KR20160053514A - 3상 전력계통에서의 자동 고장 복구, 실시간 검출 및 표시 장치 - Google Patents

3상 전력계통에서의 자동 고장 복구, 실시간 검출 및 표시 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 3상 전력계통에서 발생되는 전력품질상의 문제를 자동으로 복구하고 이를 실시간으로 검출 및 표시해주는 장치에 관한 것으로서, R, S, T, N의 3상 4선 또는 R, S, T의 3상 3선 전력선이 3상 부하에 공급되고 있는 시스템에 있어서, 상기 각각의 전력선에서 분기된 분기선 R', S', T', N' 또는 R', S', T'가 입력으로서 공급되며, 3상 전원의 전력선 R, S, T에 발생된 위상 편차를 상시 보정하여 부하 측에 공급함으로써, 무효전력을 감소하고 역률을 개선하는 적어도 하나의 위상보정 수단이 포함된 고장 복구부를 포함한다.

Description

3상 전력계통에서의 자동 고장 복구, 실시간 검출 및 표시 장치 {Automatic failure recovery, real-time detection and display apparatus in 3-phase power system}
본 발명은 3상 전력계통에서 발생되는 전력품질상의 문제를 자동으로 복구하고 이를 실시간으로 검출 및 표시해 주는 장치에 관한 것이다.
3상 전력계통은, 1) 교류전력의 순간값이 시간적으로 변동이 적고 더 일정하게 유지된다, 2) 동일 전력을 동일 선간전압으로 전송할 경우 전선 소요량이 적게 든다, 3) 전동기 부하의 경우, 동일 출력이라면 단상보다 3상 전동기가 회전자계를 간단히 얻을 수 있고 설계 제작이 쉽고 특성도 좋다, 4) 정류할 경우 맥동이 적은 직류를 얻기가 쉽다, 5) 단상 교류가 필요할 때 3상 회로에서 쉽게 인출할 수 있다 등의 이유로 산업계에서 많이 사용된다.
그러나 3상 계통에는 전력 품질 측면에서의 많은 문제들이 내포되어 있다. 대표적인 것을 들면, 위상 편차, 결상, 고조파 발생, 전력불평형 등의 문제이다.
위상 편차의 문제를 살펴 보면, 3상 전력 계통에서는 전압의 크기는 같고 위상이 정확하게 120° 차이 나는 3개의 상 기전력 벡터가 대칭적으로 발생되어야 하지만, 실제로는, 발전기 권선에서의 차이에 의해서 정확하게 위상차가 1/3로 분할되지 않는 위상 편차 문제가 발생되고, 이 또한 3상 전력 계통에서의 큰 전력품질상 문제가 된다.
결상은 R상, S상, T상 중 하나가 단선이 되는 현상을 의미한다. 가령, 부하(예컨대, 유도전동기)를 운전하기 위한 전선로의 3상 중 한 상의 결함으로 인하여 단상으로 운전될 때(연결부위나 접촉기의 접점에서 많이 발생함)에 부하는 그 동작을 계속하지 못하고 되고, 전류는 통상 전류의 2배 이상으로 증가하여 이 과도한 전류가 두 개의 상으로 흐르게 되어 부하를 소손시킨다.
고조파는 기본 주파수(한국의 경우, 60Hz)의 정수배의 주파수로서, 전력 계통에 포함되는 경우에 파형이 찌그러지며 전력기기 및 선로에 심각한 악영향을 주는 왜곡된 파형을 의미한다. 기본 주파수의 3의 배수가 되는 고조파를 특히, 영상고조파라고 하는데, 영상고조파는 각 상의 위상이 같으므로 중성선(N상)으로 합성 중첩되고, 3상 4선식 전력 계통의 중성선에 스칼라 합성되어 과전류를 발생시킨다(최대 3배의 전류가 흐름). 고조파는 전압에 대한 전류특성이 비선형인 부하, 즉, 전압의 크기에 따라 저항값이 변하는 부하(반도체 스위칭 소자, 정류기, 철심을 사용하는 변압기, 전동기 등)에서 발생한다.
전력(전압, 전류) 불평형의 문제 - 3상 전력 계통에서 발전기, 변압기, 송전선과 배전선의 전기적 특성은 평형을 이루고, 평형부하전류가 흐르게 되면 계통 상태는 평형을 이룬다. 그러나 전기를 사용하는 말단에 사용되는 부하에서 역률이 같지 않으면 부하불평형의 문제가 일어나서, 결국은 전압불평형, 전류불평형, 나아가 전력불평의 문제를 발생시킨다. 이러한 불평형에 의한 피해는 주로 3상 유도전동기의 과부하, 역상 토크, 역상전류에 의한 권선 가열로 현실화된다. 이러한 불평형의 문제는 단상 부하의 경우에도 발생한다.
상기 문제 이외에도 접촉불량, 누전 등의 전기 회로 본연의 문제점도 물론 포함된다.
한편, 본 출원인에 의해 공지된, 고조파 상쇄기능을 갖고 전력불평형을 감쇠시키는 장치(대한민국 등록특허 1398596)와 결상복구 기능이 있는 3상 변압기(대한민국 공개특허 2013-47703)가 있다. 이들은 4선식 3상 교류 계통에 적용되는 기술들이다.
이들 기술 중 전자는, 도 1에서와 같이 권선을 배치하여(좌측은 권선 배치도, 우측은 벡터도), 자속이 상쇄되고 3상의 위상을 갖는 각각 다른 레그(120, 130, 140)를 통해서 고조파 및 불평형 성분의 전류를 감소시킨다.
후자의 경우에는, 도 2에서와 같은 결상복구기의 회로를 통해서, 전력선(R, S, T) 중 일부 상이 결상시에 이를 복구하는데, 상시에는 영상고조파와 불평형 전류를 감소시키면서 대기하고, 전력선의 결상시에는 정상적인 두 개의 상의 반대의 상을 이용하여 결상된 상을 복구한다.
종래에 3상 전력 시스템에서의 위상 편차 문제가 중요시되며, 자동으로 위상 보정을 행하는 기술이 필요하다. 또한, 자동으로 고조파 상쇄 및 결상복구가 이루어지는 기술에 있어서도 이러한 실시간 상쇄 및 복구가 자동으로 수행되므로 이를 검출할 수 없다. 이는, 자동 상쇄, 복구의 측면에서는 바람직한 것은 분명한 사실이지만, 고조파가 유입되거나 결상이 발생한 사실을 사용자가 모르는 상태에서 부하를 사용하게 되는 일이 일어날 수 있다. 따라서 전력 계통에서 발생한 문제점의 근본 원인의 치유를 소홀히 하게 되는 문제가 발생할 수 있다.
본 출원인은 본 출원인의 선행 기술을 더욱 개량하여 상술한 문제점들을 해결하고자 연구하여 본 발명을 하게 되었다. 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 단순한 구조의 장치로써 위상 자동 보정, 자동 고조파 상쇄 및 결상 복구를 위시하여, 전력 품질에 관련된 제반 문제점을 자동으로 해결하는 것은 물론, 이를 실시간으로 검출/표시하여서 전력품질상 문제가 발생된 근본 원인을 치유할 수 있도록 하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 한 특징에 따른 3상 전력계통에서의 자동 고장 복구 장치는, R, S, T, N의 3상 4선 또는 R, S, T의 3상 3선의 전력선이 3상 부하에 공급되고 있는 시스템에 있어서, 상기 각각의 전력선에서 분기된 분기선 R', S', T', N' 또는 R', S', T'가 입력으로서 공급되며, 3상 전원의 전력선 R, S, T에 발생된 위상 편차를 상시 보정하여 부하 측에 공급함으로써, 무효전력을 감소하고 역률을 개선하는 적어도 하나의 위상보정 수단이 포함된 고장 복구부를 포함한다.
한 실시예에 의하면, 고장 복구부 내의 적어도 하나의 위상보정 수단은, 변압기의 구성 권선 중 적어도 하나의 위상벡터각을 외부에서 조절하는 수단을 포함할 수 있다. 이 위상벡터각 조절 수단은, 조절하고자 하는 위상벡터에 해당하는 권선의 길이를 조절하는 수단을 포함할 수 있다.
또한 다른 실시예에 의하면, 상기 고장 복구부는, 상기 각각의 전력선에서 분기된 분기선 R', S', T', N' 또는 R', S', T'가 입력으로서 공급되어서, 3상 전력선에 발생된 고조파 유입을 자동으로 상쇄하는 수단과, 결상 발생시에 자동으로 이를 실시간 복구하는 수단과, 접촉불량시에 이를 자동으로 보상하는 수단을 추가로 포함할 수 있다.
또한, 상기 3상 전력계통에서의 자동 고장 복구 장치는, 고장 복구부와 분기선 R', S', T', N' 또는 R', S', T' 사이에서 각 분기선 R', S', T', N' 또는 R', S', T'마다 설치된 변류기(CT); CT로부터의 신호를 입력받아 결상 및 접촉 불량의 고장 발생 사실 및 고장이 발생된 상을 검출하는 고장 검출부; 상기 고장 검출부에서 수행된 연산의 결과를 출력하는 표시부를 추가로 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 특징에 따르면 3상 전력계통에서의 자동 고장 복구, 실시간 검출 및 표시 장치가 제공된다. 이 장치에는, R, S, T, N의 3상 4선 또는 R, S, T의 3상 3선의 전력선이 3상 부하에 공급되고 있는 시스템에 있어서, 상기 각각의 전력선에서 분기된 분기선 R', S', T', N' 또는 R', S', T'가 입력으로서 공급되며, 3상 전원의 전력선 R, S, T에 발생된 위상 편차를 상시 보정하여 부하 측에 공급함으로써, 무효전력을 감소하고 역률을 개선하는 적어도 하나의 위상보정 수단과, 3상 전력선에 발생된 고조파 유입을 자동으로 상쇄하는 수단과, 결상 발생시에 자동으로 이를 실시간 복구하는 수단과, 접촉불량시에 이를 자동으로 보상하는 수단이 포함된 고장 복구부; 상기 고장 복구부와 분기선 R', S', T', N' 또는 R', S', T' 사이에서 각 분기선 R', S', T', N' 또는 R', S', T' 마다 설치된 변류기(CT); CT로부터의 신호를 입력받아 결상 및 접촉 불량의 고장 발생 사실 및 고장이 발생된 상을 검출하는 고장 검출부; 상기 고장 검출부에서 수행된 연산의 결과를 출력하는 표시부가 포함된다.
이상에 개략적으로 나타낸 구성 및 작용은 이하의 상세한 설명 및 도면에 의헤서 보다 더 명확해질 것이다.
본 발명에 따르면, 3상 전력 계통에서 위상보정을 자동으로 실시간 복구함으로써 역률, 무부하 효율 등을 개선하며, 아울러, 고조파 발생, 결상, 접촉불량, 누전에 대응한 자동 복구 내지는 보상과 동시에, 고조파 상쇄, 결상, 및 접촉불량 등(그 밖에 누전도 포함)을 자동으로 실시간 검출하여 사용자에게 표시해줌으로써 사용자가 이에 대하여 실제적으로 대책을 세울 수 있도록 한다.
도 1은 선행기술의 고조파 상쇄 장치의 구성도.
도 2는 선행기술의 결상복구 장치의 구성도.
도 3은 본 발명에 따른 3상 전력계통에서의 자동 고장 복구, 실시간 검출 및 표시 장치의 구성도.
도 4는 도 3의 고장 복구부 내의 위상보정부의 기본적인 동작 원리를 나타내는 벡터도.
도 5는 도 4의 위상보정부의 위상보정 작용을 조절하기 위한 방식을 나타내는 벡터도.
도 6은 도 5의 벡터도에 따른 위상보정 작용의 조절을 구현하기 위한 실시예의 예시도.
도 7은 본 발명에 따른 3상 전력계통에서의 실시간 고장 복구 장치의 고조파 상쇄 및 결상복구 작용을 설명하는 도면.
도 3은 본 발명에 따른 3상 전력계통에서의 자동 고장 복구, 실시간 검출 및 표시 장치를 도시한다. 도 3에서는 설명의 편의상 R, S, T, N의 3상 4선의 전력 계통을 대표 실시예로서 도시하고 있지만, 본 발명이 R, S, T의 3상 3선의 전력 계통에도 적용될 수 있음은 당업자에게 극히 자명하다. 이러한 3상 3선식 전력 계옹에서는 통상, 접지(ET)를 중성선으로 대체 사용하여서 본 발명의 사상이 구현된다.
<구성>
- R, S, T, N의 3상 4선의 전력선이 3상 부하(예컨대, 3상 유도전동기)에 공급되고 있는 시스템에 있어서, 상기 각각의 전력선에서 분기된 분기선 R', S', T', N'이 입력으로 공급되어서 3상 전력선에 발생된 위상편차를 보정하는 위상보정부가 포함되며, 고조파 유입을 자동으로 상쇄하고 결상 발생시에 자동으로 이를 실시간 복구하고 접촉불량시에 이를 자동으로 보상하는 고장 복구부,
- 고장 복구부와 분기선 R', S', T', N' 사이에서 각 분기선 R', S', T', N'마다 설치된 변류기 CT(current transformer) - CT는 각 분기선을 흐르는 전류를 분기선의 외부에서 검출하기 위한 일종의 센서장치임.
- CT로부터의 신호를 입력받아 결상 및 접촉 불량의 고장 발생 사실 및 고장이 발생된 상을 검출하는 고장 검출부,
- 상기 고장 검출부에서 수행된 연산의 결과를 출력하는 표시부.
이상의 고장검출부와 표시부는 마이크로컴퓨터로 구현 가능하다.
<고장 복구부의 구성과 작용>
1. 위상 보정부
먼저, 도 3의 고장 복구부 내의 위상보정부의 작용 원리에 대해서 도 1 또는 도 2에 나타낸 본 출원인의 선등록 변압기와 도 4의 벡터도를 참조하여 설명한다. 도 4의 벡터도를 보면, 벡터도 a는, 위상보정 수단에 입력되는 입력전력의 위상 벡터도이며, 벡터도 b는, 입력전력의 위상을 180도 변환한 벡터도이며, 벡터도 c는 도 2의 트랜스 회로의 벡터도이며, 벡터도 d는 도 2의 트랜스 회로에서 출력되는 3상의 위상 벡터도이다.
도 4를 보다 더 상세하게 설명하면, 벡터도 a의 R, S, T의 입력전력 위상각을 임의로, R과 S의 위상각은 130도이고, S와 T의 위상각은 120도이며, R과 T의 위상각은 110도로 편차가 발생한다고 가정한다. 벡터도 a의 상태를 180도로 변환하면 벡터도 b처럼 나타난다. 여기서는 R1과 S1의 각도가 130도, S1과 T1의 각도는 120도, R1과 T1의 각도는 110도가 된다. 이때 벡터도 c에 나타낸 S2는 S1과 같은 위상으로서 평행이고, R2는 R1과 평행이며, T2는 T1과 평행이므로, 상기의 R, S, T의 입력전력 위상들과 변환된 크기의 위상 비율이 1:1이라고 가정하면, S1과 S2가 평행이고 1:1이므로 T1을 이동하여 S1과 S2의 끝점을 연결하면 S1과 T1의 내각(중성점)과 마주보는 S2의 내각은 120도로 같게 되며, T1의 내각과 마주보는 S1 내각은 180°-120°=60°로 각각 60도가 되는 평행사변형이 된다. 따라서 벡터도 d에서, 3상의 벡터가 모이는 중성점으로부터 S2로 발생하는 출력 위상인 RO는 S1과 T1의 120도 내각의 중심(60도)으로 발생하게 되어서 이 변압기에서 발생하여 출력되는 위상은, RO와 SO의 내각은 60°+55°=115°, SO와 TO의 내각은 55°+65°=120°, RO와 TO의 내각은 65°+60°=125° 가 된다. 그러므로 최초에 입력된 R, S, T의 위상편차보다도 출력에서는 좀 더 위상이 보정됨을 알 수 있다. 이상의 보정 작용을 하는 변압기를 다단 연결하여 위상 보정을 여러 차례 반복하면 보다 더 각 위상이 360°/3 = 120°에 근접한 위상 보정 효과를 얻을 수 있다.
그러나 이러한 변압기의 자체 권선에 의한 위상보정 작용만으로 정확하게 3분되는 위상보정 결과(즉, 120°:120°:120°)를 얻기는 어렵다. 그리하여 본 발명에서는 도 5에서 보는 것과 같이 도 4의 벡터도 c에서 보듯이 적어도 하나의 위상 벡터의 길이를 외부에서 임의로 조절하여서 위상보정 작용을 강화하도록 하였다. 즉, 원래의 R1T2의 길이보다 더 짧은 R1T2', R1T2"으로 위상벡터 길이를 조절함으로써, S0, S0', S0"과 같이 중성점과의 각도가 변화되면서 출력 위상각이 인위적으로 조절될 수 있다.
이러한 위상벡터 길이의 조절은 도 6과 같이 구성 권선의 적어도 하나에 직렬 방향으로 이산적인(discrete) 탭 t1, t2, t3, ...을 설치하여서 구현할 수 있다. 다른 방식으로는, 이산적인 탭이 아니라, 슬라이닥스와 같이 연속적으로 권선의 길이를 가변할 수도 있다.
2. 고조파 상쇄 및 결상 복구
다음, 도 1 또는 도 2에 나타낸 본 출원인의 선등록 변압기에서 3상 전원에 고조파가 유입된 경우에 이를 자동으로 상쇄하고 3상 전원선 중 하나가 결상된 경우에 이를 자동으로 복구하는 동작 원리를 도 7의 벡터도를 참조하여 설명한다. 도 7의 좌측은 도 1에 나타낸 장치의 동작 벡터도이고, 우측은 위상을 정상으로(위상을 반대로 하면 더 많은 고조파가 빨리 제거됨) 해서 고조파가 3상의 위상을 차례로 지나는 것을 보인 파형의 흐름도이다. 순서의 편의상, R, S, T 중 R상 전력을 대표로 하여 설명한다.
도 1 또는 도 2에 나타낸 장치(100)는 제1 레그(120), 제2 레그(130)와 제3 레그(140)와 전자기 유도를 위한 인덕턴스(철심, 코일) 및 코일의 전력선(R, S, T전원에 의하여 위치가 달라질 수 있다)을 포함하여 구성된다. 상기 코일(170)은 레그들(120, 130, 140) 각각에서 다른 위치에 Y형으로 결선되어 있고, 배전계통에서 발생하는 전압과 전류의 고조파 및 불평형을 감소시키기 위해 각각의 레그에 감겨 연결되는 형태로 권취되어 있다.
또한, 상기 코일(170)에 흐르는 전류는 전원에 흐르는 전류에 의하여 각각의 레그(120, 130, 140)에 생성된 자속(magnetic flux)을 상쇄시키는 방향으로 흐른다. 상기 코일(170)의 제1 권선(Rr, Rs, Rt), 제2 권선(Ss, St, Sr), 및 제3 권선(Tt, Tr, Ts)은 각각의 제1 레그(120), 제2 레그(130) 및 제3 레그(140)에 각각 권취된다. 상기 코일(170)의 제1 권선(Rr, Rs, Rt)은 제1 레그(120)의 권선(Rr), 제2 레그(130)의 권선(Rs), 제3 레그(140)의 권선(Rt) 순서로 권취되어 중성선(N)에 연결되고, 제2 권선(Ss, St, Sr)은 제2 레그(130)의 권선(Ss), 제3 레그(140)의 권선(St), 제1 레그(120)의 권선(Sr)의 순서로 권취되어 중성선(N)에 연결된다.
또한, 상기 코일(170)의 제3 권선(Tt, Tr, Ts)은 제3 레그(140)의 권선(Tt), 제1 레그(120)의 권선(Tr), 제2 레그(130)의 권선(Ts)의 순서로 권취되어 중성선(N)에 연결되고 중성선의 타단은 전력선(R, S, T)이다. 이 경우, 상기 코일(170)의 제1 권선(Rr, Rs, Rt)은 제1 레그(120)의 권선(Rr) 및 제2 레그(130)의 권선(Rs), 제3 레그(140)의 권선(Rt)의 각각에서 서로 다른 위치에 권취되고, 제2 권선(Ss, St, Sr)은 제2 레그(130)의 권선(Ss) 및 제3 레그(140)의 권선(St) 및 제1 레그(120)의 권선(Sr)의 각각에서 서로 다른 위치에 권취된다. 또한, 상기 코일(170)의 제3 권선(Tt, Tr, Ts)은 제3 레그(140)의 권선(Tt) 및 제1 레그(120)의 권선(Tr) 및 제2 레그(130)의 권선(Ts)의 각각에서 서로 다른 위치에 권취된다.
한편, 상기 코일(170)의 제1 권선(Rr, Rs, Rt)은 제1 레그(120)의 권선(Rr)과 제2 레그(130) 및 제3 레그(140)의 권선(Rs, Rt)이 서로 반대방향으로 권취되고, 제2 권선(Ss, St, Sr)은 제2 레그(130)의 권선(Ss)과 제3레그(140) 및 제1 레그(120)의 권선(St, Sr)이 서로 반대방향으로 권취되며, 제3 권선(Tt, Tr, Ts)은 제3 레그(140)의 권선(Tt)과 제1 레그(120) 및 제2 레그(130)의 권선(Tr, Ts)이 서로 반대방향으로 권취된다.
따라서 각각의 레그(120, 130, 140) 상에서 자속(magnetic flux)의 크기는 동일하지만, 부하에서 발생한 영상분 전류의 위상이 서로 반대가 되어 자속이 상쇄되고, 3상의 위상을 갖는 각각 다른 레그(120, 130, 140)들을 통과하므로 인해 고조파 및 불평형 성분의 전류가 감소하게 된다.
도 7을 참조하여 원리적으로 설명하면, 권선 Rt는 제3 레그(140)의 하부에 있으며, 상기 권선(Rt) 상부의 중성점과 연결되어 있다. 즉, 중성선의 고조파가 권선 Rt의 상부에서 유입되면, 권선 Rt는 권취된 제3 레그(140)를 통과하게 되면서, 3상의 위상을 가진 파형중에 T상의 파형을 지나가게 되어 T상과 역상(Rt1)인 파형들은 상쇄되어 없어진다. 그리고 상기 권선 Rt가 권선 Rs의 상부로 연결되어 있어 제3 레그(140)를 통과한 고조파가 제2 레그(130)를 통과하게 되고, 제2 레그(130)의 위상인 위상이 S상인 파형을 만나 상기와 같은 이유로 S상과 역상(Rs1)인 파형은 상쇄되어 없어지게 된다. 마지막 통과하는 R상도 상기와 같이 R상과 역상(Rr1)인 파형은 상쇄되어 없어지게 되며, 따라서 고조파가 완전히 제거되어 없어지게 되고, 선형파만 남게 된다(다른 고조파도 같은 원리로 상쇄됨).
다음으로, 도 1 또는 도 2에 나타낸 본 출원인의 선등록 변압기에서 3상 전원선 중 하나에 결상이 생긴 경우 이를 자동으로 복구하는, 이른바 결상복구의 동작 원리를 설명한다.
도 7을 보면 도 1의 장치의 결선의 벡터도를 볼 수 있다. 예를 들어 장치(100)에 입력되는 전력선 중 R상(즉, 분기선 R')이 결상이 되었다고 가정하고 설명하면, 전력선의 결상과 동시에 전력선에 접속 연결되어 있는 고장 복구부의 R, S, T, 레그(120, 130, 140)의 인덕턴스를 구비한 코일은 결상된 R상의 전력은 없이 S상과 T상의 두 전력이 고장 복구부에 공급되어 전력 공급장치(100)의 전력선과 연결된 고장 복구부의 S상과 T상에 권취된 코일(Ss, Tt)에 의해서 S(130)와 T(140)의 레그(철심)에는 자속이 형성되고, S상과 T상의 레그에 권취된 코일(Ss, Tt)의 상기 코일의 반대로 권취된 코일들 중에서 전력선 R과 연결된 코일(Rs, Rt)이 전자기 유도되어 S(130)상과 T(140)상의 반대의 위상(벡터)을 코일이 권취된 순서대로 R상(120)과 같은 위상을 만들어 전력을 공급하게 되면 R상에 결선된 코일(Rr)에 의해 R상의 레그(120)에도 자속이 형성되어 정상적으로 전력을 공급하게 된다. 더 상세하게 설명하면, 상기 전력 공급장치의 전력선(R, S, T)인 전력선 R상을 기준 위상(벡터)으로 하였을 때, R상을 기준으로 왼쪽으로 120도 틀어진 T 위상(벡터)과, 오른쪽으로 120도 틀어진 S 위상(벡터), 상기 S, T위상(벡터)이 각각 반대의 위상(벡터)인 180도를 회전하면, R 위상(벡터)을 기준으로 S 위상(벡터)은 왼쪽으로 60도가 틀어지고, T 위상(벡터)은 오른쪽으로 60도가 틀어진 상태가 되며, S와 T 위상(벡터)은 R 위상(벡터)을 중심으로 하여서 각각 60도, 즉, S 위상(벡터)과 T 위상(벡터)은 120도를 유지하는 위상(벡터)이 된다. 이런 상태를 유지하는 S, T 위상(벡터)을 각각 1:1로 더하면 R상의 위상이 생성되어 나타난다. 이에 따라 결상된 전력선의 위상이 복구되어 정상전력을 유지하게 된다.
3. 접촉불량 보상
고장 복구부의 접촉불량의 보상 작용에 대해서 설명한다. 3상 전원선 중 한 상에 접촉불량이 발생하면 완전 결상의 경우와 마찬가지로 해당 상의 전압 파형의 진폭이 깎이게 되어서 완전한 정현파가 되지 않을 것이기 때문에, 위에서 도 1과 같이 구성된 장치와 도 7의 벡터도를 참조하여 설명한 결상복구의 원리와 유사하게 특정 상에 발생한 접촉불량이 자동으로 실시간 보상된다.
<고장 검출부 및 표시부>
1. 결상 검출 및 표시
3상 전원선의 결상(누전 또는 지락에 의한 결상도 포함됨) 시에 상기 고장 복구부는 자동으로 실시간 결상을 복구하기 때문에, 사용자는 결상이 발생했었다는 사실을 모른 채 결상을 일으킨 원인을 해결하지 않고 그대로 부하를 운전하게 되는 문제가 생길 수 있는데, 결상 검출부의 역할은, 자동 실시간 결상복구와 별도로 결상 사실을 검출하기 위한 것이다. 이 결상 검출부는 마이크로컴퓨터로 구현할 수 있다. 즉, 분기선 R', S', T'에 흐르는 전류를 변류기로 검출한 신호를 입력 받아서 소정의 연산을 수행하도록 마이크로컴퓨터를 구성할 수 있다.
도 3의 분기선 중 중성선을 제외한 R', S', T'에 평상시(즉, 결상이 없을 때)에는 전류가 흐르지 않지만 어느 한 상에 결상이 되면 상기 고장 복구부에서 결상복구가 되면서 상기 분기선 R', S', T'에 전류가 흐르게 된다. 이 흐르는 전류는 변류기 CT에 의해 검출되므로 마이크로컴퓨터로서 구현된 결상 검출부에서는 이 전류를 받아서 소정의 연산을 행함으로써 결상 발생 사실을 알 수 있게 된다.
결상된 상이 어느 상인지도 알 수 있다. 예를 들어 R상이 결상된 경우라면, 고장 복구부에서 결상복구가 되면서 (분기선 R'를 흐르는 전류) = (S'를 흐르는 전류) + (T'를 흐르는 전류)가 되므로 각 분기선에 흐르는 전류를 변류기 CT로 검출한 것으로 마이크로컴퓨터에서 계산하면 어느 상이 결상된 상인지를 알 수 있게 된다.
이렇게 검출된 결상 발생 사실은 표시부를 통해 표시되어 사용자 또는 운용자에게 알려준다.
2. 접촉불량 검출 및 표시
접촉불량 검출도 또한 마이크로컴퓨터로 구현할 수 있다. 3상 전원선에 접촉불량이 발생하면 완전 결상과 마찬가지로 접촉 불량된 해당 상의 분기선 R', S', T' 중 하나에 전류가 흐르게 되고 이를 CT로 검출한다. 이 때에는 물론, 흐르는 전류량은 완전 결상시의 경우보다는 적을 것이다. 따라서 이 전류를 입력받아서 접촉불량 검출부에서는 소정의 연산을 수행하여 접촉불량이 발생된 사실 및 발생 상을 검출할 수 있다.
3. 누전 검출 및 표시
누전 검출도 또한 마이크로컴퓨터로 구현할 수 있다. 누전 검출시에는 상기 분기선 R', S', T'에 설치된 각 변류기(CT)와 더불어, 도 3의 전원측의 3상 선 R, S, T에 각각 설치된 전원측 변류기(CT')를 함께 이용한다. 마이크로컴퓨터로 구현한 누전 검출부에 변류기 CT에서 검출된 신호와 함께, 전원측 변류기 CT'에서 검출된 신호가 누전 검출부에 입력으로서 공급되면, 누전 검출부에서는 입력된 CT 및 CT' 신호를 이용하여 어느 상에서 누전이 발생했는지 알아낼 수 있다.

Claims (8)

  1. R, S, T, N의 3상 4선 또는 R, S, T의 3상 3선의 전력선이 3상 부하에 공급되고 있는 시스템에 있어서,
    상기 각각의 전력선에서 분기된 분기선 R', S', T', N' 또는 R', S', T'가 입력으로서 공급되며, 3상 전원의 전력선 R, S, T에 발생된 위상 편차를 상시 보정하여 부하 측에 공급함으로써, 무효전력을 감소하고 역률을 개선하는 적어도 하나의 위상보정 수단이 포함된 고장 복구부를 포함하는, 3상 전력계통에서의 자동 고장 복구 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 고장 복구부 내의 적어도 하나의 위상보정 수단은, 변압기의 구성 권선 중 적어도 하나의 위상벡터각을 외부에서 조절하는 수단을 포함하는, 3상 전력계통에서의 자동 고장 복구 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 위상벡터각 조절 수단은, 조절하고자 하는 위상벡터에 해당하는 권선의 길이를 조절하는 수단을 포함하는, 3상 전력계통에서의 자동 고장 복구 장치.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 고장 복구부는
    상기 각각의 전력선에서 분기된 분기선 R', S', T', N' 또는 R', S', T'가 입력으로 공급되어서 3상 전력선에 발생된 고조파 유입을 자동으로 상쇄하는 수단과, 결상 발생시에 자동으로 이를 실시간 복구하는 수단과, 접촉불량시에 이를 자동으로 보상하는 수단을 포함하는, 3상 전력계통에서의 자동 고장 복구 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 고장 복구부와 분기선 R', S', T', N' 또는 R', S', T' 사이에서 각 분기선 R', S', T', N' 또는 R', S', T'마다 설치된 변류기 CT,
    CT로부터의 신호를 입력받아 결상 및 접촉 불량의 고장 발생 사실 및 고장이 발생된 상을 검출하는 고장 검출부,
    상기 고장 검출부에서 수행된 연산의 결과를 출력하는 표시부를 추가로 포함하는, 3상 전력계통에서의 자동 고장 복구 장치.
  6. R, S, T, N의 3상 4선 또는 R, S, T의 3상 3선의 전력선이 3상 부하에 공급되고 있는 시스템에 있어서,
    상기 각각의 전력선에서 분기된 분기선 R', S', T', N' 또는 R', S', T'가 입력으로서 공급되며, 3상 전원의 전력선 R, S, T에 발생된 위상 편차를 상시 보정하여 부하 측에 공급함으로써, 무효전력을 감소하고 역률을 개선하는 적어도 하나의 위상보정 수단과, 3상 전력선에 발생된 고조파 유입을 자동으로 상쇄하는 수단과, 결상 발생시에 자동으로 이를 실시간 복구하는 수단과, 접촉불량시에 이를 자동으로 보상하는 수단이 포함된 고장 복구부,
    상기 고장 복구부와 분기선 R', S', T', N' 또는 R', S', T' 사이에서 각 분기선 R', S', T', N' 또는 R', S', T'마다 설치된 변류기 CT,
    CT로부터의 신호를 입력받아 결상 및 접촉 불량의 고장 발생 사실 및 고장이 발생된 상을 검출하는 고장 검출부,
    상기 고장 검출부에서 수행된 연산의 결과를 출력하는 표시부를 포함하는, 3상 전력계통에서의 자동 고장 복구, 실시간 검출 및 표시 장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 고장 복구부 내의 위상보정 수단은, 변압기의 구성 권선 중 적어도 하나의 위상벡터각을 외부에서 조절하는 수단을 포함하는, 3상 전력계통에서의 자동 고장 복구, 실시간 검출 및 표시 장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 위상벡터각 조절 수단은, 조절하고자 하는 위상벡터에 해당하는 권선의 길이를 조절하는 수단을 포함하는, 3상 전력계통에서의 자동 고장 복구, 실시간 검출 및 표시 장치.
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WO2019216626A1 (ko) * 2018-05-09 2019-11-14 (주)아이티이 전기고장 만능탐지 및 복구 배전시스템 및 그 공사방법

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