KR20140080531A

KR20140080531A - 분리된 전기 과전류 및 단락 보호를 위한 전력 분배 장치

Info

Publication number: KR20140080531A
Application number: KR1020147012541A
Authority: KR
Inventors: 그레고리 레이놀즈; 찰스 레이놀즈
Original assignee: 사이버스위칭패턴츠, 엘엘씨.
Priority date: 2011-10-23
Filing date: 2012-09-05
Publication date: 2014-06-30
Also published as: IL232140A0; IN2014KN00836A; US20130100567A1; JP2015512232A; CA2852892A1; TW201320533A; CN103891076A; EP2769446A1; EP2769446A4; WO2013062674A1

Abstract

전력 분배 회로와 전력 분배 회로에 전기적으로 연결된 부하를 보호하기 위한 시스템은 과전류 보호 장치, 예를 들어, 가상의 회로 차단기와 직렬로 회로 차단기 또는 퓨즈를 포함한다. 회로 차단기 또는 퓨즈는 단락 상태에 대해 보호를 제공하며, 가상 회로 차단기는 초과 전류에 대해 보호를 제공한다. 2개의 보호 수단을 분리하는 것은 분기 회로상의 콘센트에 연결된 부하에 대해 보다 높은 허용 전류를 제공하는 것을 가능하게 한다.

Description

분리된 전기 과전류 및 단락 보호를 위한 전력 분배 장치{Power distribution apparatus for separate electrical over current and short circuit protection}

본 출원은 그레고리 A. 레이놀즈 등이 2006년 5월 10일 "전류 보호 장치 및 방법(CURRENT PROTECTION APPARATUS AND METHOD)"의 명칭으로 출원한 공동소유의 미합중국 특허출원번호 제11/437,959호, 2010년 3월 2일 등록된 현재 미합중국 특허 제7,672,104호, 및 그레고리 A. 레이놀즈 등이 2006년 5월 10일 "전류 보호 장치 및 방법(CURRENT PROTECTION APPARATUS AND METHOD)"의 명칭으로 출원한 미합중국 특허출원번호 제11/437,958호, 2009년 12월 8일 등록된 현재 미합중국 특허 제7,630,186호에 관련되며, 둘 다 그 전체가 본 명세서에 포함된다.

본 발명은 일반적으로 전력 분배 시스템(power distribution system)에 관한 것으로, 보다 상세하게는 부하에 제공되는 보호 전력 분배 시스템에 관한 것이다.

종래 기술에서, 전력은 일반적으로 일련의 연결/분배점(분기 회로)을 통해 "분전반(panel board)"으로서 명명된 그리드 연결점(grid connection point)으로부터 개별 부하로 분배된다. 각각의 분기 회로는 엔드 부하 장치(end load device) 또는 다른 분기 회로에 전력을 제공할 수 있다. 예를 들어, 그리드 연결점은 복수의 분전반에 연결될 수 있으며, 분전반의 몇몇은 다른 분전반에 차례로 연결될 수 있으며, 이러한 다른 분전반은 또 다른 하류측 분전반(downstrean panel board)에 연결되지 않는 분전반이 연결될 때까지 또 다른 분전반 등에 연결될 수 있다. 이와 같은 배전반 중 임의의 배전반은 또 더 하류측 다른 분전반뿐만 아니라 단일 부하 또는 다중 부하를 포함하는 분기 회로에 전력을 제공할 수 있다.

분전반은 전력 분배를 위한 수단을 포함하며, 각각의 분배점은, 전력 분배 유닛(power distribution unit:PDU) 또는 다른 분전반과 같은, 단일 보드나 기타 분배 장치에 대해, 과전류(초과 전류) 및 단락 상태에 대해 보호하기 위한 보호 장치를 포함한다. National Electric Code 및 Underwriter Laboratories, Inc. 표준과 같은 건물 코드는 분기 회로가 자신의 하류측 부하에 제공해야만 하는 전류 보호의 양을 지시한다. 분전반은 하류에 연결된 다른 분전반에 전류 보호의 특정한 값을 제공하는 것이 필요하다. 종래 기술에서 필요한 보호는 본질적으로 바로 이 분전반으로부터의 모든 하류측 부하의 전류의 백분율이다.

물리적 회로 차단기는 커서 전형적인 PDU내 값비싼 공간을 차지하며, 비싸다. 물리적 회로 차단기는 사용된 콘센트의 용량에 맞춰 크기가 결정되기 때문에 분기 회로에서 활용할 수 있는 전류의 양을 제한한다. 전력을 다른 분전반 등으로 공급하는 분전반의 배열은 매우 큰 상류측 회로 차단기(upstream circuit breaker)를 필요로 할 수 있다. 상류측 회로 차단기는 하류측 전류를 수용하기에 충분한 높도록 그 크기(전류율)가 결정되어야 한다. 법규가 터미널 콘센트가 단락 및 과전류 보호 모두를 가질 것을 요구하기 때문에 터미널 콘센트에 대한 하류측 분기는 그들 자신의 회로 차단기를 가져야 한다. 단락에 대한 보호와 과전류 상황에 대한 보호는 보호 장치에 상이한 능력을 요구한다. 단락은 매우 빠르게 감지(및 중단)되어야 하며, 그렇지 않으면 단락점(shorting point)에서 또는 근처에서 손상 또는 화재가 일어난다. 과전류 상황은 보다 느리게 감지되고 보호될 수 있으며, 회로 차단기는 노이즈 스파이크(noise spike)(불필요한 동작(nuisance tripping))에 작동하지 않아야 한다. 상류측 회로 차단기가 자신의 하류측 부하와 터미널 콘센트에 따라 정격될 필요가 있어서, 활용가능한 하류측 전력이 제한된다. 예를 들어, 법규는 6개의 20A 정격 콘센트를 갖는 PDU가 20A의 상류측 회로 차단기를 갖도록 요구할 것이다. 이것은 6개의 콘센트가 오직 20A의 조합된 전류만을 끌어낼 수 있다는 것을 의미한다. 이러한 제한은 각각의 콘센트에 활용가능한 전류를 효과적으로 감소시킨다. 각각의 콘센트가 3.33A를 끌어낸다면, 회로는 분기의 한계에 이르고 각각의 콘센트의 전류값 한계 이하가 된다.

발명의 개념의 다양한 양상에 따르면, 가상 회로 차단기("VCB")가 회로 차단기의 PDU 또는 하류측 배전반(들)에 포함된다. 이들은 단락 능력을 위해 설계, 제조, 및 시험된다는 점에서, 회로 차단기는 단락 보호를 제공한다. 그러나 하류측 PDU 또는 배전반은 콘센트 정격에 따라 상류측 회로 차단기의 크기를 제한하는 개별적인 콘센트를 가질 수 있다. 각각의 콘센트가 가상 회로 차단기에 의해 보호된다면 보다 큰 정격 상류측 회로 차단기가 사용될 수 있다. 상기 예에서, 콘센트는 30A 상류측 회로 차단기에 의해 보호될 수 있으며 이에 의해 콘센트당 오직 3.33A 대신에 콘센트당 5A를 허용한다.

본 명세서에 포함되고 본 명세서의 일부를 구성하는 첨부 도면은 발명의 예시적인 양상을 도시하고, 상기 일반적인 설명 및 하기 상세한 설명과 함께 발명의 특징을 설명하는 역할을 한다.
도 1은 단락으로부터 하류측 부하를 보호하는 회로 차단기의 배열의 예이다.

다양한 실시예가 첨부 도면을 참조하여 상세히 기술될 것이다. 가능한 어디에서나, 동일한 참조번호가 동일하거나 유사한 부분을 지칭하기 위해 도면 전반에 걸쳐서 사용될 것이다. 특정 예와 구현에 대한 언급은 예시적인 목적이며, 발명의 범위 또는 청구범위를 제한하기 위함이 아니다.

도 1을 참조하면, 건물 배전반(102)은, 발명의 개념의 양상을 좀 더 상세히 기술하기 위해 선택된 특정 분기(specific branch)(106)를 포함하여, 다양한 하류측 분기 회로(104)에 전력을 공급한다. 각각의 분기(104)는 배전반(102) 내에 전용 대응 회로 차단기(도시되지 않음)를 가지며, 여기서 각각의 회로 차단기의 전류 사양은 분기 회로의 허용가능한 전류 값에 대응한다. 이들 분기는 본 명세서에 개시된 발명의 개념을 구체화하지 않는다. 특히 보다 오래된 시스템에서 퓨즈(fuse)가 회로 차단기 대신에 사용될 수 있음을 주목해야 한다. 이후 명세서에서 회로 차단기로 지칭할 것이지만, "퓨즈"도 사용될 수 있다. 비록 임의의 회로 차단기가 발명을 실행하는데 사용될 수 있지만, 회로 차단기의 예는 UL-489 장치이다.

예시적인 분기(106)가 배전반(102)내 회로 차단기(110)에 연결될 수 있다. 예시를 위해, 비록 임의의 값이 발명을 실행하는데 사용될 수 있더라도, 회로 차단기(110)는 30 amp 회로 차단기인 것으로서 도시된다.

이러한 분기(106)에 대한 부하는, 총칭해서 또는 개별적으로 본 명세서에서 이후 간단히 PDU(112)로서 지칭되는, 다수의 전력 배전반 또는 PDU(112.1 내지 112.n)를 포함한다. 각각의 PDU(112)는 임의의 수의 콘센트(108.n)를 포함한다. 소정의 PDU(112)는 또한 전력선(114)을 통해 임의의 수의 하류측 배전반 또는 PDU(116)로 전력을 제공할 수 있다. 각각의 콘센트(108.n)는, 종단 콘센트(terminating outlet)이거나 다른 하류측 배전반 또는 PDU(116)에 대한 전기 연결부이던지, 미합중국 특허 제7,672,104호 또는 제7,630,186호에 개시된 바와 같이 가상 회로 차단기("VCB")에 의해 과전류로부터 보호될 수 있다. 각각의 VCB는 자신의 연관된 콘센트(108), 또는 하류측 배전반(116)에 적합한 전류 제한을 위해 개별적으로 그리고 독립적으로 구성될 수 있으며, 여기서 다양한 콘센트 전류의 합은 상류측 회로 차단기(110)의 전류값 제한에 의해서만 제한되며, 이에 의해 보호의 분리를 제공한다.

기술된 바와 같이, 상류측 회로 차단기(110)는 모든 하류측 부하에 대해 단락 보호를 제공한다. 회로 차단기(110)는 또한 전선(106)을 통한 실제 전류값의 합이 회로 차단기(110)의 보호 사양을 초과하면 전체적인 전류 보호를 제공한다. 부하별로 과전류에 대한 보호는 각각의 PDU(112) 내에 구현된 개별적인 VCB에 의해 제공될 수 있다. 소정의 PDU(112)는 단락 보호를 제공하기 위해 선택적 직렬 연결된 회로 차단기(118)와 과전류 보호를 제공하기 위해 각각의 콘센트(108)에서 VCB를 또한 포함할 수 있다.

회로 차단기는 물리적으로 크다. 회로 차단기는 일반적으로 전력 배전반(102) 내에 물리적으로 꼭 맞지만 PDU(112)가 전력 배전반(102)보다 물리적으로 작다는 점에서 PDU(112)에서 바람직하지 않다. 따라서 VCB를 이용하는 것은 각각의 콘센트를 자신의 정격 전류에서 보호하는 유연성을 제공하며, 보다 높은 하류측 전류를 가능하게 하며, 이에 의해 몇몇 전력 배전반(102)을 보다 작거나, 덜 비싼 전력 분배 유닛(112) 또는 작은 배전반으로 교체함으로써 전체 전기 시스템 비용을 보다 낮출 수 있다.

개시된 실시예의 선행하는 설명은 당업자가 본 발명을 만들거나 이용할 수 있도록 하기 위해 제공된다. 이들 실시예에 대한 다양한 변경이 당업자에게 쉽게 자명할 것이며, 본 명세서에 정의된 일반적인 원리는 본 발명의 사상 또는 범위를 벗어나지 않고 다른 실시예에 적용될 수 있다. 따라서, 본 발명은 본 명세서에 도시된 실시예로 제한되지 않고 이어지는 청구항과 본 명세서에 개시된 원리와 신규한 특징과 일치하는 가장 넓은 범위에 부합하도록 의도된다.

Claims

과전류 장치와 직렬로 전기적으로 연결된 단락 보호 장치를 포함하는 회로 보호 시스템.
제1항에 있어서,
상기 단락 보호 장치는 회로 차단기인 회로 보호 시스템.
제1항에 있어서,
상기 단락 보호 장치는 퓨즈인 회로 보호 시스템.
제1항에 있어서,
상기 과전류 장치는 가상 회로 차단기인 회로 보호 시스템.