KR101782169B1 - 자동 부하 전환 스위치 및 그의 제어방법 - Google Patents

자동 부하 전환 스위치 및 그의 제어방법 Download PDF

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Abstract

자동 부하 전환 스위치 및 그의 제어방법이 개시된다. 본 발명에 따른 자동 부하 전환 스위치는 서로 다른 선로를 통해 주전원 및 예비전원을 공급하는 전원공급부, 주전원 및 예비전원을 상호전환하기 위한 메인 스프링을 차지(charge)하기 위한 모터, 모터에 전원을 공급하는 배터리, 상기 모터의 차지 상태 신호를 감지하는 상태입력 단자, 상기 모터의 차지 상태 신호를 출력하는 상태출력 단자 및 상기 상태입력 단자로부터 상태 신호를 수신한 후, 모터의 차지가 완료되지 않았다고 판단되는 경우 해당 신호를 상기 상태출력 단자로 출력하는 제어부를 포함한다. 이와 같은 구성을 가진 자동 부하 전환 스위치에 의하면 모터를 차지할 때 배터리의 전원이 저전압일 경우에도 과부하로 인한 모터의 손상을 방지할 수 있는 기술적 효과를 도모하게 된다.

Description

자동 부하 전환 스위치 및 그의 제어방법 {AUTOMATIC LOAD TRANSFER SWITCH AND CONTROL METHOD THEREOF}
본 발명은 자동 부하 전환 스위치 및 그의 제어방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 모터의 차지(charge) 여부를 감시하여 모터의 소손을 방지할 수 있는 자동 부하 전환 스위치 및 그의 제어방법에 관한 것이다.
자동 부하 전환 스위치(Automatic Load Transfer Switch, ALTS)는 제1 전원 및 제2 전원을 동시에 수전하여 제1 전원이 사고 등의 원인으로 정전 혹은 결상이 발생한 경우에, 제2 전원으로 절체하여 정상적으로 전원을 공급할 수 있도록 하는 장치이다.
일반 개폐기는 평상시의 부하전류 개폐 및 과부하전류 차단에 사용하는 것으로 단락전류와 같은 대전류는 차단이 불가능하다. 따라서 이중전원을 확보하여 주전원(제1 전원) 정전시 또는 전압이 기준치 이하로 떨어질 경우 예비전원(제2 전원)으로 자동 전환하여 수용가가 항상 일정한 전원공급을 받을 수 있도록 하여야 하는데 이러한 장치가 자동 부하 전환 스위치이다. 특히 상수도 분야에서의 정전사고는 수돗물 중단과 같은 사고로 직접 연결되기 때문에 반드시 자동 부하 전환 스위치를 사용하여 비상시의 예비 전원을 반드시 확보해 둘 필요가 있다. 조작은 자동 또는 수동전환이 가능하여 배전반내에서 원방조작도 가능하며 3상 일괄조작방식으로 옥내외 설치가능하다.
자동 부하 전환 스위치는 두 개의 고압 진공 차단기(Vacuum Circuit Breaker, VCB)를 이용하여 온(on)/오프(off)를 제어한다. 이때 고압 진공 차단기의 온/오프를 위해서는 메인 스프링(main spring)의 차지(charge)가 불가피하다.
도 1은 종래의 자동 부하 전환 스위치의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이 모터에는 P,N 측으로 배터리에서 전원이 직접 제공된다. 따라서 온 차지(on charge) 방식인 자동 부하 전환 스위치는 투입이 이루어지면, 다음 동작을 위해 배터리(20) 전원을 이용한 모터 차징(motor charging)이 이루어진다. 이때 배터리(20)의 전원이 저전압일 경우 과부하로 인해 모터(40)에 손상을 입히거나 화재를 발생할 우려가 있다.
구체적으로 설명하면, 자동 부하 전환 스위치는 전원의 정전이나 결상이 일어나면 최대한 빠른 시간 내에 절체를 하여 수용가에게 안정적인 전원을 공급하는 것이 최대 목적이다. 따라서 가장 빠르게 절체 동작을 한다면 ALTS 본체(30) 및 컨트롤러(10)를 포함해 167ms 이내이어야 한다.
그렇기 때문에 정전이나 결상의 이상을 감지한 후 전환 동작 전에 자동 부하 전환 스위치의 컨트롤러(10)에서 배터리(20)에 공급하는 전압을 끊고 배터리(20)에 일정 부하를 연결하여 저전압을 체크하는 것은 시간적으로 불가능하다.
이렇게 되면 배터리(20)의 전원을 이용하는 모터(40)를 차지(charge)하는 경우 배터리(20)의 전원이 저전압이면 과부하로 인해 연결된 모터(40)에 손상을 입히거나 화재를 발생할 문제점이 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 모터를 차지할 때 배터리의 전원이 저전압일 경우에도 과부하로 인한 모터의 손상을 방지할 수 있는 자동 부하 전환 스위치 및 그의 제어방법을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일실시예에 따른 자동 부하 전환 스위치는, 주전원 및 예비전원을 상호 전환하는 자동 부하 전환 스위치에 있어서, 서로 다른 선로를 통해 상기 주전원 및 예비전원을 공급하는 전원공급부; 상기 주전원 및 예비전원을 상호전환하기 위한 메인 스프링을 차지(charge)하기 위한 모터; 상기 모터에 전원을 공급하는 배터리; 상기 모터의 차지 상태 신호를 감지하는 상태입력 단자; 및 상기 모터의 차지 상태 신호를 출력하는 상태출력 단자; 및 상기 상태입력 단자로부터 상태 신호를 수신한 후, 모터의 차지가 완료되지 않았다고 판단되는 경우 해당 신호를 상기 상태출력 단자로 출력하는 제어부를 포함한다.
그리고 상기 상태입력 단자로부터 출력된 상기 모터의 차지 상태 신호에 기초하여, 상기 모터의 차지가 완료되지 않으면 사용자에게 그 사실을 표시하는 표시부;를 더 포함할 수 있다.
또한 상기 배터리는 상기 모터에 DC 24V의 전압을 공급할 수 있다.
그리고 상기 전원공급부는 22.9kV의 전원을 상기 서로 다른 선로를 통해 공급할 수 있다.
또한 상기 상태입력 단자는, 상기 주전원에서 예비전원으로 전환된 이후에 상기 모터의 차지 상태 신호를 감지할 수 있다.
한편 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 자동 부하 전환 스위치의 제어방법은 주전원 및 예비전원을 상호 전환하는 자동 부하 전환 스위치의 제어방법에 있어서, 주전원 및 예비전원을 상호전환하기 위한 메인 스프링의 차지(charge) 여부를 감지하는 단계; 및 상기 메인 스프링의 차지가 완료되지 않은 것으로 감지된 경우에는 상기 메인 스프링의 차지가 미완료 상태임을 사용자에게 표시하는 단계;를 포함한다.
그리고 상기 감지하는 단계 이전에, 전원공급원을 상기 주전원에서 상기 예비전원으로 전환하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
또한 상기 감지하는 단계 이후, 상기 메인 스프링의 차지가 완료된 것으로 감지된 경우에는 상기 표시하는 단계를 수행하지 않고, 정상 동작을 계속 수행하는 단계;를 포함할 수 있다.
그리고 상기 메인 스프링은 배터리로부터 DC 24V의 전압을 공급받아 차지되며, 상기 주전원 및 예비전원은 22.9kV 크기의 전압인 것이 바람직하다.
상기 구성에 따른 본 발명의 자동 부하 전환 스위치 및 그의 제어방법에 의하면 모터를 차지할 때 배터리의 전원이 저전압일 경우에도 과부하로 인한 모터의 손상을 방지할 수 있는 기술적 효과를 도모하게 된다.
종래의 자동 부하 전환 스위치의 동작을 설명하기 위한 도면,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 자동 부하 전환 스위치의 동작을 전반적으로 설명하기 위한 도면,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 자동 부하 전환 스위치(100)의 구성을 나타내는 블록도, 그리고,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 자동 부하 전환 스위치의 제어방법의 흐름을 나타내는 흐름도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 이하에서는 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명을 더욱 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 자동 부하 전환 스위치의 동작을 전반적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이 자동 부하 전환 스위치(Automatic Load Transfer Switch, ALTS)(100)는 주전원(1) 및 예비전원(2)을 동시에 수전하여 제1 전원이 사고 등의 원인으로 정전 혹은 결상이 발생한 경우에, 제2 전원으로 절체하여 정상적으로 전원을 공급할 수 있도록 하는 장치이다.
주전원(1) 및 예비전원(2)은 서로 다른 선로를 통해 공급되며, 예를 들어 22.9kV 크기의 전압으로 R/S/T의 3상 교류 전압일 수 있다. 또한 도 2에서는 도시하지 않았지만 주전원(1) 및 예비전원(2)은 전원의 상호 절체를 위하여 이들의 온/오프를 제어할 수 있도록 개폐기가 구비된다.
한편 자동 부하 전환 스위치(100)는 시스템에 구비된 메인 스프링(main spring)을 차지시키기 위해서 DC 24V의 모터를 사용한다.
기존 발명에서는 상기 모터의 차지 상태를 감시하는 구성이 존재하지 않았기 때문에 차지가 완료되면 출력되는 접점을 이용해 컨트롤러에서 모터의 차지 상태를 감시하였다. 온 차지(on charge) 방식으로 최초의 전환 동작은 어떤 상황에서도 가능하지만, 동작 후에 모터를 차지하는 중에 배터리의 저전압으로 차지를 완료시키지 못하면 DC 모터의 특성상 +,- 단자가 쇼트(short)된다. 따라서 이 상태에서는 컨트롤러에서 배터리의 충전을 할 수 없다. 또한 배터리는 방전되기 시작한다. 이때 정전 및 결상으로 전환동작을 다시 시작하면 배터리의 전압이 급격히 떨어진 상태에서 모터의 차지가 진행되기 때문에 모터의 소손이 발생한다.
반면 본 발명에서는 모터의 차지 상태를 감시하기 위한 상태입력 단자와 그 감시 결과를 출력하기 위한 상태출력 단자를 포함한다. 이 단자를 통해서 모터의 차지 상태를 감시하며, 수동운전이 아닌 정상적인 사용상태인 자동 운전을 하고 있을 때 정전 및 결상으로 전환 동작을 수행한 이후 모터의 차지가 완료되지 않으면 그 상태를 출력하여 사용자에게 알린다.
이에 따라 사용자는 과부하로 인한 모터의 손상을 방지할 수 있게 된다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 자동 부하 전환 스위치(100)의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 3에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 자동 부하 전환 스위치(100)는 전원공급부(110), 제어부(120), 디지털 입력부(130), 상태입력 단자(140), 제1 출력부(150), 제2 출력부(160), 상태출력 단자(170) 및 표시부(180)를 포함한다.
전원공급부(110)는 서로 다른 선로를 통하여 22.9kV의 전압을 공급하는 기능을 갖는다. 그리고 공급되는 전압은 R/S/T의 3상 교류 전압일 수 있다.
제어부(120)는 후술할 디지털 입력부(130)로부터 전달받은 신호에 기초하여 주전원 혹은 예비전원을 부하에 공급하는 기능을 갖는다. 예를 들어 처음에 제어부(120)는 전원공급부(110)로부터 제1 선로를 통해 공급받은 주전원을 제1 출력부(150)를 통해 부하로 제공한다. 이후 후술할 디지털 입력부(130)로부터 전달받은 신호가 결상 혹은 정전을 나타내는 경우 전원공급부(110)로부터 공급받던 주전원을 예비전원으로 전환한다. 즉 제2 선로를 통해 공급되는 예비전원은 제2 출력부(160)를 통해 부하로 공급되어, 정전 혹은 결상에도 불구하고 정상적으로 전원이 공급될 수 있다.
디지털 입력부(130)는 전원공급부(110)로부터 공급되는 주전원이나 예비전원이 이동하는 선로에 설치되어 전류량을 검출한다. 이렇게 검출된 전류량은 결상 혹은 정전을 판단하기 위한 기초가 된다. 또한 디지털 입력부(130)는 검출된 전류량을 기초로 결상 혹은 정전 여부를 판단하고, 판단 결과를 제어부(120)로 전달한다. 제어부(120)는 상술한 바와 같이 이를 기초로 주전원에서 예비전원으로 전원 공급 선로를 변경한다.
상태입력 단자(140)는 모터의 차지 여부를 검지하는 기능을 갖는다. 상태입력 단자(140)는 검지 결과를 제어부(120)로 전달한다. 제어부(120)는 전달받은 신호를 기초로, 모터의 차지가 완료된 경우에는 정상적으로 시스템을 제어하며, 모터의 차지가 완료되지 않은 경우에는 차지가 미완료되었다는 신호를 상태출력 단자(170)를 통해 표시부(180)로 전달한다.
표시부(180)는 상태출력 단자(170)로부터 모터의 차지 미완료 신호를 수신하게 되면 이를 표시하는 기능을 가진다. 표시부(180)는 LED(Light emitting diode), LCD(Liquid crystal display), 램프(lamp) 등의 디스플레이 유닛으로 구성될 수 있고, 차지 미완료 표시는 LCD 상에 'error' 등의 문자를 표시하거나, 기설정된 숫자 '1'을 표시하는 등으로 사용자에게 차지 미완료 상태임을 알릴 수 있다. 또한 정상 상태인 경우에는 파란색 LED를 점등하고, 차지 미완료 상태인 경우에는 빨간색 LED를 점등함으로써 사용자로 하여금 차지 미완료 상태임을 직관적으로 인식할 수 있게 한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 자동 부하 전환 스위치의 제어방법의 흐름을 나타내는 흐름도이다.
먼저 메인 스프링의 차지(charge) 여부를 감지한다(S200). 여기서 메인스프링의 차지는 모터를 이용하여 수행된다.
만약 메인 스프링의 차지가 완료된 경우에는(S210-Yes) 정상동작을 수행한다(S220). 반면 메인 스프링의 차지가 완료되지 않은 경우에는(S210-No) 차지가 미완료되었다는 메세지를 표시하고(S230), 메인 스프링의 차지 여부를 계속적으로 감지한다(S200).
이와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 자동 부하 전환 스위치의 제어방법은 메인 스프링의 차지 여부를 감지하여, 이를 사용자에게 표시함으로서 전환 동작이 일어난 후에 모터를 차지하는 중에 일어날 수 있는 모터의 소손을 미연에 방지할 수 있게 한다. 즉 차지 상태를 감지하여 정상적인 사용상태인 자동운전을 하고 있을 때 정전 및 결상으로 전환 동작을 수행 후 모터 차지의 완료 접점이 입력되지 않으면 '에러(error)' 표시를 출력하여 아직 모터가 차지되지 않았음을 사용자가 직관적으로 알 수 있게 한다.
상기한 바에서, 다양한 실시예에서 설명한 각 구성요소 및/또는 기능은 서로 복합적으로 결합하여 구현될 수 있으며, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100.............................................자동 부하 전환 스위치
110.............................................전원공급부
120.............................................제어부
130.............................................디지털 입력부
140.............................................상태입력 단자
150.............................................제1 출력부
160.............................................제2 출력부
170.............................................상태출력 단자
180.............................................표시부

Claims (6)

  1. 다음 동작을 위해 배터리 전원을 이용한 모터 차징이 이루어지는 온 차지 방식의 자동 부하 전환 스위치에 있어서,
    상기 자동 부하 전환 스위치는,
    서로 다른 선로를 통해 공급되는 주 전원 및 예비전원을 공급하는 전원공급부;
    상기 주전원 및 예비전원을 상호 전환하기 위한 메인 스프링을 차지하기 위한 모터;
    상기 모터에 전원을 공급하는 배터리;
    상기 메인 스프링의 차지 여부를 감지하기 위한 상태입력 단자;
    상기 메인 스프링의 차지가 완료되지 않은 경우 미완료상태임을 출력하는 상태출력단자;
    상기 상태입력 단자로부터 상태 신호를 수신한 후, 메인 스프링의 차지가 완료되지 않았다고 판단되는 경우 미완료상태임을 상기 상태출력 단자로 출력되도록 제어하는 제어부; 및
    상기 상태출력단자로부터 메인 스프링의 차지가 미완료상태임을 나타내는 신호가 출력되었을 때, 이를 표시하는 표시부를 포함하는 자동 부하 전환 스위치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 자동 부하 전환 스위치는,
    상기 전원공급부로부터 공급되는 주전원이나 예비전원이 이동하는 선로에 설치되어서 전류량을 검출하는 디지털 입력부;
    상기 디지털 입력부의 검출값에 기초하여 상기 제어부는 상기 전원공급부로부터 제 1 선로를 통해 공급받은 주전원을 제 1 출력부를 통해서 부하로 제공하거나, 상기 전원공급부로부터 제 2 선로를 통해 공급받은 예비전원을 제 2 출력부를 통해서 부하로 공급되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 자동 부하 전환 스위치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 상태입력 단자는,
    상기 주전원에서 예비전원으로 전환된 이후에 상기 메인 스프링의 차지 상태 신호를 감지하는 것을 특징으로 하는 자동 부하 전환 스위치.
  4. 다음 동작을 위해 배터리 전원을 이용한 모터 차징이 이루어지는 온 차지 방식의 자동 부하 전환 스위치의 제어방법에 있어서,
    상기 자동 부하 전환 스위치의 제어방법은,
    상태입력 단자에서 서로 다른 선로를 통해 공급되는 주 전원과 예비전원을 상호 전환하기 위한 메인 스프링의 차지 완료 상태를 감지하는 단계;
    상기 메인 스프링의 차지가 완료되지 않은 경우 상태출력 단자에서 메인 스프링 차지 미완료상태임을 출력하는 단계; 및
    상기 상태출력 단자로부터 메인 스프링의 차지가 미완료상태임을 나타내는 신호가 출력되었을 때, 이를 표시하는 단계를 포함하는 자동 부하 전환 스위치의 제어방법.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 감지하는 단계 이전에,
    전원공급원을 상기 주전원에서 상기 예비전원으로 전환하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자동 부하 전환 스위치의 제어방법.
  6. 제 4항에 있어서,
    상기 감지하는 단계 이후,
    상기 메인 스프링의 차지가 완료된 것으로 감지된 경우에는 상기 표시하는 단계를 수행하지 않고, 정상 동작을 계속 수행하는 단계;를 포함하는 자동 부하 전환 스위치의 제어방법.
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