KR20190080622A - Ｖｆｔｏ 저감장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고전압 변압기에 발생되는 급준과도전압(VFTO)을 감소시키도록 하는 장치를 제공한다.
본 발명의 실시 예에 따른 VFTO 저감장치는, 변압기에 연결되며 고전압의 전류를 도통시키도록 메인도체; 상기 메인도체의 일정구간을 둘러싸는 도전성부재어레이; 를 포함하고, 상기 도전성부재어레이는, 2개 이상의 도전성부재와 1개 이상의 자성부재가 서로 번갈아가면서 적층되며 양측 최외면에는 도전성부재가 각각 형성되고, 원통형상의 중앙부에 길이방향으로 중공이 형성되어 상기 메인도체가 중공을 관통하도록 삽입된다.

Description

ＶＦＴＯ 저감장치{Very fast transient overvoltage suppressing device}

본 발명은 급준과도전압(VFTO:Very Fast Transient Overvoltage) 저감장치에 관한 것으로서, 특히 고전압 변압기에 발생되는 전압의 매우 빠른 과도(very fast transient) 현상을 감소시키도록 하는 장치에 관한 것이다.

일반적으로 고전압 설비를 위한 기존의 표준에 따르면 뇌충격 내전압과 정격 전압 레벨 사이의 비는 전격 전압이 높아짐에 따라 감소한다. 동시에 GIS의 과도 전압 피크는 정격 전압보다 2~3배 정도 더 높게 남아 있다. 따라서 특정 정격 전압 레벨에서 전자기 과도(EMTs)는 유전체 디자인과 관련 있게 된다.

더 큰 간격 거리에 의해 고전압 및 초고전압 장치와 그 구성요소는 더 낮은 집중된 및 분산된 전기용량 및 자기 인덕턴스를 갖는다. 그러므로 대응하는 전자기 과도는 더 높은 주파수를 커버하고 이들은 일명 급준과도(VFTs) 또는 매우 빠른 과도(very fast transient)라 불린다.

VFTs의 다른 원인은 GIS의 고장, 뇌 서지(lightning surge) 및 발전소의 고장 및 회로 차단기의 다중 재기(re-strikes)일 수 있다. 대부분 디스커넥터 스위칭과 관련된 VFTs를 완화시키는 것이 바람직하다.

급준과도전압(VFTO, 또는 매우 빠른 과도 과전압)은 고전압 및 초고전압 장치의 유전체 디자인에 있어 다른 무엇보다 중요하다. 고전압 차단기의 VFTO 저감은 종래기술에 소개되어 있다.

일례로 한국 공개특허공보 제2013-0010876호에는 고전압 어플리케이션에서 매우 빠른 과도(VFTs)를 줄이기 위한 컨덕터 구성물로서 컨덕터 요소와 동축으로 컨덕터 요소 주위에 환형 공동을 형성하도록 하는 기술이 제시되어 있다. 또한 미국등록특허 제8,929,048호에는 전기/전력 설비 보호에 적용가능한 VFT 현상 억제 장치로서, 전류 전도성 리드의 주위에 고주파 자기코어를 배치하고 자기 코어 상에는 적어도 하나의 댐핑 저항을 연결하는데 사용되는 적어도 한 쌍의 단자가 있는 적어도 하나의 권선이 권취되도록 하는 기술이 개시되어 있다.

이러한 종래기술에서는 VFTO 저감효과가 제한적이어서 고전압 또는 초고전압 변압기의 공진주파수에 따른 VFTO 저감에 대한 기술은 제시하지 않는다.

한국공개특허공보 제2013-0010876호 한국공개특허공보 제2010-0108262호 미국등록특허 제8929048호 유럽공개특허 제02747094호

본 발명은 R,L,C 성분으로 구성된 공진회로를 적용하여 변압기의 VFTO를 저감할 수 있는 VFTO 저감장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 고전압 변압기에서 기설정된 특정 주파수 대역에 대해 VFTO를 저감하고 종래기술과 비교할 때 동일한 부피에서 더 큰 VFTO 저감효과를 가지도록 하는 VFTO 저감장치를 제공하는데 추가적인 목적이 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 VFTO 저감장치는, 변압기에 연결되며 고전압의 전류를 도통시키도록 메인도체; 상기 메인도체의 일정구간을 둘러싸는 도전성부재어레이; 를 포함하고, 상기 도전성부재어레이는, 2개 이상의 도전성부재와 1개 이상의 자성부재가 서로 번갈아가면서 적층되며 양측 최외면에는 도전성부재가 각각 형성되고, 원통형상의 중앙부에 길이방향으로 중공이 형성되어 상기 메인도체가 중공을 관통하도록 삽입된다.

본 발명에서, 상기 도전성부재어레이는, 제1도전성부재; 상기 제1도전성부재에 적층된 제1자성부재; 상기 제1자성부재에 적층된 제2도전성부재를 포함한다.

본 발명에서, 상기 도전성부재어레이는, 상기 제2도전성부재에 적층된 제2자성부재; 및 상기 제2자성부재에 적층된 제3도전성부재를 더 포함한다.

이때, 상기 메인도체의 저항 R과 상기 자성부재에 의한 인덕턴스 L, 상기 도전성부재 간의 커패시턴스 C는 R,L,C 공진회로를 구성한다.

본 발명에서, 상기 R과 L은 병렬연결되고 상기 R과 C는 병렬연결되며, 상기 R-L 병렬연결과 R-C 병렬연결은 서로 병렬로 연결된다.

본 발명에서, 상기 R,L,C 공진회로의 공진주파수는 상기 변압기의 공진주파수와 동일하도록 설정된다.

본 발명에서, 상기 L은 상기 자성부재의 부피에 의해 결정되고 상기 C는 상기 도전성부재 간의 간격에 의해 결정된다.

본 발명에서, 상기 메인도체의 외면은 상기 도전성부재어레이의 내면과 전기적으로 분리된다.

본 발명에 의하면 고전압 변압기의 공진주파수 대역에 대해 VFTO를 저감할 수 있다.

또한, 본 발명에 의하면 종래기술과 비교할 때 동일한 부피에서 VFTO 저감이 최대 10% 이상 증가된다.

또한, 본 발명에 의하면 VFTO로 인해 고전압 또는 초고전압 설비에 발생하는 하자를 감소시킬 수 있어 제품의 신뢰도가 향상되는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 VFTO 저감장치가 적용되는 시스템의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 VFTO 저감장치의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 VFTO 저감장치의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 VFTO 저감장치의 등가 회로도이다.

이하, 본 발명의 실시 예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시 예를 설명함에 있어, 관련된 공지구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시 예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

또한, 본 발명의 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 .당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 VFTO 저감장치가 적용되는 시스템을 개념적으로 나타낸 구성도이다. 도 1을 참조하면 본 발명에 따른 VFTO 저감장치가 적용되는 시스템은 발전기(10)에서 생성된 전력을 부하단(미도시)으로 공급하기 위한 선로(20)에 고전압 가스 절연 개폐기(GIS)(30)와 디스커넥터 스위치(DS)(40)가 설치되고 부하단에 원하는 전력으로 변환하는 고전압 변압기(50)가 연결된다.

이러한 시스템에서 VFTO 저감장치(100)는 바람직하게는 변압기(50)의 전단에 설치된다. 발전기(10)로부터 전압이 GIS(30)와 DS(40)를 통해 변압기(50)로 공급되는 도중에 GIS(30)와 DS(40)의 선로 차단시 DS(40)의 스위치접점 간에 순간적인 방전이 발생하는데, 이러한 방전에 의해 순간적인 서지전압(surge voltage)이 후단의 변압기(50)로 공급된다. 서지전압은 변압기(50)의 절연 등에 데미지(damage)를 주기 때문에 변압기(50)의 전단에서 VFTO 저감장치(100)가 이러한 서지전압을 저감함으로써 매우 빠른 과도 과전압(VFTO)를 최소화하도록 하는 것이다.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 VFTO 저감장치의 사시도이고, 도 3은 도 2에 도시된 VFTO 저감장치의 단면도이다. 도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 VFTO 저감장치(100)는 메인도체(110) 및 도전성부재어레이(120)를 포함하여 구성된다.

메인도체(110)는 고전압 차단기(20,30)과 변압기(50)를 연결하는 선로를 구성하며 고전압의 전류를 도통시키도록 한다.

도전성부재어레이(120)는 메인도체(110)의 일부구간을 외부에서 둘러싸도록 형성된다. 이를 위해 도전성부재어레이(120)는 원통형상으로 이루어지면 중앙부에는 길이방향으로 중공이 형성되어 메인도체(110)가 그 중공부를 관통하여 삽입되도록 형성되도록 한다. 이때 메인도체(110)의 외면과 도전성부재어레이(120)의 내면은 접촉되지 않고 일정한 간격을 유지하도록 형성된다.

도전성부재어레이(120)는 복수의 부재들(121~125)이 연속적으로 적층되어 형성된다. 구체적으로, 둘 이상의 도전성부재와 하나 이상의 자성부재가 서로 번갈아가면서 교대로 적층된 형태를 갖는다. 이때, 도전성부재가 도전성부재어레이(120)의 양쪽 측면 최외면에 각각 형성되도록 한다.

도 2 및 도 3에는 일례로서 (a)에는 제1도전성부재(121)에 제1자성부재(122)가 적층되고 그 위에 제2도전성부재(123)이 적층되어 있는 구조를 도시하고, 다른 예로서 (b)에는 제1도전성부재(121)에 제1자성부재(122)가 적층되고 그 위에 제2도전성부재(123), 제2자성부재(124), 제3도전성부재(125)가 차례로 적층되어 있는 구조를 도시한다.

물론 본 발명은 이러한 예시들에 한정되는 것이 아니며 필요에 따라 도전성부재와 자성부재의 개수는 변경될 수 있다. 즉, 도전성부재는 2개 이상, 자성부재는 1개 이상이 서로 교대로 번갈아가며 순차적으로 적층되는 구조를 가지며, 이때 최상단과 최하단에는 도전성부재가 각각 형성되도록 한다.

도 4는 도 3의 예시에 대한 VFTO 저감장치의 등가 회로도이다. 도 2 및 도 3을 참조하면 본 발명에 따른 VFTO 저감장치(100)는 각 도전성부재(121,123,125) 간에는 커패시턴스(C)가 형성되며 각 자성부재(122,124)는 인덕턴스(L)를 형성하게 된다. 즉, 제1도전성부재(121)과 제2도전성부재(123) 간에는 제1커패시턴스(C1)가 형성되고 제2도전성부재(123)과 제3도전성부재(125) 간에는 제2커패시턴스(C2)가 형성된다. 그리고 제1,2자성부재(122,124)는 각각 제1,2리액터(L1,L2)가 형성된다. 물론, 도 2의 (a)와 같은 경우에는 커패시턴스(C)와 인덕턴스(L)은 하나씩 형성될 것이다.

이들 제1,2커패시턴스(C1,C2)는 서로 직렬로 연결되므로 등가회로에서는 통합된 커패시턴스(C)로 표시되며 제1,2인덕턴스(L1,L2)도 역시 서로 직렬연결되므로 등가회로에서는 통합된 인덕턴스(L)로 표시된다. 이는 메인도체(110)은 도전율(σ)을 결정하고 도전성부재(121,123,125)는 유전율(ε)을 결정하고 자성부재(122,124)는 투자율(μ)을 결정하므로 도전율(σ)은 저항(R)으로, 유전율(ε)은 커패시턴스(C)로, 투자율(μ)은 인덕턴스(L)로 변환될 수 있기 때문이다.

이러한 커패시턴스(C)와 인턱턴스(L)는 각각 메인도체(110)의 저항(R)과 각각 병렬로 연결된다. 즉, 도면의 등가회로에서와 같이 R과 L은 병렬로 연결되고 R과 C도 병렬로 연결되며, 이러한 R-L 병렬회로와 R-C 병렬회로는 서로 병렬로 연결된다. 도면에서 알 수 있듯이 상기와 같이 연결된 R,L,C 회로에서 R,L,C 값을 적절히 조절함으로써 병렬 공진회로를 구성할 수 있게 된다.

특히, 본 발명에서는 메인도체(110)를 자성부재(122,124)가 둘러싸도록 하고 이때 자성부재(122,124)들 사이에 도전성부재(121,123,125)를 삽입하도록 함으로써 R-L 병렬회로에 R-C 병렬회로가 추가되도록 한다. 이로써 L,C 값을 조정함으로써 R-L-C 병렬 공진회로가 구성되도록 하는 것이다.

여기서 중요한 것은, 본 발명에 따른 R,L,C 병렬 공진회로의 공진주파수는 메인도체(110)가 연결되는 변압기(50)의 공진주파수와 동일하도록 R,L,C가 결정되도록 한다. 이는 R,L,C의 임피던스를 최대값으로 결정할 수도 있다. 통상적으로 고전압 변압기의 공진주파수는 예컨대 1~4㎒의 특정 대역을 갖는데, 이와 같이 R,L,C 병렬 공진회로의 공진주파수를 위 주파수 대역으로 맞춤으로써 해당 주파수 대역에 대한 VFTO 저감효과를 극대화할 수 있다.

본 발명에서 상기 L은 자성부재(122,124)의 부피에 의해 결정되고 상기 C는 도전성부재(121,123,125)의 간격에 의해 결정된다. 이는 상술한 바와 같이 L,C는 투자율(μ)과 유전율(ε)에 의해 결정되므로 투자율은 자성부재의 부피에 의해, 커유전율은 도전성부재 간의 간격에 의해 결정될 수 있기 때문이다. 물론 C의 조정은 도전성부재의 두께를 조정함으로써 구현할 수도 있다.

이상에서, 본 발명의 실시 예를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합하거나 결합하여 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시 예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성 요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다. 또한, 이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재할 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

10 : 발전기 20 : 선로
30 : GIS 40 : DS
50 : 변압기 110 : 메인도체
120 : 도전성부재어레이 121,123,125 : 도전성부재
122,124 : 자성부재

Claims (8)

1. 변압기에 연결되며 고전압의 전류를 도통시키도록 메인도체;
   상기 메인도체의 일정구간을 둘러싸는 도전성부재어레이; 를 포함하고,
   상기 도전성부재어레이는,
   2개 이상의 도전성부재와 1개 이상의 자성부재가 서로 번갈아가면서 적층되며 양측 최외면에는 도전성부재가 각각 형성되고, 원통형상의 중앙부에 길이방향으로 중공이 형성되어 상기 메인도체가 중공을 관통하도록 삽입되는 VFTO 저감장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 도전성부재어레이는,
   제1도전성부재;
   상기 제1도전성부재에 적층된 제1자성부재;
   상기 제1자성부재에 적층된 제2도전성부재; 를 포함하는 VFTO 저감장치.
3. 제2항에 있어서, 상기 도전성부재어레이는,
   상기 제2도전성부재에 적층된 제2자성부재; 및
   상기 제2자성부재에 적층된 제3도전성부재; 를 더 포함하는 VFTO 저감장치.
4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
   상기 메인도체의 저항 R과 상기 자성부재에 의한 인덕턴스 L, 상기 도전성부재 간의 커패시턴스 C는 R,L,C 공진회로를 구성하는 VFTO 저감장치.
5. 제4항에 있어서, 상기 R과 L은 병렬연결되고 상기 R과 C는 병렬연결되며, 상기 R-L 병렬연결과 R-C 병렬연결은 서로 병렬로 연결되는 VFTO 저감장치.
6. 제5항에 있어서, 상기 R,L,C 공진회로의 공진주파수는 상기 변압기의 공진주파수와 동일하도록 설정되는 VFTO 저감장치.
7. 제6항에 있어서, 상기 L은 상기 자성부재의 부피에 의해 결정되고 상기 C는 상기 도전성부재 간의 간격에 의해 결정되는 VFTO 저감장치.
8. 제1항에 있어서, 상기 메인도체의 외면은 상기 도전성부재어레이의 내면과 전기적으로 분리된 VFTO 저감장치.

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