KR20100086645A - 선박의 전원공급 시스템 - Google Patents

선박의 전원공급 시스템 Download PDF

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김희표
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Abstract

선박의 전원공급 시스템이 개시된다. 평상시 전원을 공급하는 주 발전기, 주 발전기로부터 공급받은 전원을 제1 부하에 공급하는 주 배전반, 주 배전반으로부터 전원을 공급받아 제2 부하에 공급해주는 비상 배전반 및 축전지를 포함하며, 비상 배전반으로부터 전원을 공급받아 충전하고, 전원이 공급되지 않을 때에는 비상 배전반에 전원을 공급하는 무정전 전원장치(UPS: Uninterruptible Power Supply)를 포함하는 선박의 전원공급 시스템은 비상전원으로 다젤 엔진을 사용하지 아니하고 니켈-수소 배터리를 구비한 무정전 전원장치를 이용하므로, 전원공급 시스템의 소형 경량화가 가능하고, 별도의 안전장비가 필요 없어 설비의 배치설계상의 제약이 없으며, 경제적으로도 유리하다. 또한, 정전(Black out)없이 바로 비상전원공급이 가능하므로 안정적인 운행을 할 수 있다.
정전, 비상, 무정전 전원장치(UPS)

Description

선박의 전원공급 시스템{Power supply system of ship}
본 발명은 선박의 전원공급 시스템에 관한 것으로, 더 구체적으로는 비상시 정전되지 아니하고 바로 비상전원으로 공급 가능한 전원 시스템에 관한 것이다.
선박에는 수많은 장비들이 이용되므로, 대용량의 전원이 요구되며, 선박의 전원공급 시스템 또한 상황에 따라 구분하여 전원의 공급을 할 수 있도록 설계되어야 한다.
선박의 장비 중에는 운행에 직접적으로 관련이 있는 항통장비의 전원과 같이 중요도가 높아 비상시에도 반드시 전원이 공급되어야 하는 전원과 식당, 휴게실에 공급되는 전원과 같이 전원이 공급되지 아니하더라도 선박의 비상 시 운행에는 큰 무리가 없는 전원이 있다.
일반적으로 이 두 가지를 구분하여 전자는 비상 배전반을 통해 평상시뿐만 아니라 주 발전기에서 전원을 공급받지 못하는 정전(Black out) 시에도 비상전원을 통해 전원을 공급받을 수 있도록 하고, 후자의 경우 주 배전반을 통해 주 발전기에 정상적으로 전원을 공급할 수 있을 때만 전원을 공급한다.
비상 전원의 경우도 대형 선박의 경우 대용량의 전원(200KW이상)이 요구되므로, 일반적으로 디젤 엔진를 이용하였다. 이러한 디젤 엔진의 경우 상시 작동하는 것이 아니고, 정전 시에만 작동하므로, 정전 시에 디젤 엔진을 작동하기까지 시간의 정전은 피할 수 없다.
즉, 기존의 선박의 전원공급 시스템은 비상전원을 작동하기 위해서 걸리는 1분 가량의 시간 동안은 정전이 되는 문제가 있었다. 또한, 디젤 엔진을 설치하는 곳에는 안전장비가 요구되므로, 격벽, 파이프 케이블등의 설비계획에 제약을 받게 되며, 폐기 가스를 발생하여 환경적으로도 문제가 된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 대용량의 니켈-수소 배터리를 구비하는 무정전 전원장치를 이용하여 비상시에도 정전(Black out)없이 전원을 공급할 수 있는 선박의 전원공급 시스템을 제공하는 것이다.
이와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따르면, 평상시 전원을 공급하는 주 발전기, 주 발전기로부터 공급받은 전원을 제1 부하에 공급하는 주 배전반, 주 배전반으로부터 전원을 공급받아 제2 부하에 공급해주는 비상 배전반 및 축전지를 포함하며, 비상 배전반으로부터 전원을 공급받아 충전하고, 전원이 공급되지 않을 때에는 비상 배전반에 전원을 공급하는 무정전 전원장치(UPS: Uninterruptible Power Supply)를 포함하는 선박의 전원공급 시스템이 제공된다.
제2 부하는 선박 운행시 항상 전원이 공급되어야 하는 부하이고, 제1 부하는 제2 부하를 제외한 나머지 부하인 것을 특징으로 하는 선박의 전원공급 시스템.
비상 배전반으로부터 공급받은 전원은 교류전원이고, 무정전 전원장치는 공급받은 교류전원을 직류전원으로 변환하는 정류기, 정류기로부터 직류전원을 받아 충전 가능한 축전지 및 축전지가 방전 시 출력하는 직류전원을 교류전원으로 변환하여 부하에 공급하는 인버터를 포함할 수 있다.
또한, 무정전 전원장치는 공급받은 전원을 정류기로 공급하지 아니하고 다시 출력되도록 우회하는 바이패스를 더 포함할 수 있다.
축전지는 니켈-수소 배터리를 이용할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 비상전원으로 다젤 엔진을 사용하지 아니하고 니켈-수소 배터리를 구비한 무정전 전원장치를 이용하므로, 전원공급 시스템의 소형 경량화가 가능하고, 별도의 안전장비가 필요 없어 설비의 배치설계상의 제약이 없으며, 경제적으로도 유리하다. 또한, 정전(Black out)없이 바로 비상전원공급이 가능하므로 안정적인 운행을 할 수 있다.
이하에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부되는 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 전원공급 시스템을 나타낸 도면으로서, 주 발전기(10), 주 배전반(20), 비상 배전반(30), 제1 부하(25), 제2 부하(35) 및 무정전 전원장치(40) 사이에 전원의 흐름을 화살표로 나타내고 있다.
주 발전기(10)는 평상시에 선박 전체에 전원을 공급하는 장치로서 습기에 강해야 하며, 크기 및 무게에 제한이 있고, 안정성 등이 고려되어야 하며, 대형선박의 경우 큰 동력이 요구되므로 출력의 크기도 중요하다. 일반적으로 증기터빈, 가스터빈 디젤기관 등이 주 발전기(10)로 이용될 수 있다.
주 발전기(10)로부터 전원을 공급받는 주 배전반(20)은 제1 부하(25)로 전원을 공급한다. 제1 부하(25)는 식당, 휴게실과 같이 운행에 직접적으로 영향을 미치지 아니하고 상시 이용되지 아니하는 곳에 설치된 부하로 비상시에는 전원을 공급받지 않아도 무방한 부하를 의미한다. 제1 부하(25)는 주 배전반(20)에서 바로 전원을 공급받고, 주 발전기(10)가 작동하지 않게 되면 전원을 공급받지 못한다.
다음으로, 비상 배전반(30)은 주 배전반(20)으로부터 전원을 공급받아, 제2 부하(35)로 전원을 공급한다. 제2 부하(35)는 항해통신 장비, 비상등, 소화장비와 같이 선박의 비상 시 운항과 관련이 있는 장치를 의미하며, 이러한 장치들은 비상시에도 작동되어야 한다.
따라서, 비상시에도 비상 배전반(30)에는 전원이 공급되야 하며, 비상시에 비상 배전반(30)에 전원을 공급할 수 있는 장치가, 무정전 전원장치(40)이다.
무정전 전원장치(40)(UPS: Uninterruptible Power Supply)는 주 발전기(10)가 기능을 상실하였을 때 계속적으로 전원을 공급해주는 장치로서, 갑작스러운 전압상승을 방지하고, 평소에도 가동되므로 정전(black out)없이 바로 전원을 공급할 수 있다. 무정전 전원장치(40)는 평소에는 여분의 전원을 이용하여 축전지(45)에 충전하고, 비상시에는 축전지(45)를 이용하여 전력을 공급하할 수 있는 장치이다.
보다 더 구체적으로 무정전 전원장치(40)를 도 2를 참조하여 살펴보도록 한다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 전원공급시스템의 무정전전력장치를 나타낸 도면으로, 무정전전력장치는 축전지(45)를 기본 구성으로 하며, 사용전원은 일반적으로 교류이므로, 교류와 직류를 변환하는 정류기(41)와 인버터(43)를 구비할 수 있다.
축전지(45)는 비교적 수명이 긴 니켈 카드뮴전지나, 연축전지 등이 이용되는 것이 일반적이나, 대형 선박의 경우 200KW이상 1000KW이하의 비상전원이 요구되므로, 대용량의 축전지가 필요하다.
본 실시예에서는 니켈-수소 전지를 이용할 수 있다. 니켈-수소 전지는 알카리 축전지의 일종으로 충전과 방전을 반복할 수 있는 2차 전지에 속하고 단위부피당 에너지 밀도가 높고, 과방전, 과충전에도 잘 견디며, 급속충전과 방전이 가능하다. 또한, 소형 경량화가 가능하고 수명이 길어 환경 친화적 차세대 첨단 밀폐형 전지로 각광받고 있다.
양극은 수산화 니켈(Ni(OH)2)이, 음극은 금속수소화물(MH)이 이용되며, 전해액으로는 수산화 칼륨(KOH)이 이용될 수 있다. 수소의 이동으로 충전과 방전이 이루어지며, 충전 시에는 수산화 니켈(Ni(OH)2)이 수소를 내어주어 금속산화물(MH)로 저장되고, 방전 시에는 다시 수산화 니켈(Ni(OH)2)로 전환된다.
최근에는 니켈-수소 전지의 성능이 개발되어 200KW이상의 전원을 공급할 수 있고 최대 1000KW까지 공급할 수 있는 니켈-수소 전지도 개발되었는바 이를 무정전 전원장치(40)에 적용하면, 선박에서도 비상용 전원을 공급하기에 충분한 전원을 공급할 수 있다.
다음으로 정류기(41)(converter)는 비상 배전반(30)으로부터 입력된 상용전원인 교류전원을 직류전원으로 변환(AC/DC)하는 장치이다. 이 부분을 구성하는 소자로는 다이오드, 사이리스터(SCR), 절연 게이트형 양극성 트랜지스터(IGBT) 등이 있다. 소자들에 의해 축전지(45)의 충전전압에 미치는 리플값이 좌우된다. 회로방식으로 살펴보면 위에서 언급한 소자들에 따라 다이오드 정류기, 사이리스터 정류기, PWM 제어형, 슈퍼자기저항(SMR) 컨버터등이 있다.
인버터(43)(inverter)는 축전지에서 공급되는 직류 전류를 다시 변환하여 교류로(DC/AC) 변환시켜 출력하는 장치이다. 인버터(43)를 구성하는 소자로는 전계효과 트랜지스터(FET) 및 절연 게이트형 양극성 트랜지스터(IGBT) 등이 있으며 소자를 구동하는 방식에서는 PWM 및 PAM(Pulse Amplitude Modulation)방식이 있다.
무정전 전원장치(40)는 바이패스(47)를 더 구비할 수 있다. 바이패스(47)란 무정전전류장치에 문제가 발생 되었을 때 출력측으로 전원을 공급할 수 있도록 입력측 전원을 정류기(41), 축전지(45), 인버터(43)를 거치지 아니하고 바로 출력하도록 우회시키는 장치이다.
상술한 바와 같은 무정전 전원장치(40)를 이용하면 주 발전기(10)에 이상이 생기게 되더라도 정전상태 없이 바로 제2 부하(35)에는 전원을 공급할 수 있어, 안정적으로 운행이 가능하고, 기존의 디젤 엔진에 비해, 전원공급 시스템의 소형 경량화가 가능하며, 별도의 안전장비가 필요 없어 설비의 배치설계상의 제약이 없다.
이상에서 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 전원공급 시스템에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 전원공급 시스템을 나타낸 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 전원공급시스템의 무정전전력장치를 나타낸 도면.
-도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명-
10: 주 발전기 20: 주 배전반
25: 제1 부하 30: 비상 배전반
35: 제2 부하 40: 무정전 전원장치
41: 정류기 43: 인버터
45: 축전지 47: 바이패스

Claims (5)

  1. 평상시 전원을 공급하는 주 발전기;
    상기 주 발전기로부터 공급받은 전원을 제1 부하에 공급하는 주 배전반;
    상기 주 배전반으로부터 전원을 공급받아 제2 부하에 공급해주는 비상 배전반; 및
    상기 비상 배전반으로부터 전원을 공급받아 충전하고, 전원이 공급되지 않을 때에는 상기 비상 배전반에 전원을 공급하는 축전지를 구비한 무정전 전원장치(UPS: Uninterruptible Power Supply)를 포함하는 선박의 전원공급 시스템.
  2. 제 1항에 있어서
    상기 제2 부하는 선박 운행시 항상 전원이 공급되어야 하는 부하이고,
    상기 제1 부하는 비상시에는 전원이 공급되지 아니하는 부하인 것을 특징으로 하는 선박의 전원공급 시스템.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 비상 배전반으로부터 공급받은 전원은 교류전원이고,
    상기 무정전 전원장치는
    상기 공급받은 교류전원을 직류전원으로 변환하는 정류기;
    상기 정류기로부터 직류전원을 받아 충전 가능한 축전지; 및
    상기 축전지가 방전 시 출력하는 직류전원을 교류전원으로 변환하여 부하에 공급하는 인버터를 포함하는 선박의 전원공급 시스템.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 무정전 전원장치는
    상기 공급받은 전원을 상기 정류기로 공급하지 아니하고 다시 출력되도록 우회하는 바이패스를 더 포함하는 선박의 전원공급 시스템.
  5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 축전지는 니켈-수소 배터리인 선박의 전원공급 시스템.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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