KR200393024Y1 - 리액터 변압방식을 이용한 전압조정기 - Google Patents

Abstract

상가나 공단지역 등의 전압 변동이 심한 지역에서 부하에 안정된 전압을 공급할 수 있도록 하는 전압조정기로, 주권선과 제어권선을 포함하되, 주권선의 출력단을 부하와 직렬로 연결하고, 제어권선에 중성점을 형성하며, 중성점을 기준으로 일측에 전압 강압을 위한 차동권선이 배치되고 다른 일측에 전압 승압을 위한 화동권선이 배치되며, 차동권선과 화동권선은 목표 전압 변위가 출력되도록 권선에 따라 전압 간격을 두고 인출된 하나 혹은 그 이상의 탭이 구비되고, 상기 탭의 접점을 선택하여 강압 혹은 승압된 제어전압을 부하에 공급하는 탭 선택 스위치를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

리액터 변압방식을 이용한 전압조정기 {Reactor Tap Change Voltage Regulator}

본 고안은 리액터 변압방식을 이용한 전압조정기에 관한 것으로, 더 상세하게는 상가나 공단지역 등의 전압 변동이 심한 지역에서 부하에 안정된 전압을 공급할 수 있도록 하는 리액터 변압방식을 이용한 전압조정기에 관한 것이다.

일반적으로, 전기를 송전함에 있어 송배전 계통의 선로정수에 의한 전압강하를 고려하여 규정된 전압 보다 높은 전압으로 공급함에 따라 수용가의 부하에 인가되는 전압은 대체적으로 정격 전압보다 높은 상태를 유지하고 있다.

상기와 같이 정격 전압 보다 높은 상태의 전압을 공급하고 있으나, 전기 소모량이 많은 상가 밀집 지역이나 공단지역 등에서는 상대적으로 많은 전기의 소모가 이루어짐에 따라 수용가의 부하에 인가되는 전압은 정격 전압 보다 낮은 상태를 유지하고 있다.

상기한 상가 밀집 지역이나 공단지역 등에서 전기의 소모가 많은 주간 시간대에서는 부하에 공급받는 전압이 정격 전압 보다 낮은 상태를 유지하고, 전기의 소모가 상대적으로 적은 야간 시간대에서는 부하에 공급받는 전압이 정격 전압보다 높은 상태를 유지하게 된다.

이러한 일부 지역에서의 정밀기기의 경우 주간 시간대에서는 저전압에 노출되어 기계의 오작동을 유발시키게 되고, 야간 시간대에서는 과전압에 노출되어 기기의 절연이나 수명을 단축시키게 되는 문제점이 발생한다.

또한, 소비전력도 전압에 비례하여 증가하므로, 과전압에 노출되는 경우 그 많큼 전력 소비가 증가하게 되어 불필요한 전력 소비가 발생되는 문제점이 있다.

이와 같이 전기 송전상의 특성 및 밀집 지역에서의 시간별 특성으로 인한 불안정한 전압을 보다 안정된 전압으로 공급하도록 하는 변압기의 일종인 전압조정기가 설치되고 있다.

이러한 전압조정기로는 과전압을 정격 전압으로 강압시키는 전압조정기와 저전압을 정격 전압으로 승압시키는 전압조정기로 구분되며, 이들 전압조정기는 각각 독립된 장치로 설치된다.

상기에서 전압을 강압시키는 전압조정기는 과전압이나 잉여전압을 제어하는 에너지 절감기로 사용되고, 전압을 승압시키는 전압조정기는 전기 배전선로의 말단에 설치되어 부하에 공급되는 전압 강하를 보상하는 말단 승압기로 사용된다.

그리고 전압조정기는 권선에 따라 전압 간격을 두고 인출된 다수개의 탭을 가지며, 부하에 연결되는 스위치를 통해 다수개의 탭중 어느 하나와 도통되어 유도되는 전압을 부하에 인가한다.

이러한 방식은 절전을 위한 전압 조정의 기능을 충분히 발휘하나, 저전압에 대한 방지책이 미비하여 바이패스(By-Pass) 외의 다른 대안이 없다. 이러한 바이패스는 부하가 저전압에 노출될뿐만 아니라, 대용량을 차단하고 절환시켜야 하므로, 스파크나 서지에 자주 노출되어 부하나 장비에 지속적인 악영향을 미치게 되며, 일부 방식은 탭 전환시 부하전압이 차단되어 파형의 끊어짐이 발생하게 된다.

그리고, 종래 반도체 탭 선택방식이나 스위칭 방식의 전압조정기는 그 특성상 대용량으로의 제작이 어려우며, 고조파 발생에 취약한 단점이 있다.

본 고안은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 고안한 것으로, 하나의 목적은 하나의 리액터의 사이에 주권선과 화동권선 및 차동권선으로 이루어지는 두 종류의 제어권선을 두어 제어권선의 역할에 따라 전압의 승압과 강압이 하나의 전압조정기로 이루어질 수 있도록 한 리액터 변압방식을 이용한 전압조정기를 제공하는 데, 그 목적이 있다.

본 고안의 다른 목적은 적은 자기용량(리액터 용량)으로 큰 부하용량(실제 변압기 용량)의 전압을 가변시킬 수 있도록 하며, 정확한 승압이론과 강압이론을 정립한 권선 구조로 대전력(수십∼수천 KVA)까지 제어 가능하도록 함으로써, 대용량으로 제조하는 것이 가능한 리액터 변압방식을 이용한 전압조정기를 제공하기 위한 것이다.

그리고 본 고안의 또 다른 목적은 리액터 방식의 적용으로 써지(Surge)에 강하며, 무부화손, 철손 등이 적어 자체소비전력이 최소화되도록 하고, 종래 다른 방식의 전압조정기에서 대부분 문제로 제기되는 고조파 발생을 해소하고, 일정 부분의 고조파 흡수 및 제거를 통하여 역율 상승 효과를 얻을 수 있는 리액터 변압방식을 이용한 전압조정기를 제공하기 위한 것이다.

나아가 본 고안의 또 다른 목적은 전압 보상을 위한 승압 혹은 강압에서 전압의 조정이 다수개 탭 중에서 어느 하나의 선택으로 이루어지도록 하나, 입력단과 부하를 병렬로 연결함으로써, 전압의 승압 혹은 강압시에 파형이 끊어지지 않으며, 바이패스로 정전없이 유지보수가 가능하도록 한 리액터 변압방식을 이용한 전압조정기를 제공하기 위한 것이다.

본 고안이 제안하는 리액터 변압방식을 이용한 전압조정기는 주권선과 제어권선을 포함하는 전압조정기에 있어서,

상기 주권선의 출력단을 부하와 직렬로 연결하고, 상기 제어권선에 중성점을 형성하며, 상기 중성점을 기준으로 일측에 전압 강압을 위한 차동권선이 배치되고, 다른 일측에 전압 승압을 위한 화동권선이 배치되며, 상기 차동권선과 화동권선은 목표 전압 변위가 출력되도록 권선에 따라 전압 간격을 두고 인출된 하나 혹은 그 이상의 탭이 구비되고, 상기 탭의 접점을 선택하여 강압 혹은 승압된 제어전압을 부하에 공급하는 탭 선택 스위치를 포함하여 이루어진다.

다음으로 본 고안에 따른 리액터 변압방식을 이용한 전압조정기의 바람직한 일 실시예를 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 고안에 따른 리액터 변압방식을 이용한 전압조정기의 제1실시예로 단상 결선을 적용한 회로도이다.

도 1에 나타낸 바와 같이, 주권선(T1)과 제어권선(Tc)으로 이루어지는 트랜스(T)에서 일측단에 입력전압의 R상이 연결되는 주권선(T1)의 다른 일측단에 부하가 직렬로 연결되고, 주권선(T1)은 부하가 연결되는 방향으로 권선된다.

상기 제어권선(Tc)에는 중성점(A)이 형성되고 이 중성점(A)은 입력전압의 R상과 병렬로 연결된다.

상기 제어권선(Tc)은 중성점(A)을 기준으로 일측에 전압 강압을 위한 차동권선(T2)이 배치되고, 다른 일측에 전압 승압을 위한 화동권선(T3)이 배치된다.

그리고, 상기 제어권선(Tc)을 구성하고 있는 차동권선(T2)과 화동권선(T3)은 권선에 따라 전압 간격을 두고 인출된 하나 혹은 그 이상의 탭(D1,D2,D3,U1,U2,U3)이 구비된다.

상기 하나 혹은 그 이상의 탭(D1,D2,D3,U1,U2.U3)은 출력단이 부하와 병렬로 연결되는 탭 선택 스위치(S/W)에 의해 접점이 선택되어 강압 혹은 승압된 제어전압이 출력되어 부하 공급되도록 한다.

그리고, 상기 차동권선(T2) 및 화동권선(T3)으로 이루어지는 제어권선(Tc)과 주권선(T1)의 사이에는 하나의 리액터(RT)가 배치되어 절연된다.

또한, 상기 탭 선택 스위치(S/W)는 수동 혹은 자동으로 탭 접점을 선택 스위칭하며, 바람직하게는 마그네틱 스위치(M/G)를 적용한다.

전술한 바와 같은 구성을 갖는 본 고안에 따른 리액터 변압방식을 이용한 전압조정기를 적용하여 불안정한 입력전압을 승압 혹은 강압하여 안정된 정격전압으로 부하에 공급하는 동작은 다음과 같이 수행된다.

예를 들어, R상과 N상의 입력전압(V1)과 부하의 사이에 접속된 전압조정기의 동작이 과전압 공급에 따른 부하측 기기의 보호 및 절전 기능을 위한 동작 모드로 작동하는 경우, 탭 선택 스위치(S/W)는 중성점(A)을 기준으로 배치된 차동권선(T2)에서 인출된 다수개의 탭(D1,D2,D3) 중에서 결정된 강압 조건을 만족하는 어느 하나의 탭 접점을 선택한다.

따라서, 부하에 공급되는 출력전압(V2)은 주권선(T1)과 차동권선(T2)의 선택된 권선수의 비로 강압되어 공급되어진다.

다른 예로, 입력전압(V1)이 상대적으로 낮게 유입됨에 따라 부하의 안정된 동작을 유지하기 위해 승압이 요구되는 경우 탭 선택 스위치(S/W)는 중성점(A)을 기준으로 배치된 화동권선(T3)에서 인출된 다수개의 탭(U1,U2,U3) 중에서 결정된 승압 조건을 만족하는 어느 하나의 탭 접점을 선택한다.

따라서, 부하에 공급되는 출력전압(V2)은 주권선(T1)과 화동권선(T3)의 선택된 권선수의 비로 승압되어 공급된다.

상기한 강압 혹은 승압의 과정은 자동 혹은 수동에 의한 탭 접점의 선택에 의해 이루어지는데, 탭 접점이 절환되는 과정에서 순간적인 단속이 발생된다.

그러나, 탭 선택 스위치(S/W)의 출력단이 입력전압의 N상과 부하의 사이에 병렬로 연결되어 있어 부하에는 지속적인 전압의 공급이 이루어지므로, 파형이 끊어지는 현상이 발생하지 않아 부하의 안정된 동작이 유지된다.

도 2는 본 고안에 따른 리액터 변압방식을 이용한 전압조정기의 제2실시예로 3상 Y 결선을 적용한 회로도이며, 각 상전압(R상, S상, T상)을 승압 혹은 강압하기 위한 전압조정기가 각각의 상별로 배치되며, 각 상별로 배치되는 전압조정기의 구조 및 그것의 결선 구조는 전술한 단상 결선과 동일하게 이루어지므로, 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다.

도 3은 본 고안에 따른 리액터 변압방식을 이용한 전압조정기의 제3실시예로 3상 D 결선을 적용한 회로도로, 각 상전압(R상, S상, T상)을 승압 혹은 강압하기 위한 전압조정기가 각각의 상별로 배치되며, 각 상별로 배치되는 전압조정기의 구조는 전술한 단상 결선과 동일하게 이루어지므로, 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다.

다만, R상의 제어권선에서 출력되는 승압 혹은 강압된 조정 전압은 S상이 연결되는 주권선(T1S)의 출력단과 병렬로 접속되고, S상의 제어권선에서 출력되는 승압 혹은 강압된 조정 전압은 T상이 연결되는 주권선(T1T)의 출력단과 병렬로 접속되며, T상의 제어권선에서 출력되는 승압 혹은 강압된 조정 전압은 R상이 연결되는 주권선(T1R)의 출력단과 병렬로 접속된다.

상기의 3상 결선에서 탭 선택 스위치는 동시에 3극 접점이 선택되도록 3극 동시 접점인 마그네틱 스위치를 적용한다.

상기에서는 본 고안에 따른 리액터 변압방식을 이용한 전압조정기의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 고안은 이에 한정되는 것이 아니고 실용신안등록청구범위와 고안의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고, 이 또한 본 고안의 범위에 속한다.

상기와 같이 이루어지는 본 고안에 따른 리액터 변압방식을 이용한 전압조정기에 의하면, 적은 자기용량(리액터 용량)으로 큰 부하용량(실제 변압기 용량)의 전위를 변화시키며, 리액터 방식의 적용으로 써지에 강하며, 무부화손 및 철손 등이 적어 자체 소비전력이 최소화되는 장점이 있다.

또한, 하나의 전압조정기에 전압 승압과 강압이 구현됨으로서, 부하에서의 저전압 및 과전압 보호가 안정되게 수반되고, 부하와 제어전압의 병렬 접속을 통해 제어 전압을 결정하는 탭 접점의 절환시에 파형이 끊어지지 않아 부하의 지속적이고 안정된 동작을 제공하는 장점이 있다.

특히 본 고안에 따른 리액터 변압방식을 이용한 전압조정기는 전압조정기로서의 기능뿐만 아니라, 에너지 절전기로 설계시에 저전압 보상기능이 있으므로, 보다 안정된 절전기 운용 효과를 얻을 수 있다는 장점이 있다.

또한, 바이 패스(By-Pass)로써 정전없이 보수할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 고안에 따른 리액터 변압방식을 이용한 전압조정기의 제1실시예로 단상 결선을 적용한 회로도이다.

도 2는 본 고안에 따른 리액터 변압방식을 이용한 전압조정기의 제2실시예로 3상 Y 결선을 적용한 회로도이다.

도 3은 본 고안에 따른 리액터 변압방식을 이용한 전압조정기의 제3실시예로 3상 D 결선을 적용한 회로도이다.

Claims (5)

1. 주권선과 제어권선을 포함하는 전압조정기에 있어서,

   상기 주권선의 출력단을 부하와 직렬로 연결하고,

   상기 제어권선에는 중성점을 형성하여 상기 중성점을 기준으로 일측에 전압 강압을 위한 차동권선을 배치하며 다른 일측에 전압 승압을 위한 화동권선을 배치하고,

   상기 차동권선과 화동권선은 목표 전압 변위가 출력되도록 권선에 따른 소정의 전압 간격을 두고 인출된 하나 혹은 그 이상의 탭을 구비하고,

   상기 탭의 접점을 선택하여 강압 혹은 승압된 제어전압을 부하에 공급하는 탭 선택 스위치를 설치하고,

   상기 차동권선 및 화동권선으로 이루어지는 제어권선과 주권선의 사이에는 하나의 리액터가 배치되어 절연을 유지하는 리액터 변압방식을 이용한 전압조정기.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 제어권선에 형성되는 중성점은 주권선의 입력전압과 병렬로 접속되는 리액터 변압방식을 이용한 전압조정기.
3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,

   상기 주권선은 부하가 연결되는 출력단의 방향으로 권선하는 리액터 변압방식을 이용한 전압조정기.
4. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,

   상기 탭 선택 스위치는 마그네틱 스위치로, 수동 혹은 자동으로 탭 접점을 선택하며, 출력단이 부하와 병렬로 연결되어 강압과 승압을 위한 탭 접점의 절환에서 파형의 끊어짐이 발생되지 않는 리액터 변압방식을 이용한 전압조정기.
5. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,

   상기 탭 선택 스위치는 3상 전압에 대하여 각 상별 전압이 목표 전압 변위로 부하에 공급되도록 3극 동시 접점인 마그네틱 스위치를 적용하는 리액터 변압방식을 이용한 전압조정기.