KR20120079013A - 회로 보호 장치 및 제어기 - Google Patents

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존 케네스 후커
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제너럴 일렉트릭 캄파니
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Abstract

회로 보호 장치(100)는 플라즈마 기둥을 발생하도록 구성된 플라즈마 건(412), 전기 에너지를 저장하도록 구성된 적어도 하나의 캐패시터(210, 212), 및 상기 플라즈마 건(412) 및 캐패시터(210, 212)에 통신가능하게 연결된 트리거 회로를 포함한다. 트리거 회로(304)는 제 1 신호를 캐패시터(210, 212)에 전송하여 캐패시터(210,212)가 전기 에너지의 제 1 부분을 플라즈마 건(412)에 전송하게 하도록 구성된다. 트리거 회로(304)는 또한 제 2 신호를 플라즈마 건(412)에 전송하여 플라즈마 건(412)이 전기 에너지의 제 1 부분을 이용하여 플라즈마 기둥을 발생하게 하도록 구성된다.

Description

회로 보호 장치 및 제어기{SYSTEMS, METHODS, AND APPARATUS FOR PREVENTING ELECTROMIGRATION BETWEEN PLASMA GUN ELECTRODES}
본 명세서에서 기술된 실시예는 일반적으로 회로 보호 장치에 관한 것으로, 특히, 캐패시터 뱅크로부터 회로 보호 장치 내 다수의 전극들로의 저장된 전기 에너지의 방출을 트리거하는 데 사용하기 위한 장치에 관한 것이다.
공지의 전력 회로 및 스위치기어는 일반적으로 공기, 또는 가스 또는 고체 유전체와 같은 절연체에 의해 분리된 도체들을 갖는다. 그러나, 만일 이 도체들이 서로 너무 가까이 배치되거나, 또는 이 도체들 사이의 전압이 이 도체들 사이의 절연체의 절연 특성을 초과하면, 아크가 발생할 수 있다. 예를 들면, 이 도체들 사이의 절연체가 이온화될 수 있으며, 이는 그 절연체가 도전성이 되게 하고 아크 섬광(arc flash)의 형성을 가능하게 한다.
아크 섬광은 두 개의 상 도체들 사이, 상 도체와 중성 도체 사이, 또는 상 도체와 접지점 사이의 결함(fault)으로 인해 에너지의 급속한 방출을 수반한다. 아크 섬광 온도는 20,000℃에 도달하거나 이를 초과할 수 있으며, 이는 도체 및 인접한 장비를 증발시킬 수 있는 온도이다. 더욱이, 아크 섬광은 도체 및 인접한 장비에 손상을 주기에 충분한 열뿐 아니라, 강렬한 빛, 압력파, 및/또는 음향파의 형태로 상당한 에너지를 방출할 수 있다. 그러나, 아크 섬광을 발생시키는 결함의 전류 레벨은 일반적으로 단락 회로(short circuit)의 전류 레벨보다 작아서, 회로 차단기가 아크 결함 상태를 처리하도록 특수하게 설계되지 않는다면 회로 차단기가 일반적으로 작동하지 않거나 지연되어 작동한다.
충분히 빠른 응답을 보이는 공지의 다른 회로 보호 장치는 아크 수용 장치로, 이 아크 수용 장치는 아크 섬광 지점으로부터 전기 에너지를 우회시키기 위해 수용 아크(contained arc)를 생성한다. 예를 들면, 몇몇 공지의 장치는 회로에서 검출된 일차 아크 섬광과 관련된 에너지를 소산시키는데 사용되는 아크, 이를 테면, 이차 아크 섬광을 발생하는 것을 포함한다. 그러한 장치들은 대개 이차 아크 섬광에 의해 방출된 에너지를 안전하게 수용하도록 설계된 인클로저(enclosure) 내에서 이차 아크 섬광을 개시하는데 사용되는 다수의 고전압 및 고에너지 캐패시터를 포함한다. 이들 캐패시터들은 플라즈마를 다수의 전극들 사이의 간격으로 방출시켜 이차 아크 섬광의 형성을 용이하게 하는 융삭 플라즈마 건(ablative plasma gun)에 에너지를 제공하는데 사용될 수 있다. 그러나, 만일 플라즈마 건 전극들이 계속해서 충전되면, 그 간격 내 전기 절연이 시간이 흐름에 따라 감소될 수 있으며, 그럼으로써 플라즈마 건을 불필요하게 트리거할 수 있다.
일 양태에서, 회로 보호 장치는 플라즈마 기둥(plasma plume)을 발생하도록 구성된 플라즈마 건, 전기 에너지를 저장하도록 구성된 적어도 하나의 캐패시터와, 캐패시터 및 플라즈마 건에 통신가능하게 연결된 트리거 회로를 포함한다. 트리거 회로는 캐패시터에 제1 신호를 전송하여 캐패시터가 전기 에너지의 제1 부분을 플라즈마 건에 전송하게 하고, 플라즈마 건에 제2 신호를 전송하여 플라즈마 건이 전기 에너지의 제1 부분을 이용하여 플라즈마 기둥을 생성하게 하도록 구성된다.
다른 양태에서, 플라즈마 건을 갖는 회로 보호 장치에 사용하기 위한 제어기가 제공된다. 제어기는 복수의 캐패시터를 포함하며, 복수의 캐패시터는 전기 에너지를 플라즈마 건에 제공하도록 구성된 복수의 제1 캐패시터, 및 플라즈마 건에 펄스를 전송하여 플라즈마 건이 플라즈마 기둥을 생성하게 하도록 구성된 제2 캐패시터를 포함한다. 제어기는 또한 복수의 캐패시터에 통신가능하게 연결된 트리거 회로를 포함한다. 트리거 회로는 결함을 나타내는 신호를 수신하고, 복수의 제1 캐패시터가 전기 에너지를 플라즈마 건에 전송하게 하며, 제2 캐패시터가 펄스를 플라즈마 건에 전송하게 하도록 구성된다.
또 다른 양태에서, 플라즈마 건, 적어도 하나의 제1 캐패시터, 및 적어도 하나의 제2 캐패시터를 갖는 회로 보호 장치에 의해 플라즈마 기둥의 발생을 트리거하기 위한 방법이 제공된다. 방법은 결함을 나타내는 신호를 수신하는 단계, 제1 캐패시터에 제1 신호를 전송하여 제1 캐패시터가 저장된 전기 에너지를 플라즈마 건에 전송하게 하는 단계와, 제2 신호를 플라즈마 건에 전송하여 플라즈마 건이 전기적 에너지를 이용하여 플라즈마 기둥을 발생하게 하는 단계를 포함한다.
도 1은 전력 분배 장치에 사용되는 예시적인 회로 보호 장치의 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 회로 보호 장치에 사용될 수 있는 제어기의 부분 분해도이다.
도 3은 도 2에 도시된 제어기의 개략적인 블록도이다.
도 4는 도 2에 도시된 제어기에 사용될 수 있는 예시적인 전력 회로, 트리거 회로, 및 출력 장치의 간략화된 회로도이다.
도 5는 도 2에 도시된 제어기를 제어하는데 사용될 수 있는 예시적인 방법을 설명하는 흐름도이다.
이하, 플라즈마 건 전극들 사이에서 에너지의 전자이동(electromigration)을 방지하는데 사용하기 위한 시스템, 방법 및 장치의 예시적인 실시예가 기술된다. 이들 실시예들은 일차 아크 섬광과 같은 회로 상의 결함을 검출할 때에만 캐패시터 뱅크로부터 플라즈마 건 전극들로 저장된 전기 에너지의 제1 부분을 용이하게 전달한다. 또한, 이들 실시예들은 저장된 전기 에너지의 제2 부분을 트리거 펄스의 형태로 제2 캐패시터에 연결된 점화 코일(ignition coil)로부터 플라즈마 건 전극들로 전송한 후에만 전기 에너지를 이용하여 융삭 플라즈마 기둥(ablative plasma plume)을 용이하게 생성한다. 저장된 에너지의 전송과 트리거 펄스의 전송을 분리하면 플라즈마 건 전극들 사이에서 차단을 용이하게 방지하고, 그럼으로써 불필요한 트리거가 일어나는 것을 줄여준다.
도 1은 전력 분배 장치에 사용하기 위한 예시적인 회로 보호 장치(100)의 사시도이다. 장치(100)는 공기 또는 다른 가스의 주요 간격만큼 분리된 다수의 주 전극들(도시되지 않음)을 포함하는 수용 조립체(102)를 포함한다. 각각의 주 전극은 상이한 상들, 뉴트럴(neutral), 또는 접지와 같은 전력 회로에서 전기적으로 상이한 부분에 연결된다. 수용 조립체는 또한 전기 펄스를 플라즈마 건에 전송함으로써 융삭 플라즈마 건(도시되지 않음)을 활성화하는 트리거 회로(도시되지 않음)를 포함한다. 이 펄스에 응답하여, 플라즈마 건은 주 전극들 사이에서 아크 생성을 용이하게 하는 융삭 플라즈마를 방출한다. 회로 보호를 위해 아크 섬광으로부터의 에너지를 회로 상의 다른 곳으로 우회시키는 아크가 생성된다. 더욱이, 수용 조립체(102)는 아크에 의해 생성된 에너지를 수용 및 격리하는 외부 커버(104)를 포함한다. 수용 조립체(102)는 카세트(106)에 연결될 수 있도록 크기가 조절되어 수용 조립체(102)는 장치 인클로저(도시되지 않음)에 삽입될 수 있다. 더욱이, 장치(102)는 수용 조립체(102)에 통신가능하게 연결된 제어기(108)를 포함한다. 제어기(108)는 회로를 감시하여 아크 섬광을 검출하는 하나 이상의 센서들(도시되지 않음))로부터 신호를 수신한다. 이 센서들은 회로의 일 부분을 통과하는 전류 및/또는 회로의 다수의 부분에 걸친 전압을 감시할 수 있다. 이 센서들은 또한 아크 섬광에 의해 생성될 수 있는 빛 섬광을 검출할 수 있다. 이러한 신호에 응답하여, 제어기(108)는 아크를 개시하기 위해 수용 조립체(102) 내 플라즈마 건을 활성화한다.
도 2는 제어기(108)의 부분 분해도로서, 제어기(108)는 인쇄 회로 기판(PCB)(208)을 수용하는 크기의 하우징(206)을 포함한다. PCB(208)는 다수의 제1 캐패시터(210) 및 PCB에 전기적으로 연결된 하나 이상의 제2 캐패시터들(212)을 포함한다. 제1 캐패시터(210)는 본 명세서에서 활성 캐패시터로도 지칭될 수 있으며, 수용 장치(102) 내에서 섬광을 생성하는데 사용되는 (도 1에 도시된) 수용 장치(102)의 플라즈마 건(도시되지 않음))에 전력을 제공하도록 사용된다. 제2 캐패시터(212)는 본 명세서에서 펄스 캐패시터로도 지칭될 수 있으며, 전력이 플라즈마 건에 제공된 후에 오토트랜스포머(도시되지 않음))를 통해 플라즈마 건에 펄스 신호를 제공하는데 사용된다.
도 3은 제어기(108)의 개략적인 블록도이다. 예시적인 실시예에서, 제어기(108)는, 예를 들면, 제한 없이, 전원 입력 커넥터(216), 캐패시터 충/방전 장치 입력 커넥터(218), 릴레이 입력 커넥터(220), 및 경보 입력 커넥터(222)를 포함하는 다수의 입력 커넥터(214)를 포함한다. 전원 입력 커넥터(216)는 제어기(108)에 전력을 공급하고 플라즈마 건에 에너지를 제공하는데 사용되는 전원(도시되지 않음)으로부터 전력 수신을 용이하게 해준다. 캐패시터 충/방전 장치 입력 커넥터(218)는 (도 2에 도시된) 제1 캐패시터(210) 및 제2 캐패시터(212)를 충전하기 위한 사용자 입력 및/또는 제1 캐패시터(210) 및 제2 캐패시터(212)를 방전하기 위한 사용자 입력의 수신을 용이하게 한다. 릴레이 입력 커넥터(220)는 회로 내 아크 섬광 검출을 나타내는 신호의 수신 및 플라즈마 건이 아크 섬광 에너지를 (도 1에 도시된) 아크 수용 장치(102)로 전달하는 아크 기둥의 생성을 용이하게 한다. 경보 입력 커넥터(222)는 경보 장치(도시되지 않음)로부터 신호를 수신한다. 게다가, 제어기(108)는, 예를 들면, 경보 출력 커넥터(226) 및 캐패시터 상태 신호 출력 커넥터(228)를 포함하는 다수의 출력 커넥터(224)를 포함한다. 경보 출력 커넥터(226)는 아크 기둥을 생성하도록 플라즈마 건이 점화되었다는 표시를 용이하게 나타내는 신호를 경보 장치에 전송한다. 캐패시터 상태 신호 출력 커넥터(228)는 출력 장치(204)에 연결된다.
예시적인 실시예에서, PCB(208)는 전술한 장치들과의 통신을 용이하게 해주는 입력 커넥터(214) 및 출력 커넥터(224)에 통신가능하게 연결된다. 또한, PCB(208)는 제1 캐패시터(210) 및 제2 캐패시터(212)가 저장된 에너지를 플라즈마 건으로 방출하게 하는 신호를 생성하기 위한 회로를 포함한다. 예시적인 실시예에서, PCB(208)는 전원 입력 커넥터(216)를 통해 전원으로부터 전력을 수신하는 전력 회로(302)를 포함한다. 전력 회로(302)는 집적 회로, 및 전계 효과 트랜지스터 등과 같은 제어기(108)의 저전압 전자 부품에 저전압 전력, 이를 테면, 대략 12 볼트 전력을 제공한다. 전력 회로(302)는 또한 제1 캐패시터(210) 및 제2 캐패시터(212)와 같은, 제어기(108)의 고에너지 및 고전압 전자 부품들에 의해 사용되도록 저전압 전력의 일부를 고전압 전력으로 변환한다. 제1 캐패시터(210) 및 제2 캐패시터(212)를 용이하게 충전하기 위하여, 전력 회로(302)는 또한 캐패시터 충/방전 장치 입력 커넥터(218)를 통해 입력 신호를 수신하고 제1 캐패시터(210) 및/또는 제2 캐패시터(212)가 그 입력 신호에 기초하여 충전 또는 방전하도록 한다.
PCB(208)는 또한 플라즈마 건에 통신가능하게 연결된 트리거 회로(304)를 포함한다. 트리거 회로(304)는 릴레이 입력 커넥터(220)를 통해 플라즈마 건이 아크 기둥의 생성을 용이하게 하는 릴레이 발사(fire) 신호를 수신하여 아크 섬광 에너지를 아크 수용 장치(102)에 전달한다. 예를 들면, 릴레이 발사 신호에 응답하여, 트리거 회로(304)는 제1 캐패시터(210)가 저장된 에너지를 플라즈마 건으로 방출하도록 한다. 게다가, 트리거 회로(304)는 제2 캐패시터(212)가 점화 코일에 의해 발생된 고전압 펄스를 이용하여 플라즈마 건을 트리거하는 오토트랜스포머에 전압 펄스 신호를 전송하도록 함으로써 플라스마 건이 방출된 에너지를 이용하여 아크 플라즈마를 생성하게 한다. 이 펄스 신호에 응답하여, 플라즈마 건은 방출된 에너지를 이용하여 아크 기둥을 생성한다.
예시적인 실시예에서, PCB(208)는 또한 제1 캐패시터(210) 및 제2 캐패시터(212)의 전하 상태를 감시하는데 사용되는 감시 회로(306)를 포함한다. 감시 회로(306)는 제1 출력 장치(308), 제2 출력 장치(310), 및 제3 출력 장치(312)를 포함한다. 예시적인 실시예에서, 제1 출력 장치(308)는 조작자에게 저전압 전원이 사용가능함을 표시하고, 제1 캐패시터(210)가 원하는 시간 내에 원하는 레벨로 충전됨을 표시하고, 제2 캐패시터(212)가 소정의 레벨로 충전됨을 표시해준다. 제2 출력 장치(310)는 조작자에게 제1 캐패시터(210) 및/또는 제2 캐패시터(212)가 방전됨을 표시해준다. 제3 출력 장치(312)는 사용자에게 제1 캐패시터(210) 및 제2 캐패시터(212)가 충전 중 또는 방전 중이거나, 또는 원하는 시간 내에 충전되지 않았음을 표시해준다.
도 4는 전력 회로(302) 및 트리거 회로(304)의 개략적인 회로도이다. 예시적인 실시예에서, 전력 회로(302)는 전원 입력 커넥터(216)를 통해 전력을 수신하는 하나 이상의 전압 조정기(402)를 포함한다. 전압 조정기(402)는 (도 2에 도시된) 제어기(108)의 저전압 전기 부품들에 사용되는 전력 및 출력 저전압 전력을 조절한다. 게다가, 전력 회로(302)는 저전압 전력의 일부를 제1 캐패시터(210) 및 제2 캐패시터(212)와 같은 제어기(108)의 고전압 전기 부품들에 사용되는 고전압 전력으로 변환하는 전압 변환기(404)를 포함한다.
예시적인 실시예에서, 제1 캐패시터(210)는 고전압, 고에너지 캐패시터들의 뱅크를 포함한다. 제1 캐패시터(210)의 캐패시터 뱅크에서 사용될 수 있는 예시적인 캐패시터들은 대략 450 볼트(V)에서 대략 180 마이크로패럿(㎌)의 용량을 갖는 캐패시터들을 포함한다. 그러나, 임의의 적합한 고전압, 고에너지 캐패시터는 대략 180 ㎌ 정도의 용량율을 가지며 대략 450 V 정도에서 동작하는 캐패시터들을 포함하는 제1 캐패시터들(210) 내에서 사용될 수 있음을 알아야 한다. 예시적인 실시예에서, 제2 캐패시터(212)는 단일의 고전압 캐패시터이다. 제2 캐패시터(212)로서 사용될 수 있는 예시적인 캐패시터는 대략 450 V에서 대략 47 ㎌의 용량을 갖는 캐패시터이다. 그러나, 임의의 적합한 고전압, 고에너지 캐패시터는 대략 47 ㎌ 정도의 용량율을 가지며 대략 450 V 정도에서 동작하는 캐패시터를 포함하는 제2 캐패시터(212) 내에서 사용될 수 있다.
예시적인 실시예에서, 트리거 회로(304)는 일차 아크 섬광과 같은 회로 상의 결함을 검출하고 그러한 결함을 나타내는 신호를 릴레이 입력 커넥터(220)를 통해 트리거 회로(304)에 전송하는 검출 회로(도시되지 않음)에 연결된다. 트리거 회로(304)는 제1 로직 장치(406) 및 제2 로직 장치(408)를 포함한다. 예시적인 실시예에서, 제1 및 제2 로직 장치(406 및 408)는 전기 에너지가 제1 캐패시터(210) 및/또는 제2 캐패시터(212)로부터 플라즈마 기둥을 발생하는데 사용된 플라즈마 건 전극들(410)로 이동하는 것을 용이하게 방지하는 실리콘 제어 정류기(silocon-controlled rectifiers)이다. 보다 상세히 말하면, 제1 및 제2 로직 장치(406 및 408)는 일차 아크 섬광과 같은 아크 이벤트 동안에 트리거되는 반도체 스위치로서 사용된다. 제1 로직 장치(406)는 캐패시터(210) 및 플라즈마 건(412)에 통신가능하게 연결된다. 유사하게, 제2 로직 장치(408)는 제2 캐패시터(210) 및 플라즈마 건(412)에 통신가능하게 연결된다. 부가적으로, 제1 로직 장치(406)가 오프 상태에 있을 때 제1 로직 장치(406)로부터의 누설이 플라즈마 건(412)에 고전압을 형성하지 않도록 보장하기 위해, 트리거 회로(304)는 블리드-오프(bleed-off) 장치(414)를 포함한다. 예시적인 블리드-오프 장치(414)는 저항(416) 및, MOSFET 트랜지스터와 같은 트랜지스터(418)를 포함하며, 이들은 트리거 회로(304)에 배치된다. 예시적인 실시예에서, 저항(416) 및 트랜지스터(418)는 시간이 흐름에 따라 플라즈마 건과 전극들(410) 사이에 전압이 축적되는 것을 실질적으로 방지한다. 그러한 전압의 축적으로 인해 플라즈마 건 전극들(410) 사이의 공극이 줄어들 수 있어, 결과적으로 회로 보호 장치(100)에 불필요한 화재를 일으킬 수 있다. 대안의 실시예에서, 블리드-오프 장치(414)는 NPN 투 PNP 양극성 접합 트랜지스터, 및/또는 P-채널 투 N-채널 MOSFET와 같은 상이한 구성의 트랜지스터들을 포함한다.
타이머 장치(420)는 검출 회로 및 제2 로직 장치(408)에 통신가능하게 연결된다. 타이머 장치(420)는 검출 회로로부터 제2 로직 장치(408)로의 아크 이벤트 검출 신호의 전송을 지연시킨다. 예를 들면, 검출 회로는 검출 신호를 제1 로직 장치(406)에 전송하며 타이머 장치(420)는 사전 선택된 시간, 이를 테면, 대략 8 마이크로초만큼 제2 로직 장치(408)로의 검출 신호의 전송을 지연시킨다. 보다 상세히 말하면, 검출 회로는 검출 장치 및 제1 로직 장치(406)에 통신가능하게 연결된 제1 펄스 트랜스포머(422)에 검출 신호를 전송한다. 유사하게, 타이머 장치(420)는 타이머 장치(420) 및 제2 로직 장치(408)에 통신가능하게 연결된 제2 펄스 트랜스포머(424)에 검출 신호를 전송한다. 제1 로직 장치(406)의 출력은 플라즈마 건 전극들(410)로부터 제1 로직 장치(406)로의 역 전류 흐름을 방지하는 적어도 하나의 차단 다이오드(426)에 통신가능하게 연결된다. 또한, 제2 로직 장치(408)의 출력은 제1 캐패시터(210)에 의해 플라즈마 건(412)으로 방출 또는 전송되는 전기 에너지를 이용하여 플라즈마 건(412)이 플라즈마 기둥을 발생하게 하는 고전압 펄스 신호를 발생하는 점화 코일(428)에 통신가능하게 연결된다. 점화 코일(428)의 출력은, 플라즈마 건 전극들(410)로부터 점화 코일(428) 및/또는 제2 로직 장치(408)로의 역 전류 흐름을 방지하는 블록킹 다이오드(426)에 통신가능하게 연결된다.
도 5는 예시적인 방법을 설명하는 흐름도(500)이다. 보다 상세히 설명하면, 흐름도(500)는 (모두 도 4에 도시됨) 트리거 회로(304) 및 플라즈마 건(412)을 이용하여 플라즈마 기둥의 발생을 트리거하는 예시적인 방법을 설명한다. 예시적인 실시예에서, 검출 회로(도시되지 않음)는 일차 아크 섬광과 같은 회로 상의 결함을 검출한다(502). 트리거 회로(304)는 검출 회로로부터 그러한 결함을 나타내는 신호를 수신한다(504). 예를 들면, (모두 도 4에 도시된) 제1 펄스 트랜스포머(422) 및 제2 펄스 트랜스포머(424)는 각기 검출 회로로부터 신호를 수신한다. 그러나, 타이머 장치(420)는 신호가 제1 펄스 트랜스포머(422)로 전송된 후에 사전 선택된 시간만큼 제2 펄스 트랜스포머(424)로의 신호 전송을 지연한다.
예시적인 실시예에서, 트리거 회로(304)는 제1 신호를 (도 3에 도시된) 제1 캐패시터들(210)로 전송하여 제1 캐패시터들(210)이 저장된 전기 에너지를 플라즈마 건(412)으로 전송하게 한다(506). 예를 들면, 제1 펄스 트랜스포머(422)는 검출 회로로부터 신호를 수신하고 제1 신호를 제1 로직 장치(406)(도 4에 도시됨)로 전송한다. 제1 신호에 응답하여, 제1 로직 장치(406)는 활성화되어 제1 캐패시터들(210)이 그 내에 저장된 전기 에너지의 적어도 일부를 플라즈마 건 전극들(410)(도 4에 도시됨)로 방출할 수 있도록 한다. 제1 캐패시터들(410)에 의해 방출된 전기 에너지는 본 명세서에서 제1 캐패시터들(210) 및 제2 캐패시터(212)에 저장된 전기 에너지의 누적량 중 제1 부분으로도 지칭될 수 있다.
또한, 예시적인 실시예에서, 트리거 회로(304)는 제2 신호를 플라즈마 건(412)에 전송(508)하여 플라즈마 건(412)이 제1 캐패시터들(210)에 의해 방출된 전기 에너지를 이용하여 플라즈마 기둥을 발생(510)하게 한다. 예를 들면, 타이머 장치(420)는 검출 회로로부터 신호를 수신하고 사전 선택된 시간 후에 그 신호를 제2 펄스 트랜스포머(424)로 전송한다. 이러한 사전 선택된 시간은 제1 캐패시터들(210)에 의해 저장된 전기 에너지가 플라즈마 건 전극들(410)로 전송가능하게 해준다. 제2 펄스 트랜스포머(424)는 타이머 장치(420)로부터 신호를 수신하여 제2 신호를 제2 로직 장치(408)(도 4에 도시됨)에 전송한다. 제2 신호에 응답하여, 제2 로직 장치(408)는 활성화되어 (도 4에 도시된) 제2 캐패시터(212)가 그 내에 저장된 전기 에너지의 적어도 일부를 점화 코일(428)(도 4에 도시됨)로 방출가능하게 한다. 점화 코일(428)은 그 전기 에너지를 이용하여 고에너지 펄스 신호를 발생하고 그 펄스 신호를 플라즈마 건 전극들(410)에 전송한다. 이러한 펄스 신호는 플라즈마 건 전극들(412)이 아크 섬광 에너지를 (도 1에 도시된) 아크 수용 장치(102)로 전달하는 플라즈마 기둥을 발생하게 한다. 제2 캐패시터(212)에 의해 방출된 전기 에너지는 본 명세서에서 제1 캐패시터들(210) 및 제2 캐패시터(212)에 저장된 전기 에너지의 누적량 중 제2 부분으로도 지칭될 수 있다.
회로 보호 장치 내에서 플라즈마 기둥의 발생을 트리거하기 위한 시스템, 방법, 및 장치의 예시적인 실시예들이 앞에서 상세히 기술되었다. 이러한 시스템, 방법, 및 장치는 본 명세서에서 기술된 특정한 실시예들로 국한되지 않고, 오히려 그 방법의 동작 및/또는 그 시스템 및/또는 장치의 구성요소들이 본 명세서에서 기술된 다른 동작 및/또는 구성요소들과 독립적으로 그리고 별개로 활용될 수 있다. 또한, 기술된 동작 및/또는 구성요소들은 다른 시스템, 방법, 및/또는 장치에 규정되거나, 또는 조합하여 사용될 수 있으며, 또한 본 명세서에서 기술된 바와 같은 시스템, 방법, 및 저장 매체만으로 실시하는 것으로 제한되지 않는다.
비록 본 발명이 예시적인 회로 보호 시스템과 관련하여 설명되었을지라도, 본 발명의 실시예들은 다른 많은 범용 또는 특수 목적의 회로 보호 시스템 또는 구성으로 동작가능하다. 본 명세서에서 기술된 회로 보호 시스템은 본 발명의 어떤 양태의 사용 범위 또는 기능성에 대해 어떤 제한을 가하고자 의도된 것은 아니다. 더욱이, 본 명세서에서 기술된 회로 보호 시스템은 예시적인 동작 환경에서 설명된 구성요소들 중 어떤 하나 또는 그 조합과 관련된 어떤 종속성 또는 요건을 갖는 것으로 해석되어서는 안된다.
본 명세서에서 예시되고 설명된 본 발명의 실시예들에서 동작들의 실행 또는 수행의 순서는 달리 명시하지 않는 한 필수적인 것은 아니다. 즉, 동작들은 달리 명시하지 않는 한 어떤 순서로도 수행될 수 있으며, 본 발명의 실시예들은 본 명세서에서 개시된 것보다 추가 또는 더 적은 동작들을 포함할 수 있다. 예를 들면, 특정 동작을 또 다른 동작 전에, 동시에, 또는 전에 실행 또는 수행하는 것은 본 발명의 양태들의 범주 내에 속한다고 생각된다.
본 발명 또는 그 실시예들의 양태들의 구성요소들을 언급할 때, "하나", "한", "그", 및 "상기" 라는 관사는 구성요소가 하나 이상임을 의미하는 것으로 의도된다. "포함하는", "구비하는" 및 "갖는" 이라는 용어는 포괄하는 것으로 의도되며 열거된 구성요소들 외에 부가적인 구성요소들이 있을 수 있음을 의미한다.
이와 같이 기술된 상세한 설명에서는 최선의 실시예를 포함하여 본 발명을 개시하기 위해, 그리고 어떤 장치 또는 시스템을 만들거나 이용하는 것 그리고 어떤 합체된 방법들을 수행하는 것을 포함하여, 당업자가 본 발명을 실시가능하게 하는 예들이 사용된다. 본 발명의 특허가능한 범주는 청구범위에서 규정되며, 당업자에게 만들어지는 다른 예들을 포함할 수 있다. 그러한 다른 예들은 이들이 청구범위의 문언적 표현과 다르지 않은 구조적 요소들을 갖거나, 또는 이들이 청구범위의 문언적 표현과 실질적인 차이가 없는 등가의 구조적 요소들을 포함한 경우 청구범위의 범주 내에 속하는 것으로 의도된다.
100 : 회로 보호 장치 102 : 수용 조립체
104 : 외부 커버 106 : 카세트
108 : 제어기

Claims (15)

  1. 회로 보호 장치(100)로서,
    플라즈마 기둥(plume)을 생성하도록 구성된 플라즈마 건(gun)(412)과,
    전기 에너지를 저장하도록 구성된 적어도 하나의 캐패시터(210, 212)와,
    상기 플라즈마 건(412) 및 상기 적어도 하나의 캐패시터(210, 212)에 통신가능하게 연결된 트리거 회로(304)를 포함하되,
    상기 트리거 회로(304)는,
    상기 적어도 하나의 캐패시터(210, 212)로 제 1 신호를 전송하여 상기 적어도 하나의 캐패시터(210, 212)가 상기 전기 에너지의 제 1 부분을 상기 플라즈마 건(412)으로 전송하게 하고,
    상기 플라즈마 건(412)으로 제 2 신호를 전송하여 상기 플라즈마 건(412)이 상기 전기 에너지의 상기 제 1 부분을 이용하여 상기 플라즈마 기둥을 생성하게 하도록 구성된
    회로 보호 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 플라즈마 건(412)은 복수의 전극(410)을 포함하며 상기 적어도 하나의 캐패시터(210, 212)는 상기 전기 에너지의 상기 제 1 부분을 상기 복수의 전극(410)으로 전송하도록 구성된 적어도 하나의 제 1 캐패시터(210)를 포함하는
    회로 보호 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 캐패시터(210, 212)는 상기 전기 에너지의 제 2 부분을 저장하고 상기 제 2 신호를 상기 복수의 전극(410)으로 전송하도록 구성된 제 2 캐패시터(212)를 더 포함하며, 상기 복수의 전극(410)은 상기 제 2 신호에 응답하여 상기 전기 에너지를 이용하여 상기 플라즈마 기둥을 생성하도록 구성된
    회로 보호 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 트리거 회로(304)는 상기 적어도 하나의 캐패시터(210, 212)에 통신가능하게 연결되고 상기 전기 에너지의 제 2 부분을 이용하여 상기 플라즈마 건(412)으로 상기 제 2 신호를 펄스로서 전송하도록 구성된 점화 코일(ignition coil)(428)을 포함하는
    회로 보호 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 트리거 회로(304)는 상기 전기 에너지의 상기 제 1 부분이 상기 플라즈마 건(412)으로 전송된 후에 사전선택된 시간 동안 상기 제 2 신호의 전송을 지연하도록 구성된 타이머(420)를 포함하는
    회로 보호 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 트리거 회로(304)는 상기 적어도 하나의 캐패시터(210, 212)에 통신가능하게 연결된 적어도 하나의 펄스 트랜스포머(422, 424)를 포함하고,
    상기 적어도 하나의 펄스 트랜스포머(422, 424)는,
    결함(fault)을 나타내는 신호를 수신하고,
    상기 제 1 신호를 상기 적어도 하나의 캐패시터(210, 212)로 전송하여 상기 적어도 하나의 캐패시터(210, 212)가 상기 전기 에너지의 제 1 부분을 상기 플라즈마 건(412)으로 전송하게 하며,
    상기 제 2 신호를 상기 플라즈마 건(412)으로 전송하도록 구성된
    회로 보호 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 트리거 회로(304)는 상기 적어도 하나의 캐패시터(210, 212) 및 상기 적어도 하나의 펄스 트랜스포머(422, 424)에 통신가능하게 연결된 적어도 하나의 로직 장치(406, 408)를 더 포함하며,
    상기 적어도 하나의 로직 장치(406, 408)는,
    상기 적어도 하나의 펄스 트랜스포머(422, 424)로부터 상기 제 1 신호 및 상기 제 2 신호를 수신하고,
    상기 제 1 신호를 상기 적어도 하나의 캐패시터(210, 212)로 전송하여 상기 적어도 하나의 캐패시터(210, 212)가 상기 전기 에너지의 제 1 부분을 상기 플라즈마 건(412)으로 전송하게 하며,
    상기 제 2 신호를 상기 플라즈마 건(412)으로 전송하도록 구성된
    회로 보호 장치.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 트리거 회로(304)는 상기 적어도 하나의 캐패시터(210, 212) 및 상기 적어도 하나의 펄스 트랜스포머(422, 424)에 통신가능하게 연결된 블리드-오프(bleed-off) 장치(414)를 더 포함하되, 상기 블리드-오프 장치(414)는 상기 제 1 신호의 전송 전에 상기 전기 에너지가 상기 플라즈마 건(412)으로 전송되는 것을 방지하도록 구성된
    회로 보호 장치.
  9. 플라즈마 건(412)을 갖는 회로 보호 장치(100)에 사용하기 위한 제어기(108)로서,
    상기 제어기(108)는,
    복수의 캐패시터와,
    상기 복수의 캐패시터에 통신가능하게 연결된 트리거 회로(304)를 포함하되,
    상기 복수의 캐패시터는,
    전기 에너지를 상기 플라즈마 건(412)에 제공하도록 구성된 복수의 제 1 캐패시터(210)와,
    상기 플라즈마 건(412)으로 펄스를 전송하여 상기 플라즈마 건(412)이 플라즈마 기둥을 생성하게 하도록 구성된 제 2 캐패시터(212)를 포함하고,
    상기 트리거 회로(304)는,
    결함을 나타내는 신호를 수신하고,
    상기 복수의 제 1 캐패시터(210)가 상기 전기 에너지를 상기 플라즈마 건(412)으로 전송하게 하며,
    상기 제 2 캐패시터(212)가 상기 펄스를 상기 플라즈마 건(412)으로 전송하게 하도록 구성되는
    제어기.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 트리거 회로(304)는 상기 복수의 제 1 캐패시터(210) 및 검출 회로에 통신가능하게 연결된 제 1 펄스 트랜스포머(422)를 포함하며, 상기 제 1 펄스 트랜스포머(422)는 상기 검출 회로로부터 상기 결함을 나타내는 신호를 수신하고, 상기 복수의 제 1 캐패시터(210)로 제 1 신호를 전송하여 상기 전기 에너지를 상기 플라즈마 건(412)으로 전송하게 하도록 구성된
    제어기.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 트리거 회로(304)는 상기 제 2 캐패시터(210) 및 상기 검출 회로에 통신가능하게 연결된 제 2 펄스 트랜스포머(424)를 더 포함하며, 상기 제 2 펄스 트랜스포머(424)는 상기 검출 회로로부터 상기 결함을 나타내는 신호를 수신하고, 상기 제 2 캐패시터(212)로 제 2 신호를 전송하여 상기 펄스를 상기 플라즈마 건(412)으로 전송하게 하도록 구성된
    제어기.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 트리거 회로(304)는 상기 제 2 펄스 트랜스포머(424)에 통신가능하게 연결된 타이머(420)를 더 포함하며, 상기 타이머(420)는 상기 검출 회로로부터 상기 결함을 나타내는 신호를 수신하고, 상기 제 1 펄스 트랜스포머(422)가 상기 제 1 신호를 전송하고 사전선택된 시간 후에 상기 제 2 신호를 상기 제 2 펄스 트랜스포머(424)로 전송하도록 구성된
    제어기.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 트리거 회로(304)는,
    상기 복수의 제 1 캐패시터(210) 및 상기 제 1 펄스 트랜스포머(422)에 통신가능하게 연결되며, 상기 제 1 펄스 트랜스포머(422)로부터 상기 제 1 신호를 수신하고 상기 복수의 제 1 캐패시터(210)가 상기 전기 에너지를 상기 플라즈마 건(412)으로 전송하게 하도록 구성된 제 1 로직 장치(406)와,
    상기 제 2 캐패시터(212) 및 상기 제 2 펄스 트랜스포머(424)에 통신가능하게 연결되며, 상기 제 2 펄스 트랜스포머(424)로부터 상기 제 2 신호를 수신하고 상기 펄스를 상기 플라즈마 건(412)으로 전송하게 하도록 구성된 제 2 로직 장치(408)를 더 포함하는
    제어기.
  14. 제 9 항에 있어서,
    상기 트리거 회로(304)는 상기 제 2 캐패시터(212)에 통신가능하게 연결되고 상기 제 2 캐패시터(212)에 의해 저장된 상기 전기 에너지를 이용하여 상기 펄스를 생성하도록 구성된 점화 코일(428)을 포함하는
    제어기.
  15. 제 9 항에 있어서,
    상기 트리거 회로(304)는 상기 플라즈마 건(412)으로부터 상기 복수의 캐패시터로 전류가 흐르는 것을 방지하도록 구성된 적어도 하나의 블록킹 다이오드(426)를 포함하는
    제어기.
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