KR20120005433A - 반도체 스위칭 소자를 갖는 부하시 탭 전환기 - Google Patents

반도체 스위칭 소자를 갖는 부하시 탭 전환기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 부하시 탭 전환기에 관한 것으로서, 탭 전환기는 탭 변환기의 권선 탭 사이에서의 중단없는 전환을 위한 반도체 스위칭 소자를 구비한다. 본 발명에 의하면, 고정된 탭 콘택의 경로 방향으로 연장되는 콘택 바가 제공되며, 전하 디버터(charge diverter)에 직접 접속되는 방식으로 콘택 슬라이드에 의해 연결된 상태로 이동될 수 있는 콘택 브리지를 이용하여 콘택될 수 있으며, 반도체 스위칭 소자의 입력과 출력에 대한 전기적 접속이 확립될 수 있다.

Description

반도체 스위칭 소자를 갖는 부하시 탭 전환기{ON-LOAD TAP CHANGER COMPRISING SEMICONDUCTOR SWITCHING ELEMENTS}
본 발명은 탭 변압기(tapped transformer)의 권선 탭(winding tap) 사이에서 중단없는 전환(uninterrupted switching over)을 위한 반도체 스위칭 소자를 구비하는 탭 전환기에 관한 것이다.
이러한 탭 전환기는 국제특허 공개번호 WO 97/05536으로부터 알려져 있다. 이러한 공지된 탭 전환기에서는, 2개의 부하 브랜치(load branch)가 권선 탭(winding tap)과 각각 연결될 수 있도록 제공되며, 2개의 부하 브랜치는 반도체 스위칭 소자에 의해 접속될 수 있도록 되어 있고, 공통의 부하 션트(common load shunt)와 전기적으로 연결될 수 있다. 부하 전환을 위한 기계적 콘택(mechanical contacts)을 가진 일반적인 탭 전환기 또는 부하 전환을 위한 진공 스위칭 셀을 가진 탭 전환기와 달리, 반도체 스위칭 소자를 가진 공지의 탭 전환기는 어떠한 전환 저항(switch-over resistance)도 필요로 하지 않는다.
이러한 공지의 탭 전환기의 불리한 점은, 전자 파워 방식의 반도체 스위칭 소자에, 정지 상태에서도, 각각의 탭 전압(tap voltage)에 의해 연속으로 부하가 걸린다는 점이다.
본 발명의 목적은, 상기 탭 전환기의 단점을 제거하고, 정지 상태에서 전자 파워 요소가 동작 가능한 상태가 되도록 하는 해결 방안을 제시하는 것이다.
국제특허 공개번호 WO 88/10502에는 사실상 사이리스터 쌍(thyristor pair)을 가진 탭 전환기가 이미 공지되어 있으며, 여기에서는, 정지 동작 상태에서, 기계적인 장기 메인 콘택이 전류 공급을 인수받는 것으로 된다. 그러나, 이러한 해결 방안은 다수의 기계적 콘택을 가진 별개의 부하 전환 스위치를 구비하는 소위 하이브리드 스위치에 관한 것으로서, 이 하이브리드 스위치는, 짧은 기간 동안 온으로 스위칭 될 수 있는 전환 저항(switch-over resistance)을 사용하여, 탭 변환기의 2개의 권선 탭들 사이의 고속 전환을 강제로 기억하는 것에 의해 구현된다. 이에 대하여, 본 발명의 경우에는, 전환 저항을 전혀 필요로 하지 않는다.
이러한 목적은 청구범위 독립항의 특징을 가진 탭 전환기에 의해 달성된다. 청구범위의 종속항은 본 발명의 특히 바람직한 개선 사항에 관한 것이다.
이와 관련해서, 일반적인 발명의 개념은 전기 절연 재료의 이동가능한 콘택 캐리지를 제공하는 것에 기초한다. 여기서, 몇 개의 전기 전도성의 콘택 브리지가 고정적으로 배치되고, 권선 탭 사이의 콘택 캐리지와 함께 이동할 수 있다. 이에 따라, 각각의 전환의 경우에, 전환되어야 하는 권선 탭에 남아야 하는 권선 탭으로부터 모든 콘택 브리지의 조합된 이동이 이루어진다. 본 발명에 의하면, 콘택 브리지 중의 하나, 즉 션트 콘택 브리지는, 정지 상태의 각각의 경우에, 현재 접속된 권선 탭, 즉 탭 전환기의 대응하는 고정된 콘택과 직접 접속된다.
전체적으로, 고정된 시간 시퀀스, 즉 스위칭 시퀀스에서 전환이 이루어지는 동안 반도체 요소의 간단한 전환 및 간단한 콘택 또는 접속은 각각의 콘택 브리지에 기인한다. 또한, 정지 상태, 즉 반도체 요소의 전기적 무부하(unloading)는 정지 상태에서, 추가의 콘택 브리지, 즉 부하 션트에 직접 협력하는 션트 콘택 브리지에 의해 간단한 방식으로 이루어진다.
본 발명에 대하여 실시예를 예로 들어, 이하 더 구체적으로 설명한다.
도 1은 본 발명에 의한 탭 전환기를 개략적으로 나타낸다.
도 2는 본 발명에 의한 탭 전환기의 실시예의 다른 형태를 나타낸다.
도 1에는, 전자 파워 부하 전환 스위치(electronic power load changeover switch)(1)를 구비하는 탭 전환기(tap changer)가 도시되어 있다. 이 경우, 2개의 반도체 스위치(2, 3)가 제공되는데, 이들은 전기 입력(4, 5)을 각각 가지며, 전기 출력(6)은 공통으로 가진다. 전기 입력(4, 5)과 전기 출력(6)은 기계적 콘택 시스템(8) 내의 통로(passage)(7)에 의해 안내된다.
기계적 콘택 시스템(8)은 도면에 점선으로 표시한 콘택 캐리지(contact carriage)(9)를 포함한다. 콘택 캐리지(9)의 위에는 콘택 브리지(contact bridge)(10, 11, 12, 13)가 고정되게 배치되어 있다. 콘택 브리지(10-13)는 전기 전도성을 갖지만, 서로에 대해서는 절연되어 있으며, 이들 각각의 단부에, 공지의 콘택 롤러, 와이퍼 장비 또는 이에 상당하는 수단을 포함한다. 도면에 나타낸 탭 콘택(14)은 탭 변환기(tapped transformer)의 정격 권선(regulating winding)(15)의 권선 탭(winding tap)(n, n+1,...)에 대응한다. 또한, 기계적 콘택 시스템에는 전기 전도성을 갖는 3개의 콘택 레일(contact rail)(16, 17, 18)이 제공되는데, 이들 콘택 레일은 반도체 스위치(2, 3)의 전기 입력(4), 전기 입력(5), 및 전기 출력(6)에 각각 전기적으로 접속된다.
또한, 기계적 콘택 시스템 내에 배치되는 션트 콘택 레일(shunt contact rail)(19)은 실제 부하 션트(actual load shunt)(20)와 전기적으로 접속되고, 이어서 탭 변환기의 주 권선(main winding)(21)으로 이어진다.
도면에 나타낸 실시예의 형태에서, 콘택 레일(16-18)과 션트 콘택 레일(19)은 서로 평행하게 연장되어 있는데, 이와 관련해서 콘택 캐리지(9)는 콘택을 이루기 위한 선형의 병진 운동(translational movement)을 수행한다.
제1 콘택 브리지(10)는 자신의 자유 단부들 중 하나의 자유 단부에 탭 전환기 콘택(14)이 연결되고, 다른 자유 단부가 제1 반도체 스위치(2)의 입력(4)에 전기적으로 접속된 콘택 레일(16) 위에서 이동한다. 제2 콘택 브리지(11)는 자신의 자유 단부들 중 하나의 자유 단부에 고정된 탭 전환기 콘택(14)이 연결되고, 다른 자유 단부가 제2 반도체 스위치(3)의 입력(5)에 전기적으로 접속된 콘택 레일(17) 위에서 이동한다. 제3 콘택 브리지(12)는 자신의 자유 단부들 중 하나의 자유 단부가 전자 파워 스위치의 공통의 전기 출력(6)에 전기적으로 접속된 콘택 레일(18) 위에서 이동하고, 다른 자유 단부는 션트 콘택 레일(19)에 전기적으로 접속된다. 상기 언급한 2개의 콘택 브리지(10, 11) 사이에는 추가의 콘택 브리지(13), 즉 션트 콘택 브리지가 물리적으로 배치되고, 한쪽 자유 단부에는 고정된 탭 전환기 콘택(14)에 접속될 수 있으며, 다른 쪽 단부에는 션트 콘택 레일(19)이 연결된다.
콘택 브리지(12) 및 전자 파워 부하 전환 스위치의 공통의 출력(6)뿐만 아니라 콘택 브리지(13)가 션트 콘택 레일(19), 즉 부하 션트(load shunt)(20)와 전기적으로 접속되는 것을 알 수 있을 것이다. 정지 동작에서, 콘택 브리지(13)는 각각 접속된 탭 전환기 콘택(14)과 부하 션트(20) 사이의 직접 전기 접속을 인수받는다. 전자 파워 부하 전환 스위치(1)의 입력에 연결되는 콘택 브리지(10, 11)는 접속이 되지 않아, 반도체 스위치(2, 3)가 동작 가능한 상태로 된다.
부하 전환(load changeover)의 경우, 콘택 캐리지(9)는 왼쪽과 오른쪽으로 이동하게 되는데, 스위칭이 "높은" 방향인지 "낮은" 방향인지에 따라 달라진다. 그 결과, 2개의 콘택 브리지(10, 11) 중의 하나는 접속될 새로운 탭 전환기 콘택(14) 상에서 이동하고, 각각의 반도체 스위치(2 또는 3)의 대응하는 입력(4 또는 5)과 전기적으로 접속된다. 이와 동시에, 콘택 브리지(13)가 콘택 상태를 벗어난다. 콘택 브리지(10, 11)가 체결로부터 벗어나고 콘택 브리지(13)가 장기적인 전류 전도율을 인계받게 될 때까지 콘택 캐리지(9)가 이동하게 되면, 전환이 완료된 것이다.
도 2는 순환 구조를 가진 본 발명의 다른 실시예를 나타낸다. 여기에서도, 마찬가지로, 반도체 스위치(2, 3)가 제공되고, 이들 각각은 별개의 전기 입력(4 또는 5)과 공통의 전기 출력(6)을 갖는다. 여기서, 콘택 링(25, 26, 27)의 위에서는 콘택 롤러(22, 23, 24)가 이동한다. 이들 콘택 링(25, 26, 27)은 도 1의 콘택 레일(16, 17, 18)과 이들의 기능에 대하여 대응한다. 고정된 탭 전환기 콘택(14)은 중심 원 상에 제공된다. 또한, 션트 링(shunt ring)(28)이 제공되는데, 부하 션트에 전기적으로 접속된다.
콘택 롤러(30, 31, 32)는 고정된 탭 전환기 콘택과 접촉가능하게 되어 있으며, 스위치 세그먼트(28) 상의 수평의 제1 평면에 제공된다. 이 스위치 세그먼트는 점선으로 도시되어 있으며, 절연 재료로 이루어져 있다. 션트 링 상에서 구동하는 추가의 콘택 롤러(33, 34)가 수평의 제2 평면상에 제공된다.
콘택 롤러는 제1 반도체 스위치(2)의 입력(4)에 콘택 링(25)에 의해 접속된다. 콘택 롤러(32)는 콘택 링(26)에 의해 제2 반도체 스위치(3)의 입력(5)에 접속된다. 하부의 콘택 롤러(33)는 콘택 링(27)에 의해 2개의 반도체 스위치(2, 3)의 공통의 출력(6)에 접속된다. 상부의 콘택 롤러(31)와 하부의 콘택 롤러(345)는 콘택 롤러(30, 32) 사이에 물리적으로 배치된 콘택 롤러(31)가 하부의 콘택 롤러(34)에 의해 부하 션트(28)와 직접 접속되는 방식으로 전기 전도성 접속(35)을 갖는다.
이러한 실시예에서, 스위칭 세그먼트(29)와 콘택 롤러(30-34)는 전환할 때마다 회전 이동을 수행한다.
그러나, 기능과 관련된 원리는 동일하다. 즉, 정지 동작에서, 각각의 접속된 고정된 탭 전환기 콘택(48)은 션트 링(28)에 직접 전기적으로 접속되고, 반도체 스위치(2, 3)는 스위칭이 없다. 전환이 전자 파워 부하 전환 스위치의 2개의 입력(4, 5)의 각각에서 그 회전 방향에 따라, 발생하는 경우에서만, 관련된 콘택 롤러(30 또는 32)에 의해 간단히 접속되고, 각각의 고정된 탭 전환기 콘택(14)은 전환된다.

Claims (4)

  1. 경로를 따라 배치되며 탭 변환기(tapped transformer)의 권선 탭(winding taps)에 전기적으로 접속되는 고정된 탭 전환기 콘택(fixed tap changer contacts)(14) 사이에서의 중단없는 전환(uninterrupted switching over)을 위해 반도체 스위칭 소자를 구비하는 탭 전환기(tap changer)로서,
    2개의 별개의 전기 입력(4, 5)을 각각 구비하며 하나의 전기 출력(6)을 공통으로 갖는 2개의 반도체 스위칭 소자(2, 3);
    상기 고정된 탭 전환기 콘택(14)의 경로를 따라 이동가능하며, 총 4개의 전기 전도성이면서 서로 절연된 콘택 브리지(10, 11, 12, 13)가 고정적으로 배치된 콘택 캐리지(contact carriage)(9)를 구비하는 기계적 콘택 시스템(mechanical contact system)(8);
    상기 전기 입력(4, 5) 및 상기 전기 출력(6)에 각각 전기적으로 접속되며, 상기 고정된 탭 전환기 콘택(14)의 경로에 평행한, 3개의 전기 전도성이면서 서로 절연된 콘택 레일(16, 17, 18); 및
    상기 콘택 레일(16, 17, 18)에 평행하고 상기 콘택 레일과 전기적으로 절연되어 있는 전도성의 션트 콘택 레일(shunt contact rail)(19)을 포함하며,
    상기 션트 콘택 레일은 부하 션트(load shunt)(20)에 전기적으로 접속되고,
    상기 콘택 브리지(10, 11, 12, 13)는 상기 콘택 레일(16, 17, 18) 또는 상기 션트 콘택 레일(19)과 협력하도록 하기 위한 치수를 가지며 상기 콘택 캐리지(9) 상에 물리적으로 배치되고, 이들을 통해, 스위칭에 따라, 전기적 접속이 상기 고정된 탭 콘택(14) 중의 하나와 상기 부하 션트(20) 또는 상기 전기 입력(4, 5) 중의 하나 사이에서 선택가능하게 이루어질 수 있으며, 추가의 전기적 접속이 상기 전기적 출력(6)과 상기 부하 션트 사이에서 선택가능하게 이루어질 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 탭 전환기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 고정된 탭 전환기 콘택(14)은 평면 경로를 따라 배치되며, 상기 콘택 캐리지(9)는 선형으로 이동가능한 것을 특징으로 하는 탭 전환기.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 고정된 탭 전환기 콘택(14)은 회전가능한 상기 콘택 캐리지(9)의 펄크럼(fulcrum)을 중심으로 동심으로 원형의 경로 상에 배치되는 것을 특징으로 하는 탭 전환기.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 반도체 스위칭 소자(2, 3)는 IGBT인 것을 특징으로 하는 탭 전환기.
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