특허 개요
본 특허는 직류 전력망의 고장 전류를 끊기 위해 진동전류 공급부와 자기유도전류 공급부를 결합한 직류 차단기입니다. 주차단부가 열리며 아크가 발생하면 인덕터와 커패시터의 LC 공진 전류를 전압형 컨버터로 증폭하여 아크 전류를 상쇄하고, 상호 인덕턴스와 사이리스터 기반 정류부가 역전류를 주차단로에 공급해 전류 영점 생성을 가속합니다. 피뢰기는 차단 과정의 과도 차단 전압으로부터 구성 부품을 보호하고, 잔류 차단부는 남은 전류를 제거하도록 구성됩니다.
- 핵심 기능
사고 감지부가 고장 전류를 감지하면 주차단부를 개방하고, 진동전류 공급부가 LC 공진과 전압형 컨버터를 이용해 고진폭 진동 전류를 생성합니다. 이 전류로 아크 전류를 상쇄하는 동시에 자기유도전류 공급부가 역전류를 주차단로에 전달하여 전류 영점을 만들고 잔류 전류를 차단합니다.
- 차별 강점
직류 계통은 자연 전류 영점이 없어 아크 소호가 어렵고, 종래 공진형 차단 방식은 높은 주차단로 전류와 반복 차단 실패 가능성이 과제로 제시되었습니다. 본 특허는 진동 전류에 더해 자기유도전류를 함께 공급하여 전류 영점 생성을 가속하고, 주차단부 전류 진폭과 과도 차단 전압을 억제하도록 한 점이 차별점입니다.
- 활용 범위
기술·연구 측면에서는 신재생에너지 연계 직류 송전, 중전압·고전압 직류 네트워크, 직류 그리드 보호 기술 분야에 활용 가능하며, 고장 전류 차단 회로와 계통 보호 협조 설계로 확장할 수 있습니다. 사업 측면에서는 직류 송배전 설비, 재생에너지 연계 설비, 직류 마이크로그리드 및 전력기기 보호 솔루션으로 확장할 수 있습니다.
연구 개발 단계
2kV 테스트 장치에서 사고를 유도하고 진공차단기 접점 분리 조건을 적용해 제안 직류 차단기의 전류·전압 차단 특성을 확인했습니다. 실제 직류 그리드 환경에서의 전압·전류 용량 확대, 반복 차단 내구성, 장기 신뢰성 및 계통 연계 성능은 구체적으로 검증되지 않았습니다.
- 시험 장치: 2kV 기반 전류·전압 차단 특성 시험
- 비교 구조: 종래 직류 공진형 차단기
- 시험 조건: 0.11초 사고 유도, 0.17초부터 톰슨 코일 구동 진공차단기 접점 분리 시작
현재 성과
진동전류 공급부와 자기유도전류 공급부를 함께 적용한 구성에서 고장 전류 차단 시간을 대략 3～5ms로 제시했습니다. LC 공진 전류로 아크 전류를 상쇄하고 역전류를 추가 공급해 전류 영점 생성을 앞당기는 방식입니다.
2kV 테스트 장치에서 사고 유도 및 진공차단기 접점 분리 조건을 적용하여 전류·전압 차단 특성을 검증했습니다. 제안 구조는 주차단부 전류 피크가 시스템 공칭 전류를 넘지 않아 더 빠른 전류 제거가 가능하다고 서술했습니다.
종래 공진형 차단기는 주차단로 전류가 최대 약 35kA까지 도달하여 반복 차단 시 실패 가능성이 제시되었습니다. 본 특허는 아크 상쇄용 진동 전류와 주차단로 역전류용 자기유도전류를 결합하고, 피뢰기로 과도 차단 전압에 대응하도록 한 점이 핵심 차별성입니다.
상용화까지 남은 부분
실제 직류 그리드 적용을 위한 전압·전류 용량 확대 검증
반복 고장 전류 차단 조건에서의 내구성 및 장기 신뢰성 검증
계통 연계 환경에서 보호 협조와 과도전압 억제 성능 실증
기술 이전 형태·도입 과정
도입은 이렇게 진행됩니다.
검토 미팅
귀사 상황·데이터 구조 기준으로 적합성을 논의합니다. 자료 검토만으로 끝나도 됩니다.
PoC 공동 검증
연구팀 동행 하에 귀사 데이터 기준 재학습·성능을 확인합니다.
라이센싱 계약
PoC 결과를 기반으로 희망 형태(실시권·공동연구 등)를 협의합니다.
기술지도·후속
도입 초기 기술지도, 필요 시 후속 공동연구·정부과제 연계까지 진행합니다.
특허 정보
직류 차단기
10-2022-0006658 (2022.01.17)
1020230111000 (2023.07.25)
1026314820000 (2024.01.26)
이방욱, 무하마드 우스만, 박규훈
한양대학교 에리카산학협력단