KR101861053B1 - 비상전원 자동 절체장치 - Google Patents

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KR101861053B1 KR1020180009128A KR20180009128A KR101861053B1 KR 101861053 B1 KR101861053 B1 KR 101861053B1 KR 1020180009128 A KR1020180009128 A KR 1020180009128A KR 20180009128 A KR20180009128 A KR 20180009128A KR 101861053 B1 KR101861053 B1 KR 101861053B1
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Abstract

본 발명은 비상전원 자동 절체장치에 관한 것으로서, 상용등을 비롯한 상용전원이 요구되는 곳에 전원을 공급하기 위한 상용전원선과, 상기 상용전원선을 통해 상용등을 비롯한 각 필요처로 상용전원을 공급하는 중에 정전이 발생되는 경우 비상전원선을 통해 비상부하 측에 비상전원을 즉시 공급하도록 자동 절체하기 위한 비상전원 절체부를 포함하는 비상전원 자동 절체장치에 있어서, 상기 비상전원선 상에 연결되어 비상전원의 공급을 위한 절체 기능을 하는 제1스위칭부; 상기 상용전원선 상에 연결되어 비상전원의 공급상태에서 상용전원 공급으로의 복귀를 위한 절체 기능을 하는 제2스위칭부; 상기 상용전원선을 통해 공급되는 상용전원에 대해 전류 파형을 검출하되 파고치와 실효치를 검출하는 전류파형 검출부; 상기 상용전원에 대한 전류 파형에 있어 안정된 전원을 공급하는 최적의 파고치와 실효치의 데이터가 기록됨과 더불어 최적의 위상 데이터가 기록되는 데이터기록부; 상기 전류파형 검출부를 통해 검출된 파고치와 실효치를 갖는 상용전원에 대해 상기 데이터기록부에 기록된 데이터값으로 전류 파형을 제어하여 변환 출력하는 전류파형 변환부; 상기 전류파형 변환부를 통해 출력되는 상용전원을 전파 정류하여 직류전압으로 출력 및 상용등을 비롯한 필요처로 공급하는 정류부;를 포함하고, 상기 비상전원 절체부는, 비상발전기를 통해 발생된 전력 또는 에너지저장시스템(ESS)에 저장된 전력을 비상전원으로 인가하도록 연결 및 인가되는 비상전원을 비상부하 측에 공급하도록 연결되는 것으로서, 상기 비상전원으로의 절체 및 상용전원으로의 복귀를 제어하는 전원절체부와, 상기 상용전원 또는 비상전원에 대한 현재 사용상태를 표시하는 전원상태표시부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 상용전원의 전류 파형을 이용하여 안정된 전원 공급을 가능하게 함과 더불어 상용전원의 상태 체크를 통해 정전 등을 확인하여 비상전원의 공급을 위한 자동 절체를 수행할 수 있고, 비상전원의 자동 절체시 그 절체 동작에 대한 신뢰성 및 안정성을 확보할 수 있으며, 비상전원의 공급에 에너지저장시스템(ESS)을 활용함으로써 에너지의 이용효율을 향상시킬 수 있고 전력공급의 안정화에 기여할 수 있다.

Description

비상전원 자동 절체장치{AUTOMATIC EMERGENCY POWER SWITCHING DEVICE}
본 발명은 상용전원을 사용하다가 정전 등이 발생되는 경우 즉시 비상전원이 부하 측에 공급되도록 자동으로 절체하는데 사용되는 비상전원 자동 절체장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 평상시 상용전원의 안정된 공급을 가능하게 하면서 비상전원의 사용을 위한 자동 절체시 동작의 신뢰성 및 안정성을 확보할 수 있도록 한 비상전원 자동 절체장치에 관한 것이다.
일반적으로 아파트, 빌라, 공공건물, 오피스텔 등과 같은 집합건물에서는 분전반이 설치되어 있고, 이러한 분전반을 통해 외부로부터 공급되는 상용전원을 공급받아 각 전기부하로 전원을 분산 공급하여 누전 또는 과부하 발생 시 전원공급을 차단함으로써 전기부하의 파손을 방지하거나 화재 발생을 방지하도록 하고 있다.
상기 분전반은 보통 메인 입력단자를 통하여 외부에서 인입되는 상용전원을 각 전기 부하로 공급하기 위해 메인 입력단자에 연결시킨 메인 회로차단기와, 상기 메인 회로차단기를 통과한 전원을 각각 전기가 요구되는 비상전원 또는 소방전원 등의 부하에 분산 연결시킨 보조 회로차단기를 포함하는 구성으로 이루어진다.
일 예로, 아파트 등과 같은 집합건물에서는 상용전원이 차단되는 경우 각 세대로 비상전원을 공급하여 비상등을 점등토록 하고 있으며, 특히 오피스텔의 경우에는 소방법에 의해 상용전원이 차단되었을 경우 비상전원을 반드시 공급하여 비상등을 점등하도록 하고 있다.
이때, 상기 상용전원은 송전라인을 통해 건물 내로 인입되어 각 세대로 공급되는 교류전원을 의미하고, 비상전원은 상용전원의 공급이 차단된 경우 자가발전설비나 축전지설비 등의 비상전원설비에 의해 공급되는 교류전원을 의미한다.
이와 같은 분전반에서는 과부하나 과전류를 보호하기 위한 배선용 차단기(MCCB)나 누전 및 과부하 과전류를 보호하기 위한 누전차단기(ELCB) 등이 전원회로용 차단기로 설치되어 사용되고 있는데, 보통 단상의 경우 2개의 입력단과 출력단으로 구성되고, 3상 380V의 경우 R, S, T 상의 3 입력단 및 3 출력단으로 구성되며, 중성선을 포함하는 경우에는 R, S, T, N 상으로서 4 입력단 및 4 출력단으로 구성된다.
여기에서, 상기 배선용 차단기와 누전차단기는 전기설계기준에 의거하여 세대의 메인 차단기와 분기 차단기로 기능하도록 구성하여 사용하고 있는데, 종래에는 공동주택 또는 오피스텔 등에 설치되는 비상부하에 상용과 비상용의 겸용으로 전기회로를 구성 및 전원을 공급하는 것이 불가능하여 상용전원은 세대 분전반의 차단기를 통하여 상용부하에만 공급을 하고, 비상전원은 단위세대 비상등에 세대간 병렬식의 별도 비상전원을 공급하여 비상용에만 전원이 공급되도록 사용됨에 따라, 상용전원으로 비상등을 사용하지 못하고 비상전원만을 투입하여 사용하였으며, 상용등을 별도로 구비하여 사용하므로 평상시 비상등의 활용성이 없어지게 된다.
또한, 비상용 공동주택 또는 오피스텔의 비상등(정전등)은 세대간 차단기가 없는 비상전용 2회선 병렬 전원회로로 구성되어 공동주택의 전체가 정전이 되고, 한개의 세대에서 화재가 발생할 경우 비상전원이 비상등에 별도 투입되더라도 비상등 또는 비상등 회로에서 화재로 인한 전원 쇼트가 발생할 경우에는 세대간 비상등의 병렬 접속으로 인하여 회로의 차단없이 전회로의 전원이 쇼트가 되므로 비상전력의 공급이 불가능하게 되는 문제가 있었다.
이러한 문제를 해결하기 위한 것으로서, 국내공개특허공보 제10-2005-0055183호에서는 상용전원이 공급되는 동안에 릴레이를 구동시켜 상용전원을 선택하도록 하고 있고, 상용전원이 차단될 때 릴레이의 구동이 정지되어 비상전원을 선택하도록 하고 있다. 하지만 상기 선행기술은 상용전원이 공급되는 동안에 릴레이가 계속해서 전류를 소모하여 구동하게 되므로 릴레이가 과열되어 파손 또는 오동작하거나 릴레이의 지속적인 구동으로 인해 전류소모가 많아지는 문제가 있다.
또한, 공동주택에서는 외출시 세대 내에 설치된 등기구를 한꺼번에 소등하기 위해 일괄 점멸 스위치가 설치되어 있으며, 이를 위해 세대 분전반에 설치된 하나의 보조 회로차단기를 통해 모든 등기구에 전원이 공급되도록 하고 있는데, 이때 모든 등기구를 하나의 스위치에 의해 점등 및 소등하도록 하고 있으므로 하나의 스위치에 과부하가 걸리게 되어 스위치가 파손되는 문제가 있었다.
또한 최근에는 외출시 외부에서 원격제어에 의해 등기구를 점등하거나 소등 가능하도록 하는 홈오토메이션 시스템이 적용되고 있다.
한편, 국내등록특허 제10-0709005호에서는 상용전원이 공급될 때 상용전원을 절체하기 위한 릴레이에 전류소모가 되지 않도록 하여 릴레이의 파손이나 과열을 방지하기 위한 비상전원 자동 절체장치의 구성을 제안 및 개시하고 있으며, 국내등록특허 제10-0907298호에서는 상용전원의 정전 시 비상전원을 부하에 연결하거나 비상전원이 공급되고 있는 상태에서 다시 인가된 상용전원을 부하에 연결하는 절체 동작 시에 전원들간의 위상 및 주파수의 불일치에 의한 쇼트 현상이나 릴레이 접점 아킹 현상 등과 같은 문제들을 해결할 수 있는 전원 자동 절체장치의 구성을 제안 및 개시하고 있다.
대한민국 공개특허공보 제10-2005-0055183호 대한민국 등록특허공보 제10-0709005호 (특ㅎ문헌 3) 대한민국 등록특허공보 제10-0907298호
본 발명은 상술한 종래의 문제점을 해소 및 이를 감안하여 안출된 것으로서, 상용전원의 전류 파형을 이용하여 안정된 전원 공급을 가능하게 함과 더불어 상용전원의 상태 체크를 통해 정전 등을 확인하여 비상전원의 공급을 위한 자동 절체를 수행할 수 있도록 하며, 비상전원의 자동 절체시 그 절체 동작에 대한 신뢰성 및 안정성을 확보할 수 있도록 한 비상전원 자동 절체장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 비상전원의 공급에 에너지저장시스템(ESS)을 활용함으로써 에너지의 이용효율을 향상시킬 수 있도록 하고 전력공급의 안정화에 기여할 수 있도록 한 비상전원 자동 절체장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 비상전원 자동 절체장치는, 상용등을 비롯한 상용전원이 요구되는 곳에 전원을 공급하기 위한 상용전원선과, 상기 상용전원선을 통해 상용등을 비롯한 각 필요처로 상용전원을 공급하는 중에 정전이 발생되는 경우 비상전원선을 통해 비상부하 측에 비상전원을 즉시 공급하도록 자동 절체하기 위한 비상전원 절체부를 포함하는 비상전원 자동 절체장치에 있어서, 상기 비상전원선 상에 연결되어 비상전원의 공급을 위한 절체 기능을 하는 제1스위칭부; 상기 상용전원선 상에 연결되어 비상전원의 공급상태에서 상용전원 공급으로의 복귀를 위한 절체 기능을 하는 제2스위칭부; 상기 상용전원선을 통해 공급되는 상용전원에 대해 전류 파형을 검출하되 파고치와 실효치를 검출하는 전류파형 검출부; 상기 상용전원에 대한 전류 파형에 있어 안정된 전원을 공급하는 최적의 파고치와 실효치의 데이터가 기록됨과 더불어 최적의 위상 데이터가 기록되는 데이터기록부; 상기 전류파형 검출부를 통해 검출된 파고치와 실효치를 갖는 상용전원에 대해 상기 데이터기록부에 기록된 데이터값으로 전류 파형을 제어하여 변환 출력하는 전류파형 변환부; 상기 전류파형 변환부를 통해 출력되는 상용전원을 전파 정류하여 직류전압으로 출력 및 상용등을 비롯한 필요처로 공급하는 정류부;를 포함하고, 상기 비상전원 절체부는, 비상발전기를 통해 발생된 전력 또는 에너지저장시스템(ESS; Energy Storage System)에 저장된 전력을 비상전원으로 인가하도록 연결 및 인가되는 비상전원을 비상부하 측에 공급하도록 연결되는 것으로서, 상기 비상전원으로의 절체 및 상용전원으로의 복귀를 제어하는 전원절체부와, 상기 상용전원 또는 비상전원에 대한 현재 사용상태를 표시하는 전원상태표시부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기에서, 상기 전원절체부는, 상기 전류파형 검출부로부터 신호입력을 받도록 연결되는 것으로서, 상기 전류파형 검출부로부터 신호입력이 없는 경우 정전으로 판단하고 상기 제1스위칭부를 ON 제어하여 비상전원이 비상부하 측에 공급되도록 절체하며, 이와 더불어 비상전원의 공급상태에서 상기 전류파형 검출부로부터 신호입력이 정상적으로 발생되는 경우 상기 제1스위칭부를 OFF 제어함과 동시에 상기 제2스위칭부를 ON 제어하여 다시 상용전원이 공급되게 절체하는 마이컴; 상기 상용전원과 비상전원에 각각 연결되고, 상용전원 또는 비상전원을 상기 마이컴의 구동에 필요한 직류전원으로 변환 처리하는 컨버터; 상기 컨버터를 통해 변환 처리된 직류전원을 정전압으로 조정하여 마이컴에 공급함으로써 안정된 동작을 지원하는 레귤레이터;를 포함하도록 구성할 수 있다.
여기에서, 상기 전원절체부는, 상기 전류파형 검출부에 대해 이상 유무를 판단하여 상기 마이컴 측으로 신호를 출력하는 이상 검출부;를 포함하되, 상기 이상 검출부에서 상기 전류파형 검출부에 대한 이상이 있음을 신호 출력시, 상기 마이컴에서는 상기 정류부로터 신호 입력을 받아 상용전원에 대한 직류전압의 출력상태를 확인하여 비상전원으로의 절체를 판단하도록 구성할 수 있다.
여기에서, 상기 마이컴에는 고유식별부호(ID)를 기록하여 보유토록 하고, 상기 마이컴과 중앙관제부가 서로 연결되어 통신하도록 유/무선통신부를 구비하여 중앙관제부에서 고유식별부호를 갖는 마이컴의 동작을 분별 체크함으로써 전원 절체에 따른 동작을 설치된 장치별로 모니터링 및 해당 마이컴의 이상 유무를 확인할 수 있도록 구성할 수 있다.
여기에서, 상기 에너지저장시스템은, 리튬이온배터리를 비롯한 에너지저장용 배터리를 갖되, 상기 정류부를 통해 공급되는 직류전압의 상용전원을 공급받아 비상전원으로 사용할 전력을 저장하거나 또는 태양광이나 풍력을 이용하여 발생된 신재생에너지를 저장하여 비상전원으로 사용하도록 구성할 수 있다.
여기에서, 상기 이상 검출부는, 상기 전류파형 검출부를 통해 검출된 전류파형 데이터와 기 설정된 상용전원의 전류파형 데이터를 비교하여 오차 범위 이내에 있는지를 판단하는 전류파형 비교부; 상기 전류파형 비교부에서 출력되는 비교 데이터와 기 설정된 상용전원의 위상 데이터를 비교하여 오차 범위 이내에 있는지를 판단하는 위상 비교부; 상기 전류파형 비교부와 위상 비교부에서의 출력을 논리 합하여 어느 하나라도 오차 범위를 벗어나는 경우, 상기 전류파형 검출부에 대해 이상이 있음을 판단하는 논리판단부;를 포함하도록 구성할 수 있다.
여기에서, 상기 전류파형 검출부를 통해 검출된 파고치와 실효치를 갖는 상용전원에 대해 상기 데이터기록부에 기록된 데이터값으로 위상이 동기화되게 제어하여 변환 출력하는 위상동기화부;를 포함시키며, 상기 전류파형 변환부와 위상동기화부를 통해 출력되는 상용전원을 정류부로 보내 전류파형을 변환하고 위상을 동기화시킨 상태에서 전파 정류하여 직류전압으로 출력 및 상용등을 비롯한 필요처로 공급함으로써 안정된 전원을 공급할 수 있도록 구성할 수 있다.
여기에서, 상기 마이컴은, 상기 전류파형 검출부로부터 신호입력이 있는 경우, 상기 데이터기록부로부터 상용전원에 대한 최적의 전류파형 데이터와 위상 데이터를 입력받아 자체 비교하되, 각각의 오차 범위가 모두 90% 이상에 해당되면 상용전원에 대해 정전으로 판단하여 비상전원이 비상부하 측에 공급되게 자동 절체하는 구성을 갖게 할 수 있다.
여기에서, 상기 제1스위칭부와 제2스위칭부는 각각, 포토커플러, 사이리스터(Sillcon Controlled Rectifier), IGBT(Insulated Gate Bipolar mode Transistor) 중에서 선택된 어느 1종으로 구성할 수 있다.
본 발명에 따르면, 상용전원에 대한 전류 파형을 이용하여 평상시 안정된 전원 공급을 가능하게 함과 더불어 상용전원의 상태 체크를 통해 정전 등을 확인하여 비상전원의 공급을 위한 자동 절체를 즉시 수행할 수 있고, 비상전원의 자동 절체시 그 절체 동작에 대한 신뢰성 및 안정성을 확보할 수 있으며, 비상전원의 공급에 에너지저장시스템(ESS)을 활용함으로써 에너지의 이용효율을 향상시킬 수 있으면서 전력공급의 안정화에 기여할 수 있는 비상전원 자동 절체장치를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 비상전원 자동 절체장치를 나타낸 구성도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 비상전원 자동 절체장치를 나타낸 구성도이다.
도 3은 본 발명에 있어 이상 검출부를 포함하는 구성을 나타낸 개략적 블록도이다.
도 4는 본 발명에 있어 위상동기화부를 포함하는 구성을 나타낸 개략적 블록도이다.
본 발명에 대해 첨부한 도면을 참조하여 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같으며, 이와 같은 상세한 설명을 통해서 본 발명의 목적과 구성 및 그에 따른 특징들을 보다 잘 이해할 수 있게 될 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 비상전원 자동 절체장치는 도 1 내지 도 4에 나타낸 바와 같이, 상용등(3)을 비롯한 상용전원이 요구되는 곳에 전원을 공급하기 위한 상용전원선(1)과, 상기 상용전원선(1)을 통해 상용등(3)을 비롯한 각 필요처로 상용전원을 공급하는 중에 정전이 발생되는 경우 비상전원선(71)을 통해 비상등을 비롯한 전원장치들을 갖는 비상부하(2) 측에 비상전원을 즉시 공급하도록 자동 절체하기 위한 비상전원 절체부(70)를 포함한다.
상기 비상전원선(71) 상에 연결되어 비상전원의 공급을 위한 절체 기능을 수행하도록 제1스위칭부(10)가 구비되고, 상기 상용전원선(1) 상에 연결되어 비상전원의 공급상태에서 상용전원 공급으로의 복귀를 위한 절체 기능을 수행하도록 제2스위칭부(20)가 구비된다.
이때, 상기 제1스위칭부(10)와 제2스위칭부(20)는 각각 회로차단기로서의 기능을 수행하며, 상기 제2스위칭부(20)는 상용전원선(1)을 통한 초기 상용전원의 공급에도 관여하는 것으로서 상기 제1스위칭부(10)의 ON시 상기 제2스위칭부(20)는 OFF로 스위칭된다.
상기 제1스위칭부(10)와 제2스위칭부(20)는 각각 비상전원 또는 상용전원으로의 자동 절체에 따른 효율을 위해 접점 구조를 갖는 기계식 릴레이를 채용하여 사용하기 보다는 포토커플러, 사이리스터(Sillcon Controlled Rectifier), IGBT(Insulated Gate Bipolar mode Transistor) 등 전자식 구성을 갖는 반도체 제어소자 중에서 선택된 어느 1종으로 구성함이 바람직하다.
상기 상용등(3)은 다수가 설치되고 각각 스위치(4)가 연결 구비되어 스위칭제어되도록 설치된다.
상기 상용전원선(1)을 통해서는 상기 상용등(3)을 비롯하여 전열, 보일러, 가전제품 등 전기가 요구되는 각종 필요처에 상용전원이 공급되도록 연결된다.
상기 비상전원 절체부(70)는 비상발전기(100) 또는 에너지저장시스템(200)과의 연결을 통해 비상전원을 공급받을 수 있도록 구비되며, 정전 등에 의해 상용전원이 차단될 시 비상발전기(100) 또는 에너지저장시스템(200)으로부터 비상 전력을 공급받아 220V나 380V 등 요구되는 전압을 갖는 비상전원을 공급받도록 구성된다.
이때, 상기 상용전원과 비상전원을 공급받기 위해 R,S,T,N 상을 이용한 배선작업이 수행되며, 이들 상의 2개 라인 또는 3개 라인을 사용함으로써 전기가 요구되는 필요처에 220V 또는 380V의 전원을 공급할 수 있게 된다.
본 발명에서는 비상전원의 자동 절체에 따른 신뢰성 및 안정성을 확보할 수 있도록 하면서도 상용전원의 안정된 공급을 가능하게 하는 것으로서, 상기 상용전원선(1)을 통해 공급되는 상용전원으로부터 전류 파형을 검출하되 파고치와 실효치를 검출하는 전류파형 검출부(30)와, 상기 상용전원선(1)을 통해 공급되는 상용전원에 대한 전류 파형에 있어 안정된 전원을 공급하기 위한 최적의 파고치와 실효치의 데이터가 기록됨과 더불어 최적의 위상 데이터가 기록되는 데이터 기록부(40)와, 상기 전류파형 검출부(30)를 통해 검출된 파고치와 실효치를 갖는 상용전원에 대해 상기 데이터 기록부(40)에 기록된 데이터값으로 전류 파형을 제어하여 변환 출력하는 전류파형 변환부(50); 상기 전류파형 변환부(50)를 통해 변환 출력되는 상용전원을 전파 정류하여 직류전압으로 출력 및 상용등(3)을 비롯한 각종 필요처로 공급하는 정류부(60)를 포함하도록 구성할 수 있다.
또한, 상기 전류파형 검출부(30)를 통해 검출된 파고치와 실효치를 갖는 상용전원에 대해 상기 데이터 기록부(40)에 기록된 데이터값으로 위상이 동기화되게 제어하여 변환 출력하는 위상동기화부(80)를 더 포함하는 구성을 갖게 할 수 있는데, 이때에는 상기 전류파형 변환부(50)와 위상동기화부(80)를 순차적으로 경유하여 출력되는 교류의 상용전원을 정류부(60)로 보내 전류파형을 변환하고 위상을 동기화시킨 상태에서 전파 정류하여 직류전압으로 출력 및 상용등(3)을 비롯한 필요처로 공급함으로써 안정된 전원을 공급되게 한다.
즉, 본 발명에서는 상용전원이 갖는 전류 파형에 대하여 사용환경에 맞게 파고치와 실효치를 최적으로 변환함과 더불어 위상까지 최적으로 동기화 처리함으로써 더욱 안정된 전원의 공급을 가능하게 하며, 이를 통해 상용전원의 공급에 따른 안정화를 도모할 수 있고 변동을 최소화할 수 있으며 정격으로 조정되어 출력 및 상용등(3)을 비롯한 각종 전원장치들에 공급하므로 이들의 사용수명을 높일 수 있다.
상기 데이터 기록부(40)는 상용전원의 전류 파형에 대한 최적의 파고치와 실효치의 데이터를 전류파형 변환부(50)에 입력되게 연결되고, 이와 더불어 상용전원의 전류 파형에 대한 최적의 위상 데이터를 위상동기화부(80)에 입력되게 연결된다.
상기 상용전원이 갖는 전류 파형의 실효치는 파고치와 파형율이 계속 변화하여 순간순간 전압값과 전류값이 달라지는 교류에 있어 직류와 비교해서 하는 일량이 같은 값을 나타내는 것으로서, 교류가 한 일과 동등한 일을 하는 직류 전류의 크기로 표현한 값을 의미하며, 통상 아래의 수학식으로 나타낼 수 있다.
[수학식]
Irms = Im /
Figure 112018008690321-pat00001
여기에서, Irms는 상용전원의 교류전류 실효값이고, Im은 상용전원의 교류전류값이다.
상기 상용전원이 갖는 전류 파형의 파고치는 사인파 또는 코사인파의 파형을 갖는데, 파형중에 가장 높은 값을 의미한다.
상기 비상전원 절체부(70)는 비상발전기(100)를 통해 발생된 전력 또는 에너지저장시스템(ESS; Energy Storage System)(200)에 저장된 전력을 비상전원으로 인가하도록 연결 및 인가되는 비상전원을 비상부하(2) 측에 공급하도록 연결되는 구성을 갖는 것으로서, 상기 상용전원의 공급상태에서 정전 등에 의한 경우 비상전원으로의 절체를 수행함과 더불어 비상전원의 공급상태에서 정전 등에 의한 문제 해결시 다시 상용전원으로의 복귀를 제어하는 전원절체부와, 상기 상용전원 또는 비상전원에 대한 현재 사용상태를 표시하는 전원상태표시부(76)를 포함한다.
상기 비상전원 절체부(70)는 비상발전기(100) 또는 에너지저장시스템(200)으로부터 인가되는 비상전원이 입력단자(I1)(I2)에 연결되어 공급되도록 구비되고, 출력단자(O1)(O2)(O3)을 통해 비상등이나 소방전원 등을 비롯한 각종 전원장치들을 갖는 비상부하(2) 측과 연결되어 이들에 비상전원을 인가하도록 구성된다.
이때, 상기 비상부하(2)는 전열, 비상등, 보일러, 소방전원 등을 나타내었으나, 전자도어록이나 가전제품, 에어컨 등 기타 사용되고 있는 다수의 전기 기기나 제품을 포함한다 할 것이다.
상기 전원절체부는 상기 전류파형 검출부(30)로부터 신호입력을 받도록 연결되는 것으로서, 마이컴(72)과 컨버터(73) 및 레귤레이터(74)를 포함한다.
상기 마이컴(72)은 상기 전류파형 검출부(30)와 연결되어 이로부터 신호입력이 없는 경우 정전으로 판단하고 상기 제1스위칭부(10)를 ON 제어하여 비상전원이 비상부하(2) 측에 공급되도록 자동 절체하며, 이와 더불어 비상전원의 공급상태에서 상기 전류파형 검출부(30)로부터 신호입력이 정상적으로 발생되는 경우 상기 제1스위칭부(10)를 OFF 제어함과 동시에 상기 제2스위칭부(20)를 ON 제어하여 다시 상용전원이 공급되게 자동 절체하는 역할을 담당한다.
이때, 상기 마이컴(72)에는 고유식별부호(ID)를 기록하여 보유토록 하고, 상기 마이컴(72)과 중앙관제부(5)가 서로 연결되어 통신하도록 유/무선통신부(77)를 구비하여 중앙관제부(5)에서 고유식별부호(ID)를 갖는 마이컴(72)의 동작을 분별 체크함으로써 전원 절체에 따른 동작을 설치된 장치별로 모니터링할 수 있고 해당 마이컴의 이상 유무를 더욱 용이하게 확인할 수 있도록 구성할 수 있다.
일 예로, 집합건물인 아파트의 경우, 다수의 세대를 갖고 각 세대별로 비상전원 자동 절체장치가 설치될 수 있는데, 상용전원과 비상전원에 대한 세대별 사용 상태를 더욱 유용하게 모니터링할 수 있다.
여기에서, 상기 마이컴(72)은 상기 전류파형 검출부(30)로부터 신호입력이 있는 경우, 상기 데이터 기록부(40)로부터 상용전원에 대한 최적의 전류파형 데이터와 위상 데이터를 입력받아 자체 비교하되, 각각의 오차 범위가 모두 90% 이상에 해당되면 상용전원에 대해 정전으로 판단하여 비상전원이 비상부하(2) 측에 공급되게 자동 절체하는 구성을 갖게 할 수 있다.
상기 컨버터(73)는 상기 상용전원과 비상전원에 각각 연결되고, 상용전원 또는 비상전원을 상기 마이컴(72)의 구동에 필요한 직류전원으로 변환 처리하는 역할을 담당하는데, 전력의 사용 상태에 따라 AC/DC 컨버터 또는 DC/DC 컨버터일 수 있다.
상기 레귤레이터(74)는 상기 컨버터(73)를 통해 변환 처리된 직류전원을 정전압으로 조정하여 마이컴(72)에 공급함으로써 안정된 동작을 지원하는 역할을 담당한다.
상기 전원절체부는 상기 전류파형 검출부(30)에 대해 이상 유무를 판단하여 상기 마이컴(72) 측으로 신호를 출력하는 이상 검출부(75)를 더 포함되게 구성할 수 있는데, 상기 이상 검출부(75)에서 상기 전류파형 검출부(30)에 대한 이상이 있음을 신호 출력시 상기 마이컴(72)에서는 상기 정류부(60)의 출력으로부터 신호 입력을 받아 상용전원에 대한 직류전압의 출력상태를 확인하여 비상전원으로의 절체를 판단하도록 구성할 수 있다.
이때, 상기 이상 검출부(75)는 상기 전류파형 검출부(30)를 통해 검출된 전류파형 데이터와 기 설정된 상용전원의 전류파형 데이터를 비교하여 오차 범위 이내에 있는지를 판단하는 전류파형 비교부(75a)와, 상기 전류파형 비교부(75a)에서 출력되는 비교 데이터와 기 설정된 상용전원의 위상 데이터를 비교하여 오차 범위 이내에 있는지를 판단하는 위상 비교부(75b)와, 상기 전류파형 비교부(75a)와 위상 비교부(75b)에서의 출력을 논리 합하여 어느 하나라도 오차 범위를 벗어나는 경우 상기 전류파형 검출부(30)에 대해 이상이 있음을 판단하는 논리판단부(75c)를 포함하도록 구성할 수 있다.
상기 비상부하(2) 측에 비상전원을 공급하는데 사용되는 에너지저장시스템(200)은 리튬이온배터리를 비롯한 에너지저장용 배터리를 갖되, 상기 정류부(60)를 통해 공급되는 직류전압의 상용전원을 공급받아 비상전원으로 사용할 전력을 저장하거나 또는 태양광이나 풍력을 이용하여 발생된 신재생에너지를 저장함으로써 비상전원으로 사용하게 하는 구성이다.
이와 같이, 상기 비상전원의 공급에 에너지저장시스템(ESS)(200)을 활용함으로써 에너지의 이용효율을 향상시킬 수 있고 전력공급의 안정화에 기여할 수 있는 장점을 제공할 수 있다.
이와 같은 상술한 구성으로 이루어지는 본 발명에 따른 비상전원 자동 절체장치는 상용전원의 공급 중 정전 등에 의한 상용전원의 차단시 즉시 비상전원이 비상부하 측으로 공급될 수 있도록 자동 절체하며, 상용전원의 정상적인 동작으로의 복귀시 비상전원의 공급을 차단한다.
상용전원선(1)을 통해 상용등(3)을 비롯한 필요처에 상용전원이 공급되며, 전류파형 검출부(30)에서 상용전원의 교류 입력에 대해 전류 파형을 검출하되 전류 파형이 갖는 파고치와 실효치를 검출하여 비상전원 절체부(70)를 구성하는 마이컴(72)으로 검출신호를 보낸다.
이때, 마이컴(72)을 통한 비상전원으로의 자동 절체 명령이 없을 경우, 상용등(3)을 비롯한 전기 공급처로 상용전원이 공급되는데, 전류파형 변환부(50)에서는 전류파형 검출부(30)로부터 검출된 상용전원의 교류 입력에 대한 전류 파형의 파고치와 실효치를 입력받고 데이터 기록부(40)에 기록된 데이터값을 입력받아 데이터 기록부(40)에 기록된 데이터값으로 상용전원의 전류 파형을 제어하여 최적의 파고치와 실효치를 갖는 전류 파형으로 변환 출력하고, 전류파형 변환부(50)를 통해 출력되는 상용전원에 대해 전파 정류하여 직류전압으로 출력하며, 정류부(60)에서의 출력을 상용등(3)을 비롯한 필요처로 공급한다.
여기에서, 이와 같은 상용전원의 공급 상태에 있어 전류파형 변환부(50)와 함께 위상동기화부(80)를 구성하는 경우, 상용전원의 전류 파형에 대해 위상까지 최적의 상태로 하여 공급할 수 있다.
이에, 본 발명에서는 상용전원선(1)을 통해 상용등(3)을 비롯한 각 필요처에 상용전원을 공급하되, 상용전원의 전류 파형에 대해 최적의 상태로 제어하여 공급하므로 기존에 비해 상용전원을 더욱 안정되게 공급할 수 있으며, 안정된 전원 공급에 따라 상용등(3)을 비롯한 전기 기기나 제품 등의 사용수명을 높일 수 있다.
이렇게 상용전원이 정상적으로 공급되는 상태에서 정전 등이 발생되는 경우, 비상전원 절체부(70)의 마이컴(72)에서는 전류파형 검출부(30)에서 출력신호가 없게 되므로 제1스위칭부(10)를 스위칭 제어하여 ON시킴으로써 비상전원선(71)에 연결된 비상발전기(100) 또는 에너지저장시스템(200)으로부터 비상전원을 인가받아 비상등과 소방전원 등을 포함하는 비상부하(2) 측으로 즉시 공급한다.
이러한 마이컴(72)의 동작은 유무선통신부(77)를 통하여 중앙관제부(5)와 인터페이스된 상태이므로 중앙에서 모니터링할 수 있으며, 이를 통해 비상전원 자동 절체장치에 대해 모니터링할 수 있다.
이때, 마이컴(72)에서는 이상 검출부(75)를 통해 전류파형 검출부(30)의 이상 유무를 체크하게 되는데, 이상 검출부(75)에서는 전류파형 비교부(75a)에서 전류파형 검출부(30)를 통해 검출된 전류파형 데이터와 기 설정된 상용전원의 전류파형 데이터를 비교하여 오차 범위 이내에 있는지를 판단하고, 위상 비교부(75b)에서 전류파형 비교부(75a)에서 출력되는 비교 데이터와 기 설정된 상용전원의 위상 데이터를 비교하여 위상에 대해 오차 범위 이내에 있는지를 판단하고, 논리판단부(75c)에서 전류파형 비교부(75a)와 위상 비교부(75b)에서의 출력을 논리 합하여 어느 하나라도 오차 범위를 벗어나는 경우 전류파형 검출부(30)에 대해 이상이 있음을 판단하여 마이컴(72) 측으로 출력을 보낸다.
이에, 마이컴(72)에서는 이상 검출부(75)에서 전류파형 검출부(30)에 대한 이상이 있음을 신호 출력시, 정류부(60)로터 신호 입력을 받아 상용전원에 대한 직류전압의 출력상태를 확인하여 비상전원으로의 절체를 판단한다.
이와 같이, 마이컴(72)에서의 판단을 통해 비상전원으로 절체하여 비상부하(2)를 사용하는 중에 상용전원의 공급이 복귀되면, 상용전원에 연결된 컨버터(73)를 통해 마이컴(72) 측에 상용전원이 공급되므로 마이컴(72)에서는 상용전원의 복귀를 인지하게 되고, 바로 제1스위칭부(10)를 스위칭 제어하여 OFF시킴으로써 비상전원을 차단함과 동시에 제2스위칭부(20)를 ON시켜 다시 상용전원을 공급한다.
이에 따라, 상술한 구성으로 이루어지는 본 발명에 따른 비상전원 자동 절체장치를 통해서는 상용전원에 대한 전류 파형을 이용하여 평상시 안정된 전원 공급을 가능하게 함과 더불어 상용전원의 상태 체크를 통해 정전 등을 확인하여 비상전원의 공급을 위한 자동 절체를 수행할 수 있고, 비상전원의 자동 절체시 그 절체 동작에 대한 신뢰성 및 안정성을 확보할 수 있으며, 에너지저장시스템(ESS)을 활용함으로써 에너지의 이용효율을 향상시킬 수 있고 전력공급의 안정화에 기여할 수 있는 장점을 제공할 수 있다.
이상에서 설명한 실시예는 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한 것에 불과하고 이러한 실시예에 극히 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상과 청구범위 내에서 이 기술분야의 당해업자에 의하여 다양한 수정과 변형 등이 이루어질 수 있다 할 것이며, 이는 본 발명의 기술적 범위에 속한다 할 것이다.
1: 상용전원선 2: 비상부하
10: 제1스위칭부 20: 제2스위칭부
30: 전류파형 검출부 40: 데이터 기록부
50: 전류파형 변환부 60: 정류부
70: 비상전원 절체부 71: 비상전원선
72: 마이컴 73: 컨버터
74: 레귤레이터 75: 이상 검출부
80: 위상동기화부 100: 비상발전기
200: 에너지저장시스템

Claims (9)

  1. 상용등을 비롯한 상용전원이 요구되는 곳에 전원을 공급하기 위한 상용전원선과, 상기 상용전원선을 통해 상용등을 비롯한 각 필요처로 상용전원을 공급하는 중에 정전이 발생되는 경우 비상전원선을 통해 연결되는 비상부하 측에 비상전원을 즉시 공급하도록 자동 절체하기 위한 비상전원 절체부를 포함하고, 상기 비상전원선 상에 연결되어 비상전원의 공급을 위한 절체 기능을 하는 제1스위칭부와 상기 상용전원선 상에 연결되어 비상전원의 공급상태에서 상용전원 공급으로의 복귀를 위한 절체 기능을 하는 제2스위칭부를 포함하는 비상전원 자동 절체장치에 있어서,
    상기 상용전원선을 통해 공급되는 상용전원에 대해 전류 파형을 검출하되 파고치와 실효치를 검출하는 전류파형 검출부; 상기 상용전원에 대한 전류 파형에 있어 안정된 전원을 공급하는 최적의 파고치와 실효치의 데이터가 기록됨과 더불어 최적의 위상 데이터가 기록되는 데이터 기록부; 상기 전류파형 검출부를 통해 검출된 파고치와 실효치를 갖는 상용전원에 대해 상기 데이터기록부에 기록된 데이터값으로 전류 파형을 제어하여 변환 출력하는 전류파형 변환부; 상기 전류파형 변환부를 통해 출력되는 상용전원을 전파 정류하여 직류전압으로 출력 및 상용등을 비롯한 필요처로 공급하는 정류부; 상기 전류파형 검출부를 통해 검출된 파고치와 실효치를 갖는 상용전원에 대해 상기 데이터기록부에 기록된 데이터값으로 위상이 동기화되게 제어하여 변환 출력하는 위상동기화부; 를 포함하고,
    상기 비상전원 절체부는,
    비상발전기를 통해 발생된 전력 또는 에너지저장시스템(ESS; Energy Storage System)에 저장된 전력을 비상전원으로 인가하도록 연결 및 인가되는 비상전원을 비상부하 측에 공급하도록 연결되는 것으로서, 상기 비상전원으로의 절체 및 상용전원으로의 복귀를 제어하는 전원절체부와, 상기 상용전원 또는 비상전원에 대한 현재 사용상태를 표시하는 전원상태표시부; 를 포함하되,
    상기 전원절체부는,
    상기 전류파형 검출부로부터 신호입력을 받도록 연결되는 것으로서, 상기 전류파형 검출부로부터 신호입력이 없는 경우 정전으로 판단하고 상기 제1스위칭부를 ON 제어하여 비상전원이 비상부하 측에 공급되도록 절체하며, 이와 더불어 비상전원의 공급상태에서 상기 전류파형 검출부로부터 신호입력이 정상적으로 발생되는 경우 상기 제1스위칭부를 OFF 제어함과 동시에 상기 제2스위칭부를 ON 제어하여 다시 상용전원이 공급되게 절체하는 마이컴; 상기 상용전원과 비상전원에 각각 연결되고, 상용전원 또는 비상전원을 상기 마이컴의 구동에 필요한 직류전원으로 변환 처리하는 컨버터; 상기 컨버터를 통해 변환 처리된 직류전원을 정전압으로 조정하여 마이컴에 공급함으로써 안정된 동작을 지원하는 레귤레이터; 상기 전류파형 검출부에 대해 이상 유무를 판단하여 상기 마이컴 측으로 신호를 출력하는 이상 검출부; 를 포함하고,
    상기 이상 검출부는,
    상기 전류파형 검출부를 통해 검출된 전류파형 데이터와 기 설정된 상용전원의 전류파형 데이터를 비교하여 오차 범위 이내에 있는지를 판단하는 전류파형 비교부; 상기 전류파형 비교부에서 출력되는 비교 데이터와 기 설정된 상용전원의 위상 데이터를 비교하여 오차 범위 이내에 있는지를 판단하는 위상 비교부; 상기 전류파형 비교부와 위상 비교부에서의 출력을 논리 합하여 어느 하나라도 오차 범위를 벗어나는 경우, 상기 전류파형 검출부에 대해 이상이 있음을 판단하는 논리판단부; 를 포함하며,
    상기 이상 검출부에서 상기 전류파형 검출부에 대한 이상이 있음을 신호 출력시, 상기 마이컴에서는 상기 정류부로터 신호 입력을 받아 상용전원에 대한 직류전압의 출력상태를 확인하여 비상전원으로의 절체를 판단하고,
    상기 전류파형 변환부와 위상동기화부를 통해 출력되는 상용전원을 정류부로 보내 전류파형을 변환하고 위상을 동기화시킨 상태에서 전파 정류하여 직류전압으로 출력 및 상용등을 비롯한 필요처로 공급함으로써 안정된 전원을 공급할 수 있도록 구성하는 것을 특징으로 하는 비상전원 자동 절체장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 마이컴에는 고유식별부호(ID)를 기록하여 보유토록 하고, 상기 마이컴과 중앙관제부가 서로 연결되어 통신하도록 유/무선통신부를 구비하여 중앙관제부에서 고유식별부호를 갖는 마이컴의 동작을 분별 체크함으로써 전원 절체에 따른 동작을 설치된 장치별로 모니터링 및 해당 마이컴의 이상 유무를 확인할 수 있도록 구성하는 것을 특징으로 하는 비상전원 자동 절체장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 에너지저장시스템은,
    리튬이온배터리를 비롯한 에너지저장용 배터리를 갖되, 상기 정류부를 통해 공급되는 직류전압의 상용전원을 공급받아 비상전원으로 사용할 전력을 저장하거나 또는 태양광이나 풍력을 이용하여 발생된 신재생에너지를 저장하여 비상전원으로 사용하도록 구성하는 것을 특징으로 하는 비상전원 자동 절체장치.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 마이컴은,
    상기 전류파형 검출부로부터 신호입력이 있는 경우, 상기 데이터기록부로부터 상용전원에 대한 최적의 전류파형 데이터와 위상 데이터를 입력받아 자체 비교하되, 각각의 오차 범위가 모두 90% 이상에 해당되면 상용전원에 대해 정전으로 판단하여 비상전원이 비상부하 측에 공급되도록 자동 절체하는 것을 특징으로 하는 비상전원 자동 절체장치.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 제1스위칭부와 제2스위칭부는 각각,
    포토커플러, 사이리스터(Sillcon Controlled Rectifier), IGBT(Insulated Gate Bipolar mode Transistor) 중에서 선택된 어느 1종으로 구성하는 것을 특징으로 하는 비상전원 자동 절체장치.
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