KR102234244B1

KR102234244B1 - Dc circuit breaker

Info

Publication number: KR102234244B1
Application number: KR1020190103538A
Authority: KR
Inventors: 이상원; 권우현
Original assignee: 주식회사 디케이
Priority date: 2019-08-23
Filing date: 2019-08-23
Publication date: 2021-04-01
Also published as: KR20210023399A

Abstract

본 발명은 태양광 발전시스템과 같이 양방향 전류가 흐르지 않는 시스템에서 계통에 이상이 감지되면 직류(DC) 선로에 흐르는 전류를 차단하도록 하는 자기 소호 능력을 갖는 DC 차단기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 직류(DC) 선로에 설치되고 DC 계통의 이상 발생 시 개방되어 DC 선로의 전류를 차단하기 위한 메인스위치; 상기 메인스위치에 병렬 연결되어 메인스위치의 전류를 차단하기 위한 제1스위칭소자; 상기 제1스위칭소자의 동작을 위해 역전압을 걸어주는 커패시터; 상기 제1스위칭소자의 자동 차단을 위해 사용되는 제2스위칭소자; 상기 제2스위칭소자를 통해 흐르는 에너지를 소모하기 위한 저항; 상기 제2스위칭소자가 도통 될 때 부하측의 과전압 방지를 위한 커패시터를 포함하는 DC 차단기에 관한 것이다.The present invention relates to a DC circuit breaker having a self-extinguishing ability to block a current flowing through a direct current (DC) line when an abnormality in the system is detected in a system in which a bidirectional current does not flow, such as a solar power generation system, and more specifically, A main switch installed on a direct current (DC) line and opened when an abnormality occurs in the DC system to cut off the current of the DC line; A first switching element connected in parallel to the main switch to block a current of the main switch; A capacitor applying a reverse voltage for the operation of the first switching device; A second switching element used to automatically block the first switching element; A resistance for consuming energy flowing through the second switching element; It relates to a DC circuit breaker including a capacitor for preventing overvoltage on a load side when the second switching device is turned on.

Description

DC circuit breaker {DC CIRCUIT BREAKER}

본 발명은 DC 계통에 이상 발생시나 과전류 발생시 DC 계통을 차단하기 위한 자기 소호 능력을 갖는 직류(DC) 차단기에 관한 것으로, 특히, 태양광발전장치와 같이 양방향 전류가 흐르지 않는 계통에 전류가 흐르고 있는 상태에서도 아크 발생 없이 안전하게 전류를 차단할 수 있도록 구성한 DC 차단기에 관한 것이다.The present invention relates to a direct current (DC) circuit breaker having a self-extinguishing ability to block a DC system when an abnormality occurs in the DC system or an overcurrent occurs.In particular, a current flows in a system in which bidirectional current does not flow, such as a photovoltaic device. It relates to a DC circuit breaker configured to safely cut off current without arcing even in the state.

전기 장치에서는 가장 기본적인 장치로는 전기를 투입시켜주고 또는 차단시켜주는 회로차단기가 있다. 회로차단기는 전기를 투입 또는 차단만 하는 것이 아니라, 계통과 계통 사이를 연결 또는 차단시켜, 문제가 발생된 계통의 전기를 끊어 분리함으로써 더 이상의 문제가 발생하는 것을 막는 역할도 한다. 이러한 차단기에서 차단이 일어나려면 접점이 기계적으로 떨어지는 현상 즉 개리(開離)가 되어 전류의 흐름을 차단시켜야 한다. 보통의 차단 조건에서는 전류가 흐르고 있는 상태가 되며, 이때는 기계적인 개리가 생기더라도 바로 전류 차단이 일어나지는 않는다. 그 이유는 개리가 되는 과정에서 고압에 의한 이온화와 절연파괴 현상이 나타나 공기를 통해서 전류가 흐르는 상태인 아크(arc)가 발생하기 때문이다. 이러한 현상은 전기를 다루는 모든 스위치에서 나타나는 현상이며, 고전압/고전류인 경우는 그 영향이 심각하게 나타난다.In an electric device, the most basic device is a circuit breaker that turns electricity on or off. The circuit breaker does not just turn on or cut off electricity, but also connects or cuts off electricity between the system and the system, and cuts and disconnects the electricity of the system in which the problem occurs, thereby preventing further problems from occurring. In order for a breaker to occur in such a circuit breaker, the contact must be mechanically dropped, that is, open, and the flow of current must be blocked. Under normal cut-off conditions, current is flowing, and in this case, even if a mechanical gap occurs, current cut-off does not occur immediately. The reason is that in the process of opening, ionization and insulation breakdown due to high pressure occur, resulting in an arc, which is a state in which current flows through the air. This phenomenon occurs in all switches that handle electricity, and in the case of high voltage/high current, the effect appears seriously.

전기는 시간에 따라서 크기가 변하는 교류(AC)와 항상 일정한 크기를 가지는 직류(DC)로 나누어진다. 교류전원에서는 반주기마다 전류 영점이 나타나므로, 자동으로 스위치 접점 사이, 즉 개리된 상태에서 전류가 '0'이 되므로 비교적 쉽게 전류가 차단된다. 하지만 완전한 차단이 되기 위해서는 전류가 일단 영점을 통과한 후 다시 도통 상태로 되지 않도록 만들어야 한다. 즉, 개리된 전기접점 사이의 공간(arc 발생 공간)에서 에너지를 효율적으로 제거(소호: arc extinction)해야만 한다.Electricity is divided into alternating current (AC), which varies in size with time, and direct current (DC), which always has a constant size. In AC power, the current zero point appears every half cycle, so the current automatically becomes '0' between the switch contacts, that is, in the open state, so the current is relatively easily cut off. However, in order to be completely cut off, the current must be made so that it does not become conductive again after passing through the zero point. That is, energy must be efficiently removed (arc extinction) in the space between the opened electrical contacts (arc generation space).

전류 영점에서 소호하기 위한 구체적인 방법은,The specific method for extinguishing the current at zero point is,

(1) 아크(Arc)를 길게 늘여 아크 전압을 높이고, 상대적으로 전류를 작게 하여 소호하는 방법(1) A method of extinguishing the arc by increasing the arc voltage by increasing the arc and reducing the current relatively.

(2) 아크를 자계로 구동시켜 아크 소호장치인 냉각판 내에서 냉각하는 방법(2) A method of cooling the arc in a cooling plate, which is an arc extinguishing device, by driving the arc with a magnetic field.

(3) 고기압의 가스(gas)를 아크에 불어 넣어 냉각하는 방법 (3) A method of cooling by blowing high-pressure gas into an arc

(4) 진공 중에서 전류 영점에 있어서 플라즈마(plasma)의 확산을 이용하는 방법 (4) Method using diffusion of plasma at zero current in vacuum

(5) 상기 방법들을 조합하는 방법 (5) How to combine the above methods

등이 있다.Etc.

하지만 직류전원인 경우 전류 영점이 없으므로 교류와는 달리 아크 소호가 대단히 어렵다.However, in the case of DC power, there is no current zero, so arc extinguishing is very difficult unlike AC.

도 1은 태양광발전 시스템에 연결된 스위치 회로를 간략히 표현한 것이고, 도 2는 계통에 연결된 스위치를 순간적으로 오프(OFF) 시켰을 때 스위치에 걸리는 전압과 스위치에 흐르는 전류 파형을 나타낸 것이다.FIG. 1 is a simplified representation of a switch circuit connected to a photovoltaic system, and FIG. 2 shows a voltage applied to the switch and a waveform of a current flowing through the switch when the switch connected to the grid is momentarily turned off.

도 1의 회로에서 초기 스위치가 온(ON) 상태에서 0.5초에 스위치를 오프(OFF) 시키면, 도 2의 (b)와 같이 스위치가 개리될 때 큰 전압이 발생하면서 스위치에서 아크가 발생한다. 이러한 아크가 발생되지 않도록 하기 위해서는 스위치에 흐르는 전류가 '0'일 때 스위치를 개리시켜야 한다. 반면 전류가 '0'일 때 스위치가 투입되어도 스위치 양단에서는 아크가 발생하지 않는다. 따라서 전류가 흐르는 상태에서의 차단은 간단한 일이 아니다.In the circuit of FIG. 1, if the switch is turned off for 0.5 seconds while the initial switch is turned on, as shown in FIG. 2(b), when the switch is opened, a large voltage is generated and an arc is generated in the switch. To prevent such an arc from occurring, the switch must be opened when the current flowing through the switch is '0'. On the other hand, even if the switch is turned on when the current is '0', arc does not occur at both ends of the switch. Therefore, it is not a simple task to cut off when current is flowing.

일반적인 직류차단기는 상기 소호 방법 중 (1)과 (2)를 조합하는 방식이 가장 많이 사용되고 있으며, 교류차단기와 직류차단기는 완전히 다른 구조를 가져야만 한다. 참고로 공기 중의 통상적인 절연내력은 30kV/cm 정도이나, 전류가 흐르고 있는 상태에서는 아크로 인하여 공기가 이온화하기 때문에 경험적으로 1kV/cm 이상의 물리적인 이격거리를 확보해 주지 않으면 아크를 소멸시킬 수가 없다.A general DC circuit breaker is most often used in a combination of (1) and (2) among the above extinguishing methods, and the AC circuit breaker and the DC circuit breaker must have a completely different structure. For reference, the typical dielectric strength in air is about 30kV/cm, but the arc cannot be extinguished unless a physical separation distance of 1kV/cm or more is secured empirically because the air is ionized due to the arc when the current is flowing.

도 3에 도시된 공개특허 “WO2015023157 A1(고전압 DC 브레이크)”에는 DC 차단기를 이상적으로 차단하기 위한 방법이 소개되었으며, 상기 선행 특허자료는 메인스위치(110)를 차단시키기 위해서 LC공진회로(130)를 이용하여 역방향 전류를 만들고 직접 메인스위치(110)에 역방향 전류가 흐르도록 한 후 전류가 '0'이 됨을 감지하여 의도적으로 스위치를 차단하는 방식이다. 이렇게 하면 메인스위치(110) 흐르는 전류가 '0'이 되어 차단시 아크는 발생하지 않는다.In the patent publication “WO2015023157 A1 (high voltage DC brake)” shown in FIG. 3, a method for ideally blocking a DC circuit breaker has been introduced, and the preceding patent data is an LC resonance circuit 130 to block the main switch 110. This is a method of intentionally shutting off the switch by detecting that the current becomes '0' after making a reverse current using and directing the reverse current to flow through the main switch 110. In this way, the current flowing through the main switch 110 becomes '0' so that an arc does not occur when shutting off.

하지만 이와 같은 방법은 복잡한 전류 감지센서 등을 필요로 하며, 또한 적절한 타이밍을 맞춰줘야 하나, 공개된 특허 상에는 구체적으로 소개된 바 없다.However, such a method requires a complicated current detection sensor and the like, and also requires proper timing, but it has not been specifically introduced in the published patent.

한편, 태양광발전장치는 태양 빛을 받아 전기를 생산하는 태양전지판(PV모듈), 그리고 이를 직병렬로 모아서 큰 에너지를 만드는 접속반, 그리고 모아진 DC 전기를 상용 교류 계통으로 전송하기 위한 계통연계형 인버터로 구성된다. 태양전지판은 등가적으로 정전류원으로 동작하는 발전장치가 되며, 개별 발전 전력을 하나로 합치기 위해서 모든 발전 전력을 병렬 연결하는 접속반이 사용된다. 접속반은 통상적으로 역방향으로 전류가 흐르는 것을 막기 위해서 다이오드라는 소자를 사용하며, 따라서 태양광발전장치에서는 절대적으로 양방향 전류가 흐르지 않는 구조를 가지고 있다.On the other hand, the photovoltaic device is a solar panel (PV module) that generates electricity by receiving sunlight, a connection panel that generates large energy by collecting it in series and parallel, and a grid-connected type for transmitting the collected DC electricity to a commercial AC system. It consists of an inverter. The solar panel is equivalently a power generation device that operates as a constant current source, and a connection panel that connects all the power generation in parallel is used to combine individual power generation power into one. The connection panel generally uses a diode element to prevent the current from flowing in the reverse direction, and therefore, the photovoltaic device has a structure that absolutely no current flows in both directions.

하지만, 전기계통이 모두 DC 전원이므로 AC 계통과는 달리 전기의 차단/투입 작업을 매우 신중히 수행해야 한다. 즉, 정해진 차단/투입 절차를 따라야 하며, 인위적인 강제 차단시에는 계통에 흐르는 전류로 인하여 차단기에서 아크가 발생하게 되어 차단기의 수명을 현저히 떨어뜨림은 물론, 심한 경우 화재 등으로 이어질 수 있다.However, since the electric system is all DC power, unlike the AC system, it is necessary to very carefully perform the cut-off/input operation of electricity. In other words, it is necessary to follow the prescribed shut-off/input procedure, and in case of artificial forced shut-off, an arc is generated in the circuit breaker due to the current flowing through the system, which significantly reduces the life of the circuit breaker and, in severe cases, may lead to fire.

따라서 현재까지 태양광 발전장치에서의 계통 보호를 위한 차단기는 접속반에서 모아진 전기를 인버터로 전달하는 계통에 단 하나만 들어가고 있는 상태이다. 가장 이상적인 발전 계통 보호를 위해서는 개별 태양광전지판을 차단/투입 가능하도록 하는 스위치를 추가하는 것이며, 이를 개별적으로 제어할 수 있어야 한다. 하지만, 시판되고 있는 고전압 DC 차단기는 너무 고가이고 부피가 크기 때문에 적용하는데 한계가 있는 실정이다.Therefore, until now, only one circuit breaker for grid protection in solar power generation devices is in the system that transmits the electricity collected from the connection panel to the inverter. The most ideal power generation system protection is to add a switch that allows individual solar panels to be shut off/input, and it must be individually controlled. However, commercially available high voltage DC circuit breakers are too expensive and bulky, so there is a limit to application.

(0001) 국내공개특허 제10-2007-0064124호(0001) Korean Patent Publication No. 10-2007-0064124

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, DC 계통에 전류가 흐르고 있는 상태에서 아크 발생 없이 이상적으로 차단할 수 있는 종래와는 다른 새로운 스위치 구조를 갖는 DC 차단기, 즉 부피가 크고 고가인 DC 전용 차단기의 구조가 아닌 저가의 AC 차단기의 구조에 자기 소호 능력을 부가하여 부피가 작고 저가로 제작할 수 있는 DC 차단기를 제공하는데 있다.The technical problem to be solved by the present invention is a DC circuit breaker having a new switch structure different from the prior art that can ideally cut off an arc without generating an arc while a current is flowing in the DC system, that is, a structure of a bulky and expensive DC circuit breaker Rather, it is to provide a DC circuit breaker that can be manufactured with a small volume and low cost by adding self-extinguishing capability to the structure of an inexpensive AC circuit breaker.

특히, 태양광 발전장치와 같이 전기 계통에 양방향 전류가 흐르지 않는 DC 계통에서, 전류가 흐르고 있는 상태에서도 아크 발생없이 이상적으로 차단시킬 수 있도록 구성한 DC 차단기를 제공하는데 있다.In particular, in a DC system in which bidirectional current does not flow in an electric system such as a photovoltaic device, it is to provide a DC circuit breaker configured to ideally cut off an arc without generating an arc even in a state in which current is flowing.

본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, 통상적인 스위치와 같이 과전류에 대한 자동 차단 능력을 갖도록 하여 퓨즈의 역할도 수행할 수 있도록 구성한 DC 차단기를 제공하는데 있다.Another technical problem to be solved by the present invention is to provide a DC circuit breaker configured to perform the role of a fuse by having an automatic shut-off capability against overcurrent like a conventional switch.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명인 DC 차단기는, 직류(DC) 선로에 흐르는 단방향 전류를 차단하기 위한 자기 소호 능력을 갖는 DC 차단기에 있어서, 상기 DC 선로의 전원측 일단자와 부하측 일단자 사이에 연결되어 개폐되는 메인스위치; 상기 메인스위치와 병렬 연결되는 제1스위칭소자; 상기 DC 선로의 전원측과 그라운드측으로 연결되는 제2스위칭소자; 상기 제1스위칭소자를 턴오프하기 위해 상기 제1스위칭소자와 상기 제2스위칭소자 사이에 연결되는 제1커패시터; 및 상기 DC 선로 계통에 발생하는 이상 여부를 감지하며, 상기 메인스위치와 상기 제1스위칭소자 및 상기 제2스위칭소자를 컨트롤하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.A DC circuit breaker according to the present invention for achieving the above technical problem is a DC circuit breaker having a self-extinguishing capability for blocking a one-way current flowing through a direct current (DC) line, and is connected between the power-side terminal and the load-side terminal of the DC line. A main switch that is opened and closed; A first switching element connected in parallel with the main switch; A second switching element connected to a power side and a ground side of the DC line; A first capacitor connected between the first switching element and the second switching element to turn off the first switching element; And a control unit that detects whether an abnormality occurs in the DC line system, and controls the main switch, the first switching element, and the second switching element.

또한, 상기 제2스위칭소자가 턴온될 때 부하측의 과전압을 보호하기 위한 제2커패시터를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, it characterized in that it further comprises a second capacitor for protecting the overvoltage of the load side when the second switching device is turned on.

또한, 상기 제1스위칭소자는 전원측에서 부하측으로 상기 메인스위치를 통해 흐르는 전류의 방향과 동일한 방향으로 전류를 도통시키는 것을 특징으로 한다.In addition, the first switching element is characterized in that it conducts a current in the same direction as the direction of the current flowing through the main switch from the power supply side to the load side.

또한, 정상 상태에서 전원측으로 흐르는 전류를 통해 상기 제1커패시터가 충전되며, 상기 제1커패시터를 통해 상기 제1스위칭소자의 턴오프에 필요한 역전압이 인가되는 것을 특징으로 한다.In addition, the first capacitor is charged through a current flowing to the power side in a normal state, and a reverse voltage required for turning off the first switching device is applied through the first capacitor.

또한, 평상시 상기 메인스위치만을 도통시키고, 상기 DC 선로 계통에 이상 발생시 상기 제1스위칭소자를 턴온시키며, 상기 제1스위칭소자가 턴온된 후 일정시긴 뒤에 상기 메인스위치를 차단시키는 것을 특징으로 한다.In addition, it is characterized in that only the main switch is turned on normally, the first switching element is turned on when an abnormality occurs in the DC line system, and the main switch is blocked after a certain period of time after the first switching element is turned on.

또한, 상기 메인스위치가 차단된 후 상기 제2스위칭소자를 턴온시켜 상기 제1스위칭소자를 아크 발생 없이 턴오프시키는 것을 특징으로 한다.In addition, after the main switch is cut off, the second switching element is turned on to turn the first switching element off without generating an arc.

또한, 상기 제1스위칭소자 및 상기 제2스위칭소자는, 제어 가능한 전력반도체 스위치 중 적어도 어느 하나로 구성되는 것을 특징으로 한다.In addition, the first switching device and the second switching device may be configured with at least one of a controllable power semiconductor switch.

이상에서 상술한 본 발명은 다음과 같은 효과가 있다.The present invention described above has the following effects.

먼저, 메인스위치의 스위칭 동작시 아크를 발생시키지 않고 계통의 이상 감지시 AC 차단기의 구조를 가지면서도 DC 전류를 차단할 수 있는 새로운 형태의 스위치 구조를 제시할 수 있다.First, it is possible to propose a new type of switch structure capable of blocking DC current while having the structure of an AC circuit breaker when an abnormality in the system is detected without generating an arc during the switching operation of the main switch.

또한, 반도체 소자인 실리콘 제어 정류기(SCR)의 특성을 이용해 DC 전류를 차단하므로 전류의 '0' 감지를 위한 별도의 회로가 필요 없고, 메인스위치와 제1스위칭소자가 병렬로 연결되어 스위칭 타이밍을 고려할 필요가 없으므로 간단한 회로로 구현할 수 있다.In addition, since DC current is cut off using the characteristics of a silicon controlled rectifier (SCR), which is a semiconductor element, a separate circuit for detecting '0' of the current is not required, and the main switch and the first switching element are connected in parallel to control the switching timing. Since there is no need to consider, it can be implemented with a simple circuit.

또한, 구조가 간단한 AC 차단기의 구조로 구현되므로 아크 방지를 위한 스위치 접점의 이격거리가 많이 필요하지 않아, 결과적으로 DC 차단기의 부피를 줄일 수 있다.In addition, since the structure is implemented in a simple structure of an AC circuit breaker, it is not necessary to have a lot of separation distance between the switch contacts for arc prevention, and as a result, the volume of the DC circuit breaker can be reduced.

또한, 정상 상태에서 DC 선로를 통해 흐르는 전류를 이용하여 제1스위칭소자의 턴오프를 위한 제1커패시터를 충전하기 때문에 별도의 충전 회로가 필요없어 회로를 구성하는 비용을 절감시킬 수 있다.In addition, since the first capacitor for turning off the first switching device is charged using the current flowing through the DC line in the normal state, a separate charging circuit is not required, and thus the cost of configuring the circuit can be reduced.

도 1은 태양광발전 시스템에 연결된 스위치 회로를 나타낸 개념도,
도 2는 도 1에서 스위치를 차단했을 때 스위치의 전압 전류 파형을 나타낸 도면,
도 3은 종래의 DC 차단기의 구성도,
도 4는 본 발명의 일 실시례에 따른 자기 소호 능력을 갖는 DC 차단기의 구성도,
도 5는 본 발명에 따른 정상 상태에서 전류의 흐름을 나타낸 개요도,
도 6은 본 발명에 따른 DC 계통에 이상 발생시 이상 전류 차단과정에 따른 전류의 흐름을 나타낸 개요도.
도 7 본 발명에 따른 DC 계통에 이상 발생시 이상 전류 차단 과정에서의 메인스위치(100), 제1스위칭소자(140), 제2스위칭소자 및 부하측의 전압 변동 파형을 나타낸 도면.1 is a conceptual diagram showing a switch circuit connected to a photovoltaic system,
2 is a view showing the voltage and current waveforms of the switch when the switch in FIG. 1 is cut off;
3 is a configuration diagram of a conventional DC circuit breaker,
4 is a block diagram of a DC circuit breaker having a self-extinguishing capability according to an embodiment of the present invention;
5 is a schematic diagram showing the flow of current in a steady state according to the present invention;
6 is a schematic diagram showing the flow of current according to the abnormal current blocking process when an abnormality occurs in the DC system according to the present invention.
7 is a view showing voltage fluctuation waveforms of the main switch 100, the first switching element 140, the second switching element, and the load side in the process of blocking abnormal current when an abnormality occurs in the DC system according to the present invention.

이하, 본 발명의 일부 실시례들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시례를 설명함에 있어, 관련된 공지구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시례에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.Hereinafter, some embodiments of the present invention will be described in detail through exemplary drawings. In adding reference numerals to elements of each drawing, it should be noted that the same elements are assigned the same numerals as possible, even if they are indicated on different drawings. In addition, in describing the embodiments of the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known configuration or function interferes with the understanding of the embodiments of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.

또한, 본 발명의 실시례의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.In addition, in describing the constituent elements of the embodiments of the present invention, terms such as first, second, A, B, (a), and (b) may be used. These terms are for distinguishing the constituent element from other constituent elements, and the nature, order, or order of the constituent element is not limited by the term. When a component is described as being "connected", "coupled" or "connected" to another component, the component may be directly connected or connected to that other component, but another component between each component It should be understood that may be “connected”, “coupled” or “connected”.

도면을 참조하기에 앞서 본 발명의 구성 상태를 간략히 설명하면 다음과 같다.Before referring to the drawings, the configuration of the present invention will be briefly described as follows.

먼저, 본 발명인 DC 차단기는 평상시 폐쇄되어 전류를 도통시키고, DC 선로 계통에 이상 발생시 개방되어 상기 DC 선로 계통의 전류를 차단하기 위한 메인스위치(100)와, 메인스위치(100)에 병렬 연결되어 메인스위치(100)의 전류를 차단하기 위한 제1스위칭소자(140)와, 제1스위칭소자(140)의 동작을 위해 역전압을 걸어주는 제1커패시터(141)와, 제1스위칭소자(140)의 개리를 위해 사용되는 제2스위칭소자(150)와, 제2스위칭소자(150)를 통해 흐르는 에너지를 소모하기 위한 저항(151) 및 제2스위칭소자(150)가 도통될 때 부하측의 과전압 방지를 위한 제2커패시터(142)를 포함한다.First, the DC circuit breaker of the present invention is normally closed to conduct current, and is opened when an abnormality occurs in the DC line system, and is connected in parallel to the main switch 100 and the main switch 100 to block the current of the DC line system. A first switching element 140 for blocking the current of the switch 100, a first capacitor 141 applying a reverse voltage for the operation of the first switching element 140, and a first switching element 140 Prevention of overvoltage on the load side when the second switching element 150 used to open the circuit, the resistor 151 for consuming energy flowing through the second switching element 150, and the second switching element 150 are conducted. It includes a second capacitor 142 for.

제1스위칭소자(140) 및 제2스위칭소자(150)는 각각 턴온(turn-on)/턴오프(turn-off) 제어 가능한 전력반도체 스위치인 적어도 하나의 실리콘 제어 정류기(SCR)로 구성된다.The first switching device 140 and the second switching device 150 are each composed of at least one silicon controlled rectifier (SCR), which is a power semiconductor switch capable of controlling turn-on/turn-off.

또한, 제1스위칭소자(140)를 턴오프하기 위한 역전압을 발생시키는 제1커패시터(141)를 포함한다.Also, it includes a first capacitor 141 that generates a reverse voltage for turning off the first switching device 140.

또한, 메인스위치(100)의 턴온시 메인스위치(100)의 출력에 직류전압이 인가되고, 이 전압으로 제1커패시터(141)는 부하측 저항을 통해 충전되어 정상 상태가 되도록 한다.In addition, when the main switch 100 is turned on, a DC voltage is applied to the output of the main switch 100, and with this voltage, the first capacitor 141 is charged through the load-side resistance to be in a normal state.

또한, 제1스위칭소자(140)는 메인스위치(100)에 병렬로 연결되어 전원측에서 부하측으로 메인스위치(100)에 발생하는 전류의 방향으로 전류를 도통시키도록 한다.In addition, the first switching device 140 is connected in parallel to the main switch 100 so as to conduct a current in the direction of the current generated in the main switch 100 from the power side to the load side.

또한, 제1스위칭소자(140)가 턴온되어 전류가 제1스위칭소자(140)와 메인스위치(100)를 통해 흘러갈 때 메인스위치(100)를 턴오프시킨다. 이때, 메인스위치(100)의 양단에 나타나는 과도전압은 제1스위칭소자(140)의 턴온 전압으로 수 볼트(V) 이내가 되게하여 아크 발생을 방지하도록 한다.In addition, when the first switching device 140 is turned on and current flows through the first switching device 140 and the main switch 100, the main switch 100 is turned off. At this time, the transient voltage appearing at both ends of the main switch 100 is a turn-on voltage of the first switching device 140 to be within several volts (V) to prevent arcing.

또한, 제1스위칭소자(140)를 턴오프하기 위해 제2스위칭소자(150)를 턴온하여 제1커패시터(141)의 역전압이 제1스위칭소자(140)에 인가되도록 한다. 이때, 제1스위칭소자(140)의 전류 시간(commutation time: 보통 100usec) 뒤에 차단되고, 제1커패시터(141) 전압을 역전압으로 충전시켜 제2스위칭소자(150)가 턴오프되어 초기 상태가 되도록 한다.In addition, in order to turn off the first switching device 140, the second switching device 150 is turned on so that the reverse voltage of the first capacitor 141 is applied to the first switching device 140. At this time, the first switching device 140 is cut off after the commutation time (usually 100 usec), and the second switching device 150 is turned off by charging the voltage of the first capacitor 141 to a reverse voltage, thereby returning the initial state. Make it possible.

또한, 제1스위칭소자(140)의 턴온 전압이 2~3V로 비교적 크기 때문에 메인스위치(100)와 병렬로 연결하여 이상이 발생하지 않는 경우 에너지 손실을 줄이도록 한다.In addition, since the turn-on voltage of the first switching device 140 is relatively large, such as 2 to 3V, it is connected in parallel with the main switch 100 to reduce energy loss when no abnormality occurs.

또한, 계통에 전원이 인가되지 않은 상태이거나 전류가 흐르지 않을 경우 단순한 기계적인 스위치 역할을 할 수 있다.In addition, when power is not applied to the system or current does not flow, it can act as a simple mechanical switch.

또한, 메인스위치(100)가 노브를 통해 강제적인 차단이 일어나면 노브에 전기적인 접점을 두어 먼저 제1스위칭소자(140)가 도통되도록 신호를 동작시키고, 그 뒤 메인스위치(100)의 차단 동작이 일어나도록 한다. 그리고, 제2스위칭소자(150)가 도통되도록 하여 제1스위칭소자(140)가 차단될 때 아크가 발생하지 않도록 구성한다.In addition, when the main switch 100 is forcibly blocked through the knob, an electrical contact is placed on the knob to first operate a signal so that the first switching element 140 is conducted, and then the blocking operation of the main switch 100 is performed. Let it happen. In addition, the second switching element 150 is configured to be conductive so that an arc does not occur when the first switching element 140 is blocked.

도 4는 본 발명의 일 실시례에 따른 자기 소호 능력을 갖는 DC 차단기의 구성도이다.4 is a block diagram of a DC circuit breaker having a self-extinguishing capability according to an embodiment of the present invention.

도 4를 참조하면, 본 발명의 실시례에 따른 자기 소호 능력을 갖는 DC 차단기는 DC 선로의 전원측과 부하측 사이에 설치된 메인스위치(100)를 포함한다. 이러한 메인스위치(100)는 기본적으로 DC 계통에 이상 발생시 DC 선로를 차단하는 역할을 한다. 이를 위해 메인스위치(100)는 정상 상태에서는 닫혀(close) 있다가 이상 발생시 개방(open)된다. 이러한 메인스위치(100)는 제어부(미도시)의 제어신호에 의해 그 스위칭 동작이 제어된다.4, a DC circuit breaker having a self-extinguishing capability according to an embodiment of the present invention includes a main switch 100 installed between the power side and the load side of the DC line. This main switch 100 basically serves to block the DC line when an abnormality occurs in the DC system. To this end, the main switch 100 is closed in a normal state and opened when an abnormality occurs. The switching operation of the main switch 100 is controlled by a control signal from a control unit (not shown).

본 실시례에서 DC 선로에 고전압이 걸리기 때문에 메인스위치(100)에는 대전류가 흐른다. 이 때문에 계통에 이상 발생시 메인스위치(100)가 개방될 때 메인스위치(100)의 스위치 양 단자 간에 아크가 발생하게 되고, 이러한 아크를 통해 DC 계통의 이상 전류가 DC 선로에 계속 흐르게 된다. 따라서, 본 발명에서는 이러한 아크를 소호하고 이상 전류를 완전히 차단하기 위해 추가적인 장치 또는 회로가 필요하다.In this embodiment, since a high voltage is applied to the DC line, a large current flows through the main switch 100. For this reason, when the main switch 100 is opened when an abnormality occurs in the system, an arc is generated between both terminals of the switch of the main switch 100, and the abnormal current of the DC system continues to flow in the DC line through this arc. Accordingly, in the present invention, an additional device or circuit is required to extinguish such an arc and completely block the abnormal current.

구체적으로, 메인스위치(100)와 같은 방향으로 전류가 흐르도록 제1스위칭소자(140)를 메인스위치(100)와 병렬로 연결한다. 또한, 제2스위칭소자(150)를 부하측과 병렬로 연결한다. 이로써 제1스위칭소자(140)는 전원측과 부하측 사이에 연결되고, 제2스위칭소자는 전원측과 그라운드 사이에 연결된다.Specifically, the first switching element 140 is connected in parallel with the main switch 100 so that current flows in the same direction as the main switch 100. In addition, the second switching device 150 is connected in parallel with the load side. Accordingly, the first switching device 140 is connected between the power side and the load side, and the second switching device is connected between the power side and the ground.

또한, 제1스위칭소자(140) 및 제2스위칭소자(150) 사이에 제1스위칭소자(140)를 턴오프시키기 위해 역전압을 만들어 주는 제1커패시터(141)가 설치된다. 제1커패시터(141)는 정상 상태에서 부하측으로 공급되는 전류에 의해 충전되고, 계통의 이상 발생시 제2스위칭소자(150)를 턴온시키면 제1커패시터(141)의 전압이 제1스위칭소자(140)에 역전압을 발생시켜 제1스위칭소자(140)를 턴오프시킨다. 도면에 도시되지는 않았지만, 이와 같은 제1스위칭소자(140) 및 제2스위칭소자(150)도 제어부(미도시)에 의해 그 동작(온/오프 동작)이 제어된다. 본 실시례에서 이러한 제1스위칭소자(140) 및 제2스위칭소자(150)는 턴온/턴오프 제어 가능한 소자로써, 전력반도체 소자인 적어도 하나의 실리콘 제어 정류기(SCR)를 사용하는 것이 바람직하다.In addition, a first capacitor 141 that generates a reverse voltage to turn off the first switching device 140 is installed between the first switching device 140 and the second switching device 150. The first capacitor 141 is charged by the current supplied to the load side in a normal state, and when the second switching element 150 is turned on when a system error occurs, the voltage of the first capacitor 141 is reduced to the first switching element 140. The first switching device 140 is turned off by generating a reverse voltage. Although not shown in the drawing, the operation (on/off operation) of the first switching element 140 and the second switching element 150 is also controlled by a control unit (not shown). In this embodiment, the first switching device 140 and the second switching device 150 are devices capable of controlling turn-on/turn-off, and it is preferable to use at least one silicon controlled rectifier (SCR), which is a power semiconductor device.

제1스위칭소자(140)는 메인스위치(100)의 양단에 연결되어 전원측과 부하측 사이의 폐회로를 형성하도록 한다. 이로써 제1스위칭소자(140)가 턴온되면 메인스위치(100)를 통해 흐르는 전류가 제1스위칭소자(140)와 메인스위치(100)의 병렬 회로를 통해 분산되어 흐른다. 또한, 제2스위칭소자(150)는 전원측 양단에 연결되어 전원측의 전류가 전원측에서 그라운드를 통해 흐르도록 연결된다.The first switching element 140 is connected to both ends of the main switch 100 to form a closed circuit between the power side and the load side. Accordingly, when the first switching element 140 is turned on, the current flowing through the main switch 100 is distributed and flows through the parallel circuit between the first switching element 140 and the main switch 100. In addition, the second switching device 150 is connected to both ends of the power side so that a current from the power side flows through the ground from the power side.

본 실시례에서, 제1스위칭소자(140)는 턴온될 때 전원측에서 부하측으로 메인스위치(100)와 같은 방향의 전류가 흐르도록 설치되고, 제2스위칭소자(150)는 제1스위칭소자(140) 및 메인스위치(100)가 턴오프되었을 때 전원측에서 그라운드를 통해 전류가 흐르도록 설치된다. 제1스위칭소자(140)가 턴온된 상태에서 메인스위치(100)가 턴오프되면 메인스위치(100)에는 제1스위칭소자(140)의 턴온 전압(2~3V)이 걸리기 때문에 메인스위치(100)에서의 아크 발생을 제거할 수 있다.In this embodiment, when the first switching device 140 is turned on, the current in the same direction as the main switch 100 flows from the power side to the load side, and the second switching device 150 is the first switching device 140. ) And the main switch 100 is installed so that a current flows through the ground from the power side when turned off. When the main switch 100 is turned off while the first switching element 140 is turned on, the main switch 100 receives the turn-on voltage (2~3V) of the first switching element 140. It can eliminate the occurrence of arc in

도 7a는 제1스위칭소자(140)가 도통된 후 메인스위치(100)를 차단할 때 메인스위치(100)의 전압 전류 파형을 나타낸 도면이다. 또한, 제1스위칭소자(140)에 역전압을 인가하여 제1스위칭소자(140)를 턴오프시키면 제1스위칭소자(140)가 '0' 전류일 때 턴오프되기 때문에 제1스위칭소자(140)에는 아크가 발생하지 않는다.7A is a diagram showing a voltage and current waveform of the main switch 100 when the main switch 100 is shut off after the first switching device 140 is turned on. In addition, when the first switching device 140 is turned off by applying a reverse voltage to the first switching device 140, the first switching device 140 is turned off when the current is '0'. ) Does not generate an arc.

이를 위하여 제1스위칭소자(140)에 역전류가 흐르거나 역전압이 인가되어야 한다. 본 발명에서는 제1스위칭소자(140)와 제2스위칭소자(150) 사이에 연결된 제1커패시터(141)를 통해 제1스위칭소자(140)에 역전압을 인가하는 방법을 사용한다. 제1스위칭소자(140)가 턴온된 상태에서 메인스위치(100)를 턴오프시키고 제1스위칭소자(140)를 턴오프시키기 위해 제어부(미도시)에서 제2스위칭소자(150)를 턴온시킨다. 제2스위칭소자(150)가 턴온되면 제1스위칭소자(140)와 제2스위칭소자(150) 사이의 제1커패시터(141) 전압이 제1스위칭소자(140)에 역전압으로 걸리면서 제1스위칭소자(140)는 '0' 전류에서 턴오프된다.To this end, a reverse current or a reverse voltage must be applied to the first switching device 140. In the present invention, a method of applying a reverse voltage to the first switching element 140 through the first capacitor 141 connected between the first switching element 140 and the second switching element 150 is used. In order to turn off the main switch 100 and turn off the first switching device 140 while the first switching device 140 is turned on, the second switching device 150 is turned on by a control unit (not shown). When the second switching element 150 is turned on, the voltage of the first capacitor 141 between the first switching element 140 and the second switching element 150 is applied to the first switching element 140 as a reverse voltage, and the first switching is performed. The device 140 is turned off at a '0' current.

나아가, 본 실시례의 자기 소호 능력을 갖는 DC 차단기는 메인스위치(100)와 제1스위칭소자(140)의 출력단과 부하측 사이에 제2커패시터(142)가 연결된다. 이러한 제2커패시터(142)를 통해 제2스위칭소자(150)가 턴온될 때 부하측에 발생할 수 있는 과전압으로부터 회로를 보호한다.Further, in the DC circuit breaker having the self-extinguishing capability of the present embodiment, the second capacitor 142 is connected between the main switch 100 and the output terminal of the first switching element 140 and the load side. When the second switching device 150 is turned on through the second capacitor 142, the circuit is protected from overvoltage that may occur on the load side.

도 5는 본 발명의 실시례에 따른 정상 상태에서 자기 소호 능력을 갖는 DC 차단기에서의 전류 흐름을 보이는 개요도이다.5 is a schematic diagram showing a current flow in a DC circuit breaker having a self-extinguishing capability in a normal state according to an embodiment of the present invention.

도 5는 전원측에서 메인스위치(100)를 통해 부하측으로 전류를 공급하는 경우를 도시한다. 정상 상태에서 메인스위치(100)가 닫혀(도통) 있고, 제1스위칭소자(140) 및 제2스위칭소자(150)는 오프(개방)되어 제1스위칭소자(140) 및 제2스위칭소자(150)로는 전류가 흐르지 않는다. 따라서, 전원측에서 공급되는 전류는 메인스위치(100)를 통해 부하측으로 흐르게 된다.5 shows a case in which current is supplied from the power side to the load side through the main switch 100. In a normal state, the main switch 100 is closed (conducted), and the first switching device 140 and the second switching device 150 are turned off (opened), and the first switching device 140 and the second switching device 150 are turned off. ), no current flows. Accordingly, the current supplied from the power side flows to the load side through the main switch 100.

한편, 제1스위칭소자(140)와 제2스위칭소자(150) 사이에 연결된 제1커패시터(141)는 저항(151)을 통해서 DC 전압 +Vc가 충전된다. 이하에서는, 설명의 편의상 도 5에 도시된 바와 같이 전원측에서 부하측으로 전원이 공급될 때 제1커패시터(141)에 충전되는 전압을 '+Vc'로 표기하고, 이에 대하여 극성이 반전된 전압은 '-Vc'로 표기하기로 한다.Meanwhile, the first capacitor 141 connected between the first switching device 140 and the second switching device 150 is charged with a DC voltage +Vc through the resistor 151. Hereinafter, for convenience of explanation, as shown in FIG. 5, the voltage charged in the first capacitor 141 when power is supplied from the power side to the load side is indicated as'+Vc', and the voltage whose polarity is reversed is' It will be marked as -Vc'.

도 6은 본 발명의 실시례에 따른 자기 소호 능력을 갖는 DC 차단기의 계통에 이상 발생시 이상 전류 차단과정을 보이는 개요도이다.6 is a schematic diagram showing an abnormal current blocking process when an abnormality occurs in the system of a DC circuit breaker having a self-extinguishing capability according to an embodiment of the present invention.

우선, 상기의 도 5에서와 같은 정상 상태에서 제1커패시터(141)에 '+Vc'의 DC 전압이 충전되어 있다. 이 상태에서 계통에 이상이 발생하여 전류를 차단시키려면, 도 6a 및 도 6b에 도시된 바와 같이, 제어부에서 이상 발생을 감지하여 먼저 제1스위칭소자(140)를 온(ON)시키고 메인스위치(100)를 차단(OFF)시킨다. 그러면 메인스위치(100)가 차단 동작을 하는 동안, 전원측에서 메인스위치(100)를 통해 흐르는 전류는 메인스위치(100)와 제1스위칭소자(140)를 통해 흐르게 된다. 제어부는 제1스위칭소자(140)를 온 시킨후 수 ms 후에 턴온 시그널을 제거한다. 하지만, 제1스위칭소자(140)인 실리콘 제어 정류기(SCR)의 특성으로 제1스위칭소자(140)에 역전압 또는 역전류가 흐르지 않으면 제1스위칭소자(140)는 턴온 상태로 유지된다. 즉, 자연스럽게 제1스위칭소자(140)가 턴온된 후 메인스위치(100)가 완전 개방되며, 메인스위치(100)가 개방될 때 제1스위칭소자(140)의 온(ON) 전압만큼의 전압이 걸리게 되어 메인스위치(100)에서는 아크가 발생하지 않는다. 그러나, 이 상황은 제1스위칭소자(140)를 통해 전류가 흘러가는 상태이므로 전원측과 부하측 사이에 전류가 완전히 차단되지 않는 상태이다. 따라서, 전원측에서 부하측으로 흘러가는 전류를 완전히 차단하기 위해서는 다음 단계로 제1스위칭소자(140)를 차단시켜야 한다.First, a DC voltage of'+Vc' is charged in the first capacitor 141 in the normal state as shown in FIG. 5 above. In this state, in order to cut off the current due to the occurrence of an error in the system, as shown in FIGS. 6A and 6B, the control unit detects the occurrence of the abnormality and first turns on the first switching element 140, and the main switch ( 100) is blocked (OFF). Then, while the main switch 100 is in the cut-off operation, a current flowing through the main switch 100 from the power side flows through the main switch 100 and the first switching element 140. The control unit removes the turn-on signal several ms after turning on the first switching device 140. However, due to the characteristics of the silicon-controlled rectifier (SCR), which is the first switching element 140, if a reverse voltage or a reverse current does not flow through the first switching element 140, the first switching element 140 is maintained in a turned-on state. That is, after the first switching device 140 is naturally turned on, the main switch 100 is completely opened, and when the main switch 100 is opened, a voltage equal to the ON voltage of the first switching device 140 is As a result, an arc does not occur in the main switch 100. However, in this situation, since the current flows through the first switching device 140, the current is not completely cut off between the power supply side and the load side. Therefore, in order to completely cut off the current flowing from the power side to the load side, the first switching device 140 must be cut off as a next step.

이 상태에서, 도 6c에 도시된 바와 같이, 제2스위칭소자(150)를 턴온시키면 제1커패시터(141)의 -Vc 전압에 의해 제1스위칭소자(140)에는 역전압이 인가되므로 자연스럽게 제1스위칭소자(140)가 오프된다. -Vc에 의해 제1스위칭소자(140)가 오프되기 때문에 제1스위칭소자(140)가 오프될 때 제1스위칭소자(140)에 흐르는 전류는 '0'이 되어 제1스위칭소자(140)에도 아크가 발생하지 않는다. 제어부는 제2스위칭소자(150)의 턴온 신호 후 제2스위칭소자(150)의 턴온 시그널을 수 ms 후 바로 제거한다. 이는 제2스위칭소자(150)도 실리콘 제어 정류기(SCR)의 특성으로 역전압 또는 역전류가 흐르지 않으면 제2스위칭소자(150)는 턴온 상태로 유지되기 때문이다.In this state, as shown in FIG. 6C, when the second switching device 150 is turned on, a reverse voltage is applied to the first switching device 140 by the -Vc voltage of the first capacitor 141, so the first The switching element 140 is turned off. Since the first switching element 140 is turned off by -Vc, the current flowing through the first switching element 140 becomes '0' when the first switching element 140 is turned off, and the first switching element 140 is also No arcing occurs. The controller immediately removes the turn-on signal of the second switching device 150 after several ms after the turn-on signal of the second switching device 150. This is because the second switching device 150 is also maintained in a turned-on state when a reverse voltage or a reverse current does not flow due to the characteristic of the silicon controlled rectifier (SCR).

또한, 제2스위칭소자(150)도 제1스위칭소자(140)가 차단되면서 주 전류 회로가 사라지면 저항(151)을 통해서만 전류가 흐르게 되고, 이 전류치로는 계속 도통 상태를 유지할 수 없으므로 자연스럽게 차단된다. 따라서, 저항(151) 값을 설정할 때, 실리콘 제어 정류기(SCR)로 구성된 제2스위칭소자(150)가 도통 상태를 계속 유지할 수 있는 최소전류치(holding current) 보다 더 작게 흐르도록 설정하면 된다. 아니면 저항과 직렬로 연결된 트랜지스터(TR)를 추가하여 인위적인 소 전류 차단 기능을 부여할 수 있다.In addition, when the main current circuit disappears while the first switching device 140 is cut off, the second switching device 150 is also cut off naturally because current flows only through the resistor 151, and this current value cannot be maintained in a continuous state. . Therefore, when setting the value of the resistor 151, the second switching element 150 formed of the silicon controlled rectifier (SCR) may be set to flow smaller than a holding current capable of continuously maintaining the conduction state. Alternatively, an artificial small current blocking function can be provided by adding a transistor TR connected in series with a resistor.

한편, 도 4 내지 도 6에 도시된 메인스위치(100)는 모두 개방된 상태로 도시하였으나, 전류가 흐르는 도통 상태일 경우에는 폐쇠된 상태로 이해하는 것이 바람직하다.On the other hand, the main switch 100 shown in FIGS. 4 to 6 are all shown in an open state, but it is preferable to understand that the main switch 100 is in a closed state in the case of a conduction state through which current flows.

도 7은 스위치의 온 오프시 발생되는 전압/전류 파형을 나타낸 것이다. 도 7a는 메인스위치(100)에서의 전압/전류 파형을 나타낸 도면이고, 도 7b는 제2스위칭소자(150)를 온시킴으로써 제1스위칭소자(140)가 오프될 때 제1스위칭소자(140)의 전압 전류 및 메인스위치의 전압 전류를 나타낸 도면이다. 도 7c는 제2스위칭소자(150)를 도통시킬 때 과전압 보호용 커패시터(142)가 없는 부하측의 출력전압 상태를 나타낸 도면이고, 도 7d는 과전압 보호용 제2커패시터(142)를 포함하는 부하측의 출력전압 상태를 나타낸 도면이다.7 shows voltage/current waveforms generated when the switch is turned on and off. 7A is a diagram showing a voltage/current waveform in the main switch 100, and FIG. 7B is a first switching element 140 when the first switching element 140 is turned off by turning on the second switching element 150. It is a diagram showing the voltage current of and the voltage current of the main switch. 7C is a view showing the state of the output voltage on the load side without the overvoltage protection capacitor 142 when the second switching device 150 is turned on, and FIG. 7D is the output voltage on the load side including the second capacitor 142 for overvoltage protection. It is a diagram showing the state.

여기서, 본 발명인 자기 소호 능력을 갖는 DC 차단기는 메인스위치(100)의 재폐로(반복 투입) 동작이 가능하다는 특징이 있다. 즉, 메인스위치(100)와 제1스위칭소자(140)의 개방 이후 이상 상황이 제거되면, 제어부는 메인스위치(100)를 폐쇄시켜 전원측에서 부하측으로 전원을 공급하게 된다. 메인스위치(100)를 폐쇄시켜 전원을 공급하는 경우, 만약 이상 상황이 제거되지 않은 상태라면 전술한 과정들을 반복하도록 한다. 이러한 재폐로는 메인스위치(100)가 온(ON) 상태가 되면 부하측으로 흐르는 전류를 통해 제1커패시터(141)를 +Vc상태로 스스로 다시 충전 할 수 있기 때문에 가능한 것이다. 또한, 메인스위치(150)를 턴온시키면 제2스위칭소자(150)가 오픈된다.Here, the DC circuit breaker having the self-extinguishing capability of the present invention is characterized in that the main switch 100 is reclosed (repeatedly closed). That is, when the abnormal situation is removed after the main switch 100 and the first switching device 140 are opened, the control unit closes the main switch 100 to supply power from the power side to the load side. When the main switch 100 is closed to supply power, if the abnormal situation is not removed, the above-described processes are repeated. This reclosing is possible because when the main switch 100 is turned on, the first capacitor 141 can be recharged by itself to the +Vc state through the current flowing to the load side. In addition, when the main switch 150 is turned on, the second switching device 150 is opened.

상기에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 자기 소호 능력을 갖는 DC 차단기는 메인스위치(110)에 병렬로 연결된 제1스위칭소자(140)를 통해 전류를 분산 시킨 후 메인스위치(100)를 차단함으로써 메인스위치(100)에 발생할 수 있는 아크를 원천 차단하도록 한다. 또한, 메인스위치(100)를 통해 흐르는 전류로 제1커패시터(141)에 충전된 전압 +Vc를 이용해 제1스위칭소자(140)에 역전압을 인가함으로써 제1스위칭소자(140)가 '0' 전류 상태가 되도록 하여 아크를 소호함으로써, 아크를 통해 흐르는 이상 전류를 완전히 차단할 수 있다.As described above, the DC circuit breaker having the self-extinguishing capability according to the present invention distributes the current through the first switching element 140 connected in parallel to the main switch 110, and then blocks the main switch 100. The source of the arc that may occur in the switch 100 is to be cut off. In addition, by applying a reverse voltage to the first switching device 140 by using the voltage +Vc charged in the first capacitor 141 with the current flowing through the main switch 100, the first switching device 140 becomes '0'. By extinguishing the arc by making it a current state, it is possible to completely block the abnormal current flowing through the arc.

이상에서, 본 발명의 실시례를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합하거나 결합하여 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시례에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성 요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다. 또한, 이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재할 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.In the above, even if all the constituent elements constituting the embodiments of the present invention have been described as being combined into one or operating in combination, the present invention is not necessarily limited to these embodiments. That is, within the scope of the object of the present invention, all of the constituent elements may be selectively combined and operated in one or more. In addition, terms such as "include", "consist of" or "have" described above mean that the corresponding component may be present unless otherwise stated, excluding other components. It should not be construed as being able to further include other components. All terms, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art, unless otherwise defined, to which the present invention belongs. Terms generally used, such as terms defined in the dictionary, should be interpreted as being consistent with the meaning of the context of the related technology, and are not interpreted as ideal or excessively formal meanings unless explicitly defined in the present invention.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 게시된 실시례들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시례에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The above description is merely illustrative of the technical idea of the present invention, and those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains will be able to make various modifications and variations without departing from the essential characteristics of the present invention. Accordingly, the embodiments posted in the present invention are not intended to limit the technical idea of the present invention, but to explain the technical idea, and the scope of the technical idea of the present invention is not limited by these embodiments. The scope of protection of the present invention should be interpreted by the following claims, and all technical ideas within the scope equivalent thereto should be construed as being included in the scope of the present invention.

100 : 메인스위치 140 : 제1스위칭소자
141 : 제1커패시터 142 : 제2커패시터
150 : 제2스위칭소자 151 : 저항100: main switch 140: first switching element
141: first capacitor 142: second capacitor
150: second switching element 151: resistance

Claims

In a DC circuit breaker having a self-extinguishing ability to block a one-way current flowing through a direct current (DC) line,
A main switch connected and opened and closed between one end of the power side and one end of the load side of the DC line;
A first switching element connected in parallel with the main switch;
A second switching element connected to a power side and a ground side of the DC line;
A first capacitor connected between the first switching element and the second switching element to turn off the first switching element; And
A DC circuit breaker having a self-extinguishing capability, comprising a control unit configured to detect an abnormality occurring in the DC line system and control the main switch, the first switching element, and the second switching element.

The method of claim 1,
DC circuit breaker having a self-extinguishing capability further comprising a second capacitor for protecting the overvoltage of the load side when the second switching element is turned on.

The method of claim 1,
The first switching device is a DC circuit breaker having a self-extinguishing ability to conduct a current in the same direction as the direction of the current flowing through the main switch from the power side to the load side.

The method of claim 1,
The first capacitor is charged through a current flowing to the power side in a normal state,
A DC circuit breaker having a self-extinguishing capability in which a reverse voltage required for turning off the first switching device is applied through the first capacitor.

The method of claim 1,
Normally, only the main switch is turned on,
A DC circuit breaker having a self-extinguishing capability that turns on the first switching element when an abnormality occurs in the DC line system, and blocks the main switch after a certain period of time after the first switching element is turned on.

The method of claim 5,
A DC circuit breaker having a self-extinguishing capability of turning on the second switching device after the main switch is cut off to turn off the first switching device without generating an arc.

The method according to any one of claims 1 to 6,
The first switching element and the second switching element,
DC circuit breaker with self-extinguishing capability consisting of at least one of controllable power semiconductor switches.