KR200383034Y1

KR200383034Y1 - 자동역률조정장치

Info

Publication number: KR200383034Y1
Application number: KR20-2005-0003619U
Authority: KR
Inventors: 박정호
Original assignee: 주식회사 태경전기산업
Priority date: 2005-02-07
Filing date: 2005-02-07
Publication date: 2005-04-28

Abstract

본 고안은 변압기 2차측에 자동역률제어시스템을 구축하는데 사용되며, 모터제어컨택터(MCC)에 집중제어 시스템을 구축하는데 사용되며, 고조파 부하의 역률 개선용 Deturned Filter System에등에 사용되는 자동역률조정장치에 관한 것으로, 본 고안은 전기기기의 역률을 제어하는 역률제어기(10); 상기 역률제어기(10)로부터 제어되는 무효전력을 감소시키기 위한 콘덴서(20); 상기 콘덴서(20)를 전용으로 개폐하는 콘덴서 전용개폐기(30)를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

본 고안은 콘덴서를 개폐하는 콘덴서 전용개폐기를 사용하여 돌입전류를 감소시키고, SAG/Transient 현상을 제거하여 전력품질을 향상시킴과 아울러, 콘덴서의 수명을 연장시키고,

방전리앤턴스를 사용하여 고속으로 방전케 하여 콘덴서가 고속으로 재접속하게 하여 전력손실을 적게 하고,

써지 노이즈 필터를 사용하여 모터 기동, 정지시 발생되는 개페 써지를 감소시키고, 낙뇌 써지를 감소시키게 하여 역률조정장치의 수명을 연장시킬 수 있다.

Description

자동역률조정장치{AUTOMATIC POWER FACTOR CORRECTION APPARATUS}

본 고안은 자동역률제어장치에 관한 것으로, 좀 더 자세하게는 변압기 2차측에 자동역률제어시스템을 구축하는데 사용되며, 모터제어컨택터(MCC)에 집중제어 시스템을 구축하는데 사용되며, 고조파 부하의 역률 개선용 Deturned Filter System등에 사용되는 자동역률제어장치에 관한 것이다.

산업현장의 일반적인 부하 사용 현황을 살펴보면, 저역률의 부하(용접시, FAN, 펌프, 컴프레셔등)를 빈번하게 기동 정지를 반복하며 사용하고 있는데, 이러한 부하 상태의 변화는 무효전력을 빠르게 증감시키게 되며, 이러한 사태를 필연적으로 사용전압의 심한 동요를 일으키게 된다. 이러한 전압 동요는 전력제품의 고장과 수명을 단축시키는 매우 큰 요소로 작용하며, 생산라인의 생산성 저하 현상과 에너지 요금 또한 크게 증가된다.

이러한 단점을 극복하기 위해 일반적으로 역률조정장치에 콘덴서를 장착시켜 사용되는 것이 일반적이나, 콘덴서 개폐시 발생되는 개폐써지는 매우 커서 역률조정장치의 수명뿐만 아니라 기타의 전기제품 수명도 단축되는 문제점이 있고,

AC전류에서 DC전류로 전환되는 순간 저항이 급격히 감소하게 되고, 이 때 콘덴서를 빨리 방전시켜야 하는데 통상적인 콘덴서의 방전시간(최소 3분에서 10분 이상)이 상당히 길어 효율적으로 역률을 개선할 수 없었고, 빠르게 무효전력을 제거할 수 없는 문제점이 있었다.

이러한 문제점을 극복하기 위하여 대한민국 실용신안등록번호 제20-0354299호, 대한민국 공개특허번호 제10-2004-0007652호가 있다.

상기 등록실용 제20-0354299호는 절전기에 자동 역률조정장치를 추가함으로써 항상 95% 역률을 유지함으로써 전력손실을 방지하고 무효전력을 배제하고 유효전력만을 흐르게 하는 절전형 자동 역률 조정 장치에 관한 것으로, 입력전원으로부터 전류를 변환하기 위한 변류기; 상기 변류기의 출력신호에 의해 역률을 검출하기 위한 역률검출기; 상기 역률 검출기에 의해 검출된 역률을 자동으로 보정하기 위한 스위칭부, 직렬 리액터부, 방전 코일부, 콘덴서부를 포함하는 복수개의 자동 조정기; 및 상기 입력전원에 연결된 전압유도 권선부의 끝부분에 구비된 복수개의 마그네틱 컨택터를 포함하는 절전기로 이루어져 있으나, 콘덴서를 전용으로 개폐하는 스위치가 없어 콘덴서 개폐시 발생되는 콘덴서의 특이 현상의 문제점을 극복할 수 없어 잦은 고장, 느린 응답속도, 짧은 수명 때문에 역률 개선을 효과적으로 수행자지 못하고, 유지보수 비용만 증가하는 문제점이 있다.

상기 공개특허번호 제10-2004-0007652호는 전력조정회로에 관한 것으로 구체적으로는 전력시설의 역률을 감시 및 보정하는 개선된 시스템에 관한 것으로, 일반적으로 다수의 리액턴스 요소나 콘덴서들을 포함하고, 이들은 전력선과 센서에 선택적으로 연결되어 전력선에 연결된 콘덴서가 역률에 좋은 영향을 미치는가 판단하는 것으로, 앞서 상술한 바와 같이 콘덴서를 개폐하는 스위치가 없어 콘덴서의 특이현상을 극복할 수 없는 문제점이 있다.

본 고안은 상기의 문제점을 극복하기 위한 것으로, 본 고안은 콘덴서 개폐시 발생되는 콘덴서의 특이현상을 제거하는 것이다.

본 고안의 다른 목적은 AC전류에서 DC전류로 전환되는 순간 콘덴서를 빨리 방전시키는 것이다.

본 고안의 제3목적은 모터 기동, 정지시 발생되는 개폐 써지 및 낙뢰 써지를 감소시키는 것이다.

본 고안은 상기의 목적을 달성하기 위한 것으로,

본 고안은 전기기기의 역률을 제어하는 역률제어기; 상기 역률제어기로부터 제어되는 무효전력을 감소시키기 위한 콘덴서; 상기 콘덴서를 전용으로 개폐하는 콘덴서 전용개폐기를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

또한, 본 고안은 상기 역률제어기로부터 제어되는 무효전력을 감소시키기 위한 n개의 콘덴서; 상기 콘덴서를 전용으로 개폐하는 n-x개의 콘덴서 전용개폐기; 상기 콘덴서에 연결된 x개의 사이리스트;를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 콘덴서 전용개폐기는 프리차징 저항을 구비한 보조접점과 주접점으로 이루어진 2중 스텝 구조인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 콘덴서와 콘덴서 전용개폐기 사이에는 방전리액터가 더 구비되어 콘덴서가 닫힐 때 고속으로 방전하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 콘덴서 전용개폐기에는 낙뢰, 대용량의 모터를 구동시, 콘덴서의 개폐시, 차단기의 동작시에 높은 써지 전압이 발생되는 것을 억제하는TVSS(Transient Voltage Surge Suppressor)가 더 구비된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 TVSS는 써지필터 또는 노이즈 필터인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 콘덴서와 직렬로 연결된 직렬리액터가 더 구비되어 있는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 고안의 실시예에 대하여 상세히 설명하겠지만, 이하의 실시예는 단지 본 고안을 예로 든 것일 뿐이고 다양한 형태로 실현될 수 있다. 따라서, 이하 설명되는 구체적인 구조와 기능들은 그 자체로 한정된 것이 아니고, 특허청구범위를 기준으로 하며, 당업자라면 본 고안을 여러가지 형태로 다양하게 구현할 수 있을 것이다.

도 1은 본 고안에 의한 자동역률조정장치의 구성도이고,도 2는 본 고안에 의한 다른 실시예로 모터제어컨택터(MCC)에 사용되는 자동역률조정장치의 회로도이고, 도 3은 도 2에 사용되는 콘덴서 전용개폐기의 콘덴서 전용 개폐기의 회로도이고, 도 4는 도 2에 사용되는 써지 필터의 회로도이다.

본 고안에 의한 자동역률조정장치는 도 1에 도시된 바와 같이, 전기기기의 역률을 제어하는 역률제어기(10); 상기 역률제어기(10)로부터 제어되는 무효전력을 감소시키기 위한 콘덴서(20); 상기 콘덴서(20)를 전용으로 개폐하는 콘덴서 전용개폐기(30); 상기 콘덴서(20)와 콘덴서 전용개폐기(30) 사이에 설치된 고속 방전리액터(40); 상기 콘덴서 전용개폐기(30)에 장착된 TVSS(50)(Transient Voltage Surge Suppressor)를 포함하여 이루어진다.

상기 역률제어기(10)는 지멘스사의 씨(SIMEAS-C) 제품을 사용하며, 상기 역률제어기는 전력상태 표시 기능(V, I, PF, Kw, KVA, kvar .... ), 고조파 분석, 인공지능 제어, Automatic C/K 설정, 자가 진단 기능, 수동/자동 절환 기능 및 RS-232 통신이 가능하다.

상기 콘덴서(20)는 지멘스사의 PhiCap™ 콘덴서를 사용하며, 상기 콘덴서(20)는 Switching시의 높은 돌입전류 상태하에서 수명의 감소없이 사용할 수 있고, 내부소자는 진공상태에서 완전 건조 후 주입되며 미생물에 의해서 쉽게 분해되는 Soft regen으로 절연되므로 Capacitor의 안전성과 수명이 더욱 향상된다.

상기 콘덴서에 대한 제품사양 도표는 다음과 같다.

표 1


과전압	Un+10%{up to 8h daily}/Un+15%{up to 30 min daily}/Un+20%{up to 5 min}/Un+30%{up to 1 min 200 times during useful life}
과전류	1.3*In
돌입전류	100*In
주파수	50/60 Hz
손실	〈0.5W/kvar
오차	-0.5%/ +10%
수명	1000,000h
냉각	자연냉각 내지 강제냉각
습도	최고 95%
안정성	overpressure disconnector, self-heating
방전저항	discharge module included
외함	extruded aluminium
유전체	폴리프로필렌 필름
절연	non-PCB, vegetable oil based resin

상기 콘덴서 전용개폐기(30)는 도 3에 도시된 바와 같이 프리차징(Precharging) 저항(322)을 갖춘 보조접점(32)과 주접점(34) 2중 스템으로 이루어져 있어 콘덴서(20) 개폐시 발생되는 돌입전류를 감소시키고, SAG/Transient현상을 제거할 뿐만 아니라 콘덴서(20)의 수명을 연장시킬 수 있다.

상기 콘덴서(20)는 개폐시 잔류하고 있는 전류를 빨리 방출할 필요가 있는 바, 본 고안에서는 상기 고속 방전리액터(40)를 사용한다. 종래에는 SVC 또는 싸이리스터 스위치를 사용하여 잔류 전류를 빠르게 방출하였으나 상기 SVC/싸이리스터 스위치가 고가인 단점이 있었는데 본 고안에서는 SVC/싸이리스터 스위치를 고속 방전 리액터로 대처하여 이를 해결할 수 있다.

상기 고속 방전리액터의 기술사양은 표 2에 도시한 바와 같다.

표 2

전압	230-690V
주파수	50/60Hz
내부구조	2 windings lnV arrangement
저항	4900W
방전시간	230V up to 25kvar＜10s/up to 50kvar＜20s/ up to 100kvar/40s400~690V up to 25kvar＜5s/up to 50kvar＜10s/ up to 100kvar＜20s
Inductance	230V 730H400V 710H525V 670H690V 350H
손실(Power Loss)	＜ 1.8W
Free-wheeling current	＜ 4.5mA
절연등급(Insulation class)	T40/B
케이블 직경	0.75...2ㅧ2.5mm
설치위치	외부
크기	90ㅧ45ㅧ59mm
냉각	자연냉각
중량	0.5Kg

본 명세서에 첨부된 도1, 2에 도시된 바와 같이, 자동역률조정장치(100)에는 역률개선용 콘덴서(20)와 직렬로 연결된 직렬리액터(60)를 더 구비하도록 하는 것이 바람직한데, 이는 역률개선용 콘덴서(20)에서 발생하는 고조파를 제거하고, 콘덴서 투입시 돌입전류를 억제하는 기능을 하므로 역률이 개선된다.

상기 TVSS(Transient Voltage Surge Suppressor)(50)는 콘덴서 전용개폐기(30)에 장착되는데, 상기 TVSS는 써지필터 또는 노이즈 필터인 것이 바람직하다.

도 4는 상기 TVSS의 회로도를 나타낸 것으로, 상기 TVSS는 높은 전압, 전류가 침입시 접지로 도통시켜 낙뢰, 대용량의 모터를 구동시, 콘덴서의 개폐시, 차단기의 동작시에 높은 써지 전압이 발생되는 것을 억제하는 기능을 한다.

도 2는 도 1에 도시된 자동역률조정장치의 일실시예로 상기 자동역률조정장치를 모터제어컨택터에 사용된 실시예를 나타낸 회로도를 나타내는 것으로, 자동역률조정장치를 이루는 구성은 앞서 설명한 바와 동일하다.

또한, 본 고안의 도면에는 도시되지 않았지만 무효전력을 감소시키기 위한 콘덴서(20)를 개폐하는 싸이리스터와 콘덴서 전용 개폐기를 혼합하여 사용할 수 있다. 상기와 같은 혼용 구성은 무효전럭을 감소시키기 위한 n개의 콘덴서에 있어서, 상기 콘덴서를 전용으로 개폐하는 n-x개의 콘덴서 전용 개폐기와 콘덴서에 연결된 x개의 사이리스트로 구성할 수 있는데 상기와 같이 싸이리스터와 콘덴서 전용 개폐기를 혼용함으로서 콘덴서의 특이 현상을 극복할 수 있다.

본 고안에 의하면,

첫째, 역률을 개선하기 위한 콘덴서 전용개폐기를 사용함으로서 역률을 개선(여러단을 동시에 개폐하는 기능 보유) 배전System의 열발생을 최소화하며, 탁월한 전압 변동율 개선효과로 부하효율을 안정적으로 증가시킬 수 있고, 부하점검시 콘덴서의 충전 전압에 의한 사고 위험이 제거시킬 수 있는 효과가 있고,

둘째, 콘덴서 전용 개폐기와 콘덴서 사이에 고속으로 방전시킬 수 있는 방전리앤턴스를 사용하여 고속으로 방전케 하여 콘덴서가 고속으로 재접속하게 하여 전력손실을 적게 하고,

세째, 노이즈 또는 써지 필터를 사용함으로서 부하의 기동, 정지시 발생되는 TVS(순간 전압 Surge)를 효과적으로 감쇄시키며, 부하수명을 극대화 시킬 수 있어 부하 및 역률조정장치의 수명을 연장시킬 수 있다.

도 1은 본 고안에 의한 자동역률조정장치의 구성도.

도 2는 본 고안에 의한 다른 실시예로 모터제어컨택터(MCC)에 사용되는 자동역률조정장치의 회로도.

도 3은 도 2에 사용되는 콘덴서 전용개폐기의 콘덴서 전용 개폐기.

도 4는 도 2에 사용되는 써지 필터의 회로도.

*도면의 주요 부호에 대한 설명*

10 : 역률제어기 20 : 콘덴서

30 : 콘덴서전용개폐기 32: 보조접점

322: 프리차지저항 34: 주접점

40 : 방전리액터 50 : TVSS

60: 직렬리액터 100: 역률조정장치

Claims

전기기기의 역률을 제어하는 역률제어기;

상기 역률제어기로부터 제어되는 무효전력을 감소시키기 위한 콘덴서;

상기 콘덴서를 전용으로 개폐하는 콘덴서 전용개폐기를 포함하여 이루어진 자동역률제어장치.
전기기기의 역률을 제어하는 역률제어기;

상기 역률제어기로부터 제어되는 무효전력을 감소시키기 위한 n개의 콘덴서;

상기 콘덴서를 전용으로 개폐하는 n-x개의 콘덴서 전용개폐기;

상기 콘덴서에 연결된 x개의 사이리스트;

를 포함하여 이루어진 자동역률제어장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 콘덴서 전용개폐기는 프리차징 저항을 구비한 보조접점과 주접점으로 이루어진 2중 스텝 구조인 것을 특징으로 하는 자동역률제어장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 콘덴서와 콘덴서 전용개폐기 사이에는 방전리액터가 더 구비되어 콘덴서가 닫힐 때 고속으로 방전하는 것을 특징으로 하는 자동역률제어장치.
제1항에 있어서,

상기 콘덴서 전용개폐기에는 낙뢰, 대용량의 모터를 구동시, 콘덴서의 개폐시, 차단기의 동작시에 높은 써지 전압이 발생되는 것을 억제하는 TVSS(Transient Voltage Surge Suppressor)가 더 구비된 것을 특징으로 하는 자동역률제어장치.
제1항에 있어서,

상기 TVSS는 써지필터 또는 노이즈 필터인 것을 특징으로 하는 자동역률제어장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 콘덴서와 직렬로 연결된 직렬리액터가 더 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 자동역률제어장치.