KR20170046300A - High speed switch using supercritical fluid and current interrupt appratus using it and current interrupt method - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 전류를 통전 또는 차단시키도록 회로를 분리하는 고속도 스위치와 이를 이용한 전류 차단 장치 및 전류 차단 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE
전력 계통에 고장이 발생하거나 고압 전류가 발생한 경우, 고장 전류를 차단하고 전력 설비를 보호하기 위해 전류 차단 장치가 사용된다. 전류 차단 장치는 정상 전류가 흐르는 정상 상태에서는 정격전류를 통전시키면서 전기를 전달하고, 전력 계통에 고장 또는 사고가 발생하여 정상 전류의 약 10배 이상에 달하는 고장 전류가 흐르게 되면 전류를 차단하게 된다. In the event of a fault in the power system or a high voltage current, a current interrupter is used to shut down the fault current and protect the power plant. The current interrupting device cuts off the current when a fault current which flows to the power system reaches 10 times or more of the normal current due to a failure or an accident in the power system.
종래의 DC 전류 차단 장치는 도 1에 도시한 바와 같이, 제1, 제2, 제3 스위치(11, 12, 13)가 직렬 연결된 주 통전부(10), 제3 스위치(13)와 병렬 연결된 전력 반도체 스위치(2), 제2, 제3 스위치(12, 13)와 병렬 연결된 커패시터(15) 및 커패시터(15)와 병렬 연결된 서지 어레스터(17)를 포함한다.As shown in FIG. 1, the conventional DC current interrupter includes a
전력 계통이 정상적인 경우, 전류는 주 통전부(10)로 통한다.When the power system is normal, the current flows to the main
전력 계통에 고장이 발생한 경우, 고장 전류를 차단하기 위해, 주 통전부(10)의 제1, 제2, 제3 스위치(11, 12, 13)가 개방되고, 전력 반도체 스위치(2)가 닫힌다. 이때, 제3 스위치(13)의 전류는 아크전압에 의해 닫혀있는 전력 반도체 스위치(2)로 통전된다. 이로써, 제3 스위치(13)의 전류는 전력 반도체 스위치(2)로 전류되고, 극간의 아크는 소호된다.The first, second and
전력 반도체 스위치(2)가 다시 개방되어 전류를 차단하게 되면 제2 스위치(12)의 아크가 소호된다.When the
제2, 제3 스위치(12, 13)가 완전히 개방되면, 주 통전부(10)의 전류는 차단되어 커패시터(15)로 전류되며 커패시터(15)를 충전시킨다. When the second and
커패시터(15)에 충전된 전압이 서지 어레스터(17)의 방전 개시 전압보다 커지면, 전류는 서지 어레스터(17)로 전류되고, 회로 상에 축적된 에너지가 흡수되어 전류가 차단된다. 이와 동시에 제1 스위치(11)의 아크가 소호되고, 이로써 전류 차단 장치의 전류 차단 작동이 완료된다.When the voltage charged in the
상술한 바와 같은 전류 차단 장치의 차단 시간은 제2 스위치(12)의 절연성능에 따라 결정된다. 즉, 제2 스위치(12)가 절연을 확보하는 시간이 길수록 고장 전류의 발생으로부터 전류 차단까지의 시간이 길어지게 된다. 차단 시간이 길어지면 차단해야 할 전류가 크게 증가하여 차단이 어려워질 뿐만 아니라 고장 전류가 회로에 미치는 영향이 점점 증가하게 된다. 따라서 전류 차단 장치의 차단 시간을 줄이기 위하여 동작특성 및 절연특성이 좋은 스위치를 사용할 필요가 있다.The cutoff time of the current cutoff device as described above is determined according to the insulation performance of the
현재 공표된 전류 차단 장치의 최소 차단 시간은 5ms이나, 전 세계적으로 차단 시간이 2ms 이내인 전류 차단 장치를 개발하고자 연구하고 있는 실정이다.Currently, the current cut-off time of the current cut-off device is 5ms, but the worldwide shut-down time is 2ms or less.
일반적으로 전류 차단 장치에는 진공차단기 또는 육불화황(SF6)을 이용한 가스차단기가 스위치로 사용된다. 그러나, 진공차단기 또는 육불화황 가스차단기는 절연성능이 낮아 고정접점과 가동접점 사이의 거리가 멀어야 접점 사이를 절연시킬 수 있다. 이러한 차단기는 스위칭 동작 시 가동접점의 이동거리가 최소 10mm 이상이므로 차단기의 동작속도를 높인다 하더라도 차단 시간 단축에 한계가 있었다.Generally, a current cut-off device is a switch with a vacuum circuit breaker or a gas circuit breaker using sulfur hexafluoride (SF 6 ). However, the vacuum circuit breaker or the sulfur hexafluoride gas circuit breaker has a low insulation performance, so that the distance between the fixed contact and the movable contact point can be large enough to insulate the contacts. Since the moving distance of the movable contact is at least 10 mm or more during the switching operation of the circuit breaker, even if the operating speed of the circuit breaker is increased, the shortening of the breaking time is limited.
한편, 가스차단기에 이용되는 육불화황은 온실가스의 일종으로 지구온난화지수가 이산화탄소(CO2)의 약 2만 3천 9백 배로 매우 높아 환경에 해롭다는 문제점이 있었다.On the other hand, sulfur hexafluoride used in gas circuit breakers is a kind of greenhouse gas, and has a problem that the global warming index is very high, which is about 23,900 times that of carbon dioxide (CO 2 ), which is harmful to the environment.
상술한 배경기술의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 절연성능이 높은 고속도 스위치를 제공함에 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to provide a high-speed switch with high insulation performance.
또한, 본 발명은 고장 전류의 차단 시간이 짧은 전류 차단 장치 및 이를 이용한 전류 차단 방법을 제공함에 그 목적이 있다.It is another object of the present invention to provide a current interrupter having a short interruption time of a fault current and a current interruption method using the same.
또한, 본 발명은 절연가스로서 지구온난화지수가 높은 육불화황을 대체한 절연물질을 이용한 고속도 스위치를 제공함에 그 목적이 있다.It is another object of the present invention to provide a high-speed switch using an insulating material that substitutes sulfur hexafluoride, which has a high global warming index, as an insulating gas.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 초임계 유체를 이용한 고속도 스위치는, 전류를 통전 또는 차단 시키는 초임계 유체를 이용한 고속도 스위치에 있어서, 내부에 초임계 유체가 충진된 챔버; 상기 챔버 내부에 구비되는 고정접점; 상기 챔버 내부에서 상기 고정접점에 대향하여 구비되는 가동접점; 및 상기 가동접점이 상기 고정접점과 이격 또는 접근하도록 상기 가동접점을 구동시키는 가동접점 조작기; 를 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a high-speed switch using a supercritical fluid, comprising: a chamber filled with a supercritical fluid; A fixed contact provided inside the chamber; A movable contact disposed inside the chamber so as to face the fixed contact; And a movable contact manipulator for driving the movable contact so that the movable contact moves away from or closer to the fixed contact; .
바람직하게, 상기 초임계 유체는, 이산화탄소(CO2)이다.Preferably, the supercritical fluid is carbon dioxide (CO 2 ).
바람직하게, 상기 초임계 유체를 초임계 상태로 유지시키기 위한 제어부; 를 더 포함한다.Preferably, the controller may further include a controller for maintaining the supercritical fluid in a supercritical state; .
바람직하게, 상기 제어부는, 상기 초임계 유체를 임계온도 이상으로 조절하는 온도 조절 장치; 를 포함한다.Preferably, the controller includes: a temperature regulator for regulating the supercritical fluid to a critical temperature or higher; .
상술한 다른 과제를 해결하기 위한 본 발명의 초임계 유체를 이용한 고속도 스위치를 이용한 전류 차단 장치는, 전류를 통전 또는 차단 시키는 전류 차단 장치에 있어서, 정상 동작 상태의 전류를 통전시키기 위한 주 통전로 상에 직렬로 연결되어 설치되는 3 이상의 스위치를 포함하는 주 통전부; 상기 주 통전부에 소속된 스위치 중 하나의 스위치에 병렬로 연결된 1차 전류 회로상에 설치되는 전력 반도체 스위치; 상기 주 통전로 상의 두 개의 직렬 연결된 스위치와 병렬로 연결된 회로인 2차 전류 회로상에 설치되는 커패시터; 및 상기 주 통전로 상의 두 개의 직렬 연결된 스위치와 병렬로 연결된 회로 상의 커패시터와 병렬로 연결된 회로인 3차 전류 회로상에 설치되는 서지 어레스터; 를 포함하고, 상기 주 통전부에 구비된 3개의 스위치 중 적어도 하나는 내부에 초임계 유체가 충진된 챔버, 상기 챔버 내부에 구비되는 챔버 내부 고정접점 및 상기 챔버 내부에서 상기 챔버 내부 고정접점과 이격 또는 접근하는 챔버 내부 가동접점으로 구성된 스위치이다.According to another aspect of the present invention, there is provided a current interruption device using a high-speed switch using a supercritical fluid, the current interruption device comprising: a main current pathway for passing current in a normal operating state; A main current supply unit including three or more switches connected in series to each other; A power semiconductor switch installed on a primary current circuit connected in parallel to one of the switches belonging to the main power supply; A capacitor installed on a secondary current circuit which is a circuit connected in parallel with two series-connected switches on the main energizing path; And a surge arrester installed on a tertiary current circuit, which is a circuit connected in parallel with a capacitor on a circuit connected in parallel with two serially connected switches on the main energizing path; Wherein at least one of the three switches provided in the main conductive part includes a chamber filled with a supercritical fluid therein, a chamber internal fixed contact provided inside the chamber, and a chamber internal fixed contact inside the chamber, Or moving within the chamber.
바람직하게, 상기 주 통전부는, 제1, 제2, 제3 스위치를 포함하고, 상기 제3 스위치는 전력 반도체 스위치와 병렬 연결되고, 상기 제2, 제3 스위치는 상기 커패시터 및 상기 서지 어레스터와 병렬 연결된다.Preferably, the main power supply unit includes first, second, and third switches, the third switch is connected in parallel with the power semiconductor switch, and the second and third switches are connected to the capacitor and the surge arrestor Respectively.
바람직하게, 상기 제2 스위치는, 상기 챔버, 상기 고정접점 및 상기 가동접점으로 구성된 스위치이다.Preferably, the second switch is a switch composed of the chamber, the fixed contact, and the movable contact.
상술한 또 다른 과제를 해결하기 위한 본 발명이 전류 차단 장치를 이용한 전류 차단 방법은, 전류를 통전 또는 차단시키기 위한 전류 차단 방법에 있어서, 상술한 전류 차단 장치를 이용하되, 상기 주 통전로에 정상 전류가 흐르는 정상 동작 상태에서 트립(trip) 신호를 받게 되면 상기 제1, 제2, 제3 스위치를 개방시키고, 이어 제3 스위치의 전극 간 아크 발생 직후 이를 통해 흐르던 선로 전류가 전력 반도체 스위치로 전류되도록 하고, 제2 스위치의 극간 간격이 일정 이상 벌어지게 되면 전력 반도체 스위치를 개방하여 주 통전로의 전류를 2차 전류 회로로 변경되게 하여 커패시터를 충전시키며, 상기 커패시터의 충전 전압이 서지 어레스터의 방전 개시 전압까지 상승하면 3차 전류 회로에 설치된 서지 어레스터가 방전을 시작하면서 선로 전류가 서지 어레스터를 통해 흐르게 되어 전류의 차단이 이루어지도록 한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a current interruption method using a current interruption device, the current interruption method comprising the steps of: using the current interruption device described above, Second, and third switches are opened when a trip signal is received in a normal operating state in which current flows, and then a line current that flows through the electrodes of the third switch, When the interval between the gaps of the second switch becomes larger than a predetermined value, the power semiconductor switch is opened to change the current of the main power supply path to the secondary current circuit to charge the capacitor, and the charging voltage of the capacitor When the voltage rises to the discharge start voltage, the surge arrester installed in the tertiary current circuit starts discharging, It flows through the raster so that current is cut off.
바람직하게, 상기 제2 스위치는, 상기 챔버, 고정접점 및 가동접점으로 구성된 스위치이다.Preferably, the second switch is a switch composed of the chamber, the fixed contact, and the movable contact.
바람직하게, 상기 제2 스위치를 먼저 닫은 뒤 상기 제1 스위치를 닫아 전류 차단 장치를 투입한다.Preferably, the second switch is closed first and then the first switch is closed to apply the current breaking device.
상술한 본 발명의 초임계 유체를 이용한 고속도 스위치는, 초임계 유체를 사용함으로써, 절연성능이 뛰어나 가동접점의 이동거리를 짧게 할 수 있다. 이로써, 스위치의 동작시간을 단축시킬 수 있고, 스위치의 크기를 소형화할 수 있다.In the high-speed switch using the supercritical fluid of the present invention, supercritical fluid is used, so that the insulation performance is excellent, and the moving distance of the movable contact can be shortened. As a result, the operation time of the switch can be shortened and the size of the switch can be reduced.
또한, 초임계 유체는 육불화황에 비하여 지구온난화지수가 낮아 환경 파괴를 줄일 수 있다.In addition, supercritical fluids have a lower global warming index than sulfur hexafluoride, which can reduce environmental degradation.
또한, 본 발명의 고속도 스위치를 이용한 전류 차단 장치 및 전류 차단 방법은, 스위치의 차단시간이 단축되어 전체 장치의 전류 차단시간을 단축시킬 수 있고, 기존의 전류 차단 장치에 간단히 설치하여 사용할 수 있다.Also, the current interruption device and the current interruption method using the high-speed switch of the present invention can shorten the interruption time of the switch, shorten the current interruption time of the entire device, and can be easily installed in the existing interruption device.
도 1은 종래 전류 차단 장치의 구성을 나타낸 회로도.
도 2는 본 발명의 고속도 스위치를 나타낸 구성도.
도 3은 본 발명의 전류 차단 장치를 나타낸 회로도.
도 4는 본 발명의 전류 차단 방법을 나타낸 흐름도.1 is a circuit diagram showing a configuration of a conventional current interrupting device.
2 is a configuration diagram showing a high-speed switch of the present invention.
3 is a circuit diagram showing a current interruption device of the present invention.
4 is a flow chart illustrating a current interruption method of the present invention.
이하에서는 본 발명의 실시예를 도면을 참고하여 구체적으로 설명한다. 또한, 본 발명에서 사용한 용어는 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로 본 발명을 한정하려는 의도가 아니며, 단수의 표현은 문맥상 명백히 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 또한, 설명에 있어서 종래 기술과 동일한 부분에 대하여 중복되는 부분의 설명은 일부 생략한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Also, the terms used in the present invention are used to describe specific embodiments and are not intended to limit the present invention, and the singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In the description, the same parts as those of the conventional art are partially explained.
본 발명의 초임계 유체를 이용한 고속도 스위치는 전류의 통전 또는 차단 상태를 고속도로 스위칭하기 위한 것으로, 절연 성능이 높은 초임계 유체를 사용하여 가동접점을 고정접점으로부터 이격시키는 과정에서 발생하는 아크 에너지를 효과적으로 소호시키며, 두 접점 사이의 거리가 짧음에도 절연 성능을 발휘하므로 가동접점의 이동거리가 짧고, 이로써 스위치의 차단 시간을 단축시킬 수 있다. 또한, 일반적으로 사용되는 초임계 유체인 이산화탄소(CO2)는 지구온난화지수가 낮아 환경 파괴를 줄일 수 있다.A high-speed switch using a supercritical fluid according to the present invention is for switching a current conduction or a cutoff state to a highway. The supercritical fluid having a high insulation performance is used to efficiently transfer the arc energy generated in the process of separating the movable contact from the stationary contact Since the insulation performance is exhibited even if the distance between the two contacts is short, the moving distance of the movable contact is short, thereby shortening the cutoff time of the switch. In addition, carbon dioxide (CO 2 ), a commonly used supercritical fluid, has a low global warming index and can reduce environmental destruction.
본 발명의 초임계 유체를 이용한 고속도 스위치는 도 2에 도시한 바와 같이, 챔버(100), 고정접점(200), 가동접점(300), 조작기(400) 및 제어부(500)로 이루어진다.The high-speed switch using the supercritical fluid according to the present invention comprises a
챔버(100)는 내부에 초임계 유체가 충진되며, 내부에 고정접점(200)과 가동접점(300)이 구비된다.The
초임계 유체는 임계 온도와 압력을 넘어선 상태의 유체로 액체와 비슷한 밀도, 기체와 비슷한 유동 저항을 갖는다. 특히 전기분야에서는 절연 매체로서의 활용에 주목하고 있다. 여러 초임계 유체 중 이산화탄소(CO2)는 임계 온도가 32℃이고, 임계 압력이 74기압으로 비교적 낮은 온도와 압력에서 초임계 상태에 도달하므로 가장 많이 이용된다. 초임계 유체는 이동이 빠르고, 열전도도가 높아 절연 거리가 짧고, 열용량이 크고, 절연 성능이 높아 소형화하여 고장 전류를 안정적으로 한류시킬 수 있으며, 접점 사이의 아크에 의해 발생한 열을 빠르게 주변으로 전달시켜 절연 회복에 도움이 되고, 밀도가 높아 아크의 소호에 유리하다.Supercritical fluids have a density similar to that of a liquid, with a flow resistance similar to that of a gas, above the critical temperature and pressure. Especially, in the field of electric power, attention is paid to utilization as an insulating medium. Among the supercritical fluids, carbon dioxide (CO 2 ) is most commonly used because the critical temperature is 32 ° C and the critical pressure reaches a supercritical state at a relatively low temperature and pressure of 74 atm. Supercritical fluid is fast moving, has a high thermal conductivity, has a short insulation distance, has a large heat capacity, has a high insulation performance, can be miniaturized, can stably flow a fault current, and quickly transfers heat generated by an arc between contacts Which helps in the recovery of insulation, and is advantageous in the arc of arc because of high density.
한편, 종래 스위치의 절연 매체로 사용되는 육불화황을 초임계 유체로 대체하면 스위치의 크기를 감소시키고, 절연 성능을 향상시킬 수 있다. 또한, 이산화탄소는 육불화황에 비하여 지구온난화지수가 현저히 낮으므로 환경 파괴를 방지할 수 있다.On the other hand, replacing the sulfur hexafluoride used as the insulating medium of the conventional switch with a supercritical fluid can reduce the size of the switch and improve the insulation performance. In addition, since carbon dioxide has a significantly lower global warming index than sulfur hexafluoride, environmental destruction can be prevented.
고정접점(200)은 챔버(100) 내부에 구비되고, 가동접점(300)은 챔버(100) 내부에서 고정접점(200)과 대향하여 구비되며 고정접점(200)과 이격 또는 접근된다.The
구체적으로, 고정접점(200)은 일단이 챔버(100) 외부로 노출되어 전류가 인입되고, 타단이 챔버(100) 내부에 배치된다. 가동접점(300)은 일단이 고정접점(200)의 타단과 챔버(100) 내부에서 이격 또는 접근하고, 타단이 챔버(100) 외부로 노출되어 전류가 인출되며, 조작기(400)와 연결된다.Specifically, the fixed
이로써, 챔버(100) 외부로부터 고정접점(200)을 통해 인입된 전류는 가동접점(300)을 통해 인출된다. 그러나, 위와 반대로 챔버(100) 외부로부터 가동접점(200)을 통해 인입된 전류는 고정접점(300)을 통해 인출되도록 스위치의 전류 방향을 반대로 구성할 수도 있다.Thus, the electric current drawn from the outside of the
통전 상태의 회로를 차단하기 위해서는 고정접점(200)이 고정된 상태에서 가동접점(300)이 이동된다. 이때, 고정접점(200)과 챔버(100) 사이는 고정되어 있으므로 정적 실링(sealing) 부재(210)로 밀봉하고, 가동접점(300)과 챔버(100) 사이는 상대이동하므로 동적 실링 부재(310)로 밀봉하여 챔버(100) 내의 초임계 유체를 밀봉시킨다. The
조작기(400)는 전류를 통전 또는 차단 상태로 스위칭하기 위해 가동접점(300)이 이동하도록 구동시킨다. 이로써, 가동접점(300)은 고정접점(200)과 이격 또는 접근될 수 있다. 접근 시에는 적어도 가동접점(300)의 단부가 고정접점(200)의 단부와 접촉되게 하고, 이격 시에는 가동접점(300)의 단부가 챔버(100) 외부로 인출되지 않도록 한다.The
제어부(500)는 챔버(100) 내의 초임계 유체를 초임계 상태로 유지시킨다. 제어부(500)는 초임계 유체를 임계온도 이상으로 조절하는 온도 조절 장치(510)를 포함하고, 이러한 온도 조절 장치로는 히터가 사용될 수 있다. 필요에 따라서는 초임계 유체를 임계압력 이상으로 조절하는 압력 조절 장치를 더 포함할 수 있다.The
위와 같이 고속도 스위치를 구성하면, 전류 차단 시 두 접점(200, 300) 사이에서 발생되는 아크 에너지가 효과적으로 소호되며, 두 접점(200, 300) 사이의 거리가 짧음에도 절연 성능을 발휘하므로 가동접점(300)의 이동거리가 짧아 스위치의 차단 시간을 단축 시킬 수 있다. When the high-speed switch is constructed as described above, the arc energy generated between the two
아래의 표 1은 고속도 스위치의 절연 매체로 사용되는 초임계 유체와 종래 스위치에 사용된 다른 절연 매체의 절연 성능을 비교한 표이다.Table 1 below compares the insulation performance of supercritical fluids used as insulation media for high-speed switches and other insulation media used in conventional switches.
Sulfur hexafluoride gas
air
vacuum
표 1로부터 초임계 유체는 육불화황 가스, 공기 및 진공에 비하여 단위 간격에 대한 절연 파괴 전압이 높은 것을 알 수 있는데, 이로부터 절연성능이 좋다는 것을 알 수 있다.From Table 1, it can be seen that the supercritical fluid has higher dielectric breakdown voltage for the unit interval than the sulfur hexafluoride gas, air and vacuum, which indicates that the insulation performance is good.
특히 초임계 상태의 이산화탄소는 절연 가능한 접점 사이의 간격이 0.05mm로 매우 짧아 고정접점에 대한 가동접점의 이동거리가 짧으므로 가동접점의 이동시간을 단축시킬 수 있어 스위치의 동작 시간을 단축시킬 수 있다.Especially, in the supercritical state, since the gap between the insulative contacts is very short as 0.05 mm, the movement distance of the movable contact to the stationary contact is short, so the movement time of the movable contact can be shortened and the operation time of the switch can be shortened .
예컨대, 가동접점의 이동 속도가 2m/s인 경우, 종래의 스위치는 가동접점의 이동 거리가 10mm 이상이므로 차단 시간은 최소 5ms가 소요되었다. 반면, 초임계 상태의 이산화탄소를 이용한 본 발명의 스위치는 접점 사이의 간격이 0.05mm이므로, 약 0.025ms 내에 차단 동작이 완료된다. 따라서 초임계 유체를 이용한 스위치의 차단 시간을 현저히 단축 시킬 수 있다.For example, when the moving speed of the movable contact is 2 m / s, since the moving distance of the movable contact is 10 mm or more in the conventional switch, the breaking time is at least 5 ms. On the other hand, the switch of the present invention using carbon dioxide in the supercritical state has a gap of 0.05 mm between the contact points, so that the shutdown operation is completed within about 0.025 ms. Therefore, the cut-off time of the switch using the supercritical fluid can be remarkably shortened.
본 발명의 다른 측면에 해당하는 전류 차단 장치는 상술한 초임계 유체를 이용한 고속도 스위치를 이용하여 DC 전력계통의 고장 전류 또는 고압 전류를 차단시키는 전류 차단 장치에 대한 것으로, 도 2, 도 3에 도시한 바와 같이, 크게 주 통전부(10), 커패시터(15), 서지 어레스터(17)를 포함한다.The current interrupting device according to another aspect of the present invention is a current interrupting device for interrupting a fault current or a high voltage current of a DC power system by using the high-speed switch using the supercritical fluid, and FIGS. 2 and 3 Includes the main
주 통전부(10)는 정상 동작 상태의 전류를 통전시키기 위한 주 통전로 상에 직렬로 연결되는 3 이상의 스위치를 포함하며, 이 중 3개의 스위치는 각각 제1, 제2, 제3 스위치(11, 1, 13)로 구성된다. 3개의 스위치 중 하나와 병렬로 연결된 1차 전류 회로 상에 전력 반도체 스위치(2)가 설치되며, 전력 반도체 스위치(2)와 병렬 연결된 스위치는 제3 스위치(13)이다.The main
제1 스위치(11)는 회로의 분리 및 투입용의 기계식 스위치이다. The
제2 스위치(1)는 상술한 초임계 유체를 이용한 고속도 스위치로, 전류 차단 시 발생되는 과도전압으로부터 후단에 연결된 기계식 스위치와 이와 병렬로 연결된 전력 반도체 스위치(2)를 보호하며, 이하에서는 초임계 스위치(1)라 칭한다. 초임계 스위치(1)는 상술한 바와 같이, 초임계 유체가 충진된 챔버(100), 챔버(100) 내부에 구비되는 고정접점(200), 챔버(100) 내부에 고정접점(200)과 대향하여 구비되는 가동접점(300) 및 가동접점(300)이 고정접점(200)과 이격 또는 접근하도록 가동접점(300)을 구동시키는 가동접점 조작기(400)를 포함한다.The
제3 스위치(13)는 전류 차단 시 차단 전류를 전력 반도체 스위치(2)로 전류시키며, 전력 반도체 스위치(2)는 제3 스위치(13)와 병렬로 연결되는 1차 전류 회로에 설치된다.The
이때, 제1 스위치(11)와 초임계 스위치(1)는 온(on), 오프(off) 상태가 안정적으로 존재하는 쌍안정(bistable) 스위치이나, 제3 스위치는 고장 전류를 감지하는 순간의 일정 시간만 접점이 오프(off) 되었다가 자동으로 온(on) 상태로 복귀되는 단안정(monostable) 스위치이다. 따라서 제3 스위치(13)의 오프 상태는 차단 전류가 커패시터(15)가 설치된 2차 전류 회로로 완전히 전류된 이후에 온 상태로 복귀되어야 하며, 이때 차단 전류 장치에 인가되는 전압은 모두 초임계 스위치(1)에서 감당하도록 구성된다.At this time, the
이로써, 전류 차단 시 주 통전부(10)의 스위치는 모두 개방되고, 전력 반도체 스위치(2)는 닫혀 제3 스위치(13)의 전류가 전력 반도체 스위치(2)로 전류된다. 전력 반도체 스위치(2)가 다시 개방되면, 초임계 스위치(1)는 접점 간의 아크가 소호되면서 절연된다.Thus, when the current is cut off, all the switches of the main
도면에 도시하지는 않았지만, 제1, 제3 스위치를 초임계 스위치로 구성할 수 있으며, 3개의 스위치 모두 초임계 스위치로 구성할 수도 있다. 즉, 주 통전로 상의 여러 스위치 중 적어도 하나의 스위치가 초임계 스위치로 구성됨이 바람직하다.Though not shown in the drawing, the first and third switches may be constituted by supercritical switches, and all three switches may be constituted by supercritical switches. That is, it is preferable that at least one switch among the various switches on the main energizing path is constituted by a supercritical switch.
또한, 주 통전부로의 제3 스위치와 병렬 연결된 1차 회로 상에 설치되는 전력 반도체 스위치를 양방향 도통 스위치로 구성할 수 있다. 여기서 양방향 도통 스위치는 2개의 단방향 도통 스위치를 서로 반대 방향으로 직렬로 연결한 구조이다. 이로써, 전류 차단 장치는 양방향의 전류 차단 동작을 수행할 수 있다.Further, the power semiconductor switch provided on the primary circuit connected in parallel with the third switch to the main power supply unit can be constituted by a bidirectional conduction switch. Here, the bidirectional conduction switch is a structure in which two unidirectional conduction switches are connected in series in opposite directions. Thereby, the current interruption device can perform bidirectional current interruption operation.
커패시터(15)는 주 통전로 상의 두 개의 직렬 연결된 스위치와 병렬로 연결된 회로인 2차 전류 회로 상에 설치되며, 커패시터(15)와 병렬 연결되는 스위치는 초임계 스위치(1)와 제3 스위치(13)이다.The
커패시터(15)는 주 통전로의 전류가 차단되면 2차 전류 회로로 기능한다. 즉, 초임계 스위치(1)와 제3 스위치(13)의 전류가 커패시터(15)가 설치된 2차 전류 회로로 전류되고, 이로써 커패시터(15)가 충전된다.The
서지 어레스터(17)는 주 통전로 상의 두 개의 직렬 연결된 스위치와 병렬로 연결된 회로 상의 커패시터와 병렬로 연결된 회로인 3차 전류 회로 상에 설치되며, 서지 어레스터(17)와 병렬 연결되는 스위치는 커패시터(15)와 같이 초임계 스위치(1)와 제3 스위치(13)이다.The
서지 어레스터(17)는 커패시터(15)의 충전 전압이 서지 어레스터(17)의 방전 전압보다 커지면, 커패시터(15)의 전류가 서지 어레스터(17)로 전류되고, 이를 통해 회로 상에 축적된 에너지가 흡수되어 전류 차단이 이루어진다. 이에 전류 차단이 종료되면서 제1 스위치의 접점 간 아크가 소호된다.When the charging voltage of the
전류 차단 장치는 부가적으로 방전부(18)를 더 포함할 수 있다.The current blocking device may further include a
방전부(18)는 전류 차단 장치의 차단 동작이 종료된 뒤 전류 차단 장치를 재투입할 때 커패시터(15)에 충전된 전압에 의해 발생하는 과도한 방전 전류를 방지하며, 방전 스위치(20)와 방전저항(21)으로 구성될 수 있다.The
방전부(18)의 방전 스위치(20)는 전류 차단 이후 제1 스위치(11)가 개방된 상태에서 닫고, 전류 차단 장치 투입 시 주 통전부(10)의 초임계 스위치(1)를 닫기 전에 개방시킨다.The discharging
본 발명의 또 다른 측면에 해당하는 전류 차단 방법은 상술한 전류 차단 장치를 이용한 전류 차단 방법으로 도 4에 도시한 바와 같다.A current blocking method according to another aspect of the present invention is shown in FIG. 4 as a current blocking method using the current blocking device.
정상 동작 상태(S10)는 주 통전로에 정상 전류가 통전되는 상태이다.The normal operating state (S10) is a state in which a normal current is energized in the main energizing path.
사고 발생(S20)은 고장 전류 또는 고압 전류가 발생되는 등의 사고가 발생(S20)하여, 트립(trip) 신호를 발생시킨다.In the occurrence of an accident (S20), an accident such as occurrence of a fault current or a high voltage current occurs (S20) and a trip signal is generated.
차단 동작 시작(S30)은 트립 신호 발생에 따라 주 통전로 상의 제1 스위치, 초임계 스위치, 제3 스위치가 동시에 개방 동작을 시작하고, 제3 스위치가 개방 된 후 일정 아크 전압이 발생되면 이와 병렬 연결된 전력 반도체 스위치가 닫혀 제3 스위치의 전류는 전력 반도체 스위치로 전류되며, 극간의 아크가 소호된다.At the start of the cut-off operation (S30), when the first switch, the supercritical switch and the third switch on the main energization path start the open operation simultaneously with the occurrence of the trip signal and the constant arc voltage is generated after the third switch is opened, The connected power semiconductor switch is closed so that the current of the third switch flows to the power semiconductor switch and the arc between the electrodes is eliminated.
주 통전로 차단(S40)은 전력 반도체 스위치가 개방됨에 따라 주 통전로의 전류가 차단된다. 즉, 초임계 스위치가 개방되어 접점 간 간격이 일정 이상 이격되면 아크가 발생한 직후에 전력 반도체 스위치를 개방시킴으로써, 주 통전로가 차단되게 한다.In the main energization shutoff (S40), the current in the main energization path is cut off as the power semiconductor switch is opened. That is, when the supercritical switch is opened and the interval between the contact points is spaced by a certain distance, the power semiconductor switch is opened immediately after the arc is generated, so that the main energization path is shut off.
이때, 전류는 2차 전류 회로 상에 설치된 커패시터로 전류되어 커패시터가 충전되는데, 커패시터의 충전 전압이 상승되어 서지 어레스터의 방전 개시 전압까지 상승되면 전류는 3차 전류 회로 상에 설치된 서지 어레스터로 전류되어 회로 상에 충전된 에너지가 서지 어레스터를 통해 흡수된다. 이로써, 전류 차단 장치의 차단 동작이 모두 완료된다. At this time, the current is supplied to the capacitor installed on the secondary current circuit so that the capacitor is charged. When the charging voltage of the capacitor rises up to the discharge start voltage of the surge arrester, the current flows into the surge arrester The energy charged on the circuit is absorbed through the surge arrester. As a result, the interruption operation of the current interruption device is completed.
커패시터 방전(S50)은 전류 차단에 이어 제1 스위치가 개방되면, 이후 전류 차단 장치 투입 시 방전부에 설치된 방전 스위치를 닫은 뒤 다시 개방하여 커패시터에 충전된 전압을 방전시킨다. 이는 전류 차단 장치 투입 시 커패시터에 충전된 전압으로부터 과도한 방전 전류가 발생시키는 오작동의 위험을 방지할 수 있다.In the capacitor discharge S50, when the first switch is opened after the current interruption, the discharge switch provided in the discharge portion is closed and then opened again to discharge the voltage charged in the capacitor. This can prevent the risk of malfunction that causes excessive discharge current from the voltage charged in the capacitor when the current interrupter is turned on.
전류 차단 장치 투입(S60)은 주 통전로에 설치된 초임계 스위치를 닫고, 이어서 제1 스위치를 닫아 주 통전로에 정상 전류가 흐르는 정상 동작 상태가 된다.The introduction of the current interruption device (S60) closes the supercritical switch provided in the main energization path, then closes the first switch, and the normal operation state in which a steady current flows in the main energization path.
이상에서는 본 발명의 구체적인 실시예를 도면을 중심으로 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 특허 청구 범위에 기재된 기술적 사상을 중심으로 그 변형물 또는 균등물에까지 미침은 자명하다 할 것이다.While the invention has been shown and described with reference to certain embodiments thereof, it will be understood by those skilled in the art that various changes and modifications may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims.
10 : 주 통전부
11, 12, 13 : 제1, 제2, 제3 스위치
1 : 초임계 스위치
2 : 전력 반도체 스위치
15 : 커패시터
17 : 서지 어레스터
100 : 챔버
200 : 고정접점
300 : 가동접점
400 : 조작기
500 : 제어부
510 : 온도 조절 장치10: Main unit
11, 12, 13: first, second and third switches
1: Supercritical switch
2: Power semiconductor switch
15: Capacitor
17: Surge Arrest
100: chamber
200: Fixed contact
300: movable contact
400: Actuator
500:
510: Temperature controller
Claims (10)
내부에 초임계 유체가 충진된 챔버;
상기 챔버 내부에 구비되는 고정접점;
상기 챔버 내부에서 상기 고정접점에 대향하여 구비되는 가동접점; 및
상기 가동접점이 상기 고정접점과 이격 또는 접근하도록 상기 가동접점을 구동시키는 가동접점 조작기; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 초임계 유체를 이용한 고속도 스위치.A high-speed switch using a supercritical fluid for energizing or breaking a current,
A chamber filled with supercritical fluid therein;
A fixed contact provided inside the chamber;
A movable contact disposed inside the chamber so as to face the fixed contact; And
A movable contact manipulator for driving the movable contact so that the movable contact moves away from or closer to the fixed contact; Wherein the supercritical fluid is used as a high-speed switch.
상기 초임계 유체는, 이산화탄소(CO2)인 것을 특징으로 하는 초임계 유체를 이용한 고속도 스위치.The method according to claim 1,
Wherein the supercritical fluid is carbon dioxide (CO 2 ).
상기 초임계 유체를 초임계 상태로 유지시키기 위한 제어부; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 초임계 유체를 이용한 고속도 스위치.The method according to claim 1,
A controller for maintaining the supercritical fluid in a supercritical state; Further comprising a supercritical fluid.
상기 제어부는, 상기 초임계 유체를 임계온도 이상으로 조절하는 온도 조절 장치; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 초임계 유체를 이용한 고속도 스위치.The method of claim 3,
The controller may include: a temperature controller that adjusts the supercritical fluid to a critical temperature or higher; Wherein the supercritical fluid is used as a high-speed switch.
정상 동작 상태의 전류를 통전시키기 위한 주 통전로 상에 직렬로 연결되어 설치되는 3 이상의 스위치를 포함하는 주 통전부;
상기 주 통전부에 소속된 스위치 중 하나의 스위치에 병렬로 연결된 1차 전류 회로상에 설치되는 전력 반도체 스위치;
상기 주 통전로 상의 두 개의 직렬 연결된 스위치와 병렬로 연결된 회로인 2차 전류 회로상에 설치되는 커패시터; 및
상기 주 통전로 상의 두 개의 직렬 연결된 스위치와 병렬로 연결된 회로 상의 커패시터와 병렬로 연결된 회로인 3차 전류 회로상에 설치되는 서지 어레스터; 를 포함하고,
상기 주 통전부에 구비된 3개의 스위치 중 적어도 하나는 내부에 초임계 유체가 충진된 챔버, 상기 챔버 내부에 구비되는 고정접점 및 상기 챔버 내부에서 상기 고정접점과 이격 또는 접근하는 가동접점으로 구성된 스위치인 것을 특징으로 하는 전류 차단 장치.A current interrupting device for energizing or breaking a current,
A main current supply unit including three or more switches connected in series on a main current path for energizing a current in a normal operating state;
A power semiconductor switch installed on a primary current circuit connected in parallel to one of the switches belonging to the main power supply;
A capacitor installed on a secondary current circuit which is a circuit connected in parallel with two series-connected switches on the main energizing path; And
A surge arrester mounted on a tertiary current circuit which is a circuit connected in parallel with a capacitor on a circuit connected in parallel with two serially connected switches on the main energizing path; Lt; / RTI >
At least one of the three switches provided in the main conduction part is a switch including a chamber filled with a supercritical fluid therein, a fixed contact provided inside the chamber, and a movable contact which is spaced apart from or approaching the fixed contact within the chamber And the current blocking device.
상기 주 통전부는, 제1, 제2, 제3 스위치를 포함하고,
상기 제3 스위치는 전력 반도체 스위치와 병렬 연결되고,
상기 제2, 제3 스위치는 상기 커패시터 및 상기 서지 어레스터와 병렬 연결되는 것을 특징으로 하는 전류 차단 장치.The method of claim 5,
Wherein the main power supply unit includes first, second, and third switches,
The third switch is connected in parallel with the power semiconductor switch,
And the second and third switches are connected in parallel with the capacitor and the surge arrestor.
상기 제2 스위치는, 상기 챔버, 상기 고정접점 및 상기 가동접점으로 구성된 스위치인 것을 특징으로 하는 전류 차단 장치.The method of claim 6,
And the second switch is a switch composed of the chamber, the fixed contact, and the movable contact.
청구항 6의 전류 차단 장치를 이용하되,
상기 주 통전로에 정상 전류가 흐르는 정상 동작 상태에서 트립(trip) 신호를 받게 되면 상기 제1, 제2, 제3 스위치를 개방시키고, 이어 제3 스위치의 전극 간 아크 발생 직후 이를 통해 흐르던 선로 전류가 전력 반도체 스위치로 전류되도록 하고, 제2 스위치의 극간 간격이 일정 이상 벌어지게 되면 전력 반도체 스위치를 개방하여 주 통전로의 전류를 2차 전류 회로로 변경되게 하여 커패시터를 충전시키며, 상기 커패시터의 충전 전압이 서지 어레스터의 방전 개시 전압까지 상승하면 3차 전류 회로에 설치된 서지 어레스터가 방전을 시작하면서 선로 전류가 서지 어레스터를 통해 흐르게 되어 전류의 차단이 이루어지도록 하는 것을 특징으로 하는 전류 차단 방법.1. A current interruption method for energizing or breaking a current,
A current interrupting device according to claim 6,
Second, and third switches are opened when a trip signal is received in a normal operation state in which a normal current flows through the main energization path, and then the first, second, and third switches are opened, When the interval between the gaps of the second switch becomes larger than a predetermined value, the power semiconductor switch is opened to change the current of the main power supply path to the secondary current circuit to charge the capacitor, When the voltage rises to the discharge start voltage of the surge arrestor, the surge arrester installed in the tertiary current circuit starts discharging, and the line current flows through the surge arrester, thereby interrupting the current. .
상기 제2 스위치는, 상기 챔버, 상기 고정접점 및 상기 가동접점으로 구성된 스위치인 것을 특징으로 하는 전류 차단 방법.The method of claim 8,
And the second switch is a switch composed of the chamber, the fixed contact, and the movable contact.
상기 제2 스위치를 먼저 닫은 뒤 상기 제1 스위치를 닫아 전류 차단 장치를 투입하는 것을 특징으로 하는 전류 차단 방법The method of claim 8,
Closing the first switch and then closing the first switch to apply the current breaking device
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