정류기 기술시방

 

정류기 기술시방 

 

구    조 

구    분	내    용
구조개요	•정류기는 자립형 외함에 정류소자, 보호장치, 제어장치, 경보장치 등을 내장하는 구조로 구    성하여 운전과 보수에 편리하도록 한다 •운반 설치중 발생하는 기계적 충격에 충분히 견디는 구조로 한다
외    함	•철판 및 보강프레임을 사용하며, 설치시 고정을 위한 판넬 베이스를 설치 •전, 후면에 문을 설치하며 각 문에는 Latching Device와 정류기 내부를 볼 수 있는 투명창을 설치 •정류기를 통풍 냉각시킬 수 있는 구조
기    타	•정류기의 Filter는 Door를 열지 않고 교체가 가능한 구조로 한다 •케이블 결선시 작업을 용이하게 하기 위하여 케이블 지지대를 설치 •저온에서 습기가 응축되는 것을 방지하기 위한 결로방지 스페이스 히타를 써머 스타트와    함께 설치(동작 전원은 AC 220V로 설계) •결로 방지 스페이스히타는 히터를 연속적으로 동작했을 때에도 큐비클내에 과열이 생기지    않는 용량으로 결정

 

규격 및 성능 

정 류 기 

•정류기는 실리콘 다이오드 정류형 자냉식이며 (6상 12펄스) 직렬 연결

•정류기는 전차선 급전용 변압기와 결합하여 사용되므로 변압기와 결합해서 사용 할 때 규정한 정격 용량을 갖도록 하고 정류기에서 발생되는 고조파로 인한 변압기 권선의 전력손실 및 그로 인한 온도상승에 대한 특별한 고려

•정류기 설계시에는 변압기와 결함시의 전압변동, 최대 단락전류, 교류측 고조파 직류측 왜형 전압/전류 등을 조정하기 위하여 변압기와 긴밀히 협조하여 제작한다

•정격연속 전부하 운전에 따른 온도 상승후 150% 정격과부하를 2시간 동안 공급한후 1분간 200% 전부하를 흘릴 수 있도록 한다

 

실리콘 정류소자 

•정류소자는 소정의 부하전류, 단락전류 및 외부의 이상 전압 등에 의하여 충분한 내력을 갖도록 한다

•정류소자는 반영구적으로 특성의 변화 없이 동작하며 침투 역전압에 충분히 견디도록 한다

 

정류소자 연결   

•정류소자는 소정의 부하전류 단락전류 및 외부로부터의 이상 전압 등에 대하여 충분한 내력을 갖도록 한다

•각 브릿지의 각 Arm에 연결된 정류소자는 회로의 단락 사고시 보호장치가 다른 다이오드에 손상을 주지 않고 고장전류를 감지해서 제거할 수 있는 시간동안 최대 단락전류에 견디도록 함

•정류소자는 방열판에 전기적 기하학적으로 동일 대칭되게 부착하여 전압 전류 특성이 균형되도록 한다

•정류소자는 알루미늄으로 된 좌우 방열판 사이에 설치하고 좌우 방열판의 자연통풍으로 최상의 냉각효과를 얻을 수 있도록 한다

 

정류기용 변압기 

 

구조 규격 및 성능 

구    분	내    용
성    능	•변압기는 12펄스 정류기용으로 적합하게 설계 제작하고 2차측은 2중 권선 •변압기의 특성은 병렬운전에 적합하게 설계 제작 •변압기는 정격에 규정된 단락전류가 2초간 흘러도 열적, 기계적 손상이 없어야 함 •변압기는 정격으로 연속 운전하여 온도 상승후, 최종의 일정 값에 도달한 후, 정격의 150% 부하에서 2시간 사용 후 200% 과부하로 1분간의 정격을 갖도록 함 •정류기용 변압기는 전차선 급전용 정류기와 결합하여 사용되므로 정류기와 사용할 때 규정한 용량을 갖도록 하고 정류기에서 발생되는 고조파로 변압기 권선의 전력손실 및 그로 인한 온도상승 및 소음 등의 영향에 대하여 특별한 고려 •변압기 설계에 정류기와 결합시의 전압변동, 최대단락전류, 교류측 고조파 직류측 왜형 전압/전류등을 고려하여 정류기와 긴밀히 협의하여 제작
외    함	•금속제 철판 및 보강 프레임을 사용하여 충분한 강도를 갖도록 함 •전·후면에 문을 설치하고, 변압기를 통풍 냉각시킬 수 있는 구조
본    체	•본체에는 접지용 단자를 구비 •변압기 본체와 하부 기초 베이스 사이는 방진고무를 설치하여 변압기 본체에 생기는 진동이 지면에 전달되지 않도록 한다 •변압기반 내부는 보수 점검을 위하여 조명등을 설치하고 문의 개폐와 연동으로 동작 •변압기는 가압 유무를 식별할 수 있는 표시등을 설치 •변압기에 부착되는 모든 계기는 문을 열지 않고도 볼 수 있도록 문에 투명창을 설치
권    선	•권선은 몰드형으로 제작하며 전기적으로 부분 방전등이 없는 우수한 성능을 갖도록 하고 기계적으로도 견고한 구조로 하며 변압기의 자체 내압에 대한 절연 문제해결 및 충격전압에 대한 전기적, 기계적 강도에 견디도록 한다 •변압기 고압, 저압 권선사이의 공기온도 측정을 위하여 경보가 가능한 다이알 온도계를 설치하고 최대온도 초과시 경보를 울릴 수 있는 접점(Dry contacts)을 구비 •권선 온도를 검출하여 과열로부터 보호하기 위하여 저압측 권선에 온도검출 소자를 각 1개씩 설치하고 최대 허용온도 초과시 계전기가 동작 1차는 경보, 2차는 차단기를 차단할 수 있는 접점(Dry contacts)을 구비 •에폭시 수지몰딩은 운전중 생기는 부하 변동으로 인한 온도 및 진동으로 발생되는 열팽창과 수축에 변형되지 않도록 제작 •권선의 지지 및 권선과 철심간에는 탄성체의 스페이서를 넣어 고정하여 철심의 왜형진동이 권선에 전달되는 것을 방지하여 권선에서 발생되는 소음을 감소시킬 수 있는 구조로 한다
기    타	•탭 절체는 무전압 상태에서 절환하며 사용탭 이외의 절환단자는 절연캡으로 보호 •변압기의 1, 2차 인·출입 케이블은 하부로 할 수 있는 구조로 케이블 지지대를 구비

 

 

시    험 

•외관시험 (구조 및 치수 검사)                          •권선저항 측정

•온도 상승 시험 (형식승인시험)                        •변압비 측정

•극성 및 각 변위 시험                                       •임피던스 및 부하 손실 시험

•내전압 시험 (충격과 시험은 형식승인 시험)      •무부하 손실 및 여자전류 측정

•소음측정 (형식 승인 시험)                               •부분방전 시험 (형식 승인 시험)

•효율 및 전압 변동율 계산                                •변압기 -정류기 결합 시험 (형식 승인 시험)

 

 정류기용 차단기반 

 

구    분	시    방
교류차단기	•종    류 : VCB                       •형    식 : 인출형 •극    수 : 3P                          •정격전압 : AC 24kV •정격전류 : 630A                     •정격차단전류 : 12.5kA •정격차단시간 : 5 Cycle           •투입조작방식 : 전동스프링 •조작전압 : DC 110V                •동작책무 : 0-(1분)-CO-(3분)-CO •기준충격 내전압 : 125kV
계기용 변류기	•형    식 : 단상 애폭시 몰드형      •오차계급 : 1.0급 •정격부담 : 40VA                       •정격변류비 : 첨부도면 참조 •정격과전류정수 : 정격 1차 전류의 40배
과전류보호 계전기(50/51)	•순시요소 : ( 2～20 ) × 5A ( 1단위 조정 ) •한시요소 : ( 0.4～3.2 ) × 5A ( 0.1단위 조정 )
지락과전류보호 계전기(50/5lG)	•순시요소 : ( 0.5～8.0 ) × 5A ( 0.5 단위 조정 ) •한시요소 : ( 0.1～0.5 ) × 5A ( 0.02 단위 조정 )
전 류 계	•형    식 : 디지털 보호감시장치 또는 집중표시제어장치 •정밀도 : ± 2.0% 이상
기    타	•원격계측용 통신포트 : 250kbps 이상 •원격-현장 절체스위치 : 2Position
예 비 품	•표시등용 전구 : 전수량 100%      •각종 Fuse : 전수량의 100% •각종 보조 계전기 : 5EA           •각종 조작스위치 : 3EA •계기용 변류기 : 3EA

 

 

각 CUBICLE 공통자재 

•기초판넬 및 앵커볼트   

•각 기기의 명판(전, 후면용)

•Space Heater(220V AC)

•주회로 모선

•제어회로 구성 및 이면배선

•접지모선 및 접지단자 (60-l00 M 채결용)

•Cubicle내 조명등(220V AC)

•콘센트(2P 15A 300V)

•보조회로 구성 및 이면배선

 

실리콘 정류기 기술시방 요약 

 

정류장치 

구    분	사    양	구    분	사    양
정격구분	•경전철 급전용	정격전압	•750V DC
정격용량	•도면참조	정격전류	•도면참조
정격주파수	•60Hz	정격내전압	•2kV
과부하 정격	•100% 연속 •150% 2시간 •200% 1분	입력연결계통	•정류기용 변압기(∆/∆ -Y 결선)
		냉각방식	•자연냉각
전부하효율	•99%	최대소음기준	•60dB 이하
결    선	•3상2중 결선 브릿지 직렬   (12-Pulse)	전압변동율	•6%

 

 

보호장치 

구    분	시    방
보호장치	•Heat Sink 과온도 경보            •Heat Sink 과온도 Trip •무부하 저항기                   •정전 방전기

 

 

부대장치 

•다이알 온도계                                  •접지 단자

•각 기기명판                                     •외함내 조명등(AC 220V)

•Space Heater(AC 220V)                  •콘센트 (2P 15A 330V)

•보조회로 이면배선 및 단자대            •제어, 감시회로 이면배선 및 단자대

•케이블 결선용 터미널 러그               •기타 필요사항

 

예 비 품 

•정류소자 : 12EA

•제어회로용 각종 Fuse : 전수량의 100%

•써지흡수장치 : 2EA

•기타 보수유지용 필요부품 : 1SET

•각종 보조계전기 : 10EA

•표시등용 전구 : 전수량의 100%

•온 도 계 : 2EA

 

보호장치 

•정류기의 보호장치는 오동작을 방지하기 위해 서로 보호 협조가 되도록 하며 정류기로 하여금 변전소 전체기기의 동작에 지장을 초래하지 않도록 한다

- 서지흡수장치

    각 정류기는 서지 보호회로를 갖도록 하며 정류기 외함 내부에 설치 서지보호용 콘덴서와 비유도성

    저항 회로로 구성

- 무부하 저항기

    정류기 직류출력 회로사이에 연결되는 무부하 저항기를 설치하여 정류회로의 정전용량에 의해서

    나타나는 출력전압 상승을 억제할 수 있는 구조

- 정전방전기

    전차선 회로에 침입하는 써지 전압을 제거하기 위하여 정류기 직류 출력회로에 방전기를 설치

- 온도감지

    정류기는 정류소자의 방열기에 온도감지 센서에 의해 동작하는 보호장치를 설치하여 주의용 경보

    나 차단기 차단을 위한 계전기를 설치한다

 

제어 및 감시 

•정류기반에는 각종 보호장치의 상태 감시를 위한 표시등을 설치하며 이 표시기능램프 검사 및 복구 기능을 수행하는 스위치를 겸비하고, 원방제어 감시를 위한 접점(Dry contacts)과 계전기를 구비 

 

케이블 연결 

•정류기의 1차측(AC) 및 2차(DC) 단자는 케이블로 연결되도록 단자를 준비하며, 케이블은 하부에서 인입 및 인출됨 

 

시험 및 검사 

•외관검사(구조 및 치수 검사)

•온도 상승 시험(형식 승인 시험)

•전류 평형시험(형식 승인 시험)

•효율 계산

•변압기-정류기 결합시험 (형식 승인 시험)

•내전압 시험

•무부하 시험

•보호장치 동작시험

•전압 변동율 (형식 승인 시험)

•기타 필요한 시험

 

정류기용 변압기

구    분	직렬 예비방식	병  렬  방  식
12펄스 정 류 기 결 선 도
개    요	∙정상시 정류 다이오드에 병렬로 예비 다이오드를 삽입  - 예비 다이오드는 정상시 정류 다이오드와 동일 정격으로 1개의 Diode 고장시 고장회로는 휴즈가 용단되어 분리되고 나머지 다이오드가 정격분류를 통전함으로 정상운전이 가능.  따라서 다이오드의 최소 수량은 예비 포함	∙정상시 정류 다이오드에 병렬로 예비 다이오드를 삽입  - 예비 다이오드는 정상시 정류 다이오드와 동일 정격으로 1개의 Diode 고장시 고장회로는 휴즈가 용단되어 분리되고 나머지 다이오드가 정격분류를 통전함으로 정상운전이 가능.  따라서 다이오드의 최소 수량은 예비 포함 24개

 

 

6상 직렬계통 병렬 예비회로의 각 군별 다이오드 수량 

소요 다이오드		예비 다이오드	각 다이오드군의 다이오드 수량	전    체 다이오드
직렬회로	병렬회로
1	1	1	2	24
1	2	1	3	36

 

결    과 

정류 Diode 1개 사고시에도 정상운전이 가능한 6상(12 Pulse) 정류회로의 최소 Diode 수는 예비 Diode를 포함한 경우 24개 이므로 정류기의 소요 Diode는 24개 이상 으로 선정

 

정류기(변압기)계통 각 방식별 비교

 

구분		계통1	계통2	계통3	비고
변전소 소요면적		좁다	중간	넓다
점검항목		적다	중간	많다
상시장치 보수		곤란	가능	가능
운전효율		낮다	낮다	높다
인접변전소 연장급전		자동급전	자동급전	관련차단기 조작후 급전
해당부하대비 가압상태		150%용량	150%용량	150%용량중 100%
초기 투자비		적다	중간	많다
사고시 신뢰도	정상급전시	정상운전	정상운전	정상운전	전구간
	중간 변전소 사고시	정상운전	정상운전	정상운전	전구간
	양측단 변전소 사고시	50%운전	50%운전	50%운전	양측단 변전소 구간
	각 변전소 정류기 및 변압기 1대 사고시	운전정지	75%운전	정상운전	전구간
	각 변전소 정류기 및 변압기 2대 사고시	-	운전정지	50%운전	전구간
	신뢰도	낮다	중간	높다

 

 

정류기 형식별 특성비교

 

구분		건식풍냉식	건식자냉식	유입자냉식	비등냉각식
전기적 특성	Diode용량	소	중	대	특대
	Diode수	대	중	소	소
	절연특성	약	약	대	대
	단락강도	소	소	대	대
	과부하강도	소	소	대	대
	전력손실	대	중	소	소
안전성	도전부 노출	배전반내 노출	배전반내 노출	무	무
	화재 위험도	불연성	불연성	난연성	불연성
	폭발성	무	무	유	무
	환경영향	양호	양호	절연유 누유가능	프레온가스 누출
	소화설비	불필요	불필요	필요	불필요
	설치장소	전용실 불필요	전용실 불필요	가급적 전용실	전용실 불필요
유지보수 및 관리성	점검	온도	온도	온도	온도
	보수	습기.먼지제거 FAN점검	습기 먼지제거	용이	용이
	크기	소(60%)	대(110%)	대(100%)	소(50%)
	용량	소(40%)	소(50%)	대(100%)	소(40%)
	소음	대	소	소	소
	형상	배전반내 수납	배전반내 수납	Oil Tank	Oil Tank
	설비비	100(%)	120(%)	120(%)	125(%)

 

 

 정류기 방식별 특성비교

 

구분	Diode 정류기	Thyristor 정류기	비고
정류소자	Diode	Thyristor
변전소 급전거리	약 3.0km	약4.5km
수전전압	22.9kv 또는 154kv	22.9kv 또는 154kv
출력전압	부하 증가시 감소	부하 증가시(일정전압 유지)	운영방법에 따른 차이
부하분담조정	불가능	가능
고장전류 차단	HSCB	HSCB &Thyristor
정류기 용량	작다	크다
변압기 용량	작다	크다
전차선 손실	적다	많다	동일 전차선 용량의 경우
회생전력	전차선을 통하여 인근차량에 공급 Inverter설치시 교류계통의 회생	전차선을 통하여 인근차량에 공급 Double Converter 설치로 교류계통으로 회생
고조파 함유	적다	많다	Filter설치로 보상가능
변전소 면적	900㎡×개소(인버터 제외)	1200㎡×개소
전기공사비	적다	많다
보수운영	용이	복잡

 

 

 6상 직렬계통 다이오드 수량

 

소요 다이오드		예비 다이오드	각 다이오드군의 다이오드 수량	전체 다이오드
직렬회로	병렬회로
1	1	1	2	24
1	2	1	3	36
2	1	2	4	48
2	2	2	6	72
3	1	3	6	72
3	2	3	9	108
3	3	3	12	144
4	1	4	8	96
4	2	4	12	144
4	3	4	16	192
4	4	4	20	240

 

※ 6상 정류기(12펄스)에서는 12개의 다이오드로는 1개의 다이오드 사고시 전체 정류기 운전 불능의 사태가 발생되므로 예비 다이오드를 포함하여 최소 24개 이상의 다이오드가 필요하다.

 

 직류급전 정류기용 변압기

 

 

구    분	내                      용	비  고
형    식	에폭시 몰드 자냉식
기    능	정류기 2차 요구전압에 필요한 1차측 전압으로  22.9KV 특고압을 변성
정    격	상/주파수 : 3상 60Hz 과부하정격 : 100%연속 → 150%2시간 → 300%1분 (23분 간격5회) 정격 1차용량 : 3000KVA 정격 2,3차용량 : 2×1500KVA 정격 1차전압 : 22.9KV 정격 2,3차전압 : 600V(1200급 절연) 결선방식 : △/△-Y결선 무부하 TAP전압 : F24.0-F23.5-R22.9-F22.3-F21.8KV 극성 : 감극성 절연종류 : F종 냉각방식 : 자연냉각 결합정류기 용량 : 1500V DC   2500KW, 12Pulse 상용주파내전압 : 1차 50KV/2차 10KV 충격 내전압 : 1차 125KV/2차 20KV 최대소음기준 : 70dB 전부하시 효율 : 99%이상