KR101517223B1 - 배선용 차단장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 배선용 차단장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 태양전지모듈을 포함하는 분산전원으로부터 발전된 전력을 상용전력계통으로 송전할 수 있도록 상기 분산전원과 상기 상용전력계통을 서로 연결하는 송전선로상에 적어도 하나 설치되어 상기 송전선로에 이상상태 발생시 상기 송전선로를 차단하고, 차단신호를 출력하도록 된 배선차단유닛과; 상기 배선차단유닛과 연결되어 상기 배선차단유닛으로부터 출력된 상기 차단신호가 수신되면 사용자에게 상기 송전선로가 차단되었음을 알리도록 된 알람유닛;을 구비한다.
본 발명에 따른 배선용 차단장치는 상용전력계통에 이상 상태가 발생하거나 분산전원계통 측에 이상이 발생하는 경우에, 상용전력계통과 연계되어 운전중인 분산전원을 상용전력계통으로부터 신속하게 분리함으로써 상용전력계통 및 분산전원계통 측에서 발생할 수 있는 사고를 미연에 예방할 수 있는 장점이 있다.
또한, 기존의 상용전력계통에 이상 상태가 발생하여 상용전력계통과 연계되어 운전중인 분산전원이 상용전력계통으로부터 분리되는 경우 상용전력계통과 분산전원이 서로 분리된 상태임을 관리자 또는 사용자에게 즉시 알려줌으로써 신속한 조치를 가능하게 하는 장점이 있다.

Description

배선용 차단장치{Molded Case Circuit Breaker}

본 발명은 배선용 차단장치에 관한 것으로서, 상세하게는 수용가에 설치된 태양광발전설비와 같은 분산전원이 기존의 상용전력계통과 연계하여 운전되는 도중에 상용전력계통의 또는 분산전원 측의 고장이나 이상상태 등의 이유로 상용전력계통으로부터 분산전원을 분리 및 이를 관리자 또는 사용자에게 알려 줄 수 있도록 된 배선용 차단장치에 관한 것이다.

대용량 발전과 송/변전 시스템을 통한 전력공급방식인 집중발전시스템은 규모의 경제측면에서 유리하여 현재까지 일반적인 전력공급 시스템이 되어왔는데 기술의 발전으로 인해 고효율의 전력생산 기기설계 및 제조기술이 진보되어 왔고 다양한 요구에 의해 중소규모의 분산전원 발전시스템이 경제성을 가지게 되었다.

또한, 화석연료가 고갈되므로 태양광, 풍력, 조력 등을 이용한 신재생에너지에 대한 집중적인 연구가 진행되고 있는데 신재생 에너지로부터 얻은 전력은 대다수가 분산전원에 속하므로 분산전원에 대한 관심이 점차 고조되고 있다.

분산전원의 활용은 섬, 산간지역 등의 고립지역에도 효과적인 전력공급 방식이긴 하지만 기존의 전력계통에 접속하여 계통으로부터 전력을 일부 공급받거나 발전된 전력을 판매할 수도 있다.

분산전원을 상용전력계통에 접속할 때 기술적으로 극복해야 할 분야 중 하나는 급전선에 낙뢰, 지락, 혼촉 등으로 인하여 상용전력계통에 이상이 발생했을 때라든가 선로의 점검을 위해 상위 변전소에서 선로를 개방했을 경우, 동일 모선에 연결된 분산전원은 단시간 내에 계통으로부터 분리되어야 하는데 이는 고장 선로에 직렬로 연결된 리클로우저(Recloser)의 안정적인 동작을 확보해 주도록 하는 것뿐만 아니라 선로 점검에 투입된 작업자의 안전을 보장하기 위함이다.

종래의 계통연계 전력공급 시스템은 차단기와 복수 개의 개폐기를 설치하고, 계통연계 또는 고장사고 발생시 차단기의 개방과 전류투입을 반복적으로 실시하여 계통연계 또는 고장구간을 분리하였다.

그러나, 종래의 계통연계 전력공급 시스템에서는, 고장사고 발생시 사용자 또는 관리자가 이를 인지한 후 차단기를 수동으로 직접 개방과 투입을 반복적으로 실시하여 고장구간을 분리해야 하기 때문에 고장사고 발생시 실시간으로 대응할 수 없고, 대응 속도가 늦은 단점이 있다. 또한, 관리자가 직접 차단기를 조작해야 하기 때문에 항상 관리자가 고장사고를 실시간으로 감시해야 하는 불편함이 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제를 해결하기 위한 것으로서, 기존의 상용전력계통에 이상 상태가 발생하여 상용전력계통과 연계되어 운전중인 분산전원이 상용전력계통과 분리 및 차단되는 경우 이를 사용자에게 알려줄 수 있도록 하여 신속한 조치를 가능하게 배선용 차단장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 배선용 차단장치는 태양전지모듈을 포함하는 분산전원으로부터 발전된 전력을 상용전력계통으로 송전할 수 있도록 상기 분산전원과 상기 상용전력계통을 서로 연결하는 송전선로상에 적어도 하나 설치되어 상기 송전선로에 이상상태 발생시 상기 송전선로를 차단하고, 차단신호를 출력하도록 된 배선차단유닛과; 상기 배선차단유닛과 연결되어 상기 배선차단유닛으로부터 출력된 상기 차단신호가 수신되면 사용자에게 상기 송전선로가 차단되었음을 알리도록 된 알람유닛;을 구비하는 것을 특징으로 한다.

상기 알람유닛은 타이머릴레이와, 상기 타이머릴레이에 전원 인가시 설정된 듀티 사이클에 따라 작동 온 및 오프되고 상기 타이머릴레이에 전원 미인가시 작동 오프 상태로 유지되는 버저 및 경고램프와, 상기 배선차단유닛으로부터 상기 차단신호가 수신되기 이전에는 상기 타이머릴레이로 전원이 인가되지 않도록 하고 상기 배선차단유닛으로부터 상기 차단신호가 수신되면 상기 타이머릴레이에 전원을 인가되게 하는 릴레이를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 송전선로는 상기 분산전원과 상기 분산전원으로부터 발전된 직류전력을 교류전력으로 변환시키는 인버터를 서로 연결하는 제1송전선로와, 상기 인버터와 상기 상용전력계통을 서로 연결하는 제2송전선로를 포함하고, 상기 배선차단유닛은 상기 제1송전선로상에 설치되어 상기 제1송전선로에 이상전류 발생시 상기 제1송전선로를 차단하고 제1차단신호를 출력하도록 된 제1배선차단부와, 상기 제2송전선로에 설치되어 상기 제2송전선로에 이상전류 발생시 상기 제2송전선로를 차단하고 제2차단신호를 출력하도록 된 제2배선차단부를 포함하고, 상기 릴레이는 상기 제1배선차단부로부터 상기 제1차단신호가 수신되면 상기 타이머릴레이에 전원을 인가하는 제1릴레이와, 상기 제2배선차단부로부터 상기 제2차단신호가 수신되면 상기 타이머릴레이에 전원을 인가하는 제2릴레이를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 알람유닛은 상기 차단신호가 수신되면 사용자의 단말기로 메시지 또는 호출신호를 전송할 수 있도록 된 통신모듈을 더 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 배선용 차단장치는 상용전력계통에 이상 상태가 발생하거나 분산전원계통 측에 이상이 발생하는 경우에, 상용전력계통과 연계되어 운전중인 분산전원을 상용전력계통으로부터 신속하게 분리함으로써 상용전력계통 및 분산전원계통 측에서 발생할 수 있는 사고를 미연에 예방할 수 있는 장점이 있다.

또한, 기존의 상용전력계통에 이상 상태가 발생하여 상용전력계통과 연계되어 운전중인 분산전원이 상용전력계통으로부터 분리되는 경우 상용전력계통과 분산전원이 서로 분리된 상태임을 관리자 또는 사용자에게 즉시 알려줌으로써 신속한 조치를 가능하게 하는 장점이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 배선용 차단장치를 나타낸 개략도.
도 2는 도 1에 도시된 본 발명에 따른 배선용 차단장치의 요부를 나타낸 회로도.
도 3은 본 발명의 제2실시 예에 따른 배선용 차단장치를 나타낸 개략도.
도 4는 도 3에 도시된 본 발명에 따른 배선용 차단장치의 요부를 나타낸 회로도.
도 5는 본 발명의 제3실시 예에 따른 배선용 차단장치의 요부를 나타낸 회로도.

이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 배선용 차단장치에 대하여 상세하게 설명한다.

도 1 및 도 2에는 본 발명의 제1실시 예에 따른 배선용 차단장치가 도시되어 있다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 배선용 차단장치는 태양전지모듈을 포함하는 분산전원계통(10)으로부터 발전된 전력 또는 분산전원계통(10)에서 전달되는 전력을 상용전력계통(20)으로 송전할 수 있도록 분산전원계통(10)과 상용전력계통(20)을 서로 연결하는 송전선로(30) 상에 적어도 하나 설치되어 송전선로(30)에 이상상태 발생시 송전선로(30)를 차단하고, 차단신호를 출력하도록 된 배선차단유닛(50)과; 배선차단유닛(50)과 연결되어 배선차단유닛(50)으로부터 출력된 차단신호가 수신되면 사용자에게 송전선로(30)가 차단되었음을 알리도록 된 알람유닛(60);을 구비한다.

배선차단유닛(50)은 통상적으로 배전반에 설치되어 과전류나 순시전류 및 단락전류와 같은 이상전류가 발생할 시 자동으로 선로를 차단하여 회로 및 부하 등을 보호하는 것으로서, 전원 측과 부하 측 선로에 각각 접속 가능하게 형성된 단자부(미도시)와, 전원 측과 부하 측을 서로 연결하거나 분리되게 하는 개폐기구(미도시)와, 이상전류가 발생할 시에는 개폐기구를 트립(trip) 위치로 동작시키는 트립부(미도시)와, 개폐기구의 일 측에 구비되어 정격전류일 때에는 개폐기구를 트립준비의 상태로 구속하고 이상전류가 발생할 시에는 회동되어 개폐기구가 트립 상태로 동작하도록 구속상태를 해제하는 래치(미도시)를 구비하는 통상의 배선용 차단기를 적용할 수 있다.

배선차단유닛(50)은 평상시에는 전원 측과 부하 측이 서로 연결되도록 가동접촉자가 고정접촉자에 접촉된 상태 즉, 개폐기구가 온 된 상태를 유지하지만, 이상전류가 발생할 시 전원 측과 부하 측의 연결을 해제할 수 있도록 가동접촉자가 고정접촉자로부터 이탈되면서 트립된 상태가 된다.

배선차단유닛(50) 내부에는 송전선로(30)가 이상전류에 의해 차단 즉, 배선차단유닛(50)이 트립 상태가 되었음을 전기적 신호로 출력할 수 있는 트립스위치가 내장되어 있으며, 트립스위치로부터 출력되는 차단신호는 후술하는 릴레이(62)로 전달된다. 상기 차단신호는 전원신호일 수 있다.

도면에 도시되어 있지 않지만, 배선차단유닛(50)과 상용전력계통(20) 사이의 송전선로(30)의 일 지점에는 분산전원계통(10)으로부터 발전된 직류전원을 교류전원으로 변환하는 인버터(40)가 구비되어 있다.

알람유닛(60)은 타이머릴레이(61)와, 타이머릴레이(61)에 전원 인가시 설정된 듀티 사이클에 따라 작동 온 및 오프되고 타이머릴레이(61)에 전원 미인가시 작동 오프 상태로 유지되는 버저(63) 및 경고램프(64)와, 배선차단유닛(50)으로부터 차단신호가 수신되기 이전에는 타이머릴레이(61)로 전원이 인가되지 않도록 하고 배선차단유닛(50)으로부터 차단신호가 수신되면 타이머릴레이(61)에 전원을 인가되게 하는 릴레이(62)를 포함한다.

타이머릴레이(61)는 경고램프(64)와 버저(63)를 설정된 듀티 사이클에 따라 작동시킬 수 있게 하면서, 듀티 사이클을 조절할 수 있도록 되어 있다. 일 예로, 타이머릴레이(61)는 경고램프(64)와 버저(63)가 각각 6초의 주기를 가지며 1:5의 듀티 비(duty rate)로 동작되도록 설정 및 조작할 수 있다. 이와 다르게 1초의 주기를 가지며 1:1의 듀티 비로 동작되게 할 수도 있고, 예시한 바와 다르게 다양한 듀티 사이클을 갖도록 조작할 수 있다.

릴레이(62)는 타이머릴레이(61)에 전원을 인가 또는 차단하기 위한 것으로서, 타이머릴레이(61)와 직렬연결되어 있으며, 배선차단유닛(50)의 트립스위치로부터 차단신호가 수신되는 경우에만 타이머릴레이(61)에 전원이 인가될 수 있도록 되어 있다. 상기 릴레이(62)는 트립스위치로부터 차단신호가 단발(單發)적으로 출력되는 경우에는 한 번의 출력으로도 지속적인 접속상태를 유지할 수 있도록 자기 유지 회로를 구성할 수도 있다.

상기와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 배선용 차단장치의 동작을 도 4를 참조하면서 상세하게 설명한다.

배선차단유닛(50)에 설정된 정격보다 낮은 전력이 배선차단유닛(50)을 통과하는 상태 즉, 정상적인 상태에서는 릴레이(62)에 의해 타이머릴레이(61)에 전원이 인가되지 않으므로 버저(63)와 경고램프(64)가 작동하지 않지만, 분산전원계통(10) 측의 선로 또는 상용전력계통(20) 측에 이상전류가 발생하면 배선차단유닛(50)의 개폐기구가 트립되며, 배선차단유닛(50)의 트립스위치로부터 차단신호가 출력된다. 트립스위치로부터 출력된 차단신호는 릴레이(62)로 전달되고, 릴레이(62)는 타이머릴레이(61) 측으로 전원을 인가할 수 있도록 접점이 변경된다.

타이머릴레이(61)로 전원이 인가되면 버저(63)와 경고램프(64)가 설정된 듀티 사이클(duty cycle)에 따라 동작하면서 소리와 빛의 형태로 송전선로(30)가 차단되었음을 즉, 차단유닛이 트립되었음을 관리자 또는 사용자에게 알린다.

상술한 바와 같은 본 발명에 따른 배선용 차단장치는 상용전력계통(20)에 이상 상태가 발생하거나 분산전원계통(10) 측에 이상이 발생하는 경우에, 상용전력계통(20)과 연계되어 운전중인 분산전원계통(10)을 상용전력계통(20)으로부터 신속하게 분리함으로써 상용전력계통(20) 및 분산전원계통(10) 측에서 발생할 수 있는 사고를 미연에 예방할 수 있는 장점이 있다.

또한, 기존의 상용전력계통(20)에 이상 상태가 발생하여 상용전력계통(20)과 연계되어 운전중인 분산전원계통(10)이 상용전력계통(20)으로부터 분리되는 경우 상용전력계통(20)으로부터 분산전원계통(10)이 분리된 상태임을 관리자 또는 사용자에게 즉시 알려줌으로써 신속한 조치를 가능하게 하는 장점이 있다.

한편, 본 발명에 따른 배선용 차단장치는 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 구성할 수도 있다. 도 3 및 도 4를 참조하면, 제1배선차단부(51)와, 제2배선차단부(52)를 포함하는 배선차단유닛(50)을 구비한다.

분산전원계통(10)과 상용전력계통(20)을 서로 연결하기 위한 송전선로는 분산전원계통(10)과 분산전원계통(10)으로부터 발전된 직류전력을 교류전력으로 변환하는 인버터(40)를 서로 연결하는 제1송전선로(31)와, 인버터(40)와 상용전력계통(20)을 서로 연결하는 제2송전선로(32)를 포함하여 구성되어 있다.

배선차단유닛(50) 제1송전선로(31) 상에 설치되어 제1송전선로(31) 또는 분산전원계통(10) 측에서 이상전류 또는 이상상태가 발생할 시 제1송전선로(31)를 차단하고 제1차단신호를 출력하도록 된 제1배선차단부(51)와, 제2송전선로(32)에 설치되어 제2송전선로(32) 또는 상용전력계통(20) 측에 이상전류 또는 이상상태가 발생할 시 제2송전선로(32)를 차단하고 제2차단신호를 출력하도록 된 제2배선차단부(52)를 포함하여 구성되어 있다.

제1배선차단부(51)와 제2배선차단부(52)는 각각 본 발명의 제1실시 예에 따른 배선차단유닛(50)과 동일한 구조 및 구성을 갖는 것을 적용하며, 제1차단신호와 제2차단신호를 각각 출력하도록 된 제1트립스위치와 제2트립스위치를 구비한다. 상기 제1차단신호와 제2차단신호는 각각 제1트립스위치와 제2트립스위치으 동작에 의해 전달되는 전원신호일 수 있다.

알람유닛(60)은 타이머릴레이(61), 버저(63)와 경고램프(64) 및 릴레이부(160)를 포함하며, 릴레이부(160)는 제1배선차단부(51)로부터 제1차단신호를 수신하여 타이머릴레이(61)에 전원을 인가하는 제1릴레이(161)와, 제2배선차단부(52)로부터 상기 제2차단신호를 수신하여 타이머릴레이(61)에 전원을 인가하는 제2릴레이(162)를 포함하여 구성되어 있다. 제1릴레이(161)와 제2릴레이(162)는 제1배선차단부(51)와 제2배선차단부(52) 중 적어도 어느 일 측에서라도 차단신호가 수신되면 타이머릴레이(61)에 전원을 인가할 수 있도록 서로 병렬연결되어 있다.

상술한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명의 제2실시 예에 따른 배선용 차단장치의 작동에 대해 도 4를 참조하여 상세하게 설명한다.

제1배선차단부(51)와 제2배선차단부(52)에 설정된 정격보다 낮은 전력이 제1배선차단부(51)와 제2배선차단부(52)를 통과하는 상태 즉, 정상적인 상태에서는 제1릴레이(161) 및 제2릴레이(162)에 의해 타이머릴레이(61)에 전원이 인가되지 않으므로 버저(63)와 경고램프(64)가 작동하지 않지만, 인버터(40)를 기준으로 분산전원계통(10) 측의 선로에 이상전류 또는 이상상태가 발생하면 제1배선차단부(51)의 개폐기구가 트립되며 제1배선차단부(51)의 제1트립스위치로부터 제1차단신호가 출력된다. 제1트립스위치로부터 출력된 제1차단신호는 제1릴레이(161)로 전달되고, 제1릴레이(161)는 타이머릴레이(61) 측으로 전원을 인가할 수 있도록 접점이 변경된다.

한편, 인버터(40)를 기준으로 상용전력계통(20) 측에 이상전류 또는 이상상태가 발생하는 경우에도 제1배선차단부(51)의 개폐기구가 트립되며, 제2배선차단부(52)의 제2트립스위치로부터 제2차단신호가 출력된다. 제2트립스위치로부터 출력된 제2차단신호는 제2릴레이(162)로 전달되고, 제2릴레이(162)는 타이머릴레이(61) 측으로 전원을 인가할 수 있도록 접점이 변경된다.

즉, 분산전원계통(10) 측 또는 상용전력계통(20) 측 어느 측에서라도 이상전류 또는 이상상태가 발생하는 경우 타이머릴레이(61)로 전원이 인가되는 것이다. 타이머릴레이(61)에 전원이 인가되면 도 2를 참조로 설명한 본 발명의 제1실시 예에 따른 배선용 차단장치에서의 작동에서 살펴본 바와 같이 버저(63)와 경고램프(64)가 설정된 듀티 사이클(duty cycle)에 따라 동작하면서 소리와 빛의 형태로 송전선로(30)가 차단되었음을 즉, 차단유닛이 트립되었음을 관리자 또는 사용자에게 알린다.

한편, 알람유닛(60)은 도 5에 도시된 바와 같이 타이머릴레이(61)에 전원이 인가되면 버저(63) 및 경고램프(64)와 함께 작동하도록 버저(63) 및 경고램프(64)와 병렬연결되는 통신모듈(170)을 더 구비할 수 있다. 상기 통신모듈(170)은 사용자의 단말기와 통신가능하게 설정되어 있으며, 선택에 따라 사용자의 단말기로 단문메시지를 송출하거나 전화를 걸 수 있도록 되어 있다.

이상에서 설명한 본 발명에 따른 배선용 차단장치는 도면에 도시된 일 예를 참조로 설명하였으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.

따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호의 범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의해서 정해져야 할 것이다.

10 : 분산전원계통
20 : 상용전력계통
30 : 송전선로
40 : 인버터
50 : 배선차단유닛
51 : 제1배선차단부
52 : 제2배선차단부
60 : 알림유닛
61 : 타이머릴레이
62 : 릴레이
63 : 버저
64 : 램프

Claims (4)

1. 태양전지모듈을 포함하는 분산전원으로부터 발전된 전력을 상용전력계통으로 송전할 수 있도록 상기 분산전원과 상기 상용전력계통을 서로 연결하는 송전선로상에 적어도 하나 설치되어 상기 송전선로에 이상상태 발생시 상기 송전선로를 차단하고, 차단신호를 출력하도록 된 배선차단유닛과;
   상기 배선차단유닛과 연결되어 상기 배선차단유닛으로부터 출력된 상기 차단신호가 수신되면 사용자에게 상기 송전선로가 차단되었음을 알리도록 된 알람유닛;을 구비하고,
   상기 알람유닛은 타이머릴레이와, 상기 타이머릴레이에 전원 인가시 설정된 듀티 사이클에 따라 작동 온 및 오프되고 상기 타이머릴레이에 전원 미인가시 작동 오프 상태로 유지되는 버저 및 경고램프와, 상기 배선차단유닛으로부터 상기 차단신호가 수신되기 이전에는 상기 타이머릴레이로 전원이 인가되지 않도록 하고 상기 배선차단유닛으로부터 상기 차단신호가 수신되면 상기 타이머릴레이에 전원을 인가되게 하는 릴레이를 포함하며,
   상기 송전선로는 상기 분산전원과 상기 분산전원으로부터 발전된 직류전력을 교류전력으로 변환시키는 인버터를 서로 연결하는 제1송전선로와, 상기 인버터와 상기 상용전력계통을 서로 연결하는 제2송전선로를 포함하고,
   상기 배선차단유닛은 상기 제1송전선로상에 설치되어 상기 제1송전선로에 이상전류 발생시 상기 제1송전선로를 차단하고 제1차단신호를 출력하도록 된 제1배선차단부와, 상기 제2송전선로에 설치되어 상기 제2송전선로에 이상전류 발생시 상기 제2송전선로를 차단하고 제2차단신호를 출력하도록 된 제2배선차단부를 포함하고,
   상기 릴레이는 상기 제1배선차단부로부터 상기 제1차단신호가 수신되면 상기 타이머릴레이에 전원을 인가하는 제1릴레이와, 상기 제2배선차단부로부터 상기 제2차단신호가 수신되면 상기 타이머릴레이에 전원을 인가하는 제2릴레이를 포함하는 것을 특징으로 하는 배선용 차단장치.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   상기 알람유닛은 상기 차단신호가 수신되면 사용자의 단말기로 메시지 또는 호출신호를 전송할 수 있도록 된 통신모듈을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 배선용 차단장치.
   

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