KR100625524B1 - The magnetic actuator of vacuum circuit breaker with medium voltage - Google Patents
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Abstract
본 발명은 중전압급에 적용되는 자석형 조작기에 관한 것이다.The present invention relates to a magnetic actuator applied to the medium voltage class.
본 발명의 중전압급 차단기용 자석형 조작기는 본체 내부의 구동공간에서 직선왕복운동을 하는 구동자; 상기 본체 내부 구동공간 양 측면에 설치되어 구동자의 운동을 유지하게 하는 영구자석; 및 상기 영구자석 상·하로 설치되어 인가된 전류에 의하여 상기 구동자를 투입과 개방 상태로 각각 구동하게 하는 투입코일 및 개방코일을 포함하여 구성된 차단기에 적용되는 자석형 조작기에 있어서, The magnetic actuator for the medium-voltage breaker of the present invention includes a driver for performing a linear reciprocating motion in a driving space inside the body; Permanent magnets are installed on both sides of the drive space inside the main body to maintain the movement of the driver; In the magnetic actuator applied to the circuit breaker comprising an injection coil and an open coil installed above and below the permanent magnet to drive the driver in the input and open state, respectively by the applied current,
상기 구동공간 상하로 구동자의 투입과 개방시 속력과 힘을 증가시키는 고깔 자성체; A solid magnetic body that increases speed and force when the driver inserts and opens the drive space up and down;
상기 영구자석과 상기 투입 및 개방코일 사이의 자기력선을 더해주는 고깔 모서리 자성체; 및 A solid edge magnetic material adding a line of magnetic force between the permanent magnet and the input and open coils; And
상기 구동자 상부에 위치함으로써, 개방유지에 따른 고정력을 줄이고 상기 고깔 모서리 자성체 쪽으로의 자속을 모아주는 홈을 더 구비하여 이루어짐에 기술적 특징이 있다.By being positioned above the driver, there is a technical feature to further comprise a groove for reducing the fixing force according to the maintenance of the opening and collecting the magnetic flux toward the solid corner magnetic material.
따라서, 본 발명의 중전압급 차단기에 적용되는 자석형 조작기는 종래 조작기보다 약 2.5배 이상 짧은 투입시간을 가질 수 있도록 고안되었고, 조작기 구동에 있어 주변 전자 장치의 간략화하여 간단한 구조의 차단기의 구현을 가능하게 하였다. 또한, 구동 전원에 대한 소비전류가 낮게 설계되었으며, 전압 등급 범위(17~Therefore, the magnetic actuator applied to the medium-voltage class circuit breaker of the present invention is designed to have a closing time of about 2.5 times shorter than the conventional actuator, and it is possible to implement a circuit breaker having a simple structure by simplifying peripheral electronic devices in driving the actuator. It was made. In addition, the low current consumption for the drive power supply is designed, and the voltage rating range (17 to
38kV)의 구분에 대해 조작기의 모듈화를 구현하여 조작기의 신뢰성을 한층 더 높여 중전압급으로 사용할 수 있는 차단기 조작기로 제작하였다. The modularity of the manipulator was implemented for the classification of 38kV), and the reliability of the manipulator was further increased to produce a breaker manipulator that can be used as a medium voltage class.
자석형, 조작기, 고깔, 자성체, 모서리, 홈 Magnetic, Manipulator, Solid, Magnetic, Corner, Groove
Description
도 1은 본 발명의 진공 차단기의 작동원리를 도시한 횡단면도1 is a cross-sectional view showing the operating principle of the vacuum circuit breaker of the present invention.
도 2는 본 발명의 자석형 조작기의 투입상태를 도시한 횡단면도Figure 2 is a cross-sectional view showing the input state of the magnetic actuator of the present invention
도 3은 본 발명의 자석형 조작기의 개방상태를 도시한 횡단면도3 is a cross-sectional view showing an open state of the magnetic actuator of the present invention.
도 4는 본 발명의 자석형 조작기의 개방 자로 경로를 도시한 횡단면도Figure 4 is a cross-sectional view showing the path to the opener of the magnetic actuator of the present invention.
도 5는 본 발명의 자석형 조작기의 투입 자로 경로를 도시한 횡단면도Figure 5 is a cross-sectional view showing a path to the input of the magnetic actuator of the present invention.
도 6은 본 발명에 따른 개방상태의 자속 시뮬레이션6 is a magnetic flux simulation of the open state according to the present invention
도 7은 본 발명에 따른 투입코일에 전류를 인가시 개방상태의 자속 시뮬레이션 7 is a simulation of the magnetic flux in the open state when the current is applied to the input coil according to the present invention
도 8은 본 발명에 따른 투입상태의 자속 시뮬레이션8 is a magnetic flux simulation of the input state according to the present invention
도 9는 본 발명에 따른 개방코일에 전류를 인가시 투입상태의 자속 시뮬레이션Figure 9 is a magnetic flux simulation of the input state when applying the current to the open coil according to the present invention
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
101, 102: 자성체 103: 상부 고깔 자성체 101, 102: magnetic material 103: upper solid magnetic material
104: 하부 고깔 자성체 105: 개방코일104: lower solid magnetic material 105: open coil
106: 투입코일 107: 구동자106: input coil 107: driver
108, 109: 영구자석 110: 구동공간108, 109: permanent magnet 110: drive space
120: 상부고깔 자성체 모서리 121: 하부고깔 자성체 모서리120: upper solid magnetic corner 121: lower solid magnetic corner
122: 홈 122: home
본 발명은 중전압급 차단기용 자석형 조작기에 관한 것으로, 보다 자세하게는 내부 중앙에 구동공간이 형성된 자성체로 이루어진 본체내 구동자를 구동하는데 있어서, 상기 구동자의 구동을 위하여 구동자 양측에 영구자석이 구비되고, 영구자석 상하부에 위치한 코일에 전류가 흐르게 되면, 발생한 자력선에 의하여 상기 구동자가 구동을 시작하게 된다. 상기 구동자의 신속한 구동을 위하여 구동공간 상부에 고깔 자성체와 고깔 자성체 모서리 및 구동자 상부에 있는 홈을 추가로 포함하고 있는 중전압급 차단기용 자석형 조작기에 관한 것이다.The present invention relates to a magnetic actuator for a medium voltage circuit breaker, and more particularly, in driving a main body driver made of a magnetic body having a driving space formed therein, the permanent magnet being provided on both sides of the driver for driving the driver. When the current flows in the coils positioned above and below the permanent magnet, the driver starts driving by the generated magnetic force lines. It relates to a magnetic actuator for the medium-voltage breaker further comprises a solid magnetic material and the solid magnetic material corner and the groove in the upper portion of the driver for the rapid drive of the driver.
차단기는 전로에 고장이 없을 때 정상전류의 개폐를 수행할 수 있고, 단락 등의 고장으로 인해 비정상으로 큰 전류가 흐를 경우에도 개폐할 수 있는 장치이다. 따라서, 송전선로의 송전단이나 수전단에 넣는 차단기는 가장 중요한 구실을 하고 있으며, 특히 송전선에 전압이 높고 전원의 용량이 높을 때 고장이 나면 전류는 매우 커서, 이것을 확실하게 개폐할 수 있는 신속성 및 정확성을 요구하는 기술 적으로 난이도가 매우 높은 기기이다. 전로를 차단하는 원리는 고정 접촉자와 가동 접촉자를 설치하여 서로 밀착시켜 놓고 전류를 흐르게 하다가 선로의 어딘가에서 생긴 고장으로 대전류가 흘렀을 때는 상기 가동 접촉자를 고정 접촉자에서 신속히 떼어내어 전류를 단절시킨다. 이때 두 접촉자 사이에 아크(arc)가 발생하게 되는데, 이 아크를 신속히 제거하는 것이 가장 큰 관건이 되며, 이러한 아크 제거를 위한 종래의 차단부의 차단방식에는 크게 진공차단(Vacuum Circuit Breaker) 방식, 가스차단(Gas Circuit Breaker) 방식, 공기차단(Air Circuit Breaker) 방식으로 분류되며, 최근 중전압급 차단기는 진공 차단기의 성능 향상으로 차단부 전극 접점간 거리가 기존의 100mm이상에서 1/10~1/5 줄어든 10~20mm의 차단기가 개발되고 있다.The breaker is a device that can open and close the normal current when there is no fault in the converter, and open and close even when abnormally large current flows due to a fault such as a short circuit. Therefore, the circuit breaker in the transmission line or the receiving end of the transmission line plays the most important role. Especially, when the voltage is high and the capacity of the power supply is high, the current is very large when the power supply line has a high capacity. It is a technically very difficult device requiring accuracy. The principle of disconnecting the electric current is to install the fixed contactor and the movable contactor so as to be in close contact with each other to flow the current, and when a large current flows due to a fault somewhere in the line, the movable contactor is quickly disconnected from the fixed contactor to disconnect the current. At this time, an arc is generated between the two contacts. The removal of the arc is a key factor, and a conventional circuit breaker for removing the arc is largely a vacuum circuit breaker method and a gas. Gas circuit breaker type and air circuit breaker type are classified. Recently, medium voltage class breaker has improved the performance of vacuum breaker. Reduced 10-20 mm breakers are being developed.
종래의 자석형 조작기는 차단기의 전압용량이 25.8kV인 것에만 사용되었다. 그러나 사용 폭을 넓혀 38kV 등급까지 적용하기 위해서는 모듈화에 따른 큰 조작력 및 투입 유지력을 가진 조작기를 구현해야 한다. 상기 38kV 적용된 조작기는 스프링형으로써 조작거리는 압점 거리를 포함하여 25mm 정도이다. Conventional magnetic actuators are only used when the voltage capacity of the circuit breaker is 25.8 kV. However, in order to extend the range of application to the 38kV class, manipulators with large operation force and input holding power according to modularization should be implemented. The 38kV applied manipulator is spring type and the operating distance is about 25mm including the pressure point distance.
상기 25.8kV용 자석형 조작기를 모듈화하여 38kV에 적용하려면 우선 등급별 차단부에서 요구하는 압점력을 알아야 한다. 조작기만 전압에 사용되는 25.8kV용 차단기의 차단부는 평균적으로 각 상당 약 230kg의 압점력을 필요로 하기에 3상 일괄형 조작기를 사용해야 하며, 상기 3상 일괄형 조작기를 사용하기 위해서는 평균적으로 투입 유지력이 600kg 이상, 조작력은 690kg 이상 되어야 한다.In order to modularize the 25.8kV magnetic manipulator and apply it to 38kV, first, it is necessary to know the pressure point required by the breaker for each grade. The breaker of the 25.8kV circuit breaker, which is used only for the voltage of the manipulator, requires an average pressure of about 230 kg each, so a three-phase collective manipulator must be used. This weight should be at least 600 kg and the operating force at least 690 kg.
38kV용 차단부의 각 상상 압점력은 330kg~570kg이며, 이는 25.8kV용 자석형 조작기 압점력의 약 2배 이상이다. 따라서 기존의 자석형 조작기를 모듈화하여 38kV 등급에 적용하기 위해서는 25.8kV용 조작기를 각각의 상에 독립적으로 설치하여야 구동이 가능하다. 그러나 각 상별로 조작기를 설치한다면 설치공간이 상당히 많이 소요되는 문제점과 구조적인 문제에 따른 구동 드라이브의 복잡성을 초래하는 단점이 있다. 종래의 25.8kV용 자석형 조작기는 조작거리가 20mm인 반면, 38kV용 차단부의 조작거리는 25mm이므로 25.8kV용 조작기를 38kV용 조작기에 적용하는데 어렵다는 문제점도 있다. Each imaginary pressure point of the 38kV breaker ranges from 330kg to 570kg, which is about twice the pressure point of the magnetic actuator for 25.8kV. Therefore, in order to modularize the existing magnetic manipulator to be applied to the 38kV class, the manipulator for 25.8kV must be installed independently in each phase to be driven. However, if the manipulator is installed for each phase, there is a drawback in that it takes a lot of installation space and causes complexity of the drive drive due to structural problems. While the conventional 25.8 kV magnetic manipulator has an operation distance of 20 mm, the operation distance of the 38 kV breaker is 25 mm, and thus it is difficult to apply the 25.8 kV manipulator to the 38 kV manipulator.
또한, 진공식 차단기에 사용되고 있는 조작기 중 자석형 조작기는 구동자의 구동거리가 20mm이하에서만 적용할 수 있도록 설계되어 있어 조작력의 한계성이 있을 뿐만 아니라 가스차단기나 공기차단기 등 다른 방식의 차단기에 적용이 어렵다는 것이 단점이다. In addition, among the actuators used in the vacuum circuit breakers, the magnetic actuators are designed to be applied only when the driving distance of the driver is 20 mm or less, thereby limiting the operating force and difficult to apply them to other circuit breakers such as gas circuit breakers or air circuit breakers. It is a disadvantage.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 제반 단점과 문제점을 해결하기 위한 것으로, 조작력을 높이기 위하여 구동거리를 기존의 2배 이상인 50mm까지 제작하였으며, 구동자 상부에 고깔 자성체와 자성체 모서리 및 구동자에 홈을 추가로 구비하면서, 성능 면에서도 기존의 1/2 이하의 적정 차단속도를 가지도록 설계하였다. 그리고 전압 등급 범위(17~38kV)의 구분에 대해 조작기의 모듈화를 구현하였고 38kV에서는 3상 일괄형 조작기로 설계되어 부품의 크기가 현저히 줄어들었으며, 공간을 적게 차지하는 콤팩트형 구조로 설계함으로써, 조작기의 신뢰성을 한층 더 높여 중전압급으로 사용할 수 있는 모듈화된 자석형 차단기를 제공함에 그 목적이 있 다.Therefore, the present invention is to solve all the disadvantages and problems of the prior art as described above, in order to increase the operating force was made up to 50mm, more than twice the existing drive distance, the solid magnetic material and the magnetic corners and the driver on the top of the driver It is designed to have an appropriate cut-off speed of less than 1/2 of the existing one in terms of performance while additional grooves are provided in the groove. And the modularity of the manipulator was implemented for the division of the voltage class range (17 ~ 38kV), and at 38kV, it was designed as a three-phase batch manipulator, and the size of parts was significantly reduced, and it was designed as a compact structure that takes up less space. The aim is to provide a modular magnetic circuit breaker that can be used at medium voltage levels with higher reliability.
본 발명은 상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본체(101,102) 내부의 구동공간에서 직선왕복운동을 하는 구동자(107); 상기 본체 내부 구동공간 양 측면에 설치되어 구동자의 운동을 유지하게 하는 영구자석(108,109); 및 상기 영구자석 상·하로 설치되어 인가된 전류에 의하여 상기 구동자를 투입과 개방 상태로 각각 구동하게 하는 투입코일 및 개방코일을 포함하여 구성된 차단기에 적용되는 자석형 조작기에 있어서, 상기 구동공간 상하로 구동자의 투입과 개방시 속력과 힘을 증가시키는 고깔 자성체; 상기 영구자석과 상기 투입 및 개방코일 사이의 자기력선을 더해주는 고깔 모서리 자성체 및 상기 구동자 상부에 위치함으로써, 개방유지에 따른 고정력을 줄이고 상기 고깔 모서리 자성체 쪽으로의 자속을 모아주는 홈(122)을 더 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 중전압급 차단기용 자석형 조작기를 제공함으로써, 종래 조작기보다 약 2배 이상 짧은 투입시간을 가질 수 있도록 발명되었다. The present invention to achieve the object as described above, the
또한, 조작기 구동에 있어 주변 전자 장치의 간략화를 통한 간단한 구조로의 구현을 가능하게 하였고, 구동 전원에 대한 소비전류를 낮게 설계하였다. 그리고 전압 등급 범위(17kV~38kV)의 구분에 대해 조작기의 모듈화로 사용할 수 있도록 설계함으로써 진공차단기, 가스차단기, 공기차단기, 스프링차단기에 적용이 가능하게 제작 하였다.In addition, it is possible to implement a simple structure through the simplification of the peripheral electronic device in driving the manipulator, and to design a low current consumption for the driving power source. In addition, it is designed to be used as a modular of the operation unit for the classification of the voltage class range (17kV ~ 38kV), so that it can be applied to vacuum circuit breaker, gas circuit breaker, air circuit breaker, spring circuit breaker.
본 발명의 상기 목적과 기술적 구성 및 그에 따른 작용효과에 관한 자세한 사항은 본 발명의 바람직한 실시예를 도시하고 있는 도면을 참조한 이하 상세한 설명에 의해 보다 명확하게 이해될 것이다.Details of the above object and technical configuration of the present invention and the effects thereof according to the present invention will be more clearly understood by the following detailed description with reference to the drawings showing preferred embodiments of the present invention.
먼저, 도 1은 중전압급 차단기의 작동원리를 도시한 것으로서, 본 발명의 중전압 차단기는 진공 차단방식을 적용한 차단부(56)와 영구자석을 이용한 전자석 조작기(54)로 이루어져 있다. 본 차단기는 진공차단부(50)와 절연로드(51)와, 그리고 진공차단의 접점 압점력을 유지하기 위한 압점 스프링(52)과 일축으로 구성되어, 조립이 간단하고 소요 부품 수가 적으며 공간 확보가 용이하다. 또한, 차단부를 구동하는 조작부(55)가 구동축으로 연결되고 있다. 차단기의 차단부가 요구하는 조작기의 조작력은 등급에 따라 다르게 적용되고 있다. First, Figure 1 shows the operation principle of the medium-voltage class circuit breaker, the medium voltage circuit breaker of the present invention is composed of a
본 발명의 조작기의 조작력은 각 상당 가동 전극부의 마찰력을 고려하여 조작부의 구동거리를 기존의 2배로 증가시키는 방식을 택하여 설계하였고, 차단부와 조작기간 링크는 1:2 비율을 적용하여 종래에 많이 쓰이고 있는 힌지(53) 형태를 취하였다. 보통 링크 방식에는 캠 방식, 로터리 방식 또는 힌지(hinge)방식을 택하는데, 본 발명에서는 차단부를 구동하기 위한 조작부의 구동거리를 늘리는 대신 차단부에서 요구하는 접점 압점력에 대한 부담률을 줄임과 동시에 코일에 흐르는 전류 소비를 줄여 쉽게 제어할 수 있도록 설계하는데 주안점을 두었다.The operating force of the manipulator of the present invention was designed by increasing the driving distance of the operating unit twice in consideration of the frictional force of each of the movable electrode units, and the blocking unit and the operation period link were applied in a 1: 2 ratio. The
또한, 모듈화를 통하여 가스차단기 또는 공기차단기 등의 다른 방식의 차단기에도 적용이 가능하도록 하였다. In addition, the modularization makes it possible to apply to other types of circuit breakers such as gas circuit breakers or air circuit breakers.
도 2는 본 발명의 자석형 조작기(54)의 투입상태를 도시한 것으로서, 구동공 간이 형성된 본체(101,102)와 구동공간을 움직이는 구동자(107)로 이루어지며, 상기 구동자 상단에는 홈(122)을 더 구비하고, 구동공간 양측으로 영구자석(108,109)이 부착된다. 상기 본체는 자성체로 이루어진 것이 바람직하다. 상기 구동자의 양 끝단에는 차단부에서 요구하는 접점 압점력 및 조작기가 움직여야 하는 적정 차단속도에 맞는 코일을 설계하여 내측의 구동자(107)가 축 방향으로 직선운동을 하도록 구성되어 있다. 2 is a view illustrating an input state of the
투입코일(106) 또는 개방코일(105)에 전류가 공급되면, 코일 전류에 의해 자계가 발생하고 그 코일 선속의 힘으로 영구자석(108,109)이 가지고 있는 영구자석의 자력선속이 증가 또는 감소하여 구동자(107)가 축 방향으로 투입 또는 개방의 직선운동을 하게 된다. 구동공간(110)은 차단부의 행정거리에 따라 조작기 공간 사이의 거리를 조절할 수 있도록 설계되었고, 여기에서는 구동공간(110)의 거리를 50mm까지 설계하였다. 또한, 상기 구동자의 투입과 개방시 적정 빠르기와 힘을 증가시키기 위해 상부 고깔 자성체(103)와 하부 고깔 자성체(104)가 구성되어 있다.When a current is supplied to the
상기 구동자가 투입시 투입코일 내에 형성된 자장은 하부 고깔 자성체에 자속밀도를 높이는 동시에 하부 고깔 모서리(121) 자성체 부분도 자속 밀도를 높여준다. The magnetic field formed in the input coil when the driver is injected increases the magnetic flux density on the lower solid magnetic body and at the same time the magnetic portion of the lower
또한, 상기 하부 고깔 모서리 자성체(104)의 자력선은 개방코일과(105) 투입코일(106) 사이의 자기력선과 더해져 빠른 시간 내에 구동자가 이동할 수 있도록 하는 역할을 하며, 종래의 조작기보다 약 2배 이상 짧은 투입시간을 가실 수 있도록 발명되었다. 그러나 투입이 완료된 후, 하부 고깔 모서리 자성체 방향으로의 누 설 자속이 발생하게 되면 투입상태를 유지하기 위한 고정력이 감소하게 되어 투입상태를 유지하지 못하고 즉시 개방상태로 전환되면서 차단실패로 이어질 수 있다. 하지만, 본 조작기는 투입완료시 구동자와 하부 고깔 모서리와의 간격과 외측의 고정된 자성체와의 간격 설계를 하여 하부 고깔 모서리 쪽으로의 누설 자속을 막는 동시에 하부 고깔 자성체의 수직방향으로 자력이 모이도록 설계하여 종래의 영구자석에서 발생하는 자속을 그대로 유지하도록 설계하였다.In addition, the magnetic force line of the lower solid corner
도 3은 본 발명의 자석형 조작기의 개방상태를 도시한 것이다. 상기 개방코일(105) 내부에 형성된 자장은 상부 고깔 자성체(103)에 자속밀도를 높이는 동시에 상부 고깔 모서리 자성체(120) 부분도 자속 밀도를 높여준다. 또한, 상부 고깔 모서리 자성체의 자기력선은 개방코일과 투입코일 사이의 자기력선과 더해져 빠른 시간 내에 구동자(107)가 이동할 수 있도록 함으로써, 종래의 조작기보다 약 2배 이상 짧은 개방시간을 갖게 되었다. 그리고 자석형 조작기의 개방을 위한 동작을 시작하게 되는 최초 접점 개방시 접점 아크가 발생하므로 차단부 접점의 초기 아크 발생에 대한 접점 유착을 최소화하기 위하여 초기 속력이 일정 이상을 유지해야 한다. Figure 3 shows the open state of the magnetic actuator of the present invention. The magnetic field formed inside the
본 발명의 조작기에서는 상부 고깔 모서리 자성체를 개방코일 내에, 즉 구동공간 양쪽에 두어 초기속력을 증가시켰다. 초기속력을 증가시키기 위한 다른 방법으로 투자율이 높은 자성체 물질을 사용하게 되면, 높은 투자율에 따른 빠른 포화로 초기속력은 빠르게 개선될 수는 있지만, 일정 이상 초기속력을 높이기 힘들뿐만 아니라, 고가의 자성재질을 사용해야하는 단점이 있다. 그리고 모든 차단기에서의 투입은 차단부의 접점 압점력 및 그외 마찰력 등을 극복할 수 있는 고정력을 유지해야 하는 것이 관건이지만, 차단기 개방시 조작기에서 요구하는 고정력은 최소한의 힘을 필요로 할 뿐이다. 개방시 고정력이 강하다면 차단기 투입시 고정력으로 개방상태에서 유지하고 있는 구동자가 영구 자석의 자력을 이기기 위해 보다 많은 전류를 소비해야 한다는 단점을 가져오게 된다. In the manipulator of the present invention, an initial speed was increased by placing an upper solid corner magnetic material in an open coil, that is, in both driving spaces. When using high magnetic permeability magnetic material as another method to increase initial speed, initial saturation can be improved rapidly due to rapid saturation due to high permeability, but it is difficult to increase initial speed more than a certain amount, and expensive magnetic material There is a downside to using it. In addition, the closing force of all breakers is to maintain a fixing force that can overcome the contact pressure point and other frictional force of the breaker, but the holding force required by the manipulator when opening the breaker requires only minimal force. If the clamping force is strong when opening, the driver holding in the open state with the clamping force when the breaker is applied has the disadvantage of consuming more current to overcome the magnetic force of the permanent magnet.
따라서, 본 조작기는 구동자 상부에 홈(122)을 만들어 개방 유지에 따른 고정력을 줄이도록 설계하였다. 또한, 상기의 홈은 차단기 개방시 상부 고깔 모서리 자성체 쪽으로의 자속 방향의 변화로 인한 자력을 모아주는 역할도 담당한다.Therefore, the manipulator is designed to reduce the fixing force according to the maintenance by making the
도 4는 개방상태의 자로 경로를 도시한 것으로 코일과 자석의 자력선의 형성에 따른 구동자의 구동 원리를 나타낸 것이다.Figure 4 shows the path of the magnetic path in the open state shows the driving principle of the driver according to the formation of the magnetic lines of force of the coil and the magnet.
조작기가 개방상태에서 투입상태로 되기 위해서는 개방상태의 자기력선 경로가 도시한 바와 같이 고유한 영구자석의 자력선속(200)을 가지고 고정(holding)하고 있는 상태이다. 상기와 같은 상태에서 투입코일에 전류(203)를 공급하면 투입코일 내에 자장이 형성되어 철심 내외측에 코일에 의한 선속(201,202)이 발생하게 된다. 하지만, 투입코일에 의해 생성된 코일 선속 중 하나(201)는 구동공간에 자속밀도를 증가시키는 동시에 하부 고깔 자성체와 하부 고깔 모서리 자성체에 자속밀도도 증가시킨다. 하지만, 구동공간의 행정거리는 50mm나 되어 공간저항에 의해 스스로 동작하지 못하며, 투입코일에 전류를 공급하면서 동시에 생성된 코일 선속 중 위쪽 자석의 자로 경로로 이동한 코일 선속과 영구자석의 자기력선속이 충돌하여 상쇄되는 효과와 더불어 코일 선속이 영구자석 선속을 넘어설 때, 비로소 구동자가 투입상태인 아래쪽으로 움직이기 시작한다. In order for the manipulator to be put in the open state, the magnetic force line path in the open state is held with the magnetic flux of the inherent
조작기의 투입상태에서 개방상태의 동작은 상기 위에서 열거한 순서의 역순으로 이루어진다. 다만, 개방상태에서 접점 압점력과 마찰력을 이길 수 있는 투입상태에서의 영구자석의 자력선속(302)이 얼마인가를 산정하느냐에 따라서 조작기의 크기 및 설계치가 변경된다.The operation of the open state in the input state of the manipulator is performed in the reverse order of the above-listed sequence. However, the size and design value of the manipulator are changed depending on how much the
상기 조작기가 투입상태에서 개방상태로 되기 위해서 우선, 투입상태의 자로 경로가 도 5와 같이 고유한 영구자석의 자기력선속을 가지고 홀딩을 하고 있는 상태이다. 상기와 같은 상태에서 개방코일에 전류(303)를 공급하면, 개방코일 내에 자장이 형성되어 철심 내외 측에 코일에 의한 선속(300,301)이 발생하게 된다. 하지만, 투입코일에 의하여 형성된 코일 선속(300,301) 중 선속(300)은 구동공간에 자속밀도를 증가시키는 동시에 하부 고깔 자성체(104)와 하부 고깔 자성체 모서리(121)의 자속밀도를 증가시킨다. 그러나 구동공간의 거리는 50mm나 되어 공간 저항에 의해 스스로 동작을 시키지 못하며, 투입코일에 전류를 공급하면서 동시에 생성된 코일 선속 중 아래쪽 자기력선 선속이 영구자석의 자기력선속을 넘어설 때, 비로소 구동자가 개방상태인 위쪽으로 움직이기 시작한다. In order for the manipulator to be opened from the input state, first, the gyro path in the input state is holding with the magnetic flux of the unique permanent magnet as shown in FIG. 5. When the current 303 is supplied to the open coil in the above state, a magnetic field is formed in the open coil to generate the line speeds 300 and 301 by the coils in and out of the iron core. However, among the coil fluxes 300 and 301 formed by the input coil, the
또한, 투입상태에서 개방상태로 움직일 때에는 차단부에 연결된 압점력을 포함하여 투입상태를 홀딩하고 있는 상태여서 이전의 투입상태에서의 영구자석의 자기력선속을 상쇄시키기 위하여 적은 개방코일 선속으로 개방할 수 있다는 것이 큰 특징이다. In addition, when moving from the open state to the open state, it is a state of holding the input state including the pressure point connected to the breaker, so that it can be opened with a small open coil flux to offset the magnetic flux of the permanent magnet in the previous input state. It is a big feature.
도 6 내지 도 9는 본 발명에 따른 조작기 내부의 자속 분포를 시뮬레이터 Flux 2D를 이용하여 상기 도 4 및 도 5보다 더욱 실제적으로 자속의 분포를 나타낸 것이다. 6 to 9 show the magnetic flux distribution inside the manipulator according to the present invention using the simulator Flux 2D more effectively than the magnetic flux distribution of FIGS. 4 and 5.
먼저 도 6은 본 발명에 따른 개방상태의 자속을 시뮬레이션한 것으로 개방상태에서 상부 고깔 자성체(103) 쪽으로 자속밀도가 높다는 것을 알 수 있다. 6 is a simulation of the magnetic flux in the open state according to the present invention, it can be seen that the magnetic flux density toward the upper solid
도 7은 상기 도6에서 하부 투입코일(106)에 전류를 인가시 개방상태의 자속 시뮬레이션한것으로 하부 고깔 모서리 자성체(121)내의 자속이 면적에 비해 자속 밀도가 매우 높다는 것을 알 수 있으며, 이러한 이유로 하부 고깔 자성체(104) 내부는 최적의 자속밀도 상태를 갖게 되고, 상기 최적의 밀도 상태를 갖는 자속의 경로를 따라 구동자(107)가 초기에 보다 빠르게 이동을 하는데 도움을 주게 된다. 7 is a simulation of the magnetic flux in the open state when applying the current to the
도 8 및 도 9는 본 발명에 따른 투입상태 및 투입상태에서 상부 개방코일에 전류를 인가하였을시 조작기 내부의 자속을 시뮬레이션한 것이다.8 and 9 illustrate the magnetic flux inside the manipulator when a current is applied to the upper opening coil in the closing state and the closing state according to the present invention.
도 8의 투입상태에서는 하부 고깔 자성체(104)의 자속밀도의 분포로 부터 자속이 하부 고깔 자성체에 밀하게 분포되있다는 것을 알 수 있다. 이러한 상태에서 상부 개방코일(105)에 전류를 인가하면 도 9와 같이 상부 고깔 모서리 자성체(120) 쪽으로 높은 밀도의 자속이 먼저 형성되어 구동자(107)의 움직임을 도와 빠르게 움직이게 된다.In the input state of FIG. 8, it can be seen from the distribution of the magnetic flux density of the lower solid
또한, 도 6 내지 도 9에서 도시한 바와 같이, 조작기의 개방시 영구자석 선속을 감소시키기 위하여 구동자 위(개방)쪽에 홈(122)을 만들어 단위면적당 자속을 최적화시켰다. 또한, 영구자석 선속의 벡터 포텐셜의 방향을 수직방향에서 수평방향으로 바꾸어 투입이나 개방상태의 경우, 자석의 고정력을 자연스럽게 분리할 수 있도록 설계하였다. In addition, as shown in Figures 6 to 9, in order to reduce the permanent magnet flux when opening the manipulator, a
본 발명은 이상에서 살펴본 바와 같이 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.Although the present invention has been shown and described with reference to the preferred embodiments as described above, it is not limited to the above embodiments and those skilled in the art without departing from the spirit of the present invention. Various changes and modifications will be possible.
따라서, 본 발명의 중전압급 차단기용 자석형 조작기는 종래구동공간의 2배 이상이 되는 50mm까지 제작하였고, 상·하부 고깔 자성체, 상·하부 고깔 모서리 및 구동자 상부에 홈을 추가로 설계하여 초기 속도를 종래의 조작기보다 2배 이상 빠르게 구현하였다. 그리고 조작기 구동에 있어 주변 전자 장치의 간략화 및 모듈화를 통한 간단한 구조로의 구현을 가능하게 함으로써, 진공차단기 뿐만 아니라 공기차단기, 가스차단기, 스프링 차단기에도 적용이 가능하도록 하였다. Therefore, the magnetic actuator for the medium-voltage class circuit breaker of the present invention was manufactured up to 50 mm, which is more than twice the size of the conventional driving space, and the upper and lower solid magnetic bodies, the upper and lower solid corners, and additionally designed grooves in the upper part of the driver were used. The speed is more than twice as fast as a conventional manipulator. In addition, it is possible to implement a simple structure through the simplification and modularization of the peripheral electronic device in driving the manipulator, so that it can be applied not only to a vacuum circuit breaker but also to an air circuit breaker, a gas circuit breaker and a spring circuit breaker.
또한 구동 전원에 대한 소비전류가 낮게 설계되어 전압 등급 범위(17~38kV) 조작기의 신뢰성을 한 층 더 높여 중전압급으로 사용할 수 있는 차단기 조작기로 제작하였다.In addition, the low current consumption for the drive power supply further enhances the reliability of the voltage class (17 ~ 38kV) manipulator, making it a breaker manipulator that can be used as a medium voltage class.
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KR1020050054696A KR100625524B1 (en) | 2005-06-23 | 2005-06-23 | The magnetic actuator of vacuum circuit breaker with medium voltage |
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KR20210094720A (en) | 2020-01-22 | 2021-07-30 | 임형우 | Driving device for switchgear |
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KR20040035176A (en) * | 2002-10-18 | 2004-04-29 | 엘지산전 주식회사 | Permanent magnetic actuator of vaccum circuit breaker |
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2005
- 2005-06-23 KR KR1020050054696A patent/KR100625524B1/en active IP Right Grant
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