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KR102038263B1 - 전력 공급 시스템에서 유도성 엘리먼트 보호 - Google Patents

전력 공급 시스템에서 유도성 엘리먼트 보호 Download PDF

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KR102038263B1
KR102038263B1 KR1020197020915A KR20197020915A KR102038263B1 KR 102038263 B1 KR102038263 B1 KR 102038263B1 KR 1020197020915 A KR1020197020915 A KR 1020197020915A KR 20197020915 A KR20197020915 A KR 20197020915A KR 102038263 B1 KR102038263 B1 KR 102038263B1
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power supply
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bypass
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얀 스벤손
칼레 일베스
미노스 베니아카르
테오도어 숭
닉 엘리엇
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에이비비 슈바이쯔 아게
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Abstract

본 발명은 유도성 엘리먼트 (Lr) 와 직렬로 접속된 적어도 하나의 진공 회로 차단기 (BCB3, RBCB3) 를 포함하는 무정전 전력 공급 시스템을 위한 보호 장치 (18) 에 관한 것이며, 상기 보호 장치 (18) 는 제 1 바이패스 브랜치 및 제 1 접지 브랜치를 포함하고, 상기 제 1 바이패스 브랜치는 상기 유도성 엘리먼트와 병렬로 접속되고 제 1 타입의 2 개의 직렬 접속된 보호 컴포넌트들 (BPSA1, BPSA2) 및 그 사이에 바이패스 브랜치 중간점을 포함하며, 상기 제 1 접지 브랜치는 상기 바이패스 브랜치 중간점과 접지 사이에 접속되고 제 1 접지 서지 어레스터 (GSA1) 를 포함한다.

Description

전력 공급 시스템에서 유도성 엘리먼트 보호
본 발명은 일반적으로 전력 공급 시스템들에서 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 전압 소스 컨버터, 전압 소스 컨버터를 제어하는 방법, 및 이러한 전압 소스 컨버터를 위한 컴퓨터 프로그램 제품에 관한 것이다.
무정전 전력 공급 (UPS) 시스템은 데이터 센터와 같은 다양한 부하에 전력을 공급하는데 사용될 수도 있다. 이러한 시스템은 그 후, 링 버스와, 전력 분배 시스템 또는 그리드에 접속된 전력 공급 케이블 사이에 접속된 다수의 병렬 UPS 브랜치들을 포함할 수도 있다. 각각의 그러한 브랜치는 또한, UPS 모듈을 포함할 수도 있고 대응하는 부하에 전력을 공급할 수도 있으며, 여기서 UPS 모듈은 탭 포인트에 의해 분리된 직렬 접속된 자기적으로 커플링된 리액터들 및 탭 포인트에 접속된 보조 전력 공급부를 포함할 수도 있다. 따라서, UPS 유닛은 자동 변압기를 기반으로 할 수도 있다. 그러한 시스템에서, 다양한 엔티티들이 케이블을 사용하여 상호 접속될 수 있다.
이러한 전력 공급부와 관련하여, 링 버스에서, 부하에서, 전력 공급 케이블에서, 또는 그리드에서도 결함이 발생할 수도 있다. 결함을 전력 공급 시스템의 나머지 부분과 분리하기 위해, 하나 이상의 회로 차단기들이 제공될 수도 있으며, 이들 회로 차단기들은 진공 회로 차단기일 수도 있다.
그러나, 회로 차단기가 진공 회로 차단기인 경우, 회로 차단기의 개방이 케이블 섹션들과 UPS 모듈의 상술한 자동 변압기 사이의 리액터와 같이 전력 공급 시스템의 다양한 유도성 엘리먼트들에서 높은 과도 전압을 초래할 수도 있다. 따라서, 이러한 유도성 엘리먼트들 중 하나 이상은 그러한 진공 회로 차단기의 동작에 의해 야기된 그러한 과전압으로부터 보호될 필요가 있을 수도 있다.
일반적으로 사용되는 타입의 보호 컴포넌트는 서지 어레스터 (surge arrester) 이다. 서지 어레스터는 예를 들어 건식 변압기와 같은 변압기를 보호하기 위해 사용되는 것으로 공지되어 있으며, 예를 들어 EP 3023998 및 US 2016/0149396 을 참조한다.
그러나, 서지 어레스터는 또한 다른 환경에서도 사용되는 것으로 알려져 있다. 예를 들어, US 2013/0321959 는 인덕터를 보호하기 위해 인덕터 전후에 위상과 접지 사이뿐만 아니라 위상들 사이에 서지 어레스터가 접속되는, 전력 공급 컨버터 유닛을 개시한다.
US 5388021 은 회로 차단기 및 인덕터를 통해 부하에 접속된 전력 공급부를 개시한다. 서지 어레스터는 인덕터의 양측에서 접지에 접속된다. 또한, 서지 어레스터는 인덕터와 병렬로 접속된다.
KR 2012 0097359 는 램프용 절전기를 개시한다. 전력 공급부는 리액터와 병렬로 커패시터를 통해 부하에 접속된다. 리액터와 접지 사이에 또한 서지 흡수기가 접속된다.
US 2011/0279943 은 2 개의 인덕터와 병렬로 커패시터를 통해 출력에 접속된 입력을 갖는 서지 억제기 디바이스를 개시한다. 병렬 접속의 일 단부와 접지 사이에는 또한 가스관이 접속되고, 이 가스관은 금속 산화물 배리스터로 교체될 수도 있다.
US 5532897 은 고압 변전소용 서지 억제 시스템을 개시하며, 여기서 2 개의 서지 어레스터들이 리액터의 대향 측에 접속된다. 또한, 저항기와 병렬로 레지스터가 접속된다.
진공 회로 차단기를 통해 접속해제되는 결함들은 유도성 엘리먼트의 공급측뿐만 아니라 부하측에서도 발생할 수도 있다. 따라서, 유도성 엘리먼트 양측에서 발생할 수도 있는 과전압으로부터 전력 공급 시스템의 유도성 엘리먼트를 보호하는 것이 중요할 것이다.
본 발명은 유도성 엘리먼트 양측에 나타날 수도 있는 진공 회로 차단기에 의해 야기되는 과전압으로부터 전력 공급 시스템의 유도성 엘리먼트를 보호하는 것과 함께, 유도성 엘리먼트에 대한 보호에 관련된다.
이 목적은 유도성 엘리먼트와 직렬로 접속된 적어도 하나의 진공 회로 차단기를 포함하는 무정전 전력 공급 시스템을 위한 보호 장치를 통해 달성되는 본 발명의 제 1 양태에 따른 것으로, 상기 보호 장치는 제 1 바이패스 브랜치 및 제 1 접지 브랜치를 포함하고, 상기 제 1 바이패스 브랜치는 유도성 엘리먼트와 병렬로 접속되고 적어도 하나의 보호 바이패스 컴포넌트를 포함하며, 상기 제 1 접지 브랜치는 제 1 바이패스 브랜치와 접지 사이에 접속되고 제 1 접지 서지 어레스터를 포함하며, 상기 제 1 바이패스 브랜치는 제 1 타입의 2 개의 직렬 접속된 보호 컴포넌트들 및 그 사이에 바이패스 브랜치 중간점을 포함하며, 상기 제 1 접지 브랜치는 상기 바이패스 브랜치 중간점과 접지 사이에 접속된다.
이 목적은 제 1 양태에 따른 보호 장치뿐만 아니라 유도성 엘리먼트와 직렬로 접속된 적어도 하나의 진공 회로 차단기를 포함하는 무정전 전력 공급 시스템을 통해 달성되는 본 발명의 제 2 양태에 따른 것이다.
본 발명은 다수의 장점들을 갖는다. 본 발명은 유도성 엘리먼트 전반에서 뿐만 아니라 양측에서 진공 회로 차단기에 의해 야기되는 과전압에 대한 보호를 제공한다. 따라서, 제공되고 있는 보호는 다양하다.
본 발명은 하기에서 첨부된 도면을 참조하여 설명될 것이다.
도 1 은 전력 공급 케이블과 링 버스 사이에 접속된 다수의 무정전 전력 공급 브랜치를 포함하는 전력 공급 시스템을 개략적으로 도시하고,
도 2 는 링 버스에 결함이 발생할 때의 전력 공급 시스템을 개략적으로 도시하고,
도 3 은 하나의 무정전 전력 공급 브랜치에 접속된 부하에 결함이 발생할 때의 전력 공급 시스템을 개략적으로 도시하고,
도 4 는 전력 공급 시스템의 일 측에 결함이 발생할 때 회로 차단기와 리액터에 의해 분리되는 UPS 시스템의 4 개의 케이블 섹션들로 구현된 도 1 의 전력 공급 시스템의 부분을 개략적으로 도시하고,
도 5 는 전력 공급 시스템의 다른 측에 결함이 발생할 때의 전력 공급 시스템 부분을 개략적으로 도시하고,
도 6 은 2 개의 서지 어레스터들이 리액터의 각 측의 접지에 접속되는, 전력 공급 시스템 부분을 개략적으로 도시하고,
도 7 은 본 발명을 이해하는데 유용한, 보호 장치의 제 1 변형과 함께 전력 공급 시스템 부분을 개략적으로 도시하며,
도 8 은 본 발명을 이해하는데 유용한, 보호 장치의 제 2 변형과 함께 전력 공급 시스템 부분을 개략적으로 도시하며,
도 9 은 본 발명을 이해하는데 유용한, 보호 장치의 제 3 변형과 함께 전력 공급 시스템 부분을 개략적으로 도시하며,
도 10 은 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 보호 장치와 함께 전력 공급 시스템 부분을 개략적으로 도시하며,
도 11 은 본 발명의 제 2 실시형태에 따른 보호 장치와 함께 전력 공급 시스템 부분을 개략적으로 도시하며,
도 12 는 본 발명의 제 3 실시형태에 따른 보호 장치와 함께 전력 공급 시스템 부분을 개략적으로 도시하며,
도 13 은 자동 변압기가 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 보호 장치를 구비하는, 도 1 의 전력 공급 시스템의 다른 부분을 개략적으로 도시하며,
도 14 은 본 발명의 제 2 실시형태에 따른 보호 장치와 함께 다른 전력 공급 시스템 부분을 개략적으로 도시하며,
도 15 은 본 발명의 제 3 실시형태에 따른 보호 장치와 함께 다른 전력 공급 시스템 부분을 개략적으로 도시한다.
하기에서, 다양한 보호 장치에 대한 자세한 설명이 제공될 것이다.
도 1 은 예를 들어 서버 및 냉각 장치와 같은 데이터 센터의 다양한 부하들일 수 있는 다수의 상이한 부하들 (L) 에 전력을 제공하기 위한 전력 공급 시스템 (10) 을 개략적으로 도시한다. 전력 공급 시스템 (10) 은 유리하게 중간 전압 (MV) 무정전 전력 공급 (UPS) 시스템이며, 예를 들어 전력 분배 시스템 또는 그리드 (도시되지 않음) 로부터 제 1 변압기 (T1) 를 통해 전력을 수신한다. 제 1 변압기 (T1) 는 업스트림 케이블이라 지칭될 수도 있는 공급 케이블 (UCB) 에 차례로 접속되며, 이는 부하가 이 업스트림 케이블 (UCB) 의 다운스트림에 배치되기 때문이다. 다수의 부하 (L) 들이 이 케이블에 접속될 수도 있으며, 이러한 부하는 다수의 병렬 UPS 브랜치들을 통해 업스트림 케이블 (UCB) 에 접속될 수도 있다.
업스트림 케이블 (UCB) 은 일 예로서 11 kV 와 같은 중간 전압을 제공할 수도 있다.
각각의 UPS 브랜치는 또한 리액터 (Lr) 를 통해 링 버스 (RB) 에 접속될 수도 있으며, 여기서 링 버스 (RB) 는 또한 케이블을 사용하여 실현될 수도 있다. 고려된 시스템에서, 다양한 결함들을 접속해제하기 위해 진공 회로 차단기가 설치된다. 진공 회로 차단기는 UPS 브랜치에서뿐만 아니라 링 버스 (RB) 에서 제공될 수도 있다.
일 예로서, 그러한 브랜치는 제 1 브랜치 회로 차단기 (BCB1) 를 통해 업스트림 케이블에 접속된 제 1 측을 갖는 UPS 모듈 (12) 을 포함할 수도 있다. UPS 모듈 (12) 의 제 2 측은 제 2 브랜치 회로 차단기 (BCB2) 에 접속되고, 제 2 브랜치 차단기 (BCB2) 는 차례로 리액터 (Lr) 와 직렬의 제 3 브랜치 차단기 (BCB3) 를 통해 링 버스 (RB) 에 접속된다. 제 2 브랜치 회로 차단기 (BCB2) 는 또한 제 4 브랜치 회로 차단기 (BCB4) 를 통해 부하 (L) 에 접속된다. UPS 브랜치의 부분들은 케이블을 사용하여 실현될 수도 있다. 모든 브랜치 회로 차단기들 (BCB1, BCB2, BCB3, BCB4) 은 진공 회로 차단기일 수도 있다.
UPS 시스템에서, 업스트림 케이블 (UCB) 과 링 버스 (RB) 사이에 병렬로 연결된 여러 브랜치들이 존재할 수도 있다. 그러나 도 1 에서, 오직 2 개의 브랜치들만이 도시된다.
추가로 각각의 UPS 브랜치가 2 개의 회로 차단기를 통해 링 버스 (RB) 에 접속되며, 여기서 제 1 링 버스 회로 차단기 (RBCB1) 는 제 1 링 버스 방향으로 링 버스 (RB) 에 접속될 수도 있고, 제 2 링 버스 회로 차단기 (RBCB2) 는 제 2 링 버스 방향으로 링 버스 (RB) 에 접속될 수도 있으며, 상기 제 2 링 버스 방향은 상기 제 1 링 버스 방향과 반대이다. 2 개의 UPS 브랜치들이 도 1 에 도시되기 때문에, 따라서, 4 개의 링 버스 회로 차단기가 존재하며, 여기서 상부 UPS 브랜치는 제 1 링 버스 회로 차단기 (RBCB1) 를 통해 제 1 링 버스 방향으로 및 제 2 링 버스 회로 차단기 (RBCB2) 를 통해 제 2 링 버스 방향으로 링 버스 케이블 섹션에 접속되고, 하부 UPS 브랜치는 제 3 링 버스 회로 차단기 (RBCB3) 를 통해 제 1 링 버스 방향으로 및 제 4 링 버스 회로 차단기 (RBCB4) 를 통해 제 2 링 버스 방향으로 링 버스 케이블 섹션에 접속된다. 또한 모든 링 버스 회로 차단기는 진공 회로 차단기일 수도 있다.
후술되는 바와 같이, UPS 모듈 (12) 은 탭 포인트에 의해 분리된 2 개의 직렬 접속된 자기적으로 커플링된 리액터들을 포함하는 유도성 엘리먼트를 사용하여 실현될 수도 있으며, 여기서 자기적으로 커플링된 리액터들은 소위 자동 변압기로서 형성될 수도 있다. 탭 포인트는 추가로, 아마도 변압기를 통해 보조 전력 공급부에 접속될 수도 있다.
접지 결함들과 같은 결함들은 위에서 개시된 시스템에서 발생할 수도 있다. 시스템에서 발생할 수 있는 상이한 타입의 결함들이 UPS 모듈의 자동 변압기에서 또는 케이블을 상호접속하는 리액터 (Lr) 에서와 같이 상이한 유도성 엘리먼트들에 걸친 과전압에 대해 상이한 영향을 미칠 수 있다.
고려된 전력 공급 시스템에서, 다양한 결함들을 접속해제하기 위해 진공 회로 차단기가 사용된다.
예를 들어, 업스트림 케이블 (UCB) 이 다양한 부하들에 필요한 전력을 공급하지 못할 수도 있다. 예를 들어, 어떤 전력도 공급할 수 없을 수도 있거나 또는 오직 불충분한 전력만을 공급할 수도 있다. 이는 업스트림 케이블 (UCB), 제 1 변압기 (T1) 또는 전력 분배 시스템 또는 전력 그리드에 결함이 발생한다는 사실 때문일 수도 있다. 이러한 상황이 발생하면, UPS 모듈 (12) 을 갖는 브랜치들을 케이블 (UCB) 로부터 접속해제할 필요가 있을 수도 있고, 접속해제는 일반적으로 제 1 브랜치 회로 차단기 (BCB1) 를 사용하여 실행된다.
그러나, 링 버스 또는 부하에서 결함이 발생할 수 있다.
예를 들어, 도 2 에 도시된 바와 같이 링 버스 (RB) 에서 결함 (F) 이 발생할 수 있다. 도 2 는 링 버스 (RB) 에 접속된 2 개의 UPS 브랜치들을 개략적으로 도시한다. 여기서, 결함 전류는 2 개의 UPS 브랜치들의 양자의 UPS 모듈들 (12) 로부터 제 2 및 제 3 브랜치 회로 차단기들 (BCBR2 및 BCBR3) 을 통해 제 2 및 제 3 링 버스 회로 차단기 (RBCB2 및 RBCB3) 를 통해 결함 (F) 으로 흐르며, 이는 제 2 및 제 3 링 버스 회로 차단기 (RBCB2 및 RBCB3) 사이의 케이블 섹션에서 발생한다. 결함 전류는 또한 링 버스 RB 의 양 방향에서 결함으로 흐르고 있다.
UPS 브랜치들 중 하나에 접속된 부하에서도 결함이 발생할 수 있다. 도 3 은 하부 UPS 브랜치의 부하에서 이러한 결함 (F) 에 대한 2 개의 UPS 브랜치 및 링 버스 (RB) 를 개략적으로 도시한다. 여기서, 결함 전류는 하부 UPS 브랜치 내에서 UPS 모듈 (12) 로부터 제 2 및 제 4 브랜치 회로 차단기 (BCB2 및 BCB4) 를 통해 결함 (F) 으로 흐른다는 것을 알 수 있다. 결함 전류는 또한, 상부 UPS 브랜치의 UPS 모듈 (12) 로부터 이 상부 UPS 브랜치의 제 2 및 제 3 브랜치 회로 차단기 (BCB2 및 BCB3) 를 통해 그리고 제 2 및 제 3 링 버스 회로 차단기 (RBCB2 및 RBCB3) 를 통해 하부 UPS 브랜치로 이동하고, 그 후 추가로 하부 UPS 브랜치의 리액터 (Lr) 및 제 3 및 제 4 브랜치 회로 차단기 (BCB3, BCB4) 를 통해 결함 (F) 으로 흐른다.
도 2 및 도 3 에서, 결함 전류는 하부 UPS 브랜치의 리액터 (Lr) 를 통해 양방향으로 흐를 수도 있는 것을 알 수 있다.
UPS 시스템의 상이한 섹션들을 상호접속하는, 리액터 (Lr) 에 의해 예시된 유도성 엘리먼트를 통해 흐르는 결함 전류에 관한 더 일반화된 UPS 시스템에 대하여, 2 개의 시나리오들이 도 4 및 도 5 에 도시되며, 상기 섹션들은 상이한 케이블 섹션들일 수도 있다.
도 4 및 도 5 는 하부 UPS 브랜치의 제 2 및 제 3 브랜치 회로 차단기 (BCBR2 및 BCBR3) 사이의 지점에서 링 버스 (RB) 의 제 2 및 제 3 링 버스 회로 차단기 (RBCB2 및 RBCB3) 사이의 지점까지 연장되는 UPS 시스템의 일부를 도시한다. UPS 시스템의 이 부분은 다수의 상호접속된 케이블 섹션들을 포함하는 것을 알 수 있다. 이 경우, 4 개의 케이블 섹션들, 즉 제 1 케이블 섹션 (CB1), 제 2 케이블 섹션 (CB2), 제 3 케이블 섹션 (CB3) 및 제 4 케이블 섹션 (CB4) 이 존재한다. 각각의 케이블 섹션은 또한, 제 1 커패시턴스를 통해 접지에 접속된 제 1 단부와 제 2 커패시턴스를 통해 접지에 접속된 제 2 단부를 갖는 직렬 저항을 갖는 것으로 본원에 도시된다. 커패시턴스들은 일반적으로 케이블의 부유 커패시턴스들이며, 저항은 케이블 섹션의 길이를 곱한 케이블 저항을 통해 형성된 저항이다.
또한, 제 1 및 제 2 케이블 섹션 (CB1, CB2) 은 제 3 브랜치 회로 차단기 (BCB3) 에 의해 분리되고, 제 3 및 제 4 케이블 섹션 (CB3, CB4) 은 제 3 링 버스 회로 차단기 (RBCB3) 에 의해 분리된다는 것을 알 수 있다. 마지막으로, 제 2 및 제 3 케이블 섹션 (CB2 및 CB3) 은 리액터 (Lr) 에 의해 분리된다. 따라서, 케이블 섹션 (CB1, CB2, CB3 및 CB4), 회로 차단기 (BCB3, RBCB3) 및 리액터 (Lr) 는 서로 직렬로 접속된다. 양자의 회로 차단기 (BCB3 및 RBCB3) 는 진공 회로 차단기이다.
또한, 도 4 에서, 제 4 케이블 섹션 (CB4) 의 우측에 결함 (F) 이 발생하며, 이에 따라 결합 전류가 제 3 브랜치 회로 차단기 (BCB3), 제 2 케이블 섹션 (CB2), 리액터 (Lr), 제 3 케이블 섹션 (CB3), 제 3 링 버스 회로 차단기 (RBCB3) 및 제 4 케이블 섹션 (CB4) 을 통해 제 1 케이블 섹션 (CB1) 으로부터 결함 (F) 으로 흐른다. 이 경우에, 제 3 링 버스 회로 차단기 (RBCB3) 는 리액터 (Lr) 를 결함으로부터 분리하기 위해 개방될 수도 있다. 도 5 에서, 제 1 케이블 섹션 (CB1) 의 좌측에 결함 (F) 이 발생하며, 이에 따라 결합 전류가 제 3 링 버스 회로 차단기 (RBCB3), 제 3 케이블 섹션 (CB3), 리액터 (Lr), 제 2 케이블 섹션 (CB2), 제 3 브랜치 회로 차단기 (BCB3) 및 제 1 케이블 섹션 (CB1) 을 통해 제 4 케이블 섹션 (CB4) 으로부터 결함 (F) 으로 흐른다. 이 경우에, 제 3 브랜치 회로 차단기 (BCB3) 는 리액터 (Lr) 를 결함으로부터 분리하기 위해 개방될 수도 있다.
따라서 어떤 회로 차단기가 개방되는지에 따라, 높은 과전압이 리액터 (Lr) 의 일 측에서 발생할 수 있고, 과전압은 종종 진공 회로 차단기에서 아크 재점화 (arc re-ignition) 로 인해 발생하는 것을 알 수 있다. 11 kV 에서 동작하는 시스템의 경우, 일시적인 과전압이 100 kV 만큼 높은 것은 일반적이지 않다.
진공 회로 차단기 및 케이블이 각 리액터의 양 측에 존재하기 때문에, 진공 회로 차단기와 연관된 과전압이 각 리액터 (Lr) 의 양 측에서 발생할 수 있다.
따라서, 양 측에 나타나는 과전압에 대해 유도성 엘리먼트 (Lr) 를 보호할 필요가 있다.
UPS 시스템의 리액터 (Lr) 를 보호하는 한 가지 방법이 도 6 에 도시된다. 리액터 (Lr) 는 리액터 (Lr) 의 제 1 단부와 접지 사이에 접속된 제 1 접지 서지 어레스터 (GSA1) 를 포함하는 제 1 접지 브랜치 및 리액터 (Lr) 의 제 2 단부와 접지 사이에 접속된 제 2 접지 서지 어레스터 (GSA2) 를 포함하는 제 2 접지 브랜치를 통해 보호될 수도 있다. 이에 따라 서지 어레스터들은 리액터 (Lr) 의 양측 상의 회로 차단기 개방에 의해 야기되는 과전압으로부터 보호되게 하는 방식으로, 리액터 (Lr) 의 양측에 상대지간 (line-to-neutral) 으로 배치된다.
그러나 이 경우에, 2 개의 서지 어레스터들 (GSA1 및 GSA2) 은 보호되어야 하는 권선에 유도되는 전압에 대해 직렬로 접속된다.
이를 해결하고 권선에 대한 보호를 제공하기 위해, 제 1 바이패스 브랜치 및 제 1 접지 브랜치를 포함하는 보호 장치가 제안되며, 여기서 제 1 바이패스 브랜치는 리액터 (Lr) 와 병렬로 접속되고 적어도 하나의 보호 바이패스 컴포넌트를 포함한다. 제 1 접지 서지 어레스터 (GSA1) 를 포함하는 제 1 접지 브랜치는 제 1 바이 패스 브랜치와 접지 사이에 차례로 접속된다. 보호 장치의 서지 어레스터들은 추가로, 금속 산화물 (MO) 서지 어레스터들일 수도 있다.
도 7 에 도시된 보호 장치의 제 1 변형에서, 보호 바이패스 컴포넌트는 제 1 바이패스 서지 어레스터 (BPSA1) 이다. 또한, 이 경우, 제 1 접지 서지 어레스터 (GSA1) 를 갖는 제 1 접지 브랜치는 제 1 바이패스 브랜치의 제 1 단부에 접속되고, 제 1 단부는 또한 리액터 (Lr) 의 제 1 단부에도 접속된다. 이 변형은 또한, 제 1 바이패스 브랜치의 제 2 단부에 그리고 결과적으로 리액터 (Lr) 의 제 2 단부에도 접속된 제 2 접지 서지 어레스터 (GSA2) 를 갖는 제 2 접지 브랜치를 포함한다.
서지 어레스터들의 비용을 감소시키기 위해, 제 1 서지 커패시터 (BPC1) 가 도 8 에 도시된 바와 같이, 제 1 바이패스 브랜치의 제 1 바이패스 서지 어레스터 대신에 사용된 보호 장치의 제 2 변형에 따를 수 있다. 이 솔루션의 추가적인 장점은 각 위상을 접지에 접속하는 2 개의 서지 어레스터들이 고주파 컴포넌트들에 대해 병렬로 접속된 것처럼 나타나는 것이다. 이것은 제 3 링 버스 회로 차단기 (RBCB3) 및 제 3 케이블 섹션 (CB3) 을 통해 제 4 케이블 섹션 (CB4) 에서 흐르는 결함 전류에 대해 도 9 에 도시되며, 여기서 2 개의 부분들로 분할되고, 결함 전류의 일 부분은 제 2 접지 서지 어레스터 (GSA2) 를 통해 접지로 흐르고, 다른 부분은 제 1 바이패스 커패시터 (BPC1) 및 제 1 접지 서지 어레스터 (GSA1) 를 통해 접지로 흐른다.
다른 대안으로서, 제 1 바이패스 브랜치가 서지 어레스터 또는 커패시터일 수 있는 동일한 타입의 2 개의 직렬 접속된 보호 컴포넌트들을 포함하는 것이 가능하다. 이러한 제 1 바이패스 브랜치의 경우, 오직 하나의 접지 브랜치, 즉 제 1 접지 브랜치가 존재할 수도 있고, 제 1 접지 서지 어레스터 (GSA1) 를 갖는 상기 제 1 접지 브랜치는 제 1 바이패스 브랜치의 중간점에 접속될 수도 있으며, 여기서 바이패스 브랜치 중간점은 제 1 및 제 2 보호 컴포넌트들 사이에 배치될 수도 있다. 따라서 이 실현은 보호 컴포넌트들의 T-타입 접속이고, 이는 양측에서 유도 전압과 상대지간 전압으로부터 양자의 리액터 권선들 양자를 보호한다.
도 10 은 본 발명에 따른 보호 장치의 제 1 실시형태를 도시하며, 여기서 제 1 및 제 2 보호용 바이패스 컴포넌트들은 이전에 언급된 것과 같이, 제 2 바이패스 서지 어레스터 (BPSA2) 와 직렬로 접속된 제 1 바이패스 서지 어레스터 (BPSA1) 이고, 제 1 접지 서지 어레스터 (GSA1) 를 갖는 제 1 접지 브랜치는 브랜치 중간점에 접속된다.
이 경우, 각 서지 어레스터는 오직 상대지간 전압의 2/3 에 대해서만 레이팅되는 것이 필요하다. 레이팅이 1/2 이 아닌 2/3 이어야하는 이유는 리액터 (Lr) 의 양측의 접지에 결함이 있는 경우, 2 개의 서지 어레스터들이 병렬 접속되는 것으로 나타날 것이며, 이는 서지 어레스터들인 임의의 전류를 전도하고 있지 않을 때 서지 어레스터들이 용량성으로 나타나기 때문이다. 결과적으로, 상대지간 전압의 2/3 이 리액터의 정상측에 접속된 서지 어레스터에 걸쳐 나타날 것이다.
서지 어레스터의 오버레이팅을 감소시키기 위해, 보호 장치 (18) 의 제 2 실시형태를 도시하는 도 11 에서와 같이 부가의 서지 커패시터들이 접속될 수 있다. 이 경우, 제 1 바이패스 브랜치와 다른 타입의 제 1 및 제 2 보호 컴포넌트를 갖는 제 1 바이패스 브랜치와 평행한 제 2 바이패스 브랜치가 존재한다. 2 개의 바이패스 브랜치들의 중간점들이 또한 상호접속될 수도 있다. 도 11 의 예에서, 제 1 바이패스 브랜치는 제 1 및 제 2 바이패스 서지 어레스터들 (BPSA1 및 BPSA2) 을 포함하고, 결과적으로 제 2 바이패스 브랜치는 브랜치 중간점의 대향 측에 제 1 및 제 2 바이패스 커패시터들 (BPC1, BPC2) 을 포함해야만 한다.
리액터 (Lr) 에 가까운 선접지 (line-to-ground) 결함의 결과로서 발생하는 용량성 전압 분배기는 그 후, 2 개의 서지 어레스터들 및 하나의 서지 어레스터와 직렬로 접지에 접속된 하나의 커패시터 및 리액터 (Lr) 의 정상측에 접속된 하나의 커패시터로 나타날 것이다.
결과적으로, 커패시턴스의 차이는 이전의 경우에 비해 감소될 것이고, 전압 공유는 보다 균등해질 것이다.
추가의 비용 감소로서, 2 개의 서지 어레스터들은 보호 장치 (18) 의 제 3 실시형태를 도시하는, 도 12 에 도시된 바와 같이 서지 커패시터로 대체될 수 있다. 이것은 제 1 바이패스 브랜치가 제 1 및 제 2 바이패스 커패시터 (BPC1 및 BPC2) 를 포함하는 것을 의미한다. 이는 서지 어레스터들의 양을 감소시킬 것이지만, 다른 한편으로 결과적인 과전압 보호의 성능을 감소시킬 것이다.
상기에서 알 수 있는 바와 같이, 2 개의 케이블 섹션들 사이에 배치된 리액터 (Lr) 가 보호될 수도 있는 다수의 방법이 있다.
위의 원리는 UPS 모듈 (12) 의 유도성 엘리먼트들과 같은 다른 유도성 엘리먼트들에도 적용될 수도 있다.
이에 대한 하나의 예가 도 13 에 도시되고, 이는 도 1 의 전력 공급 시스템의 다른 부분을 도시한다. 이 다른 부분은 그리드로부터 UPS 브랜치, 예를 들어 하부 UPS 브랜치에 접속된 부하로 신장한다. 다른 부분은 도 4 내지 도 12 에 도시된 부분과 유사한 방식으로 도시된다. 여기서, 그리드 소스 (GS) 가 업스트림 케이블 섹션 (UCB) 을 통해 제 1 브랜치 회로 차단기 (BCB1) 의 제 1 단부에 접속되는 제 1 변압기 (T1) 에 접속되며, 여기서 제 1 브랜치 회로 차단기 (BCB3) 의 제 2 단부는 제 5 케이블 섹션 (CB5) 을 통해 자동 변압기 (AT) 형태의 유도성 엘리먼트의 제 1 단부에 접속되며, 자동 변압기 (AT) 의 제 2 단부는 부하 (L) 에 접속된다. 도 1 과 비교하여, 제 2, 제 3 및 제 4 브랜치 회로 차단기 (BCB2, BCB3, BCB4) 는 문제의 결함에 대해 항상 폐쇄되어 있으므로 생략되었다.
또한, UPS 모듈의 상세들이 또한 도시된다. UPS 모듈 (12) 은 탭 포인트에 의해 분리된 2 개의 직렬 접속된 자기적으로 커플링된 리액터들을 갖는 자동 변압기 (AT) 를 포함하며, 이 탭 포인트는 보조 전력 소스 (APS) 에 접속되고 변압기 (T2) 에 커플링된다. 보조 전력 공급부는 일 예로서 480 V 에서 동작될 수도 있다.
이 경우에, 업스트림 케이블 (UCB) 또는 그리드 공급부 (GS) 에서의 결함들에 대한 보호가 존재하며, 그리드 또는 업스트림 케이블 UCB 상의 결함들의 경우에 제 1 브랜치 회로 차단기 (BCB1) 가 개방될 수도 있고, 보조 전력 공급부 (APS) 는 전력을 부하 (L) 에 공급하기 위해 사용된다.
도 13 에서 알 수 있는 것과 같이, 자동 변압기 (AT) 와 병렬로, 즉 양자의 자기적으로 커플링된 리액터들과 병렬로 접속된 제 1 실시형태에 따른 보호 장치 (18) 가 존재하며, 여기서 보호 장치는 제 1 및 제 2 바이패스 서지 어레스터들 (BPSA1, BPSA2) 을 포함하는 제 1 바이패스 브랜치뿐만 아니라, 바이패스 브랜치 중간점에 접속된 제 1 접지 서지 어레스터 (GSA1) 를 포함하는 제 1 접지 브랜치를 포함한다.
유사한 방식으로, 도 14 에 도시되는 자동 변압기에 대한 제 2 실시형태에 따른 보호 장치 (18) 를 또한 사용할 수 있다. 따라서, 제 1 바이패스 브랜치는 제 1 및 제 2 바이패스 서지 어레스터들 (BPSA1, BPSA2) 을 포함하고, 제 2 바이패스 브랜치는 제 1 및 제 2 바이패스 커패시터들 (BPC1, BPC2) 을 포함하며, 여기서 바이패스 브랜치 중간점은 상호접속되고, 제 1 접지 서지 어레스터 (GSA1) 를 통해 접지에 접속된다.
도 15 에서 알 수 있는 것과 같이, 제 3 실시형태는 자동 변압기 (AT) 를 사용할 수 있으며, 여기서 이제 제 1 접지 서지 어레스터 (GSA1) 를 통해 접지에 접속된 바이패스 브랜치 중간점을 갖는 제 1 및 제 2 바이패스 커패시터들 (BPC1 및 BPC2) 을 포함하는, 오직 제 1 바이패스 브랜치만이 존재한다.
전술한 설명으로부터, 본 발명은 다수의 방식으로 변경될 수 있다는 것이 명백하다. 따라서, 본 발명은 다음의 청구범위에 의해서만 제한된다는 것이 실현될 수 있다.

Claims (13)

  1. 유도성 엘리먼트 (Lr; AT) 와 직렬로 접속된 적어도 하나의 진공 회로 차단기 (BCB3, RBCB3; BCB1) 및 보호 장치를 포함하는 무정전 전력 공급 시스템 (10) 으로서,
    상기 보호 장치 (18) 는 제 1 바이패스 브랜치 및 제 1 접지 브랜치를 포함하고, 상기 제 1 바이패스 브랜치는 상기 유도성 엘리먼트와 병렬로 접속되고 적어도 하나의 보호 바이패스 컴포넌트 (BPSA1, BPSA2, BPC1, BPC2) 를 포함하며, 상기 제 1 접지 브랜치는 상기 제 1 바이패스 브랜치와 접지 사이에 접속되고 제 1 접지 서지 어레스터 (GSA1) 를 포함하며,
    상기 제 1 바이패스 브랜치는 제 1 타입의 2 개의 직렬 접속된 보호 컴포넌트들 및 그 사이에 바이패스 브랜치 중간점을 포함하고, 상기 제 1 접지 브랜치는 상기 바이패스 브랜치 중간점과 접지 사이에 접속되며, 상기 적어도 하나의 회로 차단기는 진공 회로 차단기 (BCB3, RBCB3; BCB1) 인, 무정전 전력 공급 시스템 (10).
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 바이패스 브랜치에서의 상기 보호 컴포넌트들은 서지 어레스터들 (BPSA1, BPSA2) 인, 무정전 전력 공급 시스템 (10).
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 바이패스 브랜치에서의 상기 보호 컴포넌트들은 커패시터들 (BPC1, BPC2) 인, 무정전 전력 공급 시스템 (10).
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 바이패스 브랜치와 병렬로 접속되고 제 2 타입의 2 개의 직렬 접속된 보호 컴포넌트들 및 상기 제 1 바이패스 브랜치의 상기 바이패스 브랜치 중간점과 상호접속된 바이패스 브랜치 중간점을 포함하는 제 2 바이패스 브랜치를 더 포함하는, 무정전 전력 공급 시스템 (10).
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 1 바이패스 브랜치에서의 상기 보호 컴포넌트들은 서지 어레스터들 (BPSA1, BPSA2) 이고, 상기 제 2 바이패스 브랜치에서의 상기 보호 컴포넌트들은 커패시터들 (BPC1, BPC2) 인, 무정전 전력 공급 시스템 (10).
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    케이블 섹션들 (CB1, CB2, CB3, CB4, CB5) 을 더 포함하는, 무정전 전력 공급 시스템 (10).
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 유도성 엘리먼트는 2 개의 케이블 섹션들 (CB2, CB3) 과 2 개의 진공 회로 차단기들 (BCB3, RBCB3) 사이에 접속되는, 무정전 전력 공급 시스템 (10).
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 유도성 엘리먼트는 케이블 섹션 (CB5) 과 부하 (L) 사이에 접속되는, 무정전 전력 공급 시스템 (10).
  9. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유도성 엘리먼트는 리액터 (Lr) 인, 무정전 전력 공급 시스템 (10).
  10. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유도성 엘리먼트는 자동 변압기 (AT) 인, 무정전 전력 공급 시스템 (10).
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 자동 변압기 (AT) 는 탭 포인트에 의해 분리된 2 개의 직렬 접속된 자기적으로 커플링된 리액터들을 포함하는, 무정전 전력 공급 시스템 (10).
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 탭 포인트에 접속된 보조 전력 소스 (APS) 를 더 포함하는, 무정전 전력 공급 시스템 (10).
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 탭 포인트와 상기 보조 전력 소스 (APS) 사이에 접속된 변압기 (T2) 를 더 포함하는, 무정전 전력 공급 시스템 (10).
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