KR101059585B1

KR101059585B1 - 부하개폐장치

Info

Publication number: KR101059585B1
Application number: KR1020080096361A
Authority: KR
Inventors: 스벤 브레미케르; 스테판 부츠홀드; 프랭크 그리체르; 귄터 크라메르
Original assignee: 에스엠에이 솔라 테크놀로지 아게
Priority date: 2007-10-12
Filing date: 2008-10-01
Publication date: 2011-08-25
Also published as: DE502007003419D1; US20090097172A1; ATE463829T1; KR20090037807A; US8213133B2; EP2048679A1; ES2340079T3; EP2048679B1

Abstract

태양광 발전기내의 DC 전류회로에 반도체 스위칭 소자(4)를 사용하여 아크 발생 없이 DC 전류를 온-오프할 수 있고, 오프상태에서 전자제어장치(5)가 자동제어하는 스위칭 접점에 의해 DC 전류회로 내의 전류선에서 전기적 분리가 이루어지며, 제어신호가 부하개폐장치(1)에 전달되고 반도체 스위칭 소자(4)는 DC 전류를 차단하여 스위칭 접점의 전원을 끊도록 되어 있는 부하개폐장치(1)에 있어서:

- 상기 전자제어장치(5)가 받는 신호는 태양광 발전기, 인버터 또는 AC 측에 결함이 발생할 경우 수신되는 결함신호로서, 결함이 발생 시 제어신호에 의해 DC전류회로가 자동으로 온-오프되고;

- 1단계로 스위칭 오프 상태에서 상기 반도체 스위칭 소자(4)는 제일 먼저 닫히고;

- 2단계로 제1 스위칭수단의 스위칭 접점(K1,K2) 이 열려서 상기 반도체 스위칭 소자(4)를 통해 DC 전류가 흐르며;

- 3단계로 상기 반도체 스위칭 소자(4)가 다시 열리고;

- 제2 스위칭수단의 스위칭 접점(K1, K2)이 열려서 전기적 분리가 이루어지며;

- 태양광 발전기용으로 플러그 접점을 사용해 수동으로 DC 전류를 차단해 전자식 아크 소멸 기능을 갖는 수동 부하개폐기(8)를 연결하는 것을 특징으로 하는 부하개폐장치.

Description

부하개폐장치{LOAD BREAKER ARRANGEMENT}

본 발명은 태양광 발전기내의 DC 전류회로에 반도체 스위칭 소자를 사용하여 아크 발생 없이 DC 전류를 온-오프할 수 있는 부하개폐장치와 관련된 것으로 신호를 받는 전자제어장치가 있고, DC 전류회로 내의 전류선은 오프 상태에서 상기 전자제어장치에 의해 자동제어되는 스위칭 접점에 의해 전기적 분리가 이루어도록 구성되어 있으며, 제어신호가 부하개폐장치에 전달되어 반도체 스위칭 소자는 DC 전류를 차단하여 스위칭 접점의 전원을 끊는다.

태양광 발전기에서 DC 전류회로 내의 DC 전류를 온-오프하는 부하개폐장치에는 적절한 스위칭 수단이 필요하다. 태양전지 모듈이나 태양광 발전기의 태양에너지에 의해 생성된 DC 전류는 전력망에 적합한 교류로 변환하기 위해 인버터로 전달되거나 아니면 부하개폐장치에 의해 차단될 수도 있다.

이미 알려져 있는 DC 계전기는 스위칭 접점을 통하는 전류를 차단할 수 있다. 계전기에는 제어코일이 있고 이 제어코일을 통해 전류가 흘러 금속 아마츄어에 자력이 발생한다. 이 금속 아마츄어는 주전원 접점에 기계적으로 연결되어 있다. 계전기가 개방형인가 폐쇄형인가에 따라 아마츄어가 제어코일 쪽으로 움직이 게 되어 주전원 접점이 온 또는 오프가 된다. 원칙적으로 이런 계전기는 전기적 제어가 가능한 스위치이다.

그러나 계전기는 특히 DC 전류를 스위칭 오프할 때 아크가 발생한다는 단점이 있으며, 이 아크에 의해 스위칭 접점이 순간적으로 고온에 이르고 타는 현상이 발생한다. 결과적으로 스위칭 접접은 쉽게 융해되고 서로 들러붙게 되어 더 이상 전류 차단을 할 수 없다. 이런 현상을 "접점 융해(Contact Fusing)"라고 하며 계전기는 일반적으로 30A를 넘지않는 낮은 전류에 흔히 사용한다.

유사하게 전기적으로 제어가 가능한 스위치로는 게이트가 있다. 계전기에 비해 이 게이트는 더욱 강력한 기능을 갖추고 있으며 100A에 이르는 높은 전류에 대응하도록 고안되었으며 접점 융해의 우려도 적기는 하나 이런 우려가 완전히 배제될 수는 없다. 게이트는 매우 크고 비용이 많이 드는 단점이 있으며 더욱이 게이트는 제어코일에 높은 홀드전력(Hold Power)을 필요로 한다. 그러나 태양광 발전기에 뿐만아니라 여러가지 방법으로 생성된 에너지를 최대한 효율적으로 사용하는 것에 게이트의 목적이 있다.

계전기나 게이트는 제어 목적에 맞게 보조 스위치를 추가적으로 직렬 연결하여 사용할 수 있다는 장점이 있다. 예를들어 보조 회로에는 트리거 기능이 있어서 신호 램프는 보조 스위치를 통해서 단락과 같은 장애를 알려준다.

기존의 다른 스위칭 기구로는 부하스위치 또는 자동회로차단기가 있다. 이런 기구는 높은 전류를 차단하는 퓨즈 또는 자동 스위치이다. 이런 기구들은 흔히 과전류나 단락에 대한 기능을 갖고 있다. 과전류 보호 기능이란 바이메탈 스프링 주 변에 권선이 있고 높은 전류가 흐르면 이 스프링이 휘게하여 스위칭 접점에 연결된 장치가 작동되도록 하는 것으로 이 과전류 보호 기능은 작동 속도가 느리다. 단락이 발생하거나 아주 높은 전류가 흐른 경우에는 전자기력이 매우 빠르게 작동하여 장치나 스위칭 접점 자체를 조정하여 스위칭 접점을 빠르게 차단하도록 한다. 아크의 발생을 줄이기 위해 냉각판(게이트에도 부분적으로 사용하고 있음)를 사용하고, 따라서 접점 융해의 위험이 아주 낮아진다. 그러나 스위칭 접점의 제어는, 높은 전류나 높은 전력에서 작동하는 기구용으로 판매되는 고가의 전용 원격제어 모듈이 있어야 가능하다. 하우징 커버가 열리는 것과 같은 사고 때문에 차단을 하여야 하는 경우에, 높은 전류와 비싼 비용 그리고 상당히 큰 공간의 여건이 맞을 때만 이런 기구를 사용하는 해결 방법이 가능하다.

태양광 발전기의 경우, 태양광 전지에서 전형적인 특성 곡선에 따르면 단락 전류는 정상 작동에 비해 일반적으로 20~40% 높다. 그러나 이런 형태의 보호 장치에서는 단락 보호 기능이 반응하기 위해서는 50~100% 높은 전류가 필요하고, 따라서 단락이 발생할 경우 DC 전류가 차단되지 않거나 늦게 차단된다. 안전을 고려하면 이러한 장치는 적용할 수가 없다.

더우기, 스위치 오프 전류는 항상 정상 전류 보다 높으며 퓨즈가 빨리 끊길수록 과전류가 높다. 전류가 낮을 경우 보호 장치는 과열된다. 따라서 이러한 형태의 보호 장치는 제한적으로 태양광 발전기에 사용할 수 있다.

간단한 퓨즈 또한 알려져 있으나 이러한 퓨즈는 마이크로스트립 도체로 된 퓨즈선으로 구성되어 있어 퓨즈의 양쪽 끝이 전기적으로 연결되어 있다. 하우징은 공기, 가스 또는 다른 물질로 채워져 있다. 만일 퓨즈를 통하는 전류가 퓨즈의 공칭 전류 보다 높으면 금속선이나 다른 도체가 녹아서 전류가 차단된다.

이러한 퓨즈 타입은 비용이 낮고 회로나 전기선 같은 전기 요소와 장치를 보호하는데 적합하며 수백 암페어 같이 높은 전류나 수백 볼트의 높은 전압에도 사용할 수가 있다. 그러나 퓨즈는 일단 한 번 작동하면 다시 사용할 수 없고 교환하여야 하며 과전류 만이 대응이 가능한 사고로 간주되고 다른 사고에 의한 전류 차단은 불가능하다.

기계적 DC 스위치도 알려져 있으며 이는 수동식 제어 요소를 포함한다. 외부에서 이 제어 요소에 접근이 가능하여 회전 운동이나 밀고 당기는 움직임등을 통해 다양한 위치에 놓을 수가 있다. 수동으로 접촉 장치를 작동시킨 후 그 다음에 주전원 접점을 작동시킨다. 이런 스위치는 수동식 스위치로서 수 개의 접점 위치가 있어서 작동 부분에 있는 다양한 멈춤쇠 위치에 의해 접점 위치를 결정한다. 이 스위치를 사용하면 동시에 수 개의 접점 스위칭이 가능하여 한 번에 여러개의 전류회로를 차단할 수 있다. 이 형태의 스위치는 수백 암페어와 수백 볼트의 높은 전류와 전압을 스위칭하는데 적합하다. 그러나 이런 스위칭 방식에는 많은 공간과 많은 권선 비용이 든다는 단점이 있다. 또한, 이들은 손으로 조작하여야 하기 때문에 과전류와 같은 보호 기능에는 사용할 수 없으며 다른 사고에 대비한 자동 작동에도 사용할 수가 없다.

태양광 발전기에 적합한 다른 전류차단 시스템이 "전자식 태양광 스위치(Electronic Solar Switch, ESS)"라고 알려져 있으며 DE 102 25 259 B3 이나 DE 10 2004 054 933 B3 에 더욱 상세히 기술되어 있다.

ESS는 2개의 DC 선 중 하나에 연결되어 기계적 스위치가 작동하면 병렬연결된 반도체 스위칭 소자가 온-오프되고 결과적으로 아크를 감소시키거나 없앨 수 있다. 따라서 ESS는 원칙적으로 아크를 제거할 수 있는 전자적 기능이 있는 수동식 스위치이다. ESS는 태양광 발전기의 인버터에 맞춰서 조정되고 10A 이상의 전류와 100V 이상의 전압에 적합하다. 이러한 ESS는 수동으로만 조작이 가능하다.

DE 102 25 259 B3에는 태양광 발전기와 인버터를 연결하는 플러그 커넥터에 대해 기술하고 있다. 플러그 커넥터를 수동으로 제거하여 전기적 분리를 한다.

DE 10 2004 054 933 B3에는 전기적 접점과 손잡이가 있는 보호 덮개가 기술되어 있다. 인버터에서 보호 덮개를 제거한 후 DC 플러그를 제거하면 태양광 발전기는 인버터로부터 전기적으로 분리된다.

WO 2007/073951 A로부터, 태양광 발전기내의 DC 전류회로에 반도체 스위칭 소자를 사용하여 온-오프를 하는 부하개폐장치로 아크를 피할 수 있다는 것을 알 수 있다. 이 목적을 위해 전자제어장치를 사용한다. DC 회로 내의 전류선에서는 스위치 오프의 상태의 계전기를 통하여, 즉 전자제어장치에 의해 자동으로 제어되는 2개의 스위칭 접점을 통하여 전기적 분리가 이루어진다. 또한 반도체 스위칭 소자가 DC 전류를 차단하여 스위칭 접점이 떨어지게 된다. 이 문서에서는 전자제어장치에 연결된 보조 접점과 주접점을 포함한 스위치에 대해 기술하고 있다. 이 방법에 따르면, 부하개폐장치에는 주접점을 포함한 제1 전류 경로와 음극 측에 있는 반도체 스위칭 소자와 계전기 접점이 직렬연결로 구성된 제2 전류 경로가 있다. 기계적 으로 계전기에 연결되는 제2 접점은 양극 측에 놓여 있다.

U.S. Patent No. 5,633,540에는 2개의 계전기로 구성된 다른 방법이 기술되어 있다. 여기에는 2개의 계전기와 하나의 반도체 스위칭 소자가 있어서 첫 번째 계전기의 스위칭 접점은 반도체 스위칭 소자와 직렬로 연결되고 다른 계전기의 스위칭 접점은 이 직렬연결에 병렬로 연결된다.

본 발명의 목적은, 장애 발생 시 태양광 발전기의 DC 전류를 수동 이나 자동으로 안전하게 온-오프하고, 또한 DC 전류회로 내의 2개의 전류선에 전기적 분리를 얻기 위한 저비용의 해결책을 찾는 것이다.

본 발명에서의 신호는 태양광 발전기, 인버터 또는 AC 측에 결함이 발생할 경우 주어지는 결함신호로서, 결함이 발생 시 제어신호에 의해 DC전류회로가 자동으로 온-오프되고, 1단계로 오프 상태에서 반도체 스위칭 소자는 제일 먼저 닫히며, 2단계로 스위칭 접점이 열려서 반도체 스위칭 소자를 통해 DC 전류가 흐른 후에, 3단계로 반도체 스위칭 소자가 다시 열리고 스위칭 접점이 열려서 전기적 분리가 이루어지며, 이후에 수동 부하개폐기가 연결되는데, 수동 부하개폐기는 태양광 발전기용 플러그 접점이 있어서 수동으로 DC 전류를 차단하는 것으로 아크 소멸기능이 있다는 사실에 근거한다.

본 발명은 하나 이상의, 좀 더 특화하면 2개 이상의 전기적 제어가 가능한 스위치를 이용하는 발상에 의거한다.

본 발명의 결과로 계전기를 사용하게 되는데 상기 계전기는 접점이 융해될 염려가 없이 전자제어장치의 제어신호에 의해 자동으로 제어된다. 본 발명에 따르면 전류는 반도체 스위칭 소자에 의해 전기적으로 분리되고 계전기에서는 아무런 아크가 발생하지 않는다. 또한 전기적 분리에 사용하는 계전기는 단지 전원이 끊길 뿐이다. 이러한 특성에 의한 장점으로는 정상 작동 시 상당히 높은 전류가 계전기를 통해 흐를 수 있다는 것이고 따라서 계전기는 크기가 크지 않아도 된다. 더우기 게이트에 비해 계전기는 작고 저가이며 점유전력(Hold Power)을 적게 필요로 한다. 원리적으로는 게이트도 사용할 수 있다. 또한 반도체 스위칭 소자는 주기적으로 온-오프가 가능하여 오프 시 스위칭 접점의 전기 흐름이 적게 되므로 아크가 발생하지 않는다. 특히 온-오프가 빠르게 반복되어도 직류 전압의 전력망에서는 아크가 발생하지 않는다.

또한 계전기는 즉각적으로 작동하기 때문에 단락 이외의 다른 장애에서도 온-오프에 의해 간단하게 부하개폐장치를 유용하게 사용할 수 있다. 본 발명은 ESS의 방법과 자동식 스위치 오프의 장점을 결합하였다. 따라서 아크가 발생하지 않거나 감소하여 스위칭 작동 시 아크에 의한 해로움이 없으므로 사람이나 발전기에 위험에 노출되지 않으며, 장애 발생 시에는 부하개폐장치의 제어장치로 신호가 전달된다.

본 발명은 ESS의 작동 개념(DE 102 25 259 B3 또는 DE 10 2004 054 933 B3)을 바꾸는 아이디어에 의거한다. 즉, 부하전류는 더 이상 기계적 플러그 커넥터에의해 차단되는 것이 아니고 전자적 방법으로 아크를 소멸시키는 것이며 손잡이를 작동하면 신호가 제어장치에 주어지면서 상기 제어장치는 스위치 오프의 작동을 제어한다. 본 발명의 관점에서 손잡이 작동은 하나의 사고일 수 있으며 단락 같은 장애 또한 하나의 사고일 수 있다.

본 발명을 실현하기 위해서는 2개 이상의 계전기가 적당하다. 2개의 계전기 를 사용하면 접점 중의 하나가 융해되어도 전기적 분리를 유지할 수 있다. 또한 제어장치가 있어서 과전류나 단락의 경우에 작동할 수 있으며, 이는 특히 태양광 발전기에 적용하고 있다. 이 제어장치에는 마이크로프로세서를 사용할 수 있으며 가급적 이 제어장치는 부하개폐장치 내에 통합되어 있는 것이 좋다.

본 발명에서는 수동식 부하개폐기나 ESS 부하 개폐기가 추가로 연결되어 있다. 플러그 커넥터 또는 아크 보호 기능이 있는 보호 덮개를 제거하면 제어장치의 제어신호에 관계없이 DC 전류회로를 수동으로 열수 있다.

본 발명을 실현함에 있어서의 특징은, DC 전류회로 내의 전류선에는 스위칭 접점이 있는 2개의 스위칭 수단, 특히 2개의 계전기가 제어신호를 통해 순차적으로 스위치 작동을 하고 스위칭 수단 중 하나가 반도체 스위칭 소자에 의해 브릿지되어 반도체 스위칭 소자를 열어 DC 전류가 오프되면서 다른 스위칭 수단을 통해 DC 전류회로의 전기적 분리가 이루어진다는 것이다. 접점이 융해되면 전기적 분리는 종료된다. 반도체 스위칭 소자에 의해 첫 번째 계전기가 브릿지된 상태에서, 접점이 열릴 때 온 상태의 반도체 스위칭 소자쪽으로 전류가 흐르기 때문에 상기 계전기는 전류가 거의 없이 열릴 수 있다. 이 경우 아크가 발생되지 않는다. 반도체 스위칭 소자에서는 아크가 발생하지 않으므로 전류는 안전하게 0 으로 감소한다. 그러면 전기적 분리를 위한 두 번째 계전기에서는 완전히 전원이 제거된다.

계전기, 제어장치 등등의 장치 부품에 안전하게 전류를 공급하기 위해서 DC 측과 AC 측 양쪽에서 부하개폐장치의 전압 공급이 적절히 이루어지도록 한다.

본 발명에서 얻을 수 있는 더 많은 이점들이 청구항의 종속항에 명시되어 있 다.

태양광 발전기의 회로에서 발생하는 과전류나 단락 등의 장애에 대응하여 완전한 전기적 분리를 이루고, 스위칭 작동 시 아크가 발생하지 않도록 하여 더욱 안전하게 온-오프가 가능하여 전기 요소의 수명이 길어지므로 태양광 발전기의 유지를 위한 비용과 시간이 절감되며, 제어장치를 통해 장애에 대한 조치를 더욱 신속하게 처리할 수 있다. 특히 이러한 부하개폐장치를 저렴하게 구성할 수 있다는 큰 장점이 있다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명에 대해 자세히 설명한다.

도 1은 부하개폐장치(1)의 첫 번째 예를 보여준다. 상기 부하개폐장치(1)에 두 개의 계전기(R1,R2)가 있고, 계전기(R1)는 스위칭접점(K1)과 제어코일(S1)을 갖고 계전기(R2)는 스위칭접점(K2)과 제어코일(S2)을 갖는다. 두 개의 계전기, 좀 더 정확하게는 두 개의 스위칭접점(K1, K2)은 직렬로 연결된다. IGBT 스위치와 같은 반도체 스위칭소자(4)는 계전기에 병렬로 연결된다.

부하개폐장치(1)은 태양광 발전기(2)와 인버터(3) 또는 DC/AC 변환기 사이에 DC 전류선(10)과 함께 DC 전류회로 내에 놓여있다. 태양광 발전기(2)가 인버터(3) 회로에 연결되면 두 개의 계전기(R1,R2), 즉 스위칭접점(K1,K2)이 닫힌다. 두 개의 계전기는 스위칭접점이 닫힌 상태에서 필요한 전류를 전달할 수 있도록 설계되어 있다. 또한 부하개폐장치(1)는 전자제어장치(5)에 연결되어 있으며, 상기 전자제어장치(5)는 계전기(R1,R2) 또는 제어코일(S1,S2)에 연결되어 있어서 제어신호를 통해 스위칭 접점(K1,K2)을 자동으로 작동할 수 있다. 게다가 전자제어장치(5)에 의해 반도체 스위칭 소자(4)도 제어할 수 있다.

태양광 발전기(2)와 인버터(3)가 분리되어야 한다면, 반도체 스위칭 소자(4)가 먼저 도통된다. 그 다음 단계로 계전기(R2)의 스위칭접점(K2)이 열려서 부하전류는 계전기(R1)와 반도체 스위칭소자(4)의 직렬연결을 통해 흐른다. 세 번째 단계로 반도체 스위칭소자(4)가 비도통상태로 되면서 부하전류는 아크 없이 차단된다. 즉 아크를 방지할 수 있다. 다음에는 계전기(R1)의 스위칭접점(K1)이 열리고 결과적으로 태양광 발전기(2)와 인버터(3) 사이에는 전기적 분리가 이루어진다. 계전기(R1)에 전류가 흐르지 않는 상태에서 스위칭접점(K1)이 열리므로 접점(K1)에는 어떠한 아크도 생기지 않는다. 역순으로 DC 전류가 DC전류회로에 보내진다.

이들의 단계는 전자제어장치(5)에 의해 제어된다. 즉, 계전기(R1, R2)와 반도체 스위칭 소자(4)는 전자제어장치(5)의 제어 기능을 통해 작동된다. 제어선(6)을 통해 온-오프를 위한 사고 신호가 전달된다. 예상할 수 있는 사고로는 과전류, 과전압, 초고온, 기구 화재, 기구 장애, 수동식 오프 명령, 외부의 전기적 명령, 기구 덮개 개방, 정전 또는 태양광 발전기의 도난이다. 이러한 사고는 별도의 전자 장치 또는 감지기를 통해 인지된다.

사고나 장애의 발생 여부 판단은 전자제어장치(5) 또는 외부의 전자장치, 특히 인버터(3)의 내부에 있는 기구나 전자장치에 의한다. 제어선(6)은 두 가지 변형으로 사용된다. 한 가지 변형으로는, 여러개의 제어선을 사용하여 다양한 사고 신 호가 병렬로 전달되도록 하는 것이다. 제어선(6)을 RS232 또는 CAN과 같은 디지탈 통신선이나 버스로 사용할 수도 있다. 부하개폐장치(1)는 제어선(6)이나 다른 제어 통신선을 통해서 임의의 메세지를 외부 전자장치에 전달한다. 예를 들어 사고 발생 시 자동으로 오프가 되었음을 알려준다. 인식된 장애의 원인도 상기 제어선(6)을 통해 전달된다.

전자제어장치(5)에는 전압 공급선(7)이 연결되어 있으며 DC 측 또는 태양광 발전기 측에 그리고 AC 측 또는 전력망 측, 어느 쪽에나 연결할 수 있다.

한 쪽 계전기(R1) 또는 양쪽 계전기(R1, R2)는 열린 상태에서 DC 전류회로의 최대 아이들 전압을 억제하도록 설계되었다. 계전기(R1, R2)는 전류를 차단하지 않으므로 홀드전력이 적은 계전기를 사용할 수 있다. 만일 부하전류를 직접 차단하려면 높은 홀드전력을 갖는, 훨씬 크고 훨씬 강력한 계전기가 필요할 것이다.

도 2는 본 발명의 회로로서 단순히 회로 배열만을 보여준다. 이 변형의 특징은, 추가된 수동 작동의 부하개폐기(8), 특히 ESS 부하개폐기가 계전기(R2)에 직렬연결되어 있다는 것이다. 그러나 부하개폐기(8)은 기계적 접점이나 플러그 커넥터와 같은 다른 스위치가 될 수도 있다. 이 변형을 통해 완전 자동화된 오프가 가능하고 완전 수동식 오프도 가능하다. 수동식의 경우에는, 아크에 의해 DC 전류회로 내에 생기는 저장 에너지로부터 ESS에 전압이 공급될 수 있다. 추가적으로 계전기(R2)를 분리할 때 아크가 일어나면서 생성되는 에너지로부터 ESS에 전압을 공급할 수도 있다. 따라서 수 개의 부품이 장애를 일으켜도 아크 없이 전기적 분리를 얻을 수 있다.

도 2에 있는 계전기(R1)을 배제하는 것도 구상할 수 있다. 결과적으로 기계적 작동의 개념을 바꾸지 않고도 수 많은 스위칭 사이클의 요구에 맞게 ESS의 개념의 폭을 넓힐 수 있다. ESS는 태양광 발전기용 플러그 접점이 있는 수동 개폐식 DC 전류 연결 시스템으로 아크 소멸 시스템을 갖추고 있는 것으로 이해되고 있다.

도 3에는 스위치들만이 나타나 있으며 본 발명의 또 다른 회로배열의 변형을 볼 수 있다. 이 변형은, 부하개폐기(8)가 계전기(R2)에 직렬로 연결되고 반도체 스위칭 소자(4)는 계전기(R1)와 직렬로 연결되어 있다는 사실에서 도 2의 변형과는 다르다. 계전기(R1, R2)는 서로 병렬로 연결된다.

도 4에는 또 다른 변형이 설명되었고 도 1의 변형과 유사하지만 제3의 계전기(R3)가 추가로 DC(+) 전류선에 연결되어서 두 개의 전류선(10) 또는 DC(+)와 DC(-)가 하나 이상의 계전기에 의해 상대적으로 분리된다. 따라서 어느 한 쪽의 극에서 전기적 분리가 이루어진다. 계전기(R3)는 가급적 총부하전류를 전달하도록 설계하는 것이 좋다. 회로는 계전기(R3)를 통해 총부하전류를 오프하기 위한 것이 아니므로 상기 계전기(R3)는 아주 낮은 홀드전력을 갖는 작은 계전기일 수도 있다.

도 1은 부하개폐장치의 첫 번째 회로

도 2는 본 발명의 부하개폐장치의 두 번째 회로

도 3은 본 발명의 부하개폐장치의 세 번째 회로

도 4는 부하개폐장치의 네 번째 회로

** 부호의 설명

1 부하개폐장치

2 태양광 발전기

3 인버터

4 반도체 스위칭 소자

5 전자제어장치

6 제어선

7 전압 공급선

8 수동 작동 부하개폐기

9 -

10 DC선

R1, R2, R3 계전기

S1, S2 제어코일

K1, K2 스위칭 접점

Claims

태양광 발전기내의 DC 전류회로에 반도체 스위칭 소자(4)를 사용하여 아크 발생 없이 DC 전류를 온 또는 오프할 수 있고, 오프상태에서 전자제어장치(5)가 자동제어하는 스위칭접점에 의해 DC 전류회로 내의 전류선에서 전기적 분리가 이루어지며, 부하개폐장치(1)와 반도체 스위칭 소자(4)로 전달되는 제어신호가 전자제어장치(5)의 제어를 받아 DC 전류를 차단하여 스위칭 접점의 전원을 끊도록 되어 있는 부하개폐장치(1)에 있어서:

- DC 전류회로 내의 전류선에는 전자제어장치(5)의 제어신호를 통해 순차적으로 스위치 작동을 하는 2개의 스위칭수단인 스위칭접점(K1,K2)이 2개의 계전기(R1,R2)에 각각 포함되어 있고, 스위칭 수단 중 하나는 반도체 스위칭소자(4)에 병렬로 연결되어, 반도체 스위칭소자(4)가 비도통 상태로 되면 DC 전류가 오프되고 나머지 스위칭 수단을 통해 DC 전류회로의 전기적 분리가 이루어지며;

- 상기 제어신호는 태양광 발전기, 인버터 또는 AC 측에 결함이 발생할 경우 수신되는 결함신호로서, 결함 발생시 제어신호에 의해 DC전류회로가 자동으로 오프되고;

상기 부하개폐장치는,

- 1단계로, 스위칭수단인 2개의 스위칭접점(K1,K2)이 모두 닫힌 상태에서 반도체 스위칭 소자(4)가 먼저 도통상태로 되고;

- 2단계로 제2 스위칭수단인 스위칭접점(K2)이 열려서 반도체 스위칭소자(4)에 DC 전류가 흐르며;

- 3단계로 상기 반도체 스위칭 소자(4)가 비도통 상태로 되고;

- 4단계로 제1 스위칭수단인 스위칭접점(K1)이 열려 전기적 분리가 이루어지며;

- 태양광 발전기용으로 플러그 접점을 사용해 수동으로 DC 전류를 차단해 전자식 아크 소멸 기능을 갖는 수동 부하개폐기(8)가 상기 스위칭접점(K1,K2)에 직렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 부하개폐장치.
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제1항에 있어서, 상기 스위칭접점 중의 하나가 반도체 스위칭소자(4)와 직렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 부하개폐장치.
제1항에 있어서, 상기 스위칭접점들이 서로 직렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 부하개폐장치.
제1항에 있어서, 스위칭 접점(K1,K2)을 포함하는 제 3의 스위칭 수단이 DC 전류회로의 또 다른 전류선에 연결되는 것을 특징으로 하는 부하개폐장치.
제1항에 있어서, 부하개폐장치(1)가 3개의 계전기(R1,R2,R3)를 포함하는 것을 특징으로 하는 부하개폐장치.
제1항에 있어서, 부하개폐장치(1)는,

- 과전류;

- 과전압;

- 초고온;

- 기구 화재;

- 기구 장애;

- 수동 스위치 오프 명령;

- 외부의 전기적 명령;

- 기구 덮개 개방;

- 정전; 또는

- 태양광 발전기의 도난;의 경우에 오프되는 것을 특징으로 하는 부하개폐장치.
제1항에 있어서, 전자제어장치(5)의 외부 제어선(6)이 있어서, 전자제어장치(5)가 부하개폐장치(1)의 외부에 배치되거나 부하개폐장치(1)의 제어장치에 통합되는 것을 특징으로 하는 부하개폐장치.
제1항에 있어서, DC 측과 AC 측 양쪽으로부터 부하개폐장치(1)에 전압을 공급하는 것을 특징으로 하는 부하개폐장치.