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[국내논문] PPTC 소자를 사용한 저전압 직류차단기의 아크소호기술
Arc Extinguishment for Low-voltage DC (LVDC) Circuit Breaker by PPTC Device 원문보기

전력전자학회 논문지 = The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics, v.23 no.5, 2018년, pp.299 - 304  

김용중 (Dept. of Electrical, Electronic and Control Eng., Kongju National University) ,  나재호 (Electronic Powertrain System R&D Center, Katech) ,  김효성 (Dept. of Electrical, Electronic and Control Eng., Kongju National University)

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

An ideal circuit breaker should supply electric power to loads without losses in a conduction state and completely isolate the load from the power source by providing insulation strength in a break state. Fault current is relatively easy to break in an Alternating Current (AC) circuit breaker becaus...

Keyword

#LVDC(Low Voltage DC) distribution   #DCCB(DC Circuit Breaker)   #Arc fault current   #PPTC(Polymeric Positive Temperature Coefficient)  

표/그림 (12)

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 논문에서는 양의 온도계수특성을 갖는 전력소자인 Polymeric positive temperature coefficient(PPTC) 소자를 사용하여 기계적 차단기의 차단 시 아크발생을 억제함으로써 직류에 적용할 수 있는 차단기구조를 제시하고 실험을 통하여 그 성능과 특성을 확인한다.
  • 본 논문에서는 400V/5A 저항부하조건에 대하여 제안 하는 아크리스 차단기의 단락전류제한 및 차단 시 아크 억제에 대한 실험을 수행하였다. 표 1은 차단실험조건을 나타내며, 그림 4는 제안하는 아크리스 차단기의 실험환경을 나타낸다.
  • 본 논문에서는 부하전류에 따른 최적의 PPTC 설계를 위해 2가지 종류의 차단실험을 진행하였다: 1) 동일부하 조건에서 PPTC 변화에 따른 반복차단실험.
  • 동일부하조건에서 PPTC 변화에 따른 반복차단실험의 목적은 반복적으로 안정되게 동작되는 PPTC의 전기적 정격값을 찾는 것이다. 표 3은 부하전류 5A 조건에서 PPTC를 사용한 직류차단기의 반복차단시간을 나타낸 것이다.
  • 다음으로, 부하전류 및 PPTC 변화에 따른 차단실험의 목적은 부하전류와 PPTC 변화에 따른 차단시간의 특성을 분석하는 것이다. 그림 6은 5A~20A 부하전류 조건에서 아크억제를 위한 PPTC 분기회로의 차단실험 결과를 나타낸 것이다.
  • 본 논문에서는 양의 온도계수를 갖는 도전성 소자인 PPTC 분기회로를 사용함으로써 차단아크가 발생하지 않는 기계적 직류차단기의 구조를 제안하고 실험을 통하여 증명하였다. 또한 아크리스 직류차단기에 적용하기 위한 PPTC의 최적사양을 선정하는 설계방안에 대하여 제시하였고 저항성 부하와 유도성 부하조건에서 설계결 과가 모두 유효함을 검증하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
기계적 차단기의 역할은? 기계적 차단기는 두 전극의 전기적 접촉에 의하여 전기적 연결 및 차단을 수행한다. 두 전극이 접촉되었을 때는 가능한 접촉저항이 작아져서 부하전류를 자유롭게 흘릴 수 있어야 하고, 두 전극이 분리되었을 때는 전극 사이의 저항은 즉각적으로 증가하여 충분한 절연을 확보함으로써 전원 측과 부하 측을 전기적으로 완벽하게 분리시킬 수 있어야 한다.
직류에서 기계적 차단기를 사용할 때 차단기가 아크전류를 억제하지 못해 차단에 실패하고 화재를 일으키는 문제가 있는데, 이런 문제를 해결하기 위해 제시된 차단기는? 이러한 문제를 해소하기 위한 방편으로 반도체차단기가 제시되었다. 반도체차단기는 차단시 전극간의 저항값이 기울기를 갖고 시간에 따라 증가함으로 상대적으로 전기적 과도현상이 급격히 발생되지 않으며, 부도체 상태에서 소자의 에너지갭이 커서 정상적인 운전조건에서는 전극 내부에서 절연파괴에 따른 아크현상이 일어나지 않는다.
PPTC은 어떤 용도로 많이 쓰이는가? PPTC는 온도에 비례하여 저항이 증가하는 특성을 갖는 소자로서 사실상 전류를 제한하는 비선형 서미스터라고 할 수 있으며, 유해한 과전류 서지와 과열로 인한 고장을 방지하는 용도로 많이 사용되어 왔다. 용단형 퓨우즈와 달리, 고장 후에 전원이나 과전류 상태를 제거한 후 리셋 하여 재사용할 수 있다는 특징이 있다.
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참고문헌 (10)

  1. K. Tsuruta, K. Yanagi, S. Shibata, T. Yanagidaira, and T. Ikehata, "Effect of axially symmetric magnetic fields for dynamics of low-current DC vacuum arc plasma," IEEE Transactions on Plasma Science, Vol. 35, pp. 959-965, Aug. 2007. 

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  2. L. Zhu, S. Ji, and Y. Liu, "Generation and developing process of low voltage series dc arc," IEEE Transactions on Plasma Science, Vol. 42, pp. 2718-2719, Jun. 2014. 

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  3. F. M. Uriarte, A. L. Gattozzi, J. D. Herbst, H. B. Estes, T. J. Hotz, A. Kwasinski, and R. E. Hebner, "A DC arc model for series faults in low voltage microgrids," IEEE Transactions on Smart Grid, Vol. 3, pp. 2063-2071, Dec. 2016. 

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  9. A. Maistrello, E. Gaio, A. Ferro, M. Perna, C. Panizza, F. Soso, L. Novello, M. Matsukawa, and K. Yamauchi, “Experimental qualification of the hybrid circuit breaker developed for JT-60SA quench protection circuit,” IEEE Transactions on Applied Superconductivity, Vol. 24, No. 3, pp. 1-5, Nov. 2014. 

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  10. M. Mobarrez, M. G. Kashani, and S. Bhattacharya, “A novel control approach for protection of multiterminal VSC-based HVDC transmission system against DC faults,” IEEE Transactions on Industry Applications, Vol. 52, No. 5, pp. 4108-4116, May 2016. 

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