특허 개요
본 특허는 직류 전력계통의 고장 전류를 단계적으로 끊는 하이브리드 직류 차단기입니다. 정상 상태에서는 주 회로로 전류를 통전하고, 고장 전류 상승을 감지하면 양방향 IGBT 기반 보조 회로를 활성화해 전류를 우회시킨 뒤 기계식 차단기(MCB)를 개방합니다. 제1 커패시터(C1)는 보조 회로 방향의 전류 전환 전압원을 제공하고 제2 커패시터(C2)는 이를 프리차지하며, 이후 에너지 소호부의 MOV 등이 잔류 에너지와 과도전압을 흡수·소산하는 방식입니다.
- 핵심 기능
제어부는 고장 전류 상승을 감지하면 주 회로를 비활성화하고 보조 회로를 활성화해 전류를 전환합니다. 이어 MCB를 개방하고 보조 회로를 비활성화하며, 남은 전류와 에너지는 MOV를 포함할 수 있는 에너지 소호부로 유도해 소산합니다.
- 차별 강점
기계식 차단기는 차단 속도가 제한되고, 전력전자식 차단기는 스위칭 과정의 과도전압으로 소자 전압 부담이 커질 수 있습니다. 이 기술은 주·보조 양방향 IGBT 회로, MCB·RCB 및 프리차지 커패시터를 제어 순서로 결합해 전류 전환, 물리적 개방, 잔류 에너지 소산을 단계적으로 수행하는 점이 차별점입니다.
- 활용 범위
기술·연구 측면에서는 직류 고장전류 보호, 양방향 전력 흐름 제어, 전력반도체 보호 및 직류 마이크로그리드 분야에 활용 가능하며, 재생에너지 연계 직류 송배전망·전기차 충전 인프라·데이터센터 전력망의 보호 설계에 적용할 수 있습니다. 사업 측면에서는 양방향 직류 계통을 사용하는 충전 설비, 분산에너지 시스템, 데이터센터용 전력 인프라 및 마이크로그리드 보호기기 분야로 확장할 수 있습니다.
연구 개발 단계
하이브리드 직류 차단기의 사고 전류 파형과 제1 커패시터(C1) 용량 변화에 따른 전류 특성을 단계별 동작 조건에서 제시했습니다. 고장 전류가 상승한 뒤 보조 회로 커패시터가 전류 증가를 제한하고, 차단기 및 에너지 소호부 동작으로 전류가 차단되는 과정을 확인했으나 실제 계통 정격에서의 반복 차단 내구성과 장기 신뢰성은 구체적으로 제시되지 않았습니다.
- 검증 방식: 사고 전류 및 커패시터 용량별 전류 파형의 그래프 기반 동작 특성 제시
- 대상 장치: 하이브리드 직류 차단기와 제1 커패시터(C1)
- 비교 조건: C1=2μF, 100μF, 500μF, 1500μF
- 동작 구간: 고장 후 t1～t2, t2～t3, t3～t4 단계
현재 성과
고장 전류 상승 시 주 회로를 비활성화하고 보조 회로로 전류를 전환한 뒤, 차단기 개방과 에너지 소호부 동작으로 전류를 차단하도록 구성됩니다. 보조 회로의 커패시터가 전류를 수용해 전류 증가를 제한하고, 잔류 에너지는 소호부에서 소산하도록 설계됩니다.
사고 전류의 상승, 보조 회로 전류 수용, 차단 및 에너지 소산으로 이어지는 동작 특성이 그래프 기반으로 제시되었습니다. C1 용량을 2μF, 100μF, 500μF, 1500μF로 달리한 비교에서 용량 증가에 따라 더 높은 전류 정점에 도달하는 경향도 제시되었습니다.
종래 기계식 차단 방식의 속도 한계와 전력전자식 차단 방식의 과도전압 부담을 줄이기 위해 주·보조 양방향 IGBT 회로를 사용합니다. C1의 전류 유도 전압원 기능, C2의 프리차지 기능, MCB·RCB 및 에너지 소호부를 제어 순서로 결합해 양방향 직류 고장 전류를 단계적으로 다루는 구성이 핵심입니다.
상용화까지 남은 부분
실제 직류 계통 정격에서 차단 전류와 차단 시간의 실증
MOV 열용량과 반복 차단 조건에서의 열·전기적 내구성 검증
장기 신뢰성, 재폐로 동작 및 적용 계통별 보호협조 검증
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
하이브리드 직류 차단기 및 그 차단 방법
Hybrid Direct Current Circuit Breaker and Method for Breaking Direct Current
10-2025-0200458 (2025.12.16)
1020260100125 (2026.06.29)
미등록 (심사 중)
한양대학교 에리카산학협력단