KR100981843B1 - 선로 변경식 한류기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 제조 및 유지 바용을 줄일 수 있고, 고장 전류 자체 에너지로 차단 스위치를 동작시켜 선로를 변경하여 한류 성능을 향상시킬 수 있고, 고장 전류 발생시 자동으로 빠르게 반응하여 즉시 회복될 수 있으며, 능동-수동 동작이 가능한 선로 변경식 한류기에 관한 것이다.
이를 위해 주 회로에 연결된 1차측 및 상기 1차측에 정합된 2차측으로 이루어진 커플드 인덕터, 상기 커플드 인덕터의 2차측에 전기적으로 연결된 제너 다이오드 스위치, 상기 제너 다이오드 스위치에 연결되어 상기 제너 다이오드 스위치의 턴온시, 상기 커플드 인덕터의 1차측에 병렬로 바이패스 경로를 형성하는 선로 변경 스위치 및 상기 바이패스 경로에 전기적으로 연결되어 상기 주 회로에 흐르는 전류를 한류하는 한류부를 포함하는 선로 변경식 한류기가 개시된다.
선로 변경, 한류기, 고장 전류, 제너 다이오드, 고속 스위치, 차단 스위치

Description

선로 변경식 한류기{Line Commutation Type Fault Current Limiter}
본 발명은 선로 변경식 한류기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 제조 및 유지 바용을 줄일 수 있고, 고장 전류 자체 에너지로 차단 스위치를 동작시켜 선로를 변경하며, 고장 발생시 자동으로 빠르게 반응하여 즉시 회복될 수 있으며, 능동-수동 동작이 가능한 선로 변경식 한류기에 관한 것이다.
전력 계통에서는 일반적으로 낙뢰, 지락, 단락 등의 사고시에 발생하는 임계치 이상의 과전류가 계통으로 흐르지 못하도록 한류기가 적용된다.
그 중 선로 변경식 한류기에서 가장 중요한 요소는 고장 감지와 차단 스위치 구동 방식으로서, 외부 고장 감지 장치를 구비하여 고장을 감지하고, 차단 스위치 구동 장치를 동작시켜 차단 스위치를 개방하여 선로를 변경하는 방법이 사용된다. 그런데 이러한 방법은 외부 고장 장치 및 차단 스위치 구동 장치라는 별도의 구성을 더 구비하여야 하며, 차단 스위치의 구동을 위해서는 외부의 에너지가 필요하 고, 대전류용 반도체 스위치 또는 대용량 에너지 저장 장치가 요구되어 제조 단가가 높아지게 되는 문제점이 있다.
이러한 문제를 개선하기 위해, 별도의 에너지원이나 차단 스위치 구동부 없이 고장 전류 에너지 그 자체를 사용하여 차단 스위치를 동작시키는 방법이 사용되고 있다. 이 방법은 차단 스위치와 직렬로 있는 초전도 한류 소자가 고장 전류에 의해 퀀치(quench)되어 저항을 발생시키면, 전류가 차단 스위치 구동 코일로 우회하고, 코일의 자기장과 인접한 금속 도체에 유도된 전류와의 반발력을 차단 스위치에 직접 연결하여 차단 스위치를 개방하여 선로 변경을 완료하고, 이후 한류부가 한류하는 방법이다. 그러나 이러한 방식은 정격 전류를 감당하도록 제작된 초전도체 및 이를 위한 냉각 장비가 요구되기 때문에 설치 및 유지에서 비용이 상승하게 되는 문제가 있다. 또한, 수동 소자로 구성되므로, 사용 조건에 따라 능동적으로 동작시키기 어려운 문제가 있다.
본 발명은 상술한 종래의 문제점을 극복하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 제조 및 유지 바용을 줄일 수 있고, 고장 전류 자체 에너지로 차단 스위치를 동작시켜 한류 성능을 향상시킬 수 있고, 고장 발생시 자동으로 빠르게 반응하여 즉시 회복될 수 있으며, 능동-수동 동작이 가능한 선로 변경식 한류기를 제공함에 있다.
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 선로 변경식 한류기는 주 회로에 연결된 1차측 및 상기 1차측에 정합된 2차측으로 이루어진 커플드 인덕터; 상기 커플드 인덕터의 2차측에 전기적으로 연결된 제너 다이오드 스위치; 상기 제너 다이오드 스위치에 연결되어 상기 제너 다이오드 스위치의 턴온시, 상기 커플드 인덕터의 1차측에 병렬로 바이패스 경로를 형성하는 선로 변경 스위치; 및 상기 바이패스 경로에 전기적으로 연결되어 상기 주 회로에 흐르는 전류를 한류하는 한류부를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 제너 다이오드 스위치는 상기 커플드 인덕터의 2차측에 전기적으로 연결된 스너버 회로; 쌍을 이루면서 서로 역병렬로 형성되고, 애노드 전극과 캐소드 전극이 상기 스너버 회로와 병렬로 연결된 사이리스터; 쌍을 이루면서 형성되고, 각각 상기 사이리스터의 제어 전극에 캐소드 전극이 연결된 다이오드; 및 쌍 을 이루면서 형성되고, 각각 상기 다이오드의 애노드 전극에 캐소드 전극이 연결되며, 상기 사이리스터의 애노드 전극에 캐소드 전극이 연결된 제너 다이오드를 포함할 수 있다.
그리고 상기 제너 다이오드의 캐소드 전극 및 상기 사이리스터의 애노드 전극의 사이에는 저항이 각각 더 연결될 수 있다.
또한, 상기 선로 변경 스위치는 상기 커플드 인덕터의 1차측과 직렬로 상기 주 회로에 연결된 주 회로 스위치; 상기 제너 다이오드 스위치에 전기적으로 연결된 구동 코일; 상기 주 회로 스위치에 기계적으로 연결되고, 상기 구동 코일로부터 이격되어 위치하여, 상기 구동 코일에 전류 인가시 상기 구동 코일의 자기력에 의해 상기 주 회로 스위치를 개방시키는 반발판; 및 상기 반발판에 기계적으로 연결되어, 상기 구동 코일에 전류 인가시 상기 커플드 인덕터의 1차측에 병렬로 형성된 상기 바이패스 경로를 단락시키는 한류 회로 스위치를 포함할 수 있다.
또한, 상기 커플드 인덕터와 상기 주 회로 스위치의 접점 사이에는 반도체 소자 스위치가 더 형성될 수 있다.
또한, 상기 선로 변경 스위치에 병렬로 연결되어, 기설정된 에너지 미만의 전류가 상기 제너 다이오드 스위치를 통과시 기설정된 시간 동안 에너지를 흡수하여 고장 신호를 판별하는 고장 검증 장치가 더 형성될 수 있다.
또한, 상기 고장 검증 장치는 초전도체, 축전지 및 고주파 통과 필터 중에서 선택된 적어도 어느 하나 또는 이들의 조합으로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 한류부는 전력 퓨즈, 비선형가변도체, 리액터 코일, 전력 반도체 스위치 및 초전도체 중에서 선택된 적어도 어느 하나 또는 이들의 조합으로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 커플드 인덕터의 1차측 및 제너 다이오드 스위치의 사이에는 연결되어, 상기 커플드 인덕터의 1차측에 고장 전류 인가시 상기 제너 다이오드 스위치를 턴온시키는 전기적인 신호를 인가하는 고장 감지 장치가 더 형성될 수 있다.
또한, 상기 한류부에 병렬로 연결된 전력용 퓨즈를 더 포함할 수 있다.
더불어, 상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 선로 변경식 한류기는 주 회로에 연결된 인덕터; 상기 인덕터의 일단에 전기적으로 연결된 제너 다이오드 스위치; 상기 제너 다이오드 스위치에 연결되어 상기 제너 다이오드 스위치의 턴온시, 상기 인덕터에 병렬로 바이패스 경로를 형성하는 선로 변경 스위치; 및 상기 바이패스 경로에 전기적으로 연결되어 상기 주 회로에 흐르는 전류를 한류하는 한류부를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 제너 다이오드 스위치는 상기 인덕터의 일단에 전기적으로 연결된 스너버 회로; 쌍을 이루면서 서로 역병렬로 형성되고, 애노드 전극과 캐소드 전극이 상기 스너버 회로와 병렬로 연결된 사이리스터; 쌍을 이루면서 형성되고, 각각 상기 사이리스터의 제어 전극에 캐소드 전극이 연결된 다이오드; 및 쌍을 이루면서 형성되고, 각각 상기 다이오드의 애노드 전극에 캐소드 전극이 연결되며, 상기 사이리스터의 애노드 전극에 캐소드 전극이 연결된 제너 다이오드를 포함할 수 있다.
그리고 상기 선로 변경 스위치는 상기 인덕터의 타단과 직렬로 상기 주 회로에 연결된 주 회로 스위치; 상기 제너 다이오드 스위치에 전기적으로 연결된 구동 코일; 상기 주 회로 스위치에 기계적으로 연결되고, 상기 구동 코일로부터 이격되어 위치하여, 상기 구동 코일에 전류 인가시 상기 구동 코일의 자기력에 의해 상기 주 회로 스위치를 개방시키는 반발판; 및 상기 반발판에 기계적으로 연결되어, 상기 구동 코일에 전류 인가시 상기 인덕터에 병렬로 형성된 상기 바이패스 경로를 단락시키는 한류 회로 스위치를 포함할 수 있다.
상기와 같이 하여 본 발명에 의한 선로 변경식 한류기는 기존의 초전도체 대신 커플드 인덕터 또는 인덕터를 구비하고, 그 2차측 혹은 병렬인 회로에 제너 다이오드 스위치 등의 전력용 반도체 소자 스위치를 구비함으로써, 설비의 설치, 운용 및 크기에서의 부담을 줄일 수 있다.
또한, 본 발명에 의한 선로 변경식 한류기는 고장시 커플드 인덕터에 의해 유도된 전류 혹은 인덕터를 우회한 전류를 고장 감지 장치가 능동적으로 제어하도록 함으로써, 신뢰성 및 유연성을 높일 수 있다.
본 발명이 속하는 기술분야에 있어서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실 시할 수 있을 정도로 본 발명의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 선로 변경식 한류기(100)의 구성을 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 선로 변경식 한류기(100)를 도시한 회로도이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 선로 변경식 한류기(100)에 사용되는 제너 다이오드 스위치(120)를 상세히 설명하기 위한 회로도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 선로 변경식 한류기(100)는 주 회로에 연결된 커플드 인덕터(110), 상기 커플드 인덕터(110)에 전기적으로 연결된 제너 다이오드 스위치(120), 상기 제너 다이오드 스위치(120)에 연결된 선로 변경 스위치(140), 상기 선로 변경 스위치(140)에 의해 상기 커플드 인덕터(110)에 연결되는 한류부(150)를 포함한다. 또한, 상기 제너 다이오드 스위치(120)와 선로 변경 스위치(140)의 사이에 고장 검증 장치(130)가 더 형성될 수 있다.
상기 커플드 인덕터(110)는 주 회로에 연결된다. 상기 커플드 인덕터(110)는 상기 주 회로에 연결된 1차측 및 상기 1차측에 정합된 2차측을 포함한다. 상기 커플드 인덕터(110)는 통상의 변압기로서 구성될 수 있다.
상기 1차측은 상기 주 회로에 직렬로 연결되어 상기 주 회로에 흐르는 전류의 경로를 형성한다.
상기 2차측은 상기 1차측에 기설정된 권선비를 가지면서 상기 1차측에 정합된다. 또한, 상기 2차측은 상기 2차측은 상기 1차측과 전기적으로 절연된다. 따라서, 상기 2차측의 양 단에는 상기 1차측의 양 단에 걸리는 전압에 비례한 전압이 형성된다. 결과적으로 상기 2차측에는 상기 1차측을 통해 상기 주 회로에 흐르는 전류에 비례한 전류가 형성될 수 있다.
도 1 및 도 2를 함께 참조하면, 상기 제너 다이오드 스위치(120)는 상기 커플드 인덕터(110)의 2차측에 전기적으로 연결된다. 상기 제너 다이오드 스위치(120)는 상기 선로 변경 스위치(140)로 인가되는 전류의 흐름을 제어한다. 상기 제너 다이오드 스위치(120)는 정상시 턴오프 상태를 유지하며, 상기 커플드 인덕터(110)의 2차측에 기설정된 이상의 전압 인가시 턴온되어 상기 선로 변경 스위치(140)의 구동 코일(142)에 전류가 흐르도록 경로를 형성한다.
상기 제너 다이오드 스위치(120)는 상기 커플드 인덕터(110)의 2차측과 상기 선로 변경 스위치(140)의 사이에 연결된 스너버(snubber), 쌍을 이루어 상기 스너버(snubber)에 역병렬로 연결된 사이리스터(S1, S2), 쌍을 이루어 상기 사이리스터(S1, S2)의 제어 전극에 연결된 다이오드(D1, D2), 쌍을 이루어 상기 다이오드(D1, D2)에 연결된 제너 다이오드(Z1, Z2)를 포함할 수 있다. 또한, 상기 제너 다이오드(Z1, Z2)와 상기 스너버(snubber)의 사이에는 저항(R1, R2)이 더 형성될 수 있다.
상기 스너버(snubber)는 상기 커플드 인덕터(110)의 2차측과 상기 선로 변경 스위치(140)의 사이에 직렬로 연결된다. 상기 스너버(snubber)는 상기 커플드 인덕터(110)의 전류 흐름이 변화함에 따라 상기 커플드 인덕터(110)의 2차측에 과전압이 인가되는 것을 방지함으로써, 이에 따른 노이즈(Noise) 및 오동작을 방지한다. 이를 위해 상기 스너버(snubber)는 커패시터(C)와 저항(R)으로 이루어진 RC 스너버가 사용될 수 있다. 다만, 상기 스너버(snubber)의 종류로서 본 발명의 내용을 한정하는 것은 아니다.
상기 사이리스터(S1, S2)는 상기 스너버(snubber)에 쌍을 이루어 역병렬로 연결된다. 상기 사이리스터(S1, S2)는 각각 상기 스너버(snubber)의 양단에 애노드 전극 및 캐소드 전극이 연결된다. 또한, 상기 사이리스터(S1, S2)의 제어 전극에는 상기 다이오드(D1, D2)의 캐소드 전극이 각각 연결되어, 제어 신호를 인가하게 된다. 상기 제어 신호에 의해 상기 사이리스터(S1, S2)가 턴온되면, 상기 선로 변경 스위치(140)에 인가되는 전류의 많은 부분이 상기 사이리스터(S1, S2)를 통해 흐르게 된다.
상기 다이오드(D1, D2)는 상기 사이리스터(S1, S2)의 제어 전극에 각각 연결된다. 상기 다이오드(D1, D2)는 상기 제너 다이오드(Z1, Z2)와 역으로 위치하여, 상기 제너 다이오드(Z1, Z2)의 순방향으로 흐르는 전류를 차단한다. 따라서, 상기 다이오드(D1, D2)는 상기 제너 다이오드(Z1, Z2)의 역방향으로 흐르는 전류만 통과시킴으로써, 상기 제너 다이오드(Z1, Z2)에 걸린 항복 전압 이상의 전압에 따른 전류만을 통과시킨다. 결과적으로, 상기 다이오드(D1, D2)에 의해 과전류가 흐르는 경우에만, 상기 사이리스터(S1, S2)가 턴온되어, 이후 상기 한류부(150)가 동작할 수 있게 된다. 또한, 상기 다이오드(D1, D2)에 인가되는 교류 전압의 극성에 따라 상부에 위치한 다이오드(D1)와 하부에 위치한 다이오드(D2)가 상보적으로 턴온된다. 또한, 이에 따라 상기 다이오드(D1, D2)에 연결된 상기 사이리스터(S1, S2)도 역시 상보적으로 턴온된다.
상기 제너 다이오드(Z1, Z2)는 상기 다이오드(D1, D2)와 역으로 연결된다. 상기 제너 다이오드(Z1, Z2)의 애노드 전극은 상기 다이오드(D1, D2)의 애노드 전극에 연결되며, 상기 제너 다이오드(Z1, Z2)의 캐소드 전극은 상기 저항(R1, R2)을 통해 상기 스너버(snubber)에 연결된다. 따라서, 상기 제너 다이오드(Z1, Z2)의 순방향으로의 전류는 상기 다이오드(D1, D2)에 의해 차단되므로, 상기 제너 다이오드(Z1, Z2)의 역방향으로 항복 전압 이상의 전압이 인가되는 경우, 상기 제너 다이오드(Z1, Z2)에 전류가 흐르게 된다. 또한, 상기 제너 다이오드(Z1, Z2) 역시 상기 다이오드(D1, D2)의 턴온에 따라 상부에 위치한 제너 다이오드(Z1) 및 하부에 위치한 제너 다이오드(Z2)가 상보적으로 턴온된다.
상기 저항(R1,R2)은 상기 제너 다이오드(Z1, Z2)와 스너버(snubber)의 사이에 연결된다. 상기 저항(R1, R2)는 상기 제너 다이오드(Z1, Z2) 및 다이오드(D1, D2)를 급변하는 전압 및 전류로부터 보호한다.
상기 고장 검증 장치(130)는 상기 커플드 인덕터(110) 및 제너 다이오드 스위치(120)의 사이에 상기 선로 변경 스위치(140)의 구동 코일(142)과 병렬로 연결된다. 상기 고장 검증 장치(130)는 고장 전류의 발생 여부를 판단한다. 즉, 상기 제너 다이오드 스위치(120)는 상기 커플드 인덕터(110)의 2차측에 인가된 전압에 의해 동작하기 때문에, 고장 전류 이외의 원인으로 상기 제너 다이오드 스위치(120)가 턴온되는 경우가 발생할 수 있다. 상기 고장 검증 장치(130)는 기설정된 에너지 이하의 전류가 상기 제너 다이오드 스위치(120)를 통과할 때, 기설정된 시간동안 에너지를 흡수한다. 그리고 상기 고장 검증 장치(130)는 기설정된 시간 이후에도 전류가 계속 흐르는 경우 고장 전류로 판단하여 전류를 차단하면 전류는 구동 코일(142)로 흐르게 된다.
상기 선로 변경 스위치(140)는 상기 제너 다이오드 스위치(120)에 전기적으로 연결된다. 상기 선로 변경 스위치(140)는 정상시 상기 주 회로를 연결시켜서 전류가 흐르도록 한다. 또한, 상기 선로 변경 스위치(140)는 고장 전류 인가시 상기 주 회로를 차단하고, 상기 한류부(150)에 고장 전류를 인가하여 한류되도록 한다.
상기 선로 변경 스위치(140)는 상기 커플드 인덕터(110)에 연결된 주 회로 스위치(141), 상기 제너 다이오드 스위치(120)에 연결된 구동 코일(142), 상기 구동 코일(142)로부터 이격되어 위치한 반발판(143), 상기 반발판(143)에 기계적으로 연결된 한류 회로 스위치(144)를 포함하여 형성된다.
상기 주 회로 스위치(141)는 상기 커플드 인덕터(110)에 연결되어 주 회로를 구성하며, b접점 상태(Normally turn-on)를 유지한다. 따라서, 정상시 상기 주 회로 스위치(141)가 닫혀서 상기 커플드 인턱터(110)의 1차측 및 상기 주 회로 스위치(141)를 통과한 전류가 부하까지 인가될 수 있다.
상기 구동 코일(142)은 상기 제너 다이오드 스위치(120)와 상기 커플드 인덕터(110)의 2차측의 사이에 연결된다. 정상시 상기 제너 다이오드 스위치(120)가 턴오프되어 있으므로, 상기 구동 코일(142)에는 전류가 흐르지 않는다. 그러나 고장 전류가 발생하여 상기 제너 다이오드 스위치(120)가 턴온되면, 상기 커플드 인덕터(110)의 2차측으로부터 상기 제너 다이오드 스위치(120)를 통과한 전류가 상기 구동 코일(142)에도 흐르게 된다. 그 결과, 상기 전류를 통해 상기 구동 코일(142)의 주변에 자기력이 발생한다.
상기 반발판(143)은 상기 구동 코일(142)로부터 이격되어 위치한다. 또한, 상기 반발판(143)에는 상기 주 회로 스위치(141) 및 한류 회로 스위치(144)가 기계적으로 연결되며, 전기적으로는 절연되어 있다. 결과적으로 상기 반발판(143)의 동작에 따라 상기 주 회로 스위치(141) 및 한류 회로 스위치(144)가 함께 기계적으로 움직이게 된다. 상기 반발판(143)은 고장 전류의 발생시 상기 구동 코일(142)의 주변에 발생한 자기력에 의해 상기 구동 코일(142)로부터 반발력을 받게 된다. 따라서, 상기 반발판(143)은 상기 구동 코일(142)로부터 멀어지게 된다. 따라서, 상기 반발판(143)이 상기 구동 코일(142)로부터 멀어지게 되면, 상기 주 회로 스위치(141)는 개방되고, 상기 한류 회로 스위치(144)가 닫혀서 상기 바이패스 경로를 형성하게 된다.
상기 한류 회로 스위치(144)는 상기 커플드 인덕터(120)의 1차측의 병렬 가지에 형성된다. 상기 한류 회로 스위치(144)는 a접점(normally turn-off) 상태를 갖는다. 따라서, 상기 커플드 인덕터(120)의 병렬 가지는 개방된 상태를 유지한다. 그러나, 고장 전류가 인가되어 상기 반발판(143)이 상기 구동 코일(142)로부터 멀어지게 되면, 상기 한류 회로 스위치(144)가 닫히게 된다. 따라서, 상기 커플드 인덕터(120)의 1차측의 병렬 가지는 단락 상태가 되므로, 상기 커플드 인덕터(120)에 대한 바이패스 경로를 형성하게 된다. 그리고 이 때, 상기 주 회로 스위치(141)는 열려있기 때문에 상기 바이패스 경로를 통과한 전류는 상기 한류부(150)를 통과하게 되어, 한류된다.
상기 한류부(150)는 상기 주 회로 스위치(141)와 병렬로 형성된다. 상기 주 회로 스위치(141)가 열리고 동시에 상기 한류 회로 스위치(144)가 닫히면, 상기 한류 회로 스위치(144)를 통과한 전류는 상기 한류부(150)에 흐르게 된다. 또한, 상기 한류부(150)는 전력 퓨즈, 저항, 리액터, 초전도체, 반도체 소자의 고장 전류를 제한할 수 있도록 임피던스를 갖는 소자 중에서 선택된 적어도 어느 하나로 형성된다. 따라서, 이 때 상기 한류부(150)는 상기 전류를 한류한다. 결국, 상기 한류부(150)는 상기 부하에 고장 전류가 인가되는 것을 방지하여, 상기 부하를 보호한다.
상기와 같이 하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 선로 변경식 한류기(100)는 주 회로에 고장 전류를 감지하는 장치로서 초전도체를 구비하는 대신, 커플드 인덕터(110)를 구비함으로써, 제조 단가를 낮출 수 있다.
이하에서는 본 발명의 다른 실시예에 따른 선로 변경식 한류기(200)의 구성을 설명하도록 한다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 선로 변경식 한류기(200)를 도시한 회로도이다. 앞선 실시예에서와 동일한 구성 및 동작을 갖는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였으며, 이하에서는 앞선 실시예와의 차이점을 중심으로 설명하기로 한다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 선로 변경식 한류기(200)는 커플드 인덕터(110), 제너 다이오드 스위치(120), 선로 변경 스위치(140), 한류부(150) 및 상기 커플드 인덕터(110)와 상기 제너 다이오드(120)에 연결된 고장 감지 장치(260)를 포함한다. 또한, 상기 커플드 인덕터(110)의 2차측과 제너 다이오드(120)의 사이에는 상기 선로 변경 스위치(140)와 병렬로 고장 검증 장치(130)가 더 형성될 수도 있다.
상기 고장 감지 장치(260)는 주 회로에 전기적으로 연결된 변류기(CT)를 통해서 주 회로에 고장 전류가 발생하였는지 여부를 감지할 수 있다. 상기 고장 감지 장치(260)는 상기 제너 다이오드 스위치(120)와 전기적으로 연결되어 주 회로에 고장 전류가 발생되었을 경우, 상기 제너 다이오드 스위치(120)에 전기적인 신호를 인가하여 상기 제너 다이오드 스위치(120)를 턴온시킨다. 즉, 상기 고장 감지 장치(260)는 상기 주 회로에 고장 전류가 발생하였을 때, 직접적으로 상기 제너 다이오드 스위치(120)를 구동한다. 따라서, 수동 소자로 이루어진 상기 제너 다이오드 스위치(120)의 동작에만 의존하는 것이 아니라, 능동 소자로 이루어진 상기 고장 감지 장치(260)가 직접 상기 제너 다이오드 스위치(120)을 제어할 수도 있기 때문에 동작의 신뢰성을 확보할 수 있다.
상기와 같이 하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 선로 변경식 한류기(200)는 고장 전류의 감지하기 위한 초전도체를 구비하지 않아 제조 단가를 낮출 수 있고, 능동 소자로 이루어져서 주 회로의 변류기(CT)에 연결된 고장 감지 장치(260)가 고장 전류 발생시 제너 다이오드 스위치(120)를 직접 제어할 수도 있도록 하여, 동작의 신뢰성을 확보할 수 있게 된다.
이하에서는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 선로 변경식 한류기(300)의 구성에 대해 설명하도록 한다.
상기 도 4는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 선로 변경식 한류기(300)를 설명하기 위한 회로도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 또다른 실시예에 따른 선로 변경식 한류기(300)는 주 회로에 연결된 인덕터(310), 상기 인덕터(310)의 일단에 연결된 제너 다이오드 스위치(120), 상기 제너 다이오드 스위치(120)에 연결된 선로 변경 스위치(140), 상기 선로 변경 스위치(140)의 동작에 의해 상기 인덕터(310)에 연결되는 한류부(150)를 포함한다. 또한, 상기 제너 다이오드 스위치(120)와 선로 변경 스위치(140)의 사이에 고장 검증 장치(130)가 더 형성될 수 있다.
상기 제너 다이오드 스위치(120), 고장 검증 장치(130), 선로 변경 스위치(140), 한류부(150)는 인덕터(310)에 전기적으로 연결된다. 즉, 앞서 설명한 본 발명의 일 실시예에 따른 선로 변경식 한류기(100)에서 상기 제너 다이오드 스위치(120), 고장 검증 장치(130), 선로 변경 스위치(140), 한류부(150)가 상기 커플드 인덕터(110)에 전기적으로 연결되어 있던 것과는 달리, 본 발명의 또다른 실시예에 따른 선로 변경식 한류기(300)에서 상기 제너 다이오드 스위치(120), 고장 검증 장치(130), 선로 변경 스위치(140), 한류부(150)는 인덕터(310)에 연결된다. 그 이외에는 상기 제너 다이오드 스위치(120), 고장 검증 장치(130), 선로 변경 스위치(140), 한류부(150)는 앞선 실시예와 동일하다.
상기 인덕터(310)는 상기 주 회로에 직렬로 연결된다. 정상시 상기 인덕터(310)는 주 회로에 흐르는 전류를 인가받아 상기 주 회로 스위치(141)를 통해 부하에 연결한다. 그리고 상기 주 회로에 고장 전류가 유입되면, 상기 제너 다이오드 스위치(120)가 턴온되어, 상기 인덕터(310)에만 흐르던 전류는 상기 제너 다이오드 스위치(120)에도 흐르게 된다. 또한, 상기 제너 다이오드(120)를 통과한 전류는 상기 선로 변경 스위치(140)의 구동 코일(142)를 통과하게 되어, 상기 반발판(143)에 반발력이 발생하며, 상기 반발판(143)의 움직임에 따라 상기 주 회로 스위치(141)는 개방되고, 한류 회로 스위치(144)는 닫히게 된다. 따라서, 상기 인덕터(310)에 대한 바이패스 경로가 형성되므로, 상기 한류부(150)가 상기 주 회로 전류를 한류 할 수 있다.
상기와 같이 하여, 본 발명의 또다른 실시예에 따른 선로 변경식 한류기(300)는 고장 전류 감지용으로 초전도체를 사용하지 않는 외에도, 앞선 실시예의 커플드 인덕터 대신 단일의 인덕터를 사용함으로써, 그 제조 단가를 더욱 낮출 수 있다.
이하에서는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 선로 변경식 한류기(400)의 구성에 대해서 설명하도록 한다.
도 5는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 선로 변경식 한류기(400)의 구성을 도시한 회로도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 또다른 실시예에 따른 선로 변경식 한류기(400)는 커플드 인덕터(110), 제너 다이오드 스위치(120), 고장 검증 장치(130), 상기 제너 다이오드 스위치(120)에 연결된 선로 변경 스위치(440), 한류부(150), 상기 한류부(150)에 병렬로 연결된 전력용 퓨즈(470), 상기 커플드 인덕터(110)의 1차측과 상기 선로 변경 스위치(440)의 사이에 연결된 반도체 소자 스위치(480)를 포함한다.
상기 선로 변경 스위치(440)는 상기 커플드 인덕터(110)의 1차측에 연결된 주 회로 스위치(141), 상기 커플드 인덕터(110)의 2차측 및 제너 다이오드 스위치(120)의 사이에 연결된 구동 코일(142), 반발판(143), 상기 반발판(143)에 기계 적으로 연결된 한류 회로 스위치(444)를 포함한다.
상기 한류 회로 스위치(444)는 상기 반발판(143)에 기계적으로 연결되어 상기 반발판(143)에 따라 함께 움직인다. 상기 한류 회로 스위치(444)는 정상시 a접점(normally turn-off) 상태를 유지한다. 따라서, 상기 전력용 퓨즈(470)는 정상시 전류가 흐르지 않는다. 또한, 상기 한류 회로 스위치(444)는 고장 전류가 상기 커플드 인덕터(110)의 1차측에 흐르는 경우, 상기 반발판(143)과 함께 이동하여 닫혀서, 상기 전력용 퓨즈(470)가 폐회로를 형성하도록 한다. 따라서, 상기 전력용 퓨즈(470)로 전류가 인가되고, 허용 전류 이상의 전류가 상기 전력용 퓨즈(470)를 흐르는 경우 상기 전력용 퓨즈(470)가 끊어지는 동작을 수행하게 된다.
상기 전력용 퓨즈(470)는 고장 전류 발생시 상기 선로 변경 스위치(440)의 한류 회로 스위치(444)와 직렬로 연결된다. 또한, 상기 전력용 퓨즈(470)는 상기 한류부(150)와도 병렬로 연결된다. 상기 전력용 퓨즈(470)의 허용량 이상으로 고장 전류가 발생한 경우, 상기 전력용 퓨즈(470)는 용단된다. 즉, 상기 전력용 퓨즈(470)는 허용량 이상의 고장 전류시 녹아서 끊어지게 된다. 이 후 고장 전류는 상기 전력용 퓨즈(470)에 병렬로 연결된 상기 한류부(150)로 우회되어 한류하게 된다.
상기 반도체 소자 스위치(480)는 상기 커플드 인덕터(110)의 1차측 및 상기 선로 변경 스위치(440)의 주 회로 스위치(141)의 사이에 연결된다. 상기 반도체 소 자 스위치(480)는 고장 전류가 발생하여 상기 선로 변경 스위치(440)가 주 회로를 차단하였음에도 남아있는 잔존 아크 전류를 완전히 제거한다. 즉, 상기 선로 변경 스위치(440)가 주 회로를 차단하여도 아크가 발생하여 고장 전류가 주 회로에 잔류할 수 있는데, 상기 반도체 소자 스위치(480)는 이 전류를 완전히 제거한다. 또한, 고장 전류의 1/2주기가 경과하여 영점이 도래하면, 상기 선로 변경 스위치(440)의 아크가 완전히 소호되어, 상기 고장 전류는 상기 한류부(150)로 완전히 선로 변경되고, 상기 한류부(150)에 의해서 한류된다.
상기와 같이 하여, 본 발명의 또다른 실시예에 따른 선로 변경식 한류기(400)는 전력용 퓨즈(470)를 구비하여, 고장 전류가 기준 이상으로 발생한 경우, 회로를 차단하여, 고장 전류가 부하에 전달되는 것을 방지함으로써 부하를 보호할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 선로 변경식 한류기를 도시한 회로도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 선로 변경식 한류기를 구성하는 제너 다이오드 스위치를 상세하게 도시한 회로도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 선로 변경식 한류기를 도시한 회로도이다.
도 4는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 선로 변경식 한류기를 도시한 회로도이다.
도 5는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 선로 변경식 한류기를 도시한 회로도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
110; 커플드 인덕터 120; 제너 다이오드 스위치
130; 고장 검증 장치 140; 선로 변경 스위치
150; 한류부 260; 고장 감지 장치
310; 인덕터 470; 전력용 퓨즈
480; 반도체 소자용 스위치

Claims (13)

  1. 주 회로에 연결된 1차측 및 상기 1차측에 정합된 2차측으로 이루어진 커플드 인덕터;
    상기 커플드 인덕터의 2차측에 전기적으로 연결된 제너 다이오드 스위치;
    상기 제너 다이오드 스위치에 연결되어 상기 제너 다이오드 스위치의 턴온시, 상기 커플드 인덕터의 1차측에 병렬로 바이패스 경로를 형성하면서 상기 주 회로를 차단하는 선로 변경 스위치; 및
    상기 바이패스 경로에 전기적으로 연결되어 상기 주 회로에 흐르는 전류를 한류하는 한류부를 포함하는 것을 특징으로 하는 선로 변경식 한류기.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제너 다이오드 스위치는
    상기 커플드 인덕터의 2차측에 전기적으로 연결된 스너버 회로;
    쌍을 이루면서 서로 역병렬로 형성되고, 애노드 전극과 캐소드 전극이 상기 스너버 회로와 병렬로 연결된 사이리스터;
    쌍을 이루면서 형성되고, 각각 상기 사이리스터의 제어 전극에 캐소드 전극이 연결된 다이오드; 및
    쌍을 이루면서 형성되고, 각각 상기 다이오드의 애노드 전극에 캐소드 전극이 연결되며, 상기 사이리스터의 애노드 전극에 캐소드 전극이 연결된 제너 다이오 드를 포함하는 것을 특징으로 하는 선로 변경식 한류기.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 제너 다이오드의 캐소드 전극 및 상기 사이리스터의 애노드 전극의 사이에는 저항이 각각 더 연결된 것을 특징으로 하는 선로 변경식 한류기.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 선로 변경 스위치는
    상기 커플드 인덕터의 1차측과 직렬로 상기 주 회로에 연결된 주 회로 스위치;
    상기 제너 다이오드 스위치에 전기적으로 연결된 구동 코일;
    상기 주 회로 스위치에 기계적으로 연결되고, 상기 구동 코일로부터 이격되어 위치하여, 상기 구동 코일에 전류 인가시 상기 구동 코일의 자기력에 의해 상기 주 회로 스위치를 개방시키는 반발판; 및
    상기 반발판에 기계적으로 연결되어, 상기 구동 코일에 전류 인가시 상기 커플드 인덕터의 1차측에 병렬로 형성된 상기 바이패스 경로를 단락시키는 한류 회로 스위치를 포함하는 것을 특징으로 하는 선로 변경식 한류기.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 커플드 인덕터와 상기 주 회로 스위치의 접점 사이에는 반도체 소자 스 위치가 더 형성된 것을 특징으로 하는 선로 변경식 한류기.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 선로 변경 스위치에 병렬로 연결되어, 기설정된 에너지 미만의 전류가 상기 제너 다이오드 스위치를 통과시 기설정된 시간 동안 에너지를 흡수하여 고장 신호를 판별하는 고장 검증 장치가 더 형성된 것을 특징으로 하는 선로 변경식 한류기.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 고장 검증 장치는 초전도체, 축전지 및 고주파 통과 필터 중에서 선택된 적어도 어느 하나 또는 이들의 조합으로 이루어진 것을 특징으로 하는 선로 변경식 한류기.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 한류부는 전력 퓨즈, 비선형가변도체, 리액터 코일, 전력 반도체 스위치 및 초전도체 중에서 선택된 적어도 어느 하나 또는 이들의 조합으로 이루어진 것을 특징으로 하는 선로 변경식 한류기.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 커플드 인덕터의 1차측 및 제너 다이오드 스위치의 사이에는 연결되어, 상기 커플드 인덕터의 1차측에 고장 전류 인가시 상기 제너 다이오드 스위치를 턴온시키는 전기적인 신호를 인가하는 고장 감지 장치가 더 형성된 것을 특징으로 하는 선로 변경식 한류기.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 한류부에 병렬로 연결된 전력용 퓨즈를 더 포함하여 형성된 것을 특징으로 하는 선로 변경식 한류기.
  11. 주 회로에 연결된 인덕터;
    상기 인덕터의 일단에 전기적으로 연결된 제너 다이오드 스위치;
    상기 제너 다이오드 스위치에 연결되어 상기 제너 다이오드 스위치의 턴온시, 상기 인덕터에 병렬로 바이패스 경로를 형성하면서 상기 주회로를 차단하는 선로 변경 스위치; 및
    상기 바이패스 경로에 전기적으로 연결되어 상기 주 회로에 흐르는 전류를 한류하는 한류부를 포함하는 것을 특징으로 하는 선로 변경식 한류기.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 제너 다이오드 스위치는
    상기 인덕터의 일단에 전기적으로 연결된 스너버 회로;
    쌍을 이루면서 서로 역병렬로 형성되고, 애노드 전극과 캐소드 전극이 상기 스너버 회로와 병렬로 연결된 사이리스터;
    쌍을 이루면서 형성되고, 각각 상기 사이리스터의 제어 전극에 캐소드 전극이 연결된 다이오드; 및
    쌍을 이루면서 형성되고, 각각 상기 다이오드의 애노드 전극에 캐소드 전극이 연결되며, 상기 사이리스터의 애노드 전극에 캐소드 전극이 연결된 제너 다이오드를 포함하는 것을 특징으로 하는 선로 변경식 한류기.
  13. 제 11항에 있어서,
    상기 선로 변경 스위치는
    상기 인덕터의 타단과 직렬로 상기 주 회로에 연결된 주 회로 스위치;
    상기 제너 다이오드 스위치에 전기적으로 연결된 구동 코일;
    상기 주 회로 스위치에 기계적으로 연결되고, 상기 구동 코일로부터 이격되어 위치하여, 상기 구동 코일에 전류 인가시 상기 구동 코일의 자기력에 의해 상기 주 회로 스위치를 개방시키는 반발판; 및
    상기 반발판에 기계적으로 연결되어, 상기 구동 코일에 전류 인가시 상기 인덕터에 병렬로 형성된 상기 바이패스 경로를 단락시키는 한류 회로 스위치를 포함하는 것을 특징으로 하는 선로 변경식 한류기.
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