KR20100105629A - 변압기 테스트용 디바이스 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 정지형 주파수 변환기(2)를 갖는 변압기 테스트용 디바이스에 관한 것이다. 정지형 주파수 변환기(2)는 필터 디바이스(6)와 연결되는 복수의 출력단(21, 22, 23)을 포함한다. 필터 디바이스(6)도 또한 정합 변압기(8)와 연결되는 복수의 출력단(31, 32, 33)을 포함하며, 상기 정합 변압기(8)는 테스트하려는 변압기와 연결된다. 필터 디바이스(6)는 필터 변압기(11)이다.
Description
본 발명은 변압기를 테스트하기 위한 변압기 테스트용 디바이스에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 필터 디바이스와 연결되는 수 개의 출력단을 갖는 정지형 주파수 변환기(static frequency converter)를 포함하는, 변압기 테스트용 디바이스에 관한 것이다. 상기 필터 디바이스는 마찬가지로 정합 변압기(matching transformer)와 연결되는 수 개의 출력단을 가지며, 상기 정합 변압기는 테스트하려는 각각의 변압기와 연결된다.
또한, 본 발명은 고전압 테스트 기술분야에서의 본 발명의 따른 디바이스의 사용에 관한 것이다.
"High Performance Digital Control of Uninterruptible Power Supply (UPS) Using an Applications Specific Integrated Circuit (ASIC)"라는 제목의 논문이 학회 "European Conference on Power Electronics and Applications"의 학회 논문지(conference record)에 발표되었다. 이 학회는 1991년 9월 3일부터 1991년 9월 5일까지 프로렌스(Florence)에서 개최되었다. 이 학회 논문지의 발행도 1991년에 이루어졌다. UPS(Uninterruptible Power Supply, 무정전 전원 공급 장치) 시스템의 완전한 디지털 검사를 위해, 신속한 전력 및 전압 검사가 가능하도록 ASIC이 적합하게 설계되었다. 이 ASIC의 사용에 의해, UPS 시스템으로 우수한 동적 거동(dynamic behaviour)[비선형 부하의 경우에 낮은 고조파 외란(harmonic disturbance), 신속한 점프 응답]을 달성하는 것이 가능하다. 이 디지털 회로는 일곱 개의 PI 컨트롤러, 사인파 발생기, AD(Analog-to-Digital) 변환기에의 인터페이스 및 스위칭 신호용 PWM(Pulse-Width-Modulation) 발생기를 포함한다. 무정전 전원 공급 장치(UPS)는 전원 장애의 경우에도 전기적 시스템이 동작하여야 하는 모든 애플리케이션에 필요하다.
독일 공개공보 DE 19 239 85는 전력 전송 시스템을 위한 필터를 개시하고 있다. 교류 시스템에서는 원하지 않는 고조파 진동(harmonic vibration)을 필터링할 필요가 종종 있다. 다상(multi-phase)의 전력 전송 시스템은 특정한 인덕턴스(specific inductance)를 갖는 수 개의 선로(line)로 구성된다. 이 선로들은 특징적 및 비특징적 고조파 성분(characteristic and non-characteristic harmonic components)을 모두 갖는 교류에 영향을 받는다. 마찬가지로, 특징적 고조파 성분을 위한 수 개의 필터가 선로들과 연결되어 있다. 또한, 임피던스를 포함하는 추가적인 필터가 존재하고 선로들과 연결되어, 시스템 전압의 비특징적 고조파 성분을 감쇄시키는 목적으로 사용된다. 이 특징적 고조파 성분은, 고조파 필터의 임피던스와 인덕턴스가 공진 상태에 있을 때 그 결과로서 생기는, 전류의 비특징적 고조파 성분과 큰 임피던스의 상호작용을 통해 발생한다. 그러나, 이 특허문헌에는 변압기 테스트에 대해서는 언급하고 있지 않다.
독일 특허 명세서 DE 42 323 56은 적어도 두 개의 전류원을 구비한 전원 공급 장치를 개시하고 있다. 각 전류원은 교류 전원(alternating current mains) 내의 적어도 하나의 연관된 전력 변환기를 통해 전력을 공급받는다. 존재하는 특정한 고조파 성분의 진폭을 줄이기 위해, 전력 변환기 중 적어도 하나의 전압은 적어도 하나의 다른 전력 변환기에 대해 위상 변위된 제어각(control angle displaced in phase)의 도움으로 전원(mains)에 공급된다.
독일 특허 명세서 DE 19 546 420도 마찬가지로 무정전 전원 공급 장치를 개시하고 있다. 이 무정전 전원 공급 장치는 전원 정류 초크(mains commutation choke); 제어 디바이스 연관된 전압 중간 회로 변환기(voltage intermediate circuit converter); 큰 표류 인덕턴스(stray inductance) 및 연관된 제어 디바이스를 갖는 전원 스위치백 디바이스(mains switch-back device)의 필터 커패시터와 함께 변압기를 구성하는 출력 필터(output filter); 그리고 수동의 우회 스위치(manual bypass switch)를 포함한다. 드라이브 기술분야(drive technology field)에 의거한 주파수 변환기가 변환기로 사용된다. 입력 필터는 이 주파수 변환기의 상류(upstream)에 연결되어 있고, 배터리 결합 디바이스(battery coupling devic)가 직류 전압 단자에 제공된다. 따라서, 드라이브 기술분야의 통상적인 부품들(customary components) 및 USV 특정 부품들로, 드라이브 기술분야의 기술적 경제적 상승효과(synergy)를 이용한 무정전 전원 공급 장치를 구성하는 것이 가능하다. 이 문헌도 마찬가지로 변압기의 테스트에 관해 다루지 않는다.
EP 0 268 046 A2는 순차 조정(sequence regulation)으로 3상 DC-AC 변환기를 조정 및 제어하는 방법 및 회로 구성을 기술하고 있다. 이 출원의 주목할 점은 장치를 비대칭으로 장착하는 경우에 유리하게 작용하는, DC-AC 변환기의 순차 조정에 대한 설명이다. DC-AC 변환기 변환기와 필터 유닛 사이에 변압기를 사용하는 것이 애플리케이션의 일례로 나타나 있다. 이것은 단지 전압 변환용으로만 사용한다.
DE 26 08 541 Al는 전자기적으로 차폐된 전원 공급 장치(electromagnetically screened supply apparatus)를 기술하고 있다. 변압기의 2차 측에서의 정전기 차폐판(electrostatic screen) 외에도, 비대칭 외란의 규모(asymmetrical disturbance magnitude)를 억제하기 위해, 전기적 소거 신호(electrical cancellation signal)가 취득되어 역위상(counter-phase)으로 유용한 신호 전류 경로에 공급된다.
본 발명의 목적은 비대칭 장애의 억제에 대해 향상을 보이는 변압기 테스트용 디바이스를 만드는 것이다.
상기 목적은 청구항 1의 특징을 포함하는 디바이스에 의해 달성된다.
본 발명의 경우, 상기 변압기 테스트용 디바이스는 정지형 주파수 변환기를 구비하고 있다. 상기 정지형 주파수 변환기는 필터 디바이스와 연결되는 수 개의 출력단을 가지며, 상기 필터 디바이스도 마찬가지로 정합 변압기와 연결되는 수 개의 출력단을 가진다. 상기 정합 변압기는 테스트를 위해 제공된 각각의 변압기에 연결된다. 상기 필터 디바이스는 필터 변압기이다.
상기 필터 변압기의 일차 측(primary side)과 이차 측(secondary side) 사이에는 정전기 차폐판이 설치되어 있다. 동일하게, 수 개의 필터 커패시터가 상기 필터 변압기의 이차 측에 설치되어 있다. 이 경우 상기 필터 커패시터는 성형 회로(star circuit)로 배치되어 있다.
본 발명의 예시적인 실시예 및 그 이점에 대해 이하의 첨부 도면을 통해 더욱 상ㅅ;하게 설명한다.
도 1은 변압기 테스트를 채용한 주파수 변환기를 나타낸 것으로, 이 경우 주파수 변화기는 L-C 사인 필터를 구비한 정지형 주파수 변환기이다.
도 2는 사인 필터 뒤에 적용된, 상기 주파수 변환기의 외부 도체 전압을 개략으로 나타낸 것이다.
도 3은 DC-AC 변환기 출력단에서의 도체 접지 전압(conductor earth voltage)의 펄스-주파수 점프를 나타낸 것이다.
도 4는 필터 변압기를 구비한 정지형 주파수 변환기를 사용하는, 본 발명에 따른 디바이스를 나타낸 것이다.
도 2는 사인 필터 뒤에 적용된, 상기 주파수 변환기의 외부 도체 전압을 개략으로 나타낸 것이다.
도 3은 DC-AC 변환기 출력단에서의 도체 접지 전압(conductor earth voltage)의 펄스-주파수 점프를 나타낸 것이다.
도 4는 필터 변압기를 구비한 정지형 주파수 변환기를 사용하는, 본 발명에 따른 디바이스를 나타낸 것이다.
도 1은 에너지 분야에서 전력 변압기를 테스트하기 위해 사용되는, 최신의 디바이스를 나타낸다. 지금까지는, 회전 변압기(rotary transformer)(모터-발생기 세트)들을 회전시키면서 테스트를 수행하였다. 이들 회전하는 회전 변압기는, 도 1에 도시된 바와 같이, 정지형 주파수 변환기(2)로 교체된다. 정지형 주파수 변환기(2)는 동역학(dynamics), 마모(wear), 무게(weight) 및 내구성(serviceability)에 있어 회전하는 회전 변압기에 비해 명백히 유리하다. 정지형 주파수 변환기(2)는 교류 전압(10)을 공급받는다. 교류 전압(10)은 처음에 정류기를 지난다. 정지형 주파수 변환기(2)는 제1 출력단(21), 제2 출력단(22) 및 제3 출력단(23)을 가진다. 정지형 주파수 변환기(2)는 디지털 제어 및 조정 기능(digital control and regulation)을 갖춘 전압 중간 회로이다.
이 경우 정지형 주파수 변환기(2)는 각종 필요한 테스트 주파수는 물론 필요한 가변 출력 전압을 갖는다. 이 경우 테스트 주파수 또는 테스트 전압은 특정한 요구를 충족시켜야 한다. 정지형 주파수 변환기(2)는 5% 미만의 왜곡률(distortion factor)을 가지는 사인곡선의 대칭 교류 전압을 생성하여야 한다. 부분 방전 측정이 수행되는, 유도 전압 테스트(induced voltage test)는 전력 변압기의 절연 시스템의 검사에 사용된다. 이 측정에 영향을 주는 외적 외란(external disturbance)은 Qs = 100 pC의 TE 기본 간섭 레벨(basic interference level)을 초과하지 않는다. 이것은 테스트 전압원 자체에 의해 유발된 외란을 포함한다.
정지형 주파수 변환기(2)의 제1 출력단(21), 제2 출력단(22) 및 제3 출력단(23)의 출력은 사인 필터(6)에 인가된다. 사인 필터(6)는 저역 통과 필터로서 기능하고, L-C 필터로 구현된다. 사인 필터(6)의 제1 출력단(31), 제2 출력단(32) 및 제3 출력단(33)은 정합 변압기(8)와 연결된다. 정합 변압기(8)는 다시 테스트를 받게 될 변압기(15)와 연결된다.
정합 변압기(8)의 애플리케이션의 단점은, 내재적으로 왜곡률이 큰 펄스폭 변조된 구형 출력 전압(pulse-width-modulated rectangular output voltage)을 생성하는 데, 이 형태로는 처음에 전력 변압기의 테스트가 불안정하다는 것이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 이를 위해 적절한 사인 필터(6)가 사용된다. 이 사인 필터(6)의 사용한 결과는 도 2에 도시되어 있다. 사인 필터(6)의 사용으로, 왜곡률 < 5%인 사인곡선의 외부 도체 전압을 생성하는 것이 가능하다.
그러나, 도 3은 사인 필터(6)의 사용에도 불구하고 외란이 발생한다는 것을 보여준다. 사인 필터(6)에도 불구하고, DC-AC 출력단에서의 도체 접지 전압의 펄스-주파수 점프(pulse-frequency jump)를 억제할 수 없다(비대칭 외란). 따라서 비대칭 외란이 정지형 주파수 변환기(2)에서 멀리 변압기(15)로 전도되고, 그후 부분 방전 측정에서 실질적인 외란을 초래한다. 따라서, 그럼에도 불구하고 부분 방전 측정이 가능하도록, 발생하는 이들 비대칭 외란을 고려하여, 추가 측정이 필요해진다.
도 4의 설명에 앞서, 도 1의 구성요소(freature)과 동일한 구성요소에는 같은 도면부호를 사용하였음을 밝혀 둔다. 본 발명에 따라 필터 디바이스(6)를 다시 설계함으로써, 정지형 주파수 변환기(2)의 비대칭 출력 전압을 필터링할 수 있을 뿐 아니라, 비대칭 외란을 억제할 수도 있다. 따라서 테스트될 변압기(15)에서의 부분 방전 측정을 수행하는 것이 가능할 것이다.
본 발명에 따르면, 필터 디바이스(6)는 앞의 사인 필터 대신에 필터 변압기(11)를 포함한다. 이 필터 변압기(11)는 정지형 주파수 변환기(2)의 제1 출력단(21), 제2 출력단(22) 및 제3 출력단(23)과 연결된다. 필터 변압기(11)는 일차 측(111)과 이차 측(112)을 포함한다. 필터 변압기(11)는 자신의 표류 인덕턴스에 의해 한 쪽에 필요한 인덕턴스를 제공하거나 또는 통합된 직렬 인덕턴스(integrated series inductance)에 의해 다른 쪽에 필요한 인덕턴스를 제공한다. 필터 변압기(11)의 이차 측(112)은 성형 회로(13)로 배치된 필터 커패시터와 연결된다. 성형 회로(13)에 의해 생기는 성형점(star point)은 접지(16)와 연결된다. 필터 변압기(11)는 정지형 주파수 변환기(2)의 제1 출력단(21), 제2 출력단(22) 및 제3 출력단(23)과, 성형 회로(13)의 필터 커패시터 사이에 전압 차이(potential separation)를 발생시킨다.
또, 정전기 차폐판(electrostactic screen)(17)이 필터 변압기(11)의 일차 측(111)과 이차 측(112) 사이에 배치된다. 이 경우 정전기 차폐판(17)은 추가로 비대칭 외란의 제거에 기여한다. 명백히, 정전기 차폐판(17)은 마찬가지로 접지된다.
필터 변압기(11)와 필터 커패시터의 성형 회로(13)로 구성되는 필터 디바이스(6)는 제1 출력단(31), 제2 출력단(32) 및 제3 출력단(33)에 의해 정합 변압기(8)와 연결된다. 도 1에서 이미 설명한 바와 같이, 정합 변압기는 테스트를 받게 될 변압기(15)와 연결된다. 이것은 필터 변압기(11)를 필터 커패시터의 성형 회로(13)와 함께 변환기 스위치기어 캐비넷(converter switchgear cabinet) 내에 배치하는 경우에 특히 유리하다. 이 물리적 배치 덕분에, 테스트될 변압기(15)로 전달되는 비대칭 외란을 억제할 수 있다. 비대칭 외란이 필터링되었기 때문에, 부분 방전 측정을 수행하는 것이 가능하다.
고전압 테스트 분야에 필터 변압기(11)를 사용하는 것은 특히 유리하다. 특정한 경우에, 필터 변압기(11)는 부분 방전 외란 방출(partial discharge disturbance emission)(비대칭 외란)을 억제하기 위해 전력 변압기의 테스트에 필터 변압기(11)를 사용한다. 이미 언급한 바와 같이, 변환기 캐비넷 내에 필터 변압기(11)를 추가로 배치함으로써 테스트 시스템 및 부분 방전 측정을 악화시키는 곳에 비대칭 외란이 전달되지 않는 결과를 낳는다.
본 발명을 하나의 실시예 형태로 설명하였다. 그러나, 첨부된 특허청구범위의 보호 범위를 벗어나지 않으면서 수정 및 변경이 가능하다는 것을 알 수 있을 것이다.
Claims (3)
- 필터 디바이스(6)와 연결되는 복수의 출력단(21, 22, 23)을 포함하는 정지형 주파수 변환기(2)를 구비하고, 상기 필터 디바이스(6)는 다시 정합 변압기(8)와 연결되는 복수의 출력단(31, 32, 33)을 포함하며, 상기 정합 변압기(8)는 다시 검사될 변압기와 연결 가능한, 변압기의 고전압 테스트용 디바이스로서,
상기 필터 디바이스(6)는 필터 변압기(11)를 포함하고, 상기 필터 변압기(11)의 일차 측(111)과 이차 측(112) 사이에 접지된 정전기 차폐판(17)이 설치되며, 상기 필터 변압기(11)의 상기 이차 측(112)의 각 출력에서 필터 커패시터(C1, C2, C3)가 분기되고, 상기 필터 커패시터(C1, C2, C3)는 성형점(13)을 갖는 성형 회로로 상호 연결되고, 상기 성형점(13)도 접지되어 있는, 디바이스. - 제1항에 있어서,
비대칭 외란이 테스트를 받는 상기 변압기(15)에 도달하지 않도록, 상기 정지형 주파수 변환기(2) 및 상기 필터 변압기(11)가 상기 필터 커패시터(C1, C2, C3)와 함께 스위치기어 캐비넷 내에 수용되는, 디바이스. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
전압원(4)과 연결된 정지형 주파수 변환기(2)에 의해 생성되는 부분 방전 측정의 외란이 억제되어 테스트를 받는 상기 변압기에 도달하지 않는, 디바이스.
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