KR20090078187A - 접지선에 직류 전류의 차단 회로를 갖는 변압기 - Google Patents

접지선에 직류 전류의 차단 회로를 갖는 변압기 Download PDF

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Abstract

개시된 변압기는 1차 코일 측 및 2차 코일 측 각각이 Y-Y 결선된 3상의 변압기로서, 상기 1차 코일 측의 중성점에 일측이 접속되고, 타측이 접지되는 중성 접지선 및 대지로부터 상기 중성 접지선을 따라 유입되는 직류 전류가 변압기 내로 유입되는 것을 차단하기 위해 상기 중성 접지선에 설치된 DC 차단부를 포함할 수 있다. 상기와 같은 변압기에 의하면, 중성 접지선에 설치된 DC 차단부에 의해 직류 전류의 변압기 유입을 방지할 수 있으므로 변압기의 포화 및 고조파 발생 등을 억제할 수 있는 효과를 제공할 수 있다.
변압기, DC 차단, 사이리스트

Description

접지선에 직류 전류의 차단 회로를 갖는 변압기{TRANSFORMER WITH GROUND WIRE APPLYING DIRECT CURRENT CIRCUIT BREAKER}
본 발명은 변압기에 관한 것으로서, 특히 고전압 직류 송전 시스템에 사용되는 변압기에 관한 것이다.
고전압 직류 송전(high voltage direct current;HVDC) 시스템은 교류 발전기에 의해서 만들어지는 교류 전력을 교류/직류 변환기를 이용하여 직류 전력으로 변환하여 보내고자 하는 지역으로 직류 전력을 전송하고 다시 교류 전력으로 변환하여 전력을 공급하는 방식을 말한다. 상기 고전압 직류 송전 시스템은 안정도 문제, 케이블 송전에서의 손실 문제가 크게 발생되는 등의 이유 때문에 장거리 대용량 송전, 케이블 송전 등에서 크게 각광받고 있다. 고전압 직류 송전 시스템의 중성선 접지는 대지를 이용하는 대지 귀로 방식과 바닷물을 이용하는 해수 귀로 방식으로 구분할 수 있다. 그러나 대지 귀로나 해수 귀로 방식은 전식(電蝕)이나 변환용 변압기 1차 측으로 직류 전류가 유입될 수 있는 단점을 가지고 있기 때문에 대지나 해수에 접하는 전극소는 변환소로부터 10~20Km 정도 이격시켜야 한다. 따라서, 대도시에 근접한 고전압 직류 송전 시스템은 중성선으로 도체나 케이블을 이용하고 있으며, 전식이나 부식을 고려할 필요가 없는 지역에서는 대지 귀로나 해수 귀로 방식을 이용하고 있다. 그러나 고전압 직류 송전 시스템은 경우에 따라 중성선을 통하지 않고, 변압기 1차 측의 중성 접지선을 통하여 직류 전류가 흐를 수 있다. 도 1은 일반적인 3상 변압기의 접지를 나타낸 도면이고, 도 2는 고전압 직류 송전 시스템이 일반적으로 동작하는 방식을 나타낸 도면이다. 도 1을 참조하면, 3상 변압기(10)에서 중성 접지선(11)은 1차 코일측 3상의 중성점에 일측이 연결되고, 타측이 대지에 접지된다. 상기 접지는 변압기(10) 내부에 고장(예컨대 3상 중 1상이 외함과 접촉된 경우)이 발생한 경우에 외함의 전위가 높아져서 인명 사고가 발생할 수 있는 개연성이 있기 때문에 이를 막기 위한 목적이다. 도 2를 참조하면, 직류 송전 시스템(20)이 정상 상태일 경우 대지로부터 유입된 직류 전류는 A와 같이 흐른다. 만일, 대지 저항이 충분히 크지 않은 경우에는 직류 전류가 B와 같은 경로를 통하여 흐르게 되는데, 이러한 변압기에 대한 직류 전류의 유입은 양이 적다 할지라도 변압기를 포화시키고. 고조파를 발생시키는 문제점이 있다.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 변압기 내로의 직류 전류의 유입을 방지하여 변압기의 포화 및 고조파 발생을 억제할 수 있는 개선된 변압기를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
본 발명의 변압기는 1차 코일 측 및 2차 코일 측 각각이 Y-Y 결선된 3상의 변압기로서, 상기 1차 코일 측의 중성점에 일측이 접속되고, 타측이 접지되는 중성 접지선 및 대지로부터 상기 중성 접지선을 따라 유입되는 직류 전류가 변압기 내로 유입되는 것을 차단하기 위해 상기 중성 접지선에 설치된 DC 차단기를 포함할 수 있다.
상기와 같은 변압기에 의하면, 변압기의 1차 측에 연결 접지된 중성 접지선에 DC 차단기를 설치하여 대지로부터 중성 접지선을 따라 유입되는 직류 전류의 변압기 내로의 유입을 차단함으로써, 변압기의 포화 및 고조파 발생 등을 억제할 수 있는 효과를 제공할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 DC 차단부를 가진 3상 변압기의 회로를 개략적으로 나타낸 도면이다. 도 3을 참조하면, 3상의 변압기(100)는 1차 코일 측 및 2차 코일 측 각각이 Y-Y 결선된 구조로, 상기 1차 측에서 3상의 중성점에는 중성 접지선(110)이 연결될 수 있다. 상기 중성 접지선(110)은 일측이 상기 중성점과 연결되고, 타측이 대지에 접지될 수 있다. 상기 중성 접지선(110)에는 DC 차단부(200)가 설치되어 상기 대지로부터 상기 중성 접지선(110)으로 따라 유입되는 직류 전류가 변압기 내로 유입되는 것을 방지할 수 있다. 도 4는 도 3의 DC 차단부의 DC 차단 회로를 나타낸 도면이고, 도 5는 도 4의 점호 회로부를 나타낸 도면이다. 도 4 및 도 5를 참조하면, DC 차단 회로(200)는 중성 접지선(110)을 따라 유입된 직류 전류를 교류 전류로 변환하여 변압기 내로 또는 다시 대지로 내보낼 수 있다. 상기 DC 차단 회로(200)는 콘덴서(210)와, 상기 콘덴서(210) 양단에 연결된 다이오드 브리지(220)와, 상기 다이오드 브리지(220)에 연결된 점호 회로부(230) 및 상기 점호 회로부(230)에 연결되어 제어되는 사이리스트(240,250)를 포함할 수 있다. 상기 다이오드 브리지는 상기 콘덴서 양단에 걸린 전압을 직류 전압으로 변환할 수 있다. 상기 사이리스트(240,250)는 1차 사이리스트(240) 및 2차 사이리스트(250)를 포함하며, 상기 1차 및 2차 사이리스트(240,250) 사이에 개재되어 상기 양자에 연결되는 전압 유도부(260)를 포함할 수 있다. 상기 2차 사이리스트(250)는 1차 사이리스트(240)를 오픈시킬 수 있으며, 상기 1차 및 2차 사이리스트(240,250)의 on/off의 연속된 교번에 의하여 직류 전압을 교류 전압으로 변환할 수 있다. 상기 전압 유도부(260)는 인덕터(261)와, 피뢰기(262)와, 다이오드(264) 및 저항(263)을 포함할 수 있다. 상기 인덕터(261)는 상기 1차 사이리스트(240)로부터 유입되는 전류의 변화량에 비례하여 전압을 유도함으로써 전류의 급격한 변화를 억제할 수 있다. 상기 피뢰기(262)는 상기 인덕터(261)에 연결되어, 상기 인덕터(261)에 유도된 전압의 과전압을 방지할 수 있다. 상기 다이오드(264)는 상기 피뢰기(262)에 연결되어 1차 사이리스트(240)가 소호하는 경우, 상기 인덕터(261)의 급격한 전압 상승을 방지할 수 있다. 상기 저항(263)은 다이오드(264) 및 피뢰기(262) 사이에 연결되어 상기 전류가 다이오드(264)를 통해 흐를때 에너지를 소모시킬 수 있다. 상기 점호 회로부(230)는 제1 제어 신호 및 제2 제어 신호를 생성하며, 분압 저항부(231)와, 1차 점호 회로(232)와, 돌입 전류 발생 제한부(233)와, 지연 분압부(234) 및 2차 점호 회로(235)를 포함할 수 있다. 상기 1차 점호 회로(232)는 분 압 저항부(231)에 입력단이 연결되고, 출력단이 1차 사이리스트(240)에 연결되어 상기 1차 사이리스트(240)를 도통시킬 수 있다. 상기 돌입 전류 발생 제한부(233)는 저항-콘덴서 병렬 회로일 수 있으며, 상기 1차 점호 회로(232)와 연결되어 1차 사이리스트(240)의 도통에 의해 생길 수 있는 돌입 전류의 발생을 제한할 수 있다. 상기 2차 점호 회로(235)는 다이오드-저항-콘덴서 회로로 구성될 수 있는 지연 분압부(234)와 연결되어, 상기 지연 분압부(234)가 소정의 값이 되면 커패시터에 의한 지연이 되면서 2차 사이리스트(250)를 도통시킬 수 있다. 상기 DC 차단부(200)의 동작은 다음과 같다. 만일, 대지로부터 중성 접지선(110)을 통해 직류 전류가 유입될 경우, 상기 콘덴서(210)의 양단 전압은 상승하게 되고, 상기 콘덴서(210) 양단에 연결된 다이오드 브리지(220)를 통하여 직류 전압으로 변환되어 점호 회로부(230)로 인가된다. 상기 점호 회로부(230)의 1차 점호 회로(240)는 분압 저항부(231)를 통해 분압된 직류 전압 값에 응답하여 1차 사이리스트(240)에 제1 제어 신호를 보내 1차 사이리스트(240)를 도통시킨다. 상기 2차 점호 회로(235)는 지연 분압부(234)에 의해 지연된 직류 전압값에 응답하여 2차 사이리스트(250)에 제2 제어 신호를 보내 상기 2차 사이리스트(250)를 도통시키고, 상기 2차 사이리스트(250)는 1차 사이리스트(240)를 오픈시키게 된다. 상기 1차 및 2차 사이리스트(240,250)의 연속된 on/off의 교번은 직류 전압을 교류 전압으로 변환시켜 전압 유도를 통해 변압기 내로 또는 다시 대지로 교류 전류를 내보내게 된다. 따라서, 변압기 내로의 직류 전류의 유입에 의한 상기 변압기의 포화 및 고조파 발생 등을 억제할 수 있게 된다.
도 1은 일반적인 3상 변압기의 접지를 나타낸 도면.
도 2는 고전압 직류 송전 시스템이 일반적으로 동작하는 방식을 나타낸 도면
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 DC 차단부를 가진 3상 변압기의 회로를 개략적으로 나타낸 도면.
도 4는 도 3의 DC 차단부의 DC 차단 회로를 나타낸 도면.
도 5는 도 4의 점호 회로부를 나타낸 도면.

Claims (8)

1차 코일 측 및 2차 코일 측 각각이 Y-Y 결선된 3상의 변압기에 있어서, 상기 1차 코일 측의 중성점에 일측이 접속되고, 타측이 접지되는 중성 접지선; 및 대지로부터 상기 중성 접지선을 따라 유입되는 유입 전류가 상기 변압기 내로 유입되는 것을 차단하기 위해 상기 중성 접지선에 설치된 DC 차단부를 포함하는 변압기.
제1항에 있어서, 상기 DC 차단부는: 상기 유입 전류에 의해 전압이 인가되는 콘덴서; 상기 콘덴서 양단에 연결되어 상기 콘덴서에 인가된 전압을 직류 전압으로 변환하는 다이오드 브리지; 상기 다이오드 브리지와 연결되며, 상기 직류 전압에 응답하여 제1 및 제2 제어신호를 생성하는 점호 회로부; 및 상기 제1 제어 신호에 응답하여 도통되는 1차 사이리스트 및 상기 제2 제어 신호에 응답하여 도통되어 상기 1차 사이리스트를 오픈시키는 2차 사이리스트를 포함하며, 상기 1차 및 상기 2차 사이리스트의 연속된 on/off의 교번에 의해 상기 직류 전압을 교류 전압으로 변환시키는 사이리스트를 포함하는 것을 특징으로 하는 변압기.
제2항에 있어서,
상기 1차 사이리스트 및 상기 2차 사이리스트 사이에서 상기 양자와 연결되어 상기 1차 사이리스트로부터 유입되는 전류의 급격한 변화를 억제하는 전압 유도부를 포함하는 것을 특징으로 하는 변압기.
제2항에 있어서,
상기 전압 유도부는:
상기 1차 사이리스트로부터 유입되는 전류의 변화량에 비례하여 전압을 유도하는 인덕터;
상기 인덕터에 연결되어 상기 인덕터의 과전압을 방지하는 피뢰기;
상기 피뢰기에 연결되어 상기 1차 사이리스트가 소호하는 경우 상기 인덕터의 급격한 전압 상승을 방지하는 다이오드; 및
상기 다이오드 및 상기 피뢰기 사이에 연결되어 상기 전류가 상기 다이오드를 통해 흐를때 에너지를 소모시키는 저항을 포함하는 것을 특징으로 하는 변압기.
제2항에 있어서, 상기 제1 제어 신호와 상기 제2 제어 신호는 시간차를 두고 생성되는 것을 특징으로 하는 변압기.
제2항에 있어서, 상기 점호 회로부는: 분압 저항부; 상기 분압 저항부에 입력단이 연결되고, 상기 1차 사이리스트에 출력단이 연결되어 상기 1차 사이리스트를 도통시키는 1차 점호 회로; 상기 1차 점호 회로와 연결되어 상기 1차 사이리스트의 도통에 의해 생길 수 있는 돌입 전류의 발생을 제한하는 돌입 전류 발생 제한부; 상기 돌입 전류 발생 제한부와 연결된 지연 분압부; 상기 지연 분압부에 입력단이 연결되고, 상기 2차 사이리스트에 출력단이 연결되어 상기 2차 사이리스트를 지연 도통시키는 2차 점호 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 변압기.
제6항에 있어서, 상기 1차 점호 회로 및 상기 2차 점호 회로는 상기 분압 저항의 값이 미리 설정된 값을 넘으면 상기 1차 및 2차 사이리스트를 도통시키는 것을 특징으로 하는 변압기.
1차 코일 측 및 2차 코일 측 각각이 Y-Y 결선된 3상의 변압기에 있어서, 상기 1차 코일 측의 중성점에 일측이 접속되고, 타측이 접지되는 중성 접지선; 및 대지로부터 상기 중성 접지선을 따라 유입되는 직류 전류를 차단하기 위하여 상기 중성 접지선에 DC 차단부가 설치되되, 상기 DC 차단부는 상기 유입된 직류 전류를 교류 전류로 변환하여 상기 변압기 내 및 상기 대지 중 어느 한 곳으로 상기 교류 전류를 내보내는 것을 특징으로 하는 변압기.
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