(57)【要約】  限流装置は、第１閾値以上の電流印加時に電流を制限する第１電流制限部、第２閾値以上の電流印加時に電流を制限する第２電流制限部、第１電流制限部の両端に並列接続され、互いに直列接続された第１受動素子及び第２受動素子を含む受動素子部、を含む。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
限流装置において、
第１閾値以上の電流印加時に電流を制限する第１電流制限部、
第２閾値以上の電流印加時に電流を制限する第２電流制限部、
前記第１電流制限部の両端に並列接続され、互いに直列接続された第１受動素子及び第２受動素子を含む受動素子部を含み、
前記第２電流制限部は、前記第１受動素子に並列接続され、
前記第１電流制限部のインピーダンス値及び前記第２電流制限部のインピーダンス値は印加電流により変化し、
前記第１閾値未満の場合、前記印加電流は前記第１電流制限部を介して流れ、
前記第１閾値以上及び前記第２閾値未満の場合、前記印加電流は前記第２電流制限部及び前記第２受動素子を介して流れ、
前記第２閾値以上の場合、前記印加電流は前記受動素子部を介して流れる、限流装置。
【請求項２】
前記第１電流制限部は、第１スイッチング素子及び前記第１スイッチング素子と直列接続された第１電流感知素子を含み、
前記第２電流制限部は、第２スイッチング素子及び前記第２スイッチング素子と直列接続された第２電流感知素子を含み、
前記第１電流感知素子及び前記第２電流感知素子により感知された電流値に応じて、前記第１スイッチング素子及び前記第２スイッチング素子がオンまたはオフされる、請求項１に記載の限流装置。
【請求項３】
前記第１電流制限部は、第１超伝導素子を含み、前記第２電流制限部は、第２超伝導素子を含む、請求項１に記載の限流装置。
【請求項４】
前記第１電流制限部は、前記第１閾値未満の電流が印加される場合、前記第１スイッチング素子をオン状態に設定する、請求項２に記載の限流装置。
【請求項５】
前記第１電流制限部は、前記第１閾値以上前記第２閾値未満の電流が印加される場合、前記第１スイッチング素子をオフ状態に設定し、
前記第２電流制限部は、前記第１閾値以上前記第２閾値未満の電流が印加される場合、前記第２スイッチング素子をオン状態に設定する、請求項２に記載の限流装置。
【請求項６】
前記第１電流制限部は、前記第２閾値以上の電流が印加される場合、前記第１スイッチング素子をオフ状態に設定し、
前記第２電流制限部は、前記第２閾値以上の電流が印加される場合、前記第２スイッチング素子をオフ状態に設定する、請求項２に記載の限流装置。
【請求項７】
前記第１閾値未満の電流が印加される場合、前記第１超伝導素子を経由して前記電流が流れる、請求項３に記載の限流装置。
【請求項８】
前記第１閾値以上前記第２閾値未満の電流が印加される場合、前記第１電流制限部は、第１超伝導素子の抵抗上昇により遮断され、前記第２電流制限部及び前記第２受動素子を介して電流が流れる、請求項３に記載の限流装置。
【請求項９】
前記第２閾値以上の電流が印加される場合、前記第１電流制限部は、第１超伝導素子の抵抗上昇により遮断され、前記第２電流制限部は、第２超伝導素子の抵抗上昇により遮断され、前記受動素子部を経由して電流が流れる、請求項３に記載の限流装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、限流（ＣＵＲＲＥＮＴ  ＬＩＭＩＴＩＮＧ）装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電力系統装置や回路は、正常状態の場合に連続定格電流が流れる。しかし、電力系統装置や回路上に問題が発生するか、装置や回路が耐えることができる範囲以上の電流である故障電流が印加されると、故障電流により電力系統装置や回路内部の主要構成が損傷を受けるようになる。
【０００３】
このような故障電流の発生を防止するために、限流装置が開発されている。限流装置は、電力系統装置や回路の軌道回路に接続して電流を調節することができる。特に、極低温状態で電気抵抗が実質的にゼロに近く、温度が高くなるほど抵抗が急激に増加する特性を有する超伝導体を利用した超伝導限流装置に対する研究が活発に進行されている。
【０００４】
しかしながら、一定水準以上の故障電流が超伝導限流装置に印加されると、超伝導素子まで損傷する危険がある。また、一定水準以上の故障電流が印加されると、超伝導素子の抵抗が無限大に近づき、正常動作のために電流が持続的に印加される必要性がある素子の動作に悪影響を及ぼすことができる。これにより、超伝導素子の配置構造とスイッチング素子を利用して故障電流の大きさに応じて稼動する超伝導素子の個数や経路を調節して故障電流を制御する方法に対する研究が進行されていた。
【０００５】
これに係り、韓国公開特許第２０１１−０００２７４９号公報（発明の名称：二つのコイルの自己結合を有した超伝導電流制限器の超伝導体のトリガを利用した回復特性の向上方法）は、二つのコイルの自己結合により超伝導電流制限器の回復特性を向上して故障電流を制御する方法を開示している。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の一部の実施例は、印加電流の大きさに応じて電流が流れる経路を可変に調節して、限流装置により保護しようとする装置や回路を保護しながらも、限流装置の内部構成も保護することができる限流装置を提供することにその目的がある。
【０００７】
但し、本実施例が達成しようとする技術的課題は、前記したような技術的課題に限定されず、また他の技術的課題が存在し得る。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述の技術的課題を達成するための技術的手段として、本発明の一側面による限流装置は、第１閾値以上の電流印加時に電流を制限する第１電流制限部、第２閾値以上の電流印加時に電流を制限する第２電流制限部、前記第１電流制限部の両端に並列接続され、直列接続された第１受動素子及び第２受動素子を含む受動素子部を含む。
【０００９】
この時、前記第２電流制限部は、前記第１受動素子に並列接続され、前記第１電流制限部のインピーダンス値及び前記第２電流制限部のインピーダンス値は、前記限流装置に印加される電流により変化し、前記限流装置に印加される電流が前記第１閾値未満の場合、前記第１電流制限部を介して流れ、前記第１閾値以上及び前記第２閾値未満の場合、前記第２電流制限部及び前記第２受動素子を介して流れ、前記第２閾値以上の場合、前記受動素子部を介して流れる。
【発明の効果】
【００１０】
前述した本発明の課題の解決手段のうちいずれかによれば、故障電流の大きさに応じて電流が流れる経路を可変に変更することができ、故障電流から限流装置の内部構成を効果的に保護することができる。
【００１１】
また、限流装置と接続された他の素子に故障電流が印加されることを防止することで、その他の素子の破損を予め防止することができ、その他の素子に正常範囲内の電流を安定的及び持続的に提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施例に係る限流装置を説明するための図である。
【図２Ａ】本発明の一実施例に係る限流装置において、電流が流れる経路を説明するための図である。
【図２Ｂ】本発明の一実施例に係る限流装置において、電流が流れる経路を説明するための図である。
【図２Ｃ】本発明の一実施例に係る限流装置において、電流が流れる経路を説明するための図である。
【図３】本発明の一実施例に係る限流装置において、時間に応じて各構成に流れる電流変化を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下では、添付した図面を参照して、本願が属する技術分野で通常の知識を持った者が容易に実施することができるように本願の実施例を詳しく説明する。しかし、本願は、様々な異なった形態で具現でき、ここで説明する実施例に限らない。そして、図面で本願を明確に説明するために、説明と関係ない部分は省略し、明細書全体を通じて類似した部分については、類似した図面符号を付けた。
【００１４】
本願の明細書の全体において、ある部分が他の部分と『連結』されているというと、これは、『直接的に連結』されている場合だけでなく、その中間に他の素子を挟んで『電気的に連結』されている場合も含む。また、ある部分がある構成要素を『含む』というと、これは、特に反対する記載がない限り、他の構成要素を除外するのではなく、他の構成要素をさらに含むことができることを意味する。
【００１５】
図１は、本発明の一実施例に係る限流装置を説明するための図である。
【００１６】
図１を参照すると、限流装置１００は、第１電流制限部１１０、第２電流制限部１３０及び受動素子部１５０を含む。
【００１７】
第１電流制限部１１０は、第１閾値以上の故障電流の印加時に電流を制限する。ここで、第１電流制限部１１０の初期インピーダンス値は、後述する第１受動素子のインピーダンス値より小さい。第１電流制限部１１０は、第１スイッチング素子（不図示）及び第１スイッチング素子（不図示）と直列接続された第１電流感知素子（不図示）を含むことができる。例示として、第１電流感知素子（不図示）により感知された電流値に応じて第１スイッチング素子（不図示）がオンまたはオフされ、第１電流制限部１１０は電流を制限することができる。また、第１電流制限部１１０は第１超伝導素子（不図示）を含むことができる。
【００１８】
第２電流制限部１３０は、第２閾値以上の故障電流の印加時に電流を制限する。ここで、第２電流制限部１３０の初期インピーダンス値は、後述する第１受動素子のインピーダンス値より小さく、第１受動素子に並列接続される。第２電流制限部１３０は、第２スイッチング素子（不図示）及び第２スイッチング素子（不図示）と直列接続された第２電流感知素子（不図示）を含むことができる。例示として、第２電流感知素子（不図示）により感知された電流値に応じて第２スイッチング素子（不図示）がオンまたはオフされ、第２電流制限部１３０は電流を制限することができる。また、第２電流制限部１３０は、第２超伝導素子（不図示）を含むことができる。
【００１９】
受動素子部１５０は、第１電流制限部１１０の両端に並列接続され、直列接続された第１受動素子１５１及び第２受動素子１５３を含む。例示として、第１受動素子１５１及び第２受動素子１５３は、一つ以上の抵抗（Ｒ）、コイル（Ｌ）、キャパシタ（Ｃ）のうち少なくとも一つの組み合わせでそれぞれなり得る。ここで、Ｒ−Ｌ−Ｃの組み合わせでなった第１受動素子１５１のインピーダンス値は、第１電流制限部１１０の初期インピーダンス値及び第２電流制限部１３０の初期インピーダンス値より大きいため、平時には印加される電流が第１電流制限部１１０を介して流れることができる。さらに、第１受動素子１５１及び第２受動素子１５３のそれぞれのインピーダンス値は、設計者の意図または使用用途に応じて固定された値に予め設定されていても良い。
【００２０】
前述した限流装置１００において、故障電流の大きさに応じる各構成の動作特性に関する説明は後述する。
【００２１】
図２Ａ〜図２Ｃは、本発明の一実施例に係る限流装置において、電流が流れる経路を説明するための図である。
【００２２】
図２Ａを参照して、限流装置１００において第１閾値未満の電流が印加される場合の電流経路について検討する。ここで、第１閾値は、第１電流制限部１１０のインピーダンス値が急激に増加して無限大になる時の所定の電流値であり得る。なお、第１閾値は、設計者の意図または使用用途に応じて変更可能である。
【００２３】
一例により、第１電流制限部１１０と第２電流制限部１３０とがスイッチング素子と電流感知素子とを含む場合について検討する。第１電流制限部１１０の第１スイッチング素子（不図示）は、初期にオン状態であり得るし、第１スイッチング素子（不図示）と直列に連結された第１電流感知素子（不図示）は、印加される電流が第１閾値未満の平時電流であるかどうかを感知することができる。その感知の結果は、第１電流制限部１１０に伝達され、第１電流制限部１１０は、感知結果に応じて第１スイッチング素子のオン−オフ状態を変更することができる。従って、第１閾値未満の平時電流が印加される場合、第１スイッチング素子（不図示）はオン状態であり得る。この時、第１スイッチング素子（不図示）がオン状態であれば、平時電流は、第１電流制限部１１０を介してａ１経路で移動するようになる。
【００２４】
また、他の例により、第１電流制限部１１０と第２電流制限部１３０とが超伝導素子を含む場合について検討する。第１電流制限部１１０は、第１閾値未満の平時電流が印加されると、平時電流が第１超伝導素子（不図示）を介して通過するようにできる。ここで、第１閾値は、第１超伝導素子（不図示）の抵抗が急激に増加して無限大になる値であるので、第１閾値未満の平時電流の場合には、第１超伝導素子（不図示）の抵抗が一定水準以下であり、第１超伝導素子（不図示）が第１閾値未満の電流が印加される場合のインピーダンス値は、第１受動素子１５１のインピーダンス値より小さいので、図２Ａのａ１のような経路で平時電流が流れるようになる。
【００２５】
図２Ｂを参照して、限流装置１００において第１閾値以上第２閾値未満の電流が印加される場合の電流経路について検討する。ここで、第２閾値は、第１閾値より大きい値であり、第２電流制限部１３０のインピーダンス値が急激に増加して無限大になる時の所定の電流値であり得る。なお、第２閾値は、設計者の意図または使用用途に応じて変更可能である。
【００２６】
一例により、第１電流制限部１１０と第２電流制限部１３０とがスイッチング素子と電流感知素子とを含む場合について検討する。第１電流制限部１１０は、第１閾値以上第２閾値未満の故障電流が印加されると、第１スイッチング素子（不図示）をオフ状態に変更する。また、第２電流制限部１３０は、第１閾値以上第２閾値未満の故障電流が印加されると、第２スイッチング素子（不図示）をオン状態に変更することができる。即ち、第２スイッチング素子（不図示）と直列に連結された第２電流感知素子（不図示）により、印加される電流が第１閾値以上第２閾値未満の故障電流と感知されると、その感知結果の伝達を受けた第２電流制限部１３０は、第２スイッチング素子（不図示）をオフ状態からオン状態に変更することができる。この時、第１電流制限部１１０はオフ状態であるので、電流は、図２Ａのａ１経路以外の経路で流れるようになるが、第１受動素子１５１のインピーダンス値が第２電流制限部１３０のインピーダンス値より大きく、第２電流制限部１３０が第１受動素子１５１にのみ並列連結されているので、第２電流制限部１３０と第２受動素子１５３とを順次に経由するａ２経路で電流が流れるようになる。
【００２７】
また、他の例により、第１電流制限部１１０と第２電流制限部１３０とが超伝導素子を含む場合について検討する。第１電流制限部１１０は、第１閾値以上第２閾値未満の故障電流が印加されると、故障電流から第１超伝導素子（不図示）を遮断する。第２電流制限部１３０は、第１閾値以上第２閾値未満の故障電流が印加されると、故障電流が第２超伝導素子（不図示）と第２受動素子１５３とを介して通過するようにする。ここで、第１閾値以上第２閾値未満の電流は、第１超伝導素子（不図示）の抵抗は無限大になるようにし、第２超伝導素子（不図示）の抵抗は一定水準以下にする電流値であるので、第１電流制限部１１０は抵抗が無限大になり、電流が流れなくなる。従って、電流は、図２Ａのａ１経路以外の経路で移動するようになる。この時、第１受動素子１５１のインピーダンス値が第２電流制限部１３０のインピーダンス値より大きい状態であるので、第２電流制限部１３０と第２受動素子１５３とを順次に経由するａ２経路で電流が流れるようになる。
【００２８】
図２Ｃを参照して、限流装置１００において第２閾値以上の電流が印加される場合の経路について検討する。
【００２９】
一例により、第１電流制限部１１０と第２電流制限部１３０とがスイッチング素子と電流感知素子とを含む場合について検討する。第１電流制限部１１０は、第２閾値以上の故障電流が印加されると、第１スイッチング素子（不図示）をオフ状態に変更する。そして、第２電流制限部１３０は、第２閾値以上の故障電流が印加されると、第２スイッチング素子（不図示）をオフ状態に変更する。即ち、第１スイッチング素子（不図示）と直列に連結された第１電流感知素子（不図示）と、第２スイッチング素子（不図示）と直列に連結された第２電流感知素子（不図示）とにより、印加電流が第２閾値以上の故障電流と感知されると、その感知結果の伝達を受けた第１電流制限部１１０及び第２電流制限部１３０は、それぞれ第１スイッチング素子（不図示）及び第２スイッチング素子（不図示）をオン状態からオフ状態に変更する。この場合、第１電流制限部１１０と第２電流制限部１３０との経路が全て遮断され、印加電流は受動素子部１５０を経由するａ３経路で流れるようになる。
【００３０】
また、他の例により、第１電流制限部１１０と第２電流制限部１３０とが超伝導素子を含む場合について検討する。第１電流制限部１１０は、第２閾値以上の故障電流が印加されると、故障電流から第１超伝導素子（不図示）を遮断する。そして、第２電流制限部１３０は、第２閾値以上の故障電流が印加されると、故障電流から第２超伝導素子（不図示）を遮断する。この場合、第１電流制限部１１０と第２電流制限部１３０の経路はいずれも遮断された状態であるので、電流は受動素子部１５０を経由するａ３経路で流れるようになる。
【００３１】
前述の内容のように、第１電流制限部１１０と第２電流制限部１３０とが超伝導素子を含む場合、超伝導素子の特性上、閾値以上の電流が印加されると、抵抗が急激に増加して無限大に増加する。従って、第１電流制限部１１０と第２電流制限部１３０とが特に遮断動作をしなくても、電流が流れないことがある。しかし、第１電流制限部１１０と第２電流制限部１３０とは、それぞれスィッチを含んで遮断動作を行うことができ、これにより、過電流印加により超伝導素子が損傷することを防止することができる。
【００３２】
また、前述の内容では、第１電流制限部１１０と第２電流制限部１３０とがスイッチング素子と電流感知素子とを含む場合と超伝導素子を含む場合に分けて説明した。しかし、第１電流制限部１１０と第２電流制限部１３０とがスイッチング素子と電流感知素子を含む場合と超伝導素子を含む場合の両方とも、同一の動作特性を有することができる。また、第１電流制限部１１０と第２電流制限部１３０とは超伝導素子を含みながらもスイッチング素子と電流感知素子とを同時に含む形態であってもよい。このような場合も、両方とも同一の動作特性を有することができる。
【００３３】
図３は、本発明の一実施例に係る限流装置において、時間に応じて各構成に流れる電流変化を説明するための図である。
【００３４】
図３を通じて、前述した限流装置１００の動作特性と、このような動作特性により第１電流制限部１１０、第２電流制限部１３０及び受動素子部１５０に印加される電流について検討する。図３において横軸は時間の変化を示し、縦軸は電流の大きさの変化を示す。この時、限流装置１００に印加される電流が時間に応じて徐々に増加すると仮定する。従って、図３の横軸は、時間が流れるにつれ、第１閾値未満、第１閾値以上第２閾値未満、第２閾値以上の３つの区間に分けることができる。
【００３５】
先ず、第１閾値未満の区間では、第１電流制限部１１０の初期インピーダンス値が第１受動素子１５１のインピーダンス値より小さいので、第１電流制限部１１０を通過する経路（即ち、図２Ａのａ１経路）で電流が流れるようになる。つまり、第１閾値未満の区間は、第１電流制限部１１０の初期インピーダンスにより電流の通電経路ａ１が決定されることができる。この時、第１電流制限部１１０の第１超伝導素子（不図示）に印加される電流は、時間が経つほど徐々に増加して第１閾値になる瞬間、流れる電流はゼロになる。第１閾値以後からはａ１経路は遮断される。
【００３６】
第１閾値以上第２閾値未満の区間では、第１電流制限部１１０のインピーダンス値は無限大であり、第２電流制限部１３０のインピーダンス値は第１受動素子１５１のインピーダンス値より小さいので、図２Ｂのａ２経路で電流が流れるようになる。つまり、第１閾値以上第２閾値未満の区間は、第２電流制限部１３０のインピーダンス値により電流の通電経路ａ２が決定されることができる。この時、第２電流制限部１３０の第２超伝導素子（不図示）に印加される電流は、時間が経つほど徐々に増加して第２閾値になる瞬間、流れる電流はゼロになる。第２閾値以後からは、ａ１経路とａ２経路の両方とも遮断されるようになる。
【００３７】
第２閾値以上の区間では、第１電流制限部１１０と第２電流制限部１３０とのインピーダンス値がいずれも無限大であるので、第１受動素子１５１と第２受動素子１５３とを含む受動素子部１５０を通過する図２Ｃのａ３経路で電流が流れるようになる。つまり、第２閾値以上の区間は、第１電流制限部１１０と第２電流制限部１３０とのインピーダンス値により電流の通電経路ａ３が決定されることができる。この時、受動素子部１５０に印加される電流は、受動素子部１５０の限界電流値まで増加する。
【００３８】
前述のように、本発明の一実施例に係る限流装置１００は、故障電流の大きさに応じて電流が流れる経路を可変に変更することができ、故障電流から限流装置１００の内部構成を効果的に保護しながらも、限流装置１００により保護しようとする対象も効果的に保護することができる。
【００３９】
前述した本願の説明は例示のためのものであり、本願が属する技術分野の通常の知識を持った者は、本願の技術的思想や必須の特徴を変更せずに他の具体的な形態に容易に変形が可能であるということが理解できるであろう。従って、以上で記述した実施例は全ての面で例示的なものであり、限定的ではないと理解するべきである。例えば、単一型で説明されている各構成要素は、分散して実施されることもでき、同様に分散したもので説明されている構成要素も、結合した形態で実施されることができる。
【００４０】
本願の範囲は、前記詳細な説明よりは後述する特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲の意味及び範囲、そしてその均等概念から導出される全ての変更または変形された形態が本願の範囲に含まれると解釈されなければならない。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３】
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【国際調査報告】
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2016521111.tif 000009
2016521111.tif 000010
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