KR20180133719A - 친환경 절전형 전기고장 복구 변압기(배전용변압기, 전력용변압기, 지상변압기) - Google Patents

Abstract

3상4선(R, S, T, N) 또는 2상3선(R, S, N 또는 R, T, N 또는 S, T, N)의 전원에 연결되는 1차 코일과 부하에 연결되는 2차 코일을 구비한 제1 변압기와 제2 변압기는 삼상4선식 전력을 출력 공급하여 기존 변압기의 제조원가, 설치비, 하자보수비, 유지관리비, 시설면적 및 변압기손실을 감소하고 미관을 개선하며 삼상 결상 시 복구하고, 결상에 의한 이상전압유입 및 전위차에 의한 감전을 방지할 수 있도록 한 친환경 절전형 전기고장 복구 변압기가 개시된다.
개시된 친환경 절전형 전기고장 복구 변압기는, 철심으로 이루어진 제1레그, 상기 제1레그에 일정 간격을 가지면서 순서대로 권취되는 2차 코일의 제1권선, 제3권선과 1차 코일을 포함하는 제1 변압기와, 철심으로 이루어진 제2레그, 상기 제2레그에 일정 간격을 가지면서 순서대로 권취되는 2차 코일의 제2권선, 제4권선과 1차 코일을 포함하는 제2 변압기를 포함하고 단상 변압기인 상기 제1 변압기와, 상기 제2 변압기는 서로 전기적으로 연결되어 3상 4선식 전원을 출력하는 상기 권선인 코일을 더 포함한다.

Description

친환경 절전형 전기고장 복구 변압기(배전용변압기, 전력용변압기, 지상변압기) {Eco-friendly power-saving electric fault recovery transformer}

본 발명은 친환경 절전형 전기고장 복구 변압기(Transformer)에 관한 것으로서, 단상 변압기 두 대로 2상 또는 3상의 전원을 입력받아 삼상4선식 전원을 출력하도록 하여 제조원가, 시설비, 하자보수비, 유지관리비, 시설면적 및 변압기 손실을 줄이고 효율을 증대하며 결상사고 및 감전사고 방지를 위한 친환경 절전형 전기고장 복구 변압기에 관한 것이다.

일반적으로, 변압기(Transformer)는 교류 배전선의 전압을 변환하여 부하에서 사용하는 전압으로 사용할 수 있도록 수전설비 또는 전주 위 또는 지상에 설치되는 변압기를 말한다. 단상과 3상의 두 종류가 있다.

여러 가지 변압기 중에 일례로 주상변압기는, 전주의 배전선에 공급되는 1차 전압인 22.9kV의 고전압을 실제 가정, 소규모공장, 상가 등에 공급되는 2차 전압인 110V 또는 220V 또는 380V 등의 저전압으로 만든다. 이러한 주상변압기는 3상 4선식 Y결선 방식을 사용한다.

일반적인 3상 4선식 Y결선 방식의 주상변압기는 고압선로의 A상, B상, C상 선로를 각각 단상 변압기인 A상 변압기, B상 변압기 및 C상 변압기의 1차 코일 측에 결선하고, 각 상 변압기의 2차 코일 측 출력을 저압선로의 각 상에 결선하며, 상기 3대의 변압기의 N(중성선)상을 공통 N상 선로로 결선하여 저압선로의 N상 선로에 연결하게 된다.

그러나 이러한 일반적인 3상 4선식 Y결선 방식의 주상변압기는 단상 변압기 3대를 제작하고 설치하여야 하여 제조원가, 변압기손실, 시설인건비, 하자보수비, 시설면적, 유지관리비 등이 과다 소요되고, 절연유, 미관, 변압기소음, 원재료과다사용 등으로 환경에 악영향을 주며, 또한 단상 변압기 3대중 한 대가 고장이나거나 변압기 전원 측의 기자재 단선(손상) 등 결상이 발생하면 불평형에 의한 고장전류가 수용가 부하 측으로 과다하게 흘러 3상 부하(전동기 등)의 과열소손 또는 전기화재가 발생하게 되는데 이에 대한 대책이 없었다.

또한, 고압수용가에서 직접 시설하는 배전용변압기는 한 몸체로 이루어진 삼상변압기 철심에 3개의 코일권선을 권취하여 사용함으로서, 변압기고장 시 변압기 전체를 교체하여야 하여 교체에 따른 정전시간과 제품가격, 시설인건비가 과다 소요되고 결상 시 한 몸체로 이루어진 철심 때문에 이상자속이 필연적으로 발생하여 상기 철심에 권취된 코일에 유기되는 이상전압(저전압, 과전압)이 부하 측으로 흘러 그로 인한 과전류로 과열, 소손 또는 화재가 발생하였다.

이러한 전기사고의 발생을 방지하기 위해 전기가 국가기간 산업인 우리나라에서는 전기설비가 손상되어도 국가에서 정한 표준전압(380V= 342~418V, 220V= 207~213V, 110V= 104~116V)을 유지하도록 전기사업법에서 정하고 있으며, 또한, 전기설비의 손상으로 인해 전기공급에 지장을 주지 않는 전기시설을 하도록 전기설비기술기준에서 정하여 전기고장으로 인한 국민의 생명, 신체 및 재산보호를 정부에서 전기관련자가 책임지고 하도록 의무를 부여하고 있지만, 낙뢰로 퓨즈가 단선되거나, 기자재의 결함으로 단선(접촉불량)되거나, 부주의로 전선로가 단선되면 부득이 하게 표준전압을 유지하지 못하게 되고 전기공급이 중단되는 것이 현실이었다.

또한, 3상 4선식 계통을 적용한 우리나라의 경우 영상고조파 등으로 배전계통의 전원 측 중성선이 단선 될 경우 단상부하를 사용하는 단상 계통에서는 불평형 단상부하에 의해 경부하를 사용하는 단상부하는 과전압이 유입되어 중성선 단선에 의한 과열, 소손 및 화재위험을 항상 내재하고 있으며, 수용가로 공급되는 단상전원의 대지와의 전위차가 220V로 누전에 의한 감전사고 및 화재위험을 안고 있었다.

이러한 여러 가지 문제점 중에 일부분을 개선하기 위해서 종래에 제안된 3상 4선식 Y결선 방식의 변압기에 대한 기술이 대한민국특허청 등록특허공보 등록번호 10-1374647호(발명의 명칭: 콤팩트형 3상 변압기)(2014.03.10. 등록)(이하 "종래기술 1" 이라 약칭함)와 대한민국특허청 등록특허공보 등록번호 10-1540997호(발명의 명칭: 친환경 절전형 하이브리드 변압기)(2015.07.27. 등록)(이하, "종래기술 2" 라 약칭함)에 개시되어 있다.

개시된 "종래기술 1" 은 3상 전원이 인가되는 고압측 부싱과 변압기 내부의 단상변압기에 의해 변성된 저압측 전원을 공급하는 저압측 부싱이 부설되고, 그 내부에는 지지수단에 의해 A상, B상 및 C상의 단상 변압기 3대가 상하로 적층되어 전력을 공급하는 3상 변압기에 있어서, 입력측 전기회로 또는 출력측 전기회로 중 어느 하나의 회로를 적어도 두 개 이상으로 나누어 적어도 3개 이상의 전기회로를 서로 교대로 동심 배치하고, 각상의 전기회로가 자기회로를 서로 공유하지 않고 자기적으로 독립된 자기회로를 갖는 구조로 이루어지는 것으로 개시된다.

개시된 "종래기술 2" 는 단상만 사용할 경우에도 변압기에 흐르는 전력(전압, 전류)의 평형을 유지하고, 변압기 자체에서 고조파를 제거하여 전력품질을 개선할 수 있도록 한 변압기가 개시된다.

종래기술 1: 등록특허공보 등록번호 10-1374647호(발명의 명칭: 콤팩트형 3상 변압기)(2014.03.10.등록) 종래기술 2: 등록특허공보 등록번호 10-1540997호(발명의 명칭: 친환경 절전형 하이브리드 변압기)(2015.07.27. 등록)

그러나 상기와 같은 종래기술은 3상4선식 배전계통에서 변압기적용 시 변압기 3개의 철심에 각각 코일을 권선하여 변압기를 제작하고 3상의 전선로에 설치하여야 하는 단점이 있었다.

또한, 종래기술은 변압기 하나의 코일에서 고장이 발생하거나, 변압기 전원 측의 퓨즈가 단선되거나, 전기설비에서 손상이 발생하여 한상의 결상이 발생하면 다른 변압기에서 그에 따른 불평형 전압이 발생하고 불평형 과전류로 삼상 부하가 과열, 소손되거나 전기화재가 발생하는 문제점이 있었다.

또한, 종래기술은, 변압기의 3개 철심에 코일을 권선하여 제작하고 설치하여야 함으로써 제조원가 및 시설설치비가 많이 소요되는 문제점이 있었다.

또한, 종래기술은, 단상변압기 3대를 고장관리 및 유지관리 하여야 함으로써 보수비 및 유지관리비가 많이 소요되는 문제점이 있었다.

또한, 종래기술은, 변압기 3개의 코일에서 철손, 동손 등에 대한 손실이 발생하고, 부하에서 사용하는 용량이 단상변압기 3대로 분산 설계되어 변압기의 효율 또한 좋지 않은 문제가 있었다.

또한, 종래기술은, 주상변압기의 경우에 단상변압기를 3대를 따로 설치하여야 하여 도시미관 및 변압기마다 채워지는 절연유에 의해 좋지 않은 환경을 제공하는 문제가 있었다.

또한, 종래기술은, 배전계통이 3상 4선식일 때 전원 측 중성선에 영상고조파발생 및 중성선 단선에 의한 이상전압유입과 높은 대지와의 전위차로 누전에 의한 감전위험과 화재발생에 대한 문제가 있었다.

또한, 변압기에서 공급하는 단상의 부하선로가 단선되거나 기자재소손으로 접촉불량 등이 발생하면 정전 또는 과열소손으로 화재가 발생하는 문제가 있었다.

이에 본 발명은 상기와 같은 일반적인 변압기 및 종래기술에서 발생하는 제반 문제점을 해결하기 위해서 제안된 것으로, 삼상변압기를 제작할 때 단상변압기 1대에 해당하는 권선 또는 변압기를 감소하여 제작하고 2상의 입력 전선로만 시설하여 제조원가 및 설치비를 감소할 수 있도록 한 친환경 절전형 전기고장 복구 변압기를 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 단상변압기 3대에 해당하는 코일을 권취 제작하여 설치하지 않아도 단상변압기 2대의 코일만으로 3상4선식 전력을 공급 할 수 있도록 한 친환경 절전형 전기고장 복구 변압기를 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 총사용 부하용량이 단상변압기 3대로 분산 공급되게 설계하는 낮은 변압기 용량으로 발생하는 전력의 낭비를 변압기 두 대 분의 높은 용량으로 설계하여 변압기에서 사용하는 전력을 절감할 수 있도록 한 친환경 절전형 전기고장 복구 변압기를 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 주상 변압기 2대를 설치하여 도시미관을 정비하고 자재의 과다사용 및 변압기 절연유에 의해 오염되는 환경을 친환경으로 변경할 수 있도록 한 친환경 절전형 전기고장 복구 변압기를 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 전원결상 또는 변압기 코일의 소손으로 인한 보수비용, 관리비용, 교체설치비용 및 이상전압의 유입으로 소손, 과열, 화재발생 문제를 해결하도록 한 친환경 절전형 전기고장 복구 변압기를 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 단상공급전원의 대지와의 전위차를 강압하여 누전에 의한 감전사고 및 화재발생을 억제하도록 한 친환경 절전형 전기고장 복구 변압기를 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 단상공급전원 부하 측 공급라인에서 이상 발생 시 정전을 방지하고 접촉불량으로 과열, 소손 및 화재가 발생하는 것을 방지하도록 한 친환경 절전형 전기고장 복구 변압기를 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 각각의 단상부하에서 발생하는 영상고조파가 중성선으로 유입되면 상기 중성선에서 중첩되어 중성선에 과도한 전류가 흐르거나 각상에 연결된 전기기계기구가 상기 영상고조파로 인한 영향을 받을 수 없도록 원천 차단하기 위한 친환경 절전형 전기고장 복구 변압기를 제공하는 데 있다.

상기와 같은 과제들을 해결하기 위한 본 발명에 따른 "친환경 절전형 전기고장 복구 변압기" 는 2상(R, S 또는 R, T 또는 S, T) 또는 3상(R, S, T)의 배전선로에 연결되는 1차 코일과 부하에 연결되는 2차 코일을 구비한 3상 4선식(R, S, T, N) 전원을 공급하는 변압기에 있어서,

철심으로 이루어진 제1레그, 상기 제1레그에 일정 간격을 가지면서 순서대로 권취되는 2차 코일의 제1권선과 제3권선을 포함하고 일단이 대지에 접지되는 1차 코일을 더 포함하는 제1 변압기;

철심으로 이루어진 제2레그, 상기 제2레그에 일정 간격을 가지면서 순서대로 권취되는 2차 코일의 제2권선과 제4권선 및 일단이 대지에 접지되는 1차 코일을 포함하는 제2 변압기를 더 포함하고 단상변압기인 상기 제1 변압기와 상기 제2 변압기를 전기적으로 연결하여 상기 2상 또는 상기 3상 전원을 입력받아 상기 3상 4선식 전원을 출력하는 것을 특징으로 한다.

상기에서 상기 제1레그에 일정 간격을 가지면서 순서대로 권취되는 상기 1차 코일의 제1권선과 제3권선 포함하는 제1 변압기;

상기 제2레그에 일정 간격을 가지면서 순서대로 권취되는 1차 코일의 제2권선과 제4권선을 포함하는 제2 변압기를 더 포함하고 단상변압기인 상기 제1 변압기와 상기 제2 변압기를 전기적으로 연결하여 상기 3상 전원을 입력받아 결상 시에도 상기 3상 4선식 전원을 출력하는 것을 특징으로 한다.

상기에서 상기 제1 변압기의 제3권선과 상기 제2 변압기의 제4권선이 전기적으로 연결되어 상기 제1 변압기에 유입되는 위상과 상기 제2 변압기에 유입되는 위상이 상기 제3권선과 상기 제4권선에 전자기유도 되는 것을 특징으로 한다.

상기에서 상기 제1 변압기의 제3권선과 상기 제2 변압기의 제4권선은 지그재그로 연결되어 상기 제3권선 또는 상기 제4권선 중에 일단이 중성선(N)에 접속되고 상기 중성선(N)에 접속하지 않은 타단은 상기 제1 변압기와 상기 제2 변압기에 유입 또는 유출되는 두 위상과 다른 제3의 위상이 유입 또는 유출 되는 것을 특징으로 한다.

상기에서 상기 제1 변압기는 상기 제1레그와 상기 제1권선, 제3권선이 내장되는 몸체를 포함하고,

상기 몸체에는 단상 출력을 위한 출력 단자 및

3상 4선식 출력을 위해 상기 제2 변압기와 연결하는 복수의 연결 단자가 구비된 것을 특징으로 한다.

상기에서 상기 제2 변압기는 상기 제2레그와 상기 제2권선, 제4권선이 내장되는 몸체를 포함하고,

상기 몸체에는 단상 출력을 위한 출력 단자 및

3상 4선식 출력을 위해 상기 제1 변압기와 연결하기 위한 복수의 연결 단자가 구비된 것을 특징으로 한다.

상기에서 상기 제1 변압기와 상기 제2 변압기를 일체로 내장하기 위한 외함을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기에서 상기 제1권선, 제3권선은 상기 제1레그상에서 동일한 방향으로 권취되는 것을 특징으로 한다.

상기에서 상기 제2권선, 제4권선은 상기 제2레그상에서 동일한 방향으로 권취되는 것을 특징으로 한다.

상기에서 상기 제1 변압기의 제1권선과 제3권선이 연결되는 사이에는 중성점이 형성되고 상기 2차 코일의 제1권선과 상기 제3권선의 권선중간에는 각각 중간텝이 구성되어 상기 중간텝을 통해서 단상전원을 공급하고 상기 단상전원은 대지(E)와의 전위차를 강압하여 공급하는 것을 특징으로 한다.

상기에서 상기 제1 변압기에 구비된 상기 2차 코일의 제1권선과 제3권선의 사이에는 중성점이 형성되고 상기 제1권선과 상기 제3권선의 권선중간에는 각각 중간텝이 구성되어 상기 중간텝에서 단상부하에 전력을 공급하며 전력공급선로 중 하나의 선로에 이상이 발생 시 부하 측에서 전력을 복구하거나, 차단하거나, 경보할 수 있도록 상기 중성점을 대지와 접지하는 것을 특징으로 한다.

상기에서 상기 제1 변압기의 상기 2차코일은 대지와 전위차를 유지하는 중간텝에서 단상부하에 전력을 공급하여 상기 단상부하에서 발생하는 영상고조파가 중성선에 유입되어 중첩되는 것을 방지하고, 상기 중성선에 유입되는 영상고조파로 인해 다른 부하에 영향이 미치지 않도록 원천 방지하는 것을 특징으로 한다.

상기에서 상기 1차 코일 또는 2차 코일은 입출력되는 전압을 조정하기 위한 탭을 구비하는 것을 특징으로 한다.

상기에서 상기 철심인 상기 제1 레그와 상기 제2 레그가 일체로 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기에서 상기 제1 변압기와, 상기 제2 변압기는 부하 측에서 단상 전원을 사용하면 전원 측에서 둘 이상의 전원을 사용하도록 하여 부하에 의한 불평형을 상기 제1 변압기와, 상기 제2 변압기에 구비된 1차코일 또는 2차코일에서 평형 방향으로 개선하는 것을 특징으로 한다.

상기에서 상기 제1 변압기와 상기 제2 변압기가 전주에 시설될 때는 상기 전주에 시설되는 배전선로의 연결된 방향과 같은 방향으로 시설하여 비상시 변압기 무게로 인해 전주가 넘어지지 않도록 하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면 삼상변압기 제작 시 권취되는 변압기의 철심 및 코일을 3대분에서 2대분으로 줄이고 변압기에 입력되는 3상 전원선로를 2상 전원선로로 줄여 국가기반시설에서 불필요하게 낭비되는 여러 가지 손실을 줄임으로서 우리나라의 국가발전을 도모하는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따르면 변압기의 무게를 줄이고 제작비용 및 설치비용을 절감할 수 있는 탁월한 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따르면 변압기의 고장에 의한 하자보수 및 유지관리비용을 절감할 수 있는 탁월한 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따르면 배전계통의 기자재소손, 변압기고장, 퓨즈단선 등에 따른 결상, 단선에 의한 부하 측의 전기기기를 보호하고, 전기사고를 예방하는 효과도 있다.

또한, 본 발명에 따르면 단상부하에 의한 불평형전류를 보정할 수 있고, 또한, 중성선 단선으로 유입되는 과전압을 방지시킬 수 있어, 그로 인한 화재발생도 방지할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따르면 변압기 3대를 전주에 설치함으로 발생하는 불평형 된 변압기 무게로 인하여 전주에 지속적으로 무리를 주게 되어 태풍, 지진 등 비상시에 전주가 넘어지는 경우가 발생하나 변압기를 두 대만 배전선로가 시설된 방향으로 전주에 설치함으로서 전주가 넘어지는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따르면 변압기에서 단상부하로 공급되는 선로에서 단선 등 문제가 발생하더라도 부하 측에서 실시간 복구할 수 있도록 하여 비상시 소방시설 등 방재설비에 전원을 지속적으로 정전 없이 공급하여 그에 따른 재해발생도 방지할 수 있는 탁월한 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따르면 변압기의 전원 측에서 단선, 손상 등으로 결상이 발생하더라도 변압기에서 실시간 복구할 수 있도록 하여 비상시 소방시설 등 방재설비에 전원을 지속적으로 정전 없이 공급하여 그에 따른 재해발생도 방지할 수 있는 탁월한 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 친환경 절전형 전기고장 복구 변압기 2대중에 중 하나의 변압기에 대한 회로를 보여주는 도면.
도 2는 본 발명에 따른 친환경 절전형 전기고장 복구 변압기에 대한 회로 및 구성을 보여주는 도면.
도 3은 본 발명에 따른 친환경 절전형 전기고장 복구 변압기의 일 실시예의 외관도.
도 4는 본 발명에 따른 친환경 절전형 전기고장 복구 변압기 1차코일 및 2차코일의 연결회로도 및 위상을 설명하기 위한 벡터도.
도 5는 본 발명에 따른 친환경 절전형 전기고장 복구 변압기의 기능을 설명하기 위해 부하 측에 복구기를 연결하여 전력복구 또는 즉시 차단(경보)하기 위한 구성회로도.
도 6은 본 발명에 따른 친환경 절전형 전기고장 복구 변압기의 전원 측 결상 복구를 위한 1차코일 및 2차코일에 대한 구성회로도 및 벡터도.
도 7은 본 발명에 따른 한전 배전선로에 연결된 변압기의 전주 시설에 대한 구성도

이하 본 발명의 실시 예를 첨부한 도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다. 본 발명을 설명하기에 앞서 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그에 대한 상세한 설명은 생략한다.

도 1은 본 발명에 따른 친환경 절전형 전기고장 복구 변압기 중 제1변압기(110)에 대한 회로 및 구성을 보여주는 도면이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 친환경 절전형 전기고장복구 변압기 중 제1 변압기(110)는 철심으로 이루어진 레그(111), 상기 레그(111)에 일정 간격을 가지면서 순서대로 권취되는 1차코일(RN)과 2차 코일의 제1권선(L1)과 3권선((L3)을 포함한다. 여기서 제1권선(L1)과 제3권선(L3)은 레그(111) 상에서 동일한 방향으로 권취된다.

아울러 제1 변압기(110)는 유입식 일 때 상기 레그(111)와 상기 1차 코일(RN) 및 2차코일인 제1권선(L1)과 제3권선(L3)이 내장되는 몸체(140)를 포함할 수도 있다.

또한, 상기 몸체(140)에는 입력 연결단자(R11, R12)와 단상 출력을 위한 출력 연결단자(R21, R22) 및 삼상 4선식 출력을 위해 다른 상의 변압기와 연결하기 위한 복수의 연결단자(R22, R31, R32)를 포함한다. 상기 연결 단자 중 어느 하나가 중성선(N)과 접속된다. 도 1에서는 편의상 연결단자 R22와 R31이 중성선(N)에 접속되는 것으로 가정하고 몸체 내부에서 연결이 가능한 단자는 몸체 외부에 구비하지 않을 수 있다.

이와 같이 구성된 본 발명에 따른 변압기로 설치되는 제1 변압기(110)는 레그(111)의 앞 단에 고압선로에 연결되는 1차 코일(RN)의 일단은 대지에 접지(N)되도록 하여 구비되는 것으로 한다.

제1 변압기(110)의 1차 코일(RN)에 흐르는 전력은 R 또는 S 또는 T상의 전원을 입력받아 레그(111)의 반대편에 위치한 2차 코일로 유기된다. 즉, 1차 코일의 전력은 2차 코일의 제1권선(L1)과 제3권선(L3)으로 유기된다.

이때 2차 코일인 제1권선(L1)과 제3권선(L3)은 부하에서 사용하는 전력량(전압/전류량)에 따라 그 권선비를 동일하거나 다르게 할 수 있다. 예컨대, 제1권선(L1)과 제3권선(L3) 비를 1:1이 되도록 하거나 2:1 또는 3:1이 되도록 할 수 있다.

아울러, 제2 변압기(120)의 1차 코일(SN) 또한 제1 변압기(110)의 1차 코일(RN)과 구성이 대동소이 하며, 제2 변압기(120)가 도시된 도 2를 보면 제2권선(L2)으로 유기되는 전력은 소정의 저전압(380V 또는 220V 또는 110V 등)으로 변환되어 제2권선(L2)의 출력단자(R21, R22)를 통해 부하에 공급된다. 아울러 제2 변압기(120)에 구비된 제2권선(L2) 및 제4권선(L4)으로 유기된 전력도 소정의 저전압(380V 또는 220V 또는 110V 등)으로 변환되어 연결 단자(T22, T31)를 통해 중성선 및 다른 상의 제1 변압기(110)와 연결된다.

여기서 제2 변압기(120)의 제4권선(L4)에 구비된 연결단자(T32)를 통해 출력되는 전력은 제1 변압기(110)의 제3권선(L3)을 통해 연결되어, 제2 변압기가 제4권선(L4)에 구비된 연결단자(T32)를 통해 단상 출력만을 할 경우, 전력 불평형을 방지하는 역할을 한다. 아울러 중성선에 흐르는 고조파를 위상이 다른 단상 제1 변압기(110)의 제3권선(L3)으로 흐르게 하여, 고조파를 감쇄시키게 된다.

여기서 전력 불평형을 방지하거나, 고조파를 상쇄시키는 방법은 도 4의 3상 변압기의 위상과 벡터를 설명할 때 자세하게 설명하기로 한다.

이와 같이 본 발명의 단상 제2 변압기(120)는 제1 변압기(110)와 마찬가지로 하나의 레그와 2차 코일로 2개의 권선을 구비하며, 제4권선(L4)에 구비된 연결단자(T32)를 통해 출력되는 전력은 제1 변압기와 제2 변압기에 유입되는 전력위상을 합하여 출력함과 동시에 변압기 자체적으로 전력 불평형을 개선하고, 중성선에 발생한 고조파를 상쇄시키게 된다.

도 3은 상기와 같은 단상 제1 변압기(110)와 제2 변압기(120)를 2개 결합하여 이루어진 일체형 외함(170)을 갖는 유입식변압기의 구조를 도시한 도면이다. 이러한 변압기는 Y결선 방식의 3상 변압기가 설치된 것으로 간주한다.

도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 친환경 절전형 전기고장 복구 변압기(100)는 제1 변압기(110), 제2 변압기(120)를 포함한다.

그리고 도 2 및 도 3에서 도시한 바와 같이, 상기 제1 변압기(110)와 상기 제2 변압기(120)는 별도의 외함(140)을 구비할 수도 있으며, 하나의 외함(170)에 일체로 내장될 수도 있다. 이렇게 하나의 외함(170)에 2개의 변압기를 일체로 내장시키게 되면 변압기를 수전설비나 전주에 설치하는 데 매우 편리함을 도모해준다.

상기 제1 변압기(110)는 철심으로 이루어진 제1레그(111)가 구비되며, 상기 제1레그(111)에는 일정 간격을 가지면서 순서대로 2차 코일의 제1권선(L1)과 제3권선(L3)이 권취된다. 이때 제1권선(L1)과 제3권선(L3)은 제1레그(111) 상에서 동일한 방향으로 권취된다. 이 경우 2차 코일의 권선들(L1, L3)은 1:1의 권선비로 형성되거나, 필요에 따라 2:1 등의 권선비로 형성되고, 제1레그(111) 상에서 1회 이상 권취될 수 있으며 변압기가 유입식일 때는 레그와 권선을 몸체(140)에 내장할 수도 있다.

또한, 상기 제1 변압기(110)가 몸체(140)에 내장되는 경우에 몸체(140)에는 입력 연결단자(R11, R12)와 단상 출력을 위한 출력 연결단자 (R21, R22)가 구비되고, 단상 사용시 전력 평형과 고조파 상쇄를 위해 상기 제2 변압기(120)와 연결하는 복수의 연결 단자(R22, R31, R32)가 구비된다. 여기서 구비된 복수의 연결 단자 중 하나의 연결 단자가 중성선(N)에 접속된다.

상기 제2 변압기(120)는 철심으로 이루어진 제2레그(121)가 구비되며, 상기 제2레그(121)에는 일정 간격을 가지면서 순서대로 2차 코일의 제2권선(L2)과 제4권선(L4)이 권취된다. 이때 제2권선(L2)과 제4권선(L4)은 제2레그(121) 상에서 동일한 방향으로 권취된다. 이 경우 2차 코일의 권선들(L2, L4)은 1:1의 권선비로 형성되거나, 필요에 따라 2:1의 권선비로 형성되고, 제2레그(121) 상에서 1회 이상 권취될 수 있으며 변압기가 유입식일 때는 몸체(140)에 내장할 수도 있다.

또한, 상기 제2 변압기(120)가 몸체(140)에 내장되는 경우에 몸체(140)에는 입력을 위한 연결단자(T11, T12)와 출력을 위한 출력 연결단자(T21, T22, T32)가 구비되고, 단상 사용시 전력 평형과 고조파 상쇄를 위해 상기 제1 변압기(110)와 연결하는 복수의 연결단자(T22, T31)가 구비된다. 여기서 구비된 복수의 연결단자 중 하나의 연결 단자가 중성선(N)에 접속된다.

이렇게 구성된 본 발명에 따른 변압기(100)는 코일 권선의 외부 또는 외함(140)의 내부 또는 외부에서 각각의 단상 변압기의 출력 단자를 상호 연결하게 된다.

예컨대, 상기 제1 변압기(110)의 제3권선(L3)에 구비된 연결단자(R32)와 상기 제2 변압기(120)의 제4권선(L4)에 구비된 연결단자(T31)가 연결되고, 상기 제1 변압기(110)의 제1권선(L1)에 구비된 연결단자(R22)와 제1 변압기(110)의 제3권선(L3)에 구비된 연결단자(R31)과 상기 제2 변압기(120)의 제2권선(L2)에 구비된 연결단자(T22)가 연결된다.

이때 상기 제1 변압기(110)의 제1권선(L1)에 구비된 연결단자(R22)와 제1 변압기(110)의 제3권선(L3)에 구비된 연결단자(L31)와 상기 제2 변압기(120)의 제2권선(L2)에 구비된 연결단자(T22)는 각각 중성선(N)에 접속되는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 변압기(100)는 몸체(140)에 내장되는 유입식의 경우에 각상의 변압기를 상호 연결한 후에는 방수 부재 등을 이용하여 각 단자를 방수 처리하는 것이 더욱 바람직하다.

이와 같이 구성되는 본 발명에 따른 친환경 절전형 전기고장 복구 변압기는 제1 변압기(110)의 2차 코일인 제1권선(L1)과 제3권선(L3)은 중성점을 기준하여 서로 반대방향으로 연결되고, 제2 변압기(120)의 2차 코일인 제2권선(L2)과 제4권선(L4)은 서로 반대방향으로 권취되어, 상기 제1 변압기(110)의 2차 코일인 제3권선(L3)은 상기 제3권선에 구비된 연결단자(R32)와 제2 변압기(120)의 2차 코일 제4권선(L4)에 구비된 연결단자(T31)을 통해 역V결선방식으로 지그재그로 연결된다.

따라서 각각의 레그(111)(121) 상에서 자속(magnetic flux)의 크기는 동일하지만 제1 변압기와 제2 변압기가 연결되어 출력되는 단자(T32)는 중성선에서 발생한 영상분 전류의 위상이 서로 반대가 되어 자속이 상쇄되고, 고조파 및 불평형성분의 전류는 감소하게 된다.

또한, 도 4를 보면 제1 변압기와 제2 변압기의 결선 회로도 및 위상 벡터도를 볼 수 있으며, 입력전원(R, S, T)과 출력전원(R1, S1, T1, N)이 연결되는 회로를 구분하여 볼 수 있도록 바람직한 회로도면을 도시하였고 입력코일의 회로도(150)에서 발생하는 위상벡터도(150)와 출력코일의 회로도(160)에서 발생하는 위상벡터도(160)에 따라 변압기가 작동하는 것이 바람직하다.

아울러, 도 5를 보면 상기 제1 변압기에 구비되는 제1권선(L1)과 제3권선(L3)이 연결되는 연결단자(R22, R31)는 대지와 접지를 시행하여 중성점(N)을 구성하고 상기 제1권선(L1)과 상기 제3권선(L3)의 중간에서 중간텝(R1T, R2T)을 인출하여 중간텝(R1T, R2T)으로 단상전원을 공급하면 대지와의 전위차를 강압할 수 있으며, 중성선이 없으므로 전원 측 중성선 단선에 의한 과전압 유입을 방지하는 것은 물론이고 상기 중간텝(R1T, R2T)에 연결된 단상전원 공급선로 중에 한 선로가 단선되는 등 이상이 발생하더라도 부하 측에서 단상전력복구장치(300)에 구비된 단상복구기(200)가 단선된 전원복구를 하여 부하에 공급하고 상기 단상복구기(200)를 단선복구에 사용하면 영상변류기(220) 또는 전압검출기(210)를 사용하여 실시간 복구한 내용을 알 수 있도록 하거나, 선로고장발생 즉시 차단(경보)할 수도 있다.

이를 조금 더 자세하게 설명하면, 상기 제1권선(L1)과 상기 제3권선(L3)의 연결단자(R22, R31)를 대지에 접지하고 상기 제1권선(L1)과 상기 제3권선의 중간에서 각각 중간텝(R1T, R2T)을 인출하여 단상 부하의 전원 공급선로에 연결하면 R1T, R2T에 연결된 하나의 단상공급선로가 단선되어도 남아 있는 R1T, R2T 중에 연결된 하나의 선로를 통해 부하 측에 연결된 단상전력복구장치(300)에 구비된 단상복구기(200)의 코일로 전원이 공급되고 대지(E)와 접지된 단상복구기(200)는 중성점을 기준으로 단상전원이 공급되는 상기 단상복구기(200)의 반대편코일을 전자기 유도하게 되어 고장전원이 복구되며 전기고장을 복구 시에 상기 단상복구기(200)의 전원 공급라인 또는 단상복구기(200)의 중성점(E)에 흐르는 전류를 영상변류기(220)를 통해 검출하면 단상복구기(200)의 동작 등 복구상태를 알 수 있으며, 단상복구기(200)의 중성점에 유기되는 전압을 SSR(210) 등을 통해 검출하여 단선 시 차단하거나, 경보를 할 수 있도록 할 수 있게 되는 것이다.

또한, 도 6에서 보는 바와 같이 제1 변압기와 제2 변압기의 1차 코일(RN, SN, RTN, STN)과 2차 코일(L1, L2, L3, L4)을 (RN=L1), (SN=L2), (RTN=L3), (STN=L4)로 서로 대응되는 것으로 가정하고 2차코일의 결선회로와 1차 코일의 결선회로를 대등하게 구성하면 1차 코일에 1차 벡터도 같은 위상이 생성되고 전원 측에서 3상(R, S, T) 전원을 변압기로 공급받을 수 있으며, 전원 측에서 공급받은 3상(R, S, T) 중에 하나(R 또는 S 또는 T)의 상에서 단선 또는 결상이 발생하더라도 나머지 두 상을 전원으로 공급받아 정상적인 3상4선식 전원을 출력하여 부하에 공급할 수 있게 된다.

여기서, 단선, 결상이 복구되는 것을 각각의 코일 권선비를 1:1 전압을 220V라고 가정하고 도 6의 1차 벡터도를 보고 설명하면 T상이 결상되었을 때를 가정하고 R상과 S상에만 220V의 전압이 입력되면 R상의 코일(RN)과 S상의 코일(SN)이 권취된 철심은 각각의 위상에 해당하는 자속이 발생되어 코일(RN)과 같은 철심에 코일(RN)과 반대방향으로 권선된 코일(RTN)에는 대지(N)를 기준으로 R상의 반대되는 위상이 전자기유도 되고 코일(SN)과 같은 철심에 코일(SN)과 반대방향으로 권선된 코일(STN)에는 S상의 위상이 전자기유도 되며 역 V결선된 코일(RTN)과 코일(STN)에는 R상과 S상에 반대되는 220V 전압이 복합되어 T상이 복구되며, R상과 S상이 결상되어도 유사한 방법으로 복구되게 된다.

여기서, S상이 결상되었을 때 복구되는 원리를 간단하게 설명하면 R상에 연결된 코일(RN)유기되는 전압이 대지(N)를 기준하여 코일(RN)의 180도 반대로 코일(RTN)에 유기되고 코일(STN)에는 T상의 위상을 가지는 전압과 코일(RTN)에서 발생된 220V의 전압이 투입되며(코일(RTN)과 코일(STN)이 연결되는 벡터의 내각은 120도를 유지하는R상과 T위상으로 인해 60도가 유지됨) 코일(STN)과 같은 철심에 코일(STN)과 반대방향으로 권선된 코일(SN)에는 코일(STN)에 유기된 위상의 반대되는 전압이 유기되어 결국 S상을 복구하게 되는 것이다.

또한, 도 2에서 보면 1차 코일과 2차 코일에 입력 또는 출력전압을 조정하기 위한 템(a', b', c', d')이 구비되어 입력전압이 낮거나 높을 때 출력전압을 조정할 수 있도록 한다.

또한, 도 8에서 보면 변압기 두 대를 배전선로가 시설된 방향과 같은 방향으로 변압기를 시설하여 전주가 변압기 무게 차이로 인해 어느 한 방향으로 치우치지 못하도록 하여 비상시(지진, 태풍 등)에 전주가 넘어져서 재해가 발생되는 것을 방지할 수 있게 된다. 기존에는 변압기를 전주에 3대를 설치하여야 하므로 변압기 용량에 따른 무게변화와 변압기의 3대의 설치각도를 맞추어 전주의 무게 중심을 잡는 것이 거의 불가능하고 그에 따른 제품원가, 시설인건비, 고장발생률 등이 상승하고 변압기 교체 등 변압기설치 시 인명사고확률이 높다고 볼 수 있다.

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

100… 친환경 절전형 전기고장 복구 변압기
110… 제1 변압기
111… 제1레그
RN… 1차코일의 제1권선, RTN… 1차코일의 제3권선, L1… 2차코일의 제1권선, L3… 2차코일의 제3권선
120… 제2 변압기
121… 제2레그
SN… 1차코일의 제2권선, STN… 1차코일의 제4권선, L2… 2차코일의 제2권선, L3… 2차코일의 제4권선
140… 외함
150… 2상1차코일 및 1차코일의 벡터도
160… 삼상2차코일 및 2차코일의 벡터도
170… 제1, 제2 변압기의 일체형 외함
200… 단상복구기
210… 전압검출기(SSR 등)
220… 영상변류기 또는 CT
300… 단상전력복구장치
R, S, T… 입력전원
R1, S1, T1… 출력전원
N… 중성선
E(ET)… 접지
a', b', c', d'… 전압조정 텝

Claims (16)

1. 2상(R, S 또는 R, T 또는 S, T) 또는 3상(R, S, T)의 배전선로에 연결되는 1차 코일과 부하에 연결되는 2차 코일을 구비한 3상 4선식(R, S, T, N) 전원을 공급하는 변압기에 있어서,
   철심으로 이루어진 제1레그, 상기 제1레그에 일정 간격을 가지면서 순서대로 권취되는 2차 코일의 제1권선과 제3권선을 포함하고 일단이 대지에 접지되는 1차 코일을 더 포함하는 제1 변압기;
   철심으로 이루어진 제2레그, 상기 제2레그에 일정 간격을 가지면서 순서대로 권취되는 2차 코일의 제2권선과 제4권선 및 일단이 대지에 접지되는 1차 코일을 포함하는 제2 변압기를 더 포함하고 단상변압기인 상기 제1 변압기와 상기 제2 변압기를 전기적으로 연결하여 상기 2상 또는 상기 3상 전원을 입력받아 상기 3상 4선식 전원을 출력하는 것을 특징으로 하는 친환경 절전형 전기고장 복구 변압기.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 철심인 제1레그에 일정 간격을 가지면서 순서대로 권취되는 상기 1차 코일의 제1권선과 제3권선 포함하는 제1 변압기;
   상기 철심인 제2레그에 일정 간격을 가지면서 순서대로 권취되는 1차 코일의 제2권선과 제4권선을 포함하는 제2 변압기를 더 포함하고 단상변압기인 상기 제1 변압기와 상기 제2 변압기를 전기적으로 연결하여 상기 3상 전원을 입력받아 결상으로 상기 2상 입력 시에도 상기 3상 4선식 전원을 출력하는 것을 특징으로 하는 친환경 절전형 전기고장 복구 변압기.
3. 청구항 1 또는 2항에 있어서,
   상기 제1 변압기의 제3권선과 상기 제2 변압기의 제4권선이 전기적으로 연결되어 상기 제1 변압기에 유입되는 위상과 상기 제2 변압기에 유입되는 위상이 상기 제3권선과 상기 제4권선에 전자기유도 되는 것을 특징으로 하는 친환경 절전형 전기고장 복구 변압기.
4. 청구항 1 또는 2항에 있어서,
   상기 제1 변압기의 제3권선과 상기 제2 변압기의 제4권선은 지그재그로 연결되어 상기 제3권선 또는 상기 제4권선 중에 일단이 중성선(N)에 접속되고 상기 중성선(N)에 접속하지 않은 타단은 상기 제1 변압기와 상기 제2 변압기에 입력 또는 출력되는 두 위상과 다른 제3의 위상이 입력 또는 출력되는 것을 특징으로 하는 친환경 절전형 전기고장 복구 변압기.
5. 청구항 1 또는 2항에 있어서,
   상기 제1 변압기는 상기 제1레그와;
   상기 제1권선, 제3권선이 내장되는 몸체를 포함하고,
   상기 몸체에는 전원입력단자와 단상 출력단자 및
   3상 4선식 출력을 위해 상기 제2 변압기와 연결하는 복수의 연결단자가 구비된 것을 특징하는 친환경 절전형 전기고장 복구 변압기.
6. 청구항 1 또는 2항에 있어서,
   상기 제2 변압기는 상기 제2레그와;
   상기 제2권선, 제4권선이 내장되는 몸체를 포함하고,
   상기 몸체에는 전원입력단자와 단상 출력단자 및
   3상 4선식 출력을 위해 상기 제1 변압기와 연결하기 위한 복수의 연결 단자가 구비된 것을 특징으로 하는 친환경 절전형 전기고장 복구 변압기.
7. 청구항 1 또는 2 또는 5 또는 6항에 있어서,
   상기 제1 변압기와 상기 제2 변압기를 일체로 내장하기 위한 외함을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 친환경 절전형 전기고장 복구 변압기.
8. 청구항 1 또는 2 또는 5항에 있어서,
   상기 제1권선, 제3권선은 상기 제1레그상에서 동일한 방향으로 권취되는 것을 특징으로 하는 친환경 절전형 전기고장 복구 변압기.
9. 청구항 1 또는 2 또는 6항에 있어서,
   상기 제2권선, 제4권선은 상기 제2 레그상에서 동일한 방향으로 권취되는 것을 특징으로 하는 친환경 절전형 전기고장 복구 변압기.
10. 청구항 1 또는 5 또는 6항에 있어서,
    상기 제1 변압기의 제3권선은 상기 제1 레그상에 권취되고 상기 제2 변압기의 제4권선은 상기 제2레그상에 권취되어 상기 제3권선 또는 상기 제4권선이 출력하는 위상은 상기 제1권선과 상기 제2권선에서 출력하는 위상과 각각 120도를 유지하는 것을 특징으로 하는 친환경 절전형 전기고장 복구 변압기.
11. 청구항 1 또는 5항에 있어서,
    상기 제1 변압기의 제1권선과 제3권선이 연결되는 사이에는 중성점이 형성되고 상기 제1권선과 상기 제3권선의 권선중간에는 각각 중간텝이 구성되어 상기 중간텝을 통해서 단상전원을 공급하고 상기 단상전원은 대지(E)와의 전위차를 강압하여 공급하는 것을 특징으로 하는 친환경 절전형 전기고장 복구 변압기.
12. 청구항 1 또는 5 또는 6항에 있어서,
    상기 제1 변압기의 제1권선과 제3권선의 사이에는 중성점이 형성되고 상기 제1권선과 상기 제3권선의 권선중간에는 각각 중간텝이 구성되어 상기 중간텝에서 영상고조파가 중성선으로 유입되는 것을 차단하여 단상부하에 전력을 공급하며 전력공급선로 중 하나의 선로에 이상이 발생 시 부하 측에서 전력을 복구하거나, 차단하거나, 경보할 수 있도록 상기 중성점을 대지(E)와 접지하는 것을 특징으로 하는 친환경 절전형 전기고장 복구 변압기.
13. 청구항 1 또는 2항에 있어서,
    상기 1차코일 또는 2차 코일은 상기 제1 변압기와 상기 제2 변압기의 입출력되는 전압을 조정하기 위한 탭을 구비하는 것을 특징으로 하는 친환경 절전형 전기 고장 복구 변압기.
14. 청구항 1 또는 2항에 있어서,
    상기 철심인 상기 제1 레그와 상기 제2 레그가 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 친환경 절전형 전기고장 복구 변압기.
15. 청구항 1 또는 2 또는 5 또는 6항에 있어서,
    상기 제1 변압기와, 상기 제2 변압기는 부하 측에서 단상전원을 사용하면 전원 측에서 둘 이상의 전원을 사용하도록 하여 부하에 의한 불평형을 상기 제1 변압기와, 상기 제2 변압기에 구비된 1차코일 또는 2차코일에서 평형방향으로 개선하는 것을 특징으로 하는 친환경 절전형 전기고장 복구 변압기.
16. 청구항 1 또는 2 또는 5 또는 6항에 있어서,
    상기 제1 변압기와 상기 제2 변압기가 전주에 시설될 때는 상기 전주에 시설되는 배전선로의 연결된 방향과 같은 방향으로 시설하여 비상시 변압기 무게로 인해 전주가 넘어지지 않도록 하는 것을 특징으로 하는 친환경 절전형 전기고장 복구 변압기.

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