KR102194299B1 - 해양 구조물용 전력 공급장치 - Google Patents

Abstract

선박 또는 해양구조물 상에 마련된 6상의 엔진 발전기를 구비한 전력 공급장치에 관한 것으로, 제1상 내지 제6상을 출력하는 6상 발전기, 상기 제1상 내지 제6상을 분리하여 부하에 3상으로 배전하는 6상 배전반을 포함하는 구성을 마련하여, 종래의 3상 발전기를 사용하는 경우에 비해 작동 비용을 대략 1/2로 절감할 수 있다.

Description

해양 구조물용 전력 공급장치{Power supply device for marine structure}

본 발명은 해양 구조물용 전력 공급장치에 관한 것으로, 특히 선박 또는 해양구조물 상에 마련된 6상의 엔진 발전기를 구비한 전력 공급장치에 관한 것이다.

일반적으로 선박에는 복수의 3상 발전기가 탑재되어 있고, 각각의 발전기로부터의 전력은 발전기마다 대응하여 설치된 차단기 및 모든 발전기에 공통의 주모선을 경유하여 부하에 공급된다. 상기 주 모선은 단로기에 의해서 좌우로 2 분할 가능하고, 통상은 단로기를 접속 상태로 하여 선내에 급전하며, 어느 급전회로에 고장이 발생하였을 때 단로기를 단로하여 건전한 회로에만 급전하도록 구성되어 있다.

또한 선박용 배전반은 예를 들어 4개의 배전반이 그룹으로 구성되어 있다. 즉, 발전기반, 440V 급전반, 220V 급전반, 전력제어반이 있다. 선박용 비상배전반은 선박의 덱크(Deck)에 설치되며, 주배전반이 계통의 사고 등으로 인하여 통전이 불가한 경우 주요 기계부하에 전력을 공급하게 된다. 일반적으로 발전기반은 각 발전기에 대해 과부하전류(Overcurrent), 역전류(Reverse Power) 및 부족전압(Unber Voltage)에 대한 보호기기와 주회로 차단을 위한 기중 차단기(ACB) 및 주변기기 등이 내장되어 있으며, 고객요구시 기능에 따라 발전기의 여자장비(Exciting Equipment), 비율차동 계전기(Ratio Differential Relay) 및 횡류 보상회로 등을 추가로 설치할 수 있다.

이러한 440V 급전반은 계통의 모터, 팬 및 그 밖의 기기들에 대해 전력을 공급하며, 주 차단기는 MCCB(Molded Case Circuit Breaker) 혹은 Fused Switch들로 구성되어 있다.

이와 같은 선박의 배전반의 구조 및 발전기의 구조에 대해서는 하기 문헌 1 및 2 등에 개시되어 있다.

예를 들어, 하기 특허문헌 1에는 도 1에 도시된 바와 같이, 일련의 디젤 엔진(D)이 각각의 교류 발전기(G)를 구동하기 위해 사용되며, 이들은 제1 중전압 배전반 또는 버스 바(MVAC1) 및 제2 중전압 배전반 또는 버스바(MVAC2)에 교류 전력을 공급하고, 중전압 버스 바는 회로 차단기와 관련 컨트롤부로 구성된 보호용 개폐기(×)를 구비하며, 전력 컨버터(PC)는 프로펠러를 구동하는 전기 추진 모터(PM)에 중전압 버스 바를 연결하는데 사용되며, 제1 저전압 배전반 또는 버스 바(LVAC1)가 제1 변압기(T1)와 보호용 개폐기를 통해 제1 중전압 버스 바(MVAC1)에 연결된 전력분배 시스템에 대해 개시되어 있다.

또 하기 특허문헌 2에는 전기 기기에 사용되는 고정자가 원통 형상의 고정자 철심을 포함하고, 이 고정자 철심이 원부 방향으로 배치되는 복수의 중심 슬롯을 포함하고, 고정자 권선은 복수의 위상들을 포함하고, 이 위상들 각각이 복수의 실선들로 구성되고, 이 실선들 각각은 상기 고정자 철심 주위로 원주방향으로 감기면서 복수의 층들을 형성하며, 복수의 루프단부 부분들에 의해서 고정자 철심의 제1 단부과 제2 단부에 교차하며 연결되는 구조인 6극을 구비한 교류 발전기용 고정자에 대해 개시되어 있다.

대한민국 공개특허공보 제2011-0040715호(2011.04.20 공개) 대한민국 등록특허공보 제10-1122967호(2012.02.24 등록)

그러나, 상술한 바와 같은 종래의 기술에서는 예를 들어 2MW 3상 발전기를 사용하므로, 해양 구조물의 전체 발전용량이 12MW 필요한 경우, 6개의 발전기가 요구된다. 따라서, 이와 같은 6개의 발전기를 설치하기 위한 공간이 필요하고, 소비되는 연료의 량이 증가하며, 각각의 발전기를 냉각하기 위한 수냉 시스템 및 소모된 연료를 정화하기 위한 정화 시스템이 요구된다.

즉, 발전기의 설치에 대해 선박이나 해양 구조물은 지상과 달리 특정된 공간 내에만 마련되므로, 발전기의 수의 증가에 따라 선박이나 해양 구조물의 운영 비용이 증가한다는 문제가 있었다.

본 발명의 목적은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 선박 또는 해양 구조물의 발전 설비에서 종래에 사용되었던 3상 발전기 대신에 6상 엔진 발전기를 마련하여 사용 연료 및 비용을 감소시킬 수 있는 하는 전력 공급장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 선박 또는 해양 구조물의 일정한 공간 내에서 발전기의 설치 공간, 냉각 시스템의 설치 공간 및 정화 시스템의 설치 공간을 감소시킬 수 있는 전력 공급장치를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 전력 공급장치는 선박 또는 해양 구조물에서 전력을 공급하는 장치로서, 제1상 내지 제6상을 출력하는 6상 발전기, 상기 제1상 내지 제6상을 분리하여 부하에 3상으로 배전하는 6상 배전반을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또 본 발명에 따른 전력 공급장치에 있어서, 상기 제6상은 상기 6상 배전반에서 분리되어 상기 부하에 전력을 공급하는 것을 특징으로 한다.

또 본 발명에 따른 전력 공급장치에 있어서, 상기 6상 배전반에는 상기 6상 발전기에 연결된 주 모선과 상기 부하에 각각 연결된 자 모선이 마련된 것을 특징으로 한다.

또 본 발명에 따른 전력 공급장치에 있어서, 상기 배전반에서 분리된 제1상 내지 제3상에 따라 기동되는 제1 기동기 및 상기 배전반에서 분리된 제4상 내지 제6상에 따라 기동되는 제2 기동기를 더 포함하고, 상기 부하는 상기 제1 기동기에 따라 작동되는 제1 부하 및 상기 제2 기동기에 따라 작동되는 제2 부하를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또 본 발명에 따른 전력 공급장치에 있어서, 상기 6상 배전반에는 6상 진공차단기(Vacuum Circuit Breaker;VCB)가 마련된 것을 특징으로 한다.

또 본 발명에 따른 전력 공급장치에 있어서, 상기 제1 부하 및 제2 부하는 각각 3상 모터를 포함하고, 상기 주 모선은 상기 6상 발전기에서 상기 6상 진공차단기 사이에 마련되고, 상기 자 모선은 상기 진공차단기에서 상기 제1 및 제2 기동기 사이에 각각 마련된 것을 특징으로 한다.

또 본 발명에 따른 전력 공급장치에 있어서, 상기 발전기는 엔진 발전기인 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 전력 공급장치에 의하면, 6상 발전기를 마련하는 것에 의해 종래의 3상 발전기를 사용하는 경우에 비해 작동 비용을 대략 1/2로 절감할 수 있다는 효과가 얻어진다. 즉, 해양 구조물의 전체 발전용량이 12MW 필요한 경우, 종래의 기술에서는 2MW 3상 발전기 6개가 필요하지만, 본 발명에서는 4MW 6상 발전기를 사용하여 3개가 필요하므로, 각각의 발전기를 사용하는 운영 비용을 감소시킬 수 있다는 효과가 얻어진다.

또, 본 발명에 따른 전력 공급장치에 의하면, 상술한 바와 같이 발전기의 개수가 감소되므로, 각각의 발전기를 위한 냉각 시스템 및 정화 시스템의 개수를 감소시킬 수 있다는 효과도 얻어진다. 이에 따라 각각의 발전기의 발전을 위한 연료의 소비도 감소시킬 수 있다는 효과도 얻어진다.

또한 발전기의 설치 개수가 감소되므로, 선박이나 해양 구조물의 일정 영역에만 장착되는 발전기의 설치 공간을 줄일 수 있다는 효과도 얻어진다.

도 1은 종래의 배전반의 구조를 나타내는 도면,
도 2는 본 발명에 따른 전력 공급장치의 구성을 설명하기 위한 도면.

본 발명의 상기 및 그 밖의 목적과 새로운 특징은 본 명세서의 기술 및 첨부 도면에 의해 더욱 명확하게 될 것이다.

이하, 본 발명의 구성을 도면에 따라서 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 전력 공급장치의 구성을 설명하기 위한 도면이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 전력 공급장치는 일정 공간 내에 장착되어야 하는 선박 또는 해양 구조물, 예를 들어 부유식 석유 생산저장설비(FPSO, Floating Production Stroage and Offloading), 부유식 액화 가스 저장 재기화 설비(LNG Floating Storage Re-gasfication Unit), 해상 석유 시추설비(Offshore oil-drilling platform) 등에서 각각의 설비나 장치들을 구동하기 위한 전기를 생산 및 공급하는 장치로서, 전력을 생성하여 제1상 내지 제6상을 출력하는 6상 발전기(10) 및 상기 6상 발전기(10)에서 전력을 공급하도록 마련된 제1상 내지 제6상을 분리하여 부하에 3상으로 배전하는 6상 배전반(20)을 포함한다.

상기 각종 설비나 장치는 예를 들어, 등화 기기, 통신 기기, 위치 측정 장치 외에 상부구조(topside) 쿨링 펌프, LNG 카고(cargo) 펌프, 쓰러스터(thruster) 등을 포함할 수 있으며, 본 발명에서는 이러한 장치 등을 작동시키는 모터에 적용하는 것이 바람직하다.

또 본 발명에 따른 6상 발전기는 예를 들어 내연 기관에 의해 구동되는 엔진 발전기를 적용하는 것이 바람직하다.

상기 6상 배전반에는 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 6상 발전기에 연결된 주 모선(11)과 상기 부하에 각각 연결된 자모 선(12,13)이 마련된다.

또 본 발명에 따른 전력 공급장치는 상기 배전반(20)에서 분리된 제1상 내지 제3상에 따라 기동되는 제1 기동기(31) 및 상기 배전반에서 분리된 제4상 내지 제6상에 따라 기동되는 제2 기동기(32)를 포함한다.

상기 제1 기동기(31)와 제2 기동기(32)는 각각 제1 자 모선(12) 및 제2 자 모선(13)에 연결된다.

또한 상기 부하는 상기 제1 기동기(31)에 따라 작동되는 제1 부하(41) 및 상기 제2 기동기(32)에 따라 작동되는 제2 부하(42)를 포함한다.

이와 같은, 제1 부하(41) 및 제2 부하(42)로서는 상술한 바와 같이, 3상 모터를 적용하는 것이 바람직하다.

한편 본 발명에 따른 상기 6상 배전반(20)에는 차단기로서 도 2에 도시된 바와 같이, 진공을 소호(消弧) 매질로 하는 진공 인터럽터를 적용하여 송전, 절체 및 정지를 계획적으로 실현하는 것 외에 전력 계통의 발전시 고장 발생을 신속하게 자동 차단하는 6상 진공차단기(Vacuum Circuit Breaker;VCB, 21)가 마련된다.

그러나, 본 발명에서 차단기는 상기 진공차단기에 한정되는 것은 아니고, 선박의 운영 설비에 대응하여 공기차단기, 자기차단기 등을 적용하여도 좋다.

상술한 바와 같은 구성을 마련하는 것에 의해 본 발명에 따른 전력 공급선은 주 모선(11)이 상기 6상 발전기(10)에서 상기 6상 진공차단기(21) 사이에 마련되고, 상기 자 모선(12, 13)이 상기 진공차단기(21)에서 상기 제1 및 제2 기동기(12,13) 사이에 각각 마련된다.

또한 본 발명에 따른 전력 공급장치에서는 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 자 모선(12)이 제1 기동기(12)에 연결되고, 제2 자 모선(13)이 제2 기동기(32)에 연결되는 구조를 나타내었지만, 이에 한정되는 것은 아니고, 상기 제1 자 모선(12) 및 제2 자 모선(13)에 각각 다른 3상 구조의 설비나 장치가 연결되어도 좋다.

한편, 상기 진공차단기(21) 및 상기 제1 기동기(31)와 제2 기동기(32)의 각각에서의 스위칭 기능은 통상의 차단기 및 기동기의 스위칭 기능과 동일하므로, 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 선박이나 해양 구조물 등의 장비를 구동하기 위해 2대의 3상 발전기를 사용하는 경우에 비해, 1대의 6상 발전기를 사용하는 것에 의해 발전기의 설치 면적 등을 1/2로 감소시킬 수 있어 한정된 공간이 제공되는 선박이나 해양 구조물에서의 공간 활용도를 증가시키며, 발전에 소요되는 운영비를 절감할 수 있다.

이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.

본 발명에 따른 전력 공급장치를 사용하는 것에 의해 종래의 3상 발전기를 사용하는 경우에 비해 작동 비용을 대략 1/2로 절감할 수 있다.

10 : 6상 발전기
20 : 6상 배전반
21 : 진공차단기
31, 32 : 기동기
41, 42 : 부하

Claims (7)

1. 선박 또는 해양 구조물에서 전력을 공급하는 장치로서,
   제1상 내지 제6상을 출력하는 6상 발전기,
   상기 제1상 내지 제6상을 분리하여 부하에 3상으로 배전하는 6상 배전반을 포함하되,
   상기 6상 배전반에는 상기 6상 발전기에 연결된 주 모선과 상기 부하에 각각 연결된 자 모선이 마련되고,
   상기 배전반에서 분리된 제1상 내지 제3상에 따라 기동되는 제1 기동기 및 상기 배전반에서 분리된 제4상 내지 제6상에 따라 기동되는 제2 기동기를 더 포함하고, 상기 부하는 상기 제1 기동기에 따라 작동되는 제1 부하 및 상기 제2 기동기에 따라 작동되는 제2 부하를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 공급장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제6상은 상기 6상 배전반에서 분리되어 상기 부하에 전력을 공급하는 것을 특징으로 하는 전력 공급장치.
3. 삭제
4. 삭제
5. 제1항에 있어서,
   상기 6상 배전반에는 6상 진공차단기(Vacuum Circuit Breaker;VCB)가 마련된 것을 특징으로 하는 전력 공급장치.
6. 제5항에 있어서,
   상기 제1 부하 및 제2 부하는 각각 3상 모터를 포함하고, 상기 주 모선은 상기 6상 발전기에서 상기 6상 진공차단기 사이에 마련되고, 상기 자 모선은 상기 진공차단기에서 상기 제1 및 제2 기동기 사이에 각각 마련된 것을 특징으로 하는 전력 공급장치.
7. 제1항에 있어서,
   상기 발전기는 엔진 발전기인 것을 특징으로 하는 전력 공급장치.
   

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