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KR100898799B1 - 전력 절감 장치 - Google Patents

전력 절감 장치 Download PDF

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KR100898799B1
KR100898799B1 KR1020080093644A KR20080093644A KR100898799B1 KR 100898799 B1 KR100898799 B1 KR 100898799B1 KR 1020080093644 A KR1020080093644 A KR 1020080093644A KR 20080093644 A KR20080093644 A KR 20080093644A KR 100898799 B1 KR100898799 B1 KR 100898799B1
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KR1020080093644A
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우경욱
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주식회사 케이.엠.아이
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    • H02J3/00—Circuit arrangements for AC mains or AC distribution networks
    • H02J3/18—Arrangements for adjusting, eliminating or compensating reactive power in networks
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    • G05F—SYSTEMS FOR REGULATING ELECTRIC OR MAGNETIC VARIABLES
    • G05F1/00—Automatic systems in which deviations of an electric quantity from one or more predetermined values are detected at the output of the system and fed back to a device within the system to restore the detected quantity to its predetermined value or values, i.e. retroactive systems
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Abstract

본 문서는 다수개의 역률 보정 콘덴서를 구현하고 다수개의 역률 보정 콘덴서 각각의 연결을 전기적으로 제어하여 최적의 역률 보정이 가능하게 하는 전력 절감 장치와 세라믹 물질과 같이 원적외선과 음이온이 방출되는 물질을 전선 주변에 포함시켜 전선에 흐르는 전류 품질을 높일 수 있는 전력 절감 장치가 개시된다. 이와 같은 전력 절감 장치에 따르면 전력 절감 효과를 얻을 수 있다.
전력 절감, 역률 보정 콘덴서, 세라믹 물질

Description

전력 절감 장치{A ELECTRICAL POWER REDUCTION APPARATUS}
본 문서는 전력 절감 장치에 관한 것으로 보다 구체적으로 전기적 제어 및/또는 물질적 성질에 의한 전기 품질 향상을 통해 전력 절감 기능을 수행하는 전력 절감 장치에 관한 것이다.
우리 나라를 비롯한 전세계 각 나라들의 에너지 소비는 경제규모의 확대와 생활 수준의 향상에 따라 전기사용량이 지속적으로 증가하고 있는 추세이다. 이에 따라 전기 사용량의 증대와 생산원가 절감의 필요성에 부합하여 각 산업체의 절전에 대한 관심이 날로 높아만 가는 것이 현실이다. 여기서, 절전이란 전기 에너지를 사용함에 있어서 불필요한 전력소비를 억제하고 낭비 요소를 제거하여 전력 소비를 줄이는 것을 말한다. 이와 같은 필요성에 따라 개발된 제품이 바로 전력 절감기이다.
이와 같은 전력 절감기의 필요성에 따라 다양한 방식의 전력 절감기가 제안되었는데, 예를 들어 일반 콘덴서 방식, IC 회로 전압 자동 제어방식, 동력용 교환전압 강하방식, 인버터 응용방식, 부하별 절전방식, 멀티탭 방식, 광물질(SiO₂)응용방식 등을 들 수 있다. 하지만 이러한 방식들의 전력 절감기는 아래와 같은 단점 내지 한계가 있어 전력 절감의 효과를 충분히 낼 수 없다는 문제가 있다.
먼저, 일반 콘덴서 방식은, 무효 전력값을 줄여 역률을 개선하는 장비로서 역률 개선책으로 많이 애용되고 있으나, 적정 용량을 적용하지 않으면 오히려 역률이 저하되는 문제가 있다. 또한, 수명이 짧고 쉽게 고장이 나는 단점이 있다.　
그리고, IC 회로 전압 자동 제어방식은, 절전기 자체의 자동제어에 부담이 많이 걸려, 5~6%의 전력을 소비하기 때문에 실제적으로 전기 절감의 효과가 적다는 문제가 있다.
그리고, 동력용 교환전압 강하방식은, 요금이 싼 동력용 전력을 전등용으로 응용하는 시스템이지만 이는 "전력 공급 규정" 위반이며 적발 시에는 고액의 위약금을 물어야 한다.
그리고, 인버터 응용방식은, 주파수의 교환으로 절전을 유도하는 시스템이지만 각각의 장치(예를 들어, 조명기구)에 설치해야 하는 단점이 있다. 또한, 잡음의 문제가 해결되지 않아 그 소음으로 인해 주위에 미치는 영향이 크다.
그리고, 부하별 절전방식은, 전문설비 즉 조명, 보일러, 모터 등의 설비 효율 개선을 목적으로 만든 절전 장비로서 특정부하에 한정된 절전방식으로 사용에 제한이 있어 범용되기 어려우며 이는 전체 전기 요금에서 차지하는 비중이 크지 않은 단점이 있다.
그리고, 멀티탭 방식은, 멀티탭에 자동 조절 센서 기능을 통하여 대기 전력 손실을 제어하는 장비로서 이 또한 전기를 사용하지 않는 부분에서의 절전에 한정되며, 전력 사용량 절감의 근본적인 대책이 되지 못하고, 과전압의 영향으로 컴퓨 터 등 정밀 기기에 손상을 줄 수 있는 단점이 있다.
그리고, 광물질(SiO₂)응용방식은 단순히 SiO에서 방사되는 에너지를 전기적으로 적용하는 방식으로, 주성분인 SiO₂자체의 반감기를 극복하지 못하여 점차로 기능이 상실되어 시간적 제약성을 극복하지 못한다는 단점이 있다.
본 문서는 상술한 배경 기술에 있어서 주 전력선의 입력단으로부터 부하단으로 공급되는 전력을 효과적으로 절감할 수 있는 전력 절감 장치를 제공함을 해결 과제로 한다.
상술한 과제를 해결하기 위한 일 수단으로서의 전력 절감 장치는 주 전력선의 입력단에 병렬로 연결되는 다수개의 역률 보정 콘덴서를 포함하는 콘덴서부와 상기 주 전력선의 입력단과 상기 다수개의 역률 보정 콘덴서 각각의 사이에 연결되어 각 역률 보정 콘덴서에 대한 연결 여부를 결정하는 다수개의 스위치를 포함하는 스위치부를 포함한다.
그리고, 상기 주 전력선에 입력단에 대한 전압(V1), 전류(I1) 및 상기 전압(V1), 전류(I1)의 위상차(θ1)를 측정하는 센서부와 상기 위상차(θ1)에 기초하는 현재 역률(cosθ1)과 목표 역률(cosθ2)을 이용하여 역률 개선을 위해 적용될 콘덴서 용량(C)을 결정하고, 콘덴서 조합 테이블을 참조하여 상기 결정된 콘덴서 용량(C)에 상응하는 콘덴서 조합을 선택하고, 이에 따라 상기 다수개의 스위치의 개폐를 제어하는 제어부를 포함한다.
상기 제어부는, 상기 콘덴서 조합 테이블에 상기 결정된 콘덴서 용량에 해당하는 콘덴서 조합이 없는 경우, 상기 결정된 콘덴서 용량보다 크면서 가장 작은 콘 덴서 용량을 구현할 수 있는 콘덴서 조합에 따라 상기 다수개의 스위치의 개폐를 제어할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 제어부에서 출력되는 제어 신호를 고전력을 통전시킬 수 있을 정도로 신호 세기를 증폭시키는 출력 변환부를 더 포함할 수 있다.
상기 전력 절감 장치는, 통신부, 외부표시부 및 외부설정버튼부 중 하나 이상을 더 포함할 수 있다.
상기 통신부는, 전력절감상태가 관리 서버에 기록될 수 있도록 주기적으로 상기 전력절감상태 관련 정보를 유무선 통신 방식에 따라 상기 관리 서버로 송신하고, 외부 클라이언트로부터 상기 제어부의 설정값을 변경할 수 있는 제어 신호를 수신하여 원격 모니터링이 가능하게 할 수 있다.
상기 외부표시부는, 전력 상태 및 전력 절감 상태 중 적어도 하나 이상을 표시할 수 있다. 전력 상태는 예를 들어, 입력단의 전압(V1), 전류(I1), 피상전력(P1), 현재 역률(cosθ1), 부하단의 전압(V2), 전류(I2), 유효전력(P2), 목표 역률(cosθ2) 등을 들 수 있다.
상기 외부설정버튼부는, 전력 상태 보고주기, 전력 절감 장치의 작동 여부 및 역률 보정 콘덴서의 용량에 대한 설정을 변경할 수 있는 설정 버튼이 구현될 수 있다.
상기 콘덴서부는, 소정 형상을 갖는 하우징으로 둘러싸여 있으며 상기 하우징 내부에는 원적외선과 음이온을 방사하는 광물질들로 구성되는 세라믹 물질과 페인트가 함께 혼합된 내부 물질이 포함될 수 있다.
상기 하우징의 적어도 일면의 내벽에는 자기 차폐 기능을 갖는 에폭시와 원적외선을 방사하는 운모가 혼합되어 이루어지는 하우징 물질이 도포층으로 형성될 수 있다.
상술한 과제를 해결하기 위한 다른 수단으로서의 전력 절감 장치는 역률 보정 콘덴서를 포함하는 전력 절감 장치에 있어서, 상기 역률 보정 콘덴서는, 소정 형상을 갖는 하우징으로 둘러싸여 있으며 상기 하우징 내부에는 원적외선과 음이온을 방사하는 광물질들로 구성되는 세라믹 물질과 페인트가 혼합된 내부 물질이 포함된다.
상기 하우징의 적어도 일면의 내벽에는 자기 차폐 기능을 갖는 에폭시와 원적외선을 방사하는 운모로 이루어지는 하우징 물질이 도포층으로 형성될 수 있다.
상기 내부 물질은, 페인트 20~30%, 견운모 30~40%, 옥 10~15%, 세라믹 물질 5~10%을 포함하여 이루어지고, 상기 하우징 물질은 에폭시 70%, 운모 30%를 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 하우징은, 순도 99.9% 이상의 동판으로 구성되며 상기 동판의 두께는 0.1mm 이하가 되도록 형성될 수 있다.
본 문서에 개시되는 전력 절감 장치에 따르면 다수개의 역률 보정 콘덴서에 대한 전자 제어를 통해 주 전력선의 입력단에 적용되는 역률 보정 콘덴서 용량을 다양하게 변경할 수 있는 효과가 있다.
이로써 역률값을 최대로 할 수 있는 콘덴서 용량으로 역률 보정 콘덴서 용량을 조절하여 전력 절감 효과를 극대화할 수 있는 효과가 있다.
또한, 이러한 전자 제어를 통해 부하단에서 일어나는 전류, 전압의 불평형 문제를 개선하여 불필요한 소비를 줄이고 안정적인 전기 공급이 가능하게 되는 효과가 있다.
또한, 원적외선 및/또는 음이온 방출로 인해 전류 품질을 향상시키고 좋은 품질의 전류를 흘려보내 전력상 노이즈로 인한 전력 소모를 줄여 전력을 절감할 수 있고, 안정적인 전기 공급이 가능하게 되는 효과가 있다.
또한, 이러한 안정적인 전기 공급을 통해 전기 전가 제품, 모터, 압축기 등의 잡음이나 떨림, 과다한 마모나 과열 등의 전기적 부작용을 줄일 수 있는 효과가 있다.
또한, 원격 모니터링/제어 기능을 통해 상시 전력 상태를 확인할 수 있으며 전력 상태 정보를 데이터 베이스에 유지시켜 지속적인 관리가 가능하게 하여 관리자의 운영 비용을 절감하게 하는 효과가 있다.
또한, 전력 절감 장치가 병렬 구조로 연결되어 전압에 영향을 주지 않기 때문에 다양한 상황에 제품을 손쉽게 적용할 수 있는 효과가 있다.
또한, 외부표시부를 제공함으로써 실시간으로 전력 상태 및/또는 전력 절감 상태가 확인될 수 있도록 하고, 외부설정버튼부를 제공함으로써 실시간으로 장치 설정을 변경할 수 있는 효과가 있다.
이하 도면을 참조하여 전기적 제어 및/또는 물질적 성질에 의한 전기 품질 향상을 통해 전력 절감 기능을 수행하는 전력 절감 장치에 대한 본 발명의 실시예들을 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라 전기적 제어에 의해 전력 절감 기능을 수행하는 전력 절감 장치의 예시적인 구성도를 나타낸다.
도 1을 참조하면 본 실시예에 따른 전력 절감 장치(100)는 콘덴서부(200), 센서부(300), 제어부(400) 및 스위치부(500)를 포함하여 이루어진다.
콘덴서부(200)는, 주 전력선의 입력단에 병렬로 연결되는 다수개의 역률 보정 콘덴서를 포함하여 이루어진다. 그리고 스위치부(500)는, 주 전력선의 입력단과 다수개의 역률 보정 콘덴서 각각의 사이에 연결되어 각 역률 보정 콘덴서에 대한 연결 여부를 결정하는 다수개의 스위치를 포함하여 이루어진다.
그리고, 센서부(300)는 주 전력선에 입력단에 대해 전압(V1), 전류(I1)을 측정하고, 현재 역률(cosθ1) 값을 취득할 수 있도록 전압(V1), 전류(I1)의 위상차(θ1)를 측정한다.
그리고, 제어부(400)는, 센서부(300)에서 측정되는 현재 전력 상태들을 통해 취득할 수 있는 현재 역률(cosθ1)과 기 설정된 목표 역률(cosθ2)을 이용하여 역률 개선을 위해 적용될 콘덴서 용량(C)을 결정하고, 콘덴서 조합 테이블을 참조하여 상기 결정된 콘덴서 용량에 상응하는 콘덴서 조합을 선택하고, 이에 따라 스위치 부(500)의 다수개의 스위치의 개폐를 제어한다.
여기서, 역률 개선을 위해 적용될 콘덴서 용량(C)을 결정하는 방법의 일례를 아래 수학식 1에 나타난 바와 같다.
Figure 112008067091476-pat00001
수학식 1에서, cosθ1은 센서부(300)에서 측정된 전압(V1), 전류(I1)의 위상차(θ1)로부터 계산된 현재 역률을 나타내고, cosθ2는 기 설정된 목표 역률을 나타낸다. 그리고, P1는 피상전력으로 아래 수학식 2를 통해 계산할 수 있다.
Figure 112008067091476-pat00002
수학식 2에서 V1은 주 전력선에 입력단에 대해 측정되는 전압을 나타내고, I1는 주 전력선에 입력단에 대해 측정되는 전류를 나타낸다.
그리고, 결정된 콘덴서 용량에 상응하는 콘덴서 조합을 선택하기 위해 참조하는 콘덴서 조합 테이블의 일례를 아래 표 1에 나타낸다.
인덱스 Z1=2[KVR] Z2=3[KVR] Z3=6[KVR] Z1+Z2+Z3
1 x x x 0
2 o x x 2
3 x o x 3
4 o o x 5
5 x x o 6
6 o x o 8
7 x o o 9
8 o o o 11
표 1에서는 예를 들어 콘덴서 1(Z1), 콘덴서 2(Z2), 콘덴서 3(Z3)의 3개의 콘덴서를 사용하는 경우에 대한 콘덴서 조합 테이블을 나타낸 것이며 각 콘덴서 용량은 표 1에 나타낸 바와 같이 각각 2[KVR], 4[KVR], 6[KVR]이라고 가정한다.
이와 같이 콘덴서 1(Z1), 콘덴서 2(Z2), 콘덴서 3(Z3)의 3개의 콘덴서를 사용하는 경우 각 콘덴서에 대한 스위치 개폐 여부에 따라서 총 8가지 경우의 콘덴서 조합이 형성될 수 있다. 예를 들어, 3개의 콘덴서를 모두 사용하지 않는 인덱스 1의 경우부터 콘덴서 1(Z1), 콘덴서 2(Z2), 콘덴서 3(Z3) 중 적어도 하나 이상을 이용하는 인덱스 8까지의 경우가 형성될 수 있다.
각 콘덴서와 주 전력선의 입력단 사이에 연결되는 스위치 개폐를 제어함으로써 총 콘덴서 용량은 0[KVR], 2[KVR], 3[KVR], 5[KVR], 6[KVR], 8[KVR], 9[KVR], 11[KVR] 중 하나로 결정될 수 있게 된다.
본 실시예에 따르면, 제어부(400)에서는 상술한 방법에 따라 역률 개선을 위해 적용될 콘덴서 용량(C)이, 예를 들어 5[KVR]로 결정되었다면, 표 1의 콘덴서 조합 테이블을 참조하여 5[KVR]의 콘덴서 용량으로 결정할 수 있는 인덱스 4의 콘덴서 조합에 따라 콘덴서 1(Z1)와 콘덴서 2(Z2)의 스위치는 닫고, 콘덴서 3(Z3)의 스위치는 열도록 제어한다.
만약, 콘덴서 조합 테이블에 역률 개선을 위해 적용될 콘덴서 용량(C)에 해당하는 콘덴서 조합이 없는 경우, 역률 개선을 위해 적용될 콘덴서 용량(C)보다 크면서 가장 작은 콘덴서 용량을 구현할 수 있는 콘덴서 조합에 따라 상기 다수개의 스위치의 개폐를 제어할 수 있다.
예를 들어, 상술한 방법에 따라 역률 개선을 위해 적용될 콘덴서 용량(C)이, 10[KVR]로 결정된 경우, 표 1의 콘덴서 조합 테이블에는 10[KVR]의 콘덴서 용량으로 결정할 수 있는 콘덴서 조합이 제공되지 않는다. 이런 경우 본 실시예에 따르면 제어부(400)에서는 콘덴서 조합 테이블에서 10[KVR]보다 크면서 가장 작은 콘덴서 용량을 구현할 수 있는 콘덴서 조합인 인덱스 8의 콘덴서 조합에 따라 콘덴서 1(Z1), 콘덴서 2(Z2) 및 콘덴서 3(Z3)의 스위치를 모두 닫도록 제어한다.
상술한 예에서 콘덴서의 수라던가, 각 콘덴서의 용량에 대한 것들은 표 1에 나타낸 바에 한정되지 않고 얼마든지 변경하여 적용할 수 있음은 당연할 것이다.
하나의 역률 보정 콘덴서만 장착하여 사용하던 종래의 방법과 비교하면, 본 실시예에 따른 전력 절감 장치(100)를 사용하면 입력단의 흐르는 전류의 특성을 파악하여 입력단 또는 부하단의 전력, 전류 변화에 적응적으로 최적의 역률 보정 콘덴서 용량을 설정하여 줄 수 있다는 이점이 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 전기적 제어에 의해 전력 절감 기능을 수행하는 전력 절감 장치가 주 전력선의 입력단에 장착된 예시적인 구성도를 나타낸다.
도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 전력 절감 장치(100)는 주 전력선의 입력단 측에 장착된다. 그리고, 주 전력선이 다상(多相), 예를 들어 도 2에 도시된 바와 같이 R, S, T의 3상 전력 형태인 경우 센서부(300)에서는 각 R, S, T단에 흐르는 전류에 대해 전력, 전류와 전력, 전류 간의 위상차(θ1)를 각각 측정한다.
그리고, 제어부(400)에서는 다상(多相), 예를 들어 3상 전력 형태인 경우, R, S, T단을 함께 고려하여 역률 보정 콘덴서 용량이 결정될 수 있다. 이 경우 제어부(400)에서는 각 단에 대해 수학식 1 및 수학식 2와 같은 방법으로 콘덴서 용량을 결정하여 이값을 평균을 내는 등과 같은 방법으로 통합 콘덴서 용량을 결정하고 이에 따라 스위치를 제어할 수 있다. 그리고, 이 경우에는 각 콘덴서가 R, S, T단 각각에 연결되는 형태로 도시되었으나, 동일한 단에 연결되는 콘덴서 연결 전선은 통합된 하나의 전선으로 구성될 수 있다.
또는, 각 단에 대해 독립적으로 역률 보정 콘덴서 용량이 결정될 수 있다. 이 경우 제어부(400)에서도 각 단에 대해 수학식 1 및 수학식 2와 같은 방법으로 콘덴서 용량을 결정하고 이에 따라 각 단에 대한 스위치를 제어할 수 있다. 독립적으로 제어하기 위해서는 각 단에 연결되는 콘덴서별로 별도의 스위치가 마련되어져야 할 것이다.
그리고, 본 실시예에 따른 전력 절감 장치(100) 구성 중 다수의 콘덴서를 포함하는 콘덴서부(200)에 있어서, 각 콘덴서는 주 전력선의 입력단에 병렬로 연결된다. 이와 같이 병렬 구조로 연결됨으로써 주 전력선 측의 전압에 영향을 주지 않아, 전압 변동에 따라 발생하는 기계 장치의 수명이 단축되거나, 전등의 조도가 감소하거나, 전열기의 발열량이 감소하는 등의 문제가 개선될 수 있을 것이다.
그리고, 본 실시예에 따른 전력 절감 장치(100) 구성 중 다수의 스위치를 포함하는 스위치부(500)에 있어서, 각 스위치는 상술한 각 콘덴서가 주 전력선의 입력단에 병렬로 연결되는 그 사이에 위치하도록 장착된다. 그리고 각 스위치는 제어부(400)로부터 전달되는 스위치 개폐 여부에 대한 제어 신호에 따라 스위치를 열고, 닫도록 구성된다.
이로써 본 실시예의 전력 절감 장치(100)에 따르면, 센서부(300)에서 주 전력선의 입력단에 흐르는 전류에 대한 전력, 전류를 측정하고, 이를 기초로 현재 역률을 계산해 낸 후 제어부(400)에서 이값과 기 설정된 목표 역률을 이용하여 최적의 역률 보정을 제공하기 위해 필요한 콘덴서 용량을 결정한다.
그리고, 전력 절감 장치(100) 내에 구성되는 다수의 콘덴서 각각의 연결 여부를 결정하는 다수의 스위치 각각의 개폐를 제어하여 본 실시예의 전력 절감 장치(100)에서 제공하게 되는 역률 보정 콘덴서 용량(C)을 구현할 수 있다. 즉, 본 실시예의 전력 절감 장치(100)에 따르면, 상시 현재 역률을 측정하고 이값과 목표 역률을 이용하여 역률 보정 콘덴서 용량을 조절할 수 있어 전원 입력단이나 부하단의 변동에도 불구하고, 최적의 보정 효과를 낼 수 있을 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 전기적 제어에 의해 전력 절감 기능을 수행하는 전력 절감 장치에 포함되는 제어부의 상세 구성도를 나타낸다.
도 3을 참조하면 본 실시예의 제어부(400)에서는, 주 전력선의 입력단에서 추출되는 전력은 매우 크기 때문에 이를 그대로 이용할 수 없고, 변류기(Current Transformer)를 통해 교류의 큰 전류에서 그것에 비례하는 작은 전류를 획득한다. 예를 들어, 중앙처리장치(CPU: Central Processing Unit, 410)는 0~4 볼트의 전압만을 감지할 수 있다면, 변류기를 통해 나오는 전류를 이에 맞도록 변환해 준다.
중앙처리장치(410)는 변류기를 통해 작아진 전력 신호로부터 전압, 전류, 위상 정보를 취득하고, 이 입력되는 전압, 전류, 위상 정보 또는 이들을 통해 계산된 역률 보정을 제공하기 위해 필요한 콘덴서 용량에 대한 아날로그 신호를 각각의 신호가 제어에 사용될 수 있도록 중앙처리장치(410)의 A/D 변환기를 통해 디지털 신호로 변환한다.
그리고, 중앙처리장치(410)의 내부 또는 외부에 마련되는 메모리부(미도시)에 이미 저장되어 있는 콘덴서 조합 테이블을 참조하여 계산된 역률 보정을 제공하기 위해 필요한 콘덴서 용량에 해당하는 콘덴서 조합을 찾는다. 이때 콘덴서 조합 테이블은 상술한 표 1의 형태가 이용될 수 있다. 그리고, 콘덴서 조합 테이블을 참조하여, 본 실시예에 따른 전력 절감 장치(100)에 구현된 콘덴서들의 연결 여부 즉, 각 콘덴서에 연결되는 스위치의 개폐 여부를 제어할 수 있는 제어 신호를 생성한다.
이렇게 생성되는 제어 신호를 스위치부(500)로 전송하는데, 이에 앞서 도 3에 도시된 바와 같이 출력 변환부(420)를 통과시켜 전송할 수 있다. 출력 변환부(420)는 일종의 전력 변압기(Transformer)로서, 중앙처리장치(410)에서 출력되는 제어 신호는 고전압을 통전시키기에는 그 세기가 약하기 때문에 고전압을 통전시킬 수 있을 정도로 세기를 키우기 위해 전력 변환을 시키는 기능을 수행한다.
스위치부(500)에 포함되는 스위치별로 개폐 여부에 대한 제어 신호가 생성될 것이므로 스위치 개수에 상응하는 만큼의 제어 신호가 중앙처리장치(410)로부터 출력될 것이고 각 출력 제어 신호에 대해 출력 변환부(420)를 통한 전력 변환이 수행될 것이다.
한편, 본 실시예에 따른 전력 절감 장치(100)는, 외부표시부(430), 통신부(440) 및 외부설정버튼부(450) 등을 더 포함하여 이루어질 수 있다.
외부표시부(430)는, 전력 절감 장치(100)의 외부에 장착되어 입력단에서 측정되는 전압(V1), 전류(I1)뿐만 아니라 전원에서 공급되는 전력을 나타내는 피상전력(P1), 피상 전력 중에서 유효 전력으로 사용되는 비율인 현재 역률(cosθ1) 등에 대한 전력 상태 정보를 센서부(300) 또는 제어부(400)에서 받아 소정의 화면에 표시하도록 구성된다. 이로써 사용자는 편리하게 전력 품질 및 공급 상태를 확인할 수 있다.
또한, 외부표시부(430)에는, 전력 상태에 대한 정보들 예를 들어, 부하단에 대한 전압(V2), 전류(I2)과, 전원에서 공급되어 부하단에서 유효하게 이용되는 전력을 나타내는 유효전력(P2) 등과 부하의 역률을 1에 가깝게 높이기 위해 미리 설정되는 목표 역률(cosθ2) 또는 전력절감비율 등과 같은 전력 절감 상태 등을 포함하는 다양한 정보들을 추가적으로 표시할 수 있으며, 이러한 외부표시부(430)를 통해 표시하는 정보의 종류는 사용자 설정에 의해 변경될 수도 있을 것이다.
통신부(440)는, 전력절감상태가 관리 서버에 기록될 수 있도록 유무선 통신 방식에 따라 주기적으로 상기 전력절감상태 관련 정보를 상기 관리 서버로 송신하고, 외부 클라이언트 PC로부터 제어부(400)의 설정값을 변경할 수 있는 제어 신호를 수신하여 원격 모니터링 또는 제어가 가능하도록 동작한다. 이때, PC 및 서버가 전력 절감 장치(100)의 내부 구성이 아님은 당연하다.
외부설정버튼부(450)는, 전력 절감 장치(100)의 외부에 장착되어 전력 상태 보고주기, 전력 절감 장치의 작동 여부 및 역률 보정 콘덴서의 용량에 대한 설정을 변경할 수 있는 설정 버튼이나 외부표시부(430)에 표시되는 정보 종류나 형태를 변경할 수 있는 설정 버튼이 마련된다. 이로써 사용자가 외부에서 버튼 조작만으로 손쉽게 전력 절감 장치 설정을 변경할 수 있도록 할 것이다. 외부표시부(430)가 터치 스크린인 경우에는 외부설정버튼부(450)는 별도로 마련되지 않고, 외부표시부(430)를 통해 구현될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 절감 장치에 포함되는 통신부를 이용하여 유무선 통신을 수행하여 전력 절감 장치를 관리하는 방법을 설명하기 위한 도면을 나타낸다.
상술한 통신부를 이용하는 유무선 통신 기능을 통해, 원격 모니터링, 즉 외부에서 전력 상태를 모니터링하거나 전력 절감 장치의 다양한 설정 값들을 변경할 수 있다. 원격 모니터링 기능을 통해 현재의 전력 상태나 절감 상태를 때와 장소에 구애받지 않고 확인할 수 있다.
클라이언트 PC(또는, 관제용 PC, 710)의 PC 프로그램이 실행되면 소정의 통신 경로에 따라 연결이 설정되는 하나 이상의 전력 절감 장치(100a, 100b, 100c)의 통신부(440a, 440b, 440c)에 접속하고 이 통신부(440a, 440b, 440c)를 통해서 현재의 전력 상태에 대한 정보들을 수신한다.
이러한 과정은 전력 절감 장치(100) 측에서 능동적으로 전력 상태에 대한 정보들을 송신하는 방식으로 수행될 수도 있고, 외부 클라이언트 PC(710) 측에서의 질의/응답 과정을 통해 수동적으로 이루어질 수 있다. 이때 전력 절감 장치(100)로부터의 능동적인 송신이나 외부 클라이언트 PC(710) 간의 질의/응답에 따른 수동적인 송신은 주기적으로 수행되어 서버(720) 내에 데이터가 지속적으로 유지되고 이에 따라 전력 상태 관리가 되도록 할 수 있다.
전력 상태에 대한 보고 정보는 게이트웨이(700) 및/또는 인터넷(740)을 통해 서버(720)로 전송되고, 이 정보 데이터를 수신한 서버(720)는 이를 전력 절감 장치를 식별할 수 있는 정보, 예를 들어 시리얼 번호나 ID 등과 함께 데이터 베이스에 저장한다. 외부 클라이언트 PC(710)에서는 PC에 구현되는 어플리케이션을 통해서 서버(720)에 저장된 정보를 조회할 수 있고 이를 참조하여 전력 절감 장치의 설정값을 변경할 수 있을 것이다.
또한, 외부 클라이언트 PC(710)나 서버와의 통신을 통해, 전력 상태에 대한 보고 이외에도 전력 절감 장치 동작과 관련된 사항들, 예를 들어 콘덴서 용량 값이나 콘덴서 조합 테이블 또는 전력 상태 보고 주기 등을 재설정할 수도 있다.
예를 들어, PC 프로그램을 통해 콘덴서 용량 값을 설정하고 이 콘덴서 용량 정보를 전력 절감 장치(100)로 전송하면 전력 절감 장치(100)의 콘덴서부(200)는 콘덴서 용량 정보에 따라 콘덴서 용량을 설정하고 올바르게 수행되었는지 여부를 알리는 응답 신호를 외부 클라이언트 PC 측으로 송신해 줄 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 물질에 의한 전기 품질 향상을 통해 전력 절감 기능을 수행하는 전력 절감 장치의 내부 구성도를 나타낸다.
도 5를 참조하면, 본 실시예에 따른 전력 절감 장치(100)는 콘덴서부(200), 센서부(300), 제어부(400) 및 스위치부(500)를 포함하여 이루어진다.
콘덴서부(200)는, 주 전력선의 입력단에 병렬로 연결되는 하나 이상의 콘덴서를 포함하되, 소정 형상을 갖는 하우징(120)으로 둘러싸여 있도록 구성된다. 그리고, 하우징 내부에는 내부 물질(110)로 하나 이상의 콘덴서뿐만 아니라 원적외선과 음이온을 방사하는 광물질들로 구성되는 세라믹 물질이 페인트와 함께 혼합된 상태로 포함된다. 또한, 내부 물질(110)에는 추가적으로 견운모, 옥 등의 기타 물질이 추가로 혼합되어 포함될 수 있다.
여기서, 원적외선은, 파장이 긴 적외선 중에서도 제일 파장이 긴 것으로 예를 들어, 파장이 5~25㎛ 범위의 원적외선이 산업용으로 사용될 수 있다. 이는, 가시광선보다 파장이 길어서 눈에 보이지 않고 열 작용이 크며 침투력이 강해 물질 내부에 깊게 침투하여 심부에서 자기 발열을 일으켜 내부를 균일하게 가열시킬 수 있으며 또한, 유기화합물 분자에 대한 공진 및 공명 작용이 강한 특징을 갖는다.
그리고, 음이온은, 중성의 입자가 전자를 얻어 만들어지는 음전하를 띠는 물질로 대체로 음이온을 발생하는 광물은 미네랄의 함유량이 높은 광물로 대체로 금속 특히, 알칼리 금속을 많이 포함하고 있다. 알칼리 금속은 이온화 경향이 큰 금속으로 대체로 불안정해서 외부의 전자를 잘 잃어버리는 성질이 있어, 이러한 광물질에 문질러서 마찰을 가하거나, 물을 뿌리거나, 열을 가하면 알칼리 금속 성분들이 외부의 전자를 잃어버리고 "+" 이온이 된다. 이때 이러한 광물질 주위의 공기 중 산소나 물 분자가 금속 이온이 내어놓은 전자를 자신들이 가져와 "-" 극을 띠게 되어 음이온이 될 수 있다.
본 실시예에 따른 내부 물질(110)의 구성과 이들의 혼합 비율에 대한 가장 바람직한 예가 아래 표 2에 나타난다.
물질 혼합 비중(%)
페인트 20~30
견운모 30~40
옥 10~15
세라믹 물질 5~10
기타 물질 2~5
본 실시예에 따라 내부 물질을 구성하는 세라믹 물질은 비금속 무기질 재료로서, 석영, 장석, 운모와 같은 규산염 광물이나 알루미늄, 지르코니아와 같은 산화물 등의 원적외선과 음이온을 방사하는 광물질들 구성된다. 세라믹 물질은 일정한 온도에 놓여지면 원적외선을 방출하는 것으로 알려져 있다.
따라서, 본 실시예에 따라 전력 절감 장치(100)에 포함되는 내부 물질(110)은, 전력 절감 장치(100)의 사용 온도 범위인 30℃ 정도의 상온에서 원적외선을 방출할 수 있는 광물질 등으로 구성됨이 바람직하며, 세라믹 물질이 매우 고가의 물질인 점을 고려하여 사용량 대비 최대 효과를 낼 수 있는 혼합 비율로 위 표 2에 나타낸 바와 같이 5~10%로 사용됨이 바람직하다. 그리고, 위 사용 온도 범위에서 적정량의 원적외선을 방출할 수 있으면 다른 물질도 사용될 수 있음은 당연하다.
특히, 견운모는 질이 치밀하거나 미세한 비늘 모양 백운모의 총칭으로 세리사이트라고도 하는데, 이는 열수작용(熱水作用)으로 생긴 점토 모양의 미세한 백운모를 가리키는 것으로 화학성분은 백운모와 거의 같으나, 일반적으로 칼륨(K)는 백운모보다 적고 물 분자(H2O)가 다소 많다. 따라서, 알칼리 금속과 물 분자 함유량이 높은 특성에 따라 음이온 방출량이 많기 때문에 세라믹 물질 중에서도 특히, 견운모의 비중을 높여서 위 표 2에 나타낸 바와 같이 30~40%로 사용하는 것이 효과적이다.
한편, 상기 옥(玉)은 미세하고 치밀한 섬유상 결정을 가진 각섬석의 일종인 연옥과 경질의 단사정계를 이루는 알칼리 휘석의 일종인 경옥을 총칭하며, 이 옥은 화학 구조상 풍부한 음이온 군을 포함하고 있어 적정 사용 온도 범위 내에서 많은 양의 음이온을 발생시킨다. 이들 음이온 발생 성분인 옥의 함량은 상기 원적외선 방출 성분의 총 함량과 각 성분별 음이온 발생 효과의 차이 등을 고려하여 위 표 2에 나타낸 바와 같이 10~15%로 조절하는 것이 바람직하다.
그리고, 페인트는 본 실시예에서 내부 물질(110)로 포함되는 세라믹 물질 등을 콘덴서와 콘덴서에 연결되는 전선 주변에 고르게 분포시키기 위한 충전재 또는 바인더 기능을 하는 것으로 점토나 금속을 보호해 주면서 밀도가 낮은 절연 물질로 에너지 파장에 방해가 없어 원적외선을 투과시켜 전류와 전압을 안정시켜줄 수 있다. 본 실시예에 따라 사용되는 페인트에는 유성페인트 또는 수성페인트 등이 포함될 수 있다.
따라서, 페인트는 세라믹 물질들을 어느 정도 고정하면서 원적외선을 투과시킬 수 있는 밀도를 갖되, 세라믹 물질 등이 하나 이상의 콘덴서와 이 콘덴서에 연결되는 전선에 직접적으로 영향을 주도록 주변에 대해 고르게 분포될 수 있도록 유동적인 특성이 유지되어야 할 것이다. 그리고 이러한 특성들을 만족한다면 다른 물질로 대체될 수도 있을 것이다.
본 발명자는 여러 번의 실험을 통해 전력 절감 장치의 적정 사용 온도 범위 내에서 원적외선 방출 효과 및 이에 따른 파동 에너지 생성을 극대화하기 위해서는 위 표 2에 나타낸 구성 및 혼합 비율로 조절하는 것이 바람직하다는 것을 알아내었다.
그리고, 본 실시예에 따른 하우징 물질(120)의 구성과 이들의 혼합 비율에 대한 가장 바람직한 예가 아래 표 3에 나타난다. .
물질 혼합 비중(%)
에폭시 65~75%
운모 25~35%
하우징 물질(120)은, 표 3에 나타낸 바와 같이 자기 차폐 기능을 갖는 에폭시와 원적외선을 방사하는 운모가 혼합되어 하우징의 적어도 일면의 내벽에 도포층으로 형성될 수 있다.
여기서 에폭시는 상술한 페인트와 비교하여 상대적으로 밀도가 높아 원적외선이 통과할 수 없다는 특징이 있어 이로써 자기 차폐 기능을 수행할 수 있다. 그리고, 운모의 경우 상술한 세라믹 물질과 마찬가지로, 원적외선을 방사하여 절전 효과를 높여 준다. 세라믹 물질과 비교하여 원적외선의 방사 성능은 상대적으로 낮지만, 비용 대비 우수한 효과를 낼 수 있다.
하우징 물질(120)의 경우 원적외선의 방출량과 차폐 기능 및 경도 등을 고려하였을 때 본 발명자의 다수의 실험 결과에 따르면 표 3에 나타낸 바와 같이 에폭시는 65~75%로, 운모는 25~35%로 사용하는 것이 바람직하다.
그리고, 하우징의 외면은, 순도 99.9% 이상의 동판으로 구성될 수 있으며 이 동판의 두께는 0.1mm 이하가 됨이 바람직하다. 본 실시예에서, 하우징은 상술한 콘덴서부(200)뿐만 아니라 본 실시예에 따른 전력 절감 장치(100)의 전체의 외벽을 형성하도록 구성될 수도 있다. 본 발명자는 여러 번의 실험을 통해 전력 절감 장치의 무게나 내구성 및 자기 자폐 기능 등을 고려했을 때, 이와 같이 구성함이 최적의 형태인 것으로 알아내었다.
본 실시예에 따르면 내부 물질로서 유동적인 세라믹 물질 등을 통해 원적외선 및 음이온 방출이 전선 내부 분자 배열에 긍정적인 영향을 주도록하여 전력 절감 효과를 낼 수 있다. 그리고, 세라믹 물질 등이 페인트로 혼합된 형태로 포함시켜 전선 전체에 고르게 세라믹 물질 등이 분포할 수 있도록 함으로써 내부 분자 배열 형성에 주는 영향을 극대화시킨다.
또한, 하우징 물질로서 운모 등을 통해 원적외선 또는 음이온 방사 기능을 가지면서도, 일정 밀도 이상의 에폭시로 이들을 혼합하여 이 혼합물을 하우징 내벽에 도포함으로써 자기 자폐 기능을 갖도록 하여 전력 절감 장치 내에서 방출되는 원적외선이나 음이온이 외부로 노출됨을 방지한다.
즉, 본 실시예에 따르면, 전력 절감 장치 내부적으로는 원적외선 및/또는 음이온 방출을 극대화하고 또한, 이들이 전선에 최적의 영향을 줄 수 있는 구조로 하고, 이에 아울러 이러한 원적외선 및/또는 음이온이 외부로 노출되지 않도록 하여 그 효과를 최대화하고 그에 따라 전력 절감 장치의 전력 절감 효과를 증대시킬 것이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 물질에 의한 전기 품질 향상을 통해 전력 절감 기능을 수행하는 전력 절감 장치의 전력 품질 향상 결과를 나타내는 도면이다.
도 6a 및 도 6b을 참조하면, 본 실시예에 따라 콘덴서부에 포함된 내부 물질과 이들을 둘러싸는 하우징 물질로부터의 원적외선 및 음이온 방사를 통해 전선에 흐르는 전류의 분자 배열 변화와 이에 따른 전류의 품질 변화를 확인할 수 있다.
보다 구체적으로, 도 6a의 좌측 도면을 참조하면, 본 실시예에 따른 전력 절감 장치가 장착되지 않은 경우 분자 배열이 매우 불규칙한 특성을 갖고 있음을 확인할 수 있다. 이러한 불규칙한 분자 배열 특성으로 인해 도 6b의 좌측에 나타낸 바와 같이 측정되는 전류, 전압에 노이즈로 볼 수 있는 오실레이션이 많이 발생하는 즉, 전류 품질이 낮은 전류가 흐르게 된다.
하지만, 도 6a의 우측 도면을 참조하면, 본 실시예에 따른 전력 절감 장치가 장착된 경우에는 내부 물질이나 하우징 물질에서 방출되는 원적외선의 영향을 받아 물질의 에너지 운동 방향이 정렬되어 그 분자 배열이 매우 규칙적인 특성을 갖고 있음을 확인할 수 있다. 따라서, 도 6b의 우측에 나타낸 바와 같이 측정되는 전류, 전압이 깨끗한 파형으로 검출됨을 통해 전류 품질이 높은 전류가 흐르고 있음을 확인할 수 있다.
즉, 본 실시예에 따라 콘덴서부(200)에 포함된 내부 물질과 이들을 둘러싸는 하우징 물질로부터의 원적외선 및 음이온 방사를 통해 전선에 흐르는 전류의 품질 변화가 발생함을 확인할 수 있다. 그리고, 전류의 품질을 향상시킴으로써 궁극적으로는 전력을 절감하게 되는 효과를 낼 수 있을 것이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라 전기적 제어와 물질에 의한 전기 품질 향상을 통해 전력 절감 기능을 수행하는 전력 절감 장치의 절전 테스트 결과를 나타내는 도면이다.
도 7a는 한국석유공사에 대한 절전 테스트 결과를 나타내고, 아래 표 4a는 이와 관련된 비교표를 나타낸다.
시험결과
항목 구분 전압 전류 피상전력 유효전력 역률 적산전력
V A kVA kW PF kWh+
계측결과 설치전 434.4 21.7 16.2 12.6 0.7784 6.4
설치후 435.3 17.4 13.1 11.0 0.8435 5.6
Total 증감률 0.2% -19.5% -19.5% -12.8% 8.4% -12.5%
UMP 적산전력 계측 결과
날짜 시작시간 종료시간 측정횟수(시간) 측정값 적산전력량
설치전 08-5-20 17:02:00 17:32:00 181회(30분00초) 6.4 6.40
설치후 08-5-20 17:52:30 18:22:30 181회(30분00초) 5.6 5.60
전력 및 역률 개선에 의한 전기 요금 절감률 -21%
도 7a 및 표 4a를 참조하면 본 실시예에 따른 전력 절감 장치를 사용하면 적산전력은 약 12.5% 줄고 그에 따라 전기 요금도 21% 정도 감소되는 효과가 있음을 확인할 수 있다.
도 7b는 송원산업에 대한 절전 테스트 결과를 나타내고, 아래 표 4b는 이와 관련된 비교표를 나타낸다.
시험결과
항목 구분 전압 전류 피상전력 유효전력 역률 적산전력
V A kVA kW PF kWh+
계측결과 설치전 386.0 119.2 95.5 68.0 0.8554 38.5
설치후 383.4 106.1 70.2 61.6 0.8777 34.3
Total 증감률 -0.7% -11.0% -11.7% -9.4% 2.6% -10.9%
UMP 적산전력 계측 결과
날짜 시작시간 종료시간 측정횟수(시간) 측정값 적산전력량
설치전 08-4-29 18:22:50 18:52:40 180회(29분50초) 38.5 38.50
설치후 08-4-29 15:43:5 16:13:40 180회(29분50처) 34.3 34.30
전력 및 역률 개선에 의한 전기 요금 절감률 -13.52%
도 7b 및 표 4b를 참조하면 본 실시예에 따른 전력 절감 장치를 사용하면 적산전력은 약 10.9% 줄고 그에 따라 전기 요금도 13.52% 정도 감소되는 효과가 있음을 확인할 수 있다.
도 7c는 하나로 의료 재단에 대한 절전 테스트 결과를 나타내고, 아래 표 4c는 이와 관련된 비교표를 나타낸다.
시험결과
항목 구분 전압 전류 피상전력 유효전력 역률 적산전력
V A kVA kW PF kWh+
계측결과 설치전 395.1 7.7 5.2 4.2 0.8074 2.1
설치후 396.4 5.9 3.9 3.2 0.8323 1.6
Total 증감률 0.3% -23.5% -24.3% -21.9% 3.1% -23.8%
UMP 적산전력 계측 결과
날짜 시작시간 종료시간 측정횟수(시간) 측정값 적산전력량
설치전 08-6-27 17:53:10 18:14:00 126회(20분50초) 2.1 2.10
설치후 08-6-27 18:17:30 18:38:20 126회(20분50초) 1.6 1.60
전력 및 역률 개선에 의한 전기 요금 절감률 -26.90%
도 7c 및 표 4c를 참조하면 본 실시예에 따른 전력 절감 장치를 사용하면 적산전력은 약 23.8% 줄고 그에 따라 전기 요금도 26.9% 정도 감소되는 효과가 있음을 확인할 수 있다.
도 7d는 레인보우산업에 대한 절전 테스트 결과를 나타내고, 아래 표 4d는 이와 관련된 비교표를 나타낸다.
시험결과
항목 구분 전압 전류 피상전력 유효전력 역률 적산전력
V A kVA kW PF kWh+
계측결과 설치전 386.8 58.4 39.0 26.9 0.6912 4.5
설치후 385.1 44.8 29.3 23.4 0.8007 3.9
Total 증감률 -0.5% -23.3% -24.9% -13.0% 15.8% -13.3%
UMP 적산전력 계측 결과
날짜 시작시간 종료시간 측정횟수(시간) 측정값 적산전력량
설치전 08-5-20 15:37:30 15:47:20 60회(9분50초) 4.5 4.50
설치후 08-5-20 15:51:10 16:01:00 60회(9분50초) 3.9 3.90
전력 및 역률 개선에 의한 전기 요금 절감률 -29%
도 7d 및 표 4d를 참조하면 본 실시예에 따른 전력 절감 장치를 사용하면 적산전력은 약 13.3% 줄고 그에 따라 전기 요금도 29% 정도 감소되는 효과가 있음을 확인할 수 있다.
상기에서는 도면 및 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명은 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음은 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라 전기적 제어에 의해 전력 절감 기능을 수행하는 전력 절감 장치의 예시적인 구성도를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 전기적 제어에 의해 전력 절감 기능을 수행하는 전력 절감 장치가 주 전력선의 입력단에 장착된 예시적인 구성도를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 전기적 제어에 의해 전력 절감 기능을 수행하는 전력 절감 장치에 포함되는 제어부의 상세 구성도를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 절감 장치에 포함되는 통신부를 이용하여 유무선 통신을 수행하여 전력 절감 장치를 관리하는 방법을 설명하기 위한 도면을 나타낸다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 물질에 의한 전기 품질 향상을 통해 전력 절감 기능을 수행하는 전력 절감 장치의 내부 구성도를 나타낸다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 물질에 의한 전기 품질 향상을 통해 전력 절감 기능을 수행하는 전력 절감 장치의 전력 품질 향상 결과를 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라 전기적 제어와 물질에 의한 전기 품질 향상을 통해 전력 절감 기능을 수행하는 전력 절감 장치의 절전 테스트 결과를 나타내는 도면이다.
<도면의 주요 구성에 대한 부호의 설명>
100: 전력 절감 장치 200: 콘덴서부
300: 센서부 400: 제어부
500: 스위치부 410: CPU
420: 출력 변환부 430: 외부표시부
440: 통신부 450: 외부설정버튼부
110: 내부 물질 120: 하우징 물질

Claims (10)

  1. 주 전력선의 입력단에 병렬로 연결되는 다수개의 역률 보정 콘덴서를 포함하는 콘덴서부;
    상기 주 전력선의 입력단과 상기 다수개의 역률 보정 콘덴서 각각의 사이에 연결되어 각 역률 보정 콘덴서에 대한 연결 여부를 결정하는 다수개의 스위치를 포함하는 스위치부;
    상기 주 전력선에 입력단에 대한 전압(V1), 전류(I1) 및 상기 전압(V1), 전류(I1)의 위상차(θ1)를 측정하는 센서부; 및
    상기 위상차(θ1)에 기초하는 현재 역률(cosθ1)과 목표 역률(cosθ2)을 이용하여 역률 개선을 위해 적용될 콘덴서 용량(C)을 결정하고, 상기 다수개의 역률 보정 콘덴서의 연결 조합이 정의된 콘덴서 조합 테이블을 참조하여 상기 결정된 콘덴서 용량(C)에 상응하는 콘덴서 조합을 선택하며, 이에 따라 상기 다수개의 스위치의 개폐를 제어하는 제어부
    를 포함하는, 전력 절감 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 콘덴서 조합 테이블에 상기 결정된 콘덴서 용량을 구현하는 콘덴서 조합이 없는 경우, 상기 결정된 콘덴서 용량보다 큰 콘덴서 용량 중에서 가장 작은 콘덴서 용량을 구현하는 콘덴서 조합을 선택하여 이에 따라 상기 다수개의 스위치의 개폐를 제어하는 것을 특징으로 하는, 전력 절감 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 주 전력선의 입력단에서 추출되는 전력에 대한 큰 전류를 그것에 비례하는 작은 전류로 변환하는 변류기 및 상기 제어부에서 출력되는 제어 신호의 신호 세기를 상기 주 전력선의 입력단에서 추출되는 전력 세기에 상응하는 고전력을 통전시킬 수 있을 정도로 증폭시키는 출력 변환부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 전력 절감 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 전력 절감 장치는, 통신부, 외부표시부 및 외부설정버튼부 중 하나 이상을 더 포함하되,
    상기 통신부는, 전력절감상태가 관리 서버에 기록될 수 있도록 주기적으로 상기 전력절감상태 관련 정보를 유무선 통신 방식에 따라 상기 관리 서버로 송신하고, 외부 클라이언트로부터 상기 제어부의 설정값을 변경할 수 있는 제어 신호를 수신하고,
    상기 외부표시부는, 전력 상태 및 전력 절감 상태 중 적어도 하나 이상을 표시하되, 상기 전력 상태는 입력단의 전압(V1), 전류(I1), 피상전력(P1), 현재 역률(cosθ1), 부하단의 전압(V2), 전류(I2), 유효전력(P2), 목표 역률(cosθ2) 중 하나 이상을 포함하고,
    상기 외부설정버튼부는, 전력 상태 보고주기, 전력 절감 장치의 작동 여부 및 역률 보정 콘덴서의 용량에 대한 설정을 변경할 수 있는 설정 버튼이 구현되는 것을 특징으로 하는, 전력 절감 장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 콘덴서부는, 소정 형상을 갖는 하우징으로 둘러싸여 있으며 상기 하우징 내부에는 원적외선과 음이온을 방사하는 광물질들로 구성되는 세라믹 물질과 페인트가 함께 혼합된 내부 물질이 포함되는 것을 특징으로 하는, 전력 절감 장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 하우징의 적어도 일면의 내벽에는 자기 차폐 기능을 갖는 에폭시와 원적외선을 방사하는 운모가 혼합되어 이루어지는 하우징 물질이 도포층으로 형성되는 것을 특징으로 하는, 전력 절감 장치.
  7. 역률 보정 콘덴서를 포함하는 전력 절감 장치에 있어서, 상기 역률 보정 콘덴서는, 소정 형상을 갖는 하우징으로 둘러싸여 있으며 상기 하우징 내부에는 원적외선과 음이온을 방사하는 광물질들로 구성되는 세라믹 물질과 페인트가 혼합된 내부 물질이 포함되는 것을 특징으로 하는, 전력 절감 장치.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 하우징의 적어도 일면의 내벽에는 자기 차폐 기능을 갖는 에폭시와 원적외선을 방사하는 운모로 이루어지는 하우징 물질이 도포층으로 형성되는 것을 특징으로 하는, 전력 절감 장치.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 내부 물질은, 페인트 20~30%, 견운모 30~40%, 옥 10~15%, 및 상기 견운모 및 옥을 제외한 세라믹 물질 5~10%을 포함하여 이루어지고, 상기 하우징 물질은 에폭시 65~75%, 운모 25~35%를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는, 전력 절감 장치.
  10. 청구항 7에 있어서,
    상기 하우징은, 순도 99.9% 이상의 동판으로 구성되며 상기 동판의 두께는 0.1mm 이하인 것을 특징으로 하는, 전력 절감 장치.
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