KR20230102029A - 변압기 보호 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 변압기 보호 장치는 변압기의 전류 각각의 크기 및 위상을 이용하여 차전류와 억제전류를 연산하는 연산부; 연산부에 의해 연산된 차전류와 억제전류에 따라 제1 차단기 제어신호를 생성하는 주보호 제어부; 연산부에 의해 연산된 차전류와 억제전류 및 변압기의 기계적 보호장치의 동작 여부에 따라 제2 차단기 제어신호를 생성하는 기계적 보호장치 트립 제어부; 및 제1 차단기 제어신호 또는 제2 차단기 제어신호에 따라 변압기의 차단기를 트립시키는 차단기 구동부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

변압기 보호 장치{APPARATUS FOR PROTECTING ELECTRIC TRANSFORMER}

본 발명은 변압기 보호 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 변압기에 대한 기계적 전기적 보호기능이 통합적으로 이루어질 수 있도록 한 변압기 보호 장치에 관한 것이다.

현재 변압기의 기계적 보호장치는 변압기의 내부고장을 검출하여 변압기의 1차 차단기와 2차 차단기를 트립시킨다. 이러한 기계적 보호장치는 낙뢰, 지중선로 접속함 절연파괴, 기계적 보호장치내 수분침투 등의 외부 고장 및 장치불량으로 변압기가 정지되는 사례가 발생되어 원하지 않는 설비 정지가 발생되는 문제가 야기되고 있다.

한편, 기계적 보호장치 트립 계전기는 변압기의 내부고장을 감지하여 동작하는 기계적 보호장치가 위와 같은 변압기의 외부고장에 의해 오동작하는 것을 방지하는 전기적 보호장치로서, 기계적 보호장치의 트립을 제어한다.

종래의 기계적 보호장치 트립 계전기는 보호배전반내에 별도로 설치되는데, 그 결과 보호배전반 내 공간이 협소해지고 추가 설치에 따른 비용이 크게 증가하고, 보호배전반의 설계 및 시공이 복잡해지는 문제점이 있었다.

본 발명의 배경기술은 대한민국 공개특허공보 10-2012-0052084호(2012.05.23)의 '로직회로를 이용한 전력용 변압기 자동 부하공급 제어 시스템 및 그 방법'에 개시되어 있다.

본 발명은 전술한 문제점을 개선하기 위해 창안된 것으로서, 본 발명의 일 측면에 따른 목적은 기계적 보호장치가 변압기의 외부고장에 의해 오동작하는 것을 방지하는 기계적 보호장치 트립 계전기와 변압기의 전류를 기반으로 차단기를 트립시키는 주보호계전기의 전류비율차동보호기능을 통합하여 변압기에 대한 기계적 보호기능과 전기적 보호기능을 하나의 장치 내에서 통합적으로 이루어질 수 있도록 한 변압기 보호 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 일 측면에 따른 변압기 보호 장치는 변압기의 각 변류기로부터 입력된 전류의 차전류와 억제전류를 연산하는 연산부; 상기 연산부에 의해 연산된 차전류와 억제전류에 따라 제1 차단기 제어신호를 생성하는 주보호 제어부; 상기 연산부에 의해 연산된 차전류와 억제전류 및 상기 변압기의 기계적 보호장치의 동작 여부에 따라 제2 차단기 제어신호를 생성하는 기계적 보호장치 트립 제어부; 및 상기 제1 차단기 제어신호 또는 상기 제2 차단기 제어신호에 따라 상기 변압기의 차단기를 트립시키는 차단기 구동부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 상기 주보호 제어부는 억제전류에 대한 차전류의 비율이 기 설정된 제1 설정값 이상인지 여부에 따라 상기 제1 차단기 제어신호를 출력하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 상기 제1 설정값은 변경 가능한 것을 특징으로 한다.

본 발명의 상기 기계적 보호장치 트립 제어부는 상기 기계적 보호장치의 동작 여부에 따른 동작신호를 출력하는 동작 판단부; 상기 연산부에 의해 연산된 차전류와 억제전류에 따라 트립 제어신호를 생성하는 기계적 보호장치 트립 계전기; 및 상기 동작신호와 상기 트립 제어신호에 따라 상기 제2 차단기 제어신호를 출력하는 출력부를 특징으로 한다.

본 발명의 상기 출력부는 상기 동작신호와 상기 트립 제어신호가 모두 온이면 상기 제2 차단기 제어신호를 출력하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 상기 기계적 보호장치 트립 계전기는 억제전류에 대한 차전류의 비율이 기 설정된 제2 설정값 이상인지 여부에 따라 상기 트립 제어신호를 출력하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 상기 제2 설정값은 변경 가능한 것을 특징으로 한다.

본 발명의 상기 차단기 구동부는 상기 제1 차단기 제어신호와 상기 제2 차단기 제어신호 중 적어도 하나가 온신호이면 상기 차단기를 트립시키는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 측면에 따른 변압기 보호 장치는 기계적 보호장치가 변압기의 외부고장에 의해 오동작하는 것을 방지하는 기계적 보호장치 트립 계전기를 변압기의 전류를 기반으로 차단기를 트립시키는 주보호계전기에 통합 설치하여 변압기에 대한 기계적 보호기능과 전기적 보호기능이 이 하나의 장치 내에서 통합적으로 이루어질 수 있도록 한다.

본 발명의 다른 측면에 따른 변압기 보호 장치는 기계적 보호장치 트립 계전기가 보호배전반 내에 주보호계전기에 통합 설치되므로, 보호배전반 내 물리적인 공간을 확보할 수 있고, 이를 통해 보호배전반의 설치 및 점검을 더욱 용이하게 할 수 있도록 한다.

본 발명의 또 다른 측면에 따른 변압기 보호 장치는 기계적 보호장치 트립 계전기가 보호배전반 내에 주보호계전기에 통합 설치되므로, 기계적 보호장치 트립 계전기 설치 비용을 줄이고 보호배전반의 설계 및 시공을 효과적으로 수행할 수 있도록 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 변압기 보호 장치의 블럭 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 주보호 제어부의 동작 개념도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 기계적 보호장치 트립 제어부의 동작 개념도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 변압기 보호 장치의 불량시 기계적 보호장치 단독으로 동작하는 예를 나타낸 도면이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 변압기 보호 장치의 설치 예시도이다.

이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 변압기 보호 장치를 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 이러한 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서, 이는 이용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 변압기 보호 장치의 블럭 구성도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 주보호 제어부의 동작 개념도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 기계적 보호장치 트립 제어부의 동작 개념도이며, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 변압기 보호 장치의 불량시 기계적 보호장치 단독으로 동작하는 예를 나타낸 도면이며, 도 5 및 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 변압기 보호 장치의 설치 예시도이다.

도 1 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 변압기 보호 장치는 연산부(10), 주보호 제어부(20), 기계적 보호장치 트립 제어부(30), 차단기 구동부(40), 및 입력부(50)를 포함한다.

입력부(50)는 변압기에 연결된 다수 개의 변류기와 연결되어 각 변류기에서 감지된 전류를 입력받는다.

연산부(10)는 입력부(50)로부터 입력된 전류를 디지털 신호로 변환한다.

연산부(10)는 디지털 신호로 변환된 각 전류 각각의 크기 및 위상을 이용하여 차전류(벡터합)와 억제전류(스칼라합)를 연산한다.

이들 전류의 차전류(벡터합)와 억제전류(스칼라합)는 주보호 제어부(20) 및 기계적 보호장치 트립 계전기(31)에 각각 입력된다.

주보호 제어부(20)는 변압기의 전기적 신호에 따라 변압기의 1차 차단기와 2차 차단기를 트립시키는 전기적 보호 기능을 수행한다.

주보호 제어부(20)는 전류비율차동 원리를 이용하여 1차 차단기와 2차 차단기의 트립제어을 수행하는 전류비율차동 계전기일 수 있다.

전류비율차동 원리를 이용한 1차 차단기와 2차 차단기의 트립제어 방식은, 보호구간 내로 유입되는 전류의 차전류 및 억제전류를 기반으로 1차 차단기와 2차 차단기를 동작시키는 방식이다.

이를 도 2 를 참조하여 상세하게 설명한다.

도 2 를 참조하면, 주보호 제어부(20)는 연산부(10)로부터 입력된 전류의 차전류 및 억제전류에 따라 제1 차단기 제어신호를 생성하는데, 억제전류에 대한 차전류의 비율(차전류/억제전류×100)을 연산한다.

즉, 변류기가 N개일 경우에는, 주보호 제어부(20)는 차전류를

로 계산한다.

또한, 변류기가 N개일 경우에는, 주보호 제어부(20)는 억제전류를

로 계산한다.

여기서, I1은 제1 변류기에서 감지된 제1 전류이고, I2는 제2 변류기에서 감지된 제2 전류이며, In은 제n 변류기에서 감지된 제n 전류이다.

도 5에는 345kV 주변압기의 변압기 보호장치 설치 예시도가 도시된다. 345kV 주변압기에는 2개의 변류기가 설치될 수 있으므로, 변압기 보호장치가 제1 전류와 제2 전류를 이용하여 상기한 바와 같이 차전류와 억제전류를 계산하여 트립 제어를 수행하는 예가 도시되었다.

도 6에는 154kV 주변압기의 변압기 보호장치 설치 예시도가 도시된다. 154kV 주변압기에는 변류기가 3개의 변류기가 설치될 수 있으므로, 변압기 보호장치가 제1 전류와 제2 전류 및 제3 전류를 이용하여 상기한 바와 같이 차전류와 억제전류를 계산하여 트립 제어를 수행할 수 있다.

제어신호는 변압기의 1차 차단기와 2차 차단기를 트립시키기 위한 신호이며, 차단기 구동부(40)에 입력된다.

한편, 주보호 제어부(20)는 억제전류에 대한 차전류의 비율을 기 설정된 제1 설정값과 비교하여 억제전류에 대한 차전류의 비율이 제1 설정값 이상인지를 판단한다.

여기서, 제1 설정값은 1차 차단기와 2차 차단기를 트립시키기 위한 기준이 되는 값이다.

제1 설정값은 관리자 등에 의해 임의로 변경될 수 있으며, 특별히 제한되는 것은 아니다.

억제전류에 대한 차전류의 비율이 제1 설정값 이상이면, 주보호 제어부(20)는 제1 차단기와 제2 차단기를 트립시키기 위한 제1 차단기 제어신호를 생성하여 차단기 구동부(40)에 입력한다.

차단기 구동부(40)는 제1 차단기 제어신호가 온상태인 경우에 1차 차단기와 2차 차단기를 트립시킨다. 차단기 구동부(40)에 대해서는 후술한다.

한편, 주보호 제어부(20)는 각 상(A상, B상, C상)마다 억제전류에 대한 차전류의 비율을 기 설정된 제1 설정값과 비교하여 억제전류에 대한 차전류의 비율이 제1 설정값 이상인지를 판단한다. 따라서, 주보호 제어부(20)는 전력의 상 중 어느 하나의 억제전류에 대한 차전류의 비율이 기 설정된 제1 설정값 이상이면 제1 차단기 제어신호를 생성하여 차단기 구동부(40)에 입력한다.

기계적 보호장치 트립 제어부(30)는 연산부(10)에 의해 연산된 차전류와 억제전류 및 변압기 기계적 보호장치의 동작 여부에 따라 제2 차단기 제어신호를 생성한다.

여기서, 제2 차단기 제어신호는 변압기의 1차 차단기와 2차 차단기를 트립시키기 위한 신호이며, 차단기 구동부(40)에 입력된다.

기계적 보호장치 트립 제어부(30)는 기계적 보호장치가 외부 고장에 의해 온되는 것을 방지하고, 변압기의 N개의 전류를 기반으로 1차 차단기와 2차 차단기를 트립시키는 전기적 보호 기능을 구비한다. 이를 통해, 기계적 보호장치 트립 제어부(30)는 기계적 보호장치가 외부고장에 의해 1차 차단기와 2차 차단기가 트립되는 것을 방지할 수 있다. 이를 도 3을 참조하여 설명한다.

기계적 보호장치 트립 제어부(30)는 기계적 보호장치 트립 계전기(31), 동작 여부 판단부(32), 및 신호 판단부(33)를 포함한다.

동작 여부 판단부(32)는 기계적 보호장치의 동작 여부를 확인하여 확인 결과에 따라 기계적 보호장치의 동작신호를 출력한다. 동작 여부 판단부(32)는 기계적 보호장치가 동작상태이면 동작신호로 온신호를 출력한다.

기계적 보호장치에는 충격압력 계전기, 방압변 계전기, 및 OLTC 보호계전기가 포함될 수 있다.

충격압력 계전기, 방압변 계전기, 및 OLTC 보호계전기는 당업자에게 자명한 사항이므로 여기서는 그 상세한 설명을 생략한다.

동작 여부 판단부(32)는 상기한 충격압력 계전기, 방압변 계전기, 및 OLTC 보호계전기가 동작하였는지를 판단한다.

여기서, 충격압력 계전기, 방압변 계전기, 및 OLTC 보호계전기 중 적어도 하나가 동작하면, 동작 여부 판단부(32)는 기계적 보호장치가 동작하는 것으로 판단한다.

도 4를 참조하면, 변압기 보호장치의 불량, 전원 OFF 등 기능정지 발생시 기계적 보호장치 단독으로 변압기를 정지할 수 있도록 외부회로가 구성되거나, 또한 제 2차단기 제어신호를 사용하지 않을 경우는 변압기 보호장치 내부가 아닌 외부 회로 구성으로 사용할 수 있다.

기계적 보호장치 트립 계전기(31)는 연산부(10)에 의해 연산된 차전류와 억제전류에 따라 트립 제어신호를 생성한다.

기계적 보호장치 트립 계전기(31)는 기계적 보호장치가 외부고장에 의해 오동작하는 것을 방지하기 위해, 변압기의 전기적 신호에 따라 1차 차단기와 2차 차단기를 트립시키는 전기적 보호 기능을 수행한다. 이에 기계적 보호장치 트립 계전기(31)는 전류비율차동 원리를 이용하는 전류비율차동 계전기일 수 있다.

기계적 보호장치 트립 계전기(31)는 연산부(10)로부터 입력된 N개의 전류의 차전류 및 억제전류에 따라 트립 제어신호를 생성하는데, 억제전류에 대한 차전류의 비율(차전류/억제전류×100)을 연산한다.

이 경우, 변류기가 N개일 경우에는, 기계적 보호장치 트립 계전기(31)는 차전류를

로 계산한다.

또한, 변류기가 N개일 경우에는, 기계적 보호장치 트립 계전기(31)는 억제전류를

로 계산한다.

여기서, I1은 제1 변류기에서 감지된 제1 전류이고, I2는 제2 변류기에서 감지된 제2 전류이며, In은 제n 변류기에서 감지된 제n 전류이다.

여기서, 트립 제어신호는 변압기의 1차 차단기와 2차 차단기를 트립시키기 위한 신호이며, 신호 판단부(33)에 입력된다.

한편, 기계적 보호장치 트립 계전기(31)는 억제전류에 대한 차전류의 비율을 기 설정된 제2 설정값과 비교하여 억제전류에 대한 차전류의 비율이 제2 설정값 이상인지를 판단한다.

여기서, 제2 설정값은 1차 차단기와 2차 차단기를 트립시키기 위한 기준이 되는 값의 범위이다.

제2 설정값은 관리자 등에 의해 임의로 변경될 수 있으며, 특별히 제한되는 것은 아니다.

억제전류에 대한 차전류의 비율이 제2 설정값 이상이면, 기계적 보호장치 트립 계전기(31)는 제1 차단기와 제2 차단기를 트립시키기 위한 트립 제어신호를 생성하여 신호 판단부(33)에 입력한다.

한편, 기계적 보호장치 트립 계전기(31)는 각 상(A상, B상, C상)마다 억제전류에 대한 차전류의 비율을 기 설정된 제2 설정값과 비교하여 억제전류에 대한 차전류의 비율이 제2 설정값 이상인지를 판단한다. 따라서, 기계적 보호장치 트립 계전기(31)는 전력의 상 중 어느 하나의 억제전류에 대한 차전류의 비율이 기 설정된 제2 설정값 이상이면 트립 제어신호를 생성하고, 생성된 트립 제어신호는 신호 판단부(33)에 입력된다.

신호 판단부(33)는 동작신호와 트립 제어신호에 따라 제2 차단기 제어신호를 출력한다.

이 경우, 신호 판단부(33)는 동작신호가 온신호와 트립 제어신호가 모두 온신호이면 제2 차단기 제어신호를 출력한다.

차단기 구동부(40)는 주보호 제어부(20)의 제1 차단기 제어신호와 기계적 보호장치 트립 제어부(30)의 제2 차단기 제어신호에 따라 변압기의 1차 차단기와 2차 차단기를 트립시킨다.

이 경우, 차단기 구동부(40)는 주보호 제어부(20)의 제1 차단기 제어신호와 기계적 보호장치 트립 제어부(30)의 제2 차단기 제어신호 중 어느 하나만이라도 온신호이면, 1차 차단기와 2차 차단기를 트립시킨다.

이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 변압기 보호 장치는 기계적 보호장치가 변압기의 외부고장에 의해 오동작하는 것을 방지하는 기계적 보호장치 트립 계전기(31)를 변압기의 전류를 기반으로 차단기를 트립시키는 주보호계전기에 통합 설치하여 변압기에 대한 기계적 보호기능과 전기적 보호기능이 하나의 장치 내에서 통합적으로 이루어질 수 있도록 한다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 변압기 보호 장치는 기계적 보호장치 트립 계전기(31)가 보호배전반 내에 주보호계전기에 통합 설치되므로, 보호배전반 내 물리적인 공간을 확보할 수 있고, 이를 통해 보호배전반의 설치 및 점검을 더욱 용이하게 할 수 있도록 한다.

게다가, 본 발명의 일 실시예에 따른 변압기 보호 장치는 기계적 보호장치 트립 계전기(31)가 보호배전반 내에 주보호계전기에 통합 설치되므로, 기계적 보호장치 트립 계전기(31) 설치 비용을 줄이고 보호배전반의 설계 및 시공을 효과적으로 수행할 수 있도록 한다.

본 명세서에서 설명된 구현은, 예컨대, 방법 또는 프로세스, 장치, 소프트웨어 프로그램, 데이터 스트림 또는 신호로 구현될 수 있다. 단일 형태의 구현의 맥락에서만 논의(예컨대, 방법으로서만 논의)되었더라도, 논의된 특징의 구현은 또한 다른 형태(예컨대, 장치 또는 프로그램)로도 구현될 수 있다. 장치는 적절한 하드웨어, 소프트웨어 및 펌웨어 등으로 구현될 수 있다. 방법은, 예컨대, 컴퓨터, 마이크로프로세서, 집적 회로 또는 프로그래밍가능한 로직 디바이스 등을 포함하는 프로세싱 디바이스를 일반적으로 지칭하는 프로세서 등과 같은 장치에서 구현될 수 있다. 프로세서는 또한 최종-사용자 사이에 정보의 통신을 용이하게 하는 컴퓨터, 셀 폰, 휴대용/개인용 정보 단말기(personal digital assistant: "PDA") 및 다른 디바이스 등과 같은 통신 디바이스를 포함한다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 기술이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의하여 정해져야할 것이다.

10: 연산부 20: 주보호 제어부
30: 기계적 보호장치 트립 제어부 31: 기계적 보호장치 트립 계전기
32: 동작 여부 판단부 33: 신호 판단부
40: 차단기 구동부 50: 입력부

Claims (8)

1. 변압기의 각 변류기로부터 입력된 전류의 차전류와 억제전류를 연산하는 연산부;
   상기 연산부에 의해 연산된 차전류와 억제전류에 따라 제1 차단기 제어신호를 생성하는 주보호 제어부;
   상기 연산부에 의해 연산된 차전류와 억제전류 및 상기 변압기의 기계적 보호장치의 동작 여부에 따라 제2 차단기 제어신호를 생성하는 기계적 보호장치 트립 제어부; 및
   상기 제1 차단기 제어신호 또는 상기 제2 차단기 제어신호에 따라 상기 변압기의 차단기를 트립시키는 차단기 구동부를 포함하는 변압기 보호 장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 주보호 제어부는
   억제전류에 대한 차전류의 비율이 기 설정된 제1 설정값 이상인지 여부에 따라 상기 제1 차단기 제어신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 변압기 보호 장치.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 제1 설정값은
   변경 가능한 것을 특징으로 하는 변압기 보호 장치.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 기계적 보호장치 트립 제어부는
   상기 기계적 보호장치의 동작 여부에 따른 동작신호를 출력하는 동작 판단부;
   상기 연산부에 의해 연산된 차전류와 억제전류에 따라 트립 제어신호를 생성하는 기계적 보호장치 트립 계전기; 및
   상기 동작신호와 상기 트립 제어신호에 따라 상기 제2 차단기 제어신호를 출력하는 출력부를 포함하는 것을 특징으로 하는 변압기 보호 장치.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 출력부는
   상기 동작신호와 상기 트립 제어신호가 모두 온이면 상기 제2 차단기 제어신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 변압기 보호 장치.
6. 제 4 항에 있어서, 상기 기계적 보호장치 트립 계전기는
   억제전류에 대한 차전류의 비율이 기 설정된 제2 설정값 이상인지 여부에 따라 상기 트립 제어신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 변압기 보호 장치.
7. 제 6 항에 있어서, 상기 제2 설정값은
   변경 가능한 것을 특징으로 하는 변압기 보호 장치.
8. 제 1 항에 있어서, 상기 차단기 구동부는
   상기 제1 차단기 제어신호와 상기 제2 차단기 제어신호 중 적어도 하나가 온신호이면 상기 차단기를 트립시키는 것을 특징으로 하는 변압기 보호 장치.

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