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KR102185036B1 - 차단기 제어 모듈 - Google Patents

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KR102185036B1
KR102185036B1 KR1020180049817A KR20180049817A KR102185036B1 KR 102185036 B1 KR102185036 B1 KR 102185036B1 KR 1020180049817 A KR1020180049817 A KR 1020180049817A KR 20180049817 A KR20180049817 A KR 20180049817A KR 102185036 B1 KR102185036 B1 KR 102185036B1
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KR
South Korea
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semiconductor switching
unit
transmission
control unit
voltage
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Application number
KR1020180049817A
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강성희
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엘에스일렉트릭(주)
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Publication date
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Priority to EP19796161.8A priority patent/EP3790138A4/en
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Priority to JP2020554301A priority patent/JP7097459B2/ja
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Abstract

본 발명에서는 차단기 제어 모듈에 대개 개시한다. 본 발명의 차단기 제어 모듈은 송배전 선로의 전류 흐름을 차단하거나 상기 전류 흐름 방향이 전환되도록 스위칭하는 복수의 반도체 스위칭부, 복수의 반도체 스위칭부 각각에 트립 신호를 전송해서 각 반도체 스위칭부의 턴-온 또는 턴-오프 동작을 제어하는 제어부, 및 복수의 반도체 스위칭부와 제어부가 절연되도록 복수의 반도체 스위칭부와 제어부의 사이에 구성되어 제어부로부터의 트립 신호를 복수의 반도체 스위칭부로 각각 전송하는 복수의 절연형 신호 전송 소자부를 포함하는바, 전기적인 아크(Arc)로 인한 사고 위험을 줄이고, 제어부의 안정성과 신뢰도를 높일 수 있다.

Description

차단기 제어 모듈{CIRCUIT BREAKER CONTROL MODULE}
본 발명은 전력 계통이나 송배전 선로의 고장 전류를 차단하는 차단기 제어 모듈에 관한 것으로, 상세하게는 전자식 반도체 스위칭 구조를 적용해서 아크(Arc)로 인한 사고 위험을 줄이고, 차단기 제어를 위한 제어회로가 절연 상태로 유지되도록 하여 안정성과 신뢰도를 높일 수 있는 차단기 제어 모듈에 관한 것이다.
전력 계통이나 송전 및 배전 선로 등에서 고장이 발생할 경우, 고장 선로와 전기적으로 연결된 전력기기 및 설비의 보호를 위해 직류 차단기 등으로 고장 전류를 차단하게 된다. 예를 들어, 송전 및 배전 선로에 서지 전압(Surge Voltage) 등의 과전압/과전류가 발생하게 되면, 이를 모니터링하는 제어기나 계전기 등은 트립 신호를 고장 선로의 차단기로 공급해서 고장 전류가 흐르는 고장 선로를 차단하게 된다.
하지만, 전술한 종래의 방식으로 고장 선로의 차단 스위치를 직접 차단하는 경우에는 고장 선로의 양단 간에 전기적인 아크(Arc)가 발생하게 된다. 이러한 아크 발생시에는 전기적인 차단 효과가 줄어들게 되고, 차단 횟수가 늘수록 차단 스위치들이 소손되는 등의 문제가 있었다.
이에, 근래에는 송전 및 배전 선로를 차단하기 위한 차단기 개발시, 반응 속도가 우수하면서도 결함 발생시에도 주변 선로의 피해를 최소화할 수 있는 전력용 반도체 스위치를 활용해서 차단기를 설계하고 있다.
전술한 바와 같이, 고장 선로의 전류 차단시 직접적으로 차단 스위치들을 제어해서 고장 선로가 차단되도록 하면 전기적인 아크가 발생하기 때문에, 전력용 반도체 스위치로 고장 선로를 먼저 차단한 후, 차단 스위치들을 차단하면 아크 발생 위험을 줄일 수 있게 된다.
그러나, 전력용 반도체 스위치들은 송전 및 배전 선로에 구성된 상태에서 별도의 제어기나 계측기로부터 직접적으로 트립 신호를 받기 때문에, 송전 및 배전 선로에 서지 전압, 과전압, 과전류 등이 발생했을때 제어기나 계측기까지 전기적인 영향을 받게 되는 문제가 있었다. 이렇게 제어기나 계측기가 직접적으로 과전압/과전류 영향을 받게되면 그 안정성과 신뢰도는 현저하게 저하될 수밖에 없었다.
또한, 종래에 송전 및 배전 선로의 전류를 센싱하기 위한 센싱 방법들은 송전 및 배전 선로의 버스 바(Bus Bar)에 직접 저항 등의 전류 센싱 소자를 구성해서 전류량을 검출하였다. 이렇게 전류량을 검출하는 과정에서도 송전 및 배전 선로에 서지 전압 등이 발생했을때 제어기나 계측기까지 그 전기적인 영향을 받게 되므로, 차단기를 비롯한 차단기 제어 구성까지 모두 전기적인 위험에 노출될 수밖에 없었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 전력 계통이나 송전 및 배전 선로의 고장 전류 차단시, 전자식 반도체 스위칭 구조를 이용해서 고장 선로를 선 차단할 수 있도록 함으로써, 아크로 인한 사고 위험을 줄일 수 있는 차단기 제어 모듈을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 고장 전류가 흐르는 고장 선로와 차단기를 제어하는 제어 회로가 절연되도록 하여 제어 회로의 안정성과 신뢰도를 높일 수 있는 차단기 제어 모듈을 제공하는데 그 목적이 있다.
전술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 차단기 제어 모듈은 송배전 선로의 전류 흐름을 차단하거나 상기 전류 흐름 방향이 전환되도록 스위칭하는 복수의 반도체 스위칭부, 복수의 반도체 스위칭부 각각에 트립 신호를 전송해서 각 반도체 스위칭부의 턴-온 또는 턴-오프 동작을 제어하는 제어부, 및 복수의 반도체 스위칭부와 제어부가 절연되도록 복수의 반도체 스위칭부와 제어부의 사이에 구성되어 제어부로부터의 트립 신호를 복수의 반도체 스위칭부로 각각 전송하는 복수의 절연형 신호 전송 소자부를 포함한다.
복수의 반도체 스위칭부 중, 제1 반도체 스위칭부는 송배전 선로에 직렬 구조로 구성되어 제어부로부터의 트립 신호에 따라 턴-온 또는 턴-오프되는 제1 스위칭 소자, 및 제1 스위칭 소자와 병렬 구조로 송배전 선로에 구성되어 제1 스위칭 소자의 턴-오프시 송배전 선로의 전류가 흐르도록 하는 제1 다이오드 소자를 포함하고, 복수의 반도체 스위칭부 중, 제2 반도체 스위칭부는 제1 스위칭 소자와 직렬로 송배전 선로에 구성되어 제어부로부터의 트립 신호에 따라 턴-온 또는 턴-오프되는 제2 스위칭 소자, 및 제1 다이오드 소자와는 반대 방향으로 제2 스위칭 소자에 병렬로 구성되어 제2 스위칭 소자의 턴-오프시 송배전 선로의 전류가 흐르도록 하는 제2 다이오드 소자를 포함한다.
제어부는 제1 및 제2 스위칭 소자에 트립 신호를 전송해서 제1 및 제2 스위칭 소자를 턴-오프시킴으로써 송배전 선로의 전류 흐름을 차단하거나, 제1 스위칭 소자는 턴-온 시키되, 제2 스위칭 소자에만 트립 신호를 전송해서 제2 스위칭 소자를 턴-오프시킴으로써 송배전 선로의 전류가 역방향으로 흐르도록 제어하며, 제2 스위칭 소자는 턴-온 시키되, 제1 스위칭 소자에만 트립 신호를 전송하여 제1 스위칭 소자를 턴-오프시킴으로써 송배전 선로의 전류가 정방향으로 흐르도록 제어한다.
복수의 절연형 신호 전송 소자부는 복수의 포토 커플러 또는 적어도 하나의 아이솔레이터를 포함하며, 복수의 포토 커플러 또는 적어도 하나의 아이솔레이터를 이용해서 제어부로부터의 트립 신호를 상기 복수의 반도체 스위칭부로 각각 전송한다.
복수의 절연형 신호 전송 소자부는 복수의 포토 커플러 또는 적어도 하나의 아이솔레이터를 포함하며, 복수의 포토 커플러 또는 적어도 하나의 아이솔레이터는 송배전 선로에 흐르는 전류량에 대응되는 검출 신호를 복수의 반도체 스위칭부로 각각 전송한다.
본 발명에서의 차단기 제어 모듈은 송배전 선로에 복수의 반도체 스위칭부와 직렬로 구성되어 제어부의 제어에 따라 송배전 선로를 차단하는 적어도 하나의 차단 스위치, 송배전 선로에 복수의 반도체 스위칭부와 직렬로 구성된 적어도 하나의 인덕턴스, 송배전 선로에 복수의 반도체 스위칭부와 직렬로 구성된 적어도 하나의 과전류 방지 퓨즈, 및 송배전 선로에 직렬 연결된 복수의 반도체 스위칭부 중 제2 반도체 스위칭부의 입력단 또는 출력단에 구성되어, 제2 반도체 스위칭부의 입력단 또는 출력단에 흐르는 전류량을 실시간으로 검출하고 검출된 전류량에 대응되는 검출 신호를 제어부로 전송하는 제1 전류량 검출부를 더 포함한다.
제1 전류량 검출부는 송배전 선로와 미리 설정된 간격을 두고 구성된 홀 센서를 이용해서, 송배전 선로의 전자기장을 검출하고 검출된 전자기장에 대응되는 전류 및 전압 값을 제어부로 전송한다.
송배전 선로에 직렬 연결된 복수의 반도체 스위칭부 중 제1 반도체 스위칭부의 입력단 또는 출력단에 구성되어, 제1 반도체 스위칭부의 입력단 또는 출력단에 흐르는 전류량을 실시간으로 검출하고 검출된 전류량에 대응되는 검출 신호를 제어부로 전송하는 제2 전류량 검출부를 더 포함한다.
제어부는 제1 전류량 검출부로부터의 전류량 검출 신호, 및 상기 제2 전류량 검출부로부터의 전류량 검출 신호를 서로 비교하며, 비교된 차 전압의 크기가 미리 설정된 기준 전압 값 범위보다 크거나 작아지면 복수의 반도체 스위칭부에 동시에 트립 신호를 전송하여 배전 선로의 전류 흐름을 차단시킨다.
본 발명에서의 차단기 제어 모듈은 송배전 선로에 직렬 연결된 복수의 반도체 스위칭부 중 제2 반도체 스위칭부의 입력단 또는 출력단과 병렬로 그라운드 전압원 사이에 구성되어 제2 반도체 스위칭부의 입력단 또는 출력단에 서지 전압이 발생하면 서지 전압을 그라운드 전압으로 쇼트시키는 제1 숏 서킷 회로부, 송배전 선로에 직렬 연결된 복수의 반도체 스위칭부와는 병렬로 구성되어 복수의 반도체 스위칭부 양단에 서지 전압이 발생하면 서지 전압을 그라운드 전압으로 쇼트시키는 제2 숏 서킷 회로부, 및 송배전 선로에 직렬 연결된 복수의 반도체 스위칭부 중 제1 반도체 스위칭부의 입력단 또는 출력단과 병렬로 그라운드 전압원 사이에 구성되어 제1 반도체 스위칭부의 입력단 또는 출력단에 서지 전압이 발생하면 서지 전압을 쇼트 시키는 제3 숏 서킷 회로부를 더 포함한다.
본 발명에서의 차단기 제어 모듈은 제1 숏 서킷 회로부와 병렬로 구성되어 제2 반도체 스위칭부의 입력단 또는 출력단 전압을 검출하여 제2 반도체 스위칭부의 입력단 또는 출력단 전압 값을 제어부로 공급하는 제1 전압 검출부, 및 제3 숏 서킷 회로부와 병렬 구조로 구성되어 제1 반도체 스위칭부의 입력단 또는 출력단 전압을 검출하여 제1 반도체 스위칭부의 입력단 또는 출력단 전압 값을 제어부로 공급하는 제2 전압 검출부를 더 포함한다.
제어부는 제1 전압 검출부로부터 검출된 제2 반도체 스위칭부의 입력단 또는 출력단 전압 값, 및 제2 전압 검출부로부터 검출된 제1 반도체 스위칭부의 입력단 또는 출력단 전압 값를 비교하며, 비교된 차 전압의 크기가 미리 설정된 기준 전압 값 범위보다 크거나 작아지면 복수의 반도체 스위칭부에 동시에 트립 신호를 전송하여 배전 선로의 전류 흐름을 차단시킨다.
본 발명에서의 차단기 제어 모듈은 제1 전압 검출부와 제어부가 절연되도록 제1 전압 검출부와 상기 제어부의 사이에 구성되어, 제1 전압 검출부로부터 검출된 상기 제2 반도체 스위칭부의 입력단 또는 출력단 전압 값을 제어부로 전송하는 제1 절연형 신호 전송부, 및 제2 전압 검출부와 제어부가 절연되도록 제2 전압 검출부와 제어부의 사이에 구성되어, 제2 전압 검출부로부터 검출된 제1 반도체 스위칭부의 입력단 또는 출력단 전압 값을 제어부로 전송하는 제2 절연형 신호 전송부를 더 포함한다.
상기와 같은 다양한 기술 특징을 갖는 본 발명의 차단기 제어 모듈은 전력 계통이나 송전 및 배전 선로의 고장 전류 차단시, 전자식 반도체 스위칭 구조를 이용해서 고장 선로를 선 차단할 수 있도록 함으로써, 아크로 인한 사고 위험을 줄일 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 차단기 제어 모듈은 고장 전류가 흐르는 고장 선로와 차단기의 제어회로가 절연되도록 하여 전기적인 충적에 따른 안정성과 신뢰도를 높일 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 차단기 제어 모듈의 구성을 나타낸 구성도이다.
도 2는 도 1에 도시된 차단기 제어 모듈의 전류 흐름 방향 제어 방법을 설명하기 위한 구성도이다.
도 3은 도 1 및 도 2에 도시된 제1 절연형 신호 전송 소자부 구성을 구체적으로 나타낸 구성도이다.
도 4는 도 1 및 도 2에 도시된 제1 전류량 검출부 구성을 구체적으로 나타낸 구성도이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 차단기 제어 모듈의 구성을 나타낸 구성도이다.
도 6은 본 발명의 제3 실시 예에 따른 차단기 제어 모듈의 구성을 나타낸 구성도이다.
전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 구성요소를 가리키는 것으로 사용된다.
이하, 본 발명의 차단기 제어 모듈에 대해 더욱 상세하게 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 차단기 제어 모듈의 구성을 나타낸 구성도이다.
도 1에 도시된 차단기 제어 모듈은 복수의 반도체 스위칭부(110,120), 제어부(100), 복수의 절연형 신호 전송 소자부(130,140), 적어도 하나의 차단 스위치(101,102), 적어도 하나의 인덕턴스(160), 적어도 하나의 과전류 방지 퓨즈(170), 및 제1 전류량 검출부(150)를 포함한다.
구체적으로, 복수의 반도체 스위칭부(110,120)는 전력 계통이나, 송전 및 배전 선로에 각각 구성된다. 이러한 반도체 스위칭부(110,120)는 전력용 반도체 스위칭 소자를 이용해서 송전 및 배전 선로의 전류 흐름을 차단하거나, 송전 및 배전 선로의 전류 흐름 방향이 전환되도록 스위칭한다.
이를 위해, 복수의 반도체 스위칭부(110,120) 중, 제1 반도체 스위칭부(110)는 송배전 선로에 직렬 구조로 구성되어 제어부(100)로부터의 트립 신호에 따라 턴-온 또는 턴-오프되는 제1 스위칭 소자(ST1), 및 제1 스위칭 소자(ST1)와 병렬 구조로 구성되어 제1 스위칭 소자(ST1)의 턴-오프시에 송배전 선로의 전류가 흐르도록 하는 제1 다이오드 소자(D1)를 포함한다.
복수의 반도체 스위칭부(110,120) 중, 제2 반도체 스위칭부(120)는 제1 스위칭 소자(ST1)와 직렬로 송배전 선로에 구성되어 제어부(100)로부터의 트립 신호에 따라 턴-온 또는 턴-오프되는 제2 스위칭 소자(ST2), 및 제1 다이오드 소자(D1)와는 반대 방향으로 제2 스위칭 소자(ST2)에 병렬로 구성되어 제2 스위칭 소자(ST2)의 턴-오프시에 송배전 선로의 전류가 흐르도록 하는 제2 다이오드 소자(D2)를 포함한다.
복수의 반도체 스위칭부(110,120)는 턴-온 시 전류의 흐름에 따라 정방향인 경우 MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect transistor)의 성질을 가지고, 역방향인 경우 다이오드(Diode)의 성질을 모두 가지는 소자로 사용할 수도 있다. 이 경우는 한가지 소자로 구현 가능하다.
제어부(100)는 적어도 하나의 MCU(Micro Controller Unit)이나 CPU(Central Processing Unit) 등을 이용해서, 송배전 선로의 전류 흐름 상태에 따라 각 반도체 스위칭부(110,120)의 스위칭 동작을 제어한다. 즉, 제어부(100)는 제1 전류량 검출부(150) 등을 통해 검출 및 입력된 송배전 선로의 전류량을 미리 설정된 기준 전류량과 비교해서, 그 비교 결과에 따라 송배전 선로의 고장 여부를 판단한다. 여기서, 송배전 선로의 고장 판단은 송배선 선로에 서지 전압이 인가되거나 과전압 또는 과전류 등이 발생하는 경우를 고장으로 판단 및 정의할 수 있다.
이에, 제어부(100)는 송배전 선로의 고장 판단시, 절연형 신호 전송 소자부(130,140)를 통해서 각각의 반도체 스위칭부(110,120)에 트립 신호를 전송함으로써, 각 반도체 스위칭부(110,120)의 턴-온 또는 턴-오프 동작을 제어한다.
제어부(100)에서 복수의 반도체 스위칭부(110,120)에 모두 트립 신호를 전송하는 경우에는 복수의 반도체 스위칭부(110,120)가 모두 턴-오프되어, 송배전 선로의 전류 흐름이 차단된다.
송배전 선로의 고장 판단시, 제어부(100)는 송배전 선로에 구성된 적어도 하나의 차단 스위치(101,102)를 먼저 턴-오프시켜서 직접 송배전 선로의 전류 흐름을 차단할 수도 있다. 하지만, 각각의 차단 스위치(101,102)는 기계 스위치이기 때문에 차단 스위치(101,102)를 바로 턴-오프시키는 경우 고전압에 의한 아크가 발생하기도 하며, 차단 횟수가 잦을수록 소손 위험이 커진다.
이에, 제어부(100)는 송배전 선로의 고장 판단시, 절연형 신호 전송 소자부(130,140)를 통해 각각의 반도체 스위칭부(110,120)에 트립 신호를 전송함으로써, 먼저 각 반도체 스위칭부(110,120)를 턴-오프시킨다. 그 이후에, 송배전 선로의 차단 스위치(101,102)로 송배전 선로를 차단함으로써, 아크 발생에 따른 위험을 줄이고 안정성을 높이게 된다.
복수의 절연형 신호 전송 소자부(130,140)는 복수의 반도체 스위칭부(110,120)와 상기 제어부(100)가 절연되도록 복수의 반도체 스위칭부(110,120)와 제어부(100)의 사이에 구성된다.
각각의 절연형 신호 전송 소자부(130,140)는 제어부(100)로부터 턴-온 스위칭 신호, 및 트립 신호가 공급되면, 공급된 턴-온 스위칭 신호나 트립 신호를 각각의 반도체 스위칭부(110,120)로 전송한다.
각각의 절연형 신호 전송 소자부(130,140)는 절연형 신호 전송 소자로서 적어도 하나의 양방향 디지털 아이솔레이터(Digital Isolator), 및 복수의 포토 커플러(Photo Coupler) 중 적어도 하나의 소자를 포함하는바, 송배전 선로에 직접 접속된 각 반도체 스위칭부(110,120)와 제어부(100)가 절연되도록 한다.
각 반도체 스위칭부(110,120)와 제어부(100)가 절연 상태를 유지하는 경우, 송배전 선로에 서지 전압이나 과전압 또는 과전류가 발생되는 경우에도 제어부(100)에는 그 전기적인 영향이 최소화되도록 할 수 있다.
한편, 각각의 절연형 신호 전송 소자부(130,140)는 송배전 선로에 흐르는 전류량, 예를 들어 각 반도체 스위칭부(110,120)의 입력단 또는 출력단에 흐르는 전류량에 대응되는 검출 신호를 제어부(100)로 전송하기도 한다. 즉, 각각의 절연형 신호 전송 소자부(130,140)는 제어부(100)로부터 턴-온 스위칭 신호, 및 트립 신호를 각각의 반도체 스위칭부(110,120)로 전송함과 아울러, 각 반도체 스위칭부(110,120)의 입력단 또는 출력단에 흐르는 전류량을 검출하여 검출된 전류량에 대응되는 검출 신호를 제어부(100)로 전송한다. 이러한 각각의 절연형 신호 전송 소자부(130,140)에 대한 구성과 동작에 대해서는 이후에 첨부된 도면을 참조하여 더욱 구체적으로 설명하기로 한다.
적어도 하나의 차단 스위치(101,102)는 송배전 선로에 복수의 반도체 스위칭부(110,120)와 직렬로 구성된다. 적어도 하나의 차단 스위치(101,102)는 각 반도체 스위칭부(110,120)의 입력단 또는 출력단에 직렬로 구성될 수 있으며, 제어부(100)로부터 차단 신호(예를 들어, 턴-오프 신호)가 입력되면 송배전 선로를 차단하게 된다.
적어도 하나의 인덕턴스(160)는 송배전 선로에 복수의 반도체 스위칭부(110,120)와 직렬로 구성되어, 제어부(100)에서 송배전 선로의 전류 변화와 역기전력 비율을 검출하는데 이용된다.
적어도 하나의 과전류 방지 퓨즈(170) 또한 송배전 선로에 복수의 반도체 스위칭부(110,120)와 직렬로 구성되며, 과전류 발생시 송배전 선로가 자동으로 단락되도록 한다.
제1 전류량 검출부(150)는 송배전 선로에 직렬 연결된 복수의 반도체 스위칭부(110,120) 중 제2 반도체 스위칭부(120)의 입력단 또는 출력단에 구성될 수 있다. 이러한 제1 전류량 검출부(150)는 제2 반도체 스위칭부(120)의 입력단 또는 출력단에 흐르는 전류량을 실시간으로 검출하고, 검출된 전류량에 대응되는 검출 신호를 제어부(100)로 전송한다. 이에, 제어부(100)는 제1 전류량 검출부(150)를 통해 검출 및 입력된 송배전 선로의 전류량을 미리 설정된 기준 전류량과 비교해서, 그 비교 결과에 따라 송배전 선로의 고장 여부를 판단할 수 있게 된다.
도 2는 도 1에 도시된 차단기 제어 모듈의 전류 흐름 방향 제어 방법을 설명하기 위한 구성도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 제1 반도체 스위칭부(110)의 제1 스위칭 소자(ST1)는 송배전 선로에 직렬 구조로 구성되어 제어부(100)로부터의 턴-온 스위칭 신호, 및 트립 신호에 따라 턴-온 또는 턴-오프된다.
이때, 제1 다이오드 소자(D1)는 제1 스위칭 소자(ST1)와 병렬 구조로 구성되기 때문에, 제1 스위칭 소자(ST1)의 턴-오프시에는 제1 다이오드 소자(D1)의 방향에 따라 송배전 선로에 역방향(B 화살표 방향)으로 전류가 흐르도록 한다.
제2 반도체 스위칭부(120)의 제2 스위칭 소자(ST2)는 제1 스위칭 소자(ST1)와 직렬로 송배전 선로에 구성되어 제어부(100)로부터의 턴-온 스위칭 신호, 및 트립 신호에 따라 턴-온 또는 턴-오프된다.
여기서, 제2 다이오드 소자(D2)는 제1 다이오드 소자(D1)와는 반대 방향으로 제2 스위칭 소자(ST2)와 병렬로 구성된다. 이에, 제2 스위칭 소자(ST2)의 턴-오프시에는 제2 다이오드 소자(D2)의 방향에 따라 송배전 선로에 정방향(A 화살표 방향)으로 전류가 흐르도록 한다.
이러한 구성에 의해, 제어부(100)는 제1 및 제2 스위칭 소자(ST1,ST2)에 모두 트립 신호를 전송해서, 제1 및 제2 스위칭 소자(ST1,ST2)를 턴-오프시킴으로써 송배전 선로의 전류 흐름을 차단시킬 수 있다.
제어부(100)는 제1 스위칭 소자(ST1)를 턴-온 스위칭 신호로 턴-온 시키되, 제2 스위칭 소자(ST2)에만 트립 신호를 전송해서 제2 스위칭 소자(ST2)를 턴-오프시킴으로써 송배전 선로의 전류가 역방향(B 화살표 방향)으로 흐르도록 제어할 수 있다.
이와 달리, 제어부(100)는 제2 스위칭 소자(ST2)를 턴-온 스위칭 신호로 턴-온 시키되, 제1 스위칭 소자(ST1)에만 트립 신호를 전송하여 제1 스위칭 소자(ST1)를 턴-오프시킴으로써, 송배전 선로의 전류가 정방향(A 화살표 방향)으로 흐르도록 제어할 수 있다.
도 3은 도 1 및 도 2에 도시된 제1 절연형 신호 전송 소자부 구성을 구체적으로 나타낸 구성도이다.
구체적으로, 도 3(a)는 제1 절연형 신호 전송 소자부(130)에 절연형 신호 전송 소자로 양방향 디지털 아이솔레이터(131)가 구성된 예를 도시한 도면이다.
양방향 디지털 아이솔레이터(131)는 송배전 선로에 직접 접속된 제1 반도체 스위칭부(110)와 제어부(100)가 절연되도록 한다. 그리고 양방향 디지털 아이솔레이터(131)는 절연 상태로 제어부(100)로부터 턴-온 스위칭 신호나 트립 신호(S_130)가 공급되면, 공급된 턴-온 스위칭 신호나 트립 신호(S_130)를 제1 반도체 스위칭부(110)로 전송한다.
또한, 도 3(a)의 양방향 디지털 아이솔레이터(131)는 송배전 선로에 흐르는 전류량, 예를 들어 제1 반도체 스위칭부(110)의 입력단 또는 출력단에 흐르는 전류량에 대응되는 검출 신호(S_1)를 제어부(100)로 전송하기도 한다.
도면으로 도시되지 않았지만, 제2 절연형 신호 전송 소자부(140) 또한 절연형 신호 전송 소자로 양방향 디지털 아이솔레이터(131)가 구성될 수 있다. 이 경우, 제2 절연형 신호 전송 소자부(140)의 양방향 디지털 아이솔레이터(131) 또한 송배전 선로에 직접 접속된 제2 반도체 스위칭부(120)와 제어부(100)가 절연되도록 한다. 그리고 제어부(100)로부터 턴-온 스위칭 신호나 트립 신호가 공급되면, 공급된 턴-온 스위칭 신호나 트립 신호를 제2 반도체 스위칭부(120)로 전송한다. 그리고 제2 반도체 스위칭부(120)의 입력단 또는 출력단에 흐르는 전류량에 대응되는 검출 신호를 제어부(100)로 전송하기도 한다.
다음으로, 도 3(b)는 제1 절연형 신호 전송 소자부(130)에 절연형 신호 전송 소자로 복수의 포토 커플러(141)가 양방향으로 구성된 예를 도시한 도면이다.
양방향으로 구성된 복수의 포토 커플러(141)는 송배전 선로에 직접 접속된 제1 반도체 스위칭부(110)와 제어부(100)가 절연되도록 한다. 그리고 양방향으로 구성된 복수의 포토 커플러(141)는 절연 상태로 제어부(100)로부터 턴-온 스위칭 신호나 트립 신호(S_130)가 공급되면, 공급된 턴-온 스위칭 신호나 트립 신호(S_130)를 제1 반도체 스위칭부(110)로 전송한다.
또한, 양방향으로 구성된 복수의 포토 커플러(141)는 제1 반도체 스위칭부(110)의 입력단 또는 출력단에 흐르는 전류량에 대응되는 검출 신호(S_1)를 제어부(100)로 전송하기도 한다.
도면으로 도시되지 않았지만, 제2 절연형 신호 전송 소자부(140) 또한 절연형 신호 전송 소자로 복수의 포토 커플러(141)가 양방향으로 구성될 수 있다. 이 경우, 제2 절연형 신호 전송 소자부(140)에 양방향으로 구성된 복수의 포토 커플러(141) 또한 송배전 선로에 직접 접속된 제2 반도체 스위칭부(120)와 제어부(100)가 절연되도록 한다. 그리고 제어부(100)로부터 턴-온 스위칭 신호나 트립 신호가 공급되면, 공급된 턴-온 스위칭 신호나 트립 신호를 제2 반도체 스위칭부(120)로 전송한다. 그리고 제2 반도체 스위칭부(120)의 입력단 또는 출력단에 흐르는 전류량에 대응되는 검출 신호를 제어부(100)로 전송하기도 한다.
이러한, 제1 및 제2 절연형 신호 전송 소자부(130,140)의 구성에 따라, 제어부(100)는 제1 및 제2 절연형 신호 전송 소자부(130,140)를 통해 제1 및 제2 반도체 스위칭부(110,120)의 양단 전류량에 따른 검출 신호들을 입력받을 수 있다. 여기서, 제1 및 제2 반도체 스위칭부(110,120)의 양단 전류량에 따른 검출 신호들을 제1 및 제2 절연형 신호 전송 소자부(130,140)의 특성에 따라 전압 값으로 입력되게 된다.
이에, 제어부(100)는 제1 및 제2 반도체 스위칭부(110,120)의 양단 전류량에 따른 검출 신호들을 서로 비교하여, 비교된 차 전압의 크기가 미리 설정된 기준 전압 값 범위보다 크거나 작아지면 복수의 반도체 스위칭부(110,120)에 동시에 트립 신호를 전송하여 송배전 선로의 전류 흐름을 차단시킬 수 있다.
도 4는 도 1 및 도 2에 도시된 제1 전류량 검출부 구성을 구체적으로 나타낸 구성도이다.
도 4에 도시된 제1 전류량 검출부(150)는 송배전 선로에 직렬 연결된 복수의 반도체 스위칭부(110,120) 중 제2 반도체 스위칭부(120)의 입력단 또는 출력단에 구성될 수 있다. 이러한 제1 전류량 검출부(150)는 제2 반도체 스위칭부(120)의 입력단 또는 출력단에 흐르는 전류량을 실시간으로 검출하고, 검출된 전류량에 대응되는 검출 신호를 제어부(100)로 전송한다.
이를 위해, 제1 전류량 검출부(150)는 도 4와 같이, 송배전 선로의 버스 바(Bus Bar, 400)와 미리 설정된 간격을 두고 간접적으로 구성된 홀 센서(300, Hall sensor)를 이용해서, 송배전 선로의 전자기장(Magnetic Flux)을 검출하고, 검출된 전자기장에 대응되는 전류 및 전압 값을 제어부(100)로 전송할 수 있다. 이렇게 홀 센서(300)를 이용해서, 송배전 선로의 버스 바와 미리 설정된 간격을 두고 간접적으로 전류량을 검출하게 되면 별도의 절연 소자를 사용하지 않아도 송배전 선로와 절연 상태를 유지하므로 제어부(100)의 안정성을 높일 수 있게 된다. 그리고 제어부(100)는 제1 전류량 검출부(150)를 통해 간접적으로 검출된 송배전 선로의 전류량을 미리 설정된 기준 전류량과 비교해서, 그 비교 결과에 따라 송배전 선로의 고장 여부를 안정적으로 판단할 수 있다.
도 5는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 차단기 제어 모듈의 구성을 나타낸 구성도이다.
도 5에 도시된 차단기 제어 모듈은 송배전 선로에 직렬 연결된 복수의 반도체 스위칭부(110,120) 중 제1 반도체 스위칭부(110)의 입력단 또는 출력단에 구성된 제2 전류량 검출부(152)를 더 포함한다.
제2 전류량 검출부(152)는 제1 반도체 스위칭부(110)의 입력단 또는 출력단에 흐르는 전류량을 실시간으로 검출하고, 검출된 전류량에 대응되는 검출 신호를 제어부(100)로 전송한다.
제2 전류량 검출부(152) 또한 송배전 선로의 버스 바와 미리 설정된 간격을 두고 간접적으로 구성된 홀 센서(300)를 이용해서, 제1 반도체 스위칭부(110)의 입력단 또는 출력단 전자기장을 검출하고, 검출된 전자기장에 대응되는 전류 및 전압 값을 제어부(100)로 전송할 수 있다.
이에, 제어부(100)는 제1 전류량 검출부(150)로부터의 전류량 검출 신호, 및 상기 제2 전류량 검출부(152)로부터의 전류량 검출 신호를 서로 비교하며, 비교된 차 전압의 크기가 미리 설정된 기준 전압 값 범위보다 크거나 작아지면 복수의 반도체 스위칭부(110,120)에 동시에 트립 신호를 전송하여 송배전 선로의 전류 흐름을 차단시킬 수 있다.
도 6은 본 발명의 제3 실시 예에 따른 차단기 제어 모듈의 구성을 나타낸 구성도이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 차단기 제어 모듈은 제1 숏 서킷 회로부(209), 제2 숏 서킷 회로부(210), 제3 숏 서킷 회로부(211), 제1 전압 검출부(SV1), 및 제2 전압 검출부(SV2)를 더 포함한다.
여기서, 제1 숏 서킷 회로부(209)는 송배전 선로에 직렬 연결된 복수의 반도체 스위칭부(110,120) 중 제2 반도체 스위칭부(120)의 입력단 또는 출력단과 병렬로 그라운드 전압원 사이에 구성된다. 제1 숏 서킷 회로부(209)는 금속 산화물 배리스터(Metal Oxide Varistor)를 포함한다. 이에, 제1 숏 서킷 회로부(209)는 제2 반도체 스위칭부(120)의 입력단 또는 출력단에 서지 전압이 발생하면, 서지 전압을 그라운드 전압으로 쇼트시켜 제2 반도체 스위칭부(120)의 입력단 또는 출력단 전압을 안정화시킨다.
제2 숏 서킷 회로부(210)는 송배전 선로에 직렬 연결된 제1 및 제2 반도체 스위칭부(110,120)와는 병렬로 구성된다. 이러한 제2 숏 서킷 회로부(210)는 제1 및 제2 반도체 스위칭부(110,120) 양단에 서지 전압이 발생하면, 서지 전압을 그라운드 전압으로 쇼트시켜 제1 및 제2 반도체 스위칭부(110,120)의 양단 전압을 안정화시킨다.
제3 숏 서킷 회로부(211)는 송배전 선로에 직렬 연결된 복수의 반도체 스위칭부(110,120) 중 제1 반도체 스위칭부(110)의 입력단 또는 출력단과 병렬로 그라운드 전압원 사이에 구성된다. 이러한 제3 숏 서킷 회로부(211)는 제1 반도체 스위칭부(110)의 입력단 또는 출력단에 서지 전압이 발생하면 서지 전압을 쇼트시켜 제1 반도체 스위칭부(110)의 입력단 또는 출력단 전압을 안정화시킨다.
제1 전압 검출부(SV1)는 제1 숏 서킷 회로부(209)와 병렬 구조로 구성된다. 이러한 제1 전압 검출부(SV1)는 제2 반도체 스위칭부(120)의 입력단 또는 출력단 전압을 검출하여 제2 반도체 스위칭부(120)의 입력단 또는 출력단 전압 값을 제어부(100)로 공급한다.
본 발명의 차단기 제어 모듈에 구성된 제1 및 제2 절연형 신호 전송 소자부(130,140)와 제1 및 제2 전류량 검출부는 송배전 선로의 전류량을 검출하여 전류량에 대응하는 검출 신호나 전압 값을 제어부(100)로 공급하므로, 송배전 선로의 전압을 검출하는 회로가 필요하다.
이에, 제1 전압 검출부(SV1)는 복수의 저항열로 구성되어 저항열에 따른 분배 전압 값을 제어부(100)로 공급한다.
제2 전압 검출부(SV2)의 경우는 제3 숏 서킷 회로부(211)와 병렬 구조로 구성된다. 이에, 제2 전압 검출부(SV2)는 제1 반도체 스위칭부(110)의 입력단 또는 출력단 전압을 검출하여, 제1 반도체 스위칭부(110)의 입력단 또는 출력단 전압 값을 제어부(100)로 공급한다. 제2 전압 검출부(SV2) 또한 복수의 저항열로 구성되어 저항열에 따른 분배 전압 값을 제어부(100)로 공급한다.
제1 및 제2 전압 검출부(SV1,SV2)의 구성에 따라, 제어부(100)는 제1 전압 검출부(SV1)로부터 검출된 제2 반도체 스위칭부(120)의 입력단 또는 출력단 전압 값, 및 제2 전압 검출부(SV2)로부터 검출된 제1 반도체 스위칭부(120)의 입력단 또는 출력단 전압 값를 서로 비교할 수 있다. 그리고 제어부(100)는 비교된 차 전압의 크기가 미리 설정된 기준 전압 값 범위보다 크거나 작아지면 복수의 반도체 스위칭부(110,120)에 동시에 트립 신호를 전송하여 배전 선로의 전류 흐름을 차단시킬 수 있다.
한편, 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 차단기 제어 모듈은 제어부(100)가 송배전 선로와 절연 상태를 유지하도록 하기 위한 구성으로 제1 절연형 신호 전송부(251), 및 제2 절연형 신호 전송부(250)를 더 포함하기도 한다.
구체적으로, 제1 절연형 신호 전송부(251)는 제1 전압 검출부(SV1)와 제어부(100)가 절연되도록 제1 전압 검출부(SV1)와 상기 제어부(100)의 사이에 구성된다. 이러한, 제1 절연형 신호 전송부(251)는 제1 전압 검출부(SV1)로부터 검출된 제2 반도체 스위칭부(120)의 입력단 또는 출력단 전압 값을 제어부(100)로 전송한다.
제2 절연형 신호 전송부(250)는 제2 전압 검출부(SV2)와 제어부(100)가 절연되도록 제2 전압 검출부(SV2)와 제어부(100)의 사이에 구성된다. 이러한 제2 절연형 신호 전송부(250)는 제2 전압 검출부(SV2)로부터 검출된 제1 반도체 스위칭부(110)의 입력단 또는 출력단 전압 값을 제어부(100)로 전송한다. 여기서, 제1 및 제2 절연형 신호 전송부(251,250)는 적어도 하나의 아이솔레이터나 포토 커플러로 구성되어 제1 및 제2 전압 검출부(SV1,SV2)와 제어부(100)가 절연되도록 할 수 있다.
제어부(100)는 제1 및 제2 절연형 신호 전송부(251,250)를 통해 제1 및 제2 전압 검출부(SV1,SV2)로 부터 각각 검출된 전압 값을 수신할 수 있다. 이에, 제어부는 제1 및 제2 전압 검출부(SV1,SV2)로 부터 각각 검출된 전압 값을 서로 비교하여, 비교된 차 전압의 크기가 미리 설정된 기준 전압 값 범위보다 크거나 작아지면 복수의 반도체 스위칭부(110,120)를 제어하여 송배전 선로의 전류 흐름을 차단시킬 수 있다.
이상에서 전술한 바와 같이, 본 발명의 차단기 제어 모듈은 전력 계통이나 송전 및 배전 선로의 고장 전류 차단시, 전자식 반도체 스위칭 구조를 이용해서 고장 선로를 선 차단할 수 있도록 함으로써, 아크로 인한 사고 위험을 줄일 수 있게 된다.
또한, 본 발명의 차단기 제어 모듈은 고장 전류가 흐르는 고장 선로와 차단기의 제어회로가 절연되도록 하여 전기적인 충적에 따른 안정성과 신뢰도를 높일 수 있다.
전술한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.
100: 제어부
110,120: 제1 및 제2 반도체 스위칭부
130,140: 제1 및 제2 절연형 신호 전송 소자부
101,102: 제1 및 제2 차단 스위치
160: 적어도 하나의 인덕턴스
170: 적어도 하나의 과전류 방지 퓨즈
150,152: 제1 및 제2 전류량 검출부

Claims (13)

  1. 송배전 선로의 전류 흐름을 차단하거나 상기 전류 흐름 방향이 전환되도록 스위칭하는 복수의 반도체 스위칭부;
    상기 복수의 반도체 스위칭부 각각에 트립 신호를 전송해서 상기 각 반도체 스위칭부의 턴-온 또는 턴-오프 동작을 제어하는 제어부; 및
    상기 복수의 반도체 스위칭부와 상기 제어부가 절연되도록 상기 복수의 반도체 스위칭부와 상기 제어부의 사이에 구성되어, 상기 제어부로부터의 트립 신호를 상기 복수의 반도체 스위칭부로 각각 전송하는 복수의 절연형 신호 전송 소자부를 포함하고,
    상기 복수의 절연형 신호 전송 소자부는
    복수의 포토 커플러 또는 적어도 하나의 아이솔레이터를 통해서 상기 복수의 반도체 스위칭부의 양단 전류량을 검출하며, 상기 복수의 반도체 스위칭부의 양단 전류량에 대응되는 검출 신호를 상기 제어부로 전송하고,
    상기 제어부는 상기 양단 전류량에 따른 검출 신호들의 차 전압 값과 미리 설정된 기준 전압 값의 비교 결과에 따라서 상기 트립 신호를 상기 복수의 반도체 스위칭부로 각각 전송하는,
    차단기 제어 모듈.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 반도체 스위칭부 중, 제1 반도체 스위칭부는
    상기 송배전 선로에 직렬 구조로 구성되어 상기 제어부로부터의 트립 신호에 따라 턴-온 또는 턴-오프되는 제1 스위칭 소자; 및
    상기 제1 스위칭 소자와 병렬 구조로 상기 송배전 선로에 구성되어 상기 제1 스위칭 소자의 턴-오프시 상기 송배전 선로의 전류가 흐르도록 하는 제1 다이오드 소자를 포함하고,
    상기 복수의 반도체 스위칭부 중, 제2 반도체 스위칭부는
    상기 제1 스위칭 소자와 직렬로 상기 송배전 선로에 구성되어 상기 제어부로부터의 트립 신호에 따라 턴-온 또는 턴-오프되는 제2 스위칭 소자; 및
    상기 제1 다이오드 소자와는 반대 방향으로 상기 제2 스위칭 소자에 병렬로 구성되어 상기 제2 스위칭 소자의 턴-오프시 상기 송배전 선로의 전류가 흐르도록 하는 제2 다이오드 소자를 포함하는,
    차단기 제어 모듈.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 제1 및 제2 스위칭 소자에 트립 신호를 전송해서 상기 제1 및 제2 스위칭 소자를 턴-오프시킴으로써 상기 송배전 선로의 전류 흐름을 차단시키거나,
    상기 제1 스위칭 소자는 턴-온 시키되, 상기 제2 스위칭 소자에만 트립 신호를 전송해서 상기 제2 스위칭 소자를 턴-오프시킴으로써 상기 송배전 선로의 전류가 역방향으로 흐르도록 제어하며,
    상기 제2 스위칭 소자는 턴-온 시키되, 상기 제1 스위칭 소자에만 트립 신호를 전송하여 상기 제1 스위칭 소자를 턴-오프시킴으로써 상기 송배전 선로의 전류가 정방향으로 흐르도록 제어하는,
    차단기 제어 모듈.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 절연형 신호 전송 소자부는
    복수의 포토 커플러 또는 적어도 하나의 아이솔레이터를 포함하며, 상기 복수의 포토 커플러 또는 적어도 하나의 아이솔레이터를 이용해서 상기 제어부로부터의 트립 신호를 상기 복수의 반도체 스위칭부로 각각 전송하는,
    차단기 제어 모듈.
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 송배전 선로에 상기 복수의 반도체 스위칭부와 직렬로 구성되어 상기 제어부의 제어에 따라 상기 송배전 선로를 차단하는 적어도 하나의 차단 스위치;
    상기 송배전 선로에 상기 복수의 반도체 스위칭부와 직렬로 구성된 적어도 하나의 인덕턴스;
    상기 송배전 선로에 상기 복수의 반도체 스위칭부와 직렬로 구성된 적어도 하나의 과전류 방지 퓨즈; 및
    상기 송배전 선로에 직렬 연결된 상기 복수의 반도체 스위칭부 중 제2 반도체 스위칭부의 입력단 또는 출력단에 구성되어, 상기 제2 반도체 스위칭부의 입력단 또는 출력단에 흐르는 전류량을 실시간으로 검출하고 상기 검출된 전류량에 대응되는 검출 신호를 상기 제어부로 전송하는 제1 전류량 검출부를 더 포함하는,
    차단기 제어 모듈.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제1 전류량 검출부는
    상기 송배전 선로와 미리 설정된 간격을 두고 구성된 홀 센서를 이용해서, 상기 송배전 선로의 전자기장을 검출하고 상기 검출된 전자기장에 대응되는 전류 및 전압 값을 상기 제어부로 전송하는
    차단기 제어 모듈.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 송배전 선로에 직렬 연결된 상기 복수의 반도체 스위칭부 중 제1 반도체 스위칭부의 입력단 또는 출력단에 구성되어, 상기 제1 반도체 스위칭부의 입력단 또는 출력단에 흐르는 전류량을 실시간으로 검출하고 상기 검출된 전류량에 대응되는 검출 신호를 상기 제어부로 전송하는 제2 전류량 검출부를 더 포함하는,
    차단기 제어 모듈.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 제1 전류량 검출부로부터의 전류량 검출 신호, 및 상기 제2 전류량 검출부로부터의 전류량 검출 신호를 서로 비교하며,
    상기 비교된 차 전압의 크기가 상기 기준 전압 값 범위보다 크거나 작아지면 상기 복수의 반도체 스위칭부에 동시에 트립 신호를 전송하여 상기 송배전 선로의 전류 흐름을 차단시키는,
    차단기 제어 모듈.
  10. 제 6 항에 있어서,
    상기 송배전 선로에 직렬 연결된 상기 복수의 반도체 스위칭부 중 제2 반도체 스위칭부의 입력단 또는 출력단과 병렬로 그라운드 전압원 사이에 구성되어 상기 제2 반도체 스위칭부의 입력단 또는 출력단에 서지 전압이 발생하면 상기 서지 전압을 그라운드 전압으로 쇼트시키는 제1 숏 서킷 회로부;
    상기 송배전 선로에 직렬 연결된 상기 복수의 반도체 스위칭부와는 병렬로 구성되어 상기 복수의 반도체 스위칭부 양단에 서지 전압이 발생하면 상기 서지 전압을 그라운드 전압으로 쇼트시키는 제2 숏 서킷 회로부; 및
    상기 송배전 선로에 직렬 연결된 상기 복수의 반도체 스위칭부 중 제1 반도체 스위칭부의 입력단 또는 출력단과 병렬로 그라운드 전압원 사이에 구성되어 상기 제1 반도체 스위칭부의 입력단 또는 출력단에 서지 전압이 발생하면 서지 전압을 쇼트 시키는 제3 숏 서킷 회로부를 더 포함하는,
    차단기 제어 모듈.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제1 숏 서킷 회로부와 병렬로 구성되어 상기 제2 반도체 스위칭부의 입력단 또는 출력단 전압을 검출하여 상기 제2 반도체 스위칭부의 입력단 또는 출력단 전압 값을 상기 제어부로 공급하는 제1 전압 검출부;
    상기 제3 숏 서킷 회로부와 병렬 구조로 구성되어 상기 제1 반도체 스위칭부의 입력단 또는 출력단 전압을 검출하여 상기 제1 반도체 스위칭부의 입력단 또는 출력단 전압 값을 상기 제어부로 공급하는 제2 전압 검출부를 더 포함하는,
    차단기 제어 모듈.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 제어부는
    제1 전압 검출부로부터 검출된 상기 제2 반도체 스위칭부의 입력단 또는 출력단 전압 값, 및 제2 전압 검출부로부터 검출된 상기 제1 반도체 스위칭부의 입력단 또는 출력단 전압 값를 비교하며,
    상기 비교된 차 전압의 크기가 상기 기준 전압 값 범위보다 크거나 작아지면 상기 복수의 반도체 스위칭부에 동시에 트립 신호를 전송하여 상기 송배전 선로의 전류 흐름을 차단시키는,
    차단기 제어 모듈.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 제1 전압 검출부와 상기 제어부가 절연되도록 상기 제1 전압 검출부와 상기 제어부의 사이에 구성되어, 상기 제1 전압 검출부로부터 검출된 상기 제2 반도체 스위칭부의 입력단 또는 출력단 전압 값을 상기 제어부로 전송하는 제1 절연형 신호 전송부; 및
    상기 제2 전압 검출부와 상기 제어부가 절연되도록 상기 제2 전압 검출부와 상기 제어부의 사이에 구성되어, 상기 제2 전압 검출부로부터 검출된 상기 제1 반도체 스위칭부의 입력단 또는 출력단 전압 값을 상기 제어부로 전송하는 제2 절연형 신호 전송부를 포함하는,
    차단기 제어 모듈.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2024135991A1 (ko) * 2022-12-22 2024-06-27 엘에스일렉트릭 (주) 반도체를 이용한 회로 차단기

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6935437B2 (ja) * 2019-01-23 2021-09-15 矢崎総業株式会社 電源装置
DE112019007884T5 (de) * 2019-12-16 2022-09-01 Siemens Aktiengesellschaft Hybridleistungsschalter, hybridleistungsschaltersystem undschaltungsunterbrechungsverfahren
CN112532221B (zh) * 2020-11-20 2024-10-22 珠海格力电器股份有限公司 开关电路和光伏空调系统
JP7494137B2 (ja) * 2021-03-24 2024-06-03 株式会社東芝 半導体装置
BE1029566B1 (de) * 2021-07-05 2023-02-06 Phoenix Contact Gmbh & Co Gleichspannungsschaltgerät mit Erdschlussschutz
CN114709113B (zh) * 2022-03-28 2024-05-28 北京智芯微电子科技有限公司 智能低压断路器

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101521000B1 (ko) * 2009-11-16 2015-05-15 에이비비 테크놀로지 아게 송전 또는 배전 선로의 전류를 차단하는 디바이스와 방법 및 전류제한 장치

Family Cites Families (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19612216A1 (de) * 1996-03-27 1997-10-02 Siemens Ag Elektronisches Abzweigschaltgerät
US9755630B2 (en) * 2009-04-30 2017-09-05 The United States of America as represented by the Secretary of the Government Solid-state circuit breakers and related circuits
JP5501667B2 (ja) * 2009-06-17 2014-05-28 パナソニック株式会社 交流・直流両用スイッチ
JP2011010393A (ja) 2009-06-23 2011-01-13 Panasonic Electric Works Co Ltd 直流用分岐回路保護装置
ES2477196T3 (es) * 2010-02-03 2014-07-16 Abb Technology Ag Módulo de conmutación para uso en un dispositivo para limitar y/o cortar la corriente de una línea de transmisión o distribución de potencia
KR20100040819A (ko) 2010-03-09 2010-04-21 허진 전류검출형 아크 제거기와 전류검출형 하이브리드 스위치
US20120050933A1 (en) 2010-08-31 2012-03-01 Jian Xu Branch circuit protection with in-line solid state device
CN102593809B (zh) * 2011-01-14 2015-06-03 同济大学 一种具有过电压抑制功能的固态断路器
KR20130022346A (ko) * 2011-08-24 2013-03-06 윤천영 과전류 방지 장치
US20150022928A1 (en) * 2011-12-22 2015-01-22 Siemens Aktiengesellschaft Hybrid dc circuit breaking device
JP5910172B2 (ja) 2012-03-01 2016-04-27 株式会社Ｇｓユアサ スイッチ故障診断装置、電池パックおよびスイッチ故障診断プログラム、スイッチ故障診断方法
EP2779346B1 (en) * 2013-03-15 2020-05-27 Fairchild Semiconductor Corporation Methods and apparatus including a current limiter
KR101521545B1 (ko) * 2013-10-07 2015-05-19 한국전기연구원 고압 직류 전류 차단 장치 및 방법
CN103532356B (zh) 2013-10-25 2015-08-12 山东大学 一种具有负压的自举供电mosfet/igbt驱动线路
JP6029772B2 (ja) * 2013-12-11 2016-11-24 三菱電機株式会社 直流遮断装置
KR101658539B1 (ko) * 2014-10-10 2016-09-22 엘에스산전 주식회사 직류 차단기 및 이를 이용하는 방법
CN104320114A (zh) * 2014-11-14 2015-01-28 杭州桑尼能源科技有限公司 一种适用于igbt和mos的高性能抗干扰驱动电路
JP2016103427A (ja) 2014-11-28 2016-06-02 株式会社東芝 直流電流遮断装置
KR102167948B1 (ko) * 2014-12-31 2020-10-20 엘에스일렉트릭(주) 직류차단기 및 이의 차단방법
JP6462430B2 (ja) * 2015-03-10 2019-01-30 株式会社東芝 直流電流遮断装置
CN105529677A (zh) 2015-12-01 2016-04-27 中国矿业大学(北京) 一种主动抑制过电压的限流式固态断路器拓扑及其控制方法
CN205566745U (zh) * 2016-04-20 2016-09-07 成都艾尔伯特科技有限责任公司 一种用于led调光板的调光输出接口电路
GB2585838A (en) * 2019-07-16 2021-01-27 Eaton Intelligent Power Ltd Hybrid circuit breaker with improved current capacity per device size

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101521000B1 (ko) * 2009-11-16 2015-05-15 에이비비 테크놀로지 아게 송전 또는 배전 선로의 전류를 차단하는 디바이스와 방법 및 전류제한 장치

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2024135991A1 (ko) * 2022-12-22 2024-06-27 엘에스일렉트릭 (주) 반도체를 이용한 회로 차단기

Also Published As

Publication number Publication date
CN111869029B (zh) 2022-09-09
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EP3790138A4 (en) 2021-06-09
JP7097459B2 (ja) 2022-07-07
CN111869029A (zh) 2020-10-30
WO2019212125A1 (ko) 2019-11-07
JP2021518100A (ja) 2021-07-29
KR20190125696A (ko) 2019-11-07

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