으므로, 이상에서 기술한 실시 예들은 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.
100 : 결상 감지 진공차단기 102 : 외함
104 : VI 구동실 120 : VI(Vacuum Interrupter)
140 : 내부 접속 도체 160 : VD 애자
170 : 입력단 180 : 출력단
200 : 결상 보호반 210 : LPS 스위치
220 : VCB 보조 연계 스위치 230 : 타이머
240 : 타이머 스위치 250 : 릴레이 구동기
260 : 경보 스위치 270 : 트립 스위치

Claims (15)

  1. 입력단과 출력단이 형성된 외함;
    상기 외함의 내부 공간에 위치하여 상기 입력단과 상기 출력단의 전기적 연결을 투입 또는 개방하는 VI(Vacuum Interrupter);
    상기 VI의 출력측 접속부(contact)와 출력 단자 연결을 위한 내부 접속 도체; 및
    일단이 상기 외함의 내면에 연결되며, 타단은 상기 내부 접속 도체에 연결되는 VD 애자
    를 포함하는 결상 감지 진공차단기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 외함의 내부 공간에 상기 입력단과 연결되며, 그 내부에 상기 VI와 VI 구동 장치를 실장하는 VI 구동실
    을 더 포함하는 결상 감지 진공차단기.
  3. 제2항에 있어서, 상기 내부 접속 도체는,
    상기 출력단과 상기 VI 구동실의 외벽과 연결되는 결상 감지 진공차단기.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 외함의 바닥에 위치하며,
    계전기실까지 제어케이블을 포설하기 위한 덕트가 설치되어 있는 미케니즘 박스
    를 더 포함하는 결상 감지 진공차단기.
  5. 제4항에 있어서,
    전기적으로 상기 VD 애자의 일단은 외함의 내면에 연결되며, 타단은 상기 내부 접속 도체에 연결되고, 기계적으로 상기 VD 애자의 일단은 상기 미케니즘 박스에 부착되는 결상 감지 진공차단기.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 VD 애자의 전압 검출 라인을 상기 덕트를 통해 상기 외함의 외부로 인출하는 검출 라인 인출부
    를 더 포함하는 결상 감지 진공차단기.
  7. 입력단과 출력단이 형성된 외함과,
    상기 외함의 내부 공간에 위치하여 상기 입력단과 상기 출력단의 전기적 연결을 투입 또는 개방하는 VI(Vacuum Interrupter)와,
    상기 외함의 내부에서 상기 출력단의 전기적 상태를 검출하는 VD 애자
    를 구비하는 결상 감지 진공차단기; 및
    상기 VD 애자의 검출 신호에 따라 스위칭되는 LPS 스위치와,
    상기 결상 감지 진공차단기의 행정 지시기와 연계되는 VCB 보조 연계 스위치와,
    상기 LPS 스위치 및 상기 VCB 보조 연계 스위치의 동시 동작에 의해 여자되는 타이머와,
    여자된 타이머의 설정된 기간이 종료되면 상기 결상 감지 진공차단기에 대한 상위 차단기의 개방을 지시하는 신호를 송출하는 메인 차단 신호 송출부
    를 구비하는 결상 보호반
    을 포함하는 진공차단기 결상 보호 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 메인 차단 신호 송출부는,
    상기 타이머에 의해 스위칭되는 타이머 스위치;
    상기 타이머 스위치에 의해 스위칭되어 SCADA 시스템에 경보 신호를 송출하는 경보 스위치; 및
    상기 타이머 스위치에 의해 스위칭되어 상기 상위 차단기에 트립 신호를 송출하는 트립 스위치
    를 포함하는 진공차단기 결상 보호 시스템.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 결상 보호반의 구동 전력은, 상기 결상 감지 진공차단기에 연결된 리액터의 양단 전압의 1/10보다 큰 직류 전력인 진공차단기 결상 보호 시스템.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 결상 보호반의 구동 전력은, 상기 결상 감지 진공차단기의 외함을 접지로 할때, 정(+) 및 부(-) 방향으로 서로 대칭되는 값을 가지는 직류 전력인 진공차단기 결상 보호 시스템.
  11. 제7항에 있어서,
    일단이 3상 중성점에 연결되며, 타단이 상기 결상 감지 진공차단기의 출력단에 연결된 직렬 리액터
    를 더 포함하는 진공차단기 결상 보호 시스템.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 직렬 리액터와 상기 결상 감지 진공차단기 사이에 위치하는 방전 코일
    을 더 포함하는 진공차단기 결상 보호 시스템.
  13. 제7항에 있어서,
    상기 결상 감지 진공차단기는,
    상기 외함의 바닥에 위치하며, 계전기실까지 제어케이블을 포설하기 위한 덕트가 설치되어 있는 미케니즘 박스
    를 더 포함하는 진공차단기 결상 보호 시스템.
  14. 제13항에 있어서,
    전기적으로 상기 VD 애자의 일단은 외함의 내면에 연결되며, 타단은 상기 내부 접속 도체에 연결되고, 기계적으로 상기 VD 애자의 일단은 상기 미케니즘 박스에 부착되는 진공차단기 결상 보호 시스템.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 VD 애자의 전압 검출 라인은 상기 덕트를 통해 상기 외함의 외부로 인출되어 상기 LPS 스위치로 연결되는 진공차단기 결상 보호 시스템.
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