KR102274612B1 - 아크 소호 기능을 갖는 차단기 및 이를 이용한 보호 계전 시스템 - Google Patents

아크 소호 기능을 갖는 차단기 및 이를 이용한 보호 계전 시스템 Download PDF

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윤병근
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엘지전자 주식회사
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    • H01H73/18—Means for extinguishing or suppressing arc

Abstract

본 발명은 아크 소호 기능을 갖는 차단기 및 이를 이용한 보호 계전 시스템에 대해 제시한다.
본 발명의 실시예에 따른 차단기는 송전 선로를 통해 입력되는 전류를 분배하고 역전압을 형성하는 과정을 통해서 메인 스위치가 차단되도록 제어함으로써, 아크 영향을 받지 않도록 메인 스위치를 차단하고, 보다 안정적인고 단순화된 회로 구조로 차단기를 설계할 수 있는 효과를 이룰 수 있다.

Description

아크 소호 기능을 갖는 차단기 및 이를 이용한 보호 계전 시스템{CIRCUIT BREAKER HAVING ARC EXTINGUISHING FUNCTION AND PROTECTIVE RELAY SYSTEM USING THE SAME}
본 발명은 아크 소호 기능을 갖는 차단기 및 이를 이용한 보호 계전 시스템에 관한 것이다.
보호 계전 시스템에 구비되는 고전압 DC 차단기(Circuit Breaker)는 고전압 직류(HVDC; High Voltage Direct Current) 송전 선로나 전력 계통을 통해 흐르는 전류를 차단할 수 있는 스위칭 장치이다. 이러한, 고전압 DC 차단기는 전력 계통 및 배전반 등과 연결된 선로 상에 설치되어, 일측 또는 타측의 배전반이나 주변 부하기기 등에 고장이 발생하면 고장이 발생한 측으로 전류가 전송되지 않도록 차단하는 역할을 한다.
구체적으로, 고전압 DC 차단기들은 주변 부하기기나 송전 시스템 또는 전력 계통에서 고장 전류가 감지되면, 해단 송전 선로와 연결된 메인 스위치를 개방(Open)시킴으로써 고장 전류의 유입을 차단시키게 된다.
하지만, DC 송전 선로로 입력되는 전류의 경우는 0(zero)점이 존재하지 않기 때문에 메인 스위치의 개방시 메인 스위치의 단자간에 발생한 아크(arc)가 소호되지 않고, 고장 전류가 아크를 통해 지속적으로 흐르게 되어 고장 전류를 차단하지 못하게 되는 문제점이 있었다.
도 1은 종래 기술에 따른 DC 차단기를 나타낸 회로 구성도이다.
도 1을 참조하면, 종래의 DC 차단기는 메인 스위치(11)를 차단시키기 위해 적어도 하나의 전환 스위치(14,15)로 전류 흐름을 전환한 후, LC 공진회로(13)와 양방향 스위치(16)를 이용하여 역방향 전류를 만들어서 메인 스위치(11)에 역방향 전류가 흐르도록 했다. 그리고, 역방향 전류를 별도의 전류 감지 센서로 감지해서 역방향 전류가 0점이 되었을 때, 메인 스위치(11)를 차단했다.
이와 같은 종래의 DC 차단기를 이용하면 메인 스위치(11)에 흐르는 전류가 0이되어 아크가 발생되지는 않지만, 종래의 DC 차단기를 이용하는 방법은 역방향 전류를 별도도 감지하기 위한 별도의 전류 감지 센서와 전류 측정 회로 등이 추가로 구성되도록 해야 했다. 따라서, 종래의 DC 차단기는 회로 구조가 복잡하게 설계될 수밖에 없었고 그 부피가 증가될 수밖에 없는 문제가 있었다.
또한, 종래의 DC 차단기는 입력 전류나 역방향 전류가 0이되는 시점을 정확하게 감지해야 하나, 0이되는 시점을 정확하게 감지하기가 어렵기 때문에 메인 스위치(11)를 차단시키는 타이밍의 정확도는 저하될 수밖에 없었다.
또한, 종래의 DC 차단기는 메인 스위치(11)에 발생할 수 있는 아크의 영향을 최소화시키기 위해 메인 스위치(11)의 접점 즉, 메인 스위치(11)의 연결 단자간 이격 거리를 되도록 넓게 형성해야 했다. 이에, 종래의 DC 차단기는 그 부피가 더욱 증가될 수밖에 없었다.
본 발명의 목적은 메인 스위치로 인가되는 전류를 분배하고 전류가 분배되는 노드에 역전압이 형성되도록 함으로써, 메인 스위치의 턴-온프(turn-off) 전환시에도 아크가 발생되지 않도록 할 수 있는 아크 소호 기능을 갖는 차단기 및 이를 이용한 보호 계전 시스템을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 메인 스위치로 인가되는 전류가 적어도 하나의 반도체 정류 소자를 통해 분배되는 기간 중에 메인 스위치를 턴-온프시킬 수 있도록 함으로써, 메인 스위치의 턴-온프 타이밍을 안정적으로 용이하게 제어할 수 있는 차단기 및 이를 이용한 보호 계전 시스템을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 메인 스위치의 턴-오프시에 전류가 분배되는 노드에는 캐패시터로 역전압을 형성해서 아크가 발생되지 않도록 제어함으로써, 아크 발생을 방지하는 회로 구조를 단순화할 수 있는 차단기 및 이를 이용한 보호 계전 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
본 발명의 실시 예에 따른 차단기 및 이를 이용한 보호 계전 시스템은 송전 선로를 통해 입력되는 전류를 분배하고 역전압을 형성하는 과정을 통해서 메인 스위치가 차단되도록 제어함으로써, 아크 영향을 받지 않도록 메인 스위치를 차단한다.
차단기는 송전 선로와 배전반 또는 부하기기 간에 직렬로 배치된 메인 스위치, 메인 스위치와는 병렬 구조로 배치된 제1 정류 스위치, 메인 스위치 및 제1 정류 스위치와는 병렬 구조로 송전 선로와 배전반 또는 부하기기의 접지단 사이에 배치된 제2 정류 스위치를 포함하도록 구성된다. 그리고, 제2 정류 스위치와 부하 기기 접지단 사이에는 안정화 저항소자가 직렬로 배치되도록 하고, 제2 정류 스위치와 안정화 저항소자의 사이 노드 및 제1 정류 스위치의 출력 노드 간에는 역전압 캐패시터가 배치되도록 한다.
이에, 제1 정류 스위칭 신호는 송전 선로의 고장 감지시 제1 정류 스위치가 턴-온되도록 공급하고, 제2 정류 스위칭 신호는 제1 정류 스위치가 턴-온 상태이고 메인 스위치가 턴-오프 상태로 가변되면 제2 정류 스위치가 턴-온되도록 공급한다. 따라서, 송전 선로를 통해 입력되는 전류를 분배하고 역전압을 형성하는 과정을 통해서 메인 스위치가 차단되도록 제어한다.
본 발명의 실시예에 따른 차단기 및 이를 이용한 보호 계전 시스템은 적어도 하나의 반도체 정류 소자를 이용해서 메인 스위치의 전류를 분배한 후 메인 스위치의 턴-온프시켜서 아크가 발생되지 않도록 할 수 있다. 이에, 전류 감지 센서와 전류 측정 회로 등을 별도로 추가하지 않고도 단순한 회로 구조로 차단기를 설계할 수 있다.
또한, 본 발명은 메인 스위치의 전류가 분배되는 기간 중에 메인 스위치를 턴-온프시킬 수 있도록 함으로써 메인 스위치의 턴-온프 타이밍을 안정적으로 용이하게 제어할 수 있다. 이에, 메인 스위치에 대한 안전성을 높이고 차단기의 신뢰성을 더욱 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 캐패시터를 이용해서 반도체 정류 소자에 역전압을 형성해서 반도체 정류 소자의 전류 흐름을 차단시킬 수 있도록 함으로써, 메인 스위치가 아크 영향을 받지 않도록 할 수 있다. 이에, 메인 스위치의 연결 단자간 이격 거리를 좁힐 수 있도록 해서 더욱 단순한 회로 구조로 차단기를 설계할 수 있다.
상술한 효과와 더불어 본 발명의 구체적인 효과는 이하 발명을 실시하기 위한 구체적인 사항을 설명하면서 함께 기술한다.
도 1은 종래 기술에 따른 DC 차단기를 나타낸 회로 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 차단기 및 이를 이용한 보호 계전 시스템을 구체적으로 나타낸 구성도이다.
도 3은 도 2에 도시된 차단기를 구체적으로 나타낸 등가 회로 구성도이다.
도 4는 도 3의 메인 스위치와 제1 정류 스위치 및 제2 정류 스위치로 각각 입력되는 제어신호들의 타이밍도이다.
도 5는 정상 동작 기간의 차단기 제어 동작 및 전류 흐름을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 메인 스위치 턴-오프시의 차단기 제어 동작 및 전류 흐름을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 제1 정류 스위치 턴-오프시의 차단기 제어 동작 및 전류 흐름을 설명하기 위한 도면이다.
전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 구성요소를 가리키는 것으로 사용된다.
또한, 제1, 제2 등의 기재는 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것으로, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 제1 구성요소는 제2 구성요소일 수도 있음은 물론이다.
명세서 전체에서, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 각 구성요소는 단수일 수도 있고 복수일 수도 있다. 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계를 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.
본 발명에 따른 차단기 및 차단기가 적용된 보호 계전 시스템은 배전반, 분배기, 변압기 등의 다양한 전력기기들에 적용될 수 있으며, 수용가의 부하기기에도 적용될 수 있다. 본 발명에서의 부하기기는 공기 조화기와 냉장고 외에도 세탁기, 건조기, 에어컨, 제습기, 조리기기, 청소기 등의 가전기기, 및 사무기기와 산업용 기기 등이 될 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 아크 소호 기능을 갖는 차단기 및 이를 이용한 보호 계전 시스템에 대해 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 차단기 및 이를 이용한 보호 계전 시스템을 구체적으로 나타낸 구성도이다.
도 2에 도시된 보호 계전 시스템은 전력 공급부(100), 제어기(200), 차단기(300), 및 배전반이나 가전기기 등의 부하기기(400)를 포함한다.
전력 공급부(100)는 태양광 발전 시스템, 배전반, 송/배전 시스템, 배터리 시스템 중 적어도 어느 하나의 분배 장치나 전력 공급 시스템 등으로 구성될 수 있다. 그리고, 송전 선로는 배전 라인이나 전력 계통 라인이 될 수 있다. 이렇게, 태양광 발전 시스템 등으로 구성되는 전력 공급부(100)는 미리 설정된 용량의 직류 전류를 송전 선로로 공급할 수 있다.
차단기(300)는 송전 선로로부터의 고장 전류가 배전반 등의 전력기기나 수용가의 부하기기(400) 등으로 공급되지 않도록 차단한다.
구체적으로, 차단기(300)는 제어기(200)의 제어에 따라서 전력 계통이나 송전 선로 등을 통해 입력되는 전류를 분배하고 역전압을 형성함으로써, 송전 선로로부터의 고장 전류가 수용가의 부하기기(400) 등으로 공급되지 않도록 차단한다.
송전 선로로부터 입력되는 직류 전류 차단시, 먼저 차단기(300)는 제어기(200)로부터 입력되는 복수의 스위칭 제어신호에 응답해서 송전 선로를 통해 입력되는 직류 전류를 병렬로 연결된 메인 스위치 연결 노드와 제1 정류 스위치 연결 노드로 각각 분배해서 부하기기(400)로 공급한다. 그리고, 메인 스위치를 턴-오프시킴으로써, 송전 선로를 통해 입력되는 직류 전류는 제1 정류 스위치 연결 노드로만 흐르도록 한다. 이어, 차단기(300)는 제1 정류 스위치와 병렬로 연결된 제2 정류 스위치를 이용해서 제1 정류 스위치에 역전압이 형성 및 공급되도록 한다. 이에, 역전압이 공급된 제1 정류 스위치는 턴-오프된다. 이와 같은, 차단기(300)는 아크가 발생되지 않도록 서로 병렬로 연결된 메인 스위치 연결 노드와 제1 정류 스위치 연결 노드를 모두 차단시킴으로써, 송전 선로로부터 입력되는 직류 전류는 제2 정류 스위치를 통해 접지나 그라운드 등으로 흐르도록 한다.
본 발명에 따른 차단기(300)의 세부 구성 요소와 그 동작 특성에 대해서는 이후에 첨부된 도면을 참조하여 더욱 구체적으로 설명하기로 한다.
제어기(200)는 송전 선로 또는 차단기(300)로 입력되는 고장 전류를 실시간으로 감지한다. 그리고, 고장 전류 감지시, 차단기(300)가 차단 동작을 수행하도록 복수의 스위칭 제어신호를 생성해서 전송한다.
구체적으로, 제어기(200)는 적어도 하나의 전류 검출기 및 계전기 등을 이용해서 송전 선로 또는 차단기(300)로 입력되는 전류량 변화를 실시간으로 감지한다. 그리고, 송전 선로 또는 차단기(300)로 입력되는 고장 전류를 감지하면, 차단기(300)가 미리 설정된 순서대로 동작해서 송전 선로로부터의 고장 전류를 차단하도록 복수의 스위칭 제어신호를 순차적으로 생성한다. 그리고, 순차적으로 복수의 스위칭 제어신호를 차단기(300)로 공급함으로써, 차단기(300)가 아크 발생 없이 고장 전류를 차단시킬 수 있도록 제어한다.
도 3은 도 2에 도시된 차단기를 구체적으로 나타낸 등가 회로 구성도이다.
도 3에 도시된 차단기(300)는 메인 스위치(MT), 제1 정류 스위치(ST1), 제2 정류 스위치(ST2), 역전압 캐패시터(C), 및 안정화 저항 소자(R)를 포함한다.
도 3을 참조하면, 메인 스위치(MT)는 송전 선로로부터 입력되는 전류를 부하기기(400)로 전송할 수 있도록 송전 선로와 부하기기(400) 간에 직렬로 배치된다. 메인 스위치(MT)는 적어도 하나의 보호 계전 스위치를 포함해서 구성된다. 이에, 메인 스위치(MT)는 제어기(200)로부터 입력되는 메인 스위칭 신호에 응답해서 턴-온/턴-오프됨으로써, 송전 선로로부터 입력되는 전류를 배전반이나 부하기기로 전송하거나 차단한다.
제1 정류 스위치(ST1)는 메인 스위치(MT)와는 병렬 구조로 송전 선로와 부하기기(400) 간에 배치된다. 제1 정류 스위치(ST1)는 사이리스터(thyristor) 등의 실리콘 제어 정류소자로 구성될 수 있다. 실리콘 제어 정류소자는 소형이고 응답 속도가 빠르며, 대전력을 미소한 압력으로 제어할 수 있을 뿐 아니라 수명이 반영구적이고 단단하므로 릴레이, 인버터, 펄스 회로 등 대전류 및 고전압 제어용으로 사용될 수 있다. 이에, 제1 정류 스위치(ST1)는 제어기(200)로부터 입력되는 제1 정류 스위칭 신호에 응답해서 턴-온되며, 턴-온시에는 송전 선로로부터 입력되는 메인 스위치(MT)의 분배 전류를 배전반이나 부하기기(400) 등으로 전송한다.
역전압 캐패시터(C)는 제1 정류 스위치(ST1)와는 병렬 구조로 제2 정류 스위치(ST2)와 안정화 저항소자(R)의 사이 노드 및 제1 정류 스위치(ST1)의 출력 노드 간에 배치된다. 이에, 메인 스위치(MT) 및 제1 정류 스위치(ST1)를 통해 송전 선로의 직류 전류가 입력되는 기간에는 역전압 캐패시터(C)의 일단에 고전압이 걸려서 역전압 캐패시터(C)는 충전된다. 이렇게, 제1 정류 스위치(ST1)를 통해 송전 선로의 직류 전류(또는, 메인 스위치(MT)의 분배 전류)가 배전반이나 부하기기(400) 등으로 전송되는 기간 중에 메인 스위치(MT)가 아크 발생 없이 안전하게 턴-오프될 수 있다.
제2 정류 스위치(ST2)는 메인 스위치(MT) 및 제1 정류 스위치(ST1)와는 병렬 구조로 송전 선로와 부하 기기(400) 또는 배전반 등의 접지단 사이에 연결된다. 제2 정류 스위치(ST2) 또한 제1 정류 스위치(ST1)와 마찬가지로 사이리스터(thyristor) 등의 실리콘 제어 정류소자로 구성될 수 있다. 안정화 저항소자(R)는 제2 정류 스위치(ST2)와 직렬 구조로 제2 정류 스위치(ST2)와 부하 기기(400) 또는 배전반 등의 접지단 사이에 배치된다. 이러한 구조에 따라, 제2 정류 스위치(ST2)는 제어기(200)로부터 입력되는 제2 정류 스위칭 신호에 응답해서 송전 선로로부터 입력되는 전류를 역전압 캐패시터(C)로 전송함으로써, 역전압 캐패시터(C)가 제1 정류 스위치(ST1)의 출력단으로 역전압을 공급하도록 제어한다.
제2 정류 스위치(ST2)가 제2 정류 스위칭 신호에 응답해서 턴-온되면 송전 선로로부터의 직류 전류가 역전압 캐패시터(C)로 공급되고, 역전압 캐패시터(C)의 타단에 고전압이 걸려서 역전압 캐패시터(C)는 충전되었던 고전압을 제1 정류 스위치(ST1)의 출력단으로 방전시키게 된다.
도 4는 도 3의 메인 스위치와 제1 정류 스위치 및 제2 정류 스위치로 각각 입력되는 제어신호들의 타이밍도이다.
도 3을 참조하면, 제어기(200)는 송전 선로의 고장 전류 감지시, 차단기(300)가 미리 설정된 순서대로 동작해서 송전 선로로부터의 고장 전류를 차단하도록 복수의 스위칭 제어신호를 순차적으로 생성하고 차단기(300)로 공급한다.
구체적으로, 제어기(200)는 송전 선로를 통해 안정적으로 직류 전류가 입력되는 기간(M1)에는 메인 스위칭 신호(Sk1)만 메인 스위치(MT)로 공급해서 메인 스위치(MT)를 통해 배전반이나 부하기기로 직류 전류가 공급될 수 있도록 한다.
반면, 고장 전류 감지시(S1) 제어기(200)는 먼저 제1 정류 스위칭 신호(Sk2)를 제1 정류 스위치(ST1)로 공급함으로써, 제1 정류 스위치(ST1)가 턴-온되도록 한다. 제1 정류 스위치(ST1)의 턴-온시에는 송전 선로로부터 입력되는 메인 스위치(MT)의 분배 전류를 배전반이나 부하기기(400) 등으로 전송하게 된다. 메인 스위치(MT) 및 제1 정류 스위치(ST1)를 통해 송전 선로의 직류 전류가 입력되는 기간에는 역전압 캐패시터(C)가 충전된다.
이후, 제어기(200)는 제1 정류 스위치(ST1)를 통해 송전 선로의 직류 전류(또는, 메인 스위치(MT)의 분배 전류)가 배전반이나 부하기기(400) 등으로 전송되는 기간 중에 메인 스위칭 신호(Sk1)를 차단(S2)해서 메인 스위치(MT)를 턴-오프시킬 수 있다. 제1 정류 스위치(ST1)를 통해 송전 선로의 직류 전류가 흐르고 있으므로, 메인 스위치(MT)가 아크 발생 없이 안전하게 턴-오프될 수 있다.
이어, 제어기(200)는 제2 정류 스위칭 신호(Sk3)를 제2 정류 스위치(ST2)로 공급함으로써, 제2 정류 스위치(ST2)가 턴-온되도록 한다. 제2 정류 스위치(ST2)는 턴-온시 송전 선로로부터 입력되는 전류를 역전압 캐패시터(C)로 전송함으로써(S3), 역전압 캐패시터(C)가 제1 정류 스위치(ST1)의 출력단으로 역전압을 방전시키도록 제어한다. 소정의 딜레이 기간(Td) 동안에 역전압 캐패시터(C)에 충전되었던 고전압이 제1 정류 스위치(ST1)의 출력단으로 방전되면, 제1 정류 스위치(ST1)의 소자 특성상 제1 정류 스위치(ST1)는 역전압에 걸려 턴-오프 전환된다. 이렇게, 제1 정류 스위치(ST1)에 역전압을 형성해서 제1 정류 스위치(ST1)를 턴-오프시키고, 역전압 캐패시터(C)가 방전되면 제2 정류 스위치(ST2)로부터의 전류가 접지단으로 도통되도록 함으로써(M3), 메인 스위치(MT)는 아크 영향을 받지 않도록 할 수 있다.
이하, 제어기(200)의 제어에 따른 차단기(300)의 차단 제어 동작을 순차적으로 설명하면 다음과 같다.
도 5는 정상 동작 기간의 차단기 제어 동작 및 전류 흐름을 설명하기 위한 도면이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 제어기(200)는 송전 선로를 통해 안정적으로 직류 전류가 입력되는 기간(M1)에는 메인 스위칭 신호(Sk1)만 메인 스위치(MT)로 공급해서 메인 스위치(MT)를 통해 배전반이나 부하기기로 직류 전류가 공급될 수 있도록 한다.
차단기(300)의 메인 스위치(MT)는 턴-온 제어를 위한 메인 스위칭 신호(Sk1)에 응답해서 송전 선로로부터 입력되는 전류를 배전반이나 부하기기(400)로 전송한다.
도 6은 메인 스위치 턴-오프시의 차단기 제어 동작 및 전류 흐름을 설명하기 위한 도면이다.
도 4 및 도 6을 참조하면, 송전 선로를 통한 고장 전류 감지시(S1), 제어기(200)는 제1 정류 스위칭 신호(Sk2)를 제1 정류 스위치(ST1)로 공급함으로써, 제1 정류 스위치(ST1)가 턴-온되도록 한다.
제1 정류 스위치(ST1)는 제1 정류 스위칭 신호(Sk2)에 응답해서 턴-온되고, 턴-온시 송전 선로로부터 입력되는 전류를 부하기기(400)로 전송한다. 즉, 제1 정류 스위치(ST1)의 턴-온시에는 송전 선로로부터 입력되는 메인 스위치(MT)의 분배 전류를 배전반이나 부하기기(400) 등으로 전송하게 된다.
이와 같이, 메인 스위치(MT) 및 제1 정류 스위치(ST1)를 통해 송전 선로의 직류 전류가 입력되는 기간에는 역전압 캐패시터(C)가 충전(Vc(+))된다.
이어, 제어기(200)는 제1 정류 스위치(ST1)를 통해 송전 선로의 직류 전류(또는, 메인 스위치(MT)의 분배 전류)가 배전반이나 부하기기(400) 등으로 전송되는 기간 중에 메인 스위칭 신호(Sk1)를 차단(S2)해서 메인 스위치(MT)를 턴-오프시킬 수 있다. 제1 정류 스위치(ST1)를 통해 송전 선로의 직류 전류가 흐르고 있으므로, 메인 스위치(MT)가 아크 발생 없이 안전하게 턴-오프될 수 있다.
도 7은 제1 정류 스위치 턴-오프시의 차단기 제어 동작 및 전류 흐름을 설명하기 위한 도면이다.
도 4 및 도 7을 참조하면, 메인 스위치(MT)의 턴-오프 이후, 제어기(200)는 제2 정류 스위칭 신호(Sk3)를 제2 정류 스위치(ST2)로 공급함으로써, 제2 정류 스위치(ST2)가 턴-온되도록 한다. 이에, 제2 정류 스위치(ST2)는 제2 정류 스위칭 신호(Sk3)에 응답해서 송전 선로의 직류 전류를 역전압 캐패시터(C)로 전송하고, 역전압 캐패시터(C)는 제1 정류 스위치(ST1)의 출력단으로 역전압을 방전시킨다. 이렇게, 소정의 딜레이 기간(Td) 동안에 역전압 캐패시터(C)의 고전압이 제1 정류 스위치(ST1)의 출력단으로 방전되면, 제1 정류 스위치(ST1)는 턴-오프 전환되고 제2 정류 스위치(ST2)로부터의 전류는 접지단으로 도통된다.
이후에, 송전 선로를 통해 안정적으로 직류 전류가 입력되면, 제어기(200)는 메인 스위칭 신호(Sk1)만을 다시 메인 스위치(MT)로 공급해서 메인 스위치(MT)를 통해 배전반이나 부하기기로 직류 전류가 공급되도록 할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 차단기 및 이를 이용한 보호 계전 시스템은 적어도 하나의 반도체 정류 소자, 즉 제1 및 제2 정류 스위치(ST1,ST2)를 이용해서 메인 스위치(MT)의 전류를 분배한 후 메인 스위치(MT)의 턴-온프시켜서 아크가 발생되지 않도록 할 수 있다. 이에, 전류 감지 센서와 전류 측정 회로 등을 별도로 추가하지 않고도 단순한 회로 구조로 차단기를 설계할 수 있다.
또한, 본 발명은 메인 스위치(MT)의 전류가 분배되는 기간 중에 메인 스위치(MT)를 턴-온프시킬 수 있도록 함으로써 메인 스위치(MT)의 턴-온프 타이밍을 안정적으로 용이하게 제어할 수 있다. 이에, 메인 스위치(MT)에 대한 안전성을 높이고 차단기의 신뢰성을 더욱 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 역전압 캐패시터(C)를 이용해서 제1 및 제2 정류 스위치(ST1,ST2)에 역전압을 형성해서 제1 및 제2 정류 스위치(ST1,ST2)의 전류 흐름을 차단시킬 수 있도록 함으로써, 메인 스위치(MT)가 아크 영향을 받지 않도록 할 수 있다. 이에, 메인 스위치(MT)의 연결 단자간 이격 거리를 좁힐 수 있도록 해서 더욱 단순한 회로 구조로 차단기를 설계할 수 있다.
이상과 같이 본 발명에 대해서 예시한 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시 예와 도면에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 통상의 기술자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 자명하다. 아울러 앞서 본 발명의 실시 예를 설명하면서 본 발명의 구성에 따른 작용 효과를 명시적으로 기재하여 설명하지 않았을지라도, 해당 구성에 의해 예측 가능한 효과 또한 인정되어야 함은 당연하다.
100: 전력 공급부
200: 제어기
300: 차단기
400: 부하기기
MT: 메인 스위치
ST1: 제1 정류 스위치
ST2: 제2 정류 스위치
C: 역전압 캐패시터

Claims (11)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 송전 선로로 전류를 공급하는 전력 공급부;
    상기 송전 선로를 통해 입력되는 전류를 분배하고 역전압을 형성해서 상기 송전 선로로부터의 고장 전류가 배전반 또는 부하기기로 공급되지 않도록 차단하는 차단기; 및
    상기 송전 선로 또는 차단기로 입력되는 고장 전류를 감지해서 상기 차단기가 차단 동작을 수행하도록 복수의 스위칭 제어신호를 생성 및 전송하는 제어기를 포함하고,
    상기 제어기는
    상기 송전 선로의 고장 전류 감지시에 상기 차단기의 메인 스위치에 병렬로 연결된 제1 정류 스위치를 턴-온 제어해서 상기 송전 선로의 전류가 상기 제1 정류 스위치를 통해서도 상기 차단기의 역전압 캐패시터, 및 상기 배전반이나 상기 부하기기로 분배되도록 하고,
    상기 제1 정류 스위치를 통해 상기 송전 선로의 전류가 분배되면 상기 메인 스위치를 턴-오프 차단시키는 보호 계전 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 차단기는
    상기 메인 스위치 및 상기 제1 정류 스위치와는 병렬 구조로 상기 송전 선로와 상기 배전반 또는 부하기기의 접지단 사이에 배치된 제2 정류 스위치; 및
    상기 제2 정류 스위치와 상기 부하 기기 접지단 사이에 직렬로 배치된 안정화 저항소자를 더 포함하고,
    상기 역전압 캐패시터는
    상기 제2 정류 스위치와 상기 안정화 저항소자의 사이 노드 및 상기 제1 정류 스위치의 출력 노드 간에 배치된 보호 계전 시스템.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 메인 스위치는
    상기 복수의 스위칭 제어신호 중 메인 스위칭 신호에 응답해서 상기 송전 선로로부터 입력되는 전류를 상기 배전반이나 상기 부하기기로 전송하거나 차단하고,
    상기 제1 정류 스위치는
    상기 복수의 스위칭 제어신호 중 제1 정류 스위칭 신호에 응답해서 상기 송전 선로로부터 입력되는 전류를 상기 배전반이나 상기 부하기기로 전송하며,
    상기 제2 정류 스위치는
    상기 복수의 스위칭 제어신호 중 제2 정류 스위칭 신호에 응답해서 상기 송전 선로로부터 입력되는 전류를 상기 역전압 캐패시터로 전송함으로써, 상기 역전압 캐패시터에 충전된 전압이 상기 제1 정류 스위치에 역전압으로 공급되도록 제어하는,
    보호 계전 시스템.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 정류 스위치는
    상기 제1 또는 제2 정류 스위칭 신호에 응답해서 턴-온되고, 역전압 인가시 턴-오프되는 적어도 하나의 실리콘 제어 정류소자를 포함하는,
    보호 계전 시스템.
  10. 삭제
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 제어기는
    상기 송전 선로의 고장 감지시, 상기 제1 정류 스위치가 턴-온되도록 제1 정류 스위칭 신호를 생성해서 상기 상기 제1 정류 스위치로 공급하고,
    상기 제1 정류 스위치가 턴-온 상태이고 상기 메인 스위치가 턴-오프 상태로 가변되면 상기 제2 정류 스위치가 턴-온되도록 상기 제2 정류 스위칭 신호를 생성해서 상기 제2 정류 스위치로 공급하는,
    보호 계전 시스템.
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