KR101664162B1 - 발전기 보호장치 및 보호방법 - Google Patents

Abstract

발전기 보호장치 및 보호방법에 관한 것으로, 발전기의 각 상 전기자 권선의 단락으로 인한 사고운전시 각 상 전기자 권선을 공통접지하는 공통접지라인, 각 상 전기자 권선을 상기 공통접지라인에 연결 또는 해제하도록 스위칭 동작하는 스위칭부 및 상기 공통접지라인에 설치되고 사고운전 시 각 상 전기자 권선의 단락 전류를 저감하도록 미리 설정된 임피던스값을 갖는 임피던스부를 포함하는 구성을 마련하여, 본 발명에 따른 각 상 전기자 권선과 부하 사이에 스위칭부를 마련하고, 사고 운전시 스위칭부의 스위칭 동작에 의해 각 상 전기자 권선을 공통접지라인에 연결하며, 임피던스부를 이용해서 단락 전류를 저감할 수 있다는 효과가 얻어진다.

Description

발전기 보호장치 및 보호방법{GENERATOR PROTECTION APPARATUS AND METHOD}

본 발명은 발전기 보호장치 및 보호방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 발전기의 전기자 권선 단락 등의 사고 운전시 단락 전류의 크기를 저감해서 전기자 권선의 절연 파괴, 소손을 방지하는 발전기 보호장치 및 보호방법에 관한 것이다.

풍력, 파력, 조력 에너지 또는 워터 커런트 유동(water current flow)과 같은 재생 가능한 에너지를 터빈을 사용해서 전기 에너지로 변환하고, 직접 또는 변속기를 사용하여 교류 발전기의 회전자를 구동시키는 것이 가능하다.

발전기의 고정자 터미널들에서 발생되는 교류 주파수("고정자 전압")는 회전자의 회전 속도에 직접 비례하고, 고정자 터미널에서의 전압은 또한 속도의 함수로서, 그리고 발전기의 특정 유형에서는 자속(flux) 레벨에 따라 변화한다.

최적 에너지 획득을 위해, 재생 가능한 에너지 터빈의 출력 축의 회전 속도는 터빈 어셈블리의 블레이드들을 구동시키는 바람 또는 워터 커런트 유동의 속도에 따라 달라질 수 있다 .

발전기의 가변 전압 및 주파수를 전력 네트워크의 표준 정전압 및 정주파수(nominally constant voltage and frequency)로 맞추는 것(matching)은 전력 컨버터(power converter)를 사용하여 달성될 수 있다.

이와 같이, 풍력, 파력, 조력 에너지 또는 워터 커런트 유동과 같은 재생 가능한 에너지의 발전시스템에 적용되는 발전기에서 3상 단락과 같은 사고 운전시 전기자 권선의 한 상에 흐르는 전류는 역기전력과 전기자 권선의 내부 임피던스에 의해 결정된다.

즉, 발전기가 임의의 부하에 대하여 정격 상태로 운전될 때, 전기자 권선에 흐르는 정격 전류는 전기자 권선의 한 상에 유기되는 역기전력과 임피던스에 의해 결정된다.

반면, 발전기가 3상 단락과 같은 사고 운전시에는 전기자 권선의 한 상에 흐르는 전류는 역기전력과 전기자 권선의 내부 임피던스에 의해 결정된다.

따라서 발전기에서 전기자 권선 단락과 같은 사고 운전시 전기자 권선에는 순간적으로 정격 전류보다 매우 높은 단락 전류가 흐르게 된다.

이에 따라, 발전기의 사고 운전시에는 정격 전류보다 매우 높은 단락 전류로 인해 전기자 권선의 절연 파괴, 소손 등의 악영향이 발생하고, 정격 상태보다 수십배에 달하는 토크가 발전기에 가중되어 발전기에 마련된 샤프트 등을 파손시키는 문제점이 있었다.

예를 들어, 하기의 특허문헌 1 및 특허문헌 2 등에는 발전기의 단락 사고 발생시 단락 전류를 저감해서 발전기를 보호하는 기술이 개시되어 있다.

특허문헌 1에는 3상 회로에 의해 전력 컨버터에 연결된 전기 기기에서 각 도선을 공통 도선 또는 터미널에 연결하는 컨택터 또는 스위칭 장치를 마련하고, 회로 또는 전력 컨버터에 고장전류가 발생하면, 스위칭 장치를 이용해서 고장 전류를 폐쇄하고, 3상 회로의 도선들을 공통도선에 연결하여 완전한 3상 단락 회로를 제공하는 구성이 기재되어 있다.

특허문헌 2에는 내부에 복수의 계자 권선이 배치되는 회전 기계의 회전자 및 그 내부에 복수의 고정자 권선이 배치되는 회전 기계의 고정자를 구비하고, 회전자와 고정자 사이에 에어 갭이 존재하며, 회전자와 지면 사이에 적어도 일시적으로 연결되는 고-임피던스 접지 회로를 구비해서 회전기계의 작동 중에 에어 갭에 발생한 자속 밀도를 측정하기 위해 회전자와 고정자 사이에 적어도 일시적으로 설치되는 에어 갭 자속 탐침 및 에어 갭 자속탐침의 출력을 수용하기 위해 에어 갭 자속 탐침과 전기 신호를 송수신 가능한 분석기를 포함하는 회전 기계의 이상 검출 시스템 및 회전 기계의 이상 검출 방법이 기재되어 있다.

대한민국 특허 공개번호 제10-2013-0028919호(2013년 3월 20일 공개) 대한민국 특허 공개번호 제10-2009-0093847호(2009년 9월 2일 공개)

그러나 특허문헌 1은 고장전류 발생시 컨택터 또는 스위칭 장치를 이용해서 고장전류를 공통도선에 연결해서 단락회로를 구성하는 것으로, 순간적으로 발생하는 고장전류로 인한 전기자 권선의 절연 파괴, 소손을 완벽하게 방지해서 전기자 권선을 보호하는데 한계가 있었다.

그리고 특허문헌 2는 발전기의 회전자와 고정자 사이의 에어갭에서 발생한 자속 밀도를 검출한다.

그러나 풍력, 파력, 조력, 워터 커런트 유동과 같은 재생 가능한 에너지의 발전시스템은 발전기의 고장 전류를 검출하더하도 발전기를 즉시 중지시킬 수 없기 때문에, 고장 전류로 인한 피해가 커지는 문제점이 있었다.

따라서 재생 가능한 에너지의 발전 시스템에 적용되는 발전기의 사고 운전시 순간적으로 발생하는 고장전류로 인한 전기자 권선 및 샤프트 등의 파손을 완벽하게 방지하여 보호하는 기술의 개발이 필요한 실정이다.

본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 발전기의 전기자 권선 단락과 같은 사고 운전시 단락 전류를 저감해서 전기자 권선의 절연 파괴, 손상을 방지할 수 있는 발전기 보호장치 및 보호방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 발전기의 전기자 권선에 흐르는 전류를 감지해서 단락 전류 발생 여부를 검사하고, 단락 전류에 의해 정격 상태보다 큰 토크 발생을 억제하여 발전기의 전기자 권선 및 샤프트를 보호하는 발전기 보호장치 및 보호방법을 제공하는 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 발전기 보호장치는 발전기의 각 상 전기자 권선의 단락으로 인한 사고운전시 각 상 전기자 권선을 공통접지하는 공통접지라인, 각 상 전기자 권선을 상기 공통접지라인에 연결 또는 해제하도록 스위칭 동작하는 스위칭부 및 상기 공통접지라인에 설치되고 사고운전 시 각 상 전기자 권선의 단락 전류를 저감하도록 미리 설정된 임피던스값을 갖는 임피던스부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 스위칭부는 각 상 전기자 권선을 각각 상기 공통접지라인에 연결 또는 해제하도록 스위칭 동작하는 스위치를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 임피던스부는 각 상 전기자 권선에 연결된 각 스위치 후단에 연결되는 복수의 임피던스를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 임피던스부는 상기 공통접지라인에 마련되는 하나의 임피던스를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 임피던스부는 유도 리액턴스를 갖는 인덕터나 용량 리액턴스를 갖는 커패시터로 마련되는 것을 특징으로 한다.

상기 임피던스부의 임피던스 값은 사고 운전시 발생하는 단락 전류와 역기전력에 의해 설정되는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 각 상 전기자 권선을 통해 흐르는 전류를 감지하는 감지부 및 상기 감지부에서 감지된 전류값에 기초해서 단락 전류 발생 여부를 판단하고, 단락 전류 발생시 상기 스위칭부의 스위칭 동작을 제어하는 제어브를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 제어부는 상기 감지부의 감지결과에 따라 전체 상 전기자 권선 모두를 상기 공통접지라인에 연결하도록 상기 스위칭부를 제어하는 것을 특징으로 한다.

상기 제어부는 상기 감지부의 감지결과에 따라 단락 전류가 발생한 해당 상 전기자 권선만을 상기 공통접지라인에 연결하도록 상기 스위칭부를 제어하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 발전기 보호방법은 (a) 발전기의 각 상 전기자 권선의 단락으로 인한 사고 운전시 스위칭부를 동작시켜 각 상 전기자 권선을 공통접지라인에 연결하는 단계와 (b) 상기 공통접지라인에 연결된 임피던스부를 이용해서 단락 전류를 저감하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 스위칭부는 각 상 전기자 권선마다 연결되는 스위치를 포함하고, 상기 임피던스부는 각 상 전기자 권선에 연결된 스위치 후단에 각각 연결되는 것을 특징으로 한다.

상기 스위칭부는 각 상 전기자 권선마다 연결되는 스위치를 포함하고, 상기 임피던스부는 상기 공통접지라인의 전단부에 하나가 연결되는 것을 특징으로 한다.

상기 임피던스부의 임피던스 값은 각 상 전기자 권선에 유기되는 역기전력과 사고 운전시 발생하는 단락 전류에 따라 설정되는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 (c) 각 상 전기자 권선에 설치되는 감지부를 이용해서 각 상 전기자 권선을 통해 흐르는 전류를 감지하는 단계를 더 포함하고, 상기 (a)단계는 상기 (c)단계에서 감지된 전류값에 기초해서 상기 전체 상 전기자 권선을 상기 공통접지라인에 연결하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 (c) 각 상 전기자 권선에 설치되는 감지부를 이용해서 각 상 전기자 권선을 통해 흐르는 전류를 감지하는 단계를 더 포함하고, 상기 (a)단계는 상기 (c)단계에서 감지 결과에 따라 단락 전류가 발생한 상 전기자 권선만을 상기 공통접지라인에 연결해서 기계적 스트레스를 저감하는 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 발전기 보호장치 및 보호방법에 의하면, 각 상 전기자 권선과 부하 사이에 스위칭부를 마련하고, 사고 운전시 스위칭부의 스위칭 동작에 의해 각 상 전기자 권선을 공통접지라인에 연결하며, 임피던스부를 이용해서 단락 전류를 저감할 수 있다는 효과가 얻어진다.

이에 따라, 본 발명에 의하면, 발전기의 사고 운전시 단락 전류를 정상운전시 정격 전류에 대응되도록 저감하여 전기자 권선의 절연 파괴 및 손상을 방지할 수 있다는 효과가 얻어진다.

그리고 본 발명에 의하면, 발전기의 전체 상 전기자 권선 중에서 단락 전류가 발생한 전기자 권선만을 공통접지라인에 연결해서 단락 전류를 저감함으로써, 발전기의 기계적 스트레스를 저감할 수 있다는 효과가 얻어진다.

또한, 본 발명에 의하면, 발전기의 사고 운전시 정격 상태보다 수십 배에 달하는 토크 발생을 방지하여 발전기의 샤프트 등의 파손을 방지할 수 있다는 효과가 얻어진다.

도 1 및 도 2는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 발전기 보호장치의 회로도,
도 3은 임피던스부의 변형 예를 보인 회로도,
도 4는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 발전기 보호장치의 블록 구성도,
도 5는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 발전기 보호장치의 회로도,
도 6은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 발전기 보호방법을 단계별로 설명하는 흐름도.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 발전기 보호장치 및 보호방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

본 실시 예에서는 3상 교류 발전기를 이용해서 전기자 권선의 단락과 사고 운전시 보호장치 및 보호방법을 설명하기로 한다.

그러나, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 3상 교류 발전기뿐만 아니라, 단상(single) 교류 발전기나 다상(polyphase) 교류 발전기에도 적용될 수 있음에 유의하여야 한다.

도 1 및 도 2는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 발전기 보호장치의 회로도이다.

도 1 및 도 2에는 각각 발전기의 정상 운전 상태 및 사고 운전시 동작 상태가 도시되어 있다.

본 발명의 제1 실시 예에 따른 발전기 보호장치(20)는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 발전기(10)의 각 상 전기자 권선(11)의 단락으로 인한 사고 운전시 각 상 전기자 권선(11)을 공통접지하는 공통접지라인(21), 각 상 전기자 권선(11)을 공통접지라인(21)에 연결 또는 해제하도록 스위칭 동작하는 스위칭부(30) 및 공통접지라인(21)에 설치되고 사고 운전시 각 상 전기자 권선(11)의 단락 전류를 저감하도록 미리 설정된 임피던스값을 갖는 임피던스부(40)를 포함한다.

발전기(10)의 각 상 전기자 권선(11)은 각각 도 1에 도시된 바와 같이, 정상 운전시 스위칭부(30)를 통해 각 상 부하(12)에 연결된다.

스위칭부(30)는 각 상 전기자 권선(11)을 공통접지라인(21)에 연결 또는 해제하도록 스위칭 동작하는 제1 내지 제3 스위치(31 내지 33)를 포함할 수 있다.

즉, 제1 내지 제3 스위치(31 내지 33)는 각각 발전기(10)의 정상 운전시에는 도 1에 도시된 바와 같이, d단자와 e단자를 연결하도록 스위칭 동작해서 각 상 전기자 권선(11)과 부하(12)를 연결한다.

그리고 제1 내지 제3 스위치(31 내지 33)는 각각 발전기(10)의 사고 운전시에는 제어부(60)의 제어신호에 따라 d 단자와 f단자를 연결하도록 스위칭 동작하여 각 상 전기자 권선(11)과 공통접지라인(21)을 연결한다.

임피던스부(40)는 각 상 전기자 권선(11)에 각각 연결된 제1 내지 제3 스위치(31 내지 33) 각각의 후단(f단자 후단)에 각각 연결되는 제1 내지 제3 임피던스(41 내지 44)를 포함할 수 있다.

한편, 도 3은 임피던스부의 변형 예를 보인 회로도이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 임피던스부(40)는 공통접지라인(21)에 하나의 제4 임피던스(44)가 마련되도록 변경될 수 있다.

이와 같이, 본 발명은 발전기의 각 상 전기자 권선을 공통접지라인에 연결하는 스위치 후단에 각각 미리 설정된 임피던스 값을 갖는 제1 내지 제3 임피던스를 마련하거나, 공통접지라인에 제1 내지 제3 임피던스의 총 임피던스 값에 대응되는 임피던스 값을 갖는 제4 임피던스를 마련하도록 변경될 수도 있다.

여기서, 제1 내지 제3 임피던스(41 내지 43)의 임피던스 값(Zsw)과 제4 임피던스(44)의 임피던스 값(ZT)은 사고 운전시 발생하는 단락 전류(Isw)와 역기전력(Ea)에 의해 설정될 수 있다.

즉, 발전기(10)의 정상 운전시 각 상 전기자 권선(11)에 흐르는 정상 전류는 하기의 수학식 1과 같이 표현될 수 있다.

[수학식 1]

,

여기서, Ia는 정상 운전시 u상 전기자 권선에 흐르는 전류, Ea는 u상 전기자 권선의 역기전력, Z는 u상 전기자 권선의 임피던스 값, Ra는 u상 전기자 권선의 저항값, RL은 u상 전기자 권선에 연결된 부하의 저항값, ω는 2πf, f는 주파수, La는 u상 전기자 권선의 인덕턴스.

그리고 발전기(10)의 사고 운전시 각 상 전기자 권선(11)에 흐르는 단락 전류(Is)는 하기의 수학식 2와 같이 표현될 수 있다.

[수학식 2]

,

여기서, Ia<<Is이고, 토크는 전류에 비례함에 따라, 사고 운전시 발생하는 토크는 정상 상태의 토크보다 수십 배 크다.

그러나, 본 실시 예에서 사고 운전시 임피던스부(40)를 이용해서 단락 전류를 저감함에 따라, 임피던스부(40)에 의해 저감된 단락 전류(Isw)는 하기의 수학식 3과 같이 표현될 수 있다.

[수학식 3]

,

이에 따라, 본 발명은 임피던스부(40)의 임피던스 값(Zsw,ZT)을 수학식 3을 이용해서 산출되는 사고 운전시 단락 전류(Ia)와 전기자 권선(11)에 허용되는 전류 크기 및 샤프트 등의 구조적 안정계수 등을 고려하여 결정할 수 있다.

이러한 임피던스부(40)는 저항 소자로 구성될 수 있으나, 단락 전류의 저감 효과를 향상시키고 임피던스부(40)의 부피를 감소시킬 수 있도록, 유도 리액턴스를 갖는 인덕터(코일)나 용량 리액턴스를 갖는 커패시터로 마련되는 것이 바람직하다.

이와 같이, 본 발명은 각 상 전기자 권선과 부하 사이에 스위칭부를 마련하고, 사고 운전시 스위칭부의 스위칭 동작에 의해 각 상 전기자 권선을 공통접지라인에 연결하며, 임피던스부를 이용해서 단락 전류를 저감할 수 있다.

이에 따라, 본 발명은 발전기의 사고 운전시 단락 전류를 정상운전시 정격 전류에 대응되도록 저감하여 전기자 권선의 절연 파괴 및 손상을 방지할 수 있다.

또한, 본 발명은 발전기의 사고 운전시 정격 상태보다 수십 배에 달하는 토크 발생을 방지하여 발전기의 샤프트 등의 파손을 방지할 수 있다.

한편, 본 실시 예에서는 발전기(10)의 전기자 권선(11)의 단락 사고와 같은 사고 운전시 각 상 전기자 권선(11)을 공통접지라인(21)에 연결하고, 임피던스부(40)를 이용해서 단락 전류를 저감하는 구성을 중심으로 설명하였으나, 본 발명은 단락 전류 발생 여부를 감지해서 스위칭부(40)의 동작을 제어하는 구성을 더 포함할 수 있다.

예를 들어, 도 4는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 발전기 보호장치의 블록 구성도이다.

본 발명의 제1 실시 예에 따른 발전기 보호장치(20)는 도 4에 도시된 바와 같이, 단락 전류 발생 여부를 감지하도록 각 상 전기자 권선(11)의 전류를 감지하는 감지부(50) 및 감지부(50)에서 감지된 전류값에 기초해서 단락 전류 발생 여부를 판단하고, 단락 전류 발생 시 스위칭부(40)의 스위칭 동작 제어하는 제어부(60)를 더 포함할 수 있다.

감지부(50)는 각 상 전기자 권선(11)의 출력 단자나 계통 또는 부하(12) 단에 연결되어 각 상 전기자 권선(11)을 흐르는 전류를 감지하는 제1 내지 제3 전류감지센서(도면 미도시)를 포함할 수 있다.

제어부(60)는 감지부(50)의 감지결과에 따라 전체 상 전기자 권선(11) 모두를 공통접지라인(21)에 연결하도록 스위칭부(30)에 마련된 제1 내지 제3 스위치(31 내지 33)의 스위칭 동작을 제어할 수 있다.

이러한 제어부(60)는 발전기(10)에 마련된 각 장치의 동작을 제어하는 메인 제어유닛(main control unit)으로 마련될 수 있고, 또는 상기 메인 제어유닛과 통신 가능하게 연결되는 별도의 컨트롤러로 마련될 수도 있다.

이에 따라, 제어부(60)는 감지부(50)의 감지결과에 따라 단락 전류 발생 여부를 판단하고, 단락 전류 발생 시 발전기를 제동하도록 발전기(10)에 마련되는 제동장치(13)의 구동을 직접 제어하거나, 상기 메인 제어유닛으로 단락 전류 발생 사실을 통지할 수 있다.

한편, 본 실시 예에서는 단락 전류 발생시 전체 상 전기자 권선(11)을 공통접리라인(21)에 연결하고, 임피던스부(40)를 이용해서 단락 전류를 저감하는 것으로 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니고, 전체 상 전기자 권선(11) 중에서 단락 전류가 발생한 전기자 권선(11)만을 공통접지라인(21)에 연결하도록 변경될 수 있다.

예를 들어, 도 5는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 발전기 보호장치의 회로도이다.

본 발명의 제2 실시 예에 따른 발전기 보호장치(20)는 도 5에 도시된 바와 같이, 각 상 전기자 권선(11)에 연결된 제1 내지 제3 스위치(31 내지 33) 후단(f단자 후단)에 각각 공통접지라인(21)을 연결하도록 변경될 수 있다.

그래서 제어부(60)는 감지부(50)의 감지결과에 따라 어느 하나의 상 전기자 권선(11) 이상에서 단락 전류가 발생한 것으로 판단되면, 단락 전류가 발생한 해당 상 전기자 권선(11)만 공통접지라인(21)에 연결하도록 스위칭부(30)의 제1 내지 제3 스위치(31 내지 33)의 스위칭 동작을 개별적으로 제어한다.

이와 같이, 본 발명은 전체 상 전기자 권선(11) 중에서 단락 전류가 발생한 전기자 권선(11)만을 공통접지라인(21)에 연결해서 해당 전기자 권선(11)의 단락 전류를 저감할 수 있다.

이에 따라, 본 발명은 일부 전기자 권선만을 공통접지라인에 연결하는 과정에서 각 상의 불평형이 발생하는 것을 감수해서 발전기의 기계적 스트레스를 저감할 수도 있다.

다음 도 6을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 발전기 보호방법을 상세하게 설명한다.

도 6은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 발전기 보호방법을 단계별로 설명하는 흐름도이다.

도 6의 S10단계에서 발전기(10)의 운전을 시작하기 위해, 제어부(60)는 각 상 전기자 권선(11)과 부하(12)를 연결하도록 스위칭부(30)에 마련된 제1 내지 제3 스위치(31 내지 33)의 스위칭 동작을 제어한다.

그러면, 제1 내지 제3 스위치(31 내지 33)는 각각 d단자와 e단자를 연결하도록 스위칭 동작한다.

발전기(10)의 운전이 시작되면, 감지부(50)에 마련된 제1 내지 제3 전류감지센서는 각각 각 상 전기자 권선(11)을 통해 흐르는 전류를 감지한다(S12).

S14단계에서 제어부(60)는 감지부(50)의 제1 내지 제3 전류감지센서에서 감지된 전류값과 미리 설정된 기준 전류값을 비교해서 각 상 전기자 권선(11)의 단락 전류 발생 여부를 검사한다.

만약, S14단계의 검사결과 감지부(50)에서 감지된 전류값이 기준 전류값 범위 이내이면, 제어부(60)는 발전기(10)의 운전 중지 명령이 입력되는지 여부를 검사하고(S16), 운전 중지 명령이 입력될 때까지 S12단계 내지 S16단계를 반복 수행하도록 제어한다.

그리고 S16단계의 검사결과 운전 중지 명령이 입력되면, 제어부(60)는 발전기(10)에 마련된 각 장치 및 발전기 보호장치(20)의 구동을 중지하고, 종료한다.

반면, S14단계의 검사결과, 어느 하나 이상의 상 전기자 권선(11)에서 단락 전류가 발생하면, 제어부(60)는 각 상 전기자 권선(11)을 공통접지라인(21)에 연결하고, 임피던스부(40)의 임피던스 값을 이용해서 단락 전류를 저감하도록 스위칭부(30)의 동작을 제어한다(S18,S20).

이때, 제1 내지 제3 스위치(31 내지 33)는 각각 d단자와 f단자를 연결하도록 스위칭 동작한다.

이와 같이, 본 발명은 각 상 전기자 권선과 부하 사이에 스위칭부를 마련하고, 사고 운전시 스위칭부의 스위칭 동작에 의해 각 상 전기자 권선을 공통접지라인에 연결하며, 임피던스부를 이용해서 단락 전류를 저감함으로써, 전기자 권선의 절연 파괴 및 손상을 방지할 수 있다.

또한, 본 발명은 발전기의 사고 운전시 정격 상태보다 수십 배에 달하는 토크 발생을 방지하여 발전기의 샤프트 등의 파손을 방지할 수 있다.

물론, 제어부(60)는 도 5에 도시된 바와 같이, 단락 전류가 발생한 상 전기자 권선(11)만을 공통접지라인(22)에 연결하도록 제1 내지 제3 스위치(31 내지 33)의 스위칭 동작을 개별적으로 제어할 수도 있다.

그러면, 제1 내지 제3 스위치(31 내지 33)는 제어부(60)의 제어신호에 따라 단락 전류가 발생한 해당 상 전기자 권선(11)만을 공통접지라인(21)에 개별적으로 스위칭 동작한다.

이에 따라, 본 발명은 단락 전류가 발생한 상 전기자 권선만을 공통접지라인에 연결햇

한편, 제어부(60)는 S16단계에서 스위칭부(30)의 스위칭 동작을 제어함과 동시에, 발전기(10)에 마련된 제동장치(13)를 직접 구동시키거나, 메인 제어유닛으로 단락 전류 발생 사실을 통지할 수 있다.

그러면 제동장치(13)의 구동에 의해 발전기(10)의 운전이 중지된다(S22).

상기한 바와 같은 과정을 통하여, 본 발명은 각 상 전기자 권선과 부하 사이에 스위칭부를 마련하고, 사고 운전시 스위칭부의 스위칭 동작에 의해 각 상 전기자 권선을 공통접지라인에 연결하며, 임피던스부를 이용해서 단락 전류를 저감할 수 있다.

이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고, 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.

즉, 상기의 실시 예에서는 3상 교류 발전기를 이용해서 전기자 권선의 단락과 사고 운전시 보호하는 구성을 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니고, 3상 교류 발전기뿐만 아니라, 단상(single) 교류 발전기나 다상(polyphase) 교류 발전기에도 적용되도록 변경될 수 있다.

본 발명은 발전기의 사고 운전시 각 상 전기자 권선을 공통접지하고 임피던스를 이용해서 단락 전류를 저감하는 발전기 보호장치 및 보호방법 기술에 적용된다.

10: 발전기 11: 상 전기자 권선
12: 부하 13: 제동장치
20: 발전기 보호장치 21: 공통접지라인
30: 스위칭부 31 내지 33: 제1 내지 제3 스위치
40: 임피던스부 41 내지 44: 제1 내지 제4 임피던스
50: 감지부 60: 제어부

Claims (15)

1. 사고운전시 발전기를 보호하는 발전기 보호장치에 있어서,
   발전기의 각 상 전기자 권선의 단락으로 인한 사고운전시 각 상 전기자 권선을 공통접지하는 공통접지라인,
   각 상 전기자 권선을 상기 공통접지라인에 연결 또는 해제하도록 스위칭 동작하는 스위칭부 및
   상기 공통접지라인에 설치되고 사고운전 시 각 상 전기자 권선의 단락 전류를 저감하도록 미리 설정된 임피던스값을 갖는 임피던스부를 포함하고,
   상기 임피던스부는 유도 리액턴스를 갖는 인덕터나 용량 리액턴스를 갖는 커패시터로 마련되며,
   상기 임피던스부의 임피던스 값은 사고 운전시 발생하는 단락 전류와 역기전력에 의해 설정되는 것을 특징으로 하는 발전기 보호장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 스위칭부는 각 상 전기자 권선을 각각 상기 공통접지라인에 연결 또는 해제하도록 스위칭 동작하는 스위치를 포함하는 것을 특징으로 하는 발전기 보호장치.
3. 제2항에 있어서,
   상기 임피던스부는 각 상 전기자 권선에 연결된 각 스위치 후단에 연결되는 복수의 임피던스를 포함하는 것을 특징으로 하는 발전기 보호장치.
4. 제2항에 있어서,
   상기 임피던스부는 상기 공통접지라인에 마련되는 하나의 임피던스를 포함하는 것을 특징으로 하는 발전기 보호장치.
5. 삭제
6. 삭제
7. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
   각 상 전기자 권선을 통해 흐르는 전류를 감지하는 감지부 및
   상기 감지부에서 감지된 전류값에 기초해서 단락 전류 발생 여부를 판단하고, 단락 전류 발생시 상기 스위칭부의 스위칭 동작을 제어하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발전기 보호장치.
8. 제7항에 있어서,
   상기 제어부는 상기 감지부의 감지결과에 따라 전체 상 전기자 권선 모두를 상기 공통접지라인에 연결하도록 상기 스위칭부를 제어하는 것을 특징으로 하는 발전기 보호장치.
9. 제7항에 있어서,
   상기 제어부는 상기 감지부의 감지결과에 따라 단락 전류가 발생한 해당 상 전기자 권선만을 상기 공통접지라인에 연결하도록 상기 스위칭부를 제어하는 것을 특징으로 하는 발전기 보호장치.
10. 사고운전시 발전기를 보호하는 발전기의 보호방법에 있어서,
    (a) 발전기의 각 상 전기자 권선의 단락으로 인한 사고 운전시 스위칭부를 동작시켜 각 상 전기자 권선을 공통접지라인에 연결하는 단계와
    (b) 상기 공통접지라인에 연결된 임피던스부를 이용해서 단락 전류를 저감하는 단계를 포함하고,
    상기 임피던스부는 유도 리액턴스를 갖는 인덕터나 용량 리액턴스를 갖는 커패시터로 마련되며,
    상기 임피던스부의 임피던스 값은 사고 운전시 발생하는 단락 전류와 역기전력에 의해 설정되는 것을 특징으로 하는 발전기 보호방법.
11. 제10항에 있어서,
    상기 스위칭부는 각 상 전기자 권선마다 연결되는 스위치를 포함하고,
    상기 임피던스부는 각 상 전기자 권선에 연결된 스위치 후단에 각각 연결되는 것을 특징으로 하는 발전기 보호방법.
12. 제10항에 있어서,
    상기 스위칭부는 각 상 전기자 권선마다 연결되는 스위치를 포함하고,
    상기 임피던스부는 상기 공통접지라인의 전단부에 하나가 연결되는 것을 특징으로 하는 발전기 보호방법.
13. 삭제
14. 제10항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    (c) 각 상 전기자 권선에 설치되는 감지부를 이용해서 각 상 전기자 권선을 통해 흐르는 전류를 감지하는 단계를 더 포함하고,
    상기 (a)단계는 상기 (c)단계에서 감지된 전류값에 기초해서 상기 전체 상 전기자 권선을 상기 공통접지라인에 연결하는 것을 특징으로 하는 발전기 보호방법.
15. 제10항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    (c) 각 상 전기자 권선에 설치되는 감지부를 이용해서 각 상 전기자 권선을 통해 흐르는 전류를 감지하는 단계를 더 포함하고,
    상기 (a)단계는 상기 (c)단계에서 감지된 결과에 따라 단락 전류가 발생한 상 전기자 권선만을 상기 공통접지라인에 연결해서 기계적 스트레스를 저감하는 것을 특징으로 하는 발전기 보호방법.

Images