KR100438526B1 - 스위치기어액츄에이터용제어장치와방법 - Google Patents

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Abstract

전류차단기(4)는 적어도 하나의 이동가능한 접촉자(71)를 구비한 전류 차단 장치(4)와, 전류차단기(4)의 이동가능한 접촉자(71)를 연결하는 액츄에이터(8), 이 액츄에이터의 작동을 모니터하는 피드백센서(14) 및, 이 피드백센서(14)에 연결된 제어장치를 구비하여, 피드백센서(14)로부터 액츄에이터(8)의 작동에 관계되고 정보를 수용하고, 이 정보를 근간으로 액츄에이터(8)의 작동을 제어하며, 상기한 전류차단기(4)는 액츄에이터(8)의 바람직한 작동 프로화일을 기억하는 메모리와, 액츄에이터(8)의 작동을 바람직한 작동 프로화일과 비교하고 이러한 액츄에이터의 작동과 바람직한 동작 프로화일의 비교를 근간으로 액츄에이터(8)의 작동을 제어하는 마이크로프로세서(202)를 추가로 구비한다. 더불어 전류차단기(4)는 추가로 차단될 라인내에 전압파형을 감지하고 제어장치(12)에 전압파형에 관한 정보를 제공하는 센서(204)를 구비하는데, 상기 제어장치(12)는 전압파형에 관한 정보를 근간으로 액츄에이터(8)의 작동을 제어한다.

Description

스위치기어 액츄에이터용 제어장치와 방법
전력공급 시스템에서, 스위치기어는 여러 이유들로 인해 시스템과 함께 구성되어, 비정상적인 부하조건에 응답하여 자동보호기능을 제공하거나 시스템 일부의 개폐를 허락할 수 있었다. 스위치기어의 다양한 형태들은 확실하게 축전기 저장소로의 라인과 같은 전력 전송 라인을 신중히 개방하고 폐쇄하는 스위치와 누전 감지에 의해 라인을 자동적으로 개방하는 누전 차단기 및 역시 누전 감지에 따라 누전이 제거되거나 재폐쇄기가 개방 위치에서 잠겨질 때까지 예정된 횟수로 신속하게 개방하고 폐쇄하는 재폐쇄기를 구비한다.
진공 차단기는 긴 접촉 수명과 신속하고 저에너지의 아크 중단, 낮은 기계적 응력 및 높은 작동 안전도로 인해 당해분야에서 널리 사용되고 있다. 이러한 진공 차단기는 접촉자가 진공 담속에 밀봉되고, 접촉자중 하나는 상기한 담내에 진공 밀봉을 통해 연장된 작동 부재를 구비한 이동 가능한 접촉자이다.
본 발명은 전기적 스위치기어를 제어하는 장치와 그 방법에 관한 것으로, 특히 음성 코일 액츄에이터를 사용하는 스위치기어를 제어하여 빠르고, 확실하게 전류 차단기를 개폐하는 장치와 방법에 관한 것이다.
이하 본 발명들은 실시예를 참조로 기술한다.
도 1 음성 코일 액츄에이터를 사용하는 스위치기어의 개략도.
도 2 스위치기어의 실시예의 횡단면도.
도 3 도 2에 도시된 진공 모듈 횡단면도.
도 4 도 2에 도시된 실시예의 작동 장치의 획대도.
도 5 작동 장치의 요부의 분해도.
도 6 장치 볼트 대 시간과 차단기 절연체의 하강을 도시한 그래프.
도 7 본 발명에 사용될 수 있는 회로의 개략도.
도 8 본 발명에 사용될 수 있는 동작 프로화일을 도시하는 그래프.
도 9 본 발명에 사용될 수 있는 음성 코일 액츄에이터의 단면도.
도 10 본 발명에 사용될 수 있는 걸쇠 장치 개략도.
도 11 본 발명에 사용될 수 있는 접촉 압력 스프링 장치의 개략도.
도 12 축전기 스위치의 개방동작의 동기식 시간을 도시하는 그래프.
본 발명의 목적중 하나는 개방하고 폐쇄하는 동안 아크와 발생된 과도 전류를 최소로하는 스위치기어 작동기 장치를 제공하고 이를 조절하기 위한 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 시스템의 정확한 모니터링을 제공하는 스위치기어 액츄에이터 장치를 제공하고 이를 조정하기 위한 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 작동 프로화일 범위의 스위치 액츄에이터 기계장치를 제공하여, 다양한 기계 장치의 필요를 제거하기 위한 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상업적으로 이용가능한 모터 제어 회로나 전용 동작 제어 회로에 의해 제어될 수 있는 스위치기어 액츄에이터 장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 종전의 기계 장치로는 쉽게 획득할 수 없는 처리속도와 힘을 갖춘 스위치 액츄에이터 장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 스위치 동작중에 발생된 과도 전류를 크게 감소시키는 향상된 작동 스위치기어를 제공하기 위한 것이다.
일반적으로, 진공 차단기가 병합된 스위치기어는 작동 부재에 연결된 다양한 스프링이 장전된 장치를 사용하며 차단기 접촉자를 확실하게 개방하거나 폐쇄하게 된다. 보편적으로 사용되는 상기한 장치는 단순한 토글 결합인데 이러한 장치의 기본적인 기능은 개방이나 폐쇄된 위치로 접촉자를 매우 신속하게 구동시킴으로써 아크를 최소화 하는 것이다. 다양한 활용품은 다수의 스프링이 장전된 장치와 이에 연관된 걸쇠와 결합체의 사용을 요구하게 된다.
상기 기계적인 장치들을 준비하기 위해서는, 구동스프링의 압축이나 연장에의해서 액츄에이터가 통상적으로 구비되는데, 상기 액츄에이터는 반드시 그런 것은 아니지만 솔레노이드(solenoids)와 모터 또는 유압 장치들을 구비할 수 있으며, 효과적으로 전류를 차단하기위한 차단기의 속도 요구량에 비교하여, 상기 액츄에이터는 응답시간이 양호하지 못하며 비교적 느리다. 이러한 이유로 인해 통상 액츄에이터는 차단기 접촉자를 직접적으로 구동하는데 사용되지 않고, 신속하게 작용하는 스프링 기계장치를 준비하는데 이용된다. 이러한 시스템의 중요한 단점은 스프링 구동된 동작을 용이하게 제어할 수 없으며, 기계의 수행을 미세하게 조절하는데 상당한 기술적인 노력을 요구하게 된다는 것이다.
전술한 사실은 실제로, 많은 상이한 장치들이 스위치들과 누전 차단기 및 재폐쇄기에 대한 상이한 작동 요구를 수용하도록 설계되어져야만 하고, 상기 스위치기어 종류 각각에 전압과 전류 요구량을 포함하는 활용에 따라 요구되는 상이한 장치들이 구비되어진다.
더불어, 통상 전력 인가에 사용되는 높은 전압의 견지에서, 차단기 접촉자의 신속하고 정확한 이동은 과도 전류의 발생과 접촉자 사이의 아크를 최소화하기 위해 요구되어지며, 축전기 저장물 전환이거나 누전 차단인 것에 무관하게, 활용에 의존하여, 차단기의 접촉을 개방하거나 폐쇄하는 가장 유리한 시간이 되었을 때, 당해분야의 전문가에 의해 결정될 수 있다. 상기한 최적 시간은 전류 차단이나 접촉이 최소 아크와 과도 전류를 생산하게 되는 전압 또는 전류파상의 정밀한 점에 함께 관련된다. 종전의 스프링 구동장치는 미세한 제어도에 적합하지 않기 때문에, 본 발명은 실행가능한 부재를 제공하여 파동위의 점이나 동기식의 전환을 얻는다.상기한 차단기의 동기식 작동은 차단기 접촉점상에서 마모를 줄이고, 스위치기어 설비 동력 시스템 하류부에서 겪게 되는 과도 전류를 크게 감소한다는 측면에서 바람직한 것이다.
더불어 제어된, 동기식으로 작동하는 스위치기어 설비는 접촉점이 폐쇄되는 속도가 제어될 수 있게 되는 추가적인 특징을 가지며, 종래의 시스템에서, 상기한 접촉자들은 매우 고속에서 제어되지 않는 방식으로 함께 구동되고 접촉자들의 이 휴지 전에 여러 차례 바운스되고, 이러한 바운스 효과는 아크가 접촉자를 연화시키고 접촉자가 최종적으로 결합될 때, 강한 용접을 생성시킬수 있으므로 바람직하지 않다.
본 발명에 따르면, 전류 차단기는 적어도 하나의 이동가능한 접촉자를 구비하는 전류 차단장치와 전류 차단기의 이동가능한 접촉자에 연결된 액츄에이터; 이 액츄에이터의 작동을 모니터하는 피드백센서 및; 피드백센서에 연결된 제어장치를 구비하여 액츄에이터의 작동에 관련된 정보를 피드백센서로부터 수용하고 이 정보를 근간으로 하여 액츄에이터의 작동을 제어한다. 더불어 차단기는 액츄에이터의 바람직한 동작 프로화일을 저장하는 기억장치와 액츄에이터의 작동을 바람직한 동작 프로화일에 비교하고 액츄에이터의 작동을 바람직한 동작 프로화일과 액츄에이터의 작동을 비교하기 위한 마이크로프로세서를 구비한다. 더불어 전류 차단기는 교환될 선의 전류나 전압의 파형을 감지하고 제어장치에 파형과 관련된 정보를 제공하는 센서를 구비하고, 상기 제어장치는 파형에 관련된 정보를 토대로하여 액츄에이터의 작동을 제어한다.
본 발명의 전술한 특징과 장점은 후술될 본 발명의 더욱 상세한 설명을 통해 명확해 질 것이다. 아래에 기재된 도면은 본 발명을 기술하는데 사용된다.
본 발명의 이해를 돕기위해서, 본 발명의 바람직한 예시적인 실시예로서 첨부하는 도면과 연관하여 상세히 기술하는 바, 각 참조 번호는 전체 도면에 걸쳐 일정하다.
도 1에서, 유입 전력선(2)은 전류 차단기(4)에 직렬로 연결되어 전류 차단기 (4)가 선을 개방하도록 한다. 선(2)은 예정된 명령으로 개방되거나, 누전 차단기인 경우에는 누전이 예정된 한계 수준을 초과할 때 개방된다. 전류 차단기(4)의 접촉자중 하나는 작동 로드(6)의 한 선단에 연결되고, 작동 로드(6)의 다른 선단은 음성 코일 액츄에이터(8)과 같은 액츄에이터에 연결되며, 음성 코일 액츄에이터(8)는 로드(6)에 의해 직접적으로 작동하여 전류 차단기(4)의 접촉자를 개방하거나 폐쇄한다.
음성 코일 액츄에이터(8)는 직접 구동되게 제한된 작동장치로 자기장이나 코일 와인딩(10)을 사용하여 코일에 인가된 전류에 비례하는 힘을 생산하게 한다. 음성 코일 액츄에이터(8)의 전기기계적 전환은 로렌쯔 힘의 법칙(Lorentz Force Principle)의해 지배되는 바, 이는 전류 이송 전도체가 자기장내에 놓여진다면 힘은 이에 의해 작동된다는 것을 서술하는 것으로 자기력은 다음 식에 의해 결정된다.
F = kBLIN
여기서, F 는 힘, k 는 상수, B 는 자석의 자속 밀도, L 는 전도체의 길이 I 는 전도체 내에서의 전류, N 는 전도체의 감김수이다.
음성 코일 와인딩(10)을 통과하는 전류는 제어장치(12)에 의해 제어되고 임의의 상업적으로 이용가능한 제어장치(12)를 활용할 수 있는데, 예컨대 적당한 제어 장치(12)는 단일한 루프(loop)제어기와 프로그램 가능한 논리 제어기 또는 분산 제어장치를 구비한다. 제어장치(12)는 피드백 장치(14)에 연결되어, 작동 로드(6)의 위치에 관한 입력을 제공할 수 있게 된다.
더불어, 제어장치(12)는 또한 걸쇠 장치(16)에 연결될 수 있으며, 제어장치(12)에 의해 작동로드(6)를 고정하도록 지시되었을 때, 걸쇠 장치(16)가 그 전류 위치에서 작동 로드(6)을 고정하게 되지만, 다른 장치에서는 걸쇠 장치(16)로 제어 장치(12)에 연결되지 않는 영구 자석이나 기계 걸쇠가 사용될 수 있다.
도 2는 본 발명에 따른 실시예의 횡단면을 도시한 것으로 일체의 길다랗고 단단히 절연된 캡슐체(18)가 작동 로드(6)와 전류 차단기(4)를 에워싸며 상기 캡슐체(18)는 세라믹이나 자기, 적당한 에폭시 수지 또는 다른 적당한 견고한 절연 물질로 형성될 수 있다. 선 측 고압 전기 단자(22)와 부하 측 고압 전기 단자(20)는 확실히 절연된 캡슐체(18)를 통해 돌출되고, 전류 차단기(4)에 결합된다. 또한 고압 전기 단자(20,22)는 180도 떨어져 정반대방향으로 설치되고 각각 서로에 대하여 평행하며 캡슐체(18)는 고압 전기 단자들(20,22)사이에 확실한 절연과 각 고압 전기 단자들(20,22)과 전장(도시되지 않음) 사이에 확실한 절연 모두를 제공하게 된 다.
전류 차단기(4)는 진공 모듈(24)내에 설치된 한 쌍의 스위치 접촉자(71,72)를 갖춘 도 3의 횡단면도로 도시된 진공 모듈 또는 단을 구비하고, 전류 차단기(4)는 진공 모듈을 구비한다. 진공 모듈(24)은 쌍으로된 스위치 접촉자의 작동을 위한 하우징과 빈 공간을 제공한다. 모듈(24)은 보통 길며, 일반적으로 관형으로되면 비워진 세라믹 케이싱(73)으로 구성되는데 바람직하기로 알루미나(alumina)로 형성된다. 스위치 접촉자(71)중의 하나는 이동 가능하고 다른 스위치 접촉자(72)는 고정된다.
특별한 부품(76)은 고정 접촉자(72)의 지주에 부착되어 연관된 고압 전기 단자(22)가 90도의 탈출각을 갖게 된다.
이동가능한 스위치 접촉자(71)는 작동 로드(6)가 종방향 선단의 최상부에 고정되는데, 이러한 고정 방법중 하나는 이동 가능한 접촉자(71)의 이동하는 지주(75)내에 꼭지가 달려진 연결부(74) 안으로 나사결합된 징(32)을 사용하는 것이다. 스위치 접촉자가 도시된 바와 같이 폐쇄 위치에 있을 때, 낮은 저항 또는 단회로 전기 경로는 고압 전기 단자들(20,22) 사이에 생성되고, 전류 교환기 조립체와 이 전류 교환기 조립체와 진공 모듈(24) 사이에 접촉면(26)을 추가로 구비하는 바, 전류 교환기 조립체는 이동하는 피스톤(28)과 고정된 외부 하우징(30)을 포함하며, 이러한 실시예에서, 작동 로드(6)는 전기 절연재로 제조된다.
작동 로드(6)의 다른 선단은 견고한 핀(36)에 의해 음성 코일 액츄에이터(8)상에 플랜지(34)에 부착되고, 제 위치에서 전술한 부품들을 보유지지하는 핀(36)은 한 쌍의 보유 링과 같은 임의의 적절한 수단에 의해 부착될 수 있으며, 재순환하는 선형 볼베어링(38)과 이 볼베어링을 고정하는 분할된 링(40)은 작동로드(6)의 매끄러운 이동을 제공한다. 한편 음성 코일 와인딩(10)은 음성 코일 액츄에이터(8)의 외부 몸체와 플랜지(34) 사이에 설치되고, 측면 플랜지(42)는 음성 코일 액츄에이터(8)의 외부 몸체에 부착되며 측면 브래킷(44)에 연결되어 보호 케이스(46)에 음성 코일 액츄에이터(8)를 확고히 고정하게된다. 한편 보호 케이스(46)는 하우징 플랜지(48)를 매개로 보호 케이스(46)의 뚜껑(50)에 부착되고, 보호 케이스 뚜껑(50)은 뚜껑플랜지(52)를 매개로 견고한 절연캡슐체에 연결되는데, 견고한 절연 캡슐체(18)와 마찬가지로 보호 케이스(46) 또한 세라믹이나 자기, 임의의 적절한 에폭시 수지, 또는 다른 적당한 견고한 절연재로 형성된다.
본 실시예에서 피드백 장치(14)는 선형 전위차계(14)와 같은 위치 센서이고, 선형 전위차계(14)는 3개의 단자 가감 저항기 또는 하나 또는 그 이상의 조절가능한 미끄럼 접촉자을 갖춘 저항기로 구성될 수 있고, 그것에 의해 조절가능한 전압 분할기로서 작동할 수 있다. 선형 전위차계(14)는 제어장치(12)에 작동 로드(6)의 위치에 관한 정보를 제공하고, 음성 코일 액츄에이터(8)을 제어한다. 대체로 피드 백 장치(14)는 광학암호기가 될 수 있다.
걸쇠 장치(16)는 작동 로드(6)를 고정있는 것으로 걸쇠 장치는 걸쇠 자석(54)와 비철물질로 만들어진 역전류기(56)와 보호 케이스 뚜껑(50)에 걸쇠 자석(54)을 고정하는 볼트(58)와 강철이나 철로 만들어진 걸쇠 판(60) 및 작동 로드(6)에 걸쇠 판(60)을 고정하는 걸쇠판 핀(62)을 구비하는 전자기와 같이 제어할 수 있는 장치이거나 단순한 기계적 또는 영구 자석 걸쇠이다.
본 발명에 대해 이해를 돕기위해, 도 4와 도 5를 참조할 수 있다. 도4는 도 2에서 도시된 바람직한 실시예의 작동 장치의 확대도를 도시한 것이고, 도 5는 작동 기계 장치의 주요한 부품의 분해도를 도시한 것이다.
본 발명의 제어장치에 관한 상세한 사항은 후술될 것이다.
도 6은 전압 수위 v(t) 대 시간 t를 비교하는 그래프위에 도시된전압신호(100)를 도시하고 있고, 60Hz에서 각 반사이클은 이상적으로 8.33ms이다. 반면 실제 사이클은 조화 또는 비대칭의 조건으로 다양화될 수 있어, 주어진 반사이클은 8.33ms보다 크거나 작아질 수 있다.
축전기 스위치에서 아크와 과도 전류의 발생을 최소화하기 위해서, v(t)가 영이 되었을 때, 차단기의 접촉자는 이상적으로 영점에서 즉시 폐쇄되고, 이러한 작동은 도 6의 점 A에서 일어난다. 한편 접촉자가 즉시 폐쇄하지 않기 때문에, 개방과 폐쇄 연쇄의 초기 시간은 과도 전류와 아크를 최소화하기 위해서 신중하게 제어되어야만 한다.
본 발명의 사용된 제어 회로(200)의 바람직한 실시예는 도 7에 도시되어, 제어 회로(200)의 폭이 넓은 온도 범위의 사용에 적당한 마이크로프로세서(202)이다.
차단기(4)에 의해 제어되는 전력 라인의 전압 파형은 전압 v(t)가 0인 영점 A의 시간을 포함하는 전압 파형 분석기(204)와 위상 고정 루프 회로(206) 및 Vzero교차감지회로(208)로 분석되어 마이크로프로세서(202)에 입력된다. 이와는 달리 전압 파형 분석기(204)는 위상 고정 루프 회로(206)없이 직접적으로 라인을 벗어나 전압파형을 측정하는데 사용된다.
개방과 폐쇄 명령은 입력(210, 212)을 매개로 마이크로프로세서(202)에 각각 입력되고 개방과 폐쇄 명령은 수동조작으로 이루어질 수 있으며, 시계에 의해 예정된 시간에 개시될 수 있음과 더불어, 외부 제어에 의해 개시되거나 누전 감지에 의해 촉발될 수 있으며 차단기(4)의 특수한 활용에 의존한다.
필요하다면, 리셋 신호(214)가 마이크로프로세서(202)에 입력되어 마이크로프로세서(202)를 수동으로 리셋할 수 있다. 예컨대, 차단기(4)가 수동으로 조작된다면, 마이크로프로세서(202)는 차단기(4)의 전류 상태로 설치되지 않을 수 있어서 이러한 상황에서, 마이크로프로세서(202)는 리셋되어야만 한다.
상태 식별기는 회로(200)나 차단기(4)의 다양한 상태를 지시하도록 구비되고 상기한 식별기는 유지가 요구될 때를 나타내는 유지광(216)과, 전력광(218), 스위치 개방 식별기(220), 스위치 폐쇄 식별기(222) 및, 시스템의 주기 또는 작동을 세는데 사용되는 계수기(224)를 구비할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예는 2개의 제어 장치를 구비할 수 있는에, 제 1의 제어장치은 종래의 것으로, 여기서 상세하게 나타나있지 않고, 차단기(4)에 의해 제어되는 선이 개방되거나 폐쇄될 때를 결정하게 된다. 제 1의 제어장치는 누전 감지기나 누전 감지에 의거하거나 예정된 시간에 라인을 차단하는 타이머를 구비한다.
이와는 달리, 개방이나 폐쇄 명령은 시스템에 직접적으로 입력될 수 있고 제 1 제어장치로부터 기원된 것이든 수동조작된 것이든간에 개방이나 폐쇄 명령은 각각 입력부(210,212)에서 마이크로프로세서(202)에 입력된다.
도 7에 도시된 제2 제어장치(200)은 라인의 전압 파형을 분석하고 과도 전류와 아크를 최소화하기 위해서 개방과 폐쇄 차단기(4)를 시작하는 최적 시간을 결정한다.
각 차단기(4)는 하나의 접촉자에서 다른 접촉자로의 아크 점프(jumping) 가능성을 규정하는 유전체 강도를 갖는다. 유전체의 강도는 접촉자(71,72)들 사이의 거리와 차단기(4)의 내부의 매체를 구비하는 인자의 수에 의존한다. 도 6은 접촉자 결합들사이의 거리 처럼 시간 대 접촉자(71,72)사이의 유전체 강도의 변화와 하강을 도시하고 있다. 선 C는 도 6에 도시된다. 이상적으로, 접촉자(71,72)의 폐쇄하는 정확한 모멘트(moment)가 될 때까지 접촉자들 사이의 절연체 강도는 무한하게 된다. 선B는 도 6에 도시된다. 사실은, 유전체는 하방으로 경사지고, 접촉자들이 서로서로 근접할 때 빠르게 감소한다. 선C는 도6에 도시된다. 절연체의 하강 경사가 충분히 높고, 유전체 강도가 전압 파형보다 더 크게 남아있다면, 아크와 과도 전류 발생이 제거되거나 크게 감소된다.
차단기 작동중에 고려되어야할 다른 요소는 개방과 폐쇄에 의한 접촉자사이의 상대 속도로 접촉자들이 천천히 움직이고 있다면 유전체 하강의 경사는 낮아질 것이고, 아크가 발생하게 될 것이다. 반대로, 특히 폐쇄에 따라, 접촉자들이 너무 빠르게 움직이면, 접촉자들은 서로 다시 바운스되게 될 것이고, 불필요한 아크와 과도 전류를 발생시킬 것이다. 따라서, 유일한 이상 작동 프로화일은 차단기의 각 활용에 존재할 것이다. 도 8은 작동 프로화일의 예를 도시하고, 도 8의 가로좌표는 이동하는 접촉자(71)의 위치를 나타내고 세로좌표는 접촉자(71)가 움직이고 있는 곳에서의 속도를 나타낸다. 가로좌표의 점0은 접촉자(71)의 시작이나 최대 개방위치를 나타내고, 점x는 접촉자(71)가 정지된 접촉자(72)를 접촉하는 폐쇄 위치를 나타낸다. 점0에서 폐쇄 명령이 시작되었을 때, 속도는 0이다. 속도는 가능한 빠르게최대 속도 Vmax로 증가되고, 속도는 가능하면 Vmax에 머무르지만, 바운스를 최소화하기위해서 접촉자 x점이 근접함에 따라 줄어든다.
개방 순서 중에, 작동 프로화일은 개방 바로 직후에 다시 불꽃을 튀게 하여 재점화시키는 것을 방지하는 데에 중요하고, 접촉자가 너무 느린 속도나 전압 수준이 너무 높을 때, 분리된다면 초과된 아크가 발생될 것이다. 연속적인 개방이나 폐쇄 순서에 대한 바람직한 작동 프로화일은 당해 분야 전문가에 의해 결정되고 회로(200)로 미리 프로그램되어질 수 있다.
도 12에서, 축전기 전환 활용품내의 개방 작업의 타이밍이 더 잘 이해될 수 있을 것인바, 도 12는 축전기 저장고를 구비하는 시스템의 개방 순서에 관한 것으로 선(4)은 가득 채워진 축전기의 전압 수준을 도시하고 스위치는 지점(2)에서 개방되기 시작하고 아크가 형성되지만, 상기 지점에서 전류는 감소하게 되고, 아크는 전류 0, 즉 지점3에서 소멸하게 된다. 시스템 전압은 지금 최고조에 있지만, 최고조의 시스템 전압에 근접하는 축전기 저장고 상에 충전으로 인해 접촉자를 가로지르는 전압은 작다. 시스템 전압이 하강하기 시작했을 때, 축전기 저장고의 전압은 높게 유지되어 접촉자를 가로지르는 전압의 증가를 초래하게 되고 접촉자들은 충분한 가속도로 분리되어 유전체는 접촉자들 사이의 전압 상승보다 빠르게 상승하여 다시 불꽃을 튀기고 재점화하는 것을 피하게 된다.
동작 제어 기능은 마이크로프로세서/마이크로제어기내에 로드된 소프트웨어나 마이크로프로세서와 인터페이스된 전용의 작동 제어칩의 추가에 의하여 획득되고, 특유의 작동 프로화일은 메모리로 프로그램되며, 이는 외부 동작 제어 회로(226)내에 분리된 EEPROM 칩이나 마이크로프로세서 또는 마이크로제어기 상에 내장된 메모리가 될 수 있으며, 동작 제어 회로(226)는 피드백 장치(암호기;14)와 펄스(pulse)폭 조절(PWM) 회로(228)에 연결된다. 여기서 PWM회로(228)는 음성 코일 액츄에이터(8)에 인가된 전류를 제어하고, 음성 코일 액츄에이터(8)를 가동하는 힘이 음성 코일 액츄에이터(8)에 공급된 전류에 비례하므로, 액츄에이터(와 이동하는 접접촉자에;6)의 속도는 PWM(228)회로에 의해 제어된다. 결과적으로, 음성 코일 액츄에이터(8)는 동작 제어 회로(226)로 액츄에이터(8)의 위치신호를 보내는 위치 암호기(14)를 구비하는 폐쇄된 루프 피드백 시스템에 의해 제어된다. 작동 제어 회로(226)는 액츄에이터(8)의 현재 위치를 동작 제어 회로(226)에 미리 프로그램된 이상적인 작동 프로화일과 비교한다. 현재 위치와 이상적인 작동 프로화일의 비교를 근간으로 하여, 음성 코일 액츄에이터(8)는 PWM에 의해 제어되어 동작은 거의 이상적으로 의도된 동작이 된다.
액츄에이터의 제어는 차단될 라인의 실제 전압 파형을 모니터하는 회로(204,206,208)에 의해 수정된다. 예컨대, 특수한 활용품에서, 접촉자(71,72)들은 전압 신호 v(t)의 제로 교차점A(도 6)의 1ms내에서 개방되거나 폐쇄되어야만 하도록 결정될 수 있다. 동작 제어 회로(226)에 미리 프로그램 되어진 이상적인 작동 프로화일은 개시신호가 발송될 시간으로부터 접촉자들(71,72)이 폐쇄되는 시간까지 액츄에이터(8)의 주행시간과 전체 반응을 포함하고, 이상적인 작동 프로화일이 개시신호후에 접촉자들이 폐쇄되도록 하는 반응과 주행시간이 7ms가 되는 것을 도시한다면, 마이크로프로세서는 차단되어질 라인의 실제 전압파형을 분석하고, 개시신호가 발송되어져야하는 영점들 사이에 특정시간을 결정하게 된다. 한편 회로(204,206,208)은 먼저 제로 교차점들 사이의 시간과 실사이클주기를 확립하고, 이후 제어회로(200)는 영교차점들 사이에 실시간에서 액츄에이터의 반응 및 주행 시간을 뺀 것과 동일한 제로 교차점 이후의 시간에서 음성 코일 액츄에이터(8)의 작동을 개시하므로 실 전압파형이 제로교차점들사이에 8.3ms가 있고 반응과 주행 시간이 7ms인 것을 지시한다면 제로교차점 후에 개방 순서는 1.3ms에서 개시된다. 한편 다른 실시예에서, 시스템은 제로 교차점들 사이에 실시간을 8.33ms로 가정하고, 이러한 가정을 토대로 개시를 계산한다.
본 발명의 몇 가지 실시예에서, 다수의 작동 프로화일은 회로(200)에 미리 프로그램될수 있고, 적당한 작동 프로화일은 액츄에이터로부터의 입력에 의해 선택될 수 있다.
일단 개방순서가 개시되면, 액츄에이터(8)의 실제 동작은 암호기(14)에 의해 모니터되고 이상적인 동작 프로화일과 비교되며, 액츄에이터(8)에 인가된 전류는 액츄에이터(8)의 실제 이동을 이상적인 작동 프로화일에 비교한 것을 근간으로 PWM(228)에 의해 조정된다.
도 9는 본 발명에 따른 어떠한 실시예에도 사용가능한 음성 코일 액츄에이터(308)의 또 다른 실시예를 도시하는 바, 음성 코일 액츄에이터(308)는 링형상의 자석(310)을 구비하고 이 자석은 바람직하기로 4 MGO이며, 상기 자석(310)은 바닥 자극재(磁極材;312)와 상부 자극재(314)와 함께 끼워지고, 상기자극재들은 철이나 스틸(STEEL)과 같은 철자성물질로 형성되며, 자극재(312,314)은 작동 로드(318)가 통과되는 중심구멍(316)을 구비한다. 여기서 작동 로드(318)는 IGUSTM베어링(320)과 같은 자기윤활 폴리머(polymer) 베어링(320)으로 자극재(312,314)을 지지한다.
알루미늄 평판(328)은 로드(318)에 고정되고, 이 평판(328)의 가장자리 선단에서 코일(330)이 평판(328)으로 부터 바닥 자극재(312)과 자석(310)사이에서 형성된 공기 홈(332)안으로 연장된는 바, 상기 코일(330)은 편평하게 펴진 와이어로 형성되어 공기 홈(332)내에 체결될 감은 수를 극대화한다.
액츄에이터(308)는 24 볼트 배터리나 다른 적당한 전력원에 의해 가동되고, AC/DC 자동전환 변환기를 구비한다.
특정한 위치에 장치를 걸기 위해서는 작동 로드(318)는 볼(322)이 위치된 홈(320)을 구비할 수 있고 이는 도 10에 도시되었다. 스프링(324)과 캡(326)은 홈(320)쪽으로 볼(322)의 이동을 강제하여 고정된 위치에 로드(318)를 보유지지하게 되는 바, 상기 로드(318)는 힘을 가하여 볼(322)로부터 자유로워질 수 있는데, 그 정도는 스프링(324) 강도에 의존한다.
접촉자(71,72)들 사이의 양호한 연결을 확보하기 위하여, 스프링(340)이나 다른 힘이 로드(6;또는 318)에 부가되어 60 - 100 파운드(pound)정도의 예정된 힘으로 접촉자(72)에 대하여 접촉자(71)의 이동을 강제하게 되며 스프링은 액츄에이터의 작용에 의해 압축될 수 있다. 도 11에서, 작동 로드(6,318)는 스프링(340)이가압될 표면을 제공하는 플랜지(342)를 구비할 수 있으며, 다른 접합 표면(344)이 스프링(340)의 반대편 선단을 지지하도록 제공될 수 있다.
스프링(340)은 두 개의 접촉자(71,72)사이의 적당한 힘을 유지하는 추가적인 이익을 제공하는 바, 예컨대, 반복된 작동 후에 아크는 마모에 대한 접촉을 야기할 수 있으며, 스프링 힘 때문에, 접촉자가 마모되더라도 두 개의 접촉자는 서로에 대하여 움직여지도록 강제됨과 더불어, 힘의 부가는 폐쇄된 위치에서 접촉자들간의 전기 저항을 감소시키고, 이에 따라 열손실을 줄인다.
접촉자가 마모되면, 작동 로드(6,318)는 마모의 조정을 위해 더 많이 움직이게 되고, 위치센서(12)가 작동 로드(6,318)에 의해 이동된 거리를 감지하기 때문에, 시스템은 지속 신호(216)나 다른 식별자를 조명하도록 프로그램될 수 있어서 접촉자(71,72)상에 초과 마모가 발생한 것을 지시하는 한편, 시스템은 행정내에 유리한 증가를 허락하도록 그 작동 프로화일을 수정할 수 있다.
이상에서 단지 바람직한 실시예들만을 기술하였지만 전술한 기술을 근간으로 본 발명의 범주와 영역내에서 본 발명의 다양한 변형과 수정이 가능하다.
본 발명은 개폐시에 발생되는 아크와 과도전류를 최소화하고 이를 조절하며, 시스템의 정확한 모니터링을 제공하는 스위치기어 액츄에이터 장치로, 작동 프로화일 범위의 내에서 제공하고 다양한 기계 장치의 필요를 제거하고, 상업적으로 이용가능한 모터 제어 회로나 전용 동작 제어 회로에 의해 제어되고, 종전의 기계장치로는 쉽게 획득할 수 없는 처리 속도와 힘을 갖춘다.

Claims (20)

  1. 적어도 하나의 이동가능한 접촉자를 갖춘 전류 차단 장치와, 전류 차단 장치의 상기 이동가능한 접촉자에 결합된 액츄에이터, 이 액츄에이터의 작동을 모니터하는 피드백 센서 및, 이 피드백 센서와 연결되어 액츄에이터의 작동에 관한 정보를 피드백 센서로부터 받아들이고, 피드백 센서에서 들어온 정보를 근간으로 액츄에이터의 작동을 제어하는 제어장치를 구비한 전류 차단기.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 액츄에이터의 바람직한 작동 프로화일을 저장하는 저장 수단과, 이 바람직한 동작 프로화일과 액츄에이터의 작동을 비교하고 이러한 액츄에이터의 작동과 바람직한 프로화일과 액츄에이터의 작동 비교를 근간으로 액츄에이터의 작동을 제어하는 제어수단을 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 전류 차단기.
  3. 제 1항에 있어서, 전환될 라인내에 전압의 파형을 감지하고, 이 전압 파형에 관련된 정보를 제어장치에 제공하는 센서를 구비하고, 상기 제어장치는 전압 파형에 관련된 정보를 근간으로 액츄에이터의 작동을 제어하는 것을 특징으로 하는 전류 차단기.
  4. 제 2항에 있어서, 차단될 라인내의 전압 파형을 감지하고 이 전압 파형에 관한 정보를 제어장치에 제공하는 센서를 추가로 구비하고, 상기 제어장치는 전압 파형에 관한 정보를 근간으로 액츄에이터의 작동을 제어하는 것을 특징으로 하는 전류 차단기.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 액츄에이터가 음성 코일 액츄에이터인 것을 특징으로 하는 전류 차단기.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 피드백 센서가 선형 전위차계(potentiometer)인 것을 특징으로 하는 전류 차단기.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 전류 차단 장치가 진공 차단기인 것을 특징으로 하는 전류 차단기.
  8. 제 1항에 있어서, 폐쇄위치에서 전류 차단 장치를 편향하는 스프링을 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 전류 차단기.
  9. 제 1항에 있어서, 상기 액츄에이터의 이동을 제지하는 걸쇠를 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 전류 차단기.
  10. 제 4항에 있어서, 상기 액츄에이터가 음성 코일 액츄에이터이고, 피드백 센서는 선형 전위차계이며, 전류 차단 장치는 진공 차단기임과 더불어 폐쇄 위치에서 전류 차단장치를 편향시키는 스프링과 액츄에이터의 작동을 제지하는 걸쇠를 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 전류 차단기.
  11. 제 1항에 있어서, 전환될 라인내에 전류의 파형을 감지하고 이 전류 파형에 관한 정보를 제어장치에 제공하는 센서를 추가로 구비하고, 상기 제어장치는 전류 파형에 관한 정보를 근간으로 액츄에이터의 작동을 제어하는 것을 특징으로 하는 전류차단기.
  12. 적어도 하나의 이동가능한 접촉자를 갖춘 전류 차단 장치와, 상기 전류 차단장치를 개폐하기 위해 전류 차단장치의 이동가능한 접촉자와 연결되는 액츄에이터, 상기 액츄에이터의 작동을 제어하기 위한 제어장치, 상기 전류 차단장치를 개폐하기 위해 상기 제어장치에 신호를 입력하는 수단, 및 차단될 라인내에 전류 또는 전압의 파형을 감지하는 센서를 포함하여 이루어지되, 상기 제어장치는 상기 센서와 연결되어 센서로부터 파형에 관한 정보를 받아들이고 이 파형정보와 상기 입력신호를 근간으로 작동 사이클 중에 액츄에이터의 작동을 제어하도록 된 라인내에 전류를 차단하는 차단기.
  13. 제 12항에 있어서, 상기 액츄에이터의 바람직한 작동 프로화일(profile)을 저장하는 저장수단을 추가로 구비하고, 상기 제어장치가 바람직한 작동 프로화일을근간으로 액츄에이터의 작동을 제어하도록 된 라인내에 전류를 차단하는 차단기.
  14. 제 12항에 있어서, 상기 액츄에이터는 음성(voice) 코일 액츄에이터이고, 피드백 센서는 선형 전위차계이며, 상기 전류 차단 장치가 진공차단기인 것을 특징으로 하는 라인내에 전류를 차단하는 차단기.
  15. 제 12항에 있어서, 폐쇄 위치에서 전류 차단장치를 편향시키는 스프링과 액츄에이터의 작동을 제지하는 걸쇠를 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 라인내에 전류를 차단하는 차단기.
  16. 피드백 센서로 액츄에이터의 작동을 모니터하는 단계와, 액츄에이터의 작동제어를 위해 제어장치에 작동을 모니터한 결과를 제공하는 단계 및, 제어장치에 제공된 결과를 근간으로 액츄에이터의 작동을 제어장치로 제어하는 단계로 구성된, 액츄에이터를 갖춘 전류 차단기를 제어하는 방법.
  17. 제 16항에 있어서, 상기 액츄에이터 작동의 바람직한 작동 프로화일을 저장하는 단계와, 이 바람직한 프로화일과 모니터한 결과를 비교하는 단계 및, 비교 단계를 근간으로 액츄에이터의 작동을 추가로 제어하는 단계를 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 전류 차단기를 제어하는 방법.
  18. 제 16항에 있어서, 차단될 라인내에 전압 파형을 감지하는 단계와, 전압 파형의 감지 결과를 제어장치에 제공하고 이 제어장치에 제공된 전압 파형 감지 결과를 근간으로 액츄에이터의 작동을 제어장치로 제어하는 단계를 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 전류 차단기를 제어하는 방법.
  19. 제 16항에 있어서, 차단될 라인내에 전류 파형을 감지하는 단계와, 전류 파형의 감지 결과를 제어장치에 제공하고 이 제어장치에 제공된 전류 파형 감지 결과를 근간으로 액츄에이터의 작동을 제어장치로 제어하는 단계를 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 전류 차단기를 제어하는 방법.
  20. 차단될 라인내에 전류 또는 전압 파형을 감지하는 단계와, 액츄에이터의 작동을 제어하기 위해 제어장치쪽으로 파형 감지 결과를 제공하는 단계 및, 제어장치에 제공된 결과에 입각하여 미리 정해진 액츄에이터의 속도 프로화일에 따라 액츄에이터의 작동을 제어장치로 제어하는 단계로 구성되는 억츄에이터를 갖춘 전류 차단기를 제어하는 방법.
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