KR100969678B1

KR100969678B1 - 전류개선방식의 고절전형 수배전반

Info

Publication number: KR100969678B1
Application number: KR1020080079284A
Authority: KR
Inventors: 최성권
Original assignee: 최성권
Priority date: 2008-08-13
Filing date: 2008-08-13
Publication date: 2010-07-14
Also published as: KR20100020608A

Abstract

본 발명의 고절전형 수배전반은 외부로부터 공급되는 전류를 전력모선을 통해 각 사용자 단위로 분배하고 누전이나 과부하 발생시 전류를 차단하는 수배전반에 있어서, 상기 수배전반 내부에 설치되고 전력 케이블을 통해 외부로부터 인입되는 전류를 차단하는 메인 차단기와, 상기 메인 차단기가 차단되지 않은 경우 상기 메인 차단기를 통해 상기 전력케이블과 전기적으로 연결되어 외부로부터 인입되는 전류를 분배하는 전력모선과, 상기 전력모선을 구성하는 전력선들에 전기적으로 연결되는 전력절감장치를 포함한다. 본 발명의 고절전형 수배전반은 전류의 흐름을 획기적으로 개선하여 대규모 사업체에 설치할 경우 8~15%의 절전효과를 가져올 수 있고, 전력절감장치의 상분리가 가능하고 부피 및 무게가 작아 수배전반의 초슬림화의 구현이 가능한 장점이 있다.

수배전반, 메인 차단기, 전력절감장치, 전류 흐름 개선, 토르마린 중간층, 전리판

Description

전류개선방식의 고절전형 수배전반{Switchgear and control System of high power saving type using current improvement method}

본 발명은 전류 개선을 통하여 전력을 절감하는 전류개선방식의 고절전형 수배전반에 관한 것으로, 보다 상세하게는 각 사용자 단위로 전력을 분배 공급하는 장치인 수배전반에 전류개선방식의 전력절감 기술을 도입한 고절전형 수배전반에 관한 것이다.

전기 에너지는 매년 그 사용량이 증가하고 있고 화석에너지 자원의 가격 상승 등으로 전기 에너지 공급 가격도 상승추세에 있다.

고유가와 원자재 가격 인상은 기업의 경쟁력 저하를 초래하는 중요한 요인이 됨에 따라 전기 요금 절감은 곧 원가 절감의 기본임은 물론이고 필수 불가결한 요소인 동시에 기업을 비롯한 모든 국민의 의무사항이 되었다. 또한, 전기 에너지 절감은 탄산가스 배출 규제에 관한 교토의정서 규정에도 부합되는 것이다.

따라서, 사회경제적으로 전기 에너지를 절감하는 여러 노력들이 진행되고 있다. 특히, 절전제품의 개발, 송전과정의 개선 및 사용 전력을 절감할 수 있는 절전장치의 개발이 주목을 받고 있다.

수배전반은 공장, 건물 및 아파트 등의 소정 장소에 설치되어 송전선(변압기)을 통해 공급되는 전류를 각 사용자 단위(예를 들어, 건물의 각 층별, 아파트 단지의 각 동)에 분배하고 누전이나 과부하 발생시 전류를 차단하는 역할을 하는 장치이다.

현재 시판되고 있는 수배전반은 아날로그 계측기를 디지털화하여 효과적으로 운전을 감시하고, 계측 및 분석을 신속하고 효율적으로 수행하여 사고원인을 신속하면서도 정확하게 파악함으로써 대책을 강구할 수 있는 제품에 대해서 개발이 집중되고 있다. 그러나, 전술한 바와 같은 고유가 시대의 가장 중요한 절전과 관련한 수배전반은 거의 전무한 실정이다.

그런데, 각종 보고서에 따르면 공장, 빌딩, 각종 사업체 및 공공기관의 전기 부하시설에서 5% 수준의 절전 만으로도 엄청난 전기요금절감 효과가 있다고 보고되고 있다. 따라서, 절전 효율이 뛰어난 수배전반을 개발하여 빌딩 등에 적용할 경우 전기요금절감 효과는 매우 클 것이다. 그러나, 일부 업체에서 적용하고 있는 전압강하방식 절전형 수배전반은 절전 효율이 매우 떨어져서 고유가 시대의 에너지 절약에 부합할 수 없는 실정이다.

한편, 절전형 수배전반에 적용된 사례는 아니지만 모터에 사용되는 전기절전장치와 관련하여 일본공개특허 평4-261355호에는 원적외선을 이용한 절전방법이 개시되어 있다. 이는 원적외선을 방사하는 세라믹 광석을 모터의 기축부에 설치하여 모터의 발열에 의한 저항부하의 발생을 억제함으로써 절전하는 기술에 관한 것이다. 또한, 한국공개특허공보 2002-0028862호에는 견운모 또는 금강약돌과 같은 원 적외선 방사체에서 방사되는 원적외선을 전기선로에 공급하고 공명흡수작용의 극대화를 통해 전력을 절감하는 방식이 기재되어 있다.

그러나, 이들 종래의 전기절전 기술은 모두 원적외선을 이용한 방식으로서 일정 파장대(8-11μm)의 원적외선을 발생시켜야 하고 원적외선 발생량이 일정 수준을 만족시키지 못하면 절전효과가 떨어지는 문제점이 있었다. 예를 들어, 전술한 견운모와 같은 광석을 분말화하여 일정한 크기의 박스 내에 코팅하여 사용할 경우 방출되는 원적외선의 발생량은 만족스럽지 못하고 절전효과도 만족스럽지 못하였다.

또한, 한국등록특허공보 10-0419312호에는 절기절전 장치 내벽에 견운모 등을 주재로 회전전자파를 발산하는 세라믹층을 제공하고, 세라믹층에서 발산하는 회전전자파의 흡수 및 발산을 반복하여 공명흡수 작용토록 하는 내부 덮개판을 장치 내부에 설치한 절기전절장치를 개시하고 있다. 상기 한국등록특허는 세라믹층에서 발산된 회전전자파가 자유공간에서 원적외선으로 전환되고 이 원적외선은 하우징 내벽의 세라믹층과 내부 덮개판의 세라믹층 사이에서 공명흡수작용(반사와 흡수를 반복)을 일으켜 회전전자파(즉, 원적외선) 발생량을 증가시키는 방식을 채택하고 있다. 그러나, 이 역시 원적외선 발생량 증가가 만족스럽지 못하고 절전효과가 미미하여 상업적으로 이용가치가 있는 절전효과를 나타내지 못한다.

특히, 한국등록특허공보 10-0419312호의 전기절전기와 같은 일반 절전장치는 절전형 수배전반을 구성하기에는 부피와 무게에서 부적합하고 상분리가 되지 못해 효율이 떨어지는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명이 속하는 기술분야에서는 기존의 전압강하방식 및 전류개선방식의 일반 절전장치를 개선한 것으로서 수배전반 전용 절전장치의 개발이 요구되고 있다고 할 수 있다. 특히, 본 발명이 속하는 기술분야에서는 상분리가 가능한 전류개선식 수배전반 전용 초슬림형 절전장치 및 이를 내부에 탑재한 고절전형 수배전반의 개발이 절실히 요구되고 있다.

본 발명은 전술한 바와 같은 종래 방식의 수배전반을 개선한 고절전형 수배전반을 제공하는데 그 목적이 있다.

구체적으로, 본 발명은 영구적인 전기성을 가지고 있는 토르마린 광물과 영구적인 자기성을 가지고 있는 영구자석가루 혼합물을 이용하여 전자의 이동과 흐름을 개선함으로써 전력을 절감하는 수배전반 전용 절전장치 및 이를 내부에 탑재한 고절전형 수배전반을 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 상분리가 가능한 전류개선식 수배전반 전용 초슬림형 절전장치 및 이를 내부에 탑재한 고절전형 수배전반을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 고절전형 수배전반은 외부로부터 공급되는 전류를 전력모선을 통해 각 사용자 단위로 분배하고 누전이나 과부하 발생시 전류를 차단하는 수배전반에 있어서, 상기 수배전반 내부에 설치되고 전력 케이블을 통해 외부로부터 인입되는 전류를 차단하는 메인 차단기와, 상기 메인 차단기가 차단되지 않은 경우 상기 메인 차단기를 통해 상기 전력케이블과 전기적으로 연결되어 외부로부터 인입되는 전류를 분배하는 전력모선과, 상기 전력모선을 구성하는 전력선들에 전기적으로 연결되는 전력절감장치를 포함한다.

본 발명의 일실시예의 고절전형 수배전반에 있어서, 상기 전력모선은 삼상4선식이고, 4개의 전력절감장치가 상기 전력모선을 구성하는 4개의 전력선에 각각 개별적으로 제공되어 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 실시예의 고절전형 수배전반에 있어서, 상기 전력모선은 삼상3선식이고, 3개의 전력절감장치가 상기 전력모선을 구성하는 3개의 전력선에 각각 개별적으로 제공되어 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 일실시예에서, 상기 전력모선을 구성하는 전력선들 중 적어도 2개의 전력선에는 배선용 차단기(MCCB)가 전기적으로 연결되고, 상기 전력절감장치는 상기 메인 차단기와 상기 배선용 차단기 사이에 설치될 수 있다.

한편, 본 발명의 고절전형 수배전반 내부에 탑재되는 상기 전력절감장치는 케이스 본체와, 상기 케이스 본체의 내부에 수용되는 토르마린 분말, 영구자석가루 및 수분(H₂O)의 혼합물 층인 토르마린 중간층과, 상기 케이스 본체의 내부에서 상기 토르마린 중간층을 사이에 두고 상하에 위치하는 도전성 금속의 전리판과, 상기 토르마린 중간층에 매립된 상태로 위치하는 전도판을 포함한다.

본 발명의 바람직한 일실시예에 있어서, 상기 전력절감장치는 상기 케이스 본체의 상하 내벽에 모자나이트 분말로 이루어진 모자나이트 분말층을 추가로 포함할 수 있고, 이때 상기 전리판들은 각각 상기 토르마린 중간층과 상기 모자나이트 분말층의 경계면에 위치한다.

본 발명의 바람직한 일실시예에 있어서, 상기 전력절감장치의 케이스 본체는 서로 분리결합이 가능한 하부 하우징과 상부 덮개로 구성될 수 있다. 상기 하우징과 덮개는 땜납, 용접 또는 접착제를 이용하여 접합되거나, 상기 하우징 및 덮개의 각 모서리의 대응되는 부분에 암나사를 형성한 후 나사못을 이용하여 결합할 수 있다. 그러나, 본 발명은 이에 제한되는 것이 아니고 케이스 본체를 결합할 수 있는 모든 체결수단에 의해 상기 하우징과 덮개를 결합할 수 있음을 당업자라면 용이하게 이해할 것이다.

본 발명의 바람직한 일실시예에 있어서, 상기 전력절감장치를 구성하는 전도판에는 전선이 전기적으로 연결될 수 있고, 상기 전선은 상기 케이스 본체 외부로 연장되도록 구성될 수 있다. 상기 케이스 본체 외부로 연장된 전선의 말단부는 동판 형태의 전력선에 전기적으로 접속된다.

본 발명의 바람직한 일실시예에 있어서, 상기 전력절감장치를 구성하는 전리판 및/또는 상기 전도판은 구리 또는 알루미늄으로 구성되는 것이 바람직하다.

한편, 본 발명의 고절전형 수배전반 내부에 탑재되는 전력절감장치의 절전 원리를 설명하면 다음과 같다.

상기 전력절감장치의 토르마린 중간층은 토르마린 분말, 영구자석가루 및 수분으로 이루어진 혼합물층으로서, 수분에 분말형태의 토르마린 결정이 닿게 되면 순간적으로 수분의 전기분해를 일으키게 되고, 이때 수분이 전기분해되면서 전자가 발생된다. 또한, 상기 전력절감장치에 있어서 선택적으로 포함되는 모자나이트 분말층은 통상의 광물에 비해 10배 내지는 100배의 음이온을 방출하는 광물층으로서, 음이온의 방출에 의해 간접적으로 전자의 이동 및 흐름의 개선에 기여하게 된다. 그리고, 전도성 금속으로 이루어진 전리판은 전술한 바와 같은 토르마린 중간층 및 모자나이트 분말층과 밀착되어 있으면서 콘덴서에서 사용하는 양쪽 금속판의 기능 을 담당한다. 따라서, 상기 전리판은 양전하와 음전하의 대전현상을 유도하며 상기 토르마린 중간층에 의해 생성된 전자를 대전시키고 방전하는 역할을 하게 된다. 따라서, 상기 토르마린 중간층에 의해 생성된 전자는 전리판의 콘덴서 역할에 의해 대전된 후 방전되므로 전력절감장치 내부는 도체의 성질을 띠게 되어 전도판을 통해 장치 내부의 충전물과 외부 입력단자 사이를 도체화시킨다. 이로써 전류 흐름이 개선되어 전력 사용량을 감소시키게 되는 것이다.

본 발명의 고절전형 수배전반은 전류의 흐름을 획기적으로 개선하여 절전효과를 나타낼 수 있다. 구체적으로, 본 발명의 고절전형 수배전반을 대규모 사업체에 설치할 경우 8~15%의 절전효과를 가져올 수 있다.

또한, 본 발명의 고절전형 수배전반은 전력절감장치의 상분리가 가능하고 부피 및 무게가 작아 수배전반의 초슬림화의 구현이 가능한 장점이 있다.

추가로, 본 발명의 고절전형 수배전반은 수배전반 전용 초슬림형 전력절감장치를 내부에 탑재함으로써 기존 수배전반과는 달리 별도의 내부 공간이 없어도 설치 및 조립이 가능하고, 전기사용 환경개선(배전설비의 열 감소, 소음감소, 진동감소 등), 각종 수전설비 기기의 효율 증대 및 송전계통의 개선에도 기여한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같다. 본 발명의 하기 실시예는 본 발명을 구체화하기 위한 것일 뿐 본 발명의 권리범위를 제한하거나 한정하는 것이 아님은 물론이다. 본 발명의 상세한 설명 및 실시예로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가가 용이하게 유추할 수 있는 것은 본 발명의 권리범위에 속하는 것으로 해석된다. 본 발명에 인용된 참고문헌은 본 발명에 참고로서 통합된다.

우선, 도 1a, 도 1b, 도 2 및 도 3을 참조하여 본 발명의 일실시예의 고절전형 수배전반(100)의 구조와 기능을 설명한다.

본 발명의 일실시예의 고절전형 수배전반(100)은 수배전반(100) 내부에 설치되고 전력 케이블(2, 4, 6, 8)을 통해 외부로부터 인입되는 전류를 차단하는 메인 차단기(10)와, 외부로부터 인입되는 전류를 분배하는 전력모선(20)과, 전력모선(20)을 구성하는 전력선들(20a, 20b, 20c, 20d)에 전기적으로 연결되는 전력절감장치(30a, 30b, 30c, 30d)와, 전력모선(20)을 구성하는 전력선들(20a, 20b, 20c, 20d) 중 2개의 전력선에 전기적으로 연결된 배선용차단기(40a-40i)를 포함한다.

메인차단기(10)는 수배전반(100) 본체 내부에 수용되어 설치된다. 메인차단기(10)로는 ACB(Air Circuit Breaker)가 일반적으로 사용된다.

메인 차단기(10)는 누전이나 과부하 발생시 수배전반(100)이 설치된 건물의 각 사용자 단위(예를 들어, 건물의 각 층별, 아파트 단지의 각 동)로의 전력 공급을 사전에 차단하여 누전이나 과부하로 인한 위험 발생을 미연에 방지하는 장치이다. 구체적으로, 수배전반(100)에서 메인차단기(10)로 일반적으로 사용되는 ACB(Air Circuit Breaker)는 공기차단기로서 저압 선로의 보호와 변압기 보호 역할을 담당하는데, 단락전류 차단, 지락전류 차단, 과부하전류 차단 및 저전압 차단 등의 역할을 한다. 누전이나 과부하가 없는 평시에 메인 차단기(10)는 차단되지 않 은 상태로서 전력 케이블(2, 4, 6, 8)과 전력모선(20)을 전기적으로 연결하여 수배전반(100) 외부로부터 공급되는 전력을 전력모선(20)을 통해 각 사용자 단위로 배분하게 된다.

예를 들어, 도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이, 전력모선(20)이 삼상4선식이면 4개의 전력 케이블(2, 4, 6, 8)이 메인 차단기(10)의 일단에 연결되고 메인 차단기(10)의 타단에는 전력모선(20)을 구성하는 4개의 전력선(20a, 20b, 20c, 20d)이 연결된다. 따라서, 삼상4선식의 전력모선(20)은 메인 차단기(10)를 통해 전력 케이블(2, 4, 6, 8)에 연결되어 전력을 공급받아 각 사용자 단위로 분배하게 된다.

그리고, 도 1a에 도시된 바와 같이 전력모선(20)이 삼상4선식인 경우에는 4개의 전력절감장치(30a, 30b, 30c, 30d)가 전선(l)을 통해 4개의 전력선(20a, 20b, 20c, 20d)에 각각 개별적으로 제공되어 전기적으로 연결된다. 또한, 도 1b에 도시된 바와 같이, 4개의 전력절감장치(30a, 30b, 30c, 30d)는 단위모듈들이 집합된 전력절감장치 세트(30)로서 구성된 후 전선(l)을 통해 4개의 전력선(20a, 20b, 20c, 20d)에 전기적으로 연결될 수 있다. 이와 같이 구성하면, 본 발명의 고절전형 수배전반(100) 내부에 탑재된 전력절감장치의 절연성, 안전성 및 절전효과를 극대화할 수 있다.

한편, 도 1a 및 도 1b에서는 전력모선(20)이 삼상4선식인 경우를 도시하고 있으나, 본 발명은 이에 제한되는 것이 아니고 실제 전기 수요자에게 제공되는 전력모선의 구분에 따라 수배전반(100)을 변형하여 구성할 수 있음을 본 발명이 속하 는 기술분야의 당업자라면 용이하게 이해할 것이다. 도시하지는 않았으나, 예를 들어, 전력모선이 삼상3선식인 경우에는 3개의 전력절감장치(30a, 30b, 30c)가 전선(l)을 통해 3개의 전력선(20a, 20b, 20c)에 각각 개별적으로 제공되어 전기적으로 연결될 수 있을 것이다.

도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이, 전술한 4개의 전력절감장치(30a, 30b, 30c, 30d)는 수배전반(100) 내부에 탑재되는데, 메인 차단기(10)와 후술하는 배선용 차단기(40a-40i) 사이에 설치되는 것이 바람직하다. 예를 들어, 전력모선(20)이 삼상4선식인 경우, 4개의 전력절감장치(30a, 30b, 30c, 30d)는 전선(l)을 통해 4개의 전력선(20a, 20b, 20c, 20d)에 전기적으로 접속시키되, 메인 차단기(10)에 접속되는 4개의 전력선(20a, 20b, 20c, 20d)의 접속단과, 배선용 차단기(40a-40i)와 4개의 전력선(20a, 20b, 20c, 20d)의 접속 부위 사이에서 전기적으로 연결되는 것이 좋다.

배선용 차단기(40a-40i)는 전력모선(20)을 통해 분배되는 전력을 각 사용자 단위(예를 들어, 건물의 각 층별)로 공급하기 바로 전에 전력 공급을 사전에 차단하여 누전이나 과부하로 인한 위험 발생을 방지하는 장치이다. 예를 들어, 배선용차단기(40a-40i)는 과부하 및 단로 등의 이상 상태 발생시 자동적으로 전류를 차단하여 250V 이하의 저압 옥내 선로를 보호한다.

본 발명의 고절전형 수배전반(100)에는 배선용 차단기(40a-40i)가 다수개 내장되어 설치될 수 있는데, 각 배선용 차단기는 전선(w)을 통해 전력선들(20a, 20b, 20c, 20d) 중 적어도 2개의 전력선에 전기적으로 연결될 수 있다.

예를 들어, 도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이, 전력모선(20)이 삼상4선식인 경우, 배선용 차단기(40a)는 2개의 전선(w)을 통해 2개의 전력선(20a, 20b)에 접속되어 누전이나 과부하 발생시 건물 1층에 공급되는 전력을 차단한다. 또한, 배선용 차단기(40b)는 2개의 전선(w)을 통해 2개의 전력선(20a, 20c)에 접속되어 누전이나 과부하 발생시 건물 2층에 공급되는 전력을 차단하고, 배선용 차단기(40c)는 2개의 전선(w)을 통해 2개의 전력선(20a, 20d)에 접속되어 누전이나 과부하 발생시 건물 3층에 공급되는 전력을 차단하게 된다.

한편, 도 2 및 도 3을 참조하여 본 발명의 고절전형 수배전반(100) 내부에 탑재되는 전력절감장치(30a)의 기능과 구조를 설명하면 다음과 같다. 도 2 및 도 3에는 도 1a 및 도 1b에 도시된 고절전형 수배전반(100) 내부에 탑재되는 4개의 전력절감장치(30a, 30b, 30c, 30d) 중 하나가 도시되어 있다. 각 전력절감장치(30a, 30b, 30c, 30d)는 무게가 경량(예를 들어 6kg 정도)이고, 초슬림형으로서 80mm×250mm×85mm 정도의 크기면 바람직하다.

구체적으로, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같은 전력절감장치(30a)는 케이스 본체(110)와, 상기 케이스 본체(110)의 내부에 수용되는 토르마린 분말, 영구자석가루 및 수분(H₂O)의 혼합물 층인 토르마린 중간층(120)과, 상기 케이스 본체(110)의 내부에서 상기 토르마린 중간층(120)을 사이에 두고 상하에 위치하는 도전성 금속의 전리판(130)과, 상기 케이스 본체(110)의 상하 내벽에 위치하는 모자나이트 분말로 이루어진 모자나이트 분말층(150)과, 상기 토르마린 중간층(120)에 매립된 상태로 위치하는 전도판(140)을 포함한다.

상기 케이스 본체(110)는 서로 분리결합이 가능한 상부 덮개(112)와 하부 하우징(114)으로 구성되어 있다. 상기 덮개(112) 및 하우징(114)은 땜납, 용접 또는 접착제를 이용하여 접합될 수 있고, 구체적으로 도시하지는 않았으나 상기 덮개(112) 및 하우징(114)의 각 모서리의 대응되는 부분에 암나사를 형성한 후 나사못을 이용하여 결합될 수 있다.

상기 케이스 본체(110)에 있어서 덮개(112) 및 하우징(114)은 방수 및 방진이 되는 재질로 형성되어야 한다. 예를 들어, 상기 덮개(112) 및 하우징(114)은 철, 알루미늄, 또는 플라스틱 등의 재질로 형성된다. 그러나, 절연성과 안정성 때문에 부도체를 사용하는 것이 바람직하고, 플라스틱 재질을 사용하는 것이 더욱 바람직하다. 예를 들어, 상기 덮개(112) 및 하우징(114)은 PC/ABS 플라스틱 재질로 형성하는 것이 가장 바람직한데, PC/ABS 플라스틱은 그 강도가 철과 비슷하고 난연성 재질이므로 전력절감장치(30a)의 케이스 본체(110)의 재질로서 최적의 조건을 가지고 있다.

한편, 도 2 및 도 3에는 구체적으로 도시하지 않았으나 플라스틱 재질을 사용할 경우 케이스 본체 내벽에 아연도금을 할 수 있다. 아연도금이 어려울 때는 아연성분(50% 이상)의 페인트를 사용하여 도색하여도 무관하다. 아연페인트를 도포할 경우 그 두께는 1mm 이하로 하는 것이 바람직하다(미도시). 또한, 상기 케이스 본체(110)는 상기 덮개(112)와 하우징(114)을 결합할 때 덮개와 하우징의 테두리 부분의 이음새(116)에 실리콘 처리를 하여 방수가 확실히 되도록 하는 것이 바람직하 다. 특히, 상기 덮개(112)와 하우징(114)을 나사못을 이용하여 체결할 때에는 이들의 테두리 부분이 정확히 밀착되지 않을 수 있으므로 실리콘 방수처리는 필수적이다.

상기 케이스 본체(110)의 내부에 소정 두께로 적층되어 수용되는 토르마린 중간층(120)은 토르마린 분말, 영구자석가루 및 수분(H₂O)의 혼합물 층이고, 전력절감장치(30a)에 있어서 토르마린이 가장 중요한 성분이라고 할 수 있다.

토르마린은 마찰에 의해 전기가 생기는 육방정계에 속하는 광물로서 삐에르가 1880년 토르마린의 결정표면에 전하(전기)가 생기는 것을 발견한 후 토르마린은 전기석이라는 별칭을 얻게 된 물질이다. 토르마린은 아무리 작게 분쇄하여도 각각 그 결정의 양단에 플러스극과 마이너스극이 존재하고 있으며 1000℃ 가까이 가열하지 않는 한 영구히 감쇠하지 않는 전극을 가지고 있는 것으로 밝혀졌다. 그리고 토르마린 결정의 플러스극과 마이너스극을 연결하면 0.06mA의 미약전류가 흐르는 것이 알려져 있다.

토르마린은 0.3 μm로 분쇄해도 결정 양단에 플러스와 마이너스의 극성을 가지고 있다. 따라서, 도 2 및 도 3에 도시된 전력절감장치(30a)의 토르마린 중간층(120)에 함유되는 토르마린 분말은 전기적 특성을 그대로 유지하게 된다. 전력절감장치(30a)에서 토르마린 분말은 외부로부터 전기장을 가하지 않더라도 처음부터 전기분극을 갖고 있는 극성결정체로서 분말 결정의 양단에 전극을 형성한다. 그런데, 토르마린 분말 결정의 플러스 전극과 마이너스 전극은 반드시 평행을 취하고 있는 것이 아니고 항상 불안정한 상태가 되어 마이너스 극으로부터 끊임없이 플러스 극을 향하여 전자가 흐르게 된다. 따라서, 도 2 및 도 3에 도시된 전력절감장치(30a)에서 토르마린의 분말은 미약 전류를 계속 발생시키게 되고 토르마린 분말에 토르마린 중간층(120)에 함유된 수분이 닿게 되면 수분은 순간적으로 전기분해되고 전자가 발생된다.

영구자석은 외부로부터 전기에너지를 공급받지 않고서도 안정된 자기장을 발생하고 유지하는 자석이다. 도 2 및 도 3에 도시된 전력절감장치(30a)에서 영구자석가루는 상업적으로 입수가능한 영구자석의 가루이면 사용이 가능하고, 자철광 분말을 사용하면 바람직하다. 상기 전력절감장치(30a)에서 상기 토르마린 중간층(120)에 함유된 영구자석가루은 토르마린 분말이 수분을 전기분해하여 전자를 생성하는데 도움을 주는 것으로 생각된다.

한편, 도 2 및 도 3에 도시된 전력절감장치(30a)의 토르마린 중간층(120)에서 사용하는 토르마린은 325메쉬 이상의 분말을 사용하는 것이 바람직하고, 영구자석가루도 325메쉬 이상의 분말을 사용하여야 한다.

상기 모자나이트 분말층(150)은 통상의 광물에 비해 10배 내지는 100배의 음이온을 방출하는 모자나이트(MORGANITE) 광물의 분말층으로서, 상부 모자나이트 분말층(150a)은 상기 덮개(112)의 위쪽 내벽 쪽으로 소정 두께로 적층되어 위치하고, 하부 모자나이트 분말층(150b)은 상기 하우징(114)의 아래쪽 내벽 쪽으로 소정 두께로 적층되어 위치한다. 모자나이트는 강의 모래와 연수정 등에 많이 함유된 광물 질(Be₃Al₂Si₆O₁₈)로서 음이온을 다량 방출하는 성질을 가지고 있어 다양한 생활용품 등에 적용되는 광물질이다. 모나자이트 원석은 방사선물질 방사도 함께 하기 때문에 소성화를 거쳐 분말로 사용하고 325 메쉬의 분말상태 또는 80메쉬의 분말상태로 사용한다. 상기 모자나이트 분말층(150)은 음이온의 방출에 의해 간접적으로 전자의 이동 및 흐름의 개선에 기여한다.

상기 전리판(130)은 상기 케이스 본체(10)의 내부에서 상기 토르마린 중간층(120)을 사이에 두고 상하에 위치한다. 상부 전리판(130a)은 상기 토르마린 중간층(120)과 상기 상부 모자나이트 분말층(150a) 사이에 위치하고, 상기 케이스 본체(110)의 하우징(114)으로부터 덮개(112)를 분리할 경우 덮개(112)와 함께 하우징(114)에서 이탈하게 된다. 반면에, 하부 전리판(130b)은 상기 토르마린 중간층(120)과 상기 하부 모자나이트 분말층(150b) 사이에 위치하고, 상기 케이스 본체(110)의 하우징(114)으로부터 덮개(112)를 분리할 경우 하우징(114)내에 위치하게 된다.

상기 상부 및 하부 전리판(130a, 130b) 모두 구리 또는 알루미늄과 같은 전도성 금속으로 이루어져 있다. 상기 전도성 금속으로 이루어진 전리판(130a, 130b) 각각은 상기 토르마린 중간층(120) 및 상기 모자나이트 분말층(150a, 150b)과 밀착되어 있으면서 콘덴서의 양쪽 금속판의 기능을 담당하게 된다. 따라서, 상기 토르마린 중간층(120)에 의해 생성된 전자는 전리판(130)의 콘덴서 역할에 의해 대전된 후 방전되고, 후술하는 전도판(140)을 통해 장치 내부의 충전물과 외부 입력단자 사이를 도체화시킨다.

상기 전도판(140)은 상기 토르마린 중간층(120)에 매립된 상태로 위치한다. 상기 전도판(140)의 재질은 구리(순도 99,9%)인 것이 바람직하다. 상기 전도판(140)은 수분을 함유한 토르마린 중간층(120)에 매립되어 있어 수분에 의한 산화를 우려할 수 있으나, 전술한 바와 같은 전리판(130)의 방전작용으로 전달되는 전자의 환원작용으로 수분에 의한 산화가 최소화된다. 따라서, 도 2 및 도 3에 도시된 전력절감장치(30a)는 장치 내부에 수용되는 전도판과 같은 금속 부품의 산화를 최소화하여 장치의 수명을 연장할 수 있는 장점도 있다.

상기 전도판(140)과 수배전반(100)의 전력모선(20)을 연결하는 전선(160)은 시중에 나와 있는 어떤 전선도 무관하지만 충분한 굵기를 가지고 안전규격에 적합한 전선을 사용한다. 상기 전선(160)의 일단부(160a)와 상기 전도판(140)을 연결하는 터미널(170)은 단단히 조여 그 틈새가 생기지 않도록 해야 한다.

전선홀더(162)는 전선(160)에 맞는 규격을 사용하고 상기 케이스 본체(110)의 하우징(114)과 전선(160)을 연결할 때 내부의 습기가 외부로 빠져나가지 않도록 실리콘 또는 접착제를 이용하여 단단히 밀봉하여 부착한다.

한편, 본 발명에 따른 고절전형 수배전반(100)을 구성하는 구성요소들로서, 전술한 바와 같은 메인 차단기(10), 전력모선(20), 배선용 차단기(40a-40i), 전력 계통의 감시, 제어 및 보호 회로 등은 당업계에서 통상 사용되고 있는 것을 본 발명의 고절전형 수배전반(100)에 적용하여 사용하며, 이들은 본 발명의 본질적인 요소가 아니므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.

이하에서는 본 발명의 고절전형 수배전반(100)을 사용할 경우 전력 사용량이 획기적으로 개선될 수 있음을 보여주는 테스트 결과를 설명한다.

실시예 1. 1차 절전효과 테스트 사례

본 발명의 고절전형 수배전반(100)의 절전효과를 입증하기 위해, 전력절감장치(30a)를 콤프레셔와 공장내부 에어컨에 설치한 후 전력분석기를 이용하여 전압, 전류, 유효전력 및 적산전력량을 측정비교하였다. 전력분석기는 YOKOKAWA CW-240을 사용하였다. 시험대상이 되는 콤프레셔의 부하 용량은 75kw였고, 에어컨의 부하 용량은 22kw였다. 그 결과는 하기의 표 1 및 표 2에 도시된 바와 같다. 이해를 돕기 위해 표 1 및 표 2의 결과는 도 4 및 도 5에서 막대 그래프로서 나타내었다. 하기 표 1 및 표 2에 도시된 바와 같이, 에어컨의 절전율은 11.30%였고, 콤프레셔의 절전율은 10.03%로서 본 발명의 고절전형 수배전반(100)에 탑재되는 전력절감장치(30a)는 상당한 절전효과를 나타냄을 확인할 수 있었다.

표 1. 에어컨 전력사용량 비교

표 2. 콤프레셔(공장 내부) 전력사용량 비교

실시예 2. 2차 절전효과 테스트 사례

본 발명의 고절전형 수배전반(100)의 절전효과를 입증하기 위해, 전력절감장치(30a)를 병원 지하 변전실에 설치한 후 전력분석기를 이용하여 전압, 전류 및 전력사용량을 측정비교하였다. 전력분석기는 YOKOKAWA CW-240을 사용하였다. 시험대상이 되는 부하는 1층 및 2층의 전등과 전열기로 하였다. 그 결과는 도 6에 도시된 같다. 도 6에 도시된 바와 같이, 1층 및 2층의 전등과 전열기의 절전율은 17.5%로서 본 발명의 고절전형 수배전반(100)에 탑재되는 전력절감장치(30a)는 상당한 절 전효과를 나타냄을 확인할 수 있었다.

실시예 3. 3차 절전효과 테스트 사례

본 발명의 고절전형 수배전반(100)의 절전효과를 입증하기 위해, 전력절감장치(30a)를 공장 콤프레셔실에 설치한 후 전력분석기를 이용하여 전압, 전류 및 전력사용량을 측정비교하였다. 전력분석기는 YOKOKAWA CW-240을 사용하였다. 시험대상이 되는 부하는 콤프레셔실에 설치된 DC 모터로 하였다. 그 결과는 도 7에 도시된 같다. 도 7에 도시된 바와 같이, DC 모터의 절전율은 12.9%로서 본 발명의 고절전형 수배전반(100)에 탑재되는 전력절감장치(30a)는 상당한 절전효과를 나타냄을 확인할 수 있었다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 고절전형 수배전반(100)은 인위적인 전압의 강하 없이 전류의 흐름 만을 개선하여 전류값 감소를 통해 전력을 감소시킬 수 있는데, 전류의 흐름을 개선하고 왜곡된 정현파의 파형을 개선함으로써 전기 수요자(가정, 공장, 사무실, 및 업소 등)에서 사용되는 전력 소모를 줄일 수 있음을 확인할 수 있었다.

이상 본 발명을 상기 실시예를 들어 설명하였으나, 본 발명은 이에 제한되는 것은 아니다. 당업자라면, 본 발명의 취지 및 범위를 벗어나지 않고 수정, 변경을 할 수 있으며 이러한 수정과 변경 또한 본 발명에 속하는 것임을 알 수 있을 것이다.

도 1a 및 도 1b는 본 발명의 일실시예의 수배전반(100)의 사시도로서, 그 내부가 투시되도록 도시한 도면이다.

도 2는 본 발명의 일실시예의 수배전반(100)에 탑재되는 전력절감장치(30a)의 분해 사시도이다. 도 2에서는 장치 내부가 보이도록 전면(前面)의 일부를 절개하였고, 내부 구조물을 육안으로 용이하게 확인할 수 있게 하기 위해 내부 충전물인 토르마린 중간층과 모자나이트 분말층을 편의상 도시를 생략하였다.

도 3은 본 발명의 일실시예의 수배전반(100)에 탑재되는 전력절감장치(30a)의 종단면도이다.

도 4는 본 발명의 일실시예의 수배전반(100)에 탑재되는 전력절감장치(30a)를 에어컨에 설치한 경우 전력 사용량이 감소함을 보여주는 막대그래프이다.

도 5는 본 발명의 일실시예의 수배전반(100)에 탑재되는 전력절감장치(30a)를 콤프레셔에 설치한 경우 전력 사용량이 감소함을 보여주는 막대그래프이다.

도 6은 본 발명의 일실시예의 수배전반(100)에 탑재되는 전력절감장치(30a)를 지하 변전실에 설치한 경우 전등 및 전열기의 전력 사용량이 감소함을 보여주는 전력 사용량 변동그래프이다.

도 7은 본 발명의 일실시예의 수배전반(100)에 탑재되는 전력절감장치(30a)를 콤프레셔실에 설치한 경우 DC 모터의 전력 사용량이 감소함을 보여주는 전력 사용량 변동그래프이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100: 수배전반 10: 메인 차단기

20: 전력모선 30a, 30b, 30c, 30d: 전력절감장치

40a-40i: 배선용 차단기 l, w: 전선

110: 본체 케이스 120: 토르마린 중간층

112: 상부 덮개 114: 하부 하우징

116: 이음새 130: 전리판

140: 전도판 150: 모자나이트 분말층

150a: 상부 모자나이트 분말층 150b: 하부 모자나이트 분말층

160: 전선 170: 터미널

Claims

외부로부터 공급되는 전류를 전력모선을 통해 각 사용자 단위로 분배하고 누전이나 과부하 발생시 전류를 차단하는 수배전반에 있어서,

상기 수배전반 내부에 설치되고 전력 케이블을 통해 외부로부터 인입되는 전류를 차단하는 메인 차단기와,

상기 메인 차단기가 차단되지 않은 경우 상기 메인 차단기를 통해 상기 전력케이블과 전기적으로 연결되어 외부로부터 인입되는 전류를 분배하는 전력모선과,

상기 전력모선을 구성하는 전력선들에 전기적으로 연결되는 전력절감장치를 포함하고,

상기 전력절감장치는 케이스 본체와, 상기 케이스 본체의 내부에 수용되는 토르마린 분말, 영구자석가루 및 수분(H₂O)의 혼합물 층인 토르마린 중간층과, 상기 케이스 본체의 내부에서 상기 토르마린 중간층을 사이에 두고 상하에 위치하는 도전성 금속의 전리판과, 상기 토르마린 중간층에 매립된 상태로 위치하는 전도판을 포함하는 것을 특징으로 하는 고절전형 수배전반.
제1항에 있어서,

상기 전력모선은 삼상4선식이고, 4개의 전력절감장치가 상기 전력모선을 구성하는 4개의 전력선에 각각 개별적으로 제공되어 전기적으로 연결되는 것을 특징 으로 하는 고절전형 수배전반.
제1항에 있어서,

상기 전력모선은 삼상3선식이고, 3개의 전력절감장치가 상기 전력모선을 구성하는 3개의 전력선에 각각 개별적으로 제공되어 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 고절전형 수배전반.
제1항에 있어서,

상기 전력모선을 구성하는 전력선들 중 적어도 2개의 전력선에는 배선용 차단기가 전기적으로 연결되고, 상기 전력절감장치는 상기 메인 차단기와 상기 배선용 차단기 사이에 설치되는 것을 특징으로 하는 고절전형 수배전반.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 전력절감장치는 상기 케이스 본체의 상하 내벽에 모자나이트 분말로 이루어진 모자나이트 분말층을 추가로 포함하고, 상기 전리판은 상기 토르마린 중간층과 상기 모자나이트 분말층의 경계면에 위치하는 것을 특징으로 하는 고절전형 수배전반.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 케이스 본체는 서로 분리결합이 가능한 하부 하우징과 상부 덮개로 구 성되는 것을 특징으로 하는 고절전형 수배전반.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 전력절감장치는 상기 전력모선의 구분에 따라 단위모듈들이 집합된 전력절감장치 세트로 구성하여 전력모선에 연결되는 것을 특징으로 하는 고절전형 수배전반.