KR20110011601A - 전자 직류회로 차단기 - Google Patents

전자 직류회로 차단기 Download PDF

Info

Publication number
KR20110011601A
KR20110011601A KR1020107020793A KR20107020793A KR20110011601A KR 20110011601 A KR20110011601 A KR 20110011601A KR 1020107020793 A KR1020107020793 A KR 1020107020793A KR 20107020793 A KR20107020793 A KR 20107020793A KR 20110011601 A KR20110011601 A KR 20110011601A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
power
circuit board
disconnecting
dcb
igbt
Prior art date
Application number
KR1020107020793A
Other languages
English (en)
Inventor
테르제 로그네
Original Assignee
바르트실라 노르웨이 에이에스
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 바르트실라 노르웨이 에이에스 filed Critical 바르트실라 노르웨이 에이에스
Publication of KR20110011601A publication Critical patent/KR20110011601A/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H3/00—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
    • H02H3/08—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to excess current
    • H02H3/087—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to excess current for dc applications
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J1/00—Circuit arrangements for dc mains or dc distribution networks
    • H02J1/10—Parallel operation of dc sources
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0029—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with safety or protection devices or circuits
    • H02J7/00304—Overcurrent protection
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0029—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with safety or protection devices or circuits
    • H02J7/00308—Overvoltage protection
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0029—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with safety or protection devices or circuits
    • H02J7/00309—Overheat or overtemperature protection
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0029—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with safety or protection devices or circuits
    • H02J7/0031—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with safety or protection devices or circuits using battery or load disconnect circuits
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H1/00—Details of emergency protective circuit arrangements
    • H02H1/0061—Details of emergency protective circuit arrangements concerning transmission of signals

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Emergency Protection Circuit Devices (AREA)
  • Driving Mechanisms And Operating Circuits Of Arc-Extinguishing High-Tension Switches (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
  • Electronic Switches (AREA)

Abstract

본 발명은 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(IGBT)의 콜렉터 포트(C) 및 회로 보드(1)에 연결되도록 구성된 DC 전원 입력(DC-In)를 포함하는, DC 전원을 연결 및 차단하기 위한 디바이스에 관한 것이다. 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(IGBT)는 회로 보드(1)에 연결되도록 구성된다. DC 전원 출력(DC-Out)은 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(IGBT)의 이미터 포트(E)와 회로 보드(1)에 연결되도록 구성된다. 회로 보드(1)는 DC 전원 입력 및 출력(DC-In 및 DC-Out)의 소정 상태를 모니터링하도록 설계된다.

Description

전자 직류회로 차단기{ELECTRONIC DC CIRCUIT BREAKER}
본 발명은 일반적으로 DC 전원을 연결 및 차단하는 데 사용되고, 고속 퓨즈로서 동작하는 디바이스에 관한 것이다. 더욱 상세히는, 본 발명은 DC 전원을 연결 및 차단하기 위해 사용되고, 초소속으로 동작하는 퓨즈로서동작하는, 고전력 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(IGBT;insulated gate bipolar transistor) 디바이스를 포함하는 전자 DC 회로 차단기(E-DCB;electronic DC circuit breaker)에 관한 것이다.
DC를 차단하도록 설계된 회로 차단기는 구입할 수 있다. 상용 DC 회로 차단기는 일반적으로 약 1 및 5 킬로와트의 최대 전력 한계치를 취급하도록 설계되어 있다. 이와 같은 회로 차단기들의 일부는 기계적 컴포넌트를 이용하고 일부는 가정용 전자제품과 같은 소규모 응용분야에서 이용하는 것만을 목적으로 한다. 또다른 상용 DC 회로 차단기의 그룹은, 회로 차단을 위해 파괴시키는 방법을 이용하는 데, 이는 컴포넌트를 대체 및 유지관리해야 한다.
미국 특허 US 6,738,246 B1호는 작은 과전류 및 큰 과전류에 대해 보호하는 전기 회로 차단기를 개시한다. 이 발명은 100V 내지 1kV의 전압 범위에서 동작한다. 마이크로 릴레이 스위치가 단락회로 전류를 제한하기 위한 컴포넌트와 협동하여 사용된다. 마이크로 릴레이 스위치는 기계적 스위치이고 작은 과전류를 스위치 오프시키고, 단락회로 전류를 제한하기 위한 컴포넌트는 매우 큰 과전류를 스위치 오프시킨다. 단락회로 전류를 제한하기 위한 컴포넌트의 사용은 마이크로 릴레이 스위치를 파괴시킨다.
국제특허출원 공고번호 WO 2007/022744A1은 기계적 스위칭 유닛을 포함하는 전류 제한 스위치를 개시한다.
국제특허출원 공고번호 WO 2007/020539호는 배터리 충전 회로를 위한 전류 제한기 회로를 제공한다. 이 전류 제한기 회로의 구성은 임의의 전류 변동을 고속으로 검출하고 게이트로 제어되는 스위칭 디바이스를 통해 임의의 전류 변동을 제한한다. 이 발명은 휴대형 및 모바일 디바이스에 사용되는 것을 의도한다.
독일 특허 공보 DE 199 55 682A1호는 고전압에 대한 전류 제한 디바이스를 개시한다. 이 발명은 전류 경로를 개방하기 위해 파괴시키는 방법을 이용한다. 파괴시키는 방법의 이용은 상기 전류 제한 디바이스의 동작을 재개하기 위해 컴포넌트를 대체할 필요가 있고 시스템의 유지보수를 필요로 한다는 것을 묵시적으로 나타낸다. 시스템의 유지보수는 시간을 소요하며 여분의 부품을 필요로 한다. 유지보수에 소요되는 시간 동안 시스템은 완전하게 동작하는 것이 불가능하다.
미국 특허 출원 US 2005/0002152 A1호는 병렬로 조합된 고속 스위치 및 전기 퓨즈를 사용하는 것에 기초하는 고장 전류 제한 시스템 및 방법을 개시한다. 고장이 검출된 후 고속 스위치는 매우 짧은 시간에 개방되어, 끊어질 수 있는 퓨즈에 전류를 전달함으로써 단락 회로 전류를 차단한다. 자동 시스템은 끊어진 퓨즈 셋트를 새로운 퓨즈 셋트로 대체하는 것을 대비한다. 파괴시키는 방법에 기초한 카트리지가 고속 스위치 대신 사용될 수 있다.
G. Walker의 저서인 "A DC Circuit Breaker for an Electric Vehicle Battery Pack"은 MOSFET를 사용하는 스태틱 DC 회로 차단기를 개시한다. 이 해결책은 수백 볼트 범위의 전압을 취급한다.
그 밖의 공지된 해결책의 예로는 AC 시스템에 대한 보호 시스템을 설명하는 독일 특허 DE 199 55 682A1호등이 있고 따라서 이 해결책들은 DC 응용분야엔 적합하지 않다. US 2002/0030532호는 당업계에 공지된 바와 같이, 회로 보드에 탑재된 IGBT를 갖는 반도체 스위치에서 열에 의해 야기되는 고장을 방지하는 해결책들을 설명한다. EP 1 811 665호는 게이트로 제어되는 스위치 및 Kristic, S등의 논문으로서, 선박에서의 사용을 위해 IGBT 및 IGCT에 기초한 고속 회로 스위치를 설명하는, "circuit breaker technology for advanced ship power systems", Electric ship technologies Symposium 2007, ESTS apos;07.IEEE 21-23 May 2007, Pages 201-2-8를 설명한다.
본 발명의 목적은 DC 전원을 연결 및 차단하는 데 사용되는 전자 디바이스를 제공하는 것이다. 본 발명은 드릴링 리그, 선박 모터 드라이브 및 산업 플랜트에서 사용되는 대전압을 취급할 수 있고, 고속 퓨즈로서 동작하며, DC 전원 차단 후 동작을 재개하기 위해 부품을 대체할 필요가 없는 개선된 전자 DC 회로 차단기를 제공하는 과제에 기초한다.
본 발명의 상기한 목적은 첨부된 특허청구범위에 설명된 바와 같이 달성된다.
상기 설명한 본 발명의 목적은 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(IGBT; insulated gate bipolar transistor) 에서 대전력을 취급하는 전자 DC 차단기(E-DCB;Electronic DC Breaker)라 지칭된 디바이스를 개시하는 본 발명에 의해 달성된다. 이 디바이스는 초고속으로 동작하는 퓨즈로 작용함으로써 동일한 DC배전(DC-distribution)상의 그 밖의 트랜지스터들은 어느 것도 한 트랜지스터에서 내부 단락 회로에 영향을 입지 않는다. 그리고 본 발명의 해결책에 따른 디바이스는 컴포넌트를 대체하거나 유지보수할 필요가 전혀 없으며, 주로 공통 DC 링크상의 여러 모터 드라이브를 갖춘 드릴링 리그, 선박의 모터 드라이브 또는 동일한 DC 배전상의 여러 모터 드라이브를 갖춘 산업 플랜트상의 모터 드라이브와 같은 응용분야들인, 비교적 대규모 응용분야에 사용되는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 회로 보드에 연결되고 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터의 콜렉터 포트에 연결되도록 구성된 DC 전원 입력을 포함하는 DC 전원을 연결 및 차단하기 위한 디바이스가 제공된다. 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터는 회로 보드에 연결된다. DC 전원 출력은 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터의 이미터 포트와 회로 보드에 연결되도록 구성된다. 회로 보드는 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터의 게이트 포트에 연결되도록 구성되고, 상기 회로 보드는 DC 전원 입력 및 출력의 소정 상태를 모니터링하도록 구성된다.
본 발명에 따른 디바이스의 바람직한 실시예에서, 신호 전송 수단은 회로 보드에 연결되고 제어 명령을 상기 디바이스에 송신하도록 구성된 다.
본 발명에 따른 디바이스의 바람직한 실시예에서, 신호 전송 수단은 광섬유이다. 광섬유는 그 속성상 매우 안전한 연결을 제공한다.
본 발명에 따른 디바이스의 또다른 바람직한 실시예에서, 신호 전송 수단은 광 결합기(opto coupler)이다.
본 발명에 따른 디바이스의 또다른 바람직한 실시예에서, 신호 전송 수단은 갈바니 절연을 갖는다.
본 발명에 따른 디바이스의 바람직한 실시예에서, 온도 측정 수단이 히트 싱크 온도를 측정하기 위해 회로 보드에 연결된다. 측정된 히트 싱크 온도가 소정 한계치를 초과하면, 상기 디바이스는 오프로 된다.
본 발명에 따른 디바이스의 바람직한 실시예에서, 제어 명령은 온 또는 오프이다.
본 발명에 따른 디바이스의 바람직한 실시예에서, 상기 디바이스는 이웃하는 컨버터가 방해를 받기 전에 공통 직류 배전상에서 컨버터의 고장을 분리하도록 구성된다.
본 발명에 따른 디바이스의 바람직한 실시예에서, 상기 디바이스는 측정값을 신호 전송 수단에 전송하도록 구성된다.
본 발명에 따른 디바이스의 바람직한 실시예에서, 상기 측정값은 DC 전원 입력(DC-In), DC 전원 출력(DC-Out), 전류(IE - DCB) 및 히트 싱크 온도에 대한 측정값이다. 이 측정된 변수들이 소정 값을 넘으면, 상기 디바이스는 오프로 된다.
본 발명에 따른 디바이스의 바람직한 실시예에서, 디바이스는 1 메가와트 및 5 메가와트의 대전력을 취급하도록 구성된다. 이 대전력은 대규모 응용분야에 이용된다.
본 발명에 따른 디바이스의 바람직한 실시예에서, 상기 디바이스는 드릴링 리그, 선박의 모터 드라이브 또는 산업 플랜트와 같은 대규모 응용분야에 이용되도록 구성된다.
본 발명에 따른 디바이스의 바람직한 실시예에서, 디바이스는 직류 배전을 위해 하나의 DC-커패시터를 제어하도록 구성된다.
절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(IGBT)의 콜렉터 포트(C) 및 회로 보드(1)에 연결되도록 구성된 DC 전원 입력(DC-In)를 포함하는, DC 전원을 연결 및 차단하기 위한 디바이스가 제공된다.
도면은 첨부된 도면을 참조하여 하기의 발명의 상세한 설명에서 더욱 상세히 설명된다.
도 1은 전기 DC 차단기(E-DCB;electric DC breaker)의 구조를 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, E-DCB의 역할은 수신된 제어 신호에 따라 DC 전원 출력(DC-Out)을 DC 전원 입력(DC-In)에 연결 및 연결해제시키는 것이다.
도 1은 DC 전원을 연결 및 차단시키는 데에 이용되고, 초고속으로 동작하는 퓨즈로서 동작하는, 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(IGBT)를 포함한다. IGBT 트랜지스터의 원리는 당업자에겐 공지되어 있다.
도 1에서 알 수 있는 바와 같이, DC 전원 입력(DC-In)은 회로 보드(1) 및 IGBT의 콜렉터 포트(C)에 연결된다. DC 전원 출력(DC-Out)은 회로 보드(1) 및 IGBT의 이미터 포트(E)에 연결된다. 회로 보드(1)는 IGBT의 게이트 포트(G)에 연결 되고, 회로 보드(1)는 DC 전원 입력 및 출력(DC-In 및 DC-Out)의 소정 조건을 모니터링한다. 히트 싱크 온도를 측정하는, 온도 측정 디바이스(2)도 회로 보드(1)에 연결된다.
E-DCB의 회로 보드(1)에 있는 내부 DC-DC 변환기는 DC 전원 입력(DC-In)의 높은 DC 전압, 을 전자장치에 필요한 내부 전압으로 변환시킨다. 이 변환을 수행하기 위해 추가적인 전원 공급장치는 필요하지 않다. 회로 보드(1)는 DC 전원 입력(DC-In)에 입력되는 입력 DC 전압, DC 전원 출력(DC-Out)에서 나가는 출력 DC 전압, 전류(IE - DCB)를 측정하고 온도 측정 디바이스(2)는 히트 싱크 온도를 측정한다.
회로 보드(1)는 회로 보드(1)에 연결된 한 쌍의 광섬유(3)를 가지며, 이 광섬유(3)를 통해 E-DCB가 제어된다. 광섬유는 그 속성상 매우 안전한 연결을 제공한다. 이 광섬유(3)들은 타단부에서 도시되지 않은 메인 제어보드에 연결되고, 이 메인 제어보드에서 온/오프(On/Off) 명령이 발행되어 E-DCB에 전송되고 그 상태를 판독할 수 있다. 광섬유(3)는 매우 안전한 연결을 제공하기 때문에 E-DCB를 제어하는 데에 사용된다. 광섬유(3) 이외의 다른 어떠한 연결도 필요치 않다. 또한, 광섬유(3) 대신에 갈바니 절연을 갖춘 임의의 신호 전송 수단 또는 광 결합기를 사용하는 것도 가능하다. 광 결합기는 광 결합기가 절연 필요조건을 충족시키지 못하는 경우를 제외하곤 어떠한 경우에도 사용될 수 있다. 광섬유(3)는 메인 제어보드에서 E-DCB로 제어 명령을 전송하고, E-DCB는 측정값(DC 전원 입력(DC-In)에 들어오는 DC 입력 전압, DC 전원 출력(DC-Out)에서 나가는 DC 출력 전압, 전류(IE - DCB), 히트 싱크 온도 및 이용률(utilization factor))) 및 상태 신호(E-DCB가 온 또는 오프 상태인 것을 나타내는 신호)를 광섬유(3)를 통해 연속적으로 메인 제어보드에 반신한다. 광섬유(3)를 통해 E-DCB에 전송된 신호는 ON 상태를 나타내는 상태 신호 또는 OFF 상태를 나타내는 상태 신호이다.
광섬유(3)가 온 명령(On-command)를 E-DCB에 전송했을 때, 회로 보드의 부하 커패시터는 E-DCB를 하나의 온 상태에 있는 간격(on-interval)이 그 전류 한계치(예를 들어, 3500A)에 도달하지 않고 10 마이크로초 보다 오랜 동안 지속할 때 까지 전류로 제어되는 짧은 온 상태에 있는 간격으로 E-DCB에 펄스를 공급함으로써 충전된다. E-DCB가 2초 내에 허용 기준에 도달하지 못한다면(어떠한 전류 한계치도 타이머 디바이스에 의해 등록된 10 마이크로초 동안에 도달하지 못함), 충전 단계는 종료되고 고장 보고가 제어 보드에 반신된다.
E-DCB가 온(On) 상태에 있을 때, E-DCB는 여러 변수들을 모니터한다. E-DCB는 하기에 예를 든 변수들에 대한 한계치가 초과되는 경우에 오프 상태로 된다.
- 모니터된 전류가 10 마이크로초 보다 오랜 동안 3500A 보다 큰 경우,
- 모니터된 전류가 2분 보다 오랜 동안 2500A 보다 큰 경우, 즉, 이용률이 103% 보다 큰 경우,
- 모니터된 히트 싱크 온도가 60℃ 보다 높은 경우.
상기 언급한 한계치들은 단지 E-DCB를 오프시키기 위한 예시적인 한계치일뿐이다. 당업자는 이 한계치들이 조정될 수 있음을 명백히 알 것이다.
상기 설명한 임의의 기준으로 인해 E-DCB가 오프 상태로 될 때 마다, E-DCB는 300 밀리초 동안 오프 상태에 있는다. E-DCB가 광섬유(3)로부터 오프 명령어(Off command)를 수신할 때, E-DCB는 즉시 오프 상태로 된다. E-DCB를 다시 온 상태로 되도록 하기 위해선, 오프 명령어는 반드시 제거되어야 하며 30 밀리초 후 새로운 온(On) 명령어가 수신되어야 한다.
부하내에서 완전한 단락 회로가 검출된다면, E-DCB는 30 마이크로초 이내에 전류를 차단한다. 따라서, 자신의 전력 변환기를 갖춘 기타 DC 커패시터 배터리는 약 50V 미만인 DC 전압의 강하만을 알 수 있다. 즉, DC 커패시터 배터리는 자신들과 이웃한 고장난 커패시터 배터리에서의 단락회로로 인해 어떠한 방해도 전혀 받지 않고, 동작을 차단당하지 않고 계속한다.
E-DCB는 동작하기 위해선 최소한 약 400V의 전압이 필요하다(이 보다 낮은 전압은 E-DCB를 연결해제된 모드에 있도록 한다). 최대 연속 전압은 약 1250V이고, 최대 피크 전압은 100 마이크로초 동안 약 1600V이다. 이 사양 전압은 DC-In 및 DC-Out 대 DC-마이너스이다. 이 값들은 적합한 크기를 갖는 전류 센서 및 상이한 IGBT를 선택함으로써, 예를 들어 더 높은 전압의 IGBT 및 적응된 회로 보드를 사용함으로써 조절될 수 있고, 상기 설명한 전압값들은 확대될 수 있다.
기계적 차단기를 사용하는 종래의 전자 회로 차단기와 대조적으로, 본 발명에 따른 회로 차단기는 전자 차단기를 사용한다. 전자 장치와 함께 사용되는 IGBT 는 E-DCB를 형성한다. 전자 차단기에서 유용한 IGBT의 이점은 매우 높은 전력값 일반적으로 1메가 와트 및 5메가 와트인 전력을 관리할 수 있다는 것이다. 이 IGBT는 훨씬 적은 도전 손실로 훨씬 높은 전압 등급을 허용하는 그 내부 구조로 인해 매우 높은 전력값을 관리할 수 있다. 비교하자면, MOSFET 트랜지스터는 약 1 킬로와트 및 5 킬로와트 정도의 전력만을 관리할 수 있는 데 이는 그 도전 저항이 전압 등급이 증가함에 따라 2차 함수적으로 증가하기 때문이다. IGBT는 다른 트랜지스터를 능가하는 이점을 제공하는 방식으로 자신의 과전류 및 과전압 에 대한 능력을 사용할 수 있다. 본 발명은 트랜지스터가 과전압에 대해 스스로를 보호하는 방식으로 IGBT를 사용한다. IGBT, 따라서 E-DCB는 매우 높은 전압을 취급할 수 있기 때문에, 산업 응용분야는 MOSFET 또는 기타 유사한 트랜지스터를 사용하는 분야에 비해 훨씬 넓다. 산업 응용분야는 드릴링 리그, 선박의 모터 드라이브등과 같은 대규모 응용분야에 적합할 수 있다.
E-DCB의 또다른 이점은 고속 퓨즈 동작이다. 고속 퓨즈로서의 기능은 IGBT의특성에 의해 제공된다. 패시브 퓨즈는 일반적으로 10 내지 100 밀리초 이내에 작용하지만, 고속으로 동작하는 E-DCB 퓨즈는 마이크로초 정도의 속도를 갖는다. 본 발명에 따른 초고속으로 동작하는 퓨즈는 동일한 DC 배전상의 어떠한 기타 트랜지스터들도 한 트랜지스터에서 내부 단락 회로에 영향을 입지 않도록 한다. 밀리초에서 마이크로 초 까지의 속도면에서 이러한 큰 격차는 본 발명에 따른 E-DCB 퓨즈가, 예를 들어 완전히 상이한 이용가능성 및 응용분야를 갖는 패시브 퓨즈 보다 훨씬 고속으로 반응한다는 것을 묵시적으로 나타낸다.
신호에 대한 E-DCB의 분리는 광섬유 또는 기타 유형의 신호 분리를 통해 취급된다. 히트 싱크에 대해 분리시키기 위해 표준 내부 세라믹 분리가 IGBT에 사용된다. 전력 손실은, IGBT가 탑재된 히트 싱크에서 빠져나가도록 한다. 이 히트 싱크의 온도는 온도 측정 디바이스(2)에 의해 측정된다. 히트 싱크에서 냉각되어야 할 손실은 E-DCB를 통하는 유효 흐름의 약 2%이다.
E-DCB는 수냉식 또는 공냉식 히트 싱크 외에 별개의 측정 카드 및 제어 카드를 필요로 한다. E-DCB의 중량 및 물리적 체적은 중간 정도이고, E-DCB의 비용은 상대적으로 작거나 적합하다.
E-DCB를 상이한 전류들에 적합하도록 하고 E-DCB를 온 및 오프로 전환시키기 위한 한계치를 조정하는 것도 용이하다. 이것은 적합한 크기를 갖춘 전류 센서 및 IGBT를 선택함으로써 용이하게 행해진다.
E-DCB의 일반적인 응용분야는 분포된 DC 커패시터를 이용하여 전압이 공급되는 전력 전자 변환기이고, 여기서 E-DCB는 DC 배전에 대한 개별적인 각각의 DC-커패시터 배터리를 제어한다. 즉, 하나의 E-DCB가 각각의 DC-커패시터 배터리를 제어한다. 즉, 각각의 개별적인 DC-커패시터 배터리는 일반적으로 이 DC-커패시터 배터리 주위에 있는 별개의 전력 전자 변환기의 일부분이다.
본 발명에 따라, E-DCB는 주로 공통 DC 링크상의 여러 모터 드라이브를 이용하여 드릴링 리그를에 사용되는 것을 의도한다.
본 발명은 또한 선박의 모터 드라이브상에서 사용되는 것을 의도한다. 동일한 DC 배전으로부터의 주추진 계통 및 쓰러스터는 주추진 계통이 쓰러스터 드라이브에서의 고장으로부터 보호하기 위해 E-DCB에 연결된다.
E-DCB의 또다른 응용분야는, 수 개의 모터 드라이브 중 하나(상기 설명한 선박 응용분야에서의 모터 드라이브와 등가물)에서 고장이 발생한 경우에 나머지 모터 드라이브상에서의 동작을 차단하지 않고, 동일한 DC 배전상에서 수 개의 모터 드라이브를 갖는 산업 플랜트에서 응용된다.
요약하면, E-DCB는 초기 충전 단계를 이용하여, 분포된 DC 커패시터를 DC 링크상에 연결시키고, 필요한 부하 전류를 도전시키며, 부하 전류가 규정된 한계치를 초과한다면 부하 전류를 차단한다. E-DCB는 손상되지 않고 그리고 동작 재개를 위해 임의의 부분을 교체할 필요없이 완전한 부하 단락 회로를 차단한다.
DC-In: DC 전원 입력(DC-In)
DC-Out: DC 전원 출력(DC-Out)
DC-Minus: DC 전원 음극(DC-Minus)

Claims (13)

  1. DC 전원을 연결 및 차단하기 위한 디바이스로서, 회로 보드(1)에 연결된 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(IGBT;insulated gate bipolar transistor)와, 회로 보드(1)에 연결되고 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(IGBT)의 콜렉터 포트(C)에 연결되도록 구성된 DC 전원 입력(DC-In)와, 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(IGBT)의 이미터 포트(E)와 회로 보드(1)에 연결되도록 구성된 DC 전원 출력(DC-Out)을 포함하며, 회로 보드(1)는 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(IGBT)의 게이트 포트(G)에 연결되도록 구성되고, 상기 회로 보드(1)는 DC 전원 입력 및 출력(DC-In 및 DC-Out)의 소정 상태를 모니터링하도록 구성된 것인, DC 전원을 연결 및 차단하기 위한 디바이스.
  2. 제1 항에 있어서, 신호 전송 수단(3)이 회로 보드(1)에 연결되고 제어 명령을 상기 DC 전원을 연결 및 차단하기 위한 디바이스에 송신하도록 구성된 것인, DC 전원을 연결 및 차단하기 위한 디바이스.
  3. 제2 항에 있어서, 신호 전송 수단(3)은 광섬유인 것인, DC 전원을 연결 및 차단하기 위한 디바이스.
  4. 제2 항에 있어서, 신호 전송 수단(3)은 광 결합기(opto coupler)인 것인, DC 전원을 연결 및 차단하기 위한 디바이스.
  5. 제2 항에 있어서, 신호 전송 수단(3)은 갈바니 절연을 갖는 것인, DC 전원을 연결 및 차단하기 위한 디바이스.
  6. 제1 항에 있어서, 온도 측정 수단(2)이 히트 싱크 온도를 측정하기 위해 회로 보드(1)에 연결되는 것인, DC 전원을 연결 및 차단하기 위한 디바이스.
  7. 제2 항, 제3항, 제4항 또는 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어 명령은 온 또는 오프인 것인, DC 전원을 연결 및 차단하기 위한 디바이스.
  8. 제1 항에 있어서, 상기 DC 전원을 연결 및 차단하기 위한 디바이스는 1 메가와트 및 5 메가와트의 대전력을 취급하도록 구성된 것인, DC 전원을 연결 및 차단하기 위한 디바이스.
  9. 제1 항에 있어서, 상기 DC 전원을 연결 및 차단하기 위한 디바이스는 드릴링리그, 선박의 모터 드라이브 또는 산업 플랜트와 같은 대규모 응용분야에 이용되도록 구성된 것인, DC 전원을 연결 및 차단하기 위한 디바이스.
  10. 제1 항에 있어서, 상기 DC 전원을 연결 및 차단하기 위한 디바이스는 DC 배전을 위한 하나의 DC-커패시터 배터리를 제어하도록 구성된 것인, DC 전원을 연결 및 차단하기 위한 디바이스.
  11. 제1 항에 있어서, 상기 DC 전원을 연결 및 차단하기 위한 디바이스는 이웃하는 컨버터가 방해를 받기 전에 공통 직류 배전상에서 컨버터의 고장을 분리하도록 구성된 것인, DC 전원을 연결 및 차단하기 위한 디바이스.
  12. 제1 항에 있어서, 상기 DC 전원을 연결 및 차단하기 위한 디바이스는 측정값을 신호 전송 수단(3)에 전송하도록 구성된 것인, DC 전원을 연결 및 차단하기 위한 디바이스.
  13. 제12 항에 있어서, 상기 측정값은 DC 전원 입력(DC-In)에 입력되는 DC 입력 전압, DC 전원 출력( DC-Out)에서 출력되는 DC 출력 전압, 전류(IE - DCB) 및 히트 싱크 온도에 대한 측정값인 것인, DC 전원을 연결 및 차단하기 위한 디바이스.
KR1020107020793A 2008-02-19 2009-02-19 전자 직류회로 차단기 KR20110011601A (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
NO20080843 2008-02-19
NO20080843A NO329609B1 (no) 2008-02-19 2008-02-19 Elektronisk DC-kretsbryter

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20110011601A true KR20110011601A (ko) 2011-02-08

Family

ID=40589863

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020107020793A KR20110011601A (ko) 2008-02-19 2009-02-19 전자 직류회로 차단기

Country Status (9)

Country Link
US (1) US8716905B2 (ko)
EP (1) EP2255425A1 (ko)
KR (1) KR20110011601A (ko)
CN (1) CN101965669B (ko)
BR (1) BRPI0907838A2 (ko)
EA (1) EA022947B1 (ko)
NO (1) NO329609B1 (ko)
SG (1) SG188791A1 (ko)
WO (1) WO2009104971A1 (ko)

Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2612411B1 (en) * 2010-08-31 2017-05-10 Eaton Corporation High voltage electronic switches for controlling direct current arcs in high voltage direct current systems
FR2964505B1 (fr) * 2010-09-06 2017-05-19 Ece Systeme de protection en courant d'au moins une ligne d'alimentation d'un reseau a courant continu a haute tension.
DE102011079552B4 (de) * 2011-07-21 2014-05-08 Siemens Aktiengesellschaft Schaltungsanordnung zum Schalten eines Stromes und Verfahren zum Betreiben eines Halbleiter-Leistungsschalters
EP2974021B1 (de) 2013-03-12 2016-11-02 Woodward IDS Switzerland AG Hochleistungs-dc-schalter
CN104184108B (zh) 2013-05-21 2018-08-10 通用电气公司 直流断路器及其控制方法
CN103681083B (zh) * 2013-12-16 2015-08-12 清华大学 高压直流快速隔离开关
CN105024368B (zh) * 2014-04-24 2018-11-20 国家电网公司 一种110千伏电压等级的短路限流装置的起爆装置及系统
DE102016201735A1 (de) * 2016-02-04 2017-08-10 Baumüller Nürnberg GmbH Verfahren zum sicheren Abschalten eines Antriebssystems
CN108963960B (zh) * 2017-05-25 2023-10-27 国网江苏省电力公司常州供电公司 变电站断路器控制回路中的控制开关
RU2695780C1 (ru) * 2018-07-16 2019-07-26 Общество с ограниченной ответственностью "Горизонт" Система защиты от аварийных режимов тяговых электродвигателей постоянного тока
DE102019101236A1 (de) * 2019-01-17 2020-07-23 Liebherr-Components Biberach Gmbh Ansteuervorrichtung zum Auslösen zumindest einer Pyrosicherung sowie Energiespeicher mit einer solchen Pyrosicherung
DE102019203977B4 (de) 2019-03-22 2020-12-24 Siemens Aktiengesellschaft Schutzschalteinrichtung für Gleichspannung und Gleichspannungsabzweig mit Schutzschalteinrichtung
EP3748794A1 (de) * 2019-06-05 2020-12-09 Siemens Aktiengesellschaft Elektronische sicherung für eine stromversorgung

Family Cites Families (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4108049C2 (de) 1991-03-13 1994-07-28 Veba Kraftwerke Ruhr Schutzsystem für Nieder-, Mittel- oder Hochspannungsnetze mit hierarchisch gegliederten Netzebenen
US5708579A (en) * 1996-05-02 1998-01-13 Chrysler Corporation Gate driver supply
SE510597C2 (sv) 1997-03-24 1999-06-07 Asea Brown Boveri Anläggning för överföring av elektrisk effekt
US6160689A (en) * 1997-10-09 2000-12-12 Jay Stolzenberg Two wire solid state AC/DC circuit breaker
US6060795A (en) * 1998-03-18 2000-05-09 Intersil Corporation Semiconductor power pack
JP2000040951A (ja) * 1998-05-18 2000-02-08 Toshiba Corp 半導体素子、その駆動方法及び駆動装置
JP2000236622A (ja) * 1999-02-14 2000-08-29 Yazaki Corp 電源供給制御装置
DE19927762A1 (de) 1999-06-17 2001-01-04 Abb Research Ltd Neue elektrische Schalteinrichtung zum Überstromschutz
DE19955682A1 (de) 1999-11-19 2001-06-13 Abb Patent Gmbh Strombegrenzende Einrichtung für Hochspannung
JP4146607B2 (ja) 2000-07-28 2008-09-10 三菱電機株式会社 パワーモジュール
US6630650B2 (en) * 2000-08-18 2003-10-07 Luxine, Inc. Induction heating and control system and method with high reliability and advanced performance features
US6816758B2 (en) 2001-04-26 2004-11-09 The Boeing Company Programmable controller for remotely controlling input power through a switch to a load and an associated method of operation
AU2002361250A1 (en) 2001-12-31 2003-07-15 Abb T And D Technology Ltd. Fault current limiting system
US7068016B2 (en) * 2002-11-01 2006-06-27 International Rectifier Corporation One cycle control PFC boost converter integrated circuit with inrush current limiting, fan motor speed control and housekeeping power supply controller
US7279853B2 (en) * 2003-09-08 2007-10-09 Maxlite - Sk America, Inc. Fluorescent lamp dimmer control
JP4610380B2 (ja) * 2005-03-16 2011-01-12 三菱電機株式会社 電力変換装置
US20100219892A1 (en) 2005-08-17 2010-09-02 Nxp B.V. Current limiter circuit
DE102005040432A1 (de) 2005-08-25 2007-03-01 Rwth Aachen Strombegrenzender Schalter
FI118145B (fi) 2006-01-09 2007-07-13 Abb Oy Hilaohjatun kytkimen sammutus
US7956566B2 (en) * 2008-01-22 2011-06-07 International Rectifier Corporation Driver IC with HV-isolation, especially hybrid electric vehicle motor drive concept

Also Published As

Publication number Publication date
EP2255425A1 (en) 2010-12-01
CN101965669A (zh) 2011-02-02
NO329609B1 (no) 2010-11-22
NO20080843L (no) 2009-08-20
SG188791A1 (en) 2013-04-30
US8716905B2 (en) 2014-05-06
US20110025400A1 (en) 2011-02-03
EA022947B1 (ru) 2016-03-31
WO2009104971A1 (en) 2009-08-27
CN101965669B (zh) 2015-07-01
BRPI0907838A2 (pt) 2015-07-21
EA201001214A1 (ru) 2011-04-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR20110011601A (ko) 전자 직류회로 차단기
CN102687221B (zh) 使输电线路或配电线路的电流断路的装置和方法以及限流布置
RU2548167C2 (ru) Модуль переключения для использования в устройстве для ограничения и/или прерывания тока линии передачи или распределения электроэнергии
US9692226B2 (en) Circuit interruption device
US9735573B2 (en) DC-power system with system protection capabilities
US20170302189A1 (en) Device for temporarily taking over electrical current from an energy transfer or distribution device, when needed
US20150229121A1 (en) Circuit interruption device
EP2790285B1 (en) Current limiter
EP2768102B1 (en) Circuit interruption device
US20160380428A1 (en) Voltage limiter
US9692227B2 (en) DC supply unit for a power provision unit
US20220130628A1 (en) Dc voltage switch
CN105206449A (zh) 使输电线路或配电线路的电流断路的装置和方法以及限流布置
WO2015036457A1 (en) Voltage source converter
CN111308300B (zh) 一种直流断路器半导体器件在线监测装置及其控制方法
AU2020307052A1 (en) Circuit breaker for direct currents
KR20190127111A (ko) 구조가 간단한 고속전류 제한장치
EP3349233A1 (en) Dc power switching unit
JPH04215A (ja) 配電盤
EP2939343A1 (en) Electric switch arrangement and method for coupling electric power source with load

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
AMND Amendment
E902 Notification of reason for refusal
AMND Amendment
E601 Decision to refuse application
AMND Amendment
J201 Request for trial against refusal decision
B601 Maintenance of original decision after re-examination before a trial
J301 Trial decision

Free format text: TRIAL NUMBER: 2016101001725; TRIAL DECISION FOR APPEAL AGAINST DECISION TO DECLINE REFUSAL REQUESTED 20160323

Effective date: 20170808