직류고속도차단기 (HSCB) 설명

정의

직류고속도차단기는 직류 급전선의 고장 전류를 수 ms 안에 차단하는 보호기기다.

직류는 전류의 영점이 없어 일반 교류 차단기로는 차단이 어렵다.

그래서 고속도차단기가 고장 전류를 짧은 시간 안에 끊어 설비와 인명을 보호한다.

구조와 원리

직류고속도차단기는 고장 검출 후 다섯 단계로 전류를 차단한다.

먼저 전류 상승률이 기준을 넘으면 트립 신호를 내고 주접점이 고속으로 열린다.

이때 LC 공진 회로가 전류를 일시적으로 0으로 만들어 아크를 소호한다.

남은 에너지와 과도회복전압은 금속산화물 피뢰 소자가 흡수한다.

직류는 자연 영점이 없으므로 인위적 영점 형성이 핵심 원리다.

계산 예제

직류 전철 급전 계통의 고장 전류 상승을 가상의 값으로 계산해 본다.

인덕턴스 1 mH, 전압 1,500 V, 저항 0.1 Ω이면 시정수는 10 ms다.

고장 전류는 이 식에 따라 올라가며, 10 ms 시점에 약 9.5 kA에 이른다.

차단 시간은 15 ms 이내여야 하며, 40 ms가 되면 전류는 15 kA에 가까워진다.

종류 비교

차단기는 차단 방식에 따라 기계식, 반도체식, 하이브리드식으로 나뉜다.

기계식은 접점을 열어 아크를 소호하며, 통전 손실은 작지만 아크 에너지가 크다.

반도체식은 차단이 가장 빠르나 상시 통전 손실과 가격이 크다.

하이브리드식은 두 장점을 절충해 실제 고속차단기 설계에 많이 쓰인다.

정리

정리하면, 직류고속도차단기는 고장 전류를 ms 단위로 차단하는 보호기기다.

차단 시간은 고속도 15 ms 이내, 일반형은 80 ms 이상으로 구분한다.

직류는 영점이 없으므로 인위적 영점 형성과 과전압 억제가 핵심이다.

차단 시간을 사이클 단위로 쓰면 감점이다. 고속도 차단은 ms 단위로 쓴다.