BATTERY CHARGER (충전기)

BATTERY CHARGER (충전기)

 

 

1. BATTERY CHARGER의 용도

 

외부로부터 교류 전원을 공급 받아 이를 SCR 위상 제어에 의해 3상 브릿지를 통하여 안정된 직류 전원으로 변환하여 축전지를 충전시키며, 동시에 부하전압 보상장치(SID : SILICON DROPPER)에 의하여 안정화시킨 전류를 부하장치에 공급한다. 외부에서 공급되는 교류 전원이 부득이한 사정에 의하여 정전 또는 차단되면 축전지에 충전된 전원이 부하측에 양질의 직류 전원을 공급한다.

 

 

2. BATTERY CHARGER의 동작 원리

 

1) 상용 또는 발전기 등으로부터의 입력 전압은 입력 MCCB를 거쳐 변압기에 공급된다. 변압기 2차측 출력에는 3상 전파 정류회로(또는 혼합 브릿지)가 연결되며 교류 전압을 직류 전압으로 변환시킨다.

 

2) 정류부에 의하여 정류된 직류 전압은 맥동 전압을 많이 함유하고 있으므로 이를 L-C 필터에 의하여 맥동 전압이 함유된 안정된 직류전압으 로 변환된다.  

 

3) 출력 전압 제어는 제어회로 기판과 점화회로 기판에 의하여 행하여지며 동작 원리는 출력단의 전압을 검출하여 이를 비교 기준전압과 비교하고 그 오차 전압을 검출하여 이 전압을 증폭한 후 SCR에 적당한 TRIGGER 펄스를 공급(출력 전압이 설정 전압보다 높을때는 TRIGGER를 늦게 시켜주고 설정 전압보다 낮을때는 TRIGGER를 빨리 시켜줌)하여 출력 전압을 제어하며, 따라서 임의의 설정 전압을 정확하게 유지하게 된다.

 

 

3. SYSTEM 구성

1) 적용범위  

도시 철도 1호선 밧데리 충전기에 대하여 규정한다.

2) 적용규격

- NEMA PE5

- IEC-146

- JIS

- NEC

- 제작사의 표준사양

 

3) 환경조건  

① 주 위 온 도 : 운전시 : 0℃ ～ +40℃ (최적온도 20℃±5℃).  저장시 : -20℃ ～ +60℃

② 상 대 습 도 : 0 ～ 95%

③ 표 고 : 해발 1,000M 이하

④ 사 용 장 소 : 옥 내

4) 동작개요  

① 정상상태

상용전원을 받는 충전기는 교류를 직류로 변환시켜 DC부하에,안정된 전력을 공급하며 동시에 축전지를 충전시킨다.

② 정전시

상용전원이 차단되면 평상시 충전장치에 위해 충전되었던 축전지에서 무순단으로 부하에 직류전력이 공급되어 무정전으로 방전시간 동안 계속 유지되도록 한다.

③ 정상복귀

차단되었던 전력이 다시 순변환부에 공급되면 축전지의 방전이,자동으로 멈추고 상용전원은 충전기를 거쳐 부하에 전력을 공급하며 축전지를 자동 및 수동으로 규정전압까지 재 충전 시킨다.

④ 수동운전

충전장치의 자동운전이 정지되었거나 수동으로 운전하고자할때 ,자동/수동 선택 스위치를 수동 위치로 절체시킨 후 수동에 의한 부동/균등충전이 가능하도록 한다.

 

5) 구성 및 기능  

① 주 변압기

본 변압기는 정류부의 입력전원 용량의 적합토록 하며 입력과 출력을 분리시키는 “H"종 T.R로 제작되며 Panel 내부에 설치되어 전기적, 기계적으로 충분한 강도를 유지하도록 한다.

② 반도체 정류부

정류부는 반도체 소자를 이용한 SCR 전파 정류방식을 채용하고,교류를 직류로 변환시키는 기능을 갖는다. 또한 정류부의 반도체를 보호하기 위하여 속단 Fuse를 부착한다.

③ 출력 Filter부

본 부분은 Reactor와 Condenser로 구성되어 반도체 정류부로부터의 맥동 전압을 평활 시키는 기능을 구비한다.

④ 제어 회로부

본 부분은 제어기능부와 상태표시 경보부로,구성되며.이부분의 인쇄회로 기판은 1.6mm 에폭시 기판을 사용한다.

⑤ 제어 및 표시판

장비의 원활한 운영을 위하여 장비 전면에 본 장치의 기능을 표시하는 단선도를 색인 하고 다음과 같은 계기류, 제어장치 및 조작장치,상태 표시 및 경보장치를 구비한다.

⑥ 계기류

계기류는 1.5급 광각형을 사용하며 다음과 같이 구비한다.

- 교류 입력 전압계

- 직류 출력 전압계

- 직류 출력 전류계

- 축전지 전류계 (Center Zero)

⑦ 제어장치 및 조작장치

- 교류입력 차단기 (CB1)

- 직류출력 차단기 (CB2)

- 축전지 차단기 (CB3)

- Buzzer Stop Button S/W

- Reset Button S/W

- Lamp Test

- Auto / Manual 선택스위치

- Charger on,OFF 스위치

- Equalize Charging Timer (0～24시간)

- Equalize Voltage ADJ.

- Float Voltage ADJ.

- 출력전압 선택 Button S/W.(Float / Equalizing)

⑧ 상태표시(LED)

- AC Input

- Rectifier on / OFF

- Float / Equalizing

- Auto / Manual

⑨ 경보표시

- DC Over Volt

- DC Under Volt

- Ground Positive

- Ground Negative

- Over Temp.

- Fuse Fail

- Input Fail

- Charging Fail

- FAN Fail

⑩ Silicon Dropper 부

Battery 충전시 출력 부하장비에 허용할 수 있는 전압을 공급할 수 있도록 SID 장치를 내장한다.

 

6) 재 료  

① 본 장비에 사용되는 전기용품 재료는 품질이 양호하고 절연도가 높은 것을 사용하며 먼지 방지용 커버(Dust Filter)를 전면 판넬에 부착한다.

② Cubicle의 골조는 3.2mm 이상의 철판 또는 " ㄱ "형강으로,구성되며 보강대와 Panel 및 Bracket류는 2.3mm 이상의 철판을 사용한다.

③ 주요전원의 단자는 소요 용량에 충분히 견딜 수 있고 도전율 양호한 동대를 사용 하며 각종 전력용 변압기류의 절연재료는 AIW 사용한 고효율의 " H "종으로 한다.

④ 본품의 배선은 내열성 600V용 비닐전선을 사용하고 모든 주회 배선의 단말부 는 Terminal로 견고히 부착하도록 한다. 또한 회로와,회로간에 연결되는 부분은 Marking Band를 이용하여 회로의 식별 및 분리가 용이하도록 구성한다.

 

7) 구 조  

① 본 장치는 실내 거치형 (수직 자립형)으로 내부회로 점검 및 보수가 용이하고 방열 통풍이 잘 되도록 제작한다.

② 본 장치에는 과전류로부터 반도체를 보호할 수 있는 휴즈를 교체하기 쉽게 설치하며 휴즈 융단시에는 경보 및 상태표시등으로 전면에서 판독할 수 있도록 한다.

③ 계기, 조작 스위치 및 주조정 장치는 기기 전면에 취부하여 조작 및 운영이용이 하도록 한다.

④ 기기 전,후면의 Door에는 Handle을 부착하고 Master Key로서 Lock 할 수 있도록 한다.

⑤ 장치 내부에는 접지단자 (Ground Bus)를 설치한다.

⑥ 본 장치의 인쇄회로 기판은 1.6mm 이상의 에폭시 기판을 사용하여 프러그-인(Plug-In)형으로 제작, 별도 준비된 다른 것으로 쉽게 교체할 수 있도록 하며,콤포넌트, 시험단자 및 터미널 등은 어떤 인접 모듈이나 어셈블리들을 이동시키지 않고 회로를 점검, 조정하며 유지보수 할 수 있는 위치에 설치한다.

⑦ 모든 제어용 계전기류는 먼지 등에 의한 접촉불량을 방지하기 위해 먼지방지용 커버를 구비한다.

⑧ 본 장치는 강제 풍냉식으로 제작하며 고장시 경보 및 상태표시등으로 판독할 수 있도록 한다.

⑨ 외부 잡음에 영향을 받는 주제어 소자 제어 전원선은 잡음의 영향을 받지 않도록 Twist 배선으로 한다.

⑩ 본체 외함의 내,외면은 부식 방지 처리하고 내식, 내구성이 있는 페인트로 하며, 미려하게 정전분체 도장을 한다.

⑪ 본 장치는 Door Open시 내부의 식별이 가능하도록 형광등을 취부하고 배선은 Duct로 마무리 한다.

⑫ 본 장치의 형광등 전원은 220VAC로 외부에서 공급하고 Terminal은 장비내부에 내장한다.

⑬ 본 장비의 Terminal에는 배선은 2개를 초과하지 않게 결선 한다.

 

9) 성능 및 특성 (Technical Data)

항 목		성 능 및 특 성
축 전 지	축 전 지 종 류	Nickel Cadmium (Alkali) Medium Rate (부동충전 : 1.4 ～1.45V) (균등충전 : 1.55～1.65V)
	축 전 지 용 량	1.2V 150AH
	종 지 전 압	1.08V/Cell
	축 전 지 수 량	92 Cells/Set
	설 치 방 법	철제 외함 내장
종 합     특 성	절 연 저 항	5메가 Ohm 이상 (DC500V,절연저항계) (제어회로 및 반도체회로는 제외)
	절 연 내 압	정격전압 x 2 + 1000V의 교류전압으로 1분간 인가시 이상이 없어야 한다. 단, 최저 내압은 1500V로 한다.
	온도상승(온도계법)	트랜스 및 리액터류 : 120DEG. 이하
		반도체 소자류 (정류부) : 55DEG.이하 (S.I.D부) : 80DEG.이하
		기 타 (스위치류) : 30DEG. 이하
도 장 색		Munsell No. : 5Y 7/1
배 선 인 입 구		하 부

10) 밧데리  

① 밧데리는 알카리 밀폐식 pocket식으로 한다.

② 밧데리의 각 부품은 재질이 우수하고 내부식성이 강하며 안정된 특성과 기계적으로 충분한 강도를 갖는다.

③ 밧데리는 외부에서 극판의 상태를 볼 수 있으며 전해액면의 위치를 표시하여 유지 보수에 편리하도록 한다.

④ 밧데리는 철제 큐비클에 내장시키며 점검 및 수리가 용이하도록 계단식으로 설치한다.

 

 

4. 점검,보수 및 충전방식

 

1) 점검 및 보수  

① 충전기의 내부 전압은 치명적이다. 특히, 충전기 운전이 정지된 후

BATTERY LINE을 차단했어도 약 10여초 동안에는 CAPACITOR 에 직류 전압이 걸려 있어서 매우 위험하므로 장비 내부에 손을 대지 말아야 한다.(직류 전압계로써 육안 확인 가능함) 따라서 입력 전원을 차단하고, 출력측의 BATTERY LINE도 차단한 후에 안전하게 20초 이상 대기하며 직류 전압계를 확인해야 한다. 치명적인 인명 피해를 방지하기 위해서는 장비 운전시 신중을 기해야 한다.

② 공구 및 장비

- 공구 SET

- MULTIMETER

- 마른 헝겊

- 세척제 (CLEANING COMPOUND)

- SPARE PART  

③ 점검 사항

- 입력 및 출력 CABLE 접속 상태 점검

- CABLE 및 CASE 훼손여부

- 훼손된 CASE의 재 도장

- 청소

- 출력 전압의 조정 상태 점검

(1) 주간 점검

No	점 검 내 용	점 검 절 차
1	접속상태 (TERMINAL)	케이블의 접속 상태는 케이블의 첫부분과 끝 부분을 회로 시험기로 도통 시험을 한다.
2	스위치 동작상태	입력 및 출력 차단기, OPERATE 스위치가 기계적 및 전기적으로 불량시는 교체
3	부분 도장	금속 표면에 녹이 슬었거나 훼손이 되었을 때 부드러운 샌드페이퍼를 사용하여 표면의 녹을 제거한 후 표면을 얇게 2회 도장하여 장비의 훼손을 방지한다.
4	볼트 및 너트 의 조임 상태	장비의 각종 볼트 및 너트가 헐거울 때는 다시 조이든가 교체한다.
5	CABLE	벗겨진 부분 또는 금이 갔거나 닳은 부분이 있는지 점검하여 파손이 심한 경우 교체
6	FUSE	용단 및 열로 인한 변화가 없는지 점검하여 파손이 되었을 경우 교환한다.
7	LAMP	정상적으로 동작되는지 LAMP TEST를 눌러 확인 후 파손된 것을 교체한다.
8	운전	운전 절차에 준하여 동작시켜 정상적으로 동작이 되는지 확인한다.

(2) 월간 점검

No	점 검 내 용	점 검 절 차
1	권선저항 (RESISTOR)	과열된 부분이 있나 점검한다. 파손된 것은 교환한다.
2	캐패시터 (CAPACITOR)	전해액이 새지 않나 점검한다. 파손된 것은 새 것으로 교환한다.
3	리액터 (REACTOR)	과열된 부분이나 손상된 부분이 있나 점검한다.
4	변류기 (CT, SHUNT)	과열된 부분이나 손상된 부분이 있나 점검한다.
5	변압기 (TRANSFORMER)	과열된 부분이나 손상된 부분이 있나 점검한다.
6	팬 (FAN)	굴곡이 되었거나 파손된 부분이 있는지 점검한다. 회전 상태를 점검하고 결함있는 팬을 교환한다.
7	각종 단자 (TERMINAL)	풀어진 부분을 조이고 상태를 점검 후 필요시 교환한다.

(3) 분기별 점검

① BATTERY CHARGER의 운전을 중지 시켜야 한다.

② 내부 부품 및 결합체를 점검하여 연결이 풀렸는가, 또는 이물질이 들어 있는지 확인한다.

③ 내부 부품의 과열 및 파손된 흔적이 있는지 확인한다.

④ 모든 결합체의 먼지를 털고 진공청소기로 청소를 한다.

⑤ 솔을 사용하여 플러그와 리셉터클의 먼지를 제거한다.

⑥ 결합체, 전면 문을 제 위치에 복귀시킨다.

⑦ 부드러운 천을 사용하여 외함의 외부 표면을 닦아준다.

⑧ BATTERY CHARGER의 운전 요령에 준하여 기동시킨다.

분기별 예방 점검표

No	점 검 내 용	점 검 절 차
1	부하단자 (TERMINAL)	접속 상태를 점검하고 상태를 점검 후 필요시 교체한다.
2	스위치 (SWITCH)	ON / OFF 스위치 동작을 점검하고 필요시 교환한다.
3	주 변압기 (TRANSFORMER)	과열된 부분이나 손상된 부분이 있나 점검한다.
4	변압기 (TRANSFORMER)	과열된 부분이나 손상된 부분이 있나 점검한다.
5	온도 감지기 (THERMOSTAT)	동작 상태를 확인하고 필요시 교체한다.
6	릴레이(RELAY)	동작 상태를 확인하고 필요시 교체한다.
7	회로 차단기 (CIRCUIT BREAKER)	ON / OFF스위치 동작 상태를 점검하고 필요시 교체한다.

부품 교환 주기

분 류	부품명	교 체 주 기
		3년	5년	10년	15년
스위칭소자	THYRISTOR				●
콘덴서	AC 콘덴서			● (8-10년)
	DC 콘덴서		● (5-8년)
FUSE	정류부 FUSE			●
	제어전원용 FUSE			●
FAN	냉각용 FAN	●
기타 부품	계전기 (RELAY)			●
	회로차단기 (MCCB)			●
	전자 접촉기 (MC)			●
축전지	MF형	● (3-4년)
	ES형		● (5-7년)
	VGS형				● (12-15년)

2) 충전방식  

① 부동 충전

부동 충전이라 함은 충전기로부터 축전지와 부하를 병렬로 접속하여 그 회로의 전압을 축전지의 전압보다 약간 높게 유지시켜사용하는 것을 말하며 부동충전 위치에서의 장비 운용은 축전지와 부하에 상대적으로 일정한 직류 출력 전압을 공급한다.

② 균등 충전

균등 충전 위치에서의 장비 운용은 축전지를 균등한 전압으로 충전하는데 사용된다. 균등충전은 축전지의 모든 전지(CELL)를 완전 충전하기 위하여 주기적으로 시행하여야 하며 또한 과방전되었을 경우와 축전지의 내부 고장이 있다고 판단될 때 시행하여야 한다.

 

 

5. 축전지 및 충전기 용량 계산서

 

1) 기지 변전소 축전지 및 충전기 용량 계산서  

가. 설계조건

① 축전지의 용량 : Ni-cd ALKALINE형

② 축전지의 공칭전압 : 1.2V / CELL

③ 축전지의 방전종지 전압 : 1.06V / CELL

④ 방전시간 : 30 분

⑤ 최저 축전지 온도 : 5 ℃

⑥ 계통전압 : D.C 110V

 

2) 부하용량

구 분	부 하 종 류	수 량	부하전류(A)	계	합 계	비 고
TRIP/ CHARGING	AC 24KV SWGR (GCB)	7	0.25	1.75	41.75
	AC 7.2KV SWGR (VCB)	8	5	40
CLOSING	AC 24KV SWGR (GCB)	7	0.25	8.75	5	최대1대 적용
	AC 7.2KV SWGR (VCB)	8	5	40

연속부하	AC 24KV SWGR	8	1	8	66.35
	AC 7.2KV SWGR	8	1	8
	DC 1500V SWGR	11	1	11
	정류기용 변압기	3	1	3
	정류기	3	3.5	10.5
	RTU	1	10	10
	AUX POWER SUPPLY	1	1	1
	DC 전등	27	0.55	14.85

3) 축전지 CELL 수량

                    계통전압                  110V

CELL = --------------------- = --------- = 92CELL

            축전지공칭전압                 1.2V 

        

 

4) 방전시간 도표

 

150.6A(I₁) 

              0     0.1    5    10         15         20          25         30    0.1

5) 축전지 용량계산서

       1

C = ---K1 / 1 + K2(I2 - I1) + K3(I3-I2) + ------ + Km(Im - In -1) AH 

       L        

C : 축전지 용량 (AH)

L : 보 수 율 (0.8)

K : 용량 환산시간 (K1 = 0.57, K2 = 1.15 K3 = 0.57)

I : 방전 전류 (I1 = 108.1A, I2 = 66.3A I3 = 71.35A

 

6) 축전지 용량계산

C = -------{(0.57 × 106) + (1.15×64.3) +(0.57 × 69.3)} = 217.3(AH)

   

따라서, 축전지 용량은 여유를 고려하여 150AH로 선정한다.

 

7) 충전기 용량계산서

(1) 계산조건

충전 방식 : 부동충전 

               (IL + IC) × VD

PAC = -------------------- 

            cps θ × Z × 1,000

        

단, IL : 정류기 직류측 부하전류 (상시 최대 부하)

Ic : 정류기 직류측 축전지 충전전류 (250AH/5 = 50)

Z : 정류기 효율 (95%)

COSθ : 정류기 역율 (80%)

VD : 정류기 직류측 전압 (110V)

(2) 충전기 용량계산

                (66.3 + 50) × 110

PAC = -------------------------- = 16.83KVA

               0.8 × 0.95 × 1,000

        

따라서, 충전기 용량은 표준규격품 20KVA (150A)로 선정한다.