KR102182686B1 - 아크사고 누설전류 검출형 양방향 직류전원 차단 제어장치 - Google Patents

아크사고 누설전류 검출형 양방향 직류전원 차단 제어장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 아크사고 누설전류 검출형 양방향 직류전원 차단 제어장치에 관한 것으로서, 직류전원과 부하단 사이에 설치되어 양방향으로 전력을 공급 또는 차단할 수 있도록 된 양방향 스위치부와, 직류전원의 양의 전력공급선과 음의 전력공급선이 모두 관통되게 삽입되게 설치되어 아크사고 누설전류를 검출하는 아크사고 누설전류 검출부와, 아크사고 누설전류 검출부로부터 검출된 아크사고 누설전류가 설정된 차단기준 보다 큰 것으로 판단되면 양방향 스위치부가 오프되게 제어하는 제어부와, 부하단과 병렬로 접속되어 서지 전압을 흡수하는 서지 옵서버를 구비한다. 이러한 아크사고 누설전류 검출형 양방향 직류전원 차단 제어장치에 의하면, 양방향 전류 공급을 지원하면서도 규정이상이 아크사고 누설전류 검출시 전류 공급경로를 차단할 수 있어 안정성을 향상시킬 수 있는 장점을 제공한다.

Description

아크사고 누설전류 검출형 양방향 직류전원 차단 제어장치{DC power source cutoff control apparatus for leakage arc fault detection}
본 발명은 아크사고 누설전류 검출형 양방향 직류전원 차단 제어장치에 관한 것으로서, 상세하게는 직류선로로부터 아크사고 누설전류 발생 여부를 검출하여 직류 선로를 스위칭소자의 제어에 의해 차단할 수 있게 처리하는 아크사고 누설전류 검출형 양방향 직류전원 차단 제어장치에 관한 것이다.
전통적인 DC 차단기(Direct Current circuit breaker)는 직류 송전선로에서 단락, 지락, 과전류 등 선로 고장 또는 과전류 발생시 고장전류를 차단하기 위해 사용된다. 저압 직류 차단기는 저압 전압 직류전송(LVDC: Low Voltage Direct Current) 시스템의 750V 이하의 저전압 송전선로 또는 배전선로에 주로 사용된다.
DC 차단기는 직류선로에 고장발생시 고장전류를 차단하기 위해 비교적 저렴한 기계식 스위치가 구비된다. 기계식 스위치는 저전압 직류송전(LVDC) 시스템 또는 직류 배전시스템에 고장전류가 발생되면 그 고장이 발생된 시스템이 정상적인 시스템에 영향을 미치는 것을 방지하기 위해 개방되어 고장전류를 차단한다.
하지만, 이러한 기계식 스위치는 전선도체의 접속불량 또는 혼촉에 의해 발생되는 아크사고 전류를 효과적으로 차단하지 못하여 사고전류 보호 기능을 갖지 못한다. 아크 사고전류의 차단을 위해서는 아크사고 발생시 정상 전류와 아크사고 전류를 구분하여 아크 사고전류를 검출하는 회로와 방법이 추가로 필요하며, 아크 사고전류는 사고발생 지점의 전류회로에 따라 직류아크 사고와 병렬아크 사고로 구분되고, 사고전류의 크기와 전류신호 잡음이 매우 다르게 나타난다. 또한, 고장전류의 차단을 위해 기계적 스위치가 개방시 직류 전압으로 인해 단자에 아크(arc)가 발생될 수 있어 이를 효과적으로 소호하는 기능이 필요하며, 아크사고가 발생되면 아크를 통해 고장전류가 지속적으로 흐르게 되어 고장전류를 완전히 차단하지 못하는 문제점이 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 한국등록특허 제1183508호에 공진전류를 이용하여 기계적 스위치에 발생하는 아크(arc)를 소호하는 DC 차단기가 제시되어 있다.
이러한 종래의 DC 차단기에서는 고장발생시 기계적 스위치가 스위칭될 때 발생하는 아크를 소호하여 고장전류를 차단하기 위해 기계적 스위치에서 아크를 통해 흐르는 고장전류에 반대방향의 공진전류를 중첩시켜서 기계적 스위치에서 0(zero) 전류를 만들어 아크를 소호시키는 기술을 제공한다.
직류 차단기는 효율적인 차단을 위해 초기에는 LC 공진회로를 이용하여 인위적으로 고장전류가 '0'점을 지나도록 차단하는 방식이 제안되었으나 차단속도가 느린 단점이 있다.
한편, 직류전원과 부하단 사이에 양방향으로 전류의 공급 및 차단이 가능하면서도 아크 뿐만아니라 규정이상의 아크사고 누설전류 검출시 전류공급이 차단될 수 있는 구조도 요구되고 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위하여 창안된 것으로서, 양방향 전류공급을 지원하면서도 규정 이상의 아크사고 누설전류 검출시 전류 공급을 차단할 수 있는 아크사고 누설전류 검출형 양방향 직류전원 차단 제어장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 아크사고 누설전류 검출형 양방향 직류전원 차단 제어장치는 직류전원과 부하단 사이에 설치되어 상기 직류전원과 상기 부하단 사이에서 양방향으로 전력을 공급 또는 차단할 수 있도록 된 양방향 스위치부와; 상기 직류전원의 양의 전력공급선과 음의 전력공급선이 모두 관통되게 삽입되게 설치되어 아크사고 누설전류를 검출하는 아크사고 누설전류 검출부와; 상기 아크사고 누설전류 검출부로부터 검출된 아크사고 누설전류가 설정된 차단기준에 해당하는 것으로 판단되면 상기 양방향 스위치부가 오프되게 제어하는 제어부와; 상기 부하단과 병렬로 접속되어 서지 전압을 흡수하는 서지 옵서버;를 구비하고, 상기 양방향 스위치부는 상기 직류전원으로부터 상기 부하단으로 이어지는 전력공급경로에 직렬상으로 설치되며 제1게이트단자로 인가되는 제어신호에 따라 온오프 스위칭 되는 제1스위칭 소자와; 상기 제1스위칭소자와 직렬상으로 접속되며 제2게이트단자로 인가되는 제어신호에 따라 온오프 스위칭 되는 제2스위칭 소자와; 상기 제1스위칭 소자와 병렬접속되어 상기 부하단으로부터 상기 직류전원으로의 전류도통경로를 제공하는 제1다이오드와; 상기 제2스위칭 소자와 병렬접속되어 상기 직류전원으로부터 상기 부하단으로의 전류도통경로를 제공하는 제2다이오드;를 구비한다.
바람직하게는 상기 제1스위칭 소자와 상기 제2스위칭 소자의 사이로부터 상기 직류전원의 음극단자로 상호 직렬로 접속된 제1 및 제2가스 방전관;을 더 구비하고, 상기 제1 및 제2가스 방전관의 사이는 접지라인과 접속된다.
본 발명에 따른 아크사고 누설전류 검출형 양방향 직류전원 차단 제어장치에 의하면, 양방향 전류 공급을 지원하면서도 규정이상의 아크사고 누설전류 검출시 전류 공급경로를 차단할 수 있어 안정성을 향상시킬 수 있는 장점을 제공한다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 아크사고 누설전류 검출형 양방향 직류전원 차단 제어장치를 나타내 보인 도면이고,
도 2는 본 발명의 제2실시예에 따른 아크사고 누설전류 검출형 양방향 직류전원 차단 제어장치를 나타내 보인 도면이고,
도 3은 본 발명의 제3실시예에 따른 아크사고 누설전류 검출형 양방향 직류전원 차단 제어장치를 나타내 보인 도면이고,
도 4는 도 1의 제어부가 고장전류에 대해 스위치 오프 여부를 결정하는 과정을 나타내 보인 플로우도이고,
도 5는 도 1의 전력공급선으로부터 아크사고 누설전류가 발생하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 아크사고 누설전류 검출형 양방향 직류전원 차단 제어장치를 더욱 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 아크사고 누설전류 검출형 직류전원 차단 제어장치를 나타내 보인 회로도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 아크사고 누설전류 검출형 양방향 직류전원 차단 제어장치(100)는 양방향 스위치부(110), 전류센서(130), 아크사고 전류검출부(140), 아크사고 누설전류 검출부(150), 제어부(160), 제1 내지 제2 금속산화물 배리스터(MOV; Metal Oxide Varistor)(171)(172), 제1 및 제2 가스방전관(Gas Discharge Tube)(181)(182)를 구비한다.
양방향 스위치부(110)는 직류전원(10)과 부하단(20) 사이에 설치되어 직류전원(10)과 부하단(20) 사이에서 양방향으로 전력을 공급 또는 차단할 수 있도록 되어 있다.
양방향 스위치부(110)는 직류전원(10)의 양극(+)단자로부터 양극 부하단(20)으로 이어지는 양의 전력공급선(12) 상에 직렬상으로 설치된 제1 및 제2스위칭소자(111)(112)와, 제1스위칭소자(111)에 병렬접속된 제1다이오드(115) 및 제2스위칭소자(112)에 병렬접속된 제2다이오드(115)로 되어 있다.
제1스위칭소자(111)는 직류전원(10)의 양극(+)단자로부터 부하단(20)으로 이어지는 양의 전력공급선(12) 상에 직렬상으로 설치되어 있다.
제1스위칭소자(111)는 제어부(160)로부터 제1게이트단자(111a)로 인가되는 제어신호에 따라 턴온 또는 턴오프 되게 온오프 스위칭 된다.
제2스위칭소자(112)는 제1스위칭소자(111)와 직렬상으로 접속되어 있고, 제어부(160)로부터 제2게이트단자(112a)로 인가되는 제어신호에 따라 턴온 또는 턴오프 되게 온오프 스위칭 된다.
제1 및 제2스위칭소자(111)(112)는 전력용 반도체 스위칭소자 예를 들면 IGBT(Insulated gate bipolar transistor)를 적용하면 된다.
제1다이오드(115)는 제1스위칭 소자(111)와 병렬접속되어 부하단(20)으로부터 직류전원(10)으로의 전류도통경로를 제공하고, 직류전원(10)으로부터 부하단(20)으로의 전류도통은 차단한다.
제2다이오드(116)는 제2스위칭 소자(111)와 병렬접속되어 직류전원(10)으로부터 부하단(20)으로의 전류도통경로를 제공하고, 부하단(20)으로부터 직류전원(10)으로의 전류도통은 차단한다.
전류센서(130)는 직류전원(10)과 부하단(20) 사이에 흐르는 전류를 측정하여 제어부(160)에 제공한다.
도시된 예에서 전류센서(130)는 직류전원(10)의 양극(+)단자로부터 양극 부하단(20)으로 이어지는 양의 전력공급선(12)상에서 직류전원(10)과 제1스위칭 소자(111) 사이에 직렬상으로 설치된 전류검출용 션트 저항소자(131)와, 션트 저항소자(131)를 통해 흐르는 전류를 측정하는 전류측정부(133)가 적용되었다. 전류 측정부(133)는 션트 저항소자(131)의 양단에서 발생하는 전압강하 값을 측정하고, 측정된 전압강하 값과 알고 있는 션트저항소자(131)의 저항값으로부터 전류를 산출하고, 산출된 전류값을 제어부(160)에 제공한다.
이와는 다르게, 전류센서(130)는 도 3에 도시된 바와 같이 후술되는 아크사고 전류검출부(140)의 홀센서(141)에서 출력되는 신호를 분기 받아 전류 측정부(133)에서 전류를 산출하도록 구축될 수 있음은 물론이다.
아크사고 전류검출부(140)는 직류전원(10)과 부하단(20) 사이의 양의 전력공급선(12)을 통해 흐르는 전류의 고주파신호를 추출하고, 주파수 분석을 통하여 아크사고 전류를 검출한다.
아크사고 전류검출부(140)는 홀센서(141), 하이패스 필터(HPF)(142), AD변환기(ADC)(144), 고속퓨리에 변환부(FFT)(146) 및 아크사고 판별부(148)를 구비한다.
홀센서(141)는 직류전원(10)과 부하단(20) 사이에 흐르는 전류를 검출하도록 전력공급경로(12)에 인접되게 또는 양의 전력공급선(12)이 관통되어 삽입되게 설치된다. 홀센서(141)는 직류전원(10)과 부하단(20) 사이에 흐르는 전류의 고주파 파형신호를 검출하기 위한 파형검출기로서 적용된 것이다.
하이패스 필터(HPF)(142)는 홀센서(141)에서 출력되는 신호에 대해 아크사고 전류검출을 위해 설정된 기준 주파수 이상의 고주파 신호만 통과되도록 필터링한다. 일 예로서, 아크사고 전류검출을 위한 기준 주파수는 10 내지 40KHz로 설정될 수 있다. 이 경우 하이패스 필터(HPF)(142)는 10 내지 40KHz에 해당하는 기준 주파수 이상의 고주파 신호를 통과하도록 구축된 것을 적용한다. 이와는 다르게 아크사고와 관련된 고주파 대역 예를 들면, 40 내지 100KHz 또는 10 내지 130KHz의 대역의 신호를 통과시키는 밴드패스필터가 하이패스 필터(HPF)(142) 대신 적용될 수 있음은 물론이다.
AD변환기(ADC)(144)는 하이패스 필터(142)에서 출력되는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환한다.
고속퓨리에 변환부(FFT)(146)는 AD변환기(144)에서 출력되는 이산치 디지털신호를 고속 퓨리에 변환한다. 고속퓨리에 변환부(146)는 AD변환기(144)에서 출력되는 이산치 디지털 신호를 주파수별 성분값으로 변환하여 제공한다.
아크사고 판별부(148)는 고속퓨리에 변환부(146)에 의해 변환된 이산치 데이터의 주파수별 성분값으로부터 아크발생여부를 판단하고, 판단결과를 제어부(160)에 제공한다. 아크사고 판별부(148)는 일 예로서, 아크사고 발생에 해당하는 주파수 대역의 신호크기가 설정된 비교기준값 보다 큰 전류가 설정된 단위시간 동안 지속되거나, 설정된 단위시간 동안 사고로 설정된 주파수 대역의 신호크기가 설정된 비교기준값 이상으로 발생되는 사고 발생빈도가 기준치 사고발생 빈도 횟수 이상 발생한 경우이거나, 특정 주파수 대역의 전류의 크기가 설정된 기준치보다 큰 경우에는 아크사고 로 판단하도록 구축될 수 있다.
아크사고 누설전류 검출부(150)는 아크사고 전류검출부(140)와는 다르게 직류전원(10)의 양극단자로부터 연장된 양의 전력공급선(12)과 직류전원(10)의 음극단자로부터 연장된 음의 전력공급선(13)이 모두 내부를 관통되게 삽입되게 설치된 링형홀더(152)로부터 아크사고 누설전류가 발생하는 지를 검출한다. 링형홀더(152)는 코일이 권선된 링형 코어로 형성될 수 있다. 이 경우 직류전원(10)에서 부하단(20)을 통해 공급되는 전류가 누설이 없이 정상적인 경우 양의 전력공급선(12)과 음의 전력공급선(13)에 의해 발생되는 자속은 서로 상쇄되어 링형 홀더(152)의 코일을 통해 검출되는 전류는 발생하지 않으나, 누전 또는 감전이 발생하면 그에 대응되는 아크사고 누설전류가 발생한다. 즉, 도 5에 도시된 바와 같이, 접지라인(15)을 통해 누전이 있는 경우 양의 전력공급선(12)에서 부하(Load)(30)를 통해 공급된 전류(IL+Ig) 중 음의 전력공급선(13)으로 일부의 전류(Ig)가 흐르고, 나머지 일부는 접지라인(15)을 통해 아크누설전류(Ig)가 흐르는 경우 아크사고 누설전류검출부(150)에서는 아크누설전류(Ig)가 검출된다.
한편, 제1 내지 제2 금속산화물 배리스터(MOV; Metal Oxide Varistor)(171)(172)는 양방향 스위치부(110)와 직류전원(10) 사이 및 양방향 스위치부(110)와 부하단(20) 사이에서 각각 부하단(20)과 병렬상으로 접속되어 서지 전압을 흡수하는 서지 옵서버로 적용된 것이다.
제1 및 제2 가스방전관(Gas Discharge Tube)(181)(182)은 직류전원(10)의 양극단자(+)를 통해 접속된 제1스위칭 소자(111)와 제2스위칭 소자(112)의 사이에서 직류전원(10)의 음극단자(-) 사이에 직렬로 접속되어 있다.
제1 및 제2가스 방전관(181)(182)의 사이영역은 접지라인(15)과 접속되어 있다.
제1 및 제2가스방전관(181)(182)은 절연관체와, 절연관체의 양단의 실링 전극 및 절연관체 내부에 충진된 불활성 기체로 형성되어 전극 양단의 전압이 기체의 브레이크다운 전압(breakdown voltage)을 초과하면 갭 방전(gap discharge)을 일으키면서 신속히 하이 임피던스(high impedance)에서 로우 임피던스(low impedance)로 변하면서 전류가 도통되는 구조로 되어 있다.
한편, 서지 흡수 능력을 더욱 높이기 위해 도 2에 도시된 바와 같이 제1 및 제2과도전압억제 다이오드(Transient Voltage Suppress Diode)(184)(185)와 제3 및 제4 금속산화물 배리스터(MOV; Metal Oxide Varistor)(187)(188)를 제1스위칭 소자(111)와 제2스위칭 소자(112)의 사이에서 직류전원(10)의 음극단자(-) 사이로 직렬로 접속시키도록 구축될 수 있다.
제1 및 제2과도전압억제 다이오드(Transient Voltage Suppress Diode)(184)(185)의 사이영역과 제3 및 제4 금속산화물 배리스터(MOV; Metal Oxide Varistor)(187)(188)의 사이영역은 접지라인(15)과 접속되어 있다.
한편, 부하단(20)에 접속되는 부하는 다양하게 적용될 수 있고 일 예로서, 배터리가 적용될 수 있다.
이 경우 제어부(160)는 충전 또는 방전 조건에 대응되는 센싱 신호(S)에 따라 제1 및 제2스위칭소자(111)(112) 중 어느 하나가 턴온되게 제어한다.
즉, 제어부(160)는 충전 조건에 대응되는 센싱 신호(S)가 수신되면 제1스위칭소자(111)가 턴온되고 제2스위칭소자(112)는 턴오프 상태를 유지하게 제어한다.
또한, 제어부(160)는 방전 조건에 대응되는 센싱 신호(S)가 수신되면 제2스위칭소자(112)가 턴온되고 제1스위칭소자(111)는 턴오프 상태를 유지하게 제어한다.
또한, 제어부(160)는 아크사고 전류검출부(140)로부터 직렬 또는 병렬 아크가 검출된 것으로 판단되면 양방향 스위치부(110)가 오프되어 전력공급경로(12)가 차단되게 제어한다.
또한, 제어부(160)는 아크사고 누설전류검출부(150)로부터 검출된 아크사고 누설전류가 설정된 차단기준 보다 큰 것으로 판단되면 양방향 스위치부(110)가 오프되게 제어한다.
한편, 제어부(160)는 전류센서(130)에서 검출된 측정전류(Id)가 기준전류(Ir) 보다 큰지를 판단하고, 측정전류가 기준전류보다 크면서 설정된 차단조건에 해당하면 양방향 스위치부(110)가 모두 오프되게 제어한다.
이러한 제어부(160)의 제어과정을 도 4를 참조하여 설명한다.
먼저, 제어부(160)는 전류센서(130)로부터 전원공급경로(12)를 통해 공급되는 측정전류(Id)를 검출한다(단계 210).
단계 210에서 검출된 측정전류(Id)가 기준전류(Ir)보다는 큰지를 판단한다.(단계 220).
여기서 기준전류(Ir)는 부하단(20)에 접속된 부하 및 전원공급경로(12)의 보호를 결정하기 위한 고장전류의 기준값으로 적절하게 설정하면 된다.
단계 220에서 측정전류(Id)가 기준전류(Ir)보다는 큰 것으로 판단되면, 측정전류(Id)가 기준전류(Ir)의 2배 이하인지를 판단한다(단계 230).
단계 230에서 측정전류(Id)가 기준전류(Ir)의 2배 이하인 것으로 판단되면, 설정된 제1대기시간동안 양방향 스위치부(110)의 온/오프에 대한 의사 결정을 지연시켜 대기한 후 현재 측정전류(Id)를 검출한다(단계 240).
단계 240을 거친 다음에 현재 측정전류(Id)가 기준전류(Ir)보다 여전히 큰 지를 판단하고(단계 250), 측정전류(Id)가 기준전류(Ir)보다 여전히 큰 것으로 판단되면, 양방향 스위치부(110)가 오픈되게 제1 및 제2스우칭소자(111)(112)를 오프시켜 전원을 차단한다.
이와는 다르게 단계 250에서 측정전류(Id)가 기준전류(Ir) 이하인 것으로 판단되면 양방향 스위치부(110)의 제1 및 제2스위칭소자(111)(112)의 현재 상태를 유지하게 처리하고, 단계 210으로 복귀한다.
즉, 현재상태가 충전모드이고 제1스위칭소자(111)만 현재 턴온을 유지하고 있는 상태였다면, 제어부(160)는 이후에도 제1스위칭소자(111)만 턴온 상태를 그대로 유지하도록 처리한다.
이와는 다르게, 단계 230에서 측정전류(Id)가 기준전류(Ir)의 2배를 초과한 것으로 판단되면, 측정전류(Id)가 기준전류(Ir)의 10배 이하인 지를 판단한다(단계 270).
단계 270에서 측정전류(Id)가 기준전류(Ir)의 10배 이하인 것으로 판단되면, 설정된 제2대기시간 동안 양방향 스위치부(110)의 오프에 대한 의사 결정을 지연시켜 대기한 후 현재 측정전류(Id)를 검출하고, 단계 250으로 복귀한다(단계 280).
또한, 단계 270에서 측정전류(Id)가 기준전류(Ir)의 10배를 초과한 것으로 판단되면, 측정전류(Id)가 기준전류(Ir)의 100배 이하인 지를 판단한다(단계 290).
단계 290에서 측정전류(Id)가 기준전류(Ir)의 100배 이하인 것으로 판단되면, 설정된 제3대기시간 동안 양방향 스위치부(110)의 오프에 대한 의사 결정을 지연시켜 대기한 후 현재 측정전류(Id)를 검출하고, 단계 250으로 복귀한다(단계 280).
이와는 다르게, 단계 290에서 측정전류(Id)가 기준전류(Ir)의 100배를 초과한 것으로 판단되면, 단계 260으로 복귀하여 전원을 차단한다.
여기서, 제3대기시간은 제2대기시간보다 짧게 설정되고, 제2대기시간은 제1대기시간보다 짧게 설정된다.
바람직하게는 제1대기시간은 500밀리초이고, 제2대기시간은 100밀리초이고, 제3대기시간은 10밀리초를 적용한다.
단계 260의 전원차단은 순시시간 이내에 이루어지도록 처리하며 순시시간은 1밀리초가 적용된다.
이러한 제어부(160)의 고장 전류에 대한 양방향 스위치부(110)의 제어과정에 의하면, 전류의 세기는 크나 실질적으로 전원공급회로 계통의 손상을 야기시키지 않을 수 있는 짧은 시간 동안만 과전류가 유지되는 경우에는 양방향 스위치부(110)가 현재 상태를 유지하도록 하는 차단조건을 적용함으로써 운전유지 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 제어부(160)는 아크 검출부(140)로부터 화재를 유발할 수 있는 아크가검출된 것으로 판단되면, 곧 바로 양방향 스위치부(110)를 오프 상태로 제어하여 전력공급경로가 오픈되게 처리함으로써 안정성도 향상시킨다.
또한, 제어부(160)는 아크사고 누설전류검출부(150)로부터 지락 또는 그 밖의 원인에 의해 검출된 아크사고 누설전류가 설정된 차단크기 이상이면 양방향 스위치부(110)를 오프 상태로 제어하여 전력공급선(12)이 오픈되게 처리함으로써 안정성도 향상시킨다.
이상에서 설명된 아크사고 누설전류 검출형 양방향 직류전원 차단 제어장치에 의하면, 양방향 전류 공급을 지원하면서도 아크 검출시 전류 공급경로를 차단할 수 있어 안정성을 향상시킬 수 있는 장점을 제공한다.
110: 양방향 스위치부 130: 전류센서
140: 아크사고 전류검출부 150: 아크사고 누설전류 검출부
160: 제어부

Claims (4)

  1. 직류전원과 부하단 사이에 설치되어 상기 직류전원과 상기 부하단 사이에서 양방향으로 전력을 공급 또는 차단할 수 있도록 된 양방향 스위치부와;
    상기 직류전원의 양의 전력공급선과 음의 전력공급선이 모두 관통되게 삽입되게 설치되어 아크사고 누설전류를 검출하는 아크사고 누설전류 검출부와;
    상기 아크사고 누설전류 검출부로부터 검출된 아크사고 누설전류가 설정된 차단기준에 해당하는 것으로 판단되면 상기 양방향 스위치부가 오프되게 제어하는 제어부와;
    상기 부하단과 병렬로 접속되어 서지 전압을 흡수하는 서지 옵서버;를 구비하고,
    상기 양방향 스위치부는
    상기 직류전원으로부터 상기 부하단으로 이어지는 전력공급경로에 직렬상으로 설치되며 제1게이트단자로 인가되는 제어신호에 따라 온오프 스위칭 되는 제1스위칭 소자와;
    상기 제1스위칭소자와 직렬상으로 접속되며 제2게이트단자로 인가되는 제어신호에 따라 온오프 스위칭 되는 제2스위칭 소자와;
    상기 제1스위칭 소자와 병렬접속되어 상기 부하단으로부터 상기 직류전원으로의 전류도통경로를 제공하는 제1다이오드와;
    상기 제2스위칭 소자와 병렬접속되어 상기 직류전원으로부터 상기 부하단으로의 전류도통경로를 제공하는 제2다이오드;를 구비하고,
    상기 제1스위칭 소자와 상기 제2스위칭 소자의 사이로부터 상기 직류전원의 음극단자로 상호 직렬로 접속된 제1 및 제2가스 방전관;을 더 구비하고, 상기 제1 및 제2가스 방전관의 사이는 접지라인과 접속되며,
    상기 직류전원과 상기 부하단 사이에 흐르는 전류를 측정하여 상기 제어부에 제공하는 전류센서;를 더 구비하고,
    상기 제어부는 상기 전류센서에서 검출된 측정전류가 기준전류보다 큰지를 판단하고, 상기 측정전류가 기준전류보다 크면서 설정된 차단조건에 해당하면 상기 양방향 스위치부가 오프되게 제어하고,
    상기 측정전류가 상기 기준전류보다는 크고 상기 기준전류의 2배 이하인 경우 제1대기시간 동안 대기한 후 상기 측정전류가 상기 기준전류보다 크면 상기 제1 및 제2스위칭소자가 오프되게 제어하고, 상기 제1대기시간 동안 대기한 후 상기 측정전류가 상기 기준전류 이하이면 상기 제1 및 제2스위칭소자의 현재 상태를 유지하게 처리하며,
    상기 측정전류가 상기 기준전류보다 2배보다 크고 상기 기준전류의 10배 이하인 경우 상기 제1대기시간보다 짧게 설정된 제2대기시간 동안 대기한 후 상기 측정전류가 상기 기준전류보다 크면 상기 제1 및 제2스위칭소자가 오프되게 제어하고, 상기 제2대기시간 동안 대기한 후 상기 측정전류가 상기 기준전류 미만이면 상기 제1 및 제2스위칭소자의 현재 상태를 유지하게 처리하고,
    상기 측정전류가 상기 기준전류보다 10배보다 크고 상기 기준전류의 100배 이하인 경우 상기 제2대기시간보다 짧게 설정된 제3대기시간 동안 대기한 후 상기 측정전류가 상기 기준전류보다 크면 상기 제1 및 제2스위칭소자가 오프되게 제어하고, 상기 제3대기시간 동안 대기한 후 상기 측정전류가 상기 기준전류 미만이면 상기 제1 및 제2스위칭소자의 현재 상태를 유지하게 처리하며,
    상기 측정전류가 상기 기준전류보다 100배를 초과하면 설정된 순시시간 이내에 상기 제1 및 제2스위칭소자가 오프되게 제어하고,
    상기 제1대기시간은 500밀리초이고, 상기 제2대기시간은 100밀리초이고, 상기 제3대기시간은 10밀리초이고, 상기 순시시간은 1밀리초이며,
    상기 직류전원과 상기 부하단 사이에 아크사고 전류가 발생하는지를 검출하는 아크사고 전류검출부;를 더 구비하고,
    상기 아크사고 전류검출부는
    상기 직류전원과 상기 부하단 사이에 흐르는 전류를 검출하는 홀센서와;
    상기 홀센서에서 출력되는 신호에 대해 아크사고 전류 검출을 위해 설정된 기준 주파수 이상의 고주파 신호를 필터링하여 통과시키는 하이패스 필터와;
    상기 하이패스 필터에서 출력되는 신호를 디지털 신호로 변환하는 AD변환기와;
    상기 AD변환기에서 출력되는 신호를 고속퓨리에 변환하는 고속 퓨리에 변환부와;
    상기 고속 퓨리에 변환부에 의해 변환된 고주파신호로부터 아크사고 전류 발생 여부를 판단하고, 판단결과를 상기 제어부에 제공하는 아크사고 판별부;를 구비하고,
    상기 아크사고 판별부는 설정된 단위시간 동안 사고로 설정된 주파수 대역의 신호크기가 설정된 비교기준값 이상으로 발생되는 사고 발생빈도가 기준치 사고발생 빈도 횟수 이상 발생한 경우에는 아크사고로 판단하도록 구축된 것을 특징으로 하는 아크사고 누설전류 검출형 양방향 직류전원 차단 제어장치.
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