전원 설비와 수변전 설비의 구성과 정류기

통신용 전원 설비

 송신기의 전원은 이동용을 제외하고는 일반적으로 교류전원을 정류하여서 사용합니다. 전원회로에서 중요한 것은, 안정되고 충분한 용량을 가질 것과 공급 전압의 전압 변동률 및 맥동률(Ripple Factor)이 낮아야 한다는 것입니다. 송신기 전원으로는 교류를 정류하여서 사용하는 것이 보통입니다. 여기서도 필요한 용량에 따라서 사용 형태가 달라집니다. 즉, 교류를, 10kW 이상일 때에는 3상 고압을 사용하는 것이 보통입니다. 특히, 발진기의 전원은 주파수의 안정화를 기하기 위해서 독립된 안정 회로를 가지고 있는 경우가 많습니다. 일반적으로 고압은 600V 이상의 교류전압 및 750V 이상의 직류 전압을 말합니다. 특히, 교류전압과 직류전압에서 7,000V 이상을 특별고압이라고 합니다. 통신용에서 사용되는 전원장치는 확실하고 연속적인 전원을 공급해야 합니다. 예비 전원장치를 구비하는 등의 전압 전원의 변동이 없어야 합니다. 보안장치를 확실히 해야 하며, 취급이 용이하고 경제적이어야 합니다.

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수·변전설비

 일반 가정에서 전력을 활용하려면 발전 설비에서 고압으로 송전한 전력을 받아서 실제 필요한 전압으로 변전하고 각각의 시설로 연결하게 되는데, 이러한 전력을 받아서 배분을 위한 전기 장치와 기기를 수·변전 설비라고 합니다. 수·변전 설비에는 변압기, 차단기, 전력용 콘덴서, 개폐기와 퓨즈 등으로 구성되어 있습니다. 변압기는 수·변전 설비용 기기 중 가장 중요한 전압 변환 장치입니다. 변압기유를 채워 절연과 냉각을 하는 유입변압기, 에폭시 수지로 굳혀 절연한 몰드 변압기, 기존의 규소 강판을 대신하여 어모퍼스 합금을 이용한 어모퍼스 변압기가 있습니다. 몰드와 어모퍼스 변압기는 비교적 가격이 비싸지만, 그만큼 전력손실이 적습니다.

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 기본적인 상태에서 전류를 개폐하는 역할을 하지만 이상 상태가 되면 신속하게 전로를 차단하여 기기 및 전선을 보호하는 장치를 차단기라고 합니다. 차단기에는 진공에서의 높은 절연 내력을 이용하는 진공 차단기, 절연유의 냉각 작용을 이용하는 유입 차단기, 압축공기로 아크를 제거하는 공기차단기가 있습니다. 이외에도 자기장을 사용하는 자기장 차단기, 불활성 가스를 사용하는 가스차단기 등이 있습니다.

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 보다 전력 손실을 줄이고, 수전단에서 부하까지의 전압 강하를 줄이기 위해 설치하는 장치를 전력용 콘덴서라고 합니다. 전력용 콘덴서는 직렬 리액터 및 방전 코일과 함께 사용하게 됩니다. 직렬 리액터는 콘덴서에 의해 발생하는 파형의 왜곡이나 제5 고조파에 의한 문제점을 개선하기 위해 콘덴서와 직렬로 접속하는 장치이고, 방전 코일은 콘덴서를 회로에서 개방하였을 때, 충전 전류를 방전하여 사고를 예방하는 장치입니다. 개폐기는 고압 전로를 보호하는 개폐 장치에는 여러 종류가 있으며, 기능과 특성에 따라 분류할 수 있습니다. 정격 전류를 차단하는 것이 아니라 무부하 전류를 개폐하여 선로의 분기, 구분 및 전력 계통 보호를 위해 사용하는 부하 개폐기와 과부하 또는 고장 전류 발생 시 고장 구간을 신속하게 자동 분리하여 상위 계통(배전선)에 영향을 미치지 못하도록 하는 고장구간 자동 개폐기가 있습니다.

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 퓨즈는 전로나 기기를 고압 및 특별 고압의 전류로부터 보호할 목적으로 사용하는 장치입니다. 차단기 대용으로 생각하기 쉬우나, 차단기와 릴레이, 변성기의 3가지 역할을 수행할 수 있어 매우 경제적입니다. 확실하게 동작하기 때문에 오작동이 없다는 장점이 있지만, 일회성 차단만 가능하다는 단점이 있어서 사고가 발생하면 반드시 정전이 뒤따르게 됩니다. 또한, 단로기, 계기용 변류기, 계기용 변압기도 있습니다. 단로기는 유입 개폐기를 절단한 후 안정성을 확보하기 위해서 이중으로 회로를 차단하는 스위치로 무부하 상태에서 개폐해야 합니다. 계기용 변압기와 변류기는 부하에 직접 접속하여 고전류를 읽을 수 있도록 하는 장치입니다. 계기용 변압기는 사용 목적에 따라 비접지 형과 접지 형, 단상과 삼상 교류로 분류됩니다.

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정류기

 교류를 직류로 바꾸는 장치로 입력된 교류전력이 전압 변환 회로를 거쳐 정류회로, 평활회로, 정전압 회로를 지나면서 직류로 변환됩니다. 정류소자는 실리콘, 게르마늄, 셀렌, 산화구리, 수은등이 사용됩니다. 전압을 전격으로 유지하려면 정류기를 직렬로 연결하여서 사용하고, 전류 용량을 높이려면 정류기를 병렬로 연결하여 사용합니다.

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[그림 1] - 반도체 정류기의 특성 비교. 게르마늄 정류기와 실리콘 정류기

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 송신기는 그 출력에 따라서 수천 ~ 수만 볼트의 직류 고전압 전원을 필요로 합니다. 그러므로 정류기는 중 전력 이하의 경우는 열음극 수은 증기 정류관(Hot Cathode Mercury-Vapor Rectifier Tube)이, 대 전력용에는 냉음극 정류관(Cold Cathode Rectifier Tube)이 사용되었으나, 최근에는 게르마늄이나 실리콘 소자의 제작 기술이 발전하여서 대 전력을 제외하고는 대체로 반도체 정류기가 많이 사용되고 있습니다. 기존의 진공관 정류기에는 열음극 수은 증기, 냉음극 정류기, 텅거 정류기, 셀렌 정류기가 있으며, 반도체 정류에는 게르마늄, 실리콘 정류기, 실리콘 제어 정류기, 트라이액이 있습니다. 또한 정류기에는 여러 특징적인 변수가 있습니다. 직류 성분 속에 교류 성분이 얼마나 들어있는지를 나타내는 맥동률(리플 함유율), 부하 전류의 변화에 따라 직류 출력 전압의 변화 정도를 나타내는 전압 변동률, 직류 출력 전력의 평균값을 교류 입력 전력의 실횻값으로 나눈 비인 정류 효율이 있습니다.