저압 회로 차단기용 타이머 릴레이 기반 자동 폐쇄 장치

전력망의 안전하고 안정적인 운영을 보장하고 전력 복구 중 부하 전류 급증으로 인한 전기 장비 손상을 방지하기 위해 분배 변압기에 연결된 모든 부하를 전력 공급 전에 차단해야 합니다.

따라서 저전압 회로 차단기는 저전압 릴리스 기능이 장착되어 있습니다: 유지보수 또는 선로 고장으로 변압기가 전력을 잃으면 저전압 버스의 전압 상실로 인해 분기 회로 차단기가 자동으로 트립합니다. 변압기가 다시 전력 공급을 받은 후, 일반적으로 저전압 회로 차단기는 자동 재접속 기능이 없으므로, 작업자는 현장에서 수동으로 차단기를 닫아야 합니다. 차단기 위치, 교통 및 날씨 조건에 따라 이 수동 작업은 평균 33분 정도 소요되며, 이는 장기간의 정전과 전력 공급 신뢰성에 심각한 영향을 미칩니다.

이 문제를 해결하기 위해 시간 계열기 기반의 저전압 회로 차단기 자동 재접속 장치가 개발되었습니다. 변압기의 저전압 출력이 계열기 코일에 전력을 공급합니다. 변압기가 전력을 받으면 시간 계열기 코일이 전력을 받아 설정된 지연 시간 후에 슬라이딩 접점이 일시적으로 닫혀 저전압 회로 차단기가 자동으로 재접속됩니다. 이 시간 지연은 변압기의 유입 전류를 피하여 장비의 안전성을 보장합니다. 적절한 제어 논리를 통해 과전류 트립이나 수동 차단 후 자동 재접속이 방지됩니다.

1. 설계 요구 사항 및 솔루션

전력망 운영 규정에 따라 저전압 자동 전환 장치에 대한 특정 설계 요구 사항이 설정되었습니다:

• 분배 변압기의 고전압 측이 유지보수 또는 고장으로 인해 전력을 잃으면, 변압기가 전압을 잃고 저전압 회로 차단기가 저전압 릴리스로 트립합니다. 변압기가 다시 전력 공급을 받으면, 설정된 시간 지연 후에 차단기가 자동으로 재접속됩니다.

• 저전압 회로 차단기 하류에서 고장이 발생하면, 차단기는 신뢰성 있게 트립하며 자동 재접속하지 않아야 합니다.

• 저전압 회로 차단기가 수동으로 열렸다면, 자동으로 재접속하지 않아야 합니다.

이러한 요구 사항을 충족하기 위해 시간 계열기를 제어 핵심으로 사용하는 신뢰성 있는 솔루션이 제안되었습니다. 시간 지연 특성과 슬라이딩 접점을 활용하여 자동 재접속을 실현합니다. 선택된 시간 계열기 모델은 DS-28입니다.

장치에 사용되는 DS-28 시간 계열기는 시계 메커니즘을 구동하는 전자석으로 구성됩니다. 전자석 코일은 변압기의 저전압 출력에서 전력을 얻어 지속적으로 전력을 공급받는 시간 계열기를 제공합니다. 계열기는 지연 슬라이딩 접점 한 세트와 지연 주 접점(종료 접점) 한 세트를 포함합니다. 시간 계열기의 내부 배선은 그림 1에 표시되어 있습니다. 

장시간 전력 공급으로 인한 코일 타는 것을 방지하기 위해 열융단 저항이 외부 보호 저항으로 추가되었습니다. 설계에서는 단자 1과 13–3이 전력 회로에 연결된 트리거 신호로 사용되고, 단자 5와 6, 그리고 16–3과 17은 각각 지연 슬라이딩 접점과 즉시 종료 접점으로 사용됩니다. 그림 2는 시간 계열기 기반의 저전압 회로 차단기 자동 재접속 장치의 배선도를 보여줍니다.

2. 저전압 자동 전환 장치의 제어 전략

2.1 변압기 저전압

변압기가 저전압 상태가 되면, 저전압 회로 차단기가 트립합니다. 저전압 버스가 전력을 공급받지 않으므로, 시간 계열기는 초기 상태로 유지되며, 지연 슬라이딩 접점과 지연 주 접점은 열려 있고, 즉시 종료 접점은 닫혀 있습니다.

선로에 전력 공급이 복구되면, 변압기의 저전압 출력이 전력을 공급받아 시간 계열기에 전력을 공급합니다. 이때, 즉시 종료 접점이 열리고, 코일 회로에 전압 분배 저항이 도입되어 전자석이 전력을 받고 장기간 작동합니다. 시계 메커니즘이 작동을 시작하고, 지연 이동 접점이 닫히는 방향으로 움직입니다.

설정된 지연 시간(일반적으로 변압기 유입 전류를 피하기 위해 시간 계열기 패널의 시간 조정 다이얼을 통해 10초에서 15초 사이로 설정됨) 후에, 지연 슬라이딩 접점이 일시적으로 닫히고 다시 열립니다. 이 동작은 수동으로 닫는 버튼을 누르고 놓는 것과 유사하며, 닫는 회로가 지속적으로 전력을 공급받지 않도록 하여 수동 차단이나 회로 차단기의 고장 점으로의 닫힘을 방지합니다.

일반적으로 분배 변압기는 2000 kVA까지의 용량을 가지며, 변압기 유입 전류 지속 시간은 약 6초에서 10초입니다. 변압기 유입 전류의 영향을 피하기 위해, 설치 시 시간 계열기 패널의 시간 다이얼을 조정하여 지연 시간을 10초에서 15초로 설정합니다. 닫는 회로의 배선도는 그림 3에 표시되어 있습니다.

슬라이딩 접점이 닫힌 후, 주 접점(종료 접점)이 닫히고 기계적 중지 메커니즘에서 멈춥니다. 변압기의 저전압 출력이 계속 전력을 공급받는 한, 계열기는 이 상태를 유지합니다. 저전압 출력이 전력을 잃으면(즉, 전자석 코일이 전력을 잃으면), 모든 접점이 즉시 원래 위치로 돌아갑니다.

2.2 고장으로 인한 회로 차단기 트립

저전압 회로 차단기의 하류 선로나 장비에서 고장이 발생하면, 차단기는 과전류로 인해 트립합니다. 변압기의 저전압 출력이 계속 전력을 공급받으므로, 계열기 접점은 현재 위치를 유지하며, 회로 차단기가 자동으로 재접속되지 않습니다.

2.3 수동 트립

저전압 회로 차단기가 수동으로 열릴 때, 변압기의 저전압 출력은 여전히 전력을 공급받습니다. 계열기 접점은 변경되지 않으며, 시간 계열기의 영향을 받지 않아 차단기의 자동 닫힘을 방지합니다.

3. 장치 기능 테스트

시간 계열기 기반의 저전압 자동 전환 장치를 조립한 후, 포괄적인 기능 테스트를 수행했습니다. 성공적인 테스트 후, 표준화된 설치 절차와 배선도를 확립하고, 상세한 안전 및 기술 조치를 수반하였습니다. 장치는 10개 지역에 설치되었으며, 6개월 동안의 운영 후, 예정된 유지보수 정전 및 고장으로 인한 정전 중 장치는 신뢰성 있고 올바르게 작동하였습니다. 설치 전 33분이었던 평균 전력 복구 시간이 10~15초로 감소하였습니다.

현장 테스트 결과, 시간 계열기 기반의 저전압 회로 차단기 자동 재접속 장치는 모든 설계 요구 사항을 충족함을 확인하였습니다.

4. 결론

제안된 저전압 회로 차단기 자동 재접속 장치는 시간 계열기의 지연 슬라이딩 접점을 활용하여 저전압 릴리스 코일 설치로 인한 여러 문제를 해결합니다. 이를 통해 저전압 회로 차단기는 저전압 상태 후 자동 재접속을 달성할 수 있습니다. 장치는 정상적인 전력 중단 중 신뢰성 있게 작동하며, 비정상적인 조건에서는 작동하지 않습니다. 간단한 원리, 편리한 배선, 저렴한 비용으로, 현장 테스트에서 안전하고 신뢰성 있게 저전압 트립 후 전력 복구를 실현하며, 회로 차단기의 닫힘 시간을 33분에서 10~15초로 줄였습니다. 이는 유틸리티 효율성과 전력 공급 신뢰성을 크게 향상시키며, 실제 응용 프로그램에서 높은 실용 가치를 입증하였습니다.