KR102484266B1 - 에너지 저장 시스템용 비상 차단 회로 - Google Patents

에너지 저장 시스템용 비상 차단 회로 Download PDF

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Abstract

본 발명에서는 정전 및 복구 상황에 대해 각각 원활하게 동작할 수 있는 에너지 저장 시스템용 비상 차단 회로가 개시된다.
일 예로, 전력 계통과 에너지 저장 시스템의 사이에 위치한 배선에 연결된 비상 차단 회로에 있어서, 상기 배선으로부터 분기된 제 1 분기 라인에 위치하고, 작업자에 의해 개방될 수 있는 비상 차단 스위치; 상기 비상 차단 스위치와 직렬로 연결된 제 1 릴레이 코일; 상기 비상 차단 스위치 및 제 1 릴레이 코일에 대해 병렬로 연결된 제 2 릴레이 코일; 상기 배선으로부터 분기된 제 2 분기 라인에 위치하고, 상기 제 1 릴레이 코일에 연동되는 제 1 접점; 상기 제 2 릴레이 코일에 연동되고 상기 제 1 접점과 직렬로 연결된 제 2 접점; 및 상기 제 2 분기 라인에 전기적으로 연결되어, 상기 제 2 분기 라인에 전류가 흐르지 않을 때 동작하는 차단기를 포함하는 비상 차단 회로가 개시된다.

Description

에너지 저장 시스템용 비상 차단 회로{Emergency Stop Circuit For Energy Storage System}
본 발명은 비상, 정전 및 복구 상황에 대해 각각 원활하게 동작할 수 있는 에너지 저장 시스템용 비상 차단 회로에 관한 것이다.
태양광 발전 시스템은 태양 전지가 발전한 직류 전력을 교류 전력으로 변환하고, 이것을 계통에 연계하여 부하에 전력을 공급하는 시스템이다. 태양 전지의 발전 전력이 부하의 소비 전력보다 작은 경우 태양 전지의 전력은 부하에서 모두 소비되고, 계통에서는 그 부족분을 공급하게 된다. 그리고 태양 전지의 발전 전력이 부하의 소비 전력보다 큰 경우 태양 전지의 발전 전력 중 부하에서 소비되고 남은 잉여 전력이 계통에 역조류 전력으로 공급된다.
한편, 전력 저장 시스템은 계통으로부터 야간에 발생한 잉여 전력을 에너지 저장 장치에 저장하고, 주간에 이것을 이용하는 시스템이다. 이러한 전력 저장 시스템은 주간의 발전 전력의 피크를 억제하고, 야간 전력을 활용하는 시스템이다. 전력 저장 시스템은 에너지 저장 장치로서 축전지를 사용함으로써 공간을 줄여 일반 수용가 내에 설치할 수 있고, 정전시 축전지로부터 전력 공급이 가능한 장점을 갖는다.
에너지 저장 시스템(Energy Storage System)은 태양광 발전 시스템과 전력 저장 시스템을 융화시킨 개념으로, 태양 전지 및 계통의 잉여 전력을 저장하고 있다가 부하에 공급할 수 있으며, 정전 등의 경우에도 부하에 안정적인 전력을 공급할 수 있는 장점을 갖는다.
본 발명은 비상, 정전 및 복구 상황에 대해 각각 원활하게 동작할 수 있는 에너지 저장 시스템용 비상 차단 회로를 제공한다.
본 발명에 따른 에너지 저장 장치용 비상 차단 회로는 전력 계통과 에너지 저장 시스템의 사이에 위치한 배선에 연결된 비상 차단 회로에 있어서, 상기 배선으로부터 분기된 제 1 분기 라인에 위치하고, 작업자에 의해 개방될 수 있는 비상 차단 스위치; 상기 비상 차단 스위치와 직렬로 연결된 제 1 릴레이 코일; 상기 비상 차단 스위치 및 제 1 릴레이 코일에 대해 병렬로 연결된 제 2 릴레이 코일; 상기 배선으로부터 분기된 제 2 분기 라인에 위치하고, 상기 제 1 릴레이 코일에 연동되는 제 1 접점; 상기 제 2 릴레이 코일에 연동되고 상기 제 1 접점과 직렬로 연결된 제 2 접점; 및 상기 제 2 분기 라인에 전기적으로 연결되어, 상기 제 2 분기 라인에 전류가 흐르지 않을 때 동작하는 차단기를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 비상 차단 스위치는 평상시 닫힌 상태를 유지하고, 작업자에 의해 개방가능할 수 있다.
그리고 상기 제 1 접점은 상기 제 1 릴레이 코일에 전류가 인가될 때 닫힌 상태를 유지하고, 전류가 차단될 때 개방될 수 있다.
또한, 상기 제 2 접점은 상기 제 2 릴레이 코일에 전류가 인가될 때 닫힌 상태를 유지하고, 전류가 차단될 때 개방될 수 있다.
또한, 상기 제 2 릴레이 코일 및 제 2 접점은 타임 릴레이(time relay)로 구성되어, 상기 제 2 릴레이 코일에 전류가 흐를 때 설정된 지연 시간 이후 상기 제 2 접점이 닫히도록 동작할 수 있다.
또한, 비상 상황에서 상기 비상 차단 스위치가 개방된 이후, 상기 작업자에 의해 다시 닫히게 되면, 상기 제 1 릴레이 코일 및 제 2 릴레이 코일에 전류가 인가되어, 상기 제 1 접점 및 제 2 접점이 닫히도록 동작될 수 있다.
또한, 정전 상황에서 복전될 때, 상기 제 1 릴레이 코일 및 제 2 릴레이 코일에 전류가 인가되면, 상기 제 1 접점 및 제 2 접점은 닫히도록 동작하되, 상기 제 2 접점은 설정된 지연 시간 이후에 닫히도록 동작될 수 있다.
또한, 상기 정전 및 복전시, 상기 차단기는 동작하지 않을 수 있다.
또한, 상기 제 2 분기 라인과 상기 차단기의 사이에는 분류기가 더 형성될 수 있다.
또한, 상기 분류기는 상기 제 2 분기 라인에 전류가 흐르지 않을 때 상기 차단기에 대해 배선 차단에 대응되는 신호를 제공할 수 있다.
본 발명에 의한 에너지 저장 장치용 비상 차단 회로는 비상 상황, 정전 및 단선과 같은 상황의 발생시 작업자의 안전을 보호하면서도, 관리의 편의성을 제공할 수 있다.
특히, 본 발명의 실시예에 따른 에너지 저장 장치용 비상 차단 회로는 비상 상황에서 차단기를 통한 차단이 가능하고, 정전 발생시 차단기가 동작하지 않도록 하여 정전 복구시 용이하게 차단기가 재투입될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 에너지 저장 장치용 비상 차단 회로의 위치를 도시한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 에너지 저장 장치용 비상 차단 회로의 회로도이다.
도 3a는 본 발명의 실시예에 따른 에너지 저장 장치용 비상 차단 회로의 비상 상황 및 복구 동작을 설명하기 위한 타임차트이다.
도 3b는 본 발명의 실시예에 따른 에너지 저장 장치용 비상 차단 회로의 비상 상황 및 복구 동작을 설명하기 위한 회로도이다.
도 4a는 본 발명의 실시예에 따른 에너지 저장 장치용 비상 차단 회로의 정전 및 복전 동작을 설명하기 위한 타임차트이다.
도 4b는 본 발명의 실시예에 따른 에너지 저장 장치용 비상 차단 회로의 정전 및 복전 동작을 설명하기 위한 회로도이다.
도 5a는 본 발명의 실시예에 따른 에너지 저장 장치용 비상 차단 회로의 배선 단선 및 복구 동작을 설명하기 위한 타임차트이다.
도 5b는 본 발명의 실시예에 따른 에너지 저장 장치용 비상 차단 회로의 배선 단선 및 복구 동작을 설명하기 위한 회로도이다.
본 발명이 속하는 기술분야에 있어서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 에너지 저장 장치용 비상 차단 회로의 위치를 도시한 블록도이다. 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 에너지 저장 장치용 비상 차단 회로의 회로도이다.
먼저, 도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 에너지 저장 시스템용 비상 차단 회로(100)는 전력 계통(10)과 에너지 저장 장치(20)의 사이에 위치한다.
또한, 상기 비상 차단 회로(100)는 평상시에는 전력 계통(10)으로부터 에너지 저장 장치(20)에 전력이 인가될 수 있도록 한다. 다만, 상기 비상 차단 회로(100)는 비상 상황 또는 정전 발생시 상기 전력 계통(10)의 전력이 상기 에너지 저장 장치(20)에 인가되지 않도록 차단하며, 이후 복구시 상기 전력이 다시 인가될 수 있도록 동작 할 수 있다. 상기 비상 차단 회로(100)의 구체적인 구성은 도 2를 참조하여 설명하도록 한다.
도 2를 참조하면, 먼저 전력 계통(10)으로부터 상기 비상 차단 회로(100)에 연결된 배선은 3상 4선으로 구성될 수 있다. 그리고 상기 비상 차단 회로(100)는 상기 배선 중 2선에서 분기된 제 1 분기 라인(L1)을 구비하며, 분기라인에 직렬로 연결된 비상 차단 스위치(110) 및 제 1 릴레이 코일(120, X1)을 포함할 수 있다. 또한, 상기 비상 차단 스위치(110) 및 제 1 릴레이 코일(120)에 대해 병렬로 연결된 제 2 릴레이(130, T1)이 포함될 수 있다.
상기 비상 차단 스위치(110)는 평상시 닫힌 상태를 유지하고 있다가, 비상 상황이 있을 경우 열린 상태가 될 수 있다. 또한, 상기 비상 차단 스위치(110)는 작업자의 수작업에 의해 동작될 수 있다. 상기 비상 차단 스위치(110)가 열린 상태가 되는 대표적인 예로서, 감전, 단락, 화재 등의 경우가 있을 수 있다. 이 경우, 작업자는 상기 비상 차단 스위치(110)를 개방하여, 상기 비상 차단 스위치(110)가 포함된 제 1 분기 라인(L1)에서 제 1 릴레이 코일(120)에 전류가 흐르지 못하도록 할 수 있다. 따라서, 이에 따라 후술할 것처럼, 상기 제 1 릴레이 코일(120)에 연결된 제 1 접점(121)이 개방되도록 하여, 이에 연결된 분류기(140, shunt, Q1)에 전류가 흐르지 않도록 하고, 이에 따라 상기 분류기(140)에 연결된 차단기(150, Metal Clad Circuit Breaker)가 배선을 차단하도록 할 수 있다.
상기 제 1 릴레이 코일(120)은 상기 비상 차단 스위치(110)와 직렬로 연결되어 있기 때문에, 상기 비상 차단 스위치(110)의 온오프 동작에 의해 전류 흐름이 제어된다. 또한, 상기 제 1 릴레이 코일(120)에는 연결된 제 1 접점(121)이 존재하여, 상기 제 1 릴레이 코일(120)에 전류가 흐를 때 닫힌 상태를 유지하고, 상기 제 1 릴레이 코일(120)에 전류가 흐르지 않을 때 열린 상태가 될 수 있다. 따라서, 상기 제 1 접점(121)이 연결되어 있는 제 2 분기 라인(L2)의 전류가 제어되고, 상기 분류기(140)의 동작이 제어될 수 있다.
상기 제 2 릴레이 코일(130)은 상기 제 1 분기 라인(L1)에서 상기 비상 차단 스위치(110) 및 제 1 릴레이 코일(120)과 병렬로 연결된다. 상기 제 2 릴레이 코일(130)은 연결된 제 2 접점(131)을 포함하고, 상기 제 2 접점(131)은 상기 제 2 분기 라인(L2)에 위치한다. 따라서, 상기 제 2 릴레이 코일(130)의 전류에 의해 상기 제 2 분기 라인(L2)의 전류가 제어될 수 있다. 특히, 상기 제 2 릴레이 코일(130)은 정전 이후에 복전된 경우, 설정된 시간 예를 들어 10[ms] 이후 다시 상기 제 2 접점(131)을 닫는 동작을 수행할 수 있다. 이에 따라, 복전이 되었을 때, 작업자가 다시 회로를 동작시키지 않아도 되는 장점을 가질 수 있다.
상기 분류기(140)는 상기 전력 계통(10)과 에너지 저장 장치(20) 사이의 배선 중간에서 분기된 제 2 분기 라인(L2)에 위치한다. 이 때, 상기 제 2 분기 라인(L2)은
상기 분류기(140, shunt)는 상기 배선에 대해 개폐를 담당하는 상기 차단기(150)와 연결되어 있다. 여기서, 상기 차단기(150)는 통상의 복합 금속식 회로 차단기(Metal Clad Circuit Breaker)로 구성될 수 있으며, 상기 분류기(140)의 신호, 예를 들어, 분류기(140) 내 특정 저항에 걸리는 전압값 또는 전류값을 통해 동작이 제어될 수 있다.
상기 분류기(140)를 포함한 상기 제 2 분기 라인(L2)에 전류가 인가될 때 상기 차단기(150)는 닫힌 상태를 유지하고, 상기 제 2 분기 라인(L2)에 전류가 인가되지 않을 때 상기 차단기(150)는 개방된다. 따라서, 상기 분류기(140)에 흐르는 전류의 유무로서 상기 차단기(150)가 동작할 수 있다.
이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 에너지 저장 장치용 비상 차단 회로(100)의 각 상황별 동작을 세부적으로 설명하도록 한다. 그리고 그 중 먼저, 비상 상황 및 복구시의 동작을 설명하도록 한다.
도 3a는 본 발명의 실시예에 따른 에너지 저장 장치용 비상 차단 회로의 비상 상황 및 복구 동작을 설명하기 위한 타임차트이다. 도 3b는 본 발명의 실시예에 따른 에너지 저장 장치용 비상 차단 회로의 비상 상황 및 복구 동작을 설명하기 위한 회로도이다.
도 3a 및 도 3b를 참조하면, 먼저 감전, 단락, 화재 등의 비상 상황이 발생했을 때, 작업자는 상기 비상 차단 스위치(110)를 개방한다. 이에 따라, 상기 제 1 분기 라인(L1)에서 상기 비상 차단 스위치(110)에 흐르던 전류(①)는 차단된다. 따라서, 상기 제 1 릴레이 코일(120)에 흐르는 전류 역시 차단되며, 이에 따라 상기 제 1 접점(121)이 개방된다. 다만, 이 경우, 상기 제 2 릴레이 코일(130)에 흐르는 전류(②)는 여전히 흐를 수 있으며, 이에 따라 상기 제 2 접점(131)은 닫힌 상태를 유지할 수 있다.
또한, 상기 제 2 분기 라인(L2)의 구성에서 상기 제 1 접점(121)이 개방됨에 따라, 상기 제 2 분기 라인(L2)을 흐르던 전류는 차단된다. 따라서, 상기 분류기(140)에 전류가 인가되지 않으며, 이에 따라 최종적으로 상기 차단기(150)가 동작하여 배선의 전류가 차단될 수 있다.
한편, 감전, 단락, 화재 등의 비상 상황으로부터 복구되었을 때, 작업자는 최종 확인 후 다시 상기 비상 차단 스위치(110)를 닫을 수 있으며, 이에 따라 상기 제 1 릴레이 코일(120)에 다시 전류가 흐르고 제 1 접점(121)이 닫히게 되어, 본 발명의 실시예에 따른 에너지 저장 장치용 비상 차단 회로(100)는 평상시 동작을 수행할 수 있다.
이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 에너지 저장 장치용 비상 차단 회로(100)의 정전 및 복전 상황시 동작을 설명하도록 한다.
도 4a는 본 발명의 실시예에 따른 에너지 저장 장치용 비상 차단 회로의 정전 및 복전 동작을 설명하기 위한 타임차트이다. 도 4b는 본 발명의 실시예에 따른 에너지 저장 장치용 비상 차단 회로의 정전 및 복전 동작을 설명하기 위한 회로도이다.
먼저, 도 4a를 참조하면, 정전이 발생되었을 때, 상기 제 1 분기 라인(L1)과 제 2 분기 라인(L2)에서 모두 전류가 흐를 수 없다. 이에 따라, 상기 제 1 릴레이 코일(120)과 제 2 릴레이 코일(130)은 모두 전류가 흐르지 않으며, 이에 연결된 상기 제 1 접점(121) 및 제 2 접점(131)은 개방된다. 또한, 배선에 전류가 흐르지 않음에 따라 상기 분류기(140) 및 차단기(150)는 동작을 수행하지 않는다.
한편, 도 4a 및 도 4b를 참조하면, 이후 다시 복전이 되었을 때, 상기 제 1 분기 라인(L1)에서 제 1 릴레이 코일(120)과 제 2 릴레이 코일(130)에 각각 다시 전류가 인가되어(①, ②), 상기 제 1 접점(121) 및 제 2 접점(131)은 닫힌 상태가 된다. 따라서, 상기 분배기(140)와 차단기(150)는 다시 평상시와 같은 상태가 되어, 배선을 통한 전력 계통(10)의 전력이 에너지 저장 장치(20)로 전달될 수 있다.
또한, 이 때, 상기 제 2 릴레이 코일(130) 및 이에 의한 제 2 접점(131)은 타이머 릴레이(timer relay)로서 동작할 수 있다. 즉, 상기 제 2 접점(131)은 상기 제 1 접점(121)에 비해 설정된 시간(예를 들어, 10[ms])만큼 지연되어 닫히는 동작을 수행할 수 있다. 이러한 동작에 의해, 복전시 혹시 발생할 수 있는 오동작을 방지할 수 있기 때문에 신뢰성을 높일 수 있다. 또한, 이러한 지연 시간은 충분히 작은 시간이어서 실제 에너지의 효율에는 영향을 미치지 않을 수 있다.
이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 에너지 저장 장치용 비상 차단 회로(100)의 단선 상황시 동작을 설명하도록 한다.
도 5a는 본 발명의 실시예에 따른 에너지 저장 장치용 비상 차단 회로의 배선 단선 및 복구 동작을 설명하기 위한 타임차트이다. 도 5b는 본 발명의 실시예에 따른 에너지 저장 장치용 비상 차단 회로의 배선 단선 및 복구 동작을 설명하기 위한 회로도이다.
도 5a 및 도 5b를 참조하면, 단선이 이루어질 때, 상기 제 1 분기 라인(L1)과 제 2 분기 라인(L2)에서 모두 전류가 흐를 수 없다. 이에 따라, 상기 제 1 릴레이 코일(120)과 제 2 릴레이 코일(130)은 모두 전류가 흐르지 않으며, 이에 연결된 상기 제 1 접점(121) 및 제 2 접점(131)은 개방된다. 또한, 배선에 전류가 흐르지 않음에 따라 상기 분류기(140) 및 차단기(150)는 동작을 수행하지 않게 된다.
상기와 같이 하여, 본 발명의 실시예에 따른 에너지 저장 장치용 비상 차단 회로(100)는 비상 상황, 정전 및 단선과 같은 상황의 발생시 작업자의 안전을 보호하면서도, 관리의 편의성을 제공할 수 있다. 특히, 본 발명의 실시예에 따른 에너지 저장 장치용 비상 차단 회로(100)는 비상 상황에서 차단기(150)를 통한 차단이 가능하고, 정전 발생시 차단기(150)가 동작하지 않도록 하여 정전 복구시 용이하게 차단기(150)가 재투입될 수 있다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 의한 에너지 저장 장치용 비상 차단 회로(100)를 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.
100; 에너지 저장 장치용 비상 차단 회로
110; 비상 차단 스위치 120; 제 1 릴레이 코일
121; 제 1 접점 130; 제 2 릴레이 코일
131; 제 2 접점 140; 분류기
150; 차단기 10; 전력 계통
20; 에너지 저장 시스템 L1; 제 1 분기 라인
L2; 제 2 분기 라인

Claims (10)

  1. 전력 계통과 에너지 저장 시스템의 사이에 위치한 배선에 연결된 비상 차단 회로에 있어서,
    상기 배선으로부터 분기된 제 1 분기 라인에 위치하고, 작업자에 의해 개방될 수 있는 비상 차단 스위치;
    상기 비상 차단 스위치와 직렬로 연결된 제 1 릴레이 코일;
    상기 비상 차단 스위치 및 제 1 릴레이 코일에 대해 병렬로 연결된 제 2 릴레이 코일;
    상기 배선으로부터 분기된 제 2 분기 라인에 위치하고, 상기 제 1 릴레이 코일에 연동되는 제 1 접점;
    상기 제 2 릴레이 코일에 연동되고 상기 제 1 접점과 직렬로 연결된 제 2 접점; 및
    상기 제 2 분기 라인에 전기적으로 연결되어, 상기 제 2 분기 라인에 전류가 흐르지 않을 때 동작하는 차단기를 포함하는 비상 차단 회로.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 비상 차단 스위치는 평상시 닫힌 상태를 유지하고, 작업자에 의해 개방가능한 비상 차단 회로.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 접점은 상기 제 1 릴레이 코일에 전류가 인가될 때 닫힌 상태를 유지하고, 전류가 차단될 때 개방되는 비상 차단 회로.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 접점은 상기 제 2 릴레이 코일에 전류가 인가될 때 닫힌 상태를 유지하고, 전류가 차단될 때 개방되는 비상 차단 회로.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 릴레이 코일 및 제 2 접점은 타임 릴레이(time relay)로 구성되어, 상기 제 2 릴레이 코일에 전류가 흐를 때 설정된 지연 시간 이후 상기 제 2 접점이 닫히도록 동작하는 비상 차단 회로.
  6. 제 1 항에 있어서,
    비상 상황에서 상기 비상 차단 스위치가 개방된 이후, 상기 작업자에 의해 다시 닫히게 되면, 상기 제 1 릴레이 코일 및 제 2 릴레이 코일에 전류가 인가되어, 상기 제 1 접점 및 제 2 접점이 닫히도록 동작하는 비상 차단 회로.
  7. 제 1 항에 있어서,
    정전 상황에서 복전될 때, 상기 제 1 릴레이 코일 및 제 2 릴레이 코일에 전류가 인가되면, 상기 제 1 접점 및 제 2 접점은 닫히도록 동작하되, 상기 제 2 접점은 설정된 지연 시간 이후에 닫히도록 동작되는 비상 차단 회로.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 정전 및 복전시, 상기 차단기는 동작하지 않는 비상 차단 회로.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 분기 라인과 상기 차단기의 사이에는 분류기가 더 형성된 비상 차단 회로.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 분류기는 상기 제 2 분기 라인에 전류가 흐르지 않을 때 상기 차단기에 대해 배선 차단에 대응되는 신호를 제공하는 비상 차단 회로.
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