KR101206906B1 - 선박 및 오프쇼어 유닛들을 위한 전기 직류 회로망 - Google Patents

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    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63G—OFFENSIVE OR DEFENSIVE ARRANGEMENTS ON VESSELS; MINE-LAYING; MINE-SWEEPING; SUBMARINES; AIRCRAFT CARRIERS
    • B63G8/00—Underwater vessels, e.g. submarines; Equipment specially adapted therefor
    • B63G8/08—Propulsion
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Abstract

본 발명은 적어도 하나의 직류 전류원(21), 특히 배터리 및/또는 연료 전지 설비와 적어도 하나의 전기 소비 장치(22), 예컨대 전기 구동모터 또는 온-보드 전기 시스템, 그리고 회로망(1) 내에서 흐르는 직류 전류를 차단하기 위해 적어도 하나의 차단장치(23)를 구비한, 잠수함, 선박 및 오프쇼어 유닛들용 전기 직류 회로망(1, 20)에 관한 것으로, 이 경우 상기 차단장치(23)는 회로망(1, 20)에 접속된 진공스위치(24) 및 전류장치(25)를 가지며, 상기 전류장치에 의해 상기 스위치(24) 개방시 상기 스위치(24)를 통해서 흐르는 전류에 의해 발생된 아크가 소거될 수 있고, 선박들, 특히 잠수함들 및 오프쇼어 유닛들에 사용 가능성은 상기 전류장치(25)가 상이한 방향의 스위치전류에 의해 발생된 아크들이 상기 전류장치에 의해 소거될 수 있도록 형성됨으로써 증가될 수 있다.

Description

선박 및 오프쇼어 유닛들을 위한 전기 직류 회로망{ELECTRIC DIRECT CURRENT NETWORK FOR WATER VESSELS AND FOR OFFSHORE UNITS}
본 발명은 청구항 1의 전제부에 따른 선박, 특히 잠수함 및 오프쇼어 유닛들을 위한 전기 직류 회로망(ELECTRIC DIRECT CURRENT NETWORK)에 관한 것이며, 상기와 같은 유형의 전기 직류 회로망은 예를 들어 DE 10 2005 031 761 B3호에 공지되어 있다.
상기 DE 10 2005 031 761 B3호에는 선박, 특히 잠수함의 전기 직류 회로망이 공지되어 있으며, 상기 전기 직류 회로망 경우에는 전류 차단장치(cut-off device)가 직류 전류원, 예를 들어 배터리 또는 연료전지 설비와 전기 소비 장치, 예를 들어 추진 모터 또는 온-보드(on-board) 전기 시스템 사이에 접속되며, 상기 전류 차단장치는 진공스위치로 형성된 회로 차단기 및 전류(轉流)장치를 포함한다.
스위치 개방시 스위치를 통하여 흐르는 전류에 의해 발생되는 아크는 전류장치에 의해 소거될 수 있다. 이를 위해서 전류장치는 아크 발생 직후에 반대 방향으로 향하는 전류를 진공 스위치에 공급하고, 상기 진공스위치는 아크 내에서 흐르는 전류를 보상하거나 또는 적어도 아크가 소거될 정도로 전류를 감소시킨다.
이 경우에는 전류장치가 다양한 방식으로 형성될 수 있다. 예를 들어 전류 장치는 진공스위치에 평행하게 놓이는 전류(轉流)전기회로를 가지며, 상기 전류전기회로는 스위치 및 전하 저장기, 예를 들어 커패시터를 포함한다. 제어장치를 통해서는 진공스위치의 개방 직후에 스위치가 구동되어서, 개방 시 스위치 내에서 생성되는 아크를 소거하기 위해 전하 저장기가 진공 회로차단기에 병렬로 그리고 반대 방향의 극성으로 접속되는 것이 보장된다. 전하 저장기 대신 전하 발생기, 예를 들어 전기 유도자(electric inductor)도 제공될 수 있으며, 상기 전하 발생기는 제어장치에 의해서 구동되어서, 진공스위치의 개방 후에 보상전류를 발생시키고, 상기 보상전류는 진공스위치의 개방 시 발생되는 아크를 소거한다.
본 발명의 목적은 청구항 1의 전제부에 따른 직류 회로망을 선박, 특히 잠수함 및 오프쇼어 유닛들에 사용하기에 더욱 적합하도록 개선하는 것에서부터 연유한다.
본 발명은 이 경우에 전기 직류 회로망 내의 진공스위치에 의해 전류가 항상 한 방향에서만 흐르는 것이 아니라 다른 방향, 즉 반대 방향에서도 흐를 수 있다는 인식에서 출발한다. 예를 들어 단락전류의 방향은 원칙적으로 진공스위치에 의해 측정될 수 없는데, 그 이유는 단락전류의 방향이 회로망 내의 단락 지점에 종속되어 있기 때문이다. 회로망의 정상적인 작동 시에도 회로망 내의 전환들은 잠수함의 경우 예를 들어 상이한 운항단계들의 조절 또는 전류공급모드에서 충전모드로의 배터리의 전환, 진공스위치를 통한 전류 방향의 변경을 야기할 수 있다. 회로망 커플링들로 이루어진 진공스위치들 내에서도 상이한 방향의 전류가 조절될 수 있다. 따라서, 진공스위치의 개방 전 진공스위치에 의한 전류 방향 및 그에 따른 스위치 개방시 생성되는 아크 내에서의 전류 방향 역시 상이할 수 있다.
상기와 같이 전류의 방향이 상이할 경우에도 역시 진공스위치를 통해서 전류를 확실히 차단하기 위해, 전류장치는 본 발명에 따라 상기 전류장치에 의해 상이한 방향의 스위치 전류에 의해 발생된 아크들이 소거될 수 있도록 형성된다. 상기와 같은 전류장치의 형성은 예를 들어 전류장치에 의해 상이한 방향의 역전류가 생성될 수 있고, 스위치 개방시 그와 동시에 생성되는 아크를 소거하기 위해 필요한 (아크에 의해 전류에 대하여 반대 방향으로 향하는) 역전류가 목적한 바대로 진공스위치에 공급됨으로써 가능하다.
이를 위해서 전류장치는 각각의 상이한 전류방향들을 위해 각각의 고유한 전류전기회로를 가질 수 있다. 여기서는 전류전기회로가 상당히 일반적으로 아크를 소거하기 위하여 역전류를 발생시키는 전류회로를 의미한다. 이러한 경우, 2개의 전류전기회로 중 하나의 전류전기회로에 의해 한 방향에서 역전류가 발생되고 그리고 2개의 전류전기회로 중 다른 전류전기회로에 의해서는 다른 방향, 즉 반대 방향에서 역전류가 발생될 수 있는데, 다시 말하자면 아크 전류를 정류하기 위한 상이한 방향의 역전류가 발생될 수 있다.
대안적으로 전류장치는 상이한 전류방향들을 위해 공통의 전류전기회로를 가지며, 이 경우 공통의 전류전기회로는 상이한 전류방향들을 위해 진공스위치에 각각 상이하게 접속될 수 있다.
차단장치는 바람직하게 진공스위치를 통해서 흐르는 전류의 방향을 결정하기 위한 하나의 장치를 갖는다. 상기 장치는 스위치에 의해 전류의 방향이 결정되지 않았을 경우, 정해진 시각에 실제로 존재하는 전류방향을 결정하고 목적한 바대로 상기 전류방향에서 아크를 소거하기 위해 제공되는 2개의 전류전기회로 중 하나의 전류전기회로를 구동하거나 또는 2개의 전류방향들을 위해 공통적인 전류전기회로의 정확한 접속(switch-on)을 트리거링하는 것이 가능하다.
차단 안정성의 보다 추가적인 상승은 전류장치가 상기 전류장치를 통해서 상이한 크기의 스위치전류에 의해 발생된 아크들이 소거될 수 있도록 형성됨으로써 가능하다. 이러한 전류장치의 형성은 예를 들어 전류장치를 통해서 상이한 크기의 역전류가 발생될 수 있고, 스위치 개방시 그와 동시에 생성된 아크를 소거하기 위해 필요한 크기의 역전류가 목적한 바대로 진공스위치에 공급됨으로써 가능하다.
본 발명에서는 실제로 스위치전류의 크기가 매우 상이할 수 있다는 인식을 근거로 한다. 따라서, 직류 회로망 내에서 단락이 발생할 경우 스위치전류는 직류 회로망의 정상 작동 시 최대 전류의 25배보다 더 클 수 있다. 예를 들어 최신 잠수함들의 경우 100kA 이상의 총 단락전류가 가능한 반면 최대 작동전류는 최대 4kA이다. 따라서, 전류장치를 통해서는 작동전류뿐만 아니라 25배 정도 더 높은 단락전류의 확실한 차단이 보장된다. 그래서 작동전류의 차단에 맞게 설계된 전류장치는 단락전류에 의해 생성된 아크를 소거할 수 없다. 반대로 단락전류의 차단에 맞게 설계된 전류장치가 훨씬 큰 역전류를 진공스위치에 공급하게 되면, 상기 역전류는 자신의 측면에서 다시 아크를 발생시킬 수 있다. 그러므로 아크를 확실히 소거하기 위해서는 전류장치에 의해 발생된 역전류의 크기가 아크 내에서 흐르는 스위치전류에 맞게 조절될 수 있어야 한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따라 전류장치는 적어도 작동전류를 차단하기 위해 그리고 단락전류를 차단하기 위해 각각의 고유한 전류전기회로를 갖는다.
대안적으로 전류장치는 작동전류를 차단하기 위해 그리고 단락전류를 차단하기 위해 공통의 전류전기회로를 가질 수 있으며, 이 경우 작동전류의 차단 및 단락전류의 차단을 위한 상기 공통의 전류전기회로에서는 각각 상이한 크기의 역전류가 발생될 수 있다.
바람직한 제 1 실시예에 따라 상기 공통의 전류전기회로는 최대한으로 차단될 예기 단락전류에 맞게 전류전기회로의 커패시터를 충전하기 위한 충전장치 및 단락의 발생 시에 또는 역전류 임펄스가 개시되기 직전에 요구되는 정상적인 차단 시에 커패시터를 목적한 바대로 방전하기 위한 방전장치를 갖는다.
바람직한 제 2 실시예에 따라 상기 공통의 전류전기회로는 커패시터충전기를 가지며, 상기 충전기에 의해 전류전기회로의 커패시터는 단락 발생 시에 또는 사전 설정 가능한 레벨에 맞게 요구되는 정상적인 차단 시에 충전될 수 있다. 이 때문에 차단장치의 특히 적은 중량 및 용적이 실현될 수 있다.
차단장치는 바람직하게 진공스위치를 통해서 흐르는 전류의 크기를 결정하기 위한 하나의 장치를 가진다. 상기 장치는 스위치에 의해 전류의 크기가 결정되지 않았을 경우 실제로 스위치를 통해서 흐르는 전류의 크기를 결정하고 목적한 바대로 상기 전류크기에서 아크를 소거시키기 위해 필요한 역전류를 발생시키는 것을 가능하게 한다.
차단 안정성을 더욱 상승시키기 위해 진공스위치는 기계적으로 서로 결합된 2개의 스위치 극을 가지며, 이 경우 상기 스위치 극 중 하나의 스위치 극은 직류 전류원의 플러스극으로부터 소비 장치까지 연결되는 전류 분기선에 접속되고, 상기 스위치 극들 중 다른 스위치 극은 직류 전류원의 마이너스극으로부터 소비 장치까지 연결되는 전류 분기선에 접속되며, 그리고 이 경우 차단장치는 2개의 모든 스위치 극을 위해 각각의 고유한 전류장치를 갖는다. 이 때문에 직류 회로망 내에서는 심지어 더블접지가 차단될 수 있다. 전류장치로서는 바람직하게 전술한 전류장치들이 사용될 수 있다.
차단 안정성의 전반적인 상승은 진공회로차단기가 기계적으로 서로 결합된 3개의 스위치 극을 가짐으로써 가능하게 되며, 이 경우 상기 스위치 극들 중 제 1 스위치 극은 직류 전류원의 플러스극으로부터 소비 장치까지 연결되는 전류 분기선에 접속되고, 상기 스위치 극들 중 다른 2개의 스위치 극은 직류 전류원의 마이너스극으로부터 소비 장치까지 연결되는 전류 분기선에 직렬로 접속되며, 그리고 이 경우 차단장치는 제 1 스위치 극을 위해 고유한 전류장치를 가지고 다른 2개의 스위치 극을 위해 공통적으로 고유한 전류장치를 갖는다. 이로 인하여 직류 회로망 내에서는 더블접지들도 차단될 수 있다. 전류장치로서는 또한 바람직하게 전술한 전류장치가 사용될 수 있다.
본 발명 및 종속항들의 특징들에 따른 본 발명의 추가의 바람직한 실시예들은 도면의 실시예들을 참조하여 이하에서 상세하게 설명된다.
도 1은 진공스위치를 통과하는 작동전류 및 단락전류의 상이한 전류방향들을 도시한 잠수함의 전기 직류 회로망의 기본 회로도이고,
도 2는 직류 전류원과 소비 장치 사이에 접속된 진공스위치 및 전류장치를 구비하는 차단장치를 갖는 직류 회로망의 기본 회로도이며,
도 3은 상이한 전류 방향들을 위해 각각 고유한 전류전기회로를 구비하는 전류장치를 갖는 직류 회로망의 기본 회로도이고,
도 4는 상이한 전류 방향들을 위해 공통의 전류전기회로를 구비하는 전류장치를 갖는 직류 회로망의 기본 회로도이며,
도 5는 전류전기회로의 바람직한 실시예이고,
도 6은 2개의 스위치 극을 구비하는 진공스위치 및 모든 스위치 극들을 위해 각각 하나의 전류장치를 구비하는 차단장치를 갖는 직류 회로망의 기본 회로도이며,
도 7은 작동전류를 위해 그리고 단락전류를 위해 각각 하나의 고유한 전류전기회로를 구비하는 전류장치를 갖는 직류 회로망의 기본 회로도이고,
도 8은 작동전류를 위해 그리고 단락전류를 위해 공통의 전류전기회로를 구비하는 전류장치를 갖는 직류 회로망의 기본 회로도이며,
도 9는 도 8의 전류전기회로의 바람직한 제 1 실시예이고,
도 10은 도 8의 전류전기회로의 바람직한 제 2 실시예이며,
도 11은 3개의 스위치 극으로 구성된 진공스위치, 상기 극들 중 하나의 극을 위한 전류장치 및 다른 2개의 극을 위한 공통의 전류장치를 구비하는 차단장치를 갖는 직류 회로망의 기본 회로도이다.
도 1에 도시된, 잠수함의 전기 직류 회로망(1)은 2개의 부분 회로망(2, 3)으로 이루어지며, 상기 2개의 부분 회로망은 회로망 커플링(4)을 통하여 상호 접속될 수 있다. 직류 회로망(1)은 배터리(5), 직류 전류원으로서의 제너레이터(6) 및 전기 소비 장치로서 도시되지 않은 온-보드 전기 시스템과 같이 잠수함의 프로펠러(9)를 구동하기 위한 2개 권선 시스템(winding system)(8)을 구비하는 추진모터(7)(예컨대 DC-모터 또는 DC-저장 모터)를 갖는다.
직류 회로망의 개별 부품들은 스위치(10, 10', 11, 11', 12, 12', 13)를 통하여 상호 접속된다. 이 경우에는 전류가 상기 스위치들에 의해 상이한 방향과 크기로 흐를 수 있다. 예를 들어 잠수함 운항 모드 시 추진모터(7)가 배터리(5)에 의해 전력을 공급받는다면, 작동전류(INF)는 배터리(5)로부터 배터리스위치(10)를 통과하여 추진모터(7)까지 흐른다. 그에 반해, 충전 모드 시에 배터리(5)가 제너레이터(6)에 의해 충전된다면, 충전전류(INL)는 제너레이터(6)로부터 배터리스위치(10)를 통과하여 배터리(5) 내로 흐른다. 작동전류(INF) 및 충전전류(INL)는 배터리스위치(10) 내에서 반대 방향으로 향한다.
제 1 단락(Kf1)의 경우에 단락이 제 1 부분 회로망(2)으로부터 전력을 공급받는 추진모터(7)의 권선 시스템(8) 내에서 발생한다면, 단락전류(IKF1)는 배터리(5)로부터 배터리스위치(10)를 통과하여 추진모터(7) 내로 흐른다. 그에 반해, 제 2 단락(Kf2)의 경우에 단락이 배터리(5) 내에서 발생한다면, 단락전류(IKF2)는 제너레이터(6)로부터 배터리스위치(10)를 통과하여 배터리(5) 내로 흐른다. 이 경우에는 단락전류(IKF1 및 IKF2)가 배터리스위치(10) 내에서 반대 방향으로 향한다.
따라서, 배터리스위치(10, 10')는 상이한 방향과 크기의 전류를 차단해야만 한다. 회로망 커플링 스위치(13)의 경우에도 상이한 방향과 크기의 전류가 차단될 수 있는데, 그 이유는 회로망 커플링 스위치(13)를 통해서는 작동전류와 마찬가지로 단락전류 또한 부분 회로망(2)에서 부분 회로망(3)으로 또는 부분 회로망(3)에서 부분회로망(2)으로 흐를 수 있기 때문이다.
스위치(10, 10', 11, 11', 12, 12', 13)는 진공스위치로 형성되며, ?도 2와 관련해서와 같이? (11)로 도시되는 차단장치의 구성 부품은 추가로 진공스위치 내에서 아크를 소거하기 위한 전류장치를 갖는다. 이 경우에는 부분 회로망(2, 3)의 2개의 배터리스위치(10, 10'), 2개의 제너레이터스위치(11, 11') 또는 2개의 추진모터 스위치(12, 12')는 필연적으로 각각의 별도 스위치일 필요없이, 기계적으로 서로 결합된, 2개 또는 3개의 극을 갖는 진공스위치의 극들 일 수 있는데, 다시 말하자면 2개의 배터리스위치(10, 10')는 기계적으로 서로 결합된, 2개 또는 3개의 극을 갖는 배터리스위치의 극들이고, 2개의 제너레이터스위치(11, 11')는 기계적으로 서로 결합된, 2개 또는 3개의 극을 갖는 제너레이터스위치의 극들이며, 그리고 2개의 추진모터스위치(12, 12')는 기계적으로 서로 결합된, 2개 또는 3개의 극을 갖는 추진모터스위치의 극들이다.
도 2는 특히 간략한 도면으로 도 1에 도시된 직류 회로망(1)의 부분 회로망(20)을 도시한 도면이다. 부분 회로망(20)은 직류 전류원(21), 전기 소비 장치(22) 및 상기 직류 전류원(21)과 상기 소비 장치(22) 사이로 흐르는 전류를 차단하기 위한 차단장치(23)를 갖는다. 차단장치(23)는 직류 전류원(21)과 소비 장치(22) 사이에 접속된 진공스위치(24) 및 진공스위치(24)에 병렬 접속된 전류장치(25)를 갖는다.
전류장치(25)에 의해서는 스위치(24) 개방 시 스위치(24)를 통해서 흐르는 전류에 의해 발생되는, 진공스위치(24) 내의 아크가 소거될 수 있다. 이 경우에 전류장치(25)는 상이한 방향의 스위치전류에 의해 발생된 아크들이 상기 전류장치에 의해서 소거될 수 있도록 형성된다. 전류장치(25)는 역전류가 발생하여 상기 역전류가 진공스위치에 공급됨으로써, 다시 말하자면 아크를 통해서 흐르는 전류에 대해 반대 방향으로 설정된 전류를 발생시킴으로써 아크를 소거하며, 상기 역전류는 아크 내에서 흐르는 전류를 보상하거나 또는 적어도 아크가 소거될 정도로 전류를 감소시킨다. 역전류를 발생시키기 위하여 전류장치(25)는 하나 또는 다수의 접속된 전류전기회로(26)를 갖는다(도 5 참조).
이 경우에는 전류장치(25)가 ?도 3에 도시된 바와 같이? 모든 상이한 전류방향들을 위해 각각 고유한 전류전기회로(26)를 가질 수 있다. 이 경우에 2개의 전류전기회로(26)는 동일하게 형성되지만, 상이한 극성으로 진공스위치(24)에 접속될 수 있다.
그러나 전류장치(25)는 ?도 4에 도시된 바와 같이? 상이한 전류방향들을 위해 공통의 전류전기회로(26)도 가질 수 있으며, 상기 공통의 전류전기회로는 스위칭장치(27)를 이용하여 상이한 극성을 갖는 상이한 전류방향들을 위해 진공스위치(24)에 병렬로 접속될 수 있다. 이 경우 전류전기회로의 극성을 변경하기 위한 스위칭장치(27)는 전자 기계식, 압축 공기식 또는 유압식으로 작동하는 기계식 전극스위치로 구현될 수 있을 뿐만 아니라 예컨대 고전류-부하를 수용할 수 있는 사이리스터(thyristor)와 같은 하이 파워 반도체 스위치들의 브리지 회로(bridge circuit)로 구현될 수도 있다.
두 경우에서 차단장치(23)는 스위치(24)를 통해서 흐르는 전류의 방향을 결정하기 위한 하나의 장치(28)를 갖는다. 장치(28)는 하나 또는 다수의 제어장치(29)를 이용하여 스위치(24)를 통해서 흐르는 전류의 방향에 따라 전류전기회로(26) (도 3 참조) 또는 스위칭장치(27) (도 4 참조)를 제어한다.
이 경우에 전류전기회로(26) 자체는 바람직하게 ?도 5에 도시된 바와 같이? 고임펄스전류를 위한 하이 파워 반도체 스위치(30), 예컨대 사이리스터, 커패시터(31), 커패시터(31)를 충전하기 위한 충전장치(32) 및 하이 파워 반도체스위치(30)를 시동하기 위한 시동장치(33)를 가진다.
도 6에 도시된, 차단 안정성이 증가된 차단장치의 경우 진공스위치(24)는 기계적으로 서로 결합된 2개의 스위치 극(즉, 스위칭 구간)(24a, 24b)을 가지며, 이 경우 스위치 극(24a)은 직류 전류원(21)의 플러스극으로부터 소비 장치(22)까지 연결되는 전류 분기선(42)에 접속되고, 스위치 극(24b)은 직류 전류원(21)의 마이너스극으로부터 소비 장치(22)까지 연결되는 전류 분기선(43)에 접속되며, 그리고 이 경우 차단장치(23)는 2개의 모든 스위치 극(24a, 24b)을 위해 각각 고유한 전류장치(25)를 가진다. 이를 위해 2개의 모든 전류장치(25)는 스위치 극(24a, 24b)을 통과하는 상이한 전류방향들을 위해 각각 2개의 전류전기회로(26)를 가진다.
도 7에 도시된 바와 같이, 전류장치(25)는 추가로 상기 전류장치를 통해서 상이한 크기의 스위치전류로부터 발생된 아크들이 소거될 수 있도록 형성된다. 이 때문에 차단 안정성이 더욱 증가될 수 있다. 전류장치(25)는 이를 위해 매우 높은 단락전류에 의해 발생되는 아크들을 소거하기 위한 역전류를 발생시키기 위해서 전류전기회로(26a)를 갖고, 상대적으로 낮은 작동전류에 의해 발생되는 아크들을 소거하기 위한 역전류를 발생시키기 위해서 전류전기회로(26b)를 갖는다. 스위칭장치(40)를 이용하여 목적한 바대로 2개의 전류전기회로(26a, 26b) 중 하나의 전류전기회로는 스위치(24)에 병렬로 접속될 수 있다. 따라서, 전류장치(25)에 의해서 상이한 크기의 역전류가 발생될 수 있고 상기 역전류는 진공스위치(24)에 공급될 수 있다.
뿐만 아니라, 차단장치(23)는 진공스위치를 통해서 흐르는 전류의 크기를 결정하기 위한 하나의 장치(41)를 갖는다. 상기 장치(41)는 스위치에 의해 전류의 크기가 결정되지 않은 경우 실제로 정해진 시점에 스위치를 통해서 흐르는 전류의 크기를 결정하고, 전류의 크기에 따라 스위칭장치(40)는 상기 스위칭장치가 목적한 바대로 상기 전류크기에서 아크를 소거하기 위해 제공되는 전류전기회로(26a 또는 26b)를 스위치(24)에 병렬로 접속하고 상기 전류전기회로에서 역전류의 발생을 트리거링한다.
대안적으로 도 8에 따라 전류장치(25)도 작동전류를 차단하기 위해서뿐 아니라 단락전류를 차단하기 위해서도 공통의 전류전기회로(26c)를 가지며, 이 경우 상기 공통 전류전기회로(26c) 내에서는 동작전류를 차단하기 위해 그리고 단락전류를 차단하기 위해 각각 상이한 크기의 역전류가 발생될 수 있다.
도 9에 도시된 전류전기회로(26c)의 특히 바람직한 실시예에 따라 커패시터(31)는 충전장치(32)에 의해 항상 최대로 저지되어야 할 예상 단락전류에 맞게 충전되지만, 단락의 발생 시에 또는 요구된 정상적인 차단 시에는 커패시터(31)에 병렬 접속된 방전장치(34)에 의해 정류전류임펄스의 트리거링 직전에 목적한 바대로, 진공스위치(24) 내에서 스위칭 아크를 소거하기 위해 획득되는 정류전류가 특히 충분한 진폭 및 지속시간을 가질 정도로 방전된다. 이 경우 진공스위치를 통해서 흐르는 전류의 크기를 결정하기 위한 장치(41)에 의해서는 저지되어야 할 예상 전류의 진폭 및 진공스위치(24)와 전류장치(25)의 트리거링을 위한 최적의 시점이 결정된다.
방전장치(34)는 바람직하게 예컨대 IGBT, IGCT 또는 사이리스터들과 같은 반도체스위치(35)의 직렬 회로 및 부하저항(36)으로 이루어지며, 상기 부하저항은 방전될 에너지를 수용한다. 이 경우 방전장치(34)가 트리거링되는 시각은 전자식 조치들, 예컨대 마이크로프로세스제어에 의해 장치(41)로부터 산출됨으로써, 정류전류임펄스의 트리거링 시점에는 이와 같은 트리거링을 위해 필요한 임펄스 커패시터(31)의 충전상태에 정확하게 도달하게 된다. 이러한 방식으로 상이한 진폭의 작동전류 및 단락전류가 단 하나의 전류전기회로(26c)만으로 차단 가능하다.
대안적으로 ?도 10에 도시된 바와 같이? 커패시터(31)는 또한 단락 발생 시에 또는 요구된 정상적인 차단 시에 비로소 각각 요구된 레벨로 충전될 수 있다; 이를 위해 무부하 동작 시에 지속적으로 제공되는 커패시터충전기(37)가 제공되며, 상기 커패시터충전기는 단지 적은 전기적 연속부하수용능력만을 갖지만 매우 높은 단기부하수용능력 그리고 전자식으로 조절 가능한 진폭 및 또한 바람직하게는 극성을 가지는 것을 특징으로 한다.
더욱 낮은 단락전류 및 작동전류를 위하여 충전과정은 장치(41)에 의해 상응하게 조기에 중지된다. 필요한 극성 또한 장치(41)로부터 인식되어 충전기(37)에 전송됨으로써, 커패시터(31)는 상응하는 극성으로 충전된다.
상기와 같은 회로의 장점은 특히 차단장치의 적은 중량 및 용적에 중요성을 부과한다는 것이다; 이 경우 접속된 전류전기회로의 파워반도체를 위해서는 완전 브리지 회로(full bridge circuit)가 아니라 2개의 파워반도체로 구성된 병렬 회로(44)만 필요하며, 이 경우 요구된 극성에 상응하는 각각의 반도체는 정류임펄스를 발생시키기 위한 장치(41)에 의해 구동된다. 또한, 대안적으로 항상 2개의 반도체가 동시에 구동됨으로써, 경우에 따라 극성을 교체하는 정류전류도 개개의 다른 반도체 스위치에 의해 지지된다; 그로 인해 더 이상 역평행 프리런닝다이오드들(free running diode)이 필요하지 않게 되고, 이는 비용, 크기 및 중량과 관련하여 특히 큰 장점을 갖는다.
또한, 상기 회로의 장점은 항상 오직 단시간에 전압이 커패시터(31)에 공급된다는 것이며, 그로 인해 상기 커패시터가 훨씬 더 콤팩트하게 그리고 더욱 가볍 게 형성될 수 있다는 것이다. 이는 특히 직류 전압이 가해진 커패시터들의 경우 낮은 에러 비율을 위해 유전체가 단지 임펄스 전압만이 공급되는 커패시터들의 경우보다 훨씬 더 두껍게 사이즈 설계되어야 한다는 사실을 근거로 한다.
도 11에 도시된 차단장치(23)는 기계적으로 서로 결합된 3개의 스위치 극들(24a, 24b, 24c)을 갖는 진공스위치(24)를 포함하며, 이 경우 스위치 극(24a)은 직류 전류원(21)의 플러스극으로부터 소비 장치(22)까지 연결되는 전류 분기선(42)에 접속되고, 스위치 극(24b 및 24c)은 직류 전류원(21)의 마이너스극으로부터 소비 장치(22)까지 연결되는 전류 분기선(43)에 접속되며, 그리고 이 경우 차단장치(23)는 스위치 극(24a)을 위한 전류장치(25) 및 2개의 스위치 극(24b 및 24c)에 공통으로 작용하는 전류장치(25)를 갖는다. 이를 위해 2개의 모든 전류장치(25)는 2개의 모든 전류방향을 위해 단락전류에 의해 발생되는 아크들을 소거하기 위한 전류전기회로(26a) 및 작동전류에 의해 발생되는 아크들을 소거하기 위한 전류전기회로(26b)를 각각 하나씩 가진다. 대안적으로 단락전류 및 작동전류를 위한 2개의 전류전기회로(26a 및 26b) 대신 도 8 내지 도 10에 따른 공통의 전류전기회로(26c)도 제공될 수 있다.
제어장치(45)는 도 4의 장치(28)와 도 7의 장치(41)의 기능을 실행하고 진공 스위치(24)를 통과하는 전류의 방향과 크기를 결정하며, 아크 소거에 필요한 역전류의 크기 및 극성을 검출하여 그에 따라 도면에 상세하게 도시되지 않은 제어라인들을 통해서 목적한 바대로 상기 역전류의 발생에 필요한 전류전기회로 또는 아울러 경우에 따라 존재하는 충전/방전장치들 및 스위칭장치들을 구동한다.
상기와 같은 유형의 차단장치(23)의 실시예에서는 특히 높은 차단 안정성이 달성될 수 있다. 작동전류와 관련하여 차이가 더 클 경우에는, 차단 안정성의 추가 상승을 위하여 추가의 전류전기회로를 제공하는 것이 의미를 가질 수 있다.

Claims (13)

  1. 적어도 하나의 직류 전류원(21), 적어도 하나의 전기 소비 장치(22), 그리고 회로망(1) 내에서 흐르는 직류 전류를 차단하기 위한 적어도 하나의 차단장치(23)를 구비한, 잠수함, 선박 및 오프쇼어 유닛들을 위한 전기 직류 회로망(1, 20)으로서,
    상기 차단장치(23)는 상기 회로망(1)에 접속된 진공스위치(24) 및 전류(轉流)장치(25)를 가지며, 상기 전류장치에 의해 상기 스위치(24) 개방 시 상기 스위치(24)를 통해서 흐르는 전류에 의해 발생된 아크가 소거될 수 있고,
    상기 전류장치(25)는 상이한 방향의 스위치 전류에 의해 발생된 아크들이 상기 전류장치에 의해 소거될 수 있도록 형성되는,
    전기 직류 회로망.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 전류장치(25)는 각각의 상이한 전류방향들을 위해 각각의 고유한 전류전기회로(26)를 가지는,
    전기 직류 회로망.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 전류장치(25)는 상이한 전류 방향들을 위해 공통의 전류전기회로(26)를 가지며, 상기 전류전기회로는 상이한 전류 방향들을 위해 각각 상이하게 상기 진공스위치(24)에 접속될 수 있는,
    전기 직류 회로망.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 차단장치(23)는 상기 스위치(24)를 통해서 흐르는 전류의 방향을 결정하기 위한 하나의 장치(28)를 가지는,
    전기 직류 회로망.
  5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전류장치(25)는 상기 전류장치 의해 상이한 크기의 스위치전류에 의해 발생된 아크들이 소거될 수 있도록 형성되는,
    전기 직류 회로망.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 전류장치(25)는 적어도 작동전류의 차단을 위해 그리고 단락전류의 차단을 위해 각각의 고유한 전류전기회로(26a 또는 26b)를 가지는,
    전기 직류 회로망.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 전류장치(25)는 작동전류의 차단을 위해 그리고 단락전류의 차단을 위해 공통의 전류전기회로(26c)를 가지고 이 경우 작동전류의 차단을 위한 그리고 단락전류의 차단을 위한 상기 공통의 전류전기회로(26c)에서는 각각 상이한 크기의 역전류가 발생될 수 있는,
    전기 직류 회로망.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 공통의 전류전기회로(26c)는 단락의 발생 시에 또는 역전류 임펄스가 트리거링되기 직전에 요구되는 정상적인 차단 시에 최대한으로 저지될 예상 단락전류에 맞게 상기 전류전기회로(26c)의 커패시터(31)를 충전하기 위한 충전장치(32) 및 커패시터(31)를 목적한 바대로 방전하기 위한 방전장치(34)를 갖는,
    전기 직류 회로망.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 공통의 전류전기회로(26c)는 커패시터충전기(37)를 가지며, 상기 전류전기회로의 커패시터(31)는 상기 커패시터충전기에 의해 단락 발생 시에 또는 사전 설정된 레벨에 맞게 요구되는 정상적인 차단 시에 충전될 수 있는,
    전기 직류 회로망.
  10. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 진공스위치(24)는 기계적으로 서로 결합된 2개의 스위치 극(24a, 24b)을 가지며, 이 경우 상기 스위치 극들 중 하나의 스위치 극(24a)은 직류 전류원(21)의 플러스극으로부터 소비 장치(22)까지 연결되는 전류 분기선(42)에 접속되고, 다른 스위치 극(24b)은 직류 전류원(21)의 마이너스극으로부터 소비 장치(22)까지 연결되는 전류 분기선(43)에 접속되며, 그리고 이 경우 상기 차단장치(23)는 상기 2개의 모든 스위치 극(24a, 24b)을 위해 각각의 고유한 전류장치(25)를 가지는,
    전기 직류 회로망.
  11. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 진공스위치(24)는 기계적으로 서로 결합된 3개의 스위치 극(24a, 24b, 24c)을 가지며, 이 경우 상기 스위치 극들 중 제 1 스위치 극(24a)은 직류 전류원(21)의 플러스극으로부터 소비 장치(22)까지 연결되는 전류 분기선(42)에 접속되고, 다른 2개의 스위치 극(24b, 24c)은 직류 전류원(21)의 마이너스극으로부터 소비 장치(22)까지 연결되는 전류 분기선(43)에 직렬로 접속되며, 그리고 이 경우 상기 차단장치(23)는 상기 제 1 스위치 극(24a)을 위해 고유한 전류장치(25) 그리고 상기 2개의 다른 스위치 극(24b, 24c)을 위해 공통으로 고유한 전류장치를 가지는,
    전기 직류 회로망.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 직류 전류원(21)은 배터리 및 연료 전지 설비 중 적어도 하나인,
    전기 직류 회로망.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 전기 소비 장치(22)는 전기 구동모터 또는 온-보드(on-board) 전기 시스템인,
    전기 직류 회로망.
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