KR101839848B1

KR101839848B1 - Arc Inducing Type Superconducting Circuit Breaker System for Direct Current

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Publication number: KR101839848B1
Application number: KR1020160052962A
Authority: KR
Inventors: 최효상; 정인성; 최혜원; 이유경; 박상용; 박노아; 황선호; 김준범; 조진태
Original assignee: 조선대학교산학협력단
Priority date: 2016-04-29
Filing date: 2016-04-29
Publication date: 2018-05-04
Also published as: KR20170123835A

Abstract

아크 유도형 초전도 직류 차단 시스템은 직류 전원을 공급하는 전원부의 전류 변화량을 검출하여 사고 전류를 감지하는 전류 검출기; 및 상기 전류 검출기의 사고 전류 발생에 따라 동작하여 기계적 접점인 애노드 영역과 캐소드 영역을 분리하여 전류를 차단하고, 상기 애노드 영역과 상기 캐소드 영역이 서로 접촉되는 접점 지점에서 일정 거리 이격하여 둘러싸는 형태로 링 모양의 유도링과 사고 전류를 일정한 설정 값으로 제한하는 초전도소자를 형성하는 직류 차단기를 포함하는 것을 특징으로 한다.The arc induction type superconducting DC blocking system includes a current detector for detecting a fault current by detecting a current change amount of a power supply unit that supplies DC power; And a current detector which operates in accordance with the occurrence of a fault current so as to isolate an anode region and a cathode region which are mechanical contacts from each other so as to interrupt a current and surround the anode region and the cathode region by a predetermined distance A ring-shaped induction ring and a DC breaker for forming a superconducting element for limiting the fault current to a predetermined set value.

Description

Arc Inducing Type Superconducting Circuit Breaker System for Direct Current

본 발명은 직류 차단 시스템에 관한 것으로서, 특히 직류 차단기의 기계적 접점 사이에 발생하는 아크를 직렬로 연결된 주 선로가 아닌 기계적 접점과 일정 거리 이격된 유도링으로 유도하여 고속 인터럽트와 고저항 임피던스를 이용하여 소멸시켜 아크 발생으로 인한 사고를 미리 방지하는 아크 유도형 초전도 직류 차단 시스템에 관한 것이다.[0001] The present invention relates to a direct current cut-off system, in particular an arc generated between mechanical contacts of a direct current circuit breaker, is guided to a guide ring spaced a certain distance from a mechanical contact and not a main line connected in series, To an arc induction type superconducting DC blocking system in which an accident caused by an arc is prevented in advance.

직류 배전 시스템은 태양광 및 연료 전지 발전 등 신재생 에너지원을 기반으로 한 분산 전원이 발달함에 따라 주목받고 있다. 직류 배전망은 태양광 발전을 포함한 신재생 에너지의 발전으로 직류 형태의 발전원이 확산됨에 따라 관심이 높아지고 있다.DC distribution systems are attracting attention due to the development of distributed power sources based on renewable energy sources such as solar power and fuel cell power generation. DC distribution is becoming more and more popular due to the development of new and renewable energy including photovoltaic power generation.

직류 배전의 가장 큰 장점은 직류 전원을 필요로 하는 기기에 적용할 경우 전력 변환의 과정이 필요없이 비용 절감과 더불어 전력 손실을 줄일 수 있다.The biggest advantage of DC power distribution is that it can reduce the power loss as well as the cost without the process of power conversion when it is applied to a device requiring a DC power source.

직류 배전 시스템을 계통에 적용하기 위해서는 직류 전원을 이용한 연구뿐만 아니라 계통에 대한 보호 기술에 관한 연구가 필요하다.In order to apply the DC distribution system to the system, it is necessary to study the protection technology for the system as well as the study using the DC power source.

직류 계통의 빠른 보급을 위해서는 안정도 및 높은 신뢰도를 확보하기 위한 주요 보호 기술인 직류 차단기 기술 개발이 필연적이다.In order to ensure rapid dissemination of DC systems, it is essential to develop DC breaker technology, which is the main protection technology to ensure stability and high reliability.

직류 기술에 문제가 되는 요인 중 하나가 아크 소호이다. 직류 차단기는 교류 차단기와 같이 영점을 잡을 수 없으며 사고 발생 시 직류 차단기의 접점이 개극이 되면서 높은 개폐 서지 전압으로 인해 아크가 발생할 수 있다.One of the factors that cause problems with DC technology is Arc SOHO. DC breaker can not catch zero point like AC breaker and arcing can occur due to high opening and closing surge voltage as the contact of DC breaker is opened when an accident occurs.

따라서, 직류에서 발생한 아크는 소호 시간이 매우 길며, 아크용접과도 같은 원리로 국부적으로 높은 열이 발생하고 이 때문에 전극의 파손뿐만 아니라 화재까지 발생할 위험성이 있다.Therefore, arc generated in direct current has a very long arc time, and locally high heat is generated due to the same principle as arc welding, so that there is a danger that not only breakage but also fire may occur.

또한, 직류는 도통 시에도 순간적인 돌입 전류의 크기가 교류와 비교하면 상당히 크게 나타난다. 부하 기기에서는 돌입 전류 방지 대책이 이루어져야 한다. 그러나 직류 제품에는 아직 돌입 전류 제한에 관한 규정이 확립되어 있지 않아 문제이다. 직류 아크를 억제할 수 있는 추가적인 기술 방안과 효율적인 소호 방안 연구가 시급한 이유이다.Also, the magnitude of the instantaneous inrush current is considerably larger than the alternating current even when the direct current is conducted. Measures to prevent inrush current should be made in load devices. However, there is no established rule for inrush current limitation in DC products. An additional technology that can suppress the DC arc and a study of the effective arc method are urgent reasons.

이와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 직류 차단기의 기계적 접점 개극 시 선로로 들어가는 아크 전류를 유도링에 의해 접지선으로 유도하여 전류 사고를 미연해 방지하는데 그 목적이 있다.In order to solve such problems, an object of the present invention is to prevent a current accident by inducing an arc current entering a line when a mechanical contact of a DC breaker is opened to a ground line by an induction ring.

본 발명은 아크 전류를 유도링에 의해 유도 시 고속 인터럽트의 스위칭 동작과 고저항 임피던스를 이용하여 아크 전류를 소호시켜 직류 차단기의 안정적인 동작 특성과 신뢰도가 높은 고장 전류 차단 효과를 확보하는데 그 목적이 있다.The object of the present invention is to secure a reliable operation characteristic and a reliable high-current-current blocking effect of a direct current circuit breaker by exerting an arc current by using a high-speed interrupt switching operation and a high-resistance impedance when an arc current is induced by an induction ring .

본 발명은 직류 차단기과 직렬로 연결된 초전도소자를 이용하여 아크 전류를 유도하여 소호하기 전에 주 선로에서 흐르는 일부 사고 전류를 제한시키는데 그 목적이 있다.An object of the present invention is to limit some fault currents flowing in a main line before inducing an arc current by using a superconducting device connected in series with a DC breaker.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따른 아크 유도형 초전도 직류 차단 시스템은,According to an aspect of the present invention, there is provided an arc induction type superconducting (DC)

직류 전원을 공급하는 전원부의 전류 변화량을 검출하여 사고 전류를 감지하는 전류 검출기; 및A current detector for detecting a current change amount of a power supply unit for supplying DC power to sense an accident current; And

상기 전류 검출기의 사고 전류 발생에 따라 동작하여 기계적 접점인 애노드 영역과 캐소드 영역을 분리하여 전류를 차단하고, 상기 애노드 영역과 상기 캐소드 영역이 서로 접촉되는 접점 지점에서 일정 거리 이격하여 둘러싸는 형태로 링 모양의 유도링을 형성하는 직류 차단기를 포함하는 것을 특징으로 한다.The anode and cathode regions are separated from each other by the anode region and the cathode region, and the anode region and the cathode region are separated from each other by a predetermined distance from the contact point where the anode region and the cathode region are in contact with each other, Shaped induction ring, and a direct current circuit breaker which forms the induction ring.

상기 유도링은 안쪽 테두리를 따라 형성하여 일측 끝단으로 갈수록 곡률 반경을 작게 형성한 유도침을 하나 이상을 형성하여 상기 애노드 영역과 캐소드 영역의 접점에서 발생하는 아크를 흡수 또는 유도하는 것을 특징으로 한다.The induction ring is formed along the inner rim, and at least one induction needle having a smaller radius of curvature toward the one end is formed to absorb or induce arcs generated at the contact points of the anode region and the cathode region.

초전도 소자가 직류 계통의 사고 발생 시 어떤 설정 값으로 사고 전류를 제한시키고 이후 크기가 줄어든 아크가 상기 유도링에 의하여 흡수 또는 유도되는 것을 특징으로 한다.The superconducting element limits the fault current to a predetermined value when an accident occurs in the DC system, and the arc of which the size is reduced is absorbed or induced by the induction ring.

전술한 구성에 의하여, 본 발명은 직류 차단기의 기계적 접점 개극 시 선로로 들어가는 아크 전류를 유도링에 의해 접지선으로 유도하여 전류 사고를 방지하는 효과가 있다.According to the above-described configuration, the present invention has an effect of preventing an electric current accident by guiding an arc current entering a line at the time of opening a mechanical contact of a DC breaker to a ground wire by an induction ring.

본 발명은 직류 차단기 시스템의 직류 차단기에서 아크 전류를 유도하여 소호하기 전에 초전도소자를 이용하여 주 선로에서 흐르는 일부 사고 전류를 제한시키는 효과가 있다.The present invention has the effect of restricting some fault currents flowing in the main line by using a superconducting element before inducing an arc current in the DC circuit breaker of the DC breaker system.

본 발명은 직류 차단기의 기계적 접점 개극 시 접점에 발생하는 아크를 유도링에 의해 접지선으로 유도하여 사고 전류 차단 시 발생할 수 있는 기계 접점 손상 및 마모를 줄일 수 있는 효과가 있다.According to the present invention, an arc generated at a contact point of a DC circuit breaker is guided to a ground wire by an induction ring, thereby reducing mechanical contact damage and wear that may occur when an accident current is cut off.

본 발명은 유도링과 초전도소자를 결합한 직류 차단기를 구현하여 직류 차단기의 아크를 소호할 때 발생되는 피해를 최소화하여 직류 차단기의 안정적인 동작 특성과 신뢰도가 높은 고장 전류 차단 효과를 확보함으로써 전력 계통을 보호하고 직류 계통의 보급 확대에 기여하는 효과가 있다.The present invention provides a DC circuit breaker combining a guide ring and a superconducting element to minimize the damage caused by arc extinguishing of the DC circuit breaker, thereby securing the stable operation characteristic and high reliability of the DC circuit breaker, And contributes to the expansion of the supply of the DC system.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 아크 유도형 초전도 직류 차단 시스템의 구성을 간략하게 나타낸 회로도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 아크 유도형 초전도 직류 차단기를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 유도링을 나타낸 정면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 아크 유도에 대한 개념을 설명하기 위한 도면이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 직류 차단기의 접점 개극에 의해 생겨난 아크의 진행 방향을 유도링의 개수에 따라 비교한 도면이다.1 is a circuit diagram briefly showing a configuration of an arc inductive superconducting DC blocking system according to an embodiment of the present invention.
2 is a view illustrating an arc induction type superconducting DC circuit breaker according to an embodiment of the present invention.
3 is a front view of the induction ring according to an embodiment of the present invention.
4 is a view for explaining a concept of arc induction according to an embodiment of the present invention.
FIGS. 5 and 6 are views for comparing the advancing direction of the arc generated by the contact opening of the DC circuit breaker according to the number of induction rings according to the embodiment of the present invention.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.Throughout the specification, when an element is referred to as "comprising ", it means that it can include other elements as well, without excluding other elements unless specifically stated otherwise.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 아크 유도형 초전도 직류 차단 시스템의 구성을 간략하게 나타낸 회로도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 아크 유도형 초전도 직류 차단기를 나타낸 도면이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 유도링을 나타낸 정면도이다.FIG. 1 is a circuit diagram briefly showing a configuration of an arc induction type superconducting DC blocking system according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a diagram illustrating an arc induction type superconducting DC block according to an embodiment of the present invention, 1 is a front view showing an induction ring according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 실시예에 따른 아크 유도형 초전도 직류 차단 시스템(10)은 직류 전원을 공급하는 전원부(11), 전원 인가 스위치(12), 직류선로 합성저항(13), 전류 검출기(14), 스위칭 컨트롤러 릴레이(15), 초전도소자(16), 사고 발생 스위치(17) 및 아크 유도형 초전도 직류 차단기(100)를 포함한다.The arc induction type superconducting DC blocking system 10 according to the embodiment of the present invention includes a power supply unit 11 for supplying DC power, a power supply switch 12, a DC line synthesis resistor 13, a current detector 14, A controller relay 15, a superconducting element 16, an accident switch 17, and an arc induction type superconducting DC circuit breaker 100.

아크 유도형 초전도 직류 차단 시스템(10)은 전원 인가 스위치(12)를 통해 직류 전원을 인가하면 선로를 따라 전류가 정상적으로 수용가 부하(18)로 도통된다.When the direct current power is applied through the power supply switch 12, the arc induction type superconducting DC cut-off system 10 conducts current to the receptacle load 18 normally along the line.

전류 검출기(Current Transformer, CT)(14)는 전원부(11), 스위칭 컨트롤러 릴레이(15) 및 직류 차단기(100)가 각각 전기적으로 연결된다. 전류 검출기(14)는 직류선로 합성저항(13)에 흐르는 전류 변화량을 검출하여 사고 전류 발생을 판단한다.The current transformer (CT) 14 is electrically connected to the power supply unit 11, the switching controller relay 15, and the DC breaker 100, respectively. The current detector 14 detects the amount of current flowing in the DC line combining resistor 13 to judge occurrence of the fault current.

스위칭 컨트롤러 릴레이(15)는 전류 검출기(14) 및 직류 차단기(100)와 전기적으로 연결되고, 전류 검출기(14)로부터 제어 신호를 수신하는 경우, 직류 차단기(100)가 순간적으로 지연없이 동작하도록 제어한다.The switching controller relay 15 is electrically connected to the current detector 14 and the DC circuit breaker 100 and controls the DC circuit breaker 100 to operate without momentary delay when receiving a control signal from the current detector 14. [ do.

유도링(200)은 직류 차단기(100)의 기계적 접점 부근에 위치하여 접점 개극시 아크를 집중 유도 또는 흡수하며, 일측에 접지선(24)과 연결되어 유도된 사고 전류를 접지선(24)를 통해 흘려 보내진다.The induction ring 200 is located in the vicinity of the mechanical contact of the DC breaker 100 to intensively induce or absorb the arc at the contact openings. The induction ring 200 is connected to the ground wire 24 at one side to flow an induced fault current through the ground wire 24 .

초전도소자(16)는 임계 전류 이하의 전류가 흐를 때 방해하지 않으며 임계 전류 이상이 흐를 때 스스로 저항을 발생시키는 장치이며, 직류 차단기(100)의 일단에 전기적으로 직렬 연결되어 사고 전류가 유도링(200)으로 유도되기 전 선로에 흐르면 일부 사고 전류를 제한시키는 기능을 한다.
초전도소자(16)는 초기사고전류를 반주기 이내에 한류하여 직류 차단기(100)의 접점이 열리기 전에 초기사고전류를 제한하여 직류 차단기(100)의 접점 개극 시 발생하는 아크의 크기를 줄여준다.The superconducting element 16 is a device that generates a resistance by itself when a current of less than or equal to a critical current flows and flows over a threshold current and is electrically connected in series to one end of the DC breaker 100, 200), it functions to limit some fault current when it flows through the line.
The superconducting element 16 reduces the size of the arc generated when the contact of the DC breaker 100 is opened by limiting the initial fault current before the initial fault current is within a half period and the contact of the DC breaker 100 is opened.

고속 인터럽트(20)는 유도링(200)의 일측에 전기적으로 연결된 제1 스위칭 접점(21)과 제2 스위칭 접점(22)을 포함하고, 스위칭 컨트롤러 릴레이(15)의 스위칭 동작에 따라 제1 스위칭 접점(21)과 제2 스위칭 접점(22)이 동작한다. 즉 스위칭 컨트롤러 릴레이(15)는 입력단에 전류 검출기(14)가 전기적으로 연결되고, 출력단에 직류 차단기(100)가 전기적으로 연결되며, 또 다른 출력단에 제1 스위칭 접점(21)과 제2 스위칭 접점(22)이 일체로 연결되어 한 번의 제어로 동시에 온오프 동작을 고속으로 수행할 수 있다.The high speed interrupt 20 includes a first switching contact 21 and a second switching contact 22 electrically connected to one side of the induction ring 200. The high speed interrupt 20 includes a first switching contact 21 and a second switching contact 22, The contact 21 and the second switching contact 22 operate. That is, in the switching controller relay 15, the current detector 14 is electrically connected to the input terminal, the DC breaker 100 is electrically connected to the output terminal, and the first switching contact 21 and the second switching contact (22) are integrally connected to each other so that the ON / OFF operation can be performed at a high speed with a single control.

제1 스위칭 접점(21)과 제2 스위칭 접점(22)은 접점 상태가 반대로 되어 있으며, 동작 시 반대로 온오프 접점을 수행한다.The first switching contact 21 and the second switching contact 22 are in a contact state opposite to each other.

제1 스위칭 접점(21)은 고저항 임피던스(23)와 연결되고 고저항 임피던스(23)가 접지단자(25)에 연결되며, 제2 스위칭 접점(22)은 접지단자(25)에 연결된다.The first switching contact 21 is connected to the high resistance impedance 23 and the high resistance impedance 23 is connected to the ground terminal 25 while the second switching contact 22 is connected to the ground terminal 25.

스위칭 컨트롤러 릴레이(15)는 오프 동작 시 제1 스위칭 접점(21)을 오프 접점으로 동작시키고 제2 스위칭 접점(22)을 온 접점으로 동작시킨다.The switching controller relay 15 operates the first switching contact 21 as the off-contact and the second switching contact 22 as the on-contact in the off-state.

스위칭 컨트롤러 릴레이(15)는 전류 검출기(14)로부터 제어 신호를 수신하는 경우, 온 동작되어 직류 차단기(100)를 동작하도록 제어함과 동시에 제1 스위칭 접점(21)을 온 접점으로 동작시키고, 제2 스위칭 접점(22)을 오프 접점으로 동작시킨다. 이때, 유도링(200)으로부터 유도된 사고 전류는 접지선(24)을 통해 제1 스위칭 접점(21)과 고저항 임피던스(23)를 거쳐 흘려 보내진다.When receiving the control signal from the current detector 14, the switching controller relay 15 is turned on to operate the DC breaker 100 and simultaneously operates the first switching contact 21 as an on-contact, 2 Switching contact (22) is operated as off-contact. At this time, the fault current induced from the induction ring 200 flows through the first switching contact 21 and the high resistance impedance 23 through the ground wire 24.

즉, 대부분의 사고 전류는 고속 인터럽트(20)의 스위칭 동작과 고저항 임피던스(23)에 의해 소호하게 된다.In other words, most fault currents are caused by the switching operation of the high-speed interrupt 20 and the high-resistance impedance 23.

고속 인터럽트(20)는 접지선으로 흐르는 사고 전류의 선로를 바꿔주는 기능을 하며, 고저항 임피던스(23)는 사고 전류의 흐름을 방해하여 최대한 사고 전류를 줄여주는 기능을 한다.The high-speed interrupt (20) functions to change the line of the fault current flowing to the ground line, and the high-resistance impedance (23) interrupts the fault current flow to reduce the fault current as much as possible.

사고 발생 스위치(17)는 온 동작으로 모의 사고를 발생시키는 경우, 이를 전류 검출기(14)가 감지하여 직류 차단기(100)의 기계적 접점(애노드 영역(110)과 캐소드 영역(120))이 개극됨과 동시에 사고 전류의 흐름을 2가지 갈래로 나눌 수 있다.When the accident occurrence switch 17 generates a simulated accident by the ON operation, the current detector 14 senses it and the mechanical contacts of the DC breaker 100 (the anode region 110 and the cathode region 120) are opened At the same time, the flow of fault current can be divided into two branches.

2가지 갈래는 직류 차단기(100)의 애노드 영역(110)과 캐소드 영역(120)이 개극된 이후에 선로에서 흐르는 일부 사고 전류와 유도링(200)으로 유도되어 접지선으로 흐르는 대부분의 사고 전류이다.The two kinds of faults are a part of fault current flowing in the line after the anode area 110 and the cathode area 120 of the DC breaker 100 are opened and most fault currents induced in the induction ring 200 and flowing to the ground line.

선로에 흐르는 일부 사고 전류는 초전도소자(16)에 의해 소호되고, 유도링(200)으로 흐르는 대부분의 사고 전류는 접지선(24)을 따라 흐른다. 이때, 대부분의 사고 전류는 접지선(24)을 따라 고속 인터럽트(20)의 제1 스위칭 접점(21)과 고저항 임피던스(23)를 통과하여 접지선으로 흐르게 된다.Some fault currents flowing in the line are extinguished by the superconducting element 16 and most fault currents flowing to the induction ring 200 flow along the ground line 24. [ At this time, most of the fault current flows along the ground line 24 to the ground line through the first switching contact 21 and the high resistance impedance 23 of the high-speed interrupt 20.

아크 유도형 초전도 직류 차단기(100)는 전류 검출기(14)에서 사고 전류를 감지하는 경우, 기계적 접점을 개극하여 전류를 차단하게 되는데, 사고 전류의 감지시 스위칭 컨트롤러 릴레이(15)의 동작으로 순간적으로 지연없이 동작된다.When the fault current is detected by the current detector 14, the arc induction type superconducting DC breaker 100 opens the mechanical contact to cut off the current. When the fault current is detected, the operation of the switching controller relay 15 instantaneously It operates without delay.

아크 유도형 초전도 직류 차단기(100)는 기계적 접점이 개극되면서 유도링(200)에 의해 유도된 사고 전류가 고속 인터럽트(20)의 스위칭 동작과 고저항 임피던스(23)를 통과하여 접지선으로 흐르게 된다.
유도링(200)은 중앙 부분에 관통구(201)가 천공되고, 360도 방향으로 연속적으로 형성되어 일정 형상과 두께를 가지고, 내측면에 중심 방향으로 돌출된 유도침(203)이 하나 이상을 형성한다.
유도링(200)의 관통구(201)에는 기계적 접점인 애노드와 캐소드가 서로 반대 방향에서 접근하여 접촉되는 접점 지점이 형성되고, 서로 멀어지는 방향으로 분리되고, 상기 유도침(203)은 계통 사고 발생 시 상기 애노드와 상기 캐소드가 분리되는 접점 개극 시 발생하는 아크를 유도한다.
상기 유도링(200)은 상기 유도된 아크를 접지선을 통해 땅으로 흘려 보내 소호시키는 기능을 한다.The fault current induced by the induction ring 200 flows through the switching operation of the high speed interruption 20 and the high resistance impedance 23 and flows to the ground line while the mechanical contact is opened in the arc induction type superconducting DC circuit breaker 100.
The guide ring 200 is formed with a through hole 201 at the center thereof and is continuously formed in the direction of 360 degrees so that the induction needle 203 having a predetermined shape and thickness, .
In the through-hole 201 of the induction ring 200, contact points where the anode and the cathode, which are mechanical contacts, come into contact with each other from opposite directions are formed and separated in a direction away from each other, The arc generated when the anode and the cathode are separated from each other.
The induction ring 200 functions to circulate the induced arc to the ground through a ground wire to extinguish the arc.

도 2 및 도 3을 참조하여 아크 유도형 초전도 직류 차단기(100)와 유도링(200)의 구성을 상세하게 설명하면 다음과 같다.The construction of the arc induction superconducting DC circuit breaker 100 and the induction ring 200 will be described in detail with reference to FIGS. 2 and 3. FIG.

본 발명의 실시예에 따른 아크 유도형 초전도 직류 차단기(100)는 전원부(11)와 수용가 부하(18) 사이에 구성되고, 원통 형상의 도체로 애노드 영역(110)과 애노드 영역(110)을 지지하는 제1 지지대(112)와 캐소드 영역(120)과 캐소드 영역(120)을 지지하는 제2 지지대(122)로 구성되며, 사고 전류 차단을 위해 직류 차단기(100)의 맞대어 있는 애노드 영역(110)과 캐소드 영역(120)이 서로 분리되면서 개극되어 전류가 차단된다. 직류 차단기(100)의 애노드 영역(110)과 캐소드 영역(120)이 서로 분리되고 접촉되는 기구적 구조는 공지된 기술이므로 상세한 구성요소의 설명을 한다.The arc induction type superconducting DC circuit breaker 100 according to the embodiment of the present invention is constructed between the power source unit 11 and the consumer load 18 and is configured to support the anode region 110 and the anode region 110 with a cylindrical conductor. And a second support member 122 for supporting the cathode region 120 and the cathode region 120. The first support base 112 and the second support base 122 support the anode region 110 of the DC breaker 100, And the cathode region 120 are separated from each other and opened to cut off the current. Since the mechanical structure in which the anode region 110 and the cathode region 120 of the DC breaker 100 are separated from each other and in contact with each other is a well-known technology, the detailed components will be described.

본 발명의 실시예에 따른 직류 차단기(100)의 유도링(200)은 링 형태로 형성되어 직류 차단기(100)의 애노드 영역(110)과 캐소드 영역(120)보다 직경이 크게 형성되며, 직류 차단기(100)의 애노드 영역(110)과 캐소드 영역(120)이 맞대어 접촉되는 접점 지점에 설치된다. The induction ring 200 of the direct current circuit breaker 100 according to the embodiment of the present invention is formed in a ring shape so that the diameter of the induction ring 200 is larger than that of the anode region 110 and the cathode region 120 of the direct current circuit breaker 100, The anode region 110 of the organic EL device 100 and the cathode region 120 are in contact with each other.

유도링(200)의 관통된 관통구(201)에는 직류 차단기(100)의 애노드 영역(110)과 캐소드 영역(120)이 접근하여 맞대어 접촉된다. 유도링(200)은 일측이 접지선(24)에 연결되어 있고, 직류 차단기(100)의 내부 일측면에 연결부재(101)에 의해 고정된다.The anode region 110 and the cathode region 120 of the direct current circuit breaker 100 approach and come into contact with each other through the through hole 201 of the induction ring 200. One side of the guide ring 200 is connected to the ground wire 24 and is fixed to the inner side surface of the DC breaker 100 by the connecting member 101.

유도링(200)은 애노드 영역(110)과 캐소드 영역(120)이 접촉되는 접점 지점에서 일정 거리 이격하여 둘러싸고 있다.The induction ring 200 surrounds the anode region 110 and the cathode region 120 at a predetermined distance from a contact point at which the anode region 110 and the cathode region 120 contact each other.

유도링(200)은 안쪽 테두리(202)를 따라 유도링(200)의 유도침(203)가 하나 이상이 형성되는데 유도링(200)의 유도침(203)의 개수에 따라 아크를 분해하고 흡수하는 형태가 달라지며, 바람직하게는 6개 정도가 바람직하다.At least one induction needle 203 of the induction ring 200 is formed along the inner edge 202 of the induction ring 200 so that the arc is decomposed and absorbed according to the number of induction needles 203 of the induction ring 200 , And preferably about six is preferable.

유도링(200)의 유도침(203)은 피뢰기의 원리를 이용하여 원뿔형으로 경사를 만들어 일측 끝단으로 갈수록 곡률 반경을 작게 형성한다.The induction needle 203 of the induction ring 200 is formed into a conical shape by using the principle of the lightning arrester, and the radius of curvature becomes smaller toward one end.

유도링(200)의 유도침(203)은 일측 끝단이 뾰족한 형태로 유도링(200)의 안쪽 테두리(202)를 따라 일정 간격으로 복수개 형성한다.A plurality of induction needles 203 of the induction ring 200 are formed at regular intervals along the inner rim 202 of the induction ring 200 in a pointed shape at one end.

직류 차단기(100)는 스위칭 컨트롤러 릴레이(15)로부터 동작 제어 신호를 수신하는 경우, 맞대어 있던 애노드 영역(110)과 캐소드 영역(120)이 서로 분리된다.When the DC breaker 100 receives the operation control signal from the switching controller relay 15, the opposing anode region 110 and the cathode region 120 are separated from each other.

애노드 영역(110)과 캐소드 영역(120)이 분리될 때 전류 아크가 발생하게 되는데, 유도링(200)의 유도침(203)은 애노드 영역(110)과 캐소드 영역(120)의 접점에서 발생하는 아크를 흡수 또는 유도하는 역할을 한다.A current arc is generated when the anode region 110 and the cathode region 120 are separated from each other and the induction needle 203 of the induction ring 200 is generated at the contact between the anode region 110 and the cathode region 120 It absorbs or induces an arc.

유도링(200)은 도 2에 도시된 바와 같이, 애노드 영역(110)과 캐소드 영역(120)이 분리되면서 발생하는 아크를 유도링(200)의 유도침(203)으로 유도 또는 흡수하여 접지선(24), 제1 스위칭 접점(21), 고저항 임피던스(23)을 통과하여 흐르게 된다.2, the induction ring 200 guides or absorbs an arc generated when the anode region 110 and the cathode region 120 are separated to the induction needle 203 of the induction ring 200, 24, the first switching contact 21, and the high-impedance impedance 23, respectively.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 아크 유도에 대한 개념을 설명하기 위한 도면이다.4 is a view for explaining a concept of arc induction according to an embodiment of the present invention.

도 4의 (a)는 직류 차단기(100)의 애노드 영역(110)과 캐소드 영역(120)이 접촉되어 있는 모습이다. 도 4의 (b)는 애노드 영역(110)과 캐소드 영역(120) 사이의 접점 거리가 유도극(204)의 거리보다 짧은 경우이다.4 (a) is a view showing that the anode region 110 and the cathode region 120 of the DC breaker 100 are in contact with each other. 4B shows a case in which the contact distance between the anode region 110 and the cathode region 120 is shorter than the distance between the anode electrode 110 and the cathode region 120. FIG.

도 4의 (b)는 직류 차단기(100)의 애노드 영역(110)과 캐소드 영역(120)이 동작되어 분리되기 시작되면 애노드 영역(110)과 캐소드 영역(120) 사이에 흐르던 전류가 개폐 서지가 발생되고 애노드 영역(110)과 캐소드 영역(120) 사이에서 점화 현상이 발생한다.4B shows a state in which current flows between the anode region 110 and the cathode region 120 when the anode region 110 and the cathode region 120 of the DC breaker 100 are operated and separated, And an ignition phenomenon occurs between the anode region 110 and the cathode region 120.

여기서, 유도극(204)은 유도침(203)의 일측 끝단과 애노드 영역(110) 또는 캐소드 영역(120)의 사이의 거리를 나타낸다.Here, the induction electrode 204 represents the distance between one end of the induction needle 203 and the anode region 110 or the cathode region 120. [

도 4의 (b) 이후에 애노드 영역(110)과 캐소드 영역(120) 사이의 접점 거리가 멀어질수록 아크의 세기가 점점 높아지게 된다.The arc intensity gradually increases as the contact distance between the anode region 110 and the cathode region 120 increases.

도 4의 (c)는 애노드 영역(110)과 캐소드 영역(120) 사이의 접점 거리가 유도극(204)의 거리와 같은 경우이고, 도 4의 (d)는 애노드 영역(110)과 캐소드 영역(120) 사이의 접점 거리가 유도극(204)의 거리보다 길어지는 경우이다. 도 4의 (c)에서부터 개폐 서지인 아크가 유도링(200)의 뾰족한 형태의 유도침(203)으로 유도되기 시작한다.4C shows a case where the contact distance between the anode region 110 and the cathode region 120 is the same as the distance between the anode electrode 204 and the anode electrode 204. FIG. (120) is longer than the distance of the induction electrode (204). 4 (c), an arc, which is an open / close surge, starts to be guided to the guiding needle 203 of the pointed shape of the induction ring 200.

아크가 유도되는 원리는 쿨롱의 법칙에 의해 해석이 가능하며,

에 의해 거리 제곱에 반비례하는 힘이 작용하게 된다.The principle of arc induction can be interpreted by Coulomb's law,

A force in inverse proportion to the square of the distance is applied.

도 4의 (d)와 같이, 애노드 영역(110)과 캐소드 영역(120) 사이의 접점 거리가 유도극(204)의 거리보다 멀어졌을 경우, 쿨롱의 법칙에 의해 개폐 서지는 애노드 영역(110)과 유도링(200)의 유도침(203) 사이에 생기게 된다. 이러한 현상은 개폐 서지인 아크가 유도링(200)의 유도침(203)에 유도되는 모습으로 보여진다.4 (d), when the contact distance between the anode region 110 and the cathode region 120 is greater than the distance of the induction electrode 204, the opening and closing surge is caused by the Coulomb's law, And the induction needle 203 of the induction ring 200. This phenomenon is seen as an arc that is an opening / closing surge is guided to the induction needle 203 of the induction ring 200.

도 5 및 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 직류 차단기의 접점 개극에 의해 생겨난 아크의 진행 방향을 유도링의 개수에 따라 비교한 도면이다.FIGS. 5 and 6 are views for comparing the advancing direction of the arc generated by the contact opening of the DC circuit breaker according to the number of induction rings according to the embodiment of the present invention.

도 5와 같이, 유도링(200)은 유도침(203)이 1개 형성된 타입이고, 도 6과 같이, 유도링(200)은 유도침(203)이 2개 형성된 타입이다.As shown in FIG. 5, the induction ring 200 is a type in which one induction needle 203 is formed, and the induction ring 200 is a type having two induction needles 203, as shown in FIG.

도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, (a)-(b)-(c)-(d) 순으로 직류 차단기(100)의 애노드 영역(110)과 캐소드 영역(120) 사이가 개방되면서 발생하는 아크의 진행 상황을 보여준다.As shown in FIGS. 5 and 6, when the anode region 110 and the cathode region 120 of the DC circuit breaker 100 are opened in the order of (a) - (b) - (c) - The progress of the arc.

도 5의 (b)는 애노드 영역(110)과 캐소드 영역(120) 사이가 개방됨에 따라 아크가 발생한다. 도 5의 (c)는 애노드 영역(110)과 캐소드 영역(120) 사이의 접점 거리가 유도극(204)의 거리보다 커지는 시점부터 한 개의 유도링(200)의 유도침(203)으로 아크가 매우 집중되어 흐르는 상황을 볼 수 있다. 그 이후에 도 5의 (d)는 직류 차단기(100)의 애노드 영역(110)과 캐소드 영역(120)이 완전히 개방되어 전류를 차단한다.In FIG. 5 (b), an arc is generated as the anode region 110 and the cathode region 120 are opened. 5C shows a state in which an arc is applied to the induction needle 203 of one induction ring 200 from the time when the contact distance between the anode region 110 and the cathode region 120 becomes larger than the distance of the induction electrode 204 You can see the situation is very concentrated and flowing. 5D, the anode region 110 and the cathode region 120 of the DC breaker 100 are completely opened to interrupt the current.

도 6의 (b)는 애노드 영역(110)과 캐소드 영역(120) 사이가 개방됨에 따라 아크가 발생한다. 도 6의 (c)는 애노드 영역(110)과 캐소드 영역(120) 사이의 접점 거리가 유도극(204)의 거리보다 커지는 시점부터 두 개의 유도링(200)의 유도침(203)으로 아크가 분배되어 흐르는 상황을 볼 수 있다. 그 이후에 도 6의 (d)는 직류 차단기(100)의 애노드 영역(110)과 캐소드 영역(120)이 완전히 개방된다.6 (b), an arc is generated as the anode region 110 and the cathode region 120 are opened. 6C shows a state in which an arc is generated in the induction needle 203 of the two induction rings 200 from the time when the contact distance between the anode region 110 and the cathode region 120 becomes larger than the distance of the induction electrode 204 You can see the situation of distribution. 6 (d), the anode region 110 and the cathode region 120 of the DC breaker 100 are completely opened.

전술한 도 2는 직류 차단기(100)의 애노드 영역(110)과 캐소드 영역(120) 사이의 접점이 개극한 후 아크가 소멸까지의 모습을 나타낸 것이다.2 shows a state in which the arc between the anode region 110 and the cathode region 120 of the DC circuit breaker 100 is opened and then the arc disappears.

유도링(200)의 유도침(203)이 6개로 형성하고 도 2의 (b)는 애노드 영역(110)과 캐소드 영역(120) 사이의 접점이 개방됨에 따라 아크가 발생한다. 도 2의 (c)는 애노드 영역(110)과 캐소드 영역(120) 사이의 접점 거리가 유도극(204)의 거리보다 커지는 시점부터 6개의 유도링(200)의 유도침(203)으로 아크가 분산되어 유도되는 것을 볼 수 있다. 그 이후에 도 2의 (d)는 직류 차단기(100)의 애노드 영역(110)과 캐소드 영역(120)이 완전히 개방되어 전류를 차단한다.An induction needle 203 of the induction ring 200 is formed in six, and an arc is generated as the contact between the anode region 110 and the cathode region 120 is opened in FIG. 2 (b). 2C shows a state in which an arc is applied to the induction needle 203 of six induction rings 200 from the time when the contact distance between the anode region 110 and the cathode region 120 becomes larger than the distance of the induction electrode 204 And it can be seen that it is dispersed and induced. 2 (d), the anode region 110 and the cathode region 120 of the DC breaker 100 are completely opened to interrupt the current.

본 발명에서의 유도링(200)은 직류전원의 계통 사고에서 적용되고 있지만 이에 한정하지 않으며 교류전원의 계통 사고에도 적용할 수 있다.The induction ring 200 according to the present invention is applied to a system accident of a DC power source, but it is not limited thereto and can be applied to a system accident of an AC power source.

이상에서 설명한 본 발명의 실시예는 장치 및/또는 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하기 위한 프로그램, 그 프로그램이 기록된 기록 매체 등을 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.The embodiments of the present invention described above are not implemented only by the apparatus and / or method, but may be implemented through a program for realizing functions corresponding to the configuration of the embodiment of the present invention, a recording medium on which the program is recorded And such an embodiment can be easily implemented by those skilled in the art from the description of the embodiments described above.

이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, It belongs to the scope of right.

10: 직류 차단 시스템 11: 전원부
12: 전원 인가 스위치 13: 직류선로 합성저항
14: 전류 검출기 15: 스위칭 컨트롤러 릴레이
16: 초전도소자 17: 사고 발생 스위치
18: 부하 20: 고속 인터럽트
21: 제1 스위칭 접점 22: 제2 스위칭 접점
23: 고저항 임피던스 24: 접지선
25: 접지단자 100: 직류 차단기
101: 연결부재 110: 애노드 영역
112: 제1 지지대 120: 캐소드 영역
122: 제2 지지대 200: 유도링
201: 관통구 202: 안쪽 테두리
203: 유도침 204: 유도극10: DC blocking system 11: Power supply unit
12: power supply switch 13: DC line synthesis resistor
14: current detector 15: switching controller relay
16: superconducting element 17: accident switch
18: load 20: high-speed interrupt
21: first switching contact 22: second switching contact
23: high resistance impedance 24: ground wire
25: ground terminal 100: DC breaker
101: connecting member 110: anode region
112: first support member 120: cathode region
122: second support member 200: guide ring
201: through-hole 202: inner rim
203: induction needle 204: induction pole

Claims

A direct current circuit breaker having a through hole formed at a central portion thereof and formed continuously in a direction of 360 degrees and having a predetermined shape and thickness and an induction ring protruding in a center direction on an inner side thereof to form at least one induction ring; And
And a superconducting element for limiting an initial fault current within a half period and limiting an initial fault current before a contact point of the DC breaker is opened, thereby reducing an arc generated when a contact of the DC breaker is opened,
Wherein a contact point is formed in the through-hole of the induction ring so that the anode and the cathode, which are mechanical contacts, come into contact with each other in an opposite direction and are separated in a direction away from each other, Which induces an arc generated when the contact is opened,
Wherein the induction needle includes at least one pointed induction needle having a small radius of curvature toward one end thereof to concentrate absorption or induction of an arc generated at a contact point between the anode region and the cathode region, It flows to the ground through the ground wire,
And a high speed interrupt having a first switch contact and a second switch contact electrically connected to one side of the guide ring, wherein the first switch contact is connected to a high resistance impedance, and the high resistance impedance and the second switch contact Wherein the first switch contact and the second switch contact are connected to a ground terminal, and the contact operation of the first switch contact and the second switch contact is reversed.

The method according to claim 1,
Wherein the arc induction type superconducting DC blocking system is connected to one side of the induction ring with a grounding line for causing an induced fault current to flow.

delete

The method according to claim 1,
And the second switch contact is electrically connected to the DC circuit breaker to operate the DC circuit breaker and operate the first switch contact as an ON contact point and operate the second switch contact point as an OFF contact point, .

The method according to claim 1,
Wherein the anode ring and the cathode ring are in close contact with each other in the through-hole of the induction ring, and the induction ring is formed to have a larger diameter than the anode area and the cathode area, Wherein the arc induction type superconducting DC blocking system comprises:

The method according to claim 1,
Further comprising a superconducting element connected in series with the DC circuit breaker to cause the fault current flowing in the main path to be circulated in the half period before the fault current is induced in the induction ring.

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