KR102724552B1 - 누설전류 제한 직류 배전시스템 및 그 공사방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 누설전류 제한 직류 배전시스템은, 직류전원장치에서 공급되거나, 발전된 전기를 부하 또는 인버터를 통해 전력계통으로 전송하도록 직류전원장치에 전기적으로 연결되고, 대지로부터 소정의 접지 저항값보다 큰 저항값으로 절연된 둘 이상의 전력선과, 둘 이상의 전력선, 및 둘 이상의 전력선의 전압 사이의 전위를 갖는 중성점 중 적어도 하나와 대지 사이에 전기적으로 연결되는 하나 이상의 고장검출기를 포함하고, 고장검출기는, 둘 이상의 전력선 또는 중성점에서 대지로 흐르거나, 침수 시의 누설전류를 검출하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 본 발명은, 직류 배전시스템을 구성하는 직류 또는 교류를 전송하는 전력선과 대지 사이의 누설전류를 검출하고 누설전류를 위험전류 이하로 제한하거나, 누설전류를 차단함으로써, 누설전류로 인한 전기사고(절연열화, 단락, 지락, 누전, 감전, 화재, 정전 등)의 발생을 방지할 수 있는 효과가 있다.

Description

누설전류 제한 직류 배전시스템 및 그 공사방법{Leakage current limit DC distribution system and construction method}

본 발명은 누설전류 제한 직류 배전시스템 및 그 공사방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 직류 또는 교류 배전시스템을 구성하는 전원을 전송하는 전력선과 대지 사이의 누설전류를 위험전류 이하로 제한하여 검출하고 누설전류를 통보(경보) 또는 차단함으로써, 누설전류로 인한 전기사고(절연열화, 단락, 지락, 누전, 감전, 화재, 정전 등)의 발생을 방지할 수 있는 누설전류 제한 직류 배전시스템 및 그 공사방법에 관한 것이다.

일반적으로 배전시스템은, 교류 배전계통과 직류배전 계통을 포함하고 있으나, 여기서는 일반적인 교류 배전계통은 설명을 생략하고 요즘 사용이 증가하고 있는 기존 직류 배전계통에 대해서 설명하고자 한다.

기존 직류 배전계통은 태양광발전설비, 전기자동차, ESS 등의 직류전원이 근래 들어 이슈화되고 있으며, 상용화가 이미 되었거나 상용화가 진행되고 있는 직류 배전시스템은 지하철, 스마트 그리드, 정류기, ESS, 전기차충전설비, 신재생 에너지 등이 있고 그 중 신재생 에너지는 기존의 화석연료를 변환시켜 이용하거나 햇빛, 물, 강수, 생물유기체 등을 포함하여 재생이 가능한 에너지를 전기 에너지 형태로 변환하는 다양한 발전시스템이 개발되고 있으며, 그 중에서 직류와 교류계통이 연계되는 태양광은 햇빛을 전기 에너지로 변환하는 태양전지 모듈과 이를 이용한 태양광 발전시스템이 최근들어 크게 각광을 받고 있다.

그러나, 이러한 태양광 발전시스템은 실외에 배치되어 운용되는 관계로 외부의 기후나 환경에 직접 노출되며, 이로 인하여 태양광 발전시스템을 구성하는 태양전지 모듈이나 선로에 대한 손상이나 노후화가 발생하기 쉽다. 특히, 복수의 태양전지 모듈로 구성된 태양전지판으로부터 부하 또는 인버터로 연결되는 직류전력선 또는 인버터로부터 부하 또는 전력계통으로 발전 전력을 제공하는 교류전력선에는 선로 손상 또는 노후화 등과 같은 다양한 문제가 발생한다.

이와 같은 문제로 인하여, 태양전지 모듈의 외부 노출에 따른 노후화나 직류 또는 교류전력선의 선로 이상 등과 같은 다양한 요인으로 인해 대지에 대한 절연이 저하되면서 지락이나 누전에 의한 누설전류가 발생하게 되며, 이러한 누설전류로 인하여 감전사고가 일어나거나 심한 경우 화재를 유발시키게 되고 직류 배전시스템 또한 같은 문제를 가지고 있다.

그러나, 직류 배전시스템의 침수, 지락, 누전, 감전에 의한 누설전류를 차단하기 위한 기존의 차단기는 침수, 지락, 누전, 감전이 발생한 경우에도 누설전류가 소정 값 이상이 되어야 누설전류가 검출되거나 차단기가 동작하므로 누설전류에 의한 절연열화, 단락, 감전, 화재, 정전사고를 예방하는 데 한계가 있다.

따라서 본 발명은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 직류 배전시스템을 구성하는 전력선과 대지 사이의 누설전류를 검출하고 누설전류를 제한함으로써, 누설전류로 인한 전기사고(절연열화, 단락, 지락, 누전, 감전, 화재, 정전 등)의 발생을 방지할 수 있는 누설전류 제한 직류 배전시스템을 제공하는 데에 그 목적이 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 누설전류 제한 직류 배전시스템은, 하나 이상의 직류전원 모듈이 배열된 직류전원장치; 상기 직류전원장치에서 공급된 전기를 부하 또는 전력계통으로 전송하도록 상기 직류전원장치에 전기적으로 연결되고, 대지로부터 소정의 접지 저항값보다 큰 저항값으로 절연된 둘 이상의 전력선; 및 상기 둘 이상의 전력선 중 어느 하나와 상기 대지 사이에 전기적으로 연결되거나, 상기 둘 이상의 전력선의 전압 사이의 전위를 갖는 중성점과 상기 대지 사이에 전기적으로 연결되는 하나 이상의 고장검출기를 포함하고, 상기 고장검출기는, 상기 전력선에서 상기 대지로 흐르는 누설전류가 경유하여 흐르는 전류 경로를 형성하고, 상기 전류 경로로부터 상기 누설전류를 검출하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 누설전류 제한 직류 배전시스템은, 상기 둘 이상의 전력선은, 상기 직류전원장치에서 공급되거나, 발전된 전기를 전송하는 제1 및 제2 직류전력선을 포함하고, 상기 중성점은, 상기 제1 및 제2 직류전력선의 전압 사이의 전위를 갖는 제1 중성점을 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 누설전류 제한 직류 배전시스템은, 상기 제1 및 제2 직류전력선으로부터 상기 직류전기를 공급받아 교류전기로 변환하는 인버터를 더 포함하고, 상기 둘 이상의 전력선은, 상기 인버터로부터 상기 교류전기를 공급받아 상기 부하 또는 전력계통으로 전송하는 둘 이상의 교류전력선을 더 포함하되, 상기 중성점은, 상기 둘 이상의 교류전력선의 전압 사이의 전위를 갖는 제2 중성점을 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 누설전류 제한 직류 배전시스템은, 상기 고장검출기는, 제1 및 제2 고장검출기를 포함하고, 상기 제1 고장검출기와 직렬연결되어 상기 제1 직류전력선과 대지 사이에 전기적으로 접속되는 제1 전압강하부; 및 상기 제2 고장검출기와 직렬연결되어 상기 제2 직류전력선과 대지 사이에 전기적으로 접속되는 제2 전압강하부를 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 누설전류 제한 직류 배전시스템은, 상기 고장검출기는, 상기 제1 중성점과 대지 사이에 병렬연결되는 제1 및 제2 고장검출기를 포함하고, 상기 제1 직류전력선과 제1 중성점 사이에 전기적으로 연결되는 제1 전압강하부; 및 상기 제2 직류전력선과 제1 중성점 사이에 전기적으로 연결되는 제2 전압강하부를 더 포함하되, 상기 제1 및 제2 고장검출기는, 상기 제1 직류전력선과 대지 사이의 누설전류는 상기 제2 고장검출기를 경유하고, 상기 제2 직류전력선과 대지 사이의 누설전류는 상기 제1 고장검출기를 경유하도록 구성될 수 있다.

본 발명에 따른 누설전류 제한 직류 배전시스템은, 상기 고장검출기는, 상기 제1 중성점과 대지 사이에 병렬연결되는 제1 및 제2 고장검출기를 포함하고, 상기 제1 중성점은, 상기 제1 및 제2 직류전력선 사이에 직렬연결되는 둘 이상의 직류전원 모듈 사이에서 인출되되, 상기 제1 및 제2 고장검출기는, 상기 제1 직류전력선과 대지 사이의 누설전류는 상기 제2 고장검출기를 경유하고, 상기 제2 직류전력선과 대지 사이의 누설전류는 상기 제1 고장검출기를 경유하도록 구성될 수 있다.

본 발명에 따른 누설전류 제한 직류 배전시스템은, 상기 제1 및 제2 전압강하부는, 제너다이오드를 각각 포함하여 구성되고, 상기 제1 전압 강하부의 제너다이오드의 제너전압과 상기 제2 전압강하부의 제너다이오드의 제너전압의 합은 상기 제1 및 제2 직렬전력선 사이의 전압보다 클 수 있다.

본 발명에 따른 누설전류 제한 직류 배전시스템은, 상기 고장검출기 각각은, 상기 누설전류를 소정의 위험전류 이하로 제한하고, 상기 누설전류를 검출하여 상기 검출신호를 출력하는 전류 검출부를 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 누설전류 제한 직류 배전시스템은, 상기 고장검출기 각각은, 상기 누설전류가 상기 전류 검출부를 단방향으로 흐르도록 누설전류의 경로를 제한하는 단방향 전류부를 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 누설전류 제한 직류 배전시스템은, 상기 직류전원장치에는 직류전원 모듈이 하나 이상 배열되고, 상기 직류전원 모듈은 충전지, 컨버터, 태양전지 모듈 중에 어느 하나이며, 상기 태양전지 모듈이 직류전원 장치에 배열될 때는 발전된 전류를 집속하는 집속부를 더 포함하는 것을 특징 할 수 있다.

본 발명에 따른 누설전류 제한 직류 배전시스템은, 상기 태양전지 모듈과 집속부 사이에 각각 배치되어 상기 고장검출기의 검출신호에 연동하여 개폐가 제어되는 직류차단기를 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 누설전류 제한 직류 배전시스템은, 상기 제1 직류전력선에 직렬로 설치되고, 상기 고장검출기의 검출신호에 연동되어 상기 제1 직류전력선을 개폐하도록 제어되는 제1 직류스위치; 및 상기 제2 직류전력선에 직렬로 설치되고, 상기 고장검출기의 검출신호에 연동되어 상기 제2 직류 전력선을 개폐하도록 제어되는 제2 직류스위치를 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 누설전류 제한 직류 배전시스템은, 상기 제1 및 제2 직류스위치는, 상기 제1 및 제2 직류전력선 각각을 소정 구간 구획하도록 배치되고, 상기 구획된 제1 및 제2 직류전력선의 소정 구간에 대응되도록 배치되는 하나 이상의 보조전력선을 더 포함하되, 상기 제1 및 제2 직류스위치는, 상기 고장검출기의 검출신호에 연동하여 대웅하는 제1 직류전력선 또는 제2 직류전력선의 상기 소정 구간을 차단하고, 상기 하나 이상의 보조전력선 중 어느 하나에 연결될 수 있다.

본 발명에 따른 누설전류 제한 직류 배전시스템은, 상기 교류전력선과 전기적으로 연결된 1차측과, 상기 1차측과 절연되고 상기 전력계통에 전기적으로 연결되는 2차측을 구비한 절연변압기를 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 누설전류 제한 직류 배전시스템은, 상기 하나 이상의 고장검출기는, 상기 둘 이상의 교류전력선, 및 상기 제2 중성점 중 적어도 하나와 상기 대지 사이에 전기적으로 연결되고, 상기 둘 이상의 교류전력선 각각에 직렬로 설치되고, 상기 고장검출기의 검출신호에 연동되어 상기 교류전력선을 개폐하도록 제어되는 둘 이상의 교류차단기를 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 누설전류 제한 직류 배전시스템은, 상기 둘 이상의 교류차단기 각각은, 상기 둘 이상의 교류전력선 각각을 소정 구간 구획하도록 배치되고, 상기 고장검출기의 검출신호에 연동하여 대응하는 교류전력선의 상기 소정 구간을 차단하도록 제어될 수 있다.

본 발명에 따른 누설전류 제한 직류 배전시스템은, 상기 교류전력선의 부하측에 전기적으로 연결되고, 상기 교류전력선의 접속불량 또는 단선 또는 결상 시에 해당 상의 전원을 복구하거나, 경보 또는 차단하도록 하는 복구기를 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 누설전류 제한 직류 배전시스템의 공사방법은, 전원측에 하나 이상의 직류전원 모듈로 구성되는 직류전원장치를 설치하는 단계; 상기 직류전원장치의 출력단자 또는 중성단자에 제1 고장검출기의 일단을 전기적으로 연결하는 단계; 상기 제1 고장검출기의 타단을 대지 또는 접지단자에 접속연결하는 단계; 둘 이상의 전력선을 설치하고, 그 일단을 상기 출력단자 또는 상기 중성단자에 전기적으로 접속연결하는 단계; 및 상기 전력선의 타단을 부하 또는 인버터에 접속연결하고 전원을 공급하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 누설전류 제한 직류 배전시스템의 공사방법은, 상기 인버터의 출력단자에 전기적으로 접속 연결하기 위한 제2 고장검출기, 복구기, 교류 전력선을 설치하는 단계; 상기 제2 고장검출기의 일단, 상기 복구기의 일단과 교류 전력선의 일단을 각각 접속 연결하는 단계; 및 상기 제2 고장검출기의 타단을 대지 또는 접지단자에 접속연결하는 단계; 전력계통 연결용 변압기를 설치하여 상기 교류 전력선의 타단에 접속 연결하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 누설전류 제한 직류 배전시스템 및 그 공사방법은, 직류 배전시스템을 구성하는 직류를 전송하거나, 변환장치를 통해 교류를 전송하는 전력선과 대지 사이의 누설전류를 검출하고 누설전류를 제한하거나, 차단함으로써, 누설전류로 인한 감전사고의 발생을 방지할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따른 누설전류 제한 직류 배전시스템 및 그 공사방법은, 침수 또는 지락 또는 누전에 의한 누설전류를 검출하고 제한하여 이를 차단함으로써, 지락 또는 누전에 의한 화재의 발생을 방지할 수 있는 효과가 있다.

본 발명에 따른 누설전류 제한 직류 배전시스템 및 그 공사방법은, 지락 또는 누전에 의한 누설전류를 검출하고 이를 차단하더라도 이로 인한 정전사고를 방지할 수 있는 효과가 있다.

본 발명에 따른 누설전류 제한 직류 배전시스템 및 그 공사방법은, 침수에 의한 누설전류를 단자대에서 포집하여 검출하고 누설전류를 제한함으로써, 이로 인한 감전, 화재, 정전사고를 방지할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 누설전류 제한 직류 배전시스템의 전체 구성을 도시한 블록도이다.
도 2는 본 발명에 따른 고장검출기의 내부 블록을 도시한 블록도이다.
도 3은 직류회로에서 고장검출기가 전력선에 결선되는 예시를 도시한 회로도이다.
도 4는 직류회로에서 고장검출기가 중성점에 결선되는 예시를 도시한 회로도이다.
도 5는 직류회로에서 고장검출기가 누설전류를 검출하는 원리를 도시한 개념도이다.
도 6은 직류전력선에 직류스위치가 설치된 실시예를 도시한 회로도이다.
도 7은 직류전력선에 직류스위치 및 보조전력선이 설치된 실시예를 도시한 회로도이다.
도 8은 단상 전원에 적용가능한 본 발명의 복구기의 구성 및 벡터도를 도시한 도면이다.
도 9는 삼상 전원에 적용가능한 복구기의 예시적인 구성 및 벡터도를 도시한 도면이다.
도 10은 삼상 전원에 적용가능한 복구기의 다른 예시적인 구성 및 벡터도를 도시한 도면이다.
도 11은 교류회로에 복구기가 적용된 예시를 도시한 회로도이다.
도 12는 교류회로에 절연변압기와 복구기가 동시에 적용된 예시를 도시한 회로도이다.
도 13은 직류 및 교류를 포함한 배전시스템에서 단자대가 침수 시 적용된 예시를 도시한 구성도이다.

본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 이하의 상세한 설명은 예시적인 것에 지나지 않으며, 본 발명의 바람직한 실시예를 도시한 것에 불과하다.

본 발명에 따른 누설전류 제한 직류 배전시스템은, 지락 또는 누전 등에 의한 누설전류로부터 감전, 화재 또는 정전 등의 전기사고를 방지하도록 구성되려면, 직류전원장치(100)로부터 공급되거나, 발전된 직류전기를 취급하는 직류회로일 수 있고, 직류전원장치(100)로부터 직류전기를 입력받아 교류로 변환하여 부하(700)에 공급하거나 전력계통(900)에 연계시키는 교류회로를 포함할 수 있다. 여기에서 전력계통(900)이란, 수배전선로 뿐 아니라 옥외의 임시선로 등 상용 교류전기가 통전되는 선로를 모두 포함한다.

본 발명의 누설전류 제한 직류 배전시스템은, 지락, 누전 또는 침수, 인체 감전 시에 누설전류를 위험전류 이하로 제한하여 검출함으로써, 누설전류에 의한 감전 및 화재를 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 누설전류 제한 직류 배전시스템의 전체 구성을 도시한 블록도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 누설전류 제한 직류 배전시스템은, 하나 이상의 직류전원 모듈(110)(충전지, 컨버터, 태양전지 등)이 배열된 직류전원장치(100)와, 직류전원장치(100)에서 공급되거나, 발전된 전기를 부하(700) 또는 전력계통(900)으로 전송하도록 직류전원장치(100)에 전기적으로 연결되고, 대지로부터 소정의 접지 저항값 이상의 저항값으로 절연된 둘 이상의 전력선과, 전력선 및 중성점 중 적어도 하나와 대지 사이에 전기적으로 연결되는 하나 이상의 고장검출기(210)를 포함하여 구성될 수 있다. 이때, 고장검출기(210)는, 둘 이상의 전력선 또는 중성점에서 대지로 흐르는 누설전류에 대하여 전류 경로를 형성하고, 전류 경로로부터 누설전류를 검출하여 검출신호를 출력하도록 구성된다.

또한, 본 발명에 따른 누설전류 제한 직류 배전시스템은, 전력선과 고장검출기(210) 사이에 누설전류가 흐를 때, 소정의 전압강하가 일어나는 전압강하부(220)를 더 포함할 수 있다. 전압강하부(220)는 전력선과 대지 사이에 고장검출기(210)와 직렬로 연결되거나, 전력선 사이에서 중성점을 형성하도록 배치될 수도 있다.

여기에서, 중성점이란 둘 이상의 전력선의 전압 사이의 전위를 갖는 지점을 일컫는 것으로서, 전력선 각각으로부터 소정의 전기적 소자를 통해 형성되거나 전력선에 직렬연결된 복수의 직류전원 모듈(110)(충전지, 컨버터, 태양전지 등) 사이의 접속점, 또는 변압기의 중간탭 등에서 인출되는 것일 수도 있다. 중성점을 기준으로 전력선의 전압의 합이 0이면 족하며, 중성점을 기준으로 한 전력선의 전압의 크기가 서로 동일한 것에 한정되는 것은 아니나, 이하에서는 설명의 편의를 위하여 전력선의 전압이 서로 위상을 달리할 뿐 크기는 동일한 경우를 가정하여 설명한다.

전력선은, 직류전원장치(100)로부터 부하측 또는 주변의 전력 설비 또는 전력계통(900)에 전력을 공급하는 도선으로서, 차단기나 스위치로 구획된 별개의 도선 뿐 아니라 차단기, 스위치 또는 개폐기 등으로 연결되거나 주선로로부터 분기되는 분기선로를 포함하여 전기적으로 서로 연결되어 동일 극성의 전력이 전송되는 모든 도선을 통칭한다. 이때, 전력선은 대지로부터 소정의 접지저항 이상의 저항값을 갖도록 절연되는 것이 바람직하다. 여기에서 절연이란 완전한 절연의 경우에 한정되는 것은 아니며 접지공사를 통하여 전력선 또는 중성점이 대지와 갖는 통상적인 접지저항 보다는 큰 저항값을 갖는 정도의 경우를 포함한다.

전력선에 연결되는 회로는 직류 또는 교류회로일 수 있다. 직류 회로일 경우에 전력선은, 직류전원장치(100) 및 충전지, ESS(Energy Storage System), 정류기, 태양광 등에 연결되는 직류전력선(410)을 포함할 수 있고, 교류회로일 경우에는 교류를 직류로 변환하는 컨버터, 직류를 교류로 변환하는 인버터(500) 및 변압기 출력에서 부하(700) 또는 전력계통(900)으로 연결되는 교류전력선(510)을 포함할 수 있다.

도 1에 따르면, 본 발명에 따른 누설전류 제한 직류 배전시스템은, 직류전원장치(100)에는 둘 이상의 직류전원 모듈(110)이 배열될 때, 직류전원 모듈(110) 각각에서 공급되거나, 발전된 전류를 집속하는 집속부(430)를 포함할 수 있다. 집속부(430)에서 집속된 직류전류는 직류전력선(410)을 통하여 직류부하 또는 인버터(500)로 전송될 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 누설전류 제한 직류 배전시스템은, 직류전원 모듈(110)과 집속부(430) 사이에 각각 배치되어 고장검출기(210)의 검출신호에 연동하여 개폐가 제어되는 직류차단기(420)를 포함할 수 있다.

직류차단기(420)는 직류전원 모듈(110)에 각각 대응되는 하나 이상의 차단기일 수 있다. 복수의 차단기일 경우에는, 고장검출기(210)의 검출신호에 연동하여 복수의 직류차단기(420) 전체를 동시에 차단하거나 또는 순차적으로 차단하면서 검출신호를 확인하여 누설전류가 발생한 직류전원 모듈(110)만 차단할 수도 있다. 순차적인 차단의 경우에는 누설전류가 발생한 직류 전원 모듈(110)만을 차단하므로 나머지 직류전원 모듈(110)에 의하여 정전없이 계속적인 발전이 가능하다.

또한, 본 발명에 따른 누설전류 제한 직류 배전시스템은, 직류 전력선(410)에 설치되고, 고장검출기(210)의 검출신호에 연동하여 개폐되거나 다른 접점으로 절환되는 직류스위치(440)를 포함할 수 있다. 직류스위치(440)는 둘 이상의 직류전력선(410) 각각에 설치되어 누설전류가 발생한 전력선만을 선별적으로 차단하도록 제어될 수 있다.

상술한 집속부(430), 직류차단기(420) 및 직류스위치(440)는 접속반(400)에 설치될 수 있다. 접속반(400)은 그 외에 전압강하부(220), 고장검출기(210) 및 제어기(300)를 더 포함하여 구성될 수도 있다.

또한, 본 발명에 따른 누설전류 제한 직류 배전시스템은, 직류 전력선(410)의 일단에 연결되어 직류전원장치(100)에서 공급되거나, 발전된 직류를 교류로 변환하는 인버터(500)를 더 포함할 수 있다. 이때, 인버터(500)의 교류출력은 단상 또는 삼상이거나 그 밖에 각 상의 전압이 소정의 위상차를 갖는 다상 방식을 모두 포함할 수 있다. 이하에서는 설명의 편의를 위하여, 단상 교류 방식을 기초로 설명하나 본 발명의 기술적인 사상은 삼상 또는 그 외의 다상 방식에 모두 적용될 수 있다.

인버터(500)의 교류출력에는 둘 이상의 교류전력선(510)이 연결되어 교류전기를 부하(700) 또는 전력계통(900)으로 전송할 수 있다. 다만, 전력계통(900)과 연계시에는 교류전력선(510) 및 직류전력선(410)을 대지 또는 계통과 절연시키기 위하여 절연변압기(600)를 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 고장검출기(210)는, 직류전력선(410) 외에 교류전력선(510)에 설치하는 것도 가능하다. 이때, 고장검출기(210)는 누설전류를 검출하여 검출신호를 출력하거나, 검출신호에 연동하여 누설전류가 흐르는 교류전력선(510)으로 전원이 공급되는 것을 차단하도록 제어할 수 있다.

교류회로를 구성하는 교류전력선(510)에는 부하(700)가 연결되거나 절연변압기(600)가 연결되어 인버터(500)의 교류전력이 전력계통(900)에 연계되어 전송되도록 할 수 있다. 또한, 교류전력선(510)에는 교류전력선(510)의 단선 또는 교류전원의 결상 시에 해당 상의 전원을 복구하는 복구기(800)를 더 포함하여 구성될 수 있다. 복구기(800)의 동작원리에 대해서는 뒤에서 상세하게 후술하기로 한다.

또한, 본 발명에 따른 누설전류 제한 직류 배전시스템은, 고장검출기(210)로부터 검출신호를 수신하여 누설전류의 발생여부를 판단하고, 이에 대응하여 제어신호를 출력하는 제어기(300)를 더 포함하여 구성될 수 있다. 이때, 제어신호는 누설전류로부터 전원을 차단하기 위한 차단신호, 전기고장이 발생하였음을 경보발령하기 위한 경보신호, 고장구간 또는 위치를 디스플레이하기 위한 위치신호, 및 고장을 복구하기 위한 복구신호 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다.

따라서, 전력선에 설치되는 차단기 및 스위치 등은 누설전류 발생시에 고장검출기(210)의 검출신호에 의하여 직접 차단되거나, 검출신호를 수신한 제어기(300)의 제어신호에 의하여 전원 공급을 차단하도록 제어될 수 있다.

도 2는 본 발명에 따른 고장검출기(210)의 내부 블록을 도시한 블록도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 고장검출기(210) 각각은, 누설전류를 소정의 위험전류 이하로 제한하고, 누설전류를 검출하여 검출신호를 출력하는 전류 검출부(211)를 포함하는 것을 특징으로 한다. 또한, 고장검출기(210) 각각은, 누설전류가 전류 검출부(211)를 단방향으로 흐르도록 누설전류의 경로를 소정의 방향으로 제한하는 단방향 전류부(212)를 더 포함할 수 있다.

전류 검출부(211)는, 전력선 또는 중성점에서 대지로 흐르는 누설전류를 검출하는 구성요소로서, 누설전류를 검출하여 이에 대응하는 검출신호를 출력할 수 있다. 검출신호는 누설전류의 크기와 방향 정보를 포함한 신호일 수 있고, 누설전류가 기설정한 임계치를 초과했는지 여부를 출력하는 신호일수 있다. 검출신호는 전력선에 설치된 스위치 또는 차단기에 직접 제공되거나, 별도로 설치된 제어기(300)가 스위치 또는 차단기의 개폐를 제어하거나 경보, 고장위치 표시 또는 고장복구를 위한 제어신호를 출력하도록 제어기(300)에 제공될 수도 있다.

또한, 전류 검출부(211)는 누설전류가 소정의 위험전류 이하가 되도록 누설전류가 흐르는 전류 경로 상에 직렬로 배치되는 전류제한 수단(도면 미도시)을 더 구비할 수 있다. 이때, 전류제한 수단은 누설전류 발생 시에 고장검출기(210)에 걸리는 전압에 대하여 전류값을 위험전류 이하로 제한하도록 저항 소자를 비롯한 전압강하 소자를 포함하여 구성될 수 있다. 여기에서 위험전류는 인체에 감전을 일으키거나 화재를 발생시킬 수 있는 전류로서 전기설비의 사용목적에 맞추어 적절히 설정될 수 있다. 참고로, 인체로 흐르는 누설전류 값이 15mA 이상이면 경련(고통)을 일으키고 50mA 이상이면 사망에 이르는 것으로 알려져 있으므로, 감전사고 예방을 위하여 위험전류는 15mA 이하, 예컨대 8mA 또는 5mA 또는 그 이하로 설정하여 누설전류가 그 이하로 제한되도록 설계할 수 있다.

또한, 전류 검출부(211)는 누설전류가 흐르는 전류 경로 상의 임의의 지점에서 누설전류를 검출하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 전류제한 수단에 걸리는 전압을 이용하거나, 전류 경로의 임의의 지점에 설치된 전류센서를 이용하여 누설전류를 검출하는 것도 가능하다. 여기에서 전류센서는 션트(Shunt), 홀센서 또는 CT(current transformer), MR센서를 포함하여 구성될 수 있다.

본 발명에 따른 고장검출기(210)는, 검출신호에 연동하여 개폐가 제어되는 스위치를 더 포함하는 구성일 수 있다. 이때 스위치는, 직류전력선(410) 또는 교류전력선(510)에 직렬로 설치되어 전력선의 차단 동작을 수행할 수 있고, 전류 검출부(211)와 함께 고장검출기(210)에 일체형으로 구비될 수 있다. 이 경우에 일체형의 스위치와 전류 검출부(211)는 무접점 릴레이(SSR, solid-state relay)로 구현될 수 있다.

단방향 전류부(212)는, 누설전류가 전류 검출부(211)를 단방향으로 흐르도록 누설전류의 경로를 소정의 방향으로 제한하는 구성요소로서, 기설정된 방향의 전류에 대해서만 도통되도록 제어되는 스위치 소자, 또는 다이오드를 포함하여 구성될 수 있다. 특히, 단방향 전류부(212)가 다이오드로 구성되는 경우에 하나 이상의 다이오드로 구성된 정류회로 형태일 수 있고(도 2(a)), 브리지 다이오드 회로(도 2(b))로 구성될 수도 있다.

단방향 전류부(212)를 포함하여 구성된 고장검출기(210)는, 직류전력선(410) 또는 교류전력선(510)에 설치되거나 중성점에 설치되어 누설전류가 흐르는 전력선을 식별하도록 동작할 수 있다. 이하에서는 도면을 이용하여 고장검출기(210)의 설치위치에 따라 누설전류를 감지하여 검출하는 동작을 설명한다.

도 3은 직류회로에서 고장검출기(210)가 전력선에 결선되는 예시를 도시한 회로도이다.

도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 누설전류 제한 직류 배전시스템에서, 둘 이상의 전력선은, 직류전원장치(100)에 전기적으로 연결되어 직류전원장치(100)에서 공급되거나, 발전된 직류전기를 전송하는 제1 및 제2 직류전력선(411, 412)을 포함하고, 고장검출기(210)는 제1 및 제2 고장검출기(210-1, 210-2)를 포함하여 구성될 수 있다. 또한, 제1 고장검출기(210-1)와 직렬연결되어 제1 직류전력선(411)과 대지 사이에 전기적으로 접속되는 제1 전압강하부(220-1)와, 제2 고장검출기(210-2)와 직렬연결되어 제2 직류전력선(412)과 대지 사이에 전기적으로 접속되는 제2 전압강하부(220-2)를 더 포함할 수 있다.

제1 및 제2 직류전력선(411, 412)은, 직류전류가 흐르는 전력선으로서 제1 직류전력선(411)은 제1 극성의 전압이 인가되고 제2 직류전력선(412)에는 제2 극성의 전압이 인가될 수 있다. 상세하게는 제1 극성은 직류전압의 양극이고 제2 극성은 직류전압의 음극일 수 있으나, 그 반대일 수도 있다.

제1 및 제2 전압강하부(220-1, 220-2)는, 도통될 때 소정의 전압강하가 일어나는 구성으로서 저항 또는 제너다이오드일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 다만, 도 3과 같은 구성에서 제1 및 제2 전압강하부(220-1, 220-2)는 제너다이오드인 것이 바람직하다. 이때, 제1 전압강하부(220-1)의 제너다이오드의 제너전압과 제2 전압강하부(220-2)의 제너다이오드의 제너전압의 합은 제1 및 제2 직렬전력선의 양단 전압보다 큰 것이 바람직하다. 또한, 제1 전압강하부(220-1)의 제너다이오드의 제너전압과 제2 전압강하부(220-2)의 제너다이오드의 제너전압 각각은 제1 및 제2 직렬전력선의 양단 전압보다 작은 것이 바람직하다.

제너다이오드 전압이 위와 같은 설정되면, 누설전류가 발생하지 않는 정상상태에서는 제너다이오드가 도통되지 아니하여 고장검출기(210-1, 210-2)에 전류가 흐르지 않고, 누설전류가 발생하는 상황에서는 제너다이오드가 도통하여 고장검출기(210-1, 210-2)에 누설전류가 흐르게 된다.

더욱 상세하게는, 제1 직류전력선(411)에 지락 또는 누전이 발생한 경우에는 제2 전압강하부(220-2)가 도통되어 제2 고장검출기(210-2)에서 누설전류를 검출하고, 제2 직류전력선(412)에 지락 또는 누전이 발생한 경우에는 제1 전압강하부(220-1)가 도통되어 제1 고장검출기(210-1)에서 누설전류를 검출함으로써, 지락 또는 누전이 발생한 전력선을 식별할 수 있다.

살펴본 바와 같이, 도 3에 도시된 실시예에서는, 도통되는 전압 강하부에 따라 누설전류가 흐르는 고장검출기가 특정되기 때문에 도 3의 실시예에 적용되는 고장검출기(210-1, 210-2)는 흐르는 전류의 방향을 제한하는 단방향 전류부(212)를 생략하여 구성하는 것이 가능하다.

도 4는 직류회로에서 고장검출기가 중성점에 결선되는 예시를 도시한 회로도이다.

도 4(a)를 참조하면, 본 발명에 따른 누설전류 제한 직류 배전 시스템은, 제1 직류전력선(411)과 제1 중성점(N1) 사이에 전기적으로 연결되는 제1 전압강하부(220-1)와, 제2 직류전력선(412)과 제1 중성점(N1) 사이에 전기적으로 연결되는 제2 전압강하부(220-2)를 포함하여 구성된다. 도 4(a)의 구성에서는 제1 중성점(N1)이 제1 및 제2 전압강하부(220-1, 220-2)의 접속점으로 설정되며, 제1 중성점(N1)과 대지 사이에는 제1 및 제2 고장검출기(210-1, 210-2)가 병렬로 연결된다. 이때, 제1 중성점(N1)은, 제1 및 제2 직류전력선(411, 412)의 전압 사이의 전위를 갖는다.

여기에서, 제1 및 제2 고장검출기(210-1, 210-2)는, 제1 직류전력선(411)과 대지 사이의 누설전류는 제2 고장검출기(210-2)를 경유하고, 제2 직류전력선(412)과 대지 사이의 누설전류는 제1 고장검출기(210-1)를 경유하도록 고장검출기에 포함되는 단방향 전류부(212)의 전류의 도통방향을 설정할 수 있다.

도 4(a)의 실시예에서 제1 및 제2 전압강하부(220-1, 220-2)는, 도통될 때 소정의 전압강하가 일어나는 구성으로서 저항 또는 제너다이오드일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 만약, 제1 및 제2 전압강하부(220-1, 220-2)가 제너다이오드를 포함하여 구성되는 경우에는 제1 전압강하부(220-1)의 제너다이오드의 제너전압과 제2 전압강하부(220-2)의 제너다이오드의 제너전압의 합은 제1 및 제2 직렬전력선의 양단 전압보다 큰 것이 바람직하다. 또한, 제1 전압강하부(220-1)의 제너다이오드의 제너전압과 제2 전압강하부(220-2)의 제너다이오드의 제너전압 각각은 제 1 및 제2 직렬전력선의 양단 전압보다 작은 것이 바람직하다.

도 4(a)의 구성에서 제1 직류전력선(411)에 지락 또는 누전이 발생한 경우에는 누설전류가 제2 전압강하부(220-2)를 거쳐 제2 고장검출기(210-2)에서 검출되고, 제2 직류전력선(412)에 지락 또는 누전이 발생한 경우에는 누설전류가 제1 전압강하부(220-1)를 거쳐 제1 고장검출기(210-1)에서 검출되기 때문에 검출신호가 어느 고장검출기에서 발생했는지를 확인함으로써, 지락 또는 누전이 발생한 전력선을 식별할 수 있다.

또한, 도 4(b)를 참조하면, 제1 중성점(N1)은, 제1 및 제2 직류전력선(411, 412) 사이에 직렬연결되는 둘 이상의 직류전원 모듈(110) 사이의 접속점에서 인출될 수 있다. 이때, 고장검출기(210)는, 제1 중성점(N1)과 대지 사이에 병렬연결되는 제1 및 제2 고장검출기(210-1, 210-2)를 포함하여 구성되되, 제1 직류전력선(411)과 대지 사이의 누설전류는 제2 고장검출기(210-2)를 경유하고, 제2 직류전력선(412)과 대지 사이의 누설전류는 상기 제1 고장검출기(210-1)를 경유하도록 고장검출기에 포함되는 단방향 전류부(212)의 전류의 도통방향을 설정할 수 있다.

도 4(b)의 구성에서 제1 직류전력선(411)에 지락 또는 누전이 발생한 경우에는 누설전류가 제2 고장검출기(210-2)에서 검출되고, 제2 직류전력선(412)에 지락 또는 누전이 발생한 경우에는 누설전류가 제1 고장검출기(210-1)에서 검출되기 때문에 검출신호가 어느 고장검출기에서 발생했는지를 확인함으로써, 지락 또는 누전이 발생한 전력선을 식별할 수 있다.

도 5는 직류회로에서 고장검출기(210)가 누설전류를 검출하는 원리를 도시한 개념도이다.

도 5에서는 본 발명의 누설전류 제한 직류 배전시스템이 도 4(a)의 구성을 가진 경우에 대하여 직류회로에서 고장검출기(210)가 누설전류를 검출하는 원리를 설명하고 있으나, 도 3 또는 도 4(b)의 구성에 대해서도 동일하게 이해될 수 있다.

도 5에 따르면, 직류전력선(411, 412) 중에서 제1 직류전력선(411)에 누설전류1이 발생하면, 누설전류1은 도면에 도시된 실선을 따라 제2 고장검출기(210-2)로 흐르는 전류 경로를 형성하고, 직류전력선(411, 412) 중에서 제2 직류전력선(412)에 누설전류2가 발생하면, 누설전류2는 파선을 따라 제1 고장검출기(210-1)로 흐르는 전류 경로를 형성한다. 따라서, 누설전류1이 발생한 전력선에 대해서는 제2 고장검출기(210-2)가 검출신호를 출력하고 누설전류1가 발생한 전력선에 대해서는 제1 고장검출기(210-1)가 검출신호를 출력하도록 함으로써, 본 발명의 누설전류 제한 직류 배전시스템은 누설전류가 발생한 전력선을 식별하여 검출할 수 있다.

이와 같이 누설전류가 발생한 전력선을 식별함으로써, 본 발명에 따른 누설전류 제한 직류 배전시스템은, 누설전류가 발생한 전력선만을 선별적으로 차단할 수 있다. 또한, 누설전류가 발생한 전력선을 식별함으로써 빠른 문제해결이 가능하게 하거나, 누설전류가 발생한 전력선만을 차단한 후 이를 다른 전력선으로 대체하여 정전없이 보수작업을 시행할 수 있다.

이를 위하여 직류전력선(411, 412)에는 누설전류가 발생한 선로에 대하여 차단 또는 스위칭 절환을 수행할 수 있는 스위칭 수단이 설치될 수 있다.

도 6은 직류전력선(411, 412)에 직류스위치(440)가 설치된 실시예를 도시하고, 도 7은 직류전력선(411, 412)에 직류스위치(440) 및 보조전력선이 설치된 실시예를 도시한 도면이다.

도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 누설전류 제한 직류 배전시스템은, 제1 직류전력선(411)에 직렬로 설치되고 제2 고장검출기(210-2)의 검출신호에 연동되어 제1 직류전력선(411)을 개폐하도록 제어되는 제1 직류스위치(441)와, 제2 직류전력선(412)에 직렬로 설치되고 제1 고장검출기(210-1)의 검출신호에 연동되어 제2 직류전력선(412)을 개폐하도록 제어되는 제2 직류스위치(442)를 포함하여 구성될 수 있다. 여기에서, 제1 고장검출기(210-1)는 제2 직류전력선(412)에 발생한 누설전류를 검출하고, 제2 고장검출기(210-2)는 제1 직류전력선(411)에 발생한 누설전류를 검출하도록 동작한다.

도 6에 따르면, 제1 및 제2 직류스위치(441, 442)는, 제1 및 제2 직류전력선(411, 412) 각각을 소정 구간 구획하도록 페어(pair)로 설치되어 있으나, 그 설치방법은 이에 한정되는 것은 아니며, 제1 및 제2 직류전력선(411, 412)에 하나씩 설치되어 누설전류가 발생한 전력선을 차단하도록 구성되는 것도 가능하다. 도 6의 구성은 누설전류에 의한 감전 또는 화재의 방지를 위하여 누설전류의 차단이 주목적이다.

이에 더하여, 도 7에는 정전없이 누설전류를 차단할 수 있는 구성이 제시된다.

도 7에 도시된 본 발명의 누설전류 제한 직류 배전시스템에서는, 제1 및 제2 직류스위치(441, 442)가 제1 및 제2 직류전력선(411, 412) 각각을 소정 구간 구획하도록 배치되고, 더 나아가 구획된 제1 및 제2 직류전력선(411, 412)의 소정 구간에 대응되도록 하나 이상의 보조전력선이 더 포함되어 구성될 수 있다. 제1 및 제2 직류스위치(441, 442)는, 고장검출기(210-1, 210-2)의 검출신호에 연동하여 대응하는 제1 직류전력선(411) 또는 제2 직류전력선(412)의 소정 구간을 차단하고, 하나 이상의 보조전력선 중 어느 하나에 연결될 수 있다.

만약, 제1 직류전력선(411)에 누설전류가 발생하면, 제2 고장검출기(210-2)가 누설전류를 검출하여 검출신호를 출력하고 제2 고장검출기(210-2)의 검출신호에 연동하여 제1 직류스위치(441)는 제1 직류전력선(411)으로부터 제1 보조전력선으로 스위칭이 절환되도록 제어된다. 또한, 누설전류가 제2 직류전력선(412)에서 발생하면, 제1 고장검출기(210-1)가 누설전류를 검출하여 검출신호를 출력하고 제1 고장검출기(210-1)의 검출신호에 연동하여 제2 직류스위치(442)는 제2 직류전력선(412)으로부터 제2 보조전력선으로 스위칭이 절환되도록 제어된다.

이와 같은 구성에서는, 누설전류가 발생하더라도 전기를 차단하지 않고 부하 측으로 통전 상태를 유지하면서도 누설전류가 발생한 전력선를 교체하는 등 지락 또는 누전 문제를 안전하게 해결할 수 있다.

도 7에서는 제1 및 제2 직류전력선(411, 412)에 대응하여 보조전력선이 2조로 구비된 구성이 예시되어 있으나, 보조전력선을 1조만 설치하고 누설전류 발생 시에 제1 직류스위치(441) 또는 제2 직류스위치(442)가 보조전력선을 공통으로 이용하는 구성도 가능하다.

이상에서는, 본 발명의 고장검출기(210)가 직류전원장치(100)에 전기적으로 연결된 직류전력선(410, 411, 412) 또는 제1 중성점(N1)과 대지 사이에 설치되는 실시예에 대해서 설명하였으나, 본 발명의 누설전류 제한 직류 배전시스템은, 인버터(500), 및 인버터(500)의 후단에 구성되는 교류회로를 포함하여 구성할 수 있다. 이때, 고장검출기(210)는 교류전기를 전송하는 교류전력선(510) 또는 교류전력선(510)의 중성점과 대지 사이에 설치되어 누설전류를 검출하도록 구성될 수 있다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 누설전류 제한 직류 배전시스템은, 직류전력선(410, 411, 412)으로부터 직류전기를 공급받아 교류전기로 변환하는 인버터(500)를 더 포함하여 구성될 수 있다. 또한, 인버터(500)의 후단에는 인버터(500)로부터 변환된 교류전기를 공급받아 부하(700) 또는 전력계통(900)으로 전송하는 둘 이상의 교류전력선(510)을 포함하는 교류회로가 구성될 수 있고 또한 그 반대의 경우인 교류회로에서 전력을 공급받은 정류기의 회로에서 적용도 가능하다.

도 1에 도시되어 있지는 아니하나, 본 발명에 따른 누설전류 제한 직류 배전시스템은, 둘 이상의 교류전력선(510), 및 제2 중성점(N2) 중 적어도 하나와 대지 사이에 전기적으로 연결되는 하나 이상의 고장검출기(210)를 포함하여 구성될 수 있다. 여기에서, 제2 중성점(N2)은, 둘 이상의 교류전력선(510)의 전압 사이의 전위를 갖는 중성점으로 정의된다.

특히, 고장검출기(210)가 교류전력선(510)과 대지 사이에 설치되는 경우에는, 고장검출기(210)는, 누설전류를 소정의 위험전류 이하로 제한하고, 누설전류를 검출하여 검출신호를 출력하는 전류 검출부(211) 외에 누설전류가 전류 검출부(211)를 단방향으로 흐르도록 누설전류의 경로를 소정의 방향으로 제한하는 단방향 전류부(212)를 더 포함할 수 있다.

이와 같이 단방향 전류부(212)를 포함하여 구성된 고장검출기(210)는, 교류전력선(510)에 설치되어 누설전류가 흐르는 전력선을 식별하도록 동작할 수 있다. 누설전류가 발생한 교류전력선(510)에 대하여 고장검출기(210)가 누설전류를 검출하고 누설전류가 발생한 교류전력선(510)을 식별하는 동작원리는 앞에서 직류전력선(410, 411, 412)에 대한 설명과 유사하므로 여기에서는 상세한 설명을 생략한다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 누설전류 제한 직류 배전시스템은, 교류전력선(510)과 전기적으로 연결된 1차측과, 1차측과 절연되고 전력계통(900)에 전기적으로 연결되는 2차측을 구비한 절연변압기(600)를 더 포함할 수 있다. 직류전원장치(100)에서 발전된 직류전기가 인버터(500)에서 변환된 교류전기는 절연변압기(600) 를 통하여 전력계통(900)에 전송될 수 있다.

또한, 본 발명의 누설전류 제한 직류 배전시스템은, 앞에서 언급한 바와 같이 교류전력선(510)의 단선 또는 교류전원의 결상 시에 해당 상의 전원을 복구하는 복구기(800)가 교류전력선(510)의 부하(700) 측에 포함되어 구성될 수 있다.

이때, 본 발명의 누설전류 제한 직류 배전시스템은, 누설전류가 발생한 교류전력선(510)만을 선별적으로 차단함으로써, 차단되지 않은 교류전력선(510) 및 제2 중성점(N2)을 이용하여 본 발명의 복구기(800)가 차단된 전력을 복구하여 부하(700) 또는 전력계통(900)에 공급하도록 구성하는 것이 가능하다.

일반적으로 본 발명의 복구기(800)는, 제2 중성점(N2)에 연결되는 제3 중성점(N3)과, 둘 이상의 교류전력선(510) 각각에 일단이 연결되고 타단이 제3 중성점(N3)에 공통연결되는 둘 이상의 권선을 포함하여 구성될 수 있다. 이때, 둘 이상의 권선 각각은, 다른 권선 중 어느 하나와 자기적으로 커플링되는 커플링 권선부분을 하나 이상 포함하되, 둘 이상의 권선 중 적어도 하나의 권선은, 제3 중성점(N3)을 기준으로 나머지 권선 각각에 인가되는 전압에 대해서 역상의 전압이 각각 유기되는 커플링 권선부분을 포함하도록 구성된다. 이하에서는 복구기(800)의 동작원리에 대하여 설명한다.

도 8은 인버터(500)의 출력인 단상 전원일 때 적용가능한 본 발명의 복구기(800)의 구성 및 벡터도를 도시한 도면이다.

도 8(a)를 참조하면, 단상 전압(R1, R2)에 적용되는 복구기(800)는, 단상 전압(R1, R2) 각각에 일단이 연결되고, 타단이 제3중성점(N3)에 공통연결되는 제1 및 제2 권선(R1-N2, R2-N2)을 포함하여 구성될 수 있다. 이때, 제1 및 제2 권선(R1-N2, R2-N2)은 도 8(b)에 도시된 바와 같이 제3 중성점(N3)을 기준으로 서로 역상의 전압이 유기되도록 서로 자기적으로 커플링된다. 따라서 단상 전압(R1, R2) 중 R1 또는 R2 측에 누설전류가 발생하여 해당 선로(예컨대, R2)를 강제 차단하였을 때 나머지 정상 선로(예컨대, R1)와 제3 중성점(N3)을 이용하여 차단된 부분을 복구하여 정상 전압을 부하(700)에 공급할 수 있다.

본 발명의 단상용의 복구기(800)는, 일종의 단권변압기 구조를 가지고 있으나, 제1 권선(R1-N2):제2 권선(R2-N2)의 권선비는 1:1인 경우로 한정되는 것이 아니라 필요에 따라 다양하게 설정하여 제작할 수 있다. 다만, 제2 중성점(N2)을 기준으로 인버터(500)에서 출력되는 교류전압의 비로 복구기(800)의 권선비를 설정하는 것이 바람직하다.

본 발명의 복구기(800)는 삼상 전원에 적용하는 것도 가능하다.

도 9는 인버터(500)의 출력인 삼상 전원일 때 적용가능한 복구기(800)의 예시적인 구성 및 벡터도를 도시한 도면이다.

도 9(a)를 참조하면, 삼상 전원에 적용가능한 본 발명의 복구기(800)는, R, S 및 T상을 갖는 삼상의 전력에 대하여, R, S 및 T상 각각에 일단이 연결되고 타단이 제3 중성점(N3)에 공통연결되는 제1 내지 제3 권선(810, 820, 830)을 포함하되, 제1 내지 제3 권선(810, 820, 830) 각각은, 나머지 권선에 인가되는 전압 각각에 대해서 제3 중성점(N3)을 기준으로 역상의 전압이 각각 유기되는 커플링 권선부분을 포함하여 구성될 수 있다.

도 9(a)의 구성에 따르면, R상에 연결된 제1 권선(810)에는 3개의 커플링 권선부분이 구비되고, 각각의 커플링 권선부분에는 Rr, Rs 및 Rt 벡터를 갖는 전압이 유기된다. 또한, S상에 연결된 제2 권선(820)에는 3개의 커플링 권선부분이 구비되고, 각각의 커플링 권선부분에는 Ss, St 및 Sr 벡터를 갖는 전압이 유기된다. 또한, T상에 연결된 제3 권선(830)에는 3개의 커플링 권선부분이 구비되고, 각각의 커플링 권선부분에는 Tt, Tr 및 Ts 벡터를 갖는 전압이 유기된다.

삼상 전원에서 R, S, T 각 벡터의 합은 0이므로 R, S, T상 전압 사이의 관계를 수식으로 표현하면 수학식 1과 같다.

[수학식 1]

삼상 전압이 제1 내지 제3 권선(810, 820, 830)에 각각 인가 될 때, 제3 중성점(N3)을 기준으로 제1 내지 제3 권선(810, 820, 830)에서 유기되는 전압은 각 권선에 구비된 커플링 권선부분에서 유기되는 전압의 합과 같으므로 이를 벡터식으로 표현하면 다음 수학식 2 내지 수학식 4와 같다.

[수학식 2]

[수학식 3]

[수학식 4]

위의 수학식 1 내지 4의 이해를 돕기 위하여 도 9(b)에는 유기되는 전압들의 벡터도가 도시되어 있다.

도 9(b)를 참조하면, 각 권선은, 제3 중성점(N3)을 기준으로 나머지 권선 각각에 인가되는 전압에 대해서 역상의 전압이 각각 유기되는 커플링 권선부분을 포함하도록 구성된다. 다시 말하면, 제1 권선(810)의 경우에는 Rs, Rt 벡터의 전압을 유기하는 커플링 권선부분은, 각각 S상 및 T상의 위상과 역상인 전압을 유기한다. 제2 권선(820)의 경우에는 Sr, St 벡터의 전압이 각각 R상 및 T상 전압의 위상과 역상이다. 또한, 제3 권선(830)의 경우에는 Tr, Ts 벡터의 전압이 각각 R상 및 S상 전압의 위상과 역상이다.

더 나아가, 제1 권선(810)의 커플링 권선부분 중 Rr 벡터의 전압을 유기하는 커플링 권선부분은, Tr의 커플링 권선부분 및 Sr의 커플링 권선부분과 역상의 전압을 유기시킨다. 이와 유사하게, 제2 권선(820)에서 Ss 벡터는 Rs 및 Ts와 역상이고, 제3 권선(830)에서 Tt 벡터는 St 및 Rt 벡터와 역상이다. 커플링 권선부분에서 유기하는 전압들의 관계를 벡터식으로 정리하면 다음 수학식 5 내지 7과 같다.

[수학식 5]

[수학식 6]

[수학식 7]

위와 같은 조건을 만족시키도록 구성되는 본 발명의 복구기(800)는, 제1 내지 제3 권선(810, 820, 830)에 인가되는 R, S, T 중에 어느 하나의 상이 접속불량 또는 단선 또는 기타 전기고장에 의하여 결상되더라도, 나머지 상에 의하여 결상된 상전압을 복구하여 부하(700)에 공급할 수 있고 복구된 전류를 검출하여 경보하거나, 차단할 수 있다.

삼상 전압 R, S, T의 전력선이 복구기(800)의 제1 내지 제3 권선(810, 820, 830)에 접속되어 동작하는 중에, 어느 하나의 상(예컨대, R상)이 전기고장에 의하여 단선/결상되었다고 가정하여 보자. 이때, 단선되지 않은 제2 권선(820) 및 제3 권선(830)에는 S 및 T상이 정상적으로 인가되고 있으므로 수학식 3 내지 수학식 7의 관계식이 성립한다. 다만, 제1 권선(810)에는 R상이 인가되지 않으므로 수학식 2는 유효하지 않고, 제1 권선(810)에는 수학식 8에서 정의되는 미지의 전압 X가 유기된다고 볼 수 있다.

[수학식 8]

이하에서는, 결상된 제1 권선(810)에서 유기되는 미지의 전압 X가 결상된 R상을 복구하는지 여부를 수학적으로 살펴본다.

수학식 3과 4에 표현된 S, T를 수학식 5 내지 7을 이용하여 Rr, Rs, Rt에 관하여 정리하면 아래 수학식 9를 얻을 수 있다.

[수학식 9]

또한, 복구기(800)의 모든 커플링 권선부분이 동일한 권선비를 갖도록 하면, 각 커플링 권선부분에서 유기되는 전압의 크기는 다음 수학식 10과 같이 서로 동일하다.

[수학식 10]

위의 수학식 10과 수학식 3 내지 7을 이용하여 Rs+Rt를 구하면 수학식 11을 얻을 수 있다.

[수학식 11]

수학식 8에 수학식 9 및 11을 대입하고 수학식 1을 이용하여 정리하면 R상이 결상되었던 제1 권선(810)에 유기되는 미지의 전압 X는 수학식 12와 같이 구해진다.

[수학식 12]

수학식 12로부터, 본 발명의 복구기(800)는, 제1 권선(810)에 인가되어야 할 R상이 결상되더라도, 제2 및 제3 권선(820, 830)에 인가되는 S 및 T상을 이용하여 제1 권선(810)에는 R상의 전압이 복구되는 것을 알 수 있다.

이상에서는 복구기(800)의 제1 권선(810)에 R이 결상되었을 때를 예로 들었으나, 제2 및 제3 권선(820, 830)에 인가되는 S상 또는 T상에 결상이 발생할 때도 마찬가지의 원리로 전원이 복구될 수 있다.

도 9에서는 복구기(800)의 제1 내지 제3 권선(810, 820, 830)이 각각 3개의 커플링 권선부분으로 구성된 구조가 도시되었으나, 본 발명의 복구기(800)는 이에 한정되는 것이 아니며, 제1 내지 제3 권선(810, 820, 830) 중 적어도 하나가, 나머지 권선에 인가되는 전압 각각에 대해서 역상의 전압이 각각 유기되는 커플링 권선부분을 포함하는 구조라면 다양한 형태로 변경될 수 있다.

예를 들어, 도면에 도시하지는 않았으나 본 발명의 복구기(800)는 도 9의 구성에서 제1 내지 제3 권선(810, 820, 830)에 구비된 Rr, Ss 및 Tt에 대응하는 커플링 권선부분을 생략한 구조로 구성될 수도 있다. 수학식 1 내지 12와 유사한 증명과정을 이용하면 이 구조에서도 결상된 권선에 전압이 정상적으로 복구됨을 확인할 수 있다.

또한, 본 발명의 복구기(800)는, 삼상 전원에 대하여 더욱 간단한 구조로 구성될 수도 있다.

도 10은 인버터(500)의 출력인 삼상 전원일 때 적용가능한 복구기(800)의 다른 예시적인 구성 및 벡터도를 도시한 도면이다.

도 10을 참조하면, 본 발명의 복구기(800)는, R, S 및 T상 각각에 일단이 연결되고, 타단이 제3 중성점(N3)에 공통연결되는 제1 내지 제3 권선(810, 820, 830)을 포함하되, 제1 내지 제3 권선(810, 820, 830) 중 하나의 권선은, 나머지 권선에 인가되는 전압 각각에 대해서 제3 중성점(N3)을 기준으로 역상의 전압이 각각 유기되는 커플링 권선부분을 포함하여 구성될 수 있다. 도 10(a)의 복구기(800)에는 R상이 인가되는 제1 권선(810)에 Rs, Rt 벡터의 전압을 유기하는 커플링 권선이 구비되고, Rs 및 Rt는 제2 및 제3 권선(820, 830)의 S 및 T상에 대해서 각각 역상의 전압을 갖는다. 도 10(b)에는 이러한 관계를 도시한 벡터도가 도시되어 있다.

앞에서 도 9(a)의 구조를 갖는 복구기(800)가 결상된 상을 복구하는 원리를 수학적으로 증명하였듯이, 도 10(a)의 구조에 대해서도 비슷한 과정을 통하여 결상된 상의 복구 원리를 살펴볼 수 있다.

삼상 전원에서 R, S, T 각 벡터의 합은 0이므로 R, S, T상 전압 사이의 관계를 수식으로 표현하면 수학식 1과 동일한 수학식 13을 얻을 수 있다.

[수학식 13]

제3 중성점(N3)을 기준으로 제1 내지 제3 권선(810, 820, 830)에 걸리거나 유기되는 전압을 벡터식으로 표현하면 다음 수학식 14 내지 수학식 16과 같다.

[수학식 14]

[수학식 15]

[수학식 16]

위의 수학식 14 내지 16의 이해를 돕기 위하여 도 10(b)에는 유기되는 전압들의 벡터도가 도시되어 있다. 도 10(b)를 참조하면, 제1 권선(810)에서 Rs, Rt 벡터의 전압을 유기하는 커플링 권선부분은, 각각 S상 및 T상의 위상과 역상인 전압을 유기하는 것을 알 수 있다.

더 나아가, 제1 권선(810)의 커플링 권선부분 중 Rs 벡터의 전압을 유기하는 커플링 권선부분은 Ss의 커플링 권선부분과 역상의 전압을 유기시키고, Rt 벡터의 전압을 유기하는 커플링 권선부분은 Tt의 커플링 권선부분과 역상의 전압을 유기시킨다. 이와 같이 커플링 권선부분에서 유기하는 전압들의 관계를 벡터식으로 정리하면 다음 수학식 17 및 수학식 18과 같다.

[수학식 17]

[수학식 18]

위와 같은 조건을 만족시키도록 구성되는 본 발명의 복구기(800)는, 제1 내지 제3 권선(810, 820, 830)에 인가되는 R, S, T 중에 어느 하나의 상이 단선 또는 기타 전기고장에 의하여 결상되더라도, 나머지 상에 의하여 결상된 상전압을 복구하여 부하(700)에 공급할 수 있다.

삼상 전압 R, S, T의 전력선이 복구기(800)의 제1 내지 제3 권선(810, 820, 830)에 접속되어 동작하는 중에, 어느 하나의 상(예컨대, R상)이 전기고장에 의하여 단선/결상되었다고 가정하여 보자. 이때, 단선되지 않은 제2 권선(820) 및 제3 권선(830)에는 S 및 T상이 정상적으로 인가되고 있으므로 수학식 15 내지 수학식 18의 관계식이 성립한다. 다만, 제1 권선(810)에는 R상이 결상되었으므로 수학식 14는 유효하지 않고, 제1 권선(810)에는 수학식 19에서 정의되는 미지의 전압 Xr이 유기된다고 볼 수 있다.

[수학식 19]

수학식 19에 수학식 17 및 18을 대입하고 수학식 13을 이용하여 정리하면 R상이 결상되었던 제1 권선(810)에 유기되는 미지의 전압 Xr은 수학식 20과 같이 구해진다.

[수학식 20]

이와 유사하게, 제2 권선(820) 또는 제3 권선(830)에 제S상 또는 T상이 결상된 경우도 다음 수학식 21 및 22와 같이 구해진다.

[수학식 21]

[수학식 22]

수학식 20 내지 22로부터, 도 10(a)에 도시된 구조의 복구기(800)는, 제1 내지 제3 권선(810, 820, 830) 중 어느 하나의 권선에 결상 또는 단선이 발생하더라도 도 10(b)의 벡터도와 같이 나머지 권선들에 인가되는 전압을 이용하여 결상된 전압을 복구하는 것을 알 수 있다. 특히, 도 10에 도시된 구조의 복구기(800)는, 자기 커플링을 위한 자기코어가 3개가 아닌 2개만으로 구성될 수 있고, 권선 구조가 간단하여 생산 시에 공정 및 비용을 줄일 수 있는 장점이 있다.

본 발명의 복구기(800)는 이상에서 설명한 구조로 한정되는 것이 아니며, 제1 내지 제3 권선(810, 820, 830) 중 적어도 하나가, 나머지 권선에 인가되는 전압 각각에 대해서 역상의 전압이 각각 유기되는 커플링 권선부분을 포함하는 구조라면 다양한 형태로 변경될 수 있다.

도 11은 본 발명의 인버터(500) 후단에 구성된 교류회로에 고장검출기(210)와 복구기(800)가 동시에 적용된 경우를 도시한 결선도이다.

본 발명에 따른 누설전류 제한 직류 배전시스템은, 둘 이상의 교류전력선(511, 512), 및 제2 중성점(N2) 중 적어도 하나와 대지 사이에 전기적으로 연결되는 하나 이상의 고장검출기(210)와, 둘 이상의 교류전력선(511, 512) 각각에 직렬로 설치되어 고장검출기(210)의 검출신호에 연동되어 교류전력선(511, 512)을 개폐하도록 제어되는 둘 이상의 교류차단기(521, 522)를 포함하여 구성될 수 있다.

교류차단기(521, 522)는, 교류전력선(511, 512)에 하나씩 설치되어 누설전류가 발생한 전력선으로 전력이 공급되는 것을 차단할 수 있으나, 교류전력선(511, 512) 각각을 소정 구간 구획하도록 교류전력선(511, 512) 각각에 페어(pair)로 설치되어 고장검출기(210)의 검출신호에 연동하여 누설전류가 발생한 구간을 선로로부터 분리할 수 있다.

도 11을 참조하면, 본 발명에 따른 누설전류 제한 직류 배전시스템은, 인버터(500)로부터 단상 전압(R1, R2)이 인가된 제1 및 제2 교류전력선(511, 512) 및 제2 중성점(N2)의 부하(700) 측에 전기적으로 접속된 복구기(800)와, 단상 전압(R1, R2)의 R2상 및 R1상과 대지 사이에 각각 연결된 제1 및 제2 고장검출기(210-1, 210-2)와, 단상 전압(R1, R2)의 전원 측과 부하(700) 측에 구비되어 교류전력선(511, 512)을 소정 구간으로 구획하는 제1 및 제2 교류차단기(521, 522)를 포함하여 구성될 수 있다. 따라서, 누설전류 등의 전기고장이 발생하지 않은 정상동작 상태에서는 단상 전압(R1, R2)에 의한 전압 Vac가 부하(700) 및 복구기(800)에 인가되어 부하(700)가 정상동작을 할 수 있다.

그러나, 도 11에 도시된 바와 같이, 제2 교류차단기(522)에 의하여 구획된 R2상의 선로에 누설전류가 발생하면, R1상에 접속된 제1 고장검출기(210-1)에 의하여 누설전류가 검출되고 검출신호가 출력된다. 또한, 출력된 제 1 고장검출기(210-1)의 검출신호에 연동하여 제2 교류차단기(522)는 누설전류가 발생한 R2상 선로의 소정 구간을 차단하게 된다.

누설전류 때문에 R2상이 차단되더라도 차단되지 않은 R1상 및 제2 중성점(N2)에 의하여 복구기(800)의 R1 단자 및 제3 중성점(N3)에는 1/2Vac가 인가되고, 앞에서 설명한 복구기(800)의 복구 원리에 의하여 복구기(800)의 R2 단자 및 제3 중성점(N3) 사이에는 1/2Vac가 유기되어 복구된다. 따라서, 누설전류에 의하여 R2상이 차단되더라도 복구기(800)에 의하여 부하(700)는 Vac를 계속 공급받아 정상적인 동작을 할 수 있다.

도 11에서는 R2상의 선로에 누설전류가 발생한 경우가 도시되어 있으나, R1상에 누설전류가 발생한 경우에도 본 발명의 누설전류 제한 직류 배전시스템은 유사한 검출, 차단 및 복구 동작을 수행할 수 있다.

도 11에서는 인버터(500) 후단의 교류회로에 복구기(800)만 적용된 실시예가 도시되어 있으나, 이에 부가적으로 또는 대안적으로 전력계통(900)에 연계하기 위하여 교류회로에 절연변압기(600)를 구비하는 것도 가능하다.

도 12는 교류회로에 절연변압기(600)와 복구기(800)가 동시에 적용된 예시를 도시한 회로도이다.

교류회로에는 복구기(800)와 절연변압기(600)가 별도로 구비 될 수 있으나, 도 12에 도시된 바와 같이 복구기(800)가 절연변압기(600)의 기능을 수행하도록 구성하는 것도 가능하다.

도 12를 참조하면, 제2 교류차단기(522)에 의하여 구획된 R2상의 선로에 누설전류가 발생하면, R1상에 접속된 제1 고장검출기(210-1)에 의하여 누설전류가 검출되고 검출신호가 출력된다. 또한, 출력된 제1 고장검출기(210-1)의 검출신호에 연동하여 제2 교류차단기(522)는 누설전류가 발생한 R2상 선로의 소정 구간을 차단하게 된다.

누설전류 때문에 R2상이 차단되더라도 차단되지 않은 R1상 및 제2 중성점(N2)에 의하여 복구기(800)의 R1 단자 및 제3 중성점(N3)에는 1/2Vac가 인가되고, 앞에서 설명한 복구기(800)의 복구 원리에 의하여 복구기(800)의 R2 단자 및 제3 중성점(N3) 사이에는 1/2Vac가 유기되어 복구된다. 따라서, 누설전류에 의하여 R2상이 차단되더라도 복구기(800)에 의하여 부하(700)는 Vac를 계속 공급받아 정상적인 동작을 할 수 있다. 이와 더불어 복구기(800)의 2차 측에도 Vac 전압이 유기되므로 본 발명의 태양광 발전시스템에서 발전된 교류전력을 정상적으로 전력계통(900)에 연계시켜 전송할 수 있다.

도 12에서는 R2상의 선로에 누설전류가 발생한 경우가 도시되어 있으나, R1상에 누설전류가 발생한 경우에도 본 발명의 누설전류 제한 직류 배전시스템은 유사한 검출, 차단, 복구 및 계통연계를 수행할 수 있다.

이상에서는 인버터(500)의 교류출력이 단상인 경우를 예로 들어 설명하였으나, 삼상을 포함한 다상 교류출력에 대해서도 동일한 방식으로 고장검출기(210), 복구기(800) 및 절연변압기(600)를 결합하여 본 발명의 누설 전류 제한 직류 배전시스템을 구성할 수 있다.

도 13은 본 발명에 따른 누설전류 제한 직류 배전시스템에서 연결된 부하선로의 단자대가 침수되었을 때의 도면이다.

도 13에 도시된 단자대는 전원인 전력선(R1, R2)과 제1 중성점(N1)과 대지와 연결된 접지(E)가 연결되어 있다. 상기 단자대가 물속에 침수되면 선로인 전력선 R1의 전류 경로는 전력선 R1에서 단자대가 침수된 물을 통해 제1 중성점(N1)으로 흐르는 전류 경로와 전력선 R1에서 전력선 R2로 흐르는 전류 경로 이 두 가지의 경우가 있으며,

또한 전력선 R2의 전류 경로는 전력선 R2에서 단자대가 침수된 물을 통해 제1 중성점(N1)으로 흐르는 첫 번째의 전류 경로와 전력선 R2에서 전력선 R1으로 흐르는 두 번째의 전류 경로 이 두 가지의 경우가 있다. 여기서 첫 번째 경우의 전류 경로보다 전원과의 전류 경로가 없는 단자대 외부의 물(액체)과 대지에는 전류가 직접 흐르지 못하고 대지에 접지되어 제1 중성점에 연결되거나 전력선에 연결된 고장검출기를 통해서 전류 경로가 형성될 수밖에 없으므로 단자대 외부의 물에 인체가 닿거나 인체가 대지에 닿더라도 인체로 흐르는 전류는 고장검출기가 작동할 때 흐르는 전류 이하만 흐를 수 있게 된다.

또한 두 번째 전류 경로인 전력선 R1에서 물을 통해 전력선 R2로 흐르는 경우의 전류 값은 단자대가 침수된 액체의 종류에 따라 달라진다. 예를 들어 바닷물의 저항 값은 약 1KΩ이고 물의 저항 값은 약 5KΩ이라고 가정하고 공급전원이 220V일 때의 침수된 단자대의 전력선 R1에서 전력선 R2로 흐르는 전류 값은 바닷물 일 때 I=V/R, I=1,000R/220V= 220mA의 전류가 전력선 R1에서 전력선 R2로 흐르게 되고 침수된 단자대가 물일 때 흐르는 전류 값은 I=5,000R/220V= 44mA의 전류가 전력선 R1에서 전력선 R2로 흐르게 된다. 아울러 전력선 R2의 전류 경로는 전력선 R1의 전류 경로와 유사함으로 자세한 설명은 생략한다.

여기서 전원과 대지와의 전류 경로상에 있는 고장검출기를 무접점릴레이(SSR)로 구성 하였다고 가정하면 전원에서 고장검출기를 통해 대지로 흐르는 전류 값은 8mA이하로 제한이 가능하다. 이때 침수된 전력선 R1과 전력선 R2 사이에 인체가 닿거나 전력선 R1과 전력선 R2에 인체가 직접 닿으면 감전의 위험이 있으므로 R1과 전력선 R2 사이의 도체 단자의 간격을 최대한 가깝게 하고 도체 단자가 외부로 노출되지 않도록 절연체로 케이싱하는 것이 바람직하다. 또한 전력선 R2의 전류 경로의 경우는 전력선 R1의 전류 경로의 경우와 유사함으로 자세한 설명은 생략한다. (보충: 전력선을 교류로 표시하였으나, 직류계통 일 때는 전력선 R1은 (+전력선) 제1 중성점(N1)은 (0V전력선) 전력선 R2는 (-전력선)으로 생각하면 된다.)

상술한 구성을 통하여, 본 발명의 누설전류 제한 직류 배전시스템은, 정류기, 태양광 등 다양한 배전시스템을 구성하는 직류 또는 교류를 전송하는 전력선과 대지 사이의 누설전류를 제한시켜 검출하고 누설전류를 차단함으로써, 누설전류로 인한 전기사고(지락, 누전, 감전, 화재, 정전 등)의 발생을 방지할 수 있는 효과가 있다.

이상에서는, 본 발명의 원리를 예시하기 위한 바람직한 실시 예를 기초로 본 발명을 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 그와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용으로 한정되는 것이 아니다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 기술자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서도 본 발명이 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

100: 직류전원장치 110: 직류전원 모듈
210, 210-1, 210-2: 고장검출기
211: 전류 검출부 212: 단방향 전류부
220, 220-1, 220-2: 전압강하부
300: 제어기 400: 접속반
410, 411, 412: 직류전력선 420: 직류차단기
430: 집속부 440, 441, 442: 직류스위치
500: 인버터 510, 511, 512: 교류전력선
521, 522: 교류차단기 600: 절연변압기
700: 부하 800: 복구기
810~830: 제1 내지 제3 권선 900: 전력계통
N1~N3: 제1 내지 제3 중성점 R1, R2: 단상 전압

Claims (19)

1. 하나 이상의 직류전원 모듈이 배열된 직류전원장치;
   상기 직류전원장치에서 공급된 전기를 부하 또는 전력계통으로 전송하도록 상기 직류전원장치에 전기적으로 연결되고, 대지로부터 소정의 접지 저항값보다 큰 저항값으로 절연된 둘 이상의 전력선; 및
   상기 둘 이상의 전력선 중 어느 하나와 상기 대지 사이에 전기적으로 연결되거나, 상기 둘 이상의 전력선의 전압 사이의 전위를 갖는 중성점과 상기 대지 사이에 전기적으로 연결되는 하나 이상의 고장검출기를 포함하고,
   상기 고장검출기는, 상기 전력선에서 상기 대지로 흐르는 누설전류에 대하여 상기 누설전류가 경유하여 흐르는 전류 경로를 형성하고, 상기 전류 경로를 형성하는 고장검출기를 경유하여 흐르는 상기 누설전류를 소정의 위험전류 이하로 제한하는 전류제한 수단을 구비하고, 상기 전류 경로로부터 상기 누설전류를 검출하여 검출신호를 출력하는 전류 검출부를 포함하되,
   상기 고장검출기는, 상기 검출신호를 이용하여 상기 둘 이상의 전력선 중에서 상기 누설전류가 발생한 전력선을 식별하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 누설전류 제한 직류 배전시스템.
2. 제1항에 있어서,
   상기 둘 이상의 전력선은,
   상기 직류전원장치에서 공급되거나, 발전된 전기를 전송하는 제1 및 제2 직류전력선을 포함하고,
   상기 중성점은, 상기 제1 및 제2 직류전력선의 전압 사이의 전위를 갖는 제1 중성점을 포함하는 것을 특징으로 하는 누설전류 제한 직류 배전시스템.
3. 제2항에 있어서,
   상기 제1 및 제2 직류전력선으로부터 상기 직류전기를 공급받아 교류전기로 변환하는 인버터를 더 포함하고,
   상기 둘 이상의 전력선은, 상기 인버터로부터 상기 교류전기를 공급받아 상기 부하 또는 전력계통으로 전송하는 둘 이상의 교류전력선을 더 포함하되,
   상기 중성점은, 상기 둘 이상의 교류전력선의 전압 사이의 전위를 갖는 제2 중성점을 포함하는 것을 특징으로 하는 누설전류 제한 직류 배전시스템.
4. 제2항에 있어서,
   상기 고장검출기는, 제1 및 제2 고장검출기를 포함하고,
   상기 제1 고장검출기와 직렬연결되어 상기 제1 직류전력선과 대지 사이에 전기적으로 접속되는 제1 전압강하부; 및
   상기 제2 고장검출기와 직렬연결되어 상기 제2 직류전력선과 대지 사이에 전기적으로 접속되는 제2 전압강하부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 누설전류 제한 직류 배전시스템.
5. 제2항에 있어서,
   상기 고장검출기는, 상기 제1 중성점과 대지 사이에 병렬연결되는 제1 및 제2 고장검출기를 포함하고,
   상기 제1 직류전력선과 제1 중성점 사이에 전기적으로 연결되는 제1 전압강하부; 및
   상기 제2 직류전력선과 제1 중성점 사이에 전기적으로 연결되는 제2 전압강하부를 더 포함하되,
   상기 제1 및 제2 고장검출기는, 상기 제1 직류전력선과 대지 사이의 누설전류는 상기 제2 고장검출기를 경유하고, 상기 제2 직류전력선과 대지 사이의 누설전류는 상기 제1 고장검출기를 경유하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 누설전류 제한 직류 배전시스템.
6. 제2항에 있어서,
   상기 고장검출기는, 상기 제1 중성점과 대지 사이에 병렬연결되는 제1 및 제2 고장검출기를 포함하고,
   상기 제1 중성점은, 상기 제1 및 제2 직류전력선 사이에 직렬연결되는 둘 이상의 직류전원 모듈 사이에서 인출되되,
   상기 제1 및 제2 고장검출기는, 상기 제1 직류전력선과 대지 사이의 누설전류는 상기 제2 고장검출기를 경유하고, 상기 제2 직류전력선과 대지 사이의 누설전류는 상기 제1 고장검출기를 경유하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 누설전류 제한 직류 배전시스템.
7. 제4항 또는 제5항에 있어서,
   상기 제1 및 제2 전압강하부는, 제너다이오드를 각각 포함하여 구성되고,
   상기 제1 전압강하부의 제너다이오드의 제너전압과 상기 제2 전압강하부의 제너다이오드의 제너전압의 합은 상기 제1 및 제2 직렬전력선 사이의 전압보다 큰것을 특징으로 하는 누설전류 제한 직류 배전시스템.
8. 삭제
9. 제1항에 있어서,
   상기 고장검출기 각각은,
   상기 누설전류가 상기 전류 검출부를 통하여 한쪽 방향으로 흐르도록 누설전류의 경로를 제한하는 단방향 전류부를 포함하는것을 특징으로 하는 누설전류 제한 직류 배전시스템.
10. 제2항에 있어서,
    상기 직류전원장치에는 직류전원 모듈이 하나 이상 배열되고,
    상기 직류전원 모듈은 충전지, 컨버터, 태양전지 모듈 중에 어느 하나이며,
    상기 태양전지 모듈이 직류전원장치에 배열될 때는 발전된 전류를 집속하는 집속부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 누설전류 제한 직류 배전시스템.
11. 제10항에 있어서,
    상기 태양전지 모듈과 집속부 사이에 각각 배치되어 상기 고장검출기의 검출신호에 연동하여 개폐가 제어되는 직류차단기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 누설전류 제한 직류 배전시스템.
12. 제2항에 있어서,
    상기 제1 직류전력선에 직렬로 설치되고, 상기 고장검출기의 검출신호에 연동되어 상기 제1 직류전력선을 개폐하도록 제어되는 제1 직류스위치; 및
    상기 제2 직류전력선에 직렬로 설치되고, 상기 고장검출기의 검출신호에 연동되어 상기 제2 직류전력선을 개폐하도록 제어되는 제2 직류스위치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 누설전류 제한 직류 배전시스템.
13. 제12항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 직류스위치는, 상기 제1 및 제2 직류전력선 각각을 소정 구간 구획하도록 배치되고,
    상기 구획된 제1 및 제2 직류전력선의 소정 구간에 대응되도록 배치되는 하나 이상의 보조전력선을 더 포함하되,
    상기 제1 및 제2 직류스위치는, 상기 고장검출기의 검출신호에 연동하여 대응하는 제1 직류전력선 또는 제2 직류전력선의 상기 소정 구간을 차단하고, 상기 하나 이상의 보조전력선 중 어느 하나에 연결되는 것을 특징으로 하는 누설전류 제한 직류 배전시스템.
14. 제3항에 있어서,
    상기 교류전력선과 전기적으로 연결된 1차측과, 상기 1차측과 절연되고 상기 전력계통에 전기적으로 연결되는 2차측을 구비한 절연변압기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 누설전류 제한 직류 배전시스템.
15. 제3항에 있어서,
    상기 하나 이상의 고장검출기는, 상기 둘 이상의 교류전력선, 및 상기 제2 중성점 중 적어도 하나와 상기 대지 사이에 전기적으로 연결되고,
    상기 둘 이상의 교류전력선 각각에 직렬로 설치되고, 상기 고장검출기의 검출신호에 연동되어 상기 교류전력선을 개폐하도록 제어되는 둘 이상의 교류차단기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 누설전류 제한 직류 배전시스템.
16. 제15항에 있어서,
    상기 둘 이상의 교류차단기 각각은, 상기 둘 이상의 교류전력선 각각을 소정구간 구획하도록 배치되고, 상기 고장검출기의 검출신호에 연동하여 대응하는 교류 전력선의 상기 소정 구간을 차단하도록 제어되는 것을 특징으로 하는 누설전류 제한 직류 배전시스템.
17. 제16항에 있어서,
    상기 교류전력선의 부하측에 전기적으로 연결되고, 상기 교류전력선의 접속 불량 또는 단선 또는 결상 시에 해당 상의 전원을 복구하거나, 경보 또는 차단하도록 하는 복구기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 누설전류 제한 직류 배전시스템.
18. 전원측에 하나 이상의 직류전원 모듈로 구성되는 직류전원장치를 설치하는 단계;
    대지로부터 소정의 접지 저항값보다 큰 저항값으로 절연된 상기 직류전원장치의 출력단자 또는 중성단자에 제1 고장검출기의 일단을 전기적으로 연결하는 단계;
    상기 제1 고장검출기의 타단을 대지 또는 접지단자에 접속연결하는 단계;
    둘 이상의 전력선을 설치하고, 그 일단을 상기 출력단자 또는 상기 중성단자에 전기적으로 접속연결하는 단계; 및
    상기 전력선의 타단을 부하 또는 인버터에 접속연결하고 전원을 공급하는 단계를 포함하되,
    상기 제1 고장검출기는, 상기 전력선에서 상기 대지로 흐르는 누설전류에 대하여 상기 누설전류가 경유하여 흐르는 전류 경로를 형성하고, 상기 전류 경로를 형성하는 고장검출기를 경유하여 흐르는 상기 누설전류를 소정의 위험전류 이하로 제한하는 전류제한 수단을 구비하고, 상기 전류 경로로부터 상기 누설전류를 검출하여 검출신호를 출력하는 전류 검출부를 포함하되,
    상기 제1 고장검출기는, 상기 검출신호를 이용하여 상기 둘 이상의 전력선 중에서 상기 누설전류가 발생한 전력선을 식별하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 누설전류 제한 직류 배전시스템의 공사방법.
19. 제18항에 있어서,
    상기 인버터의 출력단자에 전기적으로 접속 연결하기 위한 제2 고장검출기, 복구기, 교류 전력선을 설치하는 단계;
    상기 제2 고장검출기의 일단, 상기 복구기의 일단과 교류 전력선의 일단을 각각 접속 연결하는 단계;
    상기 제2 고장검출기의 타단을 대지 또는 접지단자에 접속연결하는 단계; 및
    전력계통 연결용 변압기를 설치하여 상기 교류 전력선의 타단에 접속 연결하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 누설전류 제한 직류 배전시스템의 공사 방법.