KR101214782B1 - 고압 및 저압용 병렬 운전 배전반 - Google Patents

고압 및 저압용 병렬 운전 배전반 Download PDF

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Abstract

본 발명은 고압 및 저압용 병렬 운전 배전반에 관한 것으로, 상용전원에서 부하(L)로 공급되는 전력의 전압을 측정하는 상용전원 전압 측정부(142); 발전기(G)에서 부하로 공급되는 전력의 전압을 측정하는 발전기 전압 측정부(144); MCU(110)에서 출력되는 스위칭 온오프 제어신호에 따라서 스위칭 동작하여 상용전원에서 부하로의 전력 공급을 단속하는 상용전원 스위치(120); MCU(110)에서 출력되는 스위칭 온오프 제어신호에 따라서 스위칭 동작하여 발전기(G)에서 부하로의 전력 공급을 단속하는 발전기 스위치(130); 상기 상용전원 전압 측정부(142)와 발전기 전압 측정부(144)에 의해서 측정한 값을 기초로 상용전원에서 공급되는 전력의 현재 전압값과 발전기(G)에서 공급되는 전력의 현재 전압값을 검출하고, 상용전원과 발전기의 현재 전압값과 내부 메모리에 기 저장된 기준전압값의 비교를 기초로 상기 상용전원 스위치(120)와 발전기 스위치(130)의 스위칭 동작을 제어 하는 MCU(110)로 구성되고, 이에 의하면 상용전원 정전 시와 복전 시에 상용전원의 전력과 발전기 전력을 무정전으로 병렬 운전하여 부하로 공급할 수 있는 이점이 있다.

Description

고압 및 저압용 병렬 운전 배전반{PARALLEL OPERATION POWER SUPPLY PANEL FOR HIGH VOLTAGE AND LOW VOLTAGE}
본 발명은 병렬 운전 배전반에 관한 것으로, 특히 상용전원의 정전과 복전 시에 상용전원 전력과 발전기 전력을 무정전으로 병렬 운전에 의한 절환으로 부하로 공급할 수 있도록 하고, 발전기 내의 가버너(governor)의 속도 제어를 통해서 부하로의 로딩(loading) 및 언로딩(unloading)을 점차적으로 증가 또는 감소할 수 있도록 함으로써, 부하 로딩 및 언로딩 시의 절환에 의한 충격을 예방하여 안정적인 부하 이동이 가능할 수 있도록 하기에 적당하도록 한 고압 및 저압용 병렬 운전 배전반에 관한 것이다.
일반적으로, 대형 건물이나 공장 등은 한국전력과 같은 전력 공급원으로부터 상용전력을 공급받아 사용하고, 정전과 같이 상용전력 공급에 이상이 발생했을 때에는 내부에 구비된 발전기 등을 이용하여 비상 전력을 생성하여 사용한다.
이러한 대형 건물이나 공장 등에서는 평상시에는 상용전원과 부하측을 연결하여 부하측에 전력을 공급하고, 상용전력 공급원에 이상이 발생할 때 비상 전원을 부하측에 연결하여 비상 전력을 부하측으로 제공하는 자동 절환 스위치가 포함된 자동 전원 절환 장치가 설치되어 있다.
이러한 자동 절환 장치에 관한 종래 기술로는 등록특허 제 10-0844202 호(공고일: 2008년07월04일)에 의한 "병렬 구조의 전원 절환 장치"가 알려져 있다.
위 등록특허 제 10-0844202 호에 의한 기술은 자동 절환 장치에 포함된 자동 절환 스위치의 고장이나 점검시에도 부하측에 안정적으로 전력을 공급할 수 있는 자동 절환 장치를 제공하는 것을 목적으로 하는 것으로서, 기술 내용은 그 등록특허공보에 상술되어 있으므로 자세한 기술 설명은 생략한다.
그러나, 상기와 같은 위 등록특허 제 10-0844202 호에 의한 "병렬 구조의 전원 절환 장치"는 다음과 같은 문제점이 있었다.
상용전원에서 발전기로 또는 그 역인 발전기에서 상용전원으로 절환되어서 스위칭되는 경우, 순시 스위칭 동작에 의해서 순간적으로 부하 이동이 있으므로 절환시에 부하에 충격파가 전달되는 문제점이 있었고, 그 결과 부하의 부품 손상 내지 소손 등의 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 창작된 것으로 본 발명에 의한 고압 및 저압용 병렬 운전 배전반의 목적은,
첫째, 상용전원 정전 시와 복전 시에 상용전원의 전력과 발전기 전력을 무정전으로 병렬 운전하여 부하로 공급할 수 있도록 하여 무정전 절환 시스템을 구현할 수 있도록 하며,
둘째, 상용전원의 현재 전압이 설정된 전압값(제1 기준전압값)보다 작아서 발전기를 시동하고자 하는 경우 곧바로 발전기를 기동하지 않고 일정 시간(제1 설정시간) 동안 타임 딜레이 동작을 수행하여 상기 제1 설정시간 동안에도 현재의 전압이 제1 기준전압값 이상으로 올라가지 않는 경우에만 발전기를 기동시킴으로써, 순간 정전과 같이 매우 짧은 시간에 다시 복전되는 경우에는 발전기의 기동 없이 상용전원의 전력공급을 그대로 유지할 수 있도록 함으로써 전력 소모량을 줄이고 시스템 안정성 및 신뢰성을 높일 수 있도록 하며,
셋째, 정전이 되어서 발전기의 전력을 부하로 공급하고 있는 상태에서 상용전원의 전압이 설정된 전압값(제3 기준전압값) 이상으로 검출되더라도 곧바로 발전기의 운전을 정지시키지 않고 타이머 구동에 의해서 일정시간 동안 대기하였다가 그 대기시간 동안에도 상용전원의 검출전압이 설정된 제3 기준전압값 이상을 유지하는 경우에 한하여 발전기의 운전을 정지하는 구성을 채택함으로써, 상용전원의 순간적인 이상 전압으로 인한 시스템의 오류를 예방할 수 있어서 전체적으로 시스템의 동작 신뢰성 및 안정성을 향상시키고 또한 발전기의 불필요한 반복적 시동 및 운휴를 예방할 수 있도록 하며,
넷째, MCU(Main Control Unit)가 발전기 내에 있는 가버너와 AVR(Auto Voltage Regulator)로 각각 제어신호를 출력하여 주파수 및 전압 제어를 통해서 상용전원과 발전기의 전압값과 주파수의 위상을 동기화시킴으로써, 빠른 속도로 동기화가 가능하여 신속한 절환이 가능할 수 있도록 하며,
다섯째, 발전기 내의 가버너의 속도 제어를 통해서 부하로의 로딩(loading) 및 언로딩(unloading)을 점차적으로 부드럽게 수행할 수 있도록 함으로써, 부하 로딩 및 언로딩 시의 절환에 의한 충격을 주지 않도록 하여 안정적인 부하 이동이 가능할 수 있도록 하며,
여섯째, 션트 트립부를 채택함으로써, 복전 시에 MCU의 제어에 의해서 발전기 스위치가 스위칭 오프되어야 함에도 발전기 스위치가 오프되지 못하고 그대로 붙어 있는 경우 강제로 발전기 스위치를 스위칭 오프할 수 있도록 함으로써 발전기로 상용전원이 유입되어서 발전기가 소손되는 것을 예방할 수 있도록 하며,
일곱째, 정전 시에 발전기 스위치를 클로즈(CLOSE)한 후에 발전기의 전압이 설정된 전압으로 상승하지 않은 상태(즉 발전기가 부하를 받아들일 준비가 갖추어지기 전의 상태)에서 상용전원이 복전되는 경우 순시동작 선택 스위치를 통해서 상용전원의 전력공급을 선택할 것인지 또는 발전기 전력 공급을 할 것인지를 사용자가 선택할 수 있도록 함으로써, 정전 후 바로 복전되는 경우 신속한 대응이 가능하도록 하고 또한 사용자에게 선택의 기회를 제공하여 향상된 사용자 환경을 제공할 수 있도록 하며,
여덟째, 발전기 스위치나 상용전원 스위치를 VCB(Vaccum Circuit Breaker) 또는 ACB(Air Circuit Breaker)로 구성함으로써 고압용 및 저압용 모두에 사용할 수 있도록 하기에 적당하도록 한 고압 및 저압용 병렬 운전 배전반을 제공하는 데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명인 고압 및 저압용 병렬 운전 배전반은, 상용전원에서 부하로 공급되는 전력의 전압을 측정하는 상용전원 전압 측정부; 발전기에서 부하로 공급되는 전력의 전압을 측정하는 발전기 전압 측정부; 상용전원과 부하 사이에 연결되고 MCU에서 출력되는 스위칭 온오프 제어신호에 따라서 스위칭 동작하여 상용전원에서 부하로의 전력 공급을 단속하는 상용전원 스위치; 발전기와 부하 사이에 연결되고 MCU에서 출력되는 스위칭 온오프 제어신호에 따라서 스위칭 동작하여 발전기에서 부하로의 전력 공급을 단속하는 발전기 스위치; 상기 상용전원 전압 측정부와 발전기 전압 측정부에 의해서 측정한 값을 기초로 상용전원에서 공급되는 전력의 현재 전압값과 발전기에서 공급되는 전력의 현재 전압값을 검출하고 상용전원과 발전기의 현재 전압값과 내부 메모리에 기 저장된 기준전압값의 비교를 기초로 상기 상용전원 스위치와 발전기 스위치의 스위칭 동작을 제어하되, 상용전원에서 부하로 전력이 정상적으로 공급되는 상태에서 상용전원의 현재 전압값이 내부에 기저장된 제1 기준전압값보다 작은 경우에는 발전기를 운전하기 위한 발전기 기동 제어신호를 발전기로 출력하고, 상기 발전기 기동 제어신호에 의해서 운전하는 발전기의 현재 전압값이 제2 기준전압값 이상인 경우에는 상기 발전기 스위치를 스위칭 온하기 위한 스위칭 온 제어신호를 상기 발전기 스위치로 출력하여 발전기의 전력이 부하로 공급되도록 하며, 발전기의 운전과 상용전원의 전원공급을 설정된 시간 동안 정전 병렬 운전한 후에 상기 상용전원 스위치를 개방하기 위한 스위칭 오프 제어신호를 상기 상용전원 스위치로 출력하며, 정전에 의해서 상용전원의 전력 공급이 중단되고 발전기의 전력이 부하로 공급되고 있는 상태에서, 상용전원의 현재 전압이 제3 기준전압값에 도달한 경우에는 상용전원을 닫힘(CLOSE) 작동하기 위한 스위칭 온 제어신호를 상기 상용전원 스위치로 출력하고, 발전기의 운전과 상용전원의 전원공급을 설정된 시간 동안 복전 병렬 운전한 후에 상기 발전기 스위치를 개방하기 위한 스위칭 오프 제어신호를 상기 발전기 스위치로 출력하고, 상기 발전기 스위치로 스위칭 오프 제어신호를 출력한 후에 발전기의 운전을 정지하기 위한 발전기 운전 정지신호를 발전기로 출력하는 MCU를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명인 고압 및 저압용 병렬 운전 배전반은, 상기 MCU는, 상용전원의 현재 전압값이 제1 기준전압값보다 작은 값으로 검출되는 것이 제1 설정시간 동안 계속적으로 유지되는 경우에 한하여 발전기 기동 제어신호를 출력하고, 상기 발전기의 전력을 부하로 공급하고 있는 상태에서, 상용전원의 현재 전압값이 제3 기준전압값 이상의 값으로 검출되는 것이 제3 설정시간 동안 지속적으로 유지되는 경우에 한하여 상용전원 스위치를 온하기 위한 스위칭 온 제어신호를 상용전원 스위치로 출력하고 발전기 운전 정지신호를 발전기로 출력하는 것을 특징으로 한다.
본 발명인 고압 및 저압용 병렬 운전 배전반은, 상기 MCU는, 발전기 내에 구비된 가버너(Governor)로 속도 제어신호를 출력하여 발전기 내에 있는 가버너의 속도 제어를 통해서 주파수 제어를 수행하고, 발전기 내에 있는 AVR(Auto Voltage Regulator)로 주파수 제어신호를 출력하여 발전기의 AVR을 제어하여 전압 제어를 수행하며, 점차적으로 증가하는 펄스폭 제어신호를 발전기의 가버너로 출력하여 발전기의 출력을 점차적으로 증가시키면서 로딩 제어하고, 발전기 전력의 부하 언로딩(unloading)시에는 점차적으로 감소하는 펄스폭 제어신호를 발전기의 가버너로 출력하여 발전기의 출력을 점차적으로 감소시키면서 언로딩 제어하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 구성을 가지는 본 발명인 고압 및 저압용 병렬 운전 배전반은 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 상용전원 정전 시와 복전 시에 상용전원의 전력과 발전기 전력을 무정전으로 병렬 운전하여 부하로 공급할 수 있도록 하여 무정전 절환 시스템을 구현할 수 있는 효과가 있다.
둘째, 상용전원의 현재 전압이 제1 기준전압값보다 작아서 발전기를 시동하고자 하는 경우 곧바로 발전기를 기동하지 않고 제1 설정시간 동안 타임 딜레이 동작을 수행하여 상기 제1 설정시간 동안에도 현재의 전압이 제1 기준전압값 이상으로 올라오지 않는 경우에만 발전기를 기동시킴으로써, 순간 정전과 같이 매우 짧은 시간에 다시 복전되는 경우에는 발전기의 기동 없이 곧바로 상용전원의 전력을 그대로 공급 유지할 수 있도록 함으로써 전력 소모량을 줄이고 시스템 안정성 및 신뢰성을 높일 수 있는 효과가 있다.
셋째, 정전이 되어서 발전기의 전력을 부하로 공급하는 상태에서 상용전원의 전압이 설정된 전압 이상으로 검출되더라도 곧바로 발전기의 운전을 정지시키지 않고 타이머 구동에 의해서 일정시간 동안 대기하였다가 그 대기시간 동안에도 상용전원의 검출전압이 설정된 전압 이상을 유지하는 경우에 한하여 발전기의 운전을 정지하는 구성을 채택함으로써, 상용전원의 순간적인 이상 전압으로 인한 시스템의 오류를 예방할 수 있어서 전체적으로 시스템의 동작 신뢰성 및 안정성을 향상시킬 수 있고 또한 발전기의 불필요한 반복적인 시동 및 운휴를 예방할 수 있는 효과가 있다.
넷째, MCU가 발전기 내에 있는 가버너와 AVR로 각각 제어신호를 출력하여 주파수 및 전압 제어를 통해서 상용전원 및 발전기의 전압값과 주파수의 위상을 동기화시킴으로써, 빠른 속도로 동기화가 가능하여 신속한 절환이 가능할 수 있는 효과가 있다.
다섯째, 발전기 내의 가버너의 속도 제어를 통해서 부하로의 로딩 및 언로딩을 점차적으로 부드럽게 수행할 수 있도록 함으로써,부하 로딩 및 언로딩 시의 절환에 의한 충격이 없도록 하여 안정적인 부하 이동이 가능할 수 있는 효과가 있다.
여섯째, 션트 트립부를 채택함으로써, 복전 시에 MCU의 제어에 의해서 발전기 스위치가 스위칭 오프되어야 함에도 발전기 스위치(130)가 오프되지 못하고 그대로 붙어 있는 경우 강제로 발전기 스위치를 스위칭 오프할 수 있는 효과가 있고, 그 결과 발전기로 상용전원이 유입되어서 발전기가 소손되는 것을 예방할 수 있는 효과가 있다.
일곱째, 정전 시에 발전기 스위치를 개방한 후에 발전기의 전압이 설정된 전압으로 상승하지 않은 상태(즉 발전기가 부하를 받아들일 준비가 갖추어지기 전의 상태)에서 상용전원이 복전되는 경우 순시동작 선택 스위치를 통해서 상용전원의 전력공급을 선택할 것인지 또는 발전기 전력 공급을 할 것인지를 사용자가 선택할 수 있도록 함으로써, 정전 후 바로 복전되는 경우 신속한 대응이 가능하고 또한 사용자에게 선택의 기회를 제공하여 향상된 사용자 환경을 제공할 수 있는 효과가 있다.
여덟째, 발전기 스위치나 상용전원 스위치를 VCB(Vaccum Circuit Breaker) 또는 ACB(Air Circuit Breaker)로 구성함으로써 고압용 및 저압용 모두에 사용할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 고압 및 저압용 병렬 운전 배전반의 블록 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 고압 및 저압용 병렬 운전 배전반에 의한 병렬 운전 방법의 상용전원 정전 시의 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 고압 및 저압용 병렬 운전 배전반에 의한 병렬 운전 방법의 상용전원 복전 시의 흐름도이다.
다음은 본 발명인 고압 및 저압용 병렬 운전 배전반의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 기초로 상세하게 설명한다.
도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 의한 고압 및 저압용 병렬 운전 배전반(100)은, 상용전원 전압 측정부(142)와 발전기 전압 측정부(144)와 상용전원 스위치(120)와 발전기 스위치(130)와 설정부(162)와 MCU(110)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 상용전원 전압 측정부(142)는 상용전원에서 부하(L)로 공급되는 전력의 전압을 측정하는 구성이다.
상기 발전기 전압 측정부(144)는 발전기(G)에서 부하로 공급되는 전력의 전압을 측정하는 구성이다.
상기 상용전원 스위치(120)는 상용전원과 부하(L) 사이에 연결되고, MCU(110)에서 출력되는 스위칭 온오프 제어신호에 따라서 스위칭 동작하여 상용전원에서 부하로의 전력 공급을 단속하는 구성이다.
상기 발전기 스위치(130)는 발전기(G)와 부하(L) 사이에 연결되고, MCU(110)에서 출력되는 스위칭 온오프 제어신호에 따라서 스위칭 동작하여 발전기(G)에서 부하로의 전력 공급을 단속하는 구성이다.
상기 설정부(162)는 기준전압값(제1, 2, 3 기준전압값)을 입력 설정하고 타이머 구동시간(예컨대 제1, 2, 3, 4 설정시간)을 입력 설정하는 사용자 인터페이스이다.
상기 MCU(110)는 상기 설정부(162)로부터 입력된 기준전압값과 타이머 구동시간을 내부의 메모리에 저장하고, 상기 상용전원 전압 측정부(142)와 발전기 전압 측정부(144)에 의해서 측정한 값을 기초로 상용전원에서 공급되는 전력의 현재 전압값과 발전기(G)에서 공급되는 전력의 현재 전압값을 검출하는 기능을 수행한다.
또한 상기 MCU(110)는 상용전원과 발전기의 현재 전압값과 내부 메모리에 기 저장된 기준전압값의 비교를 기초로 상기 상용전원 스위치(120)와 발전기 스위치(130)의 스위칭 동작을 제어하는 기능을 수행하는데 이를 더욱더 상세하게 설명한다.
상기 MCU(110)는 상용전원에서 부하(L)로 전력이 정상적으로 공급되는 상태에서 상용전원의 현재 전압값이 내부에 기저장된 제1 기준전압값보다 작은 경우에는 발전기(G)를 운전하기 위한 발전기 기동 제어신호를 발전기(G)로 출력하고, 상기 발전기 기동 제어신호에 의해서 운전하는 발전기(G)의 현재 전압값이 제2 기준전압값 이상인 경우에는 상기 발전기 스위치(130)를 스위칭 온하기 위한 스위칭 온 제어신호를 상기 발전기 스위치(130)로 출력하여 발전기(G)의 전력이 부하(L)로 공급되도록 하며, 발전기(G)의 운전과 상용전원의 전원공급을 설정된 시간 동안(주파수의 설정된 사이클 동안) 정전 병렬 운전한 후에 상기 상용전원 스위치(120)를 개방하기 위한 스위칭 오프 제어신호를 상기 상용전원 스위치(120)로 출력한다.
그리고, 상기 MCU(110)는 정전에 의해서 상용전원의 전력 공급이 중단되고 발전기(G)의 전력이 부하(L)로 공급되고 있는 상태에서, 상용전원의 현재 전압값이 제3 기준전압값에 도달한 경우에는 상용전원을 닫힘(CLOSE) 작동하기 위한 스위칭 온 제어신호를 상기 상용전원 스위치(120)로 출력하고, 발전기(G)의 운전과 상용전원의 전원공급을 설정된 시간 동안(설정된 사이클 동안) 복전 병렬 운전한 후에 상기 발전기 스위치(130)를 개방하기 위한 스위칭 오프 제어신호를 상기 발전기 스위치(130)로 출력하며, 상기 발전기 스위치(130)로 스위칭 오프 제어신호를 출력한 후에 발전기의 운전을 정지하기 위한 발전기 운전 정지신호를 발전기(G)로 출력하는 기능을 수행한다.
상기 MCU(110)에는 상기 및 하기의 기능을 수행하기 위해서 전압 측정부(142, 144)에서 측정한 신호를 기초로 전압 검출을 위한 상용전원 전압 검출부(미도시)와 발전기 전압 검출부(미도시)가 구비되어 있고, 기준전압값을 저장하기 위한 기준전압 저장부(미도시)와 프로그램에 의해서 구동하는 타이머(미도시)와 전체 구성의 동작을 실행 제어하고 각종 제어신호를 발전기나 스위치(120, 130)로 출력하며 병렬 운전을 제어하는 제어부(미도시)가 구성되어 있어야 함은 물론이다.
본 발명의 일 실시예에 의한 고압 및 저압용 병렬 운전 배전반(100)에 있어서, 상기 MCU(110)는, 상용전원의 현재 전압값이 제1 기준전압값보다 작은 값으로 검출되는 것이 제1 설정시간 동안 계속적으로 유지되는 경우에 한하여 발전기 기동 제어신호를 출력하고, 상기 발전기(G)의 전력을 부하(L)로 공급하고 있는 상태에서, 상용전원의 현재 전압값이 제3 기준전압값 이상의 값으로 검출되는 것이 제3 설정시간 동안 지속적으로 유지되는 경우에 한하여 상용전원 스위치를 온하기 위한 스위칭 온 제어신호를 상용전원 스위치(120)로 출력하고 발전기 운전 정지신호를 발전기(G)로 출력하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 본 발명의 일 실시예에 의한 고압 및 저압용 병렬 운전 배전반(100)에 있어서, 상기 상용전원 스위치(120)와 발전기 스위치(130)는 VCB(Vaccum Circuit Breaker)로 구성되는 것을 특징으로 한다.
이에 의하면 상기 VCB는 고전압용으로 사용할 있으므로 본 발명에 의한 배전반을 고전압용에 사용할 수 있는 이점이 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 고압 및 저압용 병렬 운전 배전반(100)에 있어서, 상기 상용전원 스위치(120)와 발전기 스위치(130)는 ACB(Air Circuit Breaker)로 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기와 같이 스위치를 VCB 또는 ACB로 채택함으로써 본원 발명인 배전반을 고압용으로도 사용하고 저압용으로도 사용 가능하게 된다.
본 발명의 일 실시예에 의한 고압 및 저압용 병렬 운전 배전반(100)에 있어서, 상기 MCU(110)는, 발전기(G)의 가버너(Governor)로 속도 제어신호[예컨대, 0~10 V의 전압신호]를 출력하여 발전기(G) 내에 있는 가버너의 속도 제어를 통해서 주파수 제어하고, 발전기 내에 있는 AVR(Auto Voltage Regulator)로 주파수 제어신호[예컨대 0~10 V의 전압신호]를 출력하여 발전기의 AVR을 제어하여 전압을 제어하는 것을 특징으로 한다.
즉, MCU(110)는 발전기(G) 내에 있는 가버너와 AVR로 각각 제어신호를 출력하여 주파수 및 전압 제어를 통해서 상용전원과 발전기의 전압과 주파수의 위상을 동기화시킨다.
이와 같이 발전기의 가버너와 AVR의 제어를 통해서 주파수 및 전압을 제어하므로 빠른 속도로 동기화가 가능하여 신속한 절환이 가능하다는 이점이 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 고압 및 저압용 병렬 운전 배전반(100)에 있어서, 상기 MCU(110)는, 발전기(G)에서 부하(L)로의 전력 공급 로딩 시에, 점차적으로 증가하는 펄스폭 제어신호[펄스폭 제어신호는 논리신호 하이(high)의 펄스폭(pulse width)이 시간의 경과에 따라 점차 커지는 펄스폭 제어신호]를 발전기(G)의 가버너로 출력하여 발전기(G) 내에 있는 가버너의 속도를 점진적으로 증가시킴으로써, 발전기의 출력을 점차적으로 증가시키면서 로딩 제어하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 MCU(110)는, 복전되는 경우 발전기(G) 전력의 부하(L) 언로딩 시에, 점차적으로 감소하는 펄스폭 제어신호를 발전기(G)의 가버너로 출력하여 발전기의 출력을 점차적으로 감소시키면서 언로딩 제어하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같이 발전기(G) 내의 가버너의 속도 제어를 통해서 로딩 및 언로딩을 부드럽게 점진적으로 제어하는 구성에 의하면, 부하(L) 로딩 및 언로딩 시에 부하 절환에 의한 충격을 주지 않으므로 안정적인 부하 이동이 가능하다는 이점이 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 고압 및 저압용 병렬 운전 배전반(100)에 있어서, 상기 MCU(110)는 상기 발전기 스위치(130)로 스위칭 오프 제어신호를 출력한 후에 상기 발전기 전압 측정부(144)에서 측정한 값을 기초로 발전기(G) 전원라인의 전압값이 설정값 이상을 유지하는 경우에는 상기 발전기 스위치(130)가 스위칭 오프되지 않았다고 판단하여 션트 트립(SHUNT TRIP)부(150)로 강제 트립 제어신호를 출력하고, 상기 MCU(110)로부터 수신한 션트 트립 제어신호를 기초로 상기 발전기 스위치(130)의 스위치를 강제로 오프시키는 션트 트립(SHUNT TRIP)부(150)가 더 포함되어서 구성되는 것을 특징으로 한다.
복전 시에 MCU(110)가 발전기 스위치(130)로 스위칭 오프 제어신호를 출력하여 발전기 스위치(130)를 스위칭 오프하는데, 이때 발전기 스위치(130) 자체의 불량으로 인하여 스위칭 오프가 되지 않고 그대로 붙어 있는 경우가 있는데, 발전기로 상용전원의 전력이 들어가서 발전기의 고장의 원인이 될 수 있으므로 매우 위험하다.
이때, 션트 트립부(150)로 션트 트립 제어신호를 보내면 션트 트립부(150)는 발전기 스위치(130)를 강제로 스위칭 오프하게 되고, 따라서 상기와 같은 문제점을 예방할 수 있게 되는 것이다.
션트 트립부()에는 MCU(110)로부터 수신한 션트 트립 제어신호를 수신하여 액추에이터를 작동시키는 션트 트립 회로와 션트 트립 회로로부터 수신한 구동신호를 기초로 동작하여 발전기 스위치(130)의 접점을 강제로 오프시키는 액추에이터로 구성될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 의한 고압 및 저압용 병렬 운전 배전반(100)에 있어서, 상용전원의 전압값이 제1 기준전압값보다 작아서 타이머가 구동되고 있는 상태에서 상용전원이 복전되어서 상용전원의 전압값이 제1 기준전압값보다 큰 값으로 검출된 경우, 현재 상용전원의 전원라인에 연결된 부하(L)를 발전기(G)로 절환할 것인지 아니면 상용전원을 그대로 이용할지를 선택할 수 있는 순시동작 스위치(164)가 더 포함되어서 구성되는 것을 특징으로 한다.
즉, 발전기(G)에서 부하를 받아들일 준비가 갖추어지기 전에 상용전원이 복귀하게 경우, 사용자는 순시동작 선택 스위치에 구비된 발전기 선택 버튼을 눌러서 발전기(G)로의 절환을 수행하여 발전기 전력을 부하로 공급할 것인지, 또는 상용전원 선택 버튼을 눌러서 발전기(G)로의 절환을 취소하고 복귀된 상용전원을 그대로 전력으로서 할 것인지를 선택할 수 있는 것이다.
다음은 상기와 같은 구성을 가지는 본 발명의 일 실시예에 의한 고압 및 저압용 병렬 운전 배전반(100)에 의한 병렬 운전 방법에 대하여 기술한다.
설정부(162)를 통해서 기준전압값을 설정하고, 타이머 구동시간인 설정시간을 설정하여 시스템을 미리 세팅해 둔다.
먼저 정전 시의 병렬 운전 방법에 대해서 설명한다. 상용전원이 정전된 경우 발전기 전원으로 병렬 운전하면서 절환되는 경우이다.
상용전원 전압 측정부(142)와 발전기 전압 측정부(144)는 상용전원 전원라인과 발전기 전원라인에서 전압을 측정하고, MCU(110)는 각 전압 측정부(142, 144)에서 측정한 전압값을 읽어 들인다(S210).
MCU(110)는 읽어들인 상용전원의 현재 전압값과 내부의 기준전압값 저장부에 저장된 제1 기준전압값을 리드하여 비교한다(S212).
상기 비교 판단에 의해서 상용전원의 현재 전압값이 제1 기준전압값보다 작은 경우에는 내부에 구비된 타이머를 구동한다(S214).
타이머를 구동하고 타이머 경과 시간이 제1 설정시간(예컨대 3 초) 경과될 때까지 기다리고, 제1 설정시간이 경과한 후에도 현재 전압값이 제1 기준전압값보다 작은 경우에는(S216), MCU(110)는 발전기 기동 제어신호를 출력한다(S218).
이때, 상용전원의 전압이 제1 기준전압값보다 작은 경우 곧바로 발전기를 기동하지 않고 제1 설정시간 동안 기다렸다가 그럼에도 불구하고 전압이 제1 기준전압값 이상으로 올라오지 않는 경우에만 발전기를 기동시킨다.
예컨대 순간정전과 같이 매우 짧은 시간에 다시 복전되는 경우에는 발전기의 기동 없이 상용전원의 전원라인을 그대로 유지하여 전력을 공급하는 것이 전력 소모량을 줄일 수 있는 이점이 있기 때문이다.
즉, 위의 MCU의 타임 딜레이 기능은 상용전원의 순간정전을 무효처리하고 발전기로의 전력 공급 절체 및 발전기 기동 제어신호의 출력을 지연하고자 하는 기능이다.
상기 MCU(110)로부터 발전기 기동 제어신호를 수신한 발전기(G)는 구동한다(S220).
이때 발전기가 구동하여서 전압이 상승하는 경우의 부하 로딩 제어방법에 대하여 상술한다.
정전이 발생하여 발전기(G)에서 부하(L)로의 전력을 공급하는 로딩 시에, MCU(110)는 점차적으로 증가하는 펄스폭 제어신호를 발전기(G)의 가버너로 출력하여 발전기(G) 내에 있는 가버너의 속도를 점진적으로 증가시킴으로써 발전기의 출력을 점차적으로 증가시키면서 로딩 제어한다(S222).
이에 의하면, 부하(L) 로딩 시의 절환에 의한 충격을 예방하여 안정적인 부하 이동이 가능하다는 이점이 있다.
다음으로 발전기 전압 측정부(144)는 발전기의 전원공급라인의 전압을 측정하고 MCU(110)의 발전기 전압 측정부(144)가 측정한 전압을 검출한다(S224).
그리고, MCU(110)는 현재의 발전기 전압과 기준전압값 저장부에 저장된 제2 기준전압값의 값을 비교한 후에 현재 발전기 전압이 제2 기준전압값에 도달하는지를 판단한다(S226).
현재 발전기 전압이 제2 기준전압값에 도달한 경우에는 MCU(110)는 타이머를 구동한다(S228).
타이머 구동 후에 설정된 시간(제2 설정시간, 예컨대 10 초)이 경과하는지를 판단하고, 제2 설정시간 경과 후에도 발전기 전압이 제2 기준전압값 이상을 유지하고 있는지를 판단한다(S230).
제2 설정시간 경과하는 동안에도 발전기 전압이 제2 기준전압값 이상을 유지하는 경우(S228), MCU(110)는 발전기 스위치(130)를 스위칭 온(CLOSE)하기 위한 온 스위칭 제어신호를 발전기 스위치(130)로 출력한다.
MCU(110)로부터 스위칭 온 제어신호를 수신한 발전기 스위치(130)는 스위칭 온된다(S232).
이때, 상용전원 스위치(120) 역시 닫힌 상태(스위칭 온 상태)이므로 발전기 전력과 상용전원 전력이 모두 부하(L)로 전력을 공급하는 병렬 운전이 수행된다.
상기와 같은 병렬 운전시에 상용전원의 전력과 발전기 전력을 동기화 과정이 수행되는데 본 발명의 일 실시예에서는 MCU(110)에서 발전기(G)로 전압 및 주파수 제어를 통해서 동기화하는데 이에 대해서 설명한다.
상기 MCU(110)는, 발전기(G)의 가버너로 속도 제어신호전압신호를 출력하여 발전기 내에 있는 가버너의 속도 제어를 통해서 주파수 제어를 수행하고, 발전기 내에 있는 AVR로 주파수 제어신호를 출력하여 발전기의 AVR을 제어하여 전압 제어를 수행하여, 상용전원과 발전기의 전압값과 주파수의 위상을 동기화시킨다.
이에 의하면, 발전기의 가버너와 AVR의 제어를 통해서 주파수 및 전압을 제어하므로 빠른 속도로 동기화가 가능하여 신속한 절환이 가능하다는 이점이 있다.
이러한 병렬 운전 시간은 설정된 사이클(예컨대 5 사이클로서, 또는 100 ms) 동안 수행되는지를 판단하고, 설정된 사이클이 경과하면(S332) 병렬운전을 종료하기 위해서 상용전원 스위치(120)를 오프하기 위한 스위칭 오프 제어신호를 상용전원 스위치(120)로 출력한다.
MCU(110)로부터 스위칭 오프 제어신호를 수신한 상용전원 스위치(120)는 오프되어서(S236) 부하(L)로의 전원공급이 중단되고, 발전기 전력만이 부하(L)로 공급된다.
상기와 같은 과정으로 상용전원의 전력 공급이 중단된 경우에 발전기(G)를 기동시켜서 일정 전압 이상으로 올린 후에 발전기(G)와 상용전원을 병렬 운전하고 소정 사이클 진행 후에 발전기(G) 전력만을 부하(L)로 공급한다.
이제 상기와 같은 과정으로 부하(L)로 발전기(G) 전력을 공급하는 도중에 상용전원이 복전되는 경우 발전기(G) 전력 공급을 중단하고 상용전원의 전력을 다시 공급하는 과정에 대해서 기술한다.
상용전원 전압 측정부(142)가 측정한 전압신호를 MCU(110)의 상용전안 전압 검출부가 읽어들인다(S310).
MCU(110)가 검출한 상용전원의 현재 전압값이 제3 기준 전압갑에 도달했는지를 판단하고(S312), 제3 기준전압값에 도달한 경우에는 타이머를 구동한다(S314).
MCU(110)는 타이머의 설정된 구동시간(제3 설정시간) 동안에도 상용전원 전압값이 제3 기준전압값 이상을 유지하고 있는 경우(S316), 상용전원 스위치(120)로 스위칭 온 제어신호를 출력한다.
만약, 제3 설정시간 동안 타이머가 동작 중에 발전기 전원이 오프되는 경우(즉 발전기 전원이 정전되는 경우) 타이머 동작을 자동으로 취소하고 바로 상용전원으로의 전력공급이 되도록 하여 곧바로 하기하는 S318 단계가 수행된다.
MCU(110)로부터 스위칭 온 제어신호를 수신한 상용전원 스위치(120)는 스위칭 온되어서 클로즈(CLOSE)된다(S318).
상기와 같이 상용전원 스위치(120)가 스위칭 온되면서 상용전원의 전력이 전력라인을 통해서 부하(L)로 공급된다.
따라서, 이 경우에는 기존의 발전기(G)가 공급하는 전력과 상용전원이 공급하는 전력이 병렬로 운전되는 병렬 운전 모드가 수행되는데, 설정된 사이클(예컨대 5 사이클)동안 병렬 운전이 수행된다(S320).
복전 시의 병렬 운전에서도 동기화가 필요한데, 이는 정전 시의 동기화와 동일한 방법으로 수행된다.
즉, 발전기(G)의 가버너로 속도 제어신호전압신호를 출력하여 발전기 내에 있는 가버너의 속도 제어를 통해서 주파수 제어를 수행하고, 발전기 내에 있는 AVR로 주파수 제어신호를 출력하여 발전기의 AVR을 제어하여 전압 제어를 수행한다.
그리고, 설정된 사이클(상기 예의 5 사이클)이 경과한 경우에는 발전기의 기동을 정지하기 위한 과정이 수행된다(S320).
즉, 복전 시에 발전기(G) 전력의 부하(L)를 언로딩(unloading)하는 경우에는 발전기(G)의 회전속도를 점차적을 낮추기 위해서 MCU(110)는 점차적으로 감소하는 펄스폭 제어신호를 발전기(G)의 가버너로 출력하여 발전기의 출력을 점차적으로 감소시키면서 언로딩 제어하는 과정이 수행된다(S322).
발전기(G) 내의 가버너의 속도 제어를 통해서 언로딩을 부드럽게 제어하는 상기와 같은 구성에 의하면 부하(L) 언로딩 시에 절환에 의한 충격을 주지 않으므로 안정적인 부하 이동이 가능하다는 이점이 있다.
이후, MCU(110)는 설정된 사이클(예컨대 5 사이클)이 경과한 경우(S320), 발전기 스위치(130)를 개방(OPEN)하기 위한 스위칭 오프 제어신호를 출력한다.
MCU(110)로부터 스위칭 오프 제어신호를 수신한 발전기 스위치(130)는 개방되고(S324), 발전기(G)에서 부하(L)로 공급되는 발전기 전력은 공급되지 않는다.
이후 MCU(110)는 다시 타이머를 구동하고(S326), 설정된 구동시간(제4 설정시간) 동안 상용전원 전압값이 제3 기준전압값 이상을 유지하고 있다고 판단한 경우(S328), 발전기의 운전을 정지하기 위한 발전기 정지신호를 출력한다(S330).
MCU(110)로부터 발전기 정지신호를 수신한 발전기(G)는 운전을 완전히 멈춘다(S332).
이와 같이 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 살펴보았으며, 앞서 설명된 실시예 이외에도 본 발명이 그 취지나 범주에서 벗어남이 없이 다른 특정 형태로 구체화될 수 있다는 사실은 해당 기술분야에 있어 통상의 지식을 가진 자에게는 자명한 것이다.
그러므로, 상술된 실시예는 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 여겨져야 하며, 이에 따라 본 발명은 상술한 설명에 한정되지 않고 첨부된 청구항의 범주 및 그 동등 범위 내에서 변경될 수 있다.
100 : 본 발명에 의한 고압 및 저압용 병렬 운전 배전반
110 : MCU 162 : 설정부
164 : 순시동작 스위치 120 : 상용전원 스위치
130 : 발전기 스위치 142 : 상용전원 전압 측정부
144 : 발전기 전압 측정부 150 : 션트 트립부
G : 발전기 L : 부하

Claims (4)

  1. 상용전원에서 부하(L)로 공급되는 전력의 전압을 측정하는 상용전원 전압 측정부(142);
    발전기(G)에서 부하로 공급되는 전력의 전압을 측정하는 발전기 전압 측정부(144);
    상용전원과 부하(L) 사이에 연결되고, MCU(110)에서 출력되는 스위칭 온오프 제어신호에 따라서 스위칭 동작하여 상용전원에서 부하로의 전력 공급을 단속하는 상용전원 스위치(120);
    발전기(G)와 부하(L) 사이에 연결되고, MCU(110)에서 출력되는 스위칭 온오프 제어신호에 따라서 스위칭 동작하여 발전기(G)에서 부하로의 전력 공급을 단속하는 발전기 스위치(130);
    상기 상용전원 전압 측정부(142)와 발전기 전압 측정부(144)에 의해서 측정한 값을 기초로 상용전원에서 공급되는 전력의 현재 전압값과 발전기(G)에서 공급되는 전력의 현재 전압값을 검출하고,
    상용전원과 발전기의 현재 전압값과 내부 메모리에 기 저장된 기준전압값의 비교를 기초로 상기 상용전원 스위치(120)와 발전기 스위치(130)의 스위칭 동작을 제어 하되, 상용전원에서 부하(L)로 전력이 정상적으로 공급되는 상태에서 상용전원의 현재 전압값이 내부에 기저장된 제1 기준전압값보다 작은 경우에는 발전기(G)를 운전하기 위한 발전기 기동 제어신호를 발전기(G)로 출력하고, 상기 발전기 기동 제어신호에 의해서 운전하는 발전기(G)의 현재 전압값이 제2 기준전압값 이상인 경우에는 상기 발전기 스위치(130)를 스위칭 온하기 위한 스위칭 온 제어신호를 상기 발전기 스위치(130)로 출력하여 발전기(G)의 전력이 부하(L)로 공급되도록 하며, 발전기(G)의 운전과 상용전원의 전원공급을 설정된 시간 동안 정전 병렬 운전한 후에 상기 상용전원 스위치(120)를 개방하기 위한 스위칭 오프 제어신호를 상기 상용전원 스위치(120)로 출력하며,
    정전에 의해서 상용전원의 전력 공급이 중단되고 발전기(G)의 전력이 부하(L)로 공급되고 있는 상태에서, 상용전원의 현재 전압이 제3 기준전압값에 도달한 경우에는 상용전원을 닫힘(CLOSE) 작동하기 위한 스위칭 온 제어신호를 상기 상용전원 스위치(120)로 출력하고, 발전기(G)의 운전과 상용전원의 전원공급을 설정된 시간 동안 복전 병렬 운전한 후에 상기 발전기 스위치(130)를 개방하기 위한 스위칭 오프 제어신호를 상기 발전기 스위치(130)로 출력하고, 상기 발전기 스위치(130)로 스위칭 오프 제어신호를 출력한 후에 발전기의 운전을 정지하기 위한 발전기 운전 정지신호를 발전기(G)로 출력하는 MCU(110)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 고압 및 저압용 병렬 운전 배전반.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 MCU(110)는,
    제1 설정시간 동안 상용전원의 현재 전압값이 제1 기준전압값보다 작은 경우에 한하여 상기 발전기(G)로 발전기 기동 제어신호를 출력하고,
    상기 발전기(G)의 전력을 부하(L)로 공급하고 있는 상태에서, 제3 설정시간 동안 상용전원의 현재 전압값이 제3 기준전압값 이상인 경우에 한하여 상용전원 스위치를 온하기 위한 스위칭 온 제어신호를 상용전원 스위치(120)로 출력하고 발전기 운전 정지신호를 발전기(G)로 출력하는 것을 특징으로 하는 고압 및 저압용 병렬 운전 배전반.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 MCU(110)는,
    발전기(G) 내에 구비된 가버너로 속도 제어신호를 출력하여 발전기 내에 있는 가버너의 속도 제어를 통해서 주파수 제어를 수행하고, 발전기 내에 있는 AVR(Auto Voltage Regulator)로 주파수 제어신호를 출력하여 발전기의 AVR을 제어하여 전압 제어를 수행하는 것을 특징으로 하고,
    점차적으로 증가하는 펄스폭 제어신호를 발전기(G)의 가버너로 출력하여 발전기의 출력을 점차적으로 증가시키면서 로딩 제어하고,
    발전기(G) 전력의 부하(L) 언로딩(unloading) 시에는 점차적으로 감소하는 펄스폭 제어신호를 발전기(G)의 가버너로 출력하여 발전기의 출력을 점차적으로 감소시키면서 언로딩 제어하는 것을 특징으로 하는 고압 및 저압용 병렬 운전 배전반.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 MCU(110)는 상기 발전기 스위치(130)로 스위칭 오프 제어신호를 출력한 후에 상기 발전기 전압 측정부(144)에서 측정한 값을 기초로 발전기(G) 전원라인의 전압값이 설정값 이상을 유지하는 경우에는 상기 발전기 스위치(130)가 스위칭 오프되지 않았다고 판단하여 션트 트립부(150)로 강제 트립 제어신호를 출력하고,
    상기 MCU(110)로부터 수신한 션트 트립 제어신호를 기초로 상기 발전기 스위치(130)의 스위치를 강제로 오프시키는 션트 트립부(150)가 더 포함되어서 구성되는 것을 특징으로 하는 고압 및 저압용 병렬 운전 배전반.
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