멀티레벨 컨버터의 버스바 마운팅 장치(bus bar mounting device of multi level converter)

(19) 대한민국특허청(KR)
(12) 등록특허공보(B1)
(45) 공고일자 2011년07월21일
(11) 등록번호 10-1051086
(24) 등록일자 2011년07월15일
(51) Int. Cl.

H02B 1/20 (2006.01) H01F 38/40 (2006.01)
H02G 5/00 (2006.01)
(21) 출원번호 10-2009-0135179
(22) 출원일자 2009년12월31일
심사청구일자 2009년12월31일
(65) 공개번호 10-2011-0078386
(43) 공개일자 2011년07월07일
(56) 선행기술조사문헌
JP05291497 A
JP08317511 A
US4205198 B1
(73) 특허권자
주식회사 효성
서울특별시 마포구 공덕동 450번지
(72) 발명자
김준성
경기도 안양시 동안구 호계동 895 한마음아파트
105동 804호
신현진
경기도 안산시 상록구 본오동 757-5번지 302호
(뒷면에 계속)
(74) 대리인
한양특허법인
전체 청구항 수 : 총 6 항 심사관 : 이은혁
(54) 멀티레벨 컨버터의 버스바 마운팅 장치
(57) 요 약
멀티레벨 컨버터의 버스바 마운팅 장치에 관한 것으로, 상호 맞대어진 고정판(71,72)들의 마주보는 면에 형성된
버스바안착홈(71a,72b)에 버스바(90,100/100,110)가 삽입 안착되고, 상호 인접한 버스바 사이에 절연판(80)이 설
치된다.
따라서, 버스바간 거리가 감소하여 전류 패스(pass)의 표유 인덕턴스가 감소함으로써 커패시터의 고조파 전류와
의 공진에 의한 과전류가 발생하지 않는다.
따라서, 과전류에 의한 발열로 커패시터가 손상되거나 폭발하는 사고가 발생하지 않게 된다.
대 표 도 - 도3
등록특허 10-1051086
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(72) 발명자
서인영
서울특별시 관악구 봉천5동 1712 관악드림타운 10
8동 1801호
한영성
서울특별시 강서구 염창동 268 관음삼성아파트 10
1동 302호
등록특허 10-1051086
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특허청구의 범위
청구항 1
상호 맞대지는 면에 버스바안착홈이 형성된 내측고정판과 외측고정판 2쌍이 연달아 맞대어져 배치되고,
상기 내측고정판들의 버스바안착홈에는 2개의 M버스바가 각각 삽입 안착되고,
상기 외측고정판들의 버스바안착홈에는 P버스바와 N버스바가 각각 삽입 안착되며,
상호 인접한 상기 P버스바와 하나의 M버스바의 사이와 상기 N버스바와 또 다른 M버스바의 사이에 절연판이 설치
된 것을 특징으로 하는 멀티레벨 컨버터의 버스바 마운팅 장치.
청구항 2
청구항 1에 있어서,
상기 절연판은 상기 내측고정판과 외측고정판 중 어느 하나에 형성된 절연판안착홈에 삽입, 안착된 것을 특징으
로 하는 멀티레벨 컨버터의 버스바 마운팅 장치.
청구항 3
청구항 1에 있어서,
상기 고정판들을 관통하는 관통홀이 형성되고, 상기 관통홀에 연결봉이 삽입되며, 상기 연결봉의 양단에 볼트가
체결되며, 상기 볼트의 머리가 외측고정판의 관통홀 주변부에 걸려져서 상기 고정판들이 상호 연결되는 것을 특
징으로 하는 멀티레벨 컨버터의 버스바 마운팅 장치.
청구항 4
청구항 3에 있어서, 상기 외측고정판의 관통홀에 볼트머리홈이 형성된 것을 특징으로 하는 멀티레벨 컨버터의
버스바 마운팅 장치.
청구항 5
청구항 1에 있어서,
상기 버스바는 길이방향 양단에 연결용 플랜지가 형성되고, 상기 플랜지에 버스바의 단자가 장착된 것을 특징으
로 하는 멀티레벨 컨버터의 버스바 마운팅 장치.
청구항 6
청구항 1에 있어서,
상기 고정판들로 이루어진 고정구가 지지바아의 상면에 장착되고,
상기 지지바아의 양단이 마운팅플레이트에 설치된 한 쌍의 절연애자에 의해 지지되며,
상기 마운팅플레이트는 프레임 상부의 커패시터 설치위치의 측부에 설치된 것을 특징으로 하는 멀티레벨 컨버터
의 버스바 마운팅 장치.
명 세 서
발명의 상세한 설명
기 술 분 야
본 발명은 멀티레벨 컨버터의 버스바 마운팅 장치에 관한 것으로, 특히 5kV 이상의 고압 직류(DC)용 멀티레벨[0001]
컨버터의 버스바 마운팅 장치에 관한 것이다.
등록특허 10-1051086
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배 경 기 술
버스바는 커패시터와 컨버터 사이에서 고압 전류의 이동 통로 역할을 하는 것이다.[0002]
멀티레벨 컨버터의 직류 전압은 포지티브(Positive( )), 미드포인트(Midpoint(M)), 네거티브(Negative(-))의 3[0003]
단계 전압 레벨을 갖는다.
따라서, 각 레벨에 따라 각각의 버스바를 구성하는데 고압에 대해 안전한 절연 상태를 확보하기 위하여 버스바[0004]
간에 일정한 절연간격을 두고 배열한다.
도 1의 (a)에는 종래 멀티레벨 컨버터의 버스바 설치 상태가 도시되어 있다.[0005]
프레임(1) 상부 일측에 커패시터(2)가 설치되고 그 측부에 설치된 마운팅플레이트(3)에 일정 간격으로 절연애자[0006]
(4)가 설치되며, 각 절연애자(4)의 상부에 마운팅기구(5)를 이용하여 3개 레벨의 버스바(6,7,8)가 각각 설치된
다.
상기 버스바(6,7,8)는 커패시터(2)에 가까운 쪽으로부터 포지티브 버스바(6), 미드포인트 버스바(7), 네거티브[0007]
버스바(8) 순으로 설치된다.(이하, P버스바(6), M버스바(7), N버스바(8)로 지칭한다.)
상기 커패시터(2)와 버스바(6,7,8)의 연결은 연결로드(9a,9b)에 의해 이루어지는데 모든 커패시터(2)-다수의 커[0008]
패시터가 일렬로 배치되어 있으나 측면도이므로 1개만 도시된 상태이다.)의 한 단자(도면에서 하부 단자)는 상
기 M버스바(7)에 연결되고, 나머지 한 단자(도면에서 상부 단자)는 총 커패시터 중 절반은 P버스바(6)에 연결되
고 절반은 N버스바(8)에 연결된다.
도 1의 (a)가 P버스바(6)에 연결된 경우이고, (b)가 N버스바(8)에 연결된 경우이다.[0009]
일반적으로 전류가 흐를 수 있는 도체의 길이가 길수록 도체가 포함하는 인덕턴스가 증가한다.[0010]
그런데, 종래의 경우, 상기 도 1에서 알 수 있는 바와 같이, 커패시터(2)와 버스바(6,7,8)간 전류 패스(A,B) 길[0011]
이가 매우 길다.(특히 N버스바(8)와 연결되는 (b)의 경우 전류 패스(B) 길이는 더 증가함을 알 수 있다.)
따라서, 상기 전류 패스의 표유 인덕턴스가 커서 커패시터(2)의 고조파 전류와 공진을 일으켜 과전류를 발생시[0012]
킬 수 있으며, 상기 과전류가 커패시터의 정격 용량보다 큰 경우에는 커패시터가 고온으로 과열되어 내부 오일
이 팽창함으로써 커패시터가 손상되거나 심할 경우 폭발사고가 발생하는 문제점이 있었다.
발명의 내용
해결 하고자하는 과제
이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로, 커패시터와 버스바 간의 전류 패스(pass)[0013]
길이를 감소시켜 공진 전류의 과도 발생에 의한 커패시터 손상 및 폭발사고를 방지할 수 있도록 된 멀티레벨 컨
버터의 버스바 마운팅 장치를 제공함에 그 목적이 있다.
과제 해결수단
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은,[0014]
상호 맞대지는 면에 버스바안착홈이 형성된 내측고정판과 외측고정판 2쌍이 연달아 맞대어져 배치되고,[0015]
상기 내측고정판들의 버스바안착홈에는 2개의 M버스바가 각각 삽입 안착되고,[0016]
상기 외측고정판들의 버스바안착홈에는 P버스바와 N버스바가 각각 삽입 안착되며,[0017]
상호 인접한 상기 P버스바와 하나의 M버스바의 사이와 상기 N버스바와 또 다른 M버스바의 사이에 절연판이 설치[0018]
된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 절연판은 상기 내측고정판과 외측고정판 중 어느 하나에 형성된 절연판안착홈에 삽입, 안착된 것을[0019]
특징으로 한다.
또한, 상기 고정판들을 관통하는 관통홀이 형성되고, 상기 관통홀에 연결봉이 삽입되며, 상기 연결봉의 양단에[0020]
등록특허 10-1051086
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볼트가 체결되며, 상기 볼트의 머리가 외측고정판의 관통홀 주변부에 걸려져서 상기 고정판들이 상호 연결되는
것을 특징으로 한다.
또한, 상기 외측고정판의 관통홀에 볼트머리홈이 형성된 것을 특징으로 한다.[0021]
또한, 상기 버스바는 길이방향 양단에 연결용 플랜지가 형성되고, 상기 플랜지에 버스바의 단자가 장착된 것을[0022]
특징으로 한다.
또한, 상기 고정판들로 이루어진 고정구가 지지바아의 상면에 장착되고,[0023]
상기 지지바아의 양단이 마운팅플레이트에 설치된 한 쌍의 절연애자에 의해 지지되며,[0024]
상기 마운팅플레이트는 프레임 상부의 커패시터 설치위치의 측부에 설치된 것을 특징으로 한다.[0025]
효 과
이상 설명한 바와 같은 본 발명에 따르면,[0026]
버스바의 사이에 절연판을 설치하여 양쪽 버스바를 인접한 상태로 배치할 수 있게 됨으로써 버스바 사이의 거리[0027]
가 감소되어 커패시터와 버스바 사이의 전류 패스 길이가 감소된다.
따라서, 커패시터의 고조파 전류와 상기 전류 패스의 표유 인덕턴스의 공진에 의한 과전류의 형성이 방지되고,[0028]
이에 과열로 인한 커패시터의 손상 및 폭발사고를 방지할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면 버스바가 상호 맞닿는 상태로 연결되는 고정판들의 사이에 설치되므로 버스바의 지지상[0029]
태가 매우 견고하다. 즉, 중량이 큰 버스바를 매우 안정적으로 지지할 수 있게 된다.
발명의 실시를 위한 구체적인 내용
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 예시도면을 참조하여 상세히 설명한다.[0030]
도 2는 본 발명에 따른 멀티레벨 컨버터의 버스바 마운팅 장치의 평면도이고, 도 3은 본 발명에 따른 멀티레벨[0031]
컨버터의 버스바 마운팅 장치의 측면도이다.
도시된 바와 같이, 프레임(10)의 상부 일측에 다수의 커패시터(20)가 일렬로 배치되고, 그에 인접하여 버스바[0032]
(90,100,110)가 배열된다.
상기 프레임(10)의 상부에는 일정 간격마다 마운팅플레이트(30)가 설치된다.[0033]
상기 마운팅플레이트(30)는 버스바(90,100,110)와 프레임(10) 간의 절연을 위한 절연애자(40)를 설치하기 위한[0034]
것으로, 상기 마운팅플레이트(30)의 상면에 한 쌍의 절연애자(40)를 상호 이격시켜 설치한다.
상기 양쪽 절연애자(40)의 상부에 양단이 각각 걸쳐지는 상태로 지지바아(50)가 설치된다.[0035]
상기 지지바아(50)에는 L형 브라켓(60)을 매개로 고정구(70)가 장착되고, 상기 고정구(70)에 P버스바(90)와, 2[0036]
열의 M버스바(100)와, N버스바(110)가 설치된다.
상기 각각의 버스바(90,100,110)에는 하방으로 연장되는 각각의 단자 즉, P단자(120)와 M단자(130)와 N단자[0037]
(140)가 장착된다.
상기 각 버스바(90,100,110)들은 길이방향의 양단부에 플랜지(91,101,111)가 형성되며, 상기 플랜지[0038]
(91,101,111)들을 상호 연결함으로써 필요에 따라 버스바의 길이를 연장할 수 있다.
또한, 접합되는 플랜지의 사이에 상기 단자(120,130,140)들이 장착된다. 즉, 플랜지 연결시 플랜지의 사이에 단[0039]
자를 배치하고 이들 전체를 관통(플랜지-단자-플랜지)하여 볼트를 체결하는 것이다.
따라서, P버스바(90)에는 P단자(120)가 연결되고, M버스바(100)에는 M단자(130)가 연결되며, N버스바(110)에는[0040]
N단자(140)가 연결된다.
상기 커패시터(20)와 버스바(90,100,110)의 연결은 케이블(151,152)에 의해 이루어진다.[0041]
한편, 상기 고정구(70)는 도 4에 도시된 바와 같이, 내측고정판(71)과 외측고정판(72) 2쌍으로 이루어진다.[0042]
상기 고정판들은 서로 맞대어진 상태로 일렬로 배치되는데, 두 내측고정판(71)은 내측에 배치되고, 각 내측고정[0043]
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판(71)의 외측에 외측고정판(72)이 배치된다.
즉, 내측고정판(71)과 외측고정판(72)으로 이루어진 고정판 쌍 두 쌍이 맞대어진 상태로 연속 배치된 것이다.[0044]
상기 내측고정판(71)의 외측고정판(72)쪽 면에는 버스바안착홈(71a)이 형성된다.[0045]
또한, 상기 외측고정판(72)의 내측고정판(71)쪽 면에는 절연판안착홈(72a)이 형성되고, 상기 절연판안착홈(72[0046]
a)의 내측면에 버스바안착홈(72b)이 형성된다.
상기 절연판안착홈(72a)은 내측고정판(71)의 외측고정판(72)쪽 면에 형성되어도 무방하다.[0047]
따라서, 총 4개의 버스바안착홈과 2개의 절연판안착홈이 마련된다.[0048]
상기 버스바안착홈(72a,72b)들에 각각 버스바(90,100,110)가 삽입, 안착됨으로써 상기 고정구(70)에 의해 버스[0049]
바의 중량이 지지되고, 설치 상태가 안정적으로 유지된다.
한편, 4개의 버스바안착홈들 중에서 상기 커패시터(20)에서 가까운 쪽 즉, 도면에서 왼쪽부터 P버스바(90), M버[0050]
스바(100), M버스바(100), N버스바(110) 순으로 배치된다.(양쪽 M버스바들은 단부에 형성된 플랜지가 상호 접합
되어 전기적으로는 하나의 부품과 같다.)
그리고, 상기 절연판안착홈(72a)에 에폭시 재질의 절연판(80)이 삽입, 안착된다.[0051]
따라서, 상기 P버스바(90)와 한쪽 M버스바(100)의 사이, 상기 또 다른 M버스바(100)와 N버스바(110)의 사이는[0052]
상기 절연판(80)에 의해 절연된다.
상기 고정판(71,72)들의 상부와 하부에는 서로 연통되는 관통홀(71b,72c)들이 형성된다.[0053]
상기 관통홀(71b, 72c)에는 원기둥 형상의 연결봉(73)이 삽입되며, 상기 연결봉(73)의 양단에 볼트(74)가 체결[0054]
됨으로써 4개의 고정판(71,72)들이 서로 견고하게 연결된다. 상기 볼트(74)는 별도의 와셔를 이용하거나 와셔붙
이형 볼트를 사용하여 볼트머리가 상기 외측고정판(72)의 관통홀(72c) 주변부에 걸려지도록 함으로써 고정판들
이 연결봉(73)을 매개로 모두 연결된다.
상기 외측고정판(72)의 관통홀(72c)은 입구측 일부 구간이 확장 성형되어 볼트머리홈(72d)이 형성된다.(이 경우[0055]
에는 상기 볼트머리홈(72d)의 바닥면에 볼트 머리가 걸려진다.)
따라서, 조립상태에서 볼트(74)의 머리가 외부에서 보이지 않게 되어 미관이 향상된다.[0056]
또한, 고정구(70)의 양측면 하부와 지지바아(50)를 연결하는 상기 브라켓(60)과 볼트 머리의 간섭이 방지된다.[0057]
한편, 커패시터(20)와 상기 버스바(90,100,110)는 상기 케이블(151,152)로 연결되는데 모든 커패시터(20)의 한[0058]
단자는 M버스바(100)에 연결된다. 나머지 한 단자는 총 커패시터중 반수는 P버스바(90)에 연결되고, 나머지 반
수는 N버스바(110)에 연결된다.
도 5의 (a)는 커패시터(20)의 단자가 P버스바(90)와 M버스바(100)에 연결된 경우를 도시한 것으로, 상부 단자[0059]
연결용 케이블(151)은 P단자(120)에 연결되고, 하부 단자 연결용 케이블(152)은 M단자(130)에 연결된다.
도 5의 (b)는 커패시터(20)의 단자가 M버스바(100)와 N버스바(110)에 연결된 경우를 도시한 것으로, 상부 단자[0060]
연결용 케이블(151)은 N단자(140)에 연결되고, 하부 단자 연결용 케이블(152)은 M단자(130)에 연결된다.
따라서, 각 연결 형태에 따라 굵은 선으로 표시된 것과 같이, 전류 패스(A,B)가 형성되는데, 이를 종래의 경우[0061]
(도 1 참조)와 비교해 보면 전류 패스의 길이가 크게 감소하였음을 알 수 있다.
상기와 같이 커패시터(20)와 버스바(90,100,110) 간 전류 패스의 길이 감소는 버스바(90,100,110) 사이의 간격[0062]
을 최소화했기 때문에 가능한 것이다.
즉, 종래에는 버스바 사이의 절연을 위하여 버스바와 버스바를 충분히 이격시켜 배치함으로써 버스바 사이의 거[0063]
리가 증가하여 전류 패스의 길이가 증가할 수 밖에 없었으나, 본 발명에 따르면 버스바 사이의 이격 거리가 매
우 짧기 때문에 전류 패스의 길이가 크게 감소된다.
이는 버스바들 사이에 상기 절연판(80)을 설치하여 버스바 간 절연 상태를 확보함으로써 가능해진 것이다.[0064]
등록특허 10-1051086
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아래 표에서 종래 기술과 본 발명의 차이점을 비교해 볼 수 있다.[0065]
구분[0066] 버스바 배열 버스바 수량 버스바간 간격 버스바 절연수단
종래기술 P-M-N 3열 P-M ; 330mm
M-N ; 370mm
공기
본 발명 P-M-M-N 4열 P-M ; 10mm
M-N ; 10mm
절연판(에폭시)
상기 비교표에서 확인할 수 있는 바와 같이, 버스바간 간격이 종래에 비하여 크게 감소하였다.[0067]
따라서, 그 감소된 길이만큼 커패시터(20)와 버스바(90,100,110) 사이의 전류 패스(A,B)의 길이가 감소하여 전[0068]
류 패스(A,B)의 표유 인덕턴스도 대폭 감소된다.
따라서, 커패시터의 고조파 전류와 전류 패스의 표유 인덕턴스간에 공진에 의한 전류의 증가 현상이 거의 발생[0069]
하지 않게 되므로 커패시터의 용량을 초과하는 과전류가 흐르지 않게 되고, 이에 과전류에 의한 고열 발생으로
커패시터가 손상되거나 폭발하는 문제점이 해소된다.
따라서, 멀티레벨 컨버터의 설계시 상기 공진 과전류를 고려하여 커패시터의 용량을 결정할 필요가 없게[0070]
되므로, 최적 용량을 가진 커패시터를 사용할 수 있게 되므로 비용 절감에 효과가 있다.
한편, 고전압 대용량 버스바는 중량이 매우 크다. 그런데, 본 발명은 상호 맞대지는 고정판들의 사이에 버스바[0071]
가 관통하여 지지되는 상태로 설치되므로 버스바의 중량이 안정적으로 지지되고, 설치상태가 매우 견고하다. 따
라서, 진동 및 외부 충격에 대해 기구적으로 매우 안정적이다.
도면의 간단한 설명
도 1의 (a),(b)는 종래 기술에 따른 멀티레벨 컨버터의 커패시터와 버스바간 전류 패스 길이 비교도,[0072]
도 2는 본 발명에 따른 멀티레벨 컨버터의 버스바 마운팅 장치의 평면도,[0073]
도 3은 본 발명에 따른 멀티레벨 컨버터의 버스바 마운팅 장치의 측면도,[0074]
도 4는 본 발명의 요부인 버스바 마운팅부의 확대도,[0075]
도 5의 (a),(b)는 본 발명에 따른 멀티레벨 컨버터의 커패시터와 버스바간 전류 패스 길이 비교도이다.[0076]
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*[0077]
10 : 프레임 20 : 커패시터[0078]
30 : 마운팅플레이트 40 : 절연애자[0079]
50 : 지지바아 60 : 브라켓[0080]
70 : 고정구 71, 72 : 고정판[0081]
71a,72b : 버스바안착홈 72a : 절연판안착홈[0082]
73 : 연결봉, 74 : 볼트[0083]
80 : 절연판 90 : P버스바,[0084]
100 : M버스바 110 : N버스바[0085]
120 : P단자 130 : M단자[0086]
140 : N단자[0087]
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도면2
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