KR20180050886A - High Speed DC Circuit Breaker using Charging Capacitor and Parallel LC Circuit - Google Patents
High Speed DC Circuit Breaker using Charging Capacitor and Parallel LC Circuit Download PDFInfo
- Publication number
- KR20180050886A KR20180050886A KR1020160147460A KR20160147460A KR20180050886A KR 20180050886 A KR20180050886 A KR 20180050886A KR 1020160147460 A KR1020160147460 A KR 1020160147460A KR 20160147460 A KR20160147460 A KR 20160147460A KR 20180050886 A KR20180050886 A KR 20180050886A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- circuit
- switching element
- main switch
- resonance
- capacitor
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
- H01H33/00—High-tension or heavy-current switches with arc-extinguishing or arc-preventing means
- H01H33/02—Details
- H01H33/59—Circuit arrangements not adapted to a particular application of the switch and not otherwise provided for, e.g. for ensuring operation of the switch at a predetermined point in the ac cycle
- H01H33/596—Circuit arrangements not adapted to a particular application of the switch and not otherwise provided for, e.g. for ensuring operation of the switch at a predetermined point in the ac cycle for interrupting dc
-
- 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
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
- H01H9/00—Details of switching devices, not covered by groups H01H1/00 - H01H7/00
- H01H9/54—Circuit arrangements not adapted to a particular application of the switching device and for which no provision exists elsewhere
- H01H9/541—Contacts shunted by semiconductor devices
- H01H9/542—Contacts shunted by static switch means
- H01H2009/544—Contacts shunted by static switch means the static switching means being an insulated gate bipolar transistor, e.g. IGBT, Darlington configuration of FET and bipolar transistor
Abstract
Description
본 발명은 DC 차단기에 관한 것으로, 특히 새로운 DC 전력 환경에서 전력 계통을 사고로부터 보호하기 위한 충전된 커패시터와 병렬 LC 회로를 사용한 초고속 DC 차단기에 관한 것이다.The present invention relates to a DC circuit breaker, and more particularly, to an ultra-high speed DC circuit breaker using a charged capacitor and a parallel LC circuit for protecting a power system from an accident in a new DC power environment.
통상 고전압 DC 차단기(circuit breaker)는 고전압 직류(HVDC: High Voltage Direct Current) 송전시스템 등과 같은 약 50㎸ 이상의 고전압 송전선로를 통해 흐르는 전류를 차단할 수 있는 스위칭 장치이다. 즉, 고전압 DC 차단기는 DC 선로 상에 설치되어 일측 또는 타측에 고장발생시 사고전류가 고장이 발생한 측으로 제공되지 않도록 차단하는 역할을 한다. 물론, 약 1~50㎸의 DC 전압레벨의 중간전압 DC 배전 시스템에도 적용이 가능하다.Normally, a high voltage DC circuit breaker is a switching device that can shut off the current flowing through a high voltage transmission line of about 50 kV or more such as a high voltage direct current (HVDC) transmission system. That is, the high voltage DC circuit breaker is installed on the DC line to prevent the fault current from being supplied to the faulty side when a fault occurs on one side or the other side. Of course, it can also be applied to a medium voltage DC distribution system with a DC voltage level of about 1 to 50 kV.
이처럼, 현재 전력 계통에서는 DC 송전 및 배전, 마이크로 그리드, 하이브리드 그리드 등, DC를 활용하여 효율적으로 송전, 배전하고자 하는 노력이 지속적으로 있다. As such, in the current power system, there is a continuous effort to efficiently transmit and distribute DC using DC transmission and distribution, micro grid, and hybrid grid.
DC 차단기는 이러한 새로운 DC 전력 환경에서 전력 계통을 사고로부터 보호하기 위하여 반드시 필요하다. 이를 위하여 IGBT를 사용한 방식, LC 공진을 이용한 방식 등 다양한 형태의 DC 차단기가 개발되어 왔다. DC breakers are essential to protect power systems from accidents in these new DC power environments. Various types of DC circuit breakers have been developed for this purpose, such as a method using IGBT and a method using LC resonance.
그러나 상기 IGBT를 사용한 방식은 빠르지만 손실이 크며, IGBT를 사용하면서 손실을 적게 하기 위한 하이브리드 DC 차단기는 그 반응 속도가 여전히 느린 단점이 있다.However, the method using the IGBT is fast but has a large loss, and the hybrid DC interrupter for reducing the loss while using the IGBT has a disadvantage that the reaction speed is still slow.
따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 새로운 DC 전력 환경에서 전력 계통을 사고로부터 보호하기 위한 충전된 커패시터와 병렬 LC 회로를 사용한 초고속 DC 차단기를 제공하는데 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a super high-speed DC circuit breaker using a charged capacitor and a parallel LC circuit for protecting a power system from an accident in a new DC power environment.
본 발명의 다른 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.Other objects of the present invention are not limited to the above-mentioned objects, and other objects not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 충전된 커패시터와 병렬 LC 회로를 사용한 초고속 DC 차단기의 특징은 일측(A)과 타측(B)을 연결하는 DC 선로에 연결된 메인스위치와, 상기 메인스위치와 병렬연결되고, DC 선로의 일측에 고장이 발생하면 직렬로 연결된 제 1 커패시터(C1) 및 저항(R1)을 통해 RC 방전을 발생하는 R/C 방전회로와, 상기 메인스위치와 병렬연결되고, 상기 RC 방전 발생으로도 DC 선로의 사고전류 차단이 실패하면, 직렬로 연결된 제 2 커패시터(C2) 및 인던터(L1)를 통해 LC 공진을 발생시키는 L/C 공진회로와, 상기 메인스위치 및 R/C 방전회로를 통해 제 1 폐회로를 형성하도록 스위칭하는 제 4 스위칭소자와, 상기 메인스위치 및 L/C 공진회로를 통해 제 2 폐회로를 형성하도록 스위칭하는 제 5 스위칭소자와, 상기 메인스위치와 직렬연결되고, 상기 R/C 방전회로 및 L/C 공진회로에 병렬연결되어 양방향 전류 흐름을 스위칭하여 RC 방전 또는 LC 공진이 발생하도록 하여 상기 커패시터에서의 충전전압의 극성을 반전시키도록 하는 제 1 스위칭소자로 구성되는데 있다.According to an aspect of the present invention, there is provided a super high-speed DC circuit breaker using a charged capacitor and a parallel LC circuit, comprising: a main switch connected to a DC line connecting one side A and the other side B; An R / C discharging circuit connected in parallel with the main switch and generating an RC discharge through the first capacitor C1 and the resistor R1 connected in series when a failure occurs on one side of the DC line; An L / C resonance circuit that generates LC resonance through a second capacitor C2 and an inductor L1 connected in series when the fault current interruption of the DC line fails due to the RC discharge, A fourth switching element for switching the first switching element to form a first closed circuit through a first switching element, a second switching element for switching between the first switching element and the second switching element to form a second closed circuit through the main switch and the L / C resonance circuit, connect And a second switching element connected in parallel to the R / C discharging circuit and the L / C resonance circuit for switching the bidirectional current flow to cause RC discharge or LC resonance to reverse the polarity of the charging voltage in the capacitor. .
바람직하게 상기 메인스위치와 R/C 방전회로의 양측 사이에 연결되어 상기 제 1 폐회로 및 제 2 폐회로를 형성하도록 스위칭하는 제 2 스위칭소자 및 제 3 스위칭소자를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.And a second switching element and a third switching element connected between both sides of the main switch and the R / C discharging circuit to switch the first and second closed circuits to be formed.
바람직하게 상기 R/C 방전회로는 사고의 종류 및 사고 전류의 크기에 따라 제 1 커패시터(C1)의 방전량을 조절하여 초고속 DC 차단기가 동작하도록 제 1 제로 크로싱(Zero-crossing)을 생성하는 것을 특징으로 한다.Preferably, the R / C discharge circuit adjusts the discharge amount of the first capacitor (C1) according to the type of the accident and the magnitude of the fault current to generate a first zero crossing so that the ultra-high speed DC breaker operates .
바람직하게 상기 L/C 공진회로는 R/C 방전회로를 통한 차단이 실패했을 경우, LC 공진을 발생하여 2차적으로 초고속 DC 차단기가 동작하도록 제 2 제로 크로싱(Zero-crossing)을 생성하는 것을 특징으로 한다.Preferably, the L / C resonance circuit generates a second resonance when the cutoff through the R / C discharge circuit fails, thereby generating a second zero crossing so that the ultra-high speed DC circuit breaker operates secondarily. .
바람직하게 상기 R/C 방전회로 및 상기 L/C 공진회로는 제 2 스위칭소자 및 상기 제 3 스위칭소자와 서로 순방향으로 연결되고, 각각 고전압 DC 선로를 따라 전류(Idc)가 일측(A)에서 타측(B)으로 흐르는 경우에 전류(Idc)의 흐르는 방향과 동일한 순방향으로 제 2 스위칭소자 및 제 3 스위칭소자에 각각 구비되는 애노드나 캐소드 단자가 배치되는 것을 특징으로 한다.Preferably, the R / C discharging circuit and the L / C resonance circuit are connected in a forward direction to the second switching element and the third switching element, respectively, and the current Idc flows from the one side (A) An anode or a cathode terminal provided in each of the second switching element and the third switching element is disposed in the same forward direction as the flowing direction of the current Idc when the current flows to the first switching element and the second switching element.
바람직하게 상기 제 3 스위칭소자는 상기 R/C 방전회로 및 상기 L/C 공진회로와 직렬연결되도록 R/C 방전회로의 저항(R1) 및 L/C 공진회로의 인덕터(L1)와 상기 DC 선로에 연결되어 제 1, 2 커패시터(C1)(C2)에 충전된 -Vc 전압이나 +Vc 전압에 의해 발생되는 전류 펄스가 상기 메인스위치로 공급되도록 스위칭하는 것을 특징으로 한다.Preferably, the third switching element is connected to the inductor L1 of the R / C discharge circuit and the inductor L1 of the L / C resonance circuit so as to be serially connected to the R / C discharge circuit and the L / C resonance circuit, And the current pulse generated by the -Vc voltage or the + Vc voltage charged in the first and second capacitors C1 and C2 is supplied to the main switch.
바람직하게 상기 제 4 스위칭소자 및 제 5 스위칭소자는 서로 반대로 스위칭되도록 제어하여 제 4 스위칭소자가 온(on)되어 상기 R/C 방전회로를 통한 초고속 DC 차단기의 1차 제로 크로싱(Zero-crossing)을 생성하고, 상기 1차 제로 크로싱을 통한 차단이 실패했을 경우, 제 5 스위칭소자가 온(on)되어 상기 L/C 공진회로를 통한 초고속 DC 차단기의 2차 제로 크로싱(Zero-crossing)을 생성하여 사고전류 차단을 수행하는 것을 특징으로 한다.Preferably, the fourth switching device and the fifth switching device are controlled to be switched inversely to each other, so that the fourth switching device is turned on and the first zero-crossing of the ultra-high speed DC circuit breaker through the R / And if the interruption through the primary zero crossing fails, the fifth switching device is turned on to generate a secondary zero crossing of the super high-speed DC circuit breaker through the L / C resonance circuit And the fault current interruption is performed.
바람직하게 상기 제 1 내지 제 5 스위칭소자는 하나 이상의 전력 반도체 스위치(G1,G2)를 통해 이루어지며, 이때, 상기 전력 반도체 스위치는 다이오드(diode), 사이리스터(thyristor), GTO, IGCT, IGBT 중 어느 하나로 구현되는 것을 특징으로 한다.Preferably, the first to fifth switching elements are connected to one or more power semiconductor switches G1 and G2. Here, the power semiconductor switch may be a diode, a thyristor, a GTO, an IGCT, or an IGBT. And is realized as one.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 충전된 커패시터와 병렬 LC 회로를 사용한 초고속 DC 차단기는 양방향 DC 차단기를 통해 초고속이며, IGBT가 아닌 사이리스터(Thyristor)를 사용함에 따라, 역방향 다이오드가 필요 없어 회로 구성이 용이하다.As described above, the super high-speed DC circuit breaker using the charged capacitor and the parallel LC circuit according to the present invention has a very high speed through the bidirectional DC circuit breaker, and since a thyristor other than the IGBT is used, a reverse diode is not necessary, It is easy.
또한, 저손실에 제어가 쉬우며, 충전된 커패시터 방식 실패 시 LC 공진 방식을 이용할 수 있는 효과가 있다.Further, it is easy to control the capacitor with a low loss, and the LC resonance method can be used when the charged capacitor type fails.
도 1 은 본 발명의 실시예에 따른 충전된 커패시터와 병렬 LC 회로를 사용한 초고속 DC 차단기의 구성을 나타낸 회로도
도 2 는 도 1에 도시된 초고속 DC 차단기에서 커패시터가 충전되는 과정을 나타낸 회로도
도 3, 도 4는 도 1에 도시된 초고속 DC 선로의 일측에 고장발생시 초고속 DC 차단기의 동작 과정을 나타낸 회로도1 is a circuit diagram showing a configuration of an ultra-high speed DC circuit breaker using a charged capacitor and a parallel LC circuit according to an embodiment of the present invention
FIG. 2 is a circuit diagram showing a process of charging a capacitor in the ultra-high speed DC circuit breaker shown in FIG.
FIG. 3 and FIG. 4 are circuit diagrams showing an operation process of an ultra-high speed DC circuit breaker at the time of occurrence of a fault on one side of the ultra-high speed DC line shown in FIG.
본 발명의 다른 목적, 특성 및 이점들은 첨부한 도면을 참조한 실시예들의 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.Other objects, features and advantages of the present invention will become apparent from the detailed description of the embodiments with reference to the accompanying drawings.
본 발명에 따른 충전된 커패시터와 병렬 LC 회로를 사용한 초고속 DC 차단기의 바람직한 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록하며 통상의 지식을 가진자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A preferred embodiment of a super high-speed DC circuit breaker using a charged capacitor and a parallel LC circuit according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, and will fully convey the scope of the invention to those skilled in the art. It is provided to let you know. Therefore, the embodiments described in the present specification and the configurations shown in the drawings are merely the most preferred embodiments of the present invention and are not intended to represent all of the technical ideas of the present invention. Therefore, various equivalents It should be understood that water and variations may be present.
도 1 은 본 발명의 실시예에 따른 충전된 커패시터와 병렬 LC 회로를 사용한 초고속 DC 차단기의 구성을 나타낸 회로도이다.1 is a circuit diagram showing the configuration of a super high-speed DC circuit breaker using a charged capacitor and a parallel LC circuit according to an embodiment of the present invention.
도 1에서 도시하고 있는 것과 같이, 초고속 DC 차단기는 일측(A)과 타측(B)을 연결하는 DC 선로(10)에 연결된 메인스위치(110)를 포함하며, 일예로서 전류(Idc)가 일측(A)에서 타측(B)으로 흐르는 것으로 가정하고 본 발명의 초고속 DC 차단기를 설명한다. 물론 다른 예로서 타측(B)에서 일측(A)으로 흐를 수도 있다.1, an ultra-high speed DC circuit breaker includes a
상기 메인스위치(110)는 DC 선로(10)의 타측 즉, B측에서 고장발생시 고장이 발생한 회로로 사고전류가 지속적으로 흘러들어가지 않도록 하기 위해 DC 선로(10)를 차단하는 역할을 한다. 이를 위해 메인스위치(110)는 정상상태에서는 닫혀 있는 상태를 유지하며, 고장발생시 메인스위치(110)는 개방되어 초고속 DC 차단기가 동작하도록 제로 크로싱(Zero-crossing)을 생성한다. 이러한 메인스위치(110)는 제어부(미도시)의 제어신호에 의해 그 스위칭 동작이 제어된다.The
이때, 상기 메인스위치(110)에 제 1 스위칭소자(120)가 직렬로 연결될 수 있다. 이러한 제 1 스위칭소자(120)는 양방향 전류 흐름을 스위칭하여 RC 방전 또는 LC 공진이 발생하도록 하여 제 1, 2 커패시터(C1)(C2)에서의 충전전압의 극성을 반전시키도록 한다.At this time, the
본 실시예에서 DC 선로(10)에 고전압이 걸리기 때문에 메인스위치(110)에는 대전류가 흐르게 된다. 이 때문에 고장발생시 메인스위치(110)가 개방될 때 메인스위치(110)의 스위치 단자 간에 아크(arc)가 발생하게 되고, 이러한 아크를 통해 DC 사고전류가 DC 선로(10)에 계속해서 흐르게 된다. 따라서 본 발명에서는 이러한 아크를 소호하여 사고전류를 완전히 차단하기 위해 메인스위치(110)와 제 1 스위칭소자(120)에 R/C 방전회로(170) 및 L/C 공진회로(180)가 각각 병렬로 연결한다. 그리고 메인스위치(110)와 R/C 방전회로(170)의 양측 사이에 제 2 스위칭소자(130) 및 제 3 스위칭소자(140)를 구성한다.In the present embodiment, since a high voltage is applied to the DC line 10, a large current flows through the
상기 R/C 방전회로(170)는 상기 메인스위치(110)와 병렬연결되고, RC 방전을 발생하기 위해 직렬로 연결된 제 1 커패시터(C1) 및 저항(R1)을 포함한다. 그리고 상기 L/C 공진회로(180)는 상기 메인스위치(110)와 병렬연결되고, LC 공진을 발생하기 위해 직렬로 연결된 제 2 커패시터(C2) 및 인던터(L1)를 포함한다.The R /
사고 발생 시 R/C 방전회로(170)를 통해 사고의 종류 및 사고 전류의 크기에 따라 제 1 커패시터(C1)의 방전량을 조절하여 초고속 DC 차단기가 동작하도록 제 1 제로 크로싱(Zero-crossing)을 생성하고, 상기 R/C 방전회로(170)를 통한 차단이 실패했을 경우, L/C 공진회로(180)를 통한 LC 공진을 발생하여 2차적으로 초고속 DC 차단기가 동작하도록 제 2 제로 크로싱(Zero-crossing)을 생성한다. 이때, 제 1, 2 제로 크로싱 생성 시에는 메인스위치(110)를 오픈하여 사고전류를 차단한다. In the event of an accident, a first zero-crossing is performed through the R /
상기 R/C 방전회로(170) 및 상기 L/C 공진회로(180)는 제 2 스위칭소자(130) 및 제 3 스위칭소자(140)와 서로 순방향으로 연결되고, 각각 고전압 DC 선로(10)를 따라 전류(Idc)가 일측(A)에서 타측(B)으로 흐르는 경우에 전류(Idc)의 흐르는 방향과 동일한 순방향으로 제 2 스위칭소자(130) 및 제 3 스위칭소자(140)에 각각 구비되는 애노드(부재번호 미기재)나 캐소드 단자(부재번호 미기재)가 배치된다. The R /
상기 제 2 스위칭소자(130) 및 제 3 스위칭소자(140)의 순방향 배치는 본 발명의 일 실시예에 따른 초고속 DC 차단기를 초기 가동하거나, DC 선로(10)에 따라 정상적인 전류(Idc)가 일측(A)에서 타측(B)으로 흐르는 경우에 전류(Idc)의 흐르는 방향과 순방향으로 애노드와 캐소드 단자가 배치됨을 의미한다.The forward switching of the
제 3 스위칭소자(140)는 상기 R/C 방전회로(170) 및 상기 L/C 공진회로(180)와 직렬연결되도록 R/C 방전회로(170)의 저항(R1) 및 L/C 공진회로(180)의 인덕터(L1)와 상기 DC 선로(10)에 연결되어 제 1, 2 커패시터(C1)(C2)에 충전된 -Vc 전압이나 +Vc 전압에 의해 발생되는 전류 펄스가 상기 메인스위치(110)로 공급되도록 스위칭한다.The
한편, 상기 제 3 스위칭소자(140)와 R/C 방전회로(170)의 사이에는 제 4 스위칭소자(150)가 서로 순방향으로 연결되고, 상기 제 3 스위칭소자(140)와 L/C 공진회로(180) 사이에는 제 5 스위칭소자(160)가 서로 순방향으로 연결된다. 이때, 상기 제 4 스위칭소자(150) 및 제 5 스위칭소자(160)는 서로 반대로 스위칭되도록 제어하여 제 4 스위칭소자(150)가 온(on)되어 상기 R/C 방전회로(170)를 통한 초고속 DC 차단기의 1차 제로 크로싱(Zero-crossing)을 생성하고, 상기 1차 제로 크로싱을 통한 사고전류 차단이 실패했을 경우, 제 5 스위칭소자(160)가 온(on)되어 상기 L/C 공진회로(180)를 통한 초고속 DC 차단기의 2차 제로 크로싱(Zero-crossing)을 생성하여 사고전류 차단을 수행한다.The
그리고 상기 제 1 내지 제 5 스위칭소자(120 내지 160)는 하나 이상의 전력 반도체 스위치(G1,G2)를 통해 이루어진다. 이때, 하나의 전력 반도체 스위치는 다이오드(diode), 사이리스터(thyristor), GTO, IGCT, IGBT 등으로 구현될 수 있다.The first to
이와 같이 구성된 본 발명에 따른 충전된 커패시터와 병렬 LC 회로를 사용한 초고속 DC 차단기의 동작을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 도 1과 동일한 참조부호는 동일한 기능을 수행하는 동일한 부재를 지칭한다. The operation of the charged capacitor and the ultra-high speed DC circuit breaker using the parallel LC circuit according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The same reference numerals as those in Fig. 1 designate the same members performing the same function.
먼저, 초고속 DC 차단기는 도 2에서 도시하고 있는 것과 같이, 초기 기동시 제 1 커패시터(C1) 및 제 2 커패시터(C2)에 +Vc 전압을 충전한다. 이때, 제 1 커패시터(C1) 및 제 2 커패시터(C2)에 +Vc 전압을 충전하기 위해 충전저항(R2)을 구성한다. First, as shown in FIG. 2, the ultra-high speed DC circuit breaker charges the first and second capacitors C1 and C2 with + Vc voltage at the time of initial startup. At this time, the charging resistor R2 is configured to charge the + Vc voltage to the first capacitor C1 and the second capacitor C2.
상기 충전저항(R2)은 R/C 방전회로(170) 및 L/C 공진회로(180)와 직렬로 배치되도록 제 1 커패시터(C1) 및 제 2 커패시터(C2)와 접지(GND) 사이에 연결된다. 즉, 충전저항(R2)은 상기 R/C 방전회로(170) 및 제 3 스위칭소자(140) 간의 접점과 접지(GND) 사이에 연결되며, 본 발명의 일 실시예에 따른 초고속 DC 차단기의 초기 기동 시 메인스위치(110)를 통해 전류(Idc)가 정상적으로 흐르는 경우, DC 선로(10)에 DC 전압이 인가되면 제 1, 2 커패시터(C1)(C2)에 +Vc 전압이 충전되게 된다.The charging resistor R2 is connected between the first and second capacitors C1 and C2 and the ground GND so as to be disposed in series with the R /
도 3 및 도 4는 도 1에 도시된 고전압 DC 선로의 일측에 고장발생시 초고속 DC 차단기의 동작 과정을 나타낸 회로도이다.FIG. 3 and FIG. 4 are circuit diagrams showing an operation process of an ultra high-speed DC circuit breaker when a failure occurs on one side of the high-voltage DC line shown in FIG.
먼저, 본 발명의 일 실시예에 따른 초고속 DC 차단기는 DC 선로(10)를 따라 전류(Idc)가 정상적으로 흐르는 정상 상태인 경우에는 메인스위치(110)가 닫혀 있다. 또한 제 2 스위칭소자(130)와 제 3 스위칭소자(140)는 모두 오프(off)되어 차단된 상태를 유지한다. 이에 따라 DC 선로(10)에 전압이 인가되면 정상전류(Idc)는 메인스위치(110)를 통해 DC 선로(10)를 따라 흐르게 되고, 또한 R/C 방전회로(170) 및 L/C 공진회로(180)의 제 1, 2 커패시터(C1)(C2)는 저항(R1), 인덕터(L1) 및 충전저항(R2)을 통해 제 1, 2 커패시터(C1)(C2)에 DC 전압(+Vc)이 충전된다.First, when the super high speed DC circuit breaker according to an embodiment of the present invention is in a normal state in which the current Idc flows normally along the DC line 10, the
그리고 고전압 DC 선로의 타측(B)에 고장이 발생한 경우는 제어부(미도시)에서 공지된 기술을 이용하여 고장발생을 감지하여 메인스위치(110)를 개방시킨다. 상기 메인스위치(110)가 개방될 때 메인스위치(110)의 스위칭단자 간에 아크(arc)가 발생하여 일측(A)에서 타측(B)으로 사고전류가 지속적으로 흐르게 된다.If a failure occurs in the other side B of the high voltage DC line, the control unit (not shown) senses the occurrence of a failure using a known technique and opens the
DC 선로(10)의 타측(B)에 고장발생으로 상기 메인스위치(110)가 개방되고, 상기 메인스위치(110)의 개방 시 아크(arc)가 발생하면, 제 3 스위칭소자(140)는 오프(off)된 상태에서 제 2 스위칭소자(130)가 온(on) 된다. 이때, 제 4 스위칭소자(150)는 온 되고, 제 5 스위칭소자(160)는 오프 된다.When the
이처럼, 제 2 스위칭소자(130) 및 제 4 스위칭소자(150)가 온(on)되면 도 3에서 도시하고 있는 것과 같이, 제 2 스위칭소자(130)와 R/C 방전회로(170)가 폐로를 형성하여 상기 R/C 방전회로(170)의 저항(R1)과 제 1 커패시터(C1) 간 RC 방전에 의해 상기 제 1 커패시터(C1)에 충전된 +Vc 전압이 -Vc 전압으로 방전된 후 상기 제 2 스위칭소자(130)가 오프(off) 된다. 이때, 사고의 종류 및 사고 전류의 크기에 따라 방전량이 조절된다.3, when the
제 2 스위칭소자(130)가 오프(off)되면 제 3 스위칭소자(140)가 온 되어 상기 제 1 커패시터(C1)에서 방전된 -Vc 전압에 의해 발생되는 전류 펄스를 상기 메인스위치(110)의 타측(B) 방향으로 공급하고, 상기 공급된 전류 펄스에 의해 상기 메인스위치(110)에서 0(zero) 전류가 되어 초고속 DC 차단기에 제 1 제로 크로싱(Zero-crossing)을 생성함으로써, 상기 메인스위치(110)에 발생된 아크를 소호한다.When the
상기 제 2 스위치소자(G2)가 오프 되면, 본 발명의 초고속 DC 차단기는 메인스위치(110)의 개폐로 동작을 수행한다. When the second switch element G2 is turned off, the ultra-high speed DC circuit breaker of the present invention operates by opening and closing the
한편, 상기 제 1 제로 크로싱(Zero-crossing)을 생성 후에도 타측(B) 고장이 제거되지 않게 되면, 상기 메인스위치(110)의 개방으로 아크(arc)가 다시 발생하게 된다. 그러면, 다시 제 3 스위칭소자(140)는 오프(off)된 상태에서 제 2 스위칭소자(130)가 온(on) 된다. 이때는, 제 4 스위칭소자(150)는 오프 되고, 제 5 스위칭소자(160)는 온 된다.Meanwhile, when the failure of the other side (B) is not removed even after the first zero crossing is generated, an arc is generated again due to the opening of the
이처럼, 제 2 스위칭소자(130) 및 제 5 스위칭소자(150)가 온(on)되면 도 4에서 도시하고 있는 것과 같이, 제 2 스위칭소자(130)와 L/C 공진회로(180)가 폐로를 형성하여 상기 L/C 공진회로(170)의 인덕터(L1)와 제 2 커패시터(C2) 간 LC 공진에 의해 상기 제 2 커패시터(C2)에 충전된 +Vc 전압이 -Vc 전압으로 방전된 후 상기 제 2 스위칭소자(130)가 오프(off) 된다.4, when the
이어 제 2 스위칭소자(130)가 오프(off)되면 제 3 스위칭소자(140)가 온 되어 상기 제 2 커패시터(C2)에서 방전된 -Vc 전압에 의해 발생되는 전류 펄스를 상기 메인스위치(110)의 타측(B) 방향으로 공급하고, 상기 공급된 전류 펄스에 의해 상기 메인스위치(110)에서 0(zero) 전류가 되어 초고속 DC 차단기에 제 2 제로 크로싱(Zero-crossing)을 생성함으로써, 상기 메인스위치(110)에 발생된 아크를 소호한다.When the
상기 메인스위치(110)에서 발생한 아크가 소호된 후에, 제 2 스위칭소자(130)가 오프(off)로 인해 상기 R/C 방전회로(170) 및 L/C 공진회로(180)를 통해 흐르는 전류에 의해 제 1, 2 커패시터(C1)(C2)는 다시 +Vc 전압으로 재충전된 후 상기 제 3 스위칭소자(130)가 오프 된다.After the arc generated in the
상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 초고속 DC 차단기는 RC 방전 및 LC 공진을 통해 메인스위치(110)에 발생한 아크를 1차와 2차에 걸쳐서 각각 소호하여 아크를 통해 흐르는 사고전류를 차단하도록 구성한다. As described above, the ultra-high speed DC circuit breaker according to the present invention is configured to cut off an arc generated in the
상기에서 설명한 본 발명의 기술적 사상은 바람직한 실시예에서 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술적 분야의 통상의 지식을 가진자라면 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다. While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications may be made without departing from the scope of the present invention. Accordingly, the true scope of the present invention should be determined by the technical idea of the appended claims.
Claims (8)
상기 메인스위치와 병렬연결되고, DC 선로의 일측에 고장이 발생하면 직렬로 연결된 제 1 커패시터(C1) 및 저항(R1)을 통해 RC 방전을 발생하는 R/C 방전회로와,
상기 메인스위치와 병렬연결되고, 상기 RC 방전 발생으로도 DC 선로의 사고전류 차단이 실패하면, 직렬로 연결된 제 2 커패시터(C2) 및 인던터(L1)를 통해 LC 공진을 발생시키는 L/C 공진회로와,
상기 메인스위치 및 R/C 방전회로를 통해 제 1 폐회로를 형성하도록 스위칭하는 제 4 스위칭소자와,
상기 메인스위치 및 L/C 공진회로를 통해 제 2 폐회로를 형성하도록 스위칭하는 제 5 스위칭소자와,
상기 메인스위치와 직렬연결되고, 상기 R/C 방전회로 및 L/C 공진회로에 병렬연결되어 양방향 전류 흐름을 스위칭하여 RC 방전 또는 LC 공진이 발생하도록 하여 상기 커패시터에서의 충전전압의 극성을 반전시키도록 하는 제 1 스위칭소자로 구성되는 것을 특징으로 하는 충전된 커패시터와 병렬 LC 회로를 사용한 초고속 DC 차단기.A main switch connected to a DC line connecting one side (A) and the other side (B)
An R / C discharging circuit connected in parallel with the main switch and generating an RC discharge through a first capacitor C1 and a resistor R1 connected in series when a failure occurs on one side of the DC line,
A second capacitor C2 connected in series and an L / C resonant circuit generating LC resonance through the inductor L1 when the fault current interruption of the DC line fails due to the RC discharge, As a result,
A fourth switching element for switching to form a first closed circuit through the main switch and the R / C discharging circuit,
A fifth switching element for switching to form a second closed circuit through the main switch and the L / C resonance circuit,
The main switch is connected in series and is connected in parallel to the R / C discharging circuit and the L / C resonance circuit to switch the bi-directional current flow to cause RC discharge or LC resonance to reverse the polarity of the charging voltage in the capacitor Wherein the first switching element is connected to the first switching element.
상기 메인스위치와 R/C 방전회로의 양측 사이에 연결되어 상기 제 1 폐회로 및 제 2 폐회로를 형성하도록 스위칭하는 제 2 스위칭소자 및 제 3 스위칭소자를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 충전된 커패시터와 병렬 LC 회로를 사용한 초고속 DC 차단기.The method according to claim 1,
And a second switching element and a third switching element connected between both sides of the main switch and the R / C discharging circuit to switch the first and second closed circuits to form the first closed circuit and the second closed circuit. And high speed DC circuit breaker using parallel LC circuit.
상기 R/C 방전회로는 사고의 종류 및 사고 전류의 크기에 따라 제 1 커패시터(C1)의 방전량을 조절하여 초고속 DC 차단기가 동작하도록 제 1 제로 크로싱(Zero-crossing)을 생성하는 것을 특징으로 하는 충전된 커패시터와 병렬 LC 회로를 사용한 초고속 DC 차단기.The method according to claim 1,
The R / C discharge circuit generates a first zero crossing so that the ultra-high speed DC circuit breaker operates by adjusting the discharge amount of the first capacitor (C1) according to the type of the accident and the magnitude of the fault current Ultra-fast DC circuit breaker with charged capacitor and parallel LC circuit.
상기 L/C 공진회로는 R/C 방전회로를 통한 차단이 실패했을 경우, LC 공진을 발생하여 2차적으로 초고속 DC 차단기가 동작하도록 제 2 제로 크로싱(Zero-crossing)을 생성하는 것을 특징으로 하는 충전된 커패시터와 병렬 LC 회로를 사용한 초고속 DC 차단기.The method of claim 3,
Wherein the L / C resonance circuit generates a second resonance when the cutoff through the R / C discharge circuit fails, thereby generating a second zero crossing so that the ultra-high-speed DC circuit breaker operates in a second operation mode Ultra-fast DC blocker with charged capacitor and parallel LC circuit.
상기 R/C 방전회로 및 상기 L/C 공진회로는 제 2 스위칭소자 및 상기 제 3 스위칭소자와 서로 순방향으로 연결되고, 각각 고전압 DC 선로를 따라 전류(Idc)가 일측(A)에서 타측(B)으로 흐르는 경우에 전류(Idc)의 흐르는 방향과 동일한 순방향으로 제 2 스위칭소자 및 제 3 스위칭소자에 각각 구비되는 애노드나 캐소드 단자가 배치되는 것을 특징으로 하는 충전된 커패시터와 병렬 LC 회로를 사용한 초고속 DC 차단기.The method according to claim 1,
Wherein the R / C discharging circuit and the L / C resonance circuit are connected in a forward direction to the second switching device and the third switching device, respectively, and the current Idc flows from the one side (A) , The anode and the cathode terminal respectively provided in the second switching element and the third switching element are disposed in the same forward direction as the flowing direction of the current Idc. DC breaker.
상기 제 3 스위칭소자는 상기 R/C 방전회로 및 상기 L/C 공진회로와 직렬연결되도록 R/C 방전회로의 저항(R1) 및 L/C 공진회로의 인덕터(L1)와 상기 DC 선로에 연결되어 제 1, 2 커패시터(C1)(C2)에 충전된 -Vc 전압이나 +Vc 전압에 의해 발생되는 전류 펄스가 상기 메인스위치로 공급되도록 스위칭하는 것을 특징으로 하는 충전된 커패시터와 병렬 LC 회로를 사용한 초고속 DC 차단기.The method according to claim 1,
The third switching element is connected to the DC line through the resistor R1 of the R / C discharging circuit and the inductor L1 of the L / C resonance circuit so as to be serially connected to the R / C discharging circuit and the L / C resonance circuit. And a current pulse generated by the -Vc voltage or the + Vc voltage charged in the first and second capacitors (C1) and (C2) is supplied to the main switch. Ultra high speed DC breaker.
상기 제 4 스위칭소자 및 제 5 스위칭소자는 서로 반대로 스위칭되도록 제어하여 제 4 스위칭소자가 온(on)되어 상기 R/C 방전회로를 통한 초고속 DC 차단기의 1차 제로 크로싱(Zero-crossing)을 생성하고, 상기 1차 제로 크로싱을 통한 차단이 실패했을 경우, 제 5 스위칭소자가 온(on)되어 상기 L/C 공진회로를 통한 초고속 DC 차단기의 2차 제로 크로싱(Zero-crossing)을 생성하여 사고전류 차단을 수행하는 것을 특징으로 하는 충전된 커패시터와 병렬 LC 회로를 사용한 초고속 DC 차단기.The method according to claim 1,
The fourth switching element and the fifth switching element are controlled so as to be switched to each other so that the fourth switching element is turned on to generate the first zero crossing of the ultra high speed DC circuit breaker through the R / C discharging circuit The fifth switching device is turned on to generate secondary zero crossing of the super high-speed DC circuit breaker through the L / C resonance circuit, Circuit breaker according to claim 1, characterized in that the current blocking is performed.
상기 제 1 내지 제 5 스위칭소자는 하나 이상의 전력 반도체 스위치(G1,G2)를 통해 이루어지며,
이때, 상기 전력 반도체 스위치는 다이오드(diode), 사이리스터(thyristor), GTO, IGCT, IGBT 중 어느 하나로 구현되는 것을 특징으로 하는 충전된 커패시터와 병렬 LC 회로를 사용한 초고속 DC 차단기.The method according to claim 1,
The first to fifth switching elements are connected via at least one power semiconductor switch (G1, G2)
Wherein the power semiconductor switch is implemented by any one of a diode, a thyristor, a GTO, an IGCT, and an IGBT. The super high-speed DC circuit breaker using the charged capacitor and the parallel LC circuit.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020160147460A KR101872869B1 (en) | 2016-11-07 | 2016-11-07 | High Speed DC Circuit Breaker using Charging Capacitor and Parallel LC Circuit |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020160147460A KR101872869B1 (en) | 2016-11-07 | 2016-11-07 | High Speed DC Circuit Breaker using Charging Capacitor and Parallel LC Circuit |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR20180050886A true KR20180050886A (en) | 2018-05-16 |
KR101872869B1 KR101872869B1 (en) | 2018-08-02 |
Family
ID=62452192
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020160147460A KR101872869B1 (en) | 2016-11-07 | 2016-11-07 | High Speed DC Circuit Breaker using Charging Capacitor and Parallel LC Circuit |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR101872869B1 (en) |
Cited By (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN109450368A (en) * | 2019-01-14 | 2019-03-08 | 宁波锦浪新能源科技股份有限公司 | The photovoltaic module of low cost and high reliability rapidly switches off protective device |
CN109980617A (en) * | 2019-04-04 | 2019-07-05 | 国网冀北电力有限公司电力科学研究院 | The electric current Interruption performance of current-injecting dc circuit breaker optimizes circuit |
WO2020052663A1 (en) * | 2018-09-12 | 2020-03-19 | 山东电力设备有限公司 | Control and protection system for mechanical high-voltage direct current circuit breaker, and control method for same |
CN112802698A (en) * | 2020-10-30 | 2021-05-14 | 西安交通大学 | Hybrid direct current breaker with forced commutation function |
CN113964788A (en) * | 2021-10-26 | 2022-01-21 | 西安交通大学 | Bidirectional direct current breaker and switching-on/off method |
US11251599B2 (en) * | 2018-01-11 | 2022-02-15 | Hyosung Heavy Industries Corporation | DC circuit breaker |
US11289899B2 (en) * | 2018-08-24 | 2022-03-29 | Mitsubishi Electric Corporation | Direct-current breaking device |
CN114614455A (en) * | 2022-04-29 | 2022-06-10 | 国网陕西省电力有限公司电力科学研究院 | Direct current breaker for transferring current in multi-capacitor grading manner |
KR20220105540A (en) * | 2021-01-20 | 2022-07-27 | 성균관대학교산학협력단 | Bi-directional solid state dc circuit breaker using coupled inductor |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR102607990B1 (en) | 2021-04-28 | 2023-11-30 | 전남대학교 산학협력단 | 4-port Type DC Circuit Breaker and Two-way DC Circuit Braker comprising the Same |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20140299579A1 (en) * | 2011-09-27 | 2014-10-09 | Siemens Aktiengesellschaft | Dc voltage circuit breaker |
KR20150019416A (en) * | 2013-08-14 | 2015-02-25 | 주식회사 효성 | High-voltage DC circuit breaker |
KR101522413B1 (en) | 2013-12-30 | 2015-05-28 | 주식회사 효성 | High-voltage DC circuit breaker |
KR101550374B1 (en) | 2013-12-31 | 2015-09-04 | 주식회사 효성 | High-voltage DC circuit breaker |
KR20160035845A (en) * | 2014-09-24 | 2016-04-01 | 인천대학교 산학협력단 | Apparatus and method for breaking dc current in hvdc system |
-
2016
- 2016-11-07 KR KR1020160147460A patent/KR101872869B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20140299579A1 (en) * | 2011-09-27 | 2014-10-09 | Siemens Aktiengesellschaft | Dc voltage circuit breaker |
KR20150019416A (en) * | 2013-08-14 | 2015-02-25 | 주식회사 효성 | High-voltage DC circuit breaker |
KR101522413B1 (en) | 2013-12-30 | 2015-05-28 | 주식회사 효성 | High-voltage DC circuit breaker |
KR101550374B1 (en) | 2013-12-31 | 2015-09-04 | 주식회사 효성 | High-voltage DC circuit breaker |
KR20160035845A (en) * | 2014-09-24 | 2016-04-01 | 인천대학교 산학협력단 | Apparatus and method for breaking dc current in hvdc system |
Cited By (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US11251599B2 (en) * | 2018-01-11 | 2022-02-15 | Hyosung Heavy Industries Corporation | DC circuit breaker |
US11289899B2 (en) * | 2018-08-24 | 2022-03-29 | Mitsubishi Electric Corporation | Direct-current breaking device |
WO2020052663A1 (en) * | 2018-09-12 | 2020-03-19 | 山东电力设备有限公司 | Control and protection system for mechanical high-voltage direct current circuit breaker, and control method for same |
CN109450368A (en) * | 2019-01-14 | 2019-03-08 | 宁波锦浪新能源科技股份有限公司 | The photovoltaic module of low cost and high reliability rapidly switches off protective device |
CN109980617A (en) * | 2019-04-04 | 2019-07-05 | 国网冀北电力有限公司电力科学研究院 | The electric current Interruption performance of current-injecting dc circuit breaker optimizes circuit |
CN112802698A (en) * | 2020-10-30 | 2021-05-14 | 西安交通大学 | Hybrid direct current breaker with forced commutation function |
KR20220105540A (en) * | 2021-01-20 | 2022-07-27 | 성균관대학교산학협력단 | Bi-directional solid state dc circuit breaker using coupled inductor |
CN113964788A (en) * | 2021-10-26 | 2022-01-21 | 西安交通大学 | Bidirectional direct current breaker and switching-on/off method |
CN113964788B (en) * | 2021-10-26 | 2023-02-28 | 西安交通大学 | Bidirectional direct current breaker |
CN114614455A (en) * | 2022-04-29 | 2022-06-10 | 国网陕西省电力有限公司电力科学研究院 | Direct current breaker for transferring current in multi-capacitor grading manner |
CN114614455B (en) * | 2022-04-29 | 2023-10-03 | 国网陕西省电力有限公司电力科学研究院 | DC circuit breaker for multi-capacitance grading transfer current |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
KR101872869B1 (en) | 2018-08-02 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR101872869B1 (en) | High Speed DC Circuit Breaker using Charging Capacitor and Parallel LC Circuit | |
EP3091626B1 (en) | High-voltage dc circuit breaker | |
US10176939B2 (en) | High-voltage DC circuit breaker for blocking current flowing through DC lines | |
US10170903B2 (en) | High voltage DC circuit breaker | |
JP6297619B2 (en) | DC circuit breaker | |
KR101522412B1 (en) | Bi-directional DC interruption device | |
US9478974B2 (en) | DC voltage circuit breaker | |
US9178348B2 (en) | DC voltage line circuit breaker | |
US10395866B2 (en) | High voltage DC circuit breaker | |
JP6042035B2 (en) | DC breaker | |
KR101766229B1 (en) | Apparatus and method for interrupting high voltage direct current using gap switch | |
KR101872873B1 (en) | High Speed DC Circuit Breaker using Charging Capacitor and Series Inductor | |
US9240680B2 (en) | Switch for a transmission path for high-voltage direct current | |
KR101802509B1 (en) | Cascaded Half Bridge Solid State Circuit Breaker | |
US11049677B2 (en) | Inverse current injection-type direct current blocking device and method using vacuum gap switch | |
US20240014645A1 (en) | Direct current circuit breaker device and control method therefor | |
KR20180050904A (en) | High Speed DC Circuit Breaker using Charging Capacitor |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A201 | Request for examination | ||
E902 | Notification of reason for refusal | ||
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
GRNT | Written decision to grant |