KR100955373B1 - 초전도 소자를 이용한 하이브리드 한류기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 초전도 소자와 직렬로 접속되는 주회로 스위치를 이용하는 하이브리드 한류기에 있어서, 정상전류 통전 시 주회로 스위치의 접점부위의 저항 및 그에 따른 발열을 최소화하고 고속의 접점 개폐가 가능하도록, 전자기력을 이용하여 접점 가 압력을 제공하고 및 고속의 접점 개폐가 가능한 하이브리드 한류기를 제공하려는 것으로서, 초전도 소자; 상기 초전도 소자의 후단에 직렬로 접속되는 진공 인터럽터(VACUUM INTERRUPTER); 상기 진공 인터럽터의 후단에 직렬로 접속되어 부하 측으로 상기 전력 계통의 회로 개폐가능한 후단 회로차단기; 전력 계통의 전원 공급 선로에 정상전류 통전 시 상기 진공 인터럽터의 가동 접촉자에 접점 가 압력을 제공하는 영구자석 조작기; 상기 영구자석 조작기의 가동 자와 동기 이동가능하게 접속되는 가동접점을 갖는 고속 스위치; 상기 초전도 소자가 켄치되었을 때 사고전류에 의해 자화되어 상기 고속 스위치를 통전하는 폐로 위치로 구동하는 동시에 상기 영구자석 조작기를 통해 상기 진공 인터럽터를 통전을 차단하는 개로 위치로 구동하는 구동 코일을 포함하여 구성된다.

하이브리드(HYBRID), 복합, 초전도, 한류기

Description

초전도 소자를 이용한 하이브리드 한류기{HYBRID CURRENT LIMITER USING SUPERCONDUCTION DEVICE}

본 발명은 초전도 소자를 이용하는 한류기에 관한 것으로서, 특히 초전도 소자와 초전도 소자에 직렬접속되는 주회로 스위치로서 전력계통 상 정상전류 통전 시의 주회로를 구성하고, 단락전류와 같은 사고전류 통전 시 상기 주회로를 대체하는 병렬 회로 및 한류저항과 후단 차단기를 구성하여, 사고전류에 대해서 회로와 부하를 보호하는 초전도 소자를 이용한 하이브리드(HYBRID) 한류기(복합형 한류기)에 관한 것이다.

본 발명에 이용되는 초전도 소자는 정상전류 통전 시 초전도 즉, 저항이 없는 상태로 전력계통의 회로 상에 전류를 통전시킬 수 있고 단락전류와 같은 큰 사고전류 통전 시 큰 저항을 갖는 상태로 전이 즉, 켄치(QUENCH) 되는 소자를 의미하며, 초전도 한류기는 이러한 초전도 소자의 대전류에 대한 저항 특성을 이용하여 단락전류와 같은 사고전류를 후단의 전통적 회로차단기가 동작할 때까지 순간적으로 제한 즉, 한류(限流)하는 장치이다.

하이브리드 초전도 한류기는 초전도 소자를 사고전류를 후단의 전통적 회로 차단기가 동작할 때까지 순간적으로 한류하는 데 이용하는 것이 아니고, 초전도 소자에 병렬로 접속되는 다른 구동 장치와 스위치를 동작하도록 유발하는 트리거(TRIGGER)장치로 이용하는 한류기이다. 여기서, 하이브리드 초전도 한류기가 설치되는 전력계통에 인가되는 전압 및 전류는 발전기로부터의 송전선로 또는 변전소 또는 변전기로부터의 배전선로에서 사용되는 고전압 및 대전류이다.

이러한 하이브리드 한류기의 종래기술에 있어서, 전력계통의 회로 상 정상전류가 통전 시 통전 경로 즉, 주회로를 이루는 초전도 소자와 주회로 스위치가 구성되고, 전력계통의 회로 상 단락전류와 같은 사고전류 통전 시 통전 경로 즉, 대체 병렬회로를 이루는 구동수단 및 스위치가 구성된다. 그러나 종래기술에 따른 복합형 한류기는 초전도 소자와 함께 정상전류가 통전하는 주회로를 구성하는 주회로 스위치의 접점간 접촉 압력이 스프링과 같은 기계적 가압 수단에만 의존하므로, 회로에 정상전류 통전 시에도 전력계통의 대전류가 통전함에 따라 접점부위가 발열하는 문제가 있다. 따라서 접점이 열화(劣化) 되거나 용융되어 사고전류 차단에 실패하는 사고 유발의 가능성이 있는 문제가 있다.

또한, 사고전류 통전에 따른 상기 대체 병렬회로를 이루는 구동수단 및 스위치의 동작 후 다시 주회로의 통전 경로를 형성하기 위해서 주회로 스위치를 재 폐로시키는 과정에서 기계적 개로 위치 구동수단을 다시 해제시키는 데 시간이 지연되어 고속의 재폐로 동작이 이루어지지 않는 문제가 있다. 여기서, 사고전류에 대한 한류동작 후 주회로 스위치를 재 폐로하는 것은 국내나 일본과 같이 전력선로가 지상에 많이 배선된 국가에서는 지상에 노출된 송배전 선로의 특성상 자연적 또는 인위적 단락사고의 발생이 빈번하므로, 이때 영구적 사고가 아닌 일시적 사고인 경우 송배전을 재개할 수 있도록 한류동작 후 미리 결정된 시간 후 재 폐로하도록 전기관련 규격으로 규정되어 있기 때문이다.

따라서, 본 발명은 상기 종래기술의 문제점을 해소하는 것으로서, 본 발명의 목적은, 접점부위의 발열을 최소화할 수 있도록 정상전류가 통전하는 상태에서 폐로 상태인 주회로 스위치의 접점에 접점 가 압력을 더욱 부과할 수 있고, 주회로 스위치의 재 폐로 구동에 기계적 구동이 아닌 전자기력을 이용하여 고속으로 재 폐로 구동을 할 수 있는 초전도 소자를 이용한 하이브리드 한류기를 제공하는 것이다.

상기 본 발명의 목적은,

초전도 소자를 이용한 하이브리드(HYBRID) 한류기에 있어서,

전력 계통의 선로에 직렬로 접속되어, 상기 선로 상에 정상 전류 통전 시 초전도 상태이고 사고 전류 통전 시 높은 저항을 가진 상태로 켄치(QUENCH)되는 초전도 소자;

상기 초전도 소자의 후단에 직렬로 접속되고, 상기 선로를 개폐하도록 고정 접촉자와 고정 접촉자에 접촉 또는 분리되는 가동 접촉자를 가지는 진공 인터럽터(VACUUM INTERRUPTER);

상기 진공 인터럽터의 후단에 직렬로 접속되어 부하 측으로 상기 선로를 접속 또는 차단하는 위치로 회로 개폐가능한 후단 회로차단기;

상기 진공 인터럽터의 가동 접촉자와 접속되는 가동 자를 구비하며, 상기 선 로에 정상전류 통전 시 상기 진공 인터럽터의 가동 접촉자에 접점 가 압력을 제공하는 영구자석 조작기;

상기 초전도 소자 및 상기 진공 인터럽터에 병렬로 접속되어 상기 초전도 소자 및 상기 진공 인터럽터를 통한 통전 경로를 대체하는 통전 경로를 제공하고 상기 영구자석 조작기의 가동 자와 동기적으로 동일방향으로 이동 가능하게 접속되는 가동접점을 갖는 고속 스위치;

상기 초전도 소자 및 상기 진공 인터럽터에 병렬로 접속되며, 상기 고속 스위치와 상기 영구자석 조작기를 동기 구동하도록 상기 고속 스위치와 상기 영구자석 조작기 사이에 접속 설치되고, 상기 초전도 소자가 켄치되었을 때 사고전류에 의해 자화되어 상기 고속 스위치를 통전하는 폐로 위치로 구동하는 동시에 상기 영구자석 조작기를 통해 상기 진공 인터럽터를 통전을 차단하는 개로 위치로 구동하는 구동 코일을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 본 발명에 따른 초전도 소자를 이용한 하이브리드 한류기를 제공함으로써 달성될 수 있다.

본 발명에 따른 초전도 소자를 이용한 하이브리드 한류기는 영구자석 조작기를 이용하여 주회로 스위치의 전자기적 접접 가 압력을 부가하여 제공하므로, 전력 계통에 정상 전류 통전 시 주회로 스위치의 접점 부위에서 발열이 최소화되어 전력손실을 최소화하는 효과를 얻을 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 초전도 소자를 이용한 하이브리드 한류기는 한류 동작 후 미리 결정된 시간 후 외부의 제어신호에 의해 전자기적으로 고속 구동가능한 영 구자석 조작기를 이용하여 주회로 스위치를 재 폐로시킬 수 있으므로, 한류 동작 후 고속의 재 폐로 요건을 만족시키는 초전도 소자를 이용한 하이브리드 한류기를 얻을 수 있는 효과가 있다.

상기 본 발명의 목적과 이를 달성하는 본 발명의 구성 및 그의 작용효과는 첨부한 도면을 참조한 본 발명의 바람직한 실시 예에 대한 이하의 설명에 의해서 좀 더 명확히 이해될 수 있을 것이다.

먼저, 본 발명에 따른 초전도 소자를 이용한 하이브리드 한류기의 전체 구성을 보여주는 전체 구성도인 도 1을 참조하여 본 발명에 따른 초전도 소자를 이용한 하이브리드 한류기의 구성을 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 초전도 소자를 이용한 하이브리드 한류기는 초전도 소자(1)와, 진공 인터럽터(VACUUM INTERRUPTER)(2)와, 영구자석 조작기(3)와, 고속 스위치(5)와, 구동코일(4)을 포함하여 구성된다. 본 발명에 따른 초전도 소자를 이용한 하이브리드 한류기는 한류저항(7)과, 후단 회로차단기(8)를 추가하여 포함한다.

도 1에 도시된 전력계통의 선로 즉, 도 1에 도시된 회로에 있어서 통전 경로는 3개로 분류될 수 있다. 즉, 제 1 경로가 상기 전력계통의 전원 측으로부터 초전도 소자(1)과 진공 인터럽터(2) 및 후단 차단기(8)를 통해 부하 측으로 형성되는 경로로서 부호 "A" 로 표시하였다. 제 2 경로가 상기 전력계통의 전원 측으로부터 구동코일(4)와 한류저항(7) 및 후단 차단기(8)를 통해 부하 측으로 형성되는 경로로서 부호 "B" 로 표시하였다. 제 3 경로가 상기 전력계통의 전원 측으로부터 고속 스위치(5)와 한류저항(7) 및 후단 차단기(8)를 통해 부하 측으로 형성되는 경로로서 부호 "C" 로 표시하였다.

도 1에서 굵은 선 사각 박스(box) 내는 병렬 스위치 및 그의 동기 구동수단 부분을 나타내는 것으로서, 도 1에서 굵은 선 사각 박스 내의 부분의 동작 상태를 도 2 내지 도 4로 나타내었다.

도 1에 있어서, 초전도 소자(1)는 전력 계통의 선로에 직렬로 접속되어, 상기 선로 상에 정상 전류 통전 시 초전도 상태이고 사고 전류 통전 시 높은 저항을 가진 상태로 켄치(QUENCH)된다. 본 발명에 있어서 초전도 소자(1)는 사고전류를 한류하는 소자로서 사용된 것이 아니고, 사고전류 통전 시 켄치되어 병렬로 접속되는 다른 통전경로로 통전 경로를 전환시키는 트리거(trigger) 수단으로 사용되었다. 즉, 초전도 소자(1)가 켄치되어 높은 저항을 가지게 되면, 그에 따라 초전도 소자(1)에 병렬로 접속된 다른 통전 경로로 전류가 흐르게 된다는 것이다.

진공 인터럽터(2)는 초전도 소자(1)의 후단에 직렬로 접속되고, 상기 선로를 개폐하도록 고정 접촉자와 고정 접촉자에 접촉 또는 분리되는 가동 접촉자를 가진다.

후단 회로차단기(8)는 진공 인터럽터(2)의 후단에 직렬로 접속되어 부하 측으로 상기 선로를 접속 또는 차단하는 위치로 회로 개폐가능하게 마련된다.

영구자석 조작기(3)는 진공 인터럽터(2)의 가동 접촉자와 접속되는 가동 자(3a)를 구비하며, 상기 선로에 정상전류 통전 시 진공 인터럽터(2)의 가동 접촉자에 접점 가 압력을 제공한다.

고속 스위치(5)는 진공 인터럽터(2)에 병렬로 접속되어 진공 인터럽터(2)를 대체하는 통전경로를 제공하고, 영구자석 조작기(3)의 가동 자(3a)와 연동하게 접속되는 가동접점(5b)을 갖는다.

구동코일(4)은 고속 스위치(5)와 영구자석 조작기(3) 사이에 고속 스위치(5)와 영구자석 조작기(3)를 연동시키도록 접속되게 설치된다. 또한, 구동코일(4)은 초전도 소자(1)가 켄치되었을 때 사고전류에 의해 자화(磁化)되어 고속 스위치(5)를 통전하는 폐로 위치로 구동하는 동시에 영구자석 조작기(3)를 통해 진공 인터럽터(2)를 통전을 차단하는 개로 위치로 구동한다.

한류저항(7)은 후단 회로차단기(8)에 접속되는 일 단 부와 고속 스위치(5) 및 구동코일(4)에 공통접속되는 타 단 부를 가지고, 구동 코일(4) 또는 고속 스위치(5)를 통해 유입되는 사고전류를 제한하여 안전한 정도의 작은 전류로 변환한다. 이때 한류저항(7)의 한류동작은 후단 차단기(8)가 차단동작하기까지의 순간적인 동안만 이루어지므로 용량이 작음에도 불구하고 큰 사고전류를 감당할 수 있다.

도 1에서 미 설명 부호 6a 내지 6c는 각각 고속 스위치(5)와 구동코일(4) 사이, 구동코일(4)과 영구자석 조작기(3) 사이 및 영구자석 조작기(3)과 진공 인터럽터(2) 사이를 전기적으로 절연하기 위한 절연 부재를 지시한다.

한편, 도 2를 참조하여 본 발명에 따른 초전도 소자를 이용한 하이브리드 한류기의 구성, 특히 도 1에서 굵은 선 사각 박스(box) 내의 병렬 스위치 및 그의 동기 구동수단의 구성을 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2에 있어서 아래로부터 위의 순으로 설명한다. 최 하단 부의 진공 인터럽 터(2)는, 구성부품들을 진공 분위기하에서 수용하는 진공 용기(2c)와, 진공 용기(2c) 내에 고정적으로 설치되고 전기적으로는 도 1의 초전도 소자(1)에 접속되는 고정접촉자(2a)와, 고정접촉자(2a)에 상대적으로 접촉하여 진공 인터럽터(2)를 통한 전류의 흐름이 가능한 상태 즉, 통전 가능한 상태인 폐회로 상태로 하는 폐로 위치 또는 고정접촉자(2a)로부터 분리되어 진공 인터럽터(2)를 통한 전류의 흐름이차단되는 상태 즉, 회로를 차단한 개로 위치로 이동가능한 가동접촉자(2b)와, 상기 가동접촉자(2b)에 접점이 접촉하도록 접촉압력을 제공하는 접압 스프링(2d)을 포함하여 구성된다. 여기에, 가동접촉자(2b)의 개폐 축으로서 하부 개폐 축(S1)이 진공 인터럽터(2)의 상부에 있는 영구자석 조작기(3)의 가동자(3a)와 접속되어, 가동접촉자(2b)에 일 단이 접속되고 타 단이 영구자석 조작기(3)의 가동자(3a)에 접속된다.

다음, 영구자석 조작기(3)는 2개의 알파벳 "E"를 마주보게 설치한 것과 같은 형상의 한 쌍의 철심(3d)과, 각각의 철심(3d)의 양 알파벳 "E"의 중앙 부분에 해당 부분에 부착한 영구자석(3c)과, 철심(3d)의 하부에 감은 구동코일 부(3b)와, 구동코일 부(3b)에 전류가 통전하여 자화되었을 때 구동 코일 부(3b)의 자력에 의해 상기 한 쌍의 철심(3d) 사이 공간을 통해 도면상 수직방향으로 이동가능한 가동자(3a)를 포함하여 구성된다. 특히 영구자석(3c)은 구동코일 부(3b)에 미 도시한 외부의 제어부로부터 제어신호의 전류가 통전하지 않은 상태, 즉 자화되지 않은 상태에서도 진공 인터럽터(2)의 가동접촉자(2b)와 고정접촉자(2a)의 접촉 압력(이하 접 압력으로 약함)을 증대시키는 방향으로 즉 도 2에서 접압 스프링(2d)의 접촉 압 력에 부가되어 접점 간 증대된 접 압력을 가동접촉자(2b)에 제공하도록 하방으로 자기력을 부여하며, 이러한 자기력은 가동자(3a) 및 가동자(3a)에 접속된 상기 하부 개폐 축(S1)을 통해서 진공 인터럽터(2)의 가동접촉자(2b)에 전달된다.

상기 영구자석 조작기(3)는 진공 인터럽터(2)가 개로 위치로 동작한 시점으로부터 미리 결정된 시간 후 외부의 제어신호에 의해 구동제어 즉 구동코일 부(3b)가 자화되어 진공 인터럽터(2)를 재 폐로 위치로 구동될 수 있다. 즉, 순시 적 단락사고에 대해서 전기적 재 폐로가 요구되는 규정 시간(예컨대 10 밀리 초)의 경과 후, 외부의 제어부로부터의 제어신호에 의해 구동코일 부(3b)가 자화되면, 구동코일 부(3b)는 가동자(3a)를 도 2에서 하방 즉, 진공 인터럽터(2)의 가동접촉자(2b)를 고정접촉자(2a)에 접촉시키는 방향으로 구동한다. 실험상 회로에 정상전류 통전 시 시중에서 구입가능한 영구자석 조작기(3)의 영구자석(3c)에 의해서 진공 인터럽터(2)의 가동접촉자(2b)에 접촉방향으로 부과되는 접 압력은 약 50 내지 100 kgf(Kilo Gram Force)정도가 될 수 있었다. 따라서 본 발명에 따라서 영구자석 조작기(3)를 구성함에 의해서 기계적 구조의 조작기(예컨대 스프링과 링크기구에 의한 조작기)접 압력 제공 구조를 대체 가능하다.

이때 영구자석 조작기(3)의 가동자(3a)는 상부 개폐 축(S2)을 통해서 상부 구동코일(4)의 반발 판(4a) 및 고속 스위치(5)의 가동접점(5b)에 연동하게 접속되어 있으므로, 영구자석 조작기(3)의 가동자(3a)의 하방 이동은 상부 개폐 축(S2)을 통해서 구동코일(4)의 반발 판(4a) 및 고속 스위치(5)의 가동접점(5b)을 같은 방향으로 동기 이동하도록 구동하여, 결과적으로 구동코일(4)의 반발 판(4a)은 도 2에 도시된 바와 같은 코일 부(4b)에 근접한 상태로 위치하게 되고, 고속 스위치(5)의 가동접점(5b)은 도 2에 도시된 바와 같이 고정접점(5a)으로부터 분리된 위치(회로 차단 위치)에 있게 된다.

다음, 구동코일(4)은 코일 부(4b)와, 코일 부(4b)의 상부에 수직방향으로 이동가능하게 설치되는 반발 판(4a)을 포함하여 구성된다. 여기서, 코일 부(4b)는 단락전류 통전 시 자기력(자기장)을 발생시키며, 코일 부(4b)가 생성한 자기장에 의해서 반발 판(4a)에 와 전류가 발생되고 이러한 와 전류로 인해서 반발 판(4a)에 코일 부(4b)로부터 수직방향으로 멀어지는 방향 즉 도면상 상방으로 반발력이 작용한다. 따라서 코일 부(4b)에 단락전류 통전 시 반발 판(4a)은 상방으로 이동한다.

반발 판(4a)은 상부 개폐 축(S2)를 개재하여 영구자석 조작기(3)의 가동자(3a)와 접속되어, 반발 판(4a)과 영구자석 조작기(3)의 가동자(3a)는 서로 동일한 방향(도면상 수직방향)으로 함께 동기 이동한다.

또한, 반발 판(4a)은 반발 판(4a)을 관통연장하는 상부 개폐 축(S2)의 상부 연장부가 고속 스위치(5)의 가동접점(5b)에 접속하게 구성되거나, 상부 개폐 축(S2)과 동축이나 별체로 구성되고 반발 판(4a)에 접속되는 일 단부와 상방으로 연장하여 고속 스위치(5)의 가동접점(5b)에 접속되는 타 단부를 가진 연결축(미 도시)에 의해서 고속 스위치(5)의 가동접점(5b)에 접속되는 구성을 가진다.

고속 스위치(5)는 도 1에 있어서 초전도 소자(1) 및 진공 인터럽터(2)를 통한 통전 경로 A에 대한 대체 병렬 통전 경로인 통전 경로 C에 전기적으로 접속되는 고정접점(5a)과, 상기 고정접점(5a)에 접촉하여 상기 통전 경로 C를 통전 상태로 만드는 통전 위치 또는 상기 고정접점(5a)으로부터 분리되어 상기 통전 경로 C를 통전 차단하는 차단 위치로 이동가능한 가동접점(5b)을 포함하여 구성된다. 가동접점(5b)은 상기와 같이 구동코일(4)의 반발 판(4a)에 접속되어 함께 동일한 수직방향으로 동기 이동가능하다.

위와 같이 진공 인터럽터(2)와 영구자석 조작기(3)와 고속 스위치(5)는 동 축의 개폐축으로 서로 같은 방향으로 동기 이동하도록 서로 접속된다.

한편, 이상과 같이 구성되는 본 발명의 일 실시 예에 따른 초전도 소자를 이용한 하이브리드 한류기의 동작을 도 1 내지 도 4를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

먼저, 본 발명에 따른 초전도 소자를 이용한 하이브리드 한류기가 접속되는 전력계통의 선로 즉 회로 상에 정상전류가 통전 중일 때의 동작을 설명한다.

도 1에 있어서, 회로 상의 통전 전류는 전원 측 즉, 초전도 소자(1)의 좌측 선로를 따라 유입되어 초전도 상태 즉, 무저항 상태인 초전도 소자(1)를 통해 진공 인터럽터(2)를 통해 후단 차단기(8)를 통해 부하 측으로 유출되는 즉, 통전경로 A를 따라 흐른다.

이때 진공 인터럽터(2)의 접점 상태는 도 2에 도시된 바와 같이 가동접촉자(2b)가 고정접촉자(2a)에 접촉한 통전 상태이다. 또한 이때 영구자석 조작기(3)에는 제어신호에 의한 전류가 구동코일 부(3b)에 흐르지 않는 상태로서, 영구자석(3c)에 의한 자기력을 가동자(3a)가 도면상 수직 하방으로 받아 가동자(3a)가 도면상 수직 하방으로 이동한 상태이고 이러한 가동자(3a)에의 영구자석(3c)에 의한 자기력은 하부 개폐 축(S1)을 통해 진공 인터럽터(2)의 가동접촉자(2b)에 접촉압력으로 작용한다. 따라서, 진공 인터럽터(2)의 접점 부위에서 발열이 최소화되고 그에 따라 발열에 의한 전력손실을 최소화할 수 있게 된다.

다음, 본 발명에 따른 초전도 소자를 이용한 하이브리드 한류기가 접속되는 전력계통의 선로 즉 회로 상에 단락전류가 발생했을 때 본 발명에 따른 초전도 소자를 이용한 하이브리드 한류기의 동작을 설명한다

도 1에 있어서, 전력계통의 선로 즉 회로 상에 단락전류가 발생했을 때, 초전도 소자(1)는 무저항의 초전도 상태로부터 급격히 저항이 상승하는 상태로 천이 즉, 켄치한다. 따라서, 정상상태에서 통전경로 A를 통해 흐르던 전류는 켄치된 상태의 초전도 소자(1)보다 저항이 작고 초전도 소자(1)에 병렬로 접속된 구동코일(4)을 통해 한류저항(7) 및 후단 차단기(8)를 통해 부하 측으로 흐르는 즉, 통전경로 B를 통해 흐른다. 이때는 구동코일(4)이 단락전류에 의해 자화되면서 코일 부(4b)의 자화에 의해 반발 판(4a)에 와 전류가 발생하고 반발 판(4a)가 반발력에 의해 도면상 상방으로 수직 이동하기 시작하며, 따라서 반발 판(4a)에 동축 접속된 고속 스위치(5)의 가동접점(5b)가 고정접점(5a)에 접근하게 이동하기 시작하고, 반발 판(4a)에 동축 접속된 하부의 영구자석 조작기(3)의 가동자(3a)가 상방으로 동기 이동하기 시작하며, 또한 가동자(3a)에 동축 접속된 진공 인터럽터(2)의 가동접촉자(2b)도 고정접촉자(2a)로부터 분리되는 방향으로 이동하기 시작한다. 이러한 상태를 보여주는 것이 도 3의 상태이다.

한편, 도 1에 있어서, 구동코일(4)이 단락전류에 의해 충분히 자화되어 자기 구동력을 제공하면, 고속 스위치(5)의 접점이 닫혀 고속 스위치(5)로의 통전 경로가 구성된다. 따라서 단락전류 발생으로 통전 경로 B를 통해 흐르던 단락전류는 폐로된 고속 스위치(5)와, 한류저항(7) 및 후단 차단기(8)을 통해 부하 측으로 흐르는 통전 경로 C를 통해 흐르게 된다. 이때 단락전류는 한류저항(7)에 의해 작은 전류로 제한되고 이후 후단 차단기(8)이 차단됨에 의해서 부하 측이 단락사고가 발생한 회로 즉 전력계통으로부터 완전히 분리된다.

이때 도 4에 도시된 바와 같이 도 1의 굵은 선 박스 내의 병렬 스위치 및 그의 구동(조작)기구의 동작을 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 4에 도시된 바와 같이, 구동코일(4)이 단락전류에 의해 충분히 자화되면서 코일 부(4b)의 자기장에 의해 반발 판(4a)에 와 전류가 발생하고 반발 판(4a)이 반발력에 의해 도면상 상방으로 수직 이동하여 반발 판(4a)에 동축 접속된 고속 스위치(5)의 가동접점(5b)가 고정접점(5a)에 접촉한 상태로 된다. 이때, 반발 판(4a)에 동축 접속된 하부의 영구자석 조작기(3)의 가동자(3a)가 상방으로 동기 이동하며, 또한 가동자(3a)에 동축 접속된 진공 인터럽터(2)의 가동접촉자(2b)도 상방으로 동기 이동하여 고정접촉자(2a)로부터 완전히 분리된다. 따라서, 전기적으로는 초전도 소자(1) 및 진공 인터럽터(2)를 통한 통전 경로 A가 차단되고, 고속 스위치(5)를 통한 새로운 통전 경로 C가 구성되어, 단락전류는 통전 경로 C를 통해 흐르게 된다.

한편, 회로 상 단락전류 발생시 위와 같이 본 발명에 따른 초전도 소자를 이용한 하이브리드 한류기의 차단동작이 진행된 후, 미리 결정된 시간(예컨대 약 10밀리 초) 후 차단 후 재 폐로의 동작 책무를 만족시키기 위해서, 미 도시의 외부제어부{예컨대 미리 결정된 시간 계수 후 제어신호를 발생하는 마이크로 프로세서(MICROPROCESSOR)}가 동작하여, 영구자석 조작기(3)의 구동코일 부(3b)에 제어신호를 통전시켜 구동코일 부(3b)를 자화시킨다. 그러면, 구동코일 부(3b)의 자화에 의해 본 발명에 따른 초전도 소자를 이용한 하이브리드 한류기의 병렬 스위치 및 그의 구동부는 도 3의 상태를 거쳐 도 2의 상태로 동작한다. 즉, 구동코일 부(3b)의 자기력에 의해, 가동자(3a)가 도면상 하방으로 이동되고, 따라서 가동자(3a)에 동축 접속된 진공 인터럽터(2)의 가동접촉자(2b)도 하방으로 동기 이동하여 고정접촉자(2a)에 접촉하고, 구동코일(4)의 반발 판(4a) 및 고속 스위치(5)의 가동접점(5b)도 하방으로 동기 이동하여, 고속 스위치(5)는 도 2에 도시된 바와 같이 개로 상태로 된다. 이때 아직 후단 차단기(8)는 차단 상태이므로, 본 발명에 따른 초전도 소자를 이용한 하이브리드 한류기의 접점 부위의 손상은 최소화될 수 있다. 또한 이때 초전도 소자(1)는 다시 초전도 상태로 복귀한 상태이다. 이러한 상태에서 최종적으로 후단 차단기(8)를 다시 폐로 위치로 동작하도록 미 도시의 제어부를 이용하여 원격제어하면 상기와 같은 차단 후 재 폐로의 동작이 완료된다.

이러한 차단 후 재 폐로의 동작 후 다시 단락 사고가 발생하면, 초전도 소자가 다시 켄치되고 위에서 상술한 단락 사고 발생시 본 발명의 초전도 소자를 이용한 하이브리드 한류기의 동작이 다시 실행된다.

도 1은 본 발명에 따른 초전도 소자를 이용한 하이브리드 한류기의 전체 구성을 보여주는 전체 구성도이고,

도 2는 본 발명에 따른 초전도 소자를 이용한 하이브리드 한류기에 있어서 정상 전류 통전 시 요부의 동작 상태를 보여주는 동작 상태 도이며,

도 3은 본 발명에 따른 초전도 소자를 이용한 하이브리드 한류기에 있어서 구동코일에 사고전류가 통전하는 초기 상태를 보여주는 동작 상태 도이며,

도 4는 본 발명에 따른 초전도 소자를 이용한 하이브리드 한류기에 있어서 구동코일의 구동에 의해 고속 스위치가 폐로 위치로 구동된 상태를 보여주는 동작 상태 도이다.

*도면의 주요부에 대한 부호의 설명

1: 초전도 소자 2: 진공 인터럽터

2a: 고정접촉자 2b: 가동접촉자

2c: 진공 용기 2d: 접압 스프링

3: 영구자석 조작기 3a: 가동자

3b: 구동코일 부 3c: 영구자석

3d: 코어(core) 4: 구동코일

4b: 코일 부 4a: 반발 판

5: 고속 스위치 5b: 가동접점

5a: 고정접점 6a-6c: 절연 부재

7: 한류저항 8: 후단 회로차단기

S1: 하부 개폐 축 S2: 상부 개폐 축

Claims (6)

1. 초전도 소자를 이용한 하이브리드(HYBRID) 한류기에 있어서,

   전력 계통의 선로에 직렬로 접속되어, 상기 선로 상에 정상 전류 통전 시 초전도 상태이고 사고 전류 통전 시 높은 저항을 가진 상태로 켄치(QUENCH)되는 초전도 소자;

   상기 초전도 소자의 후단에 직렬로 접속되고, 상기 선로를 개폐하도록 고정 접촉자와 고정 접촉자에 접촉 또는 분리되는 가동 접촉자를 가지는 진공 인터럽터(VACUUM INTERRUPTER);

   상기 진공 인터럽터의 가동 접촉자와 접속되는 가동 자를 구비하며, 상기 선로에 정상전류 통전 시 상기 진공 인터럽터의 가동 접촉자에 접점 가 압력을 제공하는 영구자석 조작기;

   상기 초전도 소자 및 상기 진공 인터럽터에 병렬로 접속되어 상기 초전도 소자 및 상기 진공 인터럽터를 통한 통전 경로를 대체하는 통전 경로를 제공하고 상기 영구자석 조작기의 가동 자와 동기적으로 동일방향으로 이동 가능하게 접속되는 가동접점을 갖는 고속 스위치;

   상기 초전도 소자 및 상기 진공 인터럽터에 병렬로 접속되며, 상기 고속 스위치와 상기 영구자석 조작기를 동기 구동하도록 상기 고속 스위치와 상기 영구자석 조작기 사이에 접속 설치되고, 상기 초전도 소자가 켄치되었을 때 사고전류에 의해 자화되어 상기 고속 스위치를 통전하는 폐로 위치로 구동하는 동시에 상기 영 구자석 조작기를 통해 상기 진공 인터럽터를 통전을 차단하는 개로 위치로 구동하는 구동 코일을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 초전도 소자를 이용한 하이브리드 한류기.
2. 제1항에 있어서,

   상기 고속 스위치 및 상기 구동코일에 공통접속되며, 상기 구동 코일 또는 상기 고속 스위치를 통한 사고전류를 제한하는 한류저항을 추가로 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 초전도 소자를 이용한 하이브리드 한류기.
3. 제1항에 있어서,

   상기 영구자석 조작기는 상기 진공 인터럽터가 개로 위치로 동작한 시점으로부터 미리 결정된 시간 후 외부의 제어신호에 의해 구동제어되어 상기 진공 인터럽터를 재폐로 위치로 구동하는 외부제어 가능한 조작기인 것을 특징으로 하는 초전도 소자를 이용한 하이브리드 한류기.
4. 제1항에 있어서,

   상기 진공 인터럽터와 상기 영구자석 조작기와 상기 고속 스위치는 동 축의 개폐축으로 서로 같은 방향으로 동기 이동하도록 접속된 것을 특징으로 하는 초전도 소자를 이용한 하이브리드 한류기.
5. 제1항에 있어서,

   상기 구동코일은,

   상기 초전도 소자에 병렬로 접속되어 상기 선로에 단락전류 통전시 자기장을 발생하는 코일 부;

   상기 코일 부의 상부에 설치되고, 상기 코일 부로부터의 자기장에 의해 와 전류가 발생하면, 상기 와 전류에 의해 발생하는 반발력에 의해 반발 구동되는 반발 판을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 초전도 소자를 이용한 하이브리드 한류기.
6. 제1항에 있어서,

   상기 진공 인터럽터의 후단에 직렬로 접속되어 부하 측으로 상기 선로를 접속 또는 차단하는 위치로 회로 개폐가능한 후단 회로차단기를 추가로 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 초전도 소자를 이용한 하이브리드 한류기.

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