KR102150429B1

KR102150429B1 - 배전반

Info

Publication number: KR102150429B1
Application number: KR1020160064906A
Authority: KR
Inventors: 김성일; 박정홍; 박해정; 신량범; 김수남; 이찬주; 박영호
Original assignee: 현대일렉트릭앤에너지시스템(주)
Priority date: 2016-05-26
Filing date: 2016-05-26
Publication date: 2020-09-01
Anticipated expiration: 2036-05-26
Also published as: KR20170133739A

Abstract

본 발명은 이중 구조의 차단기를 갖는 배전반에 관한 것으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 배전반은 전력이 전달되는 전력 전달단과 부하단 간에 서로 직렬 연결된 복수의 차단기를 갖는 차단부, 상기 복수의 차단기 각각을 구동하여 해당 차단기를 도통 또는 개방시키는 구동부, 및 상기 복수의 차단기가 서로 사전에 설정된 시간차 이내에 도통 또는 개방되도록 복수의 차단기 각각의 구동을 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.

Description

배전반{SWITCHBOARD}

본 발명은 배전반에 관한 것이다.

일반적으로, 배전반은 발전소, 변전소 등의 운전이나 제어, 전동기의 운전 등을 위해 스위치, 계기, 릴레이 등을 포함하여 전력의 배분을 관리하는 장치이다.

이러한 배전반은 차단기를 기준으로 모선과 케이블이 연결된 구조를 가지며, 전압 및 전류 계측에 필요한 계기용 변압기 및 변류기, 사고의 감지와 사고 회로 차단을 위한 계전기, 서지 보호를 위한 서지 보호기 및 작업 시 케이블 접지를 위한 접지개폐기 등으로 구성된다.

한편, 배전반에는 전력계통 고조파 저감을 위해 캐패시터-리액터 조합의 필터가 연결되는데, 이를 개방할 때 매우 큰 과도회복전압이 차단기 극간에 발생하게 된다. 일반적으로 차단기는 높은 과도회복전압에도 재점호가 발생하지 않도록 설계되어 있으나 전력계통 특성에 따라 차단기의 정격을 초과하는 과도회복전압이 발생하는 경우, 재점호가 발생할 확률이 높아질 수 있고, 일단 재점호가 발생하면 필터의 캐패시터에 충전되는 전압이 3배, 5배, 7배와 같이 커지면서 결국 기기 절연파괴에 이르게 되는 문제점이 발생한다.

대한민국 공개특허공보 제10-2015-0058636호

본 발명의 일 실시예에 따르면, 이중 구조의 차단기를 갖는 배전반이 제공된다.

상술한 본 발명의 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 배전반은 전력이 전달되는 전력 전달단과 부하단 간에 서로 직렬 연결된 복수의 차단기를 갖는 차단부, 상기 복수의 차단기 각각을 구동하여 해당 차단기를 도통 또는 개방시키는 구동부, 및 상기 복수의 차단기가 서로 사전에 설정된 시간차 이내에 도통 또는 개방되도록 복수의 차단기 각각의 구동을 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 차단기의 과도회복전압의 크기를 저감시키고, 차단기에 인가되는 전압 스트레스의 누적을 최소화할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 과도회복전압을 나타내는 그래프이다.
도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 배전반의 투명 사시도이고, 도 2b는 도 2에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 배전반 내부의 측면도이다.
도 3 및 도 4는 배전반의 차단기의 시간차 및 개방 순서에 따른 전기적 특성을 나타내는 표 및 그래프이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 과도회복전압을 나타내는 그래프이다.

일반적으로 과도회복전압(Transient Recovery Voltage; TRV)은 차단기 개방시 차단기 극간에 형성되는 전압을 의미한다.

초기에 차단기가 닫혀있을 때(도통)는 차단기의 양극간 전위차가 0 이지만, 차단기가 개방되면서 부하쪽에는 부하 충전전압이 형성되고 전력이 전달되는 모선의 연결부에는 모선 전압이 각각 형성되어 차단기 양극간에 높은 과도회복전압이 발생하게 된다. 배전반에는 전력계통 고조파 저감을 위해 캐패시터-리액터 조합의 필터가 연결되는데, 고조파 필터는 해당 차수의 고조파를 제거하기 위해 튜닝을 통해 인덕턴스 값과 캐패시턴스 값을 선정하며, 이와 같이 인덕턴스-캐패시턴스 부하의 경우 차단시 캐패시턴스에 직류 전압이 충전되고, 인덕턴스에 의한 높은 과전압이 발생하는데 이 둘 전압이 중첩되어 차단기 부하측에 형성되게 된다.

특히, 높은 인덕턴스가 포함된 경우 도 1에 도시된 바와 같이, 차단기 정격을 초과하는 과도회복전압이 발생하게 된다.

도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 배전반의 투명 사시도이고, 도 2b는 도 2에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 배전반 내부의 측면도이다.

도 2a 및 도 2b를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배전반(100)은 차단부(110), 구동부(120) 및 제어부(130)를 포함할 수 있다.

차단부(110)는 전력(모선 전압)(BUS)을 전달하는 전력 전달단(A)과 부하에 전달받은 전력을 전달하는 부하단(B) 사이에 서로 직렬 연결된 복수의 차단기를 포함할 수 있다.

예를 들어, 차단부(110)는 전력 전달단(A)과 부하단(B) 사이에는 서로 직렬 연결된 제1 차단기(111) 및 제2 차단기(112)를 포함할 수 있다.

제1 차단기(111)는 상기 전력 전달단가 제2 차단기(112) 간에 직렬 연결될 수 있고, 제2 차단기(112)는 제1 차단기(111)와 상기 부하단 간에 직렬 연결될 수 있다.

제1 차단기(111) 및 제2 차단기(112)는 각각 제1측(111a,112a) 및 제2측(111b,112b)를 포함할 수 있다.

제1 차단기(111)의 제1측(111a)는 전력 전달단(A)에 연결되고, 제2측(111b)는 제2 차단기(112)에 연결되며, 제1측(111a)과 제2측(111b)는 서로 이동하여 분리되거나 연결될 수 있다.

마찬가지로, 제2 차단기(112)의 제1측(112a)는 부하단(B)에 연결되고 제2측(112b)는 제1 차단기(111)에 연결되며, 제1측(112a)과 제2측(112b)는 서로 이동하여 분리되거나 연결될 수 있다.

구동부(120)는 차단부(110)의 복수의 차단기 각각을 구동시켜 해당하는 차단기를 도통 또는 개방시킬 수 있다. 이를 위해, 구동부(120)는 해당 차단기를 도통 또는 개방시킬 수 있는 복수의 구동기를 포함할 수 있다.

예를 들어, 구동부(120)는 제1 구동기(121) 및 제2 구동기(122)를 포함할 수 있다.

제1 구동기(121)는 제1 차단기(111)를 도통 또는 개방시킬 수 있으며, 제2 구동기(122)는 제2 차단기(112)를 도통 또는 개방시킬 수 있다.

보다 상세하게는 제1 구동기(121)는 제1 차단기(111)의 제1측(111a) 및 제2측(111b)를 연결시키거나 단락시켜, 제1 차단기(111)를 도통시키거나 개방시킬 수 있으며, 제2 구동기(122)는 제2 차단기(112)의 제1측(112a) 및 제2측(112b)를 연결시키거나 단락시켜, 제2 차단기(112)를 도통시키거나 개방시킬 수 있다.

제어부(130)는 구동부(120)의 구동을 제어하여 복수의 차단기를 사전에 설정된 시간차 이내에 순차적으로 동작시키거나 동시에 동작하도록 제어할 수 있다.

예를 들어, 제어부(130)는 제1 구동기(121) 및 제2 구동기(122)의 구동을 제어하여 제1 차단기(111) 및 제2 차단기(112)를 사전에 설정된 시간차 내에 순차적으로 동작시키거나 동시에 동작하도록 제어할 수 있다.

즉, 제어부(130)는 모선(BUS)의 전력을 부하에 전달하는 경우 제2 차단기(112)-제1 차단기(111) 순으로 도통시키고, 부하에 전달되는 전력을 차단하는 경우 제2 차단기(112)-제1 차단기(111) 순으로 개방시킬 수 있다.

제어부(130)는 상술한 제1 차단기(111) 및 제2 차단기(112)의 도통 또는 개방시 사전에 설정된 시간차 내에 순차적으로 동작시키거나 동시에 도통 또는 개방시킬 수 있다.

상술한 사전에 설정된 시간차는 도 3 및 도 4에 관한 설명에서 상세히 후술하도록 한다.

도 3 및 도 4는 배전반의 차단기의 시간차 및 개방 순서에 따른 전기적 특성을 나타내는 표 및 그래프이다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 배전반에서 제1 차단기(111) 및 제2 차단기(112)가 개방 동작시 시간차에 의한 전기적 특성을 알 수 있다.

먼저, 도 3을 참조하면, 배전반의 개방 동작시 제1 차단기(111)가 먼저 개방되고, 제2 차단기(112)가 일정 시간차 이후에 개방되는 동작 순서를 나타내며, 예를 들어, 제1 차단기(111)이 개방되는 시점을 62.5ms(밀리초, milli second)로 설정하고, 2차 차단기(112)의 개방되는 시점이 각각 67.5ms, 65.5ms, 64.5ms, 62.5ms로 설정되는 경우, 제1 차단기(111)와 제2 차단기(112)는 각각 5ms, 3ms, 2ms, 0ms의 시간차(delta T)를 갖도록 개방될 수 있다.(여기서, 0ms는 동시에 개방되는 것을 의미하고, 표에 -5ms, -3ms, -2ms는 도 4와 달리 제1 차단기가 먼저 개방되고 이후 제2 차단기가 개방되는 개방 순서의 차이가 있으므로 '-'로 표기하도록 한다.)

이때의 제1 차단기(111)와 제2 차단기(112)에 인가되는 과도회복전압은 각각 84.1kV와 0kV, 76.8kV와 8.5kV, 76.0kV와 9.3kV 및 53.7kV와 31.5kV로 동시에 개방되는 경우에 과도회복전압을 제1 차단기(111)와 제2 차단기(112)가 효과적으로 분담하는 것을 볼 수 있다.

한편, 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배전반의 개방 동작시 제2 차단기(112)가 먼저 개방되고, 제1 차단기(111)가 일정 시간차 이후에 개방되는 동작 순서를 나타내며, 예를 들어, 제2 차단기(112)가 개방되는 시점이 62.5ms로 설정되는 경우, 1차 차단기(111)가 개방되는 시점은 각각 64.5ms, 65.5ms, 67.5ms로 설정되어 제1 차단기(111)는 제2 차단기(112)와 각각 2ms, 3ms, 5ms의 시간차(delta T)를 갖도록 개방될 수 있다.

이때의 제1 차단기(111)와 제2 차단기(112)에 인가되는 과도회복전압은 각각 44.7kV와 40.5kV, 38.3kV와 46.9kV 및 35.4kV와 66.1kV로 배전반의 개방 동작시 제2 차단기(112)가 먼저 개방되고, 제1 차단기(111)가 일정 시간차 이후에 개방되는 동작 순서의 경우 제1 차단기(111)와 제2 차단기(112)의 개방 동작 시간차는 3ms이내로 설정되는 것이 과도회복전압을 제1 차단기(111)와 제2 차단기(112)가 효과적으로 분담하는 것을 볼 수 있다.

삭제

도시된 도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배전반의 개방 동작만을 도시하였으나, 차단기의 도통 동작 순서는 개방 동작의 순서와 동일하게 제2 차단기를 먼저 도통시키고, 이후 제1 차단기를 도통시키면, 전력 투입시 전압 스트레스를 제1 차단기가 분담하게 된다. 이에 따라, 전력 투입시(도통시) 제1 차단기가 제2 차단기에 비해 더 많은 전압 스트레스를 부담하고, 전력 차단시(개방시) 제2 차단기가 제1 차단기에 비해 더 많은 전압 스트레스를 부담하여, 전력 투입시와 차단시에 받는 전압 스트레스를 제1 차단기와 제2 차단기가 분담할 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 배전반 내부에 복수개의 차단기를 직렬로 연결하여 차단기에 형성되는 과도회복전압을 기존에 모선전압과 부하전압의 차이가 아닌 모선전압에 가까운 차단기에는 모선전압과 차단기 플로팅(floating) 전극 전위차, 그 다음 차단기에는 차단기 플로팅 전극 전위차와 부하 충전전압차로 분담시켜, 과도회복전압의 수준을 종래 차단기보다 현저하게 낮춰 기기의 안정성을 높일 수 있으며, 또한 운전 조건을 최적화하여 투입시와 개방시에 받는 전압 스트레스를 복수개의 차단기가 분담함으로써 기기의 운전 성능 및 신뢰성을 높일 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고 후술하는 특허청구범위에 의해 한정되며, 본 발명의 구성은 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 그 구성을 다양하게 변경 및 개조할 수 있다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 쉽게 알 수 있다.

100: 배전반
110: 차단부
111: 제1 차단기
112: 제2 차단기
111a,112a: 제1측
111b, 112b: 제2측
120: 구동부
121: 제1 구동기
122: 제2 구동기
130: 제어부

Claims

전력이 전달되는 전력 전달단과 부하단 간에 서로 직렬 연결된 복수의 차단기를 갖는 차단부;
상기 복수의 차단기 각각을 구동하여 해당 차단기를 도통 또는 개방시키는 구동부; 및
상기 복수의 차단기가 서로 사전에 설정된 시간차 이내에 도통 또는 개방되도록 복수의 차단기 각각의 구동을 제어하는 제어부를 포함하고,
상기 차단부는 상기 전력 전달단에 직렬 연결된 제1 차단기 및 상기 제1 차단기와 상기 부하단 사이에 직렬 연결된 제2 차단기를 포함하여
상기 제1 차단기는 과도회복전압 중 상기 전력 전달단의 모선전압과 차단기 플로팅(floating) 전극 전위차 간의 전압을 분담하고, 상기 제2 차단기는 상기 과도회복전압 중 상기 차단기 플로팅 전극 전위차와 부하 충전전압차 간의 전압을 분담하는 배전반.
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제1항에 있어서,
상기 제어부는 상기 제1 차단기와 상기 제2 차단기가 3밀리초(milli second;ms) 이내의 시간차로 동작시키는 배전반.
제1항에 있어서,
상기 제어부는 상기 제1 차단기 및 상기 제2 차단기를 동시에 도통 또는 개방시키는 배전반.
제1항에 있어서,
상기 제어부는 전력을 부하에 전달하는 경우 상기 제2 차단기 및 제1 차단기 순으로 도통시키고,
부하에 전달되는 전력을 차단하는 경우 상기 제2 차단기 및 제1 차단기 순으로 개방시키는 배전반.