KR102543812B1 - 직류 전류 전송을 위한 퓨즈 사용 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 직류 전송을 확보하기 위한 고전압 고전력 퓨즈의 사용 방법에 관한 것으로, 직류 전류의 직류 전압 및/또는 고전압 퓨즈(1)의 정격 전압은 4kV보다 크다.

Description

직류 전류 전송을 위한 퓨즈 사용 방법
본 발명은 직류 전류 전송을 위한 퓨즈 사용 방법에 관한 것이다.
직류 전류 전송(direct current transmission), 특히 고전압 직류 전류 전송 연결(high-voltage direct current transmission connection)(HVDC 연결) 및/또는 중전압 직류 전류 전송 연결(medium-voltage direct current transmission connection)(MVDC 연결)은, 예를 들어 감소된 전력 손실에 대한 관점의 기술에서 100km 이상의 비교적 먼 거리의 전력 전송에 선호된다.
직류 전류 전송은 교류 전송에 비해 에너지 손실을 줄일 수 있음이 입증되었다. HVDC 연결을 사용하여, 일반적으로 비슷한 3 상 가공선보다 전송 손실이 약 30 % ~ 50 % 적다. 중전압 직류 전류 범위의 전송은 또한 교류 및/또는 3 상 전류를 사용한 전송에 비해 전송 손실이 현저히 낮다.
특히 "에너지 턴어라운드(energy turnaround)" 과정에서 가능한 한 손실이 적은 전력 전송 링크가 필요하며, 예를 들어, 해상 풍력 발전 단지(offshore wind farm)의 전력은 적은 손실로 본토와 멀리 있는 본토로 전송될 수 있도록 한다.
그러나, HVDC 또는 MVDC 연결을 사용하면, 실제로는 부적절하거나, 기껏해야 DC 전송의 충분한 보안을 보장할 수 있다는 점에서 불리하다. 특히 HVDC 또는 MVDC 연결의 경우, 한편으로는 DC 전송의 장기 부하를 견딜 수 있는 퓨즈가 실제로 알려져 있지 않으며 다른 한편으로는 단락시 전송 DC 전류를 안전하게 끌 수 있다. 결과적으로, 특히 섹션 및/또는 소형, 소형 및/또는 짧은 길이 설계의 경우 직류 전류를 효과적으로 보호할 수 없다. 결과적으로 교류와는 달리, 여러 소비 장치를 직류 전류 전송 네트워크에 연결하는 것은 최신 기술에서는 불가능하다.
저전압 범위의 경우, DC 회로에 사용하기 위한 퓨즈는 최신 기술로 알려져 있다. 그러나, 이들은 고전압 및/또는 중전압 직류 전류 범위에 적합하지 않거나 사용할 수 없다. 예를 들어, EP 3 270 403 A1은 직류 전압 회로 용 저전압 퓨즈에 관한 것이다.
본 발명의 목적은 이제 종래 기술에서 전술한 단점을 피하거나 적어도 실질적으로 감소시키는 것이다.
본 발명에 따르면, 전술한 목적은 적어도 본질적으로 고전압 고전력 퓨즈를 사용하여 직류 전류 전송을 보호함으로써 해결되며, 여기서 직류 전류의 직류 전압 및/또는 고전압 퓨즈(high voltage fuse)의 정격 전압(rated voltage)은 4kV 보다 크다. 고전압 고용량 퓨즈는 다음에서 고전압 퓨즈라고 한다. 결과적으로 고전압 퓨즈는 특히 직류 전압 회로에 사용된다.
실제로 교류를 보호하기 위해 고전압 퓨즈가 알려져 있다. 특히 1kV 초과, 바람직하게는 1kV에서 100kV 사이의 AC 전압을 보호하는 데 사용된다. 이러한 고전압 퓨즈는 이제 본 발명에 따른 DC 전송에 사용된다.
발명이 시작되었을 때, 고전압 퓨즈가 특히 HVDC 또는 MVDC 연결에 특히 직류 전류 전송에 적합하다는 것이 놀랍게도 발견되었다. 따라서, 고전압 퓨즈로 높은 직류 전류 및/또는 높은 직류 전압을 보호할 수 있다. 지금까지, 최신 기술은 직류 전류 전송을 위해 교류 전송 분야에서 알려진 고전압 퓨즈를 사용하는 것을 자제했다. 특히, 중전압 및/또는 고전압 범위의 퓨즈는 준수해야 할 다양한 조건 및 표준과 연관되어 있다. 고전압 또는 고전류로 인한 위험 가능성에 대한 높은 센스와 주의로 인해 알려진 퓨즈가 다른 유형의 전류를 전송하기 위해 "무작위로" 사용되지 않았다. 지금까지, 퓨즈는 항상 그에 따라 정해진 특별한 목적으로 사용되었다. 특히 직류 전류 전송의 경우 예상되는 문제로 인해 충분한 해결책이 없었다.
DC 전송 네트워크에 전기적으로 연결된 소비 장치 및/또는 사용자 중 하나가 단락을 유발하면 전체 DC 네트워크가 고장난다. 따라서, 실제로, 안정적이고 안전한 전력 네트워크 및/또는 직류 전압 회로에 필요한 퓨즈를 영구적으로 보장할 수 없기 때문에, 직류 전류 네트워크 및/또는 직류 전류 전송의 퓨즈는 폐기되었다.
그러나, 놀랍고도 예기치 않게, 본 발명에 따르면, 고전압 퓨즈가 DC 전송에 사용되는 경우, 특히 과부하 및/또는 단락의 경우에 필요한 안전이 보장될 수 있음이 발견되었다. 특히 과부하 및 단락의 경우, 특히 소화제의 누출 및/또는 전기 아크로 연결된 고전압 퓨즈의 퓨즈 박스 손상을 방지할 수 있는 것으로 확인되었다. 시뮬레이션 된 장기 테스트에서 직류 전류 전송을 확보(securing direct current transmission)하기 위해 고전압 퓨즈를 장기간 사용하더라도, 예를 들어 5 년 이상, 바람직하게는 10 년 이상, 더욱더 바람직하게는 15 년 이상의 기간 동안 필요한 안전 지침 및/또는 규정, 특히 법률에 의해 규정된 규정을 준수할 수 있다.
따라서, 본 발명에 따르면, 중전압 및/또는 고전압 레벨에서 DC 전송에 사용될 수 있는 퓨즈가 제공될 수 있다. 특히 본 발명에 따르면, 다수의 소비 장치 및/또는 사용자를 직류 전류 연결 및/또는 직류 전압 회로에 연결하는 것이 가능하며, 이는 나중에 적어도 하나의 고전압 퓨즈에 의해 보호된다. 소비 장치의 고장, 특히 단락의 경우 직류 전류 전송 네트워크가 중단되지 않는다.
DC 네트워크의 부분적인 퓨즈 보호는 바람직하게는 고전압 퓨즈에 의해 제공될 수 있다.
본 발명에 따라 사용되는 고전압 퓨즈는 과전류 보호 장치로서 전류가 충분한 시간 동안 일정한 값을 초과하면 용융 전도체를 용융시켜 회로를 차단하는 퓨즈이다. 바람직하게, 퓨즈를 전환하는 데 필요한 시간이 매우 짧으며, 특히 밀리 초(millisecond) 범위에서 그렇다.
본 발명의 바람직한 실시예는 고전압 퓨즈가 2 개의 단면(end face)에서 적어도 부분적으로 개방된 퓨즈 박스(fuse box)를 포함하는 것을 제공한다. 전기 접촉을 위해 설계된 적어도 하나의 접촉 캡(contact cap)이 퓨즈 박스의 각 단면에 배치(arrange)된다. 퓨즈 박스에서, 적어도 하나의 용융 전도체(melting conductor)는 바람직하게는 별 모양(star-shaped)의 용융 전도체 캐리어(melting conductor carrier) 주위에, 바람직하게는 나선형으로 및/또는 나선 형태(helix form)로 배치된다. 퓨즈 전도체(fuse conductor)의 길이가 특히 나선형 및/또는 나선형 권선에 의해 증가될 수 있기 때문에, 고전압 퓨즈의 길이는 적어도 하나의 퓨즈 요소의 권선에 의해 가능한 한 짧게 유지될 수 있다.
DC 전압의 전송을 위해 용융 전도체가 용융 전도체 캐리어 주위에 감기기 때문에 완전한 고전압 퓨즈의 길이와 일치하지 않는 용융 전도체의 필요한 길이가 사용된다. 결국 용융 전도체의 길이는 고전압 퓨즈의 길이보다 더 길다.
바람직하게는, 용융 전도체 캐리어(melting conductor carrier)는 용융 전도체, 특히 적어도 본질적으로 각 턴에서, 필요하다면 여러 지점에서 시간을 지키도록 설계된다. 결과적으로, 용융 전도체 캐리어는 돌출부(protrusion) 사이의 돌출부 및 함몰부(depression)를 포함할 수 있다. 용융 전도체 캐리어의 적어도 본질적으로 별 모양의 디자인이 가장 바람직하다.
특히 직류 전압 회로에 사용되는 각각의 고전압 퓨즈에 대한 특성 값 및/또는 정격 값, 바람직하게는 정격 전압(rated voltage) 및/또는 정격 전류 범위가 결정 및/또는 설정되어야 한다. 바람직하게는, 이러한 특성 값은 AC 고전압 퓨즈의 특성 값과 다르다. 바람직하게는, 본 발명에 따른 고전압 퓨즈의 측정 전압 및/또는 정격 전류 강도 범위는 같은 유형의 AC 고전압 퓨즈와 비교시, 20 % 보다 크게, 바람직하게는 30 % 보다 크게, 더 바람직하게는 50 % 보다 크게 및/또는 10 %와 90 % 사이, 바람직하게는 20 %와 80 % 사이, 더욱더 바람직하게는 40 %와 70 % 사이만큼 줄어들고 및/또는 감소된다.
바람직하게는, 전송 DC 전류 및/또는 정격 전압 또는 고전압 퓨즈의 정격 전압 범위의 DC 전압은 5kV 초과, 바람직하게는 10kV 초과, 더욱 바람직하게는 15kV 초과이다. 대안적으로 또는 추가적으로, DC 전압 및/또는 고전압 퓨즈의 정격 전압은 150kV 미만, 바람직하게는 100kV 미만, 더 바람직하게는 75kV 미만, 더 바람직하게는 52kV 미만이고 및/또는 4 kV와 100 kV 사이, 바람직하게는 5 kV와 80 kV 사이, 더 바람직하게는 10 kV와 52 kV 사이이다. 고전압 퓨즈의 정격 전압 및/또는 정격 전압 범위는 특히 퓨즈가 사용 및/또는 퓨즈에 대해 테스트되는 전압 또는 전압 범위이다. 기본적으로 높은 정격 전압과 낮은 정격 전압을 구분해야 하며, 낮은 정격 전압은 고전압 퓨즈가 여전히 스위칭 되는 전압을 제공하고, 높은 정격 전압은 전송될 DC 전압의 상한을 나타낸다. 결과적으로, 정격 전압 또는 정격 전압 범위는 고전압 퓨즈의 허용 전압 범위를 제공한다. 특히, 정격 전압 범위는 고전압 퓨즈로 보호할 수 있는 DC 전압 범위에 해당한다.
특히 바람직한 다른 실시예에서, 고전압 퓨즈의 최소 차단 전류(minimum breaking current)는 3A 초과, 바람직하게는 5A 초과, 더욱 바람직하게는 10A 초과이다. 대안적으로 또는 추가적으로, 고전압 퓨즈의 최소 차단 전류는 1kA 미만, 바람직하게는 500A 미만, 더 바람직하게는 300A 미만, 및/또는 3A와 700A 사이, 바람직하게는 5A와 500A, 더 바람직하게는 15A와 300A 사이로 제공된다. 최소 차단 전류는 최소 차단 전류의 정격 값이다. 이 전류 값이 켜지면 고전압 퓨즈가 과전류(overcurrent)를 전환할 수 있다. 결과적으로, 특히 전기 부품(소비 장치, 직류 전류 소스 등)은 최소 차단 전류 이하로 떨어지는 퓨즈의 입구 지점(inlet point)에서 과전류가 발생하지 않도록 하는 방식으로, 고전압 퓨즈에 대해 배치 및/또는 설계되어야 한다. 최소 차단 전류는 선택한 유형의 고전압 퓨즈에 따라 달라질 수 있다. 본 발명에 따르면, 따라서 높은 직류 전압에서 비교적 낮은 직류 전류를 끌 수 있다.
바람직하게, 정격 차단 용량(rated breaking capacity)은 1kA 초과, 바람직하게는 10kA 초과, 더욱 바람직하게는 20kA 초과 및/또는 1kA와 100kA 사이, 바람직하게는 10kA와 80kA 사이, 더욱 바람직하게는 10kA와 50kA 사이가 되도록 설계된다. 고전압 퓨즈의 정격 차단 용량은 특히 최대 차단 전류(minimum breaking current)의 정격 값(rated value)이다. 최대 차단 전류는 퓨즈가 최대에서 전환할 수 있는 직류 전류다. 결과적으로, 고전압 퓨즈의 정격 차단 용량은 고전압 퓨즈 사용 지점에서 최대 단락 전류보다 커야 한다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 고전압 퓨즈 및/또는 정격 전류 범위에 의해 전송되고 보호되는 직류 전류는 5A 초과, 바람직하게는 10A 초과, 더욱 바람직하게는 15A 초과이다. 대안적으로 또는 추가적으로, 직류 전류는 3A와 100kA사이, 바람직하게는 10A와 75kA 사이, 더 바람직하게는 15A와 50kA 사이인 것이 제공된다. 특히, 전송되는 직류 전류의 전류 강도 범위는 정격 차단 용량과 고전압 퓨즈의 최저 차단 전류의 함수로 지정된다.
마지막으로, 각각의 직류 전류 전송의 기능으로서, 각각의 응용을 위해 설계될 수 있는 상이한 고전압 퓨즈가 제공될 수 있다는 것이 이해된다. 따라서, 고전압 퓨즈의 유형은 특히 전송될 직류 전류 및/또는 직류 전압의 함수로 선택될 수 있다.
또한, 고전압 퓨즈에 의해 보호되는 직류 전류와 직류 전압의 곱(수학적 곱셈)은 바람직하게는 5kW 초과, 바람직하게는 50kW 초과, 더욱더 바람직하게는 700kW 초과다. 대안적으로 또는 추가적으로, 고전압 퓨즈에 의해 보호되는 직류 전류와 직류 전류의 곱은 3000 MW 미만, 바람직하게는 2000 MW 미만, 더 바람직하게는 1000 MW 미만, 및/또는 5 kW와 3000 MW 사이, 바람직하게는 500 kW와 2000 MW 사이, 더 바람직하게는 700 kW와 1000 MW 사이가 되도록 의도된다.
특히, 고전압 퓨즈로 보호되는 DC 전류 및 전압의 곱은 고전압 퓨즈로 보호되는 소비 장치들 및/또는 소비 장치의 전력(총 전력)에 해당할 수 있다. 결국, 위에서 언급한 곱은 특히 고전압 퓨즈로 보호할 수 있는 전원에 해당한다.
다른 바람직한 실시예에 따르면, 고전압 퓨즈는 적어도 2 개의 용융 전도체, 바람직하게는 2 내지 10 개의 용융 전도체, 더 바람직하게는 3 내지 5 개의 용융 전도체를 포함하며, 이는 퓨즈 박스에 배치된다. 특히, 용융 전도체는 서로 및/또는 접촉 캡과 전기적으로 접촉하여 연결된다.
직류 전류 전송은 보다 바람직하게는 중전압 직류 전류 전송(MVDC) 및/또는 고전압 직류 전류 전송(HVDC), 바람직하게는 분산 공급 네트워크(decentralized supply network)에서이다. 결과적으로, 고전압 퓨즈는 중전압 직류 전류 범위 및/또는 고전압 직류 전류 범위에 배치된 네트워크에서 사용될 수 있다. 중전압 직류 전류 범위는 특히 1kV 초과, 바람직하게는 2kV 초과, 더 바람직하게는 4kV 초과 및/또는 50kV 미만, 바람직하게는 40kV 미만, 더 바람직하게는 30kV 미만의 직류 전압이다. 고전압 직류 전류 범위는 특히 60kV 초과, 바람직하게는 100kV 초과, 더욱 바람직하게는 200kV 초과의 전압 범위이다.
바람직하게, 고전압 퓨즈는 특히 산업 플랜트, 대형 단지, 예를 들어 쇼핑몰 등 및/또는 대부분의 가정에 전기를 공급하는 분산 공급 네트워크에서 사용하기 위한 것이다. 또한, 전력 생산을 위한 적어도 하나의 에너지 변환 플랜트(energy conversion plant), 바람직하게는 직류 전류가 분산 공급 네트워크에 배치될 수 있으며, 이를 통해 산업 플랜트, 대형 단지 및/또는 가정에 전력을 공급할 수 있다. 분산 공급 네트워크는 가장 바람직하게는 소위 섬 솔루션(island solution)이며, 이는 바람직하게 공공 전력 그리드(public power grid)에 독립적이다.
바람직하게, 고전압 퓨즈는 특히 중전압 직류 전류 시스템(medium voltage direct current system)에서 중전압 직류 전류 전송 네트워크(medium voltage direct current transmission network)에 배치될 수 있다. 중전압 직류 전류 전송 네트워크에서, 적어도 하나의 직류 전류 장치, 특히 MVDC 장치(중전압 직류 전류 장치)가 배치될 수 있다. 직류 전류는 에너지 변환 플랜트에 의해 중전압 직류 전류 전송 네트워크에 제공될 수 있다.
대안적으로 또는 추가적으로, 본 발명에 따르면, 직류 전류는 태양 광 설비(photovoltaic installation) 및/또는 태양 광 표면 설비(photovoltaic surface installation), 특히 태양 광 단지(solar park), 및/또는 풍력 설비(wind power installation) 및/또는 풍력 단지(wind park), 특히 해상 풍력 단지(offshore wind park)로부터 오는 것이 제공될 수 있다. 대안적으로 및/또는 추가적으로, 본 발명에 따르면, 특히 전술한 에너지 변환 플랜트 중 적어도 하나에서 발생하는 전기를 사용하여 자체 포함되거나 또는 캡슐화된 중전압 및/또는 고전압 네트워크를 공급할 수 있다. 따라서, 특히 재생 에너지(renewable energies)에서 발생하는 직류 전류를 사용하여 소비 장치에게 공급할 수 있다. 특히, 전술한 설비에서 생성된 전기는 직류 전류이므로, 바람직하게 그리드에 공급되기 전에 교류로 변환할 필요가 없다.
바람직하게는, 고전압 퓨즈의 퓨즈 박스(fuse box)는 중공 실린더(hollow cylinder) 및/또는 튜브로 설계된다. 퓨즈 박스의 상단과 하단은 특히 적어도 일부 영역에서 열리도록 설계되었다.
퓨즈 박스의 단면은 접촉 캡으로 둘러싸 일 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 접촉 캡이 퓨즈 박스의 단면에 위치되도록 제공될 수 있다. 특히, 접촉 캡은 전기 접촉에 사용되며, 용융 전도체는 접촉 캡에 전기적으로 연결된다.
바람직하게, 적어도 하나의 접촉 캡은 퓨즈 박스의 적어도 일부, 특히 전면 영역의 표면의 일부를 덮는다. 퓨즈 박스 단면의 겹침으로 인해 퓨즈 박스의 접촉 캡의 고정된 배치를 보장할 수 있다.
더 바람직한 실시예에 따르면, 추가 상부 캡이 접촉 캡의 전방에 배치되고, 접촉 캡의 상부에 위치되고/되거나 접촉 캡을 적어도 부분적으로 덮는다. 따라서 내부 접촉 캡은 보조 캡으로 설계될 수 있다. 접촉 캡의 두 부분으로 된 디자인은 안정적인 전기 접촉을 보장하며 이는 특히 장기간 사용에 유리한다. 또한, 이 디자인은 퓨즈 박스의 접촉 캡을 특히 단단히 연결하거나 배치할 수 있도록 한다.
본 발명에 따르면, 퓨즈 박스는 세라믹 재료로 구성 및/또는 구성된다. 세라믹 재료는 특히 다양한 무기, 비금속 재료이며, 바람직하게는 토기, 석기, 그릇, 도자기 및/또는 특수 덩어리로 나눌 수 있다. 세라믹 특수 질량은 선호되는 전기 세라믹 및/또는 고온 특수 질량이다.
퓨즈 박스는 소화제제(extinguishing agent), 특히 소화 모래 충전재(extinguishing sand filling), 바람직하게는 석영 모래(quartz sand) 및/또는 공기(air)로 채울 수 있다. 소화제는 고전압 퓨즈를 전환하는 경우, 특히 단락의 경우 아크(arc)를 끄고/하거나 녹을 수 있는 용융 전도체 및/또는 용융 전도체 잔류물을 냉각시키는 역할을 한다.
용융 전도체는 특히 용융 전도체가 용융될 때 소화제가 용융 전도체에 작용할 수 있도록 소화제에 적어도 부분적으로 매립될 수 있고/있거나 소화제에 의해 둘러싸 일 수 있다.
용융 전도체의 재료는 특히 은, 바람직하게는 순은 및/또는 전해 구리이다. 특히, 용융 전도체는 전술한 재료로 만들어 질 수 있다. 바람직하게는, 용융 전도체는 미세한 은 스트립 및/또는 스트립 형태로 설계된다.
더 바람직한 실시예로, 퓨즈 박스는 적어도 본질적으로 밀폐되어 있다. 밀폐 캡슐화 및/또는 잠금은 특히 물 및/또는 액체로부터 보호되는 시스템의 기밀 및/또는 기밀 밀봉을 의미한다.
본 발명의 추가 실시예에 따르면, 용융 전도체는 전기적으로 병렬로 연결되고/거나 적어도 본질적으로 용융 전도체 캐리어 주위에 나선형으로 감겨 있는 것으로 의도된다. 하나의 용융 전도체의 트리거링만으로도 스위칭에 충분하기 때문에, 용융 전도체의 병렬 전기 연결은 단락 회로의 경우 및/또는 복수의 용융 전도체의 경우 고전압 퓨즈의 트리거링의 경우에 유리하다. 용융 전도체의 나선형 권선으로 인해 퓨즈에 필요한 용융 전도체의 길이를 퓨즈 박스에 넣을 수 있다.
용융 전도체 캐리어는 한 조각 또는 여러 요소로 만들 수 있다. 특히, 용융 전도체 캐리어는 경질 자기를 포함 및/또는 그로 구성된다. 또한, 용융 전도체 캐리어는 복수의 챔버가 형성되도록 설계될 수 있으며, 특히 단면 수축(cross-sectional constriction)이 하나의 챔버에 제공될 수 있다. 단면 수축으로 인해 퓨즈가 응답할 때 각 용융 전도체에서 많은 부분 아크가 발생할 수 있다. 변환된 열량은 퓨즈가 꺼졌을 때 퓨즈 튜브의 전체 길이에 걸쳐 고르게 분배될 수 있다.
또 다른, 보다 더 바람직한 실시예는 고전압 퓨즈가 해제 장치(release device)를 포함하는 것으로 의도된다. 해제 장치는 고전압 퓨즈에 연결된 장치, 특히 변압기 스위치 및/또는 부하 스위치, 바람직하게는 자유 해제 및/또는 접촉 캡(contact cap)에 배치된 스위치를 스위칭 하도록 설계될 수 있다. 특히 해제 장치는 스트라이크 핀 해제 메커니즘을 포함한다. 스트라이크 핀 해제 메커니즘(strike pin release mechanism)이 트리거 될 때, 스트라이크 핀(strike pin), 특히 적어도 본질적으로 원통형인 모양이 접촉 캡, 바람직하게는 단단히 납땜 된 구리 호일을 관통하도록 의도된다.
해제 장치의 스트라이커 핀 해제 메커니즘의 스트라이크 핀은 보조 용융 전도체에 의해 트리거 될 수 있다. 스트라이크 핀은 특히 단락의 경우 트리거 된다.
바람직하게는, 예압 스프링(preloaded spring)이 스트라이크 핀에 할당되고, 여기서 스프링은 보조 용융 전도체가 이동될 때, 특히 단락시, 스트라이크 핀이 접촉 캡 중 하나의 단면에서 나오는 방식으로 설계될 수 있다. 특히 스트라이크 핀은 회로 차단기(circuit break)에서 작동하여, 모든 극의 결함 전류를 끌 수 있다.
보조 용융 전도체가 퓨즈 박스의 전체 길이에 걸쳐 및/또는 용융 전도체 캐리어의 중심을 축 방향으로 통과하는 것이 특히 바람직하다. 따라서, 보조 용융 전도체는 특히 용융 전도체 캐리어 주위에 감길 필요가 없다.
또한, 보조 용융 전도체는 용융 전도체 및/또는 용융 전도체와 병렬로 연결될 수 있으므로, 특히 용융 전도체가 용융될 때 전류가 스트라이크 핀을 활성화하는 보조 용융 전도체를 통해 흐르도록 한다.
바람직하게는, 안전 장치가 해제 장치에 할당될 수 있으며, 이는 스트라이크 핀이 활성화된 후 더 이상 퓨즈 박스로 눌리거나 이동될 수 없도록 설계된다. 스트라이크 핀이 해제되면 안전 장치는 스트라이크 핀이 해제되기 전의 자리를 되찾는 것을 방지한다. 따라서, 스트라이크 핀에 배치될 부하 스위치는, 특히 직류 전류가 차단되거나 꺼진 상태로 유지되는 한, 단락의 경우 스트라이크 핀에 의해 영구적으로 작동될 수 있다.
적어도 하나의 표시 장치가 고전압 퓨즈에 할당될 수 있다. 표시 장치는 특히 상태의 시각적 표시를 위해 설계되었다. 표시 장치는 접촉 캡에 배치할 수도 있다. 표시 장치는 또한 스트라이크 핀 해제 메커니즘의 대안으로 사용될 수 있으며 시각 및/또는 음향 신호로 퓨즈 해제를 표시할 수 있다. 마지막으로 표시 장치는 작업자에게 고전압 퓨즈가 작동되었음을 알리는 역할을 한다.
다른 구현 예에 따르면, 접촉 캡에는 갈바닉 및/또는 은 코팅이 제공된다. 접촉 캡은 전해 구리 및/또는 알루미늄을 포함 및/또는 구성할 수 있다. 위에서 언급한 재료는 좋은 전기적 접촉을 허용한다.
다른 바람직한 실시예에 따르면, 특히 스트립 형태의 용융 전도체는 바람직하게는 주름 및/또는 지그재그 및/또는 물결 모양 단면으로 설계된다. 궁극적으로, 주름진 및/또는 홈이 있는 용융 전도체는 용융 전도체 캐리어 주위에 나선형으로 감길 수 있다.
또한, 본 발명은 직접 전류에 의해 공급될 수 있는 소비 장치 및 적어도 하나의 고전압 퓨즈를 갖는 시스템에 관한 것이다. 직류 전류는 소비 장치에게 전달되고, 직류 전류는 고전압 퓨즈에 의해 보호될 수 있다. 이에 의해 사용자는 바람직하게 소비 장치로서 제공된다.
불필요한 반복을 피하기 위해, 본 발명에 따른 시스템에도 동일한 방식으로 적용되는 고전압 퓨즈의 사용에 관한 이전 설명을 참조하라. 본 발명에 따른 사용의 이점 및 바람직한 실시예는 또한 본 발명에 따른 시스템으로 이전될 수 있음이 이해된다.
특히 바람직한 구현 예에 따르면, 특히 복수의 소비 장치로 구성될 수 있는 소비 장치는 5kW 초과, 바람직하게는 50kW 초과, 더욱더 바람직하게는 700kW 초과 및/또는(총) 3000 MW 미만, 바람직하게는 2000 MW 미만, 더 바람직하게는 1000 MW 미만의(총) 출력을 포함한다.
또한, 대안적으로 또는 추가적으로 소비 장치의 전력은 50 kW와 3000 MW 사이, 바람직하게는 50 kW와 2000 MW 사이, 더 바람직하게는 700 kW와 1000 MW 사이 일 수 있다.
결과적으로, 고출력 출력을 갖는 소비 장치는 또한 본 발명에 따라 적어도 하나의 고전압 퓨즈에 의해 보호되는 직류 전류 전송 네트워크에 의해 공급될 수 있다.
더욱이, 전술한 간격 및 범위 제한에서 임의의 중간 간격 및 그 안에 포함된 개별 값이 포함되며, 이러한 중간 간격 및 개별 값이 구체적으로 제공되지 않더라도 본 발명에 본질적으로 개시된 것으로 간주되어야 함이 이해된다.
본 발명의 추가 특징, 장점 및 가능한 응용은 도면 및 도면 자체를 사용하는 실시예의 후속 설명으로부터 발생한다. 이에 의해, 개별적으로 또는 임의의 조합으로 설명된 및/또는 도면으로 표현된 모든 특징은 청구 범위에서의 조합 및 그 역관계에 관계없이 본 발명의 주제를 구성한다.
도 1a는 직류 전류 전송을 확보하기 위해 본 발명에 따른 고전압 퓨즈를 사용하는 원리의 개략도이다.
도 1b는 직류 전류 전송을 확보하기 위해 본 발명에 따른 고전압 퓨즈를 사용하는 다른 실시예의 원리에 대한 개략도이다.
도 2는 본 발명에 따른 고전압 퓨즈의 개략적인 사시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 고전압 퓨즈의 다른 실시예의 개략적인 측면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 고전압 퓨즈의 다른 실시예의 개략적인 사시도이다.
도 5는 본 발명에 따른 고전압 퓨즈의 다른 실시예의 개략적인 단면도이다.
도 6은 본 발명에 따른 고전압 퓨즈의 다른 실시예의 개략적인 측면도이다.
도 1a는 DC 전송을 보호하기 위해 고전압 고용량 퓨즈(high-voltage high capacity fuse)(1)(고전압 퓨즈(high voltage fuse)(1))를 사용하는 것을 보여준다. 도 1a 및 1b에서 고전압 퓨즈(1)는 직류 전류 소스(direct current source)(15)와 소비 장치(consumer)(8) 사이에 배치된다. 소비 장치(들)(8)로 전송되는 직류 전류는 고전압 퓨즈(1)을 통해 흐른다.
따라서, DC 전류의 DC 전압 및/또는 고전압 퓨즈(1)의 정격 전압은 4kV보다 크다.
도 2는 퓨즈 박스(fuse box)(3) 및 고전압 퓨즈(1)의 접촉 캡(contact cap)(4)을 도시한다. 도시되지 않은 것은 퓨즈 박스(3)가 적어도 본질적으로 2 개의 단면(end face)(2)에서 개방되도록 설계되었다는 것이다. 접촉 캡(4)은 전기 접촉을 위한 것이다. 도 3에서 볼 수 있는 바와 같이, 적어도 하나의 용융 전도체(melting conductor)(6)가 용융 전도체 캐리어(melting conductor carrier)(5) 주위에 나선형으로 및/또는 나선 형태로 감긴 퓨즈 박스(3)에 배치된다.
도 3 및 4는 용융 전도체 캐리어(5)가 본질적으로 별 모양으로 설계되었음을 보여준다. 용융 전도체 캐리어(5)의 별 모양 설계는 도 5에 도시되어 있다. 용융 전도체 캐리어(5)는 - 단면에서 볼 수 있는 - 돌출부(protrusion)(13) 및/또는 리브(rib)를 포함하며, 여기서 리세스(recess) 및/또는 오목부(depression)(14)는 돌출부(13) 및/또는 리브 사이에 제공된다. 따라서 돌출부(13)는 용융 전도체(6)의 적어도 본질적으로 시간 지지를 위해 사용될 수 있도록 설계된다. 돌출부(13) 사이에서 용융 전도체(6)는 용융 전도체 캐리어(5)의 표면에 놓이지 않는다.
도 1a 및 1b에 도시된 실시예에서, 직류 전류의 DC 전압은 4kV보다 크고 80kV 미만이다. 다른 실시예에서, 직류 전압은 4kV 내지 52kV 일 수 있다. 추가 실시예에서 고전압 퓨즈(1)의 정격 전압 및/또는 정격 전압 범위는 5kV 초과 및/또는 100kV 미만 및/또는 4kV와 100kV 사이, 더욱더 바람직하게는 5kV와 80 kV 사이이다.
또한, 도 1a 및 1b에 나타난 것처럼 직류 전류 전송을 위해 고전압 퓨즈(1)를 사용할 때, 고전압 퓨즈(1)의 최저 차단 전류(lowest breaking current)는 50A +/- 20A이다. 다른 실시예에서, 고전압 퓨즈(1)의 최소 차단 전류는 3A 보다 높고 및/또는 500A 미만 및/또는 3A와 700A 사이, 바람직하게는 5A와 500A 사이 일 수 있다.
도 3에 도시된 실시예에서 고전압 퓨즈(1)의 정격 차단 용량 및/또는 최고 차단 전류(highest breaking current)는 1kA보다 크고 및/또는 20kA와 50kA 사이에 있다.
도 1a 및 1b에 도시된 직류 전류 소스(direct current source)(15)는 5A 초과의 전류 강도를 갖는 직류 전류를 제공한다. 특히, 직류 전류 및/또는 정격 전류 범위의 전류 강도는 10A ~ 75kA이다.
전송된 직류 전류 및 직류 전압의 함수로서, 직류 전류와 고전압 퓨즈(1)에 의해 보호되는 직류 전압의 곱이 변할 수 있다. 도 1a 및 1b에 도시된 실시예 예에서, 위의 곱은 1000kW +/- 500kW이다. 다른 실시예에서, DC 전류와 고전압 퓨즈(1)에 의해 보호되는 직류 전압의 곱(수학적 곱셈)은 5kW와 3000MW 사이, 특히 700kW와 1000MW 사이에서 변할 수 있다.
도 4는 적어도 2 개의 용융 전도체(6)가 퓨즈 박스(3)에 배치되어 있음을 보여준다. 다른 실시예에서는 2 ~ 10 개의 용융 전도체(6)를 사용하도록 계획될 수 있다.
특히 분산 공급 네트워크(decentralized supply network)에서 직류 전송이 중전압 직류 전류 전송(medium voltage direct current transmission)(MVDC) 및/또는 고전압 직류 전류 전송(high voltage direct current transmission)(HVDC)임을 나타내지 않았다. 중전압 직류 전류 전송은 최대 30kV의 직류 전압으로 구성된다. 고전압 직류 전류 전송은 50kV 이상의 직류 전압으로 구성된다.
고전압 퓨즈(1)는 또한 중전압 직류 전류 전송 네트워크, 특히 적어도 하나의 MVDC 장치를 갖는 중전압 직류 전송 시스템(medium voltage direct current system)에 배치될 수 있다.
또한, 직류 전류 소스(direct current source)(15)가 태양 광 설비 및/또는 태양 광 표면 설비(즉, 태양 광 공원) 및/또는 풍력 설비 및/또는 풍력 단지, 특히 해상 풍력 단지인 것으로 도시되지 않았다. 특히 위에서 언급한 에너지 변환 설비는 직류 전류 네트워크에 직류전류를 제공한다. 전술한 에너지 변환 플랜트에서 생성된 전기는 적어도 하나의 고전압 퓨즈(1)에 의해 고정된 소비 장치(8)에게 전기적으로 전송될 수 있다.
또한, 도 1a 및 1b는 직류 전류에 의해 공급될 수 있는 소비 장치(consumer)(8)를 갖는 시스템(system)(7)을 도시한다. 특히 소비 장치(8)는 사용자 및/또는 다수의 사용자이다. 또한, 시스템(7)은 소비 장치(8)로 전송되는 직류 전류를 보호하도록 설계된 고전압 퓨즈(1)를 포함한다. 소비 장치(8)의 용량이 5kW 초과 및/또는 2000MW 미만인 것은 나타나지 않는다. 특히, 고전압 퓨즈(1)는 직류 전류 네트워크에 설치된다.
도 2는 퓨즈 박스(3)가 중공 실린더 및/또는 튜브로 설계되었음을 보여준다. 퓨즈 박스(3)의 단면은 접촉 캡(4)에 의해 둘러싸이고, 접촉 캡(4)은 퓨즈 박스(3) 상에 위치될 수 있다.
도 2는 접촉 캡(4)이 퓨즈 박스(3)의 단면 영역에서 쉘 표면(shell surface)(9)의 적어도 일부를 덮는 것을 보여준다.
접촉 캡(4)이 접촉 캡(4)의 전방에 위치되고 접촉 캡(4)을 적어도 부분적으로 덮는 추가 상부 캡과 연관되는 것은 보이지 않았다. 이 경우 접촉 캡(4)은 소위 내부 보조 캡(inner auxiliary cap)이다.
도 2에 도시된 퓨즈 박스(3)는 세라믹 재료(ceramic material)를 포함한다. 다른 실시예에서, 퓨즈 박스(3)는 세라믹 재료로 만들어질 수 있다.
퓨즈 박스(3)에 소화제(extinguishing agent)가 제공되어 있지는 않다. 소화제는 소화 모래 충전재, 바람직하게는 석영 모래 및/또는 공기 일 수 있다.
도 4는 용융 전도체(6)가 접촉 캡(4)에 전기적으로 연결되어 있음을 보여준다.
용융 전도체(6)가 적어도 부분적으로, 및 특히 완전히 소화제에 의해 매립 및/또는 둘러싸여 있다는 것은 도시되지 않았다.
또한, 도 4는 용융 전도체(6)가 물결 모양 및/또는 주름진 것을 보여주며, 따라서 단면에서 볼 때 지그재그 모양이 된다. 리브형이 아닌 용융 전도체(6)는 도 3에 도시된 설계 예에서 제공된다.
도 4에 도시된 용융 전도체(6)의 재료는 은, 특히 순은이다. 용융 전도체(6)는 미세한 은 스트립으로 설계될 수 있다. 다른 실시예에서, 용융 전도체(6)의 재료는 전해 구리를 포함하고 및/또는 그로 구성된다.
더욱이, 퓨즈 박스(3)가 적어도 본질적으로 밀폐된 것으로 도시되어 있지 않다.
도 4에 도시된 실시예에서, 용융 전도체 캐리어(5) 주위에 나선형으로 감긴 용융 전도체(6)는 병렬로 연결된다. 도 4에 도시된 용융 전도체 캐리어(5)는 일체형으로 설계된다. 다른 실시예에서, 용융 전도체 캐리어(5)는 여러 추가 요소로 구성될 수 있다. 경질 도자기는 용융 전도체 캐리어(5)의 재료로 사용할 수 있다.
추가 실시예에서, 용융 전도체 캐리어(5)는 특히 적어도 하나의 챔버에 단면 수축이 제공되는 챔버의 다중성이 형성되는 방식으로 설계될 수 있다.
도 6은 고전압 퓨즈(1)가 해제 장치(release device)(10)를 포함하는 것을 보여준다. 해제 장치(10)는 고전압 퓨즈(1)에 연결된 장치를 스위칭 하기 위해 설계되어 있다. 이 장치는 도 6의 예에 나와 있지 않다. 장치는 변압기 스위치 및/또는 부하 스위치 일 수 있으며, 바람직하게는 자유 해제 기능이 있다. 도 6에 도시된 예에서, 해제 장치(10)는 접촉 캡(4)에 적어도 부분적으로 배치된다.
또한, 해제 장치(10)는 스트라이크 핀 해제 메커니즘(strike pin release mechanism)를 포함한다. 스트라이크 핀(strike pin)(11)은 해제 장치(10)가 트리거 될 때 접촉 캡(4)의 상부면(top side)을 관통할 수 있다. 사용시, 접촉 캡(4)은 액체 또는 가스의 침투를 방지하기 위해 동봉된다. 또한, 도 6에 도시된 실시예는 스트라이크 핀(11)이 보조 용융 전도체(12)에 연결되는 것을 보여준다. 스트라이크 핀(11)은 특히 단락의 경우 보조 용융 전도체(12)에 의해 트리거 될 수 있다. 프리 텐션 스프링(pretensioned spring)을 스트라이크 핀(11)에 연결할 수 있다. 보조 용융 전도체(12)가 트리거 될 때, 이 스프링은 스트라이크 핀(11)이 접촉 캡(4) 중 하나의 단면으로부터 나오는 방식으로 설계된다. 특히, 스트라이크 핀(11)은 회로 차단기에서 작동할 수 있으며, 이는 모든 극에서 잘못된 전류를 차단할 수 있다.
도 6은 보조 용융 전도체(12)가 퓨즈 박스(3)의 전체 길이에 걸쳐 있음을 보여준다. 또한, 보조 용융 전도체(12)는 용융 전도체 캐리어(5)의 중심을 통해 축 방향으로 이어진다.
보조 용융 전도체(12)가 용융 전도체(6) 및/또는 용융 전도체(6)에 병렬로 전기적으로 연결되는 것은 도시되지 않았다.
또한, 안전 장치가 해제 장치(10)에 연관되어 있다는 것은 도시되지 않았다. 안전 장치는 트리거링 후 스트라이크 핀(11)이 더 이상 퓨즈 박스(3)로 눌려지거나 및/또는 변위될 수 없도록 설계될 수 있다.
더욱이, 적어도 하나의 표시 장치가 스트라이크 핀 해제 메커니즘에 대한 대안으로서 또는 추가로 고전압 퓨즈(1)에 연관되는 것으로 도시되지 않았다. 표시 장치는 상태의 광학 및/또는 음향 표시를 위해 설계될 수 있으며 특히 고전압 퓨즈(1)가 트리거 될 때 트리거 및/또는 활성화될 수 있다. 표시 장치는 접촉 캡(4)에 적어도 부분적으로 배치될 수 있다.
접촉 캡(4)이 갈바닉 코팅(galvanic coating) 및/또는 은 코팅 및/또는 재료 전해 구리(material electrolytic copper) 및/또는 알루미늄 및/또는 그것으로 구성되는 것은 도시되지 않았다.
도면 부호 리스트
(1) 고전압 퓨즈(high voltage fuse)
(2) (3)의 단면(end face)
(3) 퓨즈 박스(fuse box)
(4) 접촉 캡(contact cap)
(5) 용융 전도체 캐리어(melting conductor carrier)
(6) 용융 전도체(melting conductor)
(7) 시스템(system)
(8) 소비 장치(consumer)
(9) (3)의 쉘 표면(shell surface)
(10) 해제 장치(release device)
(11) 스프라이크 핀(strike pin)
(12) 보조 용융 전도체(auxiliary melting conductor)
(13) (5)의 돌출부(protrusion)
(14) (5)의 오목부(depression)
(15) 직류 전류 소스(direct current source

Claims (10)

  1. 직류 전류 전송을 위하여 구성된 고전압 퓨즈(1)에 있어서,
    상기 고전압 퓨즈(1)의 정격 전압 또는 직류 전류의 직류 전압은 4kV 보다 크고,
    상기 고전압 퓨즈(1)는,
    2 개의 단면(2)에서 적어도 부분적으로 개방된 퓨즈 박스(3),
    상기 퓨즈 박스(3)의 각 단면에 배치된 적어도 하나의 접촉 캡(4), 및
    상기 퓨즈 박스(3) 내에, 용융 전도체 캐리어(5)의 주위에 나선형으로 감긴 적어도 하나의 용융 전도체(6)
    를 포함하고,
    상기 용융 전도체 캐리어(5)는,
    별 모양이고,
    중공 코어(hollow core)를 구비하고,
    상기 적어도 하나의 용융 전도체를 지지하는 별 상의 복수의 점들(points)을 포함하고,
    전송된 DC 전류 또는 정격 전류의 범위는,
    5 A 보다 크고,
    정격 차단 용량은,
    1kA보다 큰,
    고전압 퓨즈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 고전압 퓨즈(1)의 정격 전압 또는 상기 직류 전류의 DC 전압은,
    5kV보다 크고 150kV보다 작은,
    고전압 퓨즈.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 고전압 퓨즈(1)의 최소 차단 전류는 3A보다 큰,
    고전압 퓨즈.
  4. 제1항에 있어서,
    전송된 상기 DC 전류 또는 정격 전류의 범위는,
    10A보다 큰,
    고전압 퓨즈.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 고전압 퓨즈(1)에 의해 보호되는 직류 전류와 상기 직류 전압의 곱은,
    5kW보다 큰,
    고전압 퓨즈.
  6. 제1항에 있어서,
    적어도 2 개의 용융 전도체(6)가 상기 퓨즈 박스(3)에 배치되고,
    상기 퓨즈 박스(3)는 소화 모래(extinguishing sand)를 포함하는,
    고전압 퓨즈.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 직류 전류 전송은,
    분산 공급 네트워크, 태양 광 설비, 태양 광 표면 설비, 풍력 설비, 풍력 단지, 해상 풍력 단지, 또는 중전압 직류 전송 네트워크 중 하나 이상에 위치한
    중전압 직류 전류 전송(MVDC) 또는 고전압 직류 전류 전송(HVDC)인,
    고전압 퓨즈.
  8. 제1항에 있어서,
    중공(hollow)이고 별 모양인 상기 용융 전도체 캐리어 내에 보조 전도체를 더 포함하는,
    고전압 퓨즈.
  9. 시스템에 있어서,
    직류 전류가 공급되는 소비 장치(8), 및
    제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따르는 적어도 하나의 고전압 퓨즈(1)
    를 포함하고,
    상기 소비 장치(8)에게 전송되는 상기 직류 전류는,
    상기 고전압 퓨즈(1)에 의하여 보호되는,
    시스템.
  10. 삭제
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