KR100446811B1 - 교류 내전압설비의 자동 역률제어장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 교류 내전압설비의 자동 역률제어장치는, 전원단의 일측 선로에 설치되어 교류의 큰 전류에 비례하는 작은 전류를 얻기 위한 주변류기와, 전원단과 부하단 사이에 설치되어 부하단의 리액턴스를 보상하기 위한 리액터와, 주변류기와 리액터 사이에 설치되어 부하단의 역률을 측정하기 위한 역률계를 구비하는 교류 내전압설비의 자동 역률제어장치에 있어서, 상기 주변류기의 출력단과 상기 역률계의 입력단 사이에는 주변류기를 통해 역률계로 입력되는 전류의 크기를 증폭시키기 위한 전류증폭회로가 주변류기 및 역률계와 각각 접속되도록 설치되고, 상기 주변류기가 설치되어 있는 전원단의 일측 선로상의 주변류기 후방에는 상기 전류증폭회로를 동작시키는 기준전류를 얻기 위한 별도의 보조 변류기가 그 출력단이 상기 전류증폭회로와 접속되도록 설치된다.
이와 같은 본 발명에 의하면, 역률계로 입력되는 전류를 증폭하여 입력시키므로, 전원부하전류의 크기에 관계없이 전원부하의 크기와 역률을 개선하여 전력요금을 절감할 수 있고, 교류 내전압설비의 출력을 조절하는 전압조정기의 용량을 감소시켜 설비비를 절감할 수 있으며, 극단적인 저역률 발생설비의 역률을 정상상태로 유지하여 배전계통을 안정화시킬 수 있다.

Description

교류 내전압설비의 자동 역률제어장치{Apparatus for automatically controlling power factor of AC withstand voltage equipments}
본 발명은 교류 내전압설비의 자동 역률제어장치에 관한 것으로서, 특히 역률계의 입력단 전류의 크기를 증폭시켜 역률계로 입력시킴으로써 역률계의 제어특성을 향상시키고 부하의 역률을 개선할 수 있는 전류증폭회로가 부가된 교류 내전압설비의 자동 역률제어장치에 관한 것이다.
일반적으로, 산업용 상용 역률계는 측정전류의 입력값이 정격의 10∼20% 이하가 되는 경우 정상적인 동작이 이루어지지 않는다. 따라서, 최적역률보상시 비 보상전류 값의 1∼2%에 불과한 최저 전류점에 도달하지 못하게 된다. 이 역률계에 입력되는 전류는 전압과의 위상각만이 측정요소이므로, 입력단에 증폭회로를 사용하여 측정 감도를 향상시키는 시도가 이루어지고 있다. 종래 전류 증폭회로들은 주로 전자부품을 이용하기 때문에 교류 내전압설비에 발생하는 수kV의 고전압을 견디기 어렵고, 미세하나마 입출력의 위상차이가 가변 되기 때문에 안정된 특성을 기대하기 어렵다.
한편, 현재 상용화되어 판매되고 있는 역률제어장치로는 고가의 자동역률조절장치가 있다. 이 제품은 최근의 전자기술과 역률측정회로를 결합한 제품으로 측정된 역률 값에 따라 출력에 연결된 접점을 동작시켜 주로 콘덴서의 접속 양을 변화시키는 구조이다. 이 설비도 저전류에서 측정회로가 오동작한다는 근본적인 역률측정회로상의 문제점은 그대로 가지고 있다. 현재 판매되고 있는 산업용 역률계에는 상,하한 값을 설정하고 측정값의 변동에 따라 경보용 접점을 동작시키는 제품이있다. 이러한 상,하한 설정 값에 의해 동작되는 접점동작을 이용하면 경제적인 역률제어장치를 제작할 수는 있으나, 이 역률계 역시 저전류에서는 오동작한다는 근본적인 역률측정회로상의 문제점은 그대로 가지고 있다.
도 1은 종래 산업용의 일반적인 역률계를 이용한 자동 역률제어장치의 개략적인 회로구성도이다.
도 1을 참조하면, 종래 일반적인 역률계를 이용한 자동 역률제어장치는 전원단의 일측 선로에 설치되어, 교류의 큰 전류에 비례하는 작은 전류를 얻는 장치로서 교류 전류계의 측정 범위를 확대하기 위한 변류기(current transformer;CT) (101)와, 전원단과 부하단 사이에 설치되어 부하단의 리액턴스를 조정하기 위한 리액터(102)와, 상기 변류기(101)와 리액터(102) 사이에 설치되어 부하단의 역률을 측정하기 위한 역률계(103)로 구성되어 있다.
이상과 같은 구성의 종래 자동 역률제어장치는 기본적으로 역률측정회로가 정확히 동작하여야 한다. 전문적인 저역률 측정설비인 Schering bridge, 자동tanδ측정설비 등 고가의 측정설비가 아닌 경우, 역률계(103)의 측정대상은 일반적인 유도성 무효전력을 수십% 정도 포함하고 있는 정전용량기를 연결함으로써 역률을 95% 이상으로 개선해야 하는 부하계통이다. 이러한 계통의 경우 최적으로 역률 개선동작이 수행된다 해도 남아 있는 부하전류는 최소 30∼40% 이상인 경우가 많다.
고전압 시험에 사용되는 교류 내전압 시험설비의 경우 전기적인 절연재료 또는 절연 시스템으로 구성된 정전용량성 부하특성을 나타내기 때문에 포함된 유효전력성분 즉, 손실량은 1∼2%에 지나지 않는 경우가 대부분이다. 따라서, 기존의 상용 자동 역률제어장치나 산업용 역률계의 정상적인 동작범위를 벗어나 오동작하게된다.
본 발명은 이상과 같은 종래 문제점을 개선하기 위하여 창출된 것으로서, 역률계의 입력단 전류의 크기를 증폭시켜 역률계로 입력시킴으로써 역률계의 제어특성을 향상시키고 부하의 역률을 개선할 수 있는 교류 내전압설비의 자동역률제어장치를 제공함에 그 목적이 있다.
도 1은 종래 산업용의 일반적인 역률계를 이용한 자동 역률제어장치의 개략적인 회로구성도.
도 2는 본 발명에 따른 교류 내전압설비의 자동 역률제어장치의 개략적인 회로구성도.
도 3은 도 2의 자동 역률제어장치의 전류증폭회로의 내부 회로구성도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
101,201m,201a...변류기 102,202...리액터
103,203...역률계 204...전류증폭회로
205...비교기 206,208...제1,제2 한시계전기
207...전류증폭용 변압기
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 교류 내전압설비의 자동 역률제어장치는, 전원단의 일측 선로에 설치되어 교류의 큰 전류에 비례하는 작은 전류를 얻기 위한 주변류기와, 전원단과 부하단 사이에 설치되어 부하단의 리액턴스를 보상하기 위한 리액터와, 상기 주변류기와 리액터 사이에 설치되어 부하단의 역률을 측정하기 위한 역률계를 구비하는 교류 내전압설비의 자동 역률제어장치에 있어서,상기 주변류기의 출력단과 상기 역률계의 입력단 사이에는 주변류기를 통해 역률계로 입력되는 전류의 크기를 증폭시키기 위한 전류증폭회로가 주변류기 및 역률계와 각각 접속되도록 설치되고, 상기 주변류기가 설치되어 있는 전원단의 일측 선로상의 주변류기 후방에는 상기 전류증폭회로를 동작시키는 기준전류를 얻기 위한 별도의 보조 변류기가 그 출력단이 상기 전류증폭회로와 접속되도록 설치되어 있는 점에 그 특징이 있다.
이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 교류 내전압설비의 자동 역률제어장치의 개략적인 회로구성도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 교류 내전압설비의 자동 역률제어장치는 주변류기(201m), 리액터(202) 및 역률계(203)를 기본적으로 구비하면서, 거기에 전류증폭회로(204)와 보조 변류기(201a)를 더 구비한다.
상기 주변류기(201m)는 전원단의 일측 선로에 설치되며, 1,2차 권선코일의 일정 턴수비에 의해 교류의 큰 전류에 비례하는 작은 전류를 얻는다.
상기 리액터(202)는 전원단과 부하단 사이에 설치되어 부하단의 정전용량을 조정한다.
상기 역률계(203)는 상기 주변류기(201m)와 리액터(202) 사이에 설치되어 부하단의 역률을 측정한다.
상기 전류증폭회로(204)는 상기 주변류기(201m)와 역률계(203)의 입력단 사이에 설치되며, 주변류기(201m)를 통해 역률계(203)로 입력되는 전류의 크기를 증폭시킨다. 여기서, 이 전류증폭회로(204)는 도 3에 도시된 바와 같이, 전류 증폭도의 변화를 비교/판정하기 위한 비교기(205)와, 전류의 증폭을 위한 전류증폭용 변압기(207) 및 비교기(205)의 출력에 따라 온/오프(on/off) 스위칭 동작하여 전류증폭용 변압기(207)의 결선을 변화시키는 제1,제2 한시계전기(206)(208)로 구성된다.
상기 보조 변류기(201a)는 상기 주변류기(201m)가 설치되어 있는 전원단의 일측 선로에 설치되며, 상기 전류증폭회로(204)에 의한 전류 증폭 변화에 대응되는 전류를 얻는다.
이상과 같은 구성의 본 발명에 따른 교류 내전압설비의 자동 역률제어장치는보조 변류기(201a)를 통해 입력된 부하전류의 크기에 따라 비교기(205)가 동작하고, 비교기(205)의 출력에 따라 제1,제2 한시계전기(206)(208)가 동작한다. 이에 따라 전류증폭용 변압기(207)의 결선이 변화되며, 그 결과 최종적으로 역률계(303)로 입력되는 전류의 크기를 변화시키게 된다. 즉, 역률계(203)로 입력되는 전류는 소정 크기만큼 증폭되어 입력되며, 그에 따라 역률계(203)는 미소 전류의 변화도 감지하여 그에 상응하는 제어를 수행하게 된다. 그 결과, 부하의 역률을 한층 개선할 수 있게 된다.
이상의 설명에서와 같이, 본 발명에 따른 교류 내전압설비의 자동역률제어장치는 역률계의 입력단에 역률계로 입력되는 전류를 증폭하여 입력시키는 전류증폭회로가 마련되어 있으므로, 전원부하전류의 크기에 관계없이 전원부하의 크기와 역률을 개선할 수 있으며, 그에 따라 전력요금을 절감할 수 있다. 또한, 교류 내전압설비의 출력을 조절하는 전압조정기의 용량을 감소시킬 수 있어 설비비를 절감할 수 있고, 극단적인 저역률 발생설비의 역률을 정상상태로 유지할 수 있어 배전계통을 안정화시킬 수 있다.

Claims (2)

  1. 전원단의 일측 선로에 설치되어 교류의 큰 전류에 비례하는 작은 전류를 얻기 위한 주변류기와, 전원단과 부하단 사이에 설치되어 부하단의 리액턴스를 보상하기 위한 리액터와, 상기 주변류기와 리액터 사이에 설치되어 부하단의 역률을 측정하기 위한 역률계를 구비하는 교류 내전압설비의 자동 역률제어장치에 있어서,
    상기 주변류기의 출력단과 상기 역률계의 입력단 사이에는 주변류기를 통해 역률계로 입력되는 전류의 크기를 증폭시키기 위한 전류증폭회로가 주변류기 및 역률계와 각각 접속되도록 설치되고, 상기 주변류기가 설치되어 있는 전원단의 일측 선로상의 주변류기 후방에는 상기 전류증폭회로를 동작시키는 기준전류를 얻기 위한 별도의 보조 변류기가 그 출력단이 상기 전류증폭회로와 접속되도록 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 교류 내전압설비의 자동 역률제어장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 전류증폭회로는 전류 증폭도의 변화를 비교/판정하기 위한 비교기와, 전류의 증폭을 위한 전류증폭용 변압기 및 상기 비교기의 출력에 따라 온/오프 스위칭 동작하여 상기 전류증폭용 변압기의 결선을 변화시키기 위한 복수의 한시계전기로 구성된 것을 특징으로 하는 교류 내전압설비의 자동 역률제어장치.
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