KR101641511B1 - 직류전류 차단을 위한 장치 및 방법 - Google Patents

직류전류 차단을 위한 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 직류전류 차단장치 및 방법에 관한 것으로서, 더 바람직하게, 종래의 전류형 컨버터 방식에 비해 현격히 빠른 차단 시간이 요구되는 전압형 컨버터를 사용한 직류 송전계통에서 고압 직류전류를 계통운영에 어려움이 없이 신속히 차단할 수 있는 직류전류 차단장치 및 방법에 관한 것으로, 고압 송전 계통의 전류 차단 조건 발생시 고속 기계식 스위치에 역전류를 통전하여 개극 중에 있는 고속 기계식 스위치의 아크가 소호되는 직류전류 차단장치 및 방법을 제공한다.

Description

직류전류 차단을 위한 장치 및 방법{Device for interrupting DC current and method the same}
본 발명은 직류전류 차단장치 및 방법에 관한 것으로서, 더 바람직하게, 종래의 전류형 컨버터 방식에 비해 현격히 빠른 차단 시간이 요구되는 전압형 컨버터를 사용한 직류 송전계통에서 고압 직류전류를 계통운영에 어려움이 없이 신속히 차단할 수 있는 직류전류 차단장치 및 방법에 관한 것이다.
전압형 컨버터를 사용하는 직류전류(DC)계통은 앞으로 많은 관심의 대상이 되어가고 있는데 이러한 계통에서 사고 발생 시 사고전류의 크기는 급격히 상승하는 특성을 지니고 있어 신속한 전류차단이 이루어지지 않으면 계통 신뢰도에 대해 심각한 문제가 된다.
신속한 차단을 수행하기 위해서는 반도체 스위칭 소자를 이용하는 방안이 좋은 대안이 될 수 있지만 전력손실이 많고 시스템 구성에 따른 경제성 측면에서 어려운 점이 많아 최근에는 기계식 스위치와 반도체 스위치를 함께 사용하는 하이브리드(hybrid)형 차단 방식이 많이 제기되고 있다. 고압직류(HVDC)용 DC 차단기술의 개발 경향은 크게 두 가지로 분류될 수 있는데 첫째 방식은 직류전류 차단은 반도체 스위치가 담당하고 차단 후 인가되는 과도전압은 기계식 스위치가 담당하는 방식으로 직류 차단기로서 요구되는 전류와 전압특성을 서로 분리하여 수행하게 하는 방식이 있고 두 번째로는 기계식 차단기를 사용하되 직류전류 차단에 필요한 전류 영점 생성을 위해 기계식 차단기에 역전류를 주입하는 방식으로 역전류 발생에 반도체 소자가 적용되는 방식이 제시되고 있다.
본 발명은 후자의 방식에 대한 것으로 이 방식과 관련된 선행문헌으로 공개특허 WO2013/045238(문헌 1)가 있다. 상기 문헌 1에서 제시된 차단방식은 직류 전류차단을 위한 전류 영점을 인위적으로 발생시키기 위해 차단기 보조 장치로서 설치되는 커패시터가 항상 충전된 상태로 있게 된다. 그리고 이 커패시터와 연결된 차단기 주요 요소들도 동일하게 전압이 상시 인가된 상태로 유지되기 때문에 전압 스트레스로 인한 수명의 신뢰성에 불리한 상태가 된다.
앞서 기술된 첫 번째 방식은 직류 차단기의 주요 요소들이 고 전압이 인가되는 지점에 설치되지만 구성소자 자체에는 전압이 인가되지 않는 형태임을 감안하면 역전류 인가 차단방식에서 불리하게 여겨지는 점은 커패시터가 상시 충전된 상태로 사용되어야하는 방식에 대한 것으로 상기와 같은 문제의 해결을 요구하고 있다.
직류 차단기의 구성요소들에 대해서 전압인가에 따른 내전압 스트레스를 최소화하기 위해 상시적으로는 전압이 걸리지 않는 상태로 운전되다가 차단기 동작이 요구되는 경우에만 전압이 인가되도록 하는 직류전류 차단 장치 및 방법을 제공하는데 있다.
직류전류 차단장치에 있어서, 고속 기계식 스위치(101, 103)에 전류 제한용 인덕턴스(102, 104)가 직렬로 연결된 형태로 구성되는 주 차단부(10)와; 상기 주 차단부와 병렬로 연결된 회로 상에 고속 기계식 스위치(101, 103)와 병렬로 접속되도록 설치되는 보조 차단(20)부와 역전류 통전 선로부(30, 60)의 직렬 연결부와; 상기 주 차단부(10)와 병렬로 연결된 회로 상에 고속 기계식 스위치(101, 103)와 전류 제한용 인덕턴스(102, 104)의 직렬 연결부와 병렬로 접속되도록 설치되는 보조 차단부(20)와 주 충전 선로부(40, 70)의 직렬 연결부와; 상기 보조 차단부(20)의 역전류 통전 선로부(30, 60) 및 주 충전 선로부(40, 70)와의 접속점을 접지 측과 연결하는 보조 충전 선로부(50)를 포함하는 것을 특징으로 하는 직류 차단장치를 제공한다.
또한, 상기 보조 차단부(20)는 역전류 발생을 위한 전압 충전용 커패시터(201)에 인덕턴스(204)와 싸이리스터(205)가 직렬로 연결된 충전전압 극성 반전회로가 병렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 직류 차단장치를 제공한다.
또한, 상기 보조 차단부(20)는 역전류 발생을 위한 전압 충전용 커패시터(201)와 역 전류 조정용 저항(202)가 직렬로 연결된 직렬 연결부에 서지 어레스터(207)를 병렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 직류 차단장치를 제공한다.
또한, 상기 보조 차단부(20)는 차단 동작 후 커패시터(201)의 잔류전압을 방전시키는 방전저항(209)을 커패시터(201)에 병렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 직류 차단장치를 제공한다.
또한, 상기 주 충전 선로부(40, 70)는 다이오드(401, 701)와 충전저항(402, 702)이 직렬형태로 구성되며, 이를 통해 인덕턴스(102, 104)와 고속 기계식 스위치(101, 103)의 직렬 연결부에 보조 차단부(20)가 병렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 직류 차단장치를 제공한다.
또한, 상기 역전류 통전 선로부(30, 60)는 싸이리스터(301, 601)로 구성하며 이를 통해 기계식 스위치(101, 103)에 보조 차단부(20)가 병렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 직류 차단장치를 제공한다.
또한, 상기 보조 충전 선로부(50)는 기계식 스위치(502)와 충전저항(501)이 직렬 연결되고, 보조 차단부(20)와 접지 측 사이에 위치하는 것을 특징으로 하는 직류전류 차단장치를 제공한다.
또한, 양방향 전류 차단을 위해서 상기 직류 차단기 구조를 보조 차단부(20)를 기준으로 대칭되는 형태로 연결하는 것을 특징으로 하는 직류 차단장치를 제공한다.
또한, 직류전류 차단방법에 있어서, 고속 기계식 스위치(101, 103)에 전류 제한용 인덕턴스(102, 104)가 직렬로 연결된 형태로 구성되는 주 차단부(10)와; 상기 주 차단부와 병렬로 연결된 회로 상에 고속 기계식 스위치(101, 103)와 병렬로 접속되도록 설치되는 보조 차단(20)부와 역전류 통전 선로부(30, 60)의 직렬 연결부와; 상기 주 차단부(10)와 병렬로 연결된 회로 상에 고속 기계식 스위치(101, 103)와 전류 제한용 인덕턴스(102, 104)의 직렬 연결부와 병렬로 접속되도록 설치되는 보조 차단부(20)와 주 충전 선로부(40, 70)의 직렬 연결부와; 상기 보조 차단부(20)의 역전류 통전 선로부(30, 60) 및 주 충전 선로부(40, 70)와의 접속점을 접지 측과 연결하는 보조 충전 선로부(50)를 포함하는 회로에서, a)직류전류에 따라 차단조건을 판단하는 단계; b)상기 a)단계의 상기 차단조건에 따라 커패시터를 충전하는 단계; c)상기 b)단계에 의해 상기 커패시터가 충전된 경우, 고속 기계식 스위치를 개극하면서 역전류 통전 선로부의 싸이리스터를 동작시켜 고속 기계식 스위치에 전류 영점을 생성시키는 단계;를 포함하고, 상기 a)단계의 차단조건은, a1)정상전류 상태에서 직류전류 차단 조건을 포함하고, a2)사고전류에 의해 전류상승 조건을 포함하는 직류전류 차단방법을 제공한다.
또한, 상기 c)단계의 고속 스위치에 전류 영점을 생성시키는 단계에 있어서,
상기 커패시터(201)에 충전전압은 싸이리스터(205)의 턴온(turn-on) 동작으로 상기 충전전압의 극성이 반전되고, 역전류 통전 선로부(30, 60)의 싸이리스터(301, 601)의 턴온(turn-on)동작을 통해 역전류를 상기 고속 기계식 스위치(101, 103)에 인가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 직류 차단방법을 제공한다.
또한, 상기 b)단계에서, 상기 사고전류에 의해 전류상승 조건이 발생시 전류 제한용 인덕턴스(102, 104)에 발생한 유기전압에 의해 보조 차단부(20)의 커패시터(201)가 충전되거나, 상기 정상전류 상태에서 직류전류 차단조건 발생시 보조 충전선로(50)를 통해 보조 차단부(20)의 커패시터(201)가 충전되는 것을 특징으로 하는 직류전류 차단방법을 제공한다.
또한, 상기 보조 충전선로(50)를 통해 상기 보조 차단부(20)의 상기 커패시터(201)를 충전하는 경우, 스위치(502)를 투입한 후 선로전압으로 충전하고 부하전류가 차단된 후 스위치(502)를 개방상태로 환원시키는 방법을 특징으로 하는 직류 차단방법을 제공한다.
또한, 역방향 전류 차단 시에는 커패시터(201)의 전압 충전이 좌측에 설치된 인덕턴스(104)에 인가되는 전압에 의해 이루어지고 보조 차단부(20)를 기준으로 대칭적 위치에 설치된 주 충전 선로부(70)와 역전류 통전 선로부(60)를 이용하여 동일한 방법으로 직류전류를 차단하는 것을 특징으로 하는 직류 차단방법을 제공한다.
본 발명의 직류 전류 차단장치와 방법에 의하면 상기의 대상 차단전류 즉 사고전류와 부하전류의 특성을 적용하여 각각의 경우를 분리하여 대처할 수 있는 차단방식을 적용함으로 상시로 충전상태를 유지해야 했던 커패시터를 차단기 동작이 요구되는 시점에서만 충전하여 차단동작을 수행할 수 있게 된다.
이러한 본 발명의 직류 전류 차단장치는 차단기 구성 요소들에 전압인가로 인한 스트레스를 최소화시킬 수 있어 차단기 수명 및 유지보수 측면에서 장점을 가질 수 있으며, 고속 차단특성이 있는 하이브리드형 직류 차단장치로서, 전압형 컨버터로 운용되는 HVDC 송전계통에 유용하게 적용될 수 있다.
도 1은 일 방향 직류전류 차단장치를 구성하는 회로도를 도시하고 있다.
도 2는 양 방향 직류전류 차단장치를 구성하는 회로도를 도시하고 있다.
도 3은 시간에 다른 사고전류와 정상 전류의 값을 도시하고 있다.
도 4는 직류전류 차단방법의 흐름도를 도시하고 있다.
도 5a는 커패시터(201)의 방전을 나타내는 구간에서의 전압값을 도시하고 있다.
도 5b는 인덕턴스(102)에 걸리는 전압 V102에 의해 커패시터극성 반전과 고속 스위치(101)에 고전압이 인가되는 전압값을 도시하고 있다.
도 5c는 도 5b의 TA2구간과 TA3구간을 확대하여 도시하고 있다.
도 5d는 도 5b의 확대도로서, tA3 및 tA4구간에 따라 싸이리스터(301)에 흐르는 전류와 고속 스위치(101)에 흐르는 전압 발생시점을 도시하고 있다.
도 6a는 정상 전류가 통전되는 회로의 차단시 각각의 구성에 인가되는 전압과 전류값을 도시하고 있다.
도 6b는 정상 전류가 통전되는 회로의 차단시 충전되는 커패시터의 극성 반전과 고속 스위치에 인가되는 전압값을 도시하고 있다.
도 6c는 역전류 주입으로 고속 기계식 스위치에 전류영점이 생성되는 것으로 아크가 소호되는시점 이후 과도전압(V101)이 고속 기계식 스위치의 극간에 인가되는 실험값을 도시하고 있다.
도 6d는 싸이리스터(301)에 흐르는 전류와 고속 스위치(101)에 흐르는 전압 발생시점을 도시하고 있다.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 상세히 설명하도록 한다.
본 발명은 전압형 컨버터 방식을 채용하는 HVDC 송전계통의 보호에 합당한 고속 차단기능을 가지는 직류전류 차단장치 및 방법에 관한 것이다.
본 발명은 역전류 주입을 통한 차단부에서의 전류 영점을 생성시켜 차단을 완성하는 방식에 대한 것으로 이에 대한 기존의 방식들은 대부분 차단부에 설치된 커패시터에 상시 충전된 상태에서 충전 에너지를 사용하는 방식으로 차단부 구성 요소들에 항상 전압 스트레스가 인가된 상태에서 운용된다.
본 발명에서는 이러한 전압 스트레스를 최소화하기 위해 차단기가 동작하는 시점에서만 커패시터를 충전시키는 방식을 채택함으로 기존의 전압 스트레스에 대한 경감 효과를 얻을 수 있다. 또한, 사고전류 차단과 부하전류 차단을 분리하여 독립된 커패시터 충전방식을 도입하여 시행함으로 사고전류는 물론 부하전류 차단도 수행할 수 있는 기술을 제공하고 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예로서, 직류전류 차단장치의 구성을 도시하고 있다. 정상상태에서 전류 통전을 담당하는 주 차단부(10)를 전류 제한용 인덕턴스(102)와 고속 기계식 스위치(101, 102)가 직렬 연결된 형태로 구성한다. 그리고 주 차단부(10)와 병렬회로 상에 보조 차단부(20)와 역전류 통전 선로부(30) 그리고 주 충전 선로부(40)를 연결하고 주 충전부와 직렬로 보조충전 선로부(50)를 연결하여 접지로 통하게 한다.
보조 차단부(20)는 커패시터(201)를 중심으로 커패시터 충전전압 극성 반전회로로 인덕턴스(204)와 싸이리스터(205)가 직렬연결 형태로 커패시터(201)과 병렬로 연결되고, 커패시터(201)의 충전전압을 일정 전압 이하로 제한하기 위해 서지어레스터(207)가 여기 커패시터(201)과 병렬로 연결되어 있다. 차단기 동작 종료 후 커패시터(201)의 잔류전압을 방전시켜 차단기를 초기화시키는 역할을 방전저항(209)이 별도의 방전을 위한 조작절차 없이 수행될 수 있도록 커패시터와 직접적으로 병렬연결되어 있다.
직류 선로 상에 사고전류가 발생하면 전류제한용 인덕턴스(102)에 일정 전압이 유기되고 이 유기된 전압을 이용하여 주 충전 선로부(40)를 통해 보조 차단부의 커패시터(201)에 충전이 수행된다. 이때 충전에 소요되는 시간은 주로 주 충전 선로부(40)의 충전저항(402)로 인해 조정된다. 상기와 같이 커패시터의 충전에 소요되는 시간은 도 5 내지 도 6에서 도시하고 있다.
하지만 정상상태에서 부하전류를 차단하기 위해서는 정상상태에서는 전류변화가 거의 존재하지 않아 전류 제한용 인덕턴스(102)에 유기전압이 발생하지 않기 때문에 보조 충전 선로부(50)을 통해 선로 계통전압을 이용하여 커패시터(201)을 충전시키게 되는데 이때 스위치(502)를 투입하여 충전저항(501)을 통해 이루어지게 된다.
각 조건에 따라 충전된 커패시터(201)는 곧 이어 극성 반전회로(204, 205)를 통해 커패시터의 전압 극성이 반전되고 반전된 커패시터(201)의 전압은 역전류 통전 선로부(30, 60)의 싸이리스터(301)를 동작시킴으로 차단 대상 전류와 역방향으로 전류 방향에 따라 각각 고속 기계식 스위치(101, 103)에 인가되고 결과적으로 고속 기계식 스위치(101, 103)에서는 전류 영점이 생성되게 된다. 상기와 같이 극성이 반전되는 커패시터(201)의 경우, 싸이리스터(204)에 전류가 인가되는 경우 전커패시터의 극성이 반전된다. 도 5b 및 도 6b에서 IA204, IB204인가된 이후 VA201, VB201의 커패시터 전압의 극성이 반전된다. 더욱이, 도 5 내지 도 6은 전류 영점이 형성되는 경우, 시간에 따라 각각 구성에 인가되는 전압값 및 전류값을 도시하고 있다.
상기와 같이, 고속 기계식 스위치에 전류 영점이 생겨 아크가 소호되는 시점은 전류 차단으로 발생하는 과도전압을 충분히 견딜 수 있는 극간 거리를 유지할 수 있는 시점으로, 역전류 투입시점을 조정해야한다. 즉, 고속 기계식 스위치(101, 103)를 통하는 전류 통전이 종료되면 직류선로에 축적된 전기 에너지는 커패시터(201)를 충전하게 되고 과도한 충전전압이 발생하게 되는 데 이를 억제하기 위해 일정 전압 이상으로 충전전압이 상승하면 서지 어레스터(207)을 통해 제한한다. 즉, 일정 전압 이상으로 발생하는 선로 에너지는 이 서지 어레스터(207)를 통해 흡수되면서 전류는 감소하고, 전류 영점에서 고속 기계식 스위치(101, 103)에 의해 최종적으로 차단작용이 완료된다. 전류 차단이 완료되면 커패시터(201)에 존재하는 잔류 전압은 방전저항(209)를 통해 자동적으로 방전되고 다음 조작을 위한 준비상태가 되게 된다.
또한 도 2에서와 같이 보조 차단부(20)를 기준으로 도 1의 실시예와 대칭적인 구조로 설치되는데 이는 양방향 전류에 대한 차단특성이 포함하기 위한 것으로, 상기 경우와 반대 방향의 전류 차단에 대해서는 인덕턴스(104), 역전류 통전 선로부(60), 주 충전 선로부(70)가 각각의 동일한 기능을 가지는 것들의 기능을 대행하게 되고 주 차단부(10) 또한 대칭되는 요소의 기능을 대체하게 된다.
도 3은 사고전류(case 2)와 부하전류(case 1)의 비교를 나타낸 것으로 사고전류는 시간에 따라 전류크기가 증가하고 부하전류의 경우는 시간에 관계없이 일정한 전류크기를 유지하는 특성이 있음을 보인다. 이는 부하전류 차단의 경우에는 차단에 소요되는 시간에 따라 차단특성이 관계가 없지만 사고전류의 경우에는 사고 발생 시점부터 제한된 시간(TB) 내에 차단이 이루어져야 함을 뜻한다. 차단시간이 사고 발생 이후 일정 시간을 경과하게 되면 사고 전류가 커지게 되어 차단을 수행할 수 없게 된다. 따라서, 본 발명의 적용대상이 되는 사고전류 발생시 전류차단시간은 중요한 요소가 된다. 따라서, 도 5a의 차단시간과 비교하여 도 6a의 차단시간이 상대적으로 긴 시간을 갖는다. 이는 사고전류의 발생 시점부터 제한된 시간 내에 차단이 수행되어야 하기 때문이다.
도 4는 상기 기술한 차단장치를 이용한 직류전류 차단방법의 흐름도를 개시하고 있다. 최초 직류전류 입력에 따른 차단조건을 판단하는 단계로, 상기 직류전류 차단조건으로는 사고전류 발생 조건과 직류전류 차단 신호 입력 조건을 포함한다(S101).
상기 직류전류 차단 조건을 만족하는 경우, 차단조건에 따른 커패시터 충전을 수행한다. 사고전류에 의한 직류전류 차단시 커패시터는 인덕턴스에 의한 유기전압을 통해 충전이 이루어지고, 직류전류 차단 신호에 따른 차단시 보조 충전 선로부(50)에 위치하는 스위치(502)를 투입하여 저항(501)의 구성을 통해 충전이 수행된다(S102)
상기 충전된 커패시터의 극성을 반전하여(S103) 고속 기계식 스위치의 역전류 방향으로 전류를 통전하며, 상기 역전류의 통전을 통해 고속 기계식 스위치단에 전류 영점을 형성하고 고속 스위치의 개극을 수행한다(S104).
고속 스위치의 개극이 일정 거리 이상인 경우, 상기 직류전류가 통전되는 주 차단부가 개방된 상태를 이룬다. 따라서, 상기 직류전류 차단기를 통해 전류의 차단이 완료된다(S105). 상기 전류의 차단을 수행한 후, 커패시터의 잔류 전압을 방전하는 단계를 수행하는바(S106), 다음 동작에 따른 충전을 위한 준비를 수행한다.
도 5는 본 발명의 사고전류 차단 시 주요 전압과 전류신호를 나타낸 것이다. tA1과 tA2는 커패시터(201) 충전구간 TA1을 나타내며 이 기간 동안 커패시터가 충분히 충전되도록 한다. 각 각의 경우 tA1은 사고전류 발생 시점과 부하개폐 명령이 전달되는 시점을 뜻하게 된다. 구간 TA2는 극성 반전회로에 의해 커패시터의 충전전압의 극성이 반전되는 시기이며, 구간 TA3는 커패시터에 선로 축적에너지에 의한 과도전압이 상승하는 구간을 TA5는 커패시터의 잔류 전압이 자동으로 방전되는 구간을 나타낸다. 시점 tA3와 tA4는 역전류 주입으로 고속 기계식 스위치(101)에 전류영점이 생성되는 것으로 아크가 소호되는 tA4시점 이후부터 과도전압(V101)이 고속 기계식 스위치의 극간에 인가되게 된다.
도 5a의 경우, 커패시터(201)의 충전 및 방전을 나타내는 구간에서의 전압값을 도시하고 있다. 도 5b는 인덕턴스(102)에 걸리는 전압 VA102에 의해 커패시터(201)의 전압 VA201이 발생하고, tA2 시점에 상기 충전된 커패시터의 극성이 반전됨을 나타낸다. 이후, 고속 스위치(101)에 고전압이 인가된다. 도 5c의 경우, 도 5b의 TA2구간과 TA3구간을 확대하여 도시하고 있다. 도 5d는 도 5b의 확대도로서, tA3 및 tA4구간에 따라 싸이리스터(301)에 흐르는 전류와 고속 스위치(101)에 흐르는 전압 발생시점을 도시하고 있다.
도 5b는 인덕턴스(102)에 걸리는 전압 VA102에 의해 커패시터(201)의 전압 VA201이 발생하고, tA2 시점에 상기 충전된 커패시터의 극성이 반전됨을 나타낸다. 이후, 고속 스위치(101)에 고전압이 인가된다. 도 5c의 경우, 도 5b의 TA2구간과 TA3구간을 확대하여 도시하고 있다. 도 5d는 도 5b의 확대도로서, tA3 및 tA4구간에 따라 싸이리스터(301)에 흐르는 전류와 고속 스위치(101)에 흐르는 전압 발생시점을 도시하고 있다.
도 6은 부하전류 차단 시의 주요 전압과 전류신호를 나타낸 것이다. 커패시터(201)의 충전 및 방전을 나타내는 구간에서의 전압값을 도시하고 있다. 도 6a는 인덕턴스(102)에 걸리는 전압 VB102에 의해 커패시터(201)의 전압 VB201이 발생하고, tB2 시점에 상기 충전된 커패시터의 극성이 반전됨을 나타낸다. 이후, 고속 스위치(101)에 고전압이 인가된다. 도 6c의 경우, 도 6a의 20ms 내지 21ms 구간을 확대하여 도시하고 있다. 도 6d는 도 6a의 확대도로서, 싸이리스터(301)에 흐르는 전류와 고속 스위치(101)에 흐르는 전압 발생시점을 도시하고 있다.
본 발명의 실시예로서, 직류전류 차단장치 및 방법을 기재하고 있으나, 본 발명에 개시된 실시예들에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니며, 직류전류 차단장치를 구성하는 각각의 구성들의 연결 형태나, 각각의 소자들과 동일한 기능을 수행하거나, 동일한 기능을 수행하는 회로를 구성하는 방식은 동일범위 및 균등범위에 대하여 보호범위가 미치는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10: 주 차단부
101: 고속 기계식 스위치
102: 전류 제한용 인덕턴스
103: 고속 기계식 스위치
104: 전류 제한용 인덕턴스
20: 보조 차단부
201: 커패시터
202: 역전류 조정용 임피던스
204: 극성반전용 인덕턴스
205: 극성반전용 싸이리스터
207: 서지 어레스터
209: 방전용 임피던스
30: 역전류 통전 선로부
301: 역전류 통전용 싸이리스터
40: 주 충전 선로부
401: 주 충전 선로 다이오드
402: 주 충전 선로 저항
50: 보조 충전 선로부
501: 보조 충전 저항
502: 보조 충전용 스위치
60: 역전류 통전 선로부
601: 역전류 통전용 싸이리스터
70: 주 충전 선로부
701: 주 충전 선로 다이오드
702: 주 충전 선로 저항

Claims (13)

  1. 직류전류 차단장치에 있어서,
    한 쌍의 고속 기계식 스위치(101, 103)에 사고전류 발생시 유기전압을 발생시키도록 구성된 전류 제한용 인덕턴스(102)를 직렬 연결하여 구성되는 주 차단부(10);
    상기 주 차단부와 병렬로 연결된 회로 상에 상기 고속 기계식 스위치(101, 103)와 병렬로 접속되도록 설치되고, 상기 고속 기계식 스위치(101, 103)에 역전류를 발생시키도록 구성된 보조 차단부(20)를 가지며,
    상기 보조 차단부(20)와 직렬로 연결되고, 보조 차단부(20)에서 발생한 역전류를 통전시키도록 구성된 역전류 통전 선로부(30)를 가지고,
    사고전류 차단시 상기 보조 차단부(20)의 전압 충전용 커패시터(201)를 충전시키도록 구성되고, 상기 주 차단부(10)와 병렬로 연결된 회로 상에 상기 고속 기계식 스위치(101, 103)와 전류 제한용 인덕턴스(102)의 직렬 연결부와 병렬로 접속되도록 설치되는 보조 차단부(20)와 직렬로 연결되는 주 충전 선로부(40)를 포함하는 것을 특징으로 하는 직류전류 차단장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 보조 차단부(20)의 역전류 통전 선로부(30) 및 주 충전 선로부(40)와의 접속점을 접지 측과 연결되고, 정상 전류 통전 차단시 상기 전압 충전용 커패시터(201)를 충전시키도록 구성된 보조 충전 선로부(50)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 직류전류 차단장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 보조 차단부(20)는 역전류 발생을 위한 상기 전압 충전용 커패시터(201)에 인덕턴스(204)와 싸이리스터(205)가 직렬로 연결된 충전전압 극성 반전회로가 병렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 직류전류 차단장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 보조 차단부(20)는 역전류 발생을 위한 상기 전압 충전용 커패시터(201)와 역 전류 조정용 저항(202)가 직렬로 연결된 직렬 연결부에 서지 어레스터(207)를 병렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 직류전류 차단장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 보조 차단부(20)는 차단 동작 후 상기 전압 충전용 커패시터(201)의 잔류전압을 방전시키는 방전저항(209)을 커패시터(201)에 병렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 직류전류 차단장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 주 충전 선로부(40)는 다이오드(401)와 충전저항(402)이 직렬형태로 구성되며, 이를 통해 인덕턴스(102)와 고속 기계식 스위치(101, 103)의 직렬 연결부에 보조 차단부(20)가 병렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 직류전류 차단장치.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 역전류 통전 선로부(30)는 싸이리스터(301)로 구성하며 이를 통해 기계식 스위치(101, 103)에 보조 차단부(20)가 병렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 직류전류 차단장치.
  8. 제 2항에 있어서,
    상기 보조 충전 선로부(50)는 기계식 스위치(502)와 충전저항(501)이 직렬 연결되고, 보조 차단부(20)와 접지 측 사이에 위치하는 것을 특징으로 하는 직류전류 차단장치.
  9. 제 1항에 있어서,
    양방향 전류 차단을 위해서 상기 직류전류 차단장치의 구조를 보조 차단부(20)를 기준으로 대칭되는 형태로 구성하는 것을 특징으로 하는 직류전류 차단장치.
  10. a)직류전류에 따라 다음의 차단조건 중 어느 하나를 충족하는지 여부를 판단하는 단계;
    상기 a)단계의 차단조건은,
    a1)정상전류 상태에서 직류전류 차단 수행 조건을 포함하며,
    a2)사고전류에 의해 전류상승 조건을 포함하고,
    b)상기 a1) 또는 a2)의 차단조건을 만족하는 경우, 주 충전 선로부(40) 또는 보조 충전회로(50)를 통해 각각 보조 차단부(20)에 위치하는 전압 충전용 커패시터(201)를 충전하는 단계;
    c)상기 b)단계에 의해 상기 전압 충전용 커패시터(201)가 충전된 경우, 상기 보조 차단부(20)에 상기 전압 충전용 커패시터(201)와 병렬로 연결된 충전전압 극성 반전회로와 역전류 통전 선로부(30)에 위치하는 싸이리스터(301)를 통전시켜 고속 기계식 스위치에 전류 영점을 생성하는 단계; 및
    d)상기 고속 기계식 스위치에 전류 영점이 생성된 경우, 개극 중에 있는 고속 기계식 스위치의 아크가 소호되는 단계; 를 포함하는 직류전류 차단방법.
  11. 제 10항에 있어서
    상기 c)단계의 고속 스위치에 전류 영점을 생성시키는 단계에 있어서,
    상기 커패시터(201)에 충전전압은 싸이리스터(205)의 턴온(turn-on) 동작으로 상기 충전전압의 극성이 반전되고, 역전류 통전 선로부(30)의 싸이리스터(301)의 턴온(turn-on)동작을 통해 역전류를 상기 고속 기계식 스위치(101)에 인가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 직류전류 차단방법.
  12. 제 10항에 있어서,
    상기 b)단계에서,
    상기 사고전류에 의해 전류상승 조건 발생시 전류 제한용 인덕턴스(102)에 발생한 유기전압에 의해 보조 차단부(20)의 커패시터(201)가 충전되고, 상기 정상전류 상태에서 직류전류 차단조건 발생시 보조 충전선로(50)를 통해 보조 차단부(20)의 커패시터(201)가 충전되는 것을 특징으로 하는 직류전류 차단방법.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 보조 충전선로(50)를 통해 상기 보조 차단부(20)의 상기 커패시터(201)를 충전하는 경우,
    스위치(502)를 투입한 후 선로전압으로 충전하고 부하전류가 차단된 후 스위치(502)를 개방상태로 환원시키는 방법을 특징으로 하는 직류전류 차단방법.
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