KR101487142B1 - 중성선 전류 제거 장치 및 방법 - Google Patents

중성선 전류 제거 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 중성선 전류 제거 장치 및 방법에 관한 것으로서, 부하 계통의 중성선에 1차 권선이 연결되고 전원 계통과 부하 계통간의 R상의 위상선에 2차 권선이 연결되어 부하 계통과 함께 하나의 폐회로를 형성하는 제1 변압기; 부하 계통의 중성선에 1차 권선이 연결되고 전원 계통과 부하 계통간의 S상의 위상선에 2차 권선이 연결되어 부하 계통과 함께 하나의 폐회로를 형성하는 제2 변압기; 부하 계통의 중성선에 1차 권선이 연결되고 전원 계통과 부하 계통간의 T상의 위상선에 2차 권선이 연결되어 부하 계통과 함께 하나의 폐회로를 형성하는 제3 변압기를 포함하고, 제1 변압기, 제2 변압기 및 제3 변압기는, 제1 변압기, 제2 변압기 및 제3 변압기와 전원 계통 간의 중성선을 통해 전원 계통으로 흐르는 전류 INS를 0으로 조절하도록 제1 변압기, 제2 변압기 및 제3 변압기의 권선비 K가 설정된다. 상기 구성에 의하면, 위상선과 부하 계통의 중성선 사이에 변압기를 구비하고 변압기의 권선비를 조절하여 전원 계통의 중성선으로는 전류가 흐르지 않도록 설정함으로써, 전원 계통으로는 중성선 전류가 유입되지 않도록 하는 효과가 있다.

Description

중성선 전류 제거 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR REMOVING NEUTRAL LINE CURRENT}
본 발명은 3상 다선식 전력 계통에 관련된 것으로서, 구체적으로는 중성선 전류를 제거하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이며, 좀 더 구체적으로는 부하 계통에서 전원 계통으로 흐르는 중성선 전류 즉, 영상분(3의 배수 고조파) 전류 및 불평형 부하전류를 효율적으로 제거하는 중성선 전류 제거 장치 및 방법에 관한 것이다.
아파트, 오피스텔, 빌딩, 호텔, 병원, 백화점 및 방송국 등에 컴퓨터, 프린터, 복사기, 에어컨, 전자식 형광등 및 무정전 전원장치와 같은 비선형 부하의 사용이 증가함에 따라 부하 계통에서 발생한 영상분 전류가 중성선(neutral line)을 통하여 전원 계통으로 유입되는 현상이 증가하고 있다.
이러한 중성선 전류는 변압기나 케이블, 콘덴서 및 차단기와 같은 전력 기기가 과열되거나 소손되는 주원인이 되고 있으며, 역률 저하와 전력 손실로 인하여 전력 비용이 증가하고 제어 기기의 오동작을 야기시키게 된다.
이에, 중성선과 위상선 사이에 지그재그 변압기(zigzag transformer)를 부가하여 중성선의 영상분 전류를 저감하는 방식이 많이 이용되고 있다.
도 1a는 영상분 전류를 제거하기 위한 종래 지그재그 변압기의 연결 구성도이고, 도 1b는 종래의 지그재그 변압기(zigzag transformer)의 구성도이다.
도 1a를 참조하면, 지그재그 변압기(30)는 전원 계통(10)과 부하 계통(20)간의 위상선과 부하 계통(20)의 중성선 사이에 구비됨을 알 수 있다. 지그재그 변압기(30)는 부하 계통에서 전원 계통으로 흐르는 영상분 고조파 전류가 유입되도록 구성되는데, 전원 임피던스, 케이블 임피던스 등 계통의 임피던스가 지그재그 변압기(30)의 임피던스보다 작은 경우에는 영상분 전류의 제거 효과가 떨어지는 문제점이 있다.
도 1b를 살펴보면, 지그재그 변압기(30)는 철심에 2개의 권선을 반대 방향으로 감고 있으며, 영상분 전류는 위상을 반대로 하여 상쇄하게 하고, 정상분 및 역상분 전류는 벡터 합성이 크게 되도록 한 것으로, 영상분 임피던스는 작게 하고 정상분 및 역상분 임피던스는 크게 하도록 구성된다.
등록특허공보 10-0428458 및 등록특허공보 10-0493987에서는 지그재그 변압기를 이용한 영상분 제거 방식을 예시하고 있다.
등록특허공보 10-0428458에서는 지그재그 변압기와 부하 계통 사이에 리액터(reactor)와 콘덴서 조합을 더 접속시켜 고조파 성분을 제거하고 있다. 또한, 등록특허공보 10-0493987에서도 영상분 차단 리액터를 별도로 부가하여 영상분 전류가 전원 계통으로 유입되는 것을 차단하고 있다.
상기 문헌과 같은 방식으로 지그재그 변압기(30)의 영상분 전류 제거 효과를 높이기 위해 지그재그 변압기와 리액터(reactor) 등의 전력 소자를 조합하여 설치하는 등의 다양한 방법이 이용되고 있다. 그러나, 상기와 같은 방식은 그 임피던스 정합을 위해 리액터나 다른 소자들을 부가하여 설계하여야 하므로, 전력 설비마다 상당한 어려움이 발생할 수밖에 없다는 문제점이 있다.
또한, 지그재그 변압기(30)를 이용하는 방식은 중성선 전류를 구성하는 영상분 전류와 불평형 부하전류 중에서 영상분 전류 즉, 3고파 성분을 제거할 수는 있으나 불평형 부하 계통으로부터 전원 계통으로 유입되는 불평형 부하전류를 제거할 수는 없다는 근본적인 문제점을 안고 있다.
10-0428458 10-0493987
본 발명의 목적은 중성선 전류 제거 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 중성선 전류 제거 방법을 제공하는 데 있다.
상술한 본 발명의 목적에 따른 중성선 전류 제거 장치는, 부하 계통의 중성선(neutral line)에 1차 권선(primary windings)이 연결되고 전원 계통과 상기 부하 계통간의 R상의 위상선에 2차 권선(secondary windings)이 연결되어 상기 부하 계통과 함께 하나의 폐회로를 형성하는 제1 변압기(transformer); 상기 부하 계통의 중성선에 1차 권선이 연결되고 상기 전원 계통과 상기 부하 계통간의 S상의 위상선에 2차 권선이 연결되어 상기 부하 계통과 함께 하나의 폐회로를 형성하는 제2 변압기; 상기 부하 계통의 중성선에 1차 권선이 연결되고 상기 전원 계통과 상기 부하 계통간의 T상의 위상선에 2차 권선이 연결되어 상기 부하 계통과 함께 하나의 폐회로를 형성하는 제3 변압기를 포함하도록 구성될 수 있다.
여기서, 상기 제1 변압기, 제2 변압기 및 제3 변압기는, 상기 제1 변압기, 제2 변압기 및 제3 변압기와 상기 전원 계통 간의 중성선을 통해 상기 전원 계통으로 흐르는 전류 INS를 0으로 조절하도록 상기 제1 변압기, 제2 변압기 및 제3 변압기의 권선비 K가 설정되도록 구성된다.
그리고 상기 제1 변압기, 제2 변압기 및 제3 변압기는, 각 1차측 권선(primary windings)이 오픈 델타(open delta) 결선이고, 각 2차측 권선(secondary windings)이 와이(wye) 결선으로 구성될 수 있다.
한편, 상기 제1 변압기, 제2 변압기 및 제3 변압기는, 각각 다권선 변압기(multi-winding transformer)로 구성될 수 있다.
상술한 본 발명의 다른 목적에 따른 중성선 전류 제거 방법은, 중성선에 구비되는 변압기로부터 상기 중성선을 통해 전원 계통으로 흐르는 전류 INS가 입력되고 부하 계통으로부터 상기 변압기로 흐르는 전류 INL이 입력되는 단계; 상기 입력된 전류 INL이 제1 설정값보다 커지면, 고조파 전압원이 전원 계통에서 변압기로 이동하여 형성되는 단계; 상기 형성된 고조파 전압원에 의한 전류가 상기 변압기를 통해 위상선으로 이동하여 상기 부하 계통으로 순환되는 단계; 상기 전원 계통으로 흐르는 전류 INS가 제2 설정값보다 커지면, 상기 변압기와 상기 전원 계통 간의 중성선을 통해 상기 전원 계통으로 흐르는 전류 INS를 0으로 조절하도록 상기 변압기의 권선비 K가 변경되는 단계를 포함하도록 구성될 수 있다.
여기에서, 상기 형성된 고조파 전압원에 의한 전류가 상기 변압기를 통해 위상선으로 이동하여 상기 부하 계통으로 순환되는 단계는, 상기 부하 계통의 중성선(neutral line)이 연결되는 제1 변압기(transformer)의 1차 권선(primary windings)에 전압 V1NCRTrR이 형성되면 상기 전원 계통과 상기 부하 계통간의 R상의 위상선에 연결되는 상기 제1 변압기의 2차 권선(secondary windings)에 V2NCRTrR이 유기되면서 전류 K X IRh3가 상기 부하 계통, 상기 중성선, 상기 제1 변압기, 상기 R상의 위상선을 따라 순환하는 단계; 상기 부하 계통의 중성선(neutral line)이 연결되는 제2 변압기(transformer)의 1차 권선(primary windings)에 전압 V1NCRTrS이 형성되면 상기 전원 계통과 상기 부하 계통간의 S상의 위상선에 연결되는 상기 제2 변압기의 2차 권선(secondary windings)에 V2NCRTrS가 유기되면서 전류 K X ISh3가 상기 부하 계통, 상기 중성선, 상기 제2 변압기, 상기 S상의 위상선을 따라 순환하는 단계; 상기 부하 계통의 중성선(neutral line)이 연결되는 제3 변압기(transformer)의 1차 권선(primary windings)에 전압 V1NCRTrT가 형성되면 상기 전원 계통과 상기 부하 계통간의 T상의 위상선에 연결되는 상기 제3 변압기의 2차 권선(secondary windings)에 V2NCRTrT가 유기되면서 전류 K X ITh3가 상기 부하 계통, 상기 중성선, 상기 제3 변압기, 상기 T상의 위상선을 따라 순환하는 단계를 포함하도록 구성될 수 있다.
상술한 중성선 전류 제거 장치 및 방법에 의하면, 위상선과 부하 계통의 중성선 사이에 변압기를 구비하고 변압기의 권선비를 조절하여 전원 계통의 중성선으로는 전류가 흐르지 않도록 설정함으로써, 전원 계통으로는 중성선 전류가 유입되지 않도록 하는 효과가 있다.
또한, 지그재그 변압기와 달리 계통의 임피던스에 영향 받지 않으므로, 설치 위치에 무관하게 중성선 전류를 제거할 수 있는 효과가 있다. 또한, 중성선 전류 제거 효율을 높이기 위하여 별도의 전력소자를 부가할 필요가 없으므로 유지보수가 용이한 장점이 있으며, 그 설치 비용도 현저하게 줄어들게 된다.
또한, 지그재그 변압기와 달리 영상분 전류 외에도 불평형 부하 계통에 의한 불평형 부하 전류도 제거함으로써, 중성선 전류를 확실하게 제거할 수 있는 효과가 있다.
또한, 타 부하 계통으로부터 중성선 전류 제거 장치가 설치된 부하 계통으로 유입되는 중성선 전류의 영향을 받지 않으므로 중성선 전류 제거 장치의 과부하 및 과열을 방지할 수 있는 효과가 있다.
도 1a는 영상분 전류를 제거하기 위한 종래 지그재그 변압기의 연결 구성도이다.
도 1b는 종래의 지그재그 변압기(zigzag transformer)의 구성도이다.
도 2a는 본 발명의 제1 실시예에 따른 중성선 전류 제거 장치의 연결 구성도이다.
도 2b는 본 발명의 제1 실시예에 따른 제1 변압기, 제2 변압기 및 제3 변압기의 구성도이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 중성선 전류 제거 장치의 연결 구성도이다.
도 4a는 종래 지그재그 변압기를 적용한 중성선 전류 제거 장치의 실험 계통도이다.
도 4b는 종래 지그재그 변압기를 적용한 중성선 전류 제거 장치의 중성선 전류를 나타내는 그래프이다.
도 4c는 종래 지그재그 변압기를 적용한 중성선 전류 제거 장치의 고조파 스펙트럼을 나타내는 그래프이다.
도 5a는 본 발명에 따른 중성선 전류 제거 장치의 실험 계통도이다.
도 5b는 본 발명에 따른 중성선 전류 제거 장치의 중성선 전류를 나타내는 그래프이다.
도 5c는 본 발명에 따른 중성선 전류 제거 장치의 고조파 스펙트럼을 나타내는 그래프이다.
도 6a는 본 발명의 일 실시예에 따른 중성선 전류 제거 방법의 구성도이다.
도 6b는 본 발명의 일 실시예에 따른 중성선 전류 제거 방법의 흐름도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용에 상세하게 설명하고자 한다.
그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다.
일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 2a는 본 발명의 제1 실시예에 따른 중성선 전류 제거 장치의 연결 구성도이고, 도 2b는 본 발명의 제1 실시예에 따른 제1 변압기, 제2 변압기 및 제3 변압기의 구성도이다.
먼저 도 2a를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 중성선 전류 제거 장치(100)는 제1 변압기(transformer)(110), 제2 변압기(120), 제3 변압기(130)를 포함하도록 구성될 수 있다.
이하, 세부적인 구성에 대하여 설명한다.
제1 변압기(110)는 부하 계통(20)의 중성선(neutral line)에 1차 권선(primary windings)이 연결되도록 구성될 수 있다.
그리고 제1 변압기(110)는 전원 계통(10)과 부하 계통(20)간의 R상의 위상선에 2차 권선(secondary windings)이 연결되도록 구성될 수 있다.
부하 계통(20), 부하 계통(20)의 중성선, 제1 변압기(110)의 1차 권선, 제1 변압기(110)의 2차 권선, R상의 위상선 그리고 부하 계통(20)은 하나의 폐회로를 구성하게 된다.
제2 변압기(120)는 부하 계통(20)의 중성선에 1차 권선이 연결되고 전원 계통(10)과 부하 계통(20)간의 S상의 위상선에 2차 권선이 연결되도록 구성될 수 있다.
마찬가지로 부하 계통(20), 부하 계통(20)의 중성선, 제2 변압기(120)의 1차 권선, 제2 변압기(120)의 2차 권선, S상의 위상선 그리고 부하 계통(20)은 하나의 폐회로를 구성하게 된다.
제3 변압기(130)는 부하 계통(20)의 중성선에 1차 권선이 연결되고 전원 계통(10)과 부하 계통(20)간의 T상의 위상선에 2차 권선이 연결되도록 구성될 수 있다.
또 마찬가지로 부하 계통(20), 부하 계통(20)의 중성선, 제3 변압기(130)의 1차 권선, 제3 변압기(130)의 2차 권선, T상의 위상선 그리고 부하 계통(20)은 하나의 폐회로를 구성하게 된다.
부하 계통(20)의 중성선을 통해 부하 계통(20)으로부터 3고조파에 의한 중성선 전류 IRh3, ISh3, ITh3의 합인 INL이 흘러 나오게 된다. 즉, 3상 위상선 각각의 고조파가 합성되어 중성선을 통해 나오게 된다.
이 중성선 전류는 제1 변압기(110), 제2 변압기(120), 제3 변압기(130)에 의해 3상 위상선으로 각각 전달되게 된다. 이러한 중성선 전류는 앞서 형성된 각각 3개의 폐회로를 통해 흐르게 된다.
좀 더 구체적으로는, 3고조파 전류인 IRh3, ISh3, ITh3에 의해 제1 변압기(110), 제2 변압기(120) 및 제3 변압기(130)의 1차 권선에 각각 V1NCRTrR, V1NCRTrS, V1NCRTrT의 전압이 형성된다. 그리고 2차 권선에는 각각 V2NCRTrR, V2NCRTrS, V2NCRTrT의 전압이 형성된다. 여기서, 권선비는 K라고 하면, 위 폐회로를 통해 각각 K X IRh3, K X ISh3, K X ITh3의 고조파 전류가 부하 계통(20)과 중성선 전류 제거 장치(100)를 순환하게 된다. 즉, 폐회로의 특정 분기점에서 키르히호프의 전류 법칙(Kirchhoff's Current Law, KCL)에 따라 순환 전류의 유출량과 유입량이 같아지게 되기 때문이다.
그러므로, 중성선 전류 제거 장치(100)의 권선비 K를 조절하여 전원 계통(10)의 중성선으로 전류 INS가 흘러나가지 않고 폐회로 내에서 3고조파 전류가 순환하도록 함으로서, 중성선 전류 INS를 제거할 수 있게 된다.
기존에 지그재그 변압기(30)의 방식과 달리 임피던스를 고려할 필요가 없으므로, 매우 간단하고 편리하게 설비를 구축하고 유지 보수하는 데에도 매우 용이하다.
한편, 중성선 전류 제거 장치(100)의 각 1차측 권선(primary windings)은 오픈 델타(open delta) 결선이고, 각 2차측 권선(secondary windings)은 와이(wye) 결선으로 구성되는 것이 바람직하다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 중성선 전류 제거 장치의 연결 구성도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 중성선 전류 제거 장치(200)는 제1 변압기(210), 제2 변압기(220), 제3 변압기(230)를 포함하도록 구성될 수 있다.
이하, 세부적인 구성에 대하여 설명한다.
제1 변압기(210), 제2 변압기(220), 제3 변압기(230)는 각각 다권선 변압기(multi-winding transformer)로 구성되며, 제2 실시예에서는 3권선 변압기로 구성되어 있다.
도 4a는 종래 지그재그 변압기를 적용한 중성선 전류 제거 장치의 실험 계통도이고, 도 4b는 종래 지그재그 변압기를 적용한 중성선 전류 제거 장치의 중성선 전류를 나타내는 그래프이고, 도 4c는 종래 지그재그 변압기를 적용한 중성선 전류 제거 장치의 고조파 스펙트럼을 나타내는 그래프이다. 또한, 도 5a는 본 발명에 따른 중성선 전류 제거 장치의 실험 계통도이고, 도 5b는 본 발명에 따른 중성선 전류 제거 장치의 중성선 전류를 나타내는 그래프이고, 도 5c는 본 발명에 따른 중성선 전류 제거 장치의 고조파 스펙트럼을 나타내는 그래프이다.
도 4a 내지 도 4c와도 5a 내지 도 5c를 참조하면, 종래에 비하여 본 발명에서 확연히 영상분 전류와 중성선 전류의 제거에 대한 개선이 이루어졌음을 알 수 있다.
다음의 표 1은 그러한 실험 데이터를 수치적으로 나타내고 있다.
구 분 영상분 전류
(3고조파 전류)		 영상분 전류 제거율(%) 중성선 전류
(영상분 +불평형) 전류		 중성선 전류 제거율(%) 비 고
전원계통(A) 부하계통(A) 전원계통(A) 부하계통(A)
Zigzag Tr 10.66 29.93 64.38 10.89 30.60 64.41 종래기술
NCR 0.20 30.22 99.34 0.20 30.61 99.35 발명기술
표 1에서 보듯이 지그재그 변압기(30)는 영상분 전류 제거율이 64.38%로 측정되었으며, 본 발명에 따른 중성선 전류 제거장치는 영상분 전류 제거율이 99.34%로 측정되었다. 전원 계통(10)으로 흐르는 영상분 전류가 확실히 제거되었음을 알 수 있다.
또한, 지그재그 변압기(30)는 중성선 전류 제거율이 64.41%로 측정되었으며, 본 발명에 따른 중성선 전류 제거장치는 중성선 전류 제거율이 99.35%로 측정되었다. 전원계통(10)으로 흐르는 영상분 전류와 불평형 부하 전류, 즉, 중성선 전류가 확실하게 제거되었음을 확인할 수 있다.
이와 같이, 본 발명에 따른 중성선 전류 제거 장치는 종래의 지그재그 변압기(30)에 비하여 현저히 우수한 중성선 전류 제거 기능을 갖고 있으며, 그 설계나 설치 그리고 유지/보수의 면에서도 탁월한 우수성을 가짐을 알 수 있다.
도 6a는 본 발명의 일 실시예에 따른 중성선 전류 제거 방법의 구성도이다.
도 6a를 참조하면, 본 발명에 따른 중성선 전류 제거 원리가 나타나 있다.
도 6a에서는 변압기(110, 120, 130) 대신 고조파 전압원(310, 320, 330)이 표시되어 있다.
앞서 설명한 바와 같이 비선형의 부하 계통(20)에서 발생한 고조파 전류는 중성선을 통하여 전원 계통(10)으로 흐르게 되는데, 중성선 전류 제거 장치가 설치되지 않을 경우에는 전원 계통(10)에 기본파 전압원(VRh1, VSh1, VTh1)과, 고조파 전압원(VRh3, VSh3, VTh3)이 형성된다. 하지만, 본 발명에 의한 중성선 전류 제거 장치를 설치하면, 기본파 전압원(VRh1, VSh1, VTh1)은 전원 계통(10)에 형성되고 고조파 전압원(VRh3', VSh3', VTh3')은 변압기(110, 120, 130)에 형성된다.
본 발명의 핵심은 이와 같이 기본파 전압은 전원 계통(10)이 공급하게 하고 고조파 전압은 변압기(110, 120, 130)가 공급하도록 구성된다. 즉, 권선비 K의 조절에 의한 고조파 전압원의 이동이 본 발명의 핵심이라 할 수 있다.
도 6b는 본 발명의 일 실시예에 따른 중성선 전류 제거 방법의 흐름도이다.
도 6b를 참조하면, 중성선에 구비되는 변압기(110, 120, 130)로부터 중성선을 통해 전원 계통(10)으로 흐르는 전류 INS가 입력되고 부하 계통(20)으로부터 변압기(110, 120, 130)로 흐르는 전류 INL이 입력된다(S101).
다음으로, 앞서 입력된 전류 INL이 제1 설정값보다 커지면(S102), 고조파 전압원이 전원 계통(10)에서 변압기(110, 120, 130)로 이동하여 형성된다(S103a, S103b, S103c).
이에 의해, 앞서 형성된 고조파 전압원에 의한 전류가 변압기(110, 120, 130)를 통해 위상선으로 이동하여 부하 계통(20)으로 순환된다(S104a, S104b, S104c).
좀 더 구체적으로는, 부하 계통(20)의 중성선(neutral line)이 연결되는 제1 변압기(transformer)(110)의 1차 권선(primary windings)에 전압 V1NCRTrR이 형성되면 전원 계통(10)과 부하 계통(20)간의 R상의 위상선에 연결되는 제1 변압기(110)의 2차 권선(secondary windings)에 V2NCRTrR이 유기되면서 전류 K X IRh3가 부하 계통(20), 중성선, 제1 변압기(110), R상의 위상선을 따라 순환한다(S104a). 그리고 부하 계통(20)의 중성선(neutral line)이 연결되는 제2 변압기(transformer)(120)의 1차 권선(primary windings)에 전압 V1NCRTrS이 형성되면 전원 계통(10)과 부하 계통(20)간의 S상의 위상선에 연결되는 제2 변압기(120)의 2차 권선(secondary windings)에 V2NCRTrS가 유기되면서 전류 K X ISh3가 부하 계통(20), 중성선, 제2 변압기(120), S상의 위상선을 따라 순환한다(S104b). 그리고 부하 계통(20)의 중성선(neutral line)이 연결되는 제3 변압기(transformer)(130)의 1차 권선(primary windings)에 전압 V1NCRTrT가 형성되면 전원 계통(10)과 부하 계통(20)간의 T상의 위상선에 연결되는 제3 변압기(130)의 2차 권선(secondary windings)에 V2NCRTrT가 유기되면서 전류 K X ITh3가 부하 계통(20), 중성선, 제3 변압기(130), T상의 위상선을 따라 순환한다(S104c).
다음으로, 앞서 입력된 전원 계통(10)으로 흐르는 전류 INS가 제2 설정값보다 커지면(S105), 변압기(110, 120, 130)와 전원 계통(10) 간의 중성선을 통해 전원 계통(10)으로 흐르는 전류 INS를 0으로 조절하도록 변압기(110, 120, 130)의 권선비 K가 변경된다(S106).
이때, 제1 변압기(110), 제2 변압기(120) 및 제3 변압기(130)는, 제1 변압기(110), 제2 변압기(120) 및 제3 변압기(130)와 전원 계통(10) 간의 중성선을 통해 전원 계통(10)으로 흐르는 전류 INS를 0으로 조절하도록 제1 변압기(110), 제2 변압기(120) 및 제3 변압기(130)의 각 탭(tab)을 조절하여 권선비 K가 설정될 수 있다. 이러한 탭의 조절에 의한 권선비 설정은 전류 센서에 의한 INL, INS를 감지하여 자동으로 권선비를 조절하여 설정하도록 구성되는 것이 바람직하다.
이상 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
10: 전원 계통 20: 부하 계통
30: 지그재그 변압기 110: 제1 변압기
120: 제2 변압기 130: 제3 변압기
210: 제1 변압기 220: 제2 변압기
230: 제3 변압기 310: 고조파 전압원
320: 고조파 전압원 330: 고조파 전압원

Claims (5)

  1. 부하 계통의 중성선(neutral line)에 1차 권선(primary windings)이 연결되고 전원 계통과 상기 부하 계통간의 R상의 위상선에 2차 권선(secondary windings)이 연결되어 상기 부하 계통과 함께 하나의 폐회로를 형성하는 제1 변압기(transformer);
    상기 부하 계통의 중성선에 1차 권선이 연결되고 상기 전원 계통과 상기 부하 계통간의 S상의 위상선에 2차 권선이 연결되어 상기 부하 계통과 함께 하나의 폐회로를 형성하는 제2 변압기;
    상기 부하 계통의 중성선에 1차 권선이 연결되고 상기 전원 계통과 상기 부하 계통간의 T상의 위상선에 2차 권선이 연결되어 상기 부하 계통과 함께 하나의 폐회로를 형성하는 제3 변압기를 포함하고,
    상기 제1 변압기, 제2 변압기 및 제3 변압기는,
    상기 제1 변압기, 제2 변압기 및 제3 변압기와 상기 전원 계통 간의 중성선을 통해 상기 전원 계통으로 흐르는 전류 INS를 0으로 조절하도록 상기 제1 변압기, 제2 변압기 및 제3 변압기의 권선비 K가 설정되는 것을 특징으로 하는 중성선 전류 제거 장치(Neutral line Current Remover, NCR).
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 변압기, 제2 변압기 및 제3 변압기는,
    각 1차측 권선(primary windings)이 오픈 델타(open delta) 결선이고, 각 2차측 권선(secondary windings)이 와이(wye) 결선으로 구성되는 것을 특징으로 하는 중성선 전류 제거 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1 변압기, 제2 변압기 및 제3 변압기는,
    각각 다권선 변압기(multi-winding transformer)로 구성되는 것을 특징으로 하는 중성선 전류 제거 장치.
  4. 중성선에 구비되는 변압기로부터 상기 중성선을 통해 전원 계통으로 흐르는 전류 INS가 입력되고 부하 계통으로부터 상기 변압기로 흐르는 전류 INL이 입력되는 단계;
    상기 입력된 전류 INL이 제1 설정값보다 커지면, 고조파 전압원이 전원 계통에서 변압기로 이동하여 형성되는 단계;
    상기 형성된 고조파 전압원에 의한 전류가 상기 변압기를 통해 위상선으로 이동하여 상기 부하 계통으로 순환되는 단계;
    상기 전원 계통으로 흐르는 전류 INS가 제2 설정값보다 커지면, 상기 변압기와 상기 전원 계통 간의 중성선을 통해 상기 전원 계통으로 흐르는 전류 INS를 0으로 조절하도록 상기 변압기의 권선비 K가 변경되는 단계를 포함하는 중성선 전류 제거 방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 형성된 고조파 전압원에 의한 전류가 상기 변압기를 통해 위상선으로 이동하여 상기 부하 계통으로 순환되는 단계는,
    상기 부하 계통의 중성선(neutral line)이 연결되는 제1 변압기(transformer)의 1차 권선(primary windings)에 전압 V1NCRTrR이 형성되면 상기 전원 계통과 상기 부하 계통간의 R상의 위상선에 연결되는 상기 제1 변압기의 2차 권선(secondary windings)에 V2NCRTrR이 유기되면서 전류 K X IRh3가 상기 부하 계통, 상기 중성선, 상기 제1 변압기, 상기 R상의 위상선을 따라 순환하는 단계;
    상기 부하 계통의 중성선(neutral line)이 연결되는 제2 변압기(transformer)의 1차 권선(primary windings)에 전압 V1NCRTrS이 형성되면 상기 전원 계통과 상기 부하 계통간의 S상의 위상선에 연결되는 상기 제2 변압기의 2차 권선(secondary windings)에 V2NCRTrS가 유기되면서 전류 K X ISh3가 상기 부하 계통, 상기 중성선, 상기 제2 변압기, 상기 S상의 위상선을 따라 순환하는 단계;
    상기 부하 계통의 중성선(neutral line)이 연결되는 제3 변압기(transformer)의 1차 권선(primary windings)에 전압 V1NCRTrT가 형성되면 상기 전원 계통과 상기 부하 계통간의 T상의 위상선에 연결되는 상기 제3 변압기의 2차 권선(secondary windings)에 V2NCRTrT가 유기되면서 전류 K X ITh3가 상기 부하 계통, 상기 중성선, 상기 제3 변압기, 상기 T상의 위상선을 따라 순환하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 중성선 전류 제거 방법.
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