KR101766229B1 - 갭 스위치를 이용한 고압 직류 차단 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

고압 직류 차단 장치, 및 방법이 개시된다. 고압 직류 차단 장치는, 직렬 연결된 복수의 기계식 스위치를 포함하는 주 통전로, 기계식 스위치 일부와 병렬 연결되는 제 1 보조 통전로, 주 통전로와 병렬 연결되는 제 2 보조 통전로 및 주 통전로와 병렬 연결되며 어레스터를 포함하는 과도전압 제한통전로를 포함한다. 제 1 보조 통전로는 병렬 연결된 반도체 스위치, 및 제 1 커패시터를 포함하고, 제 2 보조 통전로는 직렬 연결된 제 1 갭 스위치 및 제 2 커패시터를 포함하며, 제 1 갭 스위치는 전극 사이의 거리가 변화하는 갭 스위치이다.

Description

갭 스위치를 이용한 고압 직류 차단 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR INTERRUPTING HIGH VOLTAGE DIRECT CURRENT USING GAP SWITCH}
본 발명은 전류 차단 장치 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전압형 컨버터를 사용하는 multi-terminal DC network에서 특정 선로에 사고가 발생한 경우 수 ms이내의 빠른 차단동작으로 계통을 보호할 수 있게 하는 고압 직류 차단 장치 및 방법에 관한 것이다.
HVDC 송전은 HVAC 송전에 비해 많은 장점을 가지는 송전 방식으로 최근 전력반도체 기술발전과 함께 많은 관심을 받고 있다. 그리고 최근에 HVDC용 직류 차단기의 기술개발에 힘입어 이제껏 DC 송전에 큰 장애로 여겨져 온 선로보호문제가 해결되었고 이로 인해 앞으로 신재생 에너지에 의한 전력 에너지 전송의 원할함과 함께 DC송전은 AC송전과 더불어 송전 시스템에서의 효율성을 높여 갈 중요한 분야로 예상된다.
이러한 관점에서 기존 AC차단기술과는 개념적 차이가 있어 지금까지 난제로 여겨져 오던 DC 차단기술은 최근 다양한 형태로 제시되고 있으며, 특히 차단기능이 필수적인 전압형 컨버터 스테이션으로 구성되는 DC 계통에서는 빠른 사고전류 차단기능을 요구하게 되는 데 이에 대한 대안으로 다음과 같은 방식들이 제안되었다.
WO2013/093066 A1(Siemens)에서는 기계식 고속 스위치와 전력 반도체 스위치의 직렬로 구성된 주 통전로에 커패시터로 구성되는 단일 우회 통전로를 연결하여 사고전류를 차단하는 방식으로, DC 차단기의 정격전압이 높아질수록 기계식 고속 스위치와 커패시터에 대한 부담이 많아지게 되고 일정 전압 이상이 되면 DC차단기의 구현이 실제적으로 어렵게 되는 문제점이 있었다.
그리고 이러한 상기 문제의 해결을 위해 WO2013/092873 A1(Alstom)에서는 다단계의 우회 통전로를 적용하는 방식으로, 우회 통전로의 단계별로 정격전압은 낮고 정전용량이 큰 커패시터가 설치된 우회 통전로로부터 시작하여 정격전압은 높고 정전용량이 작은 커패시터가 설치된 우회 통전로를 최종 차단 단계로 이어지게 되는 방식을 채용하여 고전압화에 따른 기계식 고속 스위치와 커패시터의 문제를 해결하고자 하였다.
하지만, 이러한 다단계 우회 통전로 방식의 구현에 있어서는 우회 통전로마다 스위치가 필요하게 되는데, 상기 방식에서는 이들 스위치로 싸이리스터 전력반도체 스위치를 적용하는 것으로 제안하여, DC 차단기가 고전압화로 됨에 따라 많은 전력반도체 소자가 직렬로 연결되어야 함에 따른 비용과 구성의 복잡함으로 인해 어려움이 동반되게 된다.
본 발명은 상술한 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 종래 제안된 하이브리드(hybrid) 고속 DC 차단방식에서 발생하는 기계식 고속 스위치와 커패시터 구현의 어려움, 및 이를 해결하기 위해 제시된 대안에서의 차단 시스템 구성의 복잡함과 비용 증대의 문제를 해결할 수 있도록 해주는 고압 직류 차단 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 고압 직류 차단 장치는, 직렬 연결된 복수의 기계식 스위치를 포함하는 주 통전로, 기계식 스위치 일부와 병렬 연결되는 제 1 보조 통전로, 주 통전로와 병렬 연결되는 제 2 보조 통전로 및 주 통전로와 병렬 연결되며 어레스터를 포함하는 과도전압 제한통전로를 포함한다. 제 1 보조 통전로는 병렬 연결된 반도체 스위치, 및 제 1 커패시터를 포함하고, 제 2 보조 통전로는 직렬 연결된 제 1 갭 스위치 및 제 2 커패시터를 포함하며, 제 1 갭 스위치는 전극 사이의 거리가 변화하는 갭 스위치이다.
이와 같은 구성에 의하면, 우회 통전로에 적용되는 스위치들을 기계식 갭 스위치로 대신하여 많은 수가 직렬연결로 구성되어야하는 전력반도체 스위치 적용방법의 어려움을 해소하고, 양방향 차단특성을 위해서 단방향 반도체 스위치가 역병렬로 연결되어야 하는 문제점도 양 방향성을 가지는 기계식 갭 스위치로 용이하게 해결될 수 있어 상대적으로 간편하고 비용을 저감할 수 있게 된다.
이때, 갭 스위치의 극간 거리는 시간에 따라 감소하다가 다시 증가하도록 설정될 수 있다.
또한, 주 통전로와 병렬 연결되고, 직렬 연결된 제 2 갭 스위치 및 제 3 커패시터를 포함하는 제 3 보조 통전로를 더 포함할 수 있다.
또한, 제 2 갭 스위치는 가변 극간 거리를 가지며, 최소 극간 거리의 시점이 제 1 갭 스위치와 서로 다르도록 설정될 수 있다.
또한, 제 2 커패시터의 정격 전압은 제 1 커패시터보다 크고 제 3 커패시터보다 작으며, 정전 용량은 제 1 커패시터보다 작고 제 3 커패시터보다 큰 것일 수 있다.
또한, 제 1 커패시터와 병렬 연결된 어레스터를 더 포함할 수 있다.
또한, 반도체 스위치는 역방향 직렬 연결된 스위치 쌍을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 고압 직류 차단 방법은, 상기 고압 직류 차단 장치를 동작시키는 방법으로서, 주 통전로를 통해 정상 전류가 흐르는 정상 동작 상태에서 주 통전로의 각 기계식 스위치를 개방시킴과 동시에 반도체 스위치를 도통 가능한 상태로 만들어 주는 단계, 기계식 스위치로 통전되던 전류가 반도체 스위치로 우회하게 되는 경우 반도체 스위치를 개방상태로 하여 전류를 제 1 커패시터로 우회시키는 단계, 및 제 1 갭 스위치의 극간 거리를 변화하여 반도체 스위치가 개방된 후 미리 설정된 시점에서 제 1 갭 스위치를 통해 전류가 흐르도록 하는 단계를 포함한다.
이때, 상기 직류 전류 차단 장치는, 주 통전로와 병렬 연결되고, 직렬 연결된 제 2 갭 스위치 및 제 3 커패시터를 포함하는 제 3 보조 통전로를 포함하며, 제 2 갭 스위치를 제 1 갭 스위치와 미리 설정된 시차를 두고 전류가 도통되도록 하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 제 3 커패시터의 충전 전압이 미리 설정된 전압 이상이 되면 어레스터를 통해 선로 에너지가 흡수시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 의하면, 주 통전로가 기계식 스위치로만 구성되어 전력손실 저감되고 냉각 시스템에 대한 부담을 경감시킬 수 있으며, 다단계 우회 통전로를 적용하므로 단일 우회 통전로를 적용한 방식보다 전류(轉流)회로에 사용되는 커패시터 용량를 줄일 수 있을 뿐만 아니라 주 통전회로 기계식 고속 스위치의 차단책무를 완화시킬 수 있게 되며, 전류를 우회시키는 방식에 기존 전력반도체 스위치를 적용하는 것 대신에 기계식 갭 스위치을 사용함으로 종래 방식에 비하여 시스템의 간소화 및 비용 절감에 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고압 직류 차단 장치의 회로도.
도 2는 도 1의 갭 스위치의 개략적인 도면.
도 3에는 갭 스위치의 스트로크에 대한 고압 직류 차단 장치의 동작 특성을 표시한 도면.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 고압 직류 차단 장치의 회로도.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 대해 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고압 직류 차단 장치의 회로도이다. 고압 직류 차단 장치의 기본 구성회로는 도 1에서와 같이 주 통전로에는 기계식 고속 스위치로만 구성되어 정상 통전상태에서 전력손실을 최소화할 수 있고 차단기 트립신호에 의한 차단동작이 수행되는 경우 보조 통전로로 되어있는 일차, 이차 및 삼차 보조회로로 차단전류를 차례대로 우회시키고 마지막으로 과도 전압 제한통로를 통해 차단전류를 통전시킴으로 차단기능을 수행한다. 그리고 이차와 삼차 보조회로에는 각 회로로의 우회통전 수행을 위해 기계식 갭 스위치를 설치하여 사용한다.
본 발명을 통해 제안되어 사용되는 기계식 갭 스위치의 구성은 도 2와 같다. 도 2는 도 1의 갭 스위치의 개략적인 도면이다. 도 2에서, 통상의 갭 스위치와 같이 일정 거리가 유지되는 형태가 아니라 갭 스위치의 중앙에 위치된 가동부가 아랫방향으로 움직이면서 갭 간격이 좁아짐으로 인해 동작 전 초기상태에는 전기적으로 분리되어 있던 갭 스위치가 일정 스트로크가 진행되면 고정접점과 가동접점 간의 간격이 점점 가까워지다가 마침내 기계적 접촉이 발생되고 이후 스트로크가 진행되어짐에 따라 다시 갭 간격이 멀어지면서 기계적 분리가 이루어지는 형태를 가지게 된다.
이러한 동작흐름에 의해 나타나는 기계적, 전기적 접촉형태는 도 3에 표시된 바와 같이 t2에서 1st gap의 기계적 접촉이 생겨나고 t2'에서 기계적 접촉이 종료되며 t3에서 2nd gap의 기계적 접촉이 생겨나서 t3'에서 기계적 접촉이 종료된다. 도 3은 도 2의 갭 스위치의 스트로크에 대한 고압 직류 차단 장치의 동작 특성을 표시한 도면이다.
이러한 형태의 갭 스위치에서는 갭 스위치의 극간에 일정 전압이 인가되는 경우 각 갭 스위치에서 t2, t3에 기계적 접촉과 함께 도통 상태로 되어졌다가 t2', t3'에서 스트로크 진행에 따라 기계적 분리가 되더라도 극간에 아크가 존재하게 되어 전기적으로는 분리되지 않는 상태가 되고 극간 통전 전류가 영점이 되면 극간에 발생되던 아크는 소호되면서 전기적 분리가 이루어지게 된다.
도 2의 갭 스위치는 고정부와 가동부가 이루는 접점이 세 지점으로 이루어져 있는 것으로 각 접점들은 동일 시점에 접촉을 이루게 되어 어느 한 시점에서 전체 갭 스위치가 닫힘(close)상태가 되며 초기 갭 간의 상대적 위치에 따라 스트로크 시작 후 닫힘(close)상태로 되는 시점이 조정되게 된다.
도 2의 두 개 갭 스위치는 서로 다른 극간 접촉시점을 얻기 위해 가동부의 초기위치가 서로 다른 상태로 되어있어 동일 스트로크에 대해 1st gap이 2nd gap보다 선행적으로 기계적 접촉이 발생된다.
도 3에서 각각 다른 시점에서 즉 t2, t3에서 접점 접촉이 발생되는 것을 확인할 수 있다.
이러한 기계식 갭 스위치를 도 1의 DC 차단장치에 적용하여 전류가 차단되는 과정을 살펴보면 주 통전로로 흐르던 전류가, t0에서 DC 차단장치에 동작 신호가 입력되면 일차 보조회로와 병렬로 연결된 기계식 고속 스위치로 통전되던 전류가 먼저 일차 보조회로의 반도체 스위치로 우회되고 이어 t1에서 반도체 스위치의 off에 의해 커패시터(C0)가 충전되게 된다.
그리고 DC 차단장치의 trig 신호 입력과 함께 스트로크를 시작했던 이차 보조회로의 갭 스위치(1st gap)가 일차 보조회로에 있는 커패시터(C0)에 충전전압의 상승과 함께 t2에서 투입상태로 되게 되어 이차 보조회로는 통전상태로 되고 주 통전로의 전류와 커패시터(C0)의 방전 전류가 통전하기 시작하게 된다.
이때 주 통전로의 fast switch에는 커패시터(C0)의 충전전압으로 역전류가 발생되어 전류 영점이 생성되고 이로 인해 fast switch 극간의 아크는 소호되어 절연회복을 이루게 된다.
이는 fast switch의 차단 시 전류의 기울기(di/dt)가 전력 반도체 소자의 turn-off 전류 특성과 무관하게 일차 보조회로의 커패시터(C0)를 통한 주 통전로와 이차 보조회로가 이루는 공진회로 특성으로 주어지는 전류 기울기가 되기 때문에 차단 시 전류 기울기를 완화할 수 있게 되며 fast switch가 차단할 수 있는 전류 영점을 구현해 주는 역할도 수행한다.
그리고 이차 보조회로의 커패시터(C1)의 적절한 선정으로 fast switch가 차단하는 시점 t2에서 인가되는 과도전압의 기울기(dv/dt)도 보다 완만하게 조정해 줄 수 있어 fast switch의 구성에 유리한 여건을 제공하게 된다.
이렇게 이차 보조회로로 우회된 전류는 커패시터(C1)의 전압을 상승시키게 되고 t3에서 삼차 보조회로의 갭 스위치(2nd gap)의 on동작으로 삼차 보조회로로 다시 우회되게 된다. 이때 역시 이차 보조회로의 커패시터(C1)에 충전된 전압으로 이차와 삼차 보조회로로 구성되는 커패시터(C1)의 방전회로가 형성되고 이 방전전류가 1st gap에 전류 영점을 발생시켜 극간이 소호되고 이차 보조회로는 전기적으로 분리된다.
이제, 삼차 보조회로만으로 통전되는 주 통전로의 전류는 커패시터(C2)를 충전시키고 이 전압이 상승하여 과도전압 제한 통전로에 설치된 서지 어레스터의 보호전압 크기보다 커지게 되면 전류는 서지 어레스터로 우회되고 선로에 함유된 선로 에너지는 이를 통해 흡수되면서 t4에서 전류 영점을 만들게 되고 이때 만들어진 전류 영점으로 인해 주 통전로에 설치된 보조 차단기(Aux. switch)에 의해 주 통전로의 전류가 차단되게 된다.
그리고, 도 3에는 각 보조회로의 커패시터에 충전되는 전압도 함께 표시되어 있는데 t1과 t2사이의 전압 파형은 일차 보조회로에 설치된 커패시터의 충전전압을, t2와 t3사이의 전압 파형은 이차보조회로의 커패시터에 충전전압을, 그리고 t3와 t4사이의 전압은 삼차보조회로에 설치된 커패시터에 충전되는 전압을 각각 나타낸 것이다. 또한, 도 3의 아랫부분에 나타난 전류 파형은 각 보조회로로 전류되는 현상을 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 고압 직류 차단 장치의 회로도이다. 도 4는 양방향 차단기능을 가진 차단기 구성을 나타낸 것으로 일차 보조회로의 전력 반도체 스위치만 역방향 직렬 연결하면 되고 이차와 삼차 보조회로는 극성과 관련 없는 회로로 구성되어 있기 때문에, 도 1의 단방향 차단장치와 동일한 구조를 가지게 된다.
이하, 도 1을 참조하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.
DC 차단기가 정격전압이 높아질수록 실제 구현에 있어서 어려움이 수반되게 되는데 WO 2013/092873에서는 이를 위해 다단계의 전류(轉流)회로를 채택한 방식을 채택하고 전력반도체가 직렬로 구성된 차단장치를 사용하여 단계별 전류(轉流)회로로 차단전류를 우회시키는 방식을 제시하였다.
이렇게 전력 반도체형 차단장치를 사용하는 것은 정격전압이 높아질수록 전력반도체 소자의 직렬연결 개수가 많아져야 하기 때문에 시스템의 복잡성과 비용 측면에서 또 다른 어려움을 발생시키게 된다.
본 발명에서는 전력 반도체 차단장치 대신에 기계식 갭 스위치을 사용하는 방법을 통해 기존의 문제점들을 해결한다. 다시 말해, 다단계의 전류(轉流)회로 구성방식에서 전류에 필요한 스위치로 전력 반도체 스위치를 사용하던 기존 방식 대신에 기계식 갭 스위치를 사용하여 보다 간편하고 경제성 있는 차단장치를 제공한다.
보다 상세하게 설명하자면, 본 발명에 따른 고압 직류 차단 장치는, 전류 통전선로를 흐르는 전류를 차단하기 위한 차단장치로서, 적어도 두 개의 기계식 스위치(101, 102)가 직렬로 연결되어 정상상태에서 전류를 통전하도록 구성되는 주 통전로(100)와 주 통전로(100) 및 이에 포함된 기계식 스위치(101)와 전기적 병렬로 연결되는 보조 통전로(200) 및 보조 통전로(200)와 전기적 병렬로 연결되는 과도전압 제한통전로(300)를 포함한다.
이때, 보조 통전로(200)는, 기계식 스위치(101, 102)의 기계적 개방동작 시, 주 통전로(100) 상의 기계식 스위치(101)로 흐르던 전류가 전기적으로 완전히 차단되도록 우회(by-pass)시키는 일차 보조회로(210)와 일차 보조회로(210)의 커패시터(212) 충전전압이 일정 크기 이상으로 되면 아크 방전을 통해 주 통전로(100) 상의 기계적으로 개방된 스위치(102)를 거쳐 일차 보조회로(210)로 흐르던 전류를 우회시키고 주 통전로(100)에 포함된 스위치(102)는 전기적으로 절연회복할 수 있게 하는 이차 보조회로(220), 그리고 이차 보조회로(220)의 전압이 일정 크기에 도달하게 되면 이차 보조회로(220)로 흐르던 전류를 기계식 갭 스위치(231)를 도통시킴으로써 우회시키는 삼차 보조회로(230)를 포함한다.
또한, 주 통전로(100)에 포함된 기계식 스위치(101)와 병렬로 연결되어 차단 동작 시 기계식 스위치(101)로 흐르던 전류를 우회시키는 전력반도체 스위치(211)와 이와 병렬로 연결된 커패시터(212)와 어레스터(213)로 구성된 회로를 가진다.
또한, 이차 및 삼차 보조회로(220, 230)에는 동작 스트로크의 초기상태에서는 일정 거리를 두고 절연상태를 유지하던 갭 스위치(221, 231)가 차단기 트립 신호와 함께 스트로크가 진행되면서 극간거리를 좁혀가는 방향으로 이동하다가 양 전극이 기계적으로 접촉상태로 이어지게 되고 이어서 다시 극간 거리가 멀어지는 형태의 동작을 수행하는, 가동성 극간 거리를 가지는 갭 스위치(221, 231)와 이와 직렬로 연결된 커패시터(223, 233)로 구성된 회로를 가진다. 이때, 이차 및 삼차 보조회로의 갭 스위치 간의 접촉시점은 일정 시간 지연을 가지고 이차 보조회로의 갭 스위치가 먼저 접촉하게 된다.
또한, 각 보조회로에 연결된 커패시터(212, 223, 233)는 일차, 이차, 삼차 보조회로의 순으로 저압에서 고압으로 그리고 정전 용량은 큰 값에서부터 작은 값의 순으로 되는 커패시터들로 구성된다.
또한, 본 발명에 따른 고압 직류 차단 방법은, 상기한 차단장치를 동작시키는 방법으로서, 전류 통전 선로에 정상상태의 전류가 통전되는 경우는 주 통전로(100)의 각 기계식 스위치가 투입상태로 유지되고 일차 보조 통전로(200)의 전력 반도체 스위치(211)와 이, 삼차 보조 통전로의 갭 스위치들(221, 231)은 개방상태로 되어 전류 통전선로의 정상전류는 주 통전로(100) 상으로 흐르다가 차단명령이 수신되면,
a) 주 통전로(100)의 각 기계식 스위치(101, 102)를 기계적으로 개방시킴과 동시에 일차 보조회로(210)의 전력반도체 스위치(211)를 도통 가능한 상태로 만들어 주게 되면 기계식 스위치(101)의 극간 아크전압 발생으로 인해 기계식 스위치(101)로 통전되던 전류는 전력반도체 스위치(211)로 우회하게 되고, 곧 이어 전력반도체 스위치(211)를 개방상태로 하게 되면 전류는 다시 이와 병렬 연결된 커패시터(212)로 우회하여 전압상승을 일으키고, 일정 전압 이상에 도달하게 되면 또 이와 병렬로 연결된 어레스터(213)의 항복전압을 지나는 시점에서 전류는 어레스터(213)로 우회하는 단계,
b) 단계 a)와 동시에 이차 보조회로(220)에 포함된 갭 스위치(221)의 극간 거리 이동이 시작되어 전력반도체 스위치(211)가 개방된 후 일정 시점에서 갭 스위치(221)가 접촉상태로 되어 주 통전로(100)의 전류가 이차 보조회로(220)로 우회하게 되고, 이와 함께 커패시터(212)에 충전된 전압이 이차 보조회로(220)로 방전되는 과정에서 주 통전로(100)의 기계식 스위치(102)에 전류 영점이 생성되고 이로부터 소호가 이루어져 주 통전로(100)의 전류 차단이 이루어지게 되는 상태의 단계,
c) 단계 b) 이후 이차 보조회로(220)로 흐르는 전류는 이에 포함된 커패시터(223)를 충전시켜 전압의 상승이 이루어지다가 삼차 보조회로(230)의 갭 스위치(231)가 이차 보조회로의 갭 스위치에 이어 접촉상태로 되는 시점에서 이차 보조회로(220)로 흐르던 주 통로 전류를 삼차 보조회로(230)로 우회시키게 되고, 이와 함께 이차 보조회로(220)의 커패시터(223)에 충전된 전압을 삼차 보조회로(230)를 통해 방전시키는 과정에서 이차 보조회로의 갭 스위치(221)에 전류 영점을 생성시키게 됨으로써 갭 스위치(221)가 절연을 회복하면서 삼차 보조회로의 커패시터(233)를 충전하는 단계, 및
d) 단계 c) 이후 삼차 보조회로(230)에 포함된 커패시터(233)의 충전 전압이 일정 전압 이상이 되면 과도전압 제한통로(300)에 설치된 어레스터(301)를 통해 선로 에너지가 흡수되고 주 통전로(100)에 흐르는 전류가 전류 영점을 맞게 되어 선로(10)에 포함된 기계식 스위치(11)의 극간 아크가 소호되어 전류가 차단되는 단계를 포함한다.
본 발명에서는 이와 같이, 우회 통전로에 적용되는 스위치들을 기계식 갭 스위치로 대신하는 구성을 채용함으로써, 많은 수가 직렬연결로 구성되어야하는 전력반도체 스위치 적용방법의 어려움을 해소하고, 양방향 차단특성을 위해서 단방향 반도체 스위치가 역병렬로 연결되어야 하는 문제점도 양방향성을 가지는 기계식 갭 스위치로 용이하게 해결될 수 있어, 상대적으로 간편하고 비용을 저감할 수 있게 된다.
본 발명이 비록 일부 바람직한 실시예에 의해 설명되었지만, 본 발명의 범위는 이에 의해 제한되어서는 아니 되고, 특허청구범위에 의해 뒷받침되는 상기 실시예의 변형이나 개량에도 미쳐야 할 것이다.
10: 선로
100: 주 통전로
11, 101, 102: 기계식 스위치
200: 보조 통전로
210: 일차 보조회로
211, 211-1, 211-2: 반도체 스위치
212, 223, 233: 커패시터
213, 301: 어레스터
220: 이차 보조회로
230: 삼차 보조회로
221, 231: 갭 스위치
300: 과도전압 제한통전로

Claims (10)

  1. 직렬 연결된 복수의 기계식 스위치를 포함하는 주 통전로;
    상기 기계식 스위치 일부와 병렬 연결되는 제 1 보조 통전로;
    상기 주 통전로와 병렬 연결되는 제 2 보조 통전로; 및
    상기 주 통전로와 병렬 연결되며 어레스터를 포함하는 과도전압 제한통전로를 포함하는 고압 직류 차단 장치로서,
    상기 제 1 보조 통전로는 병렬 연결된 반도체 스위치, 및 제 1 커패시터를 포함하고,
    상기 제 2 보조 통전로는 직렬 연결된 제 1 갭 스위치 및 제 2 커패시터를 포함하며,
    상기 제 1 갭 스위치는 전극 사이의 거리가 변화하는 갭 스위치인 것을 특징으로 하는 고압 직류 차단 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 갭 스위치의 극간 거리는 시간에 따라 감소하다가 기계적 접촉 상태를 거친 후 다시 극간 거리가 증가하도록 설정되는 것을 특징으로 하는 고압 직류 차단 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 주 통전로와 병렬 연결되고, 직렬 연결된 제 2 갭 스위치 및 제 3 커패시터를 포함하는 제 3 보조 통전로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고압 직류 차단 장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 제 2 갭 스위치는 가변 극간 거리를 가지며,
    최소 극간 거리의 시점이 상기 제 1 갭 스위치와 서로 다르도록 설정되는 것을 특징으로 하는 고압 직류 차단 장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 제 2 커패시터의 정격 전압은 상기 제 1 커패시터보다 크고 상기 제 3 커패시터보다 작으며, 정전 용량은 상기 제 1 커패시터보다 작고 상기 제 3 커패시터보다 큰 것을 특징으로 하는 고압 직류 차단 장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 제 1 커패시터와 병렬 연결된 어레스터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고압 직류 차단 장치.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 반도체 스위치는 양방향의 전류 차단을 위해 역방향 직렬 연결된 스위치 쌍을 포함하는 것을 특징으로 하는 고압 직류 차단 장치.
  8. 청구항 1항의 고압 직류 차단 장치를 동작시키는 방법으로서,
    상기 주 통전로를 통해 정상 전류가 흐르는 정상 동작 상태에서 차단기 트립 신호가 입력되면 동시에 상기 주 통전로의 각 기계식 스위치를 개방시키고 상기 반도체 스위치를 도통 가능한 상태로 만들어 주는 단계;
    상기 기계식 스위치로 통전되던 전류가 상기 반도체 스위치로 우회하게 되는 경우 상기 반도체 스위치를 개방상태로 하여 전류를 상기 제 1 커패시터로 우회시키는 단계; 및
    상기 제 1 갭 스위치의 극간 거리를 변화하여 상기 반도체 스위치가 개방된 후 미리 설정된 시점에서 상기 제 1 갭 스위치를 통해 전류가 흐르도록 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 고압 직류 차단 방법.
  9. 청구항 8에 있어서, 상기 고압 직류 차단 장치는,
    상기 주 통전로와 병렬 연결되고, 직렬 연결된 제 2 갭 스위치 및 제 3 커패시터를 포함하는 제 3 보조 통전로를 더 포함하며,
    상기 제 2 갭 스위치를 상기 제 1 갭 스위치와 미리 설정된 시차를 두고 전류가 도통되도록 하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고압 직류 차단 방법.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 제 3 커패시터의 충전 전압이 미리 설정된 전압 이상이 되면 상기 어레스터를 통해 선로 에너지가 흡수시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고압 직류 차단 방법.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022211605A1 (ko) * 2021-03-29 2022-10-06 엘에스일렉트릭 (주) 반도체를 이용한 회로 차단기
KR102656808B1 (ko) * 2021-03-29 2024-04-12 엘에스일렉트릭(주) 반도체를 이용한 회로 차단기

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102615108B1 (ko) * 2016-12-21 2023-12-15 한국전기연구원 진공 갭 스위치를 이용한 역전류 주입형 직류 전류 차단 장치 및 방법
EP3410454A1 (en) * 2017-05-31 2018-12-05 ABB Schweiz AG Electrical dc switching system
KR20200011186A (ko) * 2018-07-24 2020-02-03 한국전기연구원 전류 제한 장치 및 이를 포함하는 직류 차단 시스템
CN110176749A (zh) * 2019-03-21 2019-08-27 许继集团有限公司 新型直流断路器
CN110190589A (zh) * 2019-04-25 2019-08-30 国家电网有限公司 一种谐振型混合式直流开关
CN110739167B (zh) * 2019-05-10 2023-03-10 许继集团有限公司 一种直流开关设备
KR102274612B1 (ko) * 2019-09-18 2021-07-07 엘지전자 주식회사 아크 소호 기능을 갖는 차단기 및 이를 이용한 보호 계전 시스템
KR102187348B1 (ko) * 2020-03-09 2020-12-07 (주)에너담 직류 고전압용 하이브리드 개폐기

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20150002977A1 (en) 2011-12-23 2015-01-01 Alstom Technology Ltd Mechatronic Circuit Breaker Device And Associated Tripping Method And Use Thereof In Interrupting A High Direct Current
US20150022928A1 (en) 2011-12-22 2015-01-22 Siemens Aktiengesellschaft Hybrid dc circuit breaking device

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101214441B1 (ko) * 2010-12-07 2012-12-21 한국전기연구원 수처리용 수중 방전 장치
KR101483084B1 (ko) * 2013-01-24 2015-01-16 한국전기연구원 직류 전류 차단 장치 및 방법
KR101506581B1 (ko) * 2013-08-14 2015-03-27 주식회사 효성 고전압 ｄｃ 차단기

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20150022928A1 (en) 2011-12-22 2015-01-22 Siemens Aktiengesellschaft Hybrid dc circuit breaking device
US20150002977A1 (en) 2011-12-23 2015-01-01 Alstom Technology Ltd Mechatronic Circuit Breaker Device And Associated Tripping Method And Use Thereof In Interrupting A High Direct Current

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022211605A1 (ko) * 2021-03-29 2022-10-06 엘에스일렉트릭 (주) 반도체를 이용한 회로 차단기
KR102656808B1 (ko) * 2021-03-29 2024-04-12 엘에스일렉트릭(주) 반도체를 이용한 회로 차단기

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