KR100319829B1 - 광계측 배전 자동화 개폐기 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 광계측 배전 자동화 개폐기에 관한 것으로, 배전 자동화 개폐기에 있어서, 도체의 자속밀도 집속을 위한 환형의 철심과 일체로 구성되어, 상기 도체에 형성되는 자계의 세기에 따라, 배전선로에 흐르는 구간전류를 계측하기 위한 광전류 계측수단; 상기 도체에 형성되는 전계의 세기에 따라, 상기 배전선로상의 전압을 계측하기 위하여 포켈스 효과를 이용하는 광전압 계측수단; 및 상기 수단들로부터 계측되는 신호를, 멀티 채널을 통해 외부 연결기기로 광 전송하기 위한 광 접속수단을 포함하여 구성되어, 광대역성, 고정도, 방폭성 및 무유도성의 특성을 갖는 광(光)을 이용하여 전압 및 전류를 계측하는 광전압 센서 및 광전류 센서에 의해, 가공 배전선로 상에 설치된 배전 자동화 개폐기에서의 배전전압 및 구간전류를 계측할 수 있도록 함으로써, 전자유도 및 개폐 써어지 등에 무관하게 고정도의 계측이 가능하고, 절연 신뢰도를 유지시킬 수 있게 되며, 또한 계측 정보를 광신호로 원격 전송할 수 있게 되는 매우 유용한 발명인 것이다.

Description

광계측 배전 자동화 개폐기 {Distribution automatic switch measuring with optical sensor}

본 발명은, 광계측 배전 자동화 개폐기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 가공 배전선로 상에 설치된 배전 자동화 개폐기에서 광전류 센서 및 광전압 센서를 이용하여, 그 설치점에서의 배전전압 및 구간전류를 고정도로 계측할 수 있도록 하기 위한 광계측 배전 자동화 개폐기에 관한 것이다.

일반적으로 배전계통에서는, 정전구간 및 정전시간을 단축시키기 위한 목적으로, 배전 자동화 시스템을 운영하고 있는 데, 전력공급의 신뢰도를 향상시키기 위해서는 상시 전압 및 전류, 그리고 사고전류에 대한 정확한 전기량 계측이 필요하게 된다.

우선, 도 1은 종래의 배전전압 및 구간전류를 계측하기 위한 배전 자동화 개폐기에 대한 구성을 도시한 것으로, 종래의 배전 자동화 개폐기에는 씨피디(CPD: Capacitive Potential Divider) 또는 계측용 변압기의 조합으로 구성되는 전압계측수단과, 철심 코어를 사용하는 전류계측용 변류기인 전류계측수단이 포함 구성된다.

한편, 상위의 씨피디(12a,12b)는 60Hz의 상용전원에서 사용되는 고 임피던스 및 고 내압소자로서, 대부분의 배전전압은 상위의 씨피디(12a,12b)에서 전압 강하가 발생하게 되고, 하위의 씨피디(13a,13b)는 저 임피던스 소자를 선정하여 계측이용이한 저전압, 예를 들어 약 40V 이하의 저전압이 걸리도록 구성하게 되는 데, 도 1에 도시한 바와 같이, 상기 하위의 씨피디(13a,13b)는 계측용 변압기(14a,14b)로 대치될 수 있다.

그리고, 상기 전류계측용 변류기(16)는 규소 강판을 사용한 붓싱 변류기(Busing Current Transformer)로서, 정격전류에서 600mA가 출력되도록 하며, 상기와 같이 계측된 배전전압 및 전류신호는 전기적 커넥터(15)를 통해 연결 접속되는 외부의 배전 자동화 개폐기 제어함(미도시)으로 전송되어, 상기 배전 자동화 개폐기가 설치된 지점에서의 배전전압 및 구간전류 값을 계측할 수 있게 된다.

그러나, 상기와 같이 구성되는 종래의 배전 자동화 개폐기에서는, 배전계통의 구간전류를 계측하기 위하여 철심 코어의 전자유도를 이용한 계기용 변류기(17a,17b)를 사용하고 있기 때문에, 고전압하에서 고절연 신뢰도를 유지하기가 곤란하며, 고장 발생시에는 대전류에 의해 철심이 포화되어 직선성이 열화되는 문제점이 있었다.

또한, 배전전압 계측수단으로 사용되고 있는 씨피디(12a,12b,13a,13b)는, 온도에 대한 특성변화로 인해 전압계측의 정확도가 저하되고, 설치공간이 협소한 배전 자동화 개폐기 내에서 고절연 신뢰도의 유지가 곤란하게 됨은 물론, 상기 배전 자동화 개폐기 내의 도체에서 직접 접속시키는 방식을 사용하므로, 접속에 의한 특성열화로 인해 사고 발생시, 배전계통에 파급 효과를 주기 때문에, 기기의 파손 및 신뢰도를 크게 저하시키게 되는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창작된 것으로서, 광대역성, 고정도, 방폭성 및 무유도성의 특성을 갖는 광(光)을 이용하여 전압 및 전류를 계측하는 광전압 센서 및 광전류 센서에 의해, 가공 배전선로 상에 설치된 배전 자동화 개폐기에서의 배전전압 및 구간전류를 고정도로 계측할 수 있도록 하는 광계측 배전 자동화 개폐기를 제공하는 데. 그 목적이 있는 것이다.

도 1은 종래의 배전 자동화 개폐기에 대한 구성을 도시한 것이고,

도 2는 본 발명에 따른 광계측 배전 자동화 개폐기에 대한 구성을 도시한 것이고,

도 3은 본 발명에 따른 광계측 배전 자동화 개폐기에서의 광전류 센서와 지지용 어댑터간의 결합상태를 도시한 것이고,

도 4는 본 발명에 따른 광계측 배전 자동화 개폐기에서의 광전압 센서와 지지용 어댑터간의 결합상태를 도시한 것이고,

도 5는 본 발명에 따른 광계측 배전 자동화 개폐기에서의 멀티 채널 광커넥터에 대한 구성을 도시한 것이고,

도 6은 본 발명에 따른 광계측 배전 자동화 개폐기와 배전 자동화 제어함의 연결 및 설치 상태를 도시한 것이다.

※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 전압센서 16 : 전류센서

22 : 광전압 센서 23 : 광전류 센서

24 : 멀티 채널 광커넥터 31,34,41 : 편광자

32,42 : 편광판 33 : 파라데이터 소자

35 : 순철 코어 43 : 포켈스 소자

46 : 보조전극 52 : 링(Ring)

62 : 배전선로 63 : 배전 자동화 개폐기 제어함

64 : 광케이블 65 : 통신선

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 광계측 배전 자동화 개폐기는, 배전 자동화 개폐기에 있어서, 도체의 자속밀도 집속을 위한 환형의 철심과 일체로 구성되어, 상기 도체에 형성되는 자계의 세기에 따라, 배전선로에 흐르는 구간전류를 계측하기 위한 광전류 계측수단; 상기 도체에 형성되는 전계의 세기에 따라, 상기 배전선로상의 전압을 계측하기 위하여 포켈스 효과를 이용하는 광전압 계측수단; 및 상기 수단들로부터 계측되는 신호를, 멀티 채널을 통해 외부 연결기기로 광 전송하기 위한 광 접속수단을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다,

이하, 본 발명에 따른 광계측 배전 자동화 개폐기에 대한 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명한다.

우선, 도 2는 본 발명에 따른 광계측 배전 자동화 개폐기에 대한 구성을 도시한 것으로, 상기 광계측 배전 자동화 개폐기(20)의 내부에는, 3 상 도체(21a,21b,21c)에 형성되는 자계의 세기에 따라 배전선로에 흐르는 구간전류를 계측하는 광전류 센서(23a,23b,23c)와, 비접촉 공간 분압방식으로 구성되어, 전계의 세기에 따라 배전전압을 계측하는 광전압 센서(22a,22b,22c)가 구비되며, 또한 외부에 설치된 배선 자동화 개폐기 제어함(미도시)과의 연결 접속 및 광계측 신호의 전달이 용이한 멀티 채널 광커넥터(24)가 구비된다.

한편, 도 3은 본 발명에 따른 광계측 배전 자동화 개폐기에서의 광전류 센서와, 이를 고정 지지하기 위한 지지용 어댑터간의 결합 상태를 도시한 것으로, 도 3에 도시한 바와 같이, U 자형 마그네틱 코어(35)는 다른 상의 유도현상 및 저 전류까지 계측할 수 있도록 열처리된 순철 코어로서, 상기 광전류 센서(30)와 일체화되는 데, 상기 일체화된 광전류 센서(30)와 U 자형 마크네틱 코어(35)는, 상기 배전 자동화 개폐기(20) 내부의 붓싱(Busing) 주위에 설치가 용이하고 고절연을 유지하기 위한 지지용 어댑터(36)에 접착제로 고정된다.

상기 광전류 센서(30)의 전류 계측과정에 대해 설명하면, 먼저 도 3에 도시한 바와 같이, LED와 같은 발광소자로부터 발사된 광신호(37)는, 상기 광전류 센서(30)에 포함된 편광자(31) 및 1/2 파장판(32) 즉, 상기 LED로부터 발사된 광을 선형편광시킴과 아울러, 광의 진행방향을 90도 만큼 반사 회전시키는 편광자(31)와, 선형편광된 광을 45도 회전시켜 광학 바이어스를 걸어주기 위한 1/2 파장판(32)을 통과하게 되고, 이후 bi 원소를 함유하고 있는 YIG 결정인 파라데이터 소자인 자기 광학소자(33)에 입사되는 데, 이때 도체에 흐르는 전류에 의해 형성된 자계의 세기(H)(39)가 광신호의 진행방향과 같은 경우, 자기 광학소자(33)를 통과한 광신호의 편광면은 소정각도(Θ) 만큼 회전하게 되고, 상기 편광면의 회전각도(Θ)는 검광자(34)에 의해 광강도로 검출되어, 광파이버를 통해 상기 멀티 채널 광커넥터(24)와 연결 접속된 배전 자동화 개폐기 제어함에 구비된 신호처리장치로 전달되어, 상기 광계측 배전 자동화 개폐기가 설치된 지점에서의 구간전류 값으로 계측된다.

결국, 상기 광전류 계측신호(38)는, 자계의 세기에 비례하기 때문에 도체 주위에 형성된 자계를 광학적으로 측정함으로써, 배전선로를 통해 흐르는 전류의 량을 계측할 수 있게 된다.

그리고, 도 4는 본 발명에 따른 광계측 배전 자동화 개폐기에서의 광전압 센서와, 이를 고정 지지하기 위한 지지용 어댑터간의 결합 상태를 도시한 것으로, 도 4에 도시한 바와 같이, 절연 신뢰도가 높은 비접촉 공간 분압방식에 의해 포켈스 소자(43)에 균등 자계를 공급하기 위해서, 광전압 센서(40)의 케이스 양 단면에 보조전극(46a,46b)을 설치하고, 포켈스 소자의 광 진행방향의 양면에 코팅 처리한 ITO(Indium Tin Oxide) 전극과 연결시킨다.

상기 광전압 센서의 지지용 어댑터(47)는, 상기 광계측 배전 자동화 개폐기(20)의 상부에 설치하기 위하여 각 상의 광전압 센서(40)가 도체의 중앙에 위치하도록 하나의 조립체로 구성되는 데, 상기 광전압 센서(40)의 전압 계측과정에 대해 설명하면 다음과 같다.

먼저, 도 4에 도시한 바와 같이, LED와 같은 발광소자로부터 발사된 광신호(48)는, 상기 광전압 센서(40)에 포함된 편광자(41) 및 1/4 파장판(42) 즉, 상기 LED로부터 발사된 광을 선형편광시키기 위한 편광자(41)와, 선형편광된 광을 원편광으로 변화시키기 위한 1/4 파장판(42)을 통과하게 되고, 상기 원편광으로 변환된 광신호는 BSO(Bi₁₂SiO₂₀), BGO(Bi₁₂GeO₂₀)의 포켈스 소자(43)에 입사되는 데, 이때 보조전극(46a,46b)을 통해 공급된 전압에 의해 상기 포켈스 소자(43)가 복굴절 현상을 가지게 되며, 상기 복굴절 현상에 의해 위상차가 발생하여 타원편광이 된다.

이러한 타원편광 신호는, 검광자(44)에 의해 광강도로 검출되어, 전술한 바와 같이 광파이버를 통해 상기 멀티 채널 광커넥터(24)와 연결 접속된 배전 자동화 개폐기 제어함에 구비된 신호처리장치로 전달되어, 상기 광계측 배전 자동화 개폐기가 설치된 지점에서의 배전전압 값으로 계측된다.

한편, 도 5는 본 발명에 따른 광계측 배전 자동화 개폐기에서의 멀티 채널 광커넥터를 도시한 것으로, 상기 멀티 채널 광커넥터(50)는 3 상 전압 및 전류에 대한 전압 및 전류 계측신호를 동시에 접속 또는 분리하여, 외부에 설치된 배선 자동화 개폐기 제어함(미도시)으로 전송할 수 있도록 하되, 이때 도 5에 도시한 바와 같은 구조(51)로 제작되어 전송 손실이 최소가 되도록 한다.

그리고, 광계측 배전 자동화 개폐기(20)가 높은 임펄스 전압, 예를 들어70kV 정도에서도 절연 신뢰도를 유지하기 위하여 SF₆가스를 1.2 기압 정도로 충전시킨 상태에서 운용하게 되는 데, 상기 멀티 채널 광커넥터(50) 설치시, 가스누설을 방지하기 위하여, 광계측 배전 자동화 개폐기의 외함(53) 내측에 'O' 자형 링을 삽입함과 아울러, 고정 용 볼트(54)를 이용하여 고정시킴으로써, 충전된 가스가 누설되지 않도록 한다.

이에 따라, 광계측 배전 자동화 개폐기의 개폐동작에 의한 충격에 의해 가스가 누설되는 것을 방지시킬 수 있게 된다.

도 6은 본 발명에 따른 광계측 배전 자동화 개폐기가 가공 배전선로상에 설치된 상태를 도시한 것으로, 광계측 배전 자동화 개폐기(20)와 별도로 구분 설치되는 배전 자동화 개폐기 제어함(63)에서 송출되는 광신호(37,48)는, 다심 광케이블(64) 및 멀티 채널 광커넥터(61)를 통해 광전류 센서(30) 및 광전압 센서(40)에 전달되고, 상기 광전류 센서 및 광전압 센서에 의해 계측된 광전류 계측신호 및 광전압 계측신호, 즉 도 3 및 도 4를 참조로 전술한 바와 같이 3 상 도체(21a,21b,21c)에 형성되는 자계의 세기에 따라 계측된 광전류 계측신호와, 전계의 세기에 따라 계측된 광전압 계측신호는, 상기 멀티 채널 광커넥터(61) 및 다심 광케이블(64)을 통해, 상기 배전 자동화 개폐기 제어함(63)으로 전송되어, 전기신호로 변환된 후 신호처리되어, 광계측 배전 자동화 계측기(20)가 설치된 설치점에서의 배전전압 및 구간전류 값으로 계측된다.

이에 따라, 배전선로(62a,62b)에서 일어나는 사고전류, 상시전압 및 전류는,상기 배전 자동화 시스템을 운영하기 위하여 설치된 통신선(65)을 통해 원격지에 떨어져 있는 중앙 제어실(미도시)로 전송되어, 최적의 배전계통 운영 및 사고 처리업무를 효율적으로 처리할 수 있게 된다.

이상, 전술한 본 발명의 바람직한 실시예는, 예시의 목적을 위해 개시된 것으로, 당업자라면 이하 첨부된 특허청구범위에 개시된 본 발명의 기술적 사상과 그 기술적 범위 내에서, 다양한 다른 실시예들을 개량, 변경, 대체 또는 부가 등이 가능할 것이다.

상기와 같이 이루어지는 본 발명에 따른 광계측 배전 자동화 개폐기는, 광대역성, 고정도, 방폭성 및 무유도성의 특성을 갖는 광(光)을 이용하여 전압 및 전류를 계측하는 광전압 센서 및 광전류 센서에 의해, 가공 배전선로 상에 설치된 배전 자동화 개폐기에서의 배전전압 및 구간전류를 계측할 수 있도록 함으로써, 전자유도 및 개폐 써어지 등에 무관하게 고정도의 계측이 가능하고, 절연 신뢰도를 유지시킬 수 있게 되며, 또한 계측 정보를 광신호로 원격 전송할 수 있게 되는 매우 유용한 발명인 것이다.

Claims (6)

1. 배전 자동화 개폐기에 있어서,

   도체의 자속밀도 집속을 위한 환형의 철심과 일체로 구성되어, 상기 도체에 형성되는 자계의 세기에 따라, 배전선로에 흐르는 구간전류를 계측하기 위한 광전류 계측수단;

   상기 도체에 형성되는 전계의 세기에 따라, 상기 배전선로상의 전압을 계측하기 위하여 포켈스 효과를 이용하는 광전압 계측수단; 및

   상기 수단들로부터 계측되는 신호를, 멀티 채널을 통해 외부 연결기기로 광 전송하기 위한 광 접속수단을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 광계측 배전 자동화 개폐기.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 외부 연결기기는, 상기 광 접속수단을 통해 광신호를 전송 인가함과 아울러, 상기 광 접속수단을 통해 전송되는 계측신호들로부터 상기 구간전류 값과 배전전압 값을 산출하는 배전 자동화 개폐기 제어함인 것을 특징으로 하는 광계측 배전 자동화 개폐기.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 광전류 전류 계측수단은, 상기 도체간의 자속밀도 집속과 타상의 유도현상을 억제하기 위하여, 열처리된 U 자형 마그네틱 순철 코어와 일체로 구성됨과 아울러, 고절연 지지용 어댑터에 의해, 상기 광계측 배전 자동화 개폐기의 외함에 고정 지지되는 것을 특징으로 하는 광계측 배전 자동화 개폐기.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 광전압 계측수단은, 상기 포켈스 효과를 이용하는 포켈스 소자를 포함하여 구성됨과 아울러, 고절연 지지용 어댑터에 의해, 상기 광계측 배전 자동화 개폐기의 외함에 고정 지지되는 것을 특징으로 하는 광계측 배전 자동화 개폐기.
5. 제 4항에 있어서,

   상기 포켈스 소자에는, 비접촉으로 균등한 전계를 가하기 위한 복수개의 보조전극이 연결 접속되는 것을 특징으로 하는 광계측 배전 자동화 개폐기.
6. 제 1항에 있어서,

   상기 광 접속수단은, 상기 광계측 배전 자동화 개폐기의 개폐동작에 따라 발생되는 충격에 의해 충전 가스가 누설되는 것을 방지하기 위한 실링 구조를 갖는 멀티 채널 광커넥터인 것을 특징으로 하는 광계측 배전 자동화 개폐기.