오늘날 전력수요 급증에 따른 전력소비량이 증가하고 있어 전력손실을 줄일 수 있는 에너지 저감을 위한 설계 또는 설비 대체로 전력의 고품질화가 필요하다. 배전반이란 한전의 발전설비로부터 전기를 공급받아 각 건물에 필요한 설비에 계통별 또는 용도별로 나누어 주는 기계장치이다. 배전반은 일반적으로 외함, 개폐기, 전력용 도체, 제어부분으로 구성된다. 본 연구는 배전반내의 메인 요소인 통전을 위한 전력용 도체에 관한 것이다. 실효교류저항 측정시험을 통해 기존방식 판상도체의 수직 배열구조가 비효율적 구조임을 입증해 본다. 실효교류저항이 많이 증가하면 표피효과로 인해 상대적으로 도체의 단면적이 커지게 된다. 본 연구는표피효과를 줄여 실효교류저항을 최소화시키는 애스터리스크(*) 배열구조를 기반으로 설계하여 에너지 절약과 원자재 절감을 연구하였다. 본 연구의 핵심기술 원리는 애스터리스크 배열구조를 적용하여 도체저항 감소기술 기반 에너지 절감 수배전반이다. 수배전반의 교류전력 공급용 판상도체 각각(rst 또는 abc)의 상에서 발생한 자기장이 상호작용으로 상쇄 소멸될 수 있도록 한 판상도체 배열구조에 관한 것으로 효과로는 판상도체에서 유도성 리액턴스의 발생량이 줄어들면서 유효단면적이 증가, 실효교류저항을 줄인다.
오늘날 전력수요 급증에 따른 전력소비량이 증가하고 있어 전력손실을 줄일 수 있는 에너지 저감을 위한 설계 또는 설비 대체로 전력의 고품질화가 필요하다. 배전반이란 한전의 발전설비로부터 전기를 공급받아 각 건물에 필요한 설비에 계통별 또는 용도별로 나누어 주는 기계장치이다. 배전반은 일반적으로 외함, 개폐기, 전력용 도체, 제어부분으로 구성된다. 본 연구는 배전반내의 메인 요소인 통전을 위한 전력용 도체에 관한 것이다. 실효교류저항 측정시험을 통해 기존방식 판상도체의 수직 배열구조가 비효율적 구조임을 입증해 본다. 실효교류저항이 많이 증가하면 표피효과로 인해 상대적으로 도체의 단면적이 커지게 된다. 본 연구는표피효과를 줄여 실효교류저항을 최소화시키는 애스터리스크(*) 배열구조를 기반으로 설계하여 에너지 절약과 원자재 절감을 연구하였다. 본 연구의 핵심기술 원리는 애스터리스크 배열구조를 적용하여 도체저항 감소기술 기반 에너지 절감 수배전반이다. 수배전반의 교류전력 공급용 판상도체 각각(rst 또는 abc)의 상에서 발생한 자기장이 상호작용으로 상쇄 소멸될 수 있도록 한 판상도체 배열구조에 관한 것으로 효과로는 판상도체에서 유도성 리액턴스의 발생량이 줄어들면서 유효단면적이 증가, 실효교류저항을 줄인다.
With the increase in power consumption due to the surge in the demand for power, it is necessary to improve the quality or design of the power (supply) for the purpose of reducing the energy consumption and so reduce the power loss. The switchboard is a mechanical device that receives electricity fr...
With the increase in power consumption due to the surge in the demand for power, it is necessary to improve the quality or design of the power (supply) for the purpose of reducing the energy consumption and so reduce the power loss. The switchboard is a mechanical device that receives electricity from the electricity generation facilities of KEPCO and divides it into the facilities required for each building. Switchboards generally consist of enclosures, switches, power conductors, and control components. This study deals with energized power conductors, which constitute the main element in the switchboard. Through the measurement of the effective ac resistance, it was confirmed that the vertical array structure of the conventional type plate conductor is inefficient. If the effective AC resistance increases significantly, the sectional area of the conductor becomes relatively large due to the skin effect. In this study, we studied the energy and material savings that could be obtained using the asterisk (*) array structure, which minimizes the effective ac resistance by reducing the skin effect. The core technology principle of this study is the energy saving switchgear based on conductor resistance reduction technology utilizing the asterisk array structure. The present invention involves a plate-shaped conductor arrangement structure capable of canceling out the magnetic field generated on each of the plate conductors (rst or abc) of the AC power supply in the power distribution panel by mutual action. The effect of this structure is to reduce the amount of inductive reactance due to the increase in the cross-sectional area and reduction of the effective AC resistance.
With the increase in power consumption due to the surge in the demand for power, it is necessary to improve the quality or design of the power (supply) for the purpose of reducing the energy consumption and so reduce the power loss. The switchboard is a mechanical device that receives electricity from the electricity generation facilities of KEPCO and divides it into the facilities required for each building. Switchboards generally consist of enclosures, switches, power conductors, and control components. This study deals with energized power conductors, which constitute the main element in the switchboard. Through the measurement of the effective ac resistance, it was confirmed that the vertical array structure of the conventional type plate conductor is inefficient. If the effective AC resistance increases significantly, the sectional area of the conductor becomes relatively large due to the skin effect. In this study, we studied the energy and material savings that could be obtained using the asterisk (*) array structure, which minimizes the effective ac resistance by reducing the skin effect. The core technology principle of this study is the energy saving switchgear based on conductor resistance reduction technology utilizing the asterisk array structure. The present invention involves a plate-shaped conductor arrangement structure capable of canceling out the magnetic field generated on each of the plate conductors (rst or abc) of the AC power supply in the power distribution panel by mutual action. The effect of this structure is to reduce the amount of inductive reactance due to the increase in the cross-sectional area and reduction of the effective AC resistance.
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문제 정의
도체의 저항을 줄여 전력손실을 최소화하는데 목적을 둔다. 부스바 1m 구간을 [Table 1]과 같이 교류에서 아래와 같은 규격으로 DC저항과 AC저항을 측정해 보았다.
이러한 원리로 개발 기술에서는 저항의 발생이 억제됨으로 낭비전력을 절감한다. 본 기술은 교류회로에서 도체의 저항이 적게 상승하도록 한 기술이다.
이러한 원리로 개발제품에서는 저항의 발생이 억제됨으로 낭비전력을 절감한다. 본 기술은 교류회로에서 도체의 저항이 적게 상승하도록 한 기술이며 소비전력을 줄일 수 있고 저항감소로 도체의 효율을 개선할 수 있다.[7][8]
배전반은 일반적으로 외함, 개폐기, 전력용 도체, 제어부분으로 구성된다. 본 연구는 배전반내의 메인 요소인 통전을 위한 전력용 도체에 관한 것이다. 실효교류저항 측정시험을 통해 기존방식 판상도체의 수직 배열구조가 비효율적 구조임을 입증해 본다.
실효교류저항이 많이 증가하면 표피효과로 인해 상대적으로 도체의 단면적이 커지게 된다. 본 연구는 표피효과를 줄여 실효교류저항을 최소화시키는 애스터리스크(*) 배열구조를 기반으로 설계하여 에너지 절약과 원자재 절감을 연구하였다.
Bus bar에서 실효교류저항이 증가되는 이유는 표피효과 때문이다. 본 연구는 표피효과를 줄이므로 실효교류 저항이 줄어든 원리이다. 즉 표피효과를 줄인다.
가설 설정
그 결과 교류에서 저항이 증가하는데 도체의 두께와 폭, 주파수와 관계가 있다. 따라서 도체의 배열구조와도 밀접한 연관이 있다고 가정하고 연구하였다.
제안 방법
[Fig. 4]의 대전류시험기(High current tester)로 부스 바의 온도가 포화될 때 3상의 1600A, 2000A, 3200A, 4000A 전류를 인가하여 오실로스코프(oscilloscope)로 전압과 전류의 위상을 측정하여 저항을 측정하였다.
[Table 1] 측정치에서 DC측정 대비 AC저항 증가율 측정해 보았다. 그 결과 교류에서 저항이 증가하는데 도체의 두께와 폭, 주파수와 관계가 있다.
본 연구는 [Fig. 2]와 같이 애스터리스크 구조로 도체를 배치함으로 도체 R, S, T에서 발생한 자기장이 상호작용으로 서로 상쇄 소멸되는 구조이다.[2][3]
도체의 저항을 줄여 전력손실을 최소화하는데 목적을 둔다. 부스바 1m 구간을 [Table 1]과 같이 교류에서 아래와 같은 규격으로 DC저항과 AC저항을 측정해 보았다.
오실로스코프를 이용해 모선배치에 따른 비교시험으로 전압 및 전류의 위상을 측정해 보았다. 1600A BUS BAR 3M 동일규격 시료로 위상을 측정한 결과이다.
성능/효과
그 결과 [Table 2]와 같이 애스터리스크 배열구조의 실효교류저항 절감률(%)은 기존 대비 개발기술의 실효 교류저항이 각각 14%, 33%, 43%,57% 절감되었다.
셋째, 소비전력 측정시험에서 기존 대비 애스터리스크 배열구조의 부스바 (600sq) 3m 구간의 절감 피상전력은 41 % 효율을 가진다. 넷째, 위상 측정시험에서 애스터리스크 배열구조는 전압 및 전류의 위상이 대체로 균형을 이룬다.
애스터리스크형 배열구조가 자기장의 형성상태가 최소화됨을 볼 수 있다. 둘째, 저항 측정시험에서 기존 대비 애스터리스크 배열구조가 실효교류저항이 각각 14%, 33%, 43%,57% 절감되었다. 셋째, 소비전력 측정시험에서 기존 대비 애스터리스크 배열구조의 부스바 (600sq) 3m 구간의 절감 피상전력은 41 % 효율을 가진다.
분석결과, 자기장 상호 상쇄 소멸구조로 자기장의 세기가 최소화 되고 투자율이 줄어들어 Inductance(L),Reactance(XL)가 줄어든다.
둘째, 저항 측정시험에서 기존 대비 애스터리스크 배열구조가 실효교류저항이 각각 14%, 33%, 43%,57% 절감되었다. 셋째, 소비전력 측정시험에서 기존 대비 애스터리스크 배열구조의 부스바 (600sq) 3m 구간의 절감 피상전력은 41 % 효율을 가진다. 넷째, 위상 측정시험에서 애스터리스크 배열구조는 전압 및 전류의 위상이 대체로 균형을 이룬다.
본 연구의 핵심기술 원리는 애스터리스크 배열구조를 적용하여 도체저항 감소기술 기반 에너지 절감 수배전반이다. 수배전반의 교류전력 공급용 판상도체 각각(rst 또는 abc)의 상에서 발생한 자기장이 상호작용으로 상쇄 소멸될 수 있도록 한 판상도체 배열구조에 관한 것으로 효과로는 판상도체에서 유도성 리액턴스의 발생량이 줄어들면서 유효단면적이 증가, 실효교류저항을 줄인다.(AC 실효전압과 실효전류로 측정한 Resistance)
본 연구는 배전반내의 메인 요소인 통전을 위한 전력용 도체에 관한 것이다. 실효교류저항 측정시험을 통해 기존방식 판상도체의 수직 배열구조가 비효율적 구조임을 입증해 본다. 실효교류저항이 많이 증가하면 표피효과로 인해 상대적으로 도체의 단면적이 커지게 된다.
애스터리스크 배열구조는 첫째, 평균 자기장 Mx값이 각각 기존 수직형 배열은 8.027 Mx, 애스터리스크 배열 구조는 5.056 Mx이다. 이는 각각 기존 수직형 배열은 부스바 폭의 1.
그러므로 Reactance(X)가 줄어든다. 연구결과 도체에 무효단면적을 유발시키고 연관하여 유효단면적을 축소시키는 Reactance의 발생을 억제시킴으로 표피효과를 줄일 수 있다.
연구결과, Reactance는 도체에 무효단면적을 유발시키고 연관하여 유효단면적을 축소시키는 원인이다. 이러한 원리로 개발 기술에서는 저항의 발생이 억제됨으로 낭비전력을 절감한다. 본 기술은 교류회로에서 도체의 저항이 적게 상승하도록 한 기술이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
연구의 핵심기술인 애스터리스크 배열구조를 적용하여 도체저항 감소기술 기반 에너지 절감 수배전반은 무엇인가?
본 연구의 핵심기술 원리는 애스터리스크 배열구조를 적용하여 도체저항 감소기술 기반 에너지 절감 수배전반이다. 수배전반의 교류전력 공급용 판상도체 각각(rst 또는 abc)의 상에서 발생한 자기장이 상호작용으로 상쇄 소멸될 수 있도록 한 판상도체 배열구조에 관한 것으로 효과로는 판상도체에서 유도성 리액턴스의 발생량이 줄어들면서 유효단면적이 증가, 실효교류저항을 줄인다.(AC 실효전압과 실효전류로 측정한 Resistance)
배전반이란?
오늘날 전력수요 급증에 따른 전력소비량이 증가하고 있어 전력손실을 줄일 수 있는 에너지 저감을 위한 설계 또는 설비 대체로 전력의 고품질화가 필요하다. 배전반이란 한전의 발전설비로부터 전기를 공급받아 각 건물에 필요한 설비에 계통별 또는 용도별로 나누어 주는 기계장치이다. 배전반은 일반적으로 외함, 개폐기, 전력용 도체, 제어부분으로 구성된다.
배전반은 어떻게 구성되는가?
배전반이란 한전의 발전설비로부터 전기를 공급받아 각 건물에 필요한 설비에 계통별 또는 용도별로 나누어 주는 기계장치이다. 배전반은 일반적으로 외함, 개폐기, 전력용 도체, 제어부분으로 구성된다. 본 연구는 배전반내의 메인 요소인 통전을 위한 전력용 도체에 관한 것이다.
참고문헌 (8)
Kim, Mi-Suk, "Energy saving switchgear based on symmetric array structure of 3 phases AC bus bar", Thesis (Master), Hanyang University, 2012.
Datta, A., Narayanan, G. "Measurement of Parasitic Inductances in the Bus-Bar Assembly of a High Power Voltage Source Converter", JOURNAL- INSTITUTION OF ENGINEERS (INDIA) SERIES B, vol. 97 no. 4, pp 537-547, 2016.
Rummel, K., John, A., "Insulation of the Coil and Bus Bar Ends During Assembly of W7-X", IEEE, vol. 16 no. 2, pp. 751-754, 2006. DOI: https://doi.org/10.1109/TASC.2006.870534
MOAR, "Inductance of Coil", 2017.9.25. http://www.electronics-tutorials.ws/inductor/inductance.html,
Seo, Jung-Min, "Analysis of Temperature Rise due to Eddy Current Loss When Large Current Flows in Electric Switchboard", Thesis (Master), Hanyang University, 2000.
Ministry of Science and ICT, "A Survey on Cu Clad Al Busbar for Electric Power Supply", pp. 64, 1996.
Lee, Ho-Beom, Choi, Kwan-woo, Son, soon-Yong, "Usefulness analysis of radial non-cartesian trajectory in the high-resolution MRA", KAIS, pp. 6284-6289, 2013. DOI: http://dx.doi.org/10.5762/KAIS.2013.14.12.6284
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