KR101546786B1 - 상변환이 가능한 변전방법 및 그 변압기 - Google Patents

Abstract

상변환이 가능한 변전 방법이 제공된다. 상기 상변환이 가능한 변전 방법은 2상을 3상으로 또는 그 역으로 상변환 하는 방법에 있어서, 2상 전력이 입력 또는 출력되는 측은 소정의 권수비를 갖는 2조(A상, B상)의 전자기회로를 구성하고, 상기 2조(A상, B상)의 전기회로를 서로 교차하여 접속 및 결선하여 3상중 1상이 생략되어 전자기 유도를 수행하는 것을 특징으로 한다.

Description

상변환이 가능한 변전방법 및 그 변압기{METHOD AND DEVICE FOR PHASE　CHANGEABLE TRANSPORTATION}

본 발명은 상변환이 가능한 변전방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 종래의 V결선에 의해 변전하는 방식보다 변압기 이용률 및 효율을 상승시켜 변압기의 전력손실 비용과 기기비용을 절감할 수 있고 델타 결선뿐만 아니라 Y결선이 가능하여 델타 결선의 3선식 배전방식보다 높은 전압 및 낮은 전류 배전이 가능한 Y결선의 4선식 방식을 통해 선로에서 발생되는 전력손실 비용을 줄일 수 있는 상변환이 가능한 변전방법에 관한 것이다.

변압기는 1차코일에 입력되는 전압 및 전류를 철심을 매개로 한 자기회로에 의해 전자기유도작용으로 2차코일에 전압 및 전류를 변성하여 준다.

3상 변압기는 계통의 조건 및 사용목적에 따라 1차코일 및 2차코일의 시작 및 종리드의 접속 및 결선에 따라 도 1에 도시된 바와 같이 Y결선 또는 △결선이 결정되며, 각상은 120도의 위상차를 갖는다.

전력 발전을 저전압 대전류의 전력으로 발전하며, 이를 변압기에 의해 승압하여 전압을 높여주며, 반대로 전류를 낮추어 송전함으로써 선로에서 발생되는 손실을 최소화 한다. 변전소에서는 초고압으로 수전한 전력을 저전압으로 변성하여 배전선로에 전력을 공급한다. 배전선로는 각 수용가에 전력을 공급하는데 수용가는 부하의 종류에 따라 3상 또는 1상을 필요로 하기 때문에 일반적인 배전선로는 3상 4선식 또는 3상 3선식으로 배전하고 있다. 일부 배전선로는 1상 2선식으로 배전하고 있다. 수용가에서 3상을 필요로 하기 때문 3상으로 발전을 하고 송전 및 배전선로를 기본이 3상을 유지하고 있다.

종래의 상변환 변전 방법중 도 3에 도시된 바와 같이 SCOTT 결선에 의해 일차측으로 3상 전원을 받아 이차 측으로 1상 2개 전원으로 상변환 할 수 있다. 그러나 1상측 2개전원은 90도의 위상각을 갖기 때문에 1상 2개 전력을 직렬 또는 병렬로 접속하여 사용할 수 없다. 이와 같은 원론적인 한계로 Scott변압기는 철도 급전방식과 같은 한정된 조건에서만 가능하며, 일반적인 송배전선로에서는 적용하기 불가능하다.

최종 전기 수용가는 3상 전원과 1상전원이 필요함에 따라 발전소는 120도의 위상각을 갖는 3상 전력으로 발전하고 주변전소까지의 3상으로 송전하게 된다. 주변전소이후 대부분의 배전선로는 3상으로 배전하고 있으며, 일부 배전은 1상으로 배전하고 있다.

종래의 SCOTT변압기에서 3상에서 1상으로 단방향으로만 상변환이 가능하며, 1상측은 90도의 위상각을 갖기 때문에 1상 2개 전력을 직렬 또는 병렬로 접속하여 사용할 수 없는 문제가 있다. 또한, 전철선로 급전과 같은 한정된 조건에서만 사용이 가능한 단점이 있다.

종래의 상변환 변전 방법중 도 2에 도시된 바와 같이 V결선 방식으로써 단상변압기 2대를 직렬 접속해서 1조의 변압기 양단 및 2대의 접속점의 3점을 3상 회로에 접속하는 방식이 있으나 변성할 수 있는 전력은 각각의 변압기 용량의 86.6%으로 낮아져 불필요하게 변압기 용량을 늘려야 하며, 이에 따라 무부하손 손실도 증가하여 변압기 전력손실이 증가한다. 또한 2차측은 델타결선으로만 구현되기 때문에 2차측 선로는 Y선로 대비 대전류로 배전되기 때문에 배전선로의 케이블 단면적 증가와 함께 선로전력손실 비용이 높아진다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 종래의 V결선에 의해 변전하는 방식보다 변압기 이용률 및 효율을 상승시켜 변압기의 전력손실 비용과 기기비용을 절감할 수 있고 델타 결선뿐만 아니라 Y결선이 가능하여 델타 결선의 3선식 배전방식보다 높은 전압 및 낮은 전류 배전이 가능한 Y결선의 4선식 방식을 통해 선로에서 발생되는 전력손실 비용을 줄일 수 있는 방법 및 장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 목적은 이상에서 언급된 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명의 일 양태에 따르면, 2상을 3상으로 또는 그 역으로 상변환 하는 방법에 있어서, 2상 전력이 입력 또는 출력되는 측은 소정의 권수비를 갖는 2조(A상, B상)의 전자기회로를 구성하고, 상기 2조(A상, B상)의 전기회로를 서로 교차하여 접속 및 결선하여 3상중 1상이 생략되어 전자기 유도를 수행하는 것을 특징으로 한다.

상기 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명의 다른 양태에 따르면, 상기 2상 전력이 입력 또는 출력되는 측의 2상 전력의 위상각은 90, 120, 180도의 각도 중 어느 하나를 가지도록 상기 2조(A상, B상)의 전기회로의 서로 교차하여 접속 및 결선되는 위치를 조절하는 것을 특징으로 한다.

상기 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명의 다른 양태에 따르면, 상기 2상 전력이 입력 또는 출력되는 측에 대응하여 3상 전력이 출력 또는 입력되는 측은 Scott 결선의 T결선 또는 변형 T결선으로 결선하여 3상 전력이 출력 또는 입력되도록 전자기 유도를 수행하는 것을 특징으로 한다.

상기 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명의 다른 양태에 따르면, 상기 2조(A상, B상)의 전자기 회로는 각각 1상 변압기로 분리하여 서로 교차되는 접속개소를 부싱으로 인출하여 2대의 변압기 외부에서 상변환이 이루어질 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다.

상기 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명의 다른 양태에 따르면, 상기 2조(A상, B상)의 전자기 회로는 단일함체에 수납하여 1대의 변압기로 변압기 내부에서 상기 2조(A상, B상)의 전기 회로가 서로 교차하여 접속 및 결선되어 상변환이 이루어질 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다.

상기 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명의 다른 양태에 따르면, 2상을 3상으로 또는 그 역으로 상변환 하는 변압기에 있어서, 2상 전력이 입력 또는 출력되는 측은 소정의 권수비를 갖는 2조(A상, B상)의 전자기회로가 각각 분리되어 수용되는 2대의 1상 변압기 및 상기 2조(A상, B상)의 전기회로를 서로 교차하여 접속 및 결선 할 수 있는 부싱을 포함하여 구성된다.

상기 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명의 다른 양태에 따르면, 2상을 3상으로 또는 그 역으로 상변환 하는 변압기에 있어서, 2상 전력이 입력 또는 출력되는 측은 소정의 권수비를 갖는 2조(A상, B상)의 전자기회로가 하나의 함체에 수용되어 상기 2조(A상, B상)의 전기회로를 서로 교차하여 접속 및 결선한 변압기를 포함하여 구성된다.

본 발명에 따른 상변환이 가능한 변전 방법 및 변압기는 종래의 V결선에 의해 변전하는 방식보다 변압기 이용률 및 효율을 상승시켜 변압기의 전력손실 비용과 기기비용을 절감할 수 있고 델타 결선뿐만 아니라 Y결선이 가능하여 델타 결선의 3선식 배전방식보다 높은 전압 및 낮은 전류 배전이 가능한 Y결선의 4선식 방식을 통해 선로에서 발생되는 전력손실 비용을 줄일 수 있는 효과가 있다.

또한 발전에서부터 수전까지 소요되는 변압기에 대하여 양방향 상변환이 가능하여 2상으로 송배전이 가능하며, 송배전시 선로의 설치물 및 시공비용을 절감할 수 있으며, 2상 및 3상 송배전을 선택할 수 있어 선로전력손실 비용을 줄일 수 있다.

또한 3상배전선로에서 본 발명을 적용한 2개의 전기회로 및 자기회로를 한 개 함체에 수납할 경우 현재 변압기 2대를 외부 V결선하여 운용하는 것보다 1개의 함체로 3상 전력을 수용가에 공급할 수 있어 시공비 및 장주의 간소화를 이룰 수 있으며 이차측을 델타 결선 및 와이결선으로 자유로이 변환할 수 있다.

또한 120도의 위상각을 갖지 않는 발전전원 및 전단 변압기의 위상각이 120도의 위상각이 아니거나 120도의 위상각을 갖지 않는 위상각으로 출력이 가능함으로써 발전전원, 전단 또는 후단의 변압기의 위상각에 맞추어 자유로이 위상각을 제어함으로써 위상각에 따른 전력변환의 한계점을 극복할 수 있다.

도 1은 종래의 3상 Y 및 델타 결선을 나타내는 회로도.
도 2는 종래의 3상 V 결선에 의한 변압기의 전자기 회로도.
도 3은 종래의 Scott 변압기의 전자기 회로도.
도 4는 본 발명의 일실시 예에 따른 상변환이 가능한 변전 방법의 회로도.
도 5는 본 발명의 일실시 예에 따른 상변환이 가능한 변전 방법에 있어서 다양한 위상각을 나타내는 도면.

이하, 첨부한 도면들 및 후술되어 있는 내용을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예들을 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되어지는 실시 예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시 예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되어지는 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다. 한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시 예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급되지 않는 한 복수형도 포함된다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자가 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

이하, 도 1 내지 도 5를 참조하여, 본 발명의 일실시예에 따른 상변환이 가능한 변전 방법 및 변압기에 대하여 상세히 설명하기로 한다. 도 1은 종래의 3상 Y 및 델타 결선을 나타내는 회로도이고, 도 2는 종래의 3상 V 결선에 의한 변압기의 전자기 회로도이고, 도 3은 종래의 Scott 변압기의 전자기 회로도이고, 도 4는 본 발명의 일실시 예에 따른 상변환이 가능한 변전 방법의 회로도이고, 도 5는 본 발명의 일실시 예에 따른 상변환이 가능한 변전 방법에 있어서 다양한 위상각을 나타내는 도면이다.

본 발명의 일실시 예에 따른 상변환이 가능한 변전 방법 및 변압기는 소정의 권수비를 갖는 2조의 권선(전기회로)과 2조의 철심(자기회로)으로 구성되어 A상, B상의 변전이 가능하도록 한다.

도 4를 참조하면 A상, B상을 가지는 2상 전력이 입력 또는 출력되는 측은 소정의 권수비를 갖는 2조(A상, B상)의 전자기회로를 구성하고, 상기 2조(A상, B상)의 전기회로를 서로 교차하여 접속 및 결선하여 3상중 1상이 생략되어 전자기 유도를 수행할 수 있도록 되어있다.

즉, 도 4에 도시된 바와 같이 H1에 연결되는 A상 변압기의 권선의 일부가 H2에 연결되는 B상 변압기의 권선의 일부와 교차되도록 2조의 전기회로를 서로 교차하여 접속 및 결선하게 되면 교차되는 부분만큼 벡터 값이 차이가 나므로 3상 Y결선에서 1상이 생략된 2상의 입력 또는 출력을 얻을 수 있는 회로가 된다.

도 4를 참조하면, 2상 전력의 입출력을 담당하는 권선을 입출력 전원의 위상각에 맞추어 일정한 비율 및 배율로 권취된 권수비를 갖는 2조의 권선(전기회로)과 2조의 철심(자기회로)으로 각 조의 권선에서 필요시 일정부분을 서로 교차하고 접속되는 점을 기준으로 하여 입출력되는 인입(출) 시작단과 2개의 전기회로가 접속되는 점으로 형성되는 내각은 가상의 위상각을 갖는 2상을 유도하며, 그 위상각은 입출력 전원의 위상각과 일치하게 한다. 이는 한 개 상이 생략된 120도의 위상각을 갖는 Y결선이 가능하며, 120도의 위상각이 아닌 입출력 전원의 위상각을 유지하는 2상측 전력을 입출력 할 수 있다.

이때, 상기한바와 같이 2조의 전기회로의 서로 교차되는 위치를 조절하게 되면 도 5에 도시된 바와 같이 그 위상차가 90, 120, 180도 등이 될 수 있도록 조절할 수 있다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 상기 2상 전력이 입력 또는 출력되는 측에 대응하여 3상 전력이 출력 또는 입력되는 측은 도 3에 도시된 Scott 결선의 T결선 또는 도 4에 도시된 변형된 T결선으로 결선하여 3상의 전력이 출력 또는 입력될 수 있도록 할 수 있다. 즉, 3상측 권선의 2조중 1조는 요구 상전압으로 권취하며, 추가로 양끝단에 각각 일정 배율을 갖도록 권취하며, 그 리드는 선행권선과 절연 분리하여 인출한다. 다른 1조는 선행권선의 요구 상전압의 일정배율로 권취하며 양쪽 끝단은 선행권선에 추가로 권취된 권선과 접속하여 가상 Y결선을 유도함으로써 3상 와이결선을 구현한다.

상기한 바와 같이 권선을 교차 접속 및 결선함으로써 2상을 3상으로 또는 그 역으로 변환이 가능한 변압기를 구현할 수 있다.

또한, 상기 2조(A상, B상)의 전자기 회로는 각각 1상 변압기로 분리하여 서로 교차되는 접속개소를 부싱으로 인출하여 2대의 변압기 외부에서 상변환이 이루어질 수 있도록 하거나, 상기 2조(A상, B상)의 전자기 회로는 단일함체에 수납하여 1대의 변압기로 변압기 내부에서 상기 2조(A상, B상)의 전기 회로가 서로 교차하여 접속 및 결선되어 상변환이 이루어질 수 있도록 할 수 있다.

또한, 2상을 3상으로 또는 그 역으로 상변환 하는 변압기에 있어서, 2상 전력이 입력 또는 출력되는 측은 소정의 권수비를 갖는 2조(A상, B상)의 전자기회로가 각각 분리되어 수용되는 2대의 1상 변압기 및 상기 2조(A상, B상)의 전기회로를 서로 교차하여 접속 및 결선 할 수 있는 부싱을 포함하여 구성되거나 2상 전력이 입력 또는 출력되는 측은 소정의 권수비를 갖는 2조(A상, B상)의 전자기회로가 하나의 함체에 수용되어 상기 2조(A상, B상)의 전기회로를 서로 교차하여 접속 및 결선한 변압기를 포함하여 구성될 수 있다.

이상에서 대표적인 실시 예를 통하여 본 발명에 대하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시 예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다. 그러므로 본 발명의 권리 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태에 의하여 정해져야 한다.

Claims (7)

1. 2상을 3상으로 또는 그 역으로 상변환 하는 상변환이 가능한 변전방법에 있어서,
   2상 전력이 입력 또는 출력되는 측은 소정의 권수비를 갖는 2조(A상, B상)의 전자기회로를 구성하고, 상기 2조(A상, B상)의 전기회로를 서로 교차하여 접속 및 결선하여 3상중 1상이 생략되어 전자기 유도를 수행하는 2상을 3상으로 또는 그 역으로 상변환 하는 상변환이 가능한 변전 방법.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 2상 전력이 입력 또는 출력되는 측의 2상 전력의 위상각은 90, 120, 180도의 각도 중 어느 하나를 가지도록 상기 2조(A상, B상)의 전기회로의 서로 교차하여 접속 및 결선되는 위치를 조절하는 2상을 3상으로 또는 그 역으로 상변환 하는 상변환이 가능한 변전방법.
3. 제 1항 또는 제 2항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 2상 전력이 입력 또는 출력되는 측에 대응하여 3상 전력이 출력 또는 입력되는 측은 Scott 결선의 T결선 또는 변형 T결선으로 결선하여 3상 전력이 출력 또는 입력되도록 전자기 유도를 수행하는 2상을 3상으로 또는 그 역으로 상변환 하는 상변환이 가능한 변전 방법.
4. 제 1항에 있어서,
   상기 2조(A상, B상)의 전자기 회로는 각각 1상 변압기로 분리하여 서로 교차되는 접속개소를 부싱으로 인출하여 2대의 변압기 외부에서 상변환이 이루어질 수 있도록 하는 2상을 3상으로 또는 그 역으로 상변환 하는 상변환이 가능한 변전 방법.
5. 제 1항에 있어서,
   상기 2조(A상, B상)의 전자기 회로는 단일함체에 수납하여 1대의 변압기로 변압기 내부에서 상기 2조(A상, B상)의 전기 회로가 서로 교차하여 접속 및 결선되어 상변환이 이루어질 수 있도록 하는 2상을 3상으로 또는 그 역으로 상변환 하는 상변환이 가능한 변전 방법.
6. 2상을 3상으로 또는 그 역으로 상변환 하는 상변환이 가능한 변압기에 있어서,
   2상 전력이 입력 또는 출력되는 측은 소정의 권수비를 갖는 2조(A상, B상)의 전자기회로가 각각 분리되어 수용되는 2대의 1상 변압기 및
   상기 2조(A상, B상)의 전기회로를 서로 교차하여 접속 및 결선 할 수 있는 부싱을 포함하여 구성되는 2상을 3상으로 또는 그 역으로 상변환 하는 상변환이 가능한 변압기.
7. 2상을 3상으로 또는 그 역으로 상변환 하는 상변환이 가능한 변압기에 있어서,
   2상 전력이 입력 또는 출력되는 측은 소정의 권수비를 갖는 2조(A상, B상)의 전자기회로가 하나의 함체에 수용되어 상기 2조(A상, B상)의 전기회로를 서로 교차하여 접속 및 결선한 변압기를 포함하여 구성되는 2상을 3상으로 또는 그 역으로 상변환 하는 상변환이 가능한 변압기.

Images