KR20000060552A - Two-Stage Mechanical-Thyristor Switch - Google Patents

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KR20000060552A KR1019990008937A KR19990008937A KR20000060552A KR 20000060552 A KR20000060552 A KR 20000060552A KR 1019990008937 A KR1019990008937 A KR 1019990008937A KR 19990008937 A KR19990008937 A KR 19990008937A KR 20000060552 A KR20000060552 A KR 20000060552A
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Abstract

PURPOSE: A circuit breaker for a DC electrostatic current is provided to improve life time and operational properties by using a mechanical switch and a thyristor switch. CONSTITUTION: A mechanical switch(11) is operated in on mode and applies drive electric power from a power supply to a load. A thyristor switch(12,S1)is connected with the mechanical switch(11) in parallel. The thyristor switch(12,S1) is operated in switching mode switched a DC electrostatic current which is applied to the mechanical switch(11). An electric current circuit unit(13) induces commutation of the DC electrostatic current which is supplied from the power supply from the mechanical switch(11) to the thyristor switch(12,S1) without generating an arc when the on mode is converted to the switching mode.

Description

직류 대전류 차단 장치{Two-Stage Mechanical-Thyristor Switch}DC Large Current Breaker {Two-Stage Mechanical-Thyristor Switch}
본 발명은 직류 대전류 차단장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 기계적 스위치와 사이리스터 스위치를 이용하여 수명 및 동작 특성을 개선하도록 된 직류 대전류 차단장치에 관한 것이다.The present invention relates to a direct current large current interruption device, and more particularly, to a direct current high current interruption device which is designed to improve the service life and operating characteristics by using a mechanical switch and a thyristor switch.
일반적으로 초전도 코일용 직류 대전류 전원 장치에 있어서 반드시 필요한 구성 요소의 하나가 초전도 코일을 보호하기 위한 직류 대전류 차단장치이다. KSTAR 국가 핵융합 과제등에 사용되는 직류 대전류 전원 장치의 용량은 10kA에서 35.6kA까지이며 모두 직류 대전류 차단장치를 필요로 한다.In general, one of the essential components in a DC high current power supply device for a superconducting coil is a DC high current blocking device for protecting the superconducting coil. The capacity of DC high current power supplies used for KSTAR national fusion projects is 10kA to 35.6kA and all require DC high current breaker.
그러나, 현재 상업적으로 생산되고 있는 기계적 차단기는 교류 및 단시간동안만 동작을 하며, 직류 차단이 가능한 직류 차단기들은 용량이 위에 미치지 못하며, 크기와 가격 및 반복성에 있어서 제약을 가지고 있다. 특히 차단시간에 있어서는 수십 ms에서 수백 ms로 KSTAR 핵융합과제에서 요구하는 사양을 만족하지 못하게 된다.However, currently commercially produced mechanical breakers operate only for alternating current and for a short time, and DC breakers capable of direct current breakage have less capacity and have limitations in size, price, and repeatability. In particular, the cut-off time does not meet the specifications required by KSTAR fusion projects from tens of ms to hundreds of ms.
따라서, 본 발명은 전술한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로써, 그 목적은 기계적 스위치의 장점과 반도체 사이리스터(thyristor) 스위치의 장점을 결합하여 시스템의 크기와 가격을 낮추어 경제적인 이점을 얻을 수 있는 직류 대전류 차단장치(TMTS:Two-Stage Mechanical-Thyristor Switch)를 개발하고자 하는 것이다.Accordingly, the present invention has been made to solve the above-mentioned conventional problems, the object of which is to combine the advantages of mechanical switch and semiconductor thyristor switch to reduce the size and cost of the system to obtain an economic advantage The company intends to develop a two-stage mechanical-thyristor switch (TMTS).
도 1은 본 발명에 따른 직류 대전류 차단장치의 구성을 보인 회로도이다.1 is a circuit diagram showing the configuration of a DC large current interrupting device according to the present invention.
도 2는 본 발명에 따른 직류 대전류 차단장치의 개략적인 구성을 보인 전체블록도이다.2 is an overall block diagram showing a schematic configuration of a DC large current interruption device according to the present invention.
도 3은 본 발명에 따른 직류 대전류 차단 장치의 각 부의 동작 파형도이다.3 is an operation waveform diagram of each part of the DC high current interruption device according to the present invention.
도 4는 본 발명을 구현하기 위한 비감쇄 직렬 공진 회로도이다.4 is an attenuated series resonant circuit diagram for implementing the present invention.
도 5는 본 발명에 따른 직류 대전류 차단 장치의 시뮬레이션 회로도이다.5 is a simulation circuit diagram of a DC large current interruption device according to the present invention.
도 6은 도 5의 시뮬레이션 회로에 의한 결과에 따른 전압 및 전류파형도이다.FIG. 6 is a waveform diagram of voltage and current resulting from the simulation circuit of FIG. 5.
도 7(a)내지(f)는 본 발명에 따른 직류 대전류 차단장치의 전류차단테스트결과를 보인 파형도이다.7 (a) to 7 (f) are waveform diagrams showing the results of the current interruption test of the DC large current interruption device according to the present invention.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
11...기계 스위치 12...사이리스터 스위치11 ... Mechanical switch 12 ... Thyristor switch
13...전류회로부 14...제어부13 Current circuit unit 14 Control unit
15...펄스 발생부 16...전원공급부15 Pulse generator 16 Power supply
C...캐패시터, S2...전류용 사이리스터 스위치Thyristor Switches for C ... Capacitors, S2 ... Current
L...인덕터 D1...과부하 차단 다이오드L ... Inductor D1 ... Overload Shutdown Diode
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 직류 대전류 차단장치는 통전모드에서 동작되어 부하에 구동 전원을 인가하는 기계 스위치와,In order to achieve the above object, the DC high current interrupting device according to the present invention is operated in an energized mode and applies a driving power to a load;
상기 기계 스위치에 병렬 접속되며 상기 기계 스위치에 인가되는 직류 대전류를 차단시키는 스위칭 모드에서 동작되는 사이리스터 스위치와,A thyristor switch connected in parallel with the mechanical switch and operated in a switching mode for cutting off a DC large current applied to the mechanical switch;
통전 모드에서 스위칭 모드로의 전환시에 상기 전원공급원으로부터의 직류 대전류를 아크(arc)의 발생없이 상기 기계 스위치로부터 상기 사이리스터 스위치로의 전류시키는 전류 회로부를 구비하여 이루어진다.And a current circuit section for directing a large DC current from the power supply source to the thyristor switch without generation of an arc when switching from the energized mode to the switched mode.
나아가, 본 발명에 따른 직류 대전류 차단 장치는 통전 모드의 경우 상기 기계 스위치를 온시켜 직류 대전류가 부하에 인가되도록 하고, 스위칭 모드의 경우 상기 기계스위치를 오프시킴과 동시에 상기 사이리스터 스위치를 온시켜 기계스위치로부터 사이리스터 스위치로 전류가 이루어지도록 하고, 상기 사이리스터 스위치가 온된 후 소정 시간 경과 후 상기 전류 회로부를 동작시켜 상기 사이리스터 스위치를 오프시키도록 상기 전류 회로부에 소정의 구동 제어 신호를 출력하는 제어부를 더 구비하여 이루어진다.Furthermore, the DC high current interrupting device according to the present invention turns on the mechanical switch in the energized mode so that the DC high current is applied to the load, and in the switching mode, turns off the mechanical switch and simultaneously turns on the thyristor switch to switch the mechanical switch. And a control unit for outputting a predetermined drive control signal to the current circuit unit to allow a current to be generated from the thyristor switch, and to operate the current circuit unit to turn off the thyristor switch after a predetermined time after the thyristor switch is turned on. Is done.
이하에는 본 발명의 양호한 실시예에 따른 직류 대전류 차단 장치의 구성 및 작용 효과를 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, the configuration and operation effects of the DC high current blocking device according to a preferred embodiment of the present invention will be described in detail.
도 1은 본 발명에 따른 직류 대전류 차단장치의 개략적인 구성을 보인 회로도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 직류 대전류 차단 장치는 크게 통전모드에서 동작되어 부하(17)에 구동 전원을 인가하는 기계 스위치(11)와, 상기 기계 스위치(11)에 인가되는 직류 대전류를 스위칭시키는 스위칭 모드에서 동작되는 사이리스터 스위치(12)(S1)와, 통전 모드에서 스위칭 모드로의 전환시에 아크(arc)의 발생없이 상기 기계 스위치(11)로부터 상기 사이리스터 스위치(12)로의 전류(commutation)가 가능하도록 하는 전류(轉流) 회로부(13)로 구분될 수 있다.1 is a circuit diagram showing a schematic configuration of a DC large current interruption device according to the present invention. As shown in FIG. 1, the DC large current interruption device according to the present invention is operated in a large energization mode to apply a driving power to a load 17, and a direct current applied to the mechanical switch 11. Thyristor switch 12 (S1) operated in a switching mode for switching a large current, and from the mechanical switch 11 to the thyristor switch 12 without generation of an arc at the time of switching from the energized mode to the switching mode. It can be divided into a current circuit portion 13 to enable a current (commutation).
전술한 구성에 있어서, 상기 사이리스터 스위치(S1)는 상기 기계 스위치(11) 일예로 ACB(Air Circuit Breaker) 또는 VCB(Vacuum Circuit Breaker)에 병렬로 접속되며, 상기 전류 회로부(13)는 상기 사이리스터 스위치(S1)에 병렬 접속된다. 이때 상기 전류 회로부(13)는 상기 사이리스터 스위치(S1)의 애노드측에 일단이 접속된 캐패시터(C)와, 상기 캐패시터(C)에 직렬접속된 인덕터(L) 및 상기 인덕터(L)에 애노드측이 직렬 접속되고 캐소드측은 상기 사이리스터 스위치(S1)의 캐소드측에 접속된 전류(轉流)용 사이리스터 스위치(S2)를 구비하여 이루어진다. 또한, 직렬접속된 캐패시터(C),인덕터(L) 및 사이리스터 스위치(S2)와 병렬로 상기 사이리스터 스위치(S1)의 애노드측에 캐소드측이 접속되고 상기 사이리스터 스위치(S1)의 캐소드측에 애노드단이 접속된 다이오드(D1)를 구비한다.In the above-described configuration, the thyristor switch S1 is connected in parallel to the mechanical switch 11, for example, an ACB (Air Circuit Breaker) or VCB (Vacuum Circuit Breaker), and the current circuit unit 13 is the thyristor switch. It is connected in parallel to S1. At this time, the current circuit unit 13 has a capacitor C having one end connected to the anode side of the thyristor switch S1, an inductor L connected in series with the capacitor C and an anode side to the inductor L. This series connection and the cathode side are provided with the thyristor switch S2 for currents connected to the cathode side of the said thyristor switch S1. Further, a cathode side is connected to the anode side of the thyristor switch S1 in parallel with the capacitor C, the inductor L, and the thyristor switch S2 connected in series, and an anode end of the thyristor switch S1 is connected to the cathode side. This connected diode D1 is provided.
도 2는 본 발명에 따른 직류 대전류 차단기 구동 장치의 일예에 따른 구성을 보인 블록도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 직류 대전류 차단기 구동 장치는 통전 모드 및 스위칭 모드에서 각각 기계 스위치(11) 및 사이리스터 스위치(S1)(S2)의 구동을 제어하기 위하여 소정 제어신호를 출력하는 제어부(14)와, 상기 제어부(14)의 제어하에 상기 기계 스위치(11) 및 사이리스터 스위치(S1)(S2)를 통해 부하에 구동 전원을 인가하는 전원 공급부(16)와, 상기 제어부(14)의 제어하에 상기 기계 스위치(11)의 동작을 오프시키기 위한 펄스 신호 및 상기 사이리스터 스위치(S1)(S2)를 턴온시키기 위한 게이트 구동 신호로 소정의 펄스 신호를 인가하는 펄스발생부(15)를 구비하여 이루어진다.2 is a block diagram showing a configuration of an example of a DC high current circuit breaker driving apparatus according to the present invention. As shown in FIG. 2, the DC high current breaker driving device according to the present invention outputs a predetermined control signal in order to control the driving of the mechanical switch 11 and the thyristor switch S1 and S2 in the energized mode and the switched mode, respectively. A power supply unit 16 for applying driving power to a load through the mechanical switch 11 and the thyristor switch S1 and S2 under the control of the control unit 14, and the control unit 14. A pulse generator 15 for applying a predetermined pulse signal as a pulse drive signal for turning off the operation of the mechanical switch 11 and a gate drive signal for turning on the thyristor switch S1 (S2) It is made.
이하에는 본 발명에 따른 직류 대전류 차단 장치의 동작 및 작용 효과를 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings the operation and effect of the DC high current blocking device according to the present invention will be described in detail.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 직류 대전류 차단 장치는 일예로 초전도 코일용 직류 대전류 전원 장치에서 초전도 코일을 보호하기 위하여 사용되어진다. 한편, 본 발명에 사용되는 기계 스위치(11)는 기본적으로 일반 상용의 차단 기류를 적용하는 것이며, 가능한 한 본 발명에 따른 직류 대전류 차단장치의 성능 개선을 위하여 다음과 같은 조건을 만족하도록 구성된다. 즉, 직류 대전류를 항시 흘릴 수 있도록 조인트(joint)부분과 그 외의 통전 부분들이 설계되어야하며, 가능한 동작시간을 줄일수 있는 구조여야 한다. 기계 스위치의 동작시간과 직류 대전류 차단장치의 가격과 크기는 서로 연관이 있으며 기계 스위치의 동작 시간이 빠를 수록 사이리스터 스위치 및 전류 회로부의 용량을 보다 작게 구성할 수 있다.1 and 2, the DC high current blocking device according to the present invention is used to protect the superconducting coil in the DC high current power supply for the superconducting coil as an example. On the other hand, the mechanical switch 11 used in the present invention is basically to apply a general commercial cut-off air flow, it is configured to satisfy the following conditions to improve the performance of the DC high current blocking device according to the present invention as possible. In other words, joint part and other energized parts should be designed to flow DC high current all the time, and structure should be able to reduce the operation time as much as possible. The operation time of the mechanical switch and the price and size of the DC direct current breaker are related to each other. The faster the operation time of the mechanical switch, the smaller the capacity of the thyristor switch and the current circuit unit can be configured.
또한, 본 발명에 따른 직류 대전류 차단 장치에서는 기본적으로 정상적인 통전 상태에서는 기계 스위치를 통해 전원을 부하에 인가하게 되고, 기계 스위치(11)를 오프시키는 스위칭 순간에는 사이리스터 스위치(S1)를 사용하여 기계 스위치 접점에서의 아크 발생을 방지하게 된다. 따라서, 짧은 시간 동안의 전류 정격이 동작(on)상태에서의 전류 정격보다 10배 이상이 되는 사이리스터의 동작 특성을 이용하여 실제 설계하고자 하는 직류 대전류 차단 장치의 정격보다 상당히 작은 정격의 사이리스터 소자를 사용할 수 있다. 일예로, 300A, 1800V의 사이리스터 소자의 경우 5000A,10 ms의 펄스 전류, 5400A, 8.3ms의 펄스 전류를 견딜 수 있다. 또한, 빠른 턴-오프(turn-off)시간을 갖는 사이리스터 소자를 사용함으로써 전류(commutation)회로의 부담을 줄일 수 있다.In addition, in the DC high current interruption device according to the present invention, the power is applied to the load through the mechanical switch in the normal energized state, and the mechanical switch is used by using the thyristor switch S1 at the switching moment of turning off the mechanical switch 11. This prevents arcing at the contacts. Therefore, using thyristor element whose current rating for a short time is more than 10 times higher than the current rating in the on state, the thyristor element whose rating is considerably smaller than that of the DC large current interruption device to be actually designed is used. Can be. For example, the thyristor device of 300 A and 1800 V can withstand a pulse current of 5000 A, 10 ms, and a pulse current of 5400 A and 8.3 ms. In addition, by using a thyristor element having a fast turn-off time, the burden on the commutation circuit can be reduced.
한편, 도 3은 본 발명에 따른 직류 대전류 차단 장치의 각 부의 동작 파형을 보인 도이고, 도 4는 본 발명에 따른 전류 회로부의 등가 회로도를 도시한 것이다.On the other hand, Figure 3 is a view showing the operation waveform of each part of the DC high current blocking device according to the present invention, Figure 4 shows an equivalent circuit diagram of the current circuit unit according to the present invention.
본 발명의 동작을 설명하면, 제어부(14)는 부하(17)를 구동시키고자 하는 경우에는 기계 스위치(11)의 접점을 온시켜 전원 공급부(16)로부터 소정의 구동 전원이 부하(17)측에 인가되도록 한다. 이때, 사이리스터 스위치(S1)는 게이트 신호가 인가된 상태가 아니기 때문에 오프 상태를 유지하게 된다.Referring to the operation of the present invention, when the control unit 14 intends to drive the load 17, the control unit 14 turns on the contact of the mechanical switch 11 so that a predetermined driving power is supplied from the power supply unit 16 to the load 17 side. To be applied to At this time, the thyristor switch S1 is maintained in the off state because the gate signal is not applied.
그러나, 부하(17)의 구동을 정지시키고자 하는 경우 제어부(14)는 먼저 부하(17)에 인가되는 직류 대전류를 차단하기 위하여 기계 스위치(11)의 접점을 오프시키게 된다. 이때, 기계 스위치(11)의 접점이 오프되면서 아크가 발생되는 것을 방지하기 위하여 기계 스위치(11)의 접점이 오프되는 순간에 싸이리스터 스위치(S1)를 구동시키도록 게이트 신호를 인가하게 된다. 이때, 사이리스터 스위치(S1)의 전압 강하는 매우 작기 때문에 아크 발생없이 구동 전류는 기계 스위치(M1)(11)로부터 사이리스터 스위치(S1) 측으로 전류(commutation)하게 된다.However, when the driving of the load 17 is to be stopped, the controller 14 first turns off the contact of the mechanical switch 11 to cut off the DC high current applied to the load 17. At this time, the gate signal is applied to drive the thyristor switch S1 at the moment when the contact of the mechanical switch 11 is turned off in order to prevent the arc from occurring while the contact of the mechanical switch 11 is turned off. At this time, since the voltage drop of the thyristor switch S1 is very small, the driving current is commutated from the mechanical switch M1 11 to the thyristor switch S1 side without arc generation.
또한, 사이리스터 스위치(S1)가 온된 이후에 전류 회로부(13)의 사이리스터 스위치(S2)의 게이트단에 구동 신호를 인가하여 사이리스터 스위치(S2)를 온시키게 된다. 이때, 사이리스터 스위치(S1)에 흐르던 전류는 사이리스터 스위치(S2)가 온됨에 따라 사이리스터 스위치(S2)에 직렬 연결된 캐패시터(C) 및 인덕터(L)로 흐르게 되어 사이리스터 스위치(S1)를 오프시키게 된다. 이때, 사이리스터 스위치(S2)를 온시킴으로써 흐르는 공진 전류는 사이리스터 스위치(S1)에 흐르는 전류보다 커야 하며 즉, 사이리스터 스위치(S1)에 흐르는 전류를 유지 전류(Holding current: 게이트의 개방상태에서 소자가 통전하고 있을 때 도전 상태를 유지하기 위한 최초의 순전류)이하로 낮추어야 하고, 그 시간은 사이리스터 스위치(S1)의 턴 오프시간보다 길어야 한다.In addition, after the thyristor switch S1 is turned on, the driving signal is applied to the gate terminal of the thyristor switch S2 of the current circuit unit 13 to turn on the thyristor switch S2. At this time, the current flowing through the thyristor switch S1 flows to the capacitor C and the inductor L connected in series with the thyristor switch S2 as the thyristor switch S2 is turned on to turn off the thyristor switch S1. At this time, the resonant current flowing by turning on the thyristor switch S2 should be larger than the current flowing in the thyristor switch S1, that is, the current flowing through the thyristor switch S1 is held by the device in the open state of the gate. The first forward current to maintain the conducting state), and the time must be longer than the turn-off time of the thyristor switch S1.
그러나, 이러한 조건을 만족시키는 경우 사이리스터 스위치(S1)에 흐르는 전류보다 더 큰 전류가 사이리스터 스위치(S2)에 흘러야 하는 데, 이러한 경우 사이리스터 스위치(S2)에 흐르는 큰 전류는 부하에 영향을 미치게 된다. 특히, KSTAR 핵융합 장치에서와 같이 부하가 상당히 큰 인덕턴스를 갖는 경우 부하 전류는 전류(commutation)의 순간에도 일정하며, 부하 전류와 사이리스터 스위치(S2)를 흐르는 전류의 차 만큼이 과전압으로 스위치 또는 부하에 나타나게 된다.However, when this condition is satisfied, a current larger than the current flowing through the thyristor switch S1 must flow through the thyristor switch S2. In this case, a large current flowing through the thyristor switch S2 affects the load. In particular, if the load has a fairly large inductance, such as in a KSTAR fusion device, the load current is constant at the moment of commutation and the overvoltage is equal to the difference between the load current and the current flowing through the thyristor switch S2. Will appear.
따라서, 과전압 발생을 방지하기 위하여 공진 회로에 사이리스터 스위치(S1)과 병렬접속된 다이오드(D1)을 구성하여 차단 전류보다 큰 전류는 다이오드(D1)을 통해 흐르게 되어 과전압이 발생되지 않도록 한다.Therefore, in order to prevent the occurrence of overvoltage, a diode D1 connected in parallel with the thyristor switch S1 is configured in the resonant circuit so that a current larger than the blocking current flows through the diode D1 so that no overvoltage is generated.
이때, 도 4에 도시된 바와 같은 비감쇄 직렬 공진 회로(undamped series resonant circuit)로부터 전류회로부(13)의 캐패시터(C) 및 인덕터(L)를 설계할 수 있으며, 부하는 일정 전류의 전류원으로 가정하고 t0에서 부하 전류는 IL0이다. 또한, 인덕터(L)의 전류(iL)와 캐패시터(C)의 전압(Vc)가 변수가 되며, t0에서 각각 초기 조건으로 IL0와 VC0를 갖는다. 회로 방정식을 세우면 다음의 수학식 1 과 같다.At this time, the capacitor C and the inductor L of the current circuit unit 13 can be designed from an undamped series resonant circuit as shown in FIG. 4, and the load is assumed to be a current source of a constant current. And the load current at t 0 is I L0 . In addition, the current i L of the inductor L and the voltage V c of the capacitor C become variables, and each has an initial condition I L0 and V C0 at t 0 . When the circuit equation is established, the following equation (1) is obtained.
이때, 각속도 공진주파수(ω0)는이고, 특성 임피던스(Z0)는Ω이다. 따라서, 상기의 수학식 1에 의하여 원하는 전류(commutation) 전류의 크기와 시간에 따라 캐패시턴스와 인덕턴스의 값이 정해지게 된다.At this time, the angular velocity resonance frequency (ω 0 ) And the characteristic impedance (Z 0 ) is Ω. Therefore, the capacitance and inductance values are determined according to the magnitude and time of the desired commutation current by Equation 1 above.
도 5는 본 발명에 따른 직류 대전류 차단 장치의 시뮬레이션 회로를 도시한 것이고, 도 6은 도 5에 도시된 시뮬레이션 장치에 의한 실험결과에 따른 전압 전류 파형을 도시한 것이다. 도 5의 직류 대전류 차단 장치의 시뮬레이션 회로에서는 전원 공급부(power supply)(16)와 부하(17) 사이에 직류 대전류 차단 장치를 연결시키고, 전원 공급부(16)를 동작시킨 후 기계 스위치(M1)를 턴온 및 턴 오프해서 사이리스터(S1)(S2)를 동작시켜 성능을 시뮬레이션 하였다. 이때, 시뮬레이션을 위하 각 구성요소들의 사양 및 파라미터는 표 1에 나타낸 것과 같다.FIG. 5 illustrates a simulation circuit of the DC high current interruption apparatus according to the present invention, and FIG. 6 illustrates a voltage current waveform according to the experimental results by the simulation apparatus illustrated in FIG. 5. In the simulation circuit of the DC high current interruption device of FIG. 5, a DC high current interruption device is connected between the power supply 16 and the load 17, the power supply 16 is operated, and the mechanical switch M1 is turned on. Performance was simulated by turning on and off the thyristors S1 and S2. At this time, the specifications and parameters of each component for the simulation are shown in Table 1.
기계 스위치(ACB)Mechanical switch (ACB) 정격 전류Rated current 2000A2000 A
극수Poles 3P3P
정격 전압Rated voltage AC 660VAC 660 V
Impulse 전압Impulse voltage 8kV8 kV
정격 단시간전류Rated short time current 50kV, 1초45kV, 3초50 kV, 1 second 45 kV, 3 seconds
차단시간Break time 0.050.05
사이리스터 스위치Thyristor switch 5STP45N22005STP45N2200
캐패시턴스Capacitance 5mF5 mF
인덕턴스inductance 10uH10uH
저항resistance 40mΩ40mΩ
7(a)내지(f)는 본 발명에 따른 직류 대전류 차단 장치로 100A에서 2000A까지 전류 차단 결과를 실험한 결과를 나타낸 것으로, (a)는 100A의 전류차단 실험 결과이고, (b)는 200A 전류차단,(c)는 500A 전류차단,(d)는 1000A의 전류차단,(e)는 1500A,(f)는 2000A의 전류차단 실험 결과를 나타낸 것이다.7 (a) to (f) shows the results of experiments of the current blocking results from 100A to 2000A with the DC high current blocking device according to the present invention, (a) is the current blocking test results of 100A, (b) is 200A Current cutoff, (c) shows 500A current cutoff, (d) shows 1000A current cutoff, (e) 1500A, and (f) shows 2000A current cutoff test results.
본 발명에 따른 직류 대전류 차단기는 전술한 실시예에 국한되지 않고 본 발명의 기술 사상이 허용하는 범위내에서 다양하게 변형하여 실시될 수 있다.DC large current circuit breaker according to the present invention is not limited to the above-described embodiment can be implemented in various modifications within the scope of the technical idea of the present invention.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 직류 대전류 차단기는 기계적 스위치의 장점과 사이리스터 스위치의 장점을 이용하여 전류통전시와 전류 차단시에 각각 선택적으로 동작시킴으로써 차단기의 크기를 소형화하고, 제작이 용이하며 저가격으로 구현할 수 있는 효과를 제공할 수 있다.As described above, the DC large current circuit breaker according to the present invention selectively operates at the time of energizing and breaking the current by using the advantages of the mechanical switch and the thyristor switch, thereby miniaturizing the size of the circuit breaker and making it easy to manufacture. It can provide the effect that can be implemented at low cost.
또한, 고압 대용량의 기계 스위치의 차단동작시의 과전압 발생을 사이리스터 스위치를 통해 방지할 수 있으므로 기계 스위치의 수명을 늘리고, 전류 차단을 안정적으로 수행할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.In addition, it is possible to prevent the occurrence of overvoltage during the breaking operation of the high-pressure large-capacity mechanical switch through the thyristor switch can increase the life of the mechanical switch, it is possible to obtain the effect of performing a stable current interruption.

Claims (4)

  1. 전원공급원으로부터 공급되는 직류 대전류를 부하에 인가 또는 차단하는 직류 대전류 차단 장치에 있어서,In the DC high current interruption device for applying or breaking the DC high current supplied from the power supply to the load,
    통전모드에서 동작되어 부하에 구동 전원을 인가하는 기계 스위치와,A mechanical switch operating in energized mode to apply driving power to the load;
    상기 기계 스위치에 병렬 접속되며 상기 기계 스위치에 인가되는 직류 대전류를 차단시키는 스위칭 모드에서 동작되는 사이리스터 스위치와,A thyristor switch connected in parallel with the mechanical switch and operated in a switching mode for cutting off a DC large current applied to the mechanical switch;
    통전 모드에서 스위칭 모드로의 전환시에 상기 전원공급원으로부터의 직류 대전류를 아크의 발생없이 상기 기계 스위치로부터 상기 사이리스터 스위치로의 전류시키는 전류(轉流) 회로부를 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 직류 대전류 차단 장치.DC high current interruption, characterized in that it comprises a current circuit section for directing the DC high current from the power supply source from the mechanical switch to the thyristor switch without generating an arc when switching from the energized mode to the switching mode. Device.
  2. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1,
    통전 모드의 경우 상기 기계 스위치를 온시켜 직류 대전류가 부하에 인가되도록 하고, 스위칭 모드의 경우 상기 기계스위치를 오프시킴과 동시에 상기 사이리스터 스위치를 온시켜 기계스위치로부터 사이리스터 스위치로 전류가 이루어지도록 하고, 상기 사이리스터 스위치가 온된 후 소정 시간 경과 후 상기 전류 회로부를 동작시켜 상기 사이리스터 스위치를 오프시키도록 상기 전류 회로부에 소정의 구동 제어 신호를 출력하는 제어부를 더 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 직류 대전류 차단 장치.In the energized mode, the mechanical switch is turned on so that a large DC current is applied to the load, and in the switching mode, the mechanical switch is turned off and the thyristor switch is turned on to make a current from the mechanical switch to the thyristor switch. And a control unit for outputting a predetermined drive control signal to the current circuit unit to operate the current circuit unit to turn off the thyristor switch after a predetermined time elapses after the thyristor switch is turned on.
  3. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1,
    상기 전류 회로부는The current circuit portion
    상기 사이리스터 스위치의 애노드측에 일단이 접속된 캐패시터와,A capacitor having one end connected to an anode side of the thyristor switch,
    상기 캐패시터에 직렬접속된 인덕터 및An inductor connected in series with the capacitor;
    상기 인덕터에 애노드측이 직렬 접속되고 캐소드측은 상기 사이리스터 스위치(S1)의 캐소드측에 접속된 전류(轉流)용 사이리스터 스위치(S2)를 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 직류 대전류 차단장치.A direct current high current interrupting device, characterized in that the anode side is connected in series with the inductor, and the cathode side comprises a thyristor switch (S2) for current connected to the cathode side of the thyristor switch (S1).
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 전류 회로부는The method of claim 3, wherein the current circuit unit
    상호 직렬 접속된 상기 캐패시터(C),인덕터(L) 및 전류용 사이리스터 스위치(S2)와 병렬로 상기 사이리스터 스위치(S1)의 애노드측에 그 캐소드측이 접속되고 상기 사이리스터 스위치(S1)의 캐소드측에 애노드단이 접속된 다이오드(D1)를 더 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 직류 대전류 차단 장치.The cathode side of the thyristor switch S1 is connected to the anode side of the thyristor switch S1 in parallel with the capacitor C, the inductor L, and the current thyristor switch S2 connected in series with each other. And a diode (D1) having an anode end connected to the DC high current interruption device.
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