KR100809902B1

KR100809902B1 - 진공차단기 및 진공개폐기용 조작기

Info

Publication number: KR100809902B1
Application number: KR1020060055138A
Authority: KR
Inventors: 김의식; 서왕벽; 임일환; 최정훈
Original assignee: 일진전기 주식회사
Priority date: 2006-06-20
Filing date: 2006-06-20
Publication date: 2008-03-11
Also published as: KR20070120628A

Abstract

본 발명은 진공차단기 및 진공개폐기용 조작기에 관한 것으로, 보다 자세하게는 전자기력으로 구동하는 조작기를 통해 차단기의 투입 및 트립동작을 정밀제어할 수 있는 진공차단기 및 진공개폐기용 조작기에 관한 것이다.

본 발명의 진공차단기 및 진공개폐기용 조작기는 철심의 관통부 내부 양편에 대향되도록 형성되는 영구자석과, 감겨진 코일에 전류가 인가되면 상기 영구자석 사이로 직선운동하는 가동자와, 상기 가동자에 연결되어 상기 직선운동에 의한 구동력을 하기 연결부로 전달하는 가이드를 포함하는 구동부; 상기 가이드에 연결되어 구동력을 전달받는 제1회전레버와, 상기 제1회전레버와 연결되어 하기 차단부의 투입동작시 전극간 압착력을 유지시키는 압착스프링을 포함하는 연결부; 및 상기 연결부와 연결되어 상기 가동자의 운동방향에 따라 투입 혹은 트립 동작하는 차단부를 포함함에 그 기술적 특징이 있다.

따라서, 본 발명의 진공차단기 및 진공개폐기용 조작기는 코일이 감긴 가동자의 움직임에 따른 추가 전자력으로 인해 구동에너지가 더욱 커지게 되고 스트로크의 제한을 극복할 수 있다. 또한, 본 발명의 진공차단기 및 진공개폐기용 조작기는 차단기의 사양에 따라 필요로 하는 구동력 및 속도 특성을 고려하여 구동부 및 연결부를 구성할 수 있다. 또한, 본 발명의 진공차단기 및 진공개폐기용 조작기는 차단기의 가동전극과 고정전극의 압착력을 유지할 수 있다.

진공차단기용 조작기, 진공인터렙터, 진공개폐기용 조작기, 진공컨텍터, 진공차단부, 투입, 트립, 가동자, 코일, 영구자석, 레버, 암.

Description

진공차단기 및 진공개폐기용 조작기{Actuator for vacuum circuit breaker}

도 1a 내지 도 1b는 종래기술에 따른 진공차단기 및 진공개폐기용 조작기.

도 2a 내지 도 2b는 본 발명의 실시예에 따른 진공차단기 및 진공개폐기용 조작기.

도 3a 내지 도 3b는 본 발명의 실시예에 따른 진공차단기 및 진공개폐기용 조작기의 구동부.

도 4a 내지 도 4b는 본 발명의 실시예에 따른 진공차단기 및 진공개폐기용 조작기의 연결부.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10: 구동부 11: 철심

12: 영구자석 13: 가동자

14: 가이드 15: 가이드레일

20: 연결부 21: 제1회전레버

22: 압착스프링 23: 제2회전레버

24: 연결링크 30: 차단부

31: 가동전극 32: 고정전극

전기회로를 개폐하는 종래의 차단기로는 절연 매질에 따라 오일차단기, 가스차단기, 진공차단기 등이 있고, 방식에 따라 유압식, 공압식, 스프링조작식, 영구자석조작식(Permanent Magnetic Actuator, 이하 PMA) 등이 있다. 이 중 PMA는 성능이 뛰어나 높은 신뢰성과 안정성을 가질 뿐만 아니라 스프링조작식에 비해 수명이 길고, 유지보수 비용이 저렴하다.

현재까지 PMA는 중저압 진공차단기(Vacuum Circuit Breaker, 이하 VCB)의 개폐를 원할히 수행해 왔으나, 고압 VCB는 중저압 VCB에 비해 접점 간극이 길고 압점력이 크므로, PMA가 고압 진공 차단기에 적용되기 위해서는 긴 조작거리와 압점력을 극복하는 큰 홀딩력을 낼 수 있어야 한다. PMA의 기본적인 특성은 짧은 조작간극에 큰 힘과 빠른 속도를 가지는 것인 바, 긴 조작 간극과 큰 홀딩력을 요구하는 고압 진공 차단기에 PMA를 적용하기 위해서는 코일, 영구자석 혹은 가동자의 형태를 변형하여 사용하고 있다.

도 1a는 종래기술에 따른 PMA 외형을 나타낸 것이고, 도 1b는 PMA 내부구조를 나타낸 것으로써 도 1a의 A-A' 방향 절개사시도이다. 도 1a 내지 도 1b에 나타낸 PMA는 철심(1) 내부에 구비된 영구자석(2)과 코일(3)에 의해 별도로 구비된 가동자(4)의 운동으로 인해 진공차단기의 개폐를 조정한다. 이러한 PMA는 기자력에 의한 힘으로 가동자(4)를 움직이는 것인 바, 스트로크가 짧은 중저압용 진공차단기용으로만 적용되는 단점이 있다. 또한, 인가전류를 증가하여도 자기 포화로 인해 구동에너지가 포화되어 구동력에 한계가 있으며, 가동자(4)의 마찰이 크고, 용량이 커질수록 가동자(4)의 무게가 증가될 수 밖에 없는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 PMA의 한계를 극복하기 위한 것으로, 코일을 감은 가동자의 움직임에 따른 추가 전자력으로 인해 구동에너지가 크고 스트로크의 제한을 극복할 수 있는 구동부를 갖는 진공차단기 및 진공개폐기용 조작기를 제공함에 목적이 있다.

또한, 본 발명은 구동부의 구동에너지 및 구동속도를 부하용량에 적합한 연결부를 갖는 진공차단기 및 진공개폐기용 조작기를 제공함에 다른 목적이 있다.

또한, 본 발명은 차단부의 가동전극과 고정전극의 압착력을 유지시키는 압착부를 갖는 진공차단기 및 진공개폐기용 조작기를 제공함에 또 다른 목적이 있다.

본 발명의 목적은 철심의 관통부 내부 양편에 대향되도록 형성되는 영구자석과, 감겨진 코일에 전류가 인가되면 상기 영구자석 사이로 직선운동하는 가동자와, 상기 가동자에 연결되어 상기 직선운동에 의한 구동력을 하기 연결부로 전달하는 가이드를 포함하는 구동부; 상기 가이드에 연결되어 구동력을 전달받는 제1회전레버와, 상기 제1회전레버와 연결되어 하기 차단부의 투입동작시 전극간 압착력을 유지시키는 압착스프링을 포함하는 연결부; 및 상기 연결부와 연결되어 상기 가동자의 운동방향에 따라 투입 혹은 트립 동작하는 차단부를 포함하는 진공차단기 및 진공개폐기용 조작기에 의해 달성된다.

바람직하게는, 상기 제1회전레버는, 상기 가이드와 연결되는 제1암(La)과, 상기 압착스프링과 연결되는 제2암(Lb)을 포함한다.

바람직하게는, 상기 제1암(La)과 제2암(Lb)의 비율(R1)은, 상기 차단부의 투입시 접점 압착력 혹은 트립시 접점 유지력에 따라 결정된다.

바람직하게는, 상기 제1암(La)과 제2암(Lb)의 비율(R1)은, 상기 가동자의 코일 권수 및 상기 코일에 인가되는 전류값에 따라 결정된다.

바람직하게는, 상기 연결부는, 상기 제1회전레버와 연결되는 연결링크와, 상기 연결링크와 연결되어 상기 차단부를 구동시키는 제2회전레버를 더 포함한다.

바람직하게는, 상기 제2회전레버는, 상기 연결링크와 연결되는 제1암(Lc)과, 상기 차단부와 연결되는 제2암(Ld)를 포함한다.

바람직하게는, 상기 제1암(Lc)과 제2암(Ld)의 비율(R2)은, 상기 차단부의 투입시 접점 압착력 혹은 트립시 접점 유지력에 따라 결정된다.

바람직하게는, 상기 제1암(Lc)과 제2암(Ld)의 비율(R2)은, 상기 가동자의 코일 권수 및 상기 코일에 인가되는 전류값에 따라 결정된다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 2a는 본 발명의 실시예에 따른 진공차단기 및 진공개폐기용 조작기의 사시도이고, 도 2b는 그 측면도이다. 본 발명의 실시예에 따른 진공차단기 및 진공개폐기용 조작기는 크게 구동부(10), 연결부(20) 및 차단부(30)로 이루어진다.

도 3a는 본 발명의 실시예에 따른 구동부(10)의 사시도이고, 도 3b는 도 3a의 A-A' 방향 절개사시도이다. 철심(11)의 관통부 내부 양편에 대향되도록 형성되는 영구자석(12)과, 대향 배치된 영구자석(12) 사이로 직선운동하는 코일이 감긴 가동자(13)를 볼 수 있다. 도면에서는 철심(11)에 두 개의 관통부가 형성된 것을 도시하고 있으나, 철심(11)에 형성되는 관통부는 적어도 하나 이상으로 형성된다. 또한, 각각의 관통부 내부 양편에 영구자석(12)이 대향 배치되고, 그 사이로 직선운동하는 코일이 감긴 가동자(13)가 형성된다.

구동부(10)의 동작원리는 영구자석(12)에 의해 형성되는 자기장과 코일에 인입되는 전류에 의해 형성되는 가동자(13)의 전기장이 플레밍의 왼손 법칙으로 인해 직선운동하는 것이다. 즉, 일방향으로 고정된 자기장에 대해 전류방향을 변화시켜 가동자(13)의 운동방향이 결정되는 것인 바, 가동자(13)의 구동력은 코일 권수와 전류 세기로 결정된다.

영구자석(12)의 자기장과 코일 전류에 의한 전기장으로 인해 가동자(13)의 직선운동이 이루어지는 바, 가동자(13)에 연결되는 가이드(14)와 철심(11)에 구비되는 가이드레일(15)에 의해 직선운동하게 된다. 특히, 가동자(13)의 직선운동시에는 코일이 감긴 가동자의 움직임에 따른 추가 전자력으로 인해 구동에너지가 더욱 커지게 되고 스트로크(stroke)의 제한을 극복할 수 있게 된다. 철심(11)에는 가동자(13)의 구동범위를 제한하는 블럭(16)이 양방향에 각각 구비된다. 또한, 가동자(13)와 연결되는 가이드(14)는 연결부(20)로 구동력을 전달한다.

도 3c는 구동부(10)의 트립(trip) 동작을 나타낸 것이고, 도 3d는 구동부(10)의 투입 동작을 나타낸 것이다. 구동부(10)의 동작에 따라 연결부(20)를 통해 차단부(30)의 트립 및 투입 동작이 이루어지는 바, 연결부(20)의 구조는 구동부(10)의 구동력 및 속도와, 차단부(30)의 부하용량에 따라 적합한 구조를 갖도록 구비되어야 한다.

도 4a 및 도 4b는 도 2b의 측면도를 연결부(20)를 중심으로 간략히 도시한 것으로서, 도 4a는 트립 동작을, 도 4b는 투입 동작을 각각 나타낸 것이다. 이하에서는, 차단부(30)의 사양에 따른 구동부(10) 및 연결부(20)의 구현 조건에 관하여 살펴본다.

먼저, 도 2b의 측면도를 통해 연결부(20)의 세부구성요소를 살펴보면, 구동부(10)와 연결되어 구동력을 전달받는 제1회전레버(21)와, 제1회전레버(21)와 연결되어 차단부(30) 내부의 전극간의 압착력을 유지시키는 압착스프링(22)과, 제1회전레버(21)와 제2회전레버(23) 간의 구동력을 전달하는 연결링크(24)와, 연결링크(24)를 통한 구동력을 차단부(30)의 가동전극(31)으로 전달하는 제2회전레버(23)를 볼 수 있다. 차단부(30) 내부에는 가동전극(31) 및 고정전극(32)이 구비되는 바, 구동부(10)의 구동력을 전달받는 가동전극(31)의 이동으로 투입 혹은 트립 동작이 이루어진다. 또한, 제1회전레버(21)는 가이드(14)와 연결되는 제1암(La)과 압착스프링(22)과 연결되는 제2암(Lb)을 포함하고, 제2회전레버(23)는 연결링크(24)와 연결되는 제1암(Lc)과 차단부(30)의 가동전극(31)와 연결되는 제2암(Ld)를 포함한다.

다음, 도 4a 및 도 4b를 통해 연결부(20)의 각 변위를 살펴보면 아래 A 내지 G와 같다.

A: 구동부(10)의 가동자(13) 변위

B: 제1회전레버(21)를 통한 변위(La/Lb)

C: 압착 스프링(22)를 통한 변위

D: 제2회전레버(23)를 통한 변위(Lc/Ld)

E: 압착 스프링(22)의 압착 변위

G: 차단부(30)의 요구 압착 변위

A 내지 G로 나타낸 각 변위 간의 관계를 나타내면 아래 [식 1] 내지 [식 5]와 같다.

[식 1] A/La = B/Lb

[식 2] C = B-E

[식 3] C/Lc = D/Ld

[식 4] 차단부 스트로크 = D

[식 5] E/Lc = G/Ld

[식 1] 내지 [식 5]를 적용하여 변위 A를 정리하면 아래 [식 6]과 같다.

A = B×(La/Lb)

= ((C+E)×La)/Lb

= ((D×Ld/Lc)+E)×La/Lb

= ((D×Ld/Lc)+(G×Ld/Lc))×La/Lb

= (D+G)×(Ld/Lc)×(La/Lb) ‥‥‥‥‥[식 6]

[식 6]에서 D는 차단부 스트로크로, G는 차단부 사양으로 정해진다.

차단부 사양(압착력, G)을 Fvc, 압착스프링(22)의 압축력(B, E)를 Fs, 구동부(10)의 투입위치 유지력(A)을 Fec라 하면, Fec는 아래 [식 7] 및 [식 8]을 통해 [식 9]와 같다.

[식 7] Fs = (Ld/Lc)×Fvc

[식 8] Fec = (Lb/La)×Fs

[식 9] Fec = (Lb/La)×(Ld/Lc)×Fvc

또한, 차단부(30)의 트립상태에서의 접점유지력(A)을 Fvo, 구동부(10)의 트립위치 유지력(A)을 Feo라 하면, Feo는 아래 [식 10]과 같다.

[식 10] Feo = (Lb/La)×(Ld/Lc)×Fvo

[식 6], [식 9] 및 [식 10]에서 (Lb/La)를 R1, (Ld/Lc)를 R2라 하면, 각각 [식 11], [식 12] 및 [식 13]과 같다.

[식 11] A = (D+G)×(R1×R2)

[식 12] Fec = R1×R2×Fvc

[식 13] Feo = R1×R2×Fvo

즉, [식 11]은 운동 변위 관련식이고, [식 12]는 투입시 하중 관련식이며, [식 13]은 트립시 하중 관련식이다. 이하에서는, [식 11] 내지 [식 13]에 차단부(30)의 사양을 일예로 적용하여 구동부(10) 및 연결부(20)의 구현 조건에 관하여 보다 상세히 살펴본다. 그 일예로서, 차단부(30)의 사양을 25.8㎸용 진공인터렙터(Vacuum Interrupter, 이하 VI)에 적용하여 본다. VI 사양은 아래와 같이 가정한다.

VI stroke = D = 16㎜

VI 요구 압착 변위 = G = 4㎜

투입시 접점 압착력 = Fvc = 600kgf (각 상별 200kgf×3상)

트립시 접점 유지력 = Fvo = 81kgf (각 상별 27kgf×3상)

R2 = 1 로 가정하면, [식 11]에서 A = 20R1, [식 12]에서 Fec = 600R1, [식 13]에서 Feo = 81R1 이 된다. 이러한 결과에 변수 R1에 대한 결과값들을 정리하면 [표 1]과 같다.

[표 1]

R1	0.2	0.4	0.5	0.8	1	1.2	1.5	2
A	100	50	40	25	20	16.7	13.3	10
Fec	120	240	300	480	600	720	900	1200
Feo	16.2	32.4	40.5	64.8	81	97.2	122	162

따라서, 제2회전레버(23)의 R2값(Ld/Lc)을 1로 가정하거나 혹은 제2회전레버(23)를 구비하지 않은 상태에서, 제1회전레버(21)의 R1값(Lb/La) 및 구동부(10)의 구동에너지 및 구동속도를 차단부(30)의 사양에 따라 정밀하게 조절할 수 있는 것이다. 즉, R1을 작게 하면 투입, 트립 각 위치에서의 필요 유지력(혹은 압착력)은 작게 되나 구동부(10) 변위(A)가 크게 되고, R1을 크게 하면 구동부(10) 변위는 작아지나 유지력(혹은 압착력)이 커진다. 결국, 차단부(30)의 사양에 따라 동작시에 필요로 하는 구동력 및 속도 특성을 고려하여 제1회전레버(21)의 레버비(R1, Lb/La)를 결정하여 연결부(20)를 구성한다.

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.

따라서, 본 발명의 진공차단기 및 진공개폐기용 조작기는 코일이 감긴 가동자의 움직임에 따른 추가 전자력으로 인해 구동에너지가 더욱 커지게 되고 스트로크의 제한을 극복할 수 있다.

또한, 본 발명의 진공차단기 및 진공개폐기용 조작기는 차단기의 사양에 따라 필요로 하는 구동력 및 속도 특성을 고려하여 구동부 및 연결부를 구성할 수 있다.

또한, 본 발명의 진공차단기 및 진공개폐기용 조작기는 차단기의 가동전극과 고정전극의 압착력을 유지할 수 있다.

또한, 본 발명의 진공차단기(진공인터렙터) 및 진공개폐기용(진공컨텍터)에 적용될 수 있으므로, 각각 전류차단과 전류개폐 동작을 조작할 수 있다.

Claims

삭제
철심의 관통부 내부 양편에 대향되도록 형성되는 영구자석과, 감겨진 코일에 전류가 인가되면 상기 영구자석 사이로 직선운동하는 가동자와, 상기 가동자에 연결되어 상기 직선운동에 의한 구동력을 하기 연결부로 전달하는 가이드를 포함하는 구동부;

상기 가이드에 연결되어 구동력을 전달받는 제1암(La)과 하기 압착스프링과 연결되는 제2암(Lb)을 포함하는 제1회전레버와, 상기 제2암(Lb)과 연결되어 하기 차단부의 투입동작시 전극간 압착력을 유지시키는 압착스프링을 포함하는 연결부; 및

상기 연결부와 연결되어 상기 가동자의 운동방향에 따라 투입 혹은 트립 동작하는 차단부

를 포함하는 진공차단기 및 진공개폐기용 조작기.
제 2 항에 있어서,

상기 제1암(La)과 제2암(Lb)의 비율(R1)은, 상기 차단부의 투입시 접점 압착력 혹은 트립시 접점 유지력에 따라 결정되는 진공차단기 및 진공개폐기용 조작기.
제 3 항에 있어서,

상기 제1암(La)과 제2암(Lb)의 비율(R1)은, 상기 가동자의 코일 권수 및 상기 코일에 인가되는 전류값에 따라 결정되는 진공차단기 및 진공개폐기용 조작기.
제 4 항에 있어서,

상기 연결부는, 상기 제1회전레버와 연결되는 연결링크와, 상기 연결링크와 연결되어 상기 차단부를 구동시키는 제2회전레버를 더 포함하는 진공차단기 및 진공개폐기용 조작기.
제 5 항에 있어서,

상기 제2회전레버는, 상기 연결링크와 연결되는 제1암(Lc)과, 상기 차단부와 연결되는 제2암(Ld)를 포함하는 진공차단기 및 진공개폐기용 조작기.
제 6 항에 있어서,

상기 제1암(Lc)과 제2암(Ld)의 비율(R2)은, 상기 차단부의 투입시 접점 압착력 혹은 트립시 접점 유지력에 따라 결정되는 진공차단기 및 진공개폐기용 조작기.
제 7 항에 있어서,

상기 제1암(Lc)과 제2암(Ld)의 비율(R2)은, 상기 가동자의 코일 권수 및 상기 코일에 인가되는 전류값에 따라 결정되는 진공차단기 및 진공개폐기용 조작기.