KR102150201B1 - 저압 배전이 적용된 컨테이너 선 - Google Patents

Abstract

실시예들은, 필수부하에 연관된 제1 전력 계통; 및 서비스부하에 연관된 제2 전력 계통을 포함하는, 필수부하 및 서비스 부하를 갖는 컨테이너 선용 전력 공급 시스템 및 상기 전력 공급 시스템이 적용된 컨테이너 선에 관련된다.

Description

저압 배전이 적용된 컨테이너 선{CONTAINER CARRIER APPLIED WITH LOW-VOLTAGE DISTRIBUTION}

본 발명은 저압 배전이 적용된 선박에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 필수부하(Essential, Important Load)와 서비스부하(Service Load)로 나뉘어지는 컨테이너 선의 전력 부하를 필수부하 전력 계통 및 서비스부하 전력 계통으로 분리하여 구성함으로써, (예컨대, 440V와 같은) 저압 배전으로 부하에 전력을 공급할 수 있는 전력 계통이 적용된 컨테이너 선에 관련된다.

화물을 국가 간, 또는 대륙 간에 배달하기 위한 장거리 운송은 육상 운송 수단, 해상 운송 수단, 항공 운송 수단에 의해 이루어지고 있다. 운반 비용, 운반 용량 등을 고려하면 대용량의 화물을 배달하는데 있어 해상 운송 수단이 많이 활용되고 있다. LNG, LPG 등의 특수 화물을 제외한, 일반 화물은 통상적으로 컨테이너에 적재되어 선박(컨테이너 선)을 통해 운송된다.

최근 냉동 컨테이너(Reefer container)를 선적한 컨테이너 선의 수요가 증가하고 있다. 냉동 컨테이너는 컨테이너 내부의 온도를 제어하도록 구성되며, 온도 제어를 위해 전력을 소모하는 전력 부하(power load)이다. 이러한 냉동 컨테이너를 선적한 컨테이너 선 내 전력 부하는 (예컨대, 선박추진 관련 보기들, 발전 plant 관련 보기들 등)선박 운항과 연관된 필수부하(Essential & Important Load)와 (예컨대, Reefer container 등) 운항과 연관되지 않는 서비스부하(Service Load)를 포함할 수 있다. 운항과 연관된 전력 부하 대부분은 시간에 따라 전력 소모량이 변화하지 않는 연속부하에 해당하고, 운항과 연관되지 않는 부하 대부분은 시간에 따라 전력 소모량이 변하는 가변부하에 해당한다.

도 1, 종래의 일 실시예에 따른, 특정 규모 미만의 전력 부하를 갖는 컨테이너 선에 적용 가능한 전력 공급 시스템의 시스템 구조도를 개략적으로 도시한 도면이다.

도 1을 참조하면, 통상적으로 컨테이너 선에 적용된 교류 계통의 전력 공급 시스템에서는, 필수부하와 서비스부하가 혼재되어 단일 전력 계통에 연계되어 있다. 도 1의 냉동 컨테이너는 RD Panel(Reefer Distribution Panel)을 통해 온도 제어를 위해 전력을 공급한다.

냉동 컨테이너의 부하 용량이 크지 않아 운항과 연관되지 않는 서비스부하의 부하 용량이 작게 된다. 이로 인해, 선박 내 전력 부하의 부하 용량이 작아, 단일 전력 계통에 부하가 혼재되어 연계되어도 저압 배전이 가능하다. 그러면, 도 1에 도시된 바와 같이, 고압(예컨대, 6.6kV) 전류를 저압(예컨대, 440V) 전류로 감압하는 고압/저압 변압기, 고압 차단기 등이 요구되지 않는다.

그러나, 대규모의 냉동 컨테이너를 선적하게 되면, 서비스부하의 부하 용량이 증가하게 된다. 일반적으로, 3000TEU 이상의 냉동 컨테이너를 선적하는 컨테이너 선의 경우 단일 전력계통 용량이 10MW 이상으로 매우 크다.

대규모의 냉동 컨테이너를 선적한 컨테이너 선에 있어서, 단일 계통 내 모든 부하에 전력을 공급하게 되면 전력 공급 케이블 물량이 급증하게 된다. 또한, 컨테이너 선의 주요 부하는 정격전압이 440V 이하의 저압이므로, 440V 이하의 저압으로 전력이 공급되도록 전력 계통을 설계하게 되면 계통 용량 대비 배전 전압이 낮아 배전반에 매우 높은 전류가 흐르게 된다. 따라서, 계통 내 높은 전류로 인하여 계통 사고를 보호하기 위하여 고가 차단 설비가 필요하게 된다. 정격정류가 4000~5000A 이상인 경우 상용 저압 차단 설비가 있지 않으므로 단일 전력 계통은 용량의 한계로 인해 저압 기반의 전력 공급에 있어 한계가 발생하게 된다.

따라서, 특정 규모 이상의 전력계통이 적용되는 컨테이너 선의 경우 저압 계통의 고전류로 인한 케이블 물량, 계통 용량 한계를 해소하기 위하여 부득이 고압으로 전력을 생성하여 이를 저압으로 변압하여 부하에 전력을 공급하는 전력 공급 시스템을 가진다.

도 2, 종래의 일 실시예에 따른, 특정 규모 이상의 전력 부하를 갖는 컨테이너 선에 적용 가능한 전력 공급 시스템의 시스템 구조도를 개략적으로 도시한 도면이다.

특정 규모 이상의 전력 부하를 갖는 컨테이너 선에는 단일 전력 계통 내에 필수부하, 서비스부하가 혼재된 전력 공급 시스템이 적용된다. 상기 전력 공급 시스템은 고압 배전으로 부하에 전력을 공급한다.

도 2를 참조하면, 단일 전력 계통 내에 필수부하, 서비스부하가 혼재되어 있는 상기 전력 공급 시스템은 발전부(10); 발전부(10)로부터 전력을 수신하여 부하 또는 다른 배전반에 전달하는 고압 배전반(20); 고압 배전반(20)의 전압을 감압하는 하나 이상의 변압기(30); 저압 배전반, RS Panel(Reefer Section Panel) 및 RD Panel로 구성된 부하부(50)를 포함한다.

도 1과 같이, 단일 계통 선박용 전력 공급 시스템을 대형 선박에 적용 시 계통 규모가 일정 크기 이상일 경우, 부하의 정격전압이 저압일지라도 주 배전은 고압 배전을 적용하고 부하가 연계되어 있는 하위 계통으로 분기될 때 고압을 저압으로 변압하는 고압/전압 변압기(40)를 통해 전력을 공급한다.

도 1의 배전반(20)에는 6.6kV 고압이 적용되어 있으면, 저압 정격전압을 갖는 부하까지 전력 공급 과정은 다음과 같다. 6.6kV 발전기 -> 6.6kV 고압 주배전반(high voltage main switchboard) -> 6.6kV/440V 변압기 -> 440V 저압 하위배전반(low voltage sub-switchboard). 즉, 도 1의 선박용 전력 공급 시스템은 고압으로 전력을 생성하고, 이를 저압으로 변압하여 부하에 전력을 공급한다.

도 3a 및 도 3b는, 도 1 및 2의 전력 공급 시스템을 갖는 종래의 컨테이너 선의 내부 구조를 설명하기 위한 도면이다.

도 1에서는 단일 전력 계통에 부하가 혼재되어 연계되어도 저압 배전이 가능하다. 그러면, 도 3a에 도시된 바와 같이, 컨테이너 선 내에 고압(예컨대, 6.6kV) 전류를 저압(예컨대, 440V) 전류로 감압하는 고압/저압 변압기, 고압 차단기 등이 설치되지 않는다.

반면, 도 2에서는 고압 배전이 수행되므로, 도 2의 전력 계통이 적용된 선박은, 도 3b에 도시된 바와 같이, 고압 배전반(20), 고압을 저압으로 감압하는 고압/저압 변압기(30), 및 고압 차단기 등이 설치되어 선내 공간을 차지하게 된다.

대용량의 선내 전력 부하에 전력을 공급하기 위한 고압 발전이 수행되므로, 고압/저압 변압기(30)의 규모는 상당하다. 예를 들어, 6600/440 VAC, 3400kVA, 3ph 사양을 갖는 고압/저압 변압기(30)는 가로(2.6m) x 세로(2.65m) x 높이(1.6m)를 가진다. 도 3b과 같이 12개의 고압/저압 변압기(30)가 설치되는 경우, 고압/저압 변압기(30)는 상당한 공간을 차지한다. 이러한 고압/저압 변압기(30)는 엔진 룸 내부에 위치한 두 변압기 실에 배치되며, 결국, 해당 변압기 실에 대응하는 규모만큼 선내의 활용 가능한 공간이 줄어들게 된다.

공개특허공보 제10-2017-0118285호

본 발명의 일 측면에 따르면, 고압 배전이 요구되는 특정 규모 이상의 컨테이너 선에도 고압 배전반을 요구하지 않고, 저압 배전반을 통해 선내 전력 부하에 전력을 공급하도록 구성된 전력 공급 시스템 및 상기 전력 공급 시스템이 적용된 컨테이너 선이 제공될 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따른 필수부하 및 서비스 부하를 갖는 컨테이너 선은: 필수부하에 연관된 제1 전력 계통; 및 서비스부하에 연관된 제2 전력 계통을 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 제1 전력 계통은 제1 발전부, 제1 배전반 및 선박의 운항에 요구되는 필수부하를 포함한 제1 부하부를 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 제2 전력 계통은 제2 발전부 및 제2 배전반; 및 가변부하를 포함한 제2 부하부를 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 제1 전력 계통 및 제2 전력 계통은 저압이 적용되어 부하에 전력을 공급하는 저압 배전반 만을 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 제1 부하부 중 적어도 일부 부하는 변압기를 통하지 않고 제1 배전반에 전기적으로 연결될 수 있다.

일 실시예에서, 상기 제2 부하부 중 적어도 일부는 변압기를 통하지 않고 제2 배전반에 전기적으로 연결될 수 있다.

일 실시예에서, 상기 필수부하는 쓰러스터 모터, 추진 보기용 모터, 및 발전 보기용 모터 중 하나 이상을 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 서비스부하는 냉동 컨테이너를 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 필수부하 전력 계통은, 상기 제1 배전반의 저압 전류를 수신하여 보다 높은 전압을 갖는 전류를 출력하는 승압 변압기를 더 포함할 수 있다. 여기서, 상기 쓰러스터 모터는 상기 승압 변압기로부터 전력을 수신한다.

일 실시예에서, 상기 서비스부하 전력 계통은, 상기 제2 배전반과, 상기 제2 배전반으로부터 소정 거리 이상에 위치하는 서비스부하 사이에 배치된 승압 변압기; 및 상기 승압 변압기로부터 승압된 전류를 수신하여 감압하는 감압 변압기를 더 포함할 수 있다.

상술한 실시예들의 컨테이너 선은 3000TEU 이상 내지 10,000TEU 이하의 냉동 컨테이너를 선적할 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 컨테이너 선이 갖는 저압 배전 기반 전력 계통은 부하 특성에 따라 필수부하 전력 계통, 그리고 서비스부하 전력 계통으로 분리 구성된다. 필수부하 전력 계통은 컨테이너 선의 운전에 필수적인 필수 부하(예컨대, 쓰러스터 모터, 추진 보기용 모터, 발전 보기용 모터 등)를 포함하며, 필수부하의 대부분은 연속부하에 해당된다. 서비스부하 전력 계통은 컨테이너 선의 운항에는 필수적이지 않으나, 컨테이너 선에 의한 서비스를 제공하는 것과 관련된 부하(예컨대, 냉동 컨테이너 등)를 포함하며, 서비스부하의 대부분은 가변부하에 해당된다.

이러한 부하 분리로 인해 각 전력 계통의 용량이 기존 단일 계통 대비 줄어 들게 되어, 저압 배전반만을 이용하여 각 전력 계통 내 부하에 대해 전력을 공급할 수 있게 된다. 그 결과, 고압 배전이 필요치 않게 되어 기존 고압 배전반 및 대용량 고압/저압 변압기가 필요치 않게 된다.

이와 같이, 다수의 고압/전압 변압기를 사용하지 않음으로써, CAPEX(Capital expenditures) 측면에서 원가 절감 효과를 얻을 수 있다.

아울러, 기존에 고압/저압 변압기를 위해 제공되었던 공간(즉, 변압기 실)은 다양한 다른 목적으로 활용 가능하다. 일반적으로 해당 고압/저압 변압기는 장비 밀집도가 높은 엔진 룸 내에 위치하고 있어 선내 공간 활용도 개선에 미치는 영향이 크다.

그리고, 필수부하용 전력계통과 서비스부하용 전력계통을 분리 구성함으로써 각 계통의 안정성도 높아지게 된다. 기존의 경우 서비스부하단에 계통사고가 발생하게 되면 단일 계통으로 구성되어 있어 필수부하에도 영향을 미치게 된다. 계통을 분리 구성하게 되는 경우 서비스부하 단의 사고 발생 시 해당 계통 사고는 서비스부하용 전력계통 내에서만 확산되므로 필수부하용 전력계통에는 영향을 미치지 않게 된다. 마찬가지로 계통 분리 시 필수부하 단의 사고 시에도 해당 사고가 서비스부하단으로 확산되지 않는다.

또한, 이러한 부하 분리로 인해 각 전력 계통의 용량이 기존 단일 계통 대비 줄어 들게 되어, 필수부하 전력 계통 내 발전기(또는 엔진)의 용량을 축소시킬 수 있다. 이로 인해, 발전기 설비 비용이 감소하고, 엔진 룸 내 공간 활용도가 더 높아진다.

본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명 또는 종래 기술의 실시예의 기술적 해결책을 보다 명확하게 설명하기 위해, 실시예에 대한 설명에서 필요한 도면이 아래에서 간단히 소개된다. 아래의 도면들은 본 명세서의 실시예를 설명하기 목적일 뿐 한정의 목적이 아니라는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 설명의 명료성을 위해 아래의 도면들에서 과장, 생략 등 다양한 변형이 적용된 일부 요소들이 도시될 수 있다.
도 1, 종래의 일 실시예에 따른, 특정 규모 미만의 전력 부하를 갖는 컨테이너 선에 적용 가능한 전력 공급 시스템의 시스템 구조도를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2, 종래의 일 실시예에 따른, 특정 규모 이상의 전력 부하를 갖는 컨테이너 선에 적용 가능한 전력 공급 시스템의 시스템 구조도를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3a 및 도 3b는, 도 1 및 2의 전력 공급 시스템을 갖는 종래의 컨테이너 선의 내부 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는, 본 발명의 일 실시예에 따른, 분리된 전력 계통을 포함하는 컨테이너 선용 전력 공급 시스템의 개략적인 시스템 구조도이다.
도 5는, 도 4의 전력 공급 시스템이 적용된 컨테이너 선의 내부 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 기재된 특징, 영역, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 및/또는 성분을 구체화하는 것이며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징, 영역, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 및/또는 성분의 존재 또는 부가를 제외시키는 것이 아니다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미이다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미인 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

본 명세서에서, 부하 계통이 필수부하 계통과 서비스부하 계통으로 분리되었다는 것은 필수부하와 서비스부하가, 동일한 배전반을 통해 전력을 공급 받는 것과 같은, 동일 계통에 혼재되지 않고, 상이한 계통에 각각 포함되어 상이한 주배전반에 의해 전력을 공급받도록 구성된 것을 지칭한다. 부하 계통의 분리는 영구적인 것이 아니며, 상이한 부하 계통은 전력 공급 구성요소 사이를 전기적으로 연결 가능한 임의의 구성요소(예컨대, SPDT 스위치, 또는 버스 연결 차단기(Bus-tie breaker) 등)에 의해 연결될 수 있다.

본 명세서에서, 실시예들은 컨테이너 선의 전력 시스템에 관한 것이다. 컨테이너 선의 경우 교류 저압의 범위는 국제 규정에 1000V 이하로 규정되고 있으므로, 특별한 한정이 없으면, 본 명세서에서 용어 "저압"은 교류의 경우 1000V 이하에 해당되는 전압을 지칭한다.

본 발명의 실시예들에 따른 컨테이너 선용 전력 공급 시스템은 주로 필수부하를 포함한 필수부하 전력 계통과, 주로 서비스부하를 포함한 서비스부하 전력 계통으로 전력 계통이 분리되어 구성된다. 상기 필수부하와 서비스부하는 배전반을 공유하지 않는다.

상기 전력 공급 시스템은, 종래에 저압 배전이 어려운, 3000TEU 이상 21000TEU 이하의 컨테이너 선에 적용되어, 저압 배전이 가능하도록 구성된다. 설명의 명료성을 위해, 상기 전력 공급 시스템은 3000TEU 이상 10,000TEU 이하의 싱글 아일랜드 (single island) 구조를 갖는 중형 컨테이너 선에 적용되는 것으로 설명한다.

이하에서, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 대하여 상세히 살펴본다.

도 4는, 본 발명의 일 실시예에 따른, 분리된 전력 계통을 포함하는 컨테이너 선용 전력 공급 시스템의 개략적인 시스템 구조도이다.

도 4를 참조하면, 컨테이너 선용 전력 공급 시스템(1)은 하나 이상의 전력 계통(100, 200 등)을 포함한다. 전력 계통(100)은 발전부(110), 주배전반을 포함한 배전반(130) 및 선박 운항을 위해 동작하는 필수부하를 포함한 필수부하부(150)를 포함하며, 이하 필수부하 전력 계통으로 지칭한다. 전력 계통(200)은 발전부(210), 주배전반을 포함한 배전반(230) 및 화물과 관련된 서비스부하를 포함한 서비스부하부(250)를 포함한다.

또한, 상기 컨테이너 선용 전력 공급 시스템(1)은 전력 계통의 상태를 모니터링하고 전력 공급을 제어하는 제어부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 상기 제어부는 전력관리시스템(PMS; Power Management System), 에너지관리시스템(EMS: Energy Management System), 에너지 전력 관리 시스템(EPMS: Energy Power Management System) 중 하나 이상을 포함할 수 있다.

이하, 설명의 명료성을 위해 컨테이너 선용 전력 공급 시스템(1)은 2개의 전력 계통(100, 200)을 포함하는 것으로 서술되나, 이에 제한되는 것으로 해석되진 않는다. 또한, 경우에 따라 2개의 구성요소에 대한 상세한 설명은 1개의 구성요소에 대한 상세한 설명으로 대표하여 서술된다.

도 4에 도시된 바와 같이, 컨테이너 선용 전력 공급 시스템(1)은 필수부하와 서비스부하 별로 전력 계통이 각각 분리된 상태로 구성된다.

발전부(110)는 배전반(130)를 통해 필수부하부(150)로 전력을 공급하여 필수부하부(150)의 부하가 전력을 소모하고 구동하게 한다.

발전부(110)는 교류 전기 신호를 출력하며, 복수의 발전기(예컨대, 도 3의 발전기(111, 112)를 포함한다. 발전기(111, 112)의 속성 및 발전 용량은 부하에 의존한다. 예를 들어, 선박의 운용을 위한 모터 부하가 정출력 부하인 경우, 교류 발전기가 사용될 수 있다. 또한, 발전기의 수용율이 85%이고, 부하 용량이 1MW인 경우, 발전기의 발전 용량은 약 1.2MW일 수 있다.

발전기(111, 112)는 디젤발전기, 복합연료발전기, 가스연료발전기, 가스터빈 등이 포함할 수 있으나 이에 제한되지는 않는다.

발전부(110)에 포함된 발전기 하나의 용량은 일반항해 모드에서 필수부하부(150)에 전력을 공급하게 충분한 용량을 가진다. 이 경우, 상기 복수의 발전기(111, 112) 중 적어도 하나는 대기 발전기로 지정되며, 상기 대기 발전기는 일반 항해 시에는 동작하지 않도록 설정된다.

또한, 발전부(110)는 상황에 따른 전력 공급 제어를 위해 하나 이상의 스위치, 및/또는 단로기를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 4에 도시된 바와 같이, 컨테이너 선용 전력 공급 시스템(1)은 두 개의 발전기(111, 112)를 포함한 경우, 두 개의 스위치(113A, 113B)를 더 포함할 수 있다. 전력 계통(100)에서는 저압 배전이 수행되므로, 고압 배전되는 경우에 비해 계통 내에서 낮은 전류가 흐르게 된다. 그 결과, 스위치(113A, 113B)의 설치 비용이 감소한다.

배전반(130)에서는 저압이 적용되어 전력 공급이 실시된다. 일 실시예에서, 배전반(130)은 전력 계통(100)의 주배전반을 포함할 수 있다. 상기 주배전반은 버스 케이블로 구성되며, 이 경우 버스 케이블은 메인 버스로 지칭될 수 있다.

또한, 일부 실시예에서, 배전반(130)은 복수의 버스케이블을 포함할 수도 있다. 예를 들어, 배전반(130)은 발전기(111)에 전기적으로 연결된 메인버스(131), 발전기(112)에 전기적으로 연결된 메인버스(132)와 같이, 복수의 버스 케이블을 포함할 수 있다. 이 경우, 배전반(130)은 복수의 메인버스(131, 132)를 평소에는 전기적으로 연결하나(Normally Closed), 비상 및/또는 사고 시 전기적 연결이 차단되는 버스 연결 차단기(bus tie breaker)(133)를 더 포함할 수 있다.

이러한 배전반(130)으로 인해, 전력 계통(100)은 저압으로 교류 배전을 통해 전력을 부하로 공급한다.

전력 계통(100)의 구성요소는 상호작용하도록 전기적으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 컨테이너 선용 전력 공급 시스템(1)은 발전부(110)로부터 배전반(130)를 통해 필수부하부(150)까지를 전기적으로 연결하는 전력 공급선을 사용하여 필수부하에 전력을 공급할 수 있다.

전력 계통(100)의 필수부하부(150)는 선박 운행을 위해 필수적으로 동작이 요구되는 필수부하(Essential, Important Load)를 포함한다. 상기 필수부하(Essential, Important Load)는 선박 규정이 정의하는 필수부하(Essential load) 및 선박 운행을 위해 필수적으로 동작이 요구되나, 선박 규정 상 필수부하(Essential load)에는 포함되지 않지만 준-필수부하(secondary essential load)(예컨대, 중요부하(important load))를 포함한다.

전력 계통(100)의 필수부하부(150)는 선박의 운용을 위해 사용되는 필수 부하(예컨대, 쓰러스터 모터(152), 추진 보기용 모터, 발전 보기용 모터 등)를 포함할 수 있다. 필수부하부(150)에 포함된 필수부하의 대부분은 부하율이 변하지 않는 연속부하에 해당된다.

일부 실시예에서, 필수부하부(150)는 가변주파수제어(VFD, Variable Frequency Drive) 기반 부하를 더 포함할 수도 있다. 가변주파수제어 기반 부하는 냉각 시스템((Central Cooling System)과 같이, 운항 특성에 맞게 부하단의 전력소모를 최적화하는 필수부하이다. 예를 들어, VFD 부하는 냉각수의 온도를 제어 가능하도록 구성된 냉각 펌프 등과 같은 온도, 압력 등을 제어하도록 구성된 필수부하를 포함한다.

전술한 바와 같이, 배전반(130)은 저압 배전이 실시되도록 구성된다. 따라서, 도 3에 도시된 바와 같이, 적어도 일부 필수부하는 별도의 변압기가 필요 없이 전기적으로 직접 연결되어 전력을 공급받을 수 있다.

또한, 필수부하부(150)는 저압 배전반(130)과 필수부하 사이에 설치되어 전압을 승압하는 승압 변압기(153)를 더 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 상기 승압 변압기(153)를 통해 전력을 공급받는 필수부하는 쓰러스터 모터(152)일 수 있다.

상기 쓰러스터 모터(152)는 선박의 이/접안에 사용되는 모터이다. 쓰러스터 모터(152)는 다른 연속부하들과 비교하여 대용량의 전력을 소모하는 대형 부하로서, 일반적으로 2MW 정도의 부하 용량을 가진다. 이로 인해, 440V와 같은 저압이 적용된 저압 배전반(130)에 의한 전력 공급 시, 저압 배전반(130)과 쓰러스터 모터(152) 사이에 많은 케이블이 요구된다. 예를 들어, 단면적이 150SQMM인 케이블(270A)을 8~10가닥 포설해야 하며, 컨테이너 선 내 전력 공급선의 포설이 용이하지 않을 수 있다.

따라서, 필수부하부(150)는 배전반(130)으로부터 쓰러스터 모터(152)를 전기적으로 연결하는 전력 공급선(미도시), 그리고 전력을 보다 효율적으로 쓰러스터 모터(152)에 공급할 수 있는 승압 변압기(153)를 더 포함할 수도 있다. 여기서, 전력 공급선은 배전반(130)으로부터 쓰러스터 모터(152)까지를 전기적으로 연결하는 구성요소로서, 일 예에서, 전력 공급선은 케이블일 수 있다.

승압 변압기(153)는 저압을 보다 높은 전압으로 승압하는 변압기로서, 배전반(130)에서 저압 전류를 수신하여 보다 높은 전압을 갖는 전류를 출력한다. 일부 실시예예서, 상기 승압 변압기(153)의 출력 전압은 쓰러스터 모터(152)의 구동 전압에 대응하도록 구성될 수 있다.

승압 변압기(153)에 의해 전압이 저압에서 고압으로 증가하여 승압 변압기(153)에 의해 해당 전력 공급선 내 전류 크기는 감소한다. 그 결과, 전압 강하가 개선되어 케이블의 단면적 및/또는 가닥의 수가 감소한다. 일 실시예에서, 케이블의 단면적은 50SQMM 일 수도 있고, 다른 일 실시예에서, 케이블의 단면적은 50SQMM 내지 75SQMM일 수도 있다. 또한, 선박용 전력 공급 시스템(1)은 한 가닥의 케이블을 이용하여 쓰러스터 모터(152)에 전력을 공급할 수 있다.

그 결과, 도 3에서 승압 변압기(153)를 포함하지 않은 경우에는 단면적이 150SQMM인 케이블을 8~10 가닥이 요구되지만, 도 3에 도시된 바와 같이 승압 변압기(153)를 이용하는 경우 50SQMM의 케이블 한 가닥으로도 부하 용량이 2MW 쓰러스터 모터(152)에 전력 공급이 가능하다.

또한, 일부 실시예에서, 필수부하부(150)는 배전반(130)의 전압과 동일하거나, 보다 낮은 전압으로 전력을 공급하는 한 개 이상의 하위 배전반을 포함할 수 있다. 이 경우, 필수부하부(150)는 배전반(130)과 하위 배전반 사이에 배치되어 전압을 감압하는 감압 변압기를 더 포함할 수 있다. 상기 변압기(155)는, 용량이 작은 소형변압기이다.

필수부하 전력 계통(100)의 용량은 도 2의 단일 전력 계통의 용량 보다 적어서, 필수부하부(150)의 감압 변압기 또는 승압 변압기(153)는 도 2의 변압기 보다 용량이 작은 소형변압기이다. 따라서, 변압기 설치 비용 및 공간 활용도에서 이점이 있다.

또한, 전력 계통(100)은 블랙 아웃과 같은 비상 상황시 전력을 공급하는 비상 발전기 및, 이 때 동작하는 부하를 포함한 비상 배전반을 더 포함할 수도 있다. 상기 비상 배전반은 쇼어 파워(shore power), 비상용 부하 등을 포함할 수 있다.

전력 계통(200)의 구성요소 및 동작은 전력 계통(100)의 구성요소 및 동작과 상당부분 유사하므로, 차이점을 위주로 설명한다.

반면, 전력 계통(200)의 서비스부하부(250)는 선박의 운항 이외에 부가적으로 사용되는 서비스 부하를 포함한다. 서비스부하는 선적물을 보관하는데 사용되는 선적물 보관용 부하, 선박의 탑승자의 편의를 위해 사용되는 사용자 편의용 부하 등을 포함한다. 선박이 컨테이너 선인 경우, 서비스부하는 선박 화물이 저장되고 시간에 따라 저장 온도가 변하는. 냉동 컨테이너(Reefer Container)를 포함할 수 있다. 서비스부하의 대부분은 부하율이 변동하는 가변부하에 해당된다.

한편, 가변부하부(250)는 배전반(230) 보다 낮은 전압으로 전력을 공급하는 한 개 이상의 하위 배전반(미도시)을 더 포함할 수도 있다.

도 4에 도시된 바와 같이, 서비스부하부(250)는 컨테이너 선 내 다수의 위치에 배치된 냉동 컨테이너에 전력을 공급하기 위해, RD Panel 및/또는 RS Panel을 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 서비스부하부(250)는 배전반(230)과 서비스부하 사이에 설치된 하나 이상의 변압기를 더 포함할 수 있다. 계통의 분리로 인해, 변압기가 설치될 전력 계통(200)의 부하 용량은 도 2의 계통의 부하 용량에 비해 감소한다. 이로 인해, 보다 소형화된 변압기가 전력 계통(200) 내에 설치될 수 있다.

일 실시예에서, 서비스부하부(250)는 배전반(230)에서 수신한 전류의 전압을 승압하는 승압 변압기(Step-up Transfomer)(261), 및 상기 승압된 전류의 전압을 감압하는 감압 변압기(Step-down Transformer)(266)를 포함한다.

승압 변압기(261)는 저압 배전반(230)과, 상기 저압 배전반(230)이 위치하는 곳(예컨대, 엔진 룸)으로부터 소정 거리 이상의 서비스부하에 전력을 공급하기 위해 이용된다.

일 실시예에서, 승압 변압기(261)는 저압 배전관(230)과 컨테이너 선의 선수부의 RS Panel 사이에 설치된다. 상기 승압 변압기(261)는 배전반(230)의 저압 전력을 수신하고, 배전반(230)의 전압 보다 높은 전압을 갖는 전력(예컨대, 1.5kV 내지 6.6kV)을 출력하도록 구성된다. 일 예에서, 상기 승압변압기(261)는 440V의 전력을 6.6kV로 승압하도록 구성된다.

감압 변압기(266)는 승압 변압기(261)에서 승압되어 출력된 전력을 수신하여 보다 낮은 전압을 갖는 전력을 출력하도록 구성된다. 감압 변압기(266)에서의 출력 전력은 상기 선수부의 선수부의 RS Panel에 연결된 냉동 컨테이너로 공급된다. 일 예에서, 상기 감압변압기(266)는 6.6kV의 전력을 440V로 감압하도록 구성된다.

일부 실시예에서, 서비스부하 전력 계통(200)은 선수부의 RS Panel이 복수인 경우, 각 RS Panel과 배전반(230) 사이의 전력 경로를 각각 연결하기 위해 복수의 승압 변압기(261) 및 감압 변압기(266)를 포함한다. 예를 들어, 도 4에 도시된 바와 같이, 서비스부하 전력 계통(200)은 2개의 승압 변압기(261A, 261B) 및 감압 변압기(266A, 266B)를 포함한다.

이와 같이, 본 발명의 실시예들에 따른 전력 공급 시스템(1)은 선박 전력 부하의 특성에 따라 필수부하용 전력계통과 서비스부하용 전력계통으로 전력 계통이 분리된다.

그 결과, 각 계통의 안정성도 높아지게 된다. 기존의 경우 서비스부하단에 계통사고가 발생하게 되면 단일 계통으로 구성되어 있어 필수부하에도 영향을 미치게 된다. 계통을 분리 구성하게 되는 경우 서비스부하 단의 사고 발생 시 해당 계통 사고는 서비스부하용 전력계통 내에서만 확산되므로 필수부하용 전력계통에는 영향을 미치지 않게 된다. 마찬가지로 계통 분리 시 필수부하 단의 사고 시에도 해당 사고가 서비스부하단으로 확산되지 않는다.

또한, 개별 전력 계통의 규모가 단일 전력 계통 대비 축소된다. 예를 들어, 14MW의 전력 용량을 갖는 단일 전력 계통을 필수부하 전력 계통(100)은 9MW, 서비스부하 전력 계통(200)은 5MW 규모로 도 4와 같이 분리된 경우, 개별 전력 계통의 규모는 14MW에서 9MW로, 14MW에서 5MW로 각각 축소된다.

계통 규모의 축소로 인해, 저압 발전기를 적용할 수 있어, 고압 발전기를 이용하는 종래의 실시예들에 비해 발전기 비용이 감소하는 효과를 얻을 수 있다.

더욱이, 6.6kV 이상의 고압 대신 저압(예컨대, 440V)이 적용된 주배전반을 통해 전력 공급이 가능하다.

이로 인해, 고가의 고압 차단기가 필요치 않으며, 도 2의 대용량의 고압/저압 변압기(30)를 더 이상 요구하지 않는다. 그리고, 저압 시스템이 고압 시스템에 비해 보다 저렴하고 용이하게 유지 보수를 할 수 있다.

따라서, CAPEX(Capital expenditures) 측면에서 원가 절감 효과를 얻을 수 있다.

나아가, 도 3에 도시된 고압/저압 변압기(30)가 차지했던 공간(즉, 기존의 변압기 실)을 보다 효율적으로 활용할 수 있다.

도 5는, 도 4의 전력 공급 시스템이 적용된 컨테이너 선의 내부 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.

도 5를 참조하면, 도 4의 전력 공급 시스템(1)의 적용으로 인해, 기존의 고압/저압 변압기(30)가 차지했던 공간은 더 이상 고압/저압 변압기(30)를 위해 활용되지 않아, 선내 공간의 활용도가 증가한다.

일 실시예에서, 기존의 변압기 룸에 해당하는 공간이 컨테이너 선적을 위해 더 활용될 수 있다.

일반적으로 사용되는 컨테이너 기준은 6.058m ×2.591m × 2.438m 크기를 갖는 TEU 컨테이너이다. 상기 도 3의 두 개의 변압기 실 각각은 가로(2.6m) x 세로(2.65m) x 높이(1.6m) 크기의 고압/저압 변압기(30)가 복수 개 들어갈 수 있는 크기로 이루어져있다.

예를 들어, 각 변압기 실에 8개의 고압/저압 변압기(30)가 설치되었던 경우, 각 변압기 실의 공간은 13.25m ×6.06m × 6.62m 크기로 이루어져있다. 해당 공간에 TEU 컨테이너를 더 선적하고자 할 경우, 대략 TEU 컨테이너가 최대 26(=13Х2)개가 선적 가능하다.

즉, 도 4의 선박용 전력 공급 시스템(1)을 갖는 선박은 도 2의 선박용 전력 공급 시스템을 갖는 종래의 컨테이너 선 대비 최대 26개의 TEU 컨테이너를 더 선적할 수 있다.

일부 실시예에서, 컨테이너를 선적, 하적하는 작업을 고려하여 공간을 보다 여유롭게 확보해야 하는 점을 고려하더라도 대략 20(=10Х2)개의 컨테이너를 추가로 선적할 수 있다.

또한, 고압/저압 변압기를 사용하지 않으면, 종래의 고압/저압 변압기의 활용과 연관된 공간에 컨테이너를 더 선적할 수도 있다. 예를 들어, 종래의 변압기 실에서 수직에 위치한 갑판 표면에 고압/저압 변압기(30)의 존재로 인해 소정의 구조물이 설치되었을 수도 있다. 그러나, 변압기(30)가 필요치 않아 소정의 구조물 또한 필요하지 않을 수도 있어, 갑판 표면에 추가 컨테이너를 수직으로 더 선적할 수도 있다. 이 경우, 갑판 표면 상에 수평으로 5개, 수직으로 10개의 컨테이너를 더 선적하는 경우 100개의 컨테이너를 더 선적할 수 있다.

따라서, 고압/저압 변압기(30)가 사용되지 않아, 선박(1000)에 최대 약 120개의 컨테이너를 더 선적할 수 있다. 상기 추가적으로 기존의 변압기 실(1007)의 공간에 선적되는 컨테이너의 개수는 단지 예시적인 것으로서, 컨테이너의 형태, 변압기, 변압기 실의 크기 등에 따라 120개 이상의 컨테이너가 더 선적될 수도 있다.

본 명세서에서, 도 4를 중심으로 도시된 전력 공급 시스템(1)의 구조는 선박에 포함된 부하 용량과 같은 선박 환경에 따라 상이할 수 있다. 예를 들어, 전력 계통(100)에 포함된 발전기는 3개일 수 있다. 또한, 3개의 발전기의 발전 용량은 동일하거나, 또는 모두 동일하지 않을 수도 있다.

또한, 도 4의 배전반(130)에 적용된 440V은 단지 도 1의 6.6kV에 비해 낮은 전압을 나타내는 예시적인 전압으로서, 배전반(130, 230)은 경우에 따라 상이한 전압으로 전력을 공급할 수도 있다. 예를 들어, 상이한 부하의 정격 전압에 따라 450V가 배전반(130)에 적용될 수도, 또는 교류(AC)/직류(DC) 인버터에 의해 690V가 배전반(230)에 적용될 수도 있다.

추가적으로, 전력 공급 시스템(1)은 각각의 전력 계통 내 배전 방식을 저압 직류 배전 및/또는 저압 교류 배전이 가능하도록 구성할 수 있다. 즉, 직류 배전이 어려운 종래의 전력 공급 시스템과 달리 배전 형태를 자유롭게 설정할 수 있어, 발전부와 부하의 특성에 따라 유연한 전력 공급이 가능할 수 있다.

일 실시예에서, 가변부하가 대부분인 서비스부하 전력 계통(200)에는 가변 RPM 발전기를 적용하도록 구성될 수 있다. 이 경우, 가변속 RPM 발전기를 통해 부하 구간별 최적의 발전 효율을 가지는 RPM으로 발전기 회전 속도를 제어할 경우, 단일 계통 내에 연속부하, 가변부하가 혼재된 경우에 비해, 가변 부하에 전력을 공급하는 발전기의 연료 효율을 향상시킬 수 있다. 상기 실시예에서, 가변 RPM 발전기와 배전반(230)의 주파수 매칭을 위한 전력 변환기(예컨대, 매트릭스 컨버터)를 더 포함할 수 있다.

이상에서 살펴본 본 발명은 도면에 도시된 실시예들을 참고로 하여 설명하였으나 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 실시예의 변형이 가능하다는 점을 이해할 것이다. 그러나, 이와 같은 변형은 본 발명의 기술적 보호범위 내에 있다고 보아야 한다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해서 정해져야 할 것이다.

1: 전력 공급 시스템
100: 필수부하 전력 계통
110, 210: 발전부
111, 112, 211, 212: 발전기
113: 저압 차단기
130, 230: 주배전반
131, 132, 231, 232: 메인버스
133, 233: 버스 연결 차단기
150: 필수부하부
152: 쓰러스터 모터
153, 261: 승압 변압기
200: 서비스부하 전력 계통
250: 서비스부하부
266: 감압 변압기

Claims (11)

1. 필수부하 및 서비스 부하를 갖는 컨테이너 선에 있어서,
   발전기를 포함한 제1 발전부, 상기 제1 발전부의 전력을 필수부하에 전달하는 주배전반을 포함한 제1 배전반, 및 선박의 운항에 요구되는 필수부하를 포함한 제1 부하부를 포함하는 제1 전력 계통; 및
   발전기를 포함한 제2 발전부, 상기 제2 발전부의 전력을 서비스부하에 전달하는 주배전반을 포함한 제2 배전반, 및 상기 필수부하와 상이한 서비스부하를 포함한 제2 부하부를 포함하는 제2 전력 계통을 포함하되,
   상기 제1 부하부가 연속부하로서 쓰러스터 모터, 추진 보기용 모터, 및 발전 보기용 모터 중 하나 이상을 포함하고 상기 제2 부하부는 가변부하로서 냉동 컨테이너를 포함하고, 상기 제2 전력 계통과 제1 전력 계통이 서로 분리되며,
   상기 제1 및 제2 전력 계통의 발전부와 연결된 상기 주배전반 각각은 저압 배전반으로서, 상기 저압 배전반은, 교류 배전의 경우, 1000V 이하의 전압이 적용되고,
   3000TEU 이상 내지 10,000TEU 이하의 냉동 컨테이너를 선적 가능한 것을 특징으로 하는 컨테이너 선.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   상기 제1 전력 계통 및 제2 전력 계통은 저압이 적용되어 부하에 전력을 공급하는 저압 배전반 만을 포함하는 것을 특징으로 하는 컨테이너 선.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 제1 부하부 중 적어도 일부 부하는 변압기를 통하지 않고 제1 배전반에 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 컨테이너 선.
   
6. 제1항에 있어서,
   상기 제2 부하부 중 적어도 일부는 변압기를 통하지 않고 제2 배전반에 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 컨테이너 선.
   
7. 삭제
8. 삭제
9. 제1항에 있어서, 상기 제1 전력 계통은,
   상기 제1 배전반의 저압 전류를 수신하여 보다 높은 전압을 갖는 전류를 출력하는 승압 변압기를 더 포함하고,
   상기 쓰러스터 모터는 상기 승압 변압기로부터 전력을 수신하는 것을 특징으로 하는 컨테이너 선.
   
10. 제1항에 있어서, 상기 제2 전력 계통은,
    상기 제2 배전반과, 상기 제2 배전반으로부터 소정 거리 이상에 위치하는 서비스부하 사이에 배치된 승압 변압기; 및
    상기 승압 변압기로부터 승압된 전류를 수신하여 감압하는 감압 변압기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 컨테이너 선.
11. 삭제

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