KR100988116B1 - 진공 인터럽터 및 이를 구비하는 진공 차단기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 접점 개방동작시 접점 간의 이격 거리와 절연 전압이 비례하는 구간을 증가시킬 수 있는 진공 인터럽터를 제공하려는 것으로서, 본 발명에 따른 진공 인터럽터는 고정접점의 직 후방에서 접점 개방시 아크의 전계가 접점 부위에 집중되어 형성되게 유도하도록 상기 절연용기에 지지되어 설치되는 제 1 서브 센터 실드(sub center shield); 가동접점의 직 후방에서 접점 개방시 아크의 전계가 접점 부위에 집중되어 형성되게 유도하도록 상기 절연용기에 지지되어 설치되는 제 2 서브 센터 실드; 및 절연용기의 길이 방향 상 중간 부위에 지지되어 설치되고, 상기 제 1 및 제 2 서브 센터 실드의 직경보다 큰 직경을 가진 메인 센터 실드(main center shield)를 포함하여 구성된다.
진공 차단기, 진공 인터럽터

Description

진공 인터럽터 및 이를 구비하는 진공 차단기{VACUUM INTERRUPTER AND VACUUM CIRCUIT BREAKER HAVING THE SAME}
본 발명은 진공 인터럽터 및 이를 구비하는 진공 차단기에 관한 것으로서, 특히 접점 개방동작시 접점 간 이격거리와 절연내력의 비례구간을 연장하여 접점 개방동작시 발생하는 아크의 발생시간을 최소화할 수 있는 진공 인터럽터와, 이러한 진공 인터럽터를 구비하고 접접 개방동작의 초기에는 개방속도가 고속이고 후반기에 개방속도를 감소시켜 오버 트래블(OVER TRAVEL) 및 접점 재접촉(restrike)현상도 방지할 수 있는 진공 차단기에 관한 것이다.
종래기술에 따른 진공 인터럽터의 일 예를 도 1과 도 2를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 1에 도시된 바와 같이 종래기술에 따른 진공 인터럽터, 다시 말해서 일반적인 통상의 진공 인터럽터는 내부가 진공상태로 유지되는 절연 용기(5), 가동접점(6), 고정접점(7), 가동 전극(2), 고정 전극(8), 상부 실 컵(upper seal cup)(3), 하부 실 컵(lower seal cup)(3'), 주름관(bellows)(4), 센터 실드(center shield)(10)를 포함하여 구성된다.
절연 용기(5)는 통상 전기적 절연성과 내열성이 우수한 세라믹(ceramic)을 재료로 제작되며, 내부가 진공상태로 유지된다.
가동 전극(2)은 절연 용기(5)의 내부로 연장되는 부분과 절연 용기(5)의 외부로 연장되는 부분을 가지는 전기적 도체로서, 절연 용기(5)의 내부로 연장되는 부분의 단부에 가동접점(6)이 부착되며, 진공 차단기에 있어서 전력 회로 상의 전원 또는 부하 측에 전기적으로 접속된다.
고정 전극(8)도 절연 용기(5)의 내부로 연장되는 부분과 절연 용기(5)의 외부로 연장되는 부분을 가지는 전기적 도체로서, 절연 용기(5)의 내부로 연장되는 부분의 단부에 고정접점(7)이 부착되며, 진공 차단기에 있어서 전력 회로 상의 상기 가동 전극(2)이 전기적으로 접속되는 반대 측 즉, 가동 전극(2)이 전원 측에 접속되면 부하 측에 접속되고 가동 전극(2)이 부하 측에 접속되면 전원 측에 전기적으로 접속된다.
상부 실 컵(upper seal cup)(3) 및 하부 실 컵(lower seal cup)(3')은 각각 가동 전극(2)과 고정 전극(8)이 절연 용기(5) 내로 연장하게 허용하는 동시에 절연 용기(5)에 용접되어 절연 용기(5)의 내부를 진공상태로 밀폐하기 위한 수단이다.
주름 관(bellows)(4)은 상부 실 컵(upper seal cup)(3)과 가동 전극(2) 사이에 접속되게 설치되어, 가동 전극(2)의 이동을 허용하는 동시에 상부 실 컵(upper seal cup)(3)과 가동 전극(2) 사이를 기밀하게 밀폐하기 위한 수단이다.
센터 실드(10)는 가동접점(6)과 고정접점(7)의 주위에 고정설치되고, 절연 용기(5)에 지지되어 아크의 절연 용기(5)로의 전이(轉移)를 차단하기 위한 수단으 로 통상 금속으로 만들어진다.
도 1에서 미 설명 부호 1은 진공 차단기에서 미 도시의 액튜에이터, 예컨대 스프링 액튜에이터(예컨대 트립 스프링 또는 투입 스프링)로부터의 동력을 가동 전극(2)에 전달하기 위한 동력전달용 로드(rod)로서 전기적 절연재로 만들어져 통상 절연 로드로 불린다.
도 1에서 미 설명 부호 4'은 주름 관(bellows)(4)을 아크로부터 보호하기 위해 가동접점(6)과 주름 관(bellows)(4)사이의 가동 전극(2)의 부분에 함께 이동가능하도록 접속 설치되는 실드 판(shield plate)이다.
도 1에서 미 설명 부호 9는 고정 전극(8)을 지지하는 동시에 진공 차단기에 있어서 전원 또는 부하 측 회로에 고정 전극(8)을 전기적으로 접속하기 위해 연장되는 연결 도체이다.
도 1에서 미 설명 부호 11은 일단 부가 절연 용기(5) 내에 매설되고 타 단부가 센터 실드(10)에 용접되어 센터 실드(10)를 지지하는 지지 부재이다.
상기와 같이 구성되는 종래기술에 따른 진공 인터럽터는 다음과 같이 동작한다.
상기 미 도시의 액튜에이터, 예컨대 스프링 액튜에이터(예컨대 트립 스프링 또는 투입 스프링)로부터 접점 개폐를 위한 동력이 절연 로드(1)를 통해 전달되는 바, 먼저 미 도시의 트립 스프링으로부터 접점 개방을 위한 동력이 절연 로드(1)를 통해 전달되는 경우, 가동 전극(2)가 도 1에서 상방으로 이동하면서 가동접점(6)이 고정접점(7)으로부터 분리되면서 각각의 가동접점(6)과 고정접점(7)에 접속된 회로 의 전원 측과 부하 측의 전기적 접속이 차단되어 해당 진공 인터럽터를 통한 회로의 통전이 차단된다.
다음, 미 도시의 투입 스프링으로부터 접점 폐로(closing)를 위한 동력이 절연 로드(1)를 통해 전달되는 경우, 가동 전극(2)가 도 1에 도시된 상태와 같이 하방으로 이동하여 가동접점(6)이 고정접점(7)에 접촉하여, 각각의 가동접점(6)과 고정접점(7)에 접속된 회로의 전원 측과 부하 측이 전기적으로 연결되고 따라서 해당 진공 인터럽터를 통한 회로가 통전 상태 또는 통전 가능한 상태로 된다.
한편, 상기와 같이 구성되고 동작하는 종래기술에 따른 진공 인터럽터의 접점개방 시 접점 간 이격거리(간극)와 진공 인터럽터에 접속되는 회로의 차단가능한 인가전압(절연 내력) 간의 관계를 보여주는 도 2의 관계도를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 2에 도시된 바와 같이 종래기술에 따른 진공 인터럽터의 접점개방 시 접점 간 이격 거리 즉, 가동접점(6)과 고정접점(7) 간의 이격 거리(간극으로도 칭함)가 약 5 밀리미터(mm)에 도달할 때까지 전기적으로 차단할 수 있는 진공 인터럽터에 접속되는 회로의 차단가능한 인가전압(다르게 절연 내전압 또는 절연 내력이라고도 칭함)이 이격거리의 증가와 비례하게 큰 기울기로 증가하는 관계를 보임을 볼 수 있다. 그러나 약 5밀리미터의 이격거리를 초과하면서부터는 절연 내력이 포화되어, 절연내력이 접점 간 이격 거리의 제곱근에 비례하게 되어, 접점 간 이격거리가 증가함에 따라 진공 인터럽터에 접속되는 회로의 차단가능한 인가전압(절연 내력)이 완만한 기울기로 증가함을 볼 수 있다.
이와 같은 진공 인터럽터에 있어서 접점 개방 초기의 개방속도는 아크를 신속히 소호하고 사고전류로부터 회로 및 부하기기를 보호하는 진공 인터럽터 및 진공 차단기의 특성 상 매우 중요한 요구 특성이다. 그러나, 종래기술에 따른 진공 인터럽터는 도 2의 절연 내력 특성을 통해 알 수 있는 바와 같이, 회로 상의 차단가능한 인가 전압(회로 상 통전 전압)이 150 킬로볼트(Kilo Volt, 이하 KV로 약함)이하인 경우에는 양호한 응답특성을 보이지만, 150 킬로볼트(KV)를 초과하는 초고압의 인가 전압에 대해서는 아크를 신속히 소호하고 사고전류를 차단하는 데 장시간이 소요되어 절연 내력 특성이 초고압용의 진공 인터럽터용으로 부적합한 문제가 있다.
또한, 종래기술에 따른 진공 인터럽터를 구비하는 진공 차단기에 있어서, 접점 개폐를 위한 동력을 발생시키는 구동 액튜에이터(ACTUATOR)로서 트립 스프링(TRIP SPRING)과 투입 스프링(CLOSING SPRING)의 스프링 액튜에이터가 이용되므로, 개폐, 특히 접점 개방 동작시 차단(절연)에 필요한 접점 간 이격거리에 도달한 후에는 개방속도가 감소해야 하나 이러한 접점개방 속도를 조절할 수 있는 수단이 스프링 액튜에이터에는 없다. 따라서 동력의 전달 경로 상 미리 설정된 위치에 스토퍼(stopper)와 같은 제동수단을 설치해야 하고, 이러한 기계적 강제 제동수단에 의해 접점개방을 제동하는 경우, 반발에 의해 접점이 재접촉하는 현상(restriking)이 발생하거나 접점 간 절연거리 미만에서 진동하는 오버 트래블(over travel) 현상을 일으키는 문제가 있다. 이러한 접점 재접촉 현상과 오버 트래블 현상은 단락 전류와 같은 사고전류 발생시 순간적으로 회로를 차단하여, 수백 킬로 볼트 급의 송전선로 또는 변전소의 전력계통에 있어서 취급되는 초고압의 전력 회로에서 회로와 부하 측을 보호해야 하는 초고압용 진공 차단기의 요구 성능상 치명적인 문제점이 될 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 목적은, 진공 인터럽터에 있어서, 접점 개방 동작시 접점 간 이격 거리와 차단가능한 인가 전압의 비례 관계가 종래기술에 따른 진공 인터럽터 대비 비교적 큰 초고압에 대해서도 유지될 수 있는 초고압 개폐용으로 적합한 진공 인터럽터를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 상기의 진공 인터럽터를 구비하고 접점의 개방 속도를 초기에는 고속으로 접점 간의 절연거리가 확보되는 시점부터는 저속으로 개방되도록 조정할 수 있도록 동력을 제공하는 액튜에이터를 갖는 초고압용 진공 차단기를 제공하는 것이다.
상기 본 발명의 일 목적은, 절연용기 내에 설치되는 고정접점과 가동접점을 갖는 진공 인터럽터에 있어서,
상기 고정접점의 후방에 상기 절연용기에 지지되어 설치되고, 접점 개방 시 아크의 전계가 상기 고정접점과 가동접점에 집중하여 형성되도록 유도하는 제 1 서브 센터 실드(sub center shield);
상기 가동접점의 후방에 상기 절연용기에 지지되어 설치되고, 접점 개방 시 아크의 전계가 상기 고정접점과 가동접점에 집중하여 형성되도록 유도하는 제 2 서브 센터 실드; 및
상기 절연용기의 길이 방향 상 중간 부위에 지지되어 설치되는 메인 센터 실 드(main center shield)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 본 발명에 따른 진공 인터럽터를 제공함으로써 달성될 수 있다.
상기 본 발명의 다른 목적은, 절연용기 내에 설치되는 고정접점과 가동접점을 갖는 진공 인터럽터를 구비하는 진공 차단기에 있어서,
상기 고정접점의 후방에 상기 절연용기에 지지되어 설치되고, 접점 개방 시 아크의 전계가 상기 고정접점과 가동접점에 집중하여 발생하도록 유도하는 제 1 서브 센터 실드(sub center shield)와,
상기 가동접점의 후방에 상기 절연용기에 지지되어 설치되고, 접점 개방 시 아크의 전계가 상기 고정접점과 가동접점에 집중하여 발생하도록 유도하는 제 2 서브 센터 실드와,
상기 절연용기의 길이 방향 상 중간 부위에 지지되어 설치되고, 상기 제 1 및 제 2 서브 센터 실드의 직경보다 큰 직경을 가진 메인 센터 실드(main center shield)를 구비하는 진공 인터럽터; 및
출력속도의 조절이 가능한 전자식 액튜에이터를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 본 발명에 따른 진공 차단기를 제공함으로써 달성될 수 있다.
본 발명에 따른 진공 인터럽터는, 기존의 메인 센터 실드 외에 가동접점과 고정접점의 후위에 서브 센터 실드를 추가설치하고 이러한 서브 센터 실드의 직경은 메인 센터 실드의 직경 보다 작은 구성을 가짐으로써, 아크의 전계가 접점부위에 집중되어 접점 개방 동작시 접점 간 이격 거리와 차단할 수 있는 인가 전압의 비례 관계가 종래기술 대비 비교적 큰 초고압까지 확대하여 유지됨으로써 신속한 초고압의 차단에 따라 초고압 개폐용으로 적합한 진공 인터럽터를 얻을 수 있는 효과가 있다.
본 발명에 따른 진공 차단기는, 상기 본 발명에 따른 진공 인터럽터를 구비하여 접점 개방시 신속한 초고압의 차단에 따라 초고압 개폐용으로 적합한 진공 차단기를 얻을 수 있고, 접점 개폐의 동력원으로서 전자식 액튜에이터를 구비하여 접점의 개방 속도를 초기에는 고속으로 접점 간의 절연거리가 확보되는 시점부터는 저속으로 개방되도록 조정할 수 있어서 오버 트래블과 접점 재접촉의 현상 발생을 방지할 수 있고 차단 성능에 우수한 진공 차단기를 얻을 수 있는 효과가 있다.
상기 본 발명의 목적과 이를 달성하는 본 발명의 구성 및 그의 작용효과는 첨부한 도면을 참조한 본 발명의 바람직한 실시 예에 대한 이하의 설명에 의해서 좀 더 명확히 이해될 수 있을 것이다.
먼저, 본 발명에 따른 진공 인터럽터의 구성을 보여주는 종 단면도인 도 4를 참조하여 본 발명의 구성을 설명한다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 진공 인터럽터는 절연 용기(25) 내에 설치되는 고정접점(27)과 가동접점(26)을 구비한다.
도 4에 있어서 본 발명에 따른 진공 인터럽터에 포함되는 본 발명에 따른 특징적 구성요소로서 제 1 서브 센터 실드(sub center shield)(33)는 고정접점(27)의 후방에 절연용기(25)에 지지되어 설치되고, 접점 개방 시 아크의 전계가 고정접 점(27)과 가동접점(26)에 집중하여 발생하도록 유도한다. 더욱 상세히, 제 1 서브 센터 실드(33)는 상기 고정접점(27)의 바로 뒤쪽 위치로부터 미리 결정된 길이만큼 연장하는 실린더(cylinder)형의 실드로 구성된다.
도 4에 있어서 본 발명에 따른 진공 인터럽터에 포함되는 본 발명에 따른 특징적 구성요소로서 제 2 서브 센터 실드(32)는 가동접점(26)의 후방에서 절연용기(25)에 지지되어 설치되고, 접점 개방 시 아크의 전계가 고정접점(27)과 가동접점(26)에 집중하여 발생하도록 유도한다. 제 2 서브 센터 실드(32)는 상기 가동접점(26)의 바로 뒤쪽 위치로부터 미리 결정된 길이만큼 연장하는 실린더 형의 실드로 구성된다.
도 4에 있어서 본 발명에 따른 진공 인터럽터에 포함되는 본 발명에 따른 특징적 구성요소로서 메인 센터 실드(main center shield)(29)는 절연용기(25)의 길이 방향 상 중간 부위에 지지되어 설치되고, 제 1 및 제 2 서브 센터 실드(33, 32)의 직경보다 큰 직경을 가진다.
도 4에 있어서 본 발명에 따른 특징적 구성요소는 아니지만 본 발명에 따른 진공 인터럽터에 포함되는 미설명한 구성요소로서 가동 전극 연장 부(21), 가동 전극(22), 상부 실 컵(upper seal cup)(23), 하부 실 컵(lower seal cup)(23'), 주름 관(bellows)(24), 고정 전극(28), 지지 부재(30), 고정 전극 연장 부(31), 지지 부재(32a) 및 (33a)가 있다.
가동 전극 연장 부(21)는 전기적 도체로 구성되며 절연 용기(25) 내로 연장되는 부분과 절연 용기(25)의 외부로 연장되는 부분을 가진다. 가동 전극 연장 부(21)의 외부로 연장되는 부분은 진공 차단기의 전원 측 단자 또는 부하 측 단자에 전기적으로 접속될 수 있으며, 도 6에 도시된 영구자석 액튜에이터(40)와 같은 전자식 액튜에이터의 출력 축에 직결되거나 또는 링크(link)를 통해 접속되어 접점 개폐 구동력을 가동 전극(22)에 전달할 수 있다.
가동 전극(22)은 가동 전극 연장 부(21)에 접속되는 일 단 부와 가동접점(26)이 부착되는 타 단 부를 가진 전기적 도체로서 절연 용기(25) 내에서 접점 개폐를 위해 직선적으로 이동가능하다.
상부 실 컵(upper seal cup)(23) 및 하부 실 컵(lower seal cup)(23')은 절연 용기(25)의 내부가 진공상태를 유지하도록 절연 용기(25)의 상부와 하부를 각각 기밀하게 밀폐하는 수단으로서, 컵(cup) 형상이고, 각각 절연 용기(25)의 상부와 하부에 용접에 의해 접속된다.
주름 관(24)은 상부 실 컵(23)과 가동 전극 연장 부(21) 사이에 접속되게 설치되어, 가동 전극(2)의 이동을 허용하는 동시에 상부 실 컵(upper seal cup)(3)과 가동 전극(2) 사이를 기밀하게 밀폐한다.
고정 전극(28)은 절연 용기(25)의 내부에서 고정접점(27)이 부착되는 일 단 부와 고정 전극 연장 부(31)에 접속되는 타 단부를 가진 전기적 도체이다.
지지 부재(30)는 일 단 부가 절연 용기(25)에 매설되며 타 단 부는 메인 센터 실드(29)에 용접되어 메인 센터 실드(29)를 지지한다.
고정 전극 연장 부(31)는 전기적 도체로 구성되며 절연 용기(25) 내로 연장되는 부분과 절연 용기(25)의 외부로 연장되는 부분을 가진다. 가동 전극 연장 부(21)의 외부로 연장되는 부분은, 진공 차단기에 있어서 전력 회로 상의 상기 가동 전극 연장 부(21)가 전기적으로 접속되는 반대 측 즉, 가동 전극 연장 부(21)가 전원 측 단자에 접속되면 고정 전극 연장 부(31)는 부하 측 단자에 접속되고 가동 전극 연장 부(21)가 부하 측 단자에 접속되면 고정 전극 연장 부(31)는 전원 측 단자에 전기적으로 접속된다.
지지 부재(32a) 및 (33a)는 각각 제 1 및 제 2 서브 센터 실드(33, 32)를 절연 용기(25)에 지지하기 위한 수단으로서 일 단 부가 제 1 서브 센터 실드(33) 또는 제 2 서브 센터 실드(32)에 용접되고 타 단 부는 절연 용기(25)에 매설된다.
한편 본 발명에 따른 진공 차단기에 있어서 본 발명에 따른 진공 인터럽터에 접속되어 접점 개폐 구동력을 제공하는 영구자석 액튜에이터의 구성을 보여주는 단면도인 도 6을 참조하여 설명한다.
도 6에 도시된 바와 같이, 영구자석 액튜에이터는 제 1 코일(41), 제 2 코일(42), 철심(43), 영구자석(44), 이동자(45)를 포함하여 구성된다. 부호 45a는 영구자석 액튜에이터의 출력 축으로서 이동자(45)에 접속되어 일체로 직선 이동가능하다.
제 1 코일(41)은 여자(勵磁)되었을 때 상기 본 발명에 따른 진공 인터럽터의 가동접점을 폐로 위치(고정 접점에 접촉하는 위치) 또는 개로 위치(고정 접점으로부터 분리되는 위치)로 이동하도록 자속을 발생시킨다. 다시 말해서, 수평 환(ring) 형상으로 도선을 감아서 구성되는 제 1 코일(41)에 전압을 인가하고 전류를 흘려주면, 제 1 코일(41)에 흐르는 전류의 방향은 수평 원의 형상을 가지며, 이 러한 제 1 코일(41)에 흐르는 전류의 방향인 수평 원 방향에 직각인 수직방향으로 자속이 발생한다. 이러한 제 1 코일(41)에 흐르는 전류에 의해 발생하는 수직방향의 자속은 더욱 상세히는 이동자(45)를 수직방향에 있어 상방으로 흡인하는 자력을 발생시키고, 이동자(45)의 상방 이동은 이동자(45)에 접속된 출력축(45a)을 통해 미도시의 링크를 통해 또는 직접 접속되는 상기 본 발명에 따른 진공 인터럽터의 도 4에 도시된 가동전극 연장 부(21)과 가동 전극(22)를 통해 가동접점(도 미 도시)을 접점 개방 또는 접점 폐로의 위치로 개폐 구동하게 된다.
제 2 코일(42)은 제 1 코일(41)로부터 도 6에서 수직방향 상 미리 설정된 거리만큼 이격하여 설치되며, 여자(勵磁)되었을 때 상기 본 발명에 따른 진공 인터럽터의 가동접점을 폐로 위치(고정 접점에 접촉하는 위치) 또는 개로 위치(고정 접점으로부터 분리되는 위치)로 이동하도록 자속을 발생시킨다. 다시 말해서, 수평 환(ring) 형상으로 도선을 감아서 구성되는 제 2 코일(42)에 전압 인가와 함께 전류를 흘려주면, 제 2 코일(42)에 흐르는 수평 원의 형상을 가지는 전류에 의해서, 이러한 제 2 코일(42)에 흐르는 전류의 방향인 수평 원 방향에 직각인 수직방향으로 자속이 발생한다. 이러한 제 2 코일(42)에 흐르는 전류에 의해 발생하는 수직방향의 자속은 더욱 상세히는 이동자(45)를 직선으로 제 2 코일(42) 쪽으로 흡인하는 자력을 발생시키고, 이동자(45)의 제 2 코일(42) 쪽으로의 직선 이동은 이동자(45)에 링크(미 도시)를 통해서 또는 직접 접속되는 출력축(45a)를 통해 접속되는 상기 진공 인터럽터의 도 4의 가동 전극 연장 부(21) 및 가동 전극(22)을 통해 가동접점(26)을 고정접점(27)에 접촉하거나 고정접점(27)으로부터 분리되게 구동할 수 있 게 된다.
철심(43)은 제 1 코일(41) 및 제 2 코일(42)의 주변에 설치되어, 제 1 코일(41) 또는 제 2 코일(42)로부터의 자속이 이동하는 자로(磁路)를 제공한다. 다시 말해서, 제 1 코일(41) 또는 제 2 코일(42)로부터 발생한 자속은 철심(43)과 이동자(45)를 통해 이동하여 자속이 이동하는 폐 회로형태의 이동 통로를 구성한다. 철심(43)은 다수의 얇은 철재(鐵材) 박판을 적층하여 구성되는 잘 알려진 적층 철심으로 구성될 수 있다.
상기 본 발명에 따른 진공 인터럽터의 접점개폐를 위한 동력을 발생시키기 위해서, 이동자(45)는 제 1 코일(41)의 내부와 제 2 코일(42)의 내부를 통해 직선적으로 이동가능하다.
영구자석(44)은 이동자(45)와 철심(43) 사이에 설치되어, 이동자(45)에 위치를 유지시키는 자력을 제공한다. 즉, 이동자(5)가 제 1 코일(41) 또는 제 2 코일(42)에 의해 흡인된 위치에서, 이동자(45)는 영구자석(44)으로부터의 자력에 의해 위치 유지된다.
도 6에서 영구자석(44)과 철심(43)을 관통하게 표시된 화살표는 자속의 이동을 표시하며, 제 2 코일(42) 주위의 점선 원은 제 2 코일(42)에 전류를 흘려 여자했을 때 제 2 코일(42) 주위에 형성되는 자속의 이동 회로를 표시한다.
상기와 같이 구성되는 영구자석 액튜에이터(40)의 동작과 영구자석 액튜에이터(40)의 동작에 의해 구동되는 본 발명에 따른 진공 인터럽터의 동작은 결국 이들영구자석 액튜에이터(40)와 본 발명에 따른 진공 인터럽터를 포함하는 본 발명에 따른 진공 차단기의 동작이 되며, 이러한 동작을 도 4 및 도 6을 참조하여 설명한다.
미 도시한 전원과, 전원과 제 1 코일(41) 및 제 2 코일(42) 사이의 전기적 경로에 각각 직렬 접속되는 제 1 과 제 2의 스위치(미 도시)와, 상기 제 1 과 제 2의 스위치의 개폐를 제어하는 제어회로 부를 구성한 상태에서, 제 1 코일(41)에 전압을 인가하고 전류를 흘려주어서 제 1 코일(41)을 여자하면, 이동자(45)는 도 6에 도시된 상태로부터 영구자석(44)의 위치 유지력을 극복하고 제 1 코일(41) 쪽으로 흡인되어 직선 이동한다. 이러한 직선 이동시의 속도 즉, 영구자석 액튜에이터(40)의 출력속도는 제 1 코일(41)에 인가하는 전압의 크기 또는 전류의 양을 조정함에 의해서 가변되게 조정 가능하다. 출력축(45a)에 전술한 본 발명에 따른 진공 인터럽터의 가동 전극 연장 부(21)가 직결된 경우, 이동자(45)의 제 1 코일(41) 쪽으로의 직선 이동은 가동 접점(도 4에서 부호 26 참조)이 고정 접점(도 4에서 부호 27 참조)에 접촉하는 즉 폐로 위치로 구동하게 된다. 한편, 피벗(pivot) 축을 중심으로 회전가능한 링크(link)의 일 단 부에 출력축(45a)이 접속되고 상기 링크의 타 단 부에 전술한 본 발명에 따른 진공 인터럽터의 가동 전극 연장 부(21)가 접속되는 경우, 이동자(45)의 제 1 코일(41) 쪽으로의 직선 이동은 가동 전극 연장 부(21)와 가동 전극(22)을 통해 가동 접점(26)을 고정 접점(27)으로부터 분리되는 위치 즉 접점개방 위치로 구동하게 된다.
제 2 코일(42)에 전압을 인가하고 전류를 흘려주어서 제 2 코일(42)을 여자하면, 이동자(45)는 영구자석(44)의 위치 유지력을 극복하고 제 2 코일(42) 쪽으로 흡인되어 직선 이동하여 도 6에 도시된 상태로 된다. 이러한 직선 이동시의 속도 즉, 영구자석 액튜에이터(40)의 출력속도는 제 2 코일(42)에 인가하는 전압의 크기 또는 전류의 양을 조정함에 의해서 가변되게 조정 가능하다. 출력축(45a)에 전술한 본 발명에 따른 진공 인터럽터의 가동 전극 연장 부(21)가 직결된 경우, 이동자(45)의 제 2 코일(42) 쪽으로의 직선 이동은 가동 전극 연장 부(21)와 가동 전극(22)를 통해 가동 접점(26)을 고정 접점(27)으로부터 분리되는 위치, 즉 개로 위치로 구동하게 된다. 한편, 피벗(pivot) 축을 중심으로 회전가능한 링크(link)의 일 단 부에 출력축(45a)이 접속되고 상기 링크의 타 단 부에 전술한 본 발명에 따른 진공 인터럽터의 가동 전극 연장 부(21)가 접속되는 경우, 이동자(45)의 제 2 코일(42) 쪽으로의 직선 이동은 가동 전극 연장 부(21)와 가동 전극(22)를 통해 가동 접점(26)을 고정 접점(27)에 접촉하는 위치, 즉 접점 폐로 위치로 구동하게 된다.
여기서, 본 발명에 따른 진공 인터럽터는 접속되는 회로 상에 단락전류와 같은 사고전류가 통전하여 접점을 개방하게 동작할 때 접점 즉, 가동 접점(26)과 고정 접점(27)의 사이에서 아크가 발생하는 데, 고정접점(27)의 후방에 설치되는 제 1 서브 센터 실드(33)과, 가동접점(26)의 후방에 설치되는 제 2 서브 센터 실드(32)에 의해서 아크의 전계가 고정접점(27)과 가동접점(26)에 집중하여 발생하므로 접점 간 이격 거리와 차단할 수 있는 인가 전압의 비례 관계가 종래기술 대비 비교적 큰 초고압까지 확대될 수 있다. 이러한 작용효과는 도 5를 참조하여 확인할 수 있다. 즉, 도 5에서 볼 수 있는 바와 같이 고정접점(27)과 가동접점(26) 간의 이격 거리가 약 10 밀리미터(mm)가 될 때까지 접점 간 이격 거리 대비 차단 가능한 전압은 비례하여 증가한다. 따라서, 본 발명에 따른 진공 인터럽터는 접점 간 이격 거리 대비 비례하여 차단 가능한 전압이 약 250 킬로볼트(KV)의 초고압까지 종래기술(접점 간 이격 거리 대비 비례하여 차단 가능한 전압이 약 150킬로 볼트까지로 한정됨) 대비하여 약 100 킬로볼트(KV)의 차단 성능 향상이 있음을 알 수 있다. 고정접점(27)과 가동접점(26) 간의 이격 거리가 약 10 밀리미터(mm)를 초과할 때부터접점 간 이격 거리 대비 차단 가능한 전압은 접점 간 이격 거리의 제곱근에 비례한다.
또한 본 발명에 따른 진공 인터럽터와 상술한 영구자석 액튜에이터를 접속하여 구성되는 본 발명에 따른 진공 차단기는 고정접점(27)과 가동접점(26) 간의 개방 속도를 초기에는 고속으로 조정하여 회로의 차단속도를 고속화할 수 있고, 접점 간의 절연거리가 확보되는 시점부터는 저속으로 개방되도록 조정할 수 있어서 오버 트래블과 접점 재접촉의 현상 발생을 방지할 수 있어서 차단 성능에 우수한 진공 차단기를 얻을 수 있다.
도 1은 종래기술에 따른 진공 인터럽터의 구성을 보여주는 종 단면도이고,
도 2는 종래기술에 따른 진공 인터럽터에 있어서 접점 간 이격거리와 차단 가능한 인가전압의 관계를 보여주는 접점 간 이격거리 대비 절연내력의 관계도이며,
도 3은 종래기술에 따른 진공 인터럽터에 있어서 접점 개방 동작시 시간경과에 따른 접점 간 간극의 변화를 보여주는 시간 대비 접점 간 간극 변화 관계도이고,
도 4는 본 발명에 따른 진공 인터럽터의 구성을 보여주는 종 단면도이고,
도 5는 본 발명에 따른 진공 인터럽터에 있어서 접점 간 이격거리와 차단 가능한 인가전압의 관계를 보여주는 접점 간 이격거리 대비 절연내력의 관계도이며,
도 6은 본 발명에 따른 진공 차단기에 있어서 본 발명에 따른 진공 인터럽터에 접속되어 접점 개폐 구동력을 제공하는 영구자석 액튜에이터의 구성을 보여주는 단면도이다.
*도면의 주요부에 대한 부호의 설명
1: 절연 로드 2: 가동 전극
3, 3': 상부 및 하부 실 컵(seal cup)
4: 주름 관 4': 실드 판
5: 절연 용기 6: 가동 접점
7: 고정 접점 8: 고정 전극
9: 연결 도체 10: 센터 실드
11: 지지 부재 21: 절연 로드
22: 가동 전극 23: 상부 실 컵
23': 하부 실 컵
24: 주름 관 25: 절연 용기
26: 가동 접점 27: 고정 접점
28: 고정 전극 29: 메인 센터 실드
30: 지지 부재 31: 절연 로드
32: 제 2 서브 센터 실드
33: 제 1 서브 센터 실드
40: 영구자석 액튜에이터 41: 제 1 코일
42: 제 2 코일 43: 철심
44: 영구자석 45: 이동자
45a: 출력축

Claims (6)

  1. 절연용기 내에 설치되는 고정접점과 가동접점을 갖는 진공 인터럽터에 있어서,
    상기 고정접점의 후방에 상기 절연용기에 지지되어 고정설치되고 상기 고정접점과 이격하여 설치되며, 접점 개방 시 아크의 전계가 상기 고정접점과 가동접점에 집중하여 발생하도록 유도하는 제 1 서브 센터 실드(sub center shield);
    상기 가동접점의 후방에 상기 절연용기에 지지되어 고정설치되고 상기 가동접점과 이격하여 설치되며, 접점 개방 시 아크의 전계가 상기 고정접점과 가동접점에 집중하여 발생하도록 유도하는 제 2 서브 센터 실드; 및
    상기 절연용기의 길이 방향 상 중간 부위에 지지되어 설치되는 메인 센터 실드(main center shield)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 진공 인터럽터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 메인 센터 실드의 직경은 상기 제 1 및 제 2 서브 센터 실드의 직경보다 큰 것을 특징으로 하는 진공 인터럽터.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제 1 서브 센터 실드는 상기 고정접점의 바로 뒤쪽 위치로부터 미리 결정된 길이만큼 연장하는 실린더 형의 실드로 구성되는 것을 특징으로 하는 진공 인 터럽터.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제 2 서브 센터 실드는 상기 가동접점의 바로 뒤쪽 위치로부터 미리 결정된 길이만큼 연장하는 실린더 형의 실드로 구성되는 것을 특징으로 하는 진공 인터럽터.
  5. 절연용기 내에 설치되는 고정접점과 가동접점을 갖는 진공 인터럽터를 구비하는 진공 차단기에 있어서,
    상기 고정접점의 후방에 상기 절연용기에 지지되어 고정설치되고 상기 고정접점과 이격하여 설치되며, 접점 개방 시 아크의 전계가 상기 고정접점과 가동접점에 집중하여 발생하도록 유도하는 제 1 서브 센터 실드(sub center shield)와,
    상기 가동접점의 후방에 상기 절연용기에 지지되어 고정설치되고 상기 가동접점과 이격하여 설치되며, 접점 개방 시 아크의 전계가 상기 고정접점과 가동접점에 집중하여 발생하도록 유도하는 제 2 서브 센터 실드와,
    상기 절연용기의 길이 방향 상 중간 부위에 지지되어 설치되고, 상기 제 1 및 제 2 서브 센터 실드의 직경보다 큰 직경을 가진 메인 센터 실드(main center shield)를 구비하는 진공 인터럽터; 및
    출력속도의 조절이 가능한 전자식 액튜에이터를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 진공 차단기.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 전자식 액튜에이터는 흘려주는 전류 또는 인가 전압을 조정함으로써 출력속도의 조정이 가능한 영구자석 액튜에이터인 것을 특징으로 하는 진공 차단기.
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