KR101895124B1 - 잠수함용 단락전류 제한장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

잠수함용 단락전류 제한장치 및 방법이 제공된다. 상기 잠수함용 단락전류 제한장치는, 잠수함의 압력 선체의 내부에 배치되고, 전류가 흐르는 패스(path)를 결정하는 전자스위치, 상기 압력 선체의 내부에 배치되고, 스위칭 동작에 대한 명령을 상기 전자스위치로 전송하는 제어보드, 상기 압력 선체의 내부에 배치되고, 상기 압력 선체 내의 전자부품에 단락전류 발생여부를 감지하고, 단락전류 발생 시 감지 결과를 상기 제어보드로 전송하는 전류센서, 및 상기 압력 선체의 외부에 배치되고, 단락전류 발생 시 상기 전자스위치의 개방에 따라 전류가 흐르는 저항기를 포함한다.

Description

잠수함용 단락전류 제한장치 및 방법{The limiting device for short circuit current in submarine and the limiting method for short circuit current using thereof}

본 발명은 잠수함용 단락전류 제한장치 및 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 단락전류 제한장치에 포함되는 저항기를 잠수함의 압력 선체의 외부에 설치하여 단락전류 제한장치가 배치되는 공간을 현저히 감소시킬 수 있는 잠수함용 단락전류 제한장치 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 연축전지가 아닌 신규전지(예를 들어, 리튬전지, 나트륨황(NaS)전지 등)를 탑재한 잠수함의 경우 연축전지에 비해 충방전 효율이 뛰어나고 방전 특성이 우수하여 함정 성능을 향상시킬 수 있다.

신규전지 중 리튬전지의 경우 연축전지에 비해 내부 저항이 약 1/10로 매우 작은 특성을 가진다. 이로 인해 사고 전류가 약 10배 커지며(약 6MWh용량의 경우 약 400kA), 일반적으로 사용되는 직류 차단기(계통전압 DC900V, 85kA)용량을 크게 상회한다.

이에 따라, 단락전류 제한장치나 고온초전도(HTS) 한류기를 사용하여 사고 전류를 제한하고자 한다. 고온초전도(HTS) 한류기의 경우 상용화되기에는 아직 기술적인 문제점이 있으며, 단락전류 제한장치의 경우 장비 형상이 크고 장비 내부 발열이 심한 문제점이 있다.

한국 공개특허 10- 2016-0069114(공고일자 2016년 06월 16일)

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 잠수함에 설치되는 단락전류 제한장치에 있어서, 저항기를 압력 선체의 외부에 설치하여 압력 선체 내부의 공간 활용도를 높일 수 있고, 장비 전체의 크기를 소형화할 수 있는 잠수함용 단락전류 제한장치를 제공하는 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, 상기 잠수함용 단락전류 제한장치를 이용하여, 잠수함 내 전자부품에 단락전류 발생 시 이를 효율적으로 차단할 수 있는 단락전류 제한방법을 제공하는 것이다.

다만, 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제들은 상기 과제들로 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 기술적 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 확장될 수 있다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 잠수함용 단락전류 제한장치는, 잠수함의 압력 선체의 내부에 배치되고, 전류가 흐르는 패스(path)를 결정하는 전자스위치, 상기 압력 선체의 내부에 배치되고, 스위칭 동작에 대한 명령을 상기 전자스위치로 전송하는 제어보드, 상기 압력 선체의 내부에 배치되고, 상기 압력 선체 내의 전자부품에 단락전류 발생여부를 감지하고, 단락전류 발생 시 감지 결과를 상기 제어보드로 전송하는 전류센서, 및 상기 압력 선체의 외부에 배치되고, 단락전류 발생 시 상기 전자스위치의 개방에 따라 전류가 흐르는 저항기를 포함한다.

본 발명에 따른 실시예에서, 상기 저항기는 상기 전자스위치에 병렬로 연결될 수 있다.

본 발명에 따른 실시예에서, 상기 전자스위치는 반도체 회로를 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 실시예에서, 상기 압력 선체의 외부에 배치되고, 상기 저항기를 둘러싸서 보호하는 보호케이스를 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 실시예에서, 상기 압력 선체의 외부에 상기 저항기가 복수 개 배치될 수 있다.

본 발명에 따른 실시예에서, 평상 시, 상기 전자스위치는 닫혀있어 상기 전자스위치를 따라 전류가 흐르고, 단락전류 발생 시, 상기 전자스위치는 개방되어 상기 저항기를 따라 전류가 흐를 수 있다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 잠수함용 단락전류 제한방법은, 잠수함의 압력 선체의 내부에 배치된 전자스위치, 제어보드, 전류센서와 상기 압력 선체의 외부에 배치된 저항기를 이용하여, 평상 시, 상기 전자스위치를 따라 전류가 흐르는 단계, 상기 전류센서를 통해 상기 압력 선체 내의 전자부품에 단락전류 발생을 감지하는 단계, 단락전류 발생 시, 상기 제어보드는 상기 전자스위치로 스위칭 동작에 대한 명령을 전송하는 단계, 및 상기 명령에 따라 상기 전자스위치가 개방되어 상기 저항기로 전류가 흐르는 단계를 포함한다.

본 발명에 따른 실시예에서, 단락전류 발생 시, 상기 전류센서는 단락전류 감지 결과를 상기 제어보드로 전송하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 실시예에서, 상기 저항기로 전류가 흐르는 경우, 상기 저항기에서 발생한 열이 외부로 방출될 수 있다.

본 발명의 기타 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.

본 발명의 실시예들에 따른 잠수함용 단락전류 제한장치 및 방법을 이용하면, 단락전류 제한장치의 장비 중 저항기가 압력 선체의 외부에 설치되기 때문에 장비 전체의 크기를 소형화할 수 있고, 단락전류 제한장치가 설치되는 공간이 상대적으로 감소하게 되어 잠수함의 압력 선체 내의 공간활용도를 높일 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 저항기가 압력 선체의 외부에 설치되기 때문에 저항기에서 발생하는 열이 외부로 용이하게 방출될 수 있고, 압력 선체 내의 온도가 불필요하게 상승하는 것을 방지할 수 있다.

다만, 본 발명의 효과는 상기 효과들로 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 기술적 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 확장될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 잠수함용 단락전류 제한장치를 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 2는 본 발명이 적용될 수 있는 잠수함의 압력 선체를 도시한 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 잠수함용 단락전류 제한장치가 배치된 형상을 개념적으로 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 잠수함용 단락전류 제한장치가 적용된 잠수함의 압력 선체를 도시한 정면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 잠수함용 단락전류 제한방법을 순차적으로 나타낸 흐름도이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며, 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또한, 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예들을 보다 상세하게 설명하고자 한다. 도면 상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.

잠수함 내의 전자부품에 단락 사고가 발생하는 경우, 리튬전지를 탑재한 잠수함은 납축전지를 탑재한 잠수함에 비하여 단락전류용량이 매우 높다. 따라서, 높은 단락전류 용량을 제한시켜 주기 위해서 잠수함 내에는 단락전류 제한장치가 사용된다. 이는 기존의 DC 배전반으로는 단락 사고를 적시에 차단할 수 없기 때문에 잠수함 내에 단락전류 제한장치를 필수적으로 설치하게 된다. 즉, 단락전류 제한장치는 잠수함 내에 발생하는 높은 단락전류 용량을 제한시켜 주는 역할을 한다.

본 발명에 따르면, 단락전류 제한장치의 주요 구성품으로 제어보드, 전자스위치, 전류센서, 저항기가 사용되며, 저항기는 잠수함의 압력 선체의 외부에 설치되어 압력 선체 내에 설치되는 단락전류 제한장치 전체 장비의 소형화를 구현하고, 압력 선체 내에 발생하는 열을 감소시킬 수 있다. 또한, 저항기가 압력 선체의 외부에 설치되기 때문에, 저항기를 통한 발열이 외부로 방출되기에도 용이하다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 잠수함용 단락전류 제한장치를 개략적으로 도시한 블록도이다. 도 2는 본 발명이 적용될 수 있는 잠수함의 압력 선체를 도시한 사시도이다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 잠수함용 단락전류 제한장치가 배치된 형상을 개념적으로 도시한 도면이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 잠수함용 단락전류 제한장치는 전자스위치(100), 제어보드(110), 전류센서(120), 저항기(200) 등을 포함한다.

본 발명에서는 리튬전지(10)가 탑재된 경우를 가정하며, 리튬전지(10)는 단락전류 용량이 매우 크다.

그리고, 잠수함 내에는 함주배전반(20)이 있어 단락 사고 발생 시에 전류를 차단하도록 동작하나, 이러한 함주배전반(20)의 동작만으로는 단락전류 차단에 한계가 있기 때문에 본 발명에 따른 잠수함용 단락전류 제한장치를 이용한다.

이하에서, 본 발명에 따른 잠수함용 단락전류 제한장치에 대해 설명한다.

전자스위치(100)는 잠수함의 압력 선체(50)의 내부에 배치되고, 전류가 흐르는 패스(path)를 결정한다. 압력 선체(50)란 잠수함이 잠수 시에 외부 압력 변동에 영향을 받지 않는 공간을 의미하며, 잠수함의 몸체부에 해당된다.

도 3을 참조하면, 평상 시에는 전자스위치(100)는 닫혀있어 전자스위치(100)를 따라 전류가 흐르고, 압력 선체(50) 내의 전자부품에 단락전류가 발생하는 경우, 전자스위치(100)는 개방되어 저항기(200)를 따라 전류가 흐른다.

여기에서, 전자스위치(100)는 예를 들어, 반도체 회로를 포함할 수 있다. 반도체 회로를 포함하는 전자스위치(100)는 예를 들어, IGBT, IGCT, MOSFET, SCR 등이 채택될 수 있다. 전자스위치(100)는 저항기(200)에 병렬로 연결되어 있기 때문에, 전류가 흐르는 패스(path)를 결정할 수 있다.

제어보드(110)는 압력 선체(50)의 내부에 배치되고, 스위칭 동작에 대한 명령을 전자스위치(100)로 전송한다. 상시적으로, 제어보드(110)는 제어전원(예를 들어, 약 24V)을 인가 받는다. 전자스위치(100)는 닫혀있는 상태에서 단락 사고 발생 시 개방되어 저항기(200)로 전류를 흘러 보내야 하므로, 이러한 동작을 제어하도록 제어보드(110)에서 전자스위치(100)로 스위칭 동작에 대한 명령을 전송한다.

제어보드(110)는 전류센서(120)로부터 감지 결과를 입력받아 자동적으로 동작할 수 있다. 즉, 제어보드(110)는 전자회로로 구성되어 미리 설정된 소프트웨어에 따라 자동적으로 구동될 수 있다.

전류센서(120)는 압력 선체(50)의 내부에 배치되고, 압력 선체(50) 내의 전자부품에 단락전류 발생여부를 감지하고, 단락전류 발생 시 감지 결과를 제어보드(110)로 전송한다. 전류센서(120)는 예를 들어, 홀센서(Hall Sensor)로 구성될 수 있다.

저항기(200)는 압력 선체(50)의 외부에 배치되고, 압력 선체(50) 내의 전자부품에 단락전류 발생 시 전자스위치(100)의 개방에 따라 전류가 흐른다. 병렬로 연결된 전자스위치(100)가 개방되면 전류 패스(path)는 저항기(200)쪽으로 형성된다. 이 때, 저항기(200)에 순간적으로 높은 전류가 흐르면서 저항기(200)에서는 높은 온도의 열이 발생한다. 다만, 저항기(200)가 압력 선체(50)의 외부에 설치되어 있기 때문에, 열방출이 용이하며, 압력 선체(50) 내에 저항기(200)가 배치되어 있을 때 보다, 공간활용도도 높아질 수 있다.

저항기(200)를 압력 선체(50)의 외부에 설치하기 위해 저항기(200)를 둘러싸서 보호하는 보호케이스(210)가 압력 선체(50)의 외부에 설치된다. 저항기(200)가 외부에 노출되면 잠수함의 잠수 시에 해수와 직접 접촉할 수 있기 때문이다.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 잠수함용 단락전류 제한장치가 적용된 잠수함의 압력 선체를 도시한 정면도이다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 잠수함용 단락전류 제한장치는 압력 선체(50)의 외부에 저항기가 복수 개 배치될 수 있다. 즉, 복수 개의 저항기 각각은 보호케이스(210, 220) 내에 설치되어 보호될 수 있다. 단락전류 제한장치의 동작 효율을 높이기 위해 저항기가 복수 개 설치되며, 필요에 따라 설치되는 저항기의 개수는 변형되어 실시될 수 있다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 잠수함용 단락전류 제한방법을 순차적으로 나타낸 흐름도이다.

도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 잠수함용 단락전류 제한방법은 위에서 설명한, 잠수함의 압력 선체(50)의 내부에 배치된 전자스위치(100), 제어보드(110), 전류센서(120)와 압력 선체(50)의 외부에 배치된 저항기(200)를 이용한다.

우선, 평상 시에는 전자스위치(100)를 따라 전류가 흐른다(S100).

그리고, 단락 사고 발생시에는 전류센서(120)를 통해 압력 선체(50) 내의 전자부품에 단락전류 발생 여부를 감지한다(S110). 단락전류 발생 시, 전류센서(120)는 단락전류 감지 결과를 제어보드(110)로 전송하여 제어보드(110)가 자동적으로 동작할 수 있도록 한다.

단락전류 발생 시, 제어보드(110)는 전자스위치(100)로 스위칭 동작에 대한 명령을 전송하고(S120), 상기 명령에 따라 전자스위치(100)가 개방되어 저항기(200)로 전류가 흐른다(S130).

단락전류 발생 시, 저항기(200)에는 순간적으로 높은 전류가 흐르면서 저항기(200)에서 높은 온도의 열이 발생한다. 다만, 저항기(200)가 압력 선체(50)의 외부에 설치되어 있기 때문에, 열방출이 용이하다.

이상, 본 발명의 실시예들에 따른 잠수함용 단락전류 제한장치 및 방법에 대하여 도면을 참조하여 설명하였지만, 상기 설명은 예시적인 것으로서 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 수정 및 변경될 수 있을 것이다.

50: 압력 선체
100: 전자스위치
110: 제어보드
120: 전류센서
200: 저항기
210, 220: 보호케이스

Claims (9)

1. 잠수함의 압력 선체의 내부에 배치되고, 전류가 흐르는 패스(path)를 결정하는 전자스위치;
   상기 압력 선체의 내부에 배치되고, 스위칭 동작에 대한 명령을 상기 전자스위치로 전송하는 제어보드;
   상기 압력 선체의 내부에 배치되고, 상기 압력 선체 내의 전자부품에 단락전류 발생여부를 감지하고, 단락전류 발생 시 감지 결과를 상기 제어보드로 전송하는 전류센서;
   상기 압력 선체의 외부에 배치되고, 단락전류 발생 시 상기 전자스위치의 개방에 따라 전류가 흐르는 저항기; 및
   상기 압력 선체의 외부에 배치되고, 상기 저항기를 둘러싸서 보호하는 보호케이스를 포함하는, 잠수함용 단락전류 제한장치.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 저항기는 상기 전자스위치에 병렬로 연결된, 잠수함용 단락전류 제한장치.
3. 제 2항에 있어서,
   상기 전자스위치는 반도체 회로를 포함하는, 잠수함용 단락전류 제한장치.
4. 삭제
5. 제 1항에 있어서,
   상기 압력 선체의 외부에 상기 저항기가 복수 개 배치된, 잠수함용 단락전류 제한장치.
6. 제 1항에 있어서,
   평상 시, 상기 전자스위치는 닫혀있어 상기 전자스위치를 따라 전류가 흐르고,
   단락전류 발생 시, 상기 전자스위치는 개방되어 상기 저항기를 따라 전류가 흐르는, 잠수함용 단락전류 제한장치.
7. 잠수함의 압력 선체의 내부에 배치된 전자스위치, 제어보드, 전류센서와 상기 압력 선체의 외부에 배치된 저항기를 이용하여,
   평상 시, 상기 전자스위치를 따라 전류가 흐르는 단계;
   상기 전류센서를 통해 상기 압력 선체 내의 전자부품에 단락전류 발생을 감지하는 단계;
   단락전류 발생 시, 상기 제어보드는 상기 전자스위치로 스위칭 동작에 대한 명령을 전송하는 단계; 및
   상기 명령에 따라 상기 전자스위치가 개방되어 상기 저항기로 전류가 흐르는 단계를 포함하고,
   상기 저항기는, 상기 압력 선체의 외부에 배치되어 상기 저항기를 보호하는 보호케이스에 둘러싸인, 잠수함용 단락전류 제한방법.
8. 제 7항에 있어서,
   단락전류 발생 시, 상기 전류센서는 단락전류 감지 결과를 상기 제어보드로 전송하는 단계를 더 포함하는, 잠수함용 단락전류 제한방법.
9. 제 7항에 있어서,
   상기 저항기로 전류가 흐르는 경우, 상기 저항기에서 발생한 열이 외부로 방출되는, 잠수함용 단락전류 제한방법.
   

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