KR102148461B1 - DC power source cutoff control apparatus for arc fault detection - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a bidirectional direct current (DC) power source blocking control device for an arc accident current detection type. The bidirectional DC power source blocking control device for an arc accident current detection type comprises: a bidirectional switch unit capable of bidirectionally supplying or blocking power between a DC power source and a load terminal; an arc accident current detection unit detecting an arc accident current between the DC power source and the load terminal; a control unit controlling the bidirectional switch unit to be turned off when it is determined that the arc accident current is detected from the arc accident current detection unit; and a surge observer connected in parallel with the load terminal to absorb a surge voltage. According to the bidirectional DC power source blocking control device for an arc accident current detection type, a current supply path can be blocked when the arc accident current is detected while supporting bidirectional current supply, thereby providing an advantage of improving stability.

Description

아크사고 전류검출형 양방향 직류전원 차단 제어장치{DC power source cutoff control apparatus for arc fault detection} Arc accident current detection type two-way DC power cutoff control device {DC power source cutoff control apparatus for arc fault detection}

본 발명은 아크사고 전류검출형 양방향 직류전원 차단 제어장치에 관한 것으로서, 상세하게는 직류선로에 흐르는 전류신호로부터 아크사고 전류 발생 여부를 검출하여 직류 선로를 스위칭소자의 제어에 의해 차단할 수 있게 처리하는 아크사고 전류검출형 양방향 직류전원 차단 제어장치에 관한 것이다.The present invention relates to an arc accident current detection type two-way DC power cut-off control device, and specifically, detects whether an arc accident current occurs from a current signal flowing through a DC line, and processes the DC line to be cut off by control of a switching element. It relates to an arc accident current detection type two-way DC power cut-off control device.

전통적인 DC 차단기(Direct Current circuit breaker)는 직류 송전선로에서 단락, 지락, 과전류 등 선로 고장 또는 과전류 발생시 고장전류를 차단하기 위해 사용된다. 저압 직류 차단기는 저압 전압 직류전송(LVDC: Low Voltage Direct Current) 시스템의 750V 이하의 저전압 송전선로 또는 배전선로에 주로 사용된다.Traditional DC circuit breaker is used to cut off fault current in case of line failure or overcurrent such as short circuit, ground fault, overcurrent in DC transmission line. Low voltage DC circuit breaker is mainly used for low voltage transmission line or distribution line of 750V or less in LVDC (Low Voltage Direct Current) system.

DC 차단기는 직류선로에 고장발생시 고장전류를 차단하기 위해 비교적 저렴한 기계식 스위치가 구비된다. 기계식 스위치는 저전압 직류송전(LVDC) 시스템 또는 직류 배전시스템에 고장전류가 발생되면 그 고장이 발생된 시스템이 정상적인 시스템에 영향을 미치는 것을 방지하기 위해 개방되어 고장전류를 차단한다.The DC circuit breaker is equipped with a relatively inexpensive mechanical switch to cut off the fault current when a fault occurs in the DC line. When a fault current occurs in a low voltage direct current transmission (LVDC) system or a direct current distribution system, the mechanical switch is opened to prevent the faulty system from affecting the normal system to block the fault current.

하지만, 이러한 기계식 스위치는 전선도체의 접속불량 또는 혼촉에 의해 발생되는 아크사고 전류를 효과적으로 차단하지 못하여 사고전류 보호 기능을 갖지 못한다. 아크 사고전류의 차단을 위해서는 아크사고 발생시 정상 전류와 아크사고 전류를 구분하여 아크 사고전류를 검출하는 회로와 방법이 추가로 필요하며, 아크 사고전류는 사고발생 지점의 전류회로에 따라 직류아크 사고와 병렬아크 사고로 구분되고, 사고전류의 크기와 전류신호 잡음이 매우 다르게 나타난다. 또한, 고장전류의 차단을 위해 기계적 스위치가 개방시 직류 전압으로 인해 단자에 아크(arc)가 발생될 수 있어 이를 효과적으로 소호하는 기능이 필요하며, 아크사고가 발생되면 아크를 통해 고장전류가 지속적으로 흐르게 되어 고장전류를 완전히 차단하지 못하는 문제점이 있다.However, such a mechanical switch does not have an accident current protection function because it does not effectively block the arc accident current generated by poor connection or contact of wire conductors. In order to cut off the arc fault current, a circuit and method for detecting arc fault current by dividing the normal current and arc fault current when an arc accident occurs, and the arc fault current is determined from the DC arc fault according to the current circuit at the point of the fault. It is classified as a parallel arc fault, and the magnitude of the fault current and the current signal noise appear very different. In addition, when the mechanical switch is opened to cut off the fault current, an arc may be generated at the terminal due to the DC voltage, so it is necessary to effectively extinguish it.When an arc accident occurs, the fault current is continuously generated through the arc. There is a problem that the fault current cannot be completely blocked due to the flow.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 한국등록특허 제1183508호에 공진전류를 이용하여 기계적 스위치에 발생하는 아크(arc)를 소호하는 DC 차단기가 제시되어 있다. In order to solve this problem, a DC circuit breaker for extinguishing an arc generated in a mechanical switch by using a resonance current is proposed in Korean Patent No. 1183508.

이러한 종래의 DC 차단기에서는 고장발생시 기계적 스위치가 스위칭될 때 발생하는 아크를 소호하여 고장전류를 차단하기 위해 기계적 스위치에서 아크를 통해 흐르는 고장전류에 반대방향의 공진전류를 중첩시켜서 기계적 스위치에서 0(zero) 전류를 만들어 아크를 소호시키는 기술을 제공한다.In such a conventional DC circuit breaker, in order to block the fault current by extinguishing the arc that occurs when the mechanical switch is switched when a fault occurs, the fault current flowing through the arc from the mechanical switch is superimposed on the fault current in the opposite direction, so that the mechanical switch is zero. ) It provides the technology to extinguish the arc by creating an electric current.

직류 차단기는 효율적인 차단을 위해 초기에는 LC 공진회로를 이용하여 인위적으로 고장전류가 '0'점을 지나도록 차단하는 방식이 제안되었으나 차단속도가 느린 단점이 있다. In order to effectively cut off the DC circuit breaker, a method of artificially blocking the fault current through the '0' point using an LC resonance circuit was initially proposed, but there is a disadvantage in that the blocking speed is slow.

한편, 직류전원과 부하단 사이에 양방향으로 전류의 공급 및 차단이 가능하면서도 아크 검출시 전류공급이 차단될 수 있는 구조도 요구되고 있다.On the other hand, there is a need for a structure capable of supplying and blocking current in both directions between the DC power supply and the load terminal, and cutting off current supply when an arc is detected.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위하여 창안된 것으로서, 양방향 전류공급을 지원하면서도 아크사고 전류 검출시 전류 공급을 차단할 수 있는 아크사고 전류검출형 양방향 직류전원 차단 제어장치를 제공하는데 그 목적이 있다. The present invention has been invented to improve the above problems, and an object of the present invention is to provide an arc accident current detection type two-way DC power cut-off control device capable of cutting off current supply when detecting arc accident current while supporting bidirectional current supply. .

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 아크사고 전류검출형 양방향 직류전원 차단 제어장치는 직류전원과 부하단 사이에 설치되어 상기 직류전원과 상기 부하단 사이에서 양방향으로 전력을 공급 또는 차단할 수 있도록 된 양방향 스위치부와; 상기 직류전원과 상기 부하단 사이에 아크사고 전류가 발생하는지를 검출하는 아크사고 전류검출부와; 상기 아크사고 전류검출부로부터 아크사고 전류가 검출된 것으로 판단되면 상기 양방향 스위치부가 오프되게 제어하는 제어부와; 상기 부하단과 병렬로 접속되어 서지 전압을 흡수하는 서지 옵서버;를 구비하고, 상기 양방향 스위치부는 상기 직류전원으로부터 상기 부하단으로 이어지는 전력공급경로에 직렬상으로 설치되며 제1게이트단자로 인가되는 제어신호에 따라 온오프 스위칭 되는 제1스위칭 소자와; 상기 제1스위칭소자와 직렬상으로 접속되며 제2게이트단자로 인가되는 제어신호에 따라 온오프 스위칭 되는 제2스위칭 소자와; 상기 제1스위칭 소자와 병렬접속되어 상기 부하단으로부터 상기 직류전원으로의 전류도통경로를 제공하는 제1다이오드와; 상기 제2스위칭 소자와 병렬접속되어 상기 직류전원으로부터 상기 부하단으로의 전류도통경로를 제공하는 제2다이오드;를 구비한다.In order to achieve the above object, the arc accident current detection type two-way DC power cut-off control device according to the present invention is installed between a DC power source and a load end to supply or cut off power in both directions between the DC power source and the load end. A two-way switch unit; An arc accident current detection unit that detects whether an arc accident current occurs between the DC power supply and the load terminal; A control unit for controlling the bidirectional switch unit to be turned off when it is determined that the arc accident current is detected by the arc accident current detection unit; A surge observer connected in parallel with the load terminal to absorb a surge voltage, wherein the bidirectional switch unit is installed in series in a power supply path leading from the DC power source to the load terminal, and a control signal applied to the first gate terminal A first switching element that is switched on and off according to; A second switching element connected in series with the first switching element and switched on and off according to a control signal applied to a second gate terminal; A first diode connected in parallel with the first switching element to provide a current conduction path from the load terminal to the DC power supply; And a second diode connected in parallel with the second switching element to provide a current conduction path from the DC power source to the load end.

바람직하게는 상기 제1스위칭 소자와 상기 제2스위칭 소자의 사이로부터 상기 직류전원의 음극단자로 상호 직렬로 접속된 제1 및 제2가스 방전관;을 더 구비하고, 상기 제1 및 제2가스 방전관의 사이는 접지라인과 접속된다.Preferably, the first and second gas discharge tubes connected in series to the negative terminal of the DC power supply from between the first switching element and the second switching element are further provided, and the first and second gas discharge tubes Between them is connected to the ground line.

본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 아크사고 전류검출부는 상기 직류전원과 상기 부하단 사이에 흐르는 전류를 검출하는 홀센서와; 상기 홀센서에서 출력되는 신호에 대해 아크사고 전류 검출을 위해 설정된 기준 주파수 이상의 고주파 신호를 필터링하여 통과시키는 하이패스 필터와; 상기 하이패스 필터에서 출력되는 신호를 디지털 신호로 변환하는 AD변환기와; 상기 AD변환기에서 출력되는 신호를 고속퓨리에 변환하는 고속 퓨리에 변환부와; 상기 고속 퓨리에 변환부에 의해 변환된 고주파신호로부터 아크사고 전류 발생 여부를 판단하고, 판단결과를 상기 제어부에 제공하는 아크사고 판별부;를 구비한다.According to an aspect of the present invention, the arc accident current detector comprises a Hall sensor for detecting a current flowing between the DC power supply and the load terminal; A high-pass filter for filtering and passing a high-frequency signal higher than a reference frequency set for detecting an arc accident current with respect to the signal output from the Hall sensor; An AD converter converting the signal output from the high pass filter into a digital signal; A fast Fourier transform unit for converting the signal output from the AD converter to a fast Fourier transform; And an arc accident determination unit that determines whether an arc accident current occurs from the high-frequency signal converted by the high-speed Fourier transform unit and provides the determination result to the control unit.

본 발명에 따른 아크사고 전류검출형 양방향 직류전원 차단 제어장치에 의하면, 양방향 전류 공급을 지원하면서도 아크사고 전류 검출시 전류 공급경로를 차단할 수 있어 안정성을 향상시킬 수 있는 장점을 제공한다. According to the arc accident current detection type bidirectional DC power cut-off control device according to the present invention, while supporting bidirectional current supply, it is possible to block a current supply path when an arc accident current is detected, thereby providing an advantage of improving stability.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 아크사고 전류검출형 양방향 직류전원 차단 제어장치를 나타내 보인 도면이고,
도 2는 본 발명의 제2실시예에 따른 아크사고 전류검출형 양방향 직류전원 차단 제어장치를 나타내 보인 도면이고,
도 3은 본 발명의 제3실시예에 따른 아크사고 전류검출형 양방향 직류전원 차단 제어장치를 나타내 보인 도면이고,
도 4는 도 1의 제어부가 고장전류에 대해 스위치 오프 여부를 결정하는 과정을 나타내 보인 플로우도이고,
도 5 및 도 6은 아크사고 전류검출부로부터 검출된 전류로부터 주파수분석을 통해 아크사고 전류를 검출하는 과정을 설명하기 위한 그래프이다.1 is a view showing an arc accident current detection type two-way DC power cut-off control device according to a first embodiment of the present invention,
2 is a view showing an arc accident current detection type two-way DC power cut-off control device according to a second embodiment of the present invention,
3 is a view showing an arc accident current detection type two-way DC power cut-off control device according to a third embodiment of the present invention,
4 is a flow diagram showing a process in which the control unit of FIG. 1 determines whether to switch off a fault current;
5 and 6 are graphs for explaining a process of detecting the arc accident current through frequency analysis from the current detected from the arc accident current detection unit.

이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 아크사고 전류검출형 양방향 직류전원 차단 제어장치를 더욱 상세하게 설명한다.Hereinafter, an arc accident current detection type two-way DC power cut-off control device according to a preferred embodiment of the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 아크사고 전류검출형 양방향 직류전원 차단 제어장치를 나타내 보인 회로도이다.1 is a circuit diagram showing an arc accident current detection type two-way DC power cut-off control device according to a first embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 아크사고 전류검출형 양방향 직류전원 차단 제어장치(100)는 양방향 스위치부(110), 전류센서(130), 아크사고 전류검출부(140), 제어부(160), 제1 내지 제2 금속산화물 배리스터(MOV; Metal Oxide Varistor)(171)(172), 제1 및 제2 가스방전관(Gas Discharge Tube)(181)(182)를 구비한다.Referring to FIG. 1, the arc accident current detection type two-way DC power cut-off control device 100 according to the present invention includes a two-way switch unit 110, a current sensor 130, an arc accident current detection unit 140, and a control unit 160. , First to second metal oxide varistors (MOVs) 171 and 172, and first and second gas discharge tubes 181 and 182.

양방향 스위치부(110)는 직류전원(10)과 부하단(20) 사이에 설치되어 직류전원(10)과 부하단(20) 사이에서 양방향으로 전력을 공급 또는 차단할 수 있도록 되어 있다.The two-way switch unit 110 is installed between the DC power supply 10 and the load end 20 so as to supply or cut off power in both directions between the DC power supply 10 and the load end 20.

양방향 스위치부(110)는 직류전원(10)의 양극(+)단자로부터 양극 부하단(20)으로 이어지는 전력공급경로(12) 상에 직렬상으로 설치된 제1 및 제2스위칭소자(111)(112)와, 제1스위칭소자(111)에 병렬접속된 제1다이오드(115) 및 제2스위칭소자(112)에 병렬접속된 제2다이오드(115)로 되어 있다.The two-way switch unit 110 includes first and second switching elements 111 installed in series on the power supply path 12 leading from the positive (+) terminal of the DC power supply 10 to the positive load terminal 20. 112) and a first diode 115 connected in parallel to the first switching device 111 and a second diode 115 connected in parallel to the second switching device 112.

제1스위칭소자(111)는 직류전원(10)의 양극(+)단자로부터 부하단(20)으로 이어지는 전력공급 경로(12) 상에 직렬상으로 설치되어 있다.The first switching element 111 is installed in series on the power supply path 12 leading from the positive (+) terminal of the DC power supply 10 to the load terminal 20.

제1스위칭소자(111)는 제어부(160)로부터 제1게이트단자(111a)로 인가되는 제어신호에 따라 턴온 또는 턴오프 되게 온오프 스위칭 된다.The first switching device 111 is switched on or off to be turned on or off according to a control signal applied from the control unit 160 to the first gate terminal 111a.

제2스위칭소자(112)는 제1스위칭소자(111)와 직렬상으로 접속되어 있고, 제어부(160)로부터 제2게이트단자(112a)로 인가되는 제어신호에 따라 턴온 또는 턴오프 되게 온오프 스위칭 된다.The second switching device 112 is connected in series with the first switching device 111 and is turned on or off according to a control signal applied from the controller 160 to the second gate terminal 112a. do.

제1 및 제2스위칭소자(111)(112)는 전력용 반도체 스위칭소자 예를 들면 IGBT(Insulated gate bipolar transistor)를 적용하면 된다.The first and second switching devices 111 and 112 may use a power semiconductor switching device, for example, an insulated gate bipolar transistor (IGBT).

제1다이오드(115)는 제1스위칭 소자(111)와 병렬접속되어 부하단(20)으로부터 직류전원(10)으로의 전류도통경로를 제공하고, 직류전원(10)으로부터 부하단(20)으로의 전류도통은 차단한다.The first diode 115 is connected in parallel with the first switching element 111 to provide a current conduction path from the load terminal 20 to the DC power supply 10, and from the DC power supply 10 to the load terminal 20. The current conduction of is blocked.

제2다이오드(116)는 제2스위칭 소자(111)와 병렬접속되어 직류전원(10)으로부터 부하단(20)으로의 전류도통경로를 제공하고, 부하단(20)으로부터 직류전원(10)으로의 전류도통은 차단한다.The second diode 116 is connected in parallel with the second switching element 111 to provide a current conduction path from the DC power supply 10 to the load terminal 20, and from the load terminal 20 to the DC power supply 10. The current conduction of is blocked.

전류센서(130)는 직류전원(10)과 부하단(20) 사이에 흐르는 전류를 측정하여 제어부(160)에 제공한다.The current sensor 130 measures the current flowing between the DC power supply 10 and the load terminal 20 and provides it to the controller 160.

도시된 예에서 전류센서(130)는 직류전원(10)의 양극(+)단자로부터 양극 부하단(20)으로 이어지는 전력공급경로(12)상에서 직류전원(10)과 제1스위칭 소자(111) 사이에 직렬상으로 설치된 전류검출용 션트 저항소자(131)와, 션트 저항소자(131)를 통해 흐르는 전류를 측정하는 전류측정부(133)가 적용되었다. 전류 측정부(133)는 션트 저항소자(131)의 양단에서 발생하는 전압강하 값을 측정하고, 측정된 전압강하 값과 알고 있는 션트저항소자(131)의 저항값으로부터 전류를 산출하고, 산출된 전류값을 제어부(160)에 제공한다.In the illustrated example, the current sensor 130 includes the DC power supply 10 and the first switching element 111 on the power supply path 12 leading from the positive (+) terminal of the DC power supply 10 to the positive load terminal 20. A current detection shunt resistance element 131 installed in series therebetween and a current measurement unit 133 for measuring a current flowing through the shunt resistance element 131 are applied. The current measurement unit 133 measures a voltage drop value occurring at both ends of the shunt resistance element 131, calculates a current from the measured voltage drop value and a known resistance value of the shunt resistance element 131, and calculates The current value is provided to the controller 160.

이와는 다르게, 전류센서(130)는 도 3에 도시된 바와 같이 후술되는 아크사고 전류검출부(140)의 홀센서(141)에서 출력되는 신호를 분기 받아 전류 측정부(133)에서 전류를 산출하도록 구축될 수 있음은 물론이다. Unlike this, the current sensor 130 is constructed to calculate the current in the current measuring unit 133 by branching the signal output from the hall sensor 141 of the arc accident current detection unit 140 to be described later as shown in FIG. 3. Of course it can be.

아크사고 전류검출부(140)는 직류전원(10)과 부하단(20) 사이에 흐르는 전류의 고주파신호를 추출하고, 주파수 분석을 통하여 아크사고 전류를 검출한다. 아크사고 전류검출부(140)는 홀센서(141), 하이패스 필터(HPF)(142), AD변환기(ADC)(144), 고속퓨리에 변환부(FFT)(146) 및 아크사고 판별부(148)를 구비한다.The arc accident current detection unit 140 extracts a high-frequency signal of the current flowing between the DC power supply 10 and the load terminal 20, and detects the arc accident current through frequency analysis. The arc accident current detection unit 140 includes a Hall sensor 141, a high pass filter (HPF) 142, an AD converter (ADC) 144, a fast Fourier transform unit (FFT) 146, and an arc accident determination unit 148. ).

홀센서(141)는 직류전원(10)과 부하단(20) 사이에 흐르는 전류를 검출하도록 전력공급경로(12)에 인접되게 또는 양의 전력공급경로(12)가 관통되어 삽입되게 설치된다. 홀센서(141)는 직류전원(10)과 부하단(20) 사이에 흐르는 전류의 고주파 파형신호를 검출하기 위한 파형검출기로서 적용된 것이다. The Hall sensor 141 is installed adjacent to the power supply path 12 or through the positive power supply path 12 to detect the current flowing between the DC power supply 10 and the load terminal 20. The Hall sensor 141 is applied as a waveform detector for detecting a high frequency waveform signal of a current flowing between the DC power supply 10 and the load terminal 20.

하이패스 필터(HPF)(142)는 홀센서(141)에서 출력되는 신호에 대해 아크사고 전류검출을 위해 설정된 기준 주파수 이상의 고주파 신호만 통과되도록 필터링한다. 일 예로서, 아크사고 전류검출을 위한 기준 주파수는 10 내지 40KHz로 설정될 수 있다. 이 경우 하이패스 필터(HPF)(142)는 10 내지 40KHz에 해당하는 기준 주파수 이상의 고주파 신호를 통과하도록 구축된 것을 적용한다. 이와는 다르게 아크사고와 관련된 고주파 대역 예를 들면, 40 내지 100KHz 또는 10 내지 130KHz의 대역의 신호를 통과시키는 밴드패스필터가 하이패스 필터(HPF)(142) 대신 적용될 수 있음은 물론이다.The high-pass filter (HPF) 142 filters the signal output from the Hall sensor 141 so that only a high-frequency signal higher than a reference frequency set for detecting an arc accident current is passed. As an example, the reference frequency for detecting the arc accident current may be set to 10 to 40 KHz. In this case, the high pass filter (HPF) 142 is configured to pass a high-frequency signal higher than a reference frequency corresponding to 10 to 40 KHz. In contrast, a band pass filter for passing a signal in a high frequency band related to an arc accident, for example, a band of 40 to 100 KHz or 10 to 130 KHz may be applied instead of the high pass filter (HPF) 142.

AD변환기(ADC)(144)는 하이패스 필터(142)에서 출력되는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환한다.The AD converter (ADC) 144 converts an analog signal output from the high pass filter 142 into a digital signal.

고속퓨리에 변환부(FFT)(146)는 AD변환기(144)에서 출력되는 이산치 디지털신호를 고속 퓨리에 변환한다. 고속퓨리에 변환부(146)는 AD변환기(144)에서 출력되는 이산치 디지털 신호를 주파수별 성분값으로 변환하여 제공한다.The fast Fourier transform unit (FFT) 146 converts the discrete digital signal output from the AD converter 144 to a fast Fourier transform. The fast Fourier transform unit 146 converts and provides a discrete digital signal output from the AD converter 144 into component values for each frequency.

아크사고 판별부(148)는 고속퓨리에 변환부(146)에 의해 변환된 이산치 데이터의 주파수별 성분값으로부터 아크발생여부를 판단하고, 판단결과를 제어부(160)에 제공한다. 아크사고 판별부(148)는 일 예로서, 아크사고 발생에 해당하는 주파수 대역의 신호크기가 설정된 비교기준값 보다 큰 전류가 설정된 단위시간 동안 지속되거나, 설정된 단위시간 동안 사고로 설정된 주파수 대역의 신호크기가 설정된 비교기준값 이상으로 발생되는 사고 발생빈도가 기준치 사고발생 빈도 횟수 이상 발생한 경우이거나, 특정 주파수 대역의 전류의 크기가 설정된 기준치보다 큰 경우에는 아크사고로 판단하도록 구축될 수 있다.The arc accident determination unit 148 determines whether or not an arc is generated from the frequency-specific component values of the discrete data converted by the fast Fourier transform unit 146 and provides the determination result to the controller 160. As an example, the arc accident determination unit 148 is, as an example, a current larger than the set comparison reference value in which the signal level of the frequency band corresponding to the occurrence of an arc accident continues for a set unit time, or the signal level of the frequency band set as an accident for a set unit time When the frequency of occurrence of an accident that occurs above the set comparison reference value is more than the reference value, or when the magnitude of the current in a specific frequency band is greater than the set reference value, it may be constructed to determine as an arc accident.

즉, 홀센서(141)에서 도 5에 도시된 바와 같은 전류가 검출되고, 고속퓨리에 변환부(FFT)(146)를 거쳐 도 6에 도시된 바와 같은 주파수별 진폭신호가 파악되면 이로부터 아크사고 전류 발생유무를 앞서 설명된 바와 같이 판단하여 처리한다.That is, when a current as shown in FIG. 5 is detected by the Hall sensor 141, and an amplitude signal for each frequency as shown in FIG. 6 is detected through a fast Fourier transform unit (FFT) 146, arc accidents from it The presence or absence of current is determined and processed as described above.

제1 내지 제2 금속산화물 배리스터(MOV; Metal Oxide Varistor)(171)(172)는 양방향 스위치부(110)와 직류전원(10) 사이 및 양방향 스위치부(110)와 부하단(20) 사이에서 각각 부하단(20)과 병렬상으로 접속되어 서지 전압을 흡수하는 서지 옵서버로 적용된 것이다.The first to second metal oxide varistors (MOVs) 171 and 172 are between the bidirectional switch unit 110 and the DC power supply 10 and between the bidirectional switch unit 110 and the load end 20. It is applied as a surge observer that is connected in parallel with the load terminal 20, respectively, to absorb the surge voltage.

제1 및 제2 가스방전관(Gas Discharge Tube)(181)(182)은 직류전원(10)의 양극단자(+)를 통해 접속된 제1스위칭 소자(111)와 제2스위칭 소자(112)의 사이에서 직류전원(10)의 음극단자(-) 사이에 직렬로 접속되어 있다.The first and second gas discharge tubes 181 and 182 are formed of the first switching element 111 and the second switching element 112 connected through the positive terminal (+) of the DC power supply 10. It is connected in series between the negative terminal (-) of the DC power supply 10.

제1 및 제2가스 방전관(181)(182)의 사이영역은 접지라인(15)과 접속되어 있다.A region between the first and second gas discharge tubes 181 and 182 is connected to the ground line 15.

제1 및 제2가스방전관(181)(182)은 절연관체와, 절연관체의 양단의 실링 전극 및 절연관체 내부에 충진된 불활성 기체로 형성되어 전극 양단의 전압이 기체의 브레이크다운 전압(breakdown voltage)을 초과하면 갭 방전(gap discharge)을 일으키면서 신속히 하이 임피던스(high impedance)에서 로우 임피던스(low impedance)로 변하면서 전류가 도통되는 구조로 되어 있다.The first and second gas discharge tubes 181 and 182 are formed of an insulated tube, sealing electrodes at both ends of the insulated tube, and an inert gas filled in the insulated tube, so that the voltage across the electrodes is reduced to the breakdown voltage of the gas. When it exceeds ), a gap discharge is caused and the current is rapidly changed from a high impedance to a low impedance.

한편, 서지 흡수 능력을 더욱 높이기 위해 도 2에 도시된 바와 같이 제1 및 제2과도전압억제 다이오드(Transient Voltage Suppress Diode)(184)(185)와 제3 및 제4 금속산화물 배리스터(MOV; Metal Oxide Varistor)(187)(188)를 제1스위칭 소자(111)와 제2스위칭 소자(112)의 사이에서 직류전원(10)의 음극단자(-) 사이로 직렬로 접속시키도록 구축될 수 있다.Meanwhile, in order to further increase the surge absorption capability, as shown in FIG. 2, the first and second transient voltage suppressing diodes 184 and 185 and the third and fourth metal oxide varistors (MOV; Metal) It may be constructed to connect the oxide varistors 187 and 188 in series between the first switching element 111 and the second switching element 112 between the negative terminal (-) of the DC power supply 10.

제1 및 제2과도전압억제 다이오드(Transient Voltage Suppress Diode)(184)(185)의 사이영역과 제3 및 제4 금속산화물 배리스터(MOV; Metal Oxide Varistor)(187)(188)의 사이영역은 접지라인(15)과 접속되어 있다.The region between the first and second transient voltage suppressing diodes 184 and 185 and the region between the third and fourth metal oxide varistors (MOVs) 187 and 188 are It is connected to the ground line 15.

한편, 부하단(20)에 접속되는 부하는 다양하게 적용될 수 있고 일 예로서, 배터리가 적용될 수 있다.Meanwhile, a load connected to the load terminal 20 may be applied in various ways, and as an example, a battery may be applied.

이 경우 제어부(160)는 충전 또는 방전 조건에 대응되는 센싱 신호(S)에 따라 제1 및 제2스위칭소자(111)(112) 중 어느 하나가 턴온되게 제어한다.In this case, the controller 160 controls one of the first and second switching devices 111 and 112 to be turned on according to the sensing signal S corresponding to the charging or discharging condition.

즉, 제어부(160)는 충전 조건에 대응되는 센싱 신호(S)가 수신되면 제1스위칭소자(111)가 턴온되고 제2스위칭소자(112)는 턴오프 상태를 유지하게 제어한다. That is, when the sensing signal S corresponding to the charging condition is received, the controller 160 controls the first switching device 111 to be turned on and the second switching device 112 to maintain the turned off state.

또한, 제어부(160)는 방전 조건에 대응되는 센싱 신호(S)가 수신되면 제2스위칭소자(112)가 턴온되고 제1스위칭소자(111)는 턴오프 상태를 유지하게 제어한다. In addition, when the sensing signal S corresponding to the discharge condition is received, the control unit 160 controls the second switching device 112 to be turned on and the first switching device 111 to maintain the turned off state.

또한, 제어부(160)는 아크사고 전류검출부(140)로부터 아크가 검출된 것으로 판단되면 양방향 스위치부(110)가 오프되어 전력공급경로(12)가 차단되게 제어한다.In addition, when it is determined that the arc is detected by the arc accident current detection unit 140, the control unit 160 controls the bidirectional switch unit 110 to be turned off to block the power supply path 12.

한편, 제어부(160)는 전류센서(130)에서 검출된 측정전류(Id)가 기준전류(Ir) 보다 큰지를 판단하고, 측정전류가 기준전류보다 크면서 설정된 차단조건에 해당하면 양방향 스위치부(110)가 모두 오프되게 제어한다.On the other hand, the control unit 160 determines whether the measured current Id detected by the current sensor 130 is greater than the reference current Ir, and if the measured current is greater than the reference current and corresponds to a set blocking condition, the two-way switch unit ( 110) are all turned off.

이러한 제어부(160)의 제어과정을 도 4를 참조하여 설명한다.The control process of the controller 160 will be described with reference to FIG. 4.

먼저, 제어부(160)는 전류센서(130)로부터 전원공급경로(12)를 통해 공급되는 측정전류(Id)를 검출한다(단계 210).First, the controller 160 detects the measurement current Id supplied from the current sensor 130 through the power supply path 12 (step 210).

단계 210에서 검출된 측정전류(Id)가 기준전류(Ir)보다는 큰지를 판단한다.(단계 220).It is determined whether the measured current Id detected in step 210 is greater than the reference current Ir (step 220).

여기서 기준전류(Ir)는 부하단(20)에 접속된 부하 및 전원공급경로(12)의 보호를 결정하기 위한 고장전류의 기준값으로 적절하게 설정하면 된다.Here, the reference current Ir may be appropriately set as a reference value of a fault current for determining protection of the load connected to the load terminal 20 and the power supply path 12.

단계 220에서 측정전류(Id)가 기준전류(Ir)보다는 큰 것으로 판단되면, 측정전류(Id)가 기준전류(Ir)의 2배 이하인지를 판단한다(단계 230).If it is determined in step 220 that the measurement current Id is larger than the reference current Ir, it is determined whether the measurement current Id is less than twice the reference current Ir (step 230).

단계 230에서 측정전류(Id)가 기준전류(Ir)의 2배 이하인 것으로 판단되면, 설정된 제1대기시간동안 양방향 스위치부(110)의 온/오프에 대한 의사 결정을 지연시켜 대기한 후 현재 측정전류(Id)를 검출한다(단계 240).If it is determined in step 230 that the measurement current (Id) is less than twice the reference current (Ir), the decision for on/off of the bidirectional switch unit 110 is delayed for a set first waiting time and then the current measurement is performed. The current Id is detected (step 240).

단계 240을 거친 다음에 현재 측정전류(Id)가 기준전류(Ir)보다 여전히 큰 지를 판단하고(단계 250), 측정전류(Id)가 기준전류(Ir)보다 여전히 큰 것으로 판단되면, 양방향 스위치부(110)가 오픈되게 제1 및 제2스우칭소자(111)(112)를 오프시켜 전원을 차단한다. After step 240, it is determined whether the current measurement current Id is still larger than the reference current Ir (step 250), and if it is determined that the measurement current Id is still larger than the reference current Ir, the bidirectional switch unit Power is cut off by turning off the first and second switching elements 111 and 112 so that 110 is open.

이와는 다르게 단계 250에서 측정전류(Id)가 기준전류(Ir) 이하인 것으로 판단되면 양방향 스위치부(110)의 제1 및 제2스위칭소자(111)(112)의 현재 상태를 유지하게 처리하고, 단계 210으로 복귀한다.Unlike this, if it is determined in step 250 that the measurement current Id is less than the reference current Ir, the first and second switching elements 111 and 112 of the bidirectional switch unit 110 are processed to maintain the current state, and the step Return to 210.

즉, 현재상태가 충전모드이고 제1스위칭소자(111)만 현재 턴온을 유지하고 있는 상태였다면, 제어부(160)는 이후에도 제1스위칭소자(111)만 턴온 상태를 그대로 유지하도록 처리한다.That is, if the current state is the charging mode and only the first switching device 111 is currently turned on, the control unit 160 processes only the first switching device 111 to remain turned on afterwards.

이와는 다르게, 단계 230에서 측정전류(Id)가 기준전류(Ir)의 2배를 초과한 것으로 판단되면, 측정전류(Id)가 기준전류(Ir)의 10배 이하인 지를 판단한다(단계 270).Alternatively, if it is determined in step 230 that the measurement current Id exceeds twice the reference current Ir, it is determined whether the measurement current Id is 10 times or less of the reference current Ir (step 270).

단계 270에서 측정전류(Id)가 기준전류(Ir)의 10배 이하인 것으로 판단되면, 설정된 제2대기시간 동안 양방향 스위치부(110)의 오프에 대한 의사 결정을 지연시켜 대기한 후 현재 측정전류(Id)를 검출하고, 단계 250으로 복귀한다(단계 280).If it is determined in step 270 that the measurement current Id is 10 times or less of the reference current Ir, the current measurement current Id waits by delaying the decision to turn off the bidirectional switch unit 110 for a set second waiting time. Id) is detected, and the process returns to step 250 (step 280).

또한, 단계 270에서 측정전류(Id)가 기준전류(Ir)의 10배를 초과한 것으로 판단되면, 측정전류(Id)가 기준전류(Ir)의 100배 이하인 지를 판단한다(단계 290).In addition, if it is determined in step 270 that the measurement current Id exceeds 10 times the reference current Ir, it is determined whether the measurement current Id is 100 times or less of the reference current Ir (step 290).

단계 290에서 측정전류(Id)가 기준전류(Ir)의 100배 이하인 것으로 판단되면, 설정된 제3대기시간 동안 양방향 스위치부(110)의 오프에 대한 의사 결정을 지연시켜 대기한 후 현재 측정전류(Id)를 검출하고, 단계 250으로 복귀한다(단계 280).If it is determined in step 290 that the measurement current Id is less than 100 times the reference current Ir, the current measurement current (Id) waits by delaying the decision to turn off the bidirectional switch unit 110 for a set third waiting time. Id) is detected, and the process returns to step 250 (step 280).

이와는 다르게, 단계 290에서 측정전류(Id)가 기준전류(Ir)의 100배를 초과한 것으로 판단되면, 단계 260으로 복귀하여 전원을 차단한다.Alternatively, if it is determined in step 290 that the measured current Id exceeds 100 times the reference current Ir, the process returns to step 260 to cut off the power.

여기서, 제3대기시간은 제2대기시간보다 짧게 설정되고, 제2대기시간은 제1대기시간보다 짧게 설정된다.Here, the third waiting time is set shorter than the second waiting time, and the second waiting time is set shorter than the first waiting time.

바람직하게는 제1대기시간은 500밀리초이고, 제2대기시간은 100밀리초이고, 제3대기시간은 10밀리초를 적용한다.Preferably, the first waiting time is 500 milliseconds, the second waiting time is 100 milliseconds, and the third waiting time is 10 milliseconds.

단계 260의 전원차단은 순시시간 이내에 이루어지도록 처리하며 순시시간은 1밀리초가 적용된다.The power-off in step 260 is processed to be made within an instantaneous time, and an instantaneous time of 1 millisecond is applied.

이러한 제어부(160)의 고장 전류에 대한 양방향 스위치부(110)의 제어과정에 의하면, 전류의 세기는 크나 실질적으로 전원공급회로 계통의 손상을 야기시키지 않을 수 있는 짧은 시간 동안만 과전류가 유지되는 경우에는 양방향 스위치부(110)가 현재 상태를 유지하도록 하는 차단조건을 적용함으로써 운전유지 효율을 향상시킬 수 있다.According to the control process of the bidirectional switch unit 110 for the fault current of the control unit 160, the intensity of the current is large, but the overcurrent is maintained only for a short time that may not cause damage to the power supply circuit system. The operation maintenance efficiency can be improved by applying a blocking condition that causes the bidirectional switch unit 110 to maintain the current state.

또한, 제어부(160)는 아크사고 전류검출부(140)로부터 화재를 유발할 수 있는 아크사고가 검출된 것으로 판단되면, 곧 바로 양방향 스위치부(110)를 오프 상태로 제어하여 전력공급경로가 오픈되게 처리함으로써 안정성도 향상시킨다. In addition, when it is determined that an arc accident that may cause a fire from the arc accident current detection unit 140 is detected, the control unit 160 immediately controls the bidirectional switch unit 110 to the OFF state to open the power supply path. By doing so, stability is also improved.

이상에서 설명된 아크사고 전류검출형 양방향 직류전원 차단 제어장치에 의하면, 양방향 전류 공급을 지원하면서도 아크사고 전류검출시 전류 공급경로를 차단할 수 있어 안정성을 향상시킬 수 있는 장점을 제공한다. According to the above-described arc accident current detection type bidirectional DC power cut-off control device, while supporting bidirectional current supply, it is possible to block a current supply path when an arc accident current is detected, thereby providing an advantage of improving stability.

110: 양방향 스위치부 130: 전류센서
140: 아크사고 전류검출부 160: 제어부110: bidirectional switch unit 130: current sensor
140: arc accident current detection unit 160: control unit

Claims (4)

삭제delete 삭제delete 직류전원과 부하단 사이에 설치되어 상기 직류전원과 상기 부하단 사이에서 양방향으로 전력을 공급 또는 차단할 수 있도록 된 양방향 스위치부와;
상기 직류전원과 상기 부하단 사이에 아크사고 전류가 발생하는지를 검출하는 아크사고 전류검출부와;
상기 아크사고 전류검출부로부터 아크사고 전류가 검출된 것으로 판단되면 상기 양방향 스위치부가 오프되게 제어하는 제어부와;
상기 부하단과 병렬로 접속되어 서지 전압을 흡수하는 서지 옵서버;를 구비하고,
상기 양방향 스위치부는
상기 직류전원으로부터 상기 부하단으로 이어지는 전력공급경로에 직렬상으로 설치되며 제1게이트단자로 인가되는 제어신호에 따라 온오프 스위칭 되는 제1스위칭 소자와;
상기 제1스위칭소자와 직렬상으로 접속되며 제2게이트단자로 인가되는 제어신호에 따라 온오프 스위칭 되는 제2스위칭 소자와;
상기 제1스위칭 소자와 병렬접속되어 상기 부하단으로부터 상기 직류전원으로의 전류도통경로를 제공하는 제1다이오드와;
상기 제2스위칭 소자와 병렬접속되어 상기 직류전원으로부터 상기 부하단으로의 전류도통경로를 제공하는 제2다이오드;를 구비하며,
상기 제1스위칭 소자와 상기 제2스위칭 소자의 사이로부터 상기 직류전원의 음극단자로 상호 직렬로 접속된 제1 및 제2가스 방전관과을 구비하고, 상기 제1 및 제2가스 방전관의 사이는 접지라인과 접속되어 있고,
상기 직류전원과 상기 부하단 사이에 흐르는 전류를 측정하여 상기 제어부에 제공하는 전류센서;를 구비하고,
상기 제어부는 상기 전류센서에서 검출된 측정전류가 기준전류보다 큰지를 판단하고, 상기 측정전류가 기준전류보다 크면서 설정된 차단조건에 해당하면 상기 양방향 스위치부가 오프되게 제어하고,
상기 측정전류가 상기 기준전류보다는 크고 상기 기준전류의 2배 이하인 경우 제1대기시간 동안 대기한 후 상기 측정전류가 상기 기준전류보다 크면 상기 제1 및 제2스위칭소자가 오프되게 제어하고, 상기 제1대기시간 동안 대기한 후 상기 측정전류가 상기 기준전류 이하이면 상기 제1 및 제2스위칭소자의 현재 상태를 유지하게 처리하며,
상기 측정전류가 상기 기준전류보다 2배보다 크고 상기 기준전류의 10배 이하인 경우 상기 제1대기시간보다 짧게 설정된 제2대기시간 동안 대기한 후 상기 측정전류가 상기 기준전류보다 크면 상기 제1 및 제2스위칭소자가 오프되게 제어하고, 상기 제2대기시간 동안 대기한 후 상기 측정전류가 상기 기준전류 미만이면 상기 제1 및 제2스위칭소자의 현재 상태를 유지하게 처리하고,
상기 측정전류가 상기 기준전류보다 10배보다 크고 상기 기준전류의 100배 이하인 경우 상기 제2대기시간보다 짧게 설정된 제3대기시간 동안 대기한 후 상기 측정전류가 상기 기준전류보다 크면 상기 제1 및 제2스위칭소자가 오프되게 제어하고, 상기 제3대기시간 동안 대기한 후 상기 측정전류가 상기 기준전류 미만이면 상기 제1 및 제2스위칭소자의 현재 상태를 유지하게 처리하며,
상기 측정전류가 상기 기준전류보다 100배를 초과하면 설정된 순시시간 이내에 상기 제1 및 제2스위칭소자가 오프되게 제어하고,
상기 제1대기시간은 500밀리초이고, 상기 제2대기시간은 100밀리초이고, 상기 제3대기시간은 10밀리초이고, 상기 순시시간은 1밀리초인 것을 특징으로 하는 아크사고 전류검출형 양방향 직류전원 차단 제어장치.A two-way switch unit installed between a DC power source and a load end to supply or cut off power in both directions between the DC power source and the load end;
An arc accident current detection unit that detects whether an arc accident current occurs between the DC power supply and the load terminal;
A control unit for controlling the bidirectional switch unit to be turned off when it is determined that the arc accident current is detected by the arc accident current detection unit;
And a surge observer connected in parallel with the load terminal to absorb a surge voltage, and
The bidirectional switch unit
A first switching element installed in series in a power supply path leading from the DC power source to the load terminal and switched on and off according to a control signal applied to the first gate terminal;
A second switching element connected in series with the first switching element and switched on and off according to a control signal applied to a second gate terminal;
A first diode connected in parallel with the first switching element to provide a current conduction path from the load terminal to the DC power supply;
A second diode connected in parallel with the second switching element to provide a current conduction path from the direct current power source to the load end; and
First and second gas discharge tubes connected in series to the cathode terminal of the DC power supply from between the first switching device and the second switching device, and a ground line between the first and second gas discharge tubes Is connected to,
A current sensor that measures a current flowing between the DC power source and the load terminal and provides it to the control unit; and
The control unit determines whether the measured current detected by the current sensor is greater than the reference current, and controls the bidirectional switch unit to be turned off when the measured current is greater than the reference current and corresponds to a set blocking condition,
When the measurement current is greater than the reference current and less than twice the reference current, after waiting for a first waiting time, if the measurement current is greater than the reference current, the first and second switching elements are controlled to be turned off, and the first After waiting for one waiting time, if the measured current is less than the reference current, the current state of the first and second switching elements is maintained,
If the measurement current is greater than twice the reference current and less than 10 times the reference current, wait for a second waiting time set shorter than the first waiting time, and if the measured current is greater than the reference current, the first and second 2 The switching element is controlled to be turned off, and if the measured current is less than the reference current after waiting for the second waiting time, the first and second switching elements are processed to maintain the current state,
If the measured current is greater than 10 times the reference current and less than 100 times the reference current, wait for a third waiting time set shorter than the second waiting time, and if the measured current is greater than the reference current, the first and first 2 The switching device is controlled to be turned off, and if the measured current is less than the reference current after waiting for the third waiting time, the current state of the first and second switching devices is maintained,
When the measurement current exceeds 100 times the reference current, the first and second switching elements are controlled to be turned off within a set instantaneous time,
The first waiting time is 500 milliseconds, the second waiting time is 100 milliseconds, the third waiting time is 10 milliseconds, and the instantaneous time is 1 millisecond. DC power cut off control device. 제3항에 있어서, 상기 아크사고 전류검출부는
상기 직류전원과 상기 부하단 사이에 흐르는 전류를 검출하는 홀센서와;
상기 홀센서에서 출력되는 신호에 대해 아크사고 전류 검출을 위해 설정된 기준 주파수 이상의 고주파 신호를 필터링하여 통과시키는 하이패스 필터와;
상기 하이패스 필터에서 출력되는 신호를 디지털 신호로 변환하는 AD변환기와;
상기 AD변환기에서 출력되는 신호를 고속퓨리에 변환하는 고속 퓨리에 변환부와;
상기 고속 퓨리에 변환부에 의해 변환된 고주파신호로부터 아크사고 전류 발생 여부를 판단하고, 판단결과를 상기 제어부에 제공하는 아크사고 판별부;를 구비하는 것을 특징으로 하는 아크사고 전류검출형 양방향 직류전원 차단 제어장치.The method of claim 3, wherein the arc accident current detection unit
A Hall sensor for detecting a current flowing between the DC power supply and the load terminal;
A high-pass filter filtering and passing a high-frequency signal higher than a reference frequency set for detecting an arc accident current with respect to the signal output from the Hall sensor;
An AD converter converting the signal output from the high pass filter into a digital signal;
A fast Fourier transform unit for converting the signal output from the AD converter to a fast Fourier transform;
Arc accident current detection type two-way DC power cut-off, characterized in that it comprises a; arc accident determination unit for determining whether or not an arc accident current occurs from the high-frequency signal converted by the high-speed Fourier transform unit and provides the determination result to the control unit. Control device.
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