KR102617281B1 - 션트 트립 코일을 이용한 잠수함용 차단기 보호협조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 추진전동기와 병렬 연결된 다수의 배터리 중 일부 배터리를 통한 전력공급 상황에서 추진전동기 출력단의 문제 발생 시, 단락전류제한장치와 하드와이어 회로를 통해 직접 연결된 대전류 차단기에 차단기 강제개방신호를 강제로 인가하고, 이후 계통전압이 회복추세를 보일 경우 단락전류제한장치의 반도체스위치가 차단되지 않도록 조치하는 션트 트립 코일을 이용한 잠수함용 차단기 보호협조방법에 관한 것이다.

Description

션트 트립 코일을 이용한 잠수함용 차단기 보호협조방법{BREAKER COORDINATION METHOD FOR SUBMARINE USING SHUNT TRIP COIL}

본 발명은 션트 트립 코일을 이용한 잠수함용 차단기 보호협조방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는, 추진전동기와 병렬 연결된 다수의 배터리 중 일부 배터리를 통한 전력공급 상황에서 추진전동기 출력단의 문제 발생 시, 단락전류제한장치와 하드와이어 회로를 통해 직접 연결된 대전류 차단기에 차단기 강제개방신호를 강제로 인가하고, 이후 계통전압이 회복추세를 보일 경우 단락전류제한장치의 반도체스위치가 차단되지 않도록 조치하는 션트 트립 코일을 이용한 잠수함용 차단기 보호협조방법에 관한 것이다.

일반적으로, 잠수함의 전력계통에서 잠수함 전력계통에서 가장 큰 전류가 흐르는 회로는 축전지에서 추진전동기에 이르는 부분이고, 그에 따라 해당 계통에는 대용량 차단기가 사용된다.

병렬 구성된 배터리(예, 리튬전지모듈 및 스트링)의 대부분이 사용될 때에는 문제가 되지 않으나, 이 중 일부 배터리만 사용될 경우 사고 시(예컨대, 추진전동기의 전선입구단 혹은 출력단의 사고 발생 시) 배터리에서 나오는 사고전류가 충분하지 않아 차단기 개방, 사고의 확산방지 및 사고범위의 한정에 어려움이 있을 수 있다.

예컨대, 280개 공칭 약 700V 120AH로 구성된 함정에서, 각 축전지실에 140개 모듈이 탑재되며 각 모듈을 10개씩 그룹하여 스트링을 구성하는 경우, 각 스트링은 10개의 리튬전지모듈로 구성될 수 있고, 각 리튬전지모듈은 공칭전압을 형성하며 병렬로 연결될 수 있다. 이 경우 납축전지에 비해 매우 낮은 임피던스(약1/20)로 인해 사고전류의 제한이 필요하고, 이를 위하여 신속한 사고인지 후 저항을 투입하여 사고를 제한하는 단락전류제한장치가 필요하다.

단락전류제한장치는 각 스트링에 하나씩 설치될 수 있다. 이러한 단락전류제한장치가 단락전류를 제한하는 동안 계통의 전기보호기기들은 사고지점을 정상회로로부터 분리하여야 하는데, 이때 최소의 범위만 분리하여 최대의 함 운용성을 유지하는 것이 바람직하다. 이를 식별 및 분리하는데 시간이 소요되고 그 시간은 약 350ms정도 한류된 사고전류는 약 1kA라고 가정할 수 있다.

만약, 사고가 충전발전기 내부나 충전발전기 전선 입구단에서 발생할 경우 축전지에서 공급되는 전류는 14개 스트링에서 1kA씩 발생하여 14kA이 될 것이고, 이는 전류 방향 및 그 크기로 인해 충전발전기 차단기의 STPU OOOA로 인해 단락전류제한장치가 한류중인 OOOms내에 개방되게 되고 사고지점만 정상네트워크로부터 분리되게 된다.

하지만, 문제시 되는 경우는 병렬 연결된 리튬전지의 일부 스트링만 사용되는 경우 사고전류와 정상전류를 구분하기 어려워 적시에 사고지점을 정상회로로부터 분리하지 못하는 경우이다.

예를 들어 추진전동기 내부나 추진전동기 전선 입구단에서 사고가 발생하는 경우에 축전지 그룹내 4개 스트링만 사용 중이었다고 가정하면 사고 시 한류된 전류는 약 4kA가 되고 추진전동기 정격전류는 약 6kA가 되는데, 정격전류보다 사고전류가 작은 상황이 발생한다. 이때, 전류의 크기만으로 사고발생여부를 확인할 수 없으며 차단기의 STPU OOOA 로도 차단이 불가하므로 반도체스위치의 한류시간이 지난 이후에는 단락전류제한장치가 반도체스위치를 차단(BLOCK)함으로써 해당 회로는 불필요한 정전이 발생하게 되는 문제점을 가지게 된다.

한국등록특허 제10-1895124호

본 발명은 상술된 문제점을 해결하기 위해 도출된 것으로서, 추진전동기와 병렬 연결된 다수의 배터리 중 일부 배터리를 통한 전력공급 상황에서 추진전동기 출력단의 문제 발생 시, 단락전류제한장치와 하드와이어 회로를 통해 직접 연결된 대전류 차단기에 차단기 강제개방신호를 강제로 인가하고, 이후 계통전압이 회복추세를 보일 경우 단락전류제한장치의 반도체스위치가 차단되지 않도록 조치하는 션트 트립 코일을 이용한 잠수함용 차단기 보호협조방법을 제공하고자 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 션트 트립 코일을 이용한 잠수함용 차단기 보호협조방법은 병렬 연결된 다수의 배터리 중 일부 배터리를 통한 추진전동기로의 전력공급 상황에서 상기 추진전동기의 출력단의 문제 발생 시, 상기 일부 배터리 별로 각각 마련되는 단락전류제한장치에서 하드와이어 회로를 통해 상기 추진전동기의 계통단의 대전류 차단기에 차단기 강제개방신호를 인가하는 단계 및 상기 차단기 강제개방신호 인가 후 상기 계통단의 전압회복값이 기 설정된 임계 전압값에 도달하는 경우, 상기 추진전동기의 출력단의 문제가 해결된 것으로 판단하여 단락전류제한장치의 반도체 스위치가 차단되지 않도록 제어하는 단계를 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 추진전동기의 계통단의 대전류 차단기에 차단기 강제개방신호를 인가하는 단계는 션트 트립 코일 및 하드와이어를 포함하는 상기 하드와이어 회로를 통해, 분로 트립(shunt trip) 신호에 해당하는 상기 차단기 강제개방신호를 인가하는 단계를 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 반도체 스위치는 절연 게이트 양극성 트랜지스터(IGBT)에 해당할 수 있다.

일 실시예에서, 본 발명은 상기 차단기 강제개방신호 인가 후 기 설정된 임계시간 이내에 상기 계통단의 전압회복값이 기 설정된 임계 전압값에 도달하지 않는 경우, 상기 추진전동기의 출력단의 문제가 해결되지 않은 판단하여 반도체 스위치를 차단하도록 제어하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 단락전류제한장치와 하드와이어 회로를 통해 직접 연결된 대전류 차단기에 차단기 강제개방신호를 강제로 인가하고, 이후 계통전압이 회복추세를 보일 경우 단락전류제한장치의 반도체스위치가 차단되지 않도록 조치함으로써, 병렬 구성된 배터리를 일부 사용함에 따른 정상전류와 사고전류를 구별할 수 없는 상황에서 발생되는 취약성을 극복할 수 있는 이점을 가진다.

또한 본 발명의 일 측면에 따르면, 계통전압이 회복추세를 보일 경우 완전한 전압회복이 되지 않더라도 사고가 해소된 것으로 판단하여 반도체스위치를 차단하지 않도록 조치함으로써 조기에 정전방지를 위한 판단을 내릴 수 있는 이점을 가진다.

도 1은 추진전동기 전선 입구단의 사고 발생 시, 반도체스위치가 차단되어 잠수함 내 정전이 발생되는 종래의 보호협조방법을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 션트 트립 코일을 이용한 잠수함용 차단기 보호협조방법을 통해 반도체스위치가 차단되지 않아 잠수함 내 정전이 발생되지 않는 방법을 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 추진전동기 전선 입구단의 사고 발생 시, 반도체스위치가 차단되어 잠수함 내 정전이 발생되는 종래의 보호협조방법을 도시한 도면이다.

도 1을 살펴보면, 종래에는 추진전동기(PM)의 전선 입구단의 단락 혹은 사고가 발생한 상황에서 다수의 배터리(혹은 스트링) 중 일부(예컨대, 10개 미만의 스트링) 스트링이 계통에 연결된 경우, 차단기의 STPU(Short Time Pick Up) 보다 낮은 전류의 단락전류가 만들어짐에 따라, 대전류 차단기에서는 사고전류와 정상전류를 구분할 수 없게 된다.

이 경우, 사고전류가 케이블 혹은 추진전동기에 인가됨에 화재가 발생될 수 있으며, 반도체스위치(IGBT)가 차단됨에 따라 회로(계통)에는 불필요한 정전이 발생되는 문제점을 가지게 된다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 션트 트립 코일을 이용한 잠수함용 차단기 보호협조방법을 통해 반도체스위치가 차단되지 않아 잠수함 내 정전이 발생되지 않는 방법을 도시한 도면이다.

도 2를 살펴보면, 본원발명에서는 먼저 병렬 연결된 다수의 배터리 중 일부 배터리를 통한 추진전동기로의 전력공급 상황에서 상기 추진전동기의 출력단의 문제 발생 시(혹은 단락 발생 시) 대전류 차단기 자체적으로는 사고인지를 할 수 없기 때문에, 배터리 별로 각각 마련되는 단락전류제한장치에서 하드와이어 회로를 통해 상기 추진전동기의 계통단의 대전류 차단기에 차단기 강제개방신호를 인가하게 된다.

보다 구체적으로, 본원발명에서는 다수의 배터리 별로 각각 마련되는 단락전류제한장치와 대전류 차단기에 해당하는 추진전동기의 차단기 간에 직접적이고 물리적인 하드와이어(Hardwire)를 통한 하드와이어 회로가 연결될 수 있다.

따라서, 병렬 구성된 배터리 중 일부만 사용되는 상태에서 대전류 차단기를 통해 사고전류와 정상전류를 구별할 수 없어 대전류 차단기가 차단되지 못하는 상황의 경우, 단락전류제한장치에서는 하드와이어를 통해 대전류 차단기를 강제로 차단하기 위한 차단기 강제개방신호를 인가하게 된다.

이러한 점은, 일부만 사용되는 배터리가 병렬로 구성되지 않고 직렬로 구성되었을 경우를 시뮬레이션하여 차단이 완료되었을 전류값에 대한 시점을 판단한 후, 해당 시점에 대응하여 차단기 강제개방신호를 인가하는 것이다.

따라서, 대전류 차단기는 우선적으로 차단기 강제개방신호에 의해 선 개방이 이루어진다.

이때, 하드와이어 회로는 션트 트립 코일 및 하드와이어를 통해 구현될 수 있으며, 여기에서 션트 트립이라 함은 분로 트립(shunt trip)을 의미할 수 있다.

그 다음, 본원발명에서는 차단기 강제개방신호 인가에 따른 대전류 차단기가 차단된 상황에서 해당 계통단의 전압회복값이 기 설정된 시간동안 기 설정된 임계 전압값(예컨대, 수십V 내지 수백V)에 도달하는 회복 추세를 보이는 경우, 비록 완전한 전압회복이 이루어지지 않더라도 추진전동기의 사고가 해소된 것으로 판단하여 단락전류제한장치의 반도체 스위치(예컨대, IGBT)가 차단되지 않도록 제어하게 된다. 따라서, 병렬 구성된 배터리의 사고전류 부족으로 인한 인지부족임을 판단하기 때문에 반도체 스위치 차단을 막아 불필요한 함 정전을 사전에 예방할 수 있게 된다.

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 (4)

1. 병렬 연결된 다수의 배터리 중 일부 배터리를 통한 추진전동기로의 전력공급 상황에서 상기 추진전동기의 출력단의 문제 발생 시, 상기 일부 배터리 별로 각각 마련되는 단락전류제한장치에서 하드와이어 회로를 통해 상기 추진전동기의 계통단의 대전류 차단기에 차단기 강제개방신호를 인가하는 단계;
   상기 차단기 강제개방신호 인가 후 상기 계통단의 전압회복값이 기 설정된 임계 전압값에 도달하는 경우, 상기 추진전동기의 출력단의 문제가 해결된 것으로 판단하여 단락전류제한장치의 반도체 스위치가 차단되지 않도록 제어하는 단계; 및
   상기 차단기 강제개방신호 인가 후 기 설정된 임계시간 이내에 상기 계통단의 전압회복값이 기 설정된 임계 전압값에 도달하지 않는 경우, 상기 추진전동기의 출력단의 문제가 해결되지 않은 판단하여 반도체 스위치를 차단하도록 제어하는 단계;를 포함하며,
   상기 추진전동기의 계통단의 대전류 차단기에 차단기 강제개방신호를 인가하는 단계는 션트 트립 코일 및 하드와이어를 포함하는 상기 하드와이어 회로를 통해, 분로 트립(shunt trip) 신호에 해당하는 상기 차단기 강제개방신호를 인가하는 단계;를 포함하고,
   상기 반도체 스위치는 절연 게이트 양극성 트랜지스터(IGBT) 인 것을 특징으로 하는, 션트 트립 코일을 이용한 잠수함용 차단기 보호협조방법.
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