KR200285736Y1 - 전력전송시스템용 전력에너지 조절장치 - Google Patents

Abstract

전력전송시스템용 전력에너지 조절장치는 전력원에 연결된 입력단과, 상기 전력원에서 공급된 전력을 전송하는 출력단을 구비한 메인스위치; 일단부는 상기 메인스위치의 출력단에 연결되어 있고, 타단부는 부하단에 연결하기 위한 출력단인 하나 이상의 리액턴스 유니트; 및 상기 하나 이상의 리액턴스 유니트와의 유도결합을 통해 반결합 전압을 생성할 수 있고, 상기 생성된 반결합 전압은 상기 리액턴스 유니트의 출력단에 인가되는 하나 이상의 반결합 인덕터;를 포함한다. 이 장치는 메인스위치의 입력단에 병렬 연결될 수 있는 커패시터-뱅크 스위치와 커패시터를 더 포함한다.

Description

전력전송시스템용 전력에너지 조절장치{Power energy regulation device for power transmission system}

본 고안은 전력전송시스템의 전력공급기술에 관한 것으로, 구체적으로는 전력전송시스템에서 공급된 전력의 품질을 향상시키는 장치에 관한 것이다.

전력전송시스템을 통한 전력전송시, 발전소에서 생긴 전력은 장거리 전력전송선을 통해 전력 수용가로 전송된다. 장거리 전송중의 전력손실로 인해 생기는 그리고 피크 부하 주기에서 생기는 전압부족과 전압불안정을 피하기 위해, 발전소는 대개 고전압 상태로 전력을 전송한다. 따라서, 전력수용가의 부하에 실제로 걸리는 전압은 전기장치 등의 부하용으로 사전에 설정된 정상전압보다 높다. 이런 잉여전압으로 인해 부하가 효과적으로 동작할 수 없음은 물론 전기장치가 가열되고 그 수명이 단축된다. 발전소에서 수용가까지 고전압으로 전력을 전송함에도 불구하고, 장거리 전력전송중의 전력손실로 인해 전력 수용가에 공급되는 전압은 불가피하게 낮아지고 불안정해지는 문제가 생긴다.

장거리 전력전송선에서의 이런 문제를 해결하려면, 발전소측은 전력전송선상의 적절한 지점에서 커패시터를 장착하거나 전압을 승압시켜야 하는 부수적인 작업이 필요하다. 이런 작업은 번거롭기도 하지만, 전체 전력전송시스템의 모든 지점에서 품질이 좋은 전력을 공급받을 수 있다는 보장이 없는데, 이와 같은 전력품질은 흔히 전력수용가의 전력소비조건, 전력선의 품질, 기후, 온도 등의 영향을 받는다.

전력전송에서의 이상과 같은 고유특성때문에, 세계 모든국가의 전기코드에서는 서비스 전압변동률을 소정 범위, 예컨대 ±10%∼±20% 범위내에서 인정하고 있다. 그리고, 각종 전기장치들은 허용 전압변동률을 갖는 정상전압을 갖고 이 전압변동률 범위내에서 정상적이고 안전하게 동작할 수 있도록 고안되어 있다.

±10%∼±20% 의 정상적인 전압변동률 범위내에서 정상작동 가능한 모든 전기장치들은 전력수용가에게 양호한 장치임에는 틀림없다. 그러나, 불안정한 전력원의 상태를 보상하거나 안정된 전력원을 유지하기 위해 전력에너지 조절장치나 기타 전력품질 개선수단을 제공한다면 전력수용가에게 큰 도움이 될 것이다. 이런 장치나 수단들은 불필요한 전압 승압이나 안정 수단을 전력전송선에 부가 설치하는 것을 없앨 수 있고, 따라서 전체 전력전송산업에 도움이 될 수 있다.

당 분야에서는, 전력전송선을 통해 공급된 전력의 품질을 개선하고 안정화시키는데 가장 일반적인 방법이 전력전송선에 커패시터들을 장착하는 것이다. 그러나, 커패시터 장착은 역률이 특히 낮은 전력수용가에만 효과적이고, 전력전송시스템의 다른 구간들에 있는 다른 전력수용가들에게는 효과적이지 않으며, 전력전송시스템 자체는 전송선 전압, 부하조건, 전송선 안정상태가 다르다는 문제에 직면할 수도 있다.

도 1은 삼상삼선 전력전송시스템에 사용되는 본 고안의 제1 실시예의 회로도;

도 2는 단상삼선 전력전송시스템에 사용되는 본 고안의 제2 실시예의 회로도.

따라서, 본 고안의 주목적은, 전력전송시스템에 장착되어, 시스템의 각각 다른 구간에서 전압변동률에 맞게 라인전압을 조절하여 안정화시킴으로써 전력수용가가 최고 품질의 전력을 공급받을 수 있도록 하는 전력품질 개선수단을 제공하는데 있다.

본 고안의 다른 목적은, 다른 부하조건과 다른 부하 역률에 따른 에너지 절감과 최적의 전력공급품질로 무효전력으로 인한 손실을 감소시킬 수 있는 전력에너지 조절장치를 제공하는데 있다.

이하, 첨부 도면들을 참조하여 본 고안에 대해 자세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 삼상삼선 전력전송시스템에 사용되는 본 고안의 제1 실시예에 따른 전력에너지 조절장치의 회로도이다. 도시된 바와 같이, 본 고안의 제1 실시예의 회로도는 삼상삼선 전력원(R,S,T)에 입력단이 연결되어 있는 메인스위치(1)를 구비한다. 통상, 메인스위치(1) 앞에는 퓨즈없는 마스터스위치(NB)가 배치된다.

메인스위치(1)의 출력단(R',S',T')은 각각 리액턴스 유니트(21,22,23)의 일단부에 연결된다. 리액턴스 유니트(21,22,23)의 타단부들은 부하단(U,V,W)에 각각 연결되고, 이들 부하단은 각종 가전제품, 쇼핑센터의 전력원 및 발전소의 전력설비 등을 포함한 다른 부하에 연결될 수 있다.

리액턴스 유니트(21,22,23)는 각각 반결합 인덕터(211,221,231)을 더 포함한다. 이들 반결합 인덕터(211,221,231)는 해당 리액턴스 유니트(21,22,23)에 의한 유도결합을 통해 반결합 전압(U',V',W')을 생성한다. 반결합 전압(U',V',W')은 반결합 인덕터(211,221,231)의 일단부를 통해 리액턴스 유니트(21,22,23)의 출력단인 부하단(U,V,W)으로 보내진다. 반결합 인덕터(211,221,231)의 타단부들은 서로 연결된다.

본 고안의 제1 실시예에 따른 전력에너지 조절장치는 또한 바이패스 스위치(1a)를 구비하는데, 이 스위치의 한쪽 출력단은 3상 전력원(R,S,T)에 연결되고 다른쪽 출력단은 부하단(U,V,W)에 직접 연결된다. 바이패스 스위치(1a)와 메인스위치(1)중 하나만이 특정 시간에 닫힌다. 종래 기술에 알려진 연동제어기술을 이용해 바이패스 스위치(1a)와 메인스위치(1)가 동시에 닫히는 것을 방지할 수도 있다.

바이패스 스위치(1a)와 메인스위치(1)를 제어하기 위해 기능스위칭 유니트(3)를 채택할 수 있다. 본 고안의 전력에너지 조절기능이 불필요한 경우, 기능스위칭 유니트(3)는 메인스위치(1)의 연결을 끊으라는 제어신호를 보낸다. 이때는 바이패스 스위치(1a)가 3상 전력원(R,S,T)용으로 부하단(U,V,W)에 직접 연결된다. 이렇게 하면, 본 고안의 전력에너지 조절장치를 통해 전력전송시스템을 조절할수 없게 된다.

본 고안의 장치를 실제 생산설계할 때, 이 기능스위칭 유니트(3)는 전력에너지 조절기능을 제공할지의 여부를 사용자만이 판단하는 수동스위치일 수도 있고, 또는 전력전송시스템의 저전압 상태를 검출하기 위한 저전압 검출기인 자동제어 유니트일 수도 있다. 예컨대, 전력원(R,S,T)의 전력이 설정치보다 낮을 때는 메인스위치(1)를 개방하여 전력전송시스템에서 리액턴스 유니트(21,22,23)의 연결을 끊고 바이패스 스위치(1a)를 통해 전력출력부로 전력을 직접 전송하도록 자동제어 유니트 형태의 기능스위칭 유니트(3)를 설정할 수도 있다.

한편, 기능스위칭 유니트(3)가 과전류 검출장치일 수도 있다. 전력전송시스템의 전류값이 설정치보다 크게 검출되면, 기능스위칭 유니트(3)에 의해 메인스위치(1)가 자동으로 차단되어 전력전송시스템에 대한 리액턴스 유니트(21,22,23)의 연결이 끊어지거나, 전체 전력전송시스템의 연결이 끊어진다.

전력전송시스템에 대한 커패시터(41)의 연결을 끊기 위해 메인스위치(1)의 출력단이나 입력단에 커패시터-뱅크 스위치(4)를 연결할 수 있다. 전력전송시스템의 역률을 검출할 수 있는 역률 검출기(42)를 제어하여 커패시터-뱅크 스위치(4)를 개폐한다. 검출된 역률값이 설정치보다 낮아, 예컨대 정상 역률의 80% 미만이면, 커패시터-뱅크 스위치(4)를 닫아 전력전송시스템에 커패시터(41)를 병렬 연결한다. 이렇게 하면, 역률을 상승시켜 불필요한 에너지 낭비를 초래하는 무효전력을 없앨 수 있다. 한편, 본 고안의 에너지 조절장치에 커패시터(41)를 포함시키면 전체 전력전송시스템의 전압을 안정시키는데 도움이 된다.

도 2는 단상삼선 전력전송시스템에 사용되는 본 고안의 제2 실시예의 회로도이다. 이 실시예에서, 본 고안의 전력에너지 조절장치는 퓨즈 없는 마스터스위치(NB), 메인스위치(5), 바이패스 스위치(5a), 두개의 리액턴스 유니트(61,62), 두개의 반결합 인덕터(611,621), 기능스위칭 유니트(7), 커패시터-뱅크 스위치(8), 커패시터(81) 및 역률 검출기(82)를 포함한다.

메인스위치(5)의 입력단은 단상삼선 전력원(R,N,T)에 연결되고, 출력단(R',T')은 별도로 리액턴스 유니트(61,62)의 일단부에 연결된다. 리액턴스 유니트(61,62)의 타단부는 부하단(U,W)에 연결된다. 반결합 인덕터(611,621)는 대응 리액턴스 유니트(61,62)와의 유도결합에 의해 각각 반결합 전압(U',W')을 생성한다. 반결합 전압(U',W')은 반결합 인덕터(611,621)의 일단부를 통해 리액턴스 유니트(61,62)의 출력단, 즉 부하단(U,W)으로 보내진다. 반결합 인덕터(611,621)의 타단부들은 중성라인(N')에 연결되기 전에 서로 연결이 끊어진다.

본 고안의 전력에너지 조절장치를 전력전송시스템에 장착하고 전력수용가의 부하의 역률이 낮을 때는, 조절장치에 연결된 커패시터를 통해 부하의 역률을 향상시킬 수 있다. 이렇게 하면, 무효전력을 없애고 전력소비 비용도 낮출 수 있다. 전압이 AC 105V 정도로 상당히 불안정하고 낮은 전력전송시스템 말단부에 전력수용가를 설치할 경우, 장치에 연결된 커패시터를 이용해 전압출력을 안정화시킨다. 반대로, 전압이 AC 120V 정도로 상당히 높은 전력전송시스템 기단부에 전력수용가를 설치할 경우, 장치에 연결된 리액턴스 유니트의 임피던스 효과에 의해 전압출력을 AC115V까지 적절히 낮춘다. 즉, 본 고안의 장치는 전압값을 조절하고 전력수용가의 전압을 안정화시킴은 물론, 고품질 전압을 장시간에 걸쳐 공급하여 전력수용가의 각종 전기장치의 수명 단축을 방지할 수 있다. 대응 리액턴스 유니트와의 유도결합때문에, 반결합 인덕터들은 리액턴스 유니트의 출력단으로 보내지는 반결합 전류들을 생성하여 불균형 부하문제를 최소화한다.

이상 설명한 회로구성으로, 전력전송시스템에 장착된 본 고안의 전력에너지 조절장치는 전력전송시스템내의 각각 다른 장소에 있는 전력수용가에 생기는 전력변동에 따른 전력수용가들에 공급된 전력의 품질을 개선할 수 있다. 본 고안의 전력에너지 조절장치는 또한 다른 부하조건과 다른 부하 역률로 전력수용가들에 공급된 전력의 품질을 최적화할 수 있고, 결국 무효전력의 손실을 낮출 수 있다.

이상 바람직한 실시예에 대해 본 고안을 설명하였지만, 설명된 실시예내에서 다양한 변형과 변경이 가능하므로, 본 고안은 첨부된 실용신안등록청구범위에 의해 그 범위가 정해져야만 한다.

Claims (5)

1. 전력전송시스템용 전력에너지 조절장치에 있어서:

   전력원에 연결된 입력단과, 상기 전력원에서 공급된 전력을 전송하는 출력단을 구비한 메인스위치;

   일단부는 상기 메인스위치의 출력단에 연결되어 있고, 타단부는 출력단으로서 부하단에 연결되어 있는 하나 이상의 리액턴스 유니트; 및

   상기 하나 이상의 리액턴스 유니트와의 유도결합을 통해 상기 리액턴스 유니트의 출력단에 인가되는 반결합 전압을 생성할 수 있는 하나 이상의 반결합 인덕터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력전송시스템용 전력에너지 조절장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 메인스위치의 입력단에 병렬연결되는 하나 이상의 커패시터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력전송시스템용 전력에너지 조절장치.
3. 제2항에 있어서, 상기 커패시터와 전력전송시스템의 접속상태를 조절하기 위해 상기 메인스위치의 출력단과 상기 커패시터 사이에 배치되는 커패시터-뱅크 스위치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력전송시스템용 전력에너지 조절장치.
4. 제3항에 있어서, 상기 전력전송시스템의 역률을 검출하기 위한 역률검출기를 더 포함하고, 이 역률검출기에 의해 검출된 전력전송시스템의 역률이 설정치보다낮을 때 역률검출기에 의해 상기 커패시터-뱅크 스위치가 닫혀 커패시터를 전력전송시스템에 병렬연결할 수 있는 것을 특징으로 하는 전력전송시스템용 전력에너지 조절장치.
5. 제1항에 있어서, 상기 하나 이상의 반결합 인덕터의 제1 단부는 다른 반결합 인덕터의 제1 단부에 연결되고 제2 단부는 상기 하나 이상의 리액턴스 유니트의 출력단에 연결되는 것을 특징으로 하는 전력전송시스템용 전력에너지 조절장치.