KR101688921B1

KR101688921B1 - Ｄｃ 차단기

Info

Publication number: KR101688921B1
Application number: KR1020150088177A
Authority: KR
Inventors: 김병철
Original assignee: 주식회사 효성
Priority date: 2015-06-22
Filing date: 2015-06-22
Publication date: 2017-01-02
Also published as: US20180174784A1; EP3312866A1; US10672574B2; EP3312866A4; WO2016208968A1

Abstract

본 발명은 단방향 반도체 스위치소자를 이용하여 직류선로에 발생된 고장전류를 차단할 수 있는 DC 차단기에 관한 것으로서, 일측에 제1 직류선로가 연결되며 타측에 제2 직류선로가 연결되는 기계식 스위치와; 상기 기계식 스위치와 병렬로 배치되도록 상기 제2 직류선로에 연결되어 고장전류가 발생하면 상기 연결된 제2 직류선로를 통해 정상전류가 유입되는 제1 직류선로로 전류를 전달하여 상기 제1 직류선로의 전류가 제로가 되도록 하는 제1 단방향 반도체 스위치소자와; 상기 제1 단방향 반도체 스위치소자와 접지(GND) 사이에 직렬로 연결되어 상기 제1 직류선로로부터 유입되는 정상전류를 공급받아 충전하며 상기 고장전류 발생시 상기 제1 단방향 반도체 스위치소자로 공진전류를 발생하여 상기 제1 단방향 반도체 스위치소자로 출력하는 LC 공진회로와; 상기 제1 단방향 반도체 스위치소자 및 상기 LC 공진회로와 각각 병렬로 연결되어 상기 제1 직류선로로부터 전송되는 정상전류를 상기 LC 공진회로로 공급하여 상기 LC 공진회로에 구비되는 커패시터가 충전되도록 하는 제2 단방향 반도체 스위치소자를 포함한다.

Description

ＤＣ 차단기{Direct current circuit breaker}

본 발명은 DC 차단기에 관한 것으로서, 특히 단방향 반도체 스위치소자를 이용하여 직류선로에 발생된 고장전류를 차단할 수 있는 DC 차단기에 관한 것이다.

DC 차단기(Direct Current circuit breaker)는 고전압 송전선로로 사용되는 직류 선로에 고장발생시 고장전류를 차단하기 위해 사용된다. 고전압에 사용되는 직류 선로는 고전압 직류(HVDC: High Voltage Direct Current) 송전 시스템의 50㎸ 이상의 고전압 송전선로나 중간전압 직류 배전 시스템의 50㎸ 이하의 중간전압 배전선로로 사용된다.

DC 차단기는 직류 선로에 고장발생시 고장전류를 차단하기 위해 기계식 스위치가 구비된다. 기계식 스위치는 고전압 직류 송전 시스템이나 중간전압 직류 배전 시스템에 고장전류가 발생되면 고장이 발생된 시스템이 정상적인 시스템에 영향을 미치는 것을 방지하기 위해 개방되어 고장전류를 차단한다. 기계식 스위치는 고장전류의 차단을 위해 개방 시 고전압으로 인해 단자에 아크(arc)가 발생될 수 있으며, 아크가 발생되면 아크를 통해 고장전류가 지속적으로 흐르게 되어 시스템의 각종 소자에 손상을 주게 된다.

전술한 문제점을 해결하기 위한 선행기술이 한국등록특허 제1183508호에 공개되어 있다. 한국등록특허 제1183508호는 전류 차단 디바이스에 관한 것으로, 하나 이상의 인터럽터, 서지 어레스터(surge arrester) 및 공진 회로로 이루어진다.

하나 이상의 인터럽터는 각각 기계식 스위치로 사용되며, 각각 제1전류 경로에 배열되어 인터럽터를 통해 유입되는 전류를 차단하기 위해 인터럽터의 폐쇄(closing) 위치로부터 개방(opening) 위치로 서로에 대해 이동 가능한 콘택들을 갖는다. 서지 어레스터는 공진 회로와 병렬로 접속되고, 콘택들의 분리시 인터럽터에 걸리는 전압이 소정 값에 도달할 때 통전하기 시작하며, 제1전류 경로의 인터럽터에 걸리는 전압의 존재의 결과로서 직류 전류가 제1전류 경로에 접속된 다른 제2전류 경로로 방향을 바꿀 때까지 통전되도록 한다. 공진 회로는 인터럽터와 병렬로 접속되고, 직렬로 접속된 캐패시터와 인덕터로 이루어지며, 콘택들이 분리될 때 인터럽터를 통해 유입되는 전류를 제로(zero)로 만들어 인터럽터를 통해 유입되는 전류를 차단할 수 있도록 직류 전류 상에 중첩되는 발진 전류를 생성한다.

한국등록특허 제1183508호와 같은 종래의 DC 차단기는 공진 회로의 커패시터에 충전되는 충전전압의 충전 방향을 결정하는 것이 제한적이고 발진 전류를 인터럽터에 공급하는 경우에도 이를 제어하는 시간을 결정할 수 없다는 문제점이 있다.

한국등록특허 제1183508호(등록일: 2012.09.11)

본 발명의 목적은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 단방향 반도체 스위치를 이용하여 직류선로에 발생된 고장전류를 차단할 수 있는 DC 차단기를 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 하나의 단방향 반도체 스위치를 이용하여 기계식 스위치의 고장전류를 차단할 수 있으므로 DC 차단기의 구조를 단순화하여 제품의 동작 신뢰성을 개선시킬 수 있는 DC 차단기를 제공함에 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 DC 차단기는,

일측에 제1 직류선로가 연결되며 타측에 제2 직류선로가 연결되는 기계식 스위치와; 상기 기계식 스위치와 병렬로 배치되도록 상기 제2 직류선로에 연결되어 고장전류가 발생하면 상기 연결된 제2 직류선로를 통해 정상전류가 유입되는 제1 직류선로로 전류를 전달하여 상기 제1 직류선로의 전류가 제로가 되도록 하는 제1 단방향 반도체 스위치소자와; 상기 제1 단방향 반도체 스위치소자와 접지(GND) 사이에 직렬로 연결되어 상기 제1 직류선로로부터 유입되는 정상전류를 공급받아 충전하며 상기 고장전류 발생시 상기 제1 단방향 반도체 스위치소자로 공진전류를 발생하여 상기 제1 단방향 반도체 스위치소자로 출력하는 LC 공진회로와; 상기 제1 단방향 반도체 스위치소자 및 상기 LC 공진회로와 각각 병렬로 연결되어 상기 제1 직류선로로부터 전송되는 정상전류를 상기 LC 공진회로로 공급하여 상기 LC 공진회로에 구비되는 커패시터가 충전되도록 하는 제2 단방향 반도체 스위치소자를 포함한다.

본 발명에서, 상기 제1 단방향 반도체 스위치소자는, 하나의 제1 싸이리스터(thyristor)로 이루어지며, 상기 제1 싸이리스터는 고장전류가 발생 시 정상전류가 유입되는 제1 직류선로에 연결된 기계식 스위치로 공진전류를 주입하여 제1 직류선로로 유입되는 전류를 제로로 한다.

본 발명에서, 상기 제1 싸이리스터는, 애노드단자, 캐소드단자 및 게이트 단자가 구비되며, 상기 애노드단자는 LC 공진회로에 연결되고, 상기 캐소드단자는 상기 제2 직류선로에 연결되며, 상기 게이트단자는 고장전류 발생 시 트리거 펄스를 수신받아 LC 공진회로로부터 출력되는 공진전류를 정상전류가 유입된다.

본 발명에서, 상기 제2 단방향 반도체 스위치소자는, 하나의 제2 싸이리스터로 이루어지며, 상기 제1 단방향 반도체 스위치소자와 역방향으로 배치되고 상기 제1 직류선로와 상기 제1 단방향 반도체 스위치소자 및 LC 공진회로 사이의 중간점 간에 연결되어 상기 제1 직류선로로부터 정상전류를 상기 LC 공진회로로 주입한다.

본 발명에서, 상기 제2 싸이리스터는, 애노드단자, 캐소드단자 및 게이트단자로 이루어지며, 상기 애노드단자는 상기 제1 직류선로와 연결되고, 상기 캐소드단자는 상기 LC 공진회로 및 제1 싸이리스터의 애노드단자 간의 중간점(N)과 연결되며, 상기 게이트단자는 트리거 펄스가 수신되면 활성화되어 상기 제1 직류선로로부터 정상전류가 상기 제2 싸이리스터를 통해 LC 공진회로로 유입되도록 한다.

본 발명에서, 상기 LC 공진회로는, 상기 제1 단방향 반도체 스위치소자와 직렬로 연결되어 상기 제1 직류선로를 통해 공급되는 정상전류를 수신받아 충전하는 커패시터와; 상기 커패시터와 직렬로 연결되어 상기 제1 단방향 반도체 스위치소자의 활성화 시 공진전류를 발생하여 출력하는 인덕터로 구성된다.

본 발명에서, 상기 LC 공진회로에서 출력되는 LC 공진전류는 상기 제1 직류선로에 유입되는 정상 전류보다 크다.

본 발명에서, 상기 기계식 스위치는 일측 또는 타측에 전류흐름 제어회로가 연결되며, 상기 전류흐름 제어회로는, 상기 기계식 스위치의 일측 또는 타측에 연결되어 사고전류의 상승률을 제한하는 인덕터와; 상기 인덕터와 병렬 연결되어 인덕터의 한류 기능을 제한하는 다이오드로 구성된다.

본 발명은 DC 차단기는 단방향 반도체 스위치를 이용하여 직류선로에 발생된 고장전류를 차단할 수 있는 이점이 있고, 하나의 단방향 반도체 스위치를 이용하여 고장전류를 차단할 수 있도록 함으로써 DC 차단기의 구조를 단순화하여 제품의 동작 신뢰성을 개선시킬 수 있는 이점이 있으며, 이로써 제조 원가를 절감할 수 있는 이점이 있다. 동작시 고장전류가 제거되지 않으면 재차 차단동작을 수행할 수 있도록 한다.

도 1은 본 발명의 DC 차단기의 회로도,
도 2는 본 발명의 실시 예에 따라 정상상태에서 DC 차단기의 동작 상태를 나타낸 회로도,
도 3은 본 발명의 실시 예에 따라 고장발생 시 DC 차단기의 동작 상태를 나타낸 회로도,
도 4는 본 발명의 DC 차단기의 동작 상태를 나타낸 파형도.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면들을 참조하여 설명할 것이며, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기능이나 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 DC 차단기의 회로도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 DC 차단기는 기계식 스위치(10), 단방향 전력제어 스위칭회로(20) 및 전류흐름 제어회로(30)로 구성된다.

기계식 스위치(10)는 제1 직류선로(DCL1)가 일측에 연결되며 타측에 제2 직류선로(DCL2)가 연결된다. 단방향 전력제어 스위칭회로(20)는 기계식 스위치(10)와 병렬로 배치되도록 제2 직류선로(DCL2)와 접지(GND) 사이에 연결되며 기계식 스위치(10)에 고장전류(Ifault) 발생 시 정상전류(Idc)가 유입되는 기계식 스위치(10)로 공진전류(Ilc)를 주입하여 전류가 제로(Iz)가 되도록 한다. 즉, 단방향 전력제어 스위칭회로(20)는 고장전류(Ifault) 발생시 정상전류(Idc)가 유입되는 제1 직류선로(DCL1)로 제2 직류선로(DCL2)를 통해 공진전류(Ilc)를 유입시켜 제1 직류선로(DCL1)의 전류가 제로(zero)(Iz)가 되도록 하여 정상전류(Idc)가 유입되는 기계식 스위치(10)의 개방작동 시 아크(arc)가 발생하지 않도록 하거나 발생한 아크를 소호하도록 한다.

상기 구성을 갖는 본 발명의 DC 차단기를 상세히 설명하면 다음과 같다.

기계식 스위치(10)는 도 1에 도시된 바와 같이 접점단자(11)와 스위칭 접점단자(12)로 이루어진다. 접점단자(11)는 기계식 스위치(10)의 일측에 위치되도록 제1 직류선로(DCL1)가 연결되며 제1 직류선로(DCL1)를 통해 정상전류(Idc)가 공급되면 기계식 스위치(10)가 닫힌 상태에서 정상전류(Idc)가 스위칭 접점단자(12)로 공급되도록 한다. 스위칭 접점단자(12)는 기계식 스위치(10)의 타측에 위치되도록 제2 직류선로(DCL2)가 연결되며 접점단자(11)로부터 공급되는 정상전류(Idc)를 제2 직류선로(DCL2)로 전달한다. 이러한 기계식 스위치(10)는 제2 직류선로(DCL2)에 고장전류(Ifault)가 발생되고 제1 직류선로(DCL1)로 유입되는 전류가 제로(Iz)가 되면 접점단자(11)와 스위칭 접점단자(12)의 연결상태를 해제하여 개방시킴으로써 제2 직류선로(DCL2)에서 발생된 고장전류(Ifault)가 유입되는 것을 차단한다.

단방향 전력제어 스위칭 회로(20)는 도 1에서와 같이 제1 단방향 반도체 스위치소자(21), LC 공진회로(22) 및 제2 단방향 반도체 스위치소자(23)로 구성된다.

제1 단방향 반도체 스위치소자(21)는 기계식 스위치(10)와 병렬로 배치되도록 제2 직류선로(DCL2)에 연결되며 고장전류(Ifault) 발생 시 공진전류(Ilc)를 정상전류(Idc)가 유입되는 제1 직류선로(DCL1)로 전달하여 유입되는 전류가 제로(Iz)가 되도록 한다. 본 발명의 실시 예에서 이러한 제1 단방향 반도체 스위치소자(21)는 공진전류(Ilc)를 고장전류(Ifault) 발생 시 정상전류(Idc)가 유입되는 제1 직류선로(DCL1)로 전달하기 위해 온/오프(on/off) 제어가 가능한 반도체 소자로서, 예컨대, 제1 싸이리스터(thyristor:THR1)가 사용될 수 있다.

제1 싸이리스터(THR1)는 고장전류(Ifault)가 발생 시 정상전류(Idc)가 유입되는 제1 직류선로(DCL1)에 연결된 기계식 스위치(10)로 공진전류(Ilc)를 주입하여 제1 직류선로(DCL1)로 유입되는 전류를 제로(Iz)로 하며, 캐소드단자(K1), 애노드단자(A1) 및 게이트단자(G1)가 구비된다.

제1 싸이리스터(THR1)의 애노드단자(A1)는 LC 공진회로(22)와 연결되며, 캐소드단자(K1)는 제2 직류선로(DCL2)와 연결된다. 게이트단자(G1)는 제어기(미도시)와 연결되어 고장전류(Ifault) 발생으로 인해 제어기로부터 트리거 펄스가 수신되면 활성화되어 LC 공진회로(22)로부터 출력되는 공진전류(Ilc)를 정상전류(Idc)가 유입되는 제1 직류선로(DCL1)로 전달하여 전류를 제로(Iz)로 만든다.

LC 공진회로(22)는 서로 직렬연결된 커패시터(C)와 인덕터(L)로 이루어지며, 제1 단방향 반도체 스위치소자(21)와 직렬로 연결되어 제1 직류선로(DCL1)로부터 유입되는 정상전류(Idc)를 공급받아 충전하고 제1 단방향 반도체 스위치소자(21)의 트리거 시 충전된 전류를 이용하여 공진전류(Ilc), 즉 LC 공진전류를 발생하여 출력한다. 도면에는 일례로 제1 직류선로(DCL1)로부터 유입되는 정상전류(Idc)를 공급받아 커패시터(C)를 충전하는 것으로 도시되어 있으나, 다른 예에서 도면의 우측에서 좌측으로, 즉 제2 직류선로(DCL2)에서 제1 직류선로(DCL1)로 정상전류가 흐르는 경우에도 LC 공진회로(22)의 커패시터(C)를 충전할 수도 있다. 즉, 제2 직류선로(DCL2)로부터 유입되는 정상전류를 공급받아 커패시터(C)를 충전할 수도 있다. 하지만, 본 발명에서는 설명의 편의상 일례로 도 1에 도시된 바와 같이 제1 직류선로(DCL1)로부터 유입되는 정상전류(Idc)에 의해 커패시터(C)를 충전하는 것으로 하여 설명한다.

커패시터(C)는 제1 직류선로(DCL1)를 통해 공급되는 정상전류(Idc)를 수신받아 충전하며, 인덕터(L)는 커패시터(C)와 직렬로 연결되어 제1 단방향 반도체 스위치소자(21)의 활성화 시 공진전류(Ilc)를 발생하여 출력한다. 이러한 구성을 갖는 LC 공진회로(22)에서 출력되는 공진전류(Ilc)는 제1 직류선로(DCL1)에 유입되는 정상전류(Idc)보다 크다. 즉, 공진전류(Ilc)는 커패시터(C)의 용량성 리액턴스와 인덕터(L)의 유도성 리액턴스가 일치되어 공진이 발생될 때 LC 공진회로(32)에서 출력되는 전류이며, 도 4에서와 같이 최대 전류가 된다.

LC 공진회로(22)는 접지(GND)와 연결되어 제1 직류선로(DCL1)로 유입되는 전상전류(Idc)가 LC 공진회로(22)로 공급되도록 한다.

제2 단방향 반도체 스위치소자(23)는 제1 단방향 반도체 스위치소자(21) 및 LC 공진회로(22)와 병렬로 연결되어 제1 직류선로(DCL1)로부터 전송되는 정상전류(Idc)를 LC 공진회로(22)로 공급하여 LC 공진회로(22)에 구비되는 커패시터(C)가 충전되도록 한다. 이러한 제2 단방향 반도체 스위치소자(23)는 제1 단방향 반도체 스위치소자(21)와 역방향으로 배치되고, 도 1에서와 같이 기계식 스위치(10)의 일측에 연결되며, 제1 직류선로(DCL1)에 연결되어 전류의 흐름을 스위칭한다. 이를 위하여 제2 단방향 반도체 스위치소자(23)는 온/오프(on/off) 제어가 가능한 반도체 소자로서, 예컨대, 제2 싸이리스터(thyristor:THR2)가 사용될 수도 있다. 따라서, 이러한 제2 싸이리스터는 제1 직류선로(DCL1)로부터 정상전류(Idc)를 LC 공진회로(22)로 공급하기 위하여 제1 직류선로(DCL1)와 제1 싸이리스터(THR1)의 애노드(A1) 사이에 연결된다. 즉, 제2 싸이리스터(THR2)는 제1 직류선로(DCL1)와 제1 싸이리스터(THR1) 및 LC 공진회로(22) 간의 중간점(N) 사이에 연결되며, 캐소드단자(K2), 애노드단자(A2) 및 게이트단자(G2)가 구비된다.

제2 싸이리스터(THR2)의 애노드단자(A2)는 제1 직류선로(DCL1)와 연결되며 캐소드단자(K2)는 LC 공진회로(22) 및 제1 싸이리스터(THR1)의 애노드단자(A1) 간의 중간점(N)과 연결된다. 게이트단자(G2)는 상술한 제어기와 연결되어 제어기로부터 트리거 펄스가 수신되면 활성화되어 제1 직류선로(DCL1)로부터 정상전류(Idc)가 제2 싸이리스터(THR2)를 통해 LC 공진회로(22)로 유입되도록 한다.

전류흐름 제어회로(30)는 기계식 스위치(10)의 일측이나 타측에 연결되어 전류의 흐름의 제어하며, 인덕터(L)와 다이오드(D)로 이루어진다. 인덕터(L)는 기계식 스위치(10)의 일측이나 타측에 연결되어 사고전류의 상승률(di/dt)을 제한하며, 다이오드(D)는 인덕터(L)와 병렬 연결되어 인덕터(L)의 한류 기능을 제한한다.

상기 구성을 갖는 본 발명의 실시 예에 따른 DC 차단기의 동작을 첨부된 도 2 및 도 3을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 1에 도시된 본 발명의 DC 차단기는 정상전류(Idc)가 제1 직류선로(DCL1)에서 제2 직류선로(DCL2)로 공급되는 상태를 나타낸다. 제1 직류선로(DCL1)나 제 2직류선로(DCL2)에 고장전류(Ifault)가 발생되지 않고 정상전류(Idc)가 공급되면 기계식 스위치(10)에 구비된 접점단자(11)와 스위칭 접점단자(12)는 서로 연결된 상태가 된다.

접점단자(11)와 스위칭 접점단자(12)가 서로 연결되면 정상전류(Idc)는 제1 직류선로(DCL1), 기계식 스위치(10)를 통해 제2 직류선로(DCL2)로 공급된다. 여기서 제1 직류선로(DCL1)와 제2 직류선로(DCL2)는 동일한 선로가 사용될 수 있다. 제1 직류선로(DCL1)에 정상전류(Idc)가 공급되면 정상전류(Idc)는 제2 단방향 반도체 스위치소자(23)의 온(on)에 의해 LC 공진회로(32)로 흘러 LC 공진회로(22)의 커패시터(C)가 충전되도록 한다.

커패시터(C)가 충전된 상태에서 제2 직류선로(DCL2)측에 고장전류(Ifault)가 발생되면 제1 단방향 반도체 스위치소자(21)로 사용되는 제1 싸이리스터(THR1)가 제어기로부터 출력되는 트리거 신호에 의해 활성화되어 턴온(turn on)된다. 제1 싸이리스터(THR1)가 활성화되어 턴온되면 커패시터(C)에 충전된 전압에 의해 LC 공진회로(22)에서 공진전류(Ilc)가 발생되고, 발생된 공진전류(Ilc)는 정상전류(Idc)가 유입되는 제1 직류선로(DCL1)로 주입되어 제1 직류선로(DCL1)에 유입되는 전류를 제로(Iz)로 만든다. 이러한 공진전류(Ilc)는 기계식 스위치(10)의 타단에 연결된 제2 직류선로(DCL2) 및 기계식 스위치(10)를 통해 제1 직류선로(DCL1)로 전달된다.

제1 직류선로(DCL1)로 유입되는 전류가 제로(Iz)가 되면 제1 직류선로(DCL1)에 연결된 기계식 스위치(10)를 개방시켜 고장전류(Ifault)가 제1 직류선로(DCL1)로 유입되는 것을 차단한다. 이와 같이 기계식 스위치(10)의 개방 시 제1 직류선로(DCL1)로 유입되는 전류를 제로(Iz)로 함으로써 접점단자(11)와 스위칭 접점단자(12)의 연결상태를 해제시켜 개방 시 아크(arc) 발생 없이 고장전류(Ifault)가 제1 직류선로(DCL1)로 유입되는 것을 차단하게 된다. 즉, 도 4에서와 같이 제2 직류선로(DCL2)에 고장전류(Ifault)가 발생되면 정상전류(Idc)가 유입되는 제1 직류선로(DCL1)로 공진전류(Ilc)를 발생시켜 주입시킴으로써 제1 직류선로(DCL1)에 유입되는 전류를 제로(Iz)로 만든다. 도 4의 그래프에서 세로축이 전류량(Ampare)를 나타내며, 가로축은 시간을 나타낸다.

고장전류(Ifault)가 차단된 후 고장전류(Ifault)가 발생된 제2 직류선로(DCL2)로 정상전류(Idc)가 유입되면 도 1 도시된 이점쇄선과 같이 정상전류(Idc)는 LC 공진회로(21)의 커패시터(C)를 충전하여 다음 고장전류(Idc) 발생 시 공진 전류(Ilc)를 발생시키며, 이러한 반복적인 동작을 통해 제1 직류선로(DCL1)를 안전하고 신뢰성 있게 관리할 수 있게 된다.

전술한 바와 같이 본 발명의 DC 차단기는 단방향 반도체 스위치를 이용하여 직류선로에 발생된 고장전류를 차단할 수 있고, 하나의 단방향 반도체 스위치를 이용하여 고장전류를 차단할 수 있도록 함으로써 DC 차단기의 구조를 단순화하여 제품의 동작 신뢰성을 개선시킬 수 있으며 제조 원가를 절감할 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명은 바람직한 실시 예들을 통하여 상세하게 설명되었지만, 본 발명은 이러한 실시 예들의 내용에 한정되는 것이 아님을 밝혀둔다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 비록 실시 예에 제시되지 않았지만 첨부된 청구항의 기재 범위 내에서 다양한 본 발명에 대한 모조나 개량이 가능하며, 이들 모두 본 발명의 기술적 범위에 속함은 너무나 자명하다 할 것이다. 이에, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

10 : 기계식 스위치 20 : 단방향 전력제어 스위칭 회로
21 : 제1 단방향 반도체 스위치소자 22 : LC 공진회로
23 : 제2 단방향 반도체 스위치소자 30 : 전류흐름 제어회로

Claims

일측에 제1 직류선로가 연결되며 타측에 제2 직류선로가 연결되는 기계식 스위치와;
상기 기계식 스위치와 병렬로 배치되도록 상기 제2 직류선로에 연결되어 고장전류가 발생하면 상기 연결된 제2 직류선로를 통해 정상전류가 유입되는 제1 직류선로로 전류를 전달하여 상기 제1 직류선로의 전류가 제로가 되도록 하는 제1 단방향 반도체 스위치소자와;
상기 제1 단방향 반도체 스위치소자와 접지(GND) 사이에 직렬로 연결되어 상기 제1 직류선로로부터 유입되는 정상전류를 공급받아 충전하며 상기 고장전류 발생시 상기 제1 단방향 반도체 스위치소자로 공진전류를 발생하여 상기 제1 단방향 반도체 스위치소자로 출력하는 LC 공진회로와;
상기 제1 단방향 반도체 스위치소자 및 상기 LC 공진회로와 각각 병렬로 연결되어 상기 제1 직류선로로부터 전송되는 정상전류를 상기 LC 공진회로로 공급하여 상기 LC 공진회로에 구비되는 커패시터가 충전되도록 하는 제2 단방향 반도체 스위치소자를 포함하는 DC 차단기.
제1항에 있어서, 상기 제1 단방향 반도체 스위치소자는,
하나의 제1 싸이리스터(thyristor)로 이루어지며, 상기 제1 싸이리스터는 고장전류가 발생 시 정상전류가 유입되는 제1 직류선로에 연결된 기계식 스위치로 공진전류를 주입하여 제1 직류선로로 유입되는 전류를 제로로 하는 것을 특징으로 하는 DC 차단기.
제2항에 있어서, 상기 제1 싸이리스터는,
애노드단자, 캐소드단자 및 게이트 단자가 구비되며, 상기 애노드단자는 LC 공진회로에 연결되고, 상기 캐소드단자는 상기 제2 직류선로에 연결되며, 상기 게이트단자는 고장전류 발생 시 트리거 펄스를 수신받아 LC 공진회로로부터 출력되는 공진전류를 정상전류가 유입되는 제1 직류선로로 전달하는 DC 차단기.
제1항에 있어서, 상기 제2 단방향 반도체 스위치소자는,
하나의 제2 싸이리스터로 이루어지며, 상기 제1 단방향 반도체 스위치소자와 역방향으로 배치되고 상기 제1 직류선류와 상기 제1 단방향 반도체 스위치소자 및 LC 공진회로 사이의 중간점(N) 간에 연결되어 상기 제1 직류선로로부터 정상전류를 상기 LC 공진회로로 주입하는 DC 차단기.
제4항에 있어서, 상기 제2 싸이리스터는,
애노드단자, 캐소드단자 및 게이트단자로 이루어지며, 상기 애노드단자는 상기 제1 직류선로와 연결되고, 상기 캐소드단자는 상기 LC 공진회로 및 제1 싸이리스터의 애노드단자 간의 중간점(N)과 연결되며, 상기 게이트단자는 트리거 펄스가 수신되면 활성화되어 상기 제1 직류선로로부터 정상전류가 상기 제2 싸이리스터를 통해 LC 공진회로로 유입되도록 하는 DC 차단기.
제1항에 있어서, 상기 LC 공진회로는,
상기 제1 단방향 반도체 스위치소자와 직렬로 연결되어 상기 제1 직류선로를 통해 공급되는 정상전류를 수신받아 충전하는 커패시터와;
상기 커패시터와 직렬로 연결되어 상기 제1 단방향 반도체 스위치소자의 활성화 시 공진전류를 발생하여 출력하는 인덕터로 구성되는 DC 차단기.
제6항에 있어서, 상기 LC 공진회로에서 출력되는 LC 공진전류는 상기 제1 직류선로에 유입되는 정상 전류보다 큰 것을 특징으로 하는 DC 차단기.
제1항에 있어서,
상기 기계식 스위치는 일측 또는 타측에 전류흐름 제어회로가 연결되며,
상기 전류흐름 제어회로는,
상기 기계식 스위치의 일측 또는 타측에 연결되어 사고전류의 상승률을 제한하는 인덕터와;
상기 인덕터와 병렬 연결되어 인덕터의 한류 기능을 제한하는 다이오드로 구성되는 DC 차단기.