KR101053665B1 - 한류 장치 - Google Patents

Abstract

주 회로에 연결된 1차측 인덕터 및 1차측 인덕터에 정합된 2차측 인덕터로 이루어진 커플드 인덕터, 2차측 인덕터에 전기적으로 연결된 다이악 스위치, 다이악 스위치에 연결되어 다이악 스위치의 턴온시 1차측 인덕터에 병렬로 바이패스 회로를 형성하면서 주 회로를 차단하는 선로 변경 스위치, 바이패스 회로에 연결되어 주 회로에 흐르는 전류를 한류하는 한류부, 1차측 인덕터와 선로 변경 스위치 사이에 배치되고, 1차측 인덕터와 선로 변경 스위치를 연결하여 주 회로를 구성하는 주 회로 스위치 및 한류부에 직렬로 연결되어 바이패스 회로를 구성하는 바이패스 회로 스위치를 포함하는 한류 장치가 개시된다.

초전도, 선로 변경식, 반주기내한류형 한류기

Description

한류 장치{FAULT CURRENT LIMITER}

본 발명은 한류 장치에 관한 것으로, 특히 유지 비용을 줄일 수 있는 한류 장치에 관한 것이다.

전력 계통에서는 낙뢰, 지락, 단락 등의 사고시에 발생하는 임계치 이상의 과전류가 계통으로 흐르지 못하도록 한류기가 적용된다.

임계치 이상의 전류가 다른 선로로 흐르도록 선로를 변경하는 선로 변경식 한류기는 외부 고장 감지 장치를 구비하여 고장을 감지하고, 차단 스위치 구동 장치를 동작시켜 차단 스위치를 개방함으로써 선로를 변경할 수 있다. 이러한 선로 변경식 한류기는 차단 스위치를 구동하기 위해서 외부의 에너지와 에너지를 저장할 수 있는 저장 장치가 필요하다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 반주기내한류 성능을 구현하면서 저온 유지 비용을 줄일 수 있고 능동적인 동작이 가능한 한류 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 주 회로에 연결된 1차측 인덕터 및 상기 1차측 인덕터에 정합된 2차측 인덕터로 이루어진 커플드 인덕터, 상기 2차측 인덕터에 전기적으로 연결된 다이악 스위치, 상기 다이악 스위치에 연결되어 상기 다이악 스위치의 턴온시 상기 1차측 인덕터에 병렬로 바이패스 회로를 형성하면서 상기 주 회로를 차단하는 선로 변경 스위치, 상기 바이패스 회로에 연결되어 상기 주 회로에 흐르는 전류를 한류하는 한류부, 상기 1차측 인덕터와 상기 선로 변경 스위치 사이에 배치되고, 상기 1차측 인덕터와 상기 선로 변경 스위치를 연결하여 상기 주 회로를 구성하는 주 회로 스위치 및 상기 한류부에 직렬로 연결되어 상기 바이패스 회로를 구성하는 바이패스 회로 스위치를 포함하는 한류 장치가 제공된다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 다이악 스위치는 상기 2차측 인덕터에 전기적으로 연결되는 스너버 회로, 쌍으로 이루어져 서로 역병렬로 연결되고, 애노드 전극과 캐소드 전극이 상기 스너버 회로와 병렬로 연결된 복수의 사이리스터, 상기 사이리스터들 각각의 제어 전극에 캐소드 전극이 연결된 복수의 다이오드 및 상기 다이오드들 각각의 애노드 전극에 애노드 전극이 연결되고, 상기 사이리스터들 각각의 애노드 전극에 캐소드 전극이 연결된 복수의 제너 다이오드를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 선로 변경 스위치는 상기 1차측 인덕터와 직렬로 상기 주 회로에 연결되는 차단 스위치, 상기 다이악 스위치와 전기적으로 연결되는 구동 코일, 상기 차단 스위치에 기계적으로 연결되고, 상기 구동 코일로부터 이격되어 배치되며, 상기 구동 코일에 전류 인가시 상기 구동 코일의 자 기력에 의해 상기 차단 스위치를 개방시키는 반발판 및 상기 반발판에 기계적으로 연결되어 상기 구동 코일에 전류 인가시 상기 1차측 인덕터와 병렬로 형성된 상기 바이패스 회로를 단락시키는 단락 접점을 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 구동 코일에 병렬로 연결되고, 기 설정된 에너지 미만의 전류가 상기 다이악 스위치를 통과시 기 설정된 시간 동안 에너지를 흡수하여 고장 신호를 판별하는 고장 검증 장치를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 1차측 인덕터에 고장 전류가 인가될 때 상기 다이악 스위치를 턴온시키기 위해 상기 다이악 스위치에 제어 신호를 제공하는 고장 감지 장치를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 주 회로에 연결된 1차측 인덕터 및 상기 1차측 인덕터에 정합된 2차측 인덕터로 이루어진 커플드 인덕터, 상기 2차측 인덕터에 전기적으로 연결된 다이악 스위치, 상기 다이악 스위치에 연결되어 상기 다이악 스위치의 턴온시 상기 1차측 인덕터에 병렬로 바이패스 회로를 형성하면서 상기 주 회로를 차단하는 제1 선로 변경 스위치, 상기 바이패스 회로에 연결되어 상기 주 회로에 흐르는 전류를 한류하는 제1 한류부, 상기 1차측 인덕터와 상기 선로 변경 스위치 사이에 배치되고, 상기 1차측 인덕터와 상기 선로 변경 스위치를 연결하여 상기 주 회로를 구성하는 주 회로 스위치, 상기 제1 선로 변경 스위치와 상기 제1 한류부 사이에 배치되어 상기 바이패스 회로를 구성하고, 상기 주 회로 스위치와 동일하게 이루어진 바이패스 회로 스위치 및 상기 제1 한류부 및 제1 선로 변경 스위치와 연결되어 상기 바이패스 회로를 구성하는 제2 선로 변경 스위치를 포함하는 한류 장치가 제공된다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 제1 선로 변경 스위치는 상기 1차측 인덕터와 직렬로 상기 주 회로에 연결되는 제1 차단 스위치, 상기 다이악 스위치와 전기적으로 연결되는 제1 구동 코일, 상기 제1 차단 스위치에 기계적으로 연결되고, 상기 제1 구동 코일로부터 이격되어 배치되며, 상기 제1 구동 코일에 전류 인가시 상기 제1 구동 코일의 자기력에 의해 상기 제1 차단 스위치를 개방시키는 제1 반발판 및 상기 제1 반발판에 기계적으로 연결되어 상기 제1 구동 코일에 전류 인가시 상기 1차측 인덕터와 병렬로 형성된 상기 바이패스 회로를 단락시키는 제1 단락 접점을 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 제2 차단 스위치와 직렬로 연결되고, 상기 한류부와 상기 제2 선로 변경 스위치에 병렬로 연결되어 상기 바이패스 회로를 형성하고, 리미터 및 리액터 중 어느 하나로 이루어진 제2 한류부를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 제2 선로 변경 스위치는 상기 제1 한류부와 직렬로 상기 바이패스 회로에 연결되는 제2 차단 스위치, 상기 제1 한류부와 전기적으로 연결되는 제2 구동 코일, 상기 제2 차단 스위치에 기계적으로 연결되고, 상기 제2 구동 코일로부터 이격되어 배치되며, 상기 제2 구동 코일에 전류 인가시 상기 제2 구동 코일의 자기력에 의해 상기 제2 차단 스위치를 개방시키는 제2 반발판 및 상기 제2 반발판에 기계적으로 연결되어 상기 제2 구동 코일에 전류 인가시 상기 바이패스 회로를 상기 제2 한류부로 변경하는 제2 단락 접점을 포 함할 수 있다.

본 발명의 다른 실시 예에 따르면, 상기 제2 선로 변경 스위치는 상기 제1 한류부와 직렬로 상기 바이패스 회로에 연결되는 상기 제2 차단 스위치, 상기 제1 한류부와 전기적으로 연결되는 제2 구동 코일 및 상기 제2 차단 스위치에 기계적으로 연결되고, 상기 제2 구동 코일로부터 이격되어 배치되며, 상기 제2 구동 코일에 전류 인가시 상기 제2 구동 코일의 자기력에 의해 상기 제2 차단 스위치를 개방시키는 제2 반발판을 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 실시 예에 따르면, 상기 제2 선로 변경 스위치는 상기 제1 한류부와 직렬로 상기 바이패스 회로에 연결된 상기 제2 차단 스위치, 상기 바이패스 회로와 독립된 폐회로에 설치된 제2 구동 코일 및 전원 장치, 상기 전원 장치로부터의 전원 공급을 제어하는 제어하는 전원 회로 스위치 및 상기 제2 차단 스위치에 기계적으로 연결되는 제2 반발판을 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 한류 장치는 고장 발생시에 경유하는 바이패스 회로에 초전도체로 이루어진 한류부가 배치되어 초전도체를 냉각시키는 유지 비용을 줄일 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 한류 장치는 선로 변경 스위치 및 한류부 각각과 연결되는 전력용 반도체 스위치를 구비함으로써, 한류부의 동작 이전에 선로 변경을 완료하여 반주기내한류형을 실현할 수 있다.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 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 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

이하, 본 발명에 따른 한류 장치의 실시 예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 한류 장치를 나타내는 회로도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 한류 장치(100)는 주 회로에 연결된 커플드 인덕터(110), 상기 커플드 인덕터(110)에 전기적으로 연결된 다이악(Diac) 스위치(120), 상기 다이악 스위치(120)에 연결된 선로 변경 스위치(130), 상기 선로 변경 스위치(130)에 의해 상기 커플드 인덕터에 연결되는 한류부(140), 상기 커플드 인덕터(110)와 상기 선로 변경 스위치(130)에 연결되는 주 회로 스위치(150) 및 상기 한류부(140)와 상기 선로 변경 스위치(130)에 연결된 바이패스 회로 스위치(160)를 포함한다.

상기 커플드 인덕터(110)는 상기 주 회로에 연결된 1차측 인덕터(113) 및 상기 1차측 인덕터(113)에 정합된 2차측 인덕터(111)를 포함한다. 상기 커플드 인덕터(110)는 통상의 변압기로서 구성될 수 있다. 상기 1차측 인덕터(113)는 상기 주 회로에 직렬로 연결되어 상기 주 회로에 흐르는 전류의 경로를 형성한다. 상기 2차측 인덕터(111)는 상기 1차측 인덕터(113)에 기설정된 권선비를 가지면서 상기 1차측 인덕터(113)에 정합된다. 또한, 상기 2차측 인덕터(111)는 상기 1차측 인덕터(113)와 절연된다. 따라서, 상기 2차측 인덕터(111)의 양 단에는 상기 1차측 인덕터(113)의 양 단에 걸리는 전압에 비례한 전압이 형성된다. 상기 2차측 인덕터(111)에는 상기 1차측 인덕터(113)을 통해 상기 주 회로에 흐르는 전류에 비례한 전류가 형성될 수 있다.

상기 다이악 스위치(120)는 도 2를 더 참조하여 설명한다. 도 2는 도 1에 도시된 다이악 스위치를 상세하게 나타내는 회로도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 상기 다이악 스위치(120)는 상기 2차측 인덕터(111)에 전기적으로 연결된다. 상기 다이악 스위치(120)는 상기 선로 변경 스위치(130)로 인가되는 전류의 흐름을 제어한다. 상기 다이악 스위치(120)는 정상시 턴-오프 상태를 유지하고, 상기 2차측 인덕터(111)에 기 설정된 레벨 이상의 전압이 인가될 경우 턴-온되어 상기 선로 변경 스위치(130)의 구동 코일(133)에 전류가 흐르도록 경로를 형성한다.

상기 다이악 스위치(120)는 상기 2차측 인덕터(111)와 상기 선로 변경 스위치(130) 사이에 연결된 스너버(snubber)(125), 쌍을 이루어 상기 스너버(125)에 역병렬로 연결된 제1 사이리스터(thyristor) (S1) 및 제2 사이리스터 (S2), 쌍을 이루어 각각 상기 제1 및 제2 사이리스터들(S1,S2)의 제어 전극에 연결된 제1 다이오드(D1) 및 제2 다이오드(D2), 쌍을 이루어 각각 상기 제1 및 제2 다이오드들(D1,D2)에 연결된 제1 제너 다이오드(Z1) 및 제2 제너 다이오드(Z2)를 포함할 수 있다. 또한, 상기 다이악 스위치(120)는 상기 제1 및 제2 제너 다이오드들(Z1,Z2) 각각의 캐소드 전극과 상기 제1 및 제2 사이리스터들(S1,S2) 각각의 애노드 전극 사이에 연결된 제1 저항(R1) 및 제2 저항(R2)을 더 포함할 수 있다.

상기 스너버(125)는 상기 2차측 인덕터(111)와 상기 차단 스위치(131) 사이에 직렬로 연결된다. 상기 스너버(125)는 상기 커플드 인덕터(110)의 전류 흐름이 변화함에 따라 상기 2차측 인덕터(111)에 과전압이 인가되는 것을 방지함으로써 노이즈(noise) 및 오동작을 방지한다. 이를 위해 상기 스너버(125)는 커패시터(C)와 제3 저항(R3)으로 이루어진 RC 스너버가 사용될 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.

상기 제1 및 제2 사이리스터들(S1,S2)은 상기 스너버(125)에 역병렬로 연결된다. 상기 제1 및 제2 사이리스터들(S1,S2) 각각은 상기 스너버(125)의 양단에 애노드 전극 및 캐소드 전극이 연결된다. 또한, 상기 제1 및 제2 사이리스터들(S1,S2) 각각의 제어 전극에는 상기 제1 및 제2 다이오드들(D1,D2) 각각의 캐소드 전극이 연결되어 제어 신호를 수신한다. 상기 제1 및 제2 사이리스터들(S1,S2) 각각은 상기 제어 신호에 응답하여 턴온되고, 상기 선로 변경 스위치(130)에 인가되는 전류의 많은 부분이 흐르도록 이동로를 제공한다.

상기 제1 및 제2 다이오드들(D1,D2) 각각은 상기 제1 및 제2 사이리스터들(S1,S2) 각각의 제어 전극에 연결된다. 상기 제1 및 제2 다이오드들(D1,D2) 각각은 상기 제1 및 제2 제너 다이오드들(Z1,Z2)과 역으로 위치하고, 상기 제1 및 제2 제너 다이오드들(Z1,Z2) 각각의 순방향으로 흐르는 전류를 차단한다. 상기 제1 및 제2 다이오드들(D1,D2) 각각은 상기 제1 및 제2 제너 다이오드들(Z1,Z2)에 설정된 항복 전압 이상의 전압에 대응하는 전류만을 통과시킨다. 상기 제1 및 제2 다이오드들(D1,D2)에 의해 과전류가 흐르는 경우, 상기 제1 및 제2 사이리스터들(S1,S2)은 턴온되어 상기 한류부(140)가 동작할 수 있다. 또한, 상기 제1 및 제2 다이오드들(D1,D2)에 인가되는 교류 전압의 극성에 따라 상부에 위치한 상기 제1 다이오드(D1)와 하부에 위치한 상기 제2 다이오드(D2)가 상보적으로 턴온된다. 그리고, 상기 제1 및 제2 다이오드들(D1,D2) 각각에 연결된 상기 제1 및 제2 사이리스터들(S1,S2)도 상보적으로 턴온된다.

상기 제1 및 제2 제너 다이오드들(Z1,Z2) 각각은 상기 제1 및 제2 다이오드 들(D1,D2)과 역으로 연결된다. 상기 제1 및 제2 제너 다이오드들(Z1,Z2) 각각의 애노드 전극은 상기 제1 및 제2 다이오드들(D1,D2)의 애노드 전극에 연결되며, 상기 제1 및 제2 제너 다이오드들(Z1,Z2) 각각의 캐소드 전극은 상기 제1 및 제2 저항들(R1,R2)을 통해 상기 스너버(125)에 연결된다. 상기 제1 및 제2 제너 다이오드들(Z1,Z2) 각각의 순방향으로 흐르는 전류는 상기 제1 및 제2 다이오드들(D1,D2)에 의해 차단되므로, 상기 제1 및 제2 제너 다이오드들(Z1,Z2) 각각의 역방향으로 항복 전압 이상의 전압이 인가될 때 상기 제1 및 제2 제너 다이오드들(Z1,Z2)에 전류가 흐른다. 상기 제1 및 제2 다이오드들(D1,D2)의 턴온에 대응하여 상부에 위치한 제1 제너 다이오드(Z1)와 하부에 위치한 제2 제너 다이오드(Z2)는 상보적으로 턴온된다.

상기 제1 및 제2 저항들(R1,R2) 각각은 상기 제1 및 제2 제너 다이오드들(Z1,Z2) 각각의 캐소드 전극과 상기 제1 및 제2 사이리스터들(S1,S2) 각각의 애노드 전극 사이에 연결되고, 상기 제1 및 제2 제너 다이오드들(Z1,Z2)과 상기 스너버(125) 사이에 연결된다. 상기 제1 및 제2 저항들(R1,R2)은 상기 제1 및 제2 제너 다이오드들(Z1,Z2)과 상기 제1 및 제2 다이오드들(D1,D2)을 급변하는 전압 및 전류로부터 보호한다.

상기 선로 변경 스위치(130)는 상기 다이악 스위치(120)에 전기적으로 연결된다. 상기 선로 변경 스위치(130)는 정상시 상기 주 회로를 연결하여 전류가 흐르게 한다. 상기 선로 변경 스위치(130)는 고장 전류가 인가될 때 상기 주 회로를 차단하고, 상기 한류부(140)에 고장 전류를 인가하여 한류시킨다.

상기 선로 변경 스위치(130)는 상기 커플드 인덕터(110)에 연결된 차단 스위치(131), 상기 다이악 스위치(120)에 연결된 구동 코일(133), 상기 구동 코일(133)로부터 이격되어 위치한 반발판(135), 상기 반발판(135)에 기계적으로 연결된 단락 접점(137)을 포함한다.

상기 차단 스위치(131)는 상기 커플드 인덕터(110)에 연결되어 주 회로를 구성하며, B 접점 상태(Normally turn-on)를 유지한다. 정상시 상기 차단 스위치(131)가 닫혀서 상기 1차측 인덕터(113) 및 상기 차단 스위치(131)를 통과한 전류가 부하까지 인가될 수 있다.

상기 구동 코일(133)은 상기 다이악 스위치(120)와 상기 2차측 인덕터(111) 사이에 연결된다. 정상시 상기 다이악 스위치(120)가 턴-오프되어 상기 구동 코일(133)에는 전류가 흐르지 않는다. 고장 전류가 발생하여 상기 다이악 스위치(120)가 턴-온되면, 상기 2차측 인덕터(111)로부터 상기 다이악 스위치(120)를 통과한 전류가 상기 구동 코일(133)에 흐른다. 상기 전류를 통해 상기 구동 코일(133)의 주변에 자기력이 발생한다.

상기 반발판(130)은 상기 구동 코일(133)로부터 이격되어 배치된다. 또한, 상기 반발판(130)에는 상기 차단 스위치(131) 및 상기 단락 접점(137)이 기계적으로 연결되며, 전기적으로 절연된다. 상기 반발판(130)의 동작에 따라 상기 차단 스위치(131) 및 상기 단락 접점(137)은 상기 반발판(130)과 함께 기계적으로 움직이게 된다. 상기 반발판(130)은 고장 전류가 발생할 때 상기 구동 코일(133)의 주변에 발생한 자기력에 의해 상기 구동 코일(133)로부터 반발력을 받는다. 이에 따라, 상기 반발판(130)이 상기 반발력에 의해 상기 구동 코일(133)로부터 멀어지면 상기 차단 스위치(131)는 개방되고, 상기 단락 접점(137)은 닫혀 상기 바이패스 회로를 형성한다.

상기 단락 접점(137)은 상기 1차측 인덕터(113)의 병렬 가지에 형성된다. 상기 단락 접점(137)은 A 접점(normally turn-off) 상태를 유지한다. 이에 따라, 상기 커플드 인덕터(110)의 병렬 가지는 개방된 상태를 유지한다. 이때, 고장 전류가 인가되어 상기 반발판(130)이 상기 구동 코일(133)로부터 멀어지면 상기 단락 접점(137)은 닫힌다. 상기 1차측 인덕터(113)의 병렬 가지는 단락 상태가 되므로, 상기 커플드 인덕터(110)에 대한 바이패스 회로가 형성된다. 한편, 상기 차단 스위치(131)는 열린 상태를 유지하고 있으므로 상기 바이패스 회로를 경유하는 전류는 상기 한류부(140)를 거쳐 한류된다.

상기 한류부(140)는 상기 차단 스위치(131)와 병렬로 배치된다. 상기 차단 스위치(131)가 열리고 동시에 상기 단락 접점(137)이 닫히면, 상기 단락 접점(137)을 통과한 전류는 상기 한류부(140)에 흐르게 된다. 상기 한류부(140)는 소정의 전류값에서 켄치(quench)되어 저항체로 변하는 초전도체로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 한류부(140)는 고속 한류 기능을 수행해야 하기 위해 정상시 및 고장 발생시의 전압을 감당할 수 있는 초전도체로 이루어지는 것이 바람직하다. 상기 한류부(140)는 기 설정된 인덕턴스 성분을 갖는 코일 형태로 이루어질 수 있다. 상기 한류부(140)는 상기 단락 접점(137)을 통과한 전류를 한류시켜 부하를 보호하도록 부하에 소정의 전류값 이상의 고장 전류가 인가되는 것을 방지한다.

상기 주 회로 스위치(150)는 상기 1차측 인덕터(113)와 상기 선로 변경 스위치(130) 사이에 연결된다. 상기 주 회로 스위치(150)는 상기 1차측 인덕터(113) 및 상기 선로 변경 스위치(130)와 함께 상기 주 회로를 구성한다. 상기 주 회로 스위치(150)는 쌍으로 이루어져 서로 역병렬로 연결되는 복수의 전력용 반도체소자 스위치들로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 상기 주 회로 스위치(150)는 양단에 실질적으로 작은 전압이 인가되므로 한 쌍의 kV급 전력용 반도체소자 스위치로 이루어질 수 있다. 상기 전력용 반도체소자 스위치는 IGBT, GTO, IGCT 및 사이리스터 중 하나로 이루어질 수 있다. 다만, 상기 주 회로 스위치(150)의 구성이 이에 한정되는 것은 아니다.

상기 주 회로 스위치(150)는 상시에는 턴-온 상태를 유지하고 있다가 사고 전류 유입에 의해 상기 차단 스위치(131)로부터 생성된 사고 감지 신호에 의해 구동되어 턴-오프 상태가 된다. 이를 통해 상기 주 회로 스위치(150)는 상기 차단 스위치(131)에 흐르는 아크 전류를 완전히 제거할 수 있다.

상기 바이패스 회로 스위치(160)는 상기 단락 접점(137)과 상기 한류부(140) 사이에 배치되어 상기 바이패스 회로를 구성하고, 상기 주 회로 스위치(150)와 동일하게 쌍으로 이루어져 서로 역병렬로 연결되는 복수의 전력용 반도체 소자로 이루어질 수 있다. 다만, 상기 바이패스 회로 스위치(160)의 구성이 이에 한정되는 것은 아니다.

여기서, 상기 주 회로 스위치(150)와 상기 바이패스 회로 스위치(160)는 상기 차단 스위치(131)에서 발생하는 아크를 소멸시키기 위해 선로의 변경을 완성시 킨다.

상기 바이패스 회로 스위치(160)는 상기 단락 접점(137)이 닫히면 턴-온되어 전류를 우회시킨다. 상기 우회된 전류는 초전도체로 이루어진 상기 한류부(140)에 의해 저항이 없으므로 선로 변경이 이루어진다. 이때, 상기 주 회로의 전류는 0으로 급감한다. 더불어, 기 설정된 시간 간격으로 상기 주 회로 스위치(150)가 턴-오프되면, 상기 차단 스위치(131)에서 발생되는 아크를 완전히 소멸시키고 선로 변경을 완료한다. 상기 주 회로 스위치(150)와 상기 바이패스 회로 스위치(160)는 약 100㎲ 혹은 그 이하의 동작 간격을 가지므로 상기 한류부(140)가 고속으로 켄치(quench)되기 이전인 고장 전류 개시 후 약 1ms 이내에 선로 변경이 완료될 수 있다. 이러한 과정을 통해 반주기 이전에 상기 한류부(140)의 켄치 동작이 이루어져 고속 한류가 수행된다. 이때, 고장 전류의 크기와 상기 한류부(140)의 사양에 대응하여 상기 주 회로 스위치(150)와 상기 바이패스 회로 스위치(160)의 동작 시퀀스를 적절히 조정함으로써, 아크 소멸 시점과 상기 한류부(140)의 켄치(quench) 시점과의 시간차를 감소시킨다.

상기 한류 장치(100)는 상기 구동 코일(133)에 병렬로 연결되고, 기 설정된 에너지 미만의 전류가 상기 다이악 스위치(120)를 통과시 기 설정된 시간 동안 에너지를 흡수하여 고장 신호를 판별하는 고장 검증 장치(170)를 더 포함한다.

상기 고장 검증 장치(170)는 상기 커플드 인덕터(110) 및 상기 다이악 스위치(120) 사이에 상기 선로 변경 스위치(130)의 구동 코일(133)과 병렬로 연결된다. 상기 고장 검증 장치(170)는 고장 전류의 발생 여부를 판단한다. 상기 다이악 스위치(120)는 상기 2차측 인덕터(111)에 인가된 전압에 의해 동작하기 때문에 고장 전류 이외의 원인으로 상기 다이악 스위치(120)가 턴-온되는 경우가 발생할 수 있다. 상기 고장 검증 장치(170)는 기 설정된 에너지 이하의 전류가 상기 다이악 스위치(120)를 통과할 때 기 설정된 시간 동안 에너지를 흡수한다. 상기 고장 검증 장치(170)는 기 설정된 시간 이후에도 전류가 계속 흐르는 경우 고장 전류로 판단하여 전류를 차단하면 전류는 상기 구동 코일(133)로 흐르게 된다.

상기 한류 장치(100)는 정상시 전류를 상기 커플드 인덕터(110), 상기 주 회로 스위치(150), 상기 선로 변경 스위치(130)의 차단 스위치(131)를 순차적으로 경유시킨다. 그러나, 상기 한류 장치(100)는 고장이 발생하면 상기 다이악 스위치(120)가 상기 2차측 인덕터(111)에 유기된 기전력을 판단한 후 상기 선로 변경 스위치(130)의 차단 스위치(131)를 개방한다. 그리고, 상기 한류 장치(100)는 상기 주 회로 스위치(150)와 상기 바이패스 회로 스위치(160)를 동작시켜 상기 한류부(140)의 초전도체가 저항체로 상전이 하기 전에 상기 차단 스위치(131)의 아크를 소멸시키고 선로 변경을 완료한다. 이후, 상기 한류 장치(100)에서 상기 한류부(140)에 구비된 초전도체의 상전이에 의해 한류가 이루어져 반주기 이내에 고속 한류가 수행된다.

상기 한류 장치(100)는 고장 발생시에 고장 전류가 경유하는 상기 바이패스 회로에만 상기 한류부(140)가 배치되어 상기 고장 전류가 충분히 증가하기 이전에 한류를 개시할 수 있어 반주기내한류 성능을 구현할 수 있다. 또한, 상기 한류 장치(100)는 상기 한류부(140)에 상시 전류가 없으므로 정격 전류에 부응해야만 하는 것은 아니어서 초전도체량을 축소시킬 수 있으며, 전류인입선을 최소화하여 초전도체를 냉각시키는 극저온 유지 비용을 줄일 수 있다. 또한, 상기 한류 장치(100)는 능동 및 수동 동작이 가능하여 초전도체량을 축소시킬 수 있다.

도 3은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 한류 장치를 나타내는 회로도이다. 앞선 실시 예와 동일한 구성 및 동작을 갖는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였으며, 여기서는 앞선 실시 예와의 차이점을 중심으로 설명한다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 한류 장치(300)는 커플드 인덕터(110), 다이악 스위치(120), 선로 변경 스위치(130), 한류부(140), 주 회로 스위치(150), 바이패스 회로 스위치(160), 고장 검증 장치(170) 및 고장 감지 장치(310)를 포함한다.

상기 고장 감지 장치(310)는 주 회로에 전기적으로 연결된 변류기(330)를 통해 상기 주 회로에 고장 전류의 발생 여부를 감지할 수 있다. 상기 고장 감지 장치(310)는 상기 다이악 스위치(120)와 전기적으로 연결되어 상기 주 회로에 고장 전류가 발생되었을 경우, 상기 다이악 스위치(120)에 전기적인 신호를 인가하여 상기 다이악 스위치(120)를 턴온시킨다. 즉, 상기 고장 감지 장치(310)는 상기 주 회로에 고장 전류가 발생하였을 때, 직접적으로 상기 다이악 스위치(120)를 구동한다. 따라서, 수동 소자로 이루어진 상기 다이악 스위치(120)의 동작에만 의존하는 것이 아니라, 능동 소자로 이루어진 상기 고장 감지 장치(310)가 직접 상기 다이악 스위치(120)을 제어할 수도 있기 때문에 노이즈성 신호를 제거할 수 있고 동작의 신뢰성을 확보할 수 있다.

상기 한류 장치(300)는 고장 발생시에 경유하는 상기 바이패스 회로에 상기 한류부(140)가 배치되어 있으므로, 초전도체를 냉각시키는 유지 비용을 줄일 수 있고, 능동 소자로 이루어져서 주 회로의 변류기(330)에 연결된 고장 감지 장치(310)가 고장 전류 발생시 다이악 스위치(120)를 직접 제어하여 동작의 신뢰성을 확보할 수 있다.

도 4는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 한류 장치를 나타내는 회로도이다. 앞선 실시 예와 동일한 구성 및 동작을 갖는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였으며, 여기서는 앞선 실시 예와의 차이점을 중심으로 설명한다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 한류 장치(400)는 커플드 인덕터(110), 다이악 스위치(120), 제1 선로 변경 스위치(130), 제1 한류부(140), 주 회로 스위치(150), 바이패스 회로 스위치(160), 고장 검증 장치(170), 제2 선로 변경 스위치(420) 및 제2 한류부(450)를 포함한다.

상기 제1 선로 변경 스위치(130)는 상기 커플드 인덕터(110)에 연결된 제1 차단 스위치(131), 상기 다이악 스위치(120)에 연결된 제1 구동 코일(133), 상기 제1 구동 코일(133)로부터 이격되어 위치한 제1 반발판(135), 상기 제1 반발판(135)에 기계적으로 연결된 제1 단락 접점(137)을 포함한다. 여기서 상기 제1 선로 변경 스위치(130)는 앞선 실시 예와 동일한 구성을 가지므로 상세한 설명은 생략한다.

상기 제1 한류부(140)는 상기 차단 스위치(131)와 병렬로 배치된다. 상기 제1 차단 스위치(131)가 개방되고 동시에 상기 단락 접점(137)이 단락되면, 상기 단락 접점(137)을 통과한 전류는 상기 제1 한류부(140)에 흐르게 된다. 또한, 상기 제1 한류부(140)는 초전도체로 이루어진다. 상기 제1 한류부(140)는 고속 한류 기능을 수행해야 하기 위해 정상시 및 고장 발생시의 전압을 감당할 수 있는 초전도체로 이루어지는 것이 바람직하다. 상기 제1 한류부(140)는 상기 단락 접점(137)을 통과한 전류를 한류시켜 부하를 보호하도록 부하에 고장 전류가 인가되는 것을 방지한다.

상기 제2 한류부(450)는 상기 제1 한류부(140)와 상기 제2 선로 변경 스위치(420)에 병렬로 연결되어 상기 바이패스 회로를 형성한다. 상기 제2 한류부(450)는 리미터 및 리액터 중 어느 하나로 이루어진다. 상기 제2 한류부(450)는 상기 제1 한류부(140)와 병렬로 상기 바이패스 회로를 형성하여 상기 제1 한류부(140)의 동작을 감소시키고, 상기 한류 장치(400)의 초전도체량을 감소시킨다.

상기 제2 선로 변경 스위치(420)는 상기 제1 한류부(140)와 직렬로 상기 바이패스 회로에 연결되는 제2 차단 스위치(421), 상기 제1 한류부(140)와 상기 제2 차단 스위치(421) 중간에 전기적으로 연결되는 제2 구동 코일(423), 상기 제2 차단 스위치(421)에 기계적으로 연결되는 제2 반발판(425) 및 상기 제2 반발판(425)에 연결되는 제2 단락 접점(427)을 포함한다. 상기 제2 반발판(425)은 상기 제2 구동 코일(423)로부터 이격되어 배치되고, 상기 제2 구동 코일(423)에 전류가 인가될 때 상기 제2 구동 코일(423)의 자기력에 의해 상기 제2 반발판(425)을 움직여 상기 제2 차단 스위치(421)를 개방시킨다. 상기 제2 단락 접점(427)은 상기 제2 반발판(425)에 기계적으로 연결되어 상기 제2 차단 스위치(421)가 개방될 때 상기 제2 구동 코일(423)을 단락시킨다. 상기 제2 차단 스위치(421)가 완전히 개방됨으로써 상기 바이패스 회로는 상기 제2 한류부로 변경된다.

상기 제2 구동 코일(423)에 전류가 인가될 때 상기 바이패스 회로를 상기 제2 한류부(450)로 변경시킨다.

상기 제2 선로 변경 스위치(420)는 상기 제2 한류부(450)로 상기 바이패스 회로를 변경하여 상기 제1 한류부(140)를 1/2주기만 동작시킨다.

상기 한류 장치(400)는 상기 바이패스 회로에서 상기 제1 한류부(140)가 1/2주기만 동작하므로 초전도체량을 최소화할 수 있다.

도 5는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 한류 장치를 나타내는 회로도이다. 앞선 실시 예와 동일한 구성 및 동작을 갖는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였으며, 여기서는 앞선 실시 예와의 차이점을 중심으로 설명한다.

도 5를 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 한류 장치(500)는 커플드 인덕터(110), 다이악 스위치(120), 제1 선로 변경 스위치(130), 제1 한류부(140), 주 회로 스위치(150), 바이패스 회로 스위치(160), 고장 검증 장치(170), 제2 한류부(550), 제2 선로 변경 스위치(510), 전원 장치(520) 및 전원 회로 스위치(530)를 포함한다.

상기 제2 선로 변경 스위치(510)는 상기 제1 한류부(140)와 직렬로 상기 바이패스 회로에 연결되는 제2 차단 스위치(511), 상기 바이패스 회로와는 독립된 별도의 폐회로에 설치된 제2 구동 코일(513)과 전원 장치(520), 상기 전원 장치(520)로부터의 전원 공급을 제어할 수 있는 상기 전원 회로 스위치(530) 및 상기 제2 차단 스위치(511)에 기계적으로 연결되는 제2 반발판(515)을 포함한다.

상기 전원 장치(520)와 상기 전원 회로 스위치(530)는 상기 제1 한류부(140)가 1/2주기만 동작하도록 상기 바이패스 회로의 선로를 변경하기 위해 상기 제2 선로 변경 스위치(510)에 전류를 제공한다.

상기 전원 장치(520)는 상기 제2 차단 스위치(511)를 구동하기 위해 상기 제2 구동 코일(513)에 전류를 공급한다. 상기 전원 회로 스위치(530)는 상기 전원 장치(520)에 연결되고, 상기 바이패스 회로의 선로를 변경하기 위해 상기 제2 선로 변경 스위치(510)에 제공되는 상기 전류의 공급을 제어한다. 상기 전원 회로 스위치(530)는 상기 주 회로 스위치(150), 상기 바이패스 회로 스위치(160)와 동일하게 전력용 반도체소자 스위치로 이루어질 수 있다.

상기 한류 장치(500)는 상기 바이패스 회로에서 상기 제1 한류부(140)가 1/2주기만 동작하므로 초전도체량을 최소화할 수 있다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 한류 장치를 나타내는 회로도이다.

도 2는 도 1에 도시된 다이악 스위치를 상세하게 나타내는 회로도이다.

도 3은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 한류 장치를 나타내는 회로도이다.

도 4는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 한류 장치를 나타내는 회로도이다.

도 5는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 한류 장치를 나타내는 회로도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100: 한류 장치 110: 커플드 인덕터

120: 다이악 스위치 130: 선로 변경 스위치

140: 한류부 150: 주 회로 스위치

160: 바이패스 회로 스위치 170: 고장 검증 장치

310: 고장 감지 장치

Claims (16)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 삭제
8. 주 회로에 연결된 1차측 인덕터 및 상기 1차측 인덕터에 정합된 2차측 인덕터로 이루어진 커플드 인덕터;

   상기 2차측 인덕터에 전기적으로 연결된 다이악 스위치;

   상기 다이악 스위치에 연결되어 상기 다이악 스위치의 턴온시 상기 1차측 인덕터에 병렬로 바이패스 회로를 형성하면서 상기 주 회로를 차단하는 제1 선로 변경 스위치;

   상기 바이패스 회로에 연결되어 상기 주 회로에 흐르는 전류를 한류하는 제1 한류부;

   상기 1차측 인덕터와 상기 선로 변경 스위치 사이에 배치되고, 상기 1차측 인덕터와 상기 선로 변경 스위치를 연결하여 상기 주 회로를 구성하는 주 회로 스위치;

   상기 제1 선로 변경 스위치와 상기 제1 한류부 사이에 배치되어 상기 바이패스 회로를 구성하고, 상기 주 회로 스위치와 동일하게 이루어진 바이패스 회로 스위치; 및

   상기 제1 한류부 및 제1 선로 변경 스위치와 연결되어 상기 바이패스 회로를 구성하는 제2 선로 변경 스위치를 포함하되,

   상기 제1 선로 변경 스위치는,

   상기 1차측 인덕터와 직렬로 상기 주 회로에 연결되는 제1 차단 스위치;

   상기 다이악 스위치와 전기적으로 연결되는 제1 구동 코일;

   상기 제1 차단 스위치에 기계적으로 연결되고, 상기 제1 구동 코일로부터 이격되어 배치되며, 상기 제1 구동 코일에 전류 인가시 상기 제1 구동 코일의 자기력에 의해 상기 제1 차단 스위치를 개방시키는 제1 반발판; 및

   상기 제1 반발판에 기계적으로 연결되어 상기 제1 구동 코일에 전류 인가시 상기 1차측 인덕터와 병렬로 형성된 상기 바이패스 회로를 단락시키는 제1 단락 접점을 포함하고,

   상기 제2 선로 변경 스위치는,

   상기 제1 한류부와 직렬로 상기 바이패스 회로에 연결된 상기 제2 차단 스위치;

   상기 바이패스 회로와 독립된 폐회로에 설치된 제2 구동 코일 및 전원 장치;

   상기 전원 장치로부터의 전원 공급을 제어하는 제어하는 전원 회로 스위치; 및

   상기 제2 차단 스위치에 기계적으로 연결되는 제2 반발판을 포함하되,

   상기 제1 차단 스위치와 직렬로 연결되고, 상기 제1 한류부와 상기 제2 선로 변경 스위치에 병렬로 연결되어 상기 바이패스 회로를 형성하고, 리미터 및 리액터 중 어느 하나로 이루어진 제2 한류부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 한류 장치.
9. 제8 항에 있어서,

   상기 제1 한류부는 초전도체인 것을 특징으로 하는 한류 장치.
10. 제8 항에 있어서, 상기 다이악 스위치는,

    상기 2차측 인덕터에 전기적으로 연결되는 스너버 회로;

    쌍으로 이루어져 서로 역병렬로 연결되고, 애노드 전극과 캐소드 전극이 상기 스너버 회로와 병렬로 연결된 복수의 사이리스터;

    상기 사이리스터들 각각의 제어 전극에 캐소드 전극이 연결된 복수의 다이오드; 및

    상기 다이오드들 각각의 애노드 전극에 캐소드 전극이 연결되고, 상기 사이리스터들 각각의 애노드 전극에 캐소드 전극이 연결된 복수의 제너 다이오드를 포함하는 것을 특징으로 하는 한류 장치.
11. 제10 항에 있어서,

    상기 다이악 스위치는 상기 제너 다이오드들 각각의 캐소드 전극과 상기 사이리스터들 각각의 애노드 전극 사이에 연결된 복수의 저항을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 한류 장치.
12. 삭제
13. 제8 항에 있어서,

    상기 구동 코일에 병렬로 연결되고, 기 설정된 에너지 미만의 전류가 상기 다이악 스위치를 통과시 기 설정된 시간 동안 에너지를 흡수하여 고장 신호를 판별하는 고장 검증 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 한류 장치.
14. 삭제
15. 삭제
16. 삭제

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