KR100955806B1 - 부하의 전원상태를 감지하면서 부하로 상용전원과 태양광발전전원을 선택접속하기 위한 자동전원절환장치 - Google Patents

부하의 전원상태를 감지하면서 부하로 상용전원과 태양광발전전원을 선택접속하기 위한 자동전원절환장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전원 절환 장치의 중립 모드에서 동작 가능한 자동 절환 스위치(ATS)에 관한 것이며, 구체적으로 본 발명은 중립 모드에서 동작 가능한 자동 절환 스위치(Automatic Transfer Switch; ATS)를 포함하는 전원 절환 장치에 관한 것이다. 보다 자세하게는, 본 발명은 자동절환 스위치가 구성된 전원 절환 장치에 관한 것으로, 상용(normal) 전원과 태양광(photovoltaic)발전전원을 선택적으로 부하측에 접속하기 위한 자동전원절환장치에 관한 것이다.
본 발명은 태양광발전전원과 상용전원을 부하로 선택접속하기 위한 자동전원절환장치에 있어서, 상기 상용전원을 부하로 연결하기 위한 제 1사리스터; 상기 태양광발전전원을 부하로 연결하기 위한 제 2사리스터; 상기 태양광발전전원과 상용전원과 부하 사이에 장착되어 전원을 동시에 개폐하는 개폐기; 상기 부하에 발생되는 지락전류나 누설전류를 검출하여 감지신호를 전송하는 영상변류기; 상기 부하에 발생되는 과전류를 검출하여 감지신호를 전송하는 변류기; 상기 상용전원을 공급받아 전압과 위상을 검출하는 상용전압검출부; 상기 태양광발전전원의 전압상태를 조절하는 인버터; 상기 인버터를 통해 태양광발전전원을 공급받아 전압과 위상을 검출하는 태양광발전전압검출부; 상기 상용전압검출부에서 출력되는 상용전원을 입력받아 주파수 파형을 분석하여 상용전원의 전압과 위상을 감지하는 검사분석부가 내장된 제 1 플립플롭 IC; 상기 상용전원과 태양광발전전원을 선택적으로 도통시키도록 상기 제 1 플립플롭 IC와 인터록킹되며, 상기 태양광발전전압검출부에서 출력되 는 태양광발전전원을 입력받아 주파수 파형을 분석하여 상용전원의 전압과 위상을 감지하는 검사분석부가 내장된 제 2플립플롭 IC; 및 상기 변류기와 영상변류기의 감지신호를 수신하여 내장된 설정값과 비교판단하여 이상이 없는 경우, 상기 제 1플립플롭IC와 제 2플립플롭 IC에서 감지된 전압의 크기가 각각 기설정값 이상인 경우에 상기 제 2사리스터가 우선적으로 도통상태가 되기 위한 트리거신호를 상기 제 2플립플롭 IC에서 출력되도록 제어하는 CPU;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 부하의 전원상태를 감지하면서 부하로 상용전원과 태양광발전전원을 선택접속하기 위한 자동전원절환장치를 제시한다.
본 발명의 자동 전원절환 장치의 복수의 자동절환 스위치를 통해 상용전원과 태양광 발전전원에서 태양광 발전전원을 우선적으로 사용하다가 제 2플립플롭 IC를 통해 태양광 전원의 품질이 저전압이거나 전원공급 중단이 발생하였음을 판단했을 때, 다시 말해 태양광발전 전원에 이상이 발생할 경우에만 신속하게 상용전원에 접속하여 원활한 전력공급이 이루어지도록 하여 부하측에 안정적으로 상용전력을 자동으로 공급할 수 있는 효과가 있다.
Figure R1020090092819
태양광, 플립플롭, 개폐기, 위상비교, 자동절환 스위치

Description

부하의 전원상태를 감지하면서 부하로 상용전원과 태양광발전전원을 선택접속하기 위한 자동전원절환장치{The automatic power transfer device for selection connection of the normal power and photovoltaic power supply to load detecting power state of the load }
본 발명은 전원 절환 장치의 중립 모드에서 동작 가능한 자동 절환 스위치(ATS)에 관한 것이며, 구체적으로 본 발명은 중립 모드에서 동작 가능한 자동 절환 스위치(Automatic Transfer Switch; ATS)를 포함하는 전원 절환 장치에 관한 것이다. 보다 자세하게는, 본 발명은 자동절환 스위치가 구성된 전원 절환 장치에 관한 것으로, 상용(normal) 전원과 태양광(photovoltaic)발전전원을 선택적으로 부하측에 접속하기 위한 자동전원절환장치에 관한 것이다.
일반적으로, 대형 건물이나 공장 등은 한국전력과 같은 전력 공급원으로부터 상용전력을 공급받아 사용하고, 정전과 같이 상용전력 공급에 이상이 발생했을 때에는 내부에 구비된 발전 설비 등을 이용하여 생성된 비상 전력을 공급받아 사용한다.
이러한 대형 건물이나 공장 등에서는, 평상시에는 상용 전원을 부하측으로 연결하여 부하측에 전력을 공급하고, 상용 전력 공급원에 이상이 발생할 때 비상 전원을 부하측에 연결하여 비상 전력을 부하측으로 제공하는 자동 절환 스위치가 포함된 자동 전원 절환 장치가 설치되어 있다.
도 1 은 종래 방식에 따른 자동 절환 장치의 회로구성의 실시예를 도시한 도면이며, 이를 참조하면 종래의 자동 절환 장치는 자동 절환 스위치(Automatic Transfer Switch, ATS, 13)를 포함하여 평상시에는 상용 전원(Normal Power Supply, 11)과 부하(14)를 연결하여 상용 전원(11)으로부터 부하(14)로 전력을 공급하고, 상용 전원(11)에 이상이 발생한 경우에 태양광발전전원(photovoltaic power, 12)과 부하(14)를 연결하여 태양광발전전원(12)으로부터 부하(14)로 전력을 공급한다.
도시된 자동 절환 스위치(13)는 평상시에 전력을 공급하는 상용 전원(11)과 연결된 제 1 고정 단자(13-1), 태양광발전전원(photovoltaic power, 12)과 연결된 제 2 고정 단자(13-2), 부하(14)와 연결된 제 3고정 단자(13-3) 및 제 1 고정 단자 또는 제 2 고정 단자와 선택적으로 제 3 고정단자(13-3)를 연결하여 상용 전원(11) 및 태양광발전전원(12) 중 어느 하나로부터 전력을 부하(14)측으로 공급하는 가동 단자(13-4)를 포함한다.
상기 자동 절환 장치의 동작을 설명하면, 자동 절환 스위치(13)는 평상시에 상용 전원(11)에 연결되어 부하(14)측에 전력을 공급하고, 상용 전원(11)의 이상이 감지되면 상용 전원(11)과 부하(14)측의 연결을 단절하고 태양광발전전원(12)과 부하(14)측을 연결하여 태양광발전전원(12)으로부터 부하(14)측으로 전력을 공급한 다.
그러나, 이러한 자동 절환 스위치(13)는 전원품질에 대한 정보를 반영하지 않고 단순 전환기능만 부여되어 있을 뿐 아니라 부하의 고장이 발생하는 경우에는 부하(14)가 어떤 사유로 고장이 발생하였는지 판별하는 감시회로가 없고 단순히 부하측에 불시에 전력 공급이 중단되는 문제점이 발생하고, 자동 절환 스위치(13) 스위칭 절환시 과전류(OC), 과전압(OV), 지락전류(GF)가 발생하였는지의 점검이 필요한 경우에도 구별하지 못하고 부하(14)측에 전력 공급을 중단하여야 하는 문제점이 발생하였다.
또한, 태양광발전전원에 이상이 있을 경우 원활한 전력공급을 위해 태양광발전전원의 차단과 동시에 상용전원이 접속되어야 하는데, 상기 종래의 전원 절환 개폐기는 유접점 릴레이나 전자접촉기 개폐기 등으로 태양광발전전원과 상용전원의 접속과 차단이 각각 개별적으로 이루어져 신속하고 원활한 전력공급을 하지 못하는 문제가 있었다.
또한, 차단기를 상용전원용과 태양광 전원용으로 별도로 각각 구비해야 하기 때문에 비용이 상승하며 사용이 불편하다는 문제가 있었다.
상기의 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 자동 절환 장치에 포함된 자동 절환 스위치의 절환 사유를 규명할 수 있고, 상용전원과 태양광 발전전원에서 태양광 발전전원을 우선적으로 사용하다가 태양광 전원의 품질이 저전압이거나 전원공급 중단이 발생하였을 때에 부하측에 안정적으로 상용전력을 자동으로 공급할 수 있는 자동 절환 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 아울러 부하가 이상상태가 발생하였을 때에는 태양광 발전전원에서 상용전원으로 자동절환되지 못하도록 태양광전원과 상용전원을 동시에 차단시킬 수 있는 수단을 구비하여 부하를 안전하게 보호할 수 있는 자동 절환 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 태양광발전전원과 상용전원을 부하로 선택접속하기 위한 자동전원절환장치에 있어서, 상기 상용전원을 부하로 연결하기 위한 제 1사리스터; 상기 태양광발전전원을 부하로 연결하기 위한 제 2사리스터; 상기 태양광발전전원과 상용전원과 부하 사이에 장착되어 전원을 동시에 개폐하는 개폐기; 상기 부하에 발생되는 지락전류나 누설전류를 검출하여 감지신호를 전송하는 영상변류기; 상기 부하에 발생되는 과전류를 검출하여 감지신호를 전송하는 변류기; 상기 상용전원을 공급받아 전압과 위상을 검출하는 상용전압검출부; 상기 태양광발전전원의 전압상태를 조절하는 인버터; 상기 인버터를 통해 태양광발전 전원을 공급받아 전압과 위상을 검출하는 태양광발전전압검출부; 상기 상용전압검출부에서 출력되는 상용전원을 입력받아 주파수 파형을 분석하여 상용전원의 전압과 위상을 감지하는 검사분석부가 내장된 제 1 플립플롭 IC; 상기 상용전원과 태양광발전전원을 선택적으로 도통시키도록 상기 제 1 플립플롭 IC와 인터록킹되며, 상기 태양광발전전압검출부에서 출력되는 태양광발전전원을 입력받아 주파수 파형을 분석하여 상용전원의 전압과 위상을 감지하는 검사분석부가 내장된 제 2플립플롭 IC; 및 상기 변류기와 영상변류기의 감지신호를 수신하여 내장된 설정값과 비교판단하여 이상이 없는 경우, 상기 제 1플립플롭IC와 제 2플립플롭 IC에서 감지된 전압의 크기가 각각 기설정값 이상인 경우에 상기 제 2사리스터가 우선적으로 도통상태가 되기 위한 트리거신호를 상기 제 2플립플롭 IC에서 출력되도록 제어하는 CPU;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 부하의 전원상태를 감지하면서 부하로 상용전원과 태양광발전전원을 선택접속하기 위한 자동전원절환장치를 제시한다.
상기 태양광발전전압검출부에는 전압품질비교기가 구성되며, 상기 태양광발전전압검출부에서 검출된 전압이 상기 태양광발전전압검출부의 전압품질비교기의 기설정값 이하로 되는 경우에 상기 태양광발전전압검출부에서 출력되는 신호를 수신하여 상기 상용전원과 태양광 발전전원의 위상을 비교하는 위상비교기가 더 구성되며, 상기 위상비교기를 통해 상기 상용전원과 태양광 발전전원의 위상차에 대한 출력신호는 상기 인버터로 피드백되어 수신되어 태양광 발전전원의 위상을 조절하도록 구성될 수 있다.
상기 CPU는, 상기 변류기와 영상변류기의 감지신호를 수신하여 내장된 설정 값과 비교판단하여 이상이 있는 경우 상기 제 2플립플롭 IC에서 트립신호가 출력하여 상기 개폐기를 오픈시키도록 제어할 수 있다.
상기 개폐기는, 상기 상용전원과 태양광발전전원을 연결하는 폐루프회로에 장착구성될 수 있다.
또한, 상기 CPU는, 상기 제 1 플립플롭 IC와 제 2 플립플롭 IC에 high-클럭신호를 송신하여 상기 제 2 플립플롭 IC에서 트리거신호가 출력되어 상기 제 2사리스터가 도통상태가 되어 태양광발전전원이 공급되도록 하며, 상기 제 2 플립플롭 IC의 검사분석부에서 분석되는 전압의 레벨이 기설정된 정상상태보다 15%이하로 되면 상기 제 1 플립플롭 IC와 제 2 플립플롭 IC에 low-클럭신호를 송신하여 상기 제 1 플립플롭 IC에서 트리거신호가 출력되어 상기 제 1사리스터가 도통상태가 되어 상용전원이 공급되도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 CPU는, 상기 송신되는 클럭신호가 일정시간 시지연되어 송신되도록 시간지연부를 내장하여 일시적인 전압강하에 따른 오동작을 방지하도록 구성될 수 있다.
본 발명인 부하의 전원상태를 감지하면서 부하로 상용전원과 태양광발전전원을 선택접속하기 위한 자동전원절환장치에 의해 다음과 같은 효과를 달성할 수 있다.
첫 번째로, 본 발명의 자동 전원절환 장치에 포함된 자동 절환 스위치인 제 1사리스터와 제 2사리스터의 절환 사유를 제 1플립플롭 IC와 제 2플립플롭 IC를 통 해 규명할 수 있다.
두 번째로, 본 발명의 자동 전원절환 장치의 복수의 자동절환 스위치를 통해 상용전원과 태양광 발전전원에서 태양광 발전전원을 우선적으로 사용하다가 제 2플립플롭 IC를 통해 태양광 전원의 품질이 저전압이거나 전원공급 중단이 발생하였음을 판단했을 때, 다시 말해 태양광발전 전원에 이상이 발생할 경우에만 신속하게 상용전원에 접속하여 원활한 전력공급이 이루어지도록 하여 부하측에 안정적으로 상용전력을 자동으로 공급할 수 있는 효과가 있다.
세 번째로, 본 발명의 자동 전원절환 장치의 상용전원과 태양광발전전원을 연결하는 폐루프회로에 장착된 개폐기를 통해 부하의 전원상태가 긴급 이상상태가 발생하였을 때 개폐기가 트립되면서 태양광 발전전원에서 상용전원으로 자동절환되지 못하고 태양광전원과 상용전원을 동시에 차단시킬 수 있는 효과가 있다.
네 번째로, 본 발명의 제 1사리스터와 제 2사리스터의 작동이 무접점 스위칭소자로 구동되어 조작 및 사용이 편리하고, 긴급상황 발생시 신속하고 용이하게 상용전원과 태양광 전원을 접속하거나 차단하여 사고를 방지하고 원활한 전원을 유지하는 효과가 있다.
이하, 부하의 전원상태를 감지하면서 부하로 상용전원과 태양광발전전원을 선택접속하기 위한 자동전원절환장치에 대해 첨부된 도면을 참조하여 자세하게 설명한다.
도 2는 본 발명에 의한 자동 전원절환 장치의 전체 블럭구성도를 도시한 도 면이며, 도시된 바를 참조하면 본 발명인 태양광발전전원과 상용전원을 부하로 선택접속하기 위한 자동전원절환장치에는 상기 상용전원을 부하로 연결하기 위한 제 1사리스터(100), 상기 태양광발전전원을 부하로 연결하기 위한 제 2사리스터(200)가 구성된다. 상기 사리스터는 SCR 또는 Triac 등의 소자로 구성될 수 있다.
또한, 상기 상용전원을 공급받아 전압과 위상을 검출하는 상용전압검출부(300)와 상기 태양광발전전원의 전압상태를 조절하는 인버터(400)와 상기 태양광발전전원을 인버터(400)를 통해 공급받아 전압과 위상을 검출하는 태양광발전전압검출부(500)가 각각 구성된다.
상기 제 1사리스터(100)는 CPU(600)의 제어에 따라 제 1플립플롭 IC(700)의 트리거 신호를 게이트신호로 인가받아 통전되며, 상기 제 2사리스터(200)도 마찬가지로 CPU(600)의 제어에 따라 제 2플립플롭 IC(800)의 트리거 신호를 게이트신호로 인가받아 통전되도록 구성된다.
상기 제 1 플립플롭 IC(700)에는 상기 상용전압검출부(300)에서 출력되는 상용전원을 입력받아 주파수 파형을 분석하여 상용전원의 전압과 위상을 감지하는 검사분석부(미도시)가 내장되며, 상기 제 2플립플롭 IC(800)에는 상기 태양광발전전압검출부(400)에서 출력되는 태양광발전전원을 입력받아 주파수 파형을 분석하여 상용전원의 전압과 위상을 감지하는 검사분석부(미도시)가 내장된다.
여기서, 상기 제 1 플립플롭 IC(700)와 제 2플립플롭 IC(800)는 CPU(600)와 연동되어 CPU(600)의 제어에 따라 상기 상용전원과 태양광발전전원을 선택적으로 도통시키는 인터록킹회로를 구성하게 된다.
본 발명의 자동전원절체장치의 부하측에는 부하에 발생되는 누설전류를 검출하여 감지신호를 전송하는 영상변류기(900)와 부하에 발생되는 과전류를 검출하여 감지신호를 전송하는 변류기(1000)가 구성되며, 상기 태양광발전전원과 상용전원과 부하 사이에 장착되어 부하에 이상이 발생되는 경우에 상용전원과 태양광발전전원을 동시에 개폐하는 개폐기(1100)가 구성된다.
또한, 본 발명에는 위상비교기(1200)를 구성하여 태양광발전전원과 상용전원의 위상을 비교하게 되는데, 상기 위상비교기(1200)는 상기 태양광발전전압검출부(500)에서 검출된 전압이 상기 태양광발전전압검출부(500)에 구성되는 전압품질비교기(520)의 기설정값 이하로 되는 경우에 상기 태양광발전전압검출부(500)에서 출력되는 신호를 수신하여 상기 상용전원과 태양광 발전전원의 위상을 비교하도록 구성된다.
여기서, 상기 전압품질비교기(520)는 태양광발전 적정전원의 %를 비교하도록 구성되는데 상기 제 2플립플롭IC(800)의 검사분석부에서 태양광발전전원전압의 크기가 정전이나 과방전이 발생하여 정상상태에서 소멸하게 되는 부성의 전압기울기를 검출하게 되며, 태양광발전전원 전압의 크기가 정상전압상태를 설정한 값, 이를 테면 정상전압의 15% 이하로 저하되면 출력을 위상비교기(1200)로 보내게 된다.
상기 위상비교기(1200)의 역할은 두 개의 서로 다른 위상을 갖는 전원이 부하에 절환되어 공급되는 경우에는 그 위상차로 인하여 전압의 크기가 크게 변할 수 있어 부하의 갑작스런 전압변동에 따른 소손을 방지하고자 하는 것이다.
따라서, 상기 CPU(600)의 제어를 통해 우선적으로 부하에 공급되는 태양광발 전전원에 대해서, 태양광발전전압검출부(500)에서 태양광발전전압의 크기가 저전압이거나 소진상태를 나타내는 경우, 즉 부성의 기울기를 가지고 전압품질비교기(520)에 이미 설정된 값 이하로 되면 상기 위상비교기(1200)로 출력을 보내어 상기 위상비교기(1200)를 통해 상기 상용전원과 태양광 발전전원의 위상차를 서로 비교하도록 구성된다.
바람직하게는 태양광발전전원의 전압이 설정된 기준전원전압의 크기의 85% 이하인 경우에 태양광발전전압검출부(500)에서 위상비교기(1200)로 신호를 출력하여 상용전압검출부(300)에서 출력되는 상용전원과 위상차를 비교하게 된다.
이 때, 상용전원과 태양광발전전원에 존재하는 위상차는 위상비교기(1200)에서 출력되는 신호를 상기 인버터(400)에 의해 피드백으로 수신하여 태양광 발전전원전압의 위상을 조절하게 된다.
이하 본 발명인 부하의 전원상태를 감지하면서 부하로 상용전원과 태양광발전전원을 선택접속하기 위한 자동전원절환장치에 대한 작동원리를 자세하게 기술한다.
도 3은 본 발명에 의한 태양광발전전원이 도통되는 경우에 작동상태를 도시한 도면이며, 도시된 바를 참조하면, 상용전원은 상기 상용전압검출부(300)를 통해 위상과 전압이 검출되면서 제 1플립플롭IC(700)에 입력된다. 또한, 태양광발전전원은 인버터(400)를 거쳐 조정된 전압이 상기 태양광발전전압검출부(500)를 통해 전압과 위상이 검출되면서 제 2플립플롭 IC(800)로 입력된다.
상기 제 1플립플롭IC(700)에서 출력되는 신호는 증폭기(D1)에서 증폭되어 상기 제 1사리스터(100)로 트리거신호를 발생시키며, 또한 제 2플립플롭 IC(800)에서 출력되는 신호는 증폭기(D2, D)에서 증폭되어 제 2사리스터(200)로 트리거신호를 발생시키거나 상기 변류기(1000)나 영상변류기(900)의 이상감지신호가 CPU(600)에 수신되는 경우 상기 제 2사리스터(200)로 트리거신호를 발생함과 동시에 개폐기(1100)의 접점을 오픈시키게 된다.
상기 제 1 플립플롭 IC(700)은 상기 상용전압검출부(300)에서 출력되는 상용전원을 입력받아 내장된 검사분석부에서 주파수 파형을 분석하여 상용전원의 전압과 위상을 감지하며, 상기 제 2 플립플롭 IC(800)은 상기 태양광발전전압검출부(500)에서 출력되는 태양광발전전원을 입력받아 내장된 검사분석부에서 주파수 파형을 분석하여 태양광발전전원의 전압과 위상을 감지하며, 상기 상용전원과 태양광발전전원을 선택적으로 도통시키도록 상기 제 1 플립플롭 IC(700)와 제 2 플립플롭 IC(800)는 인터록킹회로로 구성된다.
또한, CPU(600)는 상기 제 1 플립플롭 IC(700)와 제 2 플립플롭 IC(800)의 검사분석부와 연동되어 분석된 결과를 수신하게 된다.
상기 CPU(600)는 상기 변류기(1000)와 영상변류기(900)의 감지신호를 수신하여 내장된 설정값과 비교판단하여 이상이 없는 경우, 상기 제 1 플립플롭 IC(700)와 제 2 플립플롭 IC(800)에서 감지된 전압의 크기가 각각 기설정값 이상인 경우에 상기 제 2사리스터(200)가 우선적으로 도통상태가 되기 위한 트리거신호(Q2)를 상기 제 2플립플롭 IC(800)에서 출력되도록 제어한다.
도 3을 참조할때, 보다 자세하게는 상기 변류기(1000)와 영상변류기(900)의 감지신호를 수신하여 내장된 설정값과 비교판단하여 이상이 없는 경우, 상기 CPU(600)는, 상기 제 1 플립플롭 IC(700)와 제 2 플립플롭 IC(800)에 high-클럭신호를 송신하여 우선순위를 상기 제 2 플립플롭 IC(800)의 반전부에서 트리거신호(Q2)가 출력되도록 하여 상기 제 2사리스터(200)가 도통상태가 되어 태양광발전전원이 공급되도록 한다.
보다 자세하게는, 상기 CPU(600)에서 상기 제 1 플립플롭 IC(700)와 제 2 플립플롭 IC(800)에 high-클럭신호를 송신하면 J=1, K=1, C=1의 신호에 의해 반전신호가 출력되면서 제2플립플롭IC(800)의 반전부에서는 증폭기(D2)에서 증폭된 트리거신호(Q2)가 제 2사리스터(200)의 게이트신호로 입력되어 제 2사리스터(200)를 도통시키게 된다.
즉, CPU(600)는 상기 변류기(1000)와 영상변류기(900)의 감지신호를 수신하여 검출값이 FAULT 인지 아닌지를 판단한 후 내장된 프로그래밍값과 비교하여 설정값과 판단하여 이상이 없는 경우에, 상기 제 2 플립플롭 IC(800)의 반전부에서 트리거신호(Q2)가 출력되어 상기 제 2사리스터(200)가 도통상태가 되어 태양광발전전원이 공급되도록 한다.
도 4는 본 발명에 의한 상용전원이 도통되는 경우에 작동상태를 도시한 도면으로서, 도시된 바처럼 상기 제 2 플립플롭 IC(800)의 검사분석부에서 분석되는 전압의 레벨이 기설정된 정상상태보다 15%이하로 되면 상기 제 1 플립플롭 IC(700)와 제 2 플립플롭 IC(800)에 low-클럭신호를 송신하여 상기 제 1 플립플롭 IC(700)에서 트리거신호가 출력되어 상기 제 1사리스터(100)가 도통상태가 되어 상용전원이 부하로 공급되도록 한다.
다시 말해, 상기의 제 2플립플롭 IC(800)의 검사분석부는 태양광발전전원전압이 정상상태에서 소멸하게 되는 부성의 전압기울기를 검출하고 이것이 기 프로그래밍으로 설정된 정상상태의 전압레벨보다 15% 이하로 저감되어지면 CPU(600)는 다른 상태에 있는 제 1플립플롭IC(700)의 검사분석부에서 분석되는 사용전원의 전압레벨과 비교하여 상용전원의 전압보다 이상이면 스위칭 신호인 low-클럭신호를 내고 제 1사리스터(100)가 제1 플립플롭IC(700)에서 트리거신호를 수신하여 도통 상태가 되도록한다.
즉, 제 1사리스터(100)와 제2사리스터(200)는 제1 플립플롭 IC(700)와 제 2플립플롭 IC(800)의 검사분석부에서 분석된 전압상태의 상호 분석을 통하여 한편이 도통상태이면 다른 한편이 절연상태로 유지하도록 상호 인터록킹 회로가 구성되어 있어 모두 도통인 상태가 될 수 없도록 구성된다.
보다 자세하게는, 상기 CPU(600)에서 상기 제 1 플립플롭 IC(700)와 제 2 플립플롭 IC(800)에 low-클럭신호를 송신하면 J=1, K=1, C=0의 신호에 의해 Q출력되면서 제1플립플롭 IC(700)에서는 증폭기(D1)에서 증폭된 트리거신호(Q1)가 제 1사리스터(100)의 게이트신호로 입력되어 제 1사리스터(100)를 도통시키게 된다.
또한, 이 경우에도 마찬가지로 CPU(600)는 상기 변류기(1000)와 영상변류기(900)의 감지신호를 수신하여 검출값이 FAULT 인지 아닌지를 판단한 후 내장된 프로그래밍값과 비교하여 설정값과 판단하여 이상이 없는 경우에, 상기 제 1플립플롭 IC(700)에서 트리거신호(Q1)가 출력되어 상기 제 1사리스터(100)가 도통상태가 되어 상용전원이 공급되도록 한다.
이 때, 상기 CPU(600)에는 제 1 플립플롭 IC(700)와 제 2 플립플롭 IC(800)에 송신되는 클럭신호가 일정시간 시지연되어 송신되도록 시간지연부(미도시)를 내장하여 일시적인 전압강하에 따른 오동작을 방지하도록 하며, 바람직하게는 시지연시간은 0.1초 정도로 설정한다.
또한, 태양광발전전원이 다시 접속가능한 조건이 되었을 경우에는 상용전원이 다시 차단되면서 태양광발전전원이 다시 재공급되는 일련의 동작이 반복된다. 즉, 본 발명은 접점을 상시에는 태양광 발전전원에 접속시켜 사용하다가 태양광 발전 전원이 소진될 경우 부하를 정상상태로 유지하기 위하여 상용전원이 자동으로 연결되고, 태양광 발전 전원이 다시 접속 가능한 조건이 되었을 때에는 상용전원이 자동으로 차단되도록 구성된다.
도 5는 본 발명에 의한 이상전류가 감지되는 경우에 개폐기를 구동하기 위한 작동상태를 도시한 도면이다.
도시된 바를 참조하면, CPU(600)는 과전압검출, 과전류검출, 지락전류검출을 위한 프로그램이 내장되어 있으며, 영상변류기(1000)와 변류기(900)에서 주기적인 신호를 수신하면서 부하전원상태를 지속적으로 감시한다.
따라서, 상기 CPU(600)는 상기 변류기(1000)와 영상변류기(900)의 감지신호를 수신하여 검출값이 FAULT 인지 아닌지를 판단한 후 내장된 프로그래밍값과 비교하여 설정값과 판단하여 이상이 있는 경우에, 상기 제 2 플립플롭 IC(800)의 반전부에서 트리거신호(Q2)가 출력됨과 동시에 상기 개폐기(1100)의 접점을 차단시켜 중립상태인 오픈상태가 되도록 트립신호(S1)를 출력하게 된다.
본 발명의 도 2에 도시된 바와 같이 개폐기(1100)는 상기 상용전원과 태양광발전전원을 연결하는 폐루프회로에 장착구성됨으로써, 개폐기가 중립상태인 경우에는 태양광발전전원을 차단함과 동시에 상용전원이 절환되어 공급되도록 것이 아니라, 상용전원도 마찬가지로 부하로 공급이 차단되도록 하여 전원을 완전 분리하는 특징을 가지게 된다.
즉, 본 발명의 개폐기(1100)를 통해 부하의 이상상태가 감지되는 경우에는 태양광발전전원과 상용전원을 동시에 차단시킬 수 있어, 긴급상황발생시에 상용전원과 태양광발전전원을 신속하고 용이하게 동시에 차단시킬 수 있는 효과를 갖게 된다.
결국, 본 발명의 자동전원절환 장치는, 상용 전원 또는 태양광 발전전원으로부터 전력을 공급받아 부하로 제공하는 자동절환 스위치인 제 1사리스터(100)와 제 2사리스터(200)를 복수로 포함하여 복수의 자동절환 스위치들은 서로 병렬로 상용 전원 및 태양광발전 전원에 연결되고, 복수의 자동절환 스위치들 중 어느 하나만이 구동되어 부하로 전력이 제공되도록 하는 것이다.
또한, 부하 전단에 영상변류기(900, ZCT)와 변류기(1000, CT)를 두어 부하가 지락이나 절연저하로 누설전류가 발생하거나 부하에 어떤 이유로 정상전류보다 많은 전류가 흐를 때를 감지하여 FAULT값을 검출하여 CPU에서 설정된 값과 비교하여 계속전원을 접속하여 전원을 공급할것인지 아닌지를 판단하게 된다.
이에 따라 부하의 상태가 비정상상태라면 개폐기(110)에 트립신호을 발하여 태양광발전전원을 차단하면서 동시에 상용전원을 통전시키는 제 1사리스터(100)가 구동되어 상용전원이 변환 접속되는 것이 아니라 모든 전원을 완전 분리하도록 구성한 점에 특징을 갖는 것이다.
이상 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해서 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도내에서 여러가지 변형이 가능함은 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명하다 할 것이다.
도 1은 종래 방식에 따른 자동전원절환 장치의 회로 구성의 실시예를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명에 의한 자동전원절환 장치의 전체 블럭구성도를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명에 의한 태양광발전전원이 도통되는 경우에 작동상태를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명에 의한 상용전원이 도통되는 경우에 작동상태를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명에 의한 이상전류가 감지되는 경우에 개폐기를 구동하기 위한 작동상태를 도시한 도면이다.
*도면의 주요부분에 대한 기호의 설명*
100: 제 1사리스터 200: 제 2사리스터
300: 상용전압검출부 400: 인버터
500: 태양광발전전압검출부 520: 전압품질비교기
600: CPU
700: 제 1 플립플롭 IC 800: 제 2플립플롭 IC
900: 영상변류기 1000: 변류기
1100: 개폐기 1200: 위상비교기

Claims (6)

  1. 태양광발전전원과 상용전원을 부하로 선택접속하기 위한 자동전원절환장치에 있어서,
    상기 상용전원을 부하로 연결하기 위한 제 1사리스터;
    상기 태양광발전전원을 부하로 연결하기 위한 제 2사리스터;
    상기 태양광발전전원과 상용전원과 부하 사이에 장착되어 전원을 동시에 개폐하는 개폐기;
    상기 부하에 발생되는 지락전류나 누설전류를 검출하여 감지신호를 전송하는 영상변류기;
    상기 부하에 발생되는 과전류를 검출하여 감지신호를 전송하는 변류기;
    상기 상용전원을 공급받아 전압과 위상을 검출하는 상용전압검출부;
    상기 태양광발전전원의 전압상태를 조절하는 인버터;
    상기 인버터를 통해 태양광발전전원을 공급받아 전압과 위상을 검출하는 태양광발전전압검출부;
    상기 상용전압검출부에서 출력되는 상용전원을 입력받아 주파수 파형을 분석하여 상용전원의 전압과 위상을 감지하는 검사분석부가 내장된 제 1 플립플롭 IC;
    상기 상용전원과 태양광발전전원을 선택적으로 도통시키도록 상기 제 1 플립플롭 IC와 인터록킹되며, 상기 태양광발전전압검출부에서 출력되는 태양광발전전원을 입력받아 주파수 파형을 분석하여 상용전원의 전압과 위상을 감지하는 검사분석 부가 내장된 제 2플립플롭 IC; 및
    상기 변류기와 영상변류기의 감지신호를 수신하여 내장된 설정값과 비교판단하여 이상이 없는 경우, 상기 제 1플립플롭IC와 제 2플립플롭 IC에서 감지된 전압의 크기가 각각 기설정값 이상인 경우에 상기 제 2사리스터가 우선적으로 도통상태가 되기 위한 트리거신호를 상기 제 2플립플롭 IC에서 출력되도록 제어하는 CPU;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 부하의 전원상태를 감지하면서 부하로 상용전원과 태양광발전전원을 선택접속하기 위한 자동전원절환장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 태양광발전전압검출부에는 전압품질비교기가 구성되며, 상기 태양광발전전압검출부에서 검출된 전압이 상기 태양광발전전압검출부의 전압품질비교기의 기설정값 이하로 되는 경우에 상기 태양광발전전압검출부에서 출력되는 신호를 수신하여 상기 상용전원과 태양광 발전전원의 위상을 비교하는 위상비교기가 더 구성되며,
    상기 위상비교기를 통해 상기 상용전원과 태양광 발전전원의 위상차에 대한 출력신호는 상기 인버터로 피드백되어 수신되어 태양광 발전전원의 위상을 조절하도록 구성된 것을 특징으로 하는 부하의 전원상태를 감지하면서 부하로 상용전원과 태양광발전전원을 선택접속하기 위한 자동전원절환장치.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 CPU는,
    상기 변류기와 영상변류기의 감지신호를 수신하여 내장된 설정값과 비교판단하여 이상이 있는 경우 상기 제 2플립플롭 IC에서 트립신호가 출력하여 상기 개폐기를 오픈시키도록 제어하는 것을 특징으로 하는 부하의 전원상태를 감지하면서 부하로 상용전원과 태양광발전전원을 선택접속하기 위한 자동전원절환장치.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 개폐기는,
    상기 상용전원과 태양광발전전원을 연결하는 폐루프회로에 장착구성된 것을 특징으로 하는 부하의 전원상태를 감지하면서 부하로 상용전원과 태양광발전전원을 선택접속하기 위한 자동전원절환장치.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 CPU는,
    상기 제 1 플립플롭 IC와 제 2 플립플롭 IC에 high-클럭신호를 송신하여 상기 제 2 플립플롭 IC에서 트리거신호가 출력되어 상기 제 2사리스터가 도통상태가 되어 태양광발전전원이 공급되도록 하며,
    상기 제 2 플립플롭 IC의 검사분석부에서 분석되는 전압의 레벨이 기설정된 정상상태보다 15%이하로 되면 상기 제 1 플립플롭 IC와 제 2 플립플롭 IC에 low-클럭신호를 송신하여 상기 제 1 플립플롭 IC에서 트리거신호가 출력되어 상기 제 1사리스터가 도통상태가 되어 상용전원이 공급되도록 구성된 것을 특징으로 하는 부하의 전원상태를 감지하면서 부하로 상용전원과 태양광발전전원을 선택접속하기 위한 자동전원절환장치.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 CPU는,
    상기 송신되는 클럭신호가 일정시간 시지연되어 송신되도록 시간지연부를 내장하여 일시적인 전압강하에 따른 오동작을 방지하도록 구성된 것을 특징으로 하는 부하의 전원상태를 감지하면서 부하로 상용전원과 태양광발전전원을 선택접속하기 위한 자동전원절환장치.
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