KR20130002102A - 변류기를 이용한 직류 전원공급장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 변류기를 이용한 직류 전원공급장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전력 계통의 뇌서지 및 개폐 서지에 대한 영향을 줄이기 위해 변류기를 이용해서 직류(DC) 전원을 공급하는 장치에 관한 것이다.
본 발명에 따른 변류기를 이용한 직류 전원공급장치는, 송배전 선로에 흐르는 고전류의 송배전 전원을 저전류로 변화시키는 변류기와, 상기 변류기에서 출력되는 교류전원를 직류전원로 변화하는 AC/DC 컨버터와, 상기 AC/DC 컨버터 후단의 2 선중 어느 하나의 선에 연결되어 입력되는 직류전원에서 불필요한 고조파 신호를 제거하는 LPF와, 상기 AC/DC 컨버터에서 출력되는 직류전원에서 일정 직류전압을 생성하여 설정된 전압범위로 이내로 전압을 유지하는 레귤레이터 및 상기 레귤레이터 후단의 2 선중 어느 하나의 선에 연결되어 레귤레이터의 후단에서 발생하는 리플 및 잡음 발생을 저감하는 필터를 포함하여 구성된다.

Description

변류기를 이용한 직류 전원공급장치 {DC POWER SUPPLY USING CURRENT TRANSFORMER}

본 발명은 변류기를 이용한 직류 전원공급장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전력 계통의 뇌서지 및 개폐 서지에 대한 영향을 줄이기 위해 변류기를 이용해서 직류(DC) 전원을 공급하는 장치에 관한 것이다.

현재의 전력 계통에서는 교류를 기반으로 한 발전, 송전 및 배전이 이루어지고 있다.

따라서 업무용 또는 주거용 건물이나 각 공장에 대하여 고전압의 교류 전력이 인입되며, 각 단위 구간별로 수·배전 장치가 배치되어 이를 상용전압으로 변환하여, 단위 구간 내에 교류(AC) 전력을 공급하고 있다.

그런데 최근에는 직류 전원을 사용하는 전력 설비나 가전제품들이 증가하고 있다.

예를 들어, 컴퓨터, 오디오 기기, 비디오 기기, PDP 또는 LCD 등의 평판 대형 디스플레이 장치, 전화기 등 통신장치 등에는 반도체 소자들이 주로 사용되고 있으며, 반도체 소자들은 대부분 직류 기반으로 작동하므로, 이러한 장치들의 내부에는 반드시 직류(DC) 전원이 공급되어야 한다.

종래 전력 계통의 전원공급시스템은 송배전 선로로부터 인입된 고압의 교류를 강압하는 변압기와, 각 수용가에 마련된 콘센트 등으로 전력을 유선 공급하는 급전 네트워크와, 상기 급전 네트워크에 접속되는 비상용 발전기 등 보조 전원이 존재할 수 있다.

이러한 설비를 통하여 각 수용가에는 상용전압(예를 들어, AC 220V)의 교류가 공급되며, 예를 들어 전화기, TV, PC, UPS 등 비상 전원장치, 충전기 및 기타 전기·전자 기기들이 콘센트에 접속되어 사용되고 있다.

이러한 전기·전자 기기들은 직류를 기반으로 내부 작동하는 것들로서, 상용의 교류전원을 직류전원으로 변환시키기 위한 전원변환모듈이 구비된다.

이와 같이 종래에는 전력 계통의 전원공급장치에는 고압의 교류(예를 들어, AC 13200V)를 상용전압(예를 들어 AC 220V)로 강압하는 변압기(VT: Voltage Transformer)가 사용된다.

그런데 변압기는 외부 서지(Surge) 유입시 전압이 상승하고 이로 인해 발생한 포화로 큰 전류가 변압기의 권선(코일)에 유기되어 권선이 소손되거나, 큰 열이 발생하여 변압기 몰드의 열화를 발생시키는 등 전기, 기계적으로 취약한 문제점이 있었다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 송배전 선로와 2차 권선이 자기적으로 연결되는 변류기(Current Transformer: CT)를 이용해서 전원을 공급함으로써, 외부 서지가 변류기 2차로 파급되는 양이 적어 전력 계통의 뇌서지 및 개폐 서지에 대한 영향을 줄일 수 있는 변류기를 이용한 직류 전원공급장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 변류기를 이용한 직류 전원공급장치는, 송배전 선로에 흐르는 고전류의 송배전 전원을 저전류로 변화시키는 변류기;

상기 변류기에서 출력되는 교류전원를 직류전원로 변화하는 AC/DC 컨버터;

상기 AC/DC 컨버터 후단의 2 선중 어느 하나의 선에 연결되어 입력되는 직류전원에서 불필요한 고조파 신호를 제거하는 LPF;

상기 AC/DC 컨버터에서 출력되는 직류전원에서 일정 직류전압을 생성하여 설정된 전압범위로 이내로 전압을 유지하는 레귤레이터; 및

상기 레귤레이터 후단의 2 선중 어느 하나의 선에 연결되어 레귤레이터의 후단에서 발생하는 리플 및 잡음 발생을 저감하는 필터를 포함하여 구성된다.

또한, 상기 변류기의 후단에 연결되어 송배전 선로를 통해 변류기에 외부 서지가 유입되는 경우 유입된 서지 전압을 제거하는 서저 업소버를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 변류기는 분할이 가능한 분할형 변류기나, 1차 권선이 변류기를 통과하는 관통형 변류기인 것을 특징으로 한다.

상술한 과제의 해결 수단에 의하면, 변압기를 이용하지 않고 송배전 선로와 2차 권선이 자기적으로 연결되는 변류기를 이용해서 전원을 공급함으로써, 외부 서지가 변류기 2차로 파급되는 양이 적어 전력 계통의 뇌서지 및 개폐 서지에 대한 영향을 줄일 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 직류 전원공급장치의 구성도,
도 2는 본 발명의 제2실시예에 따른 직류 전원공급장치의 구성도.

이하 본 발명의 실시예에 대하여 첨부된 도면을 참고로 그 구성 및 작용을 설명하기로 한다.

다만, 하기에 도시되는 도면과 후술되는 설명은 본 발명의 특징을 효과적으로 설명하기 위한 여러 가지 방법 중에서 바람직한 실시 방법에 대한 것이며, 본 발명이 하기의 도면과 설명만으로 한정되는 것은 아니다. 또한, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 발명에서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

결과적으로, 본 발명의 기술적 사상은 청구범위에 의해 결정되며, 이하 실시예는 진보적인 본 발명의 기술적 사상을 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 효율적으로 설명하기 위한 일 수단일 뿐이다.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 직류 전원공급장치의 구성도로서, 변류기로 분할형 변류기를 사용하는 경우의 구성도이다.

도 1에 도시된 바와 같이 직류 전원공급장치(100a)는 분할형 변류기(Split current transformer)(10a), 서지 업소버(Surge Absorber)(20), AC/DC 컨버터(Converter)(30), LPF(Low Pass Filter)(40), 레귤레이터(Regulator)(50), 필터(Filter)(60)를 포함하여 구성된다.

송배전 선로(1)는 수용가로 전력을 공급하는 전력선이다.

상기 송배전 선로(1)를 분리되도록 감싸는 분할형 변류기(10a)는 분할되는 구성을 갖춰 건설된 설비 등에 분할형 변류기(10a)를 증설 및 교체시 자체의 분할된 구성을 통하여 선로의 차단 및 해체없이 바로 설치가 가능하고 설치시 정전 작업이 불필요하다.

상기 변류기(10a)는 고전압, 고전류의 송배전 전압을 저전압, 저전류로 변화시키는 전기기기로서, 성층철심(成層鐵心)에 권선되는 에나멜 등으로 코팅된 1차 코일과, 전력계·계전기(繼電器) 등을 연결하는 2차 코일로 이루어지며, 그 외측에는 코일을 보호하기 위해 경질의 에폭시수지로 진공 함침처리하여 절연한다.

서지 업소버(20)는 상기 분할형 변류기(10a)의 후단에 연결되어 송배전 선로(1)를 통해 분할형 변류기(10a)에 외부 서지가 유입되는 경우 유입된 서지 전압을 제거한다.

AC/DC 컨버터(30)는 분할형 변류기(10)에서 출력되는 교류전원를 직류전원으로 변화하여 출력한다.

LPF(40)는 상기 AC/DC 컨버터(30) 후단의 2 선중 어느 하나의 선에 연결되어 입력되는 직류전원에서 불필요한 고조파 신호를 제거한다.

레귤레이터(50)는 상기 AC/DC 컨버터(40)에서 출력되는 직류전원에서 일정 직류전압을 생성하여 설정된 전압범위로 이내로 전압을 유지시킨다.

상기 레귤레이터(50)는 예를 들어 DC 12V 또는 24V 전압을 생성하여 정전압을 유지하고, 전류 제한을 조정한다.

필터(60)는 상기 레귤레이터(50) 후단의 2 선중 어느 하나의 선에 연결되어 레귤레이터(50)의 후단에서 발생하는 리플 및 잡음 발생을 저감하기 위한 회로로서, 예를 들어 인버터와 커패시터로 구성된 LC 필터를 사용할 수 있다.

상술한 구성으로 이루어진 직류 전원공급장치(100a)의 동작을 살펴보면, 먼저 송배전 선로(1)에 흐르는 높은 교류전류(30~100,000A)는 분할형 변류기(10a)를 통해 낮은 교류전류로 변환하여 AC/DC 컨버터(30)에 출력된다.

이때 분할형 변류기(10a)에 외부의 서지 전압이 유입되어 출력되는 경우 서지 업소버(20)에 의해 제거된다.

상기 AC/DC 컨버터(30)는 입력되는 교류전원을 직류전원으로 변환하여 출력하고, 상기 출력되는 직류전원 중에 불필요한 고조파 전압은 LPF(40)에 의해 제거되어 레귤레이터(50)에 입력된다.

상기 레귤레이터(50)는 입력되는 직류전원으로 일정 직류전압을 생성하여 설정된 전압범위 이내로 전압을 유지하여 출력한다.

이때 레귤레이터(50) 후단에 발생하는 리플 및 잡음은 필터(60)에 의해 제거된 후 수용가에 출력된다.

이와 같이 직류 전원공급장치(100a)로 송배전 선로(1)와 2차 권선(코일)이 자기적으로 연결되는 변류기(10a)를 이용함으로써 외부 서지가 변류기(10a)의 2차 권선으로 파급되는 양이 적다.

또한 서지 업소버(20)를 사용하여 2차로 유입되는 서지를 제거함으로써 전력 계통의 뇌서지 및 개폐 서지에 대한 영향을 줄일 수 있다.

도 2는 본 발명의 제2실시예에 따른 직류 전원공급장치의 구성도로서, 변류기로 관통형 변류기를 사용하는 경우의 구성도이다.

도 2에 도시된 바와 같이 직류 전원공급장치(100b)는 관통형 변류기(10b), 서지 업소버(20), AC/DC 컨버터(30), LPF(40), 레귤레이터(50), 필터(60)를 포함하여 구성된다.

송배전 선로(1)는 수용가로 전력을 공급하는 전력선이다.

상기 송배전 선로(1)를 감싸는 관통형 변류기(10b)는 1차 권선(코일)이 변류기를 통과하는 변류기이다.

상기 변류기(10b)는 고전압, 고전류의 송배전 전압을 저전압, 저전류로 변화시키는 전기기기로서, 성층철심(成層鐵心)에 권선되는 에나멜 등으로 코팅된 1차 코일과, 전력계·계전기(繼電器) 등을 연결하는 2차 코일로 이루어지며, 그 외측에는 코일을 보호하기 위해 경질의 에폭시수지로 진공 함침처리하여 절연한다.

서지 업소버(20)는 상기 관통형 변류기(10b)의 후단에 연결되어 송배전 선로(1)를 통해 관통형 변류기(10b)에 외부 서지가 유입되는 경우 유입된 서지 전압을 제거한다.

AC/DC 컨버터(30)는 관통형 변류기(10b)에서 출력되는 교류전원를 직류전원로 변화하여 출력한다.

LPF(40)는 상기 AC/DC 컨버터(30) 후단의 2 선중 어느 하나의 선에 연결되어 입력되는 직류전압에서 불필요한 고조파 신호를 제거한다.

레귤레이터(50)는 상기 AC/DC 컨버터(30)에서 출력되는 직류전원에서 일정 직류전압을 생성하여 설정된 전압범위로 이내로 전압을 유지시킨다.

상기 레귤레이터(50)는 예를 들어 DC 12V 또는 24V 전압을 생성하여 정전압을 유지하고, 전류 제한을 조정한다.

필터(60)는 상기 레귤레이터(50) 후단의 2 선중 어느 하나의 선에 연결되어 레귤레이터(50)의 후단에서 발생하는 리플 및 잡음 발생을 저감하기 위한 회로로서, 예를 들어 인버터와 커패시터로 구성된 LC 필터를 사용할 수 있다.

상술한 구성으로 이루어진 직류 전원공급장치(100b)의 동작을 살펴보면, 먼저 송배전 선로에 흐르는 높은 교류전류(30~100,000A)는 관통형 변류기(10b)를 통해 낮은 교류전류로 변환하여 AC/DC 컨버터(30)에 출력된다.

이때 관통형 변류기(10b)에 외부의 서지 전압이 유입되어 출력되는 경우 서지 업소버(20)에 의해 제거된다.

상기 AC/DC 컨버터(30)는 입력되는 교류전원을 직류전원으로 변환하여 출력하고, 상기 출력되는 직류전원 중에 불필요한 고조파 전압은 LPF(40)에 의해 제거되어 레귤레이터(50)에 입력된다.

상기 레귤레이터(50)는 입력되는 직류전원으로 일정 직류전압을 생성하여 설정된 전압범위 이내로 전압을 유지하여 출력한다.

이때 레귤레이터(50) 후단에 발생하는 리플 및 잡음은 필터(60)에 의해 저감되어 수용가로 출력된다.

이와 같이 직류 전원공급장치(100b)로 송배전 선로(1)와 2차 권선(코일)이 자기적으로 연결되는 변류기(100b)를 이용함으로써 외부 서지가 변류기(100b)의 2차 권선(코일)로 파급되는 양이 적다.

또한 서지 업소버(20)를 사용하여 2차 권선로 유입되는 서지를 제거함으로써 전력 계통의 뇌서지 및 개폐 서지에 대한 영향을 줄일 수 있다.

100a,100b: 직류 전원공급장치 1: 송배전 선로
10a,10b: 변류기 20: 서지 업소버
30: AC/DC 컨버터 40: LPF
50: 레귤레이터 60: 필터

Claims (3)

1. 송배전 선로에 흐르는 고전류의 송배전 전원을 저전류로 변화시키는 변류기;
   상기 변류기에서 출력되는 교류전원를 직류전원로 변화하는 AC/DC 컨버터;
   상기 AC/DC 컨버터 후단의 2 선중 어느 하나의 선에 연결되어 입력되는 직류전원에서 불필요한 고조파 신호를 제거하는 LPF;
   상기 AC/DC 컨버터에서 출력되는 직류전원에서 일정 직류전압을 생성하여 설정된 전압범위로 이내로 전압을 유지하는 레귤레이터; 및
   상기 레귤레이터 후단의 2 선중 어느 하나의 선에 연결되어 레귤레이터의 후단에서 발생하는 리플 및 잡음 발생을 저감하는 필터를 포함하는 변류기를 이용한 직류 전원공급장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 변류기의 후단에 연결되어 송배전 선로를 통해 변류기에 외부 서지가 유입되는 경우 유입된 서지 전압을 제거하는 서저 업소버를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 변류기를 이용한 직류 전원공급장치.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 변류기는 분할이 가능한 분할형 변류기나, 1차 권선이 변류기를 통과하는 관통형 변류기인 것을 특징으로 하는 변류기를 이용한 직류 전원공급장치.

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