KR102026088B1 - 분산전원용 양방향 누전차단기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 분산전원용 양방향 누전차단기에 관한 것으로, 스위치의 온오프에 따라 전원을 각 상별로 차단하는 차단부; 상기 차단부의 각 상별 전원을 차단하기 위한 각 스위치를 온오프 구동하는 트립코일; 상기 트립코일에 구동전원을 인가하는 트립코일 구동부에 사용자가 강제로 조작된 전원을 인가시켜 상기 차단부의 각 상별 스위치가 정상적으로 오프되는지 체크하기 위한 테스트버튼; 상기 테스트버튼을 눌러 상기 차단부에서 테스트할 제1,2 차단부 중 하나를 선택하는 테스트방향 선택부; 및 상기 차단부의 동작을 테스트하기 위하여, 상기 테스트방향 선택부를 통해 선택한 전원 방향을 표시하는 테스트방향 표시부;를 포함한다.

Description

분산전원용 양방향 누전차단기{BIDIRECTIONAL EARTH LEAKAGE BREAKER FOR DISTRIBUTED POWER SUPPLY}

본 발명은 분산전원용 양방향 누전차단기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 수용가내 상용전원을 사용하는 부하에 의한 지락 발생 시 수용가내 시설된 분산전원이 누전차단기의 구동 전원으로 인가되지 않도록 함으로써, 수용가내 분산전원에 의한 역조류에 의해 상기 누전차단기의 기능 상실이나 고장 발생을 방지할 수 있도록 하는 분산전원용 양방향 누전차단기에 관한 것이다.

최근 우리나라는 태양광 발전, 풍력발전 등 배전계통에 분산전원 설비들이 계속적으로 시설되고 있고, 이러한 분산전원이 시설된 배전계통은 기존의 단방향 공급 형태와는 달리 부하와 전원이 혼재되어 운용되고 있으며 양방향 전력공급의 형태로 공급되고 있다.

따라서 현재의 배전계통이나 수용가내의 누전차단기(또는 보호계전기, ELB)는 기본적으로 상위 계통에서 하위의 수용가 쪽으로 단방향 전력 조류가 흐르고 있다. 그런데 도 1에 도시된 바와 같이, 수용가내에 분산전원으로서 태양광 발전기(예 : 태양전지 모듈)가 시설되어 있다고 가정할 때, 태양광 발전 시 발생되는 역조류에 의해 상기 누전차단기(예 : ELB, MCCB, NFB 등)가 기능을 상실하거나 고장(예 : 트립 코일 구동부의 고장)이 발생할 가능성이 있다. 즉, 상기 누전차단기는 단방향 계통에 누전 발생 시 이를 검출하여 전원을 차단하는 장치로서, 양방향 계통 동작 시 기능(예 : 트립코일 구동회로의 기능)을 상실할 가능성이 높다.

이에 따라 기존에 분산전원 연계 시 누전차단기 접속을 위한 방법이 많이 연구되고 있으나, 분산전원용 양방향 누전차단기에 직접적으로 관련된 기술에 대한 연구는 미흡한 상황이다.

본 발명의 배경기술은 대한민국 등록특허 10-0920113호(2009.09.25. 등록, 역 조류에 의한 지락과전류 계전기 오동작 방지 제어방법)에 개시되어 있다. 상기 배경기술에는 전력계통에서 보호계전기의 전원측 고장 발생 시 역조류에 의한 보호계전기의 오동작을 방지하는 것에 관련된 기술이 개시되어 있다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창작된 것으로서, 수용가내 상용전원을 사용하는 부하에 의한 지락 발생 시 수용가내 시설된 분산전원이 누전차단기의 구동 전원으로 인가되지 않도록 함으로써, 수용가내 분산전원에 의한 역조류에 의해 상기 누전차단기의 기능 상실이나 고장 발생을 방지할 수 있도록 하는 분산전원용 양방향 누전차단기를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 일 측면에 따른 분산전원용 양방향 누전차단기는, 스위치의 온오프에 따라 전원을 각 상별로 차단하는 차단부; 상기 차단부의 각 상별 전원을 차단하기 위한 각 스위치를 온오프 구동하는 트립코일; 상기 트립코일에 구동전원을 인가하는 트립코일 구동부에 사용자가 강제로 조작된 전원을 인가시켜 상기 차단부의 각 상별 스위치가 정상적으로 오프되는지 체크하기 위한 테스트버튼; 상기 테스트버튼을 눌러 상기 차단부에서 테스트할 제1,2 차단부 중 하나를 선택하는 테스트방향 선택부; 및 상기 차단부의 동작을 테스트하기 위하여, 상기 테스트방향 선택부를 통해 선택한 전원 방향을 표시하는 테스트방향 표시부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 차단부는, 수용가내 인입전원을 각 상별로 차단하기 위한 제1 차단부; 및 인버터를 통해 교류로 변환된 분산전원을 각 상별로 차단하기 위한 제2 차단부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 트립코일은, 상기 차단부에서 각 상별 인입전원 차단을 위한 스위치를 온/오프 구동하기 위한 제1 트립코일; 및 상기 차단부에서 각 상별 분산전원 차단을 위한 스위치를 온/오프 구동하기 위한 제2 트립코일;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 테스트방향 선택부는, 수용가내 인입전원측 상별 전원을 차단하는 제1 차단부를 테스트하거나, 분산전원측 상별 전원을 차단하는 제2 차단부를 테스트할지를 선택하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 테스트방향 표시부는, 별도의 전원부에 의해 구동되는 발광소자를 이용하여 구현되거나, 기구적으로 회전하는 물리적 스위치로 구현되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 본 발명은 수용가내 상용전원을 사용하는 부하에 의한 지락 발생 시 수용가내 시설된 분산전원이 누전차단기의 구동 전원으로 인가되지 않도록 함으로써, 수용가내 분산전원에 의한 역조류에 의해 상기 누전차단기의 기능 상실이나 고장 발생을 방지할 수 있도록 한다.

도 1은 종래의 수용가내 분산전원 시설 시 발생한 역조류에 의해 누전차단기의 기능 상실이나 고장 발생이 발생하는 문제점을 설명하기 위한 예시도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 분산전원용 양방향 누전차단기의 개략적인 구성을 보인 예시도.
도 3은 상기 도 2에 있어서, 인입전원측 누전 차단동작을 설명하기 위하여 양방향 누전차단기를 부분적으로 보인 예시도.
도 4는 상기 도 3에 있어서, 트립코일 구동부의 동작을 설명하기 위하여 회로 구성을 개략적으로 보인 예시도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 분산전원용 양방향 누전차단기의 일 실시예를 설명한다.

이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 분산전원용 양방향 누전차단기의 개략적인 구성을 보인 예시도이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 분산전원용 양방향 누전차단기(100)는, 차단부(110), 트립코일(120), 테스트버튼(130), 테스트방향 표시부(140), 테스트방향 선택부(150), 고장방향 검출부(160), 및 고장방향 표시부(170)를 포함한다.

상기 차단부(110)는 수용가내 인입전원을 각 상별로 차단하기 위한 제1 차단부(미도시), 및 인버터를 통해 교류로 변환된 분산전원을 각 상별로 차단하기 위한 제2 차단부(미도시)를 포함한다.

상기 트립코일(120)은 상기 제1 차단부(미도시)의 각 상별 인입전원 차단을 위한 스위치(미도시)를 온/오프 구동하기 위한 제1 트립코일(미도시), 및 상기 제2 차단부(미도시)의 각 상별 분산전원 차단을 위한 스위치(미도시)를 온/오프 구동하기 위한 제2 트립코일(미도시)을 포함한다.

상기 트립코일(120)은 일종의 전자석 기능을 수행하는 것으로서, 정상동작 상태(즉, 트립코일 구동을 위한 구동전원이 인가된 상태)에서는 스위치(미도시)를 온(ON)시켜 전원을 흐르게 하고, 비정상동작 상태(즉, 트립코일 구동을 위한 구동전원이 차단된 상태)에서는 스위치(미도시)를 오프(OFF)시켜 전원이 흐르지 않도록 차단시킨다.

상기 테스트버튼(130)은 상기 트립코일(120)에 구동전원(또는 트립신호)을 인가하는 트립코일 구동부(121, 도 3 참조)에 사용자가 강제로 조작된 전원을 인가시킴으로써, 상기 차단부(110)의 각 상별 스위치(미도시)가 정상적으로 오프(OFF)되는지 체크하기 위한 버튼이다.

상기 테스트버튼(130)은 상기 제1 차단부(미도시)를 테스트하거나 상기 제2 차단부(미도시)를 테스트하기 위한 버튼을 별도로 구비할 수 있다.

상기 테스트방향 선택부(150)는 상기 테스트버튼(130)을 눌러 테스트할 차단부(110)를 선택할 수 있다. 즉, 상기 테스트방향 선택부(150)에 의해 수용가내 인입전원측(즉, 제1 차단부)을 테스트할지, 아니면 분산전원측(즉, 제2 차단부)을 테스트할지를 먼저 선택한 후, 상기 테스트버튼(130)을 눌러 테스트할 수 있다.

상기 테스트방향 표시부(140)는 상기 차단부(110)의 동작을 테스트하기 위하여, 상기 테스트방향 선택부(150)를 통해 선택한 방향(즉, 인입전원측 또는 분산전원측)을 표시한다.

예컨대 상기 테스트방향 표시부(140)는 엘이디(LED)나 램프 등의 발광소자를 이용해 상기 테스트버튼(130)에 의해 테스트할 방향(즉, 인입전원측 또는 분산전원측)을 표시한다.

상기 고장방향 검출부(160)는 조류방향의 감지와 각 상별 조류방향을 이용하여 부하측 고장인지 전원측 고장인지 여부(즉, 고장위치)를 판별하고, 또한 지락고장인지 단락고장인지 여부를 판별하며, 이를 위해 전압 및 전류를 검출할 수 있다.

다만, 상기 고장방향 검출부(160)의 기능과 관련하여, 상기 배경기술(예 : 대한민국 등록특허 10-0920113호)에 공개된 기술을 이용할 수 있으므로, 본 실시예에서는 상기 고장방향 검출부(160)에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.

상기 고장방향 표시부(170)는 상기 고장방향 검출부(160)를 통해 검출된 고장위치를 표시한다.

예컨대 상기 고장방향 표시부(170)는 엘이디(LED)나 램프 등의 발광소자를 이용해 고장방향(예 : 전원측, 부하측)을 표시한다.

참고로 상기 테스트방향 표시부(140) 및 고장방향 표시부(170)가 엘이디(LED)나 램프 등의 발광소자(미도시)를 이용하여 구현될 경우에 전원부(예 : 배터리 등)(미도시)를 추가로 구비할 수 있으며, 상기 전원부를 추가로 구비하지 않기 위해서 기구적으로 회전하는 물리적 스위치(미도시)로 구현될 수도 있다.

이와 같이 본 실시예에 따른 분산전원용 양방향 누전차단기는, 테스트방향 및 고장방향을 표시함으로써, 어느 방향(예 : 순조류 방향, 역조류 방향 등)에서 고장이 발생하는지를 빠르게 검출할 수 있도록 하는 효과가 있다. 또한 고장 발생 시 인입전원측과 분산전원측을 선택적(또는 동시에)으로 차단함으로써 안전성을 향상시키는 효과가 있으며, 또한 수용가내 분산전원에 의한 역조류에 의해 상기 누전차단기의 기능 상실이나 고장 발생을 방지할 수 있도록 하는 효과가 있다.

도 3은 상기 도 2에 있어서, 인입전원측 누전 차단동작을 설명하기 위하여 양방향 누전차단기를 부분적으로 보인 예시도이다.

일반적으로 누전차단기는 과전류를 검출하여 차단하는 배선용차단기(MCCB) 기능에 누전지락 전류를 검출하여 차단하는 기능을 부가적으로 가지고 있으며, 이는 누전지락 전류를 검출하는 영상변류기(ZCT)를 통해 검출된 신호를 증폭하고 판별하여 트립신호를 발생시키는 트립코일 구동부(121), 그리고 트립신호에 의하여 차단부(110)의 스위치(미도시, 개폐기구부)를 트립시키는 트립코일(120), 및 인위적으로 누전지락 전류를 발생시키는 테스트 회로(즉, 테스트 버튼(130)에 의해 조작된 누전지락 전류) 등으로 구성되어 있다.

상기 트립코일 구동부(121)의 내부 전자회로(도 4 참조)는, R, T상의 부하측 단자에서 전원을 공급받아 구동하게 되어 있으며, 테스트 동작이나 누전발생 시 작동되는 트립코일(120)이나 트립코일 구동전류가 흐르는 SCR(도 4 참조) 및 테스트 전류가 흐르는 테스트 저항(미도시) 등은 수초정도 견딜 수 있는 단시간 정격으로 구성되어 있다.

이는 누전차단기의 내부 공간상 큰 부품을 내장할 수 없을 뿐만 아니라, 트립코일 동작 시간이 0.03초 또는 0.1초 이내로 되어 있으므로, 만약 차단동작이 이루어지면 더 이상 전자회로부에 전원(즉, 구동전원)이 공급되어지지 않으므로 아무런 문제가 없기 때문이다.

따라서 도면에는 구체적으로 도시되어 있지 않지만, 본 실시예에 따른 양방향 누전차단기는 분산전원측에도 상기 차단부(110), 트립코일(120), 및 테스트버튼(130)이 추가로 구현되어, 고장(예 : 지락, 단락 등) 발생 시 인입전원측과 분산전원측을 동시에(또는 선택적으로) 차단할 수 있도록 한다.

도 4는 상기 도 3에 있어서, 트립코일 구동부의 동작을 설명하기 위하여 회로 구성을 개략적으로 보인 예시도이다.

상기 트립코일 구동부(121)는, 지락 전류 발생이나 테스트 버튼(130)의 입력에 따라 이 출력 신호가 SCR의 게이트(G)단으로 인가되어 SCR이 턴온(Turn On)되면서 트립코일이 작동하여 누전차단기를 동작(즉, 인입전원측 차단부의 스위치를 오프)하게 된다.

그런데 이미 상술한 바와 같이 기존에는 분산전원이 시설된 경우, SCR의 게이트(G)단에 계속해서 출력 신호(즉, 분산전원)가 인가됨에 따라 상기 스위칭 소자(SCR)가 기능을 상실하게 되고, 결과적으로 트립코일이 손상되고 이로 인해 누전차단기 내부의 상간 단락으로 이어질 수 있는 문제점이 발생할 수 있었다.

하지만 본 실시예에서는 도면에 도시되어 있지 않지만, 분산전원측에도 상기 차단부(110), 트립코일(120), 및 테스트버튼(130)이 추가로 구현하여, 인입전원측이 차단될 때 분산전원측도 동시에 차단됨으로써 상기 스위칭 소자(SCR)의 게이트(G)단에 계속해서 출력 신호(즉, 분산전원)가 인가되지 않도록 함으로써, 상기 스위칭 소자(SCR)의 기능 상실을 방지하고, 이에 따라 트립코일이 손상되는 것도 방지할 수 있도록 하는 효과가 있다.

이상으로 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.

100 : 분산전원용 양방향 누전차단기
110 : 차단부
120 : 트립코일
130 : 테스트버튼
140 : 테스트방향 표시부
150 : 테스트방향 선택부
160 : 고장방향 검출부
170 : 고장방향 표시부

Claims (5)

1. 스위치의 온오프에 따라 전원을 각 상별로 차단하는 차단부;
   상기 차단부의 각 상별 전원을 차단하기 위한 각 스위치를 온오프 구동하는 트립코일;
   상기 트립코일에 구동전원을 인가하는 트립코일 구동부에 사용자가 강제로 조작된 전원을 인가시켜 상기 차단부의 각 상별 스위치가 정상적으로 오프되는지 체크하기 위한 테스트버튼;
   상기 테스트버튼을 눌러 상기 차단부에서 테스트할 제1,2 차단부 중 하나를 선택하는 테스트방향 선택부; 및
   상기 차단부의 동작을 테스트하기 위하여, 상기 테스트방향 선택부를 통해 선택한 전원 방향을 표시하는 테스트방향 표시부;를 포함하며,
   상기 차단부는,
   수용가내 인입전원을 각 상별로 차단하기 위한 제1 차단부; 및
   인버터를 통해 교류로 변환된 분산전원을 각 상별로 차단하기 위한 제2 차단부;를 포함하고,
   상기 트립코일은,
   상기 차단부에서 각 상별 인입전원 차단을 위한 스위치를 온/오프 구동하기 위한 제1 트립코일; 및
   상기 차단부에서 각 상별 분산전원 차단을 위한 스위치를 온/오프 구동하기 위한 제2 트립코일;을 포함하며,
   상기 테스트방향 선택부는,
   수용가내 인입전원측 상별 전원을 차단하는 제1 차단부를 테스트하거나,
   분산전원측 상별 전원을 차단하는 제2 차단부를 테스트할지를 선택하는 것을 특징으로 하는 분산전원용 양방향 누전차단기.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 제 1항에 있어서, 상기 테스트방향 표시부는,
   별도의 전원부에 의해 구동되는 발광소자를 이용하여 구현되거나,
   기구적으로 회전하는 물리적 스위치로 구현되는 것을 특징으로 하는 분산전원용 양방향 누전차단기.

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