KR101397672B1 - 변류기를 이용한 발전장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 변류기에서 발생한 자기장에너지를 이용하여 일반적으로 사용할 수 있는 상용전력을 생산할 수 있는 변류기를 이용한 발전장치에 관한 것이다.
본 발명의 변류기를 이용한 발전장치는 부하 측으로 전력을 공급하는 전선로에 흐르는 전류를 검출하는 변류기; 상기 변류기가 설치된 전선로에서 발생하는 전압강하를 보상하기 위하여 설치되는 변압기; 상기 변류기의 2차측라인을 폐회로로 연결하여 변류기에서 생성되는 자기장에너지에서 전압을 발생시키기 위한 저항기; 상기 저항기를 통하여 발생된 교류전력을 직류전력으로 변환하기 위한 컨버터; 상기 컨버터에서 변환된 직류전력이 저장되는 축전지; 상기 축전지에 저장된 직류전략을 교류전력으로 변환시키기 위한 인버터를 포함하는 변류기를 이용한 발전장치를 제공한다.

Description

변류기를 이용한 발전장치{POWER GENERATION APPARATUS USING CURRENT TRANSFORMER}
본 발명은 변류기를 이용한 발전장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 변류기에서 발생되는 자기장 에너지를 이용하여 전력을 생산할 수 있는 변류기를 이용한 발전장치에 관한 것이다.
일반적으로 전력을 생산하기 위하여 대표적인 예로서 열에너지를 이용하는 방법과 운동 에너지를 이용한 방법이 이용되고 있다.
열에너지를 이용한 발전방법은 석탄, 석유, 가스 등과 같은 화석연료를 연소시키거나, 원자로 내에 핵분열 물질을 넣고 연쇄 반응을 서서히 일으켜 열에너지를 얻은 다음, 이 열에너지로 물을 가열하여 고온 고압의 증기를 만들고, 이 증기를 이용하여 발전기와 직결된 터빈을 돌려 발전하는 방식이다.
운동 에너지를 이용한 발전방법은 인공 댐 또는 자연력을 이용하는 방식으로서, 물이 갖는 위치에너지, 조수간만의 차이, 풍력, 바다 속의 해류 등을 이용하여 수차나 풍차 또는 터빈을 돌려 전기를 얻는 방식이다.
그러나 상기 열에너지를 이용한 발전은 화석연료가 연소과정에서 발생하는 각종 공해물질로 인하여 환경을 오염시키고, 핵연료는 수질오염 및 방사능과 같은 유해물질을 발생시키는 단점과 함께 이들 에너지원은 매장량의 한계가 있다. 그리고 운동에너지를 이용한 발전은 초기설치비용이 많이 소요되는 단점이 있다.
이러한 발전으로 생산된 전기에너지는 전선로를 이용하여 송전 및 변전 시스템을 경유하여 배전시스템을 통해 사용할 수 있는 전압으로 변환하여 공장, 빌딩, 가정 등 부하에 전력을 공급하게 된다.
이때 배전시스템에서는 부하에 공급되는 전력의 계측 등을 위하여 부하 측과 연결되는 전력선에는 변압기(Potential Transformer: PT), 변류기(Current Transformer: CT) 등이 설치되어 전압 및 전류를 검출하게 된다.
상기 변류기는 1차측의 전류 값은 매우 높아 이를 직접 계측할 수 없으므로 전류를 일정비율로 낮춰 계기의 계측이 가능하도록 하는 변성기이다.
이러한 변류기 방향성 규소강판 등을 링 형상으로 감은 코어에 2차코일을 감고, 그 링의 중앙 구멍에 피측정 전류선(부하측 전선로)을 관통시키면 관통전류의 권선수/1의 출력을 얻을 수 있다.
이와 같은 변류기의 전류를 검출하여 전류계, 전력계, 역률계 등에 접속하여 필요한 데이터를 검출할 수 있으며, 그 이외에도 과전류계전기를 동작시켜 부하 측의 과부하나 단락사고 시 회로를 차단하여 부하 측에 설치된 고압기기 등을 보호하게 된다.
이때 계측을 위하여 전선로에 설치된 변류기에는 전자기 유도현상에 의하여 자기장에 의한 전기에너지가 발생하는데, 이러한 유도기전력을 이용하여 소용량의 발전을 할 수 있는 기술로서 공개특허 10-2005-0020401호가 제안되어 있다.
상기 선행기술은 회전체의 외측 주변에 방사상으로 영구자석을 설치하여 자장을 형성하고, 이 회전체 내에 회전체와 함께 회전하는 유도코일을 설치하여 영구자석의 자장과 유도코일의 방향의 변화에 의해서 발생하는 유도기전력을 정류하여 자동차 타이어의 공기압 센서 전원으로 사용하도록 구성된다.
그러나 상기와 같은 선행기술의 발전장치는 자동차 주행 시 타이어가 회전함에 따라, 상기 영구자석의 자장 또는 지구의 자장과 상기 유도코일의 방향의 변화에 의해서 발생하는 유도 기전력을 정류하여 공기압 센서의 전원인 수은전지에 3V의 전원을 공급하기 위한 것으로서, 일반 가정의 전원이나 산업체의 동력으로는 사용할 수 없다.
본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 본 발명의 목적은 변류기에서 발생한 자기장에너지를 이용하여 일반적으로 사용할 수 있는 상용전력을 생산할 수 있는 변류기를 이용한 발전장치를 제공하는데 있다.
본 발명이 제안하는 변류기를 이용한 발전장치는 부하 측으로 전력을 공급하는 전선로에 흐르는 전류를 검출하는 변류기; 상기 변류기가 설치된 전선로에서 발생하는 전압강하를 보상하기 위하여 설치되는 변압기; 상기 변류기의 2차측라인을 폐회로로 연결하여 변류기에서 생성되는 자기장에너지에서 전압을 발생시키기 위한 저항기; 상기 저항기를 통하여 발생된 교류전력을 직류전력으로 변환하기 위한 컨버터; 상기 컨버터에서 변환된 직류전력이 저장되는 축전지; 상기 축전지에 저장된 직류전략을 교류전력으로 변환시키기 위한 인버터를 포함하는 변류기를 이용한 발전장치를 제공한다.
상기 변류기는 전선로에 복수개가 설치되고 이러한 변류기는 하나의 전선로에만 설치되거나 또는 복수의 전선로에 각각 설치된다.
또한 변류기는 1차측과 2차측이 직렬결선, 병렬결선, 복합결선 중에서 선택된 어느 하나로 각각 결선된다.
상기 컨버터와 축전지 사이에는 축전지의 과충전을 방지하는 충전용 컨트롤러가 제공된다.
상기 인버터에서 출력되는 교류전원은 연결선로를 통하여 전선로 및 전력사용처로 공급되도록 구성된다. 또한 인버터에서 출력되는 교류전원은 전력계통으로 송전되도록 구성된다.
상기 전력계통으로 송전되는 교류전력의 전압을 조절하기 위하여 송전변압기가 더욱 제공되고, 상기 전력계통으로 송전되는 교류전력의 안정적인 공급 및 발전장치의 보호를 위하여 전력계통 연계 보호 장치가 제공된다.
본 발명에 의한 변류기를 이용한 발전장치는 전기에너지를 소비하는 과정에서 변류기에서 발생한 자기장에너지를 이용하여 새로운 전력을 생산할 수 있다.
따라서 공해물질을 발생하지 않아 친환경적인 에너지를 생산할 수 있고, 적은 설치비용으로 발전장치를 구성할 수 있다.
또한 본 발명의 발전장치에서 생산된 전력은 일반 가정이나 사무실 또는 산업체의 동력으로 이용할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 변류기를 이용한 발전장치의 전체 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 변류기를 이용한 발전장치의 구조를 나타내는 단선도이다.
도 3은 본 발명에 따른 변류기를 이용한 발전장치의 구조를 나타내는 복선도이다.
도 4는 본 발명에 따른 변류기를 이용한 발전장치에 있어서 변류기의 설치상태를 설명하기 위한 도면이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 더욱 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 변류기를 이용한 발전장치의 전체 구성도이고, 도 2 및 도 3은 본 발명에 따른 변류기를 이용한 발전장치의 구조를 나타내는 단선도 및 복선도이고, 도 4는 본 발명에 따른 변류기를 이용한 발전장치에 있어서 변류기의 설치상태를 설명하게 위한 도면이다.
도시된 바와 같이 본 발명에 따른 변류기를 이용한 발전장치는 부하 측으로 전력을 공급하는 전선로(2)에 흐르는 전류를 검출하기 위해 설치되는 변류기(4)와, 상기 변류기(4)가 설치된 전선로(2)에서 발생하는 전압강하를 보상하기 위하여 설치되는 변압기(6)와, 상기 변류기(4)의 2차측라인을 폐회로로 연결하여 변류기(4)에서 생성되는 자기장에너지에서 전압을 발생시키기 위한 저항기(8)와, 상기 저항기(8)를 통하여 발생된 교류전력을 직류전력으로 변환하기 위한 컨버터(10)와, 상기 컨버터(10)에서 변환된 직류전력이 저장되는 축전지(12)와, 상기 축전지(12)에 저장된 직류전략을 교류전력으로 변환시키기 위한 인버터(14)를 포함한다.
상기 전선로(2)는 지상으로 설치하는 가공선로 및 지하에 설치하는 지중선로 등으로 설치될 수 있다.
그리고 변류기(4)를 용이하게 설치할 수 있도록 전선로(2) 구간 중에서 변류기(4)가 설치되는 구간은 실내공간으로 위치하도록 가설할 수 있으며, 그러면 변류기(4)를 용이하게 설치할 수 있고 이와 아울러 변류기의 보호 및 유지보수도 편리하게 할 수 있다.
즉, 일반적으로 전선로(2)는 지상에서 일정높이로 설치하거나 또는 지중에 매설된 관로를 통하여 지중에 설치하게 되는데, 이럴 경우 전선로(2)에 다수의 변류기(4)를 설치하는 것이 어렵고 또한 유지보수도 매우 힘들기 때문에 상기와 같이 전선로(2)를 가설하는 것이 바람직하다.
상기 변류기(4)는 패러데이 법칙에 따른 전자기 유도현상에 의하여 전선로(2)를 흐르는 전류를 검출하는 계측기로서, 검출 값은 변류기(4)와 전기적으로 연결된 계측기(미도시)에 표시하여 확인할 수 있도록 되어있다.
상기 변류기(4)는 피고정체에 고정하거나 또는 바닥면 등에 안착시켜 설치할 수 있다.
또한 변류기(4)는 도 4a에서와 같이 하나의 전선로(2)를 따라서 다수 개를 설치할 수도 있고, 도 4b에서와 같이 복수의 전선로를 따라서 각각의 전선로에 복수의 변류기(4)를 설치할 수 있다.
이와 같은 변류기(4)는 하나의 전선로(2)에 수백 개 내지 수천 개 또는 수만개 설치할 수 있는데, 그러면 부하 측으로 연결되는 전선로(2)의 길이가 상당히 길어질 수 있고 이때 전압강하로 인하여 부하 측에 공급되는 전압이 낮아질 수 있다.
이를 방지하기 위하여 변류기(4)의 1차측라인인 전선로(2)에는 변압기(6)가 설치되는데, 이 변압기(6)는 전선로(2)의 길이에 따른 전압강하 율을 충분히 보상하여 부하 측에 정격전압이 공급될 수 있도록 하는 역할을 한다.
상기와 같은 각각의 변류기(4)들은 1차측 및 2차측이 각각 직렬결선, 병렬결선, 복합결선(Y, V, Δ) 등을 이용하여 결선할 수 있다. 이러한 결선방법은 전력계통 등에서 통상적으로 사용되고 있는 방식을 이용할 수 있으므로 상세한 설명은 생략한다.
이러한 전선로(2)에 흐르는 전류를 변류기(4)를 이용하여 검출 할 경우 전자기 유도현상에 의하여 변류기(4)에서는 자기장에 의한 미세한 전기에너지가 발생한다.
따라서 상기 변류기(4)의 2차측라인을 폐회로로 연결하여 변류기(4)에서 생성되는 자기장에너지에서 전압을 발생시키기 위하여 변류기(4)의 2차측라인에는 저항기(8)가 연결된다.
즉, 변류기 2차측라인을 저항이 없는 전선로로 폐회를 구성할 경우 초미세 전압과 고전류를 검출할 수 있으나, 초미세 전압으로 인해 전류를 흐르게 할 수 없다. 따라서 초미세 전압을 전류가 흐를 수 있는 일정 전압으로 유지할 필요가 있으며, 이에 따라 일정한 전압을 생성하기 위해 적절한 저항값을 갖는 저항기를 변류기(4)의 2차측라인에 설치해야 한다.
이때 저항기(8)는 변류기(4)의 2차측라인에 병렬로 결선하거나 또는 직렬로 결선할 수 있다.
상기와 같은 구성을 통하여 각각의 변류기(4)에서 발생된 미세한 전력은 교류전력이므로 이를 직류전력으로 변환할 수 있도록 컨버터(10)가 제공된다.
그리고 컨버터(10)는 충전용 컨트롤러(16)를 통하여 축전지(12)와 연결되어 변환된 직류전력은 축전지(12)에 저장된다.
충전용 컨트롤러(16)는 컨버터(10)로부터 공급되는 전력량과 축전지(12)의 전력저장량을 각각 설정할 수 있도록 구성되어 축전지(12)의 과충전 방지 등을 제어한다.
상기 컨버터(10), 축전지(12), 충전용 컨트롤러(16) 및 인버터(14)는 태양열발전시스템에서 통상적으로 사용되고 있는 것을 이용할 수 있으므로 상세한 설명은 생략한다.
이렇게 축전지(12)에 저장된 직류전력은 인버터(14)를 통하여 교류전력으로 변환하여 사용처로 공급할 수 있다.
이때 인버터(14)에는 전선로(2)와 연결되는 연결선로(18)를 연결하여 전선로(2) 및 전력사용처(20)로 전력을 공급할 수 있다.
또한 인버터(14)에서 출력되는 전원은 송전변압기(22)를 통하여 전력계통에서 요하는 전압으로 변환한 다음, 전력계통 연계장치(24)를 통하여 전력계통으로 송전할 수도 있다.
상기 전력계통 연계장치(24)는 전력계통으로 송전되는 교류전력의 안정적인 공급 및 본 발명에 따른 발전장치의 보호 역할을 한다.
즉, 변류기를 이용하여 생산된 전력은 상용전력과 전압, 전류, 주파수 등의 서로 상이한 부분이 있는데, 상용전력과 상이한 것을 일치시키고, 또 본 발명의 발전장치를 보호하고 안정적으로 전력계통으로 송전망을 구성하기 위한 역할을 전력계통 연계장치(24)를 통하여 얻을 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예가 예시를 목적으로 설명되어 있으나 이에 제한되지는 않으며, 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 내에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것도 가능하다.
2: 전선로 4: 변류기
6: 변압기 8: 저항기
10: 컨버터 12: 축전지
14: 인버터 16: 충전용 컨트롤러
18: 연결선로 20: 전력사용처
22: 송전 변압기 24: 전력계통 연계장치

Claims (9)

  1. 부하 측으로 전력을 공급하는 전선로에 흐르는 전류를 검출하는 변류기;
    상기 변류기가 설치된 전선로에서 발생하는 전압강하를 보상하기 위하여 설치되는 변압기;
    상기 변류기의 2차측라인을 폐회로로 연결하여 변류기에서 생성되는 자기장에너지에서 전압을 발생시키기 위한 저항기;
    상기 저항기를 통하여 발생된 교류전력을 직류전력으로 변환하기 위한 컨버터;
    상기 컨버터에서 변환된 직류전력이 저장되는 축전지;
    상기 축전지에 저장된 직류전략을 교류전력으로 변환시키기 위한 인버터;
    를 포함하는 변류기를 이용한 발전장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 변류기는 전선로에 복수개가 설치되는 것을 특징으로 하는 변류기를 이용한 발전장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 변류기는 하나의 전선로에만 설치되거나 또는 복수의 전선로에 각각 설치된 것을 특징으로 하는 변류기를 이용한 발전장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 변류기는 1차측과 2차측이 직렬결선, 병렬결선, 복합결선 중에서 선택된 어느 하나로 각각 결선된 것을 특징으로 하는 변류기를 이용한 발전장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 컨버터와 축전지 사이에는 축전지의 과충전을 방지하는 충전용 컨트롤러가 제공된 것을 특징으로 하는 변류기를 이용한 발전장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 인버터에서 출력되는 교류전원은 연결선로를 통하여 전선로 및 전력사용처로 공급되도록 구성된 것을 특징으로 하는 변류기를 이용한 발전장치.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 인버터에서 출력되는 교류전원은 전력계통으로 송전되도록 구성된 것을 특징으로 하는 변류기를 이용한 발전장치.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 전력계통으로 송전되는 교류전력의 전압을 조절하기 위하여 송전변압기가 더욱 제공된 것을 특징으로 하는 변류기를 이용한 발전장치.
  9. 청구항 7에 있어서,
    상기 전력계통으로 송전되는 교류전력의 안정적인 공급 및 발전장치의 보호를 위하여 전력계통 연계 보호 장치가 제공된 것을 특징으로 하는 변류기를 이용한 발전장치.
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