KR101514828B1 - 고조파 저감 및 대기전력 차단 기능을 가진 절전장치 - Google Patents

고조파 저감 및 대기전력 차단 기능을 가진 절전장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전력 공급시에는 전력 수용가 내부에서의 공급 전력 라인별 고조파 발생의 전파와 전달을 방지하여 전력의 품질을 향상시키고 효율성을 높이는 기능과 동시에 대기전력을 저감하기 위해 자동으로 전력공급 차단 및 해제를 하는 기능을 가져 고효율을 가져오고 전력 소비를 절감하는 절전 장치에 관한 것이다.

Description

고조파 저감 및 대기전력 차단 기능을 가진 절전장치 {a power saving equipment having function of reducting high harmonics and blocking standby power}
본 발명은 고조파 저감 및 대기전력 차단 기능을 가지는 절전 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전력 수용가에서 사용하는 각각의 전기 부하에 대해 부하로 인해 발생하는 고조파의 전달과 전파를 방지하는 고조파 필터를 각 부하에 연결되는 배선에 설치하며 동시에 각 부하의 전력 사용 패턴에 따라 대기전력을 자동으로 차단하거나 재공급하여 전력 사용의 효율성을 극대화하는 장치에 관한 것이다.
최근전력변환장치 사용의 급증으로 인해 고조파 발생부하가 급증하고 있다. 즉, 인버터 승강기, 인버터 이용 급수 시스템 등과 같은 인버터 응용 모터 제어 시스템, 각종 공조 기기의 빈번한 온도 제어, 콘덴서 입력형 정류회로 응용 가전기기, 고주파 응용 가열기기 등의 이용에 의해 정현파 전력에 대해 현저하게 왜곡된 전력이 흐르게 된다. 또한 이러한 왜곡된 전력은 하나의 배선망을 통해 수용가의 내부로 전달, 전파되고 심지어 한전 공급라인으로의 전파현상까지 발생한다. [조명전기설비학회논문집 제 15권 제2호, 2001년3월, 아파트 전기설비에서의 고조파 실태 분석연구 참조] 이러한 고조파의 발생은 각종 전기기기의 효율을 떨어뜨리고, 제품에 악영향을 미치게 되는데, 이를 방지하기 위해서는 인입선에서의 고조파 필터링과 아울러 수용가 내부에서의 기기 상호간의 고조파 전파를 막는 필터링 등이 필요하다. 향후 전기기기의 대용량화, 다양화에 따라 이러한 고조파 대책은 전기에너지 에서 중요한 문제로 대두되고 있다.
본 발명에 의하면 인입선에 설치된 고조파 필터가 수용가 내부의 배선 라인에 각각 별도로 연결되어 상호간의 고조파 전파와 전달을 근본적으로 차폐할 수 있다. 또한, 2008년 국제에너지기구(IEA)의 발표에 의하면 OECD회원국들은 가구당 전력 소비량의 약 10%인 60W를 대기전력으로 낭비하고 있으며, 향후 20년간 약 5.8%의 대기전력량이 증가할 것이고 2020년에는 한 가구당 전체 전력량의 25% 가량을 대기 전력으로 소비할 것으로 전망하고 있다. [한국산학기술학회, 2011년 추계학술발표논문집, 사용자별 기기 사용패턴에 따른 대기전력 컨트롤러의 설계]
이러한 대기전력의 제어는 반드시 필요한 과제인데, 대기전력의 차단은 사용자의 개입 없이 자동으로 이루어질 수 있으나, 재연결시에는 수동으로 이루어져야 되므로사용자들에게 많은 불편함을 가져다주었다. 본 발명에 의하면 대기전력의 차단 및 해제시 사용자가 의식하지 않은 상태에서 자동으로 전력공급 차단 및 해제(재연결)를 수행하는 방식으로 설계되어 있어 사용자의 편의성과 효율성이 한층 높아지게 된다.
본 발명 목적은 전력 수용가 내부에서의 공급 전력 라인별 고조파 발생의 전파와 전달을 방지하는 기능을 가지게 함과 동시에 대기전력을 저감하기 위해 자동으로 전력공급 차단 및 해제를 하는 기능을 가져 전력 효율 상승을 가져오며 전력 소비를 절감하는 장치를 제공하는 데 있다.
상기의 과제를 해결하기 위해서 본 발명은, 전력 수용가 내부의 공급 전력 라인별 상호간의 고조파의 전파와 전달을 방지하는 다수의 필터 구조와 각 부하별 전력 사용 패턴에 따라 대기전력임을 판단하는 제어부, 대기전력 상태 여부를 감지하는 센서부, 제어부의 무선 명령에 의해 공급라인의 전력을 차단하는 대기전력 차단부, 대기전력 차단 해제를 판단하는 제어부, 제어부의 무선 명령에 의해 공급라인의 전력 차단을 해제하는 대기전력 차단 해제 장치를 제공한다.
본 발명에 따르면 전력 수용가에서 사용하는 전기기기의 공급 전력 라인간의 고조파의 전달과 전파가 방지되고, 사용자의 전력 사용 패턴에 따라 대기 전력 상태 여부를 판단하여 공급 라인의 대기전력을 별도로 차단과 재공급을 결정하여 편의성과 효율성을 동시에 추구하는데 많은 기여를 하여 절전 효과가 발생한다.
도 1은 현재의 수용가의 전력 공급구조도와 이때의 고조파 전달 개념도이다.
도 2는 본 발명에 사용된 고조파 전달 차단 개념도이다.
도 3은 본 발명에 사용된 고조파 필터 개념도이다.
도 4는 본 발명에 사용된 대기전력 차단장치 개념도이다.
도 5는 본 발명에 사용된 대기전력 차단 판단 논리 구조도와 센서부를 나타낸 그림이다.
도 6은 본 발명에 사용된 고조파 저감 기능과 대기전력 차단 기능을 동시에 가지는 복합 절전장치를 나타낸 그림이다.
(1) 먼저, 도 1을 참조하여 본 발명의 주요 내용을 설명한다. 도 1은 본 발명의 대상인 전력 수용가의 전력 공급 라인의 구성도이다. 현재 주차단기(사진으로 나타난 부분)를 통해 공급되는 전력 라인은 부하의 특성별로 다수의 차단기로 나누어지며, 차단기 후단에는 각각의 부하가 병렬로 존재한다. 각각의 부하는 부하 특성에 의한 고조파를 발생시키며, 하나의 부하에서 발생한 고조파는 같은 전력 공급 라인에 연결된 다른 부하 측에 고조파를 전파, 전달하게 된다. 또한, 주 차단기를 통해서도 각 하부 차단기를 통해 올라오는 고조파가 섞여, 상호간에 고조파가 영향을 주고 효율성을 떨어뜨리며, 전기 기기 간에 나쁜 영향을 주고 받게 된다. 도1의 청색은 전력 공급 흐름을, 적색은 고조파의 전달 흐름을 보여준다.
(2) 도 2는 주 차단기 이후에 각 차단기 전단 또는 후단에 전력 공급 라인 별로 고조파 필터를 직렬로 연결하는 본 발명의 고조파 저감 연결 방법에 대한 개념도와 이 연결을 통해 고조파 영향이 없어지는 부분에 대한 개념도이다. 고조파 필터를 연결해 각 라인별로 고조파가 섞이지 않도록 연결한다. 또한 추가적으로 소용량 고조파 필터를 각 말단 부하마다 설치하게 되면 각 말단 부하끼리의 고조파 영향에 대한 제거도 가능하다.
(3) 도 3은 본 발명에서 사용하는 고조파 필터의 구성도이다. 입력 임피던스는 최소화하며, 출력 임피던스는 최대화하고 또한 임피던스 매칭을 하며, 고조파 필터링 주파수의 조정을 위해, 저항, 인덕터, 콘덴서 소자를 직렬, 병렬로 연결하여 고조파 필터를 구성한다.
(4) 도 4는 본 발명의 대기전력 차단장치의 개념도이다.
논리 구조를 가진 Processor에 계측 모듈의 전기 계측값과 센서 모듈의 센서 측정값, 통신 모듈의 통신 신호값을 입력 데이터로 하며, 이 데이터와 사용자의 전력사용 기본특성 데이터(최소전력 사용량 등), 사용자의 움직임 데이터(움직임 정지 최대시간 등)를 근간으로 대기전력 차단 여부를 결정하여, 차단과 차단 해제를 결정한다.
(5) 도 5는 본 발명의 대기전력 차단 판단 논리구조도이다.
별도 제공의 대기전력 차단/ 해제 리모콘을 이용하여, 대기전력 차단을 시행하면(대기전력 OFF 리모콘 신호), 계측 모듈로부터 전기 계측값을 입력 받아, 사용자가 기설정한 일정 시간 간격으로 기준 최소 전력 소모량 이하여부를 확인하고 기준 이하인 경우, 전력 라인의 스위치를 래치 릴레이를 이용해 차단한다. 또한, 대기전력 차단 해제의 경우에도, 인체의 움직임이 감지 안되고, 기준 이하로 전력소모가 일어나고 집안에서 통신신호가 없을 경우, 전력 수요가 없는 것으로 판단해 대기전력을 자동으로 차단한다. 대기전력 차단시에는 가스 차단 등에 이용되는 일정 신호와 전력을 제공해, 기타 부재중일 경우의 사용상 편리함도 얻을 수 있다.
반대로, 대기전력 차단장치에 부착된 인체감지 센서 모듈을 통해 인체의 움직임이 감지되거나, 출입에 의해 기준이상의 전력 소모가 발생하거나, 집안의 통신신호(각종 리모콘 전파, 컴퓨터 통신 데이터, 휴대폰의 통신 데이터 등)이 감지될 경우 대기전력 차단을 해제하고 전력을 공급한다.
모든 판단의 기준이 되는 계측값과 센서값 등은 프로세서에 입력이 가능하며, 사용자의 전력 사용 패턴으로 인식하여, 다른 사용 패턴에 대해서는 다른 전력 차단 방식이 이루어질 수 있도록 판단한다.
(6) 도 6은 본 발명의 고조파 필터링과 대기전력 차단 장치 전체 시스템의 구조도이다.
부호없음

Claims (16)

  1. 주 전원을 차단하는 주 차단기;
    주 차단기 이후의 적어도 하나의 차단기 전단 및 후단에 설치되어 상기 차단기 간 고조파 영향을 없애는 고조파 필터; 및
    상기 주차단기와 상기 고조파 필터 사이에 계측 모듈의 전기 계측값, 센서 모듈의 측정값, 통신 모듈의 통신 신호값, 사용자의 전력사용 기본 특성 데이터, 및 사용자의 움직임 데이터를 근간으로 대기전력 차단 여부를 결정하여 차단과 해제를 결정하는 프로세서;를 포함하고,
    상기 고조파 필터는 입력 임피던스를 최소화하고 출력 임피던스를 최대화하고 임피던스 매칭하며 저항, 인덕터, 콘덴서 중 적어도 어느 하나를 직렬 또는 병렬로 구성하여 주파수를 조정하는 것을 특징으로 하는 고조파 저감 및 대기전력 차단 기능을 가진 절전장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 고조파 필터는, 상기 차단기 후단에 설치되어 각 말단 부하간 고조파 영향을 줄이는 소용량 고조파 필터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고조파 저감 및 대기전력 차단 기능을 가진 절전장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 사용자의 전력 사용 기본특성 데이터는, 최소전력 사용량을 포함하는 것을 특징으로 하는 고조파 저감 및 대기전력 차단 기능을 가진 절전장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 사용자의 움직임 데이터는, 움직임 정지 최대시간을 포함하는 것을 특징으로 하는 고조파 저감 및 대기전력 차단 기능을 가진 절전장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 대기 전력의 상기 차단과 상기 해제는 리모콘을 이용하는 것을 특징으로 하는 고조파 저감 및 대기전력 차단 기능을 가진 절전장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 차단은, 상기 전기 계측값을 입력받아 사용자가 기설정한 일정 시간 간격으로 기준 최소 전력 소모량 이하여부를 확인하고 기준 이하인 경우, 전력 라인의 스위치를 래치 릴레이를 이용해 대기 전력을 차단하고, 인체의 움직임이 감지 안되고, 기준 이하로 전력소모가 일어나고, 집안에서 통신신호가 없을 경우 중 적어도 어느 하나의 경우에 대해 자동으로 대기 전력을 차단하며, 가스차단 등에 이용되는 일정 신호와 전력을 추가로 제공하는 것을 특징으로 하는 고조파 저감 및 대기전력 차단 기능을 가진 절전장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 해제는, 대기전력 차단장치에 부착된 인체감지 센서 모듈을 통해 인체의 움직임이 감지되거나, 출입에 의해 기준이상의 전력 소모가 발생하거나, 집안의 통신신호가 감지될 경우 대기전력 차단을 해제하고 전력을 공급하는 것을 특징으로 하는 고조파 저감 및 대기전력 차단 기능을 가진 절전장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 집안의 통신신호는 각종 리모콘 전파, 컴퓨터 통신 데이터, 및 휴대폰의 통신 데이터 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 고조파 저감 및 대기전력 차단 기능을 가진 절전장치.
  9. 주 전원을 차단하는 주 차단기; 및
    주 차단기 이후의 적어도 하나의 차단기 전단 및 후단에 설치되어 상기 차단기 간 고조파 영향을 없애는 고조파 필터;를 포함하고,
    상기 고조파 필터는 입력 임피던스를 최소화하고 출력 임피던스를 최대화하고 임피던스 매칭하며 저항, 인덕터, 콘덴서 중 적어도 어느 하나를 직렬 또는 병렬로 구성하여 주파수를 조정하는 것을 특징으로 하는 고조파 저감 및 대기전력 차단 기능을 가진 절전장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 고조파 필터는, 상기 차단기 후단에 설치되어 각 말단 부하간 고조파 영향을 줄이는 소용량 고조파 필터;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고조파 저감 및 대기전력 차단 기능을 가진 절전장치.
  11. 계측 모듈의 전기 계측값, 센서 모듈의 측정값, 통신 모듈의 통신 신호값, 사용자의 전력사용 기본 특성 데이터, 및 사용자의 움직임 데이터를 근간으로 대기전력 차단 여부를 결정하여 차단과 해제를 결정하는 프로세서;를 포함하고,
    상기 사용자의 전력 사용 기본특성 데이터는 최소전력 사용량을 포함하고,
    상기 사용자의 움직임 데이터는 움직임 정지 최대시간을 포함하고,
    상기 대기 전력의 상기 차단과 상기 해제는 리모콘을 이용하는 것을 특징으로 하는 고조파 저감 및 대기전력 차단 기능을 가진 절전장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 차단은, 상기 전기 계측값을 입력받아 사용자가 기설정한 일정 시간 간격으로 기준 최소 전력 소모량 이하여부를 확인하고 기준 이하인 경우, 전력 라인의 스위치를 래치 릴레이를 이용해 대기 전력을 차단하는 것을 특징으로 하는 고조파 저감 및 대기전력 차단 기능을 가진 절전장치.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 차단은, 인체의 움직임이 감지 안되고, 기준 이하로 전력소모가 일어나고, 집안에서 통신신호가 없을 경우 중 적어도 어느 하나의 경우에 대해 자동으로 대기 전력을 차단하는 것을 특징으로 하는 고조파 저감 및 대기전력 차단 기능을 가진 절전장치.
  14. 제 11 항에 있어서,
    상기 차단은, 가스차단 등에 이용되는 일정 신호와 전력을 추가로 제공하는 것을 특징으로 하는 고조파 저감 및 대기전력 차단 기능을 가진 절전장치.
  15. 제 11 항에 있어서,
    상기 해제는, 대기전력 차단장치에 부착된 인체감지 센서 모듈을 통해 인체의 움직임이 감지되거나, 출입에 의해 기준이상의 전력 소모가 발생하거나, 집안의 통신신호가 감지될 경우 대기전력 차단을 해제하고 전력을 공급하는 것을 특징으로 하는 고조파 저감 및 대기전력 차단 기능을 가진 절전장치.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 집안의 통신신호는 각종 리모콘 전파, 컴퓨터 통신 데이터, 및 휴대폰의 통신 데이터 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 고조파 저감 및 대기전력 차단 기능을 가진 절전장치.
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