KR100820865B1

KR100820865B1 - 중성선 고조파전류 저감장치

Info

Publication number: KR100820865B1
Application number: KR1020070067820A
Authority: KR
Inventors: 김병상
Original assignee: 주식회사 태경전기산업; 김병상
Priority date: 2007-07-06
Filing date: 2007-07-06
Publication date: 2008-04-11

Abstract

본 발명은 3상4선식 결선을 갖는 전원계통에 발생되는 영상분 고조파 전류를 차단하는 중성선 고조파전류 저감장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 중성선에 LC필터가 직렬로 설치되어 전원계통의 영상 임피던스를 높여 전원계통에 영상분 고조파 전류가 흐를 수 없도록 하고, 중성선에 바이패스컨택터를 연결하여 중성선에 흐르는 불평형전류나 고조파전류가 기준치를 초과하는 경우 제어부의 제어에 의해 상기 바이패스컨택터를 구동시켜 상기 LC필터가 소손되는 것을 방지한 중성선 고조파전류 저감장치에 관한 것이다.

본 발명의 중성선 고조파전류 저감장치는 부하에 전원을 공급하기 위한 3상4선식 결선을 가지는 전원계통; 상기 전원계통의 부하측 중성선에 직렬로 설치되고, 코일과 커패시터의 조합으로 구성되어 영상 임피던스를 높여 전원계통에 고조파가 흐르는 것을 차단하는 LC필터;를 포함하여 이루어진다. 그리고 상기 LC필터에 병렬, 그리고 중성선에 직렬로 연결되어 흐르는 전류를 바이패스시키는 바이패스컨택터와, 상기 중성선에 흐르는 전류를 감지하는 전류감지기와, 상기 전류감지기에서 감지된 전류가 기준치 이상이면 상기 바이패스컨택터를 구동시키는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

영상, 고조파, LC필터, 전원계통, 바이패스컨택터

Description

중성선 고조파전류 저감장치{THIRD HARMONIC FILTER}

도 1 은 본 발명에 따른 개략적인 전체 회로도.

도 2 는 본 발명의 요부 회로도.

도 3 은 제어부의 개략적인 회로도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : LC필터 21,22 : 바이패스컨택터

30 : 제어부 33,34 : 제1 및 제2비교기

35 : 표시램프 36 : 구동릴레이

T : 전원계통 T1,T2 : 제1 및 제2증폭부

최근 첨단 건축물에서는 OA 기기나 컴퓨터 등의 특수 장비를 많이 사용하면서 전원계통에 영상분 고조파 전류의 발생이 크게 증가되고 있다.

평형 상태에서 각 상에 흐르는 (정상 또는 역상)전류는 각각 120도의 위상차를 가지고 있어 그 중성선에는 전류가 흐르지 않지만,

각 상에 흐르는 영상분 고조파전류는 위상이 서로 같기 때문에 그 중성선에는 각 상에 흐르는 고조파전류의 합에 해당되는 크기의 고조파전류가 흐르게 되어 각종 문제를 일으킨다.

이러한 영상분 고조파전류는 전원계통인 변압기의 열화를 촉진시키고, 중성선 케이블을 과열 및 손상시키고, 중성선과 대지와의 전위를 상승시켜 부하에 연결되어 있는 각종 전자기기의 소손을 초래하고, 역률을 저하시켜 에너지 손실을 증가시키는 원인이 된다.

이와 같이 각종 문제를 일으키는 영상분 고조파전류를 차단(필터링)하기 위한 고조파전류 저감장치로 코일의 권선방식을 지그재그로한 지그-재그 변압기, 중 성선과 각상에 코일과 커패시터가 연결되는 수동필터, 싸이리스터를 이용한 능동필터 등이 사용되었다.

상기 지그-재그 변압기는 계통의 임피던스가 지그-재그 변압기의 임피던스보다 작으면 영상분 고조파전류의 저감 효과가 떨어지고, 상기 수동필터는 전원계통과의 공진현상 문제가 있다. 그리고 상기 능동필터는 매우 고가이고 전원계통에 설치하는 것이 쉽지 않은 문제가 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로서, 전원계통의 2차측(부하측) 중성선에 직렬로 간단히 설치 가능하고, 구성부품을 단순화하여 제조원가를 낮추고, 고조파전류(특히, 제3고조파전류)의 저감률이 높은 중성선 고조파전류 저감장치를 제공함을 목적으로 한다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 중성선 고조파전류 저감장치는

부하에 전원을 공급하기 위한 3상4선식 결선을 가지는 전원계통;

상기 전원계통의 부하측 중성선에 직렬로 설치되고, 코일과 커패시터의 조합으로 구성되어 영상 임피던스를 높여 전원계통에 고조파가 흐르는 것을 차단하는 LC필터;를 포함하여 이루어진다.

그리고 상기 LC필터는 상호 병렬연결된 코일과 커패시터, 그리고 이에 직렬로 연결된 또 다른 코일로 구성된 단위LC필터 다수개가 병렬연결되어 이루어진 것을 특징으로 하고,

상기 LC필터에 병렬, 그리고 중성선에 직렬로 연결되어 흐르는 전류를 바이패스시키는 바이패스컨택터와, 상기 중성선에 흐르는 전류를 감지하는 전류감지기와, 상기 전류감지기에서 감지된 전류가 기준치 이상이면 상기 바이패스컨택터를 구동시키는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하고,

상기 제어부는 상기 중성선에 흐르는 고조파전류를 증폭시키는 제1증폭부와, 상기 중성선에 흐르는 불평형전류를 증폭시키는 제2증폭부와, 상기 제1증폭부를 통해 증폭된 고조파전류를 기준치와 비교하는 제1비교기와, 상기 제2증폭부를 통해 증폭된 불평형전류를 기준치와 비교하는 제2비교기와, 상기 제1비교기 및 제2비교기로부터 기준치를 초과하는 신호를 받아 상기 바이패스컨택터를 구동시키는 구동릴레이를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명을 상세히 설명하도록 한다.

도1은 본 발명에 따른 중성선 고조파전류 저감장치의 개략적인 전체 회로도이고, 도2는 제어부가 포함된 도1의 요부를 도시한 회로도이고, 도3은 제어부의 개략적인 회로도이다.

도면에서 보는 바와 같이 본 발명은 전원계통(T)과, 전원계통(T)의 2차측 중 성선에 연결되는 LC필터(10)와, LC필터(10)를 바이패스시키는 바이패스컨택터(21,22)와, 제어부(30)를 포함하여 이루어진다.

상기 전원계통(T)은 상용전원이 입력되는 1차측 △결선과, 부하가 연결되는 2차측 Y결선으로 이루어진 3상변압기로서, 정격전압은 AC 380~220V, 정격주파수는 60Hz, 전압변동범위는 10% 이내인 특성을 갖는다.

상기 LC필터(10)는 상기 전원계통(T)의 2차측(즉, 부하측) 중성선(N)에 직렬로 연결되고, 코일(L11,L12)과 커패시터(C11)의 조합으로 구성된다.

상기 LC필터(10)는 전원계통(T)의 영상 임피던스만을 높여 전원계통(T)에 고조파전류가 흐르는 것을 최소화 한다. 보다 구체적으로는 부하(1)측에서 발생된 고조파가 전원계통(T)으로 유입되는 것을 차단함으로서 전원계통(T)에 고조파전류가 흐르는 것을 최소화 한다. 특히 제3고조파는 90% 이상 저감한다.

상기 LC필터(10)를 구성하는 코일(L11,L12)과 커패시터(C11)의 용량은 저감시키고자 하는 고조파의 주파수에 부합하도록 설정된다.

본 발명에서는 LC필터(10)를 상호 병렬연결된 코일(L11)과 커패시터(C11), 그리고 이에 직렬연결된 코일(C12)로 구성된 단위LC필터(11) 다수개를 병렬연결하여 구성함으로서, 부하 용량의 변동시에도 단위LC필터(11)를 간단히 증설함으로서 발생되는 고조파의 특성에 부합하도록 LC필터(10)의 용량(영상 임피던스)을 조절할 수 있다.

상기 바이패스컨택터(21)(수동바이패스컨택터(22) 포함)는 중성선(N)에 기준치 이상의 과전류(불평형전류 또는 고조파전류)가 흘러 상기 LC필터(10)가 손상되는 것을 방지하기 위한 것으로서,

제어부(30)의 제어에 의해 자동으로 구동되는 오토 바이패스컨택터(21)와, 사용자에 의해 수동으로 구동되는 수동 바이패스컨택터(22)가 있고,

이들은 상기 중성선(N)에 직렬로, 그리고 상기 LC필터(10)에 병렬로 연결되어 중성선(N)에 흐르는 전류가 LC필터(10)로 유입되지 않고 직접 대지(또는 부하)로 흘러가도록 바이패스시킨다. 본 발명에서는 바이패스컨택터(21,22)로 마그넷릴레이를 사용하였다.

상기 오토(Auto) 바이패스컨택터(21)를 구동시키기 위해 제어부(30)가 구비되고, 상기 제어부(30)는 상기 중선선(N)의 입력측에 연결되어 있는 전류감지기(CT)가 감지한 중성선(N)에 흐르는 전류를 입력 받는다.

상기 전류감지기(CT)는 중성선(N)에 흐르는 영상분 고조파전류와, 정상분 및 역상분의 불평형전류를 감지하여 제어부(30)로 전송한다.

상기 제어부(30)는 제1 및 제2증폭부(T1,T2), 제1 및 제2비교기(33,34), 구동릴레이(36), 표시램프(35), 스위치(S1,S2,S3)를 포함하여 이루어진다.

상기 제1증폭부(T1)는 상기 전류감지기(CT)에서 전송된 고조파전류를 증폭하 고, 제2증폭부(T2)는 상기 전류감지기(CT)에서 전송된 불평형전류를 증폭한다. 상기 제1 및 제2증폭부(T1,T2)는 변압기로 구성되고, 제1증폭부(T1)의 입력측에는 고조파전류를 정류하기 위한 코일(L1)과 커패시터(C1)로 구성된 정류부(32)가 연결될 수 있다.

상기 제1비교기(33)는 상기 제1증폭부(T1)에서 증폭된 고조파전류를 기설정된 기준치와 비교하여 기준치보다 큰 경우에는 신호를 상기 구동릴레이(36)를 전송하고, 신호를 받은 구동릴레이(36)는 바이패스컨택터(21)를 구동시켜 중성선(N)에 흐르는 고조파전류를 바이패스시킨다. 상기 제2비교기(34) 역시 상기 제2증폭부(T2)에서 증폭된 불평형전류를 기설정된 기준치와 비교하고 신호를 구동릴레이(36)로 전송하여 중성선(N)에 흐르는 불평형전류를 바이패스시키도록 한다.

그리고 상기 제어부(30) 또는 자동 바이패스컨택터(21)에 이상이 발생되어 정상 작동되지 않는 경우를 대비하여 상기 중성선(N)에는 수동바이패스컨택터(22)가 상기 LC필터(10)에 병렬로 연결되고, 상기 제어부(30)에는 상기 수동바이패스컨택터(22)를 구동시키기 위한 수동구동릴레이가 더 구비된다.

그리고 상기 제어부(30)에는 상기 제1 또는 제2비교기(33,34)에 입력된 전류가 기준치를 초과하는지를 표시하는 램프들과, 상기 자동 또는 수동 바이패스컨택터(21)가 구동되는지 여부를 표시하는 램프들과 같은 다수의 표시램프(35)가 구비되고,

상기 전류감지기(CT)에서 감지되는 전류를 표시하는 전류계(31)가 구비되고,

고조파전류 저감장치를 구성하는 각 구성요소들의 정상상태 여부를 테스트하기 위한 테스트 스위치(S1)와, 제어부(30)를 리셋하기 위한 리셋 스위치(S2)와, 수동구동릴레이(36)를 작동시키기 위한 스위치(S3)를 구비한다.

상기한 바와 같이 본 발명은 중성선에 흐르는 영상분 고조파를 90% 이상 저감함으로서 고조파로 인해 발생되는 문제를 해결하였고,

LC필터(바이패스컨택터 포함)를 중성선에 직렬로 설치하고, 단위LC필터 다수개를 병렬로 연결함으로서, 설치가 간단하고 용량의 증설 또한 간단하게 행해지고,

구성부품이 간단하여 저렴하고,

바이패스컨택터를 구비함으로서 LC필터가 과전류로부터 손상되는 것을 방지한 중성선 고조파전류 저감장치로서 산업발전에 매우 유용한 발명이다.

이상에서 본 발명을 설명함에 있어 첨부된 도면을 참조하여 특정 형상과 구조를 갖는 중성선 고조파전류 저감장치에 대해 설명하였으나 본 발명은 당업자에 의하여 다양한 변형 및 변경이 가능하고, 이러한 변형 및 변경은 본 발명의 보호범위에 속하는 것으로 해석되어야 한다.

Claims

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부하에 전원을 공급하기 위한 3상4선식 결선을 가지는 전원계통;

상기 전원계통의 부하측 중성선에 직렬로 설치되고, 코일과 커패시터의 조합으로 구성되어 영상 임피던스를 높여 전원계통에 고조파가 흐르는 것을 차단하는 LC필터;를 포함하여 이루어지는 중성선 고조파전류 저감장치에 있어서,

상기 LC필터는 상호 병렬연결된 코일과 커패시터, 그리고 이에 직렬로 연결된 또 다른 코일로 구성된 단위LC필터 다수개가 병렬연결되어 이루어지고,

상기 LC필터에 병렬, 그리고 중성선에 직렬로 연결되어 흐르는 전류를 바이패스시키는 바이패스컨택터와,

상기 중성선에 흐르는 전류를 감지하는 전류감지기와,

상기 전류감지기에서 감지된 전류가 기준치 이상이면 상기 바이패스컨택터를 구동시키는 제어부와,

상기 LC필터에 병렬, 그리고 중성선에 직렬로 연결되어 흐르는 전류를 바이패스시키는 수동바이패스컨택터와,

상기 제어부에 연결되어 상기 수동바이패컨택터를 구동시키는 수동구동릴레이를 더 포함하되,

상기 제어부는 상기 중성선에 흐르는 고조파전류를 증폭시키는 제1증폭부와, 상기 중성선에 흐르는 불평형전류를 증폭시키는 제2증폭부와,

상기 제1증폭부를 통해 증폭된 고조파전류를 기준치와 비교하는 제1비교기와, 상기 제2증폭부를 통해 증폭된 불평형전류를 기준치와 비교하는 제2비교기와,

상기 제1비교기 및 제2비교기로부터 기준치를 초과하는 신호를 받아 상기 바이패스컨택터를 구동시키는 구동릴레이를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 중성선 고조파전류 저감장치.
제 5 항에 있어서,

상기 제1증폭부의 입력측에는 입력되는 고조파전류를 정류하기 위한 코일과 커패시터로 구성된 정류부가 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 중성선 고조파전류 저감장치.
제 6 항에 있어서,

상기 제어부에는 상기 전류감지기에서 감지된 전류의 크기를 표시하기 위한 전류계가 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 중성선 고조파전류 저감장치.