KR20130127082A

KR20130127082A - 고속 차단 스위칭을 위한 ｓｓｃｂ 회로

Info

Publication number: KR20130127082A
Application number: KR1020120050718A
Authority: KR
Inventors: 이계병; 손광명
Original assignee: 그리드온(주)
Priority date: 2012-05-14
Filing date: 2012-05-14
Publication date: 2013-11-22

Abstract

본 발명은 SSCB 회로를 통한 양측 계통의 3상 전력선 연결 동안에 사고 발생에 대비한 신속한 회로 차단을 위해서 SSCB 내부의 싸이리스터를 턴오프 동작시키는 차단 전류에 미치는 요인들을 제거하고 마이크로그리드의 단독운전에도 적용가능 하도록 개선하여 안정적으로 빠르게 양측 전력선 연결의 차단을 수행할 수 있는 SSCB 회로에 관한 것이다.

Description

고속 차단 스위칭을 위한 ＳＳＣＢ 회로{SSCB Circuit for High Speed Breaking Current}

본 발명은 SSCB(Solid State Circuit Breaker) 회로에 관한 것으로서, 특히, SSCB 회로를 통한 양측 계통의 3상 전력선을 연결하는 동안에 발생할 수 있는 사고에 대비하여 SSCB를 이용한 신속한 회로 차단을 위해서 SSCB 내부의 싸이리스터를 턴오프 동작시키기 위한 차단 전류에 미치는 요인들을 제거하고, 마이크로그리드의 단독운전에도 적용가능 하도록 개선하여 안정적으로 빠르게 양측 전력선 연결의 차단을 수행할 수 있는 SSCB 회로에 관한 것이다.

한쪽에서 다른 쪽으로 전력을 공급하거나 차단하기 위하여 전력 계통과 부하 또는 다른 전력 계통(예, 마이크로그리드 등)을 연결하기 위하여 SSCB 회로가 사용될 수 있다. 한국실용신안등록번호 제20-0264800호와 같이, 이와 같은 SSCB 회로에는 싸이리스터가 사용되며, 이는 한쪽 전력 계통과 다른 쪽 부하 또는 다른 전력 계통을 연결하는 동안, 사고나 고장 발생 시에는 신속히 전력 공급용 싸이리스터를 턴오프 동작으로 회로를 즉시 차단하여 양측의 전력선이 연결되지 않도록 하여야 한다.

기존의 SSCB 회로 기술에서는 신속한 회로 차단을 위해서, 전력 공급용 싸이리스터의 턴오프 동작을 위한 강제 전류(commutation) 방식이 이용되기도 하지만, 과도 상태 동안에 발생될 수 있는 순간전압상승 문제로 인하여 그에 연결된 회로들이나 장비가 고장을 일으키게 된다. 이뿐만 아니라 싸이리스터를 강제 전류시키는 과정에서 요구되는 차단 전류에 미치는 요인들이 존재하여 SSCB의 신속한 차단을 회로 차단을 어렵게 하고, 전력 계통과 마이크로그리드의 연결 등에서는 양단간 전압차이의 문제로 마이크로그리드의 단독운전에 적용하는 것에 어려운 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은, 3상 전력선의 계통을 신속히 차단하기 위한 SSCB의 싸이리스터 턴오프 동작을 위해서, 요구되는 차단 전류에 미치는 요인들을 제거하고, 마이크로그리드의 단독운전에도 적용가능 하도록 개선하여 안정적이면서 빠르게 양측 전력선 연결 회로를 차단할 수 있는 SSCB 회로를 제공하는 것에 있다.

먼저, 본 발명의 특징을 요약하면, 상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일면에 따른, 제1계통과 제2계통 사이의 3상 전력선의 연결과 차단을 제어하는 SSCB(Solid State Circuit Breaker) 회로는, 제1계통의 제1접점과 제2계통의 제2접점 사이에 병렬로 연결된 제1바리스터, 제1순방향 싸이리스터, 및 제1역방향 싸이리스터; 상기 제1계통의 제3접점과 상기 제1접점 사이에 직렬로 연결된 제1 IGBT, 제2바리스터, 및 제1커패시터; 상기 제2바리스터와 상기 제1커패시터의 접점과 상기 제2접점 사이에 연결된 제2순방향 싸이리스터; 상기 제2계통의 제4접점과 상기 제2접점 사이에 직렬로 연결된 제2 IGBT, 제3바리스터, 및 제2커패시터; 및 상기 제1접점과, 상기 제3바리스터 및 상기 제2커패시터의 접점 사이에 연결된 제2역방향 싸이리스터를 포함한다.

상기 제1순방향 싸이리스터와 상기 제1역방향 싸이리스터를 동작시켜 상기 제1접점과 상기 제2접점 사이를 연결하고, 상기 제2순방향 싸이리스터와 상기 제2역방향 싸이리스터를 동작시켜 상기 제1접점과 상기 제2접점 사이의 연결을 차단하되, 상기 차단 시에 상기 제1 IGBT 및 상기 제2 IGBT를 턴오프시킨다.

또한, 본 발명의 다른 일면에 따른, 제1계통과 제2계통 사이의 3상 전력선의 연결과 차단을 제어하는 SSCB(Solid State Circuit Breaker) 회로는, 제1계통의 제1접점과 제2계통의 제2접점 사이에 병렬로 연결된 제1바리스터, 제1순방향 싸이리스터, 및 제1역방향 싸이리스터; 상기 제1계통의 제3접점과 상기 제1접점 사이에 직렬로 연결된 제1 다이오드, 제2바리스터, 및 제1커패시터; 상기 제2바리스터와 상기 제1커패시터의 접점과 상기 제2접점 사이에 연결된 제1 IGBT; 상기 제2계통의 제4접점과 상기 제2접점 사이에 직렬로 연결된 제2 다이오드, 제3바리스터, 및 제2커패시터; 및 상기 제1접점과, 상기 제3바리스터 및 상기 제2커패시터의 접점 사이에 연결된 제2 IGBT를 포함한다.

상기 제1순방향 싸이리스터와 상기 제1역방향 싸이리스터를 동작시켜 상기 제1접점과 상기 제2접점 사이를 연결하고, 상기 제1 IGBT 와 상기 제2 IGBT를 동작시켜 상기 제1접점과 상기 제2접점 사이의 연결을 차단하되, 상기 차단 시에 상기 제1 IGBT 및 상기 제2 IGBT를 미리 정해진 시간 동안 턴온시킨다.

또한, 본 발명의 또 다른 일면에 따른, 제1계통과 제2계통 사이의 3상 전력선의 연결과 차단을 제어하는 SSCB(Solid State Circuit Breaker) 회로는, 제1계통의 제1접점과 제2계통의 제2접점 사이에 병렬로 연결된 제1순방향 싸이리스터, 제1역방향 싸이리스터, 및 제1바리스터와 전력용 스위치의 직렬회로; 상기 제1계통의 제3접점과 상기 제1접점 사이에 직렬로 연결된 제1 다이오드, 제2바리스터, 및 제1커패시터; 상기 제2바리스터와 상기 제1커패시터의 접점과 상기 제2접점 사이에 연결된 제2순방향 싸이리스터; 상기 제2계통의 제4접점과 상기 제2접점 사이에 직렬로 연결된 제2 다이오드, 제3바리스터, 및 제2커패시터; 및 상기 제1접점과, 상기 제3바리스터 및 상기 제2커패시터의 접점 사이에 연결된 제2역방향 싸이리스터를 포함한다.

그리고, 본 발명의 또 다른 일면에 따른, 제1계통과 제2계통 사이의 3상 전력선의 연결과 차단을 제어하는 SSCB(Solid State Circuit Breaker) 회로는, 제1계통의 제1접점과 내부 접점 사이에 병렬로 연결된 제1바리스터, 제1순방향 싸이리스터, 및 제1역방향 싸이리스터; 상기 내부 접점과 제2계통의 제2접점 사이에 연결된 전력용 스위치; 상기 제1계통의 제3접점과 상기 제1접점 사이에 직렬로 연결된 제1 다이오드, 제2바리스터, 및 제1커패시터; 상기 제2바리스터와 상기 제1커패시터의 접점과 상기 내부 접점 사이에 연결된 제2순방향 싸이리스터; 상기 제2계통의 제4접점과 상기 내부 접점 사이에 직렬로 연결된 제2 다이오드, 제3바리스터, 및 제2커패시터; 및 상기 제1접점과, 상기 제3바리스터 및 상기 제2커패시터의 접점 사이에 연결된 제2역방향 싸이리스터를 포함한다.

상기 제1순방향 싸이리스터와 상기 제1역방향 싸이리스터를 동작시켜 상기 제1접점과 상기 제2접점 사이를 연결하되, 상기 연결 시에 상기 전력용 스위치를 턴온시키고, 상기 제2순방향 싸이리스터와 상기 제2역방향 싸이리스터를 동작시켜 상기 제1접점과 상기 제2접점 사이의 연결을 차단하되, 상기 차단 시에 상기 전력용 스위치를 턴오프시킨다.

본 발명에 따른 SSCB 회로에 따르면, IGBT의 제어를 통해 SSCB 회로에 인가될 수 있는 과도적인 순간전압상승 영향을 억제함으로써 싸이리스터를 강제 전류시키는 차단 전류에 미치는 요인을 제거하여 양측 전력선 연결의 차단을 빠르게 이루어지도록 할 수 있으며, 또한, 싸이리스터의 차단 전류를 제공하는 IGBT의 제어를 통해 싸이리스터에서 요구되는 차단 전류를 제어하여 양측 전력선 연결의 차단을 빠르게 이루어지도록 할 수 있다.

전력 계통과 마이크로그리드가 연결되지 않은 경우, 양단간 전압차이의 문제에서도 전력용 스위치를 동작시킴으로써 마이크로그리드의 단독운전에 적용 가능하도록 하였다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 SSCB 회로를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 도 1의 신호 접점들간 전압 파형과 스위치 제어 신호들의 일례를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 3상 중 A 상의 신호 접점들 사이의 SSCB 회로이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 3상 중 B 상의 신호 접점들 사이의 SSCB 회로이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 3상 중 C 상의 신호 접점들 사이의 SSCB 회로이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 3상 중 A 상의 신호 접점들 사이의 SSCB 회로이다.
도 7은 SSCB 회로의 양단간 전압 차이가 급상승하는 경우의 A 상의 전압 파형을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 3상 중 A 상의 신호 접점들 사이의 SSCB 회로이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 3상 중 A 상의 신호 접점들 사이의 SSCB 회로이다.

이하 첨부 도면들 및 첨부 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 SSCB 회로(100)를 설명하기 위한 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 SSCB 회로(100)는 한쪽의 전력 계통(예, 한전 전력 계통, 마이크로그리드 등)과 다른쪽 전력 계통(예, 부하, 마이크로그리드 등) 사이에 3상(A, B, C) 전력선의 연결과 차단을 제어하여, 한쪽의 전력 계통으로부터 다른쪽 전력 계통으로 전력을 공급하거나 차단할 수 있다.

예를 들어, 상전압 220V로서 선간 전압이 380V인 A, B, C 3상의 한쪽 계통의 각 전력선이 SSCB 회로(100)의 접점 A1, B1, C1에 각각 연결되고, SSCB 회로(100)에 구비된 스위치들의 턴온(turn-on), 턴오프(turn-off)를 제어하는 제어신호들을 소정 제어회로에서 발생시켜, 다른 쪽 계통의 각 전력선이 연결된 접점 A2, B2, C2과 연결시키거나, 연결을 차단시킬 수 있다.

예를 들어, 접점 A1, B1, C1이 각각 접점 A2, B2, C2과 연결되었다가, 사고나 고장으로 그 연결들을 차단시키는 경우를, 도 2와 같이, 각 접점에서의 정상적인 전류(I1)와 사고나 고장에 의한 SSCB의 차단 전류(I2)로 구분하여 살펴보면, 연결 차단 시에 기존에는 충전 커패시터(도 3의 CA1, CA2 참조)에서의 역전압 발생으로 커패시터 충전용 바리스터(도 3의 VAR1, VAR2 참조)를 통해 흐르는 전류가 보조 싸이리스터(도 3의 THY2, THY4 참조)를 통해 흐르는 주 싸이리스터(도 3의 THY1, THY3 참조)의 전류(commutation)를 위한 차단 전류에 더해져서 계속 공급되는 등의 현상으로, 사고나 고장에 의한 SSCB의 차단전류인 도 2에서의 기존I2 와 같이 회로 차단이 지연되는 문제가 있었다.

본 발명에서는 도 3내지 도 6, 및 도 8내지 도 9와 같은 SSCB 회로(100)에 구비되는 싸이리스터, IGBT 등의 턴온/ 턴오프를 위한 스위치 제어신호들(S11, S21, S12, S22, S13, S23)(예, 하이 레벨일 때 턴온, 로우 레벨일 때 턴오프)을 발생시켜, 도 2와 같이(본 발명1, 본발명2의 그래프) 연결 차단 시에 전류(I2)가 지연 없이 빠르게 하강하도록 차단이 이루어지도록 함으로써, 그에 연결된 회로들이나 장비가 고장을 일으키지 않도록 방지될 수 있게 하였다. 또한, 도 8내지 도 9와 같이 양단간 전압 차이가 정격전압에 비해 큰 경우에도, 회로가 차단되면서 나타나는 전류의 변화(-di/dt)에 의한 과도적인 순간전압상승으로부터 싸이리스터들을 보호할 수 있도록 스위치를 동작시킴으로써 다른 전력 계통과 연결되는 마이크로그리드의 단독운전에 적용 가능하도록 하였다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 3상 중 A 상의 신호 접점들 사이의 SSCB 회로(100)이다. 즉, 도 3은 SSCB 회로(100)의 접점 A1과 A2간의 회로 구성이다. 접점 C1과 C2도 접점 A1과 A2간의 회로에 연결됨을 볼 수 있다.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 3상 중 B 상의 신호 접점들 사이의 SSCB 회로(100)이다. 즉, 도 4는 SSCB 회로(100)의 접점 B1과 B2간의 회로 구성이다. 접점 A1과 A2도 접점 B1과 B2간의 회로에 연결됨을 볼 수 있다.

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 3상 중 C 상의 신호 접점들 사이의 SSCB 회로(100)이다. 즉, 도 5는 SSCB 회로(100)의 접점 C1과 C2간의 회로 구성이다. 접점 B1과 B2도 접점 C1과 C2간의 회로에 연결됨을 볼 수 있다.

도 3, 도 4, 도 5와 같이, 한쪽 계통의 접점(A1, B1, C1)과 다른쪽 계통의 접점(A2, B2, C2) 간의 회로 구성은 유사하며, 다만, 사용되는 접점에 약간의 차이가 있다. 따라서, 이하 도 3과 같은 접점 A1과 A2간의 회로 구성을 중심으로 그 동작을 설명하며, 이에 따라 당업자라면 도 4, 도 5의 회로에 대하여도 그 동작을 잘 이해할 수 있을 것으로 보인다.

도 3과 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 SSCB 회로(100)는, 접점(예, A1)과 접점(예, A2) 사이에 병렬로 연결된 바리스터(VAR3), 순방향 싸이리스터(THY1), 및 역방향 싸이리스터(THY3)을 포함한다. 또한, SSCB 회로(100)는, 접점(예, C1)과 접점(예, A1) 사이에 직렬로 연결된 IGBT(IGBT1), 바리스터(VAR1), 및 커패시터(CA1)를 포함한다. 또한, SSCB 회로(100)는, 바리스터(VAR1)와 커패시터(CA1)의 접점과 접점(예, A2) 사이에 연결된 순방향 싸이리스터(THY1)를 포함한다. 또한, SSCB 회로(100)는, 접점(예, C2)과 접점(예, A2) 사이에 직렬로 연결된 IGBT(IGBT2), 바리스터(VAR2), 및 커패시터(CA2)를 포함하고, 접점(예, A1)과, 바리스터(VAR2) 및 커패시터의 접점(CA2) 사이에 연결된 역방향 싸이리스터(THY4)를 포함한다.

여기서, 계통 간 연결 시에는, 제어신호(S11, S21)에 의해 순방향 싸이리스터(THY1)과 역방향 싸이리스터(THY3)을 동작(턴온)시키고 나머지 스위치들의 동작은 중지(턴오프)시켜, 접점들(예, 도 3에서 A1, A2)을 연결함으로써 이루어질 수 있다. 계통 간 연결 동안 바리스터(VAR1/VAR2)를 통해 충전 커패시터(CA1/CA2)가 300V로 충전된다고 할 때, 바리스터(VAR1/VAR2)의 정격은, 예를 들어, A1-C1 간 선간 전압(예, 380V)를 고려하여 240V(540-300V)로 설계될 수 있다. 바리스터(VAR3)의 정격은 상전압(예, 220V) 최대치(예, 312V) 정도로 설계될 수 있다.

계통 간 연결 차단 시에는, 제어신호(S12, S22)에 의해 순방향 싸이리스터(THY2)과 역방향 싸이리스터(THY4)을 동작(턴온)시키고 나머지 스위치들의 동작은 중지(턴오프)시켜, 접점들(예, 도 3에서 A1, A2)의 연결을 차단함으로써 이루어질 수 있다. 다만, 이와 같은 차단 시에는 싸이리스터(THY2/THY4)의 도통으로 커패시터(CA1/CA2)에 역전압이 발생될 수 있고, 이에 따라 IGBT들(IGBT1/IGBT1)이 없다면 접점(C1/C2)으로부터 바리스터(VAR1/VAR2)의 도통을 통해 역전류가 보조 싸이리스터(THY2/THY4) 쪽으로 부가되어 주 싸이리스터(THY1/THY3)를 전류(commutation) 시키기 위한 차단 전류가 계속 공급되는 것을 방지하기 위하여, 계통 간 연결 차단 시에 제어신호(S13/S23)에 의해 IGBT들(IGBT1/IGBT1)을 턴오프시킨다. 이에 따라 도 2의 본 발명의 I2와 같이 차단 지연 시간을 줄일 수 있다.

도 2에서 본 발명2의 그래프는 커패시터(CA1/CA2)의 정전용량이 SSCB에 흐를 수 있는 전류보다 상대적으로 커서 계통 간 연결 동안에 상대적으로 많은 전하를 저장한 경우이며, 도 2에서 본 발명1의 그래프는 커패시터(CA1/CA2)의 정전용량이 적절한 정도로서 계통 간 연결 동안에 필요한 정도의 전하를 저장한 경우에 해당한다. 커패시터(CA1/CA2)의 정전용량 값은 이와 같이 I2의 차단 전류의 지연시간을 고려하여 적절히 설계될 수 있다.

여기서, 바리스터(varistor)는 양 끝에 가해지는 전압에 의해서 저항값이 변하는 비선형 반도체 저항소자이며, 싸이리스터(silicon controlled rectifier:SCR: 실리콘 제어정류기)는 게이트에 전류를 인가하여 턴온시키고, 지속적인 게이트 전류의 공급 없이도　양극과 음극 사이에 역전류가 인가되거나 그 전류가 유지전류(holding currrent) 이하로 떨어질 때 턴오프되는 반도체 스위치에 해당한다. 또한, IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)는 게이트에 전류를 인가하여 턴온시키고, 게이트에 역전류를 인가하여 턴오프시킬 수 있는 반도체 스위치에 해당한다.

도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 3상 중 A 상의 신호 접점들 사이의 SSCB 회로(100)이다.

도 6을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 SSCB 회로(100)는, 접점(예, A1)과 접점(예, A2) 사이에 병렬로 연결된 바리스터(VAR3), 순방향 싸이리스터(YHY1), 및 역방향 싸이리스터(YHY3)을 포함한다. 또한, SSCB 회로(100)는, 접점(예, C1)과 접점(예, A1) 사이에 직렬로 연결된 다이오드(D1), 바리스터(VAR1), 및 커패시터(CA1)을 포함하고, 바리스터(VAR1)와 커패시터(CA1)의 접점과 접점(예, A2) 사이에 연결된 IGBT(IGBT1)을 포함한다. 이외에도, 접점(예, C2)과 접점(예, A2) 사이에 직렬로 연결된 다이오드(D2), 바리스터(VAR2), 및 커패시터(CA2)를 포함하고, 접점(예, A1)과, 바리스터(VAR2) 및 커패시터(CA2)의 접점 사이에 연결된 IGBT(IGBT2)를 포함한다.

여기서, 계통 간 연결 시에는, 제어신호(S11, S21)에 의해 순방향 싸이리스터(THY1)과 역방향 싸이리스터(THY3)을 동작(턴온)시키고 나머지 스위치들의 동작은 중지(턴오프)시켜, 접점들(예, 도 3에서 A1, A2)을 연결함으로써 이루어질 수 있다.

계통 간 연결 차단 시에는, 제어신호(S12/S22)에 의해 IGBT(IGBT1)과 IGBT(IGBT2)를 동작(턴온)시키고 나머지 스위치들의 동작은 중지(턴오프)시켜, 접점들(예, 도 3에서 A1, A2)의 연결을 차단함으로써 이루어질 수 있다. 다만, 이와 같은 차단 시에는 IGBT들(IGBT1/IGBT2) 대신에 도 3과 같이 싸이리스터(THY2/THY4)를 이용하는 경우에 해당 싸이리스터(THY2/THY4)의 전류(commutation) 문제로 차단 전류가 즉시 전류(commutation)되지 못하고, 도2의 기존 I2와 같이 SSCB의 차단 전류가 지연되는 것을 방지하기 위하여, 계통 간 연결 차단 시에 제어신호(S12/S22)에 의해 IGBT들(IGBT1/IGBT2)을 주 싸이리스터(THY1/THY3)의 전류(commutation) 특성에 따라 미리 정해진 일정 시간 동안(예, tq=200A/μsec 정도)만 턴온(도 2에 도시되지 않음)시킨다. 이에 따라 도 2의 본 발명의 I2와 같이 차단 지연 시간을 줄일 수 있다.

이 같은 경우, 커패시터(CA1/CA2)의 정전용량 값을 상대적으로 크게 설계하여도 도 2에서 본 발명1과 같이 차단 시간을 줄여줄 수 있다.

여기서, 도 3과 같은 효과를 더하기 위해서 다이오드(D1/D2) 대신에 그 위치에 IGBT들로 대체하고, 도 3에서 설명한 바와 같이 그 IGBT들을 제어하는 것도 가능하다.

한편, 위와 같은 도 3 내지 도 6의 SSCB 형태가, 한쪽의 한전 전력 계통과 다른쪽 전력 계통으로서 단독운전 가능한 마이크로그리드 사이를 연결 또는 차단하고자 적용되는 경우에, 양쪽의 연결 과정에서 도 7과 같이, 싸이리스터들을 보호하기 위한 바리스터(VAR3)의 양단에 상전압(예, 220V) 최대치(예, 312V)의 2배 전압이 인가될 수 있어서, 2배의 정격 전압을 갖는 바리스터(VAR3)를 사용해야 한다. 이 경우, 회로가 차단되면서 나타나는 전류의 변화(-di/dt)에 의한 과도적인 순간전압상승으로부터 싸이리스터들을 적절히 보호하지 못하는 문제가 있다.

이와 같은 문제를 해결하기 위하여, 도 8 또는 도 9와 같이, 스위치(SW)를 추가적으로 부가하여 SSCB 회로(100)를 구성할 수 있다.

도 8을 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 SSCB 회로(100)는, 접점(예, A1)과 접점(예, A2) 사이에 병렬로 연결된 순방향 싸이리스터(THY1), 역방향 싸이리스터(THY3), 및 바리스터(VAR3)와 전력용 스위치(SW)의 직렬회로를 포함하고, 여기서 전력용 스위치(SW)는 기계적 스위치, 전력용 MOSFET 이나 BJT 등 다양한 형태가 가능하다. 이외에 SSCB 회로(100)는, 접점(C1)과 접점(예, A2) 사이에 직렬로 연결된 다이오드(D1), 바리스터(VAR1), 및 커패시터(CA1)을 포함하며, 또한, 바리스터(VAR1)와 커패시터(CA1)의 접점과 접점(예, A2) 사이에 연결된 순방향 싸이리스터(THY2)를 포함한다. 또한, SSCB 회로(100)는, 접점(예, C2)과 접점(예, A2) 사이에 직렬로 연결된 다이오드(D2), 바리스터(VAR2), 및 커패시터(CA2)를 포함하고, 또한, 접점(예, A1)과, 바리스터(VAR2) 및 커패시터(CA2)의 접점 사이에 연결된 역방향 싸이리스터(THY4)를 포함한다.

여기서, 도 3또는 도 6과 같은 효과를 더하기 위해서, 다이오드(D1/D2) 대신에 그 위치에 IGBT들로 대체하고 도 3에서 설명한 바와 같이 그 IGBT들을 제어할 수 있으며, 싸이리스터(THY2/THY4) 대신에 그 위치에 IGBT들로 대체하고 도 6에서 설명한 바와 같이 그 IGBT들을 제어할 수 있다.

또한, 도 9를 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 SSCB 회로(100)는, 접점(예, A1)과 내부 접점(Q) 사이에 병렬로 연결된 바리스터(VAR3), 순방향 싸이리스터(THY1), 및 역방향 싸이리스터(THY3)을 포함하고, 내부 접점(Q)과 접점(예, A2) 사이에 연결된 전력용 스위치(SW)를 포함하다. 또한, SSCB 회로(100)는, 접점(예, C1) 과 접점(예, A1) 사이에 직렬로 연결된 다이오드(D1), 바리스터(VAR1), 및 커패시터(CA1)을 포함하고, 바리스터(VAR1)와 커패시터(CA1)의 접점과 내부 접점(Q) 사이에 연결된 순방향 싸이리스터(THY2)를 포함한다. 또한, SSCB 회로(100)는, 접점(예, C2) 과 내부 접점(Q) 사이에 직렬로 연결된 다이오드(D2), 바리스터(VAR2), 및 커패시터(CA2)를 포함하고, 접점(예, A1)과, 바리스터(VAR2) 및 커패시터(CA2)의 접점 사이에 연결된 역방향 싸이리스터(THY4)를 포함한다.

여기서도, 도 3또는 도 6과 같은 효과를 더하기 위해서, 다이오드(D1/D2) 대신에 그 위치에 IGBT들로 대체하고 도 3에서 설명한 바와 같이 그 IGBT들을 제어할 수 있으며, 싸이리스터(THY2/THY4) 대신에 그 위치에 IGBT들로 대체하고 도 6에서 설명한 바와 같이 그 IGBT들을 제어할 수 있다.

도 8과 도 9에서, 계통 간 연결 시에는, 제어신호(S11, S21)에 의해 순방향 싸이리스터(THY1)과 역방향 싸이리스터(THY3)을 동작(턴온)시키고 전력용 스위치(SW)를 턴온 시키며, 나머지 스위치들의 동작은 중지(턴오프)시켜, 접점들(예, 도 3에서 A1, A2)을 연결함으로써 이루어질 수 있다.

양쪽의 연결 과정에서 도 7과 같이, 싸이리스터들을 보호하기 위한 바리스터(VAR3)의 양단에 상전압(예, 220V) 최대치(예, 312V)의 2배 전압이 인가될 수 있어서, 2배의 정격 전압을 갖는 바리스터(VAR3)를 사용해야 한다. 이 경우, 회로가 차단되면서 나타나는 전류의 변화(-di/dt)에 의한 과도적인 순간전압상승으로부터 싸이리스터들을 적절히 보호하지 못하는 문제가 있다.

계통 간 연결 차단 시에는, 제어신호(S12, S22)에 의해 순방향 싸이리스터(THY2)과 역방향 싸이리스터(THY4)을 동작(턴온)시키고 나머지 스위치들의 동작은 중지(턴오프)시켜, 접점들(예, A1, A2)의 연결을 차단함으로써 이루어질 수 있다. 다만, 이와 같은 차단 시에는 도 7과 같이, 바리스터(VAR3)의 양단에 상전압(예, 220V) 최대치(예, 312V)의 2배 전압이 인가될 수 있어서, 싸이리스터를 보호하기 위한 바리스터(VAR3)가 도통되어 SSCB에 의한 계통 간 연결 차단이 될 수 없으므로, 이를 방지하기 위하여 전력용 스위치(SW)를 턴오프시킨다.

이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

VAR1, VAR2, VAR3: 바리스터
THY1, THY2, THY3, THY4: 싸이리스터
IGBT1, IGBT1, IGBT1, IGBT1: IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)
CA1, CA1: 커패시터
D1, D2: 다이오드
SW: 전력용 스위치

Claims

제1계통과 제2계통 사이의 3상 전력선의 연결과 차단을 제어하는 SSCB(Solid State Circuit Breaker) 회로에 있어서,
제1계통의 제1접점과 제2계통의 제2접점 사이에 병렬로 연결된 제1바리스터, 제1순방향 싸이리스터, 및 제1역방향 싸이리스터;
상기 제1계통의 제3접점과 상기 제1접점 사이에 직렬로 연결된 제1 IGBT, 제2바리스터, 및 제1커패시터;
상기 제2바리스터와 상기 제1커패시터의 접점과 상기 제2접점 사이에 연결된 제2순방향 싸이리스터;
상기 제2계통의 제4접점과 상기 제2접점 사이에 직렬로 연결된 제2 IGBT, 제3바리스터, 및 제2커패시터; 및
상기 제1접점과, 상기 제3바리스터 및 상기 제2커패시터의 접점 사이에 연결된 제2역방향 싸이리스터
를 포함하는 것을 특징으로 하는 SSCB 회로.
제1항에 있어서,
상기 제1순방향 싸이리스터와 상기 제1역방향 싸이리스터를 동작시켜 상기 제1접점과 상기 제2접점 사이를 연결하고,
상기 제2순방향 싸이리스터와 상기 제2역방향 싸이리스터를 동작시켜 상기 제1접점과 상기 제2접점 사이의 연결을 차단하되,
상기 차단 시에 상기 제1 IGBT 및 상기 제2 IGBT를 턴오프시키는 것을 특징으로 하는 SSCB 회로.
제1계통과 제2계통 사이의 3상 전력선의 연결과 차단을 제어하는 SSCB(Solid State Circuit Breaker) 회로에 있어서,
제1계통의 제1접점과 제2계통의 제2접점 사이에 병렬로 연결된 제1바리스터, 제1순방향 싸이리스터, 및 제1역방향 싸이리스터;
상기 제1계통의 제3접점과 상기 제1접점 사이에 직렬로 연결된 제1 다이오드, 제2바리스터, 및 제1커패시터;
상기 제2바리스터와 상기 제1커패시터의 접점과 상기 제2접점 사이에 연결된 제1 IGBT;
상기 제2계통의 제4접점과 상기 제2접점 사이에 직렬로 연결된 제2 다이오드, 제3바리스터, 및 제2커패시터; 및
상기 제1접점과, 상기 제3바리스터 및 상기 제2커패시터의 접점 사이에 연결된 제2 IGBT
를 포함하는 것을 특징으로 하는 SSCB 회로.
제1항에 있어서,
상기 제1순방향 싸이리스터와 상기 제1역방향 싸이리스터를 동작시켜 상기 제1접점과 상기 제2접점 사이를 연결하고,
상기 제1 IGBT 와 상기 제2 IGBT를 동작시켜 상기 제1접점과 상기 제2접점 사이의 연결을 차단하되,
상기 차단 시에 상기 제1 IGBT 및 상기 제2 IGBT를 미리 정해진 시간 동안 턴온시키는 것을 특징으로 하는 SSCB 회로.
제1계통과 제2계통 사이의 3상 전력선의 연결과 차단을 제어하는 SSCB(Solid State Circuit Breaker) 회로에 있어서,
제1계통의 제1접점과 제2계통의 제2접점 사이에 병렬로 연결된 제1순방향 싸이리스터, 제1역방향 싸이리스터, 및 제1바리스터와 전력용 스위치의 직렬회로;
상기 제1계통의 제3접점과 상기 제1접점 사이에 직렬로 연결된 제1 다이오드, 제2바리스터, 및 제1커패시터;
상기 제2바리스터와 상기 제1커패시터의 접점과 상기 제2접점 사이에 연결된 제2순방향 싸이리스터;
상기 제2계통의 제4접점과 상기 제2접점 사이에 직렬로 연결된 제2 다이오드, 제3바리스터, 및 제2커패시터; 및
상기 제1접점과, 상기 제3바리스터 및 상기 제2커패시터의 접점 사이에 연결된 제2역방향 싸이리스터
를 포함하는 것을 특징으로 하는 SSCB 회로.
제1계통과 제2계통 사이의 3상 전력선의 연결과 차단을 제어하는 SSCB(Solid State Circuit Breaker) 회로에 있어서,
제1계통의 제1접점과 내부 접점 사이에 병렬로 연결된 제1바리스터, 제1순방향 싸이리스터, 및 제1역방향 싸이리스터;
상기 내부 접점과 제2계통의 제2접점 사이에 연결된 전력용 스위치;
상기 제1계통의 제3접점과 상기 제1접점 사이에 직렬로 연결된 제1 다이오드, 제2바리스터, 및 제1커패시터;
상기 제2바리스터와 상기 제1커패시터의 접점과 상기 내부 접점 사이에 연결된 제2순방향 싸이리스터;
상기 제2계통의 제4접점과 상기 내부 접점 사이에 직렬로 연결된 제2 다이오드, 제3바리스터, 및 제2커패시터; 및
상기 제1접점과, 상기 제3바리스터 및 상기 제2커패시터의 접점 사이에 연결된 제2역방향 싸이리스터
를 포함하는 것을 특징으로 하는 SSCB 회로.
제5항 또는 제6항에 있어서,
상기 제1순방향 싸이리스터와 상기 제1역방향 싸이리스터를 동작시켜 상기 제1접점과 상기 제2접점 사이를 연결하되,
상기 연결 시에 상기 전력용 스위치를 턴온시키고,
상기 제2순방향 싸이리스터와 상기 제2역방향 싸이리스터를 동작시켜 상기 제1접점과 상기 제2접점 사이의 연결을 차단하되,
상기 차단 시에 상기 전력용 스위치를 턴오프시키는 것을 특징으로 하는 SSCB 회로.