KR20200060082A

KR20200060082A - 직류 차단기

Info

Publication number: KR20200060082A
Application number: KR1020180145590A
Authority: KR
Inventors: 정대원
Original assignee: 호남대학교 산학협력단
Priority date: 2018-11-22
Filing date: 2018-11-22
Publication date: 2020-05-29
Also published as: KR102118650B1

Abstract

본 발명은 직류 차단기에 관한 것으로서, 직류 선로를 개폐할 수 있게 설치된 메인스위치의 개방시에 발생되는 아크전류의 저항을 증가시키도록 자속을 발생시키게 권선된 코일과, 코일의 일단에 접속된 반도체스위치와, 반도체스위치에 직렬연결된 커패시터와, 메인스위치의 일측에서 공급되는 선로의 전류를 커패시터로 도통시키는 제1다이오드와, 코일의 타단에 직렬로 접속되어 코일을 통해 공급되는 전류에 의해 발광하는 발광모듈과, 직류 선로의 일측 또는 타측에 고장발생 시 커패시터에 충전된 전력을 코일에 공급하도록 반도체스위치가 턴온되게 제어하는 제어부를 구비한다. 이러한 직류 차단기에 의하면, 직류선로의 개방시 발생되는 아크전류를 소호시킬 수 있으면서 자속발생을 위해 코일을 통해 공급되는 전력을 활용할 수 있는 장점을 제공한다.

Description

직류 차단기{DC circuit breaker}

본 발명은 직류 차단기에 관한 것으로서, 상세하게는 직류 선로를 개폐하는 메인스위치의 개방시 발생하는 아크전류를 소호할 수 있도록 된 직류 차단기에 관한 것이다.

직류 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 고장전류의 차단을 위해 개방시 직류 전압으로 인해 단자에 아크(arc)가 발생될 수 있으며, 아크가 발생되면 아크를 통해 고장전류가 지속적으로 흐르게 되어 고장전류를 완전히 차단하지 못하는 문제점이 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 한국등록특허 제10-1569195호에 자계를 이용하여 아크전류를 소호하는 직류 차단기기 개시되어 있다.

그런데, 상기 직류 차단기는 자계를 형성하기 위한 코일을 통해 공급되는 전력을 회수하여 재활용하지 못하는 단점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위하여 창안된 것으로서, 직류선로의 개방시 발생되는 아크전류를 소호시킬 수 있으면서 자속발생을 위해 코일을 통해 공급되는 전력을 활용할 수 있는 직류 차단기를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 직류 차단기는 직류 선로를 개폐할 수 있게 설치된 메인스위치와; 상기 메인스위치의 개방시에 발생되는 아크전류의 저항을 증가시키도록 자속을 발생시키게 권선된 코일과; 상기 코일의 일단에 접속되어 상기 코일에 전류를 공급 또는 차단할 수 있게 접속된 반도체스위치와; 상기 반도체스위치에 직렬연결된 커패시터와; 상기 메인스위치의 일측에서 공급되는 상기 선로의 전류를 상기 커패시터로 도통시키는 제1다이오드와; 상기 코일의 타단에 직렬로 접속되어 상기 코일을 통해 공급되는 전류에 의해 발광하는 발광모듈과; 상기 직류 선로의 일측 또는 타측에 고장발생 시 상기 커패시터에 충전된 전력을 상기 코일에 공급하도록 상기 반도체스위치가 턴온되게 제어하는 제어부;를 구비한다.

바람직하게는 상기 발광모듈에서 방사되는 광을 수광하여 전기를 생성하는 태양전지모듈과; 상기 태양전지모듈에서 생성된 전력을 충전하는 충전부;를 더 구비한다.

또한, 상기 충전부에서 충전된 전력은 상기 제어부의 구동전력으로 사용하도록 접속된 것이 바람직하다.

또한, 메인스위치의 타측에서 공급되는 상기 선로의 전류를 상기 커패시터로 도통시키는 제2다이오드를 더 구비할 수 있다.

본 발명에 따른 직류 차단기에 의하면, 직류선로의 개방시 발생되는 아크전류를 소호시킬 수 있으면서 자속발생을 위해 코일을 통해 공급되는 전력을 활용할 수 있는 장점을 제공한다.

도 1은 본 발명에 따른 직류 차단기를 나타내 보인 도면이고,
도 2는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 직류 차단기를 나타내 보인 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 직류 차단기를 더욱 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 직류 차단기를 나타내 보인 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 직류 차단기(100)는 메인스위치(110), 코일(120), 반도체스위치(130), 커패시터(140), 제1다이오드(150), 발광모듈(160), 태양전지모듈(170), 충전부(180) 및 제어부(190)를 구비한다.

메인스위치(110)는 직류 선로(10)를 개폐할 수 있게 설치되어 있다.

메인스위치(110)는 후술되는 제어부(190)에 제어되어 스위치 온 또는 스위치 오프되게 구축될 수 있다.

메인 스위치(110)의 제어부(190)에 의한 스위치 온/오프 제어 구조는 릴레이구조, 전극 진퇴구조 등 공지된 다양한 방식을 적용할 수 있다.

코일(120)은 메인스위치(110)의 개방시에 발생되는 아크전류의 저항을 증가시키도록 아크전류의 방향에 수직한 방향으로 자속을 발생시키게 권선되어 있다.

이러한 코일(120) 권선 구조는 앞서 설명된 한국등록특허 제10-1569195호에 설명되어 있어 상세한 설명은 생략한다.

반도체스위치(130)는 제어부(190)에 제어되어 코일(120)에 전류를 공급 또는 차단할 수 있게 턴온 또는 턴오프 되며 코일(120)의 일단과 접속되어 있다.

커패시터(140)는 반도체스위치(130)에 직렬연결되어 있다.

제1다이오드(150)는 메인스위치(110)의 일측에서 공급되는 선로(10)의 전류를 커패시터(140)로 도통시키도록 일단은 선로(10)에 접속되고 타단은 반도체스위치(130)와 커패시터(140) 사이에 접속되어 있다.

참조부호 152는 반도체 스위치(130)와 커패시터(140) 사이에 직렬접속되어 커패시터(140)로의 충전전류를 제한하는 저항소자이다.

발광모듈(160)은 코일(120)의 타단과 전류패스라인 예를 들면 음극단 또는 접지 사이에 직렬로 접속되어 코일(120)을 통해 공급되는 전류에 의해 발광한다.

발광모듈(160)는 적어도 하나의 발광다이오드가 적용될 수 있다.

발광모듈(160)에서 발광되는 광은 다양한 용도로 이용될 수 있고, 바람직하게는 전력으로 회수할 수 있게 이용된다.

태양전지모듈(170)은 발광모듈(160)에서 방사되는 광을 수광하여 전기를 생성하고, 생성된 전력을 충전부(180)에 공급한다.

충전부(180)는 태양전지모듈(170)에서 생성된 전력을 충전한다.

충전부(180)에 충전된 전력은 적절하게 사용되면 된다.

바람직하게는 충전부(180)는 제어부(190)의 구동전력으로 이용될 수 있는 전압으로 변환하여 제어부(190)의 구동전력으로 사용하도록 접속된다.

여기서 제어부(190)는 별도의 구동전원에 의해 구동되며 충전부(180)의 전력을 보조적으로 이용하도록 구축될 수 있다.

제어부(190)는 직류 선로(10)의 일측 또는 타측에 고장발생 시 커패시터(140)에 충전된 전력을 코일(120)에 공급하도록 반도체스위치(130)가 턴온되게 제어한다.

도시된 예에서는 직류선로(10)에 흐르는 전류를 검출하도록 직류 선로(10)에 직렬상으로 접속된 전류검출용 션트 저항소자(115)의 전류를 제어부(190)에서 검출하고 검출된 전류가 설정된 기준전류를 초과하면 메인 스위치(110)가 개방되게 제어하는 구조로 되어 있다.

또한, 직류선로(10)에 흐르는 전류를 검출하기 위해 도시된 예와 다르게 코일 형태로 권선되어 전류를 검출하는 방식 등 공지된 다양한 구조가 적용될 수 있음은 물론이다.

이와는 다르게, 제어부(190)는 별도의 고장전류 검출기로부터 고장전류가 검출되면 반도체스위치(130)를 개방하도록 구축될 수 있음은 물론이다.

한편, 도시된 예에서는 직류선로(10)의 메인 스위치(110)를 기준으로 A로 표기된 측에서 B측으로 전력이 공급될 때 아크전류를 소호시키는 구조를 적용하였고, 양방향으로 B로 표기된 측에서 A측으로 전력이 공급될 때도 아크전류를 소호시킬 수 있도록 도 2에 도시된 바와 같이 제1다이오드와 대응되게 일단은 B측 선로(10)와 접속되고 타단은 반도체스위치(130)와 커패시터(140) 사이에 접속된 제2다이오드(250)를 적용할 수 있다.

즉, 제2다이오드(250)는 메인스위치(110)의 타측에서 공급되는 선로(10)의 전류를 커패시터(140)로 도통시키도록 접속되어 있다.

이러한 직류차단기(100)는 정상상태에서는 스위치 온 상태를 유지하는 메인스위치(110)를 통해 선로(10)의 A측에서 B측으로 전류가 공급된다.

또한, 제1다이오드(150)를 통해 커패시터(140)로 전류가 공급되어 커패시터(140)는 일정한 전압으로 충전된다.

이러한 정상상태에서 선로(10)에 기준전류를 초과하는 전류가 흐르거나, 또는 고장전류 검출기로부터 고장전류가 검출되면 제어부(190)는 선로(10)의 전류를 차단하기 위해 메인스위치(110)를 개방시키고, 반도체스위치(130)를 턴온(turn-on)되게 제어한다. 이때 메인스위치(110)의 개방시 아크가 발생하여 아크전류가 양단 전극을 통해 흐르고, 반도체스위치(130)가 턴온됨에 따라 커패시터(140)에 충전된 전력에 의해 전류가 코일(120)로 공급되어 메인스위치(110)에 발생된 아크전류의 방향에 수직방향으로 자속이 발생되어 아크전류에 대한 저항이 커지게 된다. 이러한 아크전류에 대한 저항의 증가는 메인스위치(110)에서 아크전류의 크기를 감소시킨다.

또한, 코일(120)을 통해 흐르는 전류에 의해 발광하는 발광모듈(160)의 빛에너지는 태양전지모듈(170) 및 충전부(180)를 통해 일부 회수된다.

이상에서 설명된 직류 차단기에 의하면, 직류선로의 개방시 발생되는 아크전류를 소호시킬 수 있으면서 자속발생을 위해 코일을 통해 공급되는 전력을 활용할 수 있는 장점을 제공한다.

110: 메인스위치 120: 코일
130: 반도체스위치 140: 커패시터
140: 제1다이오드 160: 발광모듈
170: 태양전지모듈 180: 충전부
190: 제어부

Claims

직류 선로를 개폐할 수 있게 설치된 메인스위치와;
상기 메인스위치의 개방시에 발생되는 아크전류의 저항을 증가시키도록 자속을 발생시키게 권선된 코일과;
상기 코일의 일단에 접속되어 상기 코일에 전류를 공급 또는 차단할 수 있게 접속된 반도체스위치와;
상기 반도체스위치에 직렬연결된 커패시터와;
상기 메인스위치의 일측에서 공급되는 상기 선로의 전류를 상기 커패시터로 도통시키는 제1다이오드와;
상기 코일의 타단에 직렬로 접속되어 상기 코일을 통해 공급되는 전류에 의해 발광하는 발광모듈과;
상기 직류 선로의 일측 또는 타측에 고장발생 시 상기 커패시터에 충전된 전력을 상기 코일에 공급하도록 상기 반도체스위치가 턴온되게 제어하는 제어부;를 구비하는 것을 특징으로 하는 직류차단기.
제1항에 있어서, 상기 발광모듈에서 방사되는 광을 수광하여 전기를 생성하는 태양전지모듈과;
상기 태양전지모듈에서 생성된 전력을 충전하는 충전부;를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 직류차단기.
제2항에 있어서, 상기 충전부에서 충전된 전력은 상기 제어부의 구동전력으로 사용하도록 접속된 것을 특징으로 하는 직류차단기.
제3항에 있어서, 상기 메인스위치의 타측에서 공급되는 상기 선로의 전류를 상기 커패시터로 도통시키는 제2다이오드;를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 직류차단기.