KR20210105983A - 적응 발진 회로를 구비한 고 전압 직류용 전류 차단기 디바이스 및 제어 방법 - Google Patents

적응 발진 회로를 구비한 고 전압 직류용 전류 차단기 디바이스 및 제어 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 고 전압 직류용 전류 차단 디바이스(10)에 관한 것으로, - 1차 지점(12)과 2차 지점(14) 사이의 메인 선로(16)에 배치된 적어도 하나의 1차 기계적 스위치(18); - 1차 스위치(18)와 병렬로 배치된 1차 서지 보호기(30); 및 - 1차 스위치(18)와 전기적으로 병렬로 그리고 1차 서지 보호기(30)와 전기적으로 병렬로 배열된 발진 회로(40)를 포함하고, 발진 회로(40)는 전기적으로 직렬인, 적어도 인덕터(42), 커패시턴스(44) 및 발진 트리거(46)를 포함하고, 디바이스(10)는 발진 회로(40)에, 발진 회로(40) 내로 직렬로 삽입된 저항 값을 변경하기 위한 제어 가능한 디바이스(48, 48', 50, 50')를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

적응 발진 회로를 구비한 고 전압 직류용 전류 차단기 디바이스 및 제어 방법
본 발명은 전반적으로 HVDC 네트워크로 지칭되는 고 전압 DC 전류 송신 및/또는 분배 네트워크 분야에 관한 것이다. 본 발명은 특히 그러한 네트워크를 위한 고장 전류 차단(cut-off) 디바이스에 관한 것이다.
HVDC 네트워크는 특히 이질적 또는 비동기식 전기 생산 사이트의 상호 연결에 대한 솔루션으로 고려된다. HVDC 네트워크는 저 선로 손실과 장거리에서 네트워크의 기생 커패시턴스의 영향이 없기 때문에, 교류 기술보다 해상 풍력 발전 단지에서 생산된 에너지의 송신 및 분배에 특히 고려된다. 이러한 네트워크는 전형적으로 100kV 이상의 전압 레벨을 갖는다.
본 명세서에서, 공칭 동작 전압이 직류에서 1,500V보다 큰 디바이스는 직류에 대해 고 전압으로 간주된다. 이러한 고 전압은 보완적으로 직류에서 75,000V(75kV)보다 큰 경우에도 초 고 전압으로 간주된다. 물론 고 전압계에는 초 고 전압계도 포함한다.
그러한 네트워크에서 직류의 차단은 그러한 네트워크의 실현 가능성 및 개발을 직접적으로 조절하는 중요한 문제이다.
교류의 차단, 즉 기계적 스위치 소자의 열림에 의해서만 전류의 차단이 획득되는 기계적 회로 차단기 유형의 차단 장치가 알려져 있다. 이러한 기계적 스위치 소자는 스위치 소자가 닫힐 때 기계적 및 전기적 컨택을 하고, 스위치 소자가 열려 있을 때 기계적으로 분리되는 두 개의 컨택을 이루는 전도성 부품을 포함한다. 이러한 기계적 회로 차단기(breaker)는 고 전류가 교차될 때 몇 가지 단점이 있다.
상당한 전류 및/또는 전압이 존재하는 경우, 장치가 보호하는 네트워크에 상당한 에너지가 축적되기 때문에, 기계적 분리는 두 개의 전도성 부품 사이에 전기 아크(electric arc)의 수립으로 귀결될 수 있다. 전기 아크가 기계적 분리를 통해 수립된 상태로 유지되는 한, 차단 장치는 아크의 존재에 의해 장치를 통해 전류가 계속 흐르기 때문에 전기적 차단을 달성하지 않는다. 전류 흐름의 효과적인 차단이라는 의미에서 전기적 차단은 때때로 직류 및 고 전압 상황에서 달성하기가 특히 어렵고, 이러한 조건은 전기 아크를 유지하는 경향이 있다. 더욱이, 이 전기 아크는 한편으로는 침식으로 인해, 두 개의 컨택을 이루는 전도성 부품이 저하되고 다른 한편으로는 이온화에 의해 주변 환경이 저하된다. 또한, 이 이온화로 인해 전류가 멈추는 데 시간이 걸린다. 이것은 부담스럽고 고가인 차단 장치에 대한 유지 보수 작업을 필요로 한다.
HVDC 네트워크의 고장 전류는 특히 맹렬하고 파괴적이다. 고 전류를 발생시키는 고장이 발생하면 신속하게 차단하거나 차단이 가능해질 때까지 기다리면서 제한할 필요가 있다. 또한, HVDC 전류 차단은 교류(AC) 차단보다 달성하기가 더 복잡하다. 실제로 교류를 차단할 때, 차단을 달성하기 위해 전류의 제로 크로싱(zero crossing)을 활용하는 이점이 있으며, 이는 직류, 특히 HVDC의 경우가 아니다.
HVDC 선로에서 전류 차단을 가능하게 하기 위해 다양한 솔루션이 제안되었다. 예를 들어, 문헌 WO-2015/078525, US-2017/0178844, 또는 DE-2136865가 인용될 수 있다.
일부 솔루션은 주로 사이리스터(thyristor) 및 IGBT와 같은 많은 능동 반도체 스위칭 컴포넌트를 사용한다. 그러나 이러한 컴포넌트는 가격/전력 비율이 높다. 이러한 반도체 스위치를 과도하게 사용하면 솔루션 비용이 증가한다.
문헌 WO-2015/185096, US4442469 및 US3758790 각각은 고 전압 DC 전류에 대한 전류 차단 디바이스를 설명한다. 이들 디바이스는 1차 지점과 2차 지점 사이의 메인 선로에 연속적으로 개재되지만 메인 선로의 중간 지점 양쪽에 있는 기계적 1차 스위치와 기계적 2차 스위치로 구성되며, 두 개의 기계적 스위치는 열린 상태와 닫힌 상태 사이에서 각각 제어된다. 그러나, 기계적으로 분리된 컨택 사이의 전기적 아크의 존재로 기계적 스위치의 전류 차단의 문제가 해결되어야 한다.
추가하여, 스위치와 전기적으로 병렬로 배열된 발진 회로를 제공하는 것이 알려져 있다. 발진 회로는 스위치를 통한 전류의 제로 크로싱을 생성하도록 설계되어 1차 스위치가 기계적으로 열렸을 때 1차 스위치를 통한 전기적 차단을 촉진할 수 있다. 일부 공지된 실시예에서, 발진 회로는 효과적인 전기적 차단을 보장하는 것이 바람직한 스위치와 병렬로 발진 회로 내에 전기적으로 직렬로 배열된 적어도 인덕턴스, 커패시턴스 및 발진 트리거를 포함한다. 종종 커패시턴스는 발진 회로를 트리거하기 전에 미리 충전되어 있다. 이 경우, 회로는 커패시턴스를 미리 충전하기 위한 회로를 포함할 수 있다. 그러나, 이 발진 회로는 특히 예상될 수 있는 최대 세기를 갖는 것을 포함하여 관련 스위치를 통해 발생할 수 있는 모든 고장 전류를 차단할 수 있도록 구성되어야 한다. 그러나, 사용 중에 이 최대값에 도달하지 않는 고장 전류가 때때로 있다. 이 경우 발진 회로가 생성하는 역류가 고장 전류에 비해 매우 클 것이라는 점에서 발진 회로의 크기가 과도하게 커질 수 있다. 이 경우, 발진 회로는 실제로 관련 스위치를 통해 전류의 하나 이상의 제로 크로싱을 생성하지만 이러한 제로 크로싱은 스위치를 통한 세기 dl/dt의 변동 비율이 너무 높게 발생할 수 있다. 스위치를 통한 세기 dl/dt의 변화율이 너무 높으면, 제로 크로싱에도 불구하고 전기적 차단이 발생하지 않을 수 있다.
EP-3.091.626에 의해 제공된 디바이스는 스위치와 전기적으로 병렬로 배열된 발진 회로를 포함하는 이러한 유형이다. 이 문헌은 저항기를 1차 스위치와 병렬인 발진 회로에 직렬로 삽입할 수 있도록 하는 차단 디바이스를 개시하지 않는다. 실제로 전기 회로에서, 동일한 전류가 횡단하는 경우 두 컴포넌트가 직렬로 연결된다. 따라서 EP-3.091.626에서 저항기(150)는 스위치와 병렬인 발진 회로에 직렬로 연결될 수 없다. 실제로, EP-3.091.626에서 2 개의 스위치(130, 140)가 열려 있을 때 저항기(150)를 통해 흐르는 전류는 LC 컴포넌트(120)를 통해 흐르는 전류와 동일하다고 가정할 수 있다. 그러나, 이 경우, 저항기(150)도 LC 컴포넌트(120)도 스위치(110)와 병렬인 발진 회로 내에 있지 않다. 그리고 스위치(120 또는 130) 중 하나가 닫힐 때, 저항(150)을 통해 흐르는 전류는 LC 컴포넌트(120)를 통해 흐르는 전류와 같을 수 없는 데, 이는 LC 컴포넌트(120)을 통해 흐르는 전류의 거의 대부분은 저항기(150)가 아니라, 닫힌 스위치(120 또는 130)를 포함하는 분기를 통해 흐르기 때문이다. D1에서 저항기(150)의 역할은 단순히 커패시턴스의 충전을 허용하는 것이다. 저항기는 메인 선로에 전류를 주입할 때 발진 회로에서 아무런 역할을 하지 않는다.
일부 선행 기술 문헌에서는 고장 전류에 기초하여 발진 회로의 특성을 적응시키기 위한 적응 회로(adaptive circuit)를 제안하였다.
또한 번호 DE-10.2011.083514로 공개된 문헌 US-2014/299.579는 적어도 2개의 병렬 분기 - 각각은 커패시터 분기 스위치와 직렬로 연결된 커패시터를 갖는 - 를 포함하는 발진 회로를 설명한다. 고장 전류에 따라 발진 회로에 저장된 전기를 방전할 커패시터의 수를 선택할 수 있다. 따라서 이 적응 회로는 메인 선로로 주입되는 역류의 진폭을 적응시킬 수 있다. 시스템의 각각의 분기에서 스위치는 값비싸고 부피가 큰(bulky) 컴포넌트가 필요한 전체 전압을 견뎌야 한다.
문헌 WO-2015/166600은 발진 회로의 인덕턴스 값을 적응시키기 위한 수단을 포함하는 발진 회로를 설명한다. 일 실시예는 몇 개의 전용 유도성 컴포넌트, 예를 들어, 몇 개의 코일을 포함하며, 그 중 적어도 일부에는 바이패스 스위치가 장착되어 있다. 바이패스 스위치는 고 전압을 견뎌야 하므로 비싸고 부피가 큰 컴포넌트가 필요하다.
그러나, 발진 회로에서 구현되는 총 커패시턴스 또는 총 인덕턴스에 영향을 미치는 이 마지막 두 문헌에 따른 디바이스에서, 일반적으로 총 커패시턴스 또는 총 인덕턴스 값의 많은 단계를 제공할 필요가 있으므로, 발진 회로가 가능한 모든 고장 전류 범위에 걸쳐 전기 아크를 차단할 수 있다. 이는 실제로 전용, 유도성 또는 용량성 컴포넌트의 수를 늘리고 이 발진 회로와 직접 관련된 제어 스위치의 수를 늘리는 결과로 이어진다. 이는 상당한 비용 및 공간 요구 사항으로 이어진다.
요약하면, 종래 기술에 따르면, 그것이 충전 전류이든, 고장 전류이든, 차단될 광범위한 전류에 대해 특히 1,000A 미만일 수 있는 값에서 10kA보다 더 큰 값까지 차단될 전류 범위가 고려되는 기계식 스위치에서 전류의 효과적인 차단을 보장하기 위해 컴팩트하고 저렴한 솔루션이 없다.
따라서 본 발명은 고 전압 DC 전류용 전류 차단 디바이스를 제안하고,
- 1차 지점과 2차 지점 사이의 메인 선로로서, 상기 메인 선로에 개재된 적어도 하나의 기계적 1차 스위치를 포함하는, 상기 메인 선로;
- 상기 1차 스위치와 병렬로 배열된 1차 서지 보호기(surge protector); 및
- 상기 1차 스위치와 전기적으로 병렬로 그리고 상기 1차 서지 보호기와 전기적으로 병렬로 배열된 발진 회로로서, 상기 발진 회로는 전기적으로 직렬인 적어도 인덕턴스, 커패시턴스 및 발진 트리거를 포함하는, 상기 발진 회로를 포함한다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 상기 디바이스는 상기 발진 회로 내로 직렬로 삽입된 저항 값을 변화시키기 위한 제어 가능한 디바이스를 발진 회로에 포함한다.
본 발명에 따른 디바이스는 단독으로 또는 조합하여 취해진 본 발명의 다른 옵션 특성을 포함할 수 있다.
제어 가능한 디바이스는 적어도 바이패스 스위치 및 댐핑 저항기로 형성되거나 이를 포함할 수 있다. 바이패스 스위치는 열린 상태와 닫힌 상태 사이를 스위칭할 수 있고, 상기 댐핑 저항기와 바이패스 스위치는 상기 바이패스 스위치의 일 상태에서는, 상기 댐핑 저항기가 상기 발진 회로의 인덕턴스, 커패시턴스 및 발진 트리거와 전기적으로 직렬로 발진 회로 내로 삽입되도록 배열되는 한편, 바이패스 스위치의 다른 상태에서는, 댐핑 저항기가 발진 회로에 대해 단락되도록 배열된다.
발진 회로는 발진 회로의 인덕턴스, 커패시턴스 및 발진 트리거와 전기적으로 직렬로, 발진 회로 내로 영구적으로 삽입된 적어도 하나의 영구 저항기를 포함할 수 있다.
발진 회로는 여러 댐핑 저항기를 포함할 수 잇고, 각각의 댐핑 저항기는 댐핑 저항기의 별개의 바이패스 스위치와 연관되고, 각각의 바이패스 스위치는 열린 상태와 닫힌 상태 사이에서 스위칭할 수 있고, 댐핑 저항기 및 관련 바이패스 스위치는 개방 회로 스위치의 일 상태에서는, 스위치와 관련된 댐핑 저항기가 발진 회로의 인덕턴스, 커패시턴스 및 발진 트리거와 전기적으로 직렬로 발진 회로 내로 삽입되고, 한편 바이패스 스위치의 다른 상태에서는, 스위치와 연관된 댐핑 저항기는 발진 회로에 대해 단락되도록 배열된다.
차단 디바이스는 1차 스위치와 2차 스위치가 1차 지점과 2차 지점 사이의 메인 선로에 연속적으로 개재되지만 중간 지점의 양쪽에 위치하도록 메인 선로에 개재된 기계적 2차 스위치를 포함할 수 있고, 2개의 기계식 스위치는 열린 상태와 닫힌 상태 사이에서 각각 독립적으로 제어된다.
차단 디바이스는 2차 스위치와 전기적으로 병렬로 중간 지점과 2차 지점 사이에 전기적으로 배열된 2차 서지 보호기를 포함할 수 있다.
차단 디바이스는 1차 스위치와 2차 스위치에 의해 형성된 어셈블리와 전기적으로 병렬이고, 그리고 1차 서지 보호기 및 2차 서지 보호기에 의해 형성된 어셈블리와 전기적으로 병렬인, 1차 지점과 2차 지점 사이에, 용량성 버퍼 회로를 포함할 수 있으며, 용량성 버퍼 회로는 활성화 스위치 및 버퍼 커패시턴스를 포함한다. 전형적으로 용량성 버퍼 회로는 전용 유도성 컴포넌트를 포함하지 않는다.
활성화 스위치 및 버퍼 커패시턴스는 1차 지점에서 2차 지점으로 진행하는 용량성 버퍼 회로의 선로에서 전기적으로 직렬로 배열될 수 있다.
용량성 버퍼 회로는 버퍼 커패시턴스를 방전하기 위한 회로를 포함할 수 있다.
용량성 버퍼 회로는 예를 들어, 활성화 스위치를 직접 가로질러 활성화 스위치와 병렬로 배열된 3차 서지 보호기를 포함할 수 있다.
1차 스위치는 적어도 하나의 진공 스위치를 포함할 수 있다.
2차 스위치는 적어도 하나의 절연 가스 스위치를 포함할 수 있거나 적어도 하나의 진공 스위치를 포함할 수 있다.
본 발명은 또한 차단 디바이스를 제어하는 방법에 관한 것으로, 디바이스를 통해 차단될 전류의 세기 값을 결정하는 단계, 결정된 고장 전류 세기 값에 기초하여, 적어도 하나의 바이패스 스위치가 스위칭되어야 하는 상태를 결정하는 단계를 포함한다는 것에 특징이 있다. 이러한 방법에서, 발진 회로의 모든 바이패스 스위치는 동시에 스위칭될 수 있거나, 반대로 서로에 대해 시간 시프트를 가지고 스위칭될 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 차단 디바이스의 제 1 실시예의 개략도이다.
도 2는 본 발명에 따른 차단 디바이스의 제 2 실시예의 개략도이다.
도 3은 개방 프로세스 동안 본 발명의 제 1 실시예에 따른 디바이스의 동작 양적 특성의 일부의 변화를 개략적으로 도시한 그래프이다.
도 4는 본 발명에 따른 차단 디바이스에서 구현될 수 있는 발진 회로의 일 변형예의 개략도이다.
도 5는 본 발명에 따른 차단 디바이스에서 구현될 수 있는 발진 회로의 다른 변형예의 개략도이다.
도 1은 고 전압, 심지어, 초 고 전압의 DC 전류에 대한 본 발명에 따른 차단 디바이스(10)의 제 1 실시예의 개략도이다.
도 1에서 알 수 있는 바와 같이, 전류 차단 디바이스(10)는 제 1 단자(12)일 수 있는 1차 지점 및 제 2 단자(14)일 수 있는 2차 지점을 포함한다. 이 1차 지점(12) 및 이 2차 지점(14) 또는 단자는 디바이스(10)의 전류에 대한 입력/출력을 형성한다. 이러한 지점 각각은 디바이스(10)의 물리적 단자, 예를 들어, 물리적 연결 단자 또는 도체를 따라서의 지점인 디바이스(10)의 가상 단자에 해당할 수 있다.
도 1의 디바이스(10)는 제 1 단자(12)와 제 2 단자(14) 사이에서 연장되고 1차 지점(12)와 2차 지점(14) 사이의 메인 선로에 연속적으로 개재되는 메인 선로(16) 제 1 단자 (20) 및 제 2 단자(22)를 갖는 제 1 스위치(18), 및 또한 제 1 단자(26) 및 제 2 단자(28)를 갖는 2차 스위치(24)를 포함한다. 1차 스위치(18)의 제 1 단자(20)는 1차 지점(12)과 동일한 전위에 있다. 2차 스위치(24)의 제 2 단자 (28)는 2차 지점(14)과 동일한 전위에 있다. 1차 스위치(18)의 제 2 단자(22)와 2차 스위치(24)의 제 1 단자(28)는 동일한 전위에 있고, 2개의 스위치(18, 24) 사이에 배치된 메인 선로(16)의 중간 지점(13)과 동일한 전위에 있다. 1차 스위치(18)와 2차 스위치(24)가 닫힌 상태에 있을 때, 전류가 통하게 하고, 전류는 메인 선로(16)에서 디바이스(10)를 통과하여 흐르고, 이는 1차 지점(12)과 2차 지점(14) 사이의 디바이스(10)의 최저 임피던스 선로이다. 1차 스위치(18) 및 2차 스위치(24) 중 하나 또는 둘 모두는 열린 상태 또는 닫힌 상태로 스위칭될 수 있다.
디바이스(10)는 전기 설비에 통합되도록 의도된다. 예를 들어, 디바이스(10)의 제 1 단자(12)는 예를 들어, 100 킬로 볼트 보다 큰 고 전압 소스를 포함할 수 있는 설비의 일부에 연결될 수 있다. 제 2 단자(14)는 예를 들어, 전류 소비 회로, 예를 들어, 전하 또는 전기 네트워크에 연결될 수 있다. 이러한 방식으로, 도시된 예에서, 제 1 단자(12)는 업스트림 단자 또는 전류 입력 단자인 반면, 제 2 단자(14)는 전류의 흐름 방향에서 다운스트림 단자 또는 전류 출력 단자인 것으로 간주될 수 있다. 따라서, 이 예에서, 디바이스의 메인 선로(16)은 DC 전압 소스에 의해 제공되는 공칭 전류에 의해 교차되도록 의도될 것이다. 그러나, 본 발명에 따른 디바이스(10)는 가역적이어서 반대 방향으로 디바이스를 통과하는 전류의 흐름이 제공될 수 있다.
전기 설비는 고 전압 필드에서 공칭 DC 전압, 따라서 적어도 1,500볼트 초과, 바람직하게는 초 고 전압 필드에서, 따라서 75,000볼트 초과에서 작동하도록 제공된다. 본 발명은 특히 적어도 100,000 볼트(100kV)보다 큰 전압에서, 최대 3,000 암페어, 바람직하게는 최대 10,000 암페어, 심지어 최대 20,000 암페어, 적어도 100,000A의 전류를 차단할 수 있는 능력을 갖는 차단 디바이스에 대한 유리한 애플리케이션을 발견할 것이다.
1차 스위치(18) 및 2차 스위치(24)는 특히 회로 차단기, 단로기(disconnector) 또는 퓨즈 유형 등일 수 있다. 아래에서 설명되는 보다 구체적인 예에서, 1차 스위치(18) 및 2차 스위치(24)는 예를 들어, 각각 회로 차단기(circuit breaker)에 의해 형성된다.
1차 스위치(18) 및 2차 스위치(24)는 바람직하게는 둘 모두 기계적 전기 차단 장치이고, 전기적 차단은 2개의 전기 컨택 또는 전기 컨택 쌍을 특히 이격시켜 이동시킴으로써 획득된다. 기계 장치에서, 전기 컨택의 변위는 일반적으로 기계식, 공압식, 유압식 또는 전기식 조작 부재 또는 액추에이터에 의해 가능하게는 모션 전달 운동학을 통해 달성된다. 이 변위는 전자적으로 모니터링할 수 있다. 위에 표시된 것처럼, 상당한 전류 및/또는 전압이 있는 경우, 전기 컨택의 기계적 분리는 장치가 보호하는 네트워크에 축적된 상당한 에너지로 인해 스위치의 두 전기 컨택 사이에 전기 아크(electric arc)가 발생할 수 있다. 기계적 분리를 통해 전기 아크가 수립된 상태를 유지하는 한, 아크의 존재에 의해 전류가 스위치를 통해 계속 흐르기 때문에 스위치는 전기적 차단을 달성하지 않는다. 아래에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명은 전류 흐름의 효과적인 차단이라는 의미에서 전기적 차단을 보장하기 위한 수단을 제공한다.
1차 스위치(18) 및/또는 2차 스위치(24)는 각각 단일 기계적 전기적 차단 장치를 구성할 수 있거나, 각각 전기적으로 직렬 및/또는 병렬로 배열된 여러 기계적 전기적 차단 디바이스를 구성할 수 있다. 전류 공급 수단("버스바(busbar)"라고도 함)이 절연 유체로 채워진 밀봉된 챔버에 봉입(enclose)된 "금속 밀폐형" 장치라고 하는 장치일 수 있다. 금속으로 봉입된 장치는 특히 공기 중에서 절연이 달성되는 장치보다 더 컴팩트한 방식으로 설계될 수 있다.
기계적 전기 차단 스위치는 특히 절연 지지체에 의해 접지 전위에 있는 챔버의 주변 벽에서 멀리 떨어진 고정 위치에 홀딩되는 두 개의 전극을 포함하는 통상적인 형태일 수 있다. 이들 전극은 전극 중 하나의 일부를 형성하는 가동 연결 부재, 예를 들어, 명령에 의해 작동되는 슬라이딩 튜브의 위치에 기초하여 전기적으로 연결되거나 전기적으로 분리된다. 튜브는 일반적으로 전기적으로 연결된 전극에 의해 운반되며 반대쪽 전극으로부터 튜브를 분리하면 전기 아크를 생성할 수 있으며 이는 튜브가 반대쪽 전극으로부터 멀어지는 동안 스위치의 열리는 동작 동안 연장될 수 있다. 기계적 전기 차단 스위치는 통상적으로 튜브와 두 전극에 의해 전달되는 두 쌍의 전기적 컨택을 포함한다. 제 1 쌍은 공칭 전류가 장치의 완전히 닫힌 위치에서 통과하는 쌍이다. 이 컨택 쌍은 아크 컨택 또는 보조 컨택 쌍이라고 하는 제 2 컨택 쌍의 도움을 받을 수 있다. 제 1 쌍의 아크 현상을 최소화하고 완전히 닫힌 위치에서 양호한 전기 전도 상태를 보장하기 위해 이 쌍의 두 컨택은 제 1 쌍이 분리되는 동안 직접 컨택을 유지한다. 반대로, 2 차 쌍의 컨택은 마지막으로 분리되고 전기 아크의 수립을 본다.
일부 실시예에서, 1차 스위치(18)는 진공 스위치이거나 적어도 하나의 진공 스위치를 포함하며, 활성 차단 부재, 특히 전기 컨택은 압력이 대기압보다 더 낮은 특히 100밀리바 미만, 특히 10마이크로바 미만인 밀봉된 챔버에 봉입된다. 이러한 스위치는 세기 변화율이 높은 전류의 경우에도 완전한 전기적 차단을 보장할 수 있다는 장점이 있으며, 이는 시간에 대한 세기의 미분 값(dI/ dt)가 높다.
본 발명의 일부 실시예에서, 2차 스위치(24)는 절연 유체 스위치이거나, 적어도 하나의 절연 유체 스위치, 특히 절연 가스 스위치를 포함한다. 이 유형의 스위치는 특히 고 전압, 심지어 초 고 전압의 전류를 차단하도록 적응된다. 이러한 장치에서 활성 차단 부재, 특히 전기 컨택은 가스, 일반적으로 육불화황(SF6)일 수 있는 절연 유체가 있는 밀봉된 챔버에 봉입되지만 액체 또는 오일도 사용된다. 절연 유체는 예를 들어, 절대 3바(bar) 이상의 압력에서의 가압 유체일 수 있다. 이 유체는 절연 성질, 특히 등가 압력에서 건조한 공기의 유전 세기보다 더 큰 유전 세기를 갖도록 선택된다.
따라서, 아래에 더 상세히 설명될 실시예를 포함하는 일부 실시예에서, 1차 스위치(18)는 진공 스위치이거나 이를 포함하고, 2차 스위치(24)는 절연 유체 스위치, 특히 절연 가스 스위치이거나 이를 포함한다. 그러나, 다른 조합, 예를 들어, 디바이스가 동일한 기술의 1차 스위치와 2차 스위치, 특히 둘 모두 진공 스위치 유형을 포함하는 조합이 가능하다.
도 1에서 알 수 있는 바와 같이, 디바이스(10)는 1차 지점(12)과 중간 지점(13) 사이에 1차 스위치(18)와 병렬로 배열된 따라서 1차 스위치(18)와 전기적으로 병렬인 1차 서지 보호기(30), 및 2차 스위치(24)와 전기적으로 병렬로 배열된 2차 서지 보호기(32)를 포함하고, 따라서 2차 서지 보호기(32)는 중간 지점(13)과 2차 지점(14) 사이에 전기적으로 배열된다.
이러한 서지 보호기는 병렬로 배치된 스위치 양단의 전위차 진폭을 제한할 수 있다. 따라서 서지 보호기(30, 32) 또는 "전압 서지 방지기(voltage surge arester)"는 양단의 전압 피크를 제한하는 디바이스이다. 서지 보호기(30, 32)는 일반적으로 양단의 전압에 기초하여 가변 저항을 갖는 전기 컴포넌트를 포함한다. 저항 값의 변화는 일반적으로 서지 보호기(30, 32) 양단의 전압과 선형이 아니다. 일반적으로, 서지 보호기(30, 32) 양단의 전이 전압 아래에서는, 저항은 상당하고, 전압 증가에 따른 저항의 감소가 0 또는 비교적 작으며, 서지 보호기는 누설 전류, 바람직하게는 1A 미만 또는 100mA 미만만 통과시킨다. 반대로, 서지 보호기 양단의 전이 전압 초과에서는, 클립 전압 값에 도달하는 전압 증가 또는 서지 보호기의 저항이 낮아지는, 심지어 매우 낮아지는 보호 전압에 기초하여 서지 보호기의 저항이 급격히 감소한다. 다시 말해서, 서지 보호기는 선택된 전류 간격에 걸쳐 양단에서 전압 제한기(voltage limiter) 역할을 한다. 서지 보호기의 치수가 정해진 최고 전류를 통과시킬 때 보호 전압에 반대한다. 전이 전압 아래에서는, 전류의 통과를 방해하는 경향이 있다. 전이 전압을 넘어서는, 서지 보호기를 통과하는 전류의 통과를 승인하여 양단의 전압을 약간 증가시킨다. 알려진 바와 같이, 전이 전압은 일반적으로 정확한 값이 아니라 전이 전압의 범위에 해당한다. 다만, 본 명세서에서는 서지 보호기의 전이 전압은 서지 보호기가 1암페어(A)의 전류를 통과시키는 전압으로 정의한다. 보호 전압은 치수가 정해진 최대 전류와 교차할 때 서지 보호기 양단의 전압이다. 서지 보호기 중에서, 특히 바리스터(varistor) 및 TVS 다이오드("Transil™" 다이오드 또는 TVS 다이오드와 같은 과도 전압 억제 다이오드)를 포함할 수 있는 피뢰기(lightning arrester)가 특히 알려져 있다. 특히, 본 발명의 범위 내에서 1차 서지 보호기(30) 및/또는 2차 서지 보호기(32)는 각각 금속 산화물 바리스터(또는 MOV)를 포함할 수 있다.
바람직하게는, 예시된 예에서와 같이, 1차 서지 보호기(30)는 전이 전압이 예를 들어, 10,000볼트(10kV) 내지 100,000볼트(100kV) 범위에 포함되는 서지 보호기인 것으로 제공될 수 있다. 2차 서지 보호기(32)는 일반적으로 전이 전압이 1차 서지 보호기(30)의 것보다 큰 서지 보호기일 것이다. 보다 구체적으로, 서지 보호기는 바람직하게는 2차 서지 보호기(32)와 1차 서지 보호기(30) 사이의 전이 전압 비율이 1에서 10 사이 이도록 전이 전압을 갖는다.
2개의 연속적인 1차 스위치(18) 및 2차 스위치(24)를 포함하는 도 1의 예에서, 1차 서지 보호기(30)의 전이 전압은 바람직하게는 차단 디바이스(10)가 삽입되는 전기 설비의 공칭 전압보다 엄격하게 낮다. 특히 최적화된 실시예에서, 1차 서지 보호기(30) 및 2차 서지 보호기(32)는 1차 서지 보호기(30)의 전이 전압과 2차 서지 보호기(32)의 전이 전압의 합이 전기 설비의 공칭 전압 이상 이도록 선택될 것이다.
따라서, 도 1의 디바이스의 맥락에서, 보호 전압이 200kV보다 작은 전압인 1차 서지 보호기(30)를 선택함으로써, 1차 스위치(18) 양단의 전압이 이 보호 전압 이하로 유지되도록 보장되며, 이는 비용 및 공간 요구 사항이 동등한 고 전압 시스템보다 훨씬 낮은 스위치를 사용하는 것을 허용한다. 이 1차 스위치(18)에서의 전기적 차단도 촉진된다.
1차 서지 보호기(30) 및/또는 2차 서지 보호기(32)는 각각 전기적으로 직렬 및/또는 병렬로 배열된 여러 개별 컴포넌트의 어셈블리 형태로 만들어질 수 있다. 각각의 개별 컴포넌트는 바리스터 예컨대, 피뢰기, 특히 금속 산화물 바리스터 또는 TVS 다이오드이다. 바람직하게는, 전기적으로 직렬 및/또는 병렬로 배열된 여러 개별 컴포넌트의 어셈블리는 디바이스의 나머지 부분의 관점에서 보면, 어셈블리에 대한 등가 전이 전압 및 어셈블리에 대한 보호 전압을 갖는 단일 서지 보호기의 거동을 갖는다.
도 2는 고 전압, 심지어는 초 고 전압 DC 전류용이지만 단순화된 디자인 본 발명에 따른 차단 디바이스(10)의 제 2 실시예의 개략도이다. 두 실시예에 공통 엘리먼트는 동일한 도면 번호로 지정되며, 위에 설명된 이와 관련된 세부사항은 달리 표시되지 않는 한 이 제 2 실시예에 적용할 수 있다.
이 단순화된 실시예에서, 차단 디바이스(10)는 제 1 단자(12)와 제 2 단자(14) 사이에서 연장되는 메인 선로(16)에 1차 스위치(18)만을 포함한다. 따라서 이 실시예는 제 1 실시예에 설명된 2차 스위치를 포함하지 않는다. 이것은 1차 스위치(18)가 직렬 또는 병렬로 배열된 여러 전기 스위치의 어셈블리 형태로 만들어지는 것을 방지하지 않지만 회로의 나머지 부분의 관점에서 볼 때 단일 스위치로 보일 것이다. 1차 스위치(18)의 제 1 단자(20)는 1차 지점(12)과 동일한 전위에 있다. 1차 스위치(18)의 제 2 단자(22)는 2차 지점(14)과 동일한 전위에 있다. 1차 스위치(18)가 닫힌 상태에 있을 때, 전류가 흐르게 하고, 전류는 메인 선로(16)에서 디바이스(10)를 통과하여 흐르고, 이는 1차 지점(12)과 2차 지점(14) 사이의 디바이스(10)의 가장 낮은 임피던스 선로이다. 1차 스위치(18)는 열린 상태 또는 닫힌 상태로 스위칭될 수 있다.
1차 스위치(18)는 바람직하게는 기계적 전기 차단 디바이스이다. 1차 스위치(18)는 단일의 기계적 전기 차단 디바이스로 구성되거나 전기적으로 직렬 및/또는 병렬로 배열된 여러 기계적 전기 차단 디바이스로 구성될 수 있다. "금속 봉입된(metal enclosed)" 장치라고 하는 장치일 수 있다. 일부 실시예에서, 1차 스위치(18)는 진공 스위치이거나 적어도 하나의 진공 스위치를 포함한다.
도 2에서 알 수 있는 바와 같이, 디바이스(10)는 1차 지점(12)과 중간 지점(14) 사이에 1차 스위치(18)와 병렬로 배열된 1차 서지 보호기(30)를 포함하므로, 1차 스위치(18)와 전기적으로 병렬이다. 1차 지점(12)과 2차 지점(14) 사이에 1차 스위치(18)만을 포함하는 이 실시예에서, 1차 서지 보호기(30)가 전기 설비의 공칭 전압보다 엄격하게 크거나 같은 전이 전압(transition voltage)을 갖도록 제공하는 것이 가능하다.
두 실시예에 공통인 본 발명의 일 양태에 따르면, 차단 디바이스(10)는 1차 스위치(18)와 전기적으로 병렬로 배열된 발진 회로(40)를 포함한다. 발진 회로(40)는 1차 서지 보호기(30)와 전기적으로 병렬로 배열된다는 것에 유의한다.발진 회로(40)는 1차 스위치(18)를 통한 전류의 제로 크로싱을 생성할 수 있도록 설계된다. 제 1 실시예에서, 발진 회로(40)는 1차 지점(12)과 중간 지점(13) 사이에 배치되어 2차 스위치(24)가 아니라, 1차 스위치(18)를 통해서만 전류의 제로 크로싱을 생성한다. 도 2의 제 2 실시예에서, 발진 회로(40)는 1차 지점(12)와 2차 지점(14) 사이에 배열된다.
이러한 발진 회로(40)는 1차 스위치가 기계적으로 열릴 때 1차 스위치(18)를 통한 전기적 차단을 촉진하는 것을 목적으로 한다. 실제로, 그러한 스위치를 연 후에도, 스위치의 개별 컨택 사이에 전기 아크가 수립되어 효과적인 전기 차단의 달성을 방해할 수 있다. 발진 회로(40)에 의해 생성된 1차 스위치를 통한 전류의 제로 크로싱(zero crossing)은 1차 스위치(18)를 통한 전기적 차단을 촉진하는 것을 허용한다.
발진 회로(40)는 도 1의 제 1 실시예에 대한 1차 지점(12)과 중간 지점(13) 사이 그리고 도 2의 제 2 실시예에 대한 1차 지점(12)과 2차 지점(14) 사이에 있는 1차 스위치(18)와 병렬로, 발진 회로(40) 내에 전기적으로 직렬로 배열된, 적어도 인덕턴스(42), 커패시턴스(44) 및 발진 트리거(46)를 포함한다. 두 경우 모두, 이러한 발진 회로(40)의 동작을 위해, 커패시턴스(44)가 발진 회로(40)의 트리거링 전에 미리 충전되는 것이 유리하다. 이 경우, 회로(40)는 추가로 커패시턴스(44)를 미리 충전하기 위한 회로(도면에 도시되지 않음)를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 디바이스는 발진 회로(40)에, 발진 회로(40)의 인덕턴스(42), 커패시턴스(44) 및 발진 트리거(46)와 전기적으로 직렬인 적어도 하나의 댐핑 저항기(48)를 포함하고, 발진 회로(40)는 발진 회로에 직렬로 삽입된 저항 값을 변경하기 위한 제어 가능한 디바이스를 포함한다.
따라서, 도 1 및 도 2에 도시된 2개의 예시적인 실시예에서, 바람직하게는 이러한 발진 회로(40)에서 적어도 하나의 댐핑 저항기(48) 및 댐핑 저항기(48)의 적어도 하나의 바이패스 스위치(50)를 제공하는 것이 가능하다. 바이패스 스위치(50)는 열린 상태와 닫힌 상태 사이를 스위칭할 수 있다. 댐핑 저항기(48)와 바이패스 스위치(50)는, 예를 들어, 서로 병렬로 배열되어, 바이패스 스위치(50)의 일 상태에서는, 댐핑 저항기(48)는 발진 회로(40) 내에 인덕턴스(42), 커패시턴스(44) 및 발진 트리거(46)와 전기적으로 직렬이 되고, 바이패스 스위치(50)의 다른 상태에서는, 댐핑 저항기(48)가 발진 회로(40)에 대해 단락된다.
도 1 및 도 2의 예에서, 댐핑 저항기(48)은 도 1의 제 1 실시예의 경우 1차 지점(12)과 중간 지점(13) 사이, 도 2의 제 2 실시예의 경우 1차 지점(12)과 2차 지점(14) 사이에 있는 1차 스위치(18)와 직접적으로 그리고 병렬로만 연장되는 발진 회로(40)의 전기 선로에서 인덕턴스(42), 커패시턴스(44) 및 발진 트리거(46)와 전기적으로 직렬이다. 바이패스 스위치(50)는 댐핑 저항기(48)와 직접적으로 그리고 병렬로만 배열된다. 따라서, 바이패스 스위치(50)가 열린 상태에 있을 때, 댐핑 저항기(48)는 인덕턴스(42), 커패시턴스(44) 및 발진 트리거(46)와 전기적으로 직렬이지만, 바이패스 스위치(50)가 닫힌 상태에 있을 때, 댐핑 저항기(48)는 발진 회로(40)에 대해 단락된다.
댐핑 저항기(48)는 전기적으로 직렬 및/또는 병렬로 배열된 여러 개별 컴포넌트의 어셈블리 형태로 만들어질 수 있다는 점에 유의한다. 그러면 연관된 바이패스 스위치(50)는 일반적으로 어셈블리와 전기적으로 병렬로 배열된다.
발진 트리거(46)는 스위치, 바람직하게는 반도체 스위치이지만, 특히 도 2에 도시된 1차 스위치만을 포함하는 디바이스에서 기계적 스위치도 고려될 수 있다. 바람직하게는 양방향이다. 따라서, 도 1의 예에서 처럼, 헤드-투-테일(head-to-tail) 장착된 2개의 사이리스터(thyristor)(46a, 46b)를 이용한 병렬인 어셈블리 형태로 만들어질 수 있다. 이러한 어셈블리는 TRIAC와 유사하다. 그러나 IGBT 또는 다른 유형의 제어된 스파크 갭과 같은 다른 반도체 컴포넌트를 사용할 수 있다. 내전압(voltage withstand) 또는 전류 취급상의 이유로, 발진 트리거(46)는 전기적으로 직렬 및/또는 병렬로 배열된 스위치 어셈블리의 형태로 만들어질 수 있지만, 바람직하게는 디바이스의 나머지 부분에 대해 단일 스위치로 동작하도록 제어될 수 있다.
바이패스 스위치(50)는 바람직하게는 반도체 스위치이지만, 기계적 스위치도 고려될 수 있다. 바람직하게는 양방향이다. 따라서 도 1 및 도 2의 예에서와 같이 헤드-투-테일 장착된 2개의 사이리스터(50a, 50b)의 병렬 어셈블리 형태로 만들어질 수 있다. 이러한 어셈블리는 TRIAC와 유사하다. 그러나 IGBT 또는 다른 유형의 제어된 스파크 갭과 같은 다른 반도체 컴포넌트가 사용될 수 있다. 내전압 또는 전류 취급상의 이유로, 바이패스 스위치(50)는 전기적으로 직렬 및/또는 병렬로 배열된 스위치 어셈블리의 형태로 만들어질 수 있지만 바람직하게는 디바이스의 나머지 부분에 대해 단일 스위치에 대해 동작하도록 제어될 수 있다.
도 4는 본 발명에 따른 차단 디바이스(10)를 위한 발진 회로(40)의 제 1 변형예를 도시한다. 이 변형예에서, 발진 회로(40)는 인덕턴스(42), 커패시턴스(44) 및 발진 트리거(46)와 전기적으로 직렬로, 발진 회로(40) 내에 영구적으로 삽입된 적어도 하나의 영구 저항기(R')를 포함한다. 이 영구 저항기(R')는 바이패스 스위치와 연관되지 않는다. 이 예에서, 영구 저항기(R')는 댐핑 저항기(48)가 발진 회로(40)에 대해 단락될 때 발진 회로의 저항의 최소값을 결정한다. 댐핑 저항기(48)가 발진 회로(40)에 삽입되면 즉, 관련된 바이패스 스위치(50)가 열린 예에서, 발진 회로의 저항 값은 영구 저항기(R')와 댐핑 저항기(48)의 전기 저항 값의 합에 의해 결정된다. 영구 저항기 (R')는 전기적으로 직렬 및/또는 병렬로 배열된 여러 개별 컴포넌트의 어셈블리 형태로 만들어질 수 있다.
도 5는 본 발명에 따른 차단 디바이스(10)를 위한 발진 회로(40)의 제 2 변형예를 도시한다. 이 변형예에서, 발진 회로(40)는 적어도 제 2 댐핑 저항기(48') 및 제 2 댐핑 저항기(48)과 연관된 적어도 제 2 바이패스 스위치(50')를 포함한다. 제 2 바이패스 스위치(50')는 열린 상태와 닫힌 상태 사이에서 스위칭할 수 있다. 제 2 댐핑 저항기(48') 및 제 2 바이패스 스위치(50')는 여기서 서로 병렬로 배열되어, 제 2 바이패스 스위치(50')의 일 상태에서 제 2 댐핑 저항기(48')는 발진 회로(40) 내에 인덕턴스(42), 커패시턴스(44) 및 발진 트리거(46)와 그리고 제 2 댐핑 저항기가 댐핑 회로(40)에 삽입되는 경우 제 1 댐핑 저항기(48)와 전기적으로 직렬이다. 제 2 바이패스 스위치(50')의 다른 상태에서, 제 2 댐핑 저항기는 발진회로(40)에 대해 단락된다. 2개의 댐핑 저항기(48, 48')가 발진 회로(40)에 삽입될 때, 즉 2개의 연관된 바이패스 스위치(50, 50')가 개방된 예에서, 발진 회로의 저항 값은 2개의 댐핑 저항기(48, 48')의 전기 저항 값의 합에 의해 결정된다.
물론, 도 5의 변형예는 2개보다 많은 댐핑 저항기, 결과적으로 2개보다 많은 바이패스 스위치로 일반화될 수 있다. 따라서, 발진 회로(40)는 여러 댐핑 저항기를 포함할 수 있고, 각각의 댐핑 저항기는 댐핑 저항기의 별개의 바이패스 스위치와 연관되고, 각각의 바이패스 스위치는 열린 상태와 닫힌 상태 사이에서 스위칭할 수 있다. 댐핑 저항기 및 관련 바이패스 스위치는 예를 들어, 서로 병렬로 배열되어, 바이패스 스위치의 일 상태에서는, 스위치와 관련된 댐핑 저항기가 인덕턴스(42), 커패시턴스(44) 및 발진 트리거(46)와 전기적으로 직렬로 발진 회로(40)내로 삽입되고, 바이패스 스위치의 다른 상태에서는, 스위치와 관련된 댐핑 저항기가 발진 회로(40)에 대해 단락된다.
바이패스 스위치와 각각 연관된 여러 개의 댐핑 저항기를 가짐으로써, 바이패스 스위치가 동시에 제어되도록 제공할 수 있다. 반대로, 발진 회로의 바이패스 스위치 중 적어도 일부가 서로에 대해 시간 시프트를 가지고 스위칭되도록 제공하는 것이 가능하다. 따라서, 발진 회로의 총 저항 값을 2개 초과의 저항 값 단계로 조정할 수 있다.
도 4와 5의 두 가지 변형예는 동시에 하나 이상의 영구 저항기와 여러 개의 댐핑 저항기를 포함하는 발진 회로로 조합될 수 있으며, 모두 발진 회로 내로 직렬로 삽입되거나 서로 직렬로 삽입될 수 있다.
그러한 발진 회로(40)의 존재의 역할 및 이점은 특히 함께 제공된 디바이스의 동작에 대한 설명으로부터 나타날 것이다. 이를 위해 이러한 차단 디바이스(10)를 사용하여 구현된 차단 동작 동안 도 1의 디바이스에서 일부 파라미터의 변화를 예시하는 도 3을 참조할 것이다. 그러나, 이러한 발진 회로(40)의 존재의 역할 및 이점을 설명하기 전에, 차단 디바이스(10) 전체의 다른 변형예에 대한 상보적 엘리먼트가 아래에서 설명된다. 이러한 상보적 엘리먼트는 옵션이다.
도 1의 실시예와 같은 일부 실시예에서, 본 발명에 따른 차단 디바이스(10)는 1차 스위치(18) 및 2차 스위치(24)에 의해 형성된 어셈블리와 전기적으로 병렬이고, 1차 서지 보호기(30) 및 2차 서지 보호기(32)에 의해 형성된 어셈블리와 전기적으로 병렬이며, 전용 유도성 컴포넌트가 없이, 1차 지점(12)와 2차 지점(14) 사이에 용량성 버퍼 회로(34)를 포함한다. 이 용량성 버퍼 회로(34)는 활성화 스위치(36) 및 버퍼를 포함한다. 예시된 예에서, 이 회로는 따라서, 전기 선로(35)를 포함하며, 이 선로의 한쪽 끝은 1차 지점(12) 및 1차 스위치(18)의 제 1 단자(20)와 동일한 전위에 있는 지점에서 메인 선로(16)에 전기적으로 연결되고, 이 선로의 다른 쪽 끝은 2차 지점(14) 및 2차 스위치(24)의 제 2 단자(28)와 동일한 전위에 있는 지점에서 메인 선로(16)에 전기적으로 연결된다. 활성화 스위치(36)와 버퍼 커패시턴스(38)가 전기적으로 직렬로 개재된 것은 이 선로(35)에 있다. 버퍼 커패시턴스(38)는 예를 들어, 총 전기 커패시턴스 C38를 갖는 하나 이상의 커패시터를 포함하거나 이들로 형성될 수 있다.
용량성 버퍼 회로(34)는 임의의 회로와 마찬가지로, 기생 인덕턴스를 가질 수 있고, 이는 특히 그것이 포함하는 전기 컴포넌트의 바로 그 성질로부터 발생하고 회로의 기하학적 구조로부터 발생한다. 그러나, 예시 실시예에서, 이 용량성 버퍼 회로(34)는 임의의 전용 유도성 컴포넌트, 즉 원하는 유도성 기능을 갖는 임의의 개별 컴포넌트를 포함하지 않으므로, 기생 인덕턴스보다 큰 인덕턴스를 갖는 임의의 컴포넌트, 특히 임의의 코일 또는 유도 강자성 코어를 갖지 않는다. 따라서, 용량성 버퍼 회로는 매우 낮은 인덕턴스를 가질 수 있고, 예를 들어, 공칭 네트워크 전압의 10킬로볼트 섹션 당 50마이크로 헨리 미만 또는 1 마이크로 헨리 미만이다.
도 1 실시예와 같은 일부 실시예에서, 용량성 버퍼 회로(34)는 버퍼 커패시턴스(38)를 방전하기 위한 회로를 포함할 수 있다. 도 1의 예에서, 방전 회로는 수동 방전 회로이고, 임의의 능동 컴포넌트를 포함하지 않는다. 이 예에서, 방전 회로는 버퍼 커패시턴스(38)와 병렬로 배열된 저항기(39)를 포함한다. 바람직하게, 저항기(39)는 고 전기 저항 값 R39를 가져서 버퍼 커패시턴스(38) 및 저항기(39)로 구성된 쌍극자가 병렬로 배열되고 이는 전기 선로(35)에 삽입되고, 2차 스위치(24)의 전기적 차단 시간과 비교하여 상당한 시상수(time constant), 예를 들어, 50밀리초 보다 큰, 바람직하게는 100밀리초 보다 큰 시상수를 갖는다. 이 예에서 시상수는 곱 R39 x C38과 같다. 도시되지 않은 다른 유형의 방전 회로는 제어 스위치와 같은 적어도 하나의 능동 컴포넌트를 포함할 수 있다. 따라서, 방전 회로는 저항기(39)와 전기적으로 직접 직렬로 배열되는 제어된 스위치를 포함할 수 있으며, 이 두 컴포넌트의 어셈블리는 버퍼 커패시턴스(38)와 병렬로 연결된다. 제어된 스위치가 전류를 통과시키는 닫힌 상태로 스위칭될 때, 버퍼 커패시터(38)의 두 플레이트 사이에 방전 회로가 형성될 것이다.
도 1의 실시예에서, 용량성 버퍼 회로(34)에 활성화 스위치(36)와 병렬로 배열된 3차 서지 보호기(37)의 옵션의 제공에 주목한다. 3차 서지 보호기(37)는 바람직하게는, 용량성 버퍼 회로(34)의 선로(35)에서 버퍼 커패시턴스(38)와 전기적으로 직렬로 반대로 배열된다는 의미에서 도시된 바와 같이 활성화 스위치(36) 양단에 직접 배열될 수 있다. 3차 서지 보호기(37)는 바람직하게는 활성화 스위치(36) 양단의 전압을 제한하도록 치수가 정해질 수 있다. 예를 들어, 보호 전압이 10,000볼트(10kV)에서 100,000볼트(100kV) 범위인 서지 보호기를 선택할 수 있다. 따라서, 보호 전압이 이 전압 범위에 있는 3차 서지 보호기(37)를 선택함으로써, 활성화 스위치(36) 양단의 전압이 이 전압 범위에 유지되는 것이 보장되며, 이는 비용 및 공간 요구 사항이 더 높은 전압에서 동등한 시스템보다 훨씬 낮은 스위치를 사용하는 것을 허용한다.
그러나, 용량성 버퍼 회로(40)에 이러한 3차 서지 보호기(37)가 존재하는 경우, 전이 전압이 1차 서지 보호기(30)의 보호 전압보다 큰 3차 서지 보호기를 선택하는 데 주의를 기울이는 것이 바람직하다.
도 3은 디바이스를 통한 전류의 통과를 허용하는 닫힌 상태에서 2차 지점(14)으로부터 1차 지점(12)을 전기적으로 절연하는 열린 상태로 스위칭하는 도 1에 도시된 차단 디바이스에 대하여 예시하며, 다음 파라미터의 시간 경과에 따른 변화:
- 2차 스위치(24) 양단의 전압 V24;
- 2차 스위치(24)를 통한 전류의 세기 I24;
- 발진 트리거(46)를 통한 전류의 세기 I46;
- 바이패스 스위치(50)를 통한 전류의 세기(I50);
- 1차 스위치(18) 양단의 전압 V18;
- 1차 스위치(18)를 통한 전류의 세기 I18;
- 1차 서지 보호기(30)를 통과하는 전류의 세기 I30;
- 2차 서지 보호기(32)를 통과하는 전류의 세기(I32);
- 디바이스(10)를 통과하는 전류의 세기 I12; 및
- 디바이스(10) 양단의 전압 V12-14.
본 발명에 따른 차단 디바이스(10)를 제어하기 위한 방법에서, 디바이스를 닫힌 상태에서 열린 상태로 가져오기 위해, 1차 스위치(18) 그리고 도 1의 실시예에 대한, 2차 스위치(24)의 기계적 열림을 포함하는 단계가 제공된다. 2 개의 스위치는 기계적으로 동시에 열리거나 임의의 순서로 연속적으로 열릴 수 있다. 도 3의 예에서는, 이 열림이 순간 t0에서 유효하다고 가정한다. 스위치 또는 2개의 스위치를 여는 단계는 차단 디바이스를 열려는 단순한 욕구에 의해, 예를 들어, 디바이스(10)의 2차 지점(14)에 전기적으로 연결된 전기 설비의 다른 부분에 대해 디바이스(10)의 1차 지점(12)에 전기적으로 연결된 설비의 일부를 전기적으로 절연하기 위한 목적으로 예를 들어, 디바이스(10)를 통해 제공되는 공칭 전류로 정상 충전 상태에서 트리거될 수 있다. 스위치 또는 2 개의 스위치를 여는 단계는 예를 들어, 차단 디바이스(10)를 통한 고장 전류와 같은 전기 설비에 전기적 고장이 있는 경우 트리거될 수 있다. 이 고장 전류는 디바이스(10)를 통해 제공되는 최대 공칭 전류보다 클 수 있다. 고장이 있는 경우 이러한 개방은 이 고장의 검출, 특히 디바이스(10)를 통한 전류의 하나 이상의 파라미터, 예를 들어, 디바이스(10)를 통한 전류의 세기 검출로부터 기인할 수 있다. 위에서 설명한 바와 같이, 스위치 또는 2개의 스위치(18, 24)의 기계적 개방은 1차 스위치(18) 또는 2 개의 스위치 각각을 통한 전기 아크의 수립으로 인해 차단 디바이스(10)를 통한 전류의 통과의 차단이라는 의미에서 자체적으로 전기적 개방을 허용하지 않는다. 이하의 방법에 대한 설명에서는 이 가설을 정확히 가정한다.
이 가설에서, 방법은 1차 스위치 양단에서 1차 서지 보호기를 전류 전도 모드로 스위칭하기에 적합한 1차 서지 보호기(30)의 전이 전압보다 큰 전압이 발생하게 하기 위해 열린 1차 스위치(18)의 전류를 차단하는 것을 제공한다.
본 발명의 일 양태에 따라, 열린 1차 스위치(18)의 전류를 차단하기 위해, 아래에 설명될 것에 따라 전술한 발진 회로(40)의 변형예 중 하나가 사용될 수 있다. 도 3의 예에서, 발진 회로(40)의 구현은 발진 트리거(46)의 닫힘에 대응하는 순간 t1에서 시작하고, 1차 스위치(18)의 이러한 전기적 열림은 순간 t3에서 유효하다고 가정된다.
그렇게 하기 위해, 도 1 및 2 또는 도 4 또는 5에 도시된 바와 같이, 그리고 전술한 바와 같이 발진 회로(40)를 구현하는 것이 제안된다. 실제로, 그러한 디바이스 덕분에, 원하는 대로 제어 가능한 방식으로 그리고 어쩌면 일시적으로, 1차 스위치(18)를 포함하는 메인 선로 부분(16) 및 발진 회로(40)에 의해 형성된 발진 루프에 적어도 하나의 댐핑 저항기(48)를 삽입할 수 있다. 따라서 발진 커패시턴스(44)나 초기 충전 레벨을 변경하지 않고, 인덕턴스(42)를 변경하지 않고, 더 낮은 비용으로 발진 회로(40)에 의해 발진 루프에 주입되는 발진 전류를 수정하는 것이 가능하다.
설명된 일부 실시예에서, 댐핑 저항기(48)과 연관된 바이패스 스위치(50)의 존재는 발진 회로(40)를 직렬 RLC 회로에서 직렬 LC 회로로 또는 그 반대로 즉시 변환하는 것을 허용한다. 다른 실시예에서, 댐핑 저항기(48)과 연관된 바이패스 스위치(50)의 존재는 직렬 RLC 회로의 발진 회로(40)를 상이한 총 전기 저항 값을 갖는 다른 직렬 RLC 회로로 즉시 변환하는 것을 허용한다.
따라서, 메인 선로(16)에 흐르는 고장 전류에 기초하여, 1차 스위치(18)에서 효과적인 전기적 차단을 보장하기 위해, 직렬 RLC 회로의 방전으로부터 또는 직렬 LC 회로의 방전으로부터, 또는 다른 총 전기 저항 값을 갖는 다른 직렬 RLC 회로의 방전으로부터 발생하는 발진 전류를 발진 루프로 주입하는 것이 가능하다.
이러한 방식으로, 도 1 및 2 또는 도 4 또는 5에 도시된 바와 같은 발진 회로(40)를 포함하는 차단 디바이스(10)를 제어하는 방법이 제공되는 것이 가능하고, 방법은 주어진 순간에 디바이스를 통해 차단될 전류의 적어도 하나의 파라미터를 결정하는 단계, 예를 들어, 이 전류의 세기 값을 결정하는 단계를 포함한다. 이러한 결정은 예를 들어, 1차 스위치(18)를 포함하는 메인 선로 부분(16)의 전류 세기 센서의 존재에 의해 직접적일 수 있다. 이러한 결정은 예를 들어, 차단 디바이스 또는 설비의 다른 파라미터 분석과 같이 간접적일 수 있다. 이 결정은 직접 결정과 간접 결정 둘 모두를 조합할 수 있다. 이 결정은 차단 디바이스를 여는 프로세스를 시작되기 전에, 특히 1차 스위치(18)를 기계적으로 열기 전에 이루어질 수 있다. 이 결정은 차단 디바이스를 여는 과정이 시작된 후에, 특히 1차 스위치(18)의 기계적 개방 후에 이루어질 수 있다. 물론, 이러한 결정을 위해 차단 디바이스(10)의 개방 프로세스의 시작 전후에 결정된 파라미터를 고려할 수도 있다.
이러한 결정에 기초하여, 예를 들어, 고장 전류 세기의 결정된 값에 기초하여, 제어 방법은 댐핑 저항기(48) 또는 댐핑 저항기(48)와 연관된 바이패스 스위치(50)가 스위칭되어야 하는 상태를 결정할 수 있고, 특히 발진 회로(40)의 총 전기 저항 값을 적응시키기 위해 스위칭되어야 하는지 여부와 시기를 결정할 수 있다.
도 1에 도시된 디바이스의 동작과 더 구체적으로 관련된 도 3에 도시된 예는 발진 회로(40)가 순간 t1에서 발진 트리거(46)의 닫힘에 의해 활성화되는 경우를 예시한다. 이 순간 그리고 바로 이어지는 순간에, 바이패스 스위치(50)를 통과하는 전류 I50은 순간 t2까지 바이패스 스위치(50)의 열린 상태를 증명하는 0로 유지된다는 점에 유의한다. 따라서, 순간 t1과 t2 사이에, 댐핑 저항기(48)은 직렬 RLC 회로인 발진 회로(40) 내에 효과적으로 삽입된다. 따라서, 발진 커패시턴스(44)의 방전 개시는 직렬 RLC 회로의 방전에 해당한다. 순간 t2부터, 바이패스 스위치(50)는 댐핑 저항기(48)을 단락시키기 위해 닫힌 상태로 스위칭된다. 따라서, 발진 커패시턴스(44)의 나머지 방전은 직렬 LC 회로의 방전에 해당한다.
물론, 순간 t1과 t2 사이의 시간 간격 d1t의 지속 기간을 결정하는 것이 가능하고, 이 시간 간격 동안 댐핑 저항기(48)가 실제로 발진 회로(40)에 삽입된다. 이 지속 기간(d1t)은 미리 결정될 수 있거나, 또는 디바이스의 전류의 일부 파라미터, 특히 1차 스위치(18)를 통한 고장 전류의 파라미터에 기초하여 결정될 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 발진 회로(40)를 포함하는 차단 디바이스(10)는 트리거 스위치(46)의 닫힘 시에, 적어도 하나의 댐핑 저항기(48)가 발진 회로(40)에 삽입되거나 또는 반대로 이 회로에 대해 단락되도록 제어될 수 있다. 댐핑 저항기(48)가 발진 회로(40)에 삽입될 때, 이는 특히 발진 커패시턴스(44)의 방전이 시작될 때, 1차 스위치(18)에서 발진 회로(40)에 의해 생성된 전류의 세기 d(I18)/dt의 변화율을 제한하는 것을 허용한다. 댐핑 저항기(48)가 실제로 트리거 스위치(46)가 닫힐 때 발진 회로에 삽입되는 경우, 도 3에 도시된 바와 같이 전기적 차단이 1차 스위치(18)에서 유효하기 전을 포함하여 특정 시간 간격 후에 단락되도록 선택될 수 있거나 또는 반대로 발진 회로(40)의 전체 활성화 지속 기간 동안 발진 회로에 삽입된 상태로 유지되도록 선택될 수 있다.
도 1과 같은 디바이스의 경우, 발진 회로의 파라미터 특성 사이에 최적의 관계가 결정되었다.
[수학식 1]
Figure pct00001
- d1t: 댐핑 저항기(48)이 실제로 발진 회로(40)에 삽입되는 시간 간격;
- (dI18/dt) max: 1차 스위치(18)가 자체적으로 전기적 차단을 보장할 수 있는 1차 스위치(18)의 전류의 제로 크로싱에서 dI18/dt의 최대값;
- V44i: 발진 회로의 커패시턴스(44) 양단의 초기 전압;
- Idef: 디바이스(10)를 통해 차단될 전류의 진폭;
- R48: 댐핑 저항기(48)의 전기 저항 값;
- C44: 발진 회로(40)의 커패시턴스(44)의 커패시턴스 값;
- L72: 발진 회로(40)의 인덕턴스(42)의 인덕턴스 값.
1차 스위치(18)만을 포함하는 도 2에 도시된 차단 디바이스에서, 1차 스위치(18)를 통한 전류의 이러한 차단은 전압이 양단에 발생하도록 한다. 이 전압은 1차 서지 보호기(30) 양단에 반영되며, 이는 1차 스위치(18) 양단의 전압을 제한하는 역할을 할 수 있으므로 전기 아크를 재 점화할 위험을 제한한다. 1차 서지 보호기(30)의 보호 전압은 서지 보호기를 통과하는 전류가 있는 한, 즉 전류 I30이 0이 아닌 한 네트워크의 공칭 전압보다 더 크다. 이것은 네트워크로 에너지를 흡수하는 것과 관련이 있다. 이 에너지가 흡수되면, 1차 서지 보호기(30)를 통과하여 누설 전류만 디바이스(10)를 통해 흐를 수 있으므로, 도 2의 차단 디바이스(10)가 개방된 것으로 간주된다. 이를 위해, 차단 디바이스(10) 양단의 전압은 1차 서지 보호기(30) 양단의 전압과 같다는 것에 유의한다. 이 전압은 차단 디바이스(10)가 열려 있을 때의 정상 상태에서, 일반적으로 설비의 공칭 전압과 같을 것이다. 따라서 1차 서지 보호기(30)의 전이 전압이 설비의 공칭 전압보다 크거나 같도록 1차 서지 보호기(30)를 선택하는 것이 현명하다.
도 1에 예시된 차단 디바이스에서, 1차 스위치(18)를 통한 전류의 이러한 차단은 디바이스(10)를 통한 전류가 커패시터(44)를 충전하도록 강제하여 커패시터 양단의 전압 상승을 야기하고, 이는 1차 서지 보호기(30) 양단에 동일한 전압이 발생하고 따라서 1차 스위치(18)에 동일한 전압이 발생하게 한다. 큰 고장 전류의 경우, 이 전압은 도 3의 순간 t4에서 1차 서지 보호기(30)의 전이 전압에 도달하고, 그 저항은 단계에 도달하는 전압의 증가를 제한하기 위해 변화한다. 이 단계에서 서지 보호기(30)는 전류에 대해 도통되는 것으로 간주된다. 따라서, 순간 t4부터 디바이스(10)를 통한 전류는 1차 서지 보호기(30)를 통과하지만 2차 스위치의 컨택 사이에 전기 아크의 존재로 인해 2차 스위치(24)를 통해 계속 흐른다고 생각할 수 있다.
임의의 경우에, 댐핑 저항기(48)의 전기 저항 값은 클 필요가 없다는 것이 관찰된다. 따라서, 댐핑 저항기(들)을 형성하는 컴포넌트(들)는 소형이고 저렴할 수 있다. 추가하여, 이러한 낮은 저항 값 덕분에, 저항과 관련된 바이패스 스위치(50)에 가해지는 전압값도 상대적으로 낮다. 따라서, 바이패스 스위치(들)(50)를 형성하는 컴포넌트(들)는 소형이고 저렴할 수 있다.
2차 스위치(24)에서 전기 아크의 차단을 일으키려면, 용량성 버퍼 회로(34)는 도 3의 순간 t5에 대응하는 활성화 스위치(36)를 닫음으로써 활성화된다. 즉, 활성화 스위치(36)는 용량성 버퍼 회로(34)에서 버퍼 커패시턴스(38)를 충전하고 2차 스위치(24)에 전류를 우회시키기에 적합한 전류의 통과를 허용하도록 스위칭된다. 초기 상태에서, 버퍼 커패시턴스(38)는 예를 들어, 여기서 방전 저항기(39)에 의해 만들어진 방전 회로의 존재에 의해 방전된다. 따라서, 1차 서지 보호기(30) 양단의 전위차가 존재하기 때문에, 디바이스(10)를 통과하는 전류는 버퍼 회로(34)로 스위칭되어 버퍼 커패시턴스(38)를 충전한다. 먼저, 도시된 예에서, 저항기(39)의 저항 값(R39)은 저항기를 통한 방전 전류를 무시할 만큼 충분히 크다고 간주된다. 반대로, 용량성 버퍼 회로(34)의 전기 임피던스 값은 t5 이전의 전류에 의해 취해진 값보다 훨씬 낮다. 도 3의 순간 t6까지 지속되는 것으로 간주될 수 있는 버퍼 커패시턴스(38)에 대한 이러한 충전 시간은 이 시간 동안 디바이스(10)를 통한 전류는 본질적으로 2차 스위치(24)를 통해 흐르는 전류를 감소시키거나 심지어 상쇄시키는 결과를 가져오는 활성화 스위치(36)를 통한 전류 I36의 형태로 버퍼 회로(34)에 의해 전도되기 때문에 특히 중요하고, 컨택이 서로 분리된 기계적 차단 상태에 있음을 상기한다. 2차 스위치(24)를 통한 전류 I24의 이러한 감소 또는 상쇄는 바람직하게는 2차 스위치(24)에서 전기 아크의 소멸을 야기할 것이다. 순간 t5로부터 시간 간격, 이 동안 전류는 2 차 스위치(24)로부터 버퍼 회로(34)로 우회되어야 하고, 매우 길 필요는 없다는 것에 유의하고, 이 시간은, 이 동안 용량성 버퍼 회로(34)는 전류를 전도하고, 2차 스위치(24)의 개별 컨택 사이에 존재하는 가스의 탈이온화(deionization)에 필요한 시간보다 더 크면 충분하다. 실제로, 가스가 탈이온화되면 2차 스위치(24) 컨택의 간격이 아크의 재점화를 방지하기에 충분하다. 이 지속 기간은 수 마이크로초 정도, 바람직하게는 20마이크로초 미만이다.
2차 스위치(24)를 통한 전류(I24)의 강하 또는 상쇄가 관찰되는, 순간 t5로부터 순간 t6까지의, 이러한 우회 지속 기간(d2t)은 회로 컴포넌트의 적절한 치수 지정에 의해 요구되는 지속 기간으로 조정될 수 있다. 일반적으로, 버퍼 커패시턴스(38)의 총 전기 커패시턴스(C38)의 증가는 이러한 스위칭 지속 기간을 증가시키는 경향이 있을 것이다.
첫 번째 근사로서, 순간 t5로부터 순간 t6까지의, 우회 지속 기간 (d2t)는 다음 법칙를 따르는 것으로 간주될 수 있다 :
d2t= Vt30 x C38 / Idef
여기서,
d2t는 원하는 우회 지속 기간;
Vt30은 1차 서지 보호기(30)의 전이 전압;
C38은 버퍼 커패시턴스(38)의 총 전기 커패시턴스;
Idef는 디바이스를 통과하는 고장 전류의 값이다.
따라서, 식 에서, 버퍼 커패시턴스(38)의 총 전기 커패시턴스(C38)의 유리한 값은 이 값이 원하는 우회 지속 기간(d2t)에 디바이스를 통해 예상되는 최대 전류 값 Idefmax를 곱하고, 1차 서지 보호기(30)의 전이 전압 Vt30으로 나눈 값 이상 인지를 확인함으로써 결정될 수 있는 것으로 판단되었다, 즉:
C38 = d2t x Idefmax / Vt30
순간 t6 이후에, 2차 스위치(24)가 전기적으로 열리고 전기 아크를 재점화할 위험 없이 양단에 전압이 발생할 수 있는 것으로 간주된다. 이 전압은 2차 서지 보호기(32) 양단에 반영되며, 이는 2차 스위치 양단의 전압을 제한하는 역할을 할 수 있다. 서지 보호기(30, 32)에 걸리는 전압의 합은 V12-14 전압이다. 이 전압 합은 서지 보호기를 통과하는 전류가 있는 한, 즉 전류 I32가 0와 다른 한 네트워크의 공칭 전압보다 클 수 있다. 이것은 네트워크로 에너지를 흡수하는 것과 관련이 있다.
t7 시점부터, 차단 디바이스(10)가 열린 것으로 판단되는데, 이는 1차 서지보호기(30)와 2차 서지보호기(32)를 거쳐 디바이스(10)에 누설 전류만이 흐를 수 있기 때문이다. 이를 위해, 차단 디바이스(10) 양단의 전압은 1차 서지 보호기(30)와 2차 서지 보호기(32) 양단의 전압의 합이라는 점에 유의한다. 이 전압은 차단 디바이스(10)가 열려 있을 때 정상 상태에서, 일반적으로 설비의 공칭 전압과 같다. 그러므로 전이 전압의 합이 설비의 공칭 전압보다 크거나 같도록 1차 서지 보호기(30)와 2차 서지 보호기(32)를 선택하는 것이 현명하다.
본 발명에 따른 차단 디바이스(10)는 전기 설비에서, 선로의 전류를 완전하고 신뢰성 있게 차단할 수 있는 예를 들어, 단로기 유형의 다른 차단 디바이스와 전기적으로 직렬로 연결될 수 있다는 것에 유의해야 한다. 이 다른 차단 디바이스는 전류 차단 능력을 최적화할 필요 없이 절연 속성을 최적화하도록 치수가 정해질 수 있는데, 그 이유는 이 능력이 본 발명에 따른 차단 디바이스에 의해 주로 보장될 것이기 때문이다.
또한, 본 발명에 따른 차단 디바이스는 양방향 디바이스이며, 흐름 방향에 관계없이 디바이스를 통해 흐르는 전류를 차단할 수 있으므로 디바이스를 통한 양방향으로 차단할 수 있다는 것에 추가로 유의해야 한다. 따라서 이러한 차단 디바이스는 주어진 시간의 네트워크 구성에 따라 어느 방향으로든 직류가 흐를 수 있는 선로에서, 메쉬 네트워크를 포함하는 설비에서 구현될 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 디바이스는 고 전압, 특히 100kV 초과에서 고 세기 고장 전류(특히 10kA 초과)의 흐름을 정지시키기 위해 빠르고 특정한 전기적 개방을 보장할 수 있다. 그러나 일단 디바이스가 개방된 후에는, 고장의 원인이 해결되었다고 생각되는 경우 전류를 복구할 수 있도록 차단 디바이스(10)를 전기적으로 다시 닫을 수 있어야 한다. 도 1의 디바이스의 경우에, 디바이스(10)는 1차 스위치(18)와 2차 스위치(24)를 기계적으로, 바람직하게는 연속적으로 그리고 이 순서대로 닫기 위해, 따라서 2차 스위치(24) 이전에 1차 스위치(18)를 기계적으로 닫음으로써 제어된다. 이 순서에 따라 2차 서지 보호기(32)는 1차 스위치(18)가 기계적으로 다시 닫힐 때 돌입 전류를 제한하는 것을 허용한다는 것에 유의한다.
1차 스위치(18)가 닫히자 마자 차단 디바이스(10)를 통한 전류 및/또는 위상 대 접지 전압의 하나 이상의 파라미터를 결정하는 것이 가능하거나 또는 설비에서 특별히 고장이 제거되었는지 확인이 가능하다. 그러나 고장이 제거되지 않았을 수 있다. 따라서 디바이스를 통과하는 전류 및/또는 위상 대 접지 전압에 대해 검출된 파라미터를 기반으로 하여, 디바이스(10)의 완전한 다시 닫힘을 구성하는 2차 스위치(24)가 다시 닫힐 때까지 기다리지 않고 디바이스를 즉시 다시 열 수 있다.

Claims (18)

  1. 고 전압 DC 전류용 전류 차단 디바이스(10)에 있어서,
    - 1차 지점(12)과 2차 지점(14) 사이의 메인 선로(main line)(16)로서, 상기 메인 선로(16)에 개재된 적어도 하나의 기계적 1차 스위치(18)를 포함하는, 상기 메인 선로(16);
    - 상기 1차 스위치(18)와 병렬로 배치된 1차 서지 보호기(30); 및
    - 상기 1차 스위치(18)와 전기적으로 병렬로 그리고 상기 1차 서지 보호기(30)와 전기적으로 병렬로 배열된 발진 회로(40)로서, 상기 발진 회로(40)는 전기적으로 직렬인, 적어도 인덕터(42), 커패시턴스(44) 및 발진 트리거(46)를 포함하는, 상기 발진 회로(40)를 포함하고,
    상기 디바이스(10)는 상기 발진 회로(40)에, 상기 발진 회로(40) 내로 직렬로 삽입된 저항 값을 변경하기 위한 제어 가능한 디바이스(50, 50')를 포함하는 것을 특징으로 하는, 전류 차단 디바이스.
  2. 제 1항에 있어서, 적어도 바이패스 스위치(50, 50') 및 댐핑 저항기(48, 48')를 포함하고, 상기 바이패스 스위치(50, 50')는 열린 상태와 닫힌 상태 사이에서 스위칭할 수 있으며, 상기 댐핑 저항기(48, 48')와 상기 바이패스 스위치(50, 50')는 상기 바이패스 스위치(50, 50')의 일 상태에서, 상기 댐핑 저항기(48, 48')는 상기 발진 회로(40)의 상기 인덕터(42), 상기 커패시턴스(44) 및 상기 발진 트리거(46)와 전기적으로 직렬로, 상기 발진 회로(40) 내로 삽입되고 반면, 상기 바이패스 스위치(50, 50')의 다른 상태에서, 상기 댐핑 저항기(48)는 상기 발진 회로에 대해 단락되도록 배열되는 것을 특징으로 하는, 전류 차단 디바이스.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 발진 회로(40)는 상기 발진 회로(40)의 인덕터(42), 커패시턴스(44) 및 발진 트리거(46)와 전기적으로 직렬로, 상기 발진 회로(40) 내로 영구적으로 삽입된 적어도 하나의 영구 저항기(R')를 포함하는 것을 특징으로 하는, 전류 차단 디바이스.
  4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 발진 회로(40)는 여러 개의 댐핑 저항기(48, 48')를 포함하고, 각각의 댐핑 저항기는 상기 댐핑 저항기(48, 48')의 개별 바이패스 스위치(50, 50')와 연관되고, 각각의 바이패스 스위치(50, 50')는 열린 상태와 닫힌 상태 사이에서 스위칭할 수 있고, 상기 댐핑 저항기(48, 48') 및 상기 연관 바이패스 스위치(50, 50')는 상기 바이패스 스위치(50, 50')의 일 상태에서, 상기 바이패스 스위치(50, 50')와 관련된 상기 댐핑 저항기(48, 48')는 상기 인덕터(42), 상기 커패시턴스(44) 및 상기 발진 트리거(46)와 전기적으로 직렬로, 상기 발진 회로(40)내로 삽입되고 반면, 상기 바이패스 스위치(50, 50')의 다른 상태에서는, 상기 바이패스 스위치와 연관된 상기 댐핑 저항기(48, 48')는 상기 발진 회로(40)에 대해 단락되도록 배열되는 것을 특징으로 하는, 전류 차단 디바이스.
  5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 메인 선로(16)에 개재된 기계적 2차 스위치(24)를 포함하고, 상기 1차 스위치(18) 및 상기 2차 스위치(24)가 상기 1차 지점(12)과 상기 2차 지점(14) 사이의 상기 메인 선로(16)에 연속적으로 개재되지만 상기 메인 선로(16)의 중간 지점(13)의 양쪽에 개재되고, 2개의 기계적 스위치(18, 24)는 열린 상태와 닫힌 상태 사이에서 각각 독립적으로 제어되는 것을 특징으로 하는, 전류 차단 디바이스.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 중간 지점(13)과 상기 2차 지점(14) 사이에 전기적으로 배열되고, 상기 2차 스위치(24)와 전기적으로 병렬인 2차 서지 보호기(32)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 전류 차단 디바이스.
  7. 제 5항에 있어서, 상기 디바이스(10)는 상기 1차 지점(12)와 상기 2차 지점(14) 사이에, 상기 1차 스위치(18) 및 2차 스위치(24)에 의해 형성된 어셈블리와 전기적으로 병렬이고, 상기 1차 서지 보호기(30) 및 상기 2차 서지 보호기(32)에 의해 형성된 어셈블리와 전기적으로 병렬인, 용량성 버퍼 회로(34)를 포함하고, 상기 용량성 버퍼 회로(34)는 활성화 스위치(36) 및 버퍼 커패시턴스(38)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 전류 차단 디바이스.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 용량성 버퍼 회로(34)는 전용 유도성 컴포넌트를 포함하지 않는 것을 특징으로 하는, 전류 차단 디바이스.
  9. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서, 상기 활성화 스위치(36) 및 상기 버퍼 커패시턴스(38)는 상기 1차 지점(12)에서 상기 2차 지점(14)으로 진행하는 상기 용량성 버퍼 회로의 선로(35)에서 전기적으로 직렬로 배열되는 것을 특징으로 하는, 전류 차단 디바이스.
  10. 제 7항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 용량성 버퍼 회로(34)는 상기 버퍼 커패시턴스(38)을 방전하기 위한 회로(39)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 전류 차단 디바이스.
  11. 제 7항 내지 제 10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 용량성 버퍼 회로(34)는 상기 활성화 스위치(36)와 병렬로 배열된 3차 서지 보호기(37)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 전류 차단 디바이스.
  12. 제 11항에 있어서, 상기 3차 서지 보호기(37)는 상기 활성화 스위치(36) 양단에 직접 배열되는 것을 특징으로 하는, 전기 차단 디바이스.
  13. 제 1항 내지 제 12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 1차 스위치(18)는 적어도 하나의 진공 스위치를 포함하는 것을 특징으로 하는, 전류 차단 디바이스.
  14. 제 1항 내지 제 13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 2차 스위치(24)는 적어도 하나의 절연 가스 스위치를 포함하는 것을 특징으로 하는, 전류 차단 디바이스.
  15. 제 1항 내지 제 13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 2차 스위치(24)는 적어도 하나의 진공 스위치를 포함하는 것을 특징으로 하는, 전류 차단 디바이스.
  16. 제 2항 내지 제 15항 중 어느 한 항에 따른 차단 디바이스를 제어하기 위한 방법에 있어서,
    상기 디바이스를 통해 차단될 전류의 세기 값을 결정하는 단계, 및
    상기 결정된 고장 전류 세기 값에 기초하여, 상기 적어도 하나의 바이패스 스위치가 스위칭되어야 하는 상태를 결정하는 단계를 포함하는, 차단 디바이스를 제어하기 위한 방법.
  17. 제 16항에 있어서, 상기 발진 회로의 모든 바이패스 스위치가 동시에 스위칭되는 것을 특징으로 하는, 차단 디바이스를 제어하기 위한 방법.
  18. 제 16항에 있어서, 상기 발진 회로의 상기 바이패스 스위치 중 적어도 일부는 서로에 대해 시간 시프트를 가지고 스위칭되는 것을 특징으로 하는, 차단 디바이스를 제어하기 위한 방법.
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