KR20110068223A - 자동 전원 절체장치 - Google Patents

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Abstract

상용 전원 공급처로부터 2개 선로를 통해 주전원과 예비전원을 공급받고 발전기를 추가적 전원으로서 병렬 사용하는 전력 사용처에 적용될 수 있는 자동 전원 절체장치를 제공하려는 것으로서, 본 발명에 따라서 발전기로부터 운전 신호 또는 정지 신호를 수신하는 입력부; 및 변류기로부터의 상별 검출 전류를 근거로 상용 전력 주전원 또는 상용 전력 예비전원의 정전 또는 결상을 결정하고, 정전 또는 결상 발생시 전원을 절체하도록 제 1 개폐기 및 제 2 개폐기에 폐로 제어 신호와 개로 제어 신호를 각각 상반되게 출력하되, 입력부로부터 발전기의 정지 신호를 수신하여 해당 정지 신호의 수신이 종료되었을 때, 미리 결정된 시간 지연하여 상기 폐로 제어 신호와 개로 제어 신호를 제 1 개폐기 및 제 2 개폐기에 출력하는 제어기;를 포함하는 자동 전원 절체장치가 개시된다.
자동 전원 절체장치, 발전기

Description

자동 전원 절체장치{AUTOMATIC LOAD TRANSFER SWITCH}
본 발명은 자동 전원 절체장치에 관한 것으로서, 특히 상용 전원 공급처로부터 2개 선로를 통해 주전원과 예비전원을 공급받고 발전기를 추가적 전원으로서 병렬 사용하는 전력 사용처에 적용될 수 있는 자동 전원 절체장치에 관한 것이다.
상용 전원 공급처로부터 2개 선로를 통해 예컨대 22.9 킬로볼트(kV)의 주전원과 예비전원을 수전하는 대규모 전력수요처에서 전력공급과 계약전력부족으로 최대사용전력 도달 시 주전원 또는 예비전원과 더불어 발전기를 추가적 전원으로서 병렬운전코자하는 현장이 증가하는 추세이다.
그러나 발전기의 발전전원과 예비전원이 정격전압 일치, 위상 일치, 정격 주파수 일치, 파형 일치가 되지 않은 상황에서, 주전원에서 예비전원으로 전환이 될 경우, 무효 순환 전류가 흐르며 전원 전류의 난조(irregularity) 현상을 일으키는 문제가 있었고 따라서 종래기술에 있어서 주전원과 예비전원, 자동 전원 절체장치 및 발전기를 병렬운전하는 것이 곤란한 문제가 있었다.
따라서, 본 발명은 상기 종래기술의 문제점을 해소하는 것으로서, 본 발명의 목적은 주전원과 예비전원, 자동 전원 절체장치 및 발전기를 병렬운전하는데 있어서 전원절체시 난조 현상 발생 없이 매끄러운 전원의 절체가 이루어질 수 있는 자동 전원 절체장치를 제공하는 것이다.
상기 본 발명의 목적은, 상용 전력 주전원에 접속되는 제 1 개폐기와, 상용 전력 예비전원에 접속되는 제 2 개폐기와, 발전기와, 교류 3상의 상별 전류를 검출하는 변류기에 접속되는 자동 전원 절체장치에 있어서,
상기 발전기로부터 운전 신호 또는 정지 신호를 수신하는 입력부; 및
상기 변류기로부터의 상별 검출 전류를 근거로 상용 전력 주전원 또는 상용 전력 예비전원의 정전 또는 결상을 결정하고, 정전 또는 결상 발생시 전원을 절체하도록 제 1 개폐기 및 제 2 개폐기에 폐로 제어 신호와 개로 제어 신호를 각각 상반되게 출력하되, 상기 입력부로부터 발전기의 정지 신호를 수신하고 해당 정지 신호의 수신이 종료되었을 때, 미리 결정된 시간 지연하여 상기 폐로 제어 신호와 개로 제어 신호를 제 1 개폐기 및 제 2 개폐기에 출력하는 제어기;를 포함하는 본 발명에 따른 자동 전원 절체장치를 제공함으로써 달성될 수 있다.
본 발명에 따른 자동 전원 절체장치는 발전기의 정지 신호를 수신하고 해당 정지 신호의 수신이 종료되었을 때, 미리 결정된 시간 지연하여 전원을 절체하여, 발전기가 정지한 후 일정 시간 지연하여 전원을 절체하므로, 절체후 전류의 난조현상이 발생하는 것을 회피할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
상기 본 발명의 목적과 이를 달성하는 본 발명의 구성 및 그의 작용효과는 첨부한 도면을 참조한 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 이하의 설명에 의해서 좀 더 명확히 이해될 수 있을 것이다.
먼저 본 발명에 따른 자동 전원 절체장치와 전원, 변압기, 발전기 및 부하측을 포함하는 전력공급의 전체 시스템 구성을 보여주는 시스템 구성도인 도 1을 참조하여 설명한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 자동 전원 절체장치가 적용 설치되는 전력공급 시스템은 크게 구분하여 상용 전력 주전원(S1), 상용 전력 예비전원(S2), 제 1 개폐기(SW1), 제 2 개폐기(SW2), 본 발명에 따른 자동 전원 절체장치(10), 발전기(G), 변압기(T) 및 부하(L)을 포함하여 구성된다.
상용 전력 주전원(S1)은 상용전력 공급처에서 제 1 선로를 통해 공급하는 예컨대 전압이 22.9킬로볼트(kV)이고 R, S, T의 3상 교류인 수전 전원이고, 상용 전력 예비전원(S2)은 상용전력 공급처에서 제 2 선로를 통해 공급하는 예컨대 전압이 22.9킬로볼트(kV)이고 R, S, T의 3상 교류인 수전 전원이다.
상용 전력 주전원(S1)에는 해당 상용 전력 주전원(S1)을 공급 또는 중단하도록 전력회로의 개폐가 가능한 제 1 개폐기(SW1)가 접속되고, 상용 전력 예비전원(S2)에는 해당 상용 전력 예비전원(S2)을 공급 또는 중단하도록 전력회로의 개폐가 가능한 제 2 개폐기(SW2)가 접속된다.
제 1 개폐기(SW1)와 제 2 개폐기(SW2)는 전원의 절체를 위해서 이들을 개폐 제어하는 본 발명에 따른 자동 전원 절체장치(10)가 접속된다. 정전 또는 결상 발생을 검출하기 위해서, 자동 전원 절체장치(10)에는 3개의 상별 변류기(CT)가 접속되며, 해당 상별 변류기(CT)는 상기 제 1 개폐기(SW1)와 제 2 개폐기(SW2)로부터 변압기(T)에 접속되는 3상 전력 선로에 설치된다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 자동 전원 절체장치(10)의 더욱 상세한 구성 및 작용에 대해서는 도 2 내지 4를 참조하여 후술하기로 한다.
발전기(G)는 예컨대 휘발유 엔진 또는 디젤(diesel) 엔진의 회전구동력을 이용해서 발전하고 조작 및 제어반을 구비하여 발전 출력에 대한 전압, 위상, 주파수 등의 감시와 조정이 가능한 발전기가 사용될 수 있다. 발전기(G)의 출력은 변압기(T)의 입력 선로에 접속되어 발전전력이 공급될 수 있다. 또한, 발전기(G)는 발전 출력외에 상기 조작 및 제어반의 출력신호로서 운전 상태 정보를 가진 운전 신호 또는 정지 신호를 발출할 수 있다.
변압기(T)는 델타권선 및/또는 Y권선으로 구성되고 수전한 22.9킬로볼트(kV)의 전압을 380볼트 또는 220볼트로 강압하여 부하(L)에 공급한다.
부하(L)은 변압기(T)로부터 제공된 380볼트 또는 220볼트 전압의 전력을 소모하는 전력 소비처로서 도 1에 도시된 바와 같이 예컨대 전동기(M) 및 전등을 포함하여 구성될 수 있다.
한편 도 2 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 자동 전원 절체장치(10)의 더욱 상세한 구성 및 작용을 설명하면 다음과 같다.
도 2를 참조할 수 있는 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 자동 전원 절체장치(10)는 입력부(2, 3)와, 출력부(4, 5) 및 제어기(1)를 포함하여 구성된다.
입력부(2, 3)는 제 1 디지털 입력부(2)와 제 2 디지털 입력부(3)를 포함한다.
여기서, 제 1 디지털 입력부(2)는 상용 전력 주전원(S1) 또는 상용 전력 예비전원(S2)으로부터 제 1 개폐기(SW1) 또는 제 2 개폐기(SW2)를 통해서 변압기(T)에 공급되는 3상의 상별 전력 선로에 설치되어 해당 상의 전류량을 검출하는 상별 변류기(CT)에 접속되어 상별 변류기(CT)로부터 해당 상의 검출 전류량을 나타내는 전기적 신호(아날로그 신호)를 수신하고 해당 검출 전류량을 나타내는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하여 제어기(1)에게 제공한다.
제 2 디지털 입력부(3)는 본 발명에 따른 특징적 구성요소중 하나로서 발전기(G)에 접속되어 발전기(G)로부터 운전 신호 또는 정지 신호를 수신하여 제어기(1)에게 제공하는 입력부이다.
출력부(4, 5)는 제어기(1)로부터 제 1 개폐기(SW1)로 출력되는 개폐제어신호의 출력회로부인 제 1 출력부(4)와, 제어기(1)로부터 제 2 개폐기(SW2)로 출력되는 개폐제어신호의 출력회로부인 제 2 출력부(5)를 포함한다.
제어기(1)는 변류기(CT)로부터 검출된 상별 검출 전류를 근거로, 다시 말해 해당 상의 검출 전류량을 나타내는 전기적 신호(아날로그 신호)를 변환한 디지털 신호를 근거로, 상용 전력 주전원(S1) 또는 상용 전력 예비전원(S2)의 정전 또는 결상을 결정한다. 제어기(1)는, 예컨대 3상중 특정 상의 전류량을 나타내는 디지털 신호가 수신되지 않는 경우 해당 상의 결상이 발생한 것으로 결정하며, 3상의 전류량을 나타내는 디지털 신호가 모두 수신되지 않는 경우 정전이 발생한 것으로 결정할 수 있다. 이와 같은 결정의 동작은 변류기(CT)로부터 검출된 상별 검출 전류를 근거로, 제어기(1)를 구성하는 마이크로프로세서의 메모리에 미리 저장된 처리 프로그램에 의해서 수행될 수 있다.
정전 또는 결상 발생시, 제어기(1)는 전원을 절체하도록 제 1 개폐기(SW1) 및 제 2 개폐기(SW2)에 폐로 제어 신호와 개로 제어 신호를 각각 상반되게 출력한다. 한편, 정전 또는 결상 발생시에, 제어기(1)는 즉시 전원을 절체하도록 제 1 개폐기(SW1) 및 제 2 개폐기(SW2)에 폐로 제어 신호와 개로 제어 신호를 각각 상반되게 출력하는 것이 아니라, 본 발명에 따라서 제 2 디지털 입력부(3)로부터 발전기(G)의 정지 신호{일명 블로킹(blocking) 신호}를 수신하고 해당 정지 신호의 수신이 종료되었을 때, 미리 결정된 시간 지연하여 상기 폐로 제어 신호와 개로 제어 신호를 제 1 개폐기(SW1) 및 제 2 개폐기(SW2)에 출력한다는 것이 주목할 점이다. 따라서 발전기(G)의 병렬운전중 상용 전력 주전원(S1) 또는 상용 전력 예비전원(S2)의 절체시 전류의 난조현상이 발생하는 것을 회피할 수 있다. 위에서 제어기(1)가 전원을 절체하도록 제 1 개폐기(SW1) 및 제 2 개폐기(SW2)에 폐로 제어 신호와 개로 제어 신호를 각각 상반되게 출력하되, 제 2 디지털 입력부(3)로부 터 발전기(G)의 정지 신호{일명 블로킹(blocking) 신호}를 수신하고 해당 정지 신호의 수신이 종료되었을 때, 미리 결정된 시간 지연하여 상기 폐로 제어 신호와 개로 제어 신호를 제 1 개폐기(SW1) 및 제 2 개폐기(SW2)에 출력하는 동작은 제어기(1)를 구성하는 마이크로프로세서의 메모리에 미리 저장된 처리 프로그램에 의해서 수행될 수 있다.
이러한 제어기(1)의 제어는 도 4를 통해서 확인할 수 있으며, 간단히 설명하면 다음과 같다. 본 발명에 따른 자동 전원 절체장치에 있어서 정전발생과, 발전기의 정지신호와 절체 동작의 관계를 보여주는 신호 파형도인 도 4에 있어서, 가로축은 시간축이며 세로축은 신호레벨을 나타낸다. 가장 상부 신호파형은 발전기(G)로부터의 정지신호를 나타내며, 중간 신호 파형은 상별 변류기(CT)들로부터 해당 상의 검출 전류량을 나타내는 전기적 신호(아날로그 신호)의 디지털 변환 신호 파형을 나타내고, 가장 하부 신호 파형은 제어기(1)로부터 제 1 출력부(4)를 통해서 제 1 개폐기(SW1)로 출력되는 개폐제어신호와, 제어기(1)로부터 제 2 출력부(5)를 통해서 제 2 개폐기(SW2)로 출력되는 개폐제어신호를 나타낸다. 도 4에 도시된 바와 같이 중간 신호 파형으로 나타나는 상별 전류 검출량의 디지털 신호가 저 준위가 됨에 따라 본 발명에 따른 자동 전원 절체장치에 있어서 제어기(1)는 결상 또는 정전이 발생한 것으로 결정했더라도, 발전기(G)로부터의 정지신호가 저 준위로 변환된 다음 미리 결정된 지연시간 후에 제 1 개폐기(SW1) 및 제 2 개폐기(SW2)로 개폐제어신호를 출력하는 것을 확인할 수 있다.
한편, 상술한 바와 같이 구성되는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 자동 전원 절체장치의 동작을 도 1 내지 도 3을 참조하여(도 3을 위주로 하여) 설명하면 다음과 같다.
먼저, 도 3의 제 1 단계(ST1)에서, 제어기(1)는, 제 1 디지털 입력부(2)를 통해 수신되는 상별 검출 전류의 디지털 신호를 근거로, 정전 또는 결상 발생을 결정한다. 즉, 제어기(1)는, 변류기(CT)로부터 검출된 상별 검출 전류의 검출 전류량을 나타내는 디지털 신호를 근거로, 3상중 특정 상의 전류량을 나타내는 디지털 신호가 수신되지 않는 경우 해당 상의 결상이 발생한 것으로 결정하며, 3상의 전류량을 나타내는 디지털 신호가 모두 수신되지 않는 경우 정전이 발생한 것으로 결정할 수 있다. 이와 같은 결정의 동작은 변류기(CT)로부터 검출된 상별 검출 전류의 디지털 변환 신호를 근거로, 제어기(1)를 구성하는 마이크로프로세서의 메모리에 저장된 처리 프로그램에 의해서 수행될 수 있다. 제 1 단계(ST1)는 제어기(1)가 정전 또는 결상 발생을 결정할 때까지 제어 주기마다 반복 수행되며, 제 1 단계(ST1)에서 제어기(1)가 정전 또는 결상 발생을 결정한 경우, 다음 제 2 단계(ST2)로 진행된다.
도 3의 제 2 단계(ST2)에서, 제어기(1)는, 전원의 절체(전환)을 준비(대기)한다.
다음, 도 3의 제 3 단계(ST3)에서, 제어기(1)는, 발전기(G)의 정지 신호{일명 블로킹(blocking) 신호}가 제 2 디지털 입력부(3)로부터 수신되는 지 확인(check)한다. 도 3의 제 3 단계(ST3)에서, 제 2 디지털 입력부(3)로부터 발전기(G)의 정지 신호{일명 블로킹(blocking) 신호}가 수신되고 있으면, 제어기(1)는, 다시 제 3 단계(ST3)로 진행하여 제 2 디지털 입력부(3)로부터 발전기(G)의 정지 신호{일명 블로킹(blocking) 신호}의 수신을 확인한다. 이후, 도 3의 제 3 단계(ST3)에서, 제 2 디지털 입력부(3)로부터 발전기(G)의 정지 신호{일명 블로킹(blocking) 신호}의 수신이 없으면, 제어기(1)는 제 4 단계(ST4)로 진행하여 미리 결정된 지연시간 경과후 제 1 개폐기(SW1) 및 제 2 개폐기(SW2)로 서로 상반되는 개폐제어신호를 출력한다. 그러면, 제 5 단계(ST5)로 진행되어, 제 1 개폐기(SW1)는 열리고 제 2 개폐기(SW2)가 닫히면서 상용 전력 주전원(S1)으로부터 상용 전력 예비전원(S2)으로 전원 절체(전환)이 이루어진다. 해당 전원은 변압기(T)에 의해서 22.9킬로볼트의 수전 전압으로부터 380볼트 또는 220볼트의 배전 전압으로 강압되어 전동기(M) 또는 전등과 같은 부하측으로 공급되고 사용된다.
이후, 도 3의 제 6 단계(ST3)에서, 사용자는 발전기(G)를 추가 기동 및 운전하여 병렬 전원으로 전력선로에 공급할 수 있다. 이때 사용자는 발전기(G)기의 조작 및 제어반을 조작하여 발전 출력에 대한 전압, 위상, 주파수를 현재 공급되고 있는 상용 전력 예비전원(S2)의 전압, 위상, 주파수에 일치하도록 조정한 상태에서 병렬 전원으로 전력선로에 공급할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 자동 전원 절체장치는 제어기(1)가 발전기(G)의 정지 신호를 수신하고 해당 정지 신호의 수신이 종료되었을 때, 미리 결정된 시간 지연하여 전원을 절체하도록 제 1 개폐기(SW1) 및 제 2 개폐기(SW2)를 개폐제어하여, 발전기(G)가 정지한 후 일정 시간 지연하여 전원을 절체하므로, 절체후 전류의 난조현상이 발생하는 것을 회피할 수 있는 잇점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 자동 전원 절체장치와 전원, 변압기, 발전기 및 부하측을 포함하는 전력공급의 전체 시스템 구성을 보여주는 시스템 구성도이고,
도 2는 본 발명에 따른 자동 전원 절체장치에 있어서 제어부 구성을 보여주는 기능 블록도이고,
도 3은 본 발명에 따른 자동 전원 절체장치에 있어서 절체 동작의 전체적 흐름을 보여주는 동작 흐름도이고,
도 4는 본 발명에 따른 자동 전원 절체장치에 있어서 정전발생과, 발전기의 정지신호와 절체 동작의 관계를 보여주는 신호 파형도이다.
*도면의 주요부에 대한 부호의 설명
1: 제어기 2: 제 1 디지털 입력부
3: 제 2 디지털 입력부 4: 제 1 출력부
5: 제 2 출력부 10: 자동 전원 절체장치

Claims (2)

  1. 상용 전력 주전원에 접속되는 제 1 개폐기와, 상용 전력 예비전원에 접속되는 제 2 개폐기와, 발전기와, 교류 3상의 상별 전류를 검출하는 변류기에 접속되는 자동 전원 절체장치에 있어서,
    상기 발전기로부터 운전 신호 또는 정지 신호를 수신하는 입력부; 및
    상기 변류기로부터의 상별 검출 전류를 근거로 상용 전력 주전원 또는 상용 전력 예비전원의 정전 또는 결상을 결정하고, 정전 또는 결상 발생시 전원을 절체하도록 제 1 개폐기 및 제 2 개폐기에 폐로 제어 신호와 개로 제어 신호를 각각 상반되게 출력하되, 상기 입력부로부터 발전기의 정지 신호를 수신하고 해당 정지 신호의 수신이 종료되었을 때, 미리 결정된 시간 지연하여 상기 폐로 제어 신호와 개로 제어 신호를 제 1 개폐기 및 제 2 개폐기에 출력하는 제어기;를 포함하는 자동 전원 절체장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어기는,
    상기 변류기로부터의 상별 검출 전류를 근거로 상용 전력 주전원 또는 상용 전력 예비전원의 정전 또는 결상을 결정하고, 정전 또는 결상 발생시 전원을 절체하도록 제 1 개폐기 및 제 2 개폐기에 폐로 제어 신호와 개로 제어 신호를 각각 상반되게 출력하되, 상기 입력부로부터 발전기의 정지 신호를 수신하고 해당 정지 신호의 수신이 종료되었을 때, 미리 결정된 시간 지연하여 상기 폐로 제어 신호와 개로 제어 신호를 제 1 개폐기 및 제 2 개폐기에 출력하도록, 미리 저장된 처리프로그램에 따라서 처리를 수행하는 마이크로 프로세서(MICROPROCESSOR)로 구성되는 것을 특징으로 하는 자동 전원 절체장치.
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