KR102614414B1 - 반도체 스위치를 이용한 단락전류제한장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 축전지와 배전반 사이를 연결하는 축전지회로차단장치를 배제하고, 반도체 스위치인 절연 게이트 양극성 트랜지스터(IGBT)를 이용하여 단락전류제한장치를 구현함으로써, 기존의 축전지회로차단장치의 단락사고 발생 시 전류차단 역할(한류기능)을 수행할 수 있으며, 최소한의 부피를 가지는 IGTB를 적용함에 따라 협소한 잠수함 내 공간을 효율적으로 활용할 수 있도록 하는 반도체 스위치를 이용한 단락전류제한장치에 관한 것이다.

Description

반도체 스위치를 이용한 단락전류제한장치{SHORT CIRCUIT CURRENT LIMIT APPPARATUS USING IGBT}
본 발명은 반도체 스위치를 이용한 단락전류제한장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는, 축전지와 배전반 사이를 연결하는 축전지회로차단장치를 배제하고, 반도체 스위치인 절연 게이트 양극성 트랜지스터(IGBT)를 이용하여 단락전류제한장치를 구현함으로써, 기존의 축전지회로차단장치의 단락사고 발생 시 전류차단 역할(한류기능)을 수행할 수 있으며, 최소한의 부피를 가지는 IGTB를 적용함에 따라 협소한 잠수함 내 공간을 효율적으로 활용할 수 있도록 하는 반도체 스위치를 이용한 단락전류제한장치에 관한 것이다.
일반적으로, 선급(ABS, DNV) 규정에 따르면, 잠수함의 전력계통에서 단락사고 보호를 위해서는 축전지 근처에 단락보호 차단기를 설치하게 되어 있다. 이러한 점은 축전지와 배전반 사이의 케이블에 단락사고가 발생 했을 경우, 축전지의 손상 및 화재를 방지하기 위함이며 최대한 축전지 근처에 차단기를 설치하여 단락사고 발생 가능지점(차단기~축전지 간 거리)을 최소화하기 위함이다.
기존의 납축전지가 설치된 잠수함의 경우, 축전지와 배전반 사이에 '축전지회로차단장치'를 설치하여 배전반과 축전지사이의 단락사고 발생 시 단락전류를 차단하고 있다.
최근에는 차세대 잠수함의 주축전지로 고려되는 '리튬전지'는 기존의 납축전지대비 내부저항이 약 1/10로 감소하여 단락전류도 10배이상 높은 경향이 있다. 따라서, 전기계통에서 허용 할 수 있는 단락전류보다 높은 전류가 유입되는 것을 막기 위해 단락전류제한장치를 설치 하거나, 충분히 높은 단락전류를 버틸 수 있는 계통으로 설계하여야 한다.
하지만, 종래의 회로차단장치는 부피가 크기 때문에 소형 잠수함과 같이 함 내 공간이 협소한 경우 회로차단장치가 차지하는 부피가 상당하여 함 내 공간을 효율적으로 활용할 수 없다는 문제점을 가지고 있었다.
한국등록특허 제10-1895124호
본 발명은 상술된 문제점을 해결하기 위해 도출된 것으로서, 축전지와 배전반 사이를 연결하는 축전지회로차단장치를 배제하고, 반도체 스위치인 절연 게이트 양극성 트랜지스터(IGBT)를 이용하여 단락전류제한장치를 구현함으로써, 기존의 축전지회로차단장치의 단락사고 발생 시 전류차단 역할을 수행할 수 있으며, 최소한의 부피를 가지는 IGTB를 적용함에 따라 협소한 잠수함 내 공간을 효율적으로 활용할 수 있도록 하는 반도체 스위치를 이용한 단락전류제한장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 스위치를 이용한 단락전류제한장치는 전력공급원과 주배전반(MSBD) 사이에 마련되며, 서로 직렬 연결된 제1 및 제2 반도체 스위치, 서로 직렬 연결되되 상기 제1 및 제2 반도체 스위치와는 병렬 연결된 제3 및 제4 반도체 스위치를 포함하며, 상기 전력공급원의 충방전 시에는 상기 제1 내지 제4 반도체 스위치 중 제1 및 제2 반도체 스위치를 통해 전류 도통이 진행되고, 단락사고 발생 시에는 상기 제1 및 제2 반도체 스위치가 선개방(OPEN)된 후 기 연결된 상기 제3 및 제4 반도체 스위치가 특정 시간 경과 후 후개방(OPEN)됨에 따라 전류가 차단될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 단락사고 발생 시 상기 제3 및 제4 반도체 스위치를 통한 전류 도통 시간이 기 설정된 임계 시간을 초과할 경우, 상기 제3 및 제4 반도체 스위치가 모두 개방(OPEN)될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제3 및 제4 반도체 스위치 사이에는 저항체가 마련될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제1 내지 제4 반도체 스위치는 절연 게이트 양극성 트랜지스터(IGBT)에 해당할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제1 및 제2 반도체 스위치는 서로 반대 방향의 극성을 가지도록 연결되고, 상기 제3 및 제4 반도체 스위치는 서로 반대 방향의 극성을 가지도록 연결될 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 축전지와 배전반 사이를 연결하는 축전지회로차단장치를 배제하고, 반도체 스위치인 절연 게이트 양극성 트랜지스터(IGBT)를 이용하여 단락전류제한장치를 구현함으로써, 최소한의 부피를 가지는 IGTB를 적용함에 따라 협소한 잠수함 내 공간을 효율적으로 활용할 수 있는 이점을 가진다.
특히 본 발명의 일 측면에 따르면, 특정 시간이 지나도 사고가 해소되지 않을 경우 사고전류차단까지 수행함으로써 기존의 축전지회로차단장치의 역할을 모두 수행할 수 있는 이점을 가진다.
또한 본 발명의 일 측면에 따르면, 종래의 축전지 대비 단락전류가 10배 이상 높은 리튬전지에 대응할 수 있는 이점을 가진다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 스위치를 이용한 단락전류제한장치(100)의 구성을 도시한 도면이다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시한다. 그러나 하기의 실시예는 본 발명을 보다 쉽게 이해하기 위하여 제공되는 것일 뿐, 실시예에 의해 본 발명의 내용이 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 스위치를 이용한 단락전류제한장치(100)의 구성을 도시한 도면이다.
도 1을 살펴보면, 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 스위치를 이용한 단락전류제한장치(100)는 크게 제1 내지 제4 반도체 스위치(110, 120, 130, 140)와, 제3 및 제4 반도체 스위치 사이에 마련되는 저항체(150)를 포함하여 구성될 수 있다.
제1 및 제2 반도체 스위치(110, 120)는 전력공급원(예컨대, 리튬전지와 같은 이차전지)와 주배전반(MSBD) 사이에 마련되며 서로 직렬 연결될 수 있다.
또한, 제3 및 제4 반도체 스위치(130, 140)는 마찬가지로 전력공급원과 주배전반(MSBD) 사이에 마련되며 서로 직렬 연결될 수 있다.
이때, 제1 및 제2 반도체 스위치(110, 120)와, 제3 및 제4 반도체 스위치(130, 140)는 서로 병렬 구조를 가지게 된다.
따라서, 전력공급원의 충방전 시에는 제1 내지 제4 반도체 스위치(110, 120, 130, 140)가 모두 연결(CLOSE)되어 있으며, 이때 제3 및 제4 반도체 스위치(130, 140) 사이에 마련된 저항체(150)에 의해 충방전 전류는 제1 및 제2 반도체 스위치(110, 120)를 통해 흐르게 된다.
단락사고 발생 시에는 제1 및 제2 반도체 스위치(110, 120)가 개방(OPEN)되고 기 연결된 제3 및 제4 반도체 스위치(130, 140)를 통해 사고전류가 흐르게 된다.
이때, 일정시간(예컨대, 5초 등)이 경과한 경우 제3 및 제4 반도체 스위치(130, 140)도 개방(OPEN)되면서 축전지와 배전반 사이의 차단기능이 수행될 수 있다.
한편, 여기에서 제1 내지 제4 반도체 스위치(110, 120, 130, 140)는 절연 게이트 양극성 트랜지스터(IGBT)일 수 있으며, 제1 및 제2 반도체 스위치(110, 120)는 서로 반대 방향의 극성을 가지도록 반대 방향으로 연결되고, 제3 및 제4 반도체 스위치(130, 140)는 서로 반대 방향을 극성을 가지도록 반대 방향으로 연결될 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (5)

  1. 전력공급원과 주배전반(MSBD) 사이에 마련되며, 서로 직렬 연결된 제1 및 제2 반도체 스위치; 및
    서로 직렬 연결되되, 상기 제1 및 제2 반도체 스위치와는 병렬 연결된 제3 및 제4 반도체 스위치;를 포함하며,
    상기 전력공급원의 충방전 시에는 상기 제1 내지 제4 반도체 스위치 중 제1 및 제2 반도체 스위치를 통해 전류 도통이 진행되고, 단락사고 발생 시에는 상기 제1 및 제2 반도체 스위치가 선개방(OPEN)된 후 기 연결된 상기 제3 및 제4 반도체 스위치가 특정 시간 경과 후 후개방(OPEN)됨에 따라 전류가 차단되고,
    상기 단락사고 발생 시 상기 제3 및 제4 반도체 스위치를 통한 전류 도통 시간이 기 설정된 임계 시간을 초과할 경우, 상기 제3 및 제4 반도체 스위치가 모두 개방(OPEN)되고,
    상기 제3 및 제4 반도체 스위치 사이에는 저항체가 마련되며,
    상기 제1 내지 제4 반도체 스위치는 절연 게이트 양극성 트랜지스터(IGBT)이고,
    상기 제1 및 제2 반도체 스위치는 서로 반대 방향의 극성을 가지도록 연결되고, 상기 제3 및 제4 반도체 스위치는 서로 반대 방향의 극성을 가지도록 연결되는 것을 특징으로 하는, 반도체 스위치를 이용한 단락전류제한장치.
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