KR20060050624A - 삼상 다선식 전력라인의 고조파 저감장치 - Google Patents

삼상 다선식 전력라인의 고조파 저감장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 부하측 중성선을 통해 전원계통에 유입되는 고조파 성분을 보다 확실하게 제거할 수 있도록 된 삼상 다선식 전력라인의 고조파 저감장치에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 삼상 다선식 전력라인에 설치되어 전원계통(55)에 고조파 전류가 유입되는 것을 차단하는 삼상 다선식 전력라인의 고조파 저감장치에 있어서, 부하(50)에 교류전원을 공급하기 위해 삼상 다선식 결선을 가지는 전원계통(55)과; 상기 전원계통(55)의 각 상선에 연결되는 권선을 세 개의 레그(61,62,63)를 가진 코어(60)의 제1 및 제2레그(61,62), 제2 및 제3레그(62,63), 제3 및 제1레그(63,61)에 각각 자속의 방향을 달리하여 권취하고, 각 권선의 중간지점을 부하(50)측의 중성선에 접속한 지그재그 트랜스포머(70)와; 상기 부하(50)측 중성선에 연결되는 권선을 상기 세 개의 레그(63,62,61)를 경유하도록 권취하여 상기 전원계통(55)의 중성선과 연결시킨 오픈 델타 결선부(80)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 삼상 다선식 전력라인의 고조파 저감장치가 제공된다.

Description

삼상 다선식 전력라인의 고조파 저감장치{Apparatus removing harmonics of 3-phase multiple-line power line}
도 1은 종래 고조파 저감장치 일예를 보인 회로도
도 2는 종래 고조파 저감장치의 다른 실시예를 보인 벡터도
도 3은 본 발명의 일실시예를 개념적으로 보인 회로도
도 4는 본 발명의 다른 실시예를 개념적으로 보인 회로도
도 5는 본 발명에서 지그재그 트랜스포머 및 오픈델타 결선부를 보인 벡터도
도 6 내지 도 9는 본 발명의 다른 실시예의 구성도
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
50. 부하 55. 전원계통
60. 코어 61. 제1레그
62. 제2레그 63. 제3레그
70. 지그재그 트랜스포머 80. 오픈 델타 결선부
90. 라인 리액터
본 발명은 삼상 다선식 전력라인의 고조파 저감장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 중성선의 대지전위차가 없고 불평형 전류를 저감하여 단선사고가 발생되지 않으며, 중성선을 통해 전원계통에 인가되는 고조파 전류를 보다 확실하게 제거할 수 있도록 된 삼상 다선식 전력라인의 고조파 저감장치에 관한 것이다.
최근 들어, 전기기기의 사용증가로 인해, 비선형 부하측에서 발생되는 고조파 전류가 중성선을 통해 전원계통으로 유입되어, 발전기나 변압기 등의 출력저하, 소손, 역률저하, 전력손실 등의 문제점이 야기되고 있다. 따라서 전력라인에는 이러한 고조파 전류를 저감시키는 장치가 필수적으로 설치되어야 한다.
종래 고조파 저감방법은 전원계통의 중성선과 부하측 중성선 사이에 리액터를 설치하여 고조파를 저감시키는 것이 대부분이었다. 그러나 직류기기, 고속전철, 방전수은등, 성형결선 변압기 등과 같이 고조파 전류를 많이 발생시키는 부하에 리액터를 사용하는 경우에는 부하량의 변화에 따라 고조파의 저감효과의 차이가 심하며, 부하라인의 지락시 과도한 지락전류에 의해 리액터가 과열되어 단선되거나 화재로 발전되는 경우가 빈번하며, 이로 인해 중성선이 단선되어 부하측 전압불평형 및 최대 2배까지의 전압이 부하에 인가되는 문제점이 발생되었다.
이를 방지하기 위해, 등록특허 364513호에는 중성선 리액터를 쓰지 않고, 전 원계통과 부하계통 사이에 지그재그 트랜스포머를 설치하여, 영상 고조파 성분을 저감시키는 장치가 개시되어 있다. 도 1은 이러한 고조파 저감장치를 도시한 회로도이다. 이를 참조하면, 이 고조파 저감장치는 부하(10)에 교류전원을 공급하기 위해 삼상 다선식 결선을 가지는 전원계통(15)과; 전원계통(15)의 각 상선에 연결되는 권선을 세 개의 레그(21,22,23)를 가진 코어(20)의 제1 및 제2레그(21,22), 제2 및 제3레그(22,23), 제3 및 제1레그(23,21)에 각각 자속의 방향을 달리하여 권취하고, 각 권선의 중간지점을 전원계통(15) 중성선과 부하(10)측의 중성선에 공통으로 접속한 지그재그 트랜스포머(30)와; 전원계통(15)과 지그재그 트랜스포머(30) 사이의 각 상선에 접속되는 라인 리액터(40)로 구성된다. 이러한 고조파 저감장치는 중성선에 리액터를 사용하지 않음으로써, 중성선 단선의 위험을 방지하면서, 지그재그 트랜스포머(30)를 통한 자속 상쇄로 영상 임피던스를 감소시켜, 영상 고조파에 의한 전원계통(15)의 피해를 방지할 수 있다.
그러나 상기한 고조파 저감장치는 도 1의 회로도에서와 같이, 전원계통(15)의 중성선과 부하(10)측 중성선이 직접 연결되어 있어, 부하(10)측 중성선을 통해 유입되는 고조파 전류를 완전히 억제하지 못하는 문제점이 있다. 또한, 영상 고조파 전류가 부하(10)측으로 회귀되면서, 일부가 전원계통(15)으로 유입되는 문제점이 있다.
한편, 등록실용신안 제338373호에는 상기한 지그재그 트랜스포머 방식의 고조파 저감장치의 문제점을 해결하고자 제안된 전압과 전류의 균형을 개선한 고조파 저감장치가 개시되어 있다. 도 2는 이 등록실용신안의 일예를 보인 벡터도이다. 그 러나, 도 2를 참조하면, 이 등록실용신안은 전원계통의 중성선과 부하측 중성선 사이에 리액터(45)를 연결하여, 중성선을 통해 전원계통에 유입되는 고조파 성분을 제거하고 있다. 즉, 이 등록실용신안은 전압과 전류의 균형을 통해 고조파 제거 효과를 가진다고 하나, 위에서 언급한 대로, 종래 중성선에 리액터를 설치하는 방법과 마찬가지로, 부하량에 따라 고조파의 저감효과에 차이가 심하며, 부하라인의 지락시 과도한 지락전류에 의해 중성선 단선의 위험성에 상시 노출되어 있다고 하겠다.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 본 발명의 목적은 중성선이 단선되는 사고를 방지하며, 부하측 중성선을 통해 전원계통의 중성선으로 유입되는 고조파 전류를 대부분 상쇄시켜 고조파로부터 전원계통을 안전히 지킬 수 있도록 된 삼상 다선식 전력라인의 고조파 저감장치를 제공하는 것이다.
본 발명에 따르면, 삼상 다선식 전력라인에 설치되어 전원계통(55)에 고조파 전류가 유입되는 것을 차단하는 삼상 다선식 전력라인의 고조파 저감장치에 있어서, 부하(50)에 교류전원을 공급하기 위해 삼상 다선식 결선을 가지는 전원계통(55)과; 상기 전원계통(55)의 각 상선에 연결되는 권선을 세 개의 레그(61,62,63)를 가진 코어(60)의 제1 및 제2레그(61,62), 제2 및 제3레그(62,63), 제3 및 제1레 그(63,61)에 각각 자속의 방향을 달리하여 권취하고, 각 권선의 중간지점을 부하(50)측의 중성선에 접속한 지그재그 트랜스포머(70)와; 상기 부하(50)측 중성선에 연결되는 권선을 상기 세 개의 레그(63,62,61)를 경유하도록 권취하여 상기 전원계통(55)의 중성선과 연결시킨 오픈 델타 결선부(80)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 삼상 다선식 전력라인의 고조파 저감장치가 제공된다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 상기 전원계통(55)과 지그재그 트랜스포머(70) 사이의 각 상선에는 5고조파 이상의 고조파 성분을 제거하는 라인 리액터(90)가 더 접속되어 구성되는 것을 특징으로 하는 삼상 다선식 전력라인의 고조파 저감장치가 제공된다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 코어(60)는 상기 세 개의 레그(61,62,63) 외곽에 권선이 권취되지 않는 외곽레그(64,65)가 더 구비된 5각 외철형 코어인 것을 특징으로 하는 삼상 다선식 전력라인의 고조파 저감장치가 제공된다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 오픈델타 결선부(80)의 각각의 권선은 자속방향이 서로 상쇄되도록 권선의 전반부와 후반부가 서로 반대방향으로 감겨서 전원계통(55)의 중성선과 부하(50)측 중성선에 직렬 또는 병렬연결된 것을 특징으로 하는 삼상 다선식 전력라인의 고조파 저감장치가 제공된다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 설명하면 다음과 같다.
도 3은 본 발명에 따른 고조파 저감장치의 일실시예를 개념적으로 보인 회로도이다. 이를 참조하면, 본 발명의 고조파 저감장치는 삼상 다선식 전력라인에서, 전원계통(55)과 부하(50)측 사이에 연결되는 각 상선이 세 개의 레그(61,62,63)를 갖는 코어(60)에 지그재그 결선되는 지그재그 트랜스포머(70) 및 전원계통(55)의 중성선과 부하측(50) 중성선 사이에 각 레그(61,62,63)를 경유하도록 권선한 오픈 델타 결선부(80)를 설치하여 구성된다. 여기서, 오픈델타 결선이란 삼상델타 결선의 3개의 접속점 중 1개의 접속점을 오픈시킨 결선을 의미한다.
바람직하게, 전원계통(55)과 지그재그 트랜스포머(70) 사이의 각 상선에는 5고조파 이상의 고조파 성분을 제거하는 라인 리액터(90)가 접속된다.
본 발명의 다른 실시예에서, 상기 코어(60)는 권선이 권취되지 않는 외곽레그(64,65)가 더 구비된 5각 외철형 코어이다.
상기 전원계통(55)은 바람직하게, R상, S상, T상과 중성선 N을 갖는 3상 4선식 Y결선 변압기로 부하(50)측에 교류전원을 공급한다. 전원계통(55)과 부하(50)측 사이에는 지그재그 트랜스포머(70)와 오픈델타 결선부(80)가 설치된다. 우선, 지그재그 트랜스포머(70)는 전원계통(55)의 각 상선에 연결된 1차측 권선과 2차측 권선이 코어(60)의 세 레그(61,62,63) 중 두 레그에 자속 방향을 상호 반대로 결선한 단권 변압기이다. 예를 들어, R상에 연결되는 권선의 1차측 권선은 제1레그(61), 2차측 권선은 제2레그(62)에 권취되되, 1차측 권선의 끝점과 2차측 권선의 끝점이 상호 연결되며, 2차측 권선의 시작점은 부하(50)측 중선선(n)에 연결된다. 이와 마찬가지로, S상에 연결된 권선은 1차측 권선이 제2레그(62), 2차측 권선이 제3레그(63)에 권취되며, T상에 연결된 권선은 1차측 권선이 제3레그(63), 2차측 권선이 제1레그(61)에 권취되고, 각각의 권선에서 2차측 권선의 시작점은 공통으로 부하(50)측 중성선(n)에 연결된다. 이와 같은 지그재그 트랜스포머(70)가 설치됨으로써, 도 5에 도시된 벡터도에서와 같이, 각 상의 영상분 전류는 위상이 상호 반대로 되어 상쇄된다.
이때, 부하(50)측 중성선(n)을 통해 전원계통(55)으로 유입되는 고조파 전류를 보다 확실하게 제거하기 위해, 전원계통(55)의 중성선(N)과 부하(50)측 중성선(n) 사이에는 오픈 델타 결선부(80)가 설치된다. 이 오픈 델타 결선부(80)는 도 3에 도시된 회로도에서와 같이, 부하(50)측 중성선(n)에 연결되는 권선이 1차권선인 T상 권선은 제3레그(63)에, 2차권선인 S상 권선은 제2레그(62)에, 3차권선인 R상 권선은 제1레그(61)에 권취되되, 각 권선은 동일 방향으로 권취되고, 3차권선인 R상 권선의 끝점이 전원계통(55)의 중성선(N)에 연결되는 것이다. 이러한 오픈델타 결선부의 삼상델타결선의 3 접속점 중 어느 한 상의 접속점을 오픈시켜서 전원계통(55)의 중성선(N)과 부하측 중성선(n)에 연결하여도 무방하다.
이에 따라, 도 5의 벡터도에서와 같이, 전원계통(55)의 중성선과 부하(50)측 중성선은 직접 연결되지 않고, 오픈 델타 결선부(80)를 매개로 연결된다. 따라서 부하(50)측 중성선을 통해 유입되는 고조파 전류가 오픈 델타 결선부(80)의 각 3상을 경유하면서 대부분 나뉘어져 소모되므로, 전원계통(55)으로는 고조파 성분이 대 부분 제거된 매우 미약한 기본파의 전류가 인가된다. 이때, 부하(50)측에서 각 상선을 타고 전원계통(55)으로 유입되는 5고조파 이상의 고조파 성분을 제거하기 위하여, 전원계통(55)과 지그재그 트랜스포머(70) 사이의 각 상선에는 라인리액터(90)가 추가로 설치될 수 있다.
한편, 도 4에 도시된 본 발명의 다른 실시예를 참조하면, 상기 코어(60)는 세 개의 레그(61,62,63) 외곽에 권선이 권취되지 않는 외곽레그(64,65)가 더 구비된 5각 외철형 코어이다. 이 경우, 외곽레그(64,65)에 의해 각 권선이 코어 안쪽에 감싸지게 되어, 불규칙적인 주파수의 고조파 성분을 보다 확실하게 제거할 수 있게 된다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예이고 도 7은 그 벡터도로서, 오픈델타 결선부(80)의 각각의 권선은 자속방향이 서로 상쇄되도록 권선의 전반부와 후반부가 서로 반대방향으로 감기되, 전원계통(55)의 중성선과 부하(50)측 중성선 사이에 직렬연결된 것이다. 본 실시예는 전술한 실시예의 효과에 더하여 지그재그 트랜스포머(70)의 삼상전원 차단시에, 삼상 권선의 전압이 서로 상쇄되도록 합성되므로, 오픈델타 결선부(80) 양단에 발생되는 전압차를 상쇄시킬 수 있다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예이고 도 9는 그 벡터도로서, 오픈델타 결선부(80)의 각각의 권선은 자속방향이 서로 상쇄되도록 권선의 전반부와 후반부가 서로 반대방향으로 감기되, 이들 각각의 권선이 전원계통(55)의 중성선과 부하(50)측 중성선 사이에 병렬연결된 것이다. 아울러, 라인 리액터(90)는 제거되고, 메인스위치(100,110)가 설치된 것을 예시적으로 보여준다.
본 실시예는 전술한 실시예에 더하여, 부하측(50)의 삼상 중 어느 한 상선이 지락되어 지락전류가 중성선으로 흐를 때, 병렬회로를 따라 분산되므로, 과도한 지락전류가 장치로 흘러서 장치가 소손되는 것을 방지할 수 있다.
전술한 바와 같은 본 발명의 삼상 다선식 전력라인의 고조파 저감장치는 지그재그 트랜스포머(70)를 이용하여 부하에서 발생되어 중성선으로 흐르는 영상 고조파 전류를 상쇄시키고, 불평형 부하전류도 부하(50)측의 중성선을 통해 전원계통(55)의 중성선으로 유입되는 고조파 및 정상분 전류를 오픈 델타 결선부(80)에서 대부분 소모시킴으로써, 중성선에 리액터를 설치하지 않고도 중성선을 통해 전원계통(55)으로 유입되는 고조파 전류를 대부분 제거할 수 있다.
본 발명의 또 다른 변형된 예로서, 지그재그 트랜스포머(70)와 삼상 전원이 차단되는 경우에 중성선 오픈 델타결선의 양단에 전압이 발생되지 않도록 하기 위해 오픈델타결선의 양단을 쇼트시키는 자동절환스위치를 더 구비하거나, 차단기(100,110) 자체를 차단시킬 수도 있을 것이다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경 및 추가가 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다. 예를 들면, 지그재그 트랜스포머의 형태가 다양하게 변형될 수도 있을 것이다.
이상에서와 같이 본 발명에 의하면, 지그재그 트랜스포머를 이용하여 영상 고조파 전류를 제거하면서, 전원계통 중성선과 부하측 중성선을 오픈 델타 결선하여 부하측 중성선을 통해 전원계통으로 유입되는 고조파 전류를 대부분 상쇄시킴으로써, 중성선의 단선 위험 없이 전원계통으로 유입되는 고조파 성분을 대부분 저감시킬 수 있도록 된 삼상 다선식 전력라인의 고조파 저감장치를 제공할 수 있다.
아울러, 오픈델타 결선부(80)의 각각의 권선은 자속방향이 서로 상쇄되도록 권선의 전반부와 후반부가 서로 반대방향으로 감기되, 전원계통(55)의 중성선과 부하(50)측 중성선 사이에 직렬 또는 병렬연결함으로써, 지그재그트랜스포머(70)의 삼상전원 차단되는 경우 오픈델타 결선부(80) 양단에 발생되는 전압차를 상쇄시키거나, 부하측(50)의 삼상 중 어느 한 상선이 지락될 때 지락전류가 중성선의 병렬회로를 따라 분산되어 흐르므로, 과도한 지락전류에 의해 장치가 소손되는 것을 방지할 수 있다.

Claims (4)

  1. 삼상 다선식 전력라인에 설치되어 전원계통(55)에 고조파 전류가 유입되는 것을 차단하는 삼상 다선식 전력라인의 고조파 저감장치에 있어서, 부하(50)에 교류전원을 공급하기 위해 삼상 다선식 결선을 가지는 전원계통(55)과; 상기 전원계통(55)의 각 상선에 연결되는 권선을 세 개의 레그(61,62,63)를 가진 코어(60)의 제1 및 제2레그(61,62), 제2 및 제3레그(62,63), 제3 및 제1레그(63,61)에 각각 자속의 방향을 달리하여 권취하고, 각 권선의 중간지점을 부하(50)측의 중성선에 접속한 지그재그 트랜스포머(70)와; 상기 부하(50)측 중성선에 연결되는 권선을 상기 세 개의 레그(63,62,61)를 경유하도록 권취하여 상기 전원계통(55)의 중성선과 연결시킨 오픈 델타 결선부(80)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 삼상 다선식 전력라인의 고조파 저감장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 전원계통(55)과 지그재그 트랜스포머(70) 사이의 각 상선에는 5고조파 이상의 고조파 성분을 제거하는 라인 리액터(90)가 더 접속되어 구성되는 것을 특징으로 하는 삼상 다선식 전력라인의 고조파 저감장치.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 코어(60)는 상기 세 개의 레그 (61,62,63) 외곽에 권선이 권취되지 않는 외곽레그(64,65)가 더 구비된 5각 외철형 코어인 것을 특징으로 하는 삼상 다선식 전력라인의 고조파 저감장치.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 오픈델타결선부(80)의 각각의 권선은 자속방향이 서로 상쇄되도록 권선의 전반부와 후반부가 서로 반대방향으로 감겨서 전원계통(55)의 중성선과 부하(50)측 중성선에 직렬 또는 병렬연결된 것을 특징으로 하는 삼상 다선식 전력라인의 고조파 저감장치.
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