KR100981824B1 - 고장 전류 구동 차단기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고장 전류 구동 차단기에 관한 것으로, 해결하고자 하는 기술적 과제는 고장 전류 자체를 에너지원으로 이용하여 장치를 단순화하고 초고속 동작하는 데 있다.

이를 위해 본 발명은 주회로에 연결된 제1권선과 보조 회로에 연결된 제2권선을 포함하는 커플드 인덕터와, 커플드 인덕터에 전기적으로 연결되어 고장 전류 발생시 주회로에서 커플드 인덕터의 제1권선에 직렬로 흐르는 전류를 차단하고, 보조 회로에 흐르는 전류를 분류시키는 고속 스위치 및 커플드 인덕터의 제2권선과 고속 스위치에 전기적으로 연결되어, 주회로에 고장 전류 발생 시 통전되어 제2권선을 통해 인가되는 기전력에 의해 전류를 고속 스위치로 전달하는 반도체 소자 스위치를 포함하는 고장 전류 구동 차단기를 개시한다.

차단기, 커플드 인덕터, 고속 스위치, 차단 스위치, 제너 다이오드

Description

고장 전류 구동 차단기{FAULT CURRENT DRIVEN CIRCUIT BREAKER}

본 발명은 고장 전류 구동 차단기에 관한 것으로서, 보다 자세하게는 고장 전류 자체를 에너지원으로 이용하여 장치를 단순화하고 초고속 동작할 수 있는 고장 전류 구동 차단기에 관한 것이다.

전력계통에서는 낙뢰, 지락, 단락 등의 사고시에 발생하는 임계치 이상의 과전류가 계통으로 흐르지 못하도록 한류기 및 차단기 등을 적용한다.

한류기 중에서 초전도 소자를 이용한 초전도 한류기(Fault Current Limiters:FCLs)는 전력공급원에서 공급되는 전력을 초전도 소자의 고유 특성에 의해 손실이 발생됨이 없이 계통으로 공급하고, 낙뢰, 지락, 단락 등의 사고시에 발생하는 임계치 이상의 과전류를 제한한다.

그리고 차단기는 전력계통상에 연결되어 임계치 이상의 과전류를 감지하고 차단신호를 발생하는 과전류 계전기의 제어에 따라 계통과의 연결을 끊음으로써 과전류가 계통으로 흐르는 것을 차단한다.

상기 차단기는 과전류를 감지하는 감지기, 과전류 계전기를 제어하여 계통과의 연결을 연결 또는 끊기 위한 구동부 및 상기 구동부에 전력을 공급하기 위한 에 너지원등이 필요하다. 이러한 차단기는 에너지원 및 구동부로 인해서 차단기가 크기의 축소가 어려우며, 제작비용 또한 과다하게 소요되었다.

그리고 초고속 동작을 요하는 차단기는 고장 감지 후에 차단기가 동작하는 동안 소요되는 시간으로 인해서 일시적으로 고장 전류가 차단기에 인가되고 고장 제거 이후에도, 차단기는 고장 전류가 인가될 때와 같이 전류를 차단시켜 오작동할 수 있다.

본 발명은 상술한 종래의 문제점을 극복하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 커플드 인덕터인 특수 변압기를 통해서 고장 전류 자체를 에너지원으로 이용할 수 있으므로, 별도의 에너지원을 제거하여 장치를 단순화하고 초고속 동작할 수 있는 고장 전류 구동 차단기를 제공하는데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 의한 고장 전류 구동 차단기는 주회로에 연결된 제1권선과 보조 회로에 연결된 제2권선을 포함하는 커플드 인덕터와, 상기 커플드 인덕터에 전기적으로 연결되어 고장 전류 발생시 상기 주회로에서 상기 커플드 인덕터의 제1권선에 직렬로 흐르는 전류를 차단하고, 보조 회로에 흐르는 전류를 분류시키는 고속 스위치 및 상기 커플드 인덕터의 제2권선과 상기 고속 스위치에 전기적으로 연결되어, 상기 주회로에 고장 전류 발생 시 통전되어 제2권선을 통해 인가되는 기전력에 의해 전류를 상기 고속 스위치로 전달하는 반도체 소자 스위치를 포함할 수 있다.

상기 반도체 소자 스위치와 상기 고속 스위치에 제1전극이 전기적으로 연결되고, 상기 커플드 인덕터의 제2권선과 상기 고속 스위치에 제2전극이 전기적으로 연결된 고장 검증 장치를 더 포함할 수 있다.

상기 고속 스위치는 상기 커플드 인덕터의 제2권선의 일단과 상기 반도체 소자 스위치 사이에 전기적으로 연결된 구동코일과, 상기 커플드 인덕터의 제1권선의 일단에 연결된 차단 스위치와, 상기 차단 스위치와 상기 단락 접점과 기계적으로 연결되어 구동코일에서 발생된 자기장에 의해서 상기 차단 스위치와 상기 단락 접점의 동작을 결정하는 반발판을 포함할 수 있다.

상기 반발판은 고장 전류가 발생 되었을 때, 상기 구동코일에서 발생된 자기장에 의해서 상기 차단 스위치를 개방시키고, 상기 단락접점을 통전시킬 수 있다.

상기 반도체 소자 스위치는 제1전극이 상기 커플드 인덕터의 제2권선에 타단에 전기적으로 연결되고, 제2전극이 상기 고속 스위치에 전기적으로 연결될 수 있다.

상기 반도체 소자 스위치와 전기적으로 연결되어, 상기 반도체 스위치의 동작을 제어하는 고장 감지 장치가 더 형성될 수 있다.

상기 반도체 소자 스위치는 제너 다이오드 스위치 회로일 수 있다.

상기 제너 다이오드 스위치 회로는 상기 커플드 인덕터의 제2권선과 상기 고속 스위치에 전기적으로 연결된 스너버 회로와, 상기 스너버 회로에 병렬로 애노드와 캐소드가 연결된 제1사이리스터와, 상기 제1사이리스터의 제어전극에 캐소드가 전기적으로 연결된 제1다이오드와, 상기 제1다이오드의 애노드에 애노드가 전기적으로 연결된 제1제너 다이오드와, 상기 제1제너 다이오드의 캐소드와 상기 제1사이리스터의 애노드에 전기적으로 연결된 제1저항과, 상기 스너버 회로에 병렬로 연결되며, 상기 제1사이리스터의 애노드에 캐소드가 전기적으로 연결되고, 상기 제1사이리스터의 캐소드에 애노드가 전기적으로 연결된 제2사이리스터와, 상기 제2사이리스터의 제어전극에 캐소드가 전기적으로 연결된 제2다이오드와, 상기 제2다이오 드의 애노드에 애노드가 전기적으로 연결된 제2제너 다이오드 및 상기 제2제너 다이오드의 캐소드와 상기 제2사이리스터의 애노드에 전기적으로 연결된 제2저항을 포함할 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 의한 고장 전류 구동 차단기는 커플드 인덕터인 특수 변압기를 통해서 고장 전류 자체를 에너지원으로 이용할 수 있으므로, 별도의 에너지원을 제거하여 장치를 단순화하고 초고속 동작할 수 있게 된다.

본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

여기서, 명세서 전체를 통하여 유사한 구성 및 동작을 갖는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 또한, 어떤 부분이 다른 부분과 전기적으로 연결(electrically coupled)되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 연결되어 있는 경우도 포함한다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 고장 전류 구동 차단기를 도시한 회로도가 도시되어 있다.

도 1에서 도시된 바와 같이 고장 전류 구동 차단기(10)는 커플드 인덕터(11), 고속 스위치(12) 및 반도체 소자 스위치(13)를 포함 한다. 그리고 상기 고장 전류 구동 차단기(10)는 고장 검증 장치(14)를 더 포함할 수 있다. 상기 고속 스위치(12)는 구동 코일(12a), 반발판(12b), 차단스위치(12c) 및 단락 접점(12d)을 포함한다.

상기 커플드 인덕터(11)는 전기적으로 절연된 제1권선(NA)과 제2권선(NB)을 포함하는 특수한 변압기 형태로 이루어진다. 이때 제1권선(NA)은 주회로(10A)인 제1단자(A)와 제2단자(B) 사이에 전기적으로 연결되고, 제2권선(NB)은 상기 구동 코일(12a) 및 상기 반도체 소자 스위치(13)와 전기적으로 연결되어 폐회로인 보조회로(10B) 역할을 한다.

상기 커플드 인덕터(11)는 제1권선(NA)의 일단이 상기 차단 스위치(12)의 제1전극에 전기적으로 연결되고, 타단은 주회로(10A)의 제2단자(B)에 전기적으로 연결되고, 제2권선(NB)의 일단이 상기 구동코일의 제1전극에 전기적으로 연결되고 타단이 상기 반도체 소자 스위치(13)의 제1전극에 전기적으로 연결된다.

상기 커플드 인덕터(11)는 주회로(10A)상의 전류가 일정값 이하인 정상 동작시에는 제2권선(NB)으로 일정전압 이하의 기전력이 발생한다. 그리고 상기 커플드 인덕터(11)는 주회로(10A)상에 고장이 발생되면 제2권선(NB)으로 일정전압 이상의 기전력이 유도 되므로, 상기 구동코일(12a)은 자기장을 발생시키고 상기 반도체 소자 스위치(13)는 통전된다.

상기 커플드 인덕터(11)는 제2권선(NB)의 인덕터가 20~30mΩ을 갖도록 설정 하면 커플드 인덕터(11)로 동작 가능하므로, 제1권선(NA)의 턴수가 작아도 제2권선(NB)에 충분한 기전력이 유도될 수 있다. 상기 커플드 인덕터(11)의 상시 임피던스는 제1권선(NA)의 턴 수에 영향을 받게 되는데, 제1권선(NA)의 턴 수가 작아도 제2권선(NB)에 충분한 기전력을 유도 할 수 있으므로 아주 작은 상시 임피던스를 갖게 되어 상시 동작 시 주회로(10A)의 동작에 거의 영향을 주지 않는다.

한편 커플드 인덕터(11)는 상시 운전시에는 작은 전류로 인해서 철심이 포화되지 않고, 고장 전류가 발생되었을 때에는 전류가 상승되어 제2권선(NB)으로 기전력을 유도하게 되어 고속 스위치(12)가 동작하게 되므로, 그 이후에는 철심이 포화되어도 무방하다. 그러므로 커플드 인더터(11)는 상시 전류에 의해서 철심이 포화되지 않을 정도로서 임피던스의 크기가 클 필요는 없다.

상기 고속 스위치(12)는 상기 커플드 인덕터(11)와 상기 반도체 소자 스위치(13)에 전기적으로 연결되며, 구동 코일(12a), 반발판(12b), 차단스위치(12c) 및 단락 접점(12d)을 포함한다. 상기 구동 코일(12a)은 보조회로(10B)에 전기적으로 연결되고, 상기 반발판(12b), 차단스위치(12c) 및 단락 접점(12d)은 주회로(10A)에 전기적 또는 기계적 연결된다. 상기 구동 코일(12a)과 반발판(12b)은 인접해 있고, 상기 구동코일(12a)의 자기장에 의해서 상기 반발판(12b)은 움직인다. 그리고 상기 반발판(12b), 차단스위치(12c) 및 단락 접점(12d)은 기계적으로 연결되어 같이 움직인다. 정상 동작시에 상기 차단스위치(12c)는 닫혀 있고, 단락 접점(12d)은 개방되어 있다. 즉, 정상 동작 시에는 주회로(10A)의 전류가 상기 차단스위치(12c)를 통해서 통전한다.

상기 구동 코일(12a)은 제1전극이 상기 커플드 인덕터(11)의 제2권선(NB)의 일단에 전기적으로 연결되고, 제2전극은 상기 반도체 소자 스위치(13)의 제2전극에 전기적으로 연결된다. 상기 구동 코일(12a)은 상기 커플드 인덕터(11)의 제2권선(NB)에 발생되는 기전력에 따라서 자기장을 발생시킨다. 주회로(10A)에 고장 전류 발생시 커플드 인덕터(11)의 제2권선(NB)에 발생되는 기전력이 유도되므로, 상기 구동 코일(12a)은 자기장을 발생시켜서 상기 반발판(12b)에 유도기전력을 만들어 강한 반발력을 발생시킨다.

상기 반발판(12b)은 상기 구동코일(12a)의 자기장에 의해서 움직이며, 상기 차단스위치(12c)와 상기 단락 접점(12d)과 기계적으로 연결된다. 이러한 상기 반발판(12b)은 상기 구동 코일(12a)에에서 발생되는 자기장으로 인해서 유도기전력을 만들어 반발력을 발생시켜서 상기 차단스위치(12c)와 상기 단락 접점(12d)을 닫히거나 개방시킨다. 주회로(10A)에서 고장 전류 발생시 상기 반발판(12b)은 반발력을 발생시켜서 상기 반발판(12b)과 기계적으로 연결된 상기 차단스위치(12c)는 개방되고, 상기 단락 접점(12d)은 닫히게 된다.

상기 차단스위치(12c)는 제1전극이 상기 커플드 인덕터(11)의 제1권선(NA)의 일단에 전기적으로 연결되고, 제2전극이 주회로(10A)의 제1단자(A)에 전기적으로 연결된다. 그리고 상기 차단스위치(12c)는 상기 반발판(12b)과 기계적으로 연결된다. 상기 차단스위치(12c)는 주회로(10A)가 정상 동작할 경우에는 닫혀 있고, 주회로(10A)에 고장이 발생될 경우에는 상기 반발판(12b)에서 발생되는 반발력에 의해서 개방된다. 상기 차단스위치(12c)의 아크는 교류전류의 전류 0점에서 소호되어 고장 후에 1/2주기만에 완성되어 고속으로 동작할 수 있다. 이와 같이 초고속으로 동작할 경우에는 일시적 고장에 의해 불필요한 차단이 일어날 수 있으나, 고속 스위치(12)가 계속 릴레이에 의해 신호를 받아 고장전류를 감시하고 있으므로 고장 제거시 고속 스위치(12)에 의해 즉시 차단스위치(12c)가 닫히게 되므로 주회로(10A)는 통전되어 고속 동작에 용이하다.

상기 단락 접점(12d)은 제1전극이 상기 주회로(10A)의 제2단자(B)인 상기 커플드 인덕터(11)의 제1권선(NA)의 타단에 전기적으로 연결되고, 제2전극이 상기 커플드 인덕터(11)의 제1권선(NA)의 일단과 상기 차단스위치(12c)의 제1전극에 전기적으로 연결된다. 그리고 상기 단락 접점(12d)은 상기 반발판(12b)과 기계적으로 연결된다. 상기 단락 접점(12d)은 주회로(10A)가 정상 동작할 경우에는 개방되고, 주회로(10A)에 고장 전류가 발생될 경우에는 상기 반발판(12b)에서 발생되는 반발력에 의해서 닫히게 된다. 이러한 상기 단락 접점(12d)은 상기 커플드 인덕터(11)의 제1권선(NA)에 병렬로 연결되어, 구동코일에 흐르는 전류를 분류시켜 고장 전류가 발생될 경우 부담을 경감시키는 역할을 한다.

상기 반도체 소자 스위치(13)는 제1전극이 상기 커플드 인덕터(11)의 제2권선(NB)의 타단에 전기적으로 연결되고, 제2전극이 상기 구동 코일(12a)의 제2전극에 전기적으로 연결된다. 상기 반도체 소자 스위치(13)는 주회로(10A)에 고장이 발생될 경우에 상기 커플드 인덕터(11)의 제2권선(NB)에 기전력이 유도 되므로 통전 되어, 상기 구동 코일(12a)로 상기 커플드 인덕터(11)의 제2권선(NB)에 의해 유도된 전류를 전달한다. 즉, 상기 반도체 소자 스위치(13)는 주회로(10A)에 고장 전류 가 발생될 경우, 통전되어 보조 회로(10B)를 폐회로로 만들고, 상기 커플드 인덕터(11)의 제2권선(NB)을 유도되는 기전력으로 형성된 전류를 상기 구동 코일(12a)로 전달하여 상기 고속 스위치(12)가 동작되도록 한다. 이러한 상기 반도체 소자 스위치(13)는 제너 다이오드 회로일 수 있다. 상기 반도체 소자 스위치(13)가 제너 다이오드 회로일 경우에는 별도의 고장 감지 장치를 이용하지 않아도 되므로 고장 전류 구동 차단기(10)를 단순화 시킬 수 있다. 이러한 제너 다이오드 회로는 도 2에서 자세히 설명하고자 한다.

상기 고장 검증 장치(14)는 제1전극이 상기 반도체 소자 스위치(13)와 상기 고속 스위치(12)의 구동 코일(12a)에 전기적으로 연결되고, 제2전극이 상기 커플드 인덕터(11)의 제2권선(NB)과 상기 고속 스위치(12)의 구동 코일(12a)에 전기적으로 연결된다. 상기 반도체 소자 스위치(13)는 상기 커플드 인덕터(11)의 제2권선(NB)로 유도된 기전력에 의해서 동작하므로, 같은 전압이 고장 전류 이외의 원인에 의해서 발생될 때도 동작할 수 있다. 그러므로 상기 고장 검증 장치(14)는 일정 에너지 이하의 전류가 반도체 소자 스위치(13)를 통과할 때 일정 시간 에너지를 흡수하여 고장 전류 여부를 판단할 수 있다. 이러한 상기 고장 검증 장치(14)는 초전도체, 축전지(Capacitor), 고주파 통과 필터(High Pass Filter) 및 이의 등가 소자로 이루어질 수 있으나, 본 발명에서 이를 한정하는 것은 아니다.

상기 고장 전류 구동 차단기(10)는 주회로(10A)에 고장이 발생할 경우에, 커플드 인덕터(11)의 제1권선(NA)와 제2권선(NB)을 통해서 제2권선(NB)에 기전력이 유도되므로 보조회로(10B)의 상기 반도체 소자스위치(13)가 통전되어, 상기 고속 스위치(12)의 구동 코일(12a)에 전류를 인가하므로 반발판(12b)의 반발력으로 인해서 상기 차단스위치(12c)를 개방시키고 상기 단락 접점(12d)을 통전 시킨다. 그러므로 상기 고장 전류 구동 차단기(10)는 고장 전류를 이용하여 구동 코일(12a)에 자기장을 만들고 그에 대한 반발력을 이용하여 전자기반발식으로 스위치를 개방하므로 별도의 구동부 및 에너지원 없이 동작할 수 있다. 즉, 고장 전류 구동 차단기(10)는 장치를 별도의 에너지원을 이용하지 않으므로 기기를 단순화하고, 초고속으로 동작가능하여 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 그리고 부피적으로 큰 에너지원을 제거할 수 있으므로 소형 제작이 가능하고 저가격으로 제작될 수 있다.

도 2를 참조하면, 도 1의 고장 전류 구동 차단기에서 반도체 소자 스위치를 도시한 회로도가 도시되어 있다.

도 2에 도시된 바와 같이 상기 반도체 소자 스위치(13)는 제너 제너 다이오드 회로로 이루어질 수 있다. 이러한 제너 다이오드 회로(13)는 다이오드 중 전압이 양전압 경우에는 전류를 통전하고, 전압이 음전압일 경우 절연시키지만 항복전압 이상의 음 전압일 경우에는 전도체로 바뀌어서 전류를 통전한다.

상기 제너 다이오드 회로(13)는 스너버 회로(S)와 제1회로(13A), 제2회로(13B)로 이루어지며, 상기 제1회로(13A)와 제2회로(13B)는 스너버 회로(S)를 중심으로 같은 구조에 방향이 반대로 구성된다. 상기 제1회로(13A)는 제1제너 다이오드(ZD1), 제1사이리스터(SCR1), 제1다이오드(D1) 및 제1저항(R1)으로 이루어지고, 상기 제2회로(13B)는 제2제너 다이오드(ZD2), 제2사이리스터(SCR2), 제2다이오 드(D2) 및 제1저항(R1)로 이루어진다.

상기 스너버 회로(S)는 캐패시터(C)와 저항(R)로 이루어질 수 있다. 이러한 스너버 회로(S)는 상기 커플드 인덕터(11, 도 1참조)의 제2권선(NB)과 고속 스위치(12)의 구동 코일(12a)에 전기적으로 연결된다.

이러한 스너버 회로(S)는 주회로(10A)의 고장으로 과도 전압이 제너 다이오드 회로에 인가될 때 전압을 완화하여 전압 또는 전류가 급격하게 변화하는 것을 방지하고, 보조회로(10B)에서 발생되는 노이즈를 제거할 수 있다.

상기 제1사이리스터(SCR1)는 애노드가 스너버 회로(S)의 제1전극(1)에 전기적으로 연결되고, 캐소드가 스너버 회로(S)의 제2전극(2)에 전기적으로 연결되며, 제어전극이 제1다이오드(D1)의 캐소드에 전기적으로 연결된다. 즉, 상기 제1사이리스터(SCR1)는 스너버 회로(S)에 병렬로 연결되고, 상기 제1다이오드(D1)를 통해 인가되는 전류에 의해서 동작한다.

상기 제1제너 다이오드(ZD1)는 애노드가 제1다이오드(D1)의 애노드에 전기적으로 연결되고, 캐소드가 제1저항(R1)에 전기적으로 연결된다. 상기 제1제너 다이오드(ZD1)는 애노드의 전압이 캐소드 전압보다 높을 경우 통전하고, 캐소드 전압이 애노드 전압보다 높을 경우에는 절연시킨다. 그러나 제1제너 다이오드(ZD1)의 캐소드 전압이 애노드 전압보다 제1제너 다이오드(ZD1)의 항복전압 이상으로 높을 경우에는 상기 제1제너 다이오드(ZD1)는 전도체가 되어 전류를 통전시킨다.

상기 제1다이오드(D1)는 애노드가 상기 제1제너 다이오드(ZD1)의 애노드와 전기적으로 연결되고, 캐소드가 상기 제1사이리스터(SCR1)의 제어전극에 전기적으 로 연결된다. 상기 제1다이오드(D1)는 상기 제1제너 다이오드(ZD1)의 항복 전압이상의 전압으로 통전되면, 상기 제1다이오드(D1)의 캐소드와 전기적으로 연결된 상기 제1사이리스터(SCR1)의 제어전극으로 전류를 인가하여 상기 제1사이리스터(SCR1)를 동작시킨다.

상기 제1저항(R1)은 제1전극이 제1사이리스터(SCR1)의 애노드와 스너버 회로(S)의 제1전극(1)에 전기적으로 연결되고, 제2전극이 제1제너 다이오드(ZD1)의 캐소드에 전기적으로 연결된다.

상기 제2사이리스터(SCR2)는 캐소드가 스너버 회로(S)의 제1전극(1)에 전기적으로 연결되고, 애노드가 스너버 회로(S)의 제2전극(2)에 전기적으로 연결되며, 제어전극이 제2다이오드(D2)의 캐소드에 전기적으로 연결된다. 즉, 상기 제2사이리스터(SCR2)는 스너버 회로(S)에 병렬로 연결되고, 상기 제2다이오드(D2)를 통해 인가되는 전류에 의해서 동작한다.

상기 제2제너 다이오드(ZD2)는 애노드가 제2다이오드(D2)의 애노드에 전기적으로 연결되고, 캐소드가 제2저항(R2)에 전기적으로 연결된다. 상기 제2제너 다이오드(ZD2)는 애노드의 전압이 캐소드 전압보다 높을 경우 통전하고, 캐소드 전압이 애노드 전압보다 높을 경우에는 절연시킨다. 그러나 제2제너 다이오드(ZD2)의 캐소드 전압이 애노드 전압보다 제2제너 다이오드(ZD2)의 항복전압 이상으로 높을 경우에는 상기 제2제너 다이오드(ZD2)는 전도체가 되어 전류를 통전시킨다.

상기 제2다이오드(D2)는 애노드가 상기 제2제너 다이오드(ZD2)의 애노드와 전기적으로 연결되고, 캐소드가 상기 제2사이리스터(SCR2)의 제어전극에 전기적으 로 연결된다. 상기 제2다이오드(D2)는 상기 제2제너 다이오드(ZD2)의 항복 전압이상의 전압으로 통전되면, 상기 제2다이오드(D2)의 캐소드와 전기적으로 연결된 상기 제2사이리스터(SCR2)의 제어전극으로 전류를 인가하여 상기 제2사이리스터(SCR2)를 동작시킨다.

상기 제2저항(R2)은 제1전극이 제2사이리스터(SCR2)의 애노드와 스너버 회로(S)의 제2전극(2)에 전기적으로 연결되고, 제2전극이 제2제너 다이오드(ZD2)의 캐소드에 전기적으로 연결된다.

즉, 상기 제너 다이오드 회로(13)는 상기 스너버 회로(S)의 제1전극(1)의 전압이 제2전극(2)의 전압에 비해서 더 높을 경우에는 제2다이오드(D2)에 의해서 제2회로(13B)는 차단되어 오프상태가 된다. 그리고 이때, 제1회로(13A)는 제1제너 다이오드(ZD1)에 의해서 차단되어 오프 상태가 될 수 있으나, 상기 스너버 회로(S)의 제1전극(1)과 제2전극(2)사이의 전압이 제1제너 다이오드(ZD1)의 항복 전압보다 더 클 경우에는 제1회로(13A)는 통전되어 온 상태가 된다.

그리고 상기 스너버 회로(S)의 제1전극(1)의 전압이 제2전극(2)의 전압에 비해서 더 낮을 경우에는 제1회로(13A)는 오프상태가 되고, 제2회로(13B)는 제2제너 다이오드(ZD2)의 항복전압 보다 더 클 경우에는 통전되어 온 상태가 된다.

즉, 상기 제너 다이오드 회로(13)는 제너 다이오드(ZD1, ZD2)의 항복 전압 이상의 전류가 인가될 경우에는 제1회로(13A) 또는 제2회로(13B)가 통전되어, 상기 고속 스위치(12)의 구동 코일(12a)에 전류를 인가할 수 있으므로, 별도의 고장 감지 장치 없이 상기 고장 전류 구동 차단기(10)를 동작 시킬 수 있다. 그리고 상기 제너 다이오드 회로(13)는 수동소자로 동작할 수 있으므로 능동소자를 이용할 때에 비하여 오동작의 가능성을 더 줄일 수 있다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 고장 전류 구동 차단기를 도시한 회로도가 도시되어 있다.

도 3에 도시된 바와 같이 고장 전류 구동 차단기(20)는 커플드 인덕터(11), 고속 스위치(12), 반도체 소자 스위치(23) 및 고장 감지 장치(25)를 포함 한다. 그리고 상기 고장 전류 구동 차단기(20)는 고장 검증 장치(14)를 더 포함할 수 있다. 상기 고장 전류 구동 차단기(20)는 반도체 소자 스위치(23) 및 고장 감지 장치(25)이외에는 도 1의 고장 전류 구동 차단기(10)와 동일한 구조로 이루어진다. 그러므로 고장 전류 구동 차단기(10)와 상이한 반도체 소자 스위치(23) 및 고장 감지 장치(25)를 위주로 설명하고자 한다.

상기 반도체 소자 스위치(23)는 제1전극이 상기 커플드 인덕터(11)의 제2권선(NB)의 타단에 전기적으로 연결되고, 제2전극이 상기 구동 코일(12a)의 제2전극에 전기적으로 연결된다. 상기 반도체 소자 스위치(23)는 주회로(20A)에 고장이 발생될 경우에 상기 커플드 인덕터(11)의 제2권선(NB)에 기전력이 유도 되므로 통전 되어, 상기 구동 코일(12a)로 상기 커플드 인덕터(11)의 제2권선(NB)에 의해 유도된 전류를 전달한다. 즉, 상기 반도체 소자 스위치(23)는 주회로(20A)에 고장 전류가 발생될 경우, 통전되어 보조 회로(20B)를 폐회로로 만들고, 상기 커플드 인덕터(11)의 제2권선(NB)을 유도되는 기전력으로 형성된 전류를 상기 구동 코일(12a) 로 전달하여 상기 고속 스위치(12)가 동작되도록 한다. 이러한 상기 반도체 소자 스위치(23)는 상기 고장 감지 장치(25)와 전기적으로 연결되어 상기 주회로(20A)에 고장 전류가 발생될 경우에 통전되어 상기 구동 코일(12a)로 전류를 인가한다. 그리고 상기 반도체 소자 스위치(23)는 싸이리스터(Thyristor), 트라이액(TRIAC), IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor), GTO 싸이리스터(Gate Turn-off Thyristor), SSR(Solid State Relay), FET(Field Effect Transistor), 트랜지스터 및 이의 등가 소자로 이루어질 수 있으나 본 발명에서 이를 한정하는 것은 아니다.

상기 고장 감지 장치(25)는 주회로(20A)에 전기적으로 연결된 변류기(CT)를 통해서 주회로(20A)에 고장 전류가 발생하였는지 여부를 감지할 수 있다. 상기 고장 감지 장치(25)는 상기 반도체 소자 스위치(23)와 전기적으로 연결되어 주회로(20A)에 고장이 발생되었을 경우에는 상기 반도체 소자 스위치(23)를 통전시킨다.

상기 고장 전류 구동 차단기(20)는 주회로(20A)에 고장이 발생할 경우에, 커플드 인덕터(11)의 제1권선(NA)와 제2권선(NB)을 통해서 제2권선(NB)에 기전력이 유도되고 고장 감지 장치(25)를 통해서 보조회로(20B)의 상기 반도체 소자스위치(23)가 통전되어, 상기 고속 스위치(12)의 구동 코일(12a)에 전류를 인가하므로 반발판(12b)의 반발력으로 인해서 상기 차단스위치(12c)를 개방시키고 상기 단락 접점(12d)을 통전 시킨다. 그러므로 고장 전류 구동 차단기(20)는 고장 전류를 이용하여 구동 코일(12a)에 자기장을 만들고 그에 대한 반발력을 이용하여 전자기반 발식으로 스위치를 개방하므로 별도의 구동부 및 에너지원 없이 동작할 수 있다. 즉, 고장 전류 구동 차단기(20)는 장치를 별도의 에너지원을 이용하지 않으므로 기기를 단순화하고, 초고속으로 동작 가능하여 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

이상에서 설명한 것은 본 발명에 의한 고장 전류 구동 차단기를 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고장 전류 구동 차단기를 도시한 회로도이다.

도 2는 도 1의 고장 전류 구동 차단기에서 반도체 소자 스위치를 도시한 회로도이다.

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 고장 전류 구동 차단기를 도시한 회로도이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

10,20; 고장 전류 구동 차단기 11;커플드 인덕터

12; 고속 스위치 13,23; 반도체 소자 스위치

14; 고장 검증 장치 25; 고장 감지 장치

Claims (8)

1. 주회로에 연결된 제1권선과 보조 회로에 연결된 제2권선을 포함하는 커플드 인덕터;

   상기 커플드 인덕터에 전기적으로 연결되어 고장 전류 발생시 상기 주회로에서 상기 커플드 인덕터의 제1권선에 직렬로 흐르는 전류를 차단하고, 보조 회로에 흐르는 전류를 분류시키는 고속 스위치; 및

   상기 커플드 인덕터의 제2권선과 상기 고속 스위치에 전기적으로 연결되어, 상기 주회로에 고장 전류 발생 시 통전되어 제2권선을 통해 인가되는 기전력에 의해 전류를 상기 고속 스위치로 전달하는 반도체 소자 스위치를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 고장 전류 구동 차단기.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 반도체 소자 스위치와 상기 고속 스위치에 제1전극이 전기적으로 연결되고, 상기 커플드 인덕터의 제2권선과 상기 고속 스위치에 제2전극이 전기적으로 연결된 고장 검증 장치를 더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 고장 전류 구동 차단기.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 고속 스위치는

   상기 커플드 인덕터의 제2권선의 일단과 상기 반도체 소자 스위치 사이에 전기적으로 연결된 구동코일;

   상기 커플드 인덕터의 제1권선의 일단에 연결된 차단 스위치;

   상기 커플드 인덕터의 제1권선과 병렬로 연결된 단락 접점; 및

   상기 차단 스위치와 상기 단락 접점과 기계적으로 연결되어 구동코일에서 발생된 자기장에 의해서 상기 차단 스위치와 상기 단락 접점의 동작을 결정하는 반발판을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 고장 전류 구동 차단기.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 반발판은 고장 전류가 발생 되었을 때, 상기 구동코일에서 발생된 자기장에 의해서 상기 차단 스위치를 개방시키고, 상기 단락접점을 통전시키는 것을 특징으로 하는 고장 전류 구동 차단기.
5. 제 3 항에 있어서,

   상기 반도체 소자 스위치는 제1전극이 상기 커플드 인덕터의 제2권선에 타단에 전기적으로 연결되고, 제2전극이 상기 고속 스위치에 전기적으로 연결된 것을 특징으로 하는 고장 전류 구동 차단기.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 반도체 소자 스위치와 전기적으로 연결되어, 상기 반도체 스위치의 동 작을 제어하는 고장 감지 장치가 더 형성된 것을 특징으로 하는 고장 전류 구동 차단기.
7. 제 1 항에 있어서,

   상기 반도체 소자 스위치는 제너 다이오드 스위치 회로인 것을 특징으로 하는 고장 전류 구동 차단기.
8. 제 7 항에 있어서,

   상기 제너 다이오드 스위치 회로는

   상기 커플드 인덕터의 제2권선과 상기 고속 스위치에 전기적으로 연결된 스너버 회로;

   상기 스너버 회로에 병렬로 애노드와 캐소드가 연결된 제1사이리스터;

   상기 제1사이리스터의 제어전극에 캐소드가 전기적으로 연결된 제1다이오드;

   상기 제1다이오드의 애노드에 애노드가 전기적으로 연결된 제1제너 다이오드;

   상기 제1제너 다이오드의 캐소드와 상기 제1사이리스터의 애노드에 전기적으로 연결된 제1저항;

   상기 스너버 회로에 병렬로 연결되며, 상기 제1사이리스터의 애노드에 캐소드가 전기적으로 연결되고, 상기 제1사이리스터의 캐소드에 애노드가 전기적으로 연결된 제2사이리스터;

   상기 제2사이리스터의 제어전극에 캐소드가 전기적으로 연결된 제2다이오드;

   상기 제2다이오드의 애노드에 애노드가 전기적으로 연결된 제2제너 다이오드; 및

   상기 제2제너 다이오드의 캐소드와 상기 제2사이리스터의 애노드에 전기적으로 연결된 제2저항을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 고장 전류 구동 차단기.

Images