모터 구동형 고차단 ATS

개요 및 필요성 최근 통신기지국, 전산실, 병원 등 안정적인 전원 공급이 필수적인 산업현장에서는 상용 전원과 예비전원 간의 전원공급 상태에 따라 두 전력 공급원의 선택개폐를 가능하게 해주는 비상 전원 절체기(Automatic Transfer Switch, ATS)와, 인입 측 양 전원의 부족전압 및 부하 측의 단락, 과전류 및 지락 등을 검출, 차단함으로써 전력계통 및 부하기기를 보호하는 전력 차단기(Circuit Breaker)를 사용하여, 전원 공급의 신뢰성을 확보하고자 노력하고 있다.

만일, 이 두 개의 장치를 하나의 장치로 구현하여 이 장치들의 장점만을 취한다면, 설치공간과 비용을 획기적으로 절약하고, 사용상의 편리성을 도모하며, 효과적인 관리가 가능할 것이다. 비상전원 절체개폐기(Automatic Transfer Breaker, ATB)는 이러한 기존의 비상전원 절환 장치(Automatic Transfer Switch, ATS)와 기중차단기(Air Circuit Breaker, ACB)의 기능을 통합 구현한 장치로서, 이 외에도 배전반의 점검 및 유지보수 등을 위해 상용전원과 예비전원을 모두 차단할 수 있는 중립기능과 Bypass 기능을 추가하여 개발되었다.

개발기술의 내용 ATB는 고속으로 작동하는 장치로서, 절대적인 작동의 신뢰성과 내구성이 요구되며, 이러한 요구로 인해 기존의 ACB에서 사용되고 있는 작동의 신뢰성이 검증된, Cam & 5 bar linkage mechanism을 사용하였다. 또한, ATB는 두 개의 전원을 선택 개폐하여야 하므로, 상하가 반전된 Cam & 5 bar linkage system이 좌우 대칭형으로 장착되어 있고, 중립기능, Bypass 기능 등을 위한 상호 조작부, 상태 표시부, 스프링 충전부 등의 부가적인 장치들이 있다. 아래의 그림은 ATB의 전체 구조이다. 1) 수동조작 방식 전면 패널의 손잡이를 이용하여 투입 스프링을 충전한 후, 수동으로 투입버튼을 누르면 투입되며, 투입상태에서 트립 버튼을 누르면 개방된다. 2) 전동조작 방식 모터에 의해서 자동으로 투입스프링을 충전하여 조작이 가능하다.

제품의 특징 - 마이크로 프로세서를 이용한 별도의 컨트롤러 - 소형 Motor를 이용한 스프링 충전 효율 증대 - 양 전원 모두 개방 가능한 중립형 Position 상태 가능 - CTTS(Closed Transition Transfer Switch) 기능을 이용한 무정전 절체 - 인출 형 구조를 이용하여 Bypass 기능을 지원 - 2개의 ACB(Air Circuit Breaker) 기능으로 활용 - 소형 경량화에 의한 배전반 설치 공간 감소(3단 적재 가능) - Arc 소호 능력 향상으로 접점 손상 최소화 - 디지털 OCR 기능 내장 - 제어 전원으로 AC/DC 겸용 - 상위 모니터링 및 감시를 위한 RS485 통신(Modbus Protocol 지원) 제품의 구성 및 기능 ATB는 크게 본체, ATB Controller, 과전류계전기 세 부분으로 나뉘며, 각 부분의 기능은 다음과 같다. 1. 본체 1) 상하가 반전된 Cam & 5 bar linkage system이 좌우 대칭형으로 중앙에 장착되어 있으며, 양전원의 동시투입을 방지하기 위해서, 기계적인 인터록 바가 연결되어 있다. 또한, 전면 패널을 이용하여, 기계적인 조작과 상태 표시를 가능하게 하였다. 2) 인출형 구조 본체와 Draw-out Frame으로 구성되어 있고, 본체만 인출하는 것이 가능하다. 인출 형은 Connected/Test/Isolated/Draw out Position이 있다.

2. ATB Controller 1) 자동 절환 기능(Automatic Transfers) 상용전원의 전압이 설정 값(70~80% 가변) 이하로 떨어지면, 이를 감지하여 설정지연시간 후에 콘트롤러에서 비상 발전기가 기동 접점을 출력하며, 발전기가 설정된 전압과 주파수에 이르면, 상용전원 측 차단기가 개방되고, 비상전원 측 차단기가 닫힌다. 2) 자동 재투입 기능(Automatic Retransfers) 상용전원의 전압이 정격의 설정 값 이상으로 회복되면, 설정지연시간 경과 후에 제어기는 발전기 측 차단기를 개방시키고, 상용전원 측 차단기를 투입한다.

3) 무 정전 절체 기능(Closed Transition Transfer Switch, CTTS) 상용전원과 비상전원 간 전원의 절체 시에, 양전원간의 전압 및 주파수를 검출, 동기(Synchronizing) 조건을 확인하여, 양 전원을 동시 투입한 후 절체방향으로 0.1초(100ms)이내에 무 정전 상태로 절체 시키는 기능이다. 무 정전 절체를 위한 동기조건은 위상차-10도 이내, 주파수차-0.2Hz이내, 전압-5%이내, 동일한 상순이며, 이 기능은 한전의 예고정전이나, 한전 복전 후 재투입 시, 또는 유지 보수 시에 사용할 수 있다. 4) 통신기능 ATB는 범용적인 MODBUS 프로토콜을 내장한 RS-485 통신을 지원하며, 이를 통해, 상위 모니터링 및 제어가 가능하다. 3. 과전류 계전기(OCR)

ATB는 ATS 기능 이외에도 차단기 기능의 구현을 위해서, DSP(Digital Signal Processor)를 사용하여, 상용전원과 예비전원의 전압 및 부하 전류를 검출하고, 과전류계전기(OCR), 지락 과전류 계전기(OCGR), 부족전압 계전기(UVT) 기능을 지원하며, Modbus RS485 통신기능을 갖추고 있다.

전기적 특성

적용 사례 ATB는 기존의 ATS 용도로의 활용이외에도 Bus-tie용 ACB의 대체용도로 활용이 가능하며, 이 경우, ACB보다 적은 수량으로 구성할 수 있으므로, 가격적/공간적 측면에서 매우 효과적이다. 또한, 기존 ACB를 이용한 Bus-tie를 구현하는 경우, 전기적인 인터록은 가능하지만, 기계적인 인터록은 어려운 경우가 있지만, ATB를 적용하는 경우에는 이 문제를 해결할 수 있다.

맺음말

ATB는 ATS의 문제점을 보완, 고속으로 절체가 가능하며, 과전류나 지락전류 검출 등 각종 사고전류 발생 시에도 전력 계통을 보호할 수 있다. 주 수요처는 방송국 ·병원·통신사·데이터센터 등으로, 수입에 의존하던 기존 제품과 비교할 때 품질은 더 우수하고, 가격은 절반 이하로 낮췄다. 또한, ACB의 전 기능과 성능을 구현함으로써, 2대의 ACB를 1대의 ATB로 일체화함으로써, 다수 개의 ACB가 적용되던 Bus-tie 부분에 널리 활용될 것으로 예상된다.