KR20030014446A - 삼상 교류 발전기의 효율개선장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 삼상 교류 발전기의 효율개선장치에 관한 것으로서, 삼상 교류 발전기가 승압변압기로 제공하는 전류의 전송선로에 위치하고, 승압변압기의 1차 권선과 병렬상태로 일정 크기의 캐패시턴스(C) 값을 제공하는 콘덴서를 구비하여, 승압변압기의 1차 권선이 갖는 저항성분(R)과 인덕턴스(L) 성분이 직렬 연결되었을 때의 임피던스 값에 일정 크기의 부(-) 임피던스 값을 더할 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명을 사용하면, 기존 발전설비에 변동을 주지 않고, 발전효율을 증가시킬 수 있다. 특히 발전에 소요되는 막대한 비용을 고려할 때 전력의 효율적인 이용은 비용의 절감뿐 아니라 자원의 낭비를 막는 효과를 가져올 수 있어 국가 경제적으로도 도움이 될 수 있다.

Description

삼상 교류 발전기의 효율개선장치{ Apparatus to improve efficiency of the three phases alternating current generators }

본 발명은 삼상 교류 발전기의 효율개선장치에 관한 것으로서, 특히 삼상 교류 발전기와 이 삼상 교류 발전기에서 발전된 교류전기를 변압하는 승압변압기의 사이에 위치하여, 승압변압기 자체에서 발생하는 임피던스 값을 감소시켜 발전효율을 증가시킬 수 있는 장치에 관한 것이다.

현대 사회에서 전기는 없어서는 안될 필수 요소가 되었으며, 전기는 발전소에서 생성되어 전송선을 통해 각 장소로 전송된다. 발전소의 발전방식은 수력, 화력, 원자력 등 여러가지가 있는데, 어느 방식을 사용하든지 효율적인 발전과 공급을 위하여 교류로서 처리하는 것이 일반적이다.

전기의 수요는 날로 늘어나고 있어 신규 발전소의 건립이 계속 이루어지고 있는데, 발전소의 건립에는 적지 않은 비용이 소요되고, 발전에 필요한 자원도 풍부하지 않아 현재 발전효율과 전송효율을 높이기 위한 노력이 경주되고 있다.

도 1은 종래의 발전 시스템에 관한 개요도로서, 삼상 교류 발전기(10)에서 발전된 교류 전압은 승압변압기(20)에서 일정 크기로 변압된 후 전송선(25)을 통해 각 분배지역에 전송된다. 그리고, 각 분배지역에서는 전송선(25)을 통해 받은 변압된 상태의 교류 전압을 강압변압기(30)를 통해 일정 크기의 전압으로 다시 변압시킨 후 개별 사용자들에게 공급한다. 개별 사용자들의 위치에서 연결되는 각종 전기 기기(예:백열전구, 텔레비젼, 에어컨 등)들이 부하(40)가 된다.

이러한 발전 시스템에서 발전효율을 감소시키는 요인들은 여러가지가 있다. 그 중의 하나는 승압변압기(20)의 1차 권선이나 발전기의 고정자 권선(즉, 출력권선)이 원래 가지고 있는 고유 저항성분(R)과 권선의 인덕턴스(L)로 인하여 발생하는 것으로서, 이 R과 L로 이루어지는 임피던스로 인하여 전류가 감소하고, 이에 따라 전력이 줄어들게 되는 손실이다. 그러므로, 더욱 효율적인 발전을 위해서는 이 손실을 감소시켜야 할 필요성이 있다.

이에 본 발명은 상기와 같은 필요성에 부응하기 위하여 제안된 것으로서, 삼상 교류 발전기와 이 삼상 교류 발전기에서 발전된 교류를 변압하는 승압변압기의 사이에 위치하여 승압변압기 자체에서나 삼상 교류 발전기의 출력권선 자체에서 발생하는 임피던스 값을 감소시켜 발전효율을 증가시킬 수 있는 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 효율개선장치는 상기 승압변압기의 1차 권선과 병렬상태로 일정 크기의 캐패시턴스(C) 값을 제공하는 콘덴서를 구비하여, 상기 승압변압기의 1차 권선이 갖는 저항성분(R)과 인덕턴스(L) 성분이 직렬 연결되었을 때의 임피던스 값에 일정 크기의 부(-) 임피던스 값을 더할 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 한다.

이 때, 각 콘덴서는 동일 크기의 캐패시턴스를 갖고 델타(delta) 형태로 접속하도록 구성하여 더욱 바람직하게 실시할 수 있다.

도 1은 종래의 발전 시스템에 관한 개요도,

도 2는 본 발명에 따른 장치가 설치된 발전 시스템의 개요도,

도 3은 본 발명이 사용되는 발전 시스템의 회로도,

도 4는 본 발명의 일 실시예에 관한 구성도,

도 5는 본 발명의 외관에 관한 일 실시예를 도시한 것이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

10: 삼상 교류 발전기15: 전류 전송선

20: 승압변압기21: 권선

22: 저항40,41: 부하

25: 전송선30: 강압변압기

50: 효율개선장치51,51-1,51-2,51-3: 콘덴서

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명에 따른 장치가 설치된 발전 시스템의 개요도로서, 삼상 교류 발전기(10)가 승압변압기(20)로 제공하는 전류의 전송선로(15) 상에 위치한 효율개선장치(50)는 승압변압기(20) 자체에서 발생하는 임피던스 값을 감소시킴으로서 발전 효율을 증가시킨다.

즉, 효율개선장치(50)는 승압변압기(20)의 1차 권선과 병렬상태로 일정 크기의 캐패시턴스(C) 값을 제공하는 콘덴서를 구비하여, 승압변압기(20)의 1차 권선이 갖는 저항성분(R)과 인덕턴스(L) 성분이 직렬 연결되었을 때의 임피던스 값에 일정 크기의 부(-) 임피던스 값을 더해줌으로서, 총 임피던스 값을 감소시켜 주는 역할을 수행한다.

여기서 전류 전송선로(15)는 삼상 교류 발전기(10)와 승압변압기(20) 사이에서의 전류 통로를 의미하며, 외부(특히 장거리) 전송로(25)와는 구분되는 구성요소이다.

도 3은 본 발명이 사용되는 발전 시스템의 회로도로서, 승압변압기(20)와 부하(41) 사이에서 형성되는 회로의 개요이며, 승압변압기(20)의 저항성분(22)과 인덕턴스 성분(21), 그리고 부하(41)로 요약될 수 있으며, 이를 참조하여 본 발명에 따른 효율개선장치(50)의 기능을 구체적으로 설명하기로 한다.

승압변압기(20)의 1차 권선(21)이 갖는 임피던스를 X_L이라 하면, 승압변압기(20)의 1차 권선이 원래 가지는 순수 저항 R(22)과 X_L은 직렬로 연결된 것으로 표현할 수 있으며, 이로 인한 임피던스 Z1은 다음의 수학식 1과 같이 표시할 수 있다.

이 회로에 인가되는 전압을 U라고 하면, 이 회로에 흐르는 전류 I는 다음의 수학식 2와 같이 표시할 수 있다.

한편, 승압변압기(20)로부터 전송선(25)을 통하여 공급되는 전력(Power)은 전류 I에 비례한다. 즉, 전압 U가 고정되어 있다고 가정할 때, 전송효율을 높이기 위해서는 전류 I를 증가시켜야 하는데, 이를 위해서는 임피던스 Z1을 감소시켜야 한다.

본 발명에 따른 효율개선장치(50)는 위에서 설명한 바와 같이 직렬 연결형태로 표시되는 권선(21)과 저항(22)에 콘덴서(51)를 병렬로 연결시켜 주는 것이므로, 이 경우의 총 임피던스 크기는 다음의 수학식 3과 같이 표시할 수 있다.

그러므로, Z2의 절대값이 Z1의 절대값보다 작다면 전류 I는 종래의 경우에 비하여 증가하게 되고, 전력(P)도 증가하게 된다. 다른 측면에서 표현하자면, 동일 유효전류를 공급하기 위한 원동력이 절약되므로 에너지를 절약할 수 있다. 이 때, 콘덴서(51)의 임피던스 Xc의 절대값은 X_L의 절대값에 근접할수록 효율적이다.

한편, 콘덴서(51)를 구성하는 하나의 바람직한 실시예를 도 4를 참조하여 설명하기로 한다.

삼상 교류 발전기(10)로부터 승압변압기(20)로 삼상 교류를 전달하는 3개의 전류 전송선로를 각각 A, B, C라 하면, A, B, C에 각각 연결되는 콘덴서는 항상 동일한 크기의 캐패시턴스를 유지하도록 하는 것이 바람직하다.

그러므로, 도 4에 도시한 바와 같이 각 콘덴서(51-1,51-2,51-3)는 A와 B, B와 C, C와 A의 사이에 각각 연결하여, 델타(delta) 형태를 이루도록 구성하는 것이 바람직하다.

또한, 도 5에 도시한 실시예와 같이 본 발명에 따른 효율개선장치(50)는 각각의 전류 전송선로(15)에 흐르는 전류를 측정할 수 있는 전류계와, 전류 전송선로로부터 해당 콘덴서로의 전류를 차단하거나 접속시키는 스위치(52)를 포함하는 것이 바람직하다.

이 때, 각 콘덴서나 전류의 상태 등 현재 상황을 시각적으로 표시하는 LED를 추가로 포함하도록 구성하면 더욱 바람직한 사용자 인터페이스가 가능할 것이다.

위에서는 본 발명(50)이 가장 효율적으로 사용될 수 있는 예로서 삼상 교류 발전기(10)와 승압변압기(20) 사이에 설치되는 실시예를 설명하였으나, 본 발명에 따른 효율개선장치(50)는 승압변압기(20)가 없이 삼상 교류 발전기(10)가 직접 부하로 연결되는 경우에도 삼상 교류 발전기(10)의 출력권선 단에 연결되어 사용될 수 있다. 이 때, 부하가 백열전구와 같이 순수 저항을 갖는 부하이더라도 삼상 교류 발전기(10)의 출력권선 상에 나타나는 임피던스를 감소시킬 수 있어 발전 효율을 증가시킬 수 있다.

본 발명을 사용하면, 기존 발전설비에 변동을 주지 않고, 발전효율을 증가시킬 수 있다. 특히 발전에 소요되는 막대한 비용을 고려할 때 전력의 효율적인 이용은 비용의 절감뿐 아니라 자원의 낭비를 막는 효과를 가져올 수 있어 국가 경제적으로도 도움이 될 수 있다.

Claims (3)

1. 삼상 교류 발전기와, 상기 삼상 교류 발전기로부터 발전된 전압을 일정 비율로 변압하는 승압변압기와, 전송선을 통해 상기 승압변압기로부터 수신한 전압을 일정 비율로 변압하는 강압변압기와, 상기 강압변압기로부터 변압된 전압에 의하여 동작하는 부하로 이루어지는 발전 시스템에 있어서,

   상기 삼상 교류 발전기가 승압변압기로 제공하는 전류의 전송선로에 위치하고, 상기 승압변압기의 1차 권선과 병렬상태로 일정 크기의 캐패시턴스(C) 값을 제공하는 콘덴서를 구비하여, 상기 승압변압기의 1차 권선이 갖는 저항성분(R)과 인덕턴스(L) 성분이 직렬 연결되었을 때의 임피던스 값에 일정 크기의 부(-) 임피던스 값을 더할 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 하는 삼상 교류 발전기의 효율개선장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 삼상 교류 발전기로부터 상기 승압변압기로 삼상 교류를 전달하는 3개의 상기 전류 전송선로를 각각 A, B, C라 할 때, 상기 콘덴서는 A와 B, B와 C, C와 A의 사이에 델타(delta) 형태로 접속되고, 각 콘덴서는 동일 크기의 캐패시턴스를 갖도록 구성되는 것을 특징으로 하는 삼상 교류 발전기의 효율개선장치.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 삼상 교류 발전기의 효율개선장치는 상기 각각의 전류 전송선로에 흐르는 전류를 측정할 수 있는 전류계와, 상기 전류 전송선로로부터 해당 콘덴서로의 전류를 차단하거나 접속시키는 스위치를 포함하는 것을 특징으로 하는 삼상 교류 발전기의 효율개선장치.