순저대책장치는 순저가 발생했을 때 전력계통으로부터의 전력공급을 차단하고 축전부의 전력공급으로 빠르게 전환하여 순식간에 전압을 복구하고 순저의 영향을 최소화하는 장치이다. 회로 구성은 크게 ▲전력공급을 전환하는‘전환스위치’, ▲교류와 직류를 쌍방향으로 변환하는‘변환기’, ▲에너지원인‘축전부’로 구성이 된다. 장치의 설비개소는 순저에 의한 피해를 예방할 필요가 있는 중요 부하에 전력을 공급하는 회선에다가 주로 설치한다.
개발한 순저대책장치 COMPACT의 사양은 정격 전압 3상 3선 6600V의 고압 유형이며, 정격 용량은 1㎹A, 2㎹A 3㎹A, 순저보상 시간은 10초 이하이다. 또 본장치의 큰 특징으로서 고속 전환스위치를 전력용 반도체와 기계식 스위치에 직렬 연결한 하이브리드 방식을 채용하고 있다. 본장치는 부하측에 정전이 발생하지 않도록 하기 위해 상황에 따라 아래 3가지 패턴의 전력 공급 방법이 있다.
전력계통으로부터 전력공급이 가능한 경우는 순저를 보상하기 위해 대기하며 전력계통으로부터 차단기 52RS⇒고속 전환스위치⇒차단기52CS를 통해 부하에 전력을 공급한다.
전력계통에 순저가 발생한 경우는 순저를 보상하기 위해 고속 전환스위치를 개방하고 축전부에 저장한 전력을 축전부⇒쌍방향 변환기⇒변압기⇒차단기52CS를 통해 부하에 전력을 공급한다.
본장치의 보수점검 등에 의해 보상기능을 정지시키는 경우는 차단기52RS, 고속 전환스위치, 차단기 52CS를 개방하고, 전력계통에서 차단기52MB를 거쳐 직접 부하에 전력을 공급한다.
개발 장치의 특장점 및 독자성개발한 순저대책장치는 '세계 최소 수준의 소형화'와 '세계 최고 수준의 에너지 절약성' 그리고 '세계 최고속 수준의 전환시간'을 실현했다. 또한 용이한 보수성 및 사용의 편리함 등 고객의 편의를 최대한으로 배려한 구조·기능을 보유하고 있으며, 축전지뿐만 아니라 전기이중층 커패시터 등 모든 축전장치에 대응이 가능하다는 특징을 가지고 있다.
순저대책장치 COMPACT의 신기술
본개발에서는 특히 '고속 전환스위치'와 '변환기'의 새로운 기술 개발에 주력했다. 고속 전환스위치 관련 전력반도체로 고속 차단하고 기계식 스위치로 내압을 지니는 하이브리드 방식을 개발했다. 이를 통해 전력 반도체의 설계내압을 낮출 수 있게 되었다. 그리고 고내압 전력 반도체의 적용에 따른 수량 감소를 통해 장치폭 기존 대비 30% 및 전력손실 기존 대비 50%를 달성했다. 변환기와 관련해서는 보상시간을 10초 이하로 특화시킨 단시간 정격 설계를 통해 장치폭 기존 대비 50%를 달성했다. 또한 축전부에 전기이중층 커패시터를 채용한 경우, 부동충전할 필요가 없는 간헐충전의 제어모드 설정을 통해 전력손실을 기존 대비 50% 달성했다.
개발장치의 효과
개발장치는 순저대책장치로서의 성능 향상뿐만 아니라, 공간을 절약하면서 비용은 기존 이하의 수준이기 때문에 지금까지 도입이 어려웠던 고객에의 도입 기회가 확대되었다.
세계 최소 수준의 소형화
개발한 순저대책장치 COMPACT는 전환스위치에 고성능의 반도체 소자를 채용함으로써 세계 최소 수준의 소형화를 실현하여 설치 공간을 대폭 절약할 수 있게 되었다.(용량 3㎹A의 경우, 가로 폭은기존 60% 정도의 사이즈) 이를 통해 설치 공간을 확보하지 못해 도입을 보류하고 있던 고객들에게도 도입이 가능하게 되었다.
세계 최고 수준의 에너지 절약성
전환스위치에 고성능 반도체 소자의 채용과 축전부의 충전 제어 방식의 개선을 통해 세계 최고 수준의 운전 효율 99.5%(용량 3㎹A, 고효율 운전 모드시)를 달성했다. 기존 장치와 비교해 운전 시 전력손실 저감뿐만 아니라, 순저대책장치에서 발생하는 열을 줄이기 위한 공조 설비의 축소와 더불어 대폭적인 비용 절감이 가능해졌다.
세계 최고속 수준의 고속 전환
전환스위치에 고성능의 반도체 소자를 채용함으로써 같은 규모의 장치에서 세계 최고속 수준의 전환 시간, 1/1000초를 실현했다. 이를 통해 순저 발생 시 고객 설비에의 영향을 최소한으로 줄일 수 있게 되었다. 개발한 장치의 성능 확인으로 장치에 3㎹A, 역률 0.9의 부하를 연결한 상태에서 입력전압에 순저를 발생시키는‘순저보상동작시험’을 <그림 5>에 나타냈다. 순저 발생을 통해 입력전압이 크게 변동하면서 감쇠해가는 반면, 출력 전압의 변동은 거의 없고 부하 전압의 변동이 매우 작기 때문에 매우 빠른 보상 동작이 실현되고 있음을 확인할 수 있다.
기타 특징과 효과• 용이한 보수성
컬러 대형 화면 터치 패널의 채용과 완전 자동화등 유저 인터페이스의 향상을 꾀하여 조작성이 대폭 향상되었다. 또 인출모듈 구조의 채용을 통해 점검이나 부품교환 등의 보수가 용이하고, 운전 및 상태 변화 등을 기억함과 동시에 정전 및 고장 시의 파형 데이터 보존 기능을 탑재하고 있다.
•축전 디바이스 프리
납축전지는 물론, 환경대책면에서 근래 도입 중인전기이중층 커패시터 등 모든 축전장치에 대응 가능한 멀티 타입의 순저대책장치이다.
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2006년 1월에 착수한 이 개발은 '고속 전환스위치’'와‘변환기’에 새로운 기술을 도입하는 등 각종 검토와 실제 기기에 의한 검증을 거듭한 성과이며, 2008년도에 상품화가 시작되었다. 이 개발 장치는 지금까지 반도체 관련 고객을 중심으로 일본 국내에 30시스템 141㎹A가 도입되어 많은 고객의 순저에 의한 피해를 경감시키는 데 크게 기여했다. 이번에 얻은 성과는 순저대책장치의 성능 향상뿐만 아니라, ‘공간의 절약화’를 통해 지금까지 도입이 어려웠던 고객에게도 도입이 가능하게 되어 향후 순저 대책의 확대 및 순저에 의한 피해 경감에 크게 한몫할 것으로 보인다.
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