KR102127918B1 - 고속 스위치 고장 전류 제한기 및 전류 제한기 시스템 - Google Patents

고속 스위치 고장 전류 제한기 및 전류 제한기 시스템 Download PDF

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KR102127918B1
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베리안 세미콘덕터 이큅먼트 어소시에이츠, 인크.
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Abstract

전압 제어 리액터(VCR) 및 고속 스위치 고장 전류 제한기(FSFCL)를 포함하는 고장 전류 제한기 회로는 정상 상태 동작 동안 부하 전류를 전도시키고, 부하 전류가 고장 전류 제한들을 초과할 때 부하 전류를 제한하도록 동작한다. FSFCL은, 전기적 차단기 접촉부들을 갖는 차단기, 전기적 차단기 접촉부들에 전기적으로 결합된 코일, 전기적 차단기 접촉부들에 기계적으로 결합된 플런저, 병렬 전압 제어 리액터(VCR), 과도 과전압 제어 회로(transient overvoltage control circuit; TOCC)를 포함할 수 있으며, 여기에서 코일을 통해 문턱 레벨보다 더 큰 전류가 흐를 때, 플런저를 움직이기 위한 강도를 갖는 자기장이 생성되며, 플런저의 움직임은 차단기 내의 접촉부들을 개방하도록 동작하며, 고장 전류를 VCR 및 TOCC로 전달하고, 전체 시스템 고장 전류를 제한한다.

Description

고속 스위치 고장 전류 제한기 및 전류 제한기 시스템{FAST SWITCH FAULT CURRENT LIMITER AND CURRENT LIMITER SYSTEM}
본 개시의 실시예들은 전류 제어 디바이스들에 관한 것으로서, 더 구체적으로, 고장 전류 제한기 디바이스들 및 시스템들에 관한 것이다.
고장 전류 제한기(Fault current limiter; FCL)들은, 예를 들어 파워 송신 및 분배 네트워크들에서 전류 서지(surge)들에 대한 보호를 제공하기 위해 사용된다. 지난 수십년간 다양한 유형들의 FCL들이 개발되었으며, 이들은 초전도 고장 전류 제한기(superconducting fault current limiter; SCFCL)들, 고체-상태 고장 전류 제한기(solid-state fault current limiter; SSFCL)들, 유도성 고장 전류 제한기들뿐만 아니라, 당업계에서 잘 알려진 다른 변형물들을 포함한다. FCL을 구현하는 파워 시스템은, 파워를 생성하고 이를 다양한 산업용, 상업용, 및/또는 주거용 전기 부하들에 전달하는 생성, 송신 및 분배 네트워크들을 포함할 수 있다.
고장 전류는, 단락 회로와 같은 시스템 내의 고장으로부터 기인할 수 있는 전기 시스템 내의 비정상 전류이다. 고장 전류는, 기상 악화(예를 들어, 낙뢰들)에 의해 손상되는 파워 라인들 또는 다른 시스템 컴포넌트들과 같은, 임의의 수의 이벤트들 또는 고장들에 기인하여 시스템 내에서 일어날 수 있다. 이러한 고장이 발생할 때, 회로 내에서 큰 부하가 순간적으로 나타날 수 있다. 이에 응답하여, 네트워크는 많은 양의 전류(즉, 고장 전류)를 고장 부하로 전달한다. 이러한 전류의 서지는 원치 않는 것이며, 이는 전류의 서지가, 예를 들어, 네트워크 자체 또는 네트워크에 연결된 장비일 수 있는 부하를 손상시킬 수 있기 때문이다. 이러한 그리고 다른 고려사항들에 관하여 본 개선들이 요구된다.
본 요약은 아래의 상세한 설명에서 추가로 설명되는 개념들의 선택을 간략화된 형태로 소개하기 위해 제공된다. 본 요약은 청구되는 내용의 핵심 특징들 또는 본질적인 특징들을 식별하도록 의도되지 않으며, 청구되는 내용의 범위를 결정하는데 도움을 주는 것으로서 의도되지도 않는다.
본 개시는 기계적 보호 수단을 사용하여 고장 전류 보호를 가능하게 하는 고속 스위치 고장 전류 제한기를 제공한다. 일 예로서, 본 개시에 따른 고속 스위칭 고장 전류 제한기(fast switch fault current limiter; FSFCL)는, 전기적 차단기 접촉부들을 갖는 차단기, 전기적 차단기 접촉부들에 전기적으로 결합된 코일, 및 전기적 차단기 접촉부들에 기계적으로 결합된 플런저(plunger)를 포함할 수 있으며, 여기에서 코일을 통해 문턱 레벨보다 더 큰 전류가 흐를 때, 플런저를 움직이기 위한 강도를 갖는 자기장이 생성되며, 플런저의 움직임은 차단기 내의 접촉부들을 개방하도록 동작한다.
본 개시는 전류 제한기 시스템을 제공하며, 전류 제한기 시스템은: 전기적 차단기 접촉부들, 전기적 차단기 접촉부들에 전기적으로 결합된 코일, 및 전기적 차단기 접촉부들에 기계적으로 결합된 플런저를 갖는 고속 스위치 고장 전류 제한기로서, 코일을 통해 문턱 레벨보다 더 큰 전류가 흐를 때, 플런저를 움직이기 위한 강도를 갖는 자기장이 생성되며, 플런저의 움직임은 전기적 차단기 접촉부들을 개방하도록 동작하는, 고속 스위치 고장 전류 제한기; 고속 스위치 고장 전류 제한기에 병렬로 연결된 전압 제어 리액터(reactor); 및 고속 스위치 고장 전류 제한기 및 전압 제어 리액터에 병렬로 연결된 과도 과전압 제어 회로를 포함하며, 여기에서 코일을 통해 문턱 레벨보다 더 큰 전류가 흐를 때, 전체 시스템 고장 전류를 제한하기 위하여 전류가 전압 제어 리액터 및 과도 과전압 제어 회로로 전달된다.
본 개시는 고속 스위치 고장 전류 제한 시스템을 제공하며, 고속 스위치 고장 전류 제한 시스템은: 고속 스위치로서, 고속 스위치는 전기적 접촉부들을 갖는 차단기 및 전기적 차단기 접촉부들에 전기적으로 결합된 코일을 가지며, 고속 스위치는 자기장을 생성하는, 고속 스위치; 고속 스위치에 기계적으로 결합된 플런저를 포함하며, 고속 스위치를 통해 문턱 레벨보다 더 큰 전류가 흐를 때, 플런저를 움직이기 위한 강도를 갖는 자기장이 고속 스위치에 의해 생성되며, 플런저의 움직임은 차단기 내의 접촉부들을 개방하고 고속 스위치를 통해 흐르는 전류를 차단한다.
도 1은 일 실시예에 따른 고속 스위치 고장 전류 제한(fast switch fault current limiting; FSFCL) 시스템을 도시한다.
도 2는 FSFCL 시스템에 대한 예시적인 전류 제한 성능 차트를 도시하는 일 실시예에 따른 FSFCL 회로에 대한 전류 제한 성능 차트를 도시한다.
도 3은 FSFCL 시스템에 대한 예시적인 전류 제한 성능 차트를 도시하는 일 실시예에 따른, 고속 단속기(interrupter)로서 사용되는 고속 스위치를 갖는 FSFCL 회로에 대한 전류 제한 성능 차트를 도시한다.
도 4는 일 실시예에 따른 전압 제어 리액터(voltage control reactor; VCR) 및 고속 스위치를 갖는 FSFCL 회로를 도시한다.
도 5는 일 실시예에 따른 전압 제어 리액터(VCR) 없이 고속 스위치를 갖는 FSFCL 회로를 도시한다.
도 6은 일 실시예에 따른 전압 제어 리액터(VCR) 및 고속 스위치를 갖는 다른 FSFCL 회로를 도시한다.
도 7은 일 실시예에 따른 고속 스위치, 전압 제어 리액터(VCR), 및 과도 과전압 제어 회로를 갖는 또 다른 FSFCL 회로를 도시한다.
도 8a 내지 도 8b는 일 실시예에 따른 고속 스위치를 도시한다.
도 8c는 예시적인 고장 전류 보호 차트를 도시한다.
도 9는 일 실시예에 따른 다른 고속 스위치를 도시한다.
도 10은 고장의 예상되는 에너지 대 에너지 제한 특성들을 예시하는 차트를 도시한다.
도 11은 고장의 예상되는 에너지 대 에너지 제한 특성들을 예시하는 추가적인 차트를 도시한다.
도 12는 본 개시의 일 실시예에 따른 고체-상태 고장 전류 제한기 시스템의 동작의 방법을 예시한다.
도 13은 본 개시의 일 실시예에 따른 코어 둘레로 감긴 제 1 및 제 2 권선을 갖는 FCL 회로를 도시한다.
이제 이하에서 다양한 실시예들이 첨부된 도면들을 참조하여 더 완전하게 설명될 것이다. 그러나, 본원에서 설명되는 실시예들은 다수의 상이한 형태들로 구현될 수 있으며, 본원에서 기술되는 실시예들에 한정되는 것으로 해석되지 않아야 한다. 오히려, 실시예들은 본 개시가 완전하고 철저해질 수 있도록 제공되며, 실시예들의 범위를 당업자들에게 완전하게 전달할 것이다. 이하의 설명에 있어, 예시의 목적들을 위하여, 다수의 특정 세부사항들이 실시예들의 철저한 이해를 제공하기 위하여 기술된다. 그러나, 신규한 실시예들이 특정 세부사항들을 갖지 않고 실시될 수 있다는 것이 명확할 수 있다. 다른 사례들에 있어, 잘 알려진 구조들 및 디바이스들은 본 개시의 설명을 용이하게 하기 위하여 블록도의 형태로 도시된다. 청구된 내용에 부합하는 모든 수정예들, 등가물들, 및 대안예들이 커버되도록 의도된다. 도면들에서, 유사한 도면번호들이 전체에 걸쳐 유사한 엘러먼트를 지칭한다.
도 1은 파워 송신 및 분배 시스템(1000) 내에 구현된 고속 스위치 고장 전류 제한기(fast switch fault current limiting; FSFCL) 회로(100)를 도시한다. 전반적으로, FSFCL 회로(100)는, 예를 들어, 송신, 분배 및 생성 네트워크들과 같은 다양한 파워 시스템들 내의 다양한 회로들 및/또는 부하들을 단락 회로 고장 전류들로부터 보호하도록 구성될 수 있다.
전원(101)은, 실수 성분 Rs 및 허수 성분 Xs를 포함하는 복소 임피던스 Zs를 갖는 인터페이스 회로(103), 및 회로 차단기(105)를 통해 파워를 공급한다. 파워 송신 라인(106)은, 송신 라인 전압을 전기적 부하들(121/123)과 호환가능한 전압으로 스테핑(step)하도록 구성된 트랜스포머(109)를 갖는 서브스테이션(substation)과의 인터페이스(107)로 이어진다. 트랜스포머(109)의 출력부는 (또한 전도체(203 및/또는 205)일 수 있는 회로 차단기와 같은) 차단기(111) 및 FSFCL 회로(100)에 결합될 수 있다. FSFCL 회로(100)는 회로 차단기와 같은 차단기(115) 및 매칭 회로들(117, 119)을 통해 전기적 부하들(121/123)에 결합될 수 있다. 추가적인 부하들 및 매칭 회로들이 제공될 수 있다. 단락 회로 고장(125)이 존재할 수 있으며, 존재하는 경우, 이는 본원에서 설명되는 다양한 실시예들의 동작에 의해 분리될 것이다.
FSFCL 회로(100)는 전도체들(203 및 205)을 통해 전원(101) 및 하나 이상의 전기적 부하들(121, 123)에 전기적으로 직렬로 연결될 수 있다. 일 실시예에 있어, 전류 센서(150)는, 메모리 및 적어도 하나의 프로세서 디바이스를 갖는 제어기(175)에 결합되거나 및/또는 이와 연관될 수 있다. 제어기(175) 또는 전류 센서 중 하나가 FSFCL 회로(100)에 결합될 수 있다. FSFCL 회로(100)가 다양한 다른 애플리케이션들 및 파워 시스템 구성들에서 구현될 수 있다는 것이 당업자들에 의해 인식될 것이다. 도 1에 도시된 특정 파워 시스템은 따라서 예로써 도시되며 제한적으로 의도되지 않는다.
FSFCL 회로(100)는, 고장의 첫 번째 피크에 대한 고장 보호가 결정적으로 요구되지는 않는 애플리케이션들에서 구현될 수 있다. 예를 들어, FSFCL 회로(100)는 고장 상태의 발생시 빠르게(예를 들어, 절반의 사이클 내에) 고장 전류를 제한하도록 구성될 수 있다. 일부 예들에 있어, FSFCL 회로(100)는 사이클보다 더 작은 시간(예를 들어, 60 Hz 시스템에 대하여 < 17 ms, 50 HZ 시스템에 대하여 < 20 ms, 또는 유사한 것)내에 고장 전류들을 센싱하고 이를 제한하도록 구성될 수 있다. 이해될 바와 같이, 회로 차단기는 고장을 센싱하고 이를 제한하는데 3 사이클 이상을 소요할 수 있다. 이와 같이, 첫 번째 고장 전류를 견딜 수 있는 시스템들이 FSFCL 회로(100)를 사용하는 보호에 특히 적합할 수 있다.
도 2는 FSFCL 회로(100)에 대한 예시적인 전류 제한 성능 차트(200)를 도시한다. 구체적으로, 도 2는 제한된 고장 전류 커브(320)(FSFCL 회로(100)에 의해 제한되는 전류)와 비교되는 예상되는 고장 전류(310)를 도시한다. 단위 당(per unit; pu) 전류를 예시하는 전류 제한 성능 차트(200)는 0으로부터 100 ms까지의 범위의 밀리초(ms)로 측정되는 시간으로 비교되는 -0.4로부터 1 pu에 이르는 범위를 갖는다. 대략 16-19ms 사이에 위치된 예상되는 고장 전류의 첫 번째 피크(325)는 제한되지 않았지만, 그러나, 예상되는 고장 전류의 나머지는 약 50%만큼 감소된다.
도 3은 고속 단속기로서 사용되는 고속 스위치를 갖는 FSFCL 회로(100)에 대한 예시적인 전류 제한 성능 차트(300)를 도시한다. 구체적으로, 도 3은 제한된 고장 전류 커브(320)(FSFCL 회로(100)에 의해 제한되는 전류)와 비교되는 예상되는 고장 전류 커브(310)를 도시한다. 단위 당(pu) 전류를 예시하는 전류 제한 성능 차트(300)는 0으로부터 100 ms까지의 범위의 밀리초(ms)로 측정되는 시간으로 비교되는 -0.4로부터 1 pu에 이르는 범위를 갖는다. 대략 16-19ms 사이에 위치된 예상되는 고장 전류의 첫 번째 피크(325)는 제한되지 않았지만, 그러나, 예상되는 고장 전류의 나머지가 차단되고 0으로 감소된다. 제한된 고장 전류 커브(320)는, 고속 단속기로서 사용되는 고속 스위치와 함께 사용될 때 FSFCL 회로(100)에 의해 차단된다.
도 4 내지 도 7은 본 개시의 적어도 일부 실시예들에 따라 배열된 다양한 예시적인 FSFCL 회로들(100)을 도시한다. 도 4 내지 도 7에 도시된 FSFCL 회로들(100)의 각각은 (도 8a 내지 도 8b 및 도 9를 참조하여 더 상세하게 설명되는) 고속 스위치(110)를 포함한다. 전반적으로, 고속 스위치(110)는, 스위치를 개방하고 전류를 제한하도록 플런저를 움직이는 자기장을 생성하기 위한 반대로 감긴(counter wound) 권선들(204 및 206)을 포함하는 전자기적 스위치 메커니즘이다. 고속 스위치(110)가 개방되면, 고장 전류는 병렬로 연결된 션트(shunt) 디바이스(예를 들어, 전압 제어 리액터, 또는 유사한 것)로 전달되며, 고장 전류가 전기적 부하들(121/123)(도 1 참조)에 의해 수신되지 않는다.
도 4는 전압 제어 리액터(voltage control reactor; VCR)(120) 및 고속 스위치(110)를 갖는 FSFCL 회로(100)를 도시한다. 고속 스위치(110) 및 VCR(120)은 전기적으로 병렬로 연결된다. (예를 들어, 고장 전류들이 검출되지 않는) FSFCL 회로(100)의 정상 상태 동작 동안, 전류("IT")가 전도체(203)로부터 FSFCL 회로(100) 내로 흐를 것이며, 고속 스위치(110)를 관통할 것이다. 유입 시스템 전류 IT는 VCR(120)을 통해 흐르는 제 1 성분 IVCR 및 고속 스위치(110)를 통한 전류 IFS로 분할된다. 더 구체적으로, 정상 상태 동작 동안, 고속 스위치(110) 내의 스위치 접촉부가 닫힐 것이다. 이와 같이, 고속 스위치(110)는 전도체(203)로부터 전도체(205)로 전류를 전도시킬 것이며, 이는 사실상 소스로부터 전기적 부하들(121/123)로 파워를 송신한다. 전류 고장이 검출될 때, 고속 스위치(110)가 개방될 것이며, 이는 전류가 병렬로 연결된 VCR(120)을 통과하게끔 강제한다. VCR(120)은 소스로부터 전기적인 부하들(121/123)로 흐르는 전류를 션트하거나 및/또는 제한하도록 역할한다. 다시 말해서, 고장 전류 상태들 동안, 고속 스위치가 개방될 것이며, 전류 IT는 VCR(120)을 통해 흐르도록 강제될 것이다.
도 4와 달리, 도 5는 VCR(120)을 갖지 않고 고속 스위치(110)를 갖는 FSFCL 회로(100)를 도시한다. 도 5에서, FSFCL 회로(100)는 고속 스위치(110)를 포함하며, VCR(120)의 사용을 포함하지 않는다. 여기에서, 고속 스위치(110)는 고속 단속기로서 사용된다. (예를 들어, 고장 전류들이 검출되지 않는) FSFCL 회로(100)의 정상 상태 동작 동안, 전류("IT")가 전도체(203)로부터 FSFCL 회로(100) 내로 흐를 것이며, 고속 스위치(110)를 관통할 것이다. 더 구체적으로, 정상 상태 동작 동안, 고속 스위치(110) 내의 스위치 접촉부가 닫힐 것이다. 이와 같이, 고속 스위치(110)는 전도체(203)로부터 전도체(205)로 전류를 전도시킬 것이며, 이는 사실상 소스로부터 전기적 부하들(121/123)로 파워를 송신한다. 전류 고장이 검출될 때, 고속 스위치(110)가 개방될 것이며, 이는 소스로부터 전기적인 부하들(121/123)로 흐르는 전류를 제한하거나 또는 "고속 차단"한다. 다시 말해서, 고장 전류 상태들 동안, 고속 스위치가 개방될 것이며, 전류 IT가 제한될 것이다(개방 회로를 생성한다).
이제 도 6을 참조하면, FSFCL 회로(100)의 다른 예시적인 실시예가 도시된다. FSFCL 회로(100)는 고속 스위치(110) 및 전압 제어 리액터(VCR)(120)를 포함한다. 일부 예들에 있어, 예컨대, 고 부하 전류 애플리케이션들에 대하여, FSFCL 회로(100)는 전류 분할 리액터(current splitting reactor; CSR)(130)를 또한 포함할 수 있다. CSR(130)은, 덜 복잡한 및/또는 더 낮은 가격의 및/또는 더 낮은 레이팅(rating)의 고속 스위치(110)가 사용될 수 있도록, 정상 상태 전류 처리 요구들을 감소시키도록 구성될 수 있다. 일부 예들에 있어, 도 6에 도시된 FSFCL 회로(100)는 1 kAmp 또는 더 큰 전류를 전달(예를 들어, 파워 송신 및/또는 파워 분배)하기 위해 사용될 수 있다. FSFCL 회로(100)는 또한 전류 분할 리액터(CSR)(130)를 포함할 수 있다. CSR(130)은, 덜 복잡한 및/또는 더 낮은 가격의 및/또는 더 낮은 레이팅의 고속 스위치(110)가 사용될 수 있도록, 정상 상태 전류 처리 요구들을 감소시키도록 구성될 수 있다.
CSR(130)은 제 1 전도성 권선(204) 및 제 2 전도성 권선(206)을 포함한다. 제 2 전도성 권선(206)은 제 1 전도성 권선(204)에 대하여 반대로 감길 수 있다. CSR(130)은, 정상 상태 동작 동안 최소 임피던스를 나타내며 고장 상태 동안 고장 전류를 효과적으로 제한하기 위하여 비교적 큰 임피던스를 나타내도록 구성될 수 있는 제 2 전도성 권선들(206) 및 제 1 전도성 권선(204)을 포함한다. CSR(130)은, 일반/정상 상태 및 고장 전류들의 더 작은 부분이 FSFCL 회로(100)를 통해 흐를 수 있도록 높은 시스템 전류들을 처리하기 위해 사용될 수 있다. 유입 시스템 전류 IT는, 제 1 전도성 권선(204)을 통해 흐르는 제 1 성분 IW1, 및 제 2 전도성 권선(206)을 통해 흐르는 제 2 성분 IW2로 분할된다. 전류 IW2는 VCR(120)을 통해 흐르는 전류 IVCR 및 고속 스위치(110)를 통한 전류 IFS로 추가로 분할 된다.
일 실시예에 있어, 제 1 전도성 권선(204)은 제 2 전도성 권선(206)과 역-병렬 관계로 전기적으로 연결될 수 있다. CSR(130)에 진입하는 전류는 제 1 전도성 권선(204)을 통해 제 1 방향으로 보내지며, 제 2 전도성 권선(206)을 통해 반대되는 제 2 방향으로 보내진다. 따라서, 일 실시예에 있어, 제 1 전도성 권선(204)을 통해 흐르는 전류는 제 2 전도성 권선(206)을 통해 흐르는 전류와 동일할 수 있으며, 이는 제 1 전도성 권선(204)과 제 2 전도성 권선(206)이 이상에서 설명된 역-병렬 구성으로 배열되며, 전도성 권선들이 자기적으로 결합될 것이고 무시할 수 있는 순(net) 및/또는 등가 임피던스를 나타낼 것이기 때문이다. 제 1 전도성 권선(204) 및 제 2 전도성 권선(206)은, 예를 들어, 바이파일러(bifilar) 코일 배열로와 같이 코어(예를 들어, 도 13에 도시된 자기 코어(1303)) 둘레에 감길 수 있다. 다른 권선 배열들이 사용을 위해 이용가능하며, 선호 및/또는 기술적 요건들에 의존하여 적용될 수 있다. 당업자들에 의해 이해될 바와 같이, 코어가, 특정 애플리케이션의 전류 제한 요건들에 의해 지시되는 치수들을 갖는 철 코어 또는 공기 코어일 수 있다는 것이 고려된다.
적절한 수의 권선수(turns)를 갖는 제 1 전도성 권선(204) 및 제 2 전도성 권선(206)을 사용함으로써, FSFCL(100)의 정상 상태 동작은, 정상 상태 전류의 x%가 경로 IW1을 따라 흐르는 경우, 정상 상태 전류의 나머지 (100-x)%가 경로 IW2를 통해 흐를 수 있도록, 정상 상태 전류를 병렬 경로들 IW1 및 IW2를 따라 분배하도록 조정될 수 있다. 대안적으로, 정상 상태 전류의 x%가 경로 IW2를 따라 흐르는 경우, 정상 상태 전류의 나머지 (100-x)%가 경로 IW1을 따라 흐른다. 따라서, 정상 상태 동작(예를 들어, 정상 상태 조건) 동안, CSR(103)의 제 1 전도성 권선(204) 및 제 2 전도성 권선(206)은 정상 상태 전류를 미리 정의된 방식으로 병렬 경로들 IW1 및 IW2를 따라 분배하도록 설정될 수 있다.
일 실시예에 있어, 예를 들어, 50%가 경로 IW2를 따라 흐르고 50%가 경로 IW1을 따라 흐르도록, 제 1 전도성 권선(204) 및 제 2 전도성 권선(206)은 FSFCL(100) 내의 전류를 경로들 IW1 및 IW2 사이에 균등하게 분배하기 위한 적절한 수의 권선수를 갖도록 선택될 수 있다. 다른 실시예들에 있어, 비율은, 40%가 경로 IW2를 따라 흐르고 60%가 경로 IW1을 따라 흐르도록 설정될 수 있거나; 30%가 경로 IW2를 따라 흐르고 70%가 경로 IW1을 따라 흐르도록 설정될 수 있다. 다시 말해서, 비율은, 예를 들어, 개별적인 경로들 IW1 및 IW2를 따라, 40/60, 30/70, 20/80으로 설정될 수 있다. 전류 분배가 더 정확하게 설정되어야만 하는 일부 경우들에 있어, 외부 튜닝(tuning) 권선(미도시)이 선택적인 디바이스로서 구현될 수 있다. FSFCL(100)의 정상 상태 동작 동안, 반대로 감길 수 있는 제 1 전도성 권선(204) 및 제 2 전도성 권선들(206)을 갖는 전류 분할 리액터 디바이스(130)는 전류 분할 리액터의 코어 내부의 자기장을 소거한다. 더 구체적으로, 전류 분할 디바이스는, 회로 내에 무시할 수 있는 균등한 또는 순 임피던스를 야기하는 순 제로(zero) 또는 무시할 수 있는 자기장을 생성하기 위하여, 정상 상태 전류(예를 들어, 시스템 전류 IT)를 반대되는 방향들로 제 1 전도성 권선(204) 및 제 2 전도성 권선들(206)을 통해 흐르는 2개의 브랜치(branch)들(IW1 및 IW2)로 분할한다. 따라서, 제 1 전도성 권선(204)의 리액턴스(reactance)는 제 2 전도성 권선(206)의 반대로 향해진 리액턴스에 의해 실질적으로 무효화된다. 따라서, 적절한 수의 권선수를 갖는 제 1 전도성 권선(204) 및 제 2 전도성 권선들(206)을 선택함으로써, 정상 상태 전류의 미리 결정된 부분이 CSR을 통해 라우팅될 수 있다. FSFCL(100) 상의 정상 상태 전류 부하가 종래의 FCL 시스템들에 비해 감소된다. 따라서 FCL의 비용 및 물리적 크기가 또한 감소될 수 있다.
FSFCL 시스템(100)의 정상 상태 동작 동안, 전류 분할 디바이스(130)는, 회로 내에 무시할 수 있는 균등한 또는 순 임피던스를 야기하는 순 제로 또는 무시할 수 있는 자기장을 생성하기 위하여, 전류를 제 1 전도성 권선(204) 및 제 2 전도성 권선(206)을 통해 반대되는 방향들로 흐르는 2개의 브랜치들로 분할한다. 따라서, 제 1 권선(204)의 리액턴스는 제 2 전도성 권선(206)의 반대로 향해진 리액턴스에 의해 실질적으로 무효화된다. 따라서, 적절한 수의 권선수를 갖는 제 1 전도성 권선(204) 및 제 2 전도성 권선들(206)을 선택함으로써, 정상 상태 전류의 미리 결정된 부분이 FSFCL 회로(110)를 통해 라우팅될 수 있다. FSFCL(100) 상의 정상 상태 전류 부하가 총 시스템 부하 전류에 비해 감소된다. 따라서 FSFCL(100)의 비용 및 물리적 크기가 또한 감소될 수 있다.
고장 상태의 발생 시, FSFCL(100)은 고장 상태에 진입되며, 여기에서 FS(110)가 개방되고 FSFCL(100)에 의해 보여지는 임피던스가 증가하며, 정상 상태 동작 동안의 전류들의 부분과 비교하여 VCR(120)과 병렬의 FS(110) 및 제 2 권선을 통과하는 전류의 부분이 제 1 권선(204)에 비해 크게 감소된다. 따라서, 제 1 전도성 권선(204) 및 제 2 전도성 권선들(206)은 더 이상 동등하고 반대되는 자기장들을 생성하지 않을 것이며, 그들의 강력한 자기 결합을 상실할 것이다. 따라서, 권선들은 정상 상태 동작에 비하여 더 높은 등가 또는 순 전류 제한 임피던스를 나타낼 것이며, 이는 시스템 내의 고장 전류를 제한한다.
일부 예들에 있어, CSR(130) 내의 제 1 전도성 권선(204) 및 제 2 전도성 권선들(206)은 3:1일 수 있다. 더 구체적으로, 제 2 전도성 권선들(206)이 제 1 전도성 권선(204)보다 3배 많은 권선수를 가질 수 있다. 이와 같이, 정상 동작 동안, 전류의 약 25%가 고속 스위치(110)를 통해 흐를 것이다.
도 7은 도시되는 FSFCL 회로(100)의 예시적인 실시예를 예시한다. FSFCL 회로(100)는 고속 스위치(110), 제어 리액터(VCR)(120)를 포함하며, 일부 예들에 있어, FSFCL 회로(100)는 TOCC(140)를 또한 포함할 수 있다. 전반적으로, TOCC(140)는, 직렬의 저항 및 커패시턴스(RC) 회로(R로서 라벨링된 저항 및 C로서 라벨링된 커패시터들), (Rp로서 라벨링된) 저항, 및 스너버(snubber) 회로(예를 들어, (MOV로 라벨링된) 금속 산화물 바리스터, 또는 유사한 것)의 병렬 연결을 포함하는 과도 과전압 억제 회로이다. 일부 예들에 있어, TOCC(140)는 커패시턴스 및 저항 값들의 높은 값들을 사용할 수 있으며, 예컨대, 예를 들어, > 100 μs의 시간 상수(R*C > 100 μs)가 사용될 수 있다. 고장 전류 제한기 애플리케이션들은 높은 인덕턴스(inductance)를 갖는 회로들 내에서 파워 주파수들에서 동작한다. 결과적으로, L.di/dt는 매우 큰 과도 과전압을 생성할 수 있다. 저항들 및 커패시턴스들의 큰 값들을 갖는 TOCC(140)는 고 인덕턴스 회로들에서 과도 과전압들의 억제를 가능하게 할 수 있다.
도 8a 및 도 8b는, 닫힌 위치(도 8a) 및 개방 위치(도 8b)의 고속 스위치(110)의 예시적인 구현예들을 예시한다. 달리 말하면, (예를 들어, 고장이 검출되지 않는) 정상 상태 동작 상태의 고속 스위치(110)가 도 8a에 도시되며, 반면 고장 전류 상태의 고속 스위치(110)가 도 8b에 도시된다. 도 8c는 고속 스위치(110)(y-축) 대 전류(x-축)의 개방력(opening force)을 도시하는 차트(800)이다. 차단기(111)는, SF6, 오일, 공기, 진공, 또는 다른 것들과 같은 유전체 재료를 포함하는 임의의 유형의 스위치일 수 있으며, 그 결과 고속 스위치(110)는 코일(112)로부터의 전자기력에 의해 개방되거나/닫힐 수 있고, 개방 및 닫힘 사이클들 동안 전류에 의해 생성되는 아크를 처리할 수 있다.
먼저 도 8a를 참조하면, 정상 상태 동작 동안, 진공 차단기 병과 같은 차단기(111) 내의 전기적 차단기 접촉부들(111a)이 닫혀 있다. 이와 같이, 전류(즉, IFS)는 소스로부터 고속 스위치(110)를 통해 부하로 흐른다. 더 구체적으로, 전류는 IFS와 연관된 화살표들에 의해 표시되는 바와 같이 고속 스위치 내로 그리고 차단기(111)를 통해, 코일(112)을 통해, 그리고 고속 스위치 밖으로 흐른다. 전류 고장이 경험될 때, 전류가 증가할 것이며, 코일(112)을 통해 흐르는 증가된 전류에 의해 생성되는 전자기력이 마찬가지로 증가할 것이다(도 8c 참조). 전자기력이 FSFCL 회로(100)의 애플리케이션에 의존하는 어떤 미리 결정된 레벨에 도달할 때, 전자기적 플런저(113)가 변위되며 이는 레버 암(lever arm)(113a)으로 하여금 전기적 차단기 접촉부들(111a)을 개방하게끔 한다. 코일(112)의 크기는, 방정식 F = kI2을 충족시키기 위한 전자기적 플런저(113) 및 결과적으로 레버 암(113a)을 변위시키는데 요구되는 힘 "F"에 기초하여 특정 애플리케이션에 의존할 것이며, 여기에서 "k"는 전자기적 플런저(113) 및 레버 암(113a)와 연관된 기계적 상수이다. 도 8c에 도시된 바와 같이, 전류 "I"가 증가함에 따라, 커브(812)에 의해 도시된 바와 같이 전자기적 플런저(113)를 변위시키기 위해 요구되는 힘 F가 마찬가지로 증가하며, 반면 전기적 차단기 접촉부들(111a)을 닫힌 채로 유지하기 위해 요구되는 힘 F는 일정하게 유지된다. 따라서, 정상 상태 동작에서 고속 스위치(110)의 설계는, 코일(112)을 통해 흐르는 전류에 의해 생성되는 전자기력이 차단기(111) 접촉부들이 개방되게끔 강제하지 않도록 충분히 낮아지게 하는 그런 것이다. 정상 상태 동작 전류보다 더 큰 고장 전류가 코일(112)을 통해 흐를 때, 전자기력이 전자기적 플런저(113)를 움직이고 그럼으로써 전기적 차단기 접촉부들(111a)이 개방되게끔 하는 정도까지 정상 상태 전자기력보다 더 큰 전자기력이 생성된다.
이제 도 8b를 참조하면, 차단기(111)의 전기적 차단기 접촉부들(111a)이 개방된 상태로 도시된다. 개방되면, 고속 스위치(110)를 통한 전류 경로가 차단되고, 전류 흐름은, 제공되는 경우, 병렬 션트 회로부(예를 들어, VCR(120), TOCC(140), 또는 유사한 것)로 전환(transfer)된다. 일부 예들에 있어, 고속 스위치(110)는 제로 크로싱(zero crossing) 전류(도 2 참조)에서 개방되도록 설계된다. 차단기(111)는, 제로 크로싱 전류 개방과 연관된 적절한 동작 특성들을 갖는 진공 스타일의 차단기일 수 있다. 이와 같이, 제로 크로싱 전류에서의 개방은 0 또는 최소 전류 초핑(chopping)으로 달성될 수 있다. 또한, 도 7과 관련하여 이상에서 설명된 바와 같이, 일부 예들은 TOCC(140)를 사용하는 과도 과전압 보호를 허용할 수 있다. TOCC(140)는 저항, 커패시턴스, 및 MOV를 포함할 수 있다.
고속 스위치(110)의 정상 상태 동작 동안, 코일(112)은 무시할 수 있는 임피던스를 시스템에 도입한다. 이와 같이, 고속 스위치에 걸친 전압 강하가 무시할 수 있을 것이며, 이는 최소 파워 손실을 야기한다. 고장 동안, VCR(120)(VCR(120)은 고속 스위치(110)와 병렬로 연결될 수 있음), TOCC(140) 회로들 및 CSR(130)은 전류 제한을 처리한다. 고속 스위치(110)는 타이밍 회로(114)를 가지고 구성될 수 있다. 타이밍 회로(114)는, 고장이 해소된 후, 즉각적인 닫힘으로부터 어떤 미리 정의된 시간 지연으로 변화할 수 있는, 차단기(111)의 전기적 차단기 접촉부들(111a)을 닫기 위한 시간 지연 메커니즘을 제공하도록 구성된 스프링 메커니즘(114b) 및 공기 실린더(114a)를 포함할 수 있다.
도 9는 고속 스위치(110)의 예시적인 실시예를 예시한다. 이러한 도면으로부터 보여질 수 있는 바와 같이, 고속 스위치(110)는, 사전-이동(pre-travel) 조정 디바이스(182), 스프링 메커니즘(114b) 및 레버 암(113a)와 같은 다른 컴포넌트들뿐만 아니라, 차단기(111), 코일(112), 플런저(113), 타이밍 회로(114)를 포함한다. 도시된 고속 스위치(110)는 2개 이상의 코일(112)(112a, 112b, 및 112c)을 가지고 구성될 수 있으며, 이들은 부하에 대한 보호 레벨뿐만 아니라 소스의 전류 및 전압에 의존하여 사용될 수 있다. 복수의 코일들은 전류 제한 특성들 및 시스템 내로 도입되는 최소 임피던스를 달성하기 위하여 병렬 또는 직렬로 연결될 수 있다. 도 9에 도시된 고속 스위치(110)의 동작은 도 8a 내지 도 8b와 관련하여 이상에서 설명된 동작과 유사하다. 예를 들어, 정상 상태 동작 동안, 차단기(111) 내의 접촉부들이 닫힐 것이며, 전류는 코일(들)(112)을 통해 부하로 흐를 것이다. 시스템 내에서 고장 전류 레벨들이 경험될 때, 코일(들)(112)을 통해 흐르는 전류에 의해 생성되는 전자기력이 증가할 것이며, 이는 전자기적 플런저(113)를 움직이고 결과적으로 (레버 암(113a)을 통해) 차단기 내의 접촉부들을 개방할 것이다. 타이밍 회로(114)는, 차단기가 시간의 미리 결정된 양이 경과한 후 닫히게끔 하도록 구성될 수 있다. 추가적으로, 고속 스위치(110)는, 고장 상태 이후 고속 스위치(110)를 수동으로 또는 자동으로 리셋하기 위해 사용될 수 있는 잠금 메커니즘(lock mechanism)(180)을 가지고 구성될 수 잇다.
도 10은 ∫I2.dt가 고속 스위치(110)의 애플리케이션에 의해 어떻게 영향을 받는지를 도시하는 차트(1050)를 예시한다. 구체적으로, 차트(1050)는 0으로부터 100 ms까지의 범위의 밀리초(ms)로 측정되는 시간으로 비교되는 -0.4로부터 1 pu에 이르는 범위의 단위 당(pu) 전류를 예시한다. 이러한 예에 있어, ∫I2.dt 커브는, 예상되는 고장 전류 커브(310) 및 제한된 고장 전류 커브(320) 사이의 비교에 의해 예시되는 그것의 예상되는 값의 40%로 감소된다. 이는, 트랜스포머들, 리액터들, 모선들, 접지 구조체들, 및 차단기 컴포넌트들과 같은 시스템 컴포넌트들 상의 전자기력(F = kF ∫I2.dt)이 40%로 감소된다는 것을 의미한다. 고장 전류 감소가 > 50%인 경우, 이러한 감소는 상당할 수 있다. 이에 더하여, 열 에너지(Q = kT.∫I2.dt)가 또한 예상되는 고장 값의 약 40%만큼 감소된다. 열 에너지는 시스템 및 시스템 컴포넌트들과 연관된 전체 가열 및 아크 에너지와 관련된다. 열 에너지를 감소시킴으로써, 트랜스포머들, 리액터들, 모선들, 접지 구조체들, 및 차단기 컴포넌트들과 같은 시스템 컴포넌트들 상의 열 관련 응력이 마찬가지로 감소되고, 이러한 컴포넌트들의 사용 수명을 연장한다.
도 11은 전류 분할 리액터를 갖지 않고 VCR(120)을 갖지 않는 고속 스위치(110)의 애플리케이션에 의해 ∫I2.dt가 어떻게 영향을 받는지를 도시하는 차트(1100)를 예시한다. 차트(1100)는 0으로부터 100 ms까지의 범위의 밀리초(ms)로 측정되는 시간으로 비교되는 -0.4로부터 1 pu에 이르는 범위의 단위 당(pu) 전류를 예시한다. 이러한 예에 있어, ∫I2.dt 커브는, 예상되는 고장 전류 커브(310) 및 제한된 고장 전류 커브(320) 사이의 비교에 의해 예시되는 그것의 예상되는 값의 20%로 감소된다. 이는, 트랜스포머들, 리액터들, 모선들, 접지 구조체들, 및 차단기 컴포넌트들과 같은 시스템 컴포넌트들 상의 전자기력(F = kF ∫I2.dt)이 20%로 감소된다는 것을 의미한다. 고장 전류 감소가 > 50%인 경우, 이러한 감소는 상당할 수 있다. 이에 더하여, 열 에너지(Q = kT.∫I2.dt)가 또한 예상되는 고장 값의 약 20%만큼 감소된다. 열 에너지는 시스템 및 시스템 컴포넌트들과 연관된 전체 가열 및 아크 에너지와 관련된다. 열 에너지를 감소시킴으로써, 트랜스포머들, 리액터들, 모선들, 접지 구조체들, 및 차단기 컴포넌트들과 같은 시스템 컴포넌트들 상의 열 관련 응력이 마찬가지로 감소되고, 이러한 컴포넌트들의 사용 수명을 연장한다.
도 12는 차단기 접촉부 시스템을 갖는 고속 스위치 고장 전류 제한기의 동작의 방법에 대한 순서도(1200)를 예시한다. 정상 상태 동작 동안, 단계(1210)에서 전류가 소스로부터 FSFCL 회로(100)(예를 들어, 고속 스위치(110))를 통해 부하로 흐른다. 더 구체적으로, 전류는 고속 스위치(110) 내로 그리고 차단기(111), 코일(112)을 통해 그리고 고속 스위치(110) 밖으로 흐른다. 단계(1220)에서, FSFCL 회로(100)는 고장 전류를 검출한다. 단계(1220)에서 전류 고장이 경험될 때, 전류가 증가할 것이며, 코일(112)을 통해 흐르는 증가된 전류에 의해 생성되는 전자기력이 마찬가지로 증가할 것이며, 그 때 전자기력이 FSFCL 회로(100)의 애플리케이션에 의존하는 어떤 미리 결정된 문턱 전류 레벨에 도달한다. 단계(1230)에서, 코일(112)을 통해 흐르는 증가된 전류가 미리 결정된 문턱 전류를 초과하는 것이 검출된다. 단계(1240)에서, 전자기적 플런저(113)가 변위되며, 이는 전자기적 플런저(113)의 레버 암(113a)이 전기적 차단기 접촉부들(111a)을 개방하게끔 한다. 코일(112)의 크기는, 방정식 F = kI2을 충족시키기 위한 전자기적 플런저(113) 및 결과적으로 레버 암(113a)을 변위시키는데 요구되는 힘 "F"에 기초하여 특정 애플리케이션에 의존할 것이며, 여기에서 "k"는 전자기적 플런저(113) 및 레버 암(113a)와 연관된 기계적 상수이다. 전류 "I"가 증가함에 따라, 커브에 의해 도시된 바와 같이 전자기적 플런저(113)를 변위시키기 위해 요구되는 힘 F가 마찬가지로 증가하며, 반면 전기적 차단기 접촉부들(111a)을 닫힌 채로 유지하기 위해 요구되는 힘 F는 일정하게 유지된다. 따라서, 정상 상태 동작에서 고속 스위치(110)의 설계는, 코일(112)을 통해 흐르는 전류에 의해 생성되는 전자기력이 차단기(111) 접촉부들이 개방되게끔 강제하지 않도록 충분히 낮아지게 하는 그런 것이다. 정상 상태 동작 전류보다 더 큰 고장 전류가 코일(112)을 통해 흐를 때, 전자기력이 전자기적 플런저(113)를 움직이게끔 하는 정도까지 전자기력이 생성되며 발생된다. 전자기적 플런저(113)가 움직인 결과로서 전기적 차단기 접촉부들(111a)이 개방된다.
단계(1250)에서, 일단 개방되면, 고속 스위치(110)를 통해 흐르는 전류 경로가 차단되고, 전류 흐름은, 제공되는 경우, 병렬 션트 회로부(예를 들어, VCR(120), TOCC(140), 또는 유사한 것)로 전환된다. 일부 예들에 있어, 고속 스위치(110)는 제로 크로싱 전류(도 2 참조)에서 개방되도록 설계된다. 차단기(111)는, 제로 크로싱 전류 개방과 연관된 적절한 동작 특성들을 갖는 진공 스타일의 차단기일 수 있다. 이와 같이, 제로 크로싱 전류에서의 개방은 0 또는 최소 전류 초핑으로 달성될 수 있다. 또한, 도 7과 관련하여 이상에서 설명된 바와 같이, 일부 예들은 TOCC(140)를 사용하는 과도 과전압 보호를 허용할 수 있다. TOCC(140)는 저항, 커패시턴스, 및 MOV를 포함할 수 있다.
도 13을 간략하게 참조하면, CSR(130)의 예시적인 실시예는 자기 코어(1303) 둘레로 감긴 제 1 전도성 권선(204) 및 제 2 전도성 권선(206)을 갖는 것으로 도시된다. 제 1 전도성 권선(204) 및 제 2 전도성 권선(206)은 반대로 감길 수 있거나 또는 바이파일러 배열일 수 있으며, 동일한 수의 권선수를 가질 수 있다. 다른 권선 배열들이 사용을 위해 이용가능하며, 선호 및/또는 기술적 설정에 의존하여 적용될 수 있다. 당업자들에 의해 이해될 바와 같이, 자기 코어(1303)가, 특정 애플리케이션의 전류 제한 요구들에 의해 지시되는 치수들을 갖는 철 코어 또는 공기 코어일 수 있다는 것이 고려된다. 제 2 전도성 권선(206) 및 제 1 전도성 권선(204)은 정상 상태 동작 동안 최소 임피던스를 나타내며 고장 상태 동안 고장 전류를 효과적으로 제한하기 위하여 비교적 큰 임피던스를 나타내도록 구성될 수 있다.
일 실시예에 있어, 제 1 전도성 권선(204)은 제 2 전도성 권선(206)과 역-병렬 관계로 전기적으로 연결될 수 있다. CSR(130)에 진입하는 전류는 제 1 전도성 권선(204)을 통해 제 1 방향으로 보내지며, 제 2 전도성 권선(206)을 통해 반대되는 제 2 방향으로 보내진다. 일 실시예에 있어, 제 1 전도성 권선(204)을 통해 흐르는 전류는 제 2 전도성 권선(206)을 통해 흐르는 전류와 동일할 수 있으며, 이는 제 1 전도성 권선(204)과 제 2 전도성 권선(206)이 이상에서 설명된 역-병렬 구성으로 배열되며, 전도성 권선들이 자기적으로 결합될 것이고 무시할 수 있는 순 및/또는 등가 임피던스를 나타낼 것이기 때문이다.
요약하면, 본 실시예들은 기계식 보호 디바이스를 사용하여 고장 보호를 제공하는 전류 보호 시스템을 제공하며, 이는 더 복잡하고 비쌀 수 있는 다른 전자식 보호 회로들을 뛰어 넘는 이점을 제공한다. 예를 들어, 본 개시의 FSFCL은, 회로 차단기들에 대한 아크 플래시 에너지의 감소 및 더 낮은 아크 플래시 에너지로 동작하고 처리하는 것에 수반되는 대응하는 안전성 이점들을 제공할 수 있다. 이는, 영구적으로 설치된 고장 보호 디바이스로서 또는 이동식 고장 보호 디바이스로서 유용할 수 있다. 예를 들어, 이동식 디바이스로서, 이는 이러한 디바이스의 사용이 잠재적인 전류를 감소시키는 스위치기어(switchgear) 영역들에서 작업하는 직원에 대한 안전 디바이스로서 사용될 수 있다. 또한, FSFCL은 저 전류 및 고 전류 애플리케이션들에서 사용될 수 있다. 아크 에너지를 감소시키는 것은 또한 전기적인 단락 회로 고장들에 기인하는 화재 위험성을 감소시킬 수 있다. 이러한 애플리케이션은 전기적인 화재들에 기인하는 화재 위험성들을 겪는 전기 기구들에 유익하다.
본 개시는 본원에서 설명된 특정 실시예에 의해 범위가 제한되지 않는다. 오히려, 본원에서 설명된 실시예들에 더하여, 본 개시의 다른 다양한 실시예들 및 이에 대한 수정예들이 이상의 설명 및 첨부된 도면들로부터 당업자들에게 자명해질 것이다. 따라서, 이러한 다른 실시예들 및 수정예들이 본 개시의 범위 내에 속하도록 의도된다. 추가로, 본 개시가 본원에서 특정 목적을 위한 특정 환경에서의 특정 구현예의 맥락에서 설명되었지만, 당업자들은 이의 유용함이 이에 한정되지 않으며, 본 개시가 임의의 수의 목적들을 위한 임의의 수의 환경들에서 유익하게 구현될 수 있다는 것을 인식할 것이다. 따라서, 이하에서 기술되는 청구항들은 본원에서 설명된 바와 같은 본 발명의 완전한 폭과 사상의 관점에서 해석되어야만 한다.

Claims (14)

  1. 고속 스위치 고장 전류 제한기로서,
    전기적 차단기 접촉부들을 갖는 차단기;
    상기 전기적 차단기 접촉부들에 전기적으로 결합된 코일 어셈블리로서, 정상 상태 동작 동안 전류가 상기 코일 어셈블리를 통해 흐르며, 상기 코일 어셈블리는 병렬로 또는 직렬로 연결될 코일들로 구성된 복수의 코일들을 포함하는, 상기 코일 어셈블리;
    상기 전기적 차단기 접촉부들에 기계적으로 결합된 플런저(plunger)로서, 상기 플런저는 상기 전기적 차단기 접촉부들을 개방하도록 구성되며, 상기 코일 어셈블리를 통해 문턱 레벨보다 더 큰 전류가 흐를 때, 상기 플런저를 움직이기 위한 강도를 갖는 자기장이 생성되며, 상기 플런저의 상기 움직임은 상기 차단기 접촉부들을 개방하도록 동작하는, 상기 플런저; 및
    상기 코일 어셈블리에 병렬로 연결된 전압 제어 리액터(voltage control reactor; VCR)로서, 상기 VCR은 상기 코일 어셈블리를 통해 흐르는 상기 전류의 차단에 응답하여 상기 전류를 수신하도록 구성되는, 상기 전압 제어 리액터; 및
    전자기력 제어 메커니즘들을 가지며, 상기 전기적 차단기 접촉부들을 닫기 위하여 상기 전기적 차단기 접촉부들에 전기적으로 결합된 타이밍 회로로서, 상기 전자기력 제어 메커니즘들은 공기 실린더 및 스프링 메커니즘을 포함하고, 상기 타이밍 회로는 고장 전류가 해소된 이후 상기 차단기 접촉부들을 즉각적으로 닫거나, 또는 상기 고장 전류가 검출된 이후 미리 정의된 시간 지연 후에 상기 전기적 차단기 접촉부들을 닫는, 상기 타이밍 회로를 포함하고,
    상기 플런저는 레버 암(lever arm)을 더 포함하며, 상기 레버 암은 상기 정상 상태 동작 동안 상기 전기적 차단기 접촉부들을 닫도록 구성되고, 상기 코일 어셈블리를 통해 문턱 레벨보다 더 큰 전류가 흐를 때 상기 플런저의 상기 움직임에 의해 상기 전기적 차단기 접촉부들을 개방하도록 더 구성되는, 고속 스위치 고장 전류 제한기.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 전기적 차단기 접촉부들은 상기 플런저의 상기 움직임에 의해 상기 코일 어셈블리를 통해 흐르는 상기 전류를 차단하도록 구성되는, 고속 스위치 고장 전류 제한기.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 코일에 전기적으로 연결된 전류 분할 리액터(current splitting reactor; CSR)를 더 포함하며, 상기 CSR은 전류 제한을 위해 사용되고, 상기 CSR 및 상기 VCR은 전압을 제어하거나 또는 제한하기 위해 사용되는, 고속 스위치 고장 전류 제한기.
  4. 삭제
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 코일에 연결된 과도 과전압 제어 회로를 더 포함하며, 상기 과도 과전압 제어 회로는 과전압들을 제한하는, 고속 스위치 고장 전류 제한기.
  6. 전류 제한기 시스템으로서,
    전기적 차단기 접촉부들, 상기 전기적 차단기 접촉부들에 전기적으로 결합된 코일 어셈블리로서, 상기 코일 어셈블리는 병렬로 또는 직렬로 연결될 코일들로 구성된 복수의 코일들을 포함하는, 상기 코일 어셈블리, 및 상기 전기적 차단기 접촉부들에 기계적으로 결합된 플런저를 갖는 고속 스위치 고장 전류 제한기로서, 정상 상태 동작 동안 전류가 상기 코일 어셈블리를 통해 흐르고, 상기 코일 어셈블리를 통해 문턱 레벨보다 더 큰 전류가 흐를 때, 상기 플런저를 움직이기 위한 강도를 갖는 자기장이 생성되며, 상기 플런저의 상기 움직임은 상기 전기적 차단기 접촉부들을 개방하도록 동작하는, 상기 고속 스위치 고장 전류 제한기;
    상기 고속 스위치 고장 전류 제한기에 병렬로 연결된 전압 제어 리액터;
    상기 고속 스위치 고장 전류 제한기 및 상기 전압 제어 리액터에 병렬로 연결된 과도 과전압 제어 회로로서, 상기 코일 어셈블리를 통해 흐르는 상기 전류가 상기 문턱 레벨보다 더 클 때, 고장 전류를 제한하기 위하여 상기 전류가 상기 전압 제어 리액터 및 상기 과도 과전압 제어 회로로 전달되는, 상기 과도 과전압 제어 회로; 및
    전자기력 제어 메커니즘들을 가지며, 상기 전기적 차단기 접촉부들을 닫기 위하여 상기 전기적 차단기 접촉부들에 전기적으로 결합된 타이밍 회로로서, 상기 전자기력 제어 메커니즘들은 공기 실린더 및 스프링 메커니즘을 포함하고, 상기 타이밍 회로는 고장 전류가 해소된 이후 상기 차단기 접촉부들을 즉각적으로 닫거나, 또는 상기 고장 전류가 검출된 이후 미리 정의된 시간 지연 후에 상기 전기적 차단기 접촉부들을 닫는, 상기 타이밍 회로를 포함하고,
    상기 플런저는 레버 암을 더 포함하며, 상기 레버 암은 상기 정상 상태 동작 동안 상기 전기적 차단기 접촉부들을 닫도록 구성되고, 상기 코일 어셈블리를 통해 문턱 레벨보다 더 큰 전류가 흐를 때 상기 플런저의 상기 움직임에 의해 상기 전기적 차단기 접촉부들을 개방하도록 더 구성되는, 전류 제한기 시스템.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 플런저의 상기 움직임은 상기 코일 어셈블리를 통해 흐르는 상기 전류를 차단하도록 동작하는, 전류 제한기 시스템.
  8. 청구항 6에 있어서,
    상기 전기적 차단기 접촉부들은 상기 플런저의 상기 움직임에 의해 상기 코일을 통해 흐르는 상기 전류를 차단하도록 구성되는, 전류 제한기 시스템.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 고속 스위치 고장 전류 제한기에 전기적으로 연결된 전류 분할 리액터를 더 포함하며, 상기 전류 분할 리액터는 상기 전류를 제한하거나 또는 제어하기 위해 사용되는, 전류 제한기 시스템.
  10. 삭제
  11. 고속 스위치 고장 전류 제한 시스템으로서,
    고속 스위치로서, 상기 고속 스위치는 전기적 차단기 접촉부들을 갖는 차단기 및 코일 어셈블리를 포함하고, 상기 코일 어셈블리는 병렬로 또는 직렬로 연결될 코일들로 구성된 복수의 코일들을 포함하며, 상기 코일 어셈블리는 상기 전기적 차단기 접촉부들에 전기적으로 결합되고, 정상 상태 동작 동안 전류가 상기 코일 어셈블리를 통해 흐르며, 상기 고속 스위치는 자기장을 생성하는, 상기 고속 스위치;
    상기 고속 스위치에 기계적으로 결합된 플런저로서, 상기 플런저는 상기 전기적 차단기 접촉부들을 개방하도록 구성되며, 상기 고속 스위치를 통해 문턱 레벨보다 더 큰 전류가 흐를 때, 상기 플런저를 움직이기 위한 강도를 갖는 자기장이 상기 고속 스위치에 의해 생성되며, 상기 플런저의 상기 움직임은 상기 차단기 접촉부들을 개방하고 상기 고속 스위치를 통해 흐르는 전류를 차단하도록 동작하는, 상기 플런저;
    상기 고속 스위치에 병렬로 연결된 전압 제어 리액터(voltage control reactor; VCR)로서, 상기 전류는 상기 고속 스위치를 통해 흐르는 상기 전류의 차단에 응답하여 상기 VCR을 통하도록 강제되며, 상기 복수의 코일들은 상기 고속 스위치 고장 전류 제한 시스템에 결합된 부하에 대한 보호 레벨 또는 소스의 전류 및 전압에 따라 사용하기 위한 것인, 상기 전압 제어 리액터; 및
    전자기력 제어 메커니즘들을 가지며, 상기 전기적 차단기 접촉부들을 닫기 위하여 상기 전기적 차단기 접촉부들에 전기적으로 결합된 타이밍 회로로서, 상기 전자기력 제어 메커니즘들은 공기 실린더 및 스프링 메커니즘을 포함하고, 상기 타이밍 회로는 고장 전류가 해소된 이후 상기 차단기 접촉부들을 즉각적으로 닫거나, 또는 상기 고장 전류가 검출된 이후 미리 정의된 시간 지연 후에 상기 전기적 차단기 접촉부들을 닫는, 상기 타이밍 회로를 포함하고,
    상기 플런저는 레버 암을 더 포함하며, 상기 레버 암은 상기 정상 상태 동작 동안 상기 전기적 차단기 접촉부들을 닫도록 구성되고, 상기 코일 어셈블리를 통해 문턱 레벨보다 더 큰 전류가 흐를 때 상기 플런저의 상기 움직임에 의해 상기 전기적 차단기 접촉부들을 개방하도록 더 구성되는, 고속 스위치 고장 전류 제한 시스템.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 코일 어셈블리에 전기적으로 연결된 전류 분할 리액터(current splitting reactor; CSR)를 더 포함하며, 상기 CSR은 전류 제한을 위해 사용되고, 상기 CSR 및 상기 VCR은 전압을 제어하거나 또는 제한하기 위해 사용되고, 및 상기 타이밍 회로는 상기 전기적 차단기 접촉부들을 닫기 위하여 상기 고속 스위치에 전기적으로 결합되는, 고속 스위치 고장 전류 제한 시스템.
  13. 청구항 11에 있어서,
    고장 전류를 제한하기 위하여 상기 전압 제어 리액터 및 상기 고속 스위치에 병렬로 연결된 저항 및 직렬 저항 및 커패시턴스(resistance and capacitance; RC) 회로의 병렬 연결을 갖는 과도 과전압 제어 회로를 더 포함하는, 고속 스위치 고장 전류 제한 시스템.
  14. 청구항 11에 있어서,
    상기 고속 스위치는 상기 고장 전류의 고속 단속기(interrupter)로서 구성되는, 고속 스위치 고장 전류 제한 시스템.
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