KR102386178B1 - 직류 차단 장치 및 그 이상 검출방법 - Google Patents

직류 차단 장치 및 그 이상 검출방법 Download PDF

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Abstract

직류 차단 장치는 직류전원으로부터의 전류를 부하에 흐르게 하는 회로를 가지는 직류 차단 장치에 있어서, 회로는, 제1 스위치(SW1)와, 제2 스위치(SW2)와, 제3 스위치(SW3)와, 제1 스위치(SW1)에 일측 단자가 연결된 제1 다이오드(D1)와, 제1 다이오드(D1)에 일측 단자가 연결되고 제1 스위치(SW1)의 타측 단자에 타측 단자가 연결된 커패시터(C)와, 제1 스위치(SW1)에 일측 단자가 연결된 제1 저항(R1)과, 제1 저항(R1)에 일측 단자가 연결되고 제1 스위치(SW1)의 타측 단자에 타측 단자가 연결된 제2 저항(R2) 및 부하에 병렬 연결되어 커패시터(C)의 전압이 상승하는 것을 방지하는 제2 다이오드(D2)를 포함하고, 제1 저항(R1)과 제2 저항(R2)의 사이의 선로와 제1 다이오드(D1)와 커패시터(C) 사이의 선로는 서로 연결되어 있고, 제1 스위치(SW1)는 제2 스위치(SW2) 및 제3 스위치(SW3)와 일정한 시간차를 갖고 온 또는 오프되고, 직류 차단 장치가 개방 상태에서 투입 상태로 전환되는 경우 제2 스위치(SW2) 및 제3 스위치(SW3)가 먼저 온 되고 설정시간 후에 제1 스위치(SW1)가 온 되거나, 제1 스위치(SW1)가 먼저 온 되고 설정시간 후에 제2 스위치(SW2) 및 제3 스위치(SW3)가 온 되고, 직류 차단 장치가 투입 상태에서 개방 상태로 전환되는 경우 제1 스위치(SW1)가 먼저 오프되고 설정시간 후에 제2 스위치(SW2) 및 제3 스위치(SW3)가 오프된다.

Description

직류 차단 장치 및 그 이상 검출방법{DC CUTOFF APPARATUS AND METHOD FOR DETECTING ABNORMALITY OF THE DC CUTOFF APPARATUS}
본 발명은 아크의 발생을 억제하는 직류 차단 장치 및 그 이상 검출방법에 관한 것이다.
최근에는 직류 배전시장이 증가하는 추세이며, 신 재생에너지의 중요성 및 효율성 증대에 많은 관심을 가지고 있어 수용가에서 사용시 직류 아크의 유출이나 소음 등을 유발하지 않고 안전하게 아크없이 차단할 수 있는 아크리스 기술을 요구되고 있다.
기존에는 아크슈트를 이용하여 직류시스템의 부하개폐기에서 발생하는 아크를 소호한다.
하지만, 아크 소호를 위한 아크슈트가 필요하기 때문에 비용을 증가하고 시스템 구성이 복잡하다.
공개특허공보 제10-2021-0052210호(2021.05.10. 공개)
일 측면은 스위치 개폐시 아크 발생을 보다 효과적으로 방지할 수 있는 직류 차단 장치 및 그 이상 검출방법을 제공한다.
다른 측면은 직류 차단 장치의 이상을 검출할 수 있는 직류 차단 장치 및 그 이상 검출방법을 제공한다.
일 측면에 따르면, 직류전원으로부터의 전류를 부하에 흐르게 하는 회로를 가지는 직류 차단 장치에 있어서, 상기 회로는, 상기 직류전원과 상기 부하 사이에 직렬 연결된 제1 스위치(SW1); 상기 제1 스위치(SW1)에 직렬 연결되되, 상기 직류전원의 일 극성단자에 일측 단자가 연결되고 상기 제1 스위치(SW1)에 타측 단자에 연결된 제2 스위치(SW2); 상기 직류전원의 반대 극성단자에 일측 단자가 연결되고 상기 부하에 타측 단자가 연결된 제3 스위치(SW3); 상기 제1 스위치(SW1)의 일측 단자에 일측 단자가 연결된 제1 다이오드(D1); 상기 제1 다이오드(D1)의 타측 단자와 일측 단자가 연결되고 상기 제1 스위치(SW1)의 타측 단자에 타측 단자가 연결된 커패시터(C); 상기 제1 스위치(SW1)의 일측 단자에 일측 단자가 연결된 제1 저항(R1); 상기 제1 저항(R1)의 타측 단자와 일측 단자가 연결되고 상기 제1 스위치(SW1)의 타측 단자에 타측 단자가 연결된 제2 저항(R2); 및 상기 부하에 병렬 연결되어 상기 커패시터(C)의 전압이 상승하는 것을 방지하는 제2 다이오드(D2)를 포함하고, 상기 제1 저항(R1)과 상기 제2 저항(R2)의 사이의 선로와 상기 제1 다이오드(D1)와 상기 커패시터(C) 사이의 선로는 서로 연결되어 있고, 상기 제1 스위치(SW1)는 제2 스위치(SW2) 및 제3 스위치(SW3)와 일정한 시간차를 갖고 온 또는 오프되고, 상기 직류 차단 장치가 개방 상태에서 투입 상태로 전환되는 경우 상기 제2 스위치(SW2) 및 상기 제3 스위치(SW3)가 먼저 온 되고 설정시간 후에 상기 제1 스위치(SW1)가 온 되거나, 상기 제1 스위치(SW1)가 먼저 온 되고 설정시간 후에 상기 제2 스위치(SW2) 및 상기 제3 스위치(SW3)가 온 되고, 상기 직류 차단 장치가 투입 상태에서 개방 상태로 전환되는 경우 상기 제1 스위치(SW1)가 먼저 오프되고 설정시간 후에 상기 제2 스위치(SW2) 및 상기 제3 스위치(SW3)가 오프되는 직류 차단 장치가 제공될 수 있다.
상기 제1 다이오드(D1)와 상기 커패시터(C) 사이에 마련되어 상기 커패시터(C)에 충전되는 전류 또는 방전되는 전류를 감지하는 전류센서; 상기 전류센서와 전기적으로 연결된 제어부; 및 상기 커패시터(C)의 이상을 경고하는 경고부를 포함하고, 상기 제어부는 상기 직류 차단 장치가 투입 상태에서 개방 상태로 전환되는 경우 상기 제1 스위치(SW1)가 먼저 오프되는 제1 조건에서, 상기 전류센서를 통해 감지된 커패시터 충전 전류에 따라 상기 커패시터의 용량 감소, 단락소손 및 개방소손을 각각 추정하고, 상기 제어부는 상기 직류 차단 장치가 투입 상태에서 개방 상태로 전환되는 경우 상기 제1 스위치(SW1)가 먼저 오프되고, 설정시간 후에 상기 제2 스위치(SW2) 및 상기 제3 스위치(SW3)가 오프되는 제2 조건에서, 상기 전류센서를 통해 감지된 커패시터 방전 전류에 따라 상기 커패시터(C)의 용량 감소, 단락소손 및 개방소손을 각각 추정하고, 상기 제어부는 상기 제1 조건에서 추정된 커패시터 이상과 동일한 커패시터 이상이 상기 제2 조건에서도 추정되는 경우, 상기 경고부를 통해 상기 추정된 커패시터 이상을 경고할 수 있다.
상기 제어부는 상기 제1 조건에서 상기 커패시터 충전 전류의 파형이 기준 파형보다 전류값이 감소된 파형인 경우, 상기 커패시터(C)의 용량이 감소된 것으로 추정하고, 상기 제2 조건에서 상기 커패시터 방전 전류에 따라 상기 커패시터(C)의 시정수를 산출하고, 상기 산출된 시정수가 기준 시정수보다 낮으면, 상기 커패시터(C)의 용량이 감소된 것으로 추정할 수 있다.
상기 제어부는 상기 제1 조건에서 상기 커패시터 충전 전류의 파형이 일정한 전류값을 갖는 파형인 경우, 상기 커패시터(C)가 단락 소손된 것으로 추정하고, 상기 제2 조건에서 상기 커패시터 방전 전류의 파형이 차단실패 혹은 아크 발생할 때 나타나는 출렁이는 형태의 왜곡된 파형인 경우, 상기 커패시터(C)가 단락 소손된 것으로 추정할 수 있다.
상기 제어부는 상기 제1 조건에서 상기 커패시터 충전 전류가 O인 경우, 상기 커패시터(C)가 개방 소손인 것으로 추정하고, 상기 제2 조건에서 상기 커패시터 방전 전류가 O인 경우, 상기 커패시터(C)가 개방 소손인 것으로 추정할 수 있다.
상기 제어부는 상기 제1 조건에서 상기 전류센서를 통해 감지된 커패시터 충전 전류에 따라 아크 발생 여부를 판단하고, 아크가 발생한 경우, 상기 경고부를 통해 경고할 수 있다.
상기 제어부는 상기 제1 조건에서 상기 커패시터 충전 전류의 기울기가 정역으로 미리 설정된 횟수 이상 변경되거나, 상기 커패시터 충전 전류에 역전류가 발생하거나, 혹은 상기 커패시터 충전 전류가 상기 커패시터(C)의 충전 전류가 보장할 수 있는 최대 전류를 초과하는 것 중 적어도 하나를 만족하면, 아크가 발생한 것으로 판단할 수 있다.
상기 커패시터(C)의 용량 감소, 단락 소손, 개방 소손, 아크 발생 중 적어도 하나를 포함하는 커패시터 이상을 표시하는 디스플레이부를 더 포함할 수 있다.
다른 측면에 따르면, 직류 차단 장치가 투입 상태에서 개방 상태로 전환되는 경우 상기 제1 스위치(SW1)가 먼저 오프되는 제1 조건에서, 상기 제1 다이오드(D1)와 상기 커패시터(C) 사이에 마련되어 상기 커패시터(C)에 충전되는 전류 또는 방전되는 전류를 감지하는 전류센서를 통해 상기 커패시터(C)의 충전 전류를 감지하고, 상기 감지된 커패시터 충전 전류에 따라 상기 커패시터의 용량 감소, 단락소손 및 개방소손을 각각 추정하고, 상기 직류 차단 장치가 투입 상태에서 개방 상태로 전환되는 경우 상기 제1 스위치(SW1)가 먼저 오프되고, 설정시간 후에 상기 제2 스위치(SW2) 및 상기 제3 스위치(SW3)가 오프되는 제2 조건에서, 상기 전류센서를 통해 상기 커패시터(C)의 방전 전류를 감지하고, 상기 감지된 커패시터 방전 전류에 따라 상기 커패시터(C)의 용량 감소, 단락소손 및 개방소손을 각각 추정하고, 상기 제1 조건에서 추정된 커패시터 이상과 동일한 커패시터 이상이 상기 제2 조건에서도 추정되는 경우, 경고부를 통해 상기 추정된 커패시터 이상을 경고하는 것을 포함하는 직류 차단 장치의 이상 검출방법이 제공될 수 있다.
상기 제1 조건에서 상기 커패시터(C)의 용량 감소를 추정하는 것은, 상기 제1 조건에서 상기 커패시터 충전 전류의 파형이 기준 파형보다 전류값이 감소된 파형인 경우, 상기 커패시터(C)의 용량이 감소된 것으로 추정하는 것을 포함하고, 상기 제2 조건에서 상기 커패시터(C)의 용량 감소를 추정하는 것은, 상기 제2 조건에서 상기 커패시터 방전 전류에 따라 상기 커패시터(C)의 시정수를 산출하고, 상기 산출된 시정수가 기준 시정수보다 낮으면, 상기 커패시터(C)의 용량이 감소된 것으로 추정하는 것을 포함할 수 있다.
상기 제1 조건에서 상기 커패시터(C)의 단락 소손을 추정하는 것은, 상기 제1 조건에서 상기 커패시터 충전 전류의 파형이 일정한 전류값을 갖는 파형인 경우, 상기 커패시터(C)가 단락 소손된 것으로 추정하는 것을 포함하고, 상기 제2 조건에서 상기 커패시터(C)의 단락 소손을 추정하는 것은, 상기 제2 조건에서 상기 커패시터 방전 전류의 파형이 차단실패 혹은 아크 발생할 때 나타나는 출렁이는 형태의 왜곡된 파형인 경우, 상기 커패시터(C)가 단락 소손된 것으로 추정하는 것을 포함할 수 있다.
상기 제1 조건에서 상기 커패시터(C)의 개방 소손을 추정하는 것은, 상기 제1 조건에서 상기 커패시터 충전 전류가 O인 경우, 상기 커패시터(C)가 개방 소손인 것으로 추정하는 것을 포함하고, 상기 제2 조건에서 상기 커패시터(C)의 개방 소손을 추정하는 것은, 상기 제2 조건에서 상기 커패시터 방전 전류가 O인 경우, 상기 커패시터(C)가 개방 소손인 것으로 추정하는 것을 포함할 수 있다.
상기 제1 조건에서 상기 전류센서를 통해 감지된 커패시터 충전 전류에 따라 아크 발생 여부를 판단하고, 아크가 발생한 경우, 상기 경고부를 통해 더 경고할 수 있다.
상기 아크 발생 여부를 판단하는 것은, 상기 제1 조건에서 상기 커패시터 충전 전류의 기울기가 정역으로 미리 설정된 횟수 이상 변경되거나, 상기 커패시터 충전 전류에 역전류가 발생하거나 혹은 상기 커패시터 충전 전류가 상기 커패시터(C)의 충전 전류가 보장할 수 있는 최대 전류를 초과하는 것 중 적어도 하나를 만족하면, 아크가 발생한 것으로 판단할 수 있다.
상기 커패시터(C)의 용량 감소, 단락 소손, 개방 소손, 아크 발생 중 적어도 하나를 포함하는 커패시터 이상을 디스플레이부에 더 표시할 수 있다.
본 발명은 스위치 개폐시 아크 발생을 보다 효과적으로 방지할 수 있다.
본 발명은 직류 차단 장치와 부하를 아크 슈트 없이도 아크로부터 안전하게 보호할 수 있다.
본 발명은 직류 차단 장치의 이상을 검출할 수 있다.
본 발명은 직류 차단 장치의 커패시터의 건전성을 감시할 수 있다.
본 발명은 직류 차단 장치의 작동에 따른 커패시터의 건전성을 감시할 수 있다.
본 발명은 직류 차단 장치의 작동에 따른 커패시터의 건전성을 감시하여 사용자에게 경고할 수 있다.
도 1은 실시예에 따른 직류 차단 장치의 회로도이다.
도 2는 실시예에 따른 직류 차단 장치의 제2 스위치와 제3 스위치가 오프 상태에서 온 상태로 전환된 경우의 전류 흐름을 나타낸 도면이다.
도 3은 도 2에서 제1 스위치가 오프 상태에서 온 상태로 전환된 경우의 전류 흐름을 나타낸 도면이다.
도 4는 도 3에서 커패시터의 전압이 방전된 경우의 전류 흐름을 나타낸 도면이다.
도 5는 도 4에서 제1 스위치가 온 상태에서 오프 상태로 전환된 경우의 전류 흐름을 나타낸 도면이다.
도 6은 도 5에서 제2 스위치와 제3 스위치가 온 상태에서 오프 상태로 전환된 경우의 전류 흐름을 나타낸 도면이다.
도 7은 실시예에 따른 직류 차단 장치의 제어블록도이다.
도 8은 실시예에 따른 직류 차단 장치의 이상 검출방법에 대한 순서도이다.
도 9 및 도 10은 실시예에 따른 직류 차단 장치에서 커패시터의 용량 감소를 판단하는 것을 나타내는 그래프이다.
도 11은 실시예에 따른 직류 차단 장치에서 커패시터의 단락소손을 판단하는 것을 나타내는 그래프이다.
도 12 및 도 13은 실시예에 따른 직류 차단 장치에서 커패시터의 개방소손을 판단하는 것을 나타내는 그래프이다.
도 14 및 도 15는 실시예에 따른 직류 차단 장치에서 커패시터의 전류를 이용하여 아크 발생을 판단하는 것을 나타내는 그래프이다.
도 16은 실시예에 따른 직류 차단 장치에서 커패시터의 건전성을 판단하는 것을 나타내는 표이다.
명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다. 본 명세서가 실시예들의 모든 요소들을 설명하는 것은 아니며, 개시된 발명이 속하는 기술분야에서 일반적인 내용 또는 실시예들 간에 중복되는 내용은 생략한다. 명세서에서 사용되는 ‘부, 모듈, 부재, 블록’이라는 용어는 소프트웨어 또는 하드웨어로 구현될 수 있으며, 실시예들에 따라 복수의 ‘부, 모듈, 부재, 블록’이 하나의 구성요소로 구현되거나, 하나의 ‘부, 모듈, 부재, 블록’이 복수의 구성요소들을 포함하는 것도 가능하다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 “연결”되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐 아니라, 간접적으로 연결되어 있는 경우를 포함하고, 간접적인 연결은 무선 통신망을 통해 연결되는 것을 포함한다.
또한, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 “포함”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 “상에”위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.
제1, 제2 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위해 사용되는 것으로, 구성요소가 전술된 용어들에 의해 제한되는 것은 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 예외가 있지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
각 단계들에 있어 식별부호는 설명의 편의를 위하여 사용되는 것으로 식별부호는 각 단계들의 순서를 설명하는 것이 아니며, 각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않는 이상 명기된 순서와 다르게 실시될 수 있다.
도 1은 실시예에 따른 직류 차단 장치의 회로도이다.
도 1을 참조하면, 직류 차단 장치는 직류 전원과 부하 사이에 연결된다.
직류 차단 장치는 직류 전원의 일 극성 단자(도 1에서는 + 단자)에 직렬 연결된 저항 부하(RLoad)와 인덕터 부하(LLoad) 중 저항 부하(RLoad)에 일측 단자가 연결되어 있고, 직류 전원)의 직류 전원의 반대 극성 단자(도 1에서는 - 단자)에 직렬 연결된 인덕터 부하(LLoad)에 타측 단자가 연결되어 있다.
저항 부하(RLoad)는 저항성 부하이고, 인덕터 부하(LLoad)는 유도성 부하이다.
직류 차단 장치는 직류 전원의 양극(+)과 음극(-) 사이에 순환적으로 연결되어 있다. 직류 전원의 양극(+)으로부터 전류가 흘러나와 직류 차단 장치를 지나고 저항 부하(RLoad)와 인덕터 부하(LLoad)를 거치며 다시 직류 차단 장치를 거쳐 직류 전원의 음극(-)으로 들어온다.
직류 차단 장치는 제1 스위치(SW1), 제2 스위치(SW2), 제3 스위치(SW3), 커패시터(C), 제1 저항(R1), 제2 저항(R2), 제1 다이오드(D1) 및 제2 다이오드(D2)를 포함한다.
제1 스위치(SW1)는 주 스위치이고, 제2 스위치(SW2)와 제3 스위치(SW3)는 보조 스위치이다.
제1 스위치(SW1)와 제2 스위치(SW2)는 직렬 연결되어 있다.
제2 스위치(SW2)는 일측 단자가 직류 전원의 일 극성 단자(도 1에서는 + 단자)와 연결되어 있고, 타측 단자는 제1 스위치(SW1)의 일측 단자와 연결되어 있다.
제1 스위치(SW1)는 타측 단자가 저항 부하(RLoad)에 연결되어 있다.
제3 스위치(SW3)는 일측 단자가 직류 전원의 반대 극성 단자(도 1에서는 - 단자)와 연결되어 있고, 타측 단자는 인덕터 부하(LLoad)에 연결되어 있다.
제1 스위치(SW1)의 양단에는 서로 직렬 연결된 제1 다이오드(D1)와 커패시터(C)가 병렬 연결되어 있다.
제1 다이오드(D1)는 투입 방전 및 공진 방지용 다이오드이다.
제1 다이오드(D1)는 직류 전원의 양극(+) 측에서 음극(-) 측으로 흐르는 방향으로 마련되어 있다. 제1 다이오드(D1)의 애노드 단자는 제1 스위치(SW1)의 일측 단자와 연결되고, 캐소드 단자는 커패시터(C)의 일측 단자에 연결되어 있다. 유도성 부하일 경우 인덕터 부하(LLOAD)와 커패시터(C)의 공진 현상으로 인해 어느 시점에 인덕터 부하(LLOAD) 측에서 과도성 전류가 발생할 우려가 있는 데, 제1 다이오드(D1)는 유도성 부하에 따른 LC 공진 현상을 억제시킨다.
제1 스위치(SW1)의 양단에는 서로 직렬 연결된 제1 저항(R1)과 제2 저항(R2)이 병렬 연결되어 있다.
제1 다이오드(D1)와 커패시터(C) 사이의 중간선로와, 제1 저항(R1)과 제2 저항(R2) 사이의 중간선로는 서로 연결되어 있다.
제1 저항(R1)은 투입 방전용 저항 역할을 한다. 제2 저항(R2)은 개방 방전용 저항 역할을 한다.
제2 다이오드(D2)는 커패시터(C)의 전압이 상승하는 것을 방지하기 위한 환류 다이오드 역할을 한다. 제2 다이오드(D2)는 부하에 병렬 연결된다. 제2 다이오드(D2)의 애노드 단자는 저항 부하(RLoad)에 연결되어 있고, 캐소드 단자는 인덕터 부하(LLoad)에 연결되어 있다.
제1 스위치(SW1)는 직류 차단 장치를 투입 또는 개방하기 위한 스위치이다.
제1 스위치(SW1), 제2 스위치(SW2) 및 제3 스위치(SW3)는 기계적 스위치 또는 반도체 스위치일 수 있다. 기계적 스위치로는 제어 회로에 사용되는 릴레이, 접촉기 등으로 구성할 수 있다. 반도체 스위치로는 트랜지스터(Transistor), 사이리스터(SCR), 전계효과 트랜지스터(Mosfet), 절연 게이트 양극성 트랜지스터(IGBT) 등으로 구성할 수 있다.
제1 스위치(SW1)와 제2 스위치(SW2)는 일정한 시간차를 갖고 온 또는 오프된다. 제1 스위치(SW1)와 제3 스위치(SW3)는 일정한 시간차를 갖고 온 또는 오프된다. 제2 스위치(SW2) 및 제3 스위치(SW3)는 시간차 없이 온 또는 오프될 수 있다.
이하에서는 직류 차단 장치를 개방에서 투입으로 전환하는 과정을 설명한다.
도 2는 실시예에 따른 직류 차단 장치의 제2 스위치와 제3 스위치가 오프 상태에서 온 상태로 전환된 경우의 전류 흐름을 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 직류 차단 장치의 최초 상태는 전류가 흐르지 않는 개방 상태이다. 제1 스위치(SW1), 제2 스위치(SW2) 및 제3 스위치(SW3)는 오프 상태이다.
직류 차단 장치의 투입시 먼저 제2 스위치(SW2) 및 제3 스위치(SW3)가 오프 상태에서 온 상태로 전환된다. 이때, 제1 스위치(SW1)는 여전히 오프 상태이다.
직류 전원의 전류는 화살표 방향으로 흘러 커패시터(C)를 충전한다.
커패시터(C)는 완전 방전 상태에서 제2 스위치(SW2)의 온 시점에서부터 커패시터(C)와 저항 부하(RLoad)의 값에 의해 정해진 시정수에 따라 서서히 충전된다.
도 3은 도 2에서 제1 스위치가 오프 상태에서 온 상태로 전환된 경우의 전류 흐름을 나타낸 도면이고, 도 4는 도 3에서 커패시터의 전압이 방전된 경우의 전류 흐름을 나타낸 도면이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 제1 스위치(SW1)가 온 되면, 전류는 하부 화살표 방향으로 흘러 부하에 직류 전원이 공급된다.
이와 함께, 완전 충전된 커패시터(C)의 방전 전류는 상부 화살표 방향으로 해서 제1 저항(R1)으로 흐른다. 이에 따라, 커패시터(C)에 충전된 전압은 투입용 방전저항인 제1 저항(R1)을 통해 방전된다.
이와 같이, 아크 발생 없이 투입이 완료되어 부하에 정상적으로 전원을 공급할 수 있다.
도 2 내지 도 4에서는 제2 스위치(SW2) 및 제3 스위치(SW3)가 먼저 온 되고 설정시간 후에 제1 스위치(SW1)가 온 되는 것에 대하여 설명하고 있지만, 이에 한정되지 않으며, 반대로 제1 스위치(SW1)가 먼저 온 되고 설정시간 후에 제2 스위치(SW2) 및 제3 스위치(SW3)가 온 될 수도 있다.
이하에서는 직류 차단 장치를 투입에서 개방으로 전환하는 과정을 설명한다.
도 5는 도 4에서 제1 스위치가 온 상태에서 오프 상태로 전환된 경우의 전류 흐름을 나타낸 도면이다.
도 5를 참조하면, 직류 차단 장치를 투입에서 개방으로 전환할 때 먼저 제1 스위치(SW1)를 오프시킨다. 제1 스위치(SW1)가 오프될 때 전류는 커패시터(C)에 충전된다. 이때, 전류는 제1 저항(R1)과 제2 저항(R2)로도 흐르지만, 제1 저항(R1)과 제2 저항(R2)이 상대적으로 고저항이므로 대부분 커패시터(C)에 충전된다.
제1 스위치(SW1)가 오프되는 순간 커패시터(C)는 완전 방전 상태를 유지하므로 커패시터(C) 양단의 전압차는 O이고, 커패시터(C)와 병렬로 연결된 제1 스위치(SW1)의 양단에 인가되는 전압 역시 O이 된다. 이로 인해, 제1 스위치(SW1)가 오프되는 시점에 영전압 스위칭 상태가 되어 제1 스위치(SW1)의 오프 동작으로 인한 아크는 발생하지 않는다.
도 6은 도 5에서 제2 스위치와 제3 스위치가 온 상태에서 오프 상태로 전환된 경우의 전류 흐름을 나타낸 도면이다.
도 6을 참조하면, 커패시터(C)에 전압이 완전 충전됨과 함께 제1 스위치(SW1)의 오프와 일정한 시간차를 갖고 오프되는 제2 스위치(SW2)와 제3 스위치(SW3)가 오프된다.
커패시터(C)의 충전 동작이 완료되면, 커패시터(C)를 통해 흐르는 전류는 0이 된다. 이와 같이, 커패시터(C)의 충전이 완료된 후 제2 스위치(SW2) 및 제3 스위치(SW3)는 오프된다. 제1 스위치(SW1)가 오프된 후 설정 시간이 경과한 후 제2 스위치(SW2) 및 제3 스위치(SW3)가 오프된다. 설정 시간은 커패시터(C)의 충전 동작이 완료된 이후로 정해지므로 커패시터(C)의 충전 시정수를 기초로 하여 정해질 수 있다.
커패시터(C)의 충전이 완료된 후 제2 스위치(SW2) 및 제3 스위치(SW3)가 오프될 때, 커패시터(C)를 통한 전류 흐름이 없는 영전류 상태이다. 따라서, 제2 스위치(SW2) 및 제3 스위치(SW3)의 오프 시점에 영전류 스위칭 동작이 이루어져 아크 발생이 방지된다.
커패시터(C)의 충전이 완료되면, 커패시터(C)의 방전 전류는 상부의 화살표 방향으로 흐른다. 이로 인해 커패시터(C)의 충전된 전압은 개방 방전용 저항인 제2 저항(R2)을 통해 방전된다. 커패시터(C)는 초기 상태인 완전 방전 상태로 되돌아간다.
또한, 유도성 부하에서 발생한 역기전력은 커패시터(C)의 전압 상승에 대한 방지대책으로 커패시터(C)의 보호 역할을 하는 제2 다이오드(D2)에 의해 순환하여 해소된다(아래의 화살표 방향 참조).
이상과 같이, 본 발명은 제1 스위치(SW1), 제2 스위치(SW2) 및 제3 스위치(SW3)가 일정한 시간차를 두고 동작하며, 투입 방전용 저항인 제1 저항(R1)과 개방 방전용 저항인 제2 저항과, 투입방전 및 공진 방지용 제1 다이오드(D1)와, 커패시터(C)를 제1 스위치(SW1)에 병렬로 회로 구성하고, 부하측 사이에 커패시터 전압의 상승을 방지하기 위해 환류 다이오드인 제2 다이오드(D2)를 적용함으로써 직류 차단 장치의 스위치 투입이나 개방시 아크 발생을 방지할 수 있어 아크 소호용의 아크 슈트없이도 직류 차단 장치와 부하를 안전하게 보호할 수 있다.
본 발명은 주 스위치인 제1 스위치(SW1)가 개폐시 전류가 커패시터(C)를 통해 바이패스되는 효과를 이용하여 직류를 아크없이 차단할 수 있다.
그러나 커패시터(C)가 순간적인 서지 혹은 기계적인 충격, 오염, 수분 등의 외란으로 소손되는 경우 직류차단에 실패할 우려가 있다.
따라서, 본 발명은 직류 차단 장치가 투입 상태에서 주 스위치인 제1 스위치(SW1)가 개방될 때 커패시터(C)의 건전성을 판단하여 사용자에게 경고함으로써 안전사고를 방지할 수 있다.
도 7은 실시예에 따른 직류 차단 장치의 제어블록도이다.
도 7을 참조하면, 직류 차단 장치는 전류센서(10), 제어부(20) 및 경고부(30)를 포함할 수 있다.
전류센서(10)는 커패시터(C)의 전류를 검출한다.
전류센서(10)는 제1 다이오드(D1)와 커패시터(C) 사이에 마련될 수 있다. 전류센서(10)는 커패시터(C)에 충전되는 충전 전류를 검출할 수 있고, 커패시터(C)에서 방전되는 방전 전류를 검출할 수 있는 선로 상에 마련될 수 있다.
전류센서(10)는 커패시터(C)의 전류를 검출하여 제어부(20)에 전달한다.
경고부(30)는 버저(Buzzer), 램프 등을 포함하고, 소리 또는 점멸, 그리고, 그 조합 등으로 경고할 수 있다.
경고부(30)는 제어부(20)의 제어신호에 의해 작동한다.
경고부(30)는 제어부(20)의 제어에 의해 작동하여 커패시터(C)의 용량 감소, 단락 소손, 개방 소손, 아크 발생 등의 이상을 사용자에게 경고할 수 있다.
디스플레이부(40)는 액정 디스플레이(liquid crystal display, LCD), 발광 다이오드(light emitting diode, LED) 등으로 구성되고, 화면에 정보를 표시할 수 있다.
디스플레이부(40)는 제어부(20)의 제어신호에 의해 작동한다.
디스플레이부(40)는 제어부(20)의 제어에 의해 작동하여 디스플레이부(40)는 직류 차단 장치의 동작에 따른 커패시터(C)의 건전성을 표시할 수 있다.
디스플레이부(40)는 커패시터(C)의 용량 감소, 단락 소손, 개방 소손, 아크 발생 등의 이상 정보를 표시할 수 있다.
제어부(20)는 프로세서(21)와 메모리(22)를 포함한다.
프로세서(21)는 직류 차단 장치의 전반적인 제어를 수행한다.
프로세서(21)는 적어도 하나의 프로세서를 포함한다. 프로세서(21)는 적어도 하나의 집적화된 회로로 집적화되거나 별개의 구성 요소로 구현될 수 있다.
메모리(22)는 S램(S-RAM), D램(D-RAM) 등의 휘발성 메모리뿐만 아니라 플래시 메모리, 롬(Read Only Memory, ROM), 이피롬(Erasable Programmable Read Only Memory: EPROM) 등의 비휘발성 메모리를 포함할 수 있다.
메모리(22)에는 직류 차단 장치의 동작을 제어하기 위한 프로그램과, 프로그램 수행 중에 발생되는 데이터가 저장된다.
메모리(22)에는 운영체제 프로그램, 커패시터 건전성 감시 프로그램 및 적어도 하나의 응용프로그램을 포함한다. 여기서, 프로그램은 명령어들의 집합으로 명령어 세트(instruction set)로 표현할 수도 있다.
운영체제 프로그램은 일반적인 시스템 작동(system operation)을 제어하는 여러 가지의 소프트웨어구성요소를 포함한다.
커패시터 건전성 감시 프로그램은 주 스위치가 개방될 때 발생하는 커패시터(C)의 전류로부터 커패시터(C)의 용량 감소, 단락 소손, 개방 소손, 아크 발생 등의 이상을 검출하여 커패시터(C)의 건전성을 감시하도록 처리하는 적어도 하나 이상의 소프트웨어 구성 요소를 포함한다.
응용프로그램은 직류 차단 장치에 설치된 적어도 하나의 응용 프로그램에 대한 소프트웨어 구성 요소를 포함한다.
상기한 구성을 가진 직류 차단 장치는 주 스위치가 개방될 때 발생하는 커패시터(C)의 전류를 검출하고, 검출된 전류를 분석하여 커패시터(C)의 용량 감소, 단락 소손, 개방 소손, 아크 발생 등의 이상을 검출하고, 검출된 이상을 근거로 하여 커패시터(C)의 건전성을 판단하여 사용자에게 경고하고 안내할 수 있다.
도 8은 실시예에 따른 직류 차단 장치의 이상 검출 방법에 대한 순서도이다.
도 8을 참조하면, 제어부(20)는 직류 차단 장치가 투입 중인지를 판단한다(100). 제어부(20)는 각 스위치가 온 상태인지를 판단하여 투입 중인지를 판단할 수 있다. 또한, 제어부(20)는 전류센서(10)에 의해 감지된 커패시터 전류를 분석하여 투입 중인지를 판단할 수 있다. 또한, 제어부(20)는 사용자로부터 명령을 입력받기 위한 입력부를 통해 직류 차단 장치가 투입 중임을 입력받을 수 있다.
직류 차단 장치가 투입 중인 경우(100, 예), 제어부(20)는 제1 스위치(SW1)가 오프되는지를 판단한다(102). 제어부(20)는 제1 스위치(SW1)의 오프 동작을 감지하거나, 이를 사용자로부터 입력받을 수 있다.
제1 스위치(SW1)가 오프되는 경우(102, 예), 제어부(20)는 전류센서(10)를 통해 커패시터(C)에 충전되는 전류를 감지한다(104).
제어부(20)는 커패시터(C)의 충전 전류를 근거로 커패시터(10)의 용량 감소 여부를 판단한다(106).
제어부(20)는 작동모드 106의 판단결과를 메모리(22)에 저장한다(108). 즉, 커패시터(10)가 충전될 때 커패시터(10)의 용량 감소가 있는지 없는지에 대한 정보를 메모리(22)에 저장한다.
제어부(20)는 제1 스위치(SW1)가 오프된 후 설정 시간 후에 제2 스위치(SW2) 및 제3 스위치(SW3)가 오프되는지를 판단한다(110).
제2 스위치(SW2) 및 제3 스위치(SW3)가 오프되는 경우(110, 예), 제어부(20)는 전류센서(10)를 통해 커패시터(C)로부터 방전되는 전류를 감지한다(112).
제어부(20)는 커패시터(C)의 방전 전류를 근거로 커패시터(10)의 용량 감소 여부를 판단한다(114).
제어부(20)는 작동모드 114의 판단결과를 메모리(22)에 저장한다(116). 즉, 커패시터(10)가 방전될 때 커패시터(10)의 용량 감소가 있는지 없는지에 대한 정보를 메모리(22)에 저장한다.
제어부(20)는 작동모드 108의 판단결과 및 작동모드 116의 판단결과를 이용하여, 즉, 커패시터(10)의 충전 중 커패시터(10)의 용량 감소 여부와 방전 중 커패시터(10)의 용량 감소 여부를 종합하여 커패시터(10)의 용량 감소 이상이 발생하였는지를 판단한다(118). 제어부(20)는 충전 중과 방전 중 모두 커패시터(10)의 용량이 감소한 경우, 커패시터(10)의 용량 감소 이상이 발생한 것으로 판단할 수 있다.
만약, 커패시터(10)의 용량 감소 이상이 발생한 것으로 판단된 경우(118, 예), 제어부(20)는 경고부(30)를 통해 커패시터(10)에 용량 감소 이상이 발생하였음을 사용자에게 경고한다(120).
한편, 커패시터(10)의 용량 감소 이상이 발생하지 않은 것으로 판단된 경우(118, 아니오), 제어부(20)는 디스플레이부(40)를 통해 커패시터(10)에 용량이 정상임을 표시한다(122).
한편, 제어부(20)는 커패시터 용량 감소 이상을 발생하는 것과 동일한 방식으로 커패시터(C)의 단락소손, 개방 소손(C) 및 아크 발생 등의 이상 발생 여부를 판단할 수 있다.
이하에서는 커패시터 전류에 기반하여 커패시터 용량 감소, 커패시터 단락소손, 커패시터 개방 소손 및 아크 발생 등의 이상을 검출하는 것을 자세히 설명한다.
도 9 및 도 10은 실시예에 따른 직류 차단 장치에서 커패시터의 용량 감소를 판단하는 것을 나타내는 그래프이다.
도 9를 참조하면, 직류 차단 장치가 투입 중 제1 스위치(SW1)가 오프될 때(도 5 참조), 커패시터(C)의 충전 전류를 근거로 커패시터(C)의 용량 감소 여부를 판단한다.
일반적으로, 커패시터에 축적된 전하를 Q, 인가된 전압을 V, 그리고, 커패시터 용량(C)이라고 하면, 전하량, 전압, 커패시터 용량의 관계를 식으로 나타내면 다음의 식 [1]과 같이 나타낼 수 있다.
Q = CV = IT - 식[1]
여기서, I는 커패시터 전류, T는 시간이다.
식 [1]을 다시 정리하면, 다음의 식 [2]로 나타낼 수 있다.
I = CV/T - 식[2]
식 [2]에서 알 수 있듯이, C값이 감소하면, I값도 감소함을 알 수 있다.
도 9에 도시된 바와 같이, t1 시점은 제1 스위치(SW1)가 오프된 시점을 나타내고, Ic1는 C가 기준용량인 C1일 때의 전류값을 나타내고, Ic2는 C가 기준용량보다 감소된 용량인 C2(C1>C2)일 때의 전류값을 나타낸다.
커패시터 용량이 감소하지 않고 정상인 경우, t1 시점 이후 커패시터 충전 전류는 Ic1의 기준 파형 형태로 나타난다.
하지만, 커패시터 용량이 감소한 경우, t1 시점 이후 커패시터 충전 전류는 Ic2의 측정 파형 형태로 나타난다.
제1 스위치(SW1)가 오프된 이후 전류센서(10)에 의해 감지된 커패시터 충전 전류가 Ic1이 아닌 Ic1보다 전류값이 감소된 Ic2의 형태로 나타나면 커패시터의 용량이 감소된 것으로 추정할 수 있다.
도 10을 참조하면, 커패시터(C)가 완전 충전된 후 제2 스위치(SW2) 및 제3 스위치(SW3)가 오프될 때(도 6 참조), 방전 전류를 근거로 커패시터(10)의 용량 감소 여부를 판단한다.
도 10에 도시된 바와 같이, 시정수 T=RC를 이용하여 C값의 감소여부를 판단한다. 이때, R는 저항성 부하이고, C는 커패시터 용량이다.
시정수 T=RC에서 알 수 있듯이, C값이 감소하면 T값도 감소함을 알 수 있다.
커패시터 방전 전류가 일예로, 36.8%가 되는 시점의 시정수를 측정하여 측정된 시정수인 측정 시정수(Tm)가 기준 시정수(Tc)보다 짧으면, 커패시터 용량이 감소한 것으로 추정할 수 있다.
이와 같이, 도 5에서 커패시터(C)의 충전 전류에 기반하여 커패시터(C)의 용량 감소 여부를 추정한 결과와, 도 6에서 커패시터(C)의 방전 전류를 근거로 커패시터(C)의 용량 감소 여부를 추정한 결과를 바탕으로 두 개 모두 커패시터(C)의 용량이 감소된 것으로 추정된 경우, 커패시터(C)의 용량 감소 이상이 발생한 것으로 판단할 수 있다.
도 11은 실시예에 따른 직류 차단 장치에서 커패시터의 단락소손을 판단하는 것을 나타내는 그래프이다.
도 11을 참조하면, 직류 차단 장치가 투입 중 제1 스위치(SW1)가 오프될 때(도 5 참조), 커패시터(C)의 충전 전류를 근거로 커패시터(C)의 단락 소손 여부를 판단한다.
커패시터(C)가 단락 소손되지 않고 정상인 경우, t1 시점 이후 커패시터 충전 전류는 시간이 경과함에 따라 점차 감소하는 기준 파형 형태로 나타난다.
하지만, 커패시터(C)가 단락 소손된 경우, 전류가 그대로 커패시터(C)에 흐르게 되기 때문에 t1 시점 이후에도 커패시터 충전 전류는 변하지 않고 계속해서 일정한 전류값을 갖는 측정 파형 형태로 나타난다.
제1 스위치(SW1)가 오프된 이후 전류센서(10)에 의해 감지된 커패시터 충전 전류가 기준 파형 형태가 아닌 측정 파형 형태로 나타나면 커패시터(c)가 단락소손된 것으로 추정할 수 있다.
한편, 커패시터(C)가 완전 충전된 후 제2 스위치(SW2) 및 제3 스위치(SW3)가 오프될 때(도 6 참조), 방전 전류를 근거로 커패시터(C)의 단락 소손 여부를 판단한다.
커패시터(C)가 단락 소손된 경우, 제2 스위치(SW2) 및 제3 스위치(SW3)가 오프될 때 제2 스위치(SW2) 및 제3 스위치(SW3)가 전류를 기중 차단하기 때문에 차단이 실패하거나 아크가 발생한다. 이로 인해, 전류의 파형이 차단실패 혹은 아크 발생할 때와 같이 출렁이는 형태의 왜곡된 파형으로 나타난다.
이와 같이, 도 5에서 커패시터(C)의 충전 전류에 기반하여 커패시터(C)의 단락 소손 여부를 추정한 결과와, 도 6에서 커패시터(C)의 방전 전류를 근거로 커패시터(C)의 단락 소손 여부를 추정한 결과를 바탕으로 두 개 모두 커패시터(C)의 단락 소손이 발생한 것으로 추정된 경우, 커패시터(C)의 단락 소손 이상이 발생한 것으로 판단할 수 있다.
도 12 및 도 13은 실시예에 따른 직류 차단 장치에서 커패시터의 개방소손을 판단하는 것을 나타내는 그래프이다.
도 12를 참조하면, 직류 차단 장치가 투입 중 제1 스위치(SW1)가 오프될 때(도 5 참조), 커패시터(C)의 충전 전류를 근거로 커패시터(C)의 개방 소손 여부를 판단한다.
커패시터(C)가 개방 소손되지 않고 정상인 경우, t1 시점 이후 커패시터 충전 전류는 시간이 경과함에 따라 점차 감소하는 기준 파형 형태로 나타난다.
하지만, 커패시터(C)가 개방 소손된 경우, 전류가 흐르지 않기 때문에 전류값이 O인 측정 파형 형태로 나타난다.
제1 스위치(SW1)가 오프된 이후 전류센서(10)에 의해 감지된 커패시터 충전 전류가 기준 파형 형태가 아닌 측정 파형 형태로 나타나면 커패시터(c)가 개방소손된 것으로 추정할 수 있다.
도 13을 참조하면, 커패시터(C)가 완전 충전된 후 제2 스위치(SW2) 및 제3 스위치(SW3)가 오프될 때(도 6 참조), 방전 전류를 근거로 커패시터(C)의 개방 소손 여부를 판단한다.
커패시터(C)가 개방 소손된 경우, 제2 스위치(SW2) 및 제3 스위치(SW3)가 오프될 때 방전 전류가 흐르지 않기 때문에 전류값이 O인 측정 파형 형태로 나타난다.
이와 같이, 도 5에서 커패시터(C)의 충전 전류에 기반하여 커패시터(C)의 개방 소손 여부를 추정한 결과와, 도 6에서 커패시터(C)의 방전 전류를 근거로 커패시터(C)의 개방 소손 여부를 추정한 결과를 바탕으로 두 개 모두 커패시터(C)의 개방 소손이 발생한 것으로 추정된 경우, 커패시터(C)의 개방 소손 이상이 발생한 것으로 판단할 수 있다.
도 14 및 도 15는 실시예에 따른 직류 차단 장치에서 커패시터의 전류를 이용하여 아크 발생을 판단하는 것을 나타내는 그래프이다.
도 14 및 도 15를 참조하면, 직류 차단 장치가 투입 중 제1 스위치(SW1)가 오프될 때(도 5 참조), 커패시터(C)의 충전 전류를 근거로 아크 발생 여부를 판단한다.
커패시터(C)의 충전 전류의 기울기가 일예로, 정역 3회 이상 변경되거나, 커패시터(C)의 충전 전류에 역전류가 발생하거나, 혹은 커패시터(C)의 충전 전류가 보장할 수 있는 최대 전류를 초과하는 것 중 적어도 하나라도 만족하면, 아크가 발생한 것으로 판단할 수 있다.
도 14에 도시된 바와 같이, 충전 전류가 최대 전류(Imax)를 초과하고, 충전 전류의 기울기가 정역 3회 이상 변경되는 등 3가지 조건 중 2가지 조건을 만족하기 때문에 아크 발생 이상이 발생한 것으로 추정할 수 있다.
도 15에 도시된 바와 같이, 충전 전류에 역전류(-)가 발생하기 때문에 아크 발생 이상이 발생한 것으로 추정할 수 있다.
도 14와 도 15는 3가지 조건 중 어느 하나 혹은 두 개의 조건을 만족하는 경우를 나타낸다. 하지만, 이외에도 3가지 조건이 모두 만족하는 경우에 아크 발생 이상이 발생한 것으로 판단할 수도 있다.
도 16은 실시예에 따른 직류 차단 장치에서 커패시터의 건전성을 판단하는 것을 나타내는 표이다.
도 16을 참조하면, 충전 전류에 기반하여 추정되는 C값 감소의 조건 1, C 단락 소손의 조건 2, C 개방 소손의 조건 3 및 아크 발생의 조건 4과, 방전 전류에 기반하여 추정되는 C값 감소의 조건 1, C 단락 소손의 조건 2, C 개방 소손의 조건 3을 이용하여 커패시터 이상을 판단한다.
충전 전류에 기반한 조건 1(C값 감소)과 방전 전류에 기반한 조건 1(C값 감소)을 모두 만족하면, 커패시터(C)의 용량 감소 이상이 발생한 것으로 판단하고 이를 경고한다.
충전 전류에 기반한 조건 2(C 단락 소손)과 방전 전류에 기반한 조건 2(C 단락 소손)를 모두 만족하면, 커패시터(C)의 단락 소손 이상이 발생한 것으로 판단하고 이를 경고한다.
충전 전류에 기반한 조건 3(C 개방 소손)과 방전 전류에 기반한 조건 3(C 개방 소손)을 모두 만족하면, 커패시터(C)의 단락 소손 이상이 발생한 것으로 판단하고 이를 경고한다.
충전 전류에 기반한 조건 4(아크 발생)를 만족하면, 아크 발생 이상이 발생한 것으로 판단하고 이를 경고한다.
위와 같은 커패시터 이상이 발생한 것으로 판단되면, 커패시터(C)의 이상 발생을 경고 및/또는 이상 발생 표시함으로써 커패시터(C)의 건전성을 알릴 수 있어 스위치가 투입되지 유도하게 하여 화재 및 안전사고를 방지할 수 있다.
한편, 전술한 제어부 및/또는 그 구성요소는 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드/알고리즘/소프트웨어를 저장하는 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체와 결합된 하나 이상의 프로세서/마이크로프로세서(들)를 포함할 수 있다. 프로세서/마이크로프로세서(들)는 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체에 저장된 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드/알고리즘/소프트웨어를 실행하여 전술한 기능, 동작, 단계 등을 수행할 수 있다.
상술한 제어부 및/또는 그 구성요소는 컴퓨터로 읽을 수 있는 비 일시적 기록 매체 또는 컴퓨터로 읽을 수 있는 일시적인 기록 매체로 구현되는 메모리를 더 포함할 수 있다. 메모리는 전술한 제어부 및/또는 그 구성요소에 의해 제어될 수 있으며, 전술한 제어부 및/또는 그 구성요소에 전달되거나 그로부터 수신되는 데이터를 저장하도록 구성되거나 전술한 제어부 및/또는 그 구성요소에 의해 처리되거나 처리될 데이터를 저장하도록 구성될 수 있다.
개시된 실시예는 또한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드/알고리즘/소프트웨어로 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체는 프로세서/마이크로프로세서에 의해 읽혀질 수 있는 데이터를 저장할 수 있는 데이터 저장 장치와 같은 컴퓨터로 읽을 수 있는 비 일시적 기록 매체 일 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예로는 하드 디스크 드라이브(HDD), 솔리드 스테이트 드라이브(SSD), 실리콘 디스크 드라이브(SDD), 읽기 전용 메모리 (ROM), CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광학 데이터 저장 장치 등이 있다.
10: 전류센서 20: 제어부
21: 프로세서 22: 메모리
30: 경고부 40: 디스플레이부

Claims (15)

  1. 직류전원으로부터의 전류를 부하에 흐르게 하는 회로를 가지는 직류 차단 장치에 있어서,
    상기 회로는,
    상기 직류전원과 상기 부하 사이에 직렬 연결된 제1 스위치(SW1);
    상기 제1 스위치(SW1)에 직렬 연결되되, 상기 직류전원의 일 극성단자에 일측 단자가 연결되고 상기 제1 스위치(SW1)에 타측 단자에 연결된 제2 스위치(SW2);
    상기 직류전원의 반대 극성단자에 일측 단자가 연결되고 상기 부하에 타측 단자가 연결된 제3 스위치(SW3);
    상기 제1 스위치(SW1)의 일측 단자에 일측 단자가 연결된 제1 다이오드(D1);
    상기 제1 다이오드(D1)의 타측 단자와 일측 단자가 연결되고 상기 제1 스위치(SW1)의 타측 단자에 타측 단자가 연결된 커패시터(C);
    상기 제1 스위치(SW1)의 일측 단자에 일측 단자가 연결된 제1 저항(R1);
    상기 제1 저항(R1)의 타측 단자와 일측 단자가 연결되고 상기 제1 스위치(SW1)의 타측 단자에 타측 단자가 연결된 제2 저항(R2); 및
    상기 부하에 병렬 연결되어 상기 커패시터(C)의 전압이 상승하는 것을 방지하는 제2 다이오드(D2)를 포함하고,
    상기 제1 저항(R1)과 상기 제2 저항(R2)의 사이의 선로와 상기 제1 다이오드(D1)와 상기 커패시터(C) 사이의 선로는 서로 연결되어 있고,
    상기 제1 스위치(SW1)는 제2 스위치(SW2) 및 제3 스위치(SW3)와 일정한 시간차를 갖고 온 또는 오프되고,
    상기 직류 차단 장치가 개방 상태에서 투입 상태로 전환되는 경우 상기 제2 스위치(SW2) 및 상기 제3 스위치(SW3)가 먼저 온 되고 설정시간 후에 상기 제1 스위치(SW1)가 온 되거나, 상기 제1 스위치(SW1)가 먼저 온 되고 설정시간 후에 상기 제2 스위치(SW2) 및 상기 제3 스위치(SW3)가 온 되고,
    상기 직류 차단 장치가 투입 상태에서 개방 상태로 전환되는 경우 상기 제1 스위치(SW1)가 먼저 오프되고 설정시간 후에 상기 제2 스위치(SW2) 및 상기 제3 스위치(SW3)가 오프되는 직류 차단 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 다이오드(D1)와 상기 커패시터(C) 사이에 마련되어 상기 커패시터(C)에 충전되는 전류 또는 방전되는 전류를 감지하는 전류센서;
    상기 전류센서와 전기적으로 연결된 제어부; 및
    상기 커패시터(C)의 이상을 경고하는 경고부를 포함하고,
    상기 제어부는 상기 직류 차단 장치가 투입 상태에서 개방 상태로 전환되는 경우 상기 제1 스위치(SW1)가 먼저 오프되는 제1 조건에서, 상기 전류센서를 통해 감지된 커패시터 충전 전류에 따라 상기 커패시터의 용량 감소, 단락소손 및 개방소손을 각각 추정하고,
    상기 제어부는 상기 직류 차단 장치가 투입 상태에서 개방 상태로 전환되는 경우 상기 제1 스위치(SW1)가 먼저 오프되고, 설정시간 후에 상기 제2 스위치(SW2) 및 상기 제3 스위치(SW3)가 오프되는 제2 조건에서, 상기 전류센서를 통해 감지된 커패시터 방전 전류에 따라 상기 커패시터(C)의 용량 감소, 단락소손 및 개방소손을 각각 추정하고,
    상기 제어부는 상기 제1 조건에서 추정된 커패시터 이상과 동일한 커패시터 이상이 상기 제2 조건에서도 추정되는 경우, 상기 경고부를 통해 상기 추정된 커패시터 이상을 경고하는 직류 차단 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 제1 조건에서 상기 커패시터 충전 전류의 파형이 기준 파형보다 전류값이 감소된 파형인 경우, 상기 커패시터(C)의 용량이 감소된 것으로 추정하고, 상기 제2 조건에서 상기 커패시터 방전 전류에 따라 상기 커패시터(C)의 시정수를 산출하고, 상기 산출된 시정수가 기준 시정수보다 낮으면, 상기 커패시터(C)의 용량이 감소된 것으로 추정하는 직류 차단 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 제1 조건에서 상기 커패시터 충전 전류의 파형이 일정한 전류값을 갖는 파형인 경우, 상기 커패시터(C)가 단락 소손된 것으로 추정하고, 상기 제2 조건에서 상기 커패시터 방전 전류의 파형이 차단실패 혹은 아크 발생할 때 나타나는 출렁이는 형태의 왜곡된 파형인 경우, 상기 커패시터(C)가 단락 소손된 것으로 추정하는 직류 차단 장치.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 제1 조건에서 상기 커패시터 충전 전류가 O인 경우, 상기 커패시터(C)가 개방 소손인 것으로 추정하고, 상기 제2 조건에서 상기 커패시터 방전 전류가 O인 경우, 상기 커패시터(C)가 개방 소손인 것으로 추정하는 직류 차단 장치.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 제1 조건에서 상기 전류센서를 통해 감지된 커패시터 충전 전류에 따라 아크 발생 여부를 판단하고, 아크가 발생한 경우, 상기 경고부를 통해 경고하는 직류 차단 장치.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 제1 조건에서 상기 커패시터 충전 전류의 기울기가 정역으로 미리 설정된 횟수 이상 변경되거나, 상기 커패시터 충전 전류에 역전류가 발생하거나, 혹은 상기 커패시터 충전 전류가 상기 커패시터(C)의 충전 전류가 보장할 수 있는 최대 전류를 초과하는 것 중 적어도 하나를 만족하면, 아크가 발생한 것으로 판단하는 직류 차단 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 커패시터(C)의 용량 감소, 단락 소손, 개방 소손, 아크 발생 중 적어도 하나를 포함하는 커패시터 이상을 표시하는 디스플레이부를 더 포함하는 직류 차단 장치.
  9. 제1항에 따른 직류 차단 장치의 이상 검출방법으로,
    상기 직류 차단 장치의 이상 검출방법은,
    상기 직류 차단 장치가 투입 상태에서 개방 상태로 전환되는 경우 상기 제1 스위치(SW1)가 먼저 오프되는 제1 조건에서, 상기 제1 다이오드(D1)와 상기 커패시터(C) 사이에 마련되어 상기 커패시터(C)에 충전되는 전류 또는 방전되는 전류를 감지하는 전류센서를 통해 상기 커패시터(C)의 충전 전류를 감지하고, 상기 감지된 커패시터 충전 전류에 따라 상기 커패시터의 용량 감소, 단락소손 및 개방소손을 각각 추정하고,
    상기 직류 차단 장치가 투입 상태에서 개방 상태로 전환되는 경우 상기 제1 스위치(SW1)가 먼저 오프되고, 설정시간 후에 상기 제2 스위치(SW2) 및 상기 제3 스위치(SW3)가 오프되는 제2 조건에서, 상기 전류센서를 통해 상기 커패시터(C)의 방전 전류를 감지하고, 상기 감지된 커패시터 방전 전류에 따라 상기 커패시터(C)의 용량 감소, 단락소손 및 개방소손을 각각 추정하고,
    상기 제1 조건에서 추정된 커패시터 이상과 동일한 커패시터 이상이 상기 제2 조건에서도 추정되는 경우, 경고부를 통해 상기 추정된 커패시터 이상을 경고하는 것을 포함하는 직류 차단 장치의 이상 검출방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제1 조건에서 상기 커패시터(C)의 용량 감소를 추정하는 것은,
    상기 제1 조건에서 상기 커패시터 충전 전류의 파형이 기준 파형보다 전류값이 감소된 파형인 경우, 상기 커패시터(C)의 용량이 감소된 것으로 추정하는 것을 포함하고,
    상기 제2 조건에서 상기 커패시터(C)의 용량 감소를 추정하는 것은,
    상기 제2 조건에서 상기 커패시터 방전 전류에 따라 상기 커패시터(C)의 시정수를 산출하고, 상기 산출된 시정수가 기준 시정수보다 낮으면, 상기 커패시터(C)의 용량이 감소된 것으로 추정하는 것을 포함하는 직류 차단 장치의 이상 검출방법.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 제1 조건에서 상기 커패시터(C)의 단락 소손을 추정하는 것은,
    상기 제1 조건에서 상기 커패시터 충전 전류의 파형이 일정한 전류값을 갖는 파형인 경우, 상기 커패시터(C)가 단락 소손된 것으로 추정하는 것을 포함하고,
    상기 제2 조건에서 상기 커패시터(C)의 단락 소손을 추정하는 것은,
    상기 제2 조건에서 상기 커패시터 방전 전류의 파형이 차단실패 혹은 아크 발생할 때 나타나는 출렁이는 형태의 왜곡된 파형인 경우, 상기 커패시터(C)가 단락 소손된 것으로 추정하는 것을 포함하는 직류 차단 장치의 이상 검출방법.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 제1 조건에서 상기 커패시터(C)의 개방 소손을 추정하는 것은,
    상기 제1 조건에서 상기 커패시터 충전 전류가 O인 경우, 상기 커패시터(C)가 개방 소손인 것으로 추정하는 것을 포함하고,
    상기 제2 조건에서 상기 커패시터(C)의 개방 소손을 추정하는 것은,
    상기 제2 조건에서 상기 커패시터 방전 전류가 O인 경우, 상기 커패시터(C)가 개방 소손인 것으로 추정하는 것을 포함하는 직류 차단 장치의 이상 검출방법.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 제1 조건에서 상기 전류센서를 통해 감지된 커패시터 충전 전류에 따라 아크 발생 여부를 판단하고, 아크가 발생한 경우, 상기 경고부를 통해 더 경고하는 직류 차단 장치의 이상 검출방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 아크 발생 여부를 판단하는 것은,
    상기 제1 조건에서 상기 커패시터 충전 전류의 기울기가 정역으로 미리 설정된 횟수 이상 변경되거나, 상기 커패시터 충전 전류에 역전류가 발생하거나 혹은 상기 커패시터 충전 전류가 상기 커패시터(C)의 충전 전류가 보장할 수 있는 최대 전류를 초과하는 것 중 적어도 하나를 만족하면, 아크가 발생한 것으로 판단하는 직류 차단 장치의 이상 검출방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 커패시터(C)의 용량 감소, 단락 소손, 개방 소손, 아크 발생 중 적어도 하나를 포함하는 커패시터 이상을 디스플레이부에 더 표시하는 직류 차단 장치의 이상 검출방법.
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