KR101483084B1 - Device and method to interrupt direct current - Google Patents

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Abstract

본 발명은 직류 전류 차단 장치 및 방법에 관한 것으로서, 전압형 컨버터에 적합한 고속 차단 기능을 가지는 직류 전류(DC) 차단 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있는 것이다. 또한 본 발명은 구성이 비교적 간단하여 장치 비용을 낮출 수 있고, 이에 경제성 측면에서 보다 경쟁력이 있는 직류 전류 차단 장치와 방법을 제공하는데 그 목적이 있는 것이다. 상기한 목적을 달성하기 위해, 사고 발생시 직류 전류를 차단하기 위한 직류 전류 차단 장치에 있어서, 정상 동작 상태의 전류를 통전시키기 위한 주 통전로 상에 직렬로 연결되어 설치되는 투입 스위치, 기계식 스위치 및 반도체 스위치를 포함하는 주 통전부와; 상기 주 통전로와 병렬로 연결된 회로 상에 기계식 스위치 및 반도체 스위치와 병렬로 접속되도록 설치되는 커패시터와; 상기 주 통전로와 병렬로 연결된 회로 상에 커패시터와 병렬로 접속되도록 설치되는 서지 어레스터;를 포함하는 직류 전류 차단 장치와, 이를 이용한 직류 전류 차단 방법을 제공한다.The present invention relates to an apparatus and method for blocking direct current (DC), and more particularly, to an apparatus and method for blocking direct current (DC) having a high-speed breaking function suitable for a voltage-type converter. Further, it is an object of the present invention to provide a DC current interrupter and a method which are relatively simple in construction and can reduce the cost of the apparatus, and thus are more competitive in terms of economy. In order to achieve the above object, there is provided a DC current interrupting device for interrupting a DC current in the event of an accident, the DC interrupter comprising: an input switch connected in series on a main energizing path for energizing a current in a normal operating state; A main current supply unit including a switch; A capacitor installed in parallel with the mechanical switch and the semiconductor switch on a circuit connected in parallel with the main energizing path; And a surge arrestor installed in parallel with the capacitor on a circuit connected in parallel to the main energizing path, and a direct current interrupting method using the same.

Description

직류 전류 차단 장치 및 방법{Device and method to interrupt direct current}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a direct current (DC)
본 발명은 직류 전류 차단 장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 종래의 전류형 컨버터 방식에 비해 현격히 빠른 차단 시간이 요구되는 전압형 컨버터를 사용한 송변전선로에서 고압 직류 전류(DC)를 신속히 차단할 수 있는 전류 차단 장치 및 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a DC current interrupting apparatus and method, and more particularly, to a DC current interrupting apparatus and method that can rapidly block a high-voltage DC current (DC) in a transmission line using a voltage converter that requires a significantly faster cut- And more particularly, to a current interruption device and method.
일반적으로 송, 배전급 전력계통에서 선로 상에 고장이 발생하는 경우 고장 전류를 신속히 차단하고 전력설비를 보호하기 위해 차단기가 사용되고 있다.Generally, when a fault occurs on a line in a transmission and distribution power system, a circuit breaker is used to quickly cut off the fault current and protect the power facility.
최근 신재생 에너지 분야가 부각됨에 따라 DC 전력 송배전 방식에 대한 관심이 점차 증가하고 있으며, DC 전력망의 활성화에 있어서 최대 걸림돌이 DC(직류 전류) 차단 기술로 알려지고 있다.Recently, as the new renewable energy field becomes more popular, interest in DC power transmission and distribution system is increasing and DC (direct current) blocking technology is known as the biggest obstacle to activation of DC power grid.
DC의 경우, 전류 영점에서 전류를 차단하게 되는 기존의 AC(교류 전류) 차단 기술과는 달리, 자연적 전류 영점이 발생하지 않기 때문에 차단을 위해 인위적으로 전류 영점을 만들어야 하고, 이에 DC 차단 기술은 AC 차단 기술과 근본적으로 상이하다.In the case of DC, unlike the conventional AC (alternating current) interrupting technology which cuts off the current at the current zero point, since the natural current zero point does not occur, it is necessary to artificially make the current zero point for interception, It is fundamentally different from the blocking technique.
이러한 이유로 인해 지금까지 제시된 여러 가지의 전류 영점 발생 방식을 바탕으로 하여 다양한 DC 차단 기술이 검토되어 왔다.For this reason, various DC blocking techniques have been examined based on various current zero generating methods presented so far.
그리고, DC 전력 송전에 전류형 컨버터가 주로 사용되어 왔고, 포인트-투-포인트(point-to-point) 방식의 선로 구성을 가지는 대부분의 경우에는 전력변환을 위한 컨버터가 자체적으로 전류 차단 기능을 가지거나 컨버터 전단의 AC 선로 측에 위치한 AC 차단기로 사고 잔류를 차단하는 방식을 이용하므로 별도의 DC 차단기에 대한 필요성이 많지 않았다.Current-mode converters have been mainly used for DC power transmission, and in most cases, the converters for power conversion have a current interrupt function in a point-to-point manner. Or an AC circuit breaker located on the AC line side of the converter, it is not necessary to use a separate DC circuit breaker.
하지만, 전압형 컨버터 방식이 DC 전력망에 적용되기 시작하면서부터 기존의 차단 방식에 비해 훨씬 빠른 차단 속도가 요구되는 고속 DC 차단기가 필수적인 요소로 대두되었고, 이에 차단 시간이 수 ㎳ 이하인 고속 DC 차단 방식에 대한 관심이 점차 높아지고 있다.However, as soon as the voltage converter type is applied to the DC power grid, a high-speed DC circuit breaker, which requires a much faster cut-off speed than the conventional circuit breaker, has become an essential factor. Interest is increasing.
더불어 1990년도 중반부터 적용되기 시작한 전압형 컨버터 방식에 적합한 DC 차단 방식에서는 기존의 방식들에 비해 차단 속도가 현격히 빨라야 하는 기술적 어려움이 있기 때문에 새로운 개념의 차단 방식을 적용할 필요가 있다.In addition, since the DC blocking method suitable for the voltage converter type, which has been applied since the mid 1990s, has a technical difficulty that the blocking speed must be remarkably faster than the conventional methods, it is necessary to apply a new concept blocking method.
따라서, 기계식의 DC 차단 방식을 벗어나 기계식 차단기와 더불어 전력반도체 소자를 함께 응용하는 하이브리드(hybrid) 방식의 고속 DC 차단 기술이 제시되고 있다. Therefore, a hybrid DC-blocking technique that applies a power semiconductor device together with a mechanical circuit breaker has been proposed outside the mechanical DC blocking scheme.
여기서, 직류 전류(DC) 차단과 관련된 선행특허의 주요 내용을 정리하면 다음과 같다.Here, the main contents of the prior patent related to the DC current (DC) blocking are summarized as follows.
미국특허 제3,777,179호에는 직렬로 연결된 두 개의 기계식 스위치, 그리고 이 중 한 개의 기계식 스위치와 병렬로 연결된 전자식 스위치를 구비하여, 상기 기계식 스위치의 아크 전압에 의해 전자식 스위치로 전류(電流, current)를 전류(轉流, commutation)시키고 전자식 스위치로 전류를 차단하는 방식이 제시되어 있다.U.S. Patent No. 3,777,179 discloses an electronic switch having two mechanical switches connected in series and an electronic switch connected in parallel with one of the mechanical switches so that the electric current (Commutation), and an electronic switch is used to interrupt the current.
그러나, 상기 선행특허의 전류 차단 방식은 기계식 스위치의 긴 동작시간으로 인해 DC 차단 시간을 단축하는데 한계를 가지는 문제가 있으므로 고속 DC 차단 방식에는 적용하기가 어렵다.However, since the current interruption method of the prior art has a problem of shortening the DC cutoff time due to the long operation time of the mechanical switch, it is difficult to apply to the high-speed DC cutoff method.
또한 미국특허 제3,809,959호에 제시되어 있는 차단 방식은 위의 특허와 유사하게 직렬로 연결된 두 개의 기계식 스위치를 이용하는 것으로, 전류(轉流)용 스위치의 아크 전압을 이용하여 전류시키는 방식이기 때문에 차단 전류(電流)의 전류(轉流) 현상에 대한 안정적인 보장이 어렵고, 차단 속도에 있어서 전압형 컨버터 방식에 적합한 수 ㎳ 이내의 고속 동작이 어렵다.In addition, the blocking method disclosed in U.S. Patent No. 3,809,959 utilizes two mechanical switches connected in series, similar to the above patent, in which current is made by using the arc voltage of the commutation switch, It is difficult to stably guarantee the commutation of the current (current), and it is difficult to operate at a high speed within several milliseconds, which is suitable for the voltage converter type in the cutoff speed.
유럽특허 제0660352호에 제시되어 있는 차단 방식에서도 정상 동작시의 주 통전로로 사용되는 회로에 직렬로 연결된 기계식 스위치를 설치하여 이용하는데, 전류(電流) 차단을 위한 전류(轉流)를 확실히 하기 위해 전류용 스위치에 병렬로 전력반도체 스위치를 연결하여 이용한다.In the blocking system shown in EP 0660352, a mechanical switch connected in series to a circuit used as a main conduction line in normal operation is installed and used. In order to ensure a current for current interruption A power semiconductor switch is connected in parallel to the fault current switch.
이 방식 역시 전류용 스위치의 동작 속도가 고속 차단에 있어서 걸림돌이 되고 있으며, 사용되는 전력반도체 스위치도 정격전압에 대한 내전압 특성을 가지고 있어야 하는 단점이 있다.This method also has a disadvantage in that the operating speed of the current switch is a stumbling block in the high-speed cutoff, and the power semiconductor switch used must have the withstand voltage characteristic with respect to the rated voltage.
또한 국제공개특허 제2011-057675호에서는 두 개의 기계식 스위치가 직렬로 결선된 방식이 가지는 동작시간의 문제를 해결하기 위해 고속 기계식 스위치와 전력반도체 스위치를 직렬로 연결한 구조로 대체하고, 이에 더해 전력반도체 차단기를 병렬로 접속하여 전압형 컨버터 방식의 직류 전류(DC) 차단에 적용할 수 있도록 한 구성이 제시되어 있다.In addition, International Patent Publication No. 2011-057675 replaces a high-speed mechanical switch and a power semiconductor switch in a series connection structure in order to solve the operation time problem of the two mechanical switches connected in series, There is proposed a configuration in which a semiconductor circuit breaker is connected in parallel to be applied to a direct current (DC) blocking of a voltage converter type.
그러나, 이 방식에서는 직류 전류 차단시 발생하는 과도 전압 전체에 대한 내전압 특성을 가지는 전력반도체 스위치가 필요하며, 또한 양방향 전류 차단을 위해 단방향 전력용 차단기의 구성에 비해 두 배 수량의 전력용 소자가 요구되는바, 이로 인해 시스템의 복잡성이 증대됨은 물론 경비 측면에서도 가격이 비싸지는 단점을 가진다.
However, in this method, a power semiconductor switch having a withstand voltage characteristic against an overvoltage generated when a DC current is cut off is required. Also, in order to cut off the bidirectional current, As a result, the complexity of the system is increased, and the cost is high in terms of cost.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출한 것으로서, 전압형 컨버터에 적합한 고속 차단 기능을 가지는 직류 전류(DC) 차단 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, the present invention has been made keeping in mind the above problems occurring in the prior art, and it is an object of the present invention to provide a DC blocking device and method having a high-speed blocking function suitable for a voltage-type converter.
또한 본 발명은 구성이 비교적 간단하여 장치 비용을 낮출 수 있고, 이에 경제성 측면에서 보다 경쟁력이 있는 직류 전류 차단 장치와 방법을 제공하는데 그 목적이 있는 것이다.Further, it is an object of the present invention to provide a DC current interrupter and a method which are relatively simple in construction and can reduce the cost of the apparatus, and thus are more competitive in terms of economy.
또한 본 발명은 주 차단 기능이 전력용 반도체 소자로 구성된 솔리드-스테이트(solid-state) 차단 방식으로 수행되는 종래의 복잡하고 고가인 직류 전류 차단 방식과 비교하여 새롭고 차별성을 가지는 장치 구성 및 그 구성에 대한 운용 방법을 제시하는데 목적이 있는 것이다.
In addition, the present invention provides a new and different device configuration and configuration compared to the conventional complex and expensive direct current interruption method in which the main blocking function is performed in a solid-state shut-off system composed of power semiconductor elements It is aimed to present the method of operation of Korea.
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은, 사고 발생시 직류 전류를 차단하기 위한 직류 전류 차단 장치에 있어서, 정상 동작 상태의 전류를 통전시키기 위한 주 통전로 상에 직렬로 연결되어 설치되는 투입 스위치, 기계식 스위치 및 반도체 스위치를 포함하는 주 통전부와; 상기 주 통전로와 병렬로 연결된 회로 상에 기계식 스위치 및 반도체 스위치와 병렬로 접속되도록 설치되는 커패시터와; 상기 주 통전로와 병렬로 연결된 회로 상에 커패시터와 병렬로 접속되도록 설치되는 서지 어레스터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 직류 전류 차단 장치를 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a DC current interrupting device for interrupting a DC current in the event of an accident, comprising: an input switch connected in series on a main energizing path for energizing a current in a normal operating state; A main switch including a mechanical switch and a semiconductor switch; A capacitor installed in parallel with the mechanical switch and the semiconductor switch on a circuit connected in parallel with the main energizing path; And a surge arrestor installed in parallel with the capacitor on a circuit connected in parallel with the main energizing path.
여기서, 상기 커패시터는 투입 스위치의 후단에서 주 통전로로부터 분기된 회로 상에 설치되는 것을 특징으로 한다.Here, the capacitor is provided on a circuit branched from the main energizing path at the rear end of the closing switch.
또한 상기 커패시터는 반도체 스위치에 의해 주 통전로의 전류가 차단되는 시점에서 인가되는 과도 전압이 상기 기계식 스위치와 반도체 스위치에 분담될 때 반도체 스위치의 내전압 한계치를 넘지 않는 정전 용량을 가지는 것을 특징으로 한다.The capacitor has a capacitance not exceeding the withstand voltage limit value of the semiconductor switch when the transient voltage applied at the time when the current of the main energizing path is blocked by the semiconductor switch is shared with the mechanical switch and the semiconductor switch.
또한 상기 투입 스위치를 최종적으로 오픈하여 직류 전류의 차단 동작이 종료된 후 상기 커패시터에 충전된 전압을 방전시키기 위한 방전부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.And a discharge unit for discharging the voltage charged in the capacitor after the closing switch is finally opened to complete the DC current shut-off operation.
또한 상기 방전부는 커패시터가 설치된 회로와 병렬로 연결된 방전로 상에 서로 직렬로 연결되어 설치되는 방전 스위치와 방전저항을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.The discharge unit may include a discharge switch and a discharge resistor connected in series to each other on a discharge path connected in parallel with a circuit in which the capacitor is installed.
또한 상기 주 통전부는 반도체 스위치로서 1개의 단방향 도통 스위치를 가지거나, 2개의 단방향 도통 스위치를 서로 역방향으로 직렬로 연결하고 각 단방향 도통 스위치에 병렬로 프리휠링 다이오드를 접속한 양방향 도통 스위치의 구성을 가지는 것을 특징으로 한다.Further, the main power supply unit may include a bidirectional conduction switch having one unidirectional conduction switch as a semiconductor switch, two bidirectional conduction switches connected in series in opposite directions to each other, and a freewheeling diode connected in parallel to each conduction conduction switch .
그리고, 본 발명은, 사고 발생시 직류 전류를 차단하기 위한 직류 전류 차단 방법에 있어서, 정상 동작 상태의 전류를 통전시키기 위한 주 통전로 상에 직렬로 연결되어 설치되는 투입 스위치, 기계식 스위치 및 반도체 스위치를 포함하는 주 통전부와; 상기 주 통전로와 병렬로 연결된 회로 상에 기계식 스위치 및 반도체 스위치와 병렬로 접속되도록 설치되는 커패시터와; 상기 주 통전로와 병렬로 연결된 회로 상에 커패시터와 병렬로 접속되도록 설치되는 서지 어레스터;를 포함하는 직류 전류 차단 장치를 이용하되, 상기 주 통전로를 통해 정상 전류가 흐르는 정상 동작 상태에서 기계식 스위치를 오픈시키고, 이어 기계식 스위치의 전극 간 아크 발생 직후 반도체 스위치를 턴오프시켜 주 통전로로 흐르던 선로 전류가 커패시터로 전류되도록 하여 커패시터를 충전시키며, 상기 커패시터의 충전 전압이 서지 어레스터의 방전 개시 전압까지 상승하면 서지 어레스터가 방전을 시작하면서 선로 전류가 서지 어레스터를 통해 흐르게 되어 전류의 차단이 이루어지도록 하는 것을 특징으로 하는 직류 전류 차단 방법을 제공한다.According to the present invention, there is provided a DC current shutdown method for shutting off a DC current in the event of an accident, comprising: a closing switch, a mechanical switch, and a semiconductor switch provided in series on a main energizing path for energizing a normal operating current; A main conduit section including the main conduit; A capacitor installed in parallel with the mechanical switch and the semiconductor switch on a circuit connected in parallel with the main energizing path; And a surge arrester installed in parallel with the capacitor on a circuit connected in parallel with the main energizing path, wherein the surge arrester includes a main switch, And immediately after the interelectrode arc of the mechanical switch is generated, the semiconductor switch is turned off so that the line current flowing through the main energizing path is caused to flow to the capacitor so that the capacitor is charged, and the charge voltage of the capacitor is set to the discharge start voltage The surge arrester starts to discharge, and the line current flows through the surge arrester, so that the current is cut off.
여기서, 상기 반도체 스위치가 제어부의 제어신호에 따라 턴오프되어 반도체 스위치를 통해 흐르는 전류가 차단되는 시점은 아크가 발생되던 기계식 스위치의 전극 간이 이후 발생되는 과도 전압에 대해 절연 회복을 할 수 있는 전극 간 거리가 확보될 때로 설정하는 것을 특징으로 한다.Here, the time when the semiconductor switch is turned off according to the control signal of the control unit and the current flowing through the semiconductor switch is interrupted is a time interval between the electrodes capable of recovering insulation against a transient voltage generated after the electrode of the mechanical switch, And when the distance is secured.
또한 커패시터는 반도체 스위치에 의해 주 통전로의 전류가 차단되는 시점에서 인가되는 과도 전압이 기계식 스위치와 반도체 스위치에 분담될 때 반도체 스위치의 내전압 한계치를 넘지 않는 정전 용량을 가지는 것을 특징으로 한다.The capacitor is characterized by having a capacitance not exceeding the withstand voltage limit value of the semiconductor switch when the transient voltage applied at the moment when the current of the main energization path is blocked by the semiconductor switch is shared between the mechanical switch and the semiconductor switch.
또한 상기 전류의 차단이 이루어지고 나면 완전한 전기적 분리를 위해 투입 스위치를 오픈시키는 것을 특징으로 한다.And when the current is cut off, the closing switch is opened for complete electrical separation.
또한 상기 투입 스위치를 오픈한 후 커패시터의 전압을 방전시키기 위한 방전부를 동작시키는 것을 특징으로 한다.And a discharge unit for discharging the voltage of the capacitor after the closing switch is opened.
또한 상기 방전부는 커패시터가 설치된 회로와 병렬로 연결된 방전로 상에 서로 직렬로 연결되어 설치되는 방전 스위치와 방전저항을 포함하여 구성되고, 방전로를 통해 커패시터에 충전된 전압이 방전되도록 방전 스위치를 클로즈한 후 오픈시키는 것을 특징으로 한다.The discharging unit includes a discharging switch and a discharging resistor connected in series with each other on a discharging path connected in parallel with a circuit in which the capacitor is installed. The discharging unit includes a discharging switch that closes the discharging switch so that the voltage charged in the capacitor is discharged through the discharging path. And then opened.
또한 차단 장치의 투입 과정에서 상기 주 통전부의 기계식 스위치와 반도체 스위치를 먼저 클로즈시킨 후 상기 투입 스위치를 클로즈시키는 것을 특징으로 한다.
And closing the closing switch after closing the mechanical switch and the semiconductor switch of the main switching unit in the process of closing the blocking unit.
이에 따라, 본 발명의 직류 전류 차단 장치와 방법에 의하면, 주 차단 기능이 솔리드-스테이트 차단 방식에 의해 수행되는 종래의 직류 전류 차단 장치에 비해 구성이 간단해지면서 신뢰성 제고와 비용의 저가화가 가능해지는 이점이 있게 된다.Thus, according to the DC current interrupter and method of the present invention, the configuration is simplified as compared with the conventional DC current interrupter in which the main interrupting function is performed by the solid-state interrupting method, so that reliability and cost can be reduced There is an advantage.
특히, 직류 전류 차단 장치의 구성에서 직류 전류의 고속 차단을 대표적인 특성으로 가지게 되는 전력용 반도체 소자의 의존성을 최소화할 수 있게 된다.Particularly, the dependency of the power semiconductor device, which has typical characteristics of high-speed cutoff of the DC current in the configuration of the DC current interrupter, can be minimized.
이러한 본 발명의 직류 전류 차단 장치는 고속 차단 특성을 가지는 하이브리드형 직류 전류 차단 장치로서, 전압형 컨버터로 운용되는 고압 DC 선로에 유용하게 적용될 수 있다.
The DC current interrupting device of the present invention is a hybrid DC current interrupting device having a fast breaking characteristic and can be applied to a high voltage DC line operated by a voltage converter.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 직류 전류 차단 장치의 구성을 나타내는 회로도로서, 단방향 전류 통전에 대한 차단 장치의 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 직류 전류 차단 장치의 동작 방법을 나타내는 순서도이다.
도 3은 본 발명에 따른 직류 전류 차단 장치의 동작에서 시간적 과정에 따른 전류의 형태와 이에 대한 동작 소자들의 상관관계를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 도 3에 나타낸 T2 시점 이후부터의 전류 파형과 전력용 반도체 스위치 및 고속 기계식 스위치에 인가되는 전압 파형을 확대하여 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 직류 전원 차단 장치의 구성을 나타내는 회로도로서, 양방향 전류 통전에 대한 차단 장치의 구성을 나타내는 도면이다.
BRIEF DESCRIPTION OF DRAWINGS FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration of a DC current interrupter according to an embodiment of the present invention, showing a configuration of a breaking device for unidirectional current conduction. FIG.
FIG. 2 is a flowchart showing an operation method of the direct current interrupting device according to the present invention.
FIG. 3 is a view for explaining the shape of a current according to a temporal process in the operation of the DC current interrupter according to the present invention and the correlation of operation elements therefor.
FIG. 4 is an enlarged view of a current waveform from time T2 shown in FIG. 3 and a voltage waveform applied to a power semiconductor switch and a high speed mechanical switch.
FIG. 5 is a circuit diagram showing a configuration of a direct-current power supply cut-off device according to another embodiment of the present invention, showing a configuration of a cut-off device for bidirectional current conduction.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, which will be easily understood by those skilled in the art.
본 발명은 고속 차단 기능을 가지는 직류 전류(DC) 차단 장치 및 방법에 관한 것으로서, 특히 전압형 컨버터로 운용되는 고압 DC 선로에 적합한 하이브리드 방식의 고압용 직류 전류 차단 장치 및 그 운용 방법에 관한 것이다. The present invention relates to an apparatus and method for blocking a direct current (DC) having a high-speed breaking function, and more particularly, to a hybrid type high-voltage direct-current cutoff apparatus suitable for a high-voltage DC line operated by a voltage-
또한 본 발명은 구성이 비교적 간단하여 장치 비용을 낮출 수 있고, 이에 경제성 측면에서 경쟁력이 있는 직류 전류 차단 장치와 방법을 제시하고자 하는 것으로서, 주 차단 기능이 전력용 반도체 소자로 구성된 솔리드-스테이트 차단 방식으로 수행되는 종래의 복잡하고 고가인 직류 전류 차단 방식과 비교하여 새롭고 차별성을 가지는 장치 구성 및 그 구성에 대한 운용 방법을 제시하고자 하는 것이다.The present invention also provides a DC current interrupting apparatus and method which are relatively simple in construction and capable of lowering the cost of the apparatus and are thus competitive from the viewpoint of economical efficiency. The present invention provides a DC interrupting apparatus and method in which the main interrupting function is a solid- Which is different from the conventional complicated and expensive DC current interrupting method, which is performed by a conventional DC / DC converter.
이를 위해 본 발명에서는 종래기술에서 고 비용과 복잡성의 원인이 되었던 전력용 반도체 소자 및 이에 의해 수행되는 솔리드-스테이트 차단 기능을 최소화하고, 그 대신 이를 커패시터로 대체하는 장치 구성과 운용 방법을 제시한다.To this end, the present invention proposes a device configuration and a method of operating a power semiconductor device, which has been a cause of high cost and complexity in the prior art, and minimizing the solid-state shutdown function performed thereby and replacing it with a capacitor.
먼저, 장치 구성을 살펴보면, 본 발명의 직류 전류 차단 장치에서는 전원공급부와 부하 사이에 신속한 직류 전류 차단 기능이 수행될 수 있도록 소수의 전력반도체 소자로 구성된 솔리드-스테이트 스위치(solid-state switch)와 고속의 기계식 스위치(high-speed mechanical switch)를 서로 직렬로 연결하여 정상 전류를 통전시키는 주 통전부를 구성하되, 상기 전원공급부와 부하 사이에서 상기 주 통전부의 솔리드-스테이트 스위치(반도체 스위치를 포함하는 구성임)와 기계식 스위치에 대해 병렬로 커패시터를 연결하고, 더불어 기계식 스위치(후술하는 방전 스위치임)와 방전저항이 서로 직렬로 연결되도록 설치된 방전로를 주 통전부와 커패시터에 대해 병렬로 결선하여 구성한다.The DC current interrupter of the present invention includes a solid-state switch composed of a small number of power semiconductor elements and a high-speed switch connected between the power source and the load. And a solid-state switch (including a semiconductor switch) between the power supply and the load to constitute a main power supply unit for connecting a high-speed mechanical switch of the main power supply unit to each other in series, And a discharge path in which a mechanical switch (which will be described later) is connected in series with a discharging resistor is connected in parallel with the main switch and the capacitor. do.
또한 차단기 투입을 위해서는 기존의 아크 차단기(후술하는 투입 스위치임)를 직렬로 연결하며, 더불어 선로에 축적된 에너지를 방출시키기 위해 서지 어레스터(surge arrester)를 상기 커패시터와 병렬로 접속되도록 연결한다.In order to apply the breaker, a conventional arc breaker (which is a closing switch to be described later) is connected in series, and a surge arrester is connected in parallel with the capacitor to discharge energy accumulated in the line.
이러한 본 발명의 직류 전류 차단 장치에 대해 도면을 참조하여 좀더 상세히 설명하면, 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 직류 전류 차단 장치의 구성을 나타내는 회로도로서, 단방향 전류 통전에 대한 실시예의 구성을 나타내는 도면이다.FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration of a DC current interrupter according to an embodiment of the present invention. The DC current interrupter of FIG. Fig.
도시된 바와 같이, 전원공급부와 부하 사이에서 정상 동작 상태의 전류를 통전시키기 위해 사용되는 회로(1)(이하, 주 통전로라 칭함)에 통상의 투입 특성을 가지는 고압 스위치(11)(이하, 투입 스위치라 칭함), 고속 기계식 스위치(12) 및 전력반도체 스위치(13)(이하, 반도체 스위치라 칭함)를 서로 직렬로 연결되도록 설치하여 주 통전부(10)를 구성한다.As shown in the figure, a high-voltage switch 11 (hereinafter, referred to as " switching power supply ") having a normal charging characteristic is connected to a circuit 1 (hereinafter referred to as a main energizing line) used to energize a current in a normal operating state between a power- A high speed mechanical switch 12 and a power semiconductor switch 13 (hereinafter, referred to as a semiconductor switch) are connected in series to each other to constitute the main power supply unit 10.
또한 전원공급부와 부하 사이에서 주 통전로(1)와 병렬로 연결된 회로(14) 상에 커패시터(15)를 설치하고, 상기 커패시터(15)가 설치된 회로(14)와 병렬로 연결된 회로(19)(이하, 방전로라 칭함) 상에 기계식 스위치(20)(이하, 방전 스위치라 칭함)와 방전저항(21)을 서로 직렬로 연결되도록 설치하여 방전부(18)를 구성한다.A capacitor 15 is provided on a circuit 14 connected in parallel with the main energizing path 1 between the power supply and the load and a circuit 19 connected in parallel with the circuit 14 in which the capacitor 15 is installed, A mechanical switch 20 (hereinafter referred to as a discharge switch) and a discharge resistor 21 are connected in series to each other on a discharge space (hereinafter referred to as a discharge space) to constitute a discharger 18.
여기서, 커패시터(15)는 투입 스위치(11)의 후단에서 주 통전로(1)로부터 분기된 회로(14) 상에 설치되어 주 통전부(10)의 기계식 스위치(12) 및 반도체 스위치(13)와 병렬로 접속되도록 구비된다.Here, the capacitor 15 is provided on the circuit 14 branched from the main energization path 1 at the rear end of the closing switch 11 so that the mechanical switch 12 and the semiconductor switch 13 of the main power- In parallel.
또한 커패시터(15)는 반도체 스위치(13)에 의해 주 통전부(10)의 전류가 차단되는 시점에서 인가되는 과도 전압이 주 통전부의 기계식 스위치(12)와 반도체 스위치(13)에 분담될 때 낮은 정격 전압으로 설계된 반도체 스위치의 내전압 한계치를 넘지 않는 정전 용량을 가지는 것이 사용된다.The capacitor 15 is connected between the mechanical switch 12 and the semiconductor switch 13 when the transient voltage applied at the time when the current of the main power supply unit 10 is cut off by the semiconductor switch 13 is shared by the mechanical switch 12 and the semiconductor switch 13 A semiconductor switch having a low rated voltage and a capacitance not exceeding a withstand voltage limit value is used.
이와 더불어 주 통전로(1)와 방전로(19), 그리고 상기 커패시터(15)가 설치된 회로(14)와 병렬로 연결된 또 다른 회로(16) 상에 서지 어레스터(17)를 설치한다.In addition, a surge arrestor 17 is installed on another circuit 16 connected in parallel with the main energization path 1, the discharge path 19, and the circuit 14 in which the capacitor 15 is installed.
이러한 구성에서 투입 스위치(11), 기계식 스위치(12) 및 반도체 스위치(13)는 미도시된 제어부의 제어신호에 따라 클로즈(close) 및 오픈(open) 동작이 제어된다. In this configuration, the closing switch 11, the mechanical switch 12, and the semiconductor switch 13 are controlled to close and open according to a control signal of a control unit (not shown).
또한 상기 반도체 스위치(13)는 전류 차단 동작시 제어부의 제어신호에 따라 턴오프(turn-off)되어 주 통전부(10)에 흐르는 전류를 수십 ㎲ 시간 이내로 고속 차단하는 기능을 수행하며, 반도체 스위치(13)가 차단될 때 전류(電流)의 흐름은 커패시터(15)로 전류(轉流)된다. The semiconductor switch 13 is turned off according to a control signal of the control unit in the current cutoff operation to perform a function of rapidly cutting off the current flowing in the main power supply unit 10 within several tens of microseconds, (Current) flows to the capacitor 15 when the capacitor 13 is cut off.
상기 기계식 스위치(12)는 반도체 스위치(13)가 전류를 차단하는 직전 시점에서 접점 간의 일정 거리를 확보한 상태로 아크(arc)에 의해 통전을 유지하고 있다가 반도체 스위치가 전류를 차단하게 되면 아크가 소호되면서 극간 절연을 회복하게 된다.The mechanical switch 12 maintains energization by an arc while maintaining a certain distance between the contacts at a point in time immediately before the semiconductor switch 13 cuts off the current. When the semiconductor switch 13 cuts off the current, And the insulation between the electrodes is recovered.
이때, 기계식 스위치(12)의 접점(전극) 사이에서 반도체 스위치(13)의 차단 시점부터 발생하는 과도 회복전압의 크기가 잘 유지될 수 있도록 반도체 스위치의 차단 시점을 잘 설정해주는 것이 중요하다.At this time, it is important to set a time point at which the semiconductor switch is turned off so that the magnitude of the transient recovery voltage generated from the point of time when the semiconductor switch 13 is cut off can be well maintained between the contacts (electrodes) of the mechanical switch 12.
즉, 제어부의 제어신호에 따라 반도체 스위치(13)가 턴오프되어 반도체 스위치를 통해 흐르는 전류가 완전히 차단되는 시점은 아크가 발생되던 기계식 스위치(12)의 전극 간이 이후 발생되는 과도 전압에 대해 절연 회복을 할 수 있는 전극 간 거리가 확보될 때로 설정된다.That is, according to the control signal of the control unit, when the semiconductor switch 13 is turned off and the current flowing through the semiconductor switch is completely shut off, the insulation between the electrodes of the mechanical switch 12, The distance between the electrodes can be secured.
또한 주 통전부(10)로부터 커패시터(15)로 전류된 전류는 커패시터를 충전시켜 전압을 상승시키게 되며, 이때 충전 전압의 크기가 서지 어레스터(17)의 방전 개시 전압보다 커지게 되면, 전류는 서지 어레스터(17)로 전류(轉流)되고, 이를 통해 DC 선로 상에 축적된 에너지가 방출됨으로써 전류 차단이 이루어지게 된다.When the magnitude of the charge voltage becomes greater than the discharge start voltage of the surge arrestor 17, the current flows through the capacitor 15, Current flows to the surge arrestor 17, and energy stored on the DC line is discharged thereby to interrupt the current.
아울러, 상기와 같이 전류 차단 작동이 종료되더라도 차단부의 입출력 단자가 전기적으로 분리된 것은 아니기 때문에 완전한 전기적 분리를 위해 투입 스위치(11)를 오픈시키게 된다.In addition, even if the current interruption operation is terminated as described above, the input / output terminal of the interruption portion is not electrically disconnected, so that the input switch 11 is opened for complete electrical isolation.
상기 방전부(18)는 직류 전류의 차단 동작이 종료되고 난 뒤 차단 장치를 재투입할 때 커패시터(15)에 충전된 전압의 과도한 방전 전류가 흐르면서 발생할 수 있는 반도체 스위치(13)의 파손 위험을 방지하기 위한 회로부이다.The discharging unit 18 may damage the semiconductor switch 13, which may occur when an excessive discharge current of a voltage charged in the capacitor 15 flows when the shutdown device is turned on after the shutting operation of the DC current is terminated. .
본 발명에서 주 통전부(10)의 전류 차단 작동 종료 후 투입 스위치(11)를 오픈시키고 나면 방전부(18)를 작동시키거나, 차단 장치 투입시 주 통전부(10)의 기계식 스위치(12)와 반도체 스위치(13)를 클로즈시키기 전에 방전부(18)를 작동시킨다.In the present invention, after the closing switch 11 is opened after the current interruption operation of the main switching unit 10 is started, the discharging unit 18 is operated or the mechanical switch 12 of the main switching unit 10 is turned on, And the discharge switch 18 before closing the semiconductor switch 13.
이때, 방전 스위치(20)를 먼저 클로즈 후 오픈시켜 커패시터(15)에 충전된 전압을 방전시키게 된다.At this time, the discharging switch 20 is first closed and then opened to discharge the voltage charged in the capacitor 15.
도 2는 본 발명에 따른 직류 전류 차단 장치의 동작 방법을 나타내는 순서도로서, 이를 참조하여 도 1에 도시된 차단 장치에 의해 직류 전류가 차단되는 과정에 대해 설명하면 다음과 같다.FIG. 2 is a flowchart showing an operation method of the DC current interrupter according to the present invention. Referring to FIG. 2, the process of interrupting the DC current by the interrupter shown in FIG. 1 will be described below.
주 통전부(10)를 통해 정상 전류가 흐르는 정상 동작 상태에서(S1), 본 발명의 직류 전류 차단 장치가 연결된 고전압 DC 선로에 T1 시점에서 사고가 발생하면(S2), 먼저 고속 기계식 스위치(12)와 반도체 스위치(13)가 T2 시점에서 오픈되어(S3) 주 통전부(10)에서의 오픈 동작이 수행되는바, 이로써 T3 시점에서 사고 전류의 차단이 이루어지게 된다(S4).When an accident occurs at the point of time T1 at the high voltage DC line connected with the DC current interrupting device of the present invention in a normal operation state in which a normal current flows through the main current passing part 10 (S2), the high speed mechanical switch 12 And the semiconductor switch 13 are opened at the time T2 and the open operation is performed at the main power supply 10 so that the fault current is cut off at the time T3 (S4).
즉, 고속 기계식 스위치(12)가 전극(접점) 간 간극이 발생하도록 오픈되고 난 뒤(개극), 기계식 스위치(12)의 전극 간 아크 발생 직후에 반도체 스위치(13)를 턴오프시킴으로써, 직류 전류(DC) 차단 장치의 오픈("open") 동작이 이루어지도록 하는 것이다.That is, by turning off the semiconductor switch 13 immediately after the inter-electrode arc of the mechanical switch 12 is opened, the high-speed mechanical switch 12 is opened to open the gap between the electrodes (contacts) ("Open") operation of the DC blocking device.
이때, 주 통전부(10)로 흐르던 선로 전류가 커패시터(15)로 전류되면서 커패시터가 충전되는데, 이때 커패시터(15)의 충전 전압이 상승되기 시작하여 서지 어레스터(17)의 방전 개시 전압까지 상승하게 된다. At this time, the line current flowing to the main power supply unit 10 is supplied to the capacitor 15 and the capacitor is charged. At this time, the charging voltage of the capacitor 15 starts to rise and rises to the discharge start voltage of the surge arrestor 17 .
이어 커패시터(15)의 전압 상승 후 서지 어레스터(17)가 방전을 시작하면서 선로 전류는 서지 어레스터를 통해 흐르게 되고, 선로에 충전된 에너지가 서지 어레스터(17)를 통해 흡수되면서 전류가 완전히 차단되는바, 이로써 직류 전류 차단 장치의 전류 차단 작동이 모두 완료된다.Then, after the voltage of the capacitor 15 rises, the surge arresters 17 start discharging, the line current flows through the surge arrester, and the energy charged in the line is absorbed through the surge arresters 17, The current interruption operation of the direct current circuit breaker is completed.
요컨대, 사고시 주 통전부(10)의 기계식 스위치(12)를 오픈시키면서 반도체 스위치(13)를 턴오프시켜 1차로 전류를 차단하고, 이를 통해 커패시터(15)가 설치된 회로(14) 상으로 전류가 흐르도록 하여 커패시터(15)의 충전이 이루어지도록 한 뒤, 커패시터 충전 전압이 어느 정도 상승하고 나면 서지 어레스터(17)가 설치된 회로(16)로 전류가 흐르도록 하여 선로의 에너지가 모두 흡수되도록 하는바, 이로써 완전한 전류 차단이 이루어지도록 하는 것이다. That is, in the event of an accident, when the mechanical switch 12 of the main power supply unit 10 is opened, the semiconductor switch 13 is turned off to cut off the current, thereby causing the current to flow on the circuit 14 provided with the capacitor 15 The capacitor 15 is charged so that the current flows to the circuit 16 in which the surge arresters 17 are provided after the capacitor charging voltage rises to some extent so that all the energy of the line is absorbed Bar, thereby allowing a complete current interruption.
상기와 같이 사고 전류의 차단 작동이 완료되고 나면, 이어 회로의 완전한 전기적 분리를 위해 T4 시점에서 투입 스위치(11)가 오픈 동작을 하게 된다(S5).After the breaking operation of the fault current is completed as described above, the closing switch 11 is opened at time T4 for complete electrical separation of the earthing circuit (S5).
이어 투입 스위치(11)가 오픈되고 나면, 이후의 차단 장치 투입시에 커패시터(15)에 충전된 전압의 과도한 방전 전류가 반도체 스위치(13)를 통해 흐르면서 발생할 수 있는 파손의 위험을 방지하기 위하여, 방전로(19)에 설치된 방전 스위치(20)를 T5 시점에서 클로즈시킨 뒤 오픈시켜 커패시터(15)에 충전된 전압을 방전시킨다(S6). After the closing switch 11 is opened, in order to prevent the risk of damage that may occur as the excessive discharging current of the voltage charged in the capacitor 15 flows through the semiconductor switch 13 at the time of closing of the closing device, The discharge switch 20 provided in the discharge path 19 is closed at time T5 and then opened to discharge the voltage charged in the capacitor 15 (S6).
이후 상기와 같이 전류가 차단되고 난 뒤 다시 직류 전류 차단 장치가 투입되는 과정에서는, T6 시점에서 주 통전부(10)에 설치된 기계식 스위치(12)를 다시 닫아주고 반도체 스위치(13)를 턴온(turn-on)시키며(S7), 이어 T7 시점에서 투입 스위치(11)를 닫아주면(S8), 다시 주 통전부(10)를 통해 직류 전류가 흐르게 되는 정상 통전 상태가 된다(직류 전류 차단 장치의 클로즈("close") 완료).After the current is cut off as described above, the mechanical switch 12 installed in the main power supply unit 10 is closed again at the time T6 and the semiconductor switch 13 is turned on (S7). Then, when the closing switch 11 is closed at the time T7 (S8), a normal energization state in which a DC current flows again through the main power supply unit 10 ("close ")).
한편, 도 3은 본 발명에 따른 직류 전류 차단 장치의 동작에서 시간적 과정에 따른 전류의 형태와 이에 대한 동작 소자들의 상관관계를 설명하기 위한 도면으로서, 도 2에 나타낸 각 동작 시점에서 직류 전류 차단 장치를 통해 흐르는 통전 전류의 형상을 나타내고 있다.3 is a view for explaining the shape of a current according to a temporal process in the operation of the DC current interrupter according to the present invention and the correlation of the operation elements therebetween. In each of the DC current interrupters shown in FIG. 2, And the like.
도 3에서 T1은 사고 발생 시점을 나타내고, T2는 주 통전부(10)의 전류가 커패시터(15)로 전류되는 시점을 나타내며, i1은 주 통전로(1)를 통해 흐르는 전류를, i2는 커패시터(15)로 흐르는 전류를, 그리고 i3는 서지 어레스터(17)로 흐르는 전류를 각각 나타낸다.Represents the T1 is the incident point in FIG. 3, T2 represents the time of the current in the main current-carrying parts 10, in which the current to the capacitor (15), i 1 is the current flowing through the main power application (1), i 2 Represents a current flowing to the capacitor 15, and i 3 represents a current flowing to the surge arrestor 17, respectively.
상기 T2 시점에서부터 발생되는 과도 회복전압이 주 통전부(10) 내에 직렬로 연결된 두 스위치(12,13)에 각각 인가되고, T3 시점에서는 주 통전부(10)의 기계식 스위치(12)가 오픈됨과 더불어 반도체 스위치(13)가 턴오프되어 사고 전류의 차단이 완료되며, T4에서는 전기적 분리를 위해 투입 스위치(11)가 오픈된다.The transient recovery voltage generated from the time point T2 is applied to two switches 12 and 13 connected in series in the main power supply unit 10 and at the time T3 the mechanical switch 12 of the main power supply unit 10 is opened In addition, the semiconductor switch 13 is turned off to complete the interruption of the fault current, and at T4, the closing switch 11 is opened for electrical isolation.
또한 T5 시점에서는 방전 스위치(20)의 클로즈-오픈(close-open) 동작을 통해 커패시터(15)를 방전시키며, T6 시점에서는 직류 전류 차단 장치의 투입을 위해 주 통전부(10)의 기계식 스위치(12)를 닫아주고 반도체 스위치(13)를 턴온시킨 후, 마지막으로 T7 시점에서 투입 스위치(11)를 닫아주어 정상 동작 상태의 전류 통전이 이루어지도록 한다.At time T5, the capacitor 15 is discharged through the close-open operation of the discharge switch 20. At time T6, the mechanical switch (not shown) of the main power supply unit 10 12 are closed, the semiconductor switch 13 is turned on, and finally the closing switch 11 is closed at time T7 to allow current to flow in a normal operation state.
도 4는 도 3에 나타낸 T2 시점 이후부터의 전류 파형과 전력용 반도체 스위치 및 고속 기계식 스위치에 인가되는 전압 파형을 확대하여 나타낸 도면으로서, 사고 전류가 주 통전부(10)로부터 커패시터(15)로 전류되어질 때 커패시터의 상승 전압(충전 전압)이 주 통전부의 기계식 스위치(12)와 반도체 스위치(13)에 분담되어지는 형태를 보여주고 있다.FIG. 4 is an enlarged view of the current waveforms from the time point T2 shown in FIG. 3 and the voltage waveforms applied to the power semiconductor switch and the high speed mechanical switch. When an accident current flows from the main power supply unit 10 to the capacitor 15 (Charge voltage) of the capacitor is shared between the mechanical switch 12 and the semiconductor switch 13 of the main current passing portion when the current is applied.
반도체 스위치(13)로 통전되던 전류가 완전히 차단되어 모든 전류가 커패시터(15)로 흐르게 되는 시점까지 기계식 스위치(12)에는 접점 간의 아크 전압이 존재하고, 커패시터(15)의 상승 전압(V1)이 대부분 반도체 스위치(13)에 인가된다.The arc voltage between the contacts is present in the mechanical switch 12 until the current flowing through the semiconductor switch 13 is completely blocked and all the current flows to the capacitor 15 and the rising voltage V1 of the capacitor 15 is Most of which is applied to the semiconductor switch 13.
또한 반도체 스위치(13)가 전류를 완전히 차단하게 되면 모든 전류가 커패시터(15)로 흘러 커패시터가 충전되면서 전압이 계속해서 상승하게 되고, 이때부터 기계식 스위치(12)가 절연 회복을 시도하게 되어 대부분의 과도 회복전압을 기계식 스위치가 담당해야 하는데, 이를 위해서는 반도체 스위치(13)에 병렬로 연결된 스너버(snubber) 회로의 커패시터 값을 기준으로 일정 비율의 전압(V2)이 기계식 스위치(12)에 인가되도록 기계식 스위치에 병렬로 전압 분담형 커패시터의 연결이 필요하게 된다.When the semiconductor switch 13 completely cuts off the current, all the current flows to the capacitor 15, the capacitor is charged and the voltage continuously rises. Since then, the mechanical switch 12 tries to recover the insulation, The mechanical switch must take charge of the transient recovery voltage so that a constant voltage V2 is applied to the mechanical switch 12 based on the capacitor value of the snubber circuit connected in parallel to the semiconductor switch 13 It is necessary to connect voltage-sharing capacitors in parallel to the mechanical switch.
한편, 도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 직류 전원 차단 장치의 구성을 나타내는 회로도로서, 양방향 전류 통전에 대한 차단 장치의 구성을 나타내는 도면이다.Meanwhile, FIG. 5 is a circuit diagram showing a configuration of a direct-current power supply cut-off device according to another embodiment of the present invention, and shows the configuration of a cut-off device for bi-directional current conduction.
도시된 바와 같이, 도 5의 실시예는 도 1의 실시예와 유사하게 커패시터(15) 및 서지 어레스터(17), 방전 스위치(20) 및 방전저항(21)을 주 통전부(10)와 병렬로 연결한 간단한 구성의 직류 전류 차단 장치이나, 도 1의 실시예와 비교하여 통전 전류가 양방향으로 모두 가능한 구조를 가지는 실시예이다.5, the embodiment of FIG. 5 includes the capacitor 15, the surge arrestor 17, the discharge switch 20, and the discharge resistor 21 in the same manner as the embodiment of FIG. A DC current interrupter in a simple configuration connected in parallel, and an embodiment having a structure in which the energization current can be both bidirectionally compared with the embodiment of Fig.
즉, 도 5의 실시예는 도 1의 실시예와 비교하여 주 통전부(10)의 반도체 스위치(13)를 단방향 도통 스위치에서 양방향 도통 스위치의 구성으로 대체한 것으로서, 여기서 양방향 도통 스위치의 구성은 2개의 단방향 도통 스위치(13a,13b)를 서로 역방향으로 직렬로 연결한 구조를 가진다.5 differs from the embodiment of FIG. 1 in that the semiconductor switch 13 of the main power supply unit 10 is replaced by a bidirectional conduction switch in the unidirectional conduction switch, And the two unidirectional conduction switches 13a and 13b are connected in series to each other in the opposite direction.
이러한 구성에서 도통 전류 방향에 있어 서로 역방향인 각 반도체 스위치(13a,13b)를 통해 흐르는 통전 전류는 상대 측의 역방향 스위치에 병렬로 연결된 프리휠링 다이오드(free-wheeling diode)(D1,D2)를 통해 흘러 통전된다. In this configuration, the current flowing through the semiconductor switches 13a and 13b, which are opposite to each other in the conduction current direction, flows through the free-wheeling diodes D1 and D2 connected in parallel to the opposite switch It flows and becomes energized.
이와 같이 반도체 스위치(13)만 단방향 통전 구조에서 양방향 통전 구조로 변경해주게 되면 차단 전류의 방향을 단방향에서 양방향으로 확장할 수 있게 된다(양방향 전류의 차단 기능 수행이 가능해짐).If the semiconductor switch 13 is changed from a unidirectional current-carrying structure to a bi-directional current-carrying structure, the direction of the breaking current can be expanded in both directions from a unidirectional direction.
또한 주 통전부(10)의 반도체 스위치(13)는 차단 장치의 정격 전압보다 훨씬 낮은 내전압 특성을 가지도록 구성되기 때문에 도 5의 실시예에서는 양방형 전류의 차단 성능 확보를 위해 기존 방향과 역방향의 통전 특성을 가지도록 하는 전력반도체 소자의 개수를 줄일 수 있어 결과적으로 비용 절감의 큰 장점이 있게 된다. Since the semiconductor switch 13 of the main power supply unit 10 is configured to have a withstand voltage characteristic much lower than the rated voltage of the isolator, in the embodiment of Fig. 5, in order to secure the breaking performance of the bi- It is possible to reduce the number of the power semiconductor devices having the electrification characteristics, and consequently, there is a great advantage of cost reduction.
이상으로 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명하였는바, 본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되지 않으며, 다음의 특허청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 포함된다.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the scope of the present invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments. Modified forms are also included within the scope of the present invention.
1 : 주 통전로 10 : 주 통전부
11 : 투입 스위치 12 : 기계식 스위치
13 : 반도체 스위치 14 : 회로
15 : 커패시터 16 : 회로
17 : 서지 어레스터 18 : 방전부
19 : 방전로 20 : 방전 스위치
21 : 방전부
1: Main power line 10: Main power unit
11: closing switch 12: mechanical switch
13: semiconductor switch 14: circuit
15: capacitor 16: circuit
17: Surge Arrester 18: Discharge
19: discharge path 20: discharge switch
21: discharge unit

Claims (13)

  1. 전압형 컨버터 방식이 적용되는 DC(Direct Current) 전력망에서 사고 발생시 직류(DC) 전류를 고속 차단하기 위한 직류 전류 차단 장치에 있어서,
    정상 동작 상태의 전류를 통전시키기 위한 주 통전로 상에 직렬로 연결되어 설치되는 투입 스위치, 고속 기계식 스위치 및 반도체 스위치를 포함하는 주 통전부와;
    상기 주 통전로와 병렬로 연결된 회로 상에 상기 고속 기계식 스위치 및 반도체 스위치와 병렬로 접속되도록 설치되는 커패시터와;
    상기 주 통전로와 병렬로 연결된 회로 상에 커패시터와 병렬로 접속되도록 설치되는 서지 어레스터;
    를 포함하고, 상기 반도체 스위치가 제어부의 제어신호에 따라 턴오프되어 반도체 스위치를 통해 흐르는 전류가 차단되는 시점은 아크가 발생되던 고속 기계식 스위치의 전극 간이 이후 발생되는 과도 전압에 대해 절연 회복을 할 수 있는 전극 간 거리가 확보될 때로 설정되며,
    상기 고속 기계식 스위치를 오픈시킨 뒤 고속 기계식 스위치의 전극 간 아크 발생 직후 반도체 스위치를 턴오프시켜, 주 통전로로 흐르던 선로 전류가 커패시터로 전류되도록 하여 커패시터를 충전시키고, 상기 커패시터의 충전 전압이 서지 어레스터의 방전 개시 전압까지 상승하면 서지 어레스터가 방전을 시작하면서 선로 전류가 서지 어레스터를 통해 흐르게 되어 전류의 차단이 이루어지도록 하는 것을 특징으로 하는 직류 전류 차단 장치.
    A DC current interrupter for rapidly interrupting a direct current (DC) current in a DC (Direct Current) power grid to which a voltage converter type is applied,
    A main switch including a closing switch, a high speed mechanical switch and a semiconductor switch connected in series on a main energizing path for energizing a current in a normal operating state;
    A capacitor installed in parallel with the high speed mechanical switch and the semiconductor switch on a circuit connected in parallel with the main energizing path;
    A surge arrester installed in parallel with a capacitor on a circuit connected in parallel with the main energizing path;
    Wherein the semiconductor switch is turned off in accordance with a control signal of the control unit so that the current flowing through the semiconductor switch is interrupted when the interelectrode of the high speed mechanical switch, Is set when the distance between the electrodes is secured,
    Immediately after the high-speed mechanical switch is opened, the semiconductor switch is turned off immediately after the inter-electrode arc of the high-speed mechanical switch is turned on so that the line current flowing through the main energizing line is caused to flow into the capacitor, thereby charging the capacitor, And when the surge arrester starts to discharge, the line current flows through the surge arrester so that the current is cut off.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 커패시터는 투입 스위치의 후단에서 주 통전로로부터 분기된 회로 상에 설치되는 것을 특징으로 하는 직류 전류 차단 장치.
    The method according to claim 1,
    Wherein the capacitor is provided on a circuit branched from a main energizing path at a rear end of the closing switch.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 커패시터는 반도체 스위치에 의해 주 통전로의 전류가 차단되는 시점에서 인가되는 과도 전압이 상기 기계식 스위치와 반도체 스위치에 분담될 때 반도체 스위치의 내전압 한계치를 넘지 않는 정전 용량을 가지는 것을 특징으로 하는 직류 전류 차단 장치.
    The method according to claim 1 or 2,
    Wherein the capacitor has a capacitance not exceeding a withstand voltage limit value of the semiconductor switch when the transient voltage applied at the moment when the current of the main energizing path is blocked by the semiconductor switch is shared between the mechanical switch and the semiconductor switch. Blocking device.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 투입 스위치를 최종적으로 오픈하여 직류 전류의 차단 동작이 종료된 후 상기 커패시터에 충전된 전압을 방전시키기 위한 방전부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 직류 전류 차단 장치.
    The method according to claim 1,
    Further comprising a discharging unit for discharging a voltage charged in the capacitor after the closing switch is finally opened to terminate the DC current shut-off operation.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 방전부는 커패시터가 설치된 회로와 병렬로 연결된 방전로 상에 서로 직렬로 연결되어 설치되는 방전 스위치와 방전저항을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 직류 전류 차단 장치.
    The method of claim 4,
    Wherein the discharge unit includes a discharge switch and a discharge resistor connected in series to each other on a discharge path connected in parallel with a circuit in which the capacitor is installed.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 주 통전부는 반도체 스위치로서 1개의 단방향 도통 스위치를 가지거나, 2개의 단방향 도통 스위치를 서로 역방향으로 직렬로 연결하고 각 단방향 도통 스위치에 병렬로 프리휠링 다이오드를 접속한 양방향 도통 스위치의 구성을 가지는 것을 특징으로 하는 직류 전류 차단 장치.
    The method according to claim 1,
    Wherein the main power supply unit has one unidirectional conduction switch as a semiconductor switch or a bidirectional conduction switch having two unidirectional conduction switches connected in series in opposite directions to each other and a freewheeling diode connected in parallel to each unidirectional conduction switch Wherein the DC current blocking device is a DC current blocking device.
  7. 전압형 컨버터 방식이 적용되는 DC(Direct Current) 전력망에서 사고 발생시 직류(DC) 전류를 고속 차단하기 위한 직류 전류 차단 방법에 있어서,
    정상 동작 상태의 전류를 통전시키기 위한 주 통전로 상에 직렬로 연결되어 설치되는 투입 스위치, 고속 기계식 스위치 및 반도체 스위치를 포함하는 주 통전부와;
    상기 주 통전로와 병렬로 연결된 회로 상에 상기 고속 기계식 스위치 및 반도체 스위치와 병렬로 접속되도록 설치되는 커패시터와;
    상기 주 통전로와 병렬로 연결된 회로 상에 커패시터와 병렬로 접속되도록 설치되는 서지 어레스터;
    를 포함하는 직류 전류 차단 장치를 이용하되,
    상기 주 통전로를 통해 정상 전류가 흐르는 정상 동작 상태에서 상기 고속 기계식 스위치를 오픈시키고, 이어 고속 기계식 스위치의 전극 간 아크 발생 직후 반도체 스위치를 턴오프시켜 주 통전로로 흐르던 선로 전류가 커패시터로 전류되도록 하여 커패시터를 충전시키며, 상기 커패시터의 충전 전압이 서지 어레스터의 방전 개시 전압까지 상승하면 서지 어레스터가 방전을 시작하면서 선로 전류가 서지 어레스터를 통해 흐르게 되어 전류의 차단이 이루어지도록 하고, 상기 반도체 스위치가 제어부의 제어신호에 따라 턴오프되어 반도체 스위치를 통해 흐르는 전류가 차단되는 시점은 아크가 발생되던 고속 기계식 스위치의 전극 간이 이후 발생되는 과도 전압에 대해 절연 회복을 할 수 있는 전극 간 거리가 확보될 때로 설정하는 것을 특징으로 하는 직류 전류 차단 방법.
    A direct current (DC) cutoff method for rapidly cutting a direct current (DC) current at the time of an accident in a direct current (DC) power grid to which a voltage converter type is applied,
    A main switch including a closing switch, a high speed mechanical switch and a semiconductor switch connected in series on a main energizing path for energizing a current in a normal operating state;
    A capacitor installed in parallel with the high speed mechanical switch and the semiconductor switch on a circuit connected in parallel with the main energizing path;
    A surge arrester installed in parallel with a capacitor on a circuit connected in parallel with the main energizing path;
    A DC current interrupter,
    The high-speed mechanical switch is opened in a normal operation state in which a steady current flows through the main energization path, and then the semiconductor switch is turned off immediately after the inter-electrode arc of the high-speed mechanical switch is generated so that the line current, which has passed through the main energization path, When the charge voltage of the capacitor rises to the discharge start voltage of the surge arrester, the surge arrester starts to discharge and the line current flows through the surge arrester, thereby blocking the current. When the switch is turned off according to the control signal of the control unit to interrupt the current flowing through the semiconductor switch, the inter-electrode distance capable of recovering insulation against the transient voltage generated after the electrode of the high- And when it is set to How the DC current block.
  8. 삭제delete
  9. 청구항 7에 있어서,
    커패시터는 반도체 스위치에 의해 주 통전로의 전류가 차단되는 시점에서 인가되는 과도 전압이 기계식 스위치와 반도체 스위치에 분담될 때 반도체 스위치의 내전압 한계치를 넘지 않는 정전 용량을 가지는 것을 특징으로 하는 직류 전류 차단 방법.
    The method of claim 7,
    Characterized in that the capacitor has a capacitance not exceeding the withstand voltage limit value of the semiconductor switch when the transient voltage applied at the moment when the current of the main energization path is blocked by the semiconductor switch is shared between the mechanical switch and the semiconductor switch .
  10. 청구항 7에 있어서,
    상기 전류의 차단이 이루어지고 나면 완전한 전기적 분리를 위해 투입 스위치를 오픈시키는 것을 특징으로 하는 직류 전류 차단 방법.
    The method of claim 7,
    And when the current is cut off, the closing switch is opened for complete electrical separation.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 투입 스위치를 오픈한 후 커패시터의 전압을 방전시키기 위한 방전부를 동작시키는 것을 특징으로 하는 직류 전류 차단 방법.
    The method of claim 10,
    And a discharging unit for discharging the voltage of the capacitor after the closing switch is opened.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 방전부는 커패시터가 설치된 회로와 병렬로 연결된 방전로 상에 서로 직렬로 연결되어 설치되는 방전 스위치와 방전저항을 포함하여 구성되고, 방전로를 통해 커패시터에 충전된 전압이 방전되도록 방전 스위치를 클로즈한 후 오픈시키는 것을 특징으로 하는 직류 전류 차단 방법.
    The method of claim 11,
    The discharge unit includes a discharge switch and a discharge resistor connected in series to each other on a discharge path connected in parallel to a circuit in which the capacitor is installed. The discharge switch is closed by closing the discharge switch so that the voltage charged in the capacitor is discharged through the discharge path And then opening the DC current.
  13. 청구항 7에 있어서,
    차단 장치의 투입 과정에서 상기 주 통전부의 기계식 스위치와 반도체 스위치를 먼저 클로즈시킨 후 상기 투입 스위치를 클로즈시키는 것을 특징으로 하는 직류 전류 차단 방법.
    The method of claim 7,
    Wherein the mechanical switch and the semiconductor switch of the main power supply unit are closed first and then the power supply switch is closed during the closing operation of the shutdown apparatus.
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