KR20090121443A - 수배전반의 자동전환 스위치 제어장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명에서 공급 전원의 차단 시 비상전원을 빠르게 공급할 수 있는 수배전반의 자동전환 스위치 제어장치를 개시한다.
본 발명에 따른 제어장치는, 수전부 및 배전부를 갖는 수배전반의 자동 전환 스위치(ATS)를 제어하기 위한 장치에 있어서, 상용전원의 입력 상태를 감시하기 위한 변성기(CT); 및 변성기(CT)로부터 검출된 상용 전원의 전압 파형을 토대로 자동 전환스위치(ATS)의 구동코일로 단계적인 전력 공급을 수행하여, 자동 전환스위치(ATS)의 기동 대기 상태를 단계별로 유지시킨 후, 상용전원에 대한 정전 또는 기준치 이하의 전압 편차 감지 시 비상 전원을 부하로 공급하도록 스위칭 제어하는 것을 특징으로 한다.
따라서, 본 발명은 현재 입력되는 상용전원의 변화량을 감지하고, 감지되는 변화량에 대응하여 자동 전환스위치의 동작 대기 상태를 유도함에 따라, 상용전원이 기준치 이하로 저하될 때, 자동 전환스위치를 빠르게 동작시켜 비상전원을 공급할 수 있어, 부하로 인가되는 데미지를 최소화할 수 있는 효과가 있다.
Figure P1020080047351
수배전반, 전압, 자동전환스위치, ATS, 부하, 발전기, 비상전원, 변성기

Description

수배전반의 자동전환 스위치 제어장치{CONTROLLER FOR AUTOMATIC TRANSFER SWITCH OF ELECTRIC DISTRIBUTING BOARD}
본 발명은 수배전반의 자동전화 스위치(ATS:Automatic Transfer Switches) 제어에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 공급 전원의 차단 시 비상전원을 빠르게 공급하기 위해, 배전부로 인가된 공급 전원에 대한 파형 분석을 토대로 자동전환 스위치를 제어할 수 있는 수배전반의 자동전환 스위치 제어장치에 관한 것이다.
일반적으로, 대형 건물이나 공장 및 병원 등에서는 한국 전력과 같은 전력 공급원으로부터 상용 전력을 공급받아 사용하고, 정전과 같이 상용 전력 공급에 이상이 발생하였을 때에는 건물 내에 구비된 발전 설비 등을 이용하여 비상 전력을 생성하여 사용한다. 이러한 대형 건물이나 공장 및 병원 등에서는, 평상시에는 상용 전원(Normal Power Supply)과 부하 측을 연결하여 부하 측에 전력을 공급하고, 상용 전력 공급원에 이상이 발생할 때 비상 전원(Emergency Power Supply)을 부하 측에 연결하여 비상 전력을 부하 측으로 제공하는 자동 전환스위치가 포함된 자동전원 전환장치가 구비된 고압 폐쇄 수,배전반이 설치되어 있다.
이와 같이 상용전원과 비상전원 같은 2개의 서로 다른 전원을 택일적으로 부하측에 접속하기 위한 전원 전환장치는 그 용량이나 용도에 따라 다양한 형태가 개발되어 사용되고 있다. 예를 들어 대용량의 전원을 공급받아 사용하는 대형 건물이나 공장 등에는 전원 공급처로부터 공급되는 상용전원이나 상용전원의 이상 시 대체되는 비상전원을 선택적으로 부하 측에 접속하기 위한 전원 전환장치가 구비되어있다.
이를 구체적으로 설명하면 먼저, 도 1은 종래 배전반의 전원 전환장치 회로 구성도이고, 도 2는 종래의 또 다른 배전반의 전원 전환장치 회로 구성도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 배전반의 전원 전환장치의 회로구성을 살펴보면, 평상시 한전에서 공급되는 상용전원(Normal Power, 1)과 발전기로부터 공급되는 비상전원(Emergency Power, 2)이 구비되어 있고, 상기 상용전원(1) 또는 상기 비상전원(2)으로부터 전원을 부하(Load Power, 3)에 공급하기 위한 자동절환스위치(Automatic Transfer Switch ; ATS, 4)가 설치되어 있다.
여기에서, 자동 전환스위치(4)는 평상시 상용전원(1)에 절체되어 부하(3)에 전원을 공급하고, 상용전원(1)이 차단되면 비상전원(2)에 절체되어 부하(3) 측에 전원을 공급했다. 따라서, 이와 같은 구성은 상용전원(1)과 비상전원(2) 및 부하(3) 사이에 하나의 자동 전환스위치(4)가 설치된 형태를 가지고 있어, 상용전원(1)의 공급 차단 시, 비상전원(2)을 공급하기 위한 자동 전환스위치(4)의 접점 절환이 수행된다.
이는 상기 자동 전환스위치(4)에서 입력되는 상용전원의 공급 상태를 인지하 고 있는 상태로서, 입력되는 상용전원(1)의 차단은 자동 전환스위치(4)의 동작을 유도하게 된다.
한편, 도 2는 종래 또 다른 배전반의 전원 전환장치 회로구성을 나타낸 것으로, 상용전원(NP, 1)과 비상전원(EP, 2) 및 부하(LP, 3) 사이에 2개의 자동 전환스위치 즉, 주가 되는 자동절환스위치(ATS1, 4)와 부가되는 바이패스 절체 스위치(ATS1, 5)가 설치된 구성을 갖는데, 상기 상용전원(1)과 상기 비상전원(2) 사이에 자동 전환스위치(ATS1, 4)가 설치되고, 상기 자동 전환스위치(4)의 고장 등의 사유가 발생할 경우에 전원을 부하(3) 측에 공급하기 위해 상기 비상전원(2)으로부터 바이패스된 부 자동 전환스위치인 바이패스 절체 스위치(By-Pass ATS ; ATS2, 5)가 설치되어 있다.
여기에서, 평상시 상기 자동 전환스위치(4)는 상용전원(1)에 접속되고, 바이패스 절체 스위치(5)는 상기 자동 전환스위치(4)와 부하(3) 사이를 연결하여 상기 상용전원(1)으로부터 부하(3) 측에 전원을 공급했다. 그리고, 상용전원(1)이 차단되었을 경우 상기 자동 전환스위치(4)는 비상전원(2)에 접속되고, 바이패스 절체 스위치(5)는 그대로 상기 자동 전환스위치(4)와 부하(3) 사이를 연결하여 상기 비상전원(2)으로부터 부하(3) 측에 전원을 공급했다. 또한, 상기 자동 전환스위치(4)의 고장인 경우에는, 바이패스 절체 스위치(5)가 상기 비상전원(2)과 부하(3) 사이를 직접 연결하여 주어 부하(3) 측에 비상전원을 공급했다.
그러나, 전술된 자동 전환스위치(4) 또한 상용전원의 공급 차단 시 비상전원을 공급하기 위한 자동 전환 구조를 갖고 있기 때문에, 자동 전환을 위한 물리적 접촉 절환 시간이 많이 소요된다. 이는 부하의 특성에 따라 부하로 많은 영향을 줄 수 있을 뿐만 아니라, 이로 인한 비용 발생이 유발되는 문제가 있다. 즉, 상기 자동 전환스위치(4)는 입력되는 상용전원 전압이 기준치 이하 즉, 상기 자동 전환 스위치의 접점을 유지시킬 수 없는 전압이 공급되면, 자동 전환스위치가 동작되어 비상전원을 공급한다. 따라서, 자동 전환스위치의 동작 직전 전압은 극히 불안정한 전압으로 부하에 영향을 줄 뿐만 아니라, 이러한 불안정한 전압이 공급된 이 후, 비상전원이 공급되기 때문에, 자동 전환스위치의 안정 동작을 보장할 수 없는 것이다.
본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위해 창출된 것으로, 본 발명의 목적은 현재 입력되는 상용전원의 파형 변화를 인지하고, 파형 변화량에 따라 자동 전환스위치의 동작 전류량을 제어함으로써, 자동 전환스위치의 동작시간을 격감시킬 수 있는 수배전반의 자동전환 스위치 제어장치를 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은, 상용전원의 파형 변화량을 단계적으로 인지하고, 단계적 변화량에 대응하여, 자동 전환스위치를 동작시키는 구동코일의 기동 포화전류 이하에서 단계별로 증강시키고, 상용전원이 기준치 이하의 전압으로 감지될 경우, 자동 전환스위치의 접점 절환을 제어함으로써, 자동 전환스위치의 동작 속도를 높일 수 있는 수배전반의 자동전환 스위치 제어장치를 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 관점에 따른 수배전반의 자동전환 스위치 제어 장치는, 수전부 및 배전부를 갖는 수배전반의 자동 전환 스위치(ATS)를 제어하기 위한 장치에 있어서, 상용전원의 입력 상태를 감시하기 위한 변성기(CT); 및 상기 변성기(CT)로부터 검출된 상용 전원의 전압 파형을 토대로 상기 자동 전환스위치(ATS)의 구동코일로 단계적인 전력 공급을 수행하여, 상기 자동 전환스위치(ATS)의 기동 대기 상태를 단계별로 유지시킨 후, 상기 상용전원에 대한 정전 또는 기준치 이하의 전압 편차 감지 시 비상 전원을 부하로 공급하도록 스위칭 제어 하는 제어장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 제어장치는 상기 변성기(CT)로부터 검출된 상용전원의 전압 신호를 디지털 신호로 변환출력하는 디지털 변환부; 입력 전압에 대한 변화량에 대응하여 단계별 기준치 전압 정보를 포함하여, 상기 단계별 기준치 전압 정보를 토대로 공급 전류량을 설정하기 위한 전류제어 정보가 저장된 메모리; 상기 디지털 변환부에서 출력된 데이터를 접수한 후, 상기 메모리의 기준치 전압 정보와 비교하고, 비교 결과에 대응하는 상기 전류제어 정보를 출력하는 제어부; 및 상기 제어부의 출력단에 접속되어 상기 전류제어 정보에 대응하는 전류량을 상기 자동 전환스위치(ATS)의 구동 코일로 공급하는 전류 구동 드라이버로 이루어진 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 수배전반의 자동전환 스위치 제어장치는, 현재 입력되는 상용전원의 변화량을 감지하고, 감지되는 변화량에 대응하여 자동 전환스위치의 동작 대기 상태를 유도함에 따라, 상용전원이 기준치 이하로 저하될 때, 자동 전환스위치를 빠르게 동작시켜 비상전원을 공급할 수 있어, 부하로 인가되는 데미지를 최소화할 수 있는 효과가 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 예시도면에 의거 상세히 설명하 면 다음과 같다.
먼저, 도 3은 본 발명에 따른 자동 전환장치를 포함하는 수배전반 결선도이다. 도시된 바와 같이,고압 폐쇄 수,배전반은 통상 수전기기와 차단기로 이루어지는 수전부(301); 상용 전원을 부하(311)에 공급시켜 주고 정전시에는 발전기(307)의 전력을 상기 부하(311)로 전환 공급하기 위한 자동 전환스위치(ATS)와, 상용전원의 입력 상태를 감시하기 위한 변성기(CT)가 설치되고, 상기 변성기(CT)로부터 검출된 상용 전원의 전압(또는, 및) 전류 값을 토대로 상기 자동 전환스위치(ATS)의 구동코일로 단계적인 전력을 공급하여 상기 자동 전환스위치(ATS)의 기동 대기 상태를 유지한 후, 정전 시 상기 발전기(307)의 전력을 부하(311)로 공급하도록 스위칭 제어하는 제어장치(309)를 구비한 배전부(305)가 하나의 수배전반 함체(301) 내에 일체로 설치된다.
상기 수전부(301)는 전력기기인 부하개폐기(AISS)와 전력퓨즈(Fuse), 피뢰기(LA), 서지 업 서버(SA) 및 계기용 변압 변류기(MOF)를 구비하고, 상기 배전부(305)는 변압기(TR)와 기중 차단기(ACB), 부하(311)를 포함한다. 또한, 상기 수전부(303)는 필요에 따라 계기용 변성기나, 전압용 변압기 및 차단기 등이 더 구비될 수도 있고, 배전부(305)도 전력퓨즈나 전압용 변압기, 차단기 및 계기용 변압 변류기 등이 더 구비될 수도 있다.
한편, 상기 변성기(CT)는 상용전원의 입력 상태에 대한 반응 속도를 높이기 위해 상기 변압기(TR)의 전단으로 설치됨이 바람직할 것이다.
따라서, 전술한 바와 같이 상용 전원 라인(313)과 발전기(307)에서 발전되어 공급되는 비상 전원 라인(315) 사이에 설치되어 있는 자동 전환스위치(ATS)는 평상시에는 상용 전원 라인(313)과 부하(311)를 연결하여 상용 전원 라인(313)으로부터 부하(311)로 전력을 공급한다.
이때, 상기 상용 전원 라인(313)은 수전부(303)로부터 공급된 전원으로, 상기 변성기(CT), 변압기(TR) 및 기중 차단기(ACB)를 거친다. 여기서, 상기 변성기(CT)는 수전부(303)에서 공급된 변압기(TR)의 1차측 전압에 대한 전류량을 감시하는 것으로, 변성기(CT)의 권취 코일에 따라 유도 전압이 출력된다. 따라서, 상기 제어장치(309)는 변성기(CT)의 출력 신호를 인가받아 배전부(305)로 공급되는 전압을 감시한다.
그러면, 전술된 제어장치(309)의 전압 감시 기능을 첨부된 예시도면에 근거하여 설명하면 다음과 같다.
도 3은 제어장치(309)의 주요 기능을 설명하기 위한 구성도이다. 도시된 바와 같이, 상기 변성기(CT)로부터 검출된 상용전원의 전압 신호를 디지털 신호로 변환출력하는 디지털 변환부(401)와, 입력 전압에 대한 변화량에 대응하여 단계별 기준치 전압 정보를 포함하여, 상기 단계별 기준치 전압 정보를 토대로 공급 전류량을 설정하기 위한 전류제어 정보가 저장된 메모리(409)와, 상기 디지털 변환부(401)에서 출력된 데이터를 접수한 후, 상기 메모리(409)의 기준치 전압 정보와 비교하고, 비교 결과에 대응하는 상기 전류제어 정보를 출력하는 제어부(403)와, 상기 제어부(403)의 출력단에 접속되어 상기 전류제어 정보에 대응하는 전류량을 상기 자동 전환스위치(ATS)의 구동 코일로 공급하는 전류 구동 드라이버(407)로 이 루어진다.
한편, 제어부(403)는 디지털 변환부(401)에서 검출된 상용 전원에 대한 전압 파형을 그래픽화된 정보로 디스플레이하기 위한 디스플레이 모듈(405)과 연동되며, 또한 제어부(403)는 실시간으로 검출된 상용전원의 전압 파형에 대한 검출 결과를 소정 시간 단위로 저장 관리함으로써, 관리자에 의해 관리 효율성을 높일 수 있을 것이다.
상기 메모리(409)로 저장된 단계별 기준치 정보는 상용전원의 전압 파형에 대한 변화량을 단계적으로 감시하기 위한 변화폭을 나타내는 것으로, 설정된 전압의 크기 예컨대 1V 단위로 감시하거나, 설정된 전압 변화량 예컨대, 현재 입력된 전압의 오차 범위로서 백분율로 산정될 수 있을 것이다. 즉, 현재 입력되는 전압의 크기가 191V이고, 정상치의 전압이 190V일 경우 상기 제어부(403)는 상용전원에 대한 오차 발생을 인지하는 것이다.
여기서, 전술된 제어장치(309)의 동작을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 상기 수전부(303)를 거쳐 인가되는 상용전원은 변압기(TR)의 1차측으로 공급됨과 동시에, 상기 변성기(CT)에서 상용전원에 대한 전압 변화를 감지한다. 상기 변성기(CT)는 내부 권취 코일에 의해 상용전원으로부터 유기되는 전압을 인지하며, 인지된 아날로그 신호를 상기 디지털 변환부(401)로 공급한다. 상기 디지털 변환부(401)는 변성기(CT)에서 출력된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환한다. 디지털 신호는 소정의 샘플링 주기를 갖고 디지트화된 정보로 변환되는 것으로, 샘플링 주기는 시스템의 유효성을 감안하여 결정될 수 있을 것이다.
상기 디지털 제어부(401)는 상기와 같이 변환된 디지털 데이터를 상기 제어부(403)로 공급한다. 제어부(403)는 현재 입력된 데이터를 근거로, 상기 메모리(409)로 저장된 단계별 기준치 정보를 추출한다. 여기서, 상기 제어부(403)는 현재 입력된 데이터 및 정상치 데이터와의 편차를 산출하는 것으로, 편차 폭을 근거로 상기 단계별 기준치 정보를 추출한다.
따라서, 현재 입력된 상용전원의 전압 편차가 소정 단계의 기준치 정보와 대응할 경우, 상기 제어부(403)는 현재의 편차 단계를 근거로 전류 제어정보를 메모리(409)로부터 추출한다. 이는 편차의 크기에 비례하여 전류량을 산출하기 위한 수단으로 적용된다. 즉, 도 5에 도시된 그래프와 같이, 상용전원의 첫 번째 오류 파형 발생 시점(A)에서 상기 제어부(403)는 전류 구동 드라이버(407)로 해당 편차 단계에 대응하는 전류량을 공급하도록 지시한다.
이때, 공급되는 전류량은 자동 전환스위치(ATS)를 동작시킬 수 없는 전력으로 자동 전환스위치(ATS)의 구동코일로 대기 전류를 공급하는 것이다. 즉, 제어부(403)는 현재의 상용전원의 전압이 오차 기준치를 벗어난 상태로 진입할 경우, 자동 전환스위치(ATS)를 빠르게 동작시키기 위한 것이다.
한편, 상용전원의 두 번째 오류 파형이 발생되는 시점(B)에서 상기 제어부(403)는 지속적으로 가변되는 편차의 크기에 비례하여 상기 메모리(409)로 저장된 전류 제어정보에 대응하여 자동 전환스위치(ATS)의 공급 전류량을 증가시킨다. 물론, 전술된 공급 전류량의 증가는 자동 전환스위치(ATS)의 구동코일을 동작시키지 못하며, 단지 자동 전환스위치(ATS) 구동을 위한 대기 전류로서 공급되는 것이 다.
이후, 상기 상용전원의 전압이 지속적으로 저하되어 상용전원이 기준전압 시점(C) 이하일 경우, 상기 제어부(403)는 현재 상용전원에 대한 공급 상태가 불안정하거나, 공급이 차단됨으로 판단한다. 따라서, 제어부(403)는 상기 자동 전환스위치(ATS)의 구동코일로 접점 절환을 제어하기 위한 동작 전류를 공급한다. 결국, 상기 자동 전환스위치(ATS)의 접점은 전환되고, 발전기(307)의 전력이 상기 부하(311)로 인가되어, 상용전원의 차단이 완전히 이루어지기 전에 자동 전환스위치(ATS)를 동작시킴으로써, 부하로 인가되는 전력을 빠르게 안정시킬 수 있는 것이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시 예로 나타낸 자동 전환스위치 제어를 설명하기 위한 도면이다. 도시된 바와 같이, 제1 자동 전환스위치(601) 및 제2 자동 전환스위치(603)를 병렬로 구성하고, 상기 자동 전환스위치(601, 603) 중 어느 하나의 자동 전환스위치가 동작될 때, 다른 하나의 자동 전환스위치는 소정 시간을 갖고 지연되도록 제어하는 제어장치(605)로 이루어진다.
상기 제어장치(605)의 지연 동작은 하나의 자동 전환스위치(ATS)만 구비될 경우, 자동 전환스위치(ATS)의 물리적 접점을 위한 소요 시간을 제거하기 위한 것으로, 도 5의 기준전압 시점(C)에서 제1 자동 전환스위치(601)가 동작된 후, 소정 시간 예컨대, 1 ~ 3mSec 이후에 제2 자동 전환스위치(603)를 동작시켜 부하(311)로 인가되는 전력 절환(상용전원에서 발전기 전원으로 전환됨)이 선형적으로 이루어지도록 할 수 있을 것이다.
전술된 바와 같이, 본 발명에 따른 자동전환 스위치의 제어 장치는 상용전원에 대한 감시 및 비상전원에 대한 안정적 공급을 수행함으로써, 수배전반으로 내설 되는 자동 전환스위치의 효율적 운영이 가능하여, 산업 시설의 안정성을 부여하고, 수배전반의 기능성을 제공하여 산업적 이용 가능성이 충분한 것으로 판단된다.
도 1 및 도 2는 종래 자동 전환스위치의 동작을 설명하기 위한 수배전반의 결선도이다.
도 3은 본 발명에 따른 자동 전환스위치의 동작을 설명하기 위한 수배전반의 결선도이다.
도 4는 도 3의 제어장치를 설명하기 위한 구성도이다.
도 5는 본 발명의 동작을 설명하기 위한 타이밍 그래프이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시 예로 나타낸 자동 전환스위치의 결선도이다.
<주요 도면에 대한 부호의 설명>
301 : 수배전반 303 : 수전부
305 : 배전부 307 : 발전기
309 : 제어장치 311 : 부하
313 : 상용전원 라인 315 : 비상전원 라인
401 : 디지털 변환부 403 : 제어부
405 : 디스플레이 모듈 407 : 전류 구동 드라이버
409 : 메모리 601, 603 : 자동 전환스위치

Claims (6)

  1. 수전부 및 배전부를 갖는 수배전반의 자동 전환 스위치(ATS)를 제어하기 위한 장치에 있어서,
    상용전원의 입력 상태를 감시하기 위한 변성기(CT); 및
    상기 변성기(CT)로부터 검출된 상용 전원의 전압 파형을 토대로 상기 자동 전환스위치(ATS)의 구동코일로 단계적인 전력 공급을 수행하여, 상기 자동 전환스위치(ATS)의 기동 대기 상태를 단계별로 유지시킨 후, 상기 상용전원에 대한 정전 또는 기준치 이하의 전압 편차 감지 시 비상 전원을 부하로 공급하도록 스위칭 제어하는 제어장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 수배전반의 자동전환 스위치 제어 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 변성기(CT)는 상용전원의 입력 상태에 대한 반응 속도를 높이기 위해 상기 배전부로 구비되는 변압기(TR)의 전단으로 설치되는 것을 특징으로 하는 수배전반의 자동전환 스위치 제어 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제어장치는 상기 변성기(CT)로부터 검출된 상용전원의 전압 신호를 디지털 신호로 변환출력하는 디지털 변환부;
    입력 전압에 대한 변화량에 대응하여 단계별 기준치 전압 정보를 포함하여, 상기 단계별 기준치 전압 정보를 토대로 공급 전류량을 설정하기 위한 전류제어 정보가 저장된 메모리;
    상기 디지털 변환부에서 출력된 데이터를 접수한 후, 상기 메모리의 기준치 전압 정보와 비교하고, 비교 결과에 대응하는 상기 전류제어 정보를 출력하는 제어부; 및
    상기 제어부의 출력단에 접속되어 상기 전류제어 정보에 대응하는 전류량을 상기 자동 전환스위치(ATS)의 구동 코일로 공급하는 전류 구동 드라이버로 이루어진 것을 특징으로 하는 수배전반의 자동전환 스위치 제어 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 디지털 변환부에서 검출된 상용 전원에 대한 전압 파형을 그래픽화된 정보로 디스플레이하기 위한 디스플레이 모듈과 연동하는 것을 특징으로 하는 수배전반의 자동전환 스위치 제어 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 자동 전환스위치(ATS)는 병렬 접속되는 제1 자동 전환스위치 및 제2 자동 전환스위치로 구성되고;
    상기 제어장치는 상기 제1 자동 전환스위치 및 제2 자동 전환스위치를 소정 시간 차를 갖고 스위칭 제어하는 것을 특징으로 하는 수배전반의 자동전환 스위치 제어 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 시간 차는 1 ~ 3mSec인 것을 특징으로 하는 수배전반의 자동전환 스위치 제어 장치.
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