KR101612488B1 - 하이브리드 변압기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 하이브리드 변압기에 관한 것으로서, 전력계통에서 접촉불량 또는 결상 또는 단선 시에 이상전력의 보충전력을 출력하여 실시간복구하고, 불평형과 고조파를 감소시키며 전력의 위상을 보정하여 역율을 개선하고, 특히 이상전력 복구 시에 보호회로를 구비하여 전력계통에 전기사고가 발생하는 것을 방지하고, 보호하는 하이브리드 변압기가 개시된다.
개시된 하이브리드 변압기는, 상기 전력계통에 결상, 단선, 접촉불량 발생 시 상기 결상, 단선, 접촉불량의 복구보충전력을 실시간으로 출력하고, 상기 전력계통의 결상, 단선, 접촉불량의 복구보충전력으로 부터 전력계통을 보호하기 위한 보호회로 구비한 하이브리드복구기를 포함하고, 상기 하이브리드복구기는, 상기 접촉불량 또는 결상 또는 단선 시 복구보충전력을 출력하고, 불평형 또는 고조파 발생 시에는 불평형과 고조파를 감소시키고, 전력의 위상을 보정하여 역율 개선을 수행하는 지그재그트랜스와; 상기 지그재그트랜스에서 출력되는 보충전력(복구전력)으로부터 전력계통을 보호하기 위한 보호회로를 포함하며, 상기 지그재그트랜스는, 제1 레그, 제2 레그, 제3 레그와; 제1 권선, 제2 권선, 제3 권선과; 철심을 구비하고, 상기 제1 권선, 상기 제2 권선, 상기 제3 권선은 각각 상기 제1 레그, 상기 제2 레그, 상기 제3 레그 중에 두 개 이상의 레그에서 지그재그로 권취되어 일단이 중성점에 연결되고 변압하는 중간 텝이 구비된다.

Description

하이브리드 변압기{Hybrid transformer}

본 발명은 하이브리드 변압기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전력계통에서 결상, 단선, 접촉불량, 불평형(전압, 전류), 영상고조파의 증가에 의한 전력이상을 복구하고, 전력의 위상을 보정하기 위하여 상기 전력계통에 연결하고 연결된 지그재그트랜스의 상기 전력이상 복구전력으로 인해 전력계통에 전기사고가 파급되는 것을 방지하고, 전력계통을 보호할 수 있는 변압하기위한 중간 텝을 구비한 하이브리드 변압기에 관한 것이다.

지난 2004년 국내에서 발생한 화재를 원인별로 분류하면 전기화재의 점유율이 34％로 1위를 차지해, 2위인 담배 불(11.7％)을 비롯하여 다른 화재 원인들보다 훨씬 높은 점유율을 갖는 것으로 나타났다.(수용가 배선기구의 전기화재 및 소화안전 시스템 연구, 류홍남, 2006)

이러한 전기화재에는 다양한 원인이 있으며, 그 중 주요 요인을 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 합선으로, 전선의 껍질(피복)이 벗겨지거나 전선에 못, 핀 등으로 고정시키거나 움직일 수 있는 전선 위에 무거운 것을 올려놓아 전선의 두 가닥이 직접 또는 간접 저항으로 접촉되어 전류는 쉽게 흐를 수 있는 접촉부분으로 집중적으로 흘러 합선(단락)현상이 일어나는데 이때 도체 간 접촉에 의한 불꽃이 발생하면서 화재로 이어지게 된다.

그 다음 과부하는, 정격용량보다 많은 양의 전기를 초과하여 사용할 경우로, 전선이나 전기기기 자체 또는 배선기구의 접속부에서 열이 과다하게 발생하여 화재로 발전하게 된다.

누전은, 전기가 통하는 전선 이외의 물체를 통해 전기가 외부로 흐르는 것으로, 누전 화재는 전류가 통로로 설계된 부분을 거치지 않고 건물 및 부대 설비 등으로 흘러 열이 축적. 이것이 발열하여 화재를 일으킨다.

접촉불량은, 전선의 접속점(회로의 분기등)에서 저항이 생겨 흐름의 장애가 일어난 것으로, 이러한 장애가 일정한 시간 이상 누적되면 전선의 피복이 탄화되어 전선의 도체인 +, - 전극이 부딪침으로써 불이 나게 된다.

또한, 결상, 단선으로 인한 과전류, 과전압, 불평형 전력, 영상고조파 등도 전기화재를 야기하고 있지만 첨부한 선행기술이 있어 자세한 설명은 생략하고 접촉불량에 대해서만 설명하고자 한다.

이와 같이 전기화재의 원인은 다양한데, 각 화재 원인들은 수반하는 물리현상이 모두 상이하므로, 이들을 감지하기 위해 이용되는 방법 또한 모두 상이하다.

일례로, 현재 사용되고 있는 전력량계는 기계식 전력량계와 전자식 전력량계가 있으며, 양자 모두 구조가 전력량계의 본체에 단자부가 구성되어 있다.

그러나, 그러한 단자부의 설치로 인하여 전력량계의 단자부 결선작업의 애로점, 단자부의 발열사고, 단자부 안전사고, 단자부 무단조작, 제조원가의 상승, 전력량계 소형화의 장애 등 많은 결점을 내재하고 있다.

특히 그 중에서도 전력량계의 접촉불량, 즉 전력량계의 단자부와 전선의 접촉불량에 의한 전력량계 소손 건수가 예전에 비해 증가하고 있다.

접촉불량은, 전선의 접속점(회로의 분기 등)에서 저항이 생겨 흐름의 장애가 일어난 것으로, 이러한 장애가 일정시간 이상 누적되면 온도가 상승하고 전선의 피복(절연물)이 탄화, 연화되어 마침내 전선의 혼촉, 즉 전선의 도체인 +,- 전극이 부딪침으로써 전력량계의 소손, 나아가서 전기화재로 까지 이어지는 것이다.

구체적으로, 전선의 접촉불량으로 접촉면의 저항이 증가함에 따라 도체(전선) 접속면의 열이 상승하고, 상승된 고온의 열은 도체(전선) 간의 절연물을 손상시켜 도체간 단락되는 현상이 나타나게 된다. 또한, 도체간 접촉으로 아크가 발생하고, 이 아크열에 의해 기기가 소손되고, 나아가 전기화재까지 확산되는 현상이 발생하는 것이다.

일반적으로 전기기구의 열화로 인한 소손 및 전기화재의 주요 원인은 합선, 과전류, 누전, 접촉불량이다.

현재까지 접촉불량을 제외한 전기화재의 발생을 줄이기 위한 지속적인 노력으로 합선, 과전류, 누전으로 인한 화재를 방지할 수 있는 장비의 개발과 보급은 어느 정도 이루어지고 있다.

즉, 합선이나, 누전, 과부하 등을 감지하기 위한 기술은 많이 개발되고 있지만, 접촉불량의 원인을 정확히 감지하고 이를 차단 또는 조치할 수 있는 기술은 개발되어 있지 않아 한전의 경우 접촉불량 배전선로를 찾기 위해서 적외선(열화상) 카메라로 많은 인원과 예산을 소요해 가며 배전선로를 일일이 점검하고 있는 실정이다.

예를 들어, 기존의 접촉불량 및 전기적 이상 상태를 검출하는 장치는 온도를 센싱하거나, 전압 및 전류변화, 고조파 변화(VTHD, ITHD) 등을 감지하여 접촉불량을 검출하는 것이 일반적이고, 이러한 종래의 기술은 다양한 전기품질요소를 측정해야 하거나, 온도 감지장치 등을 별도로 설치하여야 할 뿐더러 결정적으로 접촉불량시 나타나는 전기적 현상을 정확히 분석하고, 판별하지 못하고 있다.

즉, 고조파 변화를 통해 감지하는 종래의 기술은 고객이 용접기 및 아크성 부하를 사용하면 VTHD, ITHD가 심하게 증가하게 되며, 또한 경부하, 중부하, 피크부하에 따라 그 값이 정상상태에서도 심한 변동을 가져오기 때문에 접촉불량으로 인한 것인지를 확신하지 못한다.

또한, 전압값 또는 전류값 하나의 인자로부터 접촉불량을 감지하는 종래의 기술도 마찬가지로 전압과 전류 소스가 분리되어 있는 경우(PT, CT로 분리되어 공급되는 고객)는 접촉 불량을 판단하기에 한계가 있다.

따라서 접촉불량에 대한 원인을 정확히 판단하여 전기기기의 소손 및 전기화재를 예방할 수 있는 기술이 그 어느 때보다도 절실히 요구되고 있다.

이러한 접촉불량 및 결상, 단선, 불평형과전압, 과전류로 인해 발생하는 제반 문제점을 해결하기 위해서 종래에 제안된 기술이 대한민국특허청 공개특허공보 공개번호 10-2009-0004718호(2009.1.12.공개)(발명의 명칭: 접촉불량 감지장치 및 방법)(이하 '종래기술1' 이라 한다), 대한민국특허청 등록특허공보 등록번호 10-1109024호(2012.1.17.등록)(발명의 명칭: 전력량계의 접촉불량 감지장치 및 감지방법)(이하 '종래기술2' 라 한다), 대한민국특허청 등록특허공보 등록번호 10-1320373호(2013.10.15.등록)(발명의 명칭: 변압기를 구비한 결상복구장치 및 그 설치공법)(이하 '종래기술3' 라 한다)에 개시되어 있다.(또한 지그재그트랜스는 30년 이상 된 공지의 기술이지만 복구전력을 출력하는 것을 그간 발견하지 못하여 보호회로를 적용하지 않음으로 수 많은 전기사고에 노출되어 있었지만 지금까지 모르고 지내온 게 사실이다.)

개시된 '종래기술1' 은,

전류 실효값, 역률, 전류 순시치, 고조파 등의 변화를 지표로 접촉불량을 감지하고, 이에 따라 전원을 차단함으로써 사용자를 화재의 위험에서 보호할 수 있으며, 접촉불량을 감지할 수 있는 다섯 가지 요인 중 두 가지 이상의 요인이 만족되었을 때 접촉불량으로 판정하도록 함으로써 보다 정확하게 접촉불량을 감지하고, 나아가, 접촉불량에 따른 차단 상황에 대한 정보를 사용자 단말기로 고지함으로써 원거리에 위치한 사용자도 용이하게 이를 인지할 수 있도록 구성한다.

개시된 '종래기술2' 는,

수용가로 공급되는 전압 및 전류를 검출하는 전압 및 전류 검출부와 상기 검출된 전압 및 전류의 값을 통해 기 설정된 총 측정시간 및 측정시간 단위로 역률값을 연산하는 역률연산부와 상기 기 설정된 총 측정시간 및 측정시간 단위로 연산된 역률 값이 미리 정해진 기준 값보다 작은 값의 범위에서 지속적으로 감소되는 경우 접촉불량으로 판단하는 접촉불량판단부 및 상기 접촉불량판단부에서 접촉불량으로 판단된 경우 접촉불량 신호를 원격서버로 전송하는 인터페이스부를 포함하는 것을 특징으로 하며, 또한, 전력량계의 접촉불량을 방지하여 접촉불량으로 인한 전기기기(전력량계)의 소손을 예방할 수 있도록 구성된다.

개시된 '종래기술3' 은,

3상 4선식 배전 계통에서 전력선의 결상, 중성선의 단선 및 전력선과 중성선에 불평형 이상전류가 발생할 시 검출하여, 전력선의 결상, 중성선의 단선 및 전력불평형의 발생을 정상으로 복구하고, 영상 고조파를 감소시켜 정상전력을 유지시켜줄 수 있도록 구성된다.

1. 공개특허공보 공개번호 10-2009-0004718호(2009.1.12.공개) 2. 등록특허공보 등록번호 10-1109024호(2012.1.17.등록) 3. 등록특허공보 등록번호 10-1320373호(2013.10.15.등록)

그러나 상기와 같은 종래 기술은 전력계통에 접촉불량, 결상, 단선이 발생 시에 상기 접촉불량, 결상, 단선의 복구보충전력으로 인해 전기기기의 소손 또는 전기화재 또는 정전이 발생하는 문제가 있었다.

또한, 전력계통에 결상 발생 시 결상전력을 실시간 복구하면 복구전력으로 인하여 결상이 검출되지 않는 문제와 결상 시 결상전력을 검출한 후 결상을 복구하면 결상 시에 결상전력을 실시간 복구하지 못하는 문제가 있었다.

또한, 전력계통에 누전(지락) 또는 단락으로 인한 결상 발생 시 결상을 복구하면 결상복구전력이 누전(지락) 또는 단락지점 등으로 인해 전기사고가 발생하여도 전력계통을 보호하지 못하는 문제가 있었다.

이에 본 발명은 상기와 같은 종래 전력계통에서 발생하는 제반 문제점들을 해결하기 위해서 제안한 것으로서,

본 발명이 해결하려는 과제는, 전력계통에서 결상, 단선, 접촉불량이 발생하면 실시간으로 복구보충전력을 출력하여 결상, 단선에 의해 과전압, 과전류가 발생되거나, 과전압, 과전류로 인해 전기사고가 발생하는 것을 방지하기 위한 하이브리드 변압기를 제공하는 데 있다.

본 발명이 해결하려는 또 다른 과제는, 전력계통에서 불평형, 고조파가 발생하면 감소시키고, 전력의 위상을 보정하여 역율을 개선하여서 전력절감 및 정상전력으로 유지하고 변압된 전력을 공급하는 하이브리드 변압기를 제공하는 데 있다.

본 발명이 해결하려는 또 다른 과제는, 전력계통에 접촉불량, 결상, 단선으로 전력이상이 발생하면 상기 전력이상을 실시간복구하여 전기사고와 정전을 방지하기 위한 하이브리드 변압기를 제공하는 데 있다.

본 발명이 해결하려는 또 다른 과제는, 전력계통이 비정상적인 누전 또는 단락 또는 과전압, 과전류로 인해 접촉불량, 결상, 단선이 발생하면 접촉불량, 결상, 단선의 복구전력으로부터 전력계통을 보호하기 위한 하이브리드 변압기를 제공하는 데 있다.

상기와 같은 과제들을 해결하기 위한 본 발명에 따른 "하이브리드 변압기"는,

전력계통에 연결되어 상시에는 전력의 위상보정 및 불평형 개선, 영상고조파를 감쇄하여 역률을 개선하고, 상기 전력계통에서 결상, 단선, 접촉불량 발생 시 상기 결상, 단선, 접촉불량의 복구보충전력을 실시간으로 출력하는 지그재그트랜스와; 상기 복구보충전력으로부터 전력계통을 보호하기 위한 보호회로를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 하이브리드 변압기는,

상기 접촉불량과 결상과 단선에 의한 전력고장을 복구하고, 전력의 위상을 보정하며, 불평형과 고조파의 발생 시 불평형과 고조파를 감소하여 정상전력을 공급하고 변압을 위해 중간 텝을 구비한 지그재그트랜스와;

상기 지그재그트랜스에서 출력되는 보충전력(복구전력)으로부터 비정상적인 전력계통을 보호하기 위한 보호회로를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 지그재그트랜스는,

제1 레그, 제2 레그, 제3 레그와; 제1 권선, 제2 권선, 제3 권선과; 철심을 구비하고, 상기 제1 권선, 상기 제2 권선, 상기 제3 권선은 각각 상기 제1 레그, 상기 제2 레그, 상기 제3 레그 중에 두 개 이상의 레그에서 지그재그로 권취되어 일단이 중성점에 연결되는 것을 특징으로 한다.

상기 지그재그트랜스는,

S상의 역 위상과 T상의 역 위상을 더하여 R상의 위상을 출력하고, R상의 역 위상과 T상의 역 위상을 더하여 S상의 위상을 출력하며, R상의 역 위상과 S상의 역 위상을 더하여 T상의 위상을 출력하는 것을 특징으로 한다.

상기 지그재그트랜스는,

S상의 역 위상 또는 T상의 역 위상과 R상의 정 위상을 더하여 R상의 위상을 출력하고, R상의 역 위상 또는 T상의 역 위상과 S상의 정 위상을 더하여 S상의 위상을 출력하며, R상의 역 위상 또는 S상의 역 위상과 T상의 정 위상을 더하여 T상의 위상을 출력하는 것을 특징으로 한다.

상기 지그재그트랜스는,

상기 결상, 상기 단선, 상기 접촉불량의 고장전력 발생 시 각각의 레그에 권취된 각각의 권선이 1:1의 비율로 상호 전자기유도작용을 하여 상기 고장전력 복구용 보충전력을 출력하는 것을 특징으로 한다.

상기 지그재그트랜스는,

상기 전자기유도작용을 하여 전력의 위상보정 및 불평형 개선, 영상고조파를 감쇄하여 역률을 개선하고 변압을 하기위하여 권선의 사이에 텝을 구비하고 고장전력 복구용 상기 보충전력을 출력하는 것을 특징으로 한다.

상기 보호회로는,

복구전력의 누전(지락), 단락(합선), 과전류, 과전압으로부터 전력계통을 보호하기 위하여 전력검출기 또는 누전차단기 또는 배선용차단기 또는 퓨즈 또는 회로보호용차단기로 설치하는 것을 특징으로 한다.

상기 전력검출기는,

상기 지그재그트랜스의 입출력 전력(전압, 전류)을 검출하여, 외부로 출력하는 것을 특징으로 한다.

상기 지그재그트랜스는,

상기 전력계통에 구비된 전기설비의 접촉불량 시 접촉불량에 의한 고장 위상전력을 복구하고, 결상 시에는 결상위상을 정상위상전력으로 복구하며, 중성선 복구 시 전원 측의 불평형 전류와 부하 측의 불평형 전압을 평형으로 개선하며, 중성선으로 유입되는 영상고조파를 감소시켜 중성선에 흐르는 영상고조파에 의한 위상 전류를 감소시키고, 위상의 각도를 보정하여 역율을 개선하고 정상전력으로 유지하는 지그재그트랜스를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 전력계통에서 접촉불량 또는 결상 또는 단선이 발생할 경우 접촉불량, 결상, 단선에 의한 전력이상을 실시간으로 정상전력으로 전환해줌으로써, 상기 전력이상에 의해 전기기기가 소손되거나, 전기화재, 정전이 발생되는 것을 방지할 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명에 따르면 정확하게 상기 전력이상의 발생을 검출하여 이를 알려줄 수 있으므로, 관리자가 신속하게 후속 조치를 취할 수 있도록 도모해줌으로써, 전력이상 발생으로 인해 발생할 수 있는 전기기기의 소손과 전기화재를 미리 방지할 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명에 따르면 정상전력을 사용하는 평상시에도 위상의 각도를 보정하는 한편, 불평형전력과 영상고조파를 전력계통에 연결된 지그재그트랜스가 개선하여주므로 인하여 전력품질이 개선되어 전기를 절감하고 변압하여 전기를 공급하는 장점이 있다.

또한, 본 발명에 따르면 전력계통에 누전, 단락 등의 발생으로 비정상적인 복구보충전력이 발생하면 보호회로의 가동으로 전기전인 사고를 방지하는 장점이 있다.

도 1은, 접촉불량으로 아크 발생시 전압, 전류의 변화 파형도.
도 2는, 정상전력의 전압, 전류의 변화 파형도.
도 3은, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 전력계통(100)의 이상 시 하이브리드복구기(200)의 구성 및 회로도.
도 4는, 지그재그트랜스의 여러 실시 예의 회로도.
도 5는, 지그재그트랜스의 위상 각도의 보정회로도.(자기가 갖는 위상을 다른 위상의 역 위상을 이용하여 위상을 보정한다.)

이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다. 본 발명을 설명하기에 앞서 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그에 대한 상세한 설명은 생략한다.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 하이브리드 변압기(200)의 구성 및 회로도로서, 전력계통(100)에 연결되어 있는 지그재그트랜스(220)와 전력계통에 이상전력이 유입되는 것을 방지하는 보호회로(210)를 포함한다.

이러한 하이브리드 변압기(200)는 하나의 모듈로 구현하여 제품화하면, 휴대하여 전기고장(결상, 단선, 접촉불량)을 점검하거나, 차단기에 내장하여 전력이상 시 전력을 차단하거나, 기존에 설치된 전력공급용 기기에도 쉽게 적용하여 전력을 복구할 수 있는 장점이 있다.

전력계통(100)은 삼상 3선식(R, S, T) 또는 3상 4선식(R, S, T, N)으로 전력을 공급해주는 일반적인 전력계통을 의미한다.

하이브리드 변압기(200)는 전력계통(100)의 전기설비에 연결되어, 상기 전력계통(100)에서 접촉불량, 결상, 단선이 발생 시 발생한 전력이상을 보충하기 위한 전력을 지그재그트랜스(220)에서 출력하여주며, 상기 접촉불량, 결상, 단선 이상 시 보호회로(210)중에 하나인 전력검출기가 지그재그트랜스(220)에서 출력하는 전력을 검출하여 상기 접촉불량, 결상, 단선이상을 외부에서 알 수 있도록 출력하여주거나, 검출한 복구보충전력을 외부에서 판단하여 전원을 차단할 수 있도록 하여주고, 상기 전력이상의 발생을 방지하는 기능을 수행한다.

이러한 하이브리드 변압기(200)는, 상기 전력이상의 발생 시 상기 전력이상을 입력받아 상기 전력이상을 복구하기 위한 전력을 입출력하는 지그재그트랜스(220)와 전력이상을 복구하기 위해 입출력되는 복구전력의 이상 여부에 따라 가동되는 보호회로(210)를 구비하고, 상기 보호회로(210)에 의해 동작하여 출력된 전력이상 여부를 외부에서 판단하도록 전달하거나, 전력이상 발생 시 전력이상을 자체 차단한다.

도 4의 상기 지그재그트랜스(220b)를 설명하면, 전력이상을 보충하거나 복구를 위해 제1 권선(Rr, Rs)중에 권선(Rr)은 제1 레그(120)에 권취되어 일단은 전력선(R)에 연결되고, 타단은 권선(Rs)과 연결되고, 제2 레그(130)에는 권선(Rs)이 상기 제1 레그(120)에 권취된 권선(Rr)의 반대로 권취되어 일단은 권선(Rr)에 연결되고, 타단은 중성선(N)과 연결되고, 제2 권선(Ss, St)중에 권선(Ss)는 상기 제2 레그(130)에 권취되어 일단은 전력선(S)에 연결되고, 타단은 권선(St)과 연결되고, 상기 제3 레그(140)에는 권선(St)이 상기 제2 레그(130)에 권취된 권선(Ss)의 반대로 권취되어 일단은 권선(Ss)에 연결되고, 타단은 중성선(N)과 연결되고, 상기 제3 권선(Tt, Tr)중에 권선(Tt)는 상기 제3 레그(140)에 권취되어 일단은 전력선(T)에 연결되고, 타단은 권선(Tr)과 연결되고, 상기 제1 레그(120)에는 권선(Tr)이 상기 제3 레그(140)에 권취된 권선(Tt)의 반대로 권취되어 일단은 권선(Tt)에 연결되고, 타단은 중성선(N)과 연결되는 것이 바람직하다.

이를 조금 더 구체적으로 설명하면, 전력계통에 구비된 전력선의 R상이 결상이 되었다고 가정하고 설명하면, 전력선의 결상과 동시에 전력선에 접속 연결되어있는 지그재그트랜스(220)의 R, S, T, 레그(120, 130, 140)의 인덕턴스를 구비한 코일은 결상된 R상의 전력 위상은 없이 S상과 T상의 두 전력이 제2 권선(Ss, St)과 제3 권선(Tt, Tr)에 공급되고 상기 제2 레그와 상기 제3 레그에 권취된 제2 권선(Ss)와 제3 권선(Tr)에 의해서 전자기 유도되어 R상의 제1 권선(Rr, Rs)에 기전력이 발생되고 R상의 위상이 복구되어 정상적으로 전력을 공급하게 되는 것이다.

이를, 더 상세하게 설명하면, 상기 전력 공급장치의 전력선(R, S, T)인 전력선R상을 기준 위상(벡터)으로 하였을 때, 각 상을 중성점에 연결하면 R상을 기준으로 왼쪽으로 120도 틀어진 T위상(벡터)과, 오른쪽으로 120도 틀어진 S위상(벡터)이 생성된다. 이런 상태에서 R상의 위상을 갖는 R상의 전력이 공급 정지되었다고 가정하면 S위상(벡터)과 T위상(벡터)은 중성점을 중심으로 하여서 120도 를 유지하는 위상(벡터)이 된다. 이런 상태를 유지하는 5의 위상(벡터)과 T의 위상(벡터)이 공존하는 제3 레그에 권취된 권선(Tt, St)에 의하여 제3 레그(140)에는 두상의 벡터가 형성되어 권선 St와 Tt의 중심에는 R상의 위상이 나타나게 되어 제3 권선(Tt, Tr)인 Tt의 하단부와 연결된 Tr에서는 R의 위상이 공급되게 되어 제1 레그에 권취된 권선(Tr)에 의해서 제1 레그에 R상의 벡터가 형성되고 권선(Tr)에 유기된 전력이 권선(Rr)에 1:1로 전자기 유도되고 또한 제2 레그에 권취된 제2 권선(Ss)에 의하여 제1 권선(Rs)이 S상의 역 위상으로 1:1로 전자기 유도되어 R상의 위상이 생성되어 나타난다. 그러므로 접촉 불량 되어 위상이 찌그러지거나, 결상된 상기 전력선의 전력위상이 복구되어 정상위상의 전력을 유지하게 되는 것이다.

이와 같이 구성된 본 발명에 따른 전력계통의 하이브리드 변압기는, 한국전력으로부터 공급되는 전력이 전력계통에서 전력이상(접촉불량, 결상, 단선) 발생 시 전력계통에 연결된 지그재그트랜스(220)가 상기 전력이상의 복구보충전력을 실시간출력하고 전력계통(100)의 이상 시는 보호회로(210)를 가동하여 복구전력으로부터 전력계통을 보호할 수 있게 된다.

이때 접촉불량이 발생되면 접촉불량이 발생된 지점에서 아크나 스파크가 발생되어 온도가 상승되고 혼촉 등에 의하여 전기기기의 소손 및 화재사고가 발생하고, 결상이 발생되면 상간 불평형전력의 발생으로 정전이 발생하거나, 삼상부하가 소손되거나, 과전류로 전기화재가 발생하며, 중성선 단선이 발생하면 단상의 불평형전압 발생으로 부하가 소손되거나, 과전압으로 전기화재가 발생한다.

이러한 사고를 미리 방지하기 위해서 본 발명에서는 지그재그트랜스(220)가 상시 전력계통(100)에 연결되어 전기품질의 상태를 개선하고, 전력이상으로 인해 실시간 복구보충전력의 발생이 보호회로(210)에서 감지되면 검출신호를 출력하거나, 전력이상을 차단하여 부하 쪽에 이상전력이 흐르지 못하도록 작용을 한다.

이를 좀 더 구체적으로 설명하면, 전력계통(100)에 의해 전력이 공급되면, 상기 전력계통(100)의 전선로에 연결한 지그재그트랜스(220)는 상시 전력불평형, 영상고조파를 개선하고, 전력위상을 보정하여 역율을 개선하고, 전력계통(100)에 접촉불량, 결상, 단선에 의한 전력이상이 발생 시 지그재그트랜스는 전력이상의 복구보충전력을 공급한다.

아울러, 전력계통에 이상이 발생하여 비정상적인 복구보충전력이 공급될 시에는 보호회로를 가동하여 전력계통에 비정상적인 전력이 유입되지 않도록 조치한다.(보호회로는 지그재그트랜스의 복구용량에 의하여 설정하며 전력검출기 또는 누전차단기 또는 배선용차단기 또는 퓨즈 또는 회로보호차단기 등으로 시설하는 것이 바람직하다)

즉, 본 발명에 따르면 전력계통(100)에서 전기설비의 접촉불량, 전력선의 결상, 중성선의 단선으로 전력이상이 발생하면 지그재그트랜스(220)는 전력이상을 입력받아 전력이상을 보충하는 보충전력을 실시간 출력하여 상기 전력이상이 발생한 전력계통(100)에 공급하고, 비정상전력의 유입으로 보호회로(210)가 가동하면 외부에 알리거나 전력이상을 차단하게 된다. 그리고 전력이상의 발생을 바로 외부로 전송하면 경보를 발생하여 관리자가 이를 인지하도록 하며, 이후 관리자가 후속 조치를 신속하게 취할 수 있도록 함으로써, 전력이상 발생으로 인해 추후 발생할 수 있는 시스템 고장, 전기화재사고를 미연에 방지할 수 있게 되는 것이다.

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론 이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

100 - 전력계통(전력계통의 전기설비)
110 - 중간 텝, 120 - 제1 레그, 130 - 제2 레그, 140 - 제3 레그
200 - 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 하이브리드 변압기
210 - 보호회로
220 - 지그재그트랜스
Rr - 제1 레그에 권취된 제1 권선
Rs - 제2 레그에 권취된 제1 권선
Rt - 제3 레그에 권취된 제1 권선
Ss - 제2 레그에 권취된 제2 권선
St - 제3 레그에 권취된 제2 권선
Sr - 제1 레그에 권취된 제2 권선
Tt - 제3 레그에 권취된 제3 권선
Tr - 제1 레그에 권취된 제3 권선
Ts - 제2 레그에 권취된 제3 권선
R, S, T - 전력선, N - 중성선

Claims (10)

1. 3상 4선식 또는 3상 3선식 전력계통에 연결되어 상시에는 공급전력의 불평형전력을 보정하여, 역률을 개선하는 지그재그트랜스는 3상의 전원이 입력되면, S상의 역 위상과 T상의 역 위상을 더하여 R상의 위상을 출력하고, R상의 역 위상과 T상의 역 위상을 더하여 S상의 위상을 출력하며, R상의 역 위상과 S상의 역 위상을 더하여 T상의 위상을 출력하여, 상기 전력계통에서 결상, 중성선단선, 접촉불량 발생 시 상기 결상, 중성선단선, 접촉불량의 복구보충전력을 실시간 출력하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 변압기.
2. 청구항 1항에 있어서, 상기 지그재그트랜스는,
   상기 복구보충전력의 복구전력공급으로 과전압, 과전류, 지락, 단락이 발생되면 상기 과전압, 과전류, 지락, 단락으로부터 전력계통을 보호하기 위한 보호회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 변압기.
3. 청구항 2항에 있어서, 상기 지그재그트랜스는,
   S상의 역 위상 또는 T상의 역 위상과 R상의 정 위상을 더하여 R상의 위상을 출력하고, R상의 역 위상 또는 T상의 역 위상과 S상의 정 위상을 더하여 S상의 위상을 출력하며, R상의 역 위상 또는 S상의 역 위상과 T상의 정 위상을 더하여 T상의 위상을 출력하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 변압기.
4. 청구항 1항에 있어서, 상기 지그재그트랜스는,
   제1 레그, 제2 레그, 제3 레그와; 제1 권선, 제2 권선, 제3 권선과; 철심을 구비하고, 상기 제1 권선, 상기 제2 권선, 상기 제3 권선은 각각 상기 제1 레그, 상기 제2 레그, 상기 제3 레그 중에 두 개 이상의 레그에서 지그재그로 권취되어 일단이 중성점에 연결되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 변압기.
5. 청구항 1항에 있어서, 상기 지그재그트랜스는,
   상기 전력계통에 구비된 전기설비의 접촉불량 시 접촉불량에 의한 고장 위상전력을 복구하고, 결상 시에는 결상위상을 정상위상전력으로 복구하며, 중성선 복구 시 전원 측의 불평형 전류와 부하 측의 불평형 전압을 평형으로 개선하며, 중성선으로 유입되는 고조파를 180도 역상인 두 위상을 차례로 통과시켜 상쇄하여 중성선에 흐르는 고조파에 의한 위상 전류를 감소시키고, 위상의 각도를 보정하여 역율을 개선하고 정상전력으로 유지하는 지그재그트랜스를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 변압기.
6. 청구항 1항에 있어서, 상기 지그재그트랜스는,
   상기 결상, 상기 중성선단선, 상기 접촉불량의 고장전력 발생 시 각각의 레그에 권취된 권선이 각각 1:1의 비율로 상호 전자기유도작용을 하여 상기 고장전력 복구용 보충전력을 출력하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 변압기.
7. 청구항 6항에 있어서, 상기 지그재그트랜스는,
   상기 전자기유도작용을 하여 전력의 위상보정 및 불평형 개선, 고조파를 상쇄하여 역률을 개선하고 변압을 하기위하여 권선의 사이에 텝을 구비하고 고장전력 복구용 상기 보충전력을 출력하는 특징으로 하는 하이브리드 변압기.
8. 청구항 2항에 있어서, 상기 보호회로는,
   복구전력의 누전(지락), 단락(합선), 과전류, 과전압으로부터 전력계통을 보호하기 위하여 전력검출기 또는 누전차단기 또는 배선용차단기 또는 퓨즈 또는 회로보호용차단기로 설치하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 변압기.
9. 청구항 8항에 있어서, 상기 전력검출기는,
   상기 지그재그트랜스의 입출력 전력(전압, 전류)을 검출하여, 외부로 출력하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 변압기.
10. 삭제

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