KR102571731B1

KR102571731B1 - 전력효율개선 전력용 3상 결선 변압기

Info

Publication number: KR102571731B1
Application number: KR1020210106025A
Authority: KR
Inventors: 김기성
Original assignee: (주)천마전기
Priority date: 2021-08-11
Filing date: 2021-08-11
Publication date: 2023-08-29
Also published as: KR20230024018A

Abstract

본 발명의 전력효율개선 전력용 3상 결선 변압기는, 부하(110)에 교류 전원을 공급하기 위한 3상 결선을 가지는 전원계통(100)에 연결된 대칭 구조의 복수의 지그재그 결선부(130)를 갖는 변압기로서, 상기 복수의 지그재그 결선부(130)는, 3개의 레그(131,132,133)를 갖는 코어를 가지며, 각 레그에 대해 3상 변압기의 4개 권선이 동일 방향으로 권회되되 상호 대칭으로 권회되어 있고, 각 상의 레그에 권회된 변압기용 권선의 제1 리드선에 이웃하는 상의 권선의 제2 리드선이 리드연결선으로 각각 접속되면서 각 상의 단자를 형성하고, 나머지 권선의 리드선들은 중성점에 접속되어 있는 것을 특징으로 하며, 각 리드연결선들은 교차하지 않도록 구성되는 것을 특징으로 하고, 좌. 우측 모두의 지그재그 결선 구조는 2배 이상의 능력을 발생하는바, 이로 인해 좌. 우측 모두의 지그재그 결선 구조인 3상 마름모 결선 변압기는 같은 용량에 비해 크기도 작고 결상복구, 정전보상, 고조파절감 및/또는 역률보상 능력이 강한 전력효율개선 전력용 3상 결선 변압기가 가능하고, 코일이 상호 대칭이면서 리드연결선들의 교차가 되지 않으므로 더욱 안전한 전력효율개선 전력용 3상 결선 변압기가 가능하다.

Description

전력효율개선 전력용 3상 결선 변압기{THREE PHASE ELECTRIC POWER LOTTERY TRANSFORMER}

본 발명은 전력용 3상 변압기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 상호 대칭이 되는 쌍 지그재그 결선 변압기를 결합하면서 리드연결선들이 상호 중첩되지 않도록 공간적으로 이격시킴으로써 대전력에서도 안전하게 사용가능하고 전력효율이 개선되도록 한 전력용 3상 결선 변압기에 관한 것이다.

전기가 발명되고 교류를 사용하면서부터 인간은, 변압기 없이는 전기를 사용할 수가 없다. 즉, 배전계통에서 고압으로 공급이 효율적이므로, 고압으로 송전하고 수용가에 가까울수록 안정한 상대적으로 저압으로의 변압이 필요한바, 따라서 변압기는 송전을 비롯한 전기에서 뗄 수가 없는 것이다.

더욱이, 초고압의 송전시 평형의 문제를 비롯하여 여러 가지 이유로 3상 전원을 사용한 역사 이래로, 21세기에는 고조파 전력문제가 대두되고 있다.

고조파란 정상 주파수를 사용하는 기기가 사용전력을 모두 사용하지 않고 일부를 전력선에 되돌려 주어 이것이 전력쓰레기로 돌아다녀 각종 문제를 일으킨다.

문제로는 주파수가 커져 콘덴서의 용량의 과포화로 파괴, 중성선의 과대용량증가, 모터의 속도 불 균일, 각종 컨트롤 장비의 노이즈, 등 이다.

기존의 고조파 필터는 수동형 필터와 능동형 필터, 영상 고조파 필터가 있다. 수동형 필터는, 특정 주파수와 특정 전류가 설정되고 그 특정주파수와 특정전류는 감쇠한다. 그러나 그 특정주파수와 특정전류보다 적으면 감쇠가 잘 이루어지지 않고. 특정전류보다 많으면 과열되고 소손이 된다.

능동형 필터는, 종전에는 전자식 장비로 특정 주파수의 역주파수를 발생시켜 상쇄시키는 관계로 전자식 장비가 잘못되면 오히려 고조파가 발생 되는 문제점을 안고 있을 뿐만 아니라 상당히 높은 가격이다.

영상 고조파 필터는, 지그재그 결선구조로 능동형 필터이나 영상 고조파 일부가 감쇠(약 50%) 된다.

한편, 고조파 필터 및 변압기에 관한 제1 종래기술로서, 대한민국 공개특허 제2014-0032300호 (고조파 제거용 하이브리드 변압기) 와 같은 기술이 공개되어 있다.

이는, 도 1에서 보듯이, 상기 제1 종래기술은, 3고조파를 기본으로 하여 5고조파 및 다른 차수의 고조파를 억제할 수 있는 변압기를 제공하여 고조파에 의한 중성선의 과열 발생 및 변압기 외함의 초과발열 제거 등 전력품질을 향상시키고 고조파 전류에 의한 전력손실을 감소시켜 효율을 증대시키며 기기의 수명을 보장하는 고조파 제거용 하이브리드 변압기에 관한 것이다.

상기 제1 종래기술은, 변압기의 1차 고압 권선(델타 권선)을 기준으로, 부하에 발생하는 고조파 차수에 180도의 위상을 가지는 권선으로 이루어진 2차, 3차 저압권선(지그재그 권선)을 포함하는 것을 특징으로 한다.

그러나, 상기 제1 종래기술의 경우에는, 1차, 2차 및 3차와 같은 많은 권선을 필요로 하는바, 엄밀하게 말해서 별도의 1차측 권선까지를 고려한다면, 모두 4차 권선을 갖는 4복권형 변압기가 되어 버리며, 거기에 따라 크기도 커지며, 극히 비효율적이다.

다른 한편, 고조파 필터 및 변압기에 관한 제2 종래기술로서, 본 발명자의 대한민국 등록특허 제1828831호 (향상된 고조파 감쇠 및 대전류 결상복구 기능을 갖는 전력용 변압기) 와 같은 기술이 공개되어 있다.

상기 제2 종래기술은, 비상시에는 한 상 결상되는 사고를 막는 결상복구기로 사용가능하며 상전류가 분산되어 대전류에서도 크기를 최소화할 수 있으며, 영상 고조파는 물론, 5, 7 고조파도 감쇠시켜 전력품질을 더욱 개선하는 3상 전기 변압기를 제공하는 것이다.

상기 제2 종래기술의 변압기는, 도 2 및 도 3에서 보듯이, 부하(110)에 교류 전원을 공급하기 위한 3상 결선을 가지는 전원계통(100)에 연결된 델타-지그재그 결선부(120)를 갖는 변압기로서, 상기 델타-지그재그 결선부(120)는, 3개의 레그(121,122,123)를 갖는 단권 코어를 가지며, 각 레그에 대해 3상 변압기의 권선(R1,R2; S1,S2; T1,T2) 및 결상복구용 권선(Rn; Sn; Tn)이 권회되어 있고, 상기 3상 변압기의 권선(R1,R2; S1,S2; T1,T2)은 델타 형의 결선 구조를 연결되며, 각 상의 레그에 권회된 변압기용 권선의 삼등분한 지점에서의 탭이 이웃하는 상의 결상복구용 권선의 일단에 접속되고, 각 결상복구용 권선의 타단은 중성점에 접속되어 있으며, 상기 각 결상복구용 권선(Rn,Sn,Tn)의 각각의 턴수는, 3상 변압기의 권선(R1,R2; S1,S2; T1,T2)의 대응되는 것의 1/3인 것을 특징으로 한다.

그러나, 상기 제2 종래기술의 델타-지그재그 방식의 경우, 고조파 감쇠 및 결상 복구 기능을 갖기는 하나, 결상 복수에 있어서 델타 권선의 효율이 아주 높지는 않다는 한계가 존재하였다.

이에, 본 발명자는, 이상의 제1 및 제2 종래기술의 문제점을 해결하고자, 전력선에 병렬로 설치되면서 고조파를 제거(능동형필터)하되, 상전류가 분산되어 대전류에서도 크기를 최소화하면서도, 영상 고조파는 물론, 5, 7 고조파도 감쇠시켜 전력품질을 더욱 개선하는 3상 전기 변압기를, 제3 종래기술로서 제안한 바 있다.

상기 제3 종래기술을, 도 4 및 도 5를 참조하여 설명하면, 부하(110)에 교류 전원을 공급하기 위한 3상 결선을 가지는 전원계통(100)에 연결된 복수의 지그재그 결선부(130)를 갖는 변압기로서, 상기 복수의 지그재그 결선부(130)는, 3개의 레그(131, 132, 133)를 갖는 단권 코어를 가지며, 각 레그에 대해 3상 변압기의 지그재그권선(R1,Rn; S1,Sn; T1,Tn) 및 3상 변압기의 지그재그의 대칭인 권선(R2,Rn*; S2,Sn*; T2,Tn*)이 권회되어 있고 상기 3상 변압기의 권선 R2끝(Rz), S1시작(Sa)이 S상에 연결되고; S2끝(Sz), T1시작(Ta)이 T상에 연결되고; T2끝(Tz), R1시작(Ra)이 R상에 연결되고; Rn, Sn, Tn의 시작인 3개의 N과 Rn*, Sn*, Tn*의 끝인 3개의 N을 모두 6개 N이 N상에 연결되어 있고; R1끝(2), Tn끝(7)이 연결되고; S1끝(5), Rn끝(1)이 연결되고; T1끝(8), Sn끝(4)이 연결되고; R2시작(3), Sn*시작(4*)이 연결되고; S2시작(6), Tn*시작(7*)이 연결되고; T2시작(9), Rn*시작(1*)이 연결되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, R상 레그(131)에는 제1 및 제2, 제3, 제4 R상 권선(Rn*, Rn, R1, R2 )이 권회되어 있고 S상 레그(132)에는 제1 및 제2, 제3, 제4 S상 권선(Sn*, Sn, S1, S2 )이 권회되어 있고 T상 레그(133)에는 제1 및 제2, 제3, 제4 T상 권선(Tn*, Tn, T1, T2 )이 권회되어 있으며 모두 같은 굵기에 같은 감은 수인 것이 특징으로 한다.

더욱 바람직하게는, 차단기(112)가, 상기 전원계통(100)의 각상의 전선과 상기 복수의 지그재그 결선부(130)의 대응되는 변압기용 권선 사이에 삽입되는 것을 특징으로 한다.

상기 제3 종래기술의 전기변압기를 더 상세히 설명하면, 도 4에서 보는 바와 같이, 부하(110)에 교류 전원을 공급하기 위한 3상 4선식 결선을 가지는 전원계통(100)과, 전원단의 한상 결상으로 일어나는 정전사고를 막는 결상복구기능을 갖으며 부하 측에서 3상 380V 및 3상 220V를 출력하는 변압기로 이루어지는바, 상기변압기는, 변압기의 본체에 해당하는 복수의 지그재그 결선부(130)와 3상 4선 배선용차단기(112)로 이루어진다.

이때, 전원계통(100)은 3개의 상(R상,S상,T상)과 중성점의 전압이 0V인 전선의 N 상을 갖는바, 일례로 상기 R상은 전압의 위상이 0도인 전선, S상은 전압의 위상이 120도인 전선, 그리고 T상은 전압의 위상이 240도인 전선으로 정할 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 위상이 달라질 수 있으나, 설명의 편의상 본 실시예에서는 상기 예를 가지고 설명한다.

먼저, 복수의 지그재그 결선부(130)를 도 4 및 도 5를 참조하여 설명하면, 레그(131,132,133)를 갖는 단권 코어를 가지며, 각 레그에 대해 일반적인 3상 변압기의 권선이 권회되어 있다.

즉, R상 레그(131)에는 제2, 제3 R상 권선(Rn, R1)이 권회되어 있고, S상 레그(132)에는 제2, 제3 S상 권선(Sn, S1)이 권회되어 있고, T상 레그(133)에는 제2, 제3 T상 권선(Tn, T1)이 권회되어 있으며, 이들이 통상적인 정상 지그재그 결선부를 형성하고 있다. 즉, R상 레그(131)의 R상의 제3권선(R1)의 끝점(2)이 T상 레그(133)의 T상의 제2권선(Tn)의 끝점(7)과 접속되며, S상 레그(132)의 S상의 제3권선(S1)의 끝점(5)가 R상 레그(131)의 R상의 제2권선(Rn)의 끝점(1)과 접속되며, T상 레그(133)의 T상의 제3권선(T1)의 끝점(8)가 S상 레그(132)의 S상의 제2권선(Sn)의 끝점(4)과 접속된다.

또한, R상 레그(131)에는 제1, 제4 R상 권선(Rn*, R2)이 권회되어 있고, S상 레그(132)에는 제1, 제4 S상 권선(Sn*, S2)이 권회되어 있고, T상 레그(133)에는 제1, 제4 T상 권선(Tn*, T2)이 권회되어 있으며, 이들이 상기 정상 지그재그 결선부와 반대인 역 지그재그 결선부를 형성하고 있다. 즉, R상 레그(131)의 R상의 제4권선(R2)의 시작점(3)이 S상 레그(132)의 S상의 제1권선(Sn*)의 시작점(4*)과 접속되며, S상 레그(132)의 S상의 제4권선(S2)의 시작점(6)이 T상 레그(133)의 T상의 제1권선(Tn*)의 시작점(7*)과 접속되며, T상 레그(133)의 T상의 제4권선(T2)의 시작점(9)가 R상 레그(131)의 R상의 제1권선(Rn*)의 시작점(1*)과 접속된다.

또한, 상기 3상 변압기의 권선 T2 끝(Tz), R1 시작(Ra)이 R상에 연결되고; R2 끝(Rz), S1 시작(Sa)이 S상에 연결되고; S2 끝(Sz), T1 시작(Ta)이 T상에 연결되는 모습은 일반 델타 결선의 형태이다.

상기 제3 종래기술에서 특이한 점은, Rn, Sn, Tn,의 시작인 3개의 N과 Rn*, Sn*, Tn*의 끝인 3개의 N을 모두 6개 N이 N상에 연결되어 있다.

또한, 특이한 점은 R상 레그(131)에는 제1 및 제2, 제3, 제4 R상 권선(Rn*, Rn, R1, R2 )이 권회되어 있고, S상 레그(132)에는 제1 및 제2, 제3, 제4 S상 권선(Sn*, Sn, S1, S2 )이 권회되어 있고, T상 레그(133)에는 제1 및 제2, 제3, 제4 T상 권선(Tn*, Tn, T1, T2 )이 권회되어 있으며, 모두 같은 굵기에 같은 감은 수인 것이 특징으로 한다.

모두 같은 굵기라는 것은 제조가 편리하다는 것이다. 전선을 선정했을 때 계속 같은 것으로 감을 수 있다. 그리고 N상을 기준으로 모두가 대칭이다는 것을 의미한다.

이를 벡터도로 도시하면 도 5에서 보는 바와 같으며, 참고로 도 5의 벡터도에서, 평행한 벡터는 동일한 레그에 권회됨을 의미하며, 각 권선의 시작점 및 끝점, 그리고 중간 탭의 연결 관계가 알기 쉽게 도시되어 있다.

이를 좀더 구체적으로 설명하면, R상 레그(131)에는 제1 및 제2, 제3, 제4 R상 권선(Rn*, Rn, R1, R2 )이 권회되어 있고, 여기에서 감은 수가 같다는 것은, 제1코아를 구성하는 R상 레그(131)의 철심에 Rn*의 시작(1*)해서 감아 끝(N)까지 감은 턴수가 Rn의 시작(N)해서 감아 끝(1)까지 감은 턴수와 R1의 시작(Ra)해서 감아 끝(2)까지 감은 턴수와 R2의 시작(3)해서 감아 끝(Rz)까지 감은 턴수가 모두 같다는 것을 말하는 것이며, 이때 턴수와 철심의 면적은 반비례한다.

다시 말하면 턴수 곱하기 철심의 면적은 일정해야 한다. 여기서 턴 수는 이론상으로는 선전압 380V의 1/3인 126.7V에 해당되는 감은 수이지만, 실제 실험에서는 103.5턴수로 하였다. 그리고 0.5mm 두께의 무방향성 철심 156장을 사용하였는 바, 따라서 단면적은 (79.mm(=158장)x 46. mm) 이다. 이때 변압기를 만들 때 (0.5mm 두께의 무방향성 철심 156장)x (79.mm(=158장)x 46. mm) 은 일정해야 무부하손과 동손이 일치하게 된다.

마찬가지로, 제2코아를 구성하는 S상 레그(132)에는 제1 및 제2, 제3, 제4 S상 권선(Sn*, Sn, S1, S2 )이 권회되어 있고, 여기에서 감은 수가 같다.

S상 레그(132)의 철심에 Sn*의 시작(4*)해서 감아 끝(N)까지 감은 턴수가 Sn의 시작(N)해서 감아 끝(4)까지 감은 턴수와 S1의 시작(Sa)해서 감아 끝(5)까지 감은 턴수와 S2의 시작(6)해서 감아 끝(Sz)까지 감은 턴수가 모두 같다는 것을 말하는 것이며, 역시 마찬가지로, 제3 코아를 구성하는 T상 레그(133)에는 제1 및 제2, 제3, 제4 T상 권선(Tn*, Tn, T1, T2 )이 권회되어 있고, 여기에서 감은 수가 같다.

T상 레그(133)의 철심에 Tn*의 시작(7*)해서 감아 끝(N)까지 감은 턴수가 Tn의 시작(N)해서 감아 끝(7)까지 감은 턴수와 T1의 시작(Ta)해서 감아 끝(8)까지 감은 턴수와 T2의 시작(9)해서 감아 끝(Tz)까지 감은 턴수가 모두 같다는 것을 말하는 것이다.

그리하여, 상기 제3 종래기술에 의하면, 일반적인 지그재그 결선부를 갖는 변압기의 경우에는 용량이 커짐에 따라 결상복구 기능이 충분히 발휘되지 않고, 제1 종래기술의 다중 지그재그 결선부를 갖는 변압기의 경우에는 너무 중복되는 불필요한 결선부가 많아서 너무 비효율적이었으며, 제2 종래기술의 델타-지그재그 결선부를 갖는 변압기의 경우에는 1kW의 부하를 걸었을 때에 한 상의 결상시 정격전압 220V 보다 10V 가량 떨어진다는 한계점이 있었으나, 상기 제3 종래기술의 복수의 지그재그 결선부를 갖는 3상 전력 복권 변압기에 의하면, 매우 단순한 구성에 의해서도 한 상의 결상시 7V 가량만 떨어지며 결상복구가 가능하므로, 30% 정도의 결상복구 효율의 증가를 가져온다는 점을 알 수 있었다.

그런데 다른 한편으로, 3상 변압기가 대전력에 사용되는 경우, 삼상 모터는 단상이 걸려 모타 소손이 발생하고, 반도체에는 과전압이 걸려 소손되고 역률을 좋게 하는 콘덴서는 전력에 노이즈를 발생하며 과거에는 역률을 잡을 수 있었으나 21세기에서 잘 잡히지 않는바, 새로운 역률 잡는 기구가 요청되었고, 그리하여 지그재그 변압기가 많이 사용되고는 있으나, 상기 제3 종래기술의 경우, 리드선이 아래위가 분리되어 있어, 특히 특고압 (일례로 22,900V) 에 대해 사용되는 경우, 리드연결선들이 다수 사용되어야 하므로, 리드연결선의 접근으로 인하여 쇼트가 발생하는 문제점이 간혹 발행하였다.

일례로, 도 6에서와 같이, 하나의 레그에 여러 쌍의 권선이 권회되면서, 리드선도 여러 개가 나와야 하며 (일례로 도 6의 경우에는 하나의 레그에 4개의 리드선(L11~L14)이 나와야 하고 총 6개의 리드연결선들이 교차하는바, 제1 리드연결선(LC1)과 제2 리드연결선(LC2)은 교차하지 않지만, 제3 리드연결선(LC3)과는 교차하기 때문에, 교차하는 부위에서 사실상의 절연이 깨지는 관계로, 변압기 전체로 손상을 입는 경우가 있었다.

특히, 상기 제3 종래기술에서는, 하나의 레그에 7개 내지 9개의 리드선이 나오고, 이들을 상호 리드연결선으로 연결하여야 하는 관계로, 리드연결선들끼리 전혀 교차하지 않도록 하는 것이 곤란하였는바, 이는 초고전압 하에서는 심각한 문제로 대두되었다.

더욱이, 상기 제3 종래기술에서는, 같은 레그에 권회되는 코일의 방향이 달라지는 관계로, 권회 방향이 바뀌는 부분에서 1회 혹은 1/2회 권선수가 달라지는 관계로, 평형이 깨지면서 역시 변압기의 안전성이 훼손된다는 문제점이 있었는바, 수 천 볼트의 고압에서는 그런대로 동작하였으나, 수 만 볼트의 초고압에서는 심각한 문제로 대두되었다.

대한민국 공개특허 제2014-0032300호 (고조파 제거용 하이브리드 변압기) 대한민국 등록특허 제1828831호 (향상된 고조파 감쇠 및 대전류 결상복구 기능을 갖는 전력용 변압기) 대한민국 등록특허 제1931218호 (3상 전력 단권 변압기를 이용한 고조파 능동형 필터 기능을 갖는 3상 전력 복권 변압기)

즉, 한 상에 리드선이 델타결선 변압기처럼 두 개가 아니고 V 결선 변압기처럼 하나로 되어 있어 실제 용량을 다 쓰지 못하였다는 상기 제3 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명에서는, 지그재그 결선 구조를 전력용 변압기로 사용하되, 좌측 지그재그와 대칭인 우측 지그재그를 합치면 3상 마름모 결선 변압기가 되도록 하여, 한 상에 두 방향의 전선이 연결되어 있어 전력 주파수 60[Hz]안에서 각 주파수 1[Hz] 내에 흐르는 좌측과 우측에 0/3[Hz], 1/3[Hz], 2/3[Hz] 만큼, 시간이 각각 다르게 흐르는 현상이 만들어져 좌측 하나의 지그재그 결선 구조에 의한 결상복구 능력에 비하여. 좌. 우측 모두의 지그재그 결선 구조는 2배 이상의 능력을 발생시키는바, 이로 인해 좌. 우측 모두의 지그재그 결선 구조인 3상 마름모 결선 변압기는 같은 용량에 비해 크기도 작고 결상복구 능력이 강한 전력효율개선 전력용 3상 결선 변압기를 제안하기 위한 것이다.

또한, 본원발명은, 리드연결선들의 교차가 되는 것을 없애기 위해 리드선을 위치에 알맞게 뽑아 내서 연결하여, 더욱 안전한 전력효율개선 전력용 3상 결선 변압기를 제안하기 위한 것이다.

더욱이, 본원발명은, 각각의 레그에 코일을 권회할 때에 리스건의 위치에 관계없이 모두 동일한 방향으로 권회하도록 함으로써, 제조가 용이하도록 한 전력효율개선 전력용 3상 결선 변압기를 제안하기 위한 것이다.

이상의 목적 및 다른 추가적인 목적들이, 첨부되는 청구항들에 의해 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서, 당업자들에게 명백히 인식될 수 있을 것이다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 제1 측면에 따르는 전력효율개선 전력용 3상 결선 변압기는, 부하(110)에 교류 전원을 공급하기 위한 3상 결선을 가지는 전원계통(100)에 연결된 대칭 구조의 복수의 지그재그 결선부(130)를 갖는 변압기로서, 상기 복수의 지그재그 결선부(130)는, 3개의 레그(131,132,133)를 갖는 코어를 가지며, 각 레그에 대해 3상 변압기의 4개 권선이 동일 방향으로 권회되되 상호 대칭으로 권회되어 있고, 각 상의 레그에 권회된 변압기용 권선의 리드선 중에서 일측 최외곽의 제1 리드선(⑧번 리드선)에 이웃하는 상의 권선의 리드선 중에서 타측 최외곽의 제2 리드선(⑤번 리드선)이 리드연결선으로 각각 접속되면서 각 상의 단자를 형성하고, 나머지 권선의 리드선들(②번 및 ③번 리드선)은 중성점에 접속되어 있는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 각 리드연결선들은 교차하지 않도록 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한 바람직하게는, 상기 각 레그에 대해 3상 결선 변압기의 권선 리드 연결은, 제1-1리드연결부(시U7, 시W1); 제1-2리드연결부(종U4, 종W6); 제1-3리드연결부(종U6, 종V4); 제1-4리드연결부(시U1, 시V7); 제1-5리드연결부(종V6, 종W4); 제1-6리드연결부(시V1, 시W7)를 포함하는 제1 마름모 권선부; 및 제2-1리드연결부(시W5, 종U8, 전원U상); 제2-2리드연결부(종U2, 시U3, 종V2, 시V3, 종W2, 시W3, 전원N상); 제2-3리드연결부(시U5, 종V8, 전원V상); 제2-4리드연결부(시V5, 종W8, 전원W상)의 제2 마름모 권선부; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 바람직하게는, U상, V상, W상 각 상 권선 코어부터 시작해서 적어도 하나의 제1 절연지(시U1, 종U2); 적어도 하나의 제2 절연지(시U3, 종U4); 적어도 하나의 제3 절연지(시U5, 종U6); 및 적어도 하나의 제4 절연지 절연지(시U7, 종U8);로 절연을 강화한 것을 특징으로 한다.

가장 바람직하게는, U상, V상, W상 각 상의 권선은, 제1 코어(131)의 경우, 제1-1권선(시U1, 종U2); 제1-2권선(시U3, 종U4); 제1-3권선(시U5, 종U6); 제1-4권선(시U7, 종U8)의 4종의 권선이 같은 턴 수이고 같은 굵기이며 방향이 같은 방향이고, 제2 코어(132)의 경우, 제2-1권선(시V1, 종V2); 제2-2권선(시V3, 종V4); 제2-3권선(시V5, 종V6); 제2-4권선(시V7, 종V8)의 4종의 권선이 같은 턴 수이고 같은 굵기이며 방향이 같은 방향이고, 제3 코어(133)의 경우, 제3-1권선(시W1, 종W2); 제3-2권선(시W3, 종W4); 제3-3권선(시W5, 종W6); 제3-4권선(시W7, 종W8)의 4종의 권선이 같은 턴 수이고 같은 굵기이며 방향이 같은 방향이며, 이때, 제1 코어(131)의 상단 리드 위치는 좌측부터 종U8, 시U3, 종U2, 시U5의 순서이고, 하단 리드 위치는 좌측부터 시U7, 종U4, 종U6, 시U1의 순서이며, 제2 코어(132)의 상단 리드 위치는 좌측부터 종V8, 시V3, 종V2, 시V5의 순서이고, 하단 리드 위치는 좌측부터 시V7, 종V4, 종V6, 시V1의 순서이며, 제3 코어(133)의 상단 리드 위치는 좌측부터 종W8, 시W3, 종W2, 시W5의 순서이고, 하단 리드 위치는 좌측부터 시W7, 종W4, 종W6, 시W1의 순서인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 좌. 우측 모두의 지그재그 결선 구조는 2배 이상의 능력을 발생하는바, 이로 인해 좌. 우측 모두의 지그재그 결선 구조인 3상 마름모 결선 변압기는 같은 용량에 비해 크기도 작고 결상복구 능력이 강한 전력효율개선 전력용 3상 결선 변압기가 가능하고, 코일이 상호 대칭이면서 리드연결선들의 교차가 되지 않으므로 더욱 안전한 전력효율개선 전력용 3상 결선 변압기가 가능하다.

도 1은 제1 종래기술의 고조파 저감 장치의 회로도,
도 2는 제2 종래기술의 결상복구기능을 갖는 변압기의 회로도,
도 3은 제2 종래기술의 결상복구기능을 갖는 변압기 중, 델타-지그재그 결선부의 벡터도,
도 4는 제3 종래기술의 3상 전력 단권 변압기를 이용한 고조파 능동형 필터 기능을 갖는 3상 전력 복권 변압기의 회로도,
도 5는 제3 종래기술의 3상 전력 복권 변압기의 복수의 지그재그 결선부의 벡터도,
도 6은 일반적인 몰드 변압기의 외관 사진.
도 7은 본 발명의 최적 실시예에 사용되는 일반적인 변압기 철심을 개략적으로 도시한 도면.
도 8은 본 발명의 최적 실시예에 따른 하나의 레그에 복수개의 권선을 권회한 구성을 개략적으로 도시한 도면.
도 9는 본 발명에 사용되는 권선의 종류 및 순서.
도 10은 본 발명에 따른 3상 결선 변압기의 각 코일들의 연결 결선도.
도 11은 본 발명에 따른 3상 결선 변압기의 각 코일들의 연결 결선된 상태의 평면개략도.
도 12는 본 발명에 따른 3상 결선 변압기의 각 코일들의 연결 결선 상태의 등가회로도.
도 13은 도 12의 회로도를 전력라인에 설치한 상태의 도면.
도 14는 본 발명에 따른 3상 결선 변압기의 각 코일들의 연결 결선 상태의 백터도.
도 15는 실제 코일들을 권회하고 일부 리드선들을 외부로 노출시킨 상태의 실제 권선 사진.

이하 첨부된 도면 중 도 7 내지 도 14를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 보다 상세히 설명하기로 한다.

이에 앞서, 본 명세서 및 청구 범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나, 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 발명의 가장 바람직한 실시예에 불과할 뿐 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원 시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 7은 본 발명의 최적 실시예에 사용되는 일반적인 변압기 철심을 개략적으로 도시한 도면이고, 도 8은 본 발명의 최적 실시예에 따른 하나의 레그에 복수개의 권선을 권회한 구성을 개략적으로 도시한 도면으로서, 도 8의 (a)는 레그를 눕힌 상태에서 권선들을 권회하는 개략사시도이고, 도 8의 (b)는 우측에서 바라본 상세도면이며, 도 9는 본 발명에 사용되는 권선의 종류 및 순서이다.

도 10은 본 발명에 따른 3상 결선 변압기의 각 코일들의 연결 결선도이고, 도 11은 본 발명에 따른 3상 결선 변압기의 각 코일들의 연결 결선된 상태의 평면개략도이고, 도 12는 본 발명에 따른 3상 결선 변압기의 각 코일들의 연결 결선 상태의 등가회로도이고, 도 13은 도 12의 회로도를 전력라인에 설치한 상태의 도면이며, 도 14는 본 발명에 따른 3상 결선 변압기의 각 코일들의 연결 결선 상태의 백터도이다.

도 15는, 실제 코일들을 권회하고 일부 리드선들을 외부로 노출시킨 상태의 실제 권선 사진이다.

본 발명에 따른 복권 3상 마름모 결선 변압기 역시, 도 7 내지 도 9에서 보는 바와 같은 U상 레그(131), V상 레그(132) 및 W상 레그(133)에 권회되어 진다. 2차 권선은 통상적인 3상 델타 결선 혹은 Y결선 방식을 따르면 되며 (실시예에서는 Y결선 방식임(®ⓝ), 권선 역시 도 9의 (a)에서 보는 바와 같이, 일례로 단면이 2*6.5 mm² 인 각형 권선을 사용하여 12회 권회하되, 이중으로 중복하여 총 24회 권회하면 된다.

반면, 수만 볼트 가량의 초고전압에 접속되는 1차 권선은, 일단 권회 수가 2차 권선의 수백 배는 되어야 하는바, 보다 얇은 권선 (일례로 1~2mm 직경의 에나멜선) 을 사용하여, 2차 권선의 외측에 도 8에서 보는 바와 같은 방식으로, 일례로 833회 권회하도록 한다.

보다 구체적으로는, 일례로 맨 안쪽(1층)의 일측(일례로 도 8의 (a)에서 보았을 때에 좌하측)에서 ①번 시작리드선 (후에 각각 '시U1', '시V1', '시W1'로 명명되기도 함)을 일측방향으로 (일례로, 시계방향으로) U상 레그(131) 주위로 권회하여 반대쪽(도 8의 (a)에서 보았을 때에 우측 아래에서 2번째)으로 ②번 종결리드선 (후에 각각 '종U2', '종V2', '종W2'로 명명되기도 함)으로 나오도록 하고 (도 8의 (b)에서 보았을 때에는 하측에서 점선 화살표 방향으로 권회됨), 다음 ②번 리드선 조금 위에서, ③번 시작리드선 (후에 각각 '시U3', '시V3', '시W3'으로 명명되기도 함)이 역시 동일한 방향으로 (일례로, 시계방향으로) 권회되어 ④번 종결리드선 (후에 각각 '종U4', '종V4', '종W4'로 명명되기도 함)이 상기 일측(도 8의 (a)에서 보았을 때에 좌측 위에서 2번째)으로 나오도록하며 (도 8의 (b)에서 보았을 때에는 상측에서 실선 화살표 방향으로 권회됨), 이때 ①번 리드선은 맨 안쪽의 1층에서 권회되며, ③번 리드선은 그 다음의 2층에서 권회되어지는바, 상기 1층과 상기 2층 사이에는, 점선으로 표시되는 절연지로 절연되도록 하는 것이 바람직하다. 참고로, 도 8 (b)는, 도 8의 (a)에서의 레그와 권선들을 우측에서 바라본 상세도면으로서, 도 8 (b)에서, ⑧번, ③번, ②번 및 ⑤번은 우측 리드선이므로 실선으로 표현된 반면, ⑦번, ④번, ⑥번 및 ①번은 반대쪽(좌측) 리드선이므로, 점선으로 표현되었다.

계속해서, 맨 하측 타측방향(도 8의 (a)에서 보았을 때에 우하측)에서 ⑤번 리드선을 일측방향으로 (일례로, 시계방향으로) 권회하여 반대쪽(도 8의 (a)에서 보았을 때에 좌측 아래에서 2번째)으로 ⑥번 리드선으로 나오도록 하고, 다음, ⑦번 리드선이 맨 상측 일측방향(도 8의 (a)에서 보았을 때에 좌상측)에서 상기 일측방향으로 (일례로, 시계방향으로) 권회하여 반대쪽(도 8의 (a)에서 보았을 때에 우상측)으로 ⑧번 리드선으로 나오도록 하는바, 상호 대칭이 되도록 하는 것이다. 역시, 이때 ⑦번 리드선은 그 다음의 3층에서 권회되며, ⑦번 리드선은 그 다음의 4층에서 권회되어지는바, 상기 3층과 상기 4층 사이에도, 점선으로 표시되는 절연지로 절연되도록 하는 것이 바람직하다, 다만, 2번 리드선과 3번 리드선은 같은 중성선이므로, 절연되어도 좋고 절연되지 않아도 상관없다.

다만, 상기 좌우 방향 및 시계방향은 상대적인 것인바, 이들은 바뀔 수 있으며, 상기 시계방향을 일률적으로 반시계방향으로 대체되는 것은 통상의 당업자에게 명확할 것이다.

이와 동일한 방식으로, V상 레그(132) 및 W상 레그(133)에도 지그재그 코일을 권회하게 되는바, 이제 이들 리드선들을 도 10에서 보는 바와 같이 상호 리드연결선으로 연결함으로써, 결국 본 발명의 지그재그 결선부(130)가 형성되도록 하는 것이다.

일례로, U상 레그(131)의 ⑧번 리드선이 W상 레그(133)의 ⑤번 리드선과 연결되면서 'U상' 단자가 형성되고 (이때, U상 레그(131)의 ⑦번 리드선이 W상 레그(133)의 ①번 리드선과 연결되면서 대칭을 이루도록 함), U상 레그(131)의 ⑤번 리드선이 V상 레그(133)의 ⑧번 리드선과 연결되면서 'V상' 단자가 형성되며 (이때, U상 레그(131)의 ①번 리드선이 W상 레그(133)의 ⑦번 리드선과 연결되면서 역시 대칭을 이루도록 함), V상 레그(131)의 ⑤번 리드선이 W상 레그(133)의 ⑧번 리드선과 연결되면서 'W상' 단자가 형성된다 (이때, V상 레그(131)의 ①번 리드선이 W상 레그(133)의 ⑦번 리드선과 연결되면서 역시 대칭을 이루도록 함). 나머지 리드선 (각 레그(131,132,133)의 ②, ③번 리드선) 이 상호 연결되면서 'N상 단자'가 형성되며, 이때 각 레그(131,132,133)의 ⑥번 리드선이 인접하는 레그의 ④번 리드선과, 각각 상호 접속된다.

즉, 각 레그에 동일한 굵기 및 길이의 권선으로 4가닥의 코일을 동일한 방향으로 감되, 각 리드선들은 대칭이 되도록 연결하여, 전기적으로 완전 대칭이 되도록 한다.

이제, 도 11에서 보는 바와 같은, 2차측 권선이 Y결선으로 권회된 후에 (도 11에서는 △, ○ 로 표시됨), 2차측 권선 외측에 상술한 바와 같은 방식으로 1차측이 권회되는바 (도 11에서는 ▲, ● 로 표시됨), 본 발명에 관한 지그재그 권선이 완성된다.

즉, 도 15는, 실제 코일들을 권회하고 일부 리드선들을 외부로 노출시킨 상태의 실제 권선 사진인바, 이후 내측에 레그(131 혹은 132 혹은 133) 를 삽입하여 리드선들을 연결함으로써, 본 발명에 관한 지그재그 결선부(130)가 완성된다.

한편, 본 발명에 관한 지그재그 결선부(130)의 등가회로도가 도 12에 도시되었는바, 계속해서 상기 등가회로로 표현된 지그재그 결선부(130)를 포함한 전체 변압기 회로가 도 13에 도시되어 있다.

한편, 이들 회로의 효과를 분석하기 위한 벡터도를 도 14에 나타내었는바, 도 14의 (a)는 U상 레그(131) 권선의 마름모꼴 벡터도이고, 도 14의 (b)는 V상 레그(132) 권선의 마름모꼴 벡터도이며, 도 14의 (c)는 W상 레그(133) 권선의 마름모꼴 벡터도이다.

역시, 각 상의 단자들이 연결되는바, U상 레그(131)의 ⑧번 리드선이 W상 레그(133)의 ⑤번 리드선과 연결되면서 'U상' 단자가 형성되고, U상 레그(131)의 ⑤번 리드선이 V상 레그(133)의 ⑧번 리드선과 연결되면서 'V상' 단자가 형성되고, V상 레그(131)의 ⑤번 리드선이 W상 레그(133)의 ⑧번 리드선과 연결되면서 'W상' 단자가 형성되며, 나머지 리드선 (각 레그(131,132,133)의 ②③번 리드선) 이 상호 연결되면서 'N상 단자'가 형성됨을 알 수 있다.

설명의 편의상, 제1 레그(131)에 권회되는 4쌍의 권선 중에서, 제1-1권선은 ①번 리드선에서 출발해서 ②번 리드선으로 권회되는바, 이를 '시U1' 및 '종U2'로 표현하고, 제1-2권선은 ③번 리드선에서 출발해서 ④번 리드선으로 권회되는바, 이를 '시U3' 및 '종U4'로 표현하고, 제1-3권선은 ⑤번 리드선에서 출발해서 ⑥번 리드선으로 권회되는바, 이를 '시U5' 및 '종U6'으로 표현하며, 제1-4권선은 ⑦번 리드선에서 출발해서 ⑧번 리드선으로 권회되는바, 이를 '시U7' 및 '종U8'로 표현한다.

유사하게, 제2 레그(132)에 권회되는 4쌍의 권선 중에서, 제2-1권선은 ①번 리드선에서 출발해서 ②번 리드선으로 권회되는바, 이를 '시V1' 및 '종V2'로 표현하고, 제2-2권선은 ③번 리드선에서 출발해서 ④번 리드선으로 권회되는바, 이를 '시V3' 및 '종V4'로 표현하고, 제2-3권선은 ⑤번 리드선에서 출발해서 ⑥번 리드선으로 권회되는바, 이를 '시V5' 및 '종V6'으로 표현하며, 제2-4권선은 ⑦번 리드선에서 출발해서 ⑧번 리드선으로 권회되는바, 이를 '시V7' 및 '종V8'로 표현한다.

마찬가지 방식으로, 제3 레그(133)에 권회되는 4쌍의 권선 중에서, 제3-1권선은 ①번 리드선에서 출발해서 ②번 리드선으로 권회되는바, 이를 '시W1' 및 '종W2'로 표현하고, 제3-2권선은 ③번 리드선에서 출발해서 ④번 리드선으로 권회되는바, 이를 '시W3' 및 '종W4'로 표현하고, 제3-3권선은 ⑤번 리드선에서 출발해서 ⑥번 리드선으로 권회되는바, 이를 '시W5' 및 '종W6'으로 표현하며, 제2-4권선은 ⑦번 리드선에서 출발해서 ⑧번 리드선으로 권회되는바, 이를 '시W7' 및 '종W8'로 표현한다.

결국, 본 발명의 전력효율개선 전력용 3상 결선 변압기는, 제1-1권선(시U1, 종U2); 제1-2권선(시U3, 종U4); 제1-3권선(시U5, 종U6); 제1-4권선(시U7, 종U8)의 4종의 권선이 같은 턴 수이고 같은 굵기이며 방향이 같은 방향이고, 제2 코어(132)의 경우, 제2-1권선(시V1, 종V2); 제2-2권선(시V3, 종V4); 제2-3권선(시V5, 종V6); 제2-4권선(시V7, 종V8)의 4종의 권선이 같은 턴 수이고 같은 굵기이며 방향이 같은 방향이고, 제3 코어(133)의 경우, 제3-1권선(시W1, 종W2); 제3-2권선(시W3, 종W4); 제3-3권선(시W5, 종W6); 제3-4권선(시W7, 종W8)의 4종의 권선이 같은 턴 수이고 같은 굵기이며 방향이 같은 방향이며, 이때, 제1 코어(131)의 상단 리드 위치는 좌측부터 종U8, 시U3, 종U2, 시U5의 순서이고, 하단 리드 위치는 좌측부터 시U7, 종U4, 종U6, 시U1의 순서이며, 제2 코어(132)의 상단 리드 위치는 좌측부터 종V8, 시V3, 종V2, 시V5의 순서이고, 하단 리드 위치는 좌측부터 시V7, 종V4, 종V6, 시V1의 순서이며, 제3 코어(133)의 상단 리드 위치는 좌측부터 종W8, 시W3, 종W2, 시W5의 순서이고, 하단 리드 위치는 좌측부터 시W7, 종W4, 종W6, 시W1의 순서인 것을 특징으로 한다.

아울러, 상기 각 레그에 대해 3상 결선 변압기의 권선 리드 연결은, 제1-1리드연결부(시U7, 시W1); 제1-2리드연결부(종U4, 종W6); 제1-3리드연결부(종U6, 종V4); 제1-4리드연결부(시U1, 시V7); 제1-5리드연결부(종V6, 종W4); 및 제1-6리드연결부(시V1, 시W7)가 "제1 마름모 권선부"를 형성하며, 제2-1리드연결부(시W5, 종U8, 전원U상); 제2-2리드연결부(종U2, 시U3, 종V2, 시V3, 종W2, 시W3, 전원N상); 제2-3리드연결부(시U5, 종V8, 전원V상); 제2-4리드연결부(시V5, 종W8, 전원W상)가 "제2 마름모 권선부"를 형성한다.

또한 바람직하게는, U상, V상, W상 각 상 권선 코어부터 시작해서 제1 절연지(시U1, 종U2); 제2 절연지(시U3, 종U4); 제3 절연지(시U5, 종U6); 및 제4 절연지 절연지(시U7, 종U8);로 절연을 강화한 것이 좋다.

고압 전원계통(100)(수 만 볼트)에 연결되어 부하(110)에 저압(220V~380V)의 교류 전원을 공급하기 위한 3상 4선식 지그재그 결선부(130)는, 1차 권선이 3상 마름모 결선 변압기로서, 3개의 레그(131, 132, 133) 를 갖는 코어; 상기 레그에 대해 3상 마름모 결선 변압기 하단의 권선 연결부인 제1-1리드연결부(시U7, 시W1); 제1-2리드연결부(종U4, 종W6); 제1-3리드연결부(종U6, 종V4); 제1-4리드연결부(시U1, 시V7); 제1-5리드연결부(종V6, 종W4); 제1-6리드연결부(시V1, 시W7) 및 마름모 중간부로 이루어지는 제1 마름모 권선부; 그리고, 고압 전원 단과 연결되는 상단의 권선 연결부인 제2-1리드연결부(시W5, 종U8, 전원U상); 제2-2리드연결부(종U2, 시U3, 종V2, 시V3, 종W2, 시W3, 전원N상); 제2-3리드연결부(시U5, 종V8, 전원V상); 제2-4리드연결부(시V5, 종W8, 전원W상) 및 마름모 마감부로 이루어지는 제2 마름모 권선부; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이와 같이 동일한 권선이 동일한 방향으로 권회되되, 리드선들이 대칭으로 이루어져 있으면서, 리드연결선들은 중첩되지 않도록 함으로써, 리드 뽑은 곳이 정확하여 특고압 22900V에서도 리드선 끼리 상호 교차하는 경우가 없어 초고압에서도 안전하다.

아울러, U상이 어떤 이유로 결상되었을 때, U상엔 원래의 비슷한 전압이 나온다. 그 이유는, 제2-1리드연결부(시W5, 종U8, 전원U상)에서 제1-4 권선(종U8, 시U7)은 제1 레그(131)에서 4번째 코일이고, 제3-3 권선(시W5,종W6)은 제3 레그(133)에서 3번째 코일인바, V상과 W상과 N상이 살아있기에 제1-3 권선(시U5, 종U6), 제2-4 권선(시V7, 종V8), 제2-3 권선(시V5, 종V6), 제3-4 권선(시W7, 종W8), 제2-2 권선(시V3, 종V4), 제1-1권선(시U1, 종U2), 제3-2 권선(시W3, 종W4), 제2-1 권선(시V1, 종V2) 이 살아있기 때문이다.

제1 레그(131)에 해당하는 코일은 제1-3권선(시U5, 종U6), 제1-1권선(시U1, 종U2), 제3 레그(133)에 해당하는 코일은 제3-4 권선(시W7, 종W8), 제3-2 권선(시W3, 종W4) 이고, (일례로 3층의) 제1-3 권선(시U5, 종U6), (일례로 1층의) 제1-1 권선(시U1, 종U2)에서 유도되어 (일례로 4층의) 제1-4 권선(종U8, 시U7)은 제1 레그(131)에서 4번째 코일로 전력이 공급된다.

마찬가지로, 제3 레그(133)의 (일례로 3층의) 제3-3 권선(시W5, 종W6)은 제3 레그(133)에서 3번째 코일로, (일례로 4층의) 제3-4 권선(시W7, 종W8), (일례로 2층의) 제3-2 권선(시W3, 종W4) 코일에서 전력이 유도되어, 제2-1리드연결부(시W5, 종U8, 전원U상)은 발전기와 전력선이 끊어져도 전력이 살아있는 것이다. 이때 복권 3상 마름모 결선 변압기 전력 이상이 걸리는 부하는 휴즈나 차단기 상호 인터럭 장치로 끊어져야 되는 것이다. 한상 결상에 의한 전력복구는 변압기가 발전기인 것 같은 현상을 일으킨다.

그리하여 고조파가 발전기까지 가지 않고 변압기에서 흡수되어 발전기를 보호하게 되는 것이다. 전력용 변압기가 고조파를 제거하고 역률도 잡고 결상도 잡아주고 전선의 노후가 더 이상 진행이 않게 되는 것이다. 그리고 변압기가 일반 전력용 변압기와 크기가 거의 차이가 없고 더 작다는 것이다.

그 이유는, [전선의 굵기비] ≒ [전류량의 비]^1.8이므로,

{(√3)^1.8 ≒ 2.69} > 2.3 인바, 거의 비슷하다고 할 수 있다. 그러나, Y·Y 결선에서는, 중성점이 변동하게 되는 경우가 있으므로, 실제로는 순수한 Y·Y 결선을 사용하지 않고, △ 결선을 30% 가량 넣어줘서, 실제로는 Y·Y·△ 결선이 되어버리는바, 결국 Z·Z 결선의 경우에 전선의 굵기가 더 작게 되는 것이다. 뿐만 아니라, 고조파 부하에서는, [전선의 굵기비] 가, [전류량의 비]^1.8 이상으로 되어야 하므로, Z·Z 결선의 경우에 전선의 굵기가 훨씬 더 작게 되는 것이다.

이상, 본 발명을 최적 실시예들을 기준으로 설명하였으나, 이외에도 여러 가지 변형이 가능하며, 앞에서 설명된 본 발명의 실시예들은 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 보호범위는 청구범위에 기재된 사항에 의하여만 제한되고, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 변경하는 것이 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 될 것이다.

100 : 전력라인
110 : 부하
112: 3상 4선 배선용 차단기
130: 지그재그 결선부
131 : U상 레그
132 : V상 레그
133 : W상 레그

Claims

부하(110)에 교류 전원을 공급하기 위한 3상 결선을 가지는 전원계통(100)에 연결된 대칭 구조의 복수의 지그재그 결선부(130)를 갖는 변압기로서,
상기 복수의 지그재그 결선부(130)는, 3개의 레그(131,132,133)를 갖는 코어를 가지며, 각 레그에 대해 3상 변압기의 4개 권선이 동일 방향으로 권회되되 상호 대칭으로 권회되어 있고, 각 상의 레그에 권회된 변압기용 권선의 리드선 중에서 일측 최외곽의 제1 리드선(⑧번 리드선)에 이웃하는 상의 권선의 리드선 중에서 타측 최외곽의 제2 리드선(⑤번 리드선)이 리드연결선으로 각각 접속되면서 각 상의 단자를 형성하고, 나머지 권선의 리드선들(②번 및 ③번 리드선)은 중성점에 접속되어 있으며,
U상, V상, W상 각 상의 권선은, 제1 코어(131)의 경우, 제1-1권선(시U1, 종U2); 제1-2권선(시U3, 종U4); 제1-3권선(시U5, 종U6); 제1-4권선(시U7, 종U8)의 4종의 권선이 같은 턴 수이고 같은 굵기이며 방향이 같은 방향이고, 제2 코어(132)의 경우, 제2-1권선(시V1, 종V2); 제2-2권선(시V3, 종V4); 제2-3권선(시V5, 종V6); 제2-4권선(시V7, 종V8)의 4종의 권선이 같은 턴 수이고 같은 굵기이며 방향이 같은 방향이고, 제3 코어(133)의 경우, 제3-1권선(시W1, 종W2); 제3-2권선(시W3, 종W4); 제3-3권선(시W5, 종W6); 제3-4권선(시W7, 종W8)의 4종의 권선이 같은 턴 수이고 같은 굵기이며 방향이 같은 방향이며,
이때, 제1 코어(131)의 상단 리드 위치는 좌측부터 종U8, 시U3, 종U2, 시U5의 순서이고, 하단 리드 위치는 좌측부터 시U7, 종U4, 종U6, 시U1의 순서이며, 제2 코어(132)의 상단 리드 위치는 좌측부터 종V8, 시V3, 종V2, 시V5의 순서이고, 하단 리드 위치는 좌측부터 시V7, 종V4, 종V6, 시V1의 순서이며, 제3 코어(133)의 상단 리드 위치는 좌측부터 종W8, 시W3, 종W2, 시W5의 순서이고, 하단 리드 위치는 좌측부터 시W7, 종W4, 종W6, 시W1의 순서인 것을 특징으로 하는 전력효율개선 전력용 3상 결선 변압기.
제1항에 있어서,
각 리드연결선들은 교차하지 않도록 구성되는 것을 특징으로 하는 전력효율개선 전력용 3상 결선 변압기.
부하(110)에 교류 전원을 공급하기 위한 3상 결선을 가지는 전원계통(100)에 연결된 대칭 구조의 복수의 지그재그 결선부(130)를 갖는 변압기로서,
상기 복수의 지그재그 결선부(130)는, 3개의 레그(131,132,133)를 갖는 코어를 가지며, 각 레그에 대해 3상 변압기의 4개 권선이 동일 방향으로 권회되되 상호 대칭으로 권회되어 있고, 각 상의 레그에 권회된 변압기용 권선의 리드선 중에서 일측 최외곽의 제1 리드선(⑧번 리드선)에 이웃하는 상의 권선의 리드선 중에서 타측 최외곽의 제2 리드선(⑤번 리드선)이 리드연결선으로 각각 접속되면서 각 상의 단자를 형성하고, 나머지 권선의 리드선들(②번 및 ③번 리드선)은 중성점에 접속되어 있으며,
상기 각 레그에 대해 3상 결선 변압기의 권선 리드 연결은,
제1-1리드연결부(시U7, 시W1); 제1-2리드연결부(종U4, 종W6); 제1-3리드연결부(종U6, 종V4); 제1-4리드연결부(시U1, 시V7); 제1-5리드연결부(종V6, 종W4); 제1-6리드연결부(시V1, 시W7)를 포함하는 제1 마름모 권선부; 및
제2-1리드연결부(시W5, 종U8, 전원U상); 제2-2리드연결부(종U2, 시U3, 종V2, 시V3, 종W2, 시W3, 전원N상); 제2-3리드연결부(시U5, 종V8, 전원V상); 제2-4리드연결부(시V5, 종W8, 전원W상)의 제2 마름모 권선부;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력효율개선 전력용 3상 결선 변압기.
제1항 또는 제3항에 있어서,
U상, V상, W상 각 상 권선 코어부터 시작해서 적어도 하나의 제1 절연지(시U1, 종U2); 적어도 하나의 제2 절연지(시U3, 종U4); 적어도 하나의 제3 절연지(시U5, 종U6); 및 적어도 하나의 제4 절연지 절연지(시U7, 종U8);로 절연을 강화한 것을 특징으로 하는 전력효율개선 전력용 3상 결선 변압기.
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