KR102546570B1 - 교류전원의 공급을 위한 지그재그 결선된 절감기용 변압기 - Google Patents

교류전원의 공급을 위한 지그재그 결선된 절감기용 변압기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 교류전원을 공급하는 변압기에서 여자용량권선부에 자기용량권선부의 일부를 역결선으로 중첩하여 임피던스 값을 낮추어 버려지는 전력을 재사용할 수 있도록 하는 교류전원의 공급을 위한 지그재그 결선된 절감기용 변압기에 관한 것으로, uvw 3상의 전선을 권선하는 1번탭 내지 6번탭이 구성된 여자용량권선부와 UVW 3상 전선을 권선하는 7번탭 내지 12번탭이 구성된 자기용량권선부를 포함하는 절감기용 변압기에 있어서, 상기 여자용량권선부는 uvw 3상을 결선하되, u상의 1번탭과 2번탭을 정방향 권선하여 결선하고, w상 3번탭과 4번탭을 역방향 권선하여 결선하며, v상 5번탭과 6번탭을 정방향 권선하여 결선하는 u상 결선과, v상의 1번탭과 2번탭을 정방향 권선하여 결선하고, u상 3번탭과 4번탭을 역방향 권선하여 결선하며, w상 5번탭과 6번탭을 정방향 권선하여 결선하는 v상 결선과, w상의 1번탭과 2번탭을 정방향 권선하여 결선하고, v상 3번탭과 4번탭을 역방향 권선하여 결선하며, u상 5번탭과 6번탭을 정방향 권선하여 결선하는 u상 결선을 포함하고, 상기 자기용량권선부는 UW, VU, WV 각 2상을 결선하되, U상의 7번탭과 8번탭을 정방향 권선하여 결선하고, W상 10번탭과 9번탭을 역방향 권선하여 결선하며, U상 11번탭과 12번탭을 정방향 권선하여 결선하는 U상 결선과, V상의 7번탭과 8번탭을 정방향 권선하여 결선하고, U상 10번탭과 9번탭을 역방향 권선하여 결선하며, V상 11번탭과 12번탭을 정방향 권선하여 결선하는 V상 결선과, W상의 7번탭과 8번탭을 정방향 권선하여 결선하고, V상 10번탭과 9번탭을 역방향 권선하여 결선하며, W상 11번탭과 12번탭을 정방향 권선하여 결선하는 U상 결선을 포함하여 이루어진 것이다. 본 발명의 절감기용 변압기는 자기용량권선부의 전압 및 전류의 저항을 여자용량권선부 보다 작게 하여 여자용량권선부에서 발생할 수 있는 전력손실을 다시 에너지화하고 자기용량권선부를 이용하여 부하단으로 환원시켜 출력함으로써 에너지 손실을 최소화한 이점이 있다.

Description

교류전원의 공급을 위한 지그재그 결선된 절감기용 변압기{Transformer for Zigzag Connected Reducer for Supplying AC Power}
본 발명은 절감기용 변압기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 교류전원을 공급하는 변압기에서 여자용량권선부에 자기용량권선부의 일부를 역결선으로 중첩하여 임피던스 값을 낮추어 버려지는 전력을 재사용할 수 있도록 하는 교류전원의 공급을 위한 지그재그 결선된 절감기용 변압기에 관한 것이다.
일반적으로 변압기(Electric Transformer)는 교류 전기회로에서 전압을 증가 또는 감소시켜 다른 교류로 변환하여 전기 에너지를 전달하는 것이다. 더욱이 3상 자동 변압기는 고압을 받아 1차측의 수신단에서 2차측의 송신단으로 일정의 변압비로 변압한 후 다양한 전기 장치들로 전원을 공급하는 동안 2차측의 송신단 3상 사이에 불균형이 발생할 수 있다.
또한, 변압기는 전자기 유도 현상을 이용하여 교류의 전압 또는 전류의 값을 변화시키는 장치로 송배전 계통에 직렬로 연결하여 사용한다. 이와 같은 변압기에는 전기적으로 연결된 부하에 의하여 발생하는 부하손실인 동손과 부하의 사용과 관계없이 발생하는 변압기 자체적인 무부하손실인 철손이 존재한다. 따라서 전력손실을 줄이고 변압기의 효율을 증대시키기 위해서는 부하손실과 무부하손실을 최소화하여야 한다. 변압기의 무부하손실을 줄이기 위해 저손실형 아몰퍼스 코어(Amorphus Core)가 사용되고 있다. 그러나 아몰퍼스 코어를 이용한 변압기는 규소강판 변압기에 비해 1.5배 이상 가격이 높고, 소음문제 또는 제작용량에 제한이 따른다. 그리고 아몰퍼스 코어를 이용한 변압기는 경제성과 효율성에서 한계를 나타내고 있고, 부하율이 40％ 이상일 경우 무부하손실의 감소효과를 기대하기 어렵다.
또한, 부하손실은 부하율에 비례하고, 부하의 종류에 따라 고조파와 불평형이 발생함으로써 불필요한 전력손실을 초래한다. 이러한 고조파와 불평형은 컴퓨터, UPS, 정류기기, 조명장치 또는 사무용기기 등의 각종 비선형 부하의 사용이 급증함에 따라 증가되고 있고, 배전계통에서 전력손실의 증가, 중성선의 과열 및 화재, 각종 전기전자기기의 절연파괴와 오동작 등 다양한 문제를 일으킨다.
따라서 이러한 과도한 영상고조파를 감쇄시키기 위한 고조파감소장치에는 여러 가지 방식이 제안되고 있는데, 그 중에서 3개의 위상선과 중성선에 연결된 지그재그(Zig Zag) 결선 변압기를 이용하여 영상임피던스를 작게 하여 중성선에서 부하계통 측으로 영상고조파가 흐르지 않도록 하고, 지그재그 결선 변압기 측으로 흡수하여 영상고조파를 감쇄시키는 장치가 대표적이다. 이러한 지그재그 결선 변압기를 이용한 영상고조파 필터는 발생량이 가장 많은 저차수인 3차 고조파를 효율적으로 감쇄시킬 수 있다.
종래의 변압기는 여자용량과 자기용량에 의해 불평형에 따른 손실과 3고조파에 따른 손실 등이 발생하여 변압기의 전력효율이 떨어지는 문제가 있었다.
대한민국 등록실용신안공보 제20-0341383호(2004.02.14., 공고) 대한민국 등록특허공보 제10-1398599호(2014.05.28., 공고)
본 발명은 상기 문제를 해결하기 위하여, 교류전원을 공급하는 변압기에서 여자용량권선부에 3상을 묶는 지그재그 결선으로 권선하고, 자기용량권선부의 2상을 묶는 지그재그 결선으로 권선하여 자기용량권선부의 전압 및 전류의 저항을 여자용량권선부 보다 작게 하여 여자용량권선부에서 발생할 수 있는 전력손실을 다시 에너지화함으로써 자기용량권선부를 이용하여 부하단으로 환원시켜 출력하기 위한 것이 목적이다.
본 발명은 상기 목적을 달성하기 위하여, uvw 3상의 전선을 권선하는 1번탭 내지 6번탭이 구성된 여자용량권선부와 UVW 3상 전선을 권선하는 7번탭 내지 12번탭이 구성된 자기용량권선부를 포함하는 절감기용 변압기에 있어서, 상기 여자용량권선부는 uvw 3상을 결선하되, u상의 1번탭과 2번탭을 정방향 권선하여 결선하고, w상 3번탭과 4번탭을 역방향 권선하여 결선하며, v상 5번탭과 6번탭을 정방향 권선하여 결선하는 u상 결선과, v상의 1번탭과 2번탭을 정방향 권선하여 결선하고, u상 3번탭과 4번탭을 역방향 권선하여 결선하며, w상 5번탭과 6번탭을 정방향 권선하여 결선하는 v상 결선과, w상의 1번탭과 2번탭을 정방향 권선하여 결선하고, v상 3번탭과 4번탭을 역방향 권선하여 결선하며, u상 5번탭과 6번탭을 정방향 권선하여 결선하는 u상 결선을 포함하고, 상기 자기용량권선부는 UW, VU, WV 각 2상을 결선하되, U상의 7번탭과 8번탭을 정방향 권선하여 결선하고, W상 10번탭과 9번탭을 역방향 권선하여 결선하며, U상 11번탭과 12번탭을 정방향 권선하여 결선하는 U상 결선과, V상의 7번탭과 8번탭을 정방향 권선하여 결선하고, U상 10번탭과 9번탭을 역방향 권선하여 결선하며, V상 11번탭과 12번탭을 정방향 권선하여 결선하는 V상 결선과, W상의 7번탭과 8번탭을 정방향 권선하여 결선하고, V상 10번탭과 9번탭을 역방향 권선하여 결선하며, W상 11번탭과 12번탭을 정방향 권선하여 결선하는 U상 결선을 포함하여 이루어진 교류전원의 공급을 위한 지그재그 결선된 절감기용 변압기를 제공한 것이 특징이다.
또한, 본 발명에서, 상기 여자용량권선부에서, 정방향은 25% 권선으로 결선하고, 역방향은 50% 권선으로 결선하며, 상기 자기용량권선부에서, 정방향은 1% 권선으로 결선하고, 역방향은 2% 권선으로 결선할 수 있다.
또한, 본 발명에서, 상기 7번탭은 입력단으로 하고, 1번탭과 12번탭을 결선하여 출력단으로 할 수 있다.
또한, 본 발명에서, 상기 여자용량권선부의 100% 결선과 자기용량권선부의 4% 결선을 병렬로 연결하여 전압을 4% 강하시킬 수 있다.
또한, 본 발명에서, 상기 6번탭은 중성선을 연결하여 결선할 수 있다.
본 발명에 따르면, uvw 3상의 여자용량권선부의 100%와 UVW 3상의 자기용량권선부의 4%의 각 탭의 결선 및 권선으로부터 자기용량권선부의 전압 및 전류의 저항을 여자용량권선부 보다 작게 하여 여자용량권선부에서 발생할 수 있는 전력손실을 다시 에너지화하고 자기용량권선부를 이용하여 부하단으로 환원시켜 출력함으로써 변압기를 통한 에너지 손실을 최소화한 이점이 있다.
도 1은 3선 결선을 나타낸 전기회로도이다.
도 2는 본 발명에 따른 실시 예로, 교류전원의 공급을 위한 지그재그 결선된 절감기용 변압기를 나타낸 결선도이다.
도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 교류전원의 공급을 위한 지그재그 결선된 절감기용 변압기의 용량별 결선도이다.
도 5는 본 발명에 따른 교류전원의 공급을 위한 지그재그 결선된 절감기용 변압기의 스타 결선도이다.
도 6은 본 발명에 따른 교류전원의 공급을 위한 지그재그 결선된 절감기용 변압기를 나타낸 벡터도이다.
이하, 본 발명에 따른 교류전원의 공급을 위한 지그재그 결선된 절감기용 변압기에 관한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1에서, 3선 결선을 나타낸 전기회로도는 외부로부터 3선 3상(RST)의 전력이 입력단에 인가되고, 입력단에는 2선의 배선용 차단기(MCCB)와 컨트롤러(1)가 연결된다. 그리고 입력단에는 3선 기중차단기(ACB)를 거쳐 절감기용 변압기(10)가 연결되고, 절감기용 변압기(10)에는 자동절체스위치(ATS)(2)를 거쳐 부하단(LOAD)이 연결된다. 자동절체스위치(2)는 절감기용 변압기(10)와 연결된 절전단자와 절감기용 변압기(10)를 거치지 않는 바이패스단자가 병렬로 연결된다.
도 2는 절감기용 변압기(10)의 회로 결선을 나타낸 것으로, 절감기용 변압기(10)에는 자기용량권선부(20)와 여자용량권선부(30)가 각각 결선된다. 자기용량권선부(20)는 입력단으로 3상, 즉, U상, V상 및 W상으로 각각 7번탭에서 12번탭이 구성된다. 그리고 여자용량권선부(30)는 출력단으로 3상, 즉, u상, v상 및 w상으로 각각 1번탭에서 6번탭이 구성된다. 각각의 해당 탭들 사이에는 일정 회수로 권선되어 결선된다.
도 3에서, 자기용량권선부(20)는 UW, VU, WV 각 2상을 결선한다. 이때, U상의 결선으로, 입력단인 U상의 7번탭은 8번탭과 정방향으로 권선하여 결선한다. 그리고 8번탭에서 W상의 10번탭으로 결선한 후 10번탭은 9번탭과 역방향으로 권선하여 결선한다. 또, 9번탭에서 U상의 11번탭으로 결선한 후 11번탭은 12번탭과 정방향으로 권선하여 결선한다.
또한, V상의 결선으로, 입력단인 V상의 7번탭은 8번탭과 정방향으로 권선하여 결선한다. 그리고 8번탭에서 U상의 10번탭으로 결선한 후 10번탭은 9번탭을 역방향으로 권선하여 결선한다. 또, 9번탭에서 V상의 11번탭으로 결선한 후 11번탭은 12번탭과 정방향으로 권선하여 결선한다.
또한, W상의 결선으로, 입력단인 W상의 7번탭은 8번탭과 정방향 권선하여 결선한다. 그리고 8번탭에서 V상의 10번탭으로 결선한 후 10번탭은 9번탭을 역방향으로 권선하여 결선한다. 또, 9번탭에서 W상의 11번탭으로 결선한 후 11번탭은 12번탭과 정방향으로 권선하여 결선한다.
상기 자기용량권선부(20)에서 정방향은 1% 권선으로 결선하고, 역방향은 2% 권선으로 결선한다.
다음으로, 여자용량권선부(30)는 uvw 3상을 결선한다. 이때, u상의 결선으로, 출력단인 u상의 1번탭은 2번탭과 정방향으로 권선하여 결선한다. 그리고 2번탭에서 w상의 3번탭으로 결선한 후 3번탭은 4번탭과 역방향으로 권선하여 결선한다. 또, 4번탭에서 v상 5번탭으로 결선한 후 5번탭은 6번탭과 정방향으로 권선하여 결선한다.
또한, v상의 결선으로, 출력단인 v상의 1번탭은 2번탭과 정방향으로 권선하여 결선한다. 그리고 2번탭에서 u상의 3번탭으로 결선한 후 3번탭은 4번탭과 역방향으로 권선하여 결선한다. 또, 4번탭에서 w상의 5번탭으로 결선한 후 5번탭은 6번탭과 정방향으로 권선하여 결선한다.
또한, w상의 결선으로, 출력단인 w상의 1번탭은 2번탭과 정방향으로 권선하여 결선한다. 그리고 2번탭에서 v상의 3번탭으로 결선한 후 3번탭은 4번탭과 역방향으로 권선하여 결선한다. 또, 4번탭에서 u상의 5번탭으로 결선한 후 5번탭은 6번탭과 정방향으로 권선하여 결선한다.
상기 여자용량권선부(30)에서 정방향은 25% 권선으로 결선하고, 역방향은 50% 권선으로 결선한다. 또한, 여자용량권선부(30)의 1번탭과 자기용량권선부(20)의 12번탭은 출력단으로 결선한다. 또한, 여자용량권선부(30)의 6번탭은 각각 중성선(N)으로 결선한다.
도 4에서, 여자용량권선부(30)는 정방향 및 역방향을 포함하여 100%의 권선으로 결선하고, 자기용량권선부(20)는 정방향 및 역방향을 포함하여 ??4%의 권선으로 결선한다. 따라서 여자용량권선부(30)의 100%의 권선과 자기용량권선부(20)의 ??4%의 권선을 병렬로 연결하여 전압을 4% 다운시킨다.
또한, 도 5에서, 절감기용 변압기(10)의 여자용량권선부(30)의 UVW상과 자기용량권선부(20)는 uvw상은 각각 100%와 ??4%의 권선으로 스타(Y) 결선한 것을 보인 것이다.
또한, 도 6에서, 절감기용 변압기(10)의 여자용량권선부(30)의 UVW상에 각각 해당하는 1번탭에서 6번탭과 자기용량권선부(20)는 uvw상에 각각 해당하는 7번탭에서 12번탭의 벡터로 나타낸 것이다.
따라서 여자용량권선부(30)는 지그재그 결선으로 UVW 3상을 묶는 결선방식으로 100% 권선하고, 자기용량권선부(20)는 지그재그 결선으로 u-v, v-u, w-v 각 2상을 묶는 결선방식으로 4% 권선한다. 그러므로 자기용량권선부(20)의 전압 및 전류의 저항은 여자용량권선부(30)보다 작게 함으로써, 여자용량권선부(30)에서 불평형 손실과 3고조파 손실 등을 다시 에너지화하고, 자기용량권선부(20)를 이용하여 부하단으로 환원시켜 4%의 전압강하에서 발생할 수 있는 전력을 보완한다.
또한, 자기용량권선부(20)와 여자용량권선부(30)의 결선방식을 달리하고 여자용량권선부(30)의 100% 권선에 자기용량권선부(20)의 ??4% 권선으로부터 ??4%의 역결선으로 중첩하여 전력의 저항성을 최소화시키고, 전압 및 전류를 쇄교하여 임피던스 값을 낮추어 버려지는 전력을 재사용할 수 있도록 한 것이다. 예컨대, 절감기용 변압기(10)의 각 탭의 전압이 380V, 400V, 415V, 440V 또는 480V이면, 이에 대한 4% 전압은 각각 15.2V, 16.0V, 16.6V, 17.6V 또는 19.2V가 된다.
참고로, 임피던스는 저항과 마찬가지로 소모, 저장 및 부하의 3가지 역할을 한다. 즉, 도선을 따라 전류가 흐르면, 주파수와 구조에 따란 자기장으로 에너지가 축적되는 인덕턴스(L)나 전기장으로 에너지가 축적되는 커패시턴스(C)로 에너지가 축적되면, 외관상 에너지가 사라져 소모되는 것처럼 보인다. 이때, 실제로 소모되는 경우도 있지만, 대체로 축적 후에 교류 상황에 따라 에너지가 재활용된다. 따라서 교류저항성 소자들로 인하여 주파수에 따라 임피던스도 달라진다. 이러한 다른 임피던스를 이용하여 부하(Load)를 걸 수 있는 것이다. 그러므로 임피던스의 조절로부터 전압 또는 전류 중 어느 하나를 조절하면 나머지 하나도 조절할 수 있다.
이와 같이 본 발명의 교류전원의 공급을 위한 지그재그 결선된 절감기용 변압기는 자기용량권선부의 전압 및 전류의 저항을 여자용량권선부 보다 작게 하여 여자용량권선부에서 발생할 수 있는 전력손실을 다시 에너지화하고 자기용량권선부를 이용하여 부하단으로 환원시켜 출력함으로써 변압기를 통한 에너지 손실을 최소화한 장점이 있다.
이상의 설명에서 본 발명은 특정의 실시 예와 관련하여 도시 및 설명하였지만, 청구범위에 의해 나타난 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 개조 및 변화가 가능하다는 것을 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 쉽게 알 수 있을 것이다.
1: 컨트롤러 2: 자동절체스위치
10: 절감기용 변압기
20: 자기용량권선부
30: 여자용량권선부

Claims (5)

  1. uvw 3상의 전선을 권선하는 1번탭 내지 6번탭이 구성된 여자용량권선부와 UVW 3상 전선을 권선하는 7번탭 내지 12번탭이 구성된 자기용량권선부를 포함하는 절감기용 변압기에 있어서,
    상기 여자용량권선부는 uvw 3상을 결선하되, u상의 1번탭과 2번탭을 정방향 권선하여 결선하고, w상 3번탭과 4번탭을 역방향 권선하여 결선하며, v상 5번탭과 6번탭을 정방향 권선하여 결선하는 u상 결선과, v상의 1번탭과 2번탭을 정방향 권선하여 결선하고, u상 3번탭과 4번탭을 역방향 권선하여 결선하며, w상 5번탭과 6번탭을 정방향 권선하여 결선하는 v상 결선과, w상의 1번탭과 2번탭을 정방향 권선하여 결선하고, v상 3번탭과 4번탭을 역방향 권선하여 결선하며, u상 5번탭과 6번탭을 정방향 권선하여 결선하는 u상 결선을 포함하고,
    상기 자기용량권선부는 UW, VU, WV 각 2상을 결선하되, U상의 7번탭과 8번탭을 정방향 권선하여 결선하고, W상 10번탭과 9번탭을 역방향 권선하여 결선하며, U상 11번탭과 12번탭을 정방향 권선하여 결선하는 U상 결선과, V상의 7번탭과 8번탭을 정방향 권선하여 결선하고, U상 10번탭과 9번탭을 역방향 권선하여 결선하며, V상 11번탭과 12번탭을 정방향 권선하여 결선하는 V상 결선과, W상의 7번탭과 8번탭을 정방향 권선하여 결선하고, V상 10번탭과 9번탭을 역방향 권선하여 결선하며, W상 11번탭과 12번탭을 정방향 권선하여 결선하는 U상 결선을 포함하여 이루어진, 교류전원의 공급을 위한 지그재그 결선된 절감기용 변압기.
  2. 제1항에 있어서, 상기 여자용량권선부에서, 정방향은 25% 권선으로 결선하고, 역방향은 50% 권선으로 결선하며,
    상기 자기용량권선부에서, 정방향은 1% 권선으로 결선하고, 역방향은 2% 권선으로 결선하는, 교류전원의 공급을 위한 지그재그 결선된 절감기용 변압기.
  3. 제1항에 있어서, 상기 7번탭은 입력단으로 하고, 1번탭과 12번탭을 결선하여 출력단으로 하는, 교류전원의 공급을 위한 지그재그 결선된 절감기용 변압기.
  4. 제1항에 있어서, 상기 여자용량권선부의 100% 결선과 자기용량권선부의 4% 결선을 병렬로 연결하여 전압을 4% 강하시키는, 교류전원의 공급을 위한 지그재그 결선된 절감기용 변압기.
  5. 제1항에 있어서, 상기 6번탭은 중성선을 연결하여 결선하는, 교류전원의 공급을 위한 지그재그 결선된 절감기용 변압기.
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Citations (6)

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KR200341383Y1 (ko) 2003-11-12 2004-02-14 박양근 절전기능을 갖는 3상 변압기
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KR101398599B1 (ko) 2013-02-04 2014-05-28 김나운 친환경 절전형 하이브리드 변압기 및 그 절전방법
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