KR20200093770A - 양방향 dc 차단기 - Google Patents

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KR20200093770A
KR20200093770A KR1020190010899A KR20190010899A KR20200093770A KR 20200093770 A KR20200093770 A KR 20200093770A KR 1020190010899 A KR1020190010899 A KR 1020190010899A KR 20190010899 A KR20190010899 A KR 20190010899A KR 20200093770 A KR20200093770 A KR 20200093770A
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이명진
김건
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전남대학교산학협력단
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    • H01H9/54—Circuit arrangements not adapted to a particular application of the switching device and for which no provision exists elsewhere

Abstract

본 발명은 잔류전류를 소자들로부터 격리시킴과 아울러 빠르게 제거할 수 있는 양방향 DC 차단기에 관한 것으로서, 송신단(400)과 수신단(500)을 연결하는 선로에 직렬로 설치되는 제1 메인 스위치부(100) 및 제2 메인 스위치부(200); 상기 제1 메인 스위치부(100) 및 제2 메인 스위치부(200)와 병렬로 연결되되, 고장전류가 발생하였을 때 고장전류 발생 영역에 LC 공진전류를 공급하기 위한 역충전 회로부(310); 및 고장전류 발생 영역에 LC 공진전류가 공급되어 고장전류를 상쇄시킨 후 잔류전류가 상기 역충전 회로부(310), 제1 메인 스위치부(100), 그리고 제2 메인 스위치부(200)로 흐르지 않도록 폐루프를 형성하고, 서지 어레스터(305)에 의하여 잔류전류 제거하는 잔류전류 제거부(320)를 포함하되, 상기 역충전 회로부(310)의 일단은 제1 메인 스위치부(100)로부터 상기 제2 메인 스위치부(200)로 이어지는 선로에 연결되며, 상기 역충전 회로부(310)의 타단과 연결된 선로는 분기되어, 하나는 제1 병렬 스위치(301)를 개재한 상태로 상기 송신단(400)으로부터 상기 제1 메인 스위치부(100)로 이어지는 선로에 연결됨과 동시에, 다른 하나는 제2 병렬 스위치(302)를 개재한 상태로 상기 수신단(500)으로부터 상기 제 2 메인스위치부(200)로 이어지는 선로에 연결되는 것을 특징으로 한다.

Description

양방향 DC 차단기{Two-way DC Circuit Breaker}
본 발명은 양방향 DC차단기에 대한 것으로써, 기존의 단방향 DC 차단기와 다르게 고장전류의 발생 위치와 관계없이 고장전류의 차단이 가능하고, 잔류전류를 효과적이고 안전하게 제거함으로써 차단 시간과 효율을 모두 개선한 양방향 DC 차단기 기술에 관한 것이다.
DC 차단기는 직류 송전 과정 중에 이상이 생겨 발생한 고장전류의 피해를 최소화하기 위한 장치이다. AC 송전과 비교하여 DC 송전의 장점이 부각됨에 따라 DC 송전 기술에 대한 관심이 나날이 높아지고 있는데, 이에 문제점 중 하나로 꼽히는 고장전류를 없애는 기술인 DC 차단기가 주목받고 있다.
단방향 DC 차단기는 일반적으로 단방향의 고장전류를 제어하므로 양 방향의 고장전류를 제어하기 위해서는 DC 차단기를 양 쪽에 각각 설치하는 등의 방법을 이용해 왔다. 이에 DC 차단기의 회로 자체를 개량하여, 양 방향 모두의 고장전류를 제어할 수 있한 양방향 DC 차단기가 제시되었는데, 양방향 DC 차단기는 회로의 구성을 통해 양방향의 고장전류를 한 회로로 제어하여 고장전류가 어디에서 발생하더라도 이를 제어할 수 있다.
DC 차단기는 크게 Static switch 차단방식과 Zero-crossing 차단방식이 있다. 이중 Zero-crossing 차단방식은 인덕터와 커패시터 등을 이용하여 LC공진전류를 발생시켜 고장전류를 제어하여 크기가 0이 되는 시점에 메인 스위치를 개방하여 차단하는 방식이다. 일반적으로 메인스위치에 기계식 스위치를 사용하여 차단속도가 느리다는 단점이 있다.
여기서 고장전류를 차단할 때까지 시간 및 차단 후 송수신단으로 흐르는 잔류전류의 영향이 어느정도인지도 DC 차단기의 성능을 결정하는데 중요한 지표가 된다. 일반적으로 고장전류를 차단할 때까지의 시간이 짧을수록, 송수신단으로 흐르는 전류의 양이 작을수록 좋으며, 이는 여러소자의 배치에 따른 전류의 흐름 및 개별소자의 특성에 따라 결정된다.
한국등록특허 제10-1796127호는 본 발명의 발명자가 개발한 개선된 양방향 DC 차단기로써, 정상상태일 때 커패시터를 충전하여 추가로 충전이 필요로 하지 않고, 차단 후 반대 스위치를 개방하여 잔류전류의 영향을 최소로 할 수 있다. 또한, 고장전류가 선로의 인덕터를 지나므로 반대선로에 도달하는 양과 시간을 크게 줄일 수 있는 장점이 있다.
한국등록특허 제 10-1506581호는 일반적인 LC공진 방식에서 한 걸음 더 나아가 역충전 방식을 통해 더 큰 LC공진전류를 만들어내어 고장전류를 효율적으로 차단하는 DC 차단기이다. 이 또한 커패시터를 정상상태 일 때 충전하여 별도의 충전을 필요로 하지 아니하며, 잔류전류는 서지어레스터를 이용하여 제거하며, 소자의 수를 줄여 신뢰성을 향상시켰다.
하지만 앞에서 제시된 종래의 기술은 LC공진전류를 방출하는 과정에서 인덕터 또는 분류를 통해 선로차단에 집중되지 못하며, 기계식 스위치를 이용하기 때문에 차단속도가 느리다. 또한, 차단 후에도 전류의 흐름이 원활하지 못해 잔류전류의 리플(ripple)이 소멸되는 속도가 느리게 된다. 이는 잔류전류가 송수신단에 지속적으로 영향을 미친다는 것을 의미하여 DC 차단기의 성능을 보장하지 못한다.
전술하였듯이, DC 차단기의 성능은 주로 선로의 차단시간 및 송수신단(외부)에 미치는 영향을 지표로 한다. 효과적이지 못한 LC공진전류의 이용은 차단시간을 늦추며, 회로의 성능을 하락시킨다. 또한, 잔류전류의 리플(ripple)을 빠르게 감소시킬 수 없다는 것은 잔류전류가 송수신단에 미치는 영향이 커진다는 것을 의미한다. 이에, 고전력 수송에서는 짧은 차단시간과 송수신단에 영향을 최대한으로 줄이는 양방향 DC 차단기를 필요로 한다.
한국등록특허 제10-1796127호(등록일: 2017. 11. 03) 한국등록특허 제10-1506581호(등록일: 2015. 03. 27)
본 발명의 목적은 LC공진전류를 역충전 방식으로 생성하여 더 크고 빠르게 방출함과 동시에, 메인스위치에 전자식 스위치를 사용하여 기존의 DC 차단기와 비교하여 차단시간을 감소시킬 수 있는 양방향 DC 차단기를 제공하고자 함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 정상상태일 때 충전하여 추가로 충전이 필요로 하지 않고, 선로의 어디에서든 고장전류가 발생하여도 이를 차단할 수 있는 양방향 DC 차단기를 제공하고자 함에 있다.
더 나아가 선로 차단 후 잔류전류 처리과정에서 잔류전류가 흐르는 루프를 형성하여 서지 어레스터를 반복적으로 거쳐 흘러 송수신단에 미치는 영향을 최소로 하는 양방향 DC 차단기를 제공함을 본 발명의 또 다른 목적으로 한다.
본 발명은 잔류전류를 소자들로부터 격리시킴과 아울러 빠르게 제거할 수 있는 양방향 DC 차단기에 관한 것으로서, 송신단(400)과 수신단(500)을 연결하는 선로에 직렬로 설치되는 제1 메인 스위치부(100) 및 제2 메인 스위치부(200); 상기 제1 메인 스위치부(100) 및 제2 메인 스위치부(200)와 병렬로 연결되되, 고장전류가 발생하였을 때 고장전류 발생 영역에 LC 공진전류를 공급하기 위한 역충전 회로부(310); 및 고장전류 발생 영역에 LC 공진전류가 공급되어 고장전류를 상쇄시킨 후 잔류전류가 상기 역충전 회로부(310), 제1 메인 스위치부(100), 그리고 제2 메인 스위치부(200)로 흐르지 않도록 폐루프를 형성하고, 서지 어레스터(305)에 의하여 잔류전류 제거하는 잔류전류 제거부(320)를 포함하되, 상기 제1 메인 스위치부(100)는 제1 메인 스위치(101) 및 상기 제1 메인 스위치(101)와 병렬로 연결된 제1 메인 병렬다이오드(102)를 포함하고, 상기 제2 메인 스위치부(200)는 제2 메인 스위치(101) 및 상기 제2 메인 스위치(201)와 병렬로 연결된 제2 메인 병렬다이오드(202)를 포함하며, 상기 역충전 회로부(310)의 일단은 제1 메인 스위치부(100)로부터 상기 제2 메인 스위치부(200)로 이어지는 선로에 연결되며, 상기 역충전 회로부(310)의 타단과 연결된 선로는 분기되어, 하나는 제1 병렬 스위치(301)를 개재한 상태로 상기 송신단(400)으로부터 상기 제1 메인 스위치부(100)로 이어지는 선로에 연결됨과 동시에, 다른 하나는 제2 병렬 스위치(302)를 개재한 상태로 상기 수신단(500)으로부터 상기 제 2 메인스위치부(200)로 이어지는 선로에 연결되는 것을 특징으로 한다.
상기 제1 메인 스위치(101) 또는 상기 제2 메인 스위치(201)는, 상기 역충전 회로부(310)부터 공급된 LC공진전류에 의하여 고장전류가 상쇄되어 선로의 전류가 0이 될 때 개방할 수 있으며, 사이리스터 스위치, IGBT, IGCT, MOSFET, BJT 스위치 중에서 선택된 하나 이상의 조합으로 이루어진 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 역충전 회로부(310)는 공진 커패시터(311)와 공진 인덕터(312) 및 역충전 스위치(313)를 포함하되, 상기 공진 커패시터(311)의 일단은 상기 제1 병렬 스위치(301)로부터 상기 제2 병렬 스위치(302)까지 이어지는 선로에 연결되되, 타단은 상기 제1 메인 스위치부(100)로부터 상기 제 2 메인 스위치부(200)로 이어지는 선로에 연결되며, 상기 공진 인덕터(312)의 일단은 역충전 스위치(313)의 일단에 연결되되, 타단은 제1 메인 스위치부(100)로부터 제2 메인 스위치부(200)로 이어지는 선로에 연결되며, 상기 역충전 스위치(313)의 타단은 상기 제1 병렬 스위치(301)로부터 상기 제2 병렬 스위치(302)로 이어지는 선로에 연결된다.
더 나아가, 상기 상기 잔류전류 제거부(320)는 서지어레스터(305), 제1 우회 스위치(303), 제2 우회 스위치(304), 제1 방출 스위치(306) 및 제2 방출 스위치(307)을 포함하되, 상기 서지어레스터(305)의 일단과 연결된 선로는 분기하여 그 중 하나는 상기 제1 방출 스위치(306)를 개재한 상태로 상기 제1 병렬 스위치(301)로부터 상기 제1 메인 스위치(100)와 송신단(400)를 연결하는 선로로 이어지며, 다른 하나는 상기 제2 방출 스위치(307)를 개재한 상태로 상기 제2 병렬 스위치(302)로부터 상기 제2 메인 스위치(200)와 수신단(500)을 연결하는 서로로 이어지며, 상기 서지어레스터(305)의 타단과 연결된 선로 역시 분기하여, 그 중 하나는 상기 제1 우회 스위치(303)를 개재한 상태로 상기 제1 병렬 스위치(301)로부터 상기 공진 회로부(310)까지 이어지는 선로에 연결되며, 다른 하나는 상기 제2 우회 스위치(304)를 개재한 상태로 상기 제2 병렬 스위치(302)로부터 공진회로부(310)까지 이어지는 선로에 연결되는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 제1 우회 스위치(303), 상기 제2 우회 스위치(304), 상기 제1 방출 스위치(306), 상기 제2 방출 스위치(307)는, 선로차단 후 활성화하여 잔류전류가 상기 잔류전류 제거 회로부(320) 내에서 폐루프를 형성하게 된다.
더 나아가, 상기 제1 우회 스위치(303), 상기 제2 우회 스위치(304), 상기 제1 방출 스위치(306), 상기 제2 방출 스위치(307)는 다이오드, 사이리스터 스위치, IGBT, IGCT, MOSFET, BJT 스위치 중에서 선택된 하나 이상의 조합으로 이루어질 수 있다.
본 발명에 따르면, 정상상태 일 때 정상상태의 전류 일부를 이용하여 커패시터를 충전하게 되므로 별도의 충전 수단이 필요하지 않다. 또한, 선로 어디에서 고장전류가 발생하여도 이를 감지하고 회로 하나로 처리할 수 있으므로, 단방향 DC 차단기를 2개이상 설치하지 않아도 되는 장점이 있다. 이와 같은 점은 비용감소와 면적 축소를 가져오고 설계시 많은 이점이 된다.
또한, 본 발명에 의하면, 역충전 과정을 통해 LC 공진전류를 생성하여 방출한다. 역충전 방식의 LC 공진전류는 일반적인 LC공진전류의 크기보다 훨씬 크므로, 선로의 고장전류를 더 빠르고 효과적으로 제거한다. 선로의 전류의 크기가 0이 되었을 때, 전자식스위치로 빠르게 차단하여 선로 차단과정을 비약적으로 단축시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 차단 후 잔류전류를 처리하는 과정에서 폐회로를 형성하고 위 폐회로 내에 잔류 전류가 순환하도록 함과 아울러, 폐회로 내에 서지어레스터를 설치하여 폐회로 내를 흐르는 잔류 전류가 소멸되도록 함으로써, 리플을 안정적으로 제거할 수 있게 된다. 잔류전류를 안전하게 관리해야 송수신단의 소자에 미치는 악영향을 최소로 할 수 있고, 화재 등의 2차 피해를 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 DC 차단기의 회로도를 도시한 것이다.
도 2는 정상상태일 때의 전류흐름을 도시한 것이다.
도 3은 송신단 쪽의 선로에서 고장이 발생하였을 때, 고장전류의 흐름을 도시한 것이다.
도 4는 수신단 쪽의 선로에서 고장이 발생하였을 때, 고장전류의 흐름을 도시한 것이다.
도 5는 선로 차단 후 잔류전류가 잔류전류 제거부로 유입되는 상태를 도시한 것이다.
도 6은 잔류전류 제거부 내에 형성된 폐루프 내에서 잔류전류가 순환하는 상태를 도시한 것이다.
본 발명의 구체적 특징 및 이점들은 첨부된 도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다. 이에 앞서 본 발명에 관련된 공지 기능 및 그 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 구체적인 설명을 생략하였음에 유의해야 할 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 DC 차단기를 나타낸 회로도로서, 양방향 DC 차단기는 송신단(400)과 수신단(500)의 사이에 구비되되, 제1 메인 스위치부(100)와 제2 메인 스위치부(200)가 직렬로 상기 송신단(400)과 수신단(500)의 사이에 설치된다.
본 발명에 따른 양방향 DC 차단기는 제1 메인 스위치부(100) 및 제2 메인 스위치부(200)에 공급할 공진전류를 형성하는 역충전 회로부(310) 및 잔류전류를 제거하기 위한 잔류전류 제거부(320)를 포함하는데, 제1 메인 스위치부(100) 및 제2 메인 스위치부(200)에 병렬로 연결되어 제1 메인 스위치부(100)와 제2 메인 스위치부(200)에 공진전류를 제공함과 아울러, 잔류전류를 제거하는 기능을 가지고 있다.
역충전 회로부(310)는 공진 커패시터(311)에 공진 인덕터(312)와 역충전 스위치(313)가 병렬로 연결되어 형성되는데, 정상상태에서는 송신단(400)에서 수신단(500)으로 흐르는 전류의 일부로 커패시터(311)를 충전했다가 고장발생시 공진전류를 발생시켜 메인 스위치로 공급하는 회로이다.
우선 역충전 회로부(310)의 일단은 제1 메인 스위치부(100)로부터 제2 메인 스위치부(200)로 이어지는 선로에 연결된다. 그리고 역충전 회로부(310)의 타단은 분기하여 하나는 제1 병렬 스위치(301)가 개재된 상태로 송신단(400)으로부터 제1 메인 스위치부(100)로 이어지는 선로에 연결되며, 그리고 다른 하나는 제2 병렬 스위치(302)를 개재한 상태로 제2 메인 스위치부(200)로부터 수신단(500)으로 이어지는 선로에 각각 연결된다.
잔류전류 제거부(320)는 잔류전류를 루프 내에 가둔 다음 제거하기 위한 요소로서, 서지 어레스터(305) 및 다수 개의 스위치들(303,304,305,306)을 포함한다.
우선 서지 어레스터(305)의 일단과 연결된 선로는 분기하여 그 중 하나는 제1 방출 스위치(306)를 개재한 상태로 제1 병렬 스위치(301)로부터 제1 메인 스위치(100)와 송신단(400)를 연결하는 선로로 이어지며, 다른 하나는 제2 방출 스위치(307)를 개재한 상태로 제2 병렬 스위치(302)로부터 제2 메인 스위치(200)와 수신단(500)을 연결하는 서로로 이어진다.
서지 어레스터(305)의 타단과 연결된 선로 역시 분기하여, 그 중 하나는 제1 우회 스위치(303)를 개재한 상태로 제1 병렬 스위치(301)로부터 공진회로부(310)까지 이어지는 선로에 연결되며, 다른 하나는 제2 병렬 스위치(302)제2 우회 스위치(304)를 개재한 상태로 제2 병렬 스위치(302)로부터 공진회로부(310)까지 이어지는 선로에 연결된다.
본 발명에 따른 일 실시예에서 제1 메인 스위치부(100)의 스위치 소자(101) 및 제2 메인 스위치부(200)의 스위치 소자(201)로는 본 기술에 최적의 스위치인 IGBT를 배치하였으나 IGBT 외에도, 사이리스터 스위치, IGBT, IGCT, MOSFET, BJT들이 이용될 수 있음은 통상의 기술자라면 어렵지 않게 이해할 수 있을 것이다. 바람직하게는 제1 메인 스위치부(100)의 스위치 소자(101)에 다이오드(102)가 연결될 수 있으며, 제2 메인 스위치부(200)의 스위치 소자(201)에 다이오드(202)가 연결될 수 있다.
또한, 제1 병렬 스위치(301), 제2 병렬 스위치(302), 제1 방출 스위치(306), 제2 방출 스위치(307)에는 다이오드를 적용하였고, 제1 우회 스위치(303) 및 제2 우회 스위치(304)에는 사이리스터를 적용하였으나, 이는 최적의 성능을 얻기 위한 실시예일 뿐, 전술한 스위치들 이외에도 이 스위치부분은 모두 사이리스터 스위치, IGBT, IGCT, MOSFET, BJT들로 대체이용될 수 있음은 통상의 기술자라면 어렵지 않게 이해할 수 있을 것이다.
이하 본 발명에 따른 DC 차단기의 동작 방식을 첨부된 도 2 내지 도 6을 참조하여 자세히 설명하도록 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 DC 차단기에서 정상상태일 때의 전류흐름(점선 표시)을 나타낸 것이다. 정상상태일 때, 제 1 메인 스위치(101)와 제 2 메인 스위치(201)는 모두 활성화 되어있으므로, 전류는 송신단(400)에서 제 1 메인 스위치(101), 제 2 메인 병렬다이오드(202)를 거쳐 전류가 흐르게 된다. 한편 전류의 일부는 좌측 병렬 스위치(301)를 거쳐 공진 커패시터(311)를 충전하게 되고 이 과정에서, 추가로 별도의 커패시터 충전을 요구하지 않게 된다.
도 3은 양방향 DC 차단기에서 송신단(400) 부근에서 고장전류가 발생하였을 때의 전류흐름을 나타낸 것이다. 고장전류가 감지되면 역충전 스위치(313), 바람직하게는 역충전 싸이리스터 단의 게이트에 신호를 보내어 활성화하게 되고, 고장전류의 일부가 좌측 병렬 스위치(301)를 거쳐 역충전 과정에 더해지게 되어 더 큰 공진을 일으킨다. 이 과정에서 발생한 LC 공진전류는 고장전류가 발생한 부위로 공급되어 고장전류를 빠르고 효과적으로 제거할 수 있고, 선로 차단시간을 더욱 단축시킨다. 제 1 메인 스위치(101)에서 LC공진전류로 고장전류의 크기가 0이 되면 역충전 스위치(313)에 신호를 보내어 비활성화하고 LC 공진회로의 선로가 차단된다.
도 4는 양방향 DC 차단기에서 수신단(500) 부근에서 고장전류가 발생하였을 때의 전류흐름을 나타낸 것이다. 고장전류가 감지되면 동일하게 역충전 스위치(313), 바람직하게는 역충전 사이리스터(313) 단의 게이트에 신호를 보내어 활성화하게 되고, 고장전류의 일부가 제2 병렬 스위치(302)를 거쳐 역충전 과정에 더해지게 되어 더 큰 공진을 일으킨다. 마찬가지로, 제 2 메인 스위치(201)에서 LC공진전류로 고장전류의 크기가 0이 되면 역충전 스위치(313)에 신호를 보내어 비활성화하고 LG 공진회로의 선로가 차단된다.
도 5는 양방향 DC 차단기에서 차단 후 잔류전류의 흐름을 나타낸 것이다. 차단 후 잔류전류의 일부는 제1 병렬 스위치(301)와 제2 병렬 스위치(302)를 통해 회로 내로 귀환한다. 이 때, 제1 우회 스위치(303)와 제2 우회 스위치(304)에 신호를 보내어 스위치가 활성화되면, 잔류전류는 공진회로(310)를 벗어나 잔류전류 제거부(320)로 유도되고, 잔류전류 제거부(320) 내로 유도된 잔류전류는 잔류전류 제거부(320)가 포함하고 있는 서지어레스터(305)를 통과하게 된다. 이 과정에서, 송수신단으로 흐르는 잔류전류의 양을 최소화하게 되고, 회로내로 귀환하는 전류는 서지어레스터(305)를 통해 안정적으로 제거할 수 있다.
도 6은 양방향 DC 차단기에서 잔류전류가 잔류전류 제거부(320) 내로 유입된 후 루프순환하면서 처리되는 상태를 도시한 것이다.. 잔류전류 처리 과정이 시작되면 제1 방출 스위치(306)와 제2 방출 스위치(307)에 신호를 보내어 활성화시키게 되는데, 앞에서 언급한 것처럼 제1 방출 스위치(306) 및 제2 방출 스위치(307)로 특별한 조작이 필요 없는 다이오드가 사용되더라도 원하는 목적을 달성할 수 있다.
서지어레스터(305)를 통과하면서 약해진 잔류전류는 제1 및 2 방출스위치(306,307), 제1 및 2 병렬 스위치(301,302), 그리고 제1 및 2 우회 스위치(303,304)를 거쳐 다시 서지어레스터(305)로 귀환하는 루프가 형성되고, 잔류전류를 소멸할 때까지 위 루프 내에서 순환하게 된다. 그리고 루프의 일부에 서지어레스터(305)가 형성되어 있으므로, 잔류전류의 크기는 지속적으로 감소함으로써, 잔류전류의 리플(ripple)이 제거될 수 있다. 이와 같이 잔류전류를 안전하게 관리함으로써 DC 차단기 회로 외의 소자에 악영향을 최소화하고, 화재와 같은 2차 피해를 막을 수 있어 신뢰성을 높힐 수 있다.
따라서, 본 기술은 정상상태 일 때 공진 커패시터(311)를 충전하여 별도로 충전이 필요하지 않고, 역충전 회로부(310)의 역충전 과정을 통해 일반적인 LC공진전류 보다 더 크고 효과적인 전류를 방출하여 차단한다. 더해서, 제1 병렬 스위치(301)와 제2 병렬 스위치(302)로 선로 어디서든 고장이 나도 이를 대처할 수 있으며, 동일한 성능을 이끌어 낼 수 있다. 선로 차단과정에서 전류의 크기가 0이 되면, 전자식 스위치인 제 1 메인 스위치(101) 및 제 2 메인 스위치(201)를 이용해 빠르게 차단하고, 제1 우회 스위치(303)와 제2 우회 스위치(304)를 활성화하여 잔류전류를 회로내로 귀환시킨다. 서지어레스터(305)로 잔류전류를 제어하고 제1 방출 스위치(306)와 제2 방출 스위치(307)를 통해 지속적으로 리플을 감소시켜 송수신단에 미치는 악영향을 최소로 하여 신뢰성을 높이고 더욱 안전하게 전류를 관리할 수 있게 된다. .
이상에서 대표적인 실시 예를 통하여 본 발명을 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술 분 야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시 예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다 양한 변형이 가능함을 이해할 것이다. 그러므로 본 발명의 권리 범위는 설명한 실시 예에 국한되어 정해져서 는 안 되며, 후술하는 특허 청구 범위뿐만 아니라 특허 청구 범위와 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태에 의하여 정해져야 한다.
100 : 제 1 메인 스위치부
101 : 제 1 메인 스위치
102 : 제 1 메인 병렬다이오드
200 : 제 2 메인 스위치부
201 : 제 2 메인 스위치
202 : 제 2 메인 병렬다이오드
300 : 메인 차단부
301 : 제1 병렬 스위치
302 : 제2 병렬 스위치
303 : 제1 우회 스위치
304 : 제2 우회 스위치
305 : 서지어레스터
306 : 제1 방출 스위치
307 : 제2 방출 스위치
310 : 역충전 회로부
320 : 잔류전류 제거부
311 : 공진 커패시터
312 : 공진 인덕터
313 : 역충전 사이리스터
400 : 송신단
500 : 수신단

Claims (8)

  1. 송신단(400)과 수신단(500)을 연결하는 선로에 직렬로 설치되는 제1 메인 스위치부(100) 및 제2 메인 스위치부(200);
    상기 제1 메인 스위치부(100) 및 제2 메인 스위치부(200)와 병렬로 연결되되, 고장전류가 발생하였을 때 고장전류 발생 영역에 LC 공진전류를 공급하기 위한 역충전 회로부(310); 및
    고장전류 발생 영역에 LC 공진전류가 공급되어 고장전류를 상쇄시킨 후 잔류전류가 상기 역충전 회로부(310), 상기 제1 메인 스위치부(100), 그리고 상기 제2 메인 스위치부(200)로 흐르지 않도록 폐루프를 형성하고, 서지 어레스터(305)에 의하여 잔류전류 제거하는 잔류전류 제거부(320)를 포함하되,
    상기 역충전 회로부(310)의 일단은 제1 메인 스위치부(100)로부터 상기 제2 메인 스위치부(200)로 이어지는 선로에 연결되며,
    상기 역충전 회로부(310)의 타단과 연결된 선로는 분기되어, 하나는 제1 병렬 스위치(301)를 개재한 상태로 상기 송신단(400)으로부터 상기 제1 메인 스위치부(100)로 이어지는 선로에 연결됨과 동시에, 다른 하나는 제2 병렬 스위치(302)를 개재한 상태로 상기 수신단(500)으로부터 상기 제 2 메인스위치부(200)로 이어지는 선로에 연결되는 것을 특징으로 하는 양방향 DC 차단기.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 제1 메인 스위치부(100)는 제1 메인 스위치(101) 및 상기 제1 메인 스위치(101)와 병렬로 연결된 제1 메인 병렬다이오드(102)를 포함하고, 상기 제2 메인 스위치부(200)는 제2 메인 스위치(101) 및 상기 제2 메인 스위치(201)와 병렬로 연결된 제2 메인 병렬다이오드(202)를 포함하는 것을 특징으로 하는 양방향 DC 차단기.
  3. 청구항 2에 있어서, 상기 제1 메인 스위치(101) 또는 상기 제2 메인 스위치(201)는, 상기 역충전 회로부(310)부터 공급된 LC공진전류에 의하여 고장전류가 상쇄되어 선로의 전류가 0이 될 때 개방하는 것을 특징으로 하는 서지 어레스터를 사용한 양방향 DC 차단기.
  4. 청구항 3에 있어서, 상기 제1 메인 스위치(101), 상기 제2 메인 스위치(201)는 사이리스터 스위치, IGBT, IGCT, MOSFET, BJT 스위치 중에서 선택된 하나 이상의 조합으로 이루어진 것을 특징으로 하는 서지 어레스터를 사용한 양방향 DC 차단기.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 역충전 회로부(310)는 공진 커패시터(311)와 공진 인덕터(312) 및 역충전 스위치(313)를 포함하되,
    상기 공진 커패시터(311)의 일단은 상기 제1 병렬 스위치(301)로부터 상기 제2 병렬 스위치(302)까지 이어지는 선로에 연결되되, 타단은 상기 제1 메인 스위치부(100)로부터 상기 제 2 메인 스위치부(200)로 이어지는 선로에 연결되며,
    상기 공진 인덕터(312)의 일단은 역충전 스위치(313)의 일단에 연결되되, 타단은 제1 메인 스위치부(100)로부터 제2 메인 스위치부(200)로 이어지는 선로에 연결되며,
    상기 역충전 스위치(313)의 타단은 상기 제1 병렬 스위치(301)로부터 상기 제2 병렬 스위치(302)로 이어지는 선로에 연결되는 것을 특징으로 하는 서지 어레스터를 사용한 양방향 DC 차단기.
  6. 청구항 1에 있어서, 상기 상기 잔류전류 제거부(320)는 서지어레스터(305), 제1 우회 스위치(303), 제2 우회 스위치(304), 제1 방출 스위치(306) 및 제2 방출 스위치(307)을 포함하되,
    상기 서지어레스터(305)의 일단과 연결된 선로는 분기하여 그 중 하나는 상기 제1 방출 스위치(306)를 개재한 상태로 상기 제1 병렬 스위치(301)로부터 상기 제1 메인 스위치(100)와 송신단(400)를 연결하는 선로로 이어지며, 다른 하나는 상기 제2 방출 스위치(307)를 개재한 상태로 상기 제2 병렬 스위치(302)로부터 상기 제2 메인 스위치(200)와 수신단(500)을 연결하는 서로로 이어지며,
    상기 서지어레스터(305)의 타단과 연결된 선로 역시 분기하여, 그 중 하나는 상기 제1 우회 스위치(303)를 개재한 상태로 상기 제1 병렬 스위치(301)로부터 상기 공진 회로부(310)까지 이어지는 선로에 연결되며, 다른 하나는 상기 제2 우회 스위치(304)를 개재한 상태로 상기 제2 병렬 스위치(302)로부터 공진회로부(310)까지 이어지는 선로에 연결되는 것을 특징으로 하는 DC 차단기.
  7. 청구항 6에 있어서, 상기 제1 우회 스위치(303), 상기 제2 우회 스위치(304), 상기 제1 방출 스위치(306), 상기 제2 방출 스위치(307)는, 선로차단 후 활성화하여 잔류전류가 상기 잔류전류 제거 회로부(320) 내에서 폐루프를 형성하게 되는 것을 특징으로 하는 양방향 DC 차단기.
  8. 청구항 7에 있어서, 상기 제1 우회 스위치(303), 상기 제2 우회 스위치(304), 상기 제1 방출 스위치(306), 상기 제2 방출 스위치(307)는 다이오드, 사이리스터 스위치, IGBT, IGCT, MOSFET, BJT 스위치 중에서 선택된 하나 이상의 조합으로 이루어진 것을 특징으로 하는 서지 어레스터를 사용한 양방향 DC 차단기.
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