3상 교류전력용도체의 대칭배열구조를 통한 에너지절감형 기계장치

Abstract

오늘날 전 세계적으로 전력수요 급증에 따른 전력소비량 증가됨에 따라 수․ 배전설비의 대규모 전력설비 확대가 요구되고 있다. 그러나 글로벌 경기침체, 지구온난화, 온실가스 배출량 증가 등 여러 가지 환경요인 등으로 인해 원자재의 가격이 상승하여 대형설비를 구축하는데 막대한 예산과 노력이 필요하다. 따라서 전력기기 설계 시 에너지 절약과 원자재 절감을 고려한 설비구축은 향후 반드시 필요한 우리의 과제이다. 배전반이란 타인의 전기설비 또는 구내발전설비로부터 전기를 공급받아 구내배전설비로 전기를 공급하기 위한 기계장치이다. 배전반은 일반적으로 다음 4가지 요소, 즉 외함, 개폐기, 통전 전력용 도체, 계기부 및 제어부분으로 구성된다. 본 연구는 배전반내의 주요소인 통전 전력용 도체에 관한 것이다. 기존방식 전력용 도체의 실효교류저항 측정시험결과 많은 양의 저항이 증가되고 이로 인해 전력용 도체의 단면적이 커질 수밖에 없었다. 다시 말해 전력용 도체의 효율이 심각하게 저하되고 있다. 본 연구는 전력기기에 전류가 흐르는 통로인 전력용 도체 각각(r s t 또는 a b c)의 상에서 도체의 실효교류저항을 줄여 전력손실 최소화하는 데 목적을 둔다. 도체에서 실효교류저항이 증가되는 이유는 표피효과 때문이다. 본 연구는 결과적으로 전력손실의 주범인 표피효과를 줄이므로 실효교류저항이 줄어든 원리이다. 표피효과란 도체 외측으로 전자가 분포되어 흐르는 현상으로 도체에서 전류가 흐르는 단면적을 줄이게 되므로, 저항을 증가시키게 된다. 3상 교류회로에서 전력용 도체를 대칭배열구조로 배열함으로써 각각의 상에서 발생된 자기장이 서로 상쇄되어 Reactance 발생량이 기존방식과 비교하여 대폭 감소되고 이에 따라 실효교류저항이 적어지며 상대적으로 유효단면적이 증가되었다. 즉, 도체의 소비전력을 최소화함으로써 배전반 기계장치에 낭비되는 전력을 절감(에너지 절감효과)하고 동시에 도체의 효율을 개선(원자재 절감효과)시키는 에너지 절감형 기계장치이다.