KR101044423B1 - 차단기 및 그 개폐방법 - Google Patents

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KR101044423B1
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요시히코 마츠다
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게이이치 미야시타
시게토시 오우치
마사아키 사이토
아키히토 야노
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가부시키가이샤 히타치세이사쿠쇼
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Abstract

본 발명은 전자 반발기구에 의한 전류차단 도중 시에 생기는 가동 전극측 축의 튀어오름을 회피한 신뢰성이 높은 차단기를 제공하는 것이다.
제 1 코일(진공밸브)(51)과, 전자 반발작용에 의하여 상기 제 1 코일(51)의 조작축을 개극방향으로 구동하는 개극수단을 구비한 차단기(5)에서 영구자석(306)의 흡인력에 의하여 제 1 코일(51)을 폐극상태로 유지하는 전자석(301)을 가지고, 전자 반발작용에 의한 개극 동작시에, 전자 반발 코일(170)과 전자석(301)의 제 2 코일(305b)을 동시에 여자한다.

Description

차단기 및 그 개폐방법{CIRCUIT BREAKER AND METHOD FOR SWITCH THE SAME}
본 발명은 차단기 및 그 개폐방법에 관한 것으로, 특히 전자 반발작용에 의하여 진공밸브의 조작축을 개극방향으로 고속으로 구동시키는 개극수단을 구비한 것에 적합한 차단기 및 그 개폐방법에 관한 것이다.
전자 반발작용에 의하여 진공밸브의 조작축을 개극방향으로 고속 구동하는 개극수단은, 전자 반발 코일 및 그것과 대향하여 배치한 링 형상의 구리판으로 구성되고, 콘덴서 방전 등에 의하여 개극수단의 전자 반발 코일을 급속 여자하고, 코일전류와 구리판에 발생하는 와전류와의 전자 반발력을 이용하여 진공밸브를 개극 동작시키는 것이다.
전자 반발기구를 구비한 차단기에는 직류 차단기와 고속 차단기가 있다. 전자(前者)는, 미리 콘덴서에 충전하여 둔 전하를 계통전류와 반대방향으로 주입하여 강제적으로 전류 제로점을 만들어 차단하는 것이다. 직류계통에서 단락사고가 발생하면 저항 및 인덕턴스의 회로 정수로 결정되는 상승이 빠른 단락전류 등의 과전류가 흐르기 때문에, 차단기에는 고속동작이 요구된다.
한편, 고속 차단기는, 자가발전계통 등에 사용되는 것으로, 전력계통 정전시 의 자가발전기측으로부터의 전력 유출의 방지, 과부하에 따르는 전원 공도(共倒)의 회피, 정전계통으로부터 건전계통으로의 고속 변환에 의한 중요 부하의 운전 계속 등을 목적에 도입한다. 상기 차단기도 개극지령을 받고 나서 수 ms 이내에서의 응답이 요구되기 때문에, 전자 반발기구를 이용하고 있다.
이 전자 반발기구를 탑재한 차단기로서는, 예를 들면 특허문헌 1에 나타나 있는 바와 같이, 진공밸브와, 이 진공밸브의 개폐방향에 설치한 조작기구와, 이 조작기구의 도중에 설치한 전자 반발기구를 구비하고, 또한 전류차단 도중에서의 가동 전극측의 축의 튀어오름(반동)을 저감시키는 기구를 구비한 것이 알려져 있다.
[특허문헌 1]
일본국 특개2000-299041호 공보
그러나, 상기한 종래의 차단기에서는 고속 차단시에, 소정의 개극 속도를 얻을 뿐만 아니라, 폐극상태를 유지하는 영구자석의 흡인력을 상회하는 전자 반발력이 필요하게 되기 때문에 전자 반발기구의 대형화 및 전원 용량의 증가를 할 수 밖에 없게 된다. 또 진공밸브와 그 조작기구의 사이에 전자 반발기구 및 전자 반발기구의 작동시에 생기는 가동 전극측의 축의 튀어오름을 저감시키는 기구가 상하방향으로 직렬로 배치되어 있기 때문에, 진공밸브의 조작기구에 의하여 진공밸브를 개폐 조작할 때는 전자 반발기구 및 가동 전극측의 축의 튀어 오름 저감기구를 함께 이동시킬 필요가 있다.
이 때문에 진공밸브의 조작기구가 예를 들면 전자조작방식의 경우, 그 구성부품인 영구자석, 여자 코일 등의 용량을 크게 하지 않으면 안되기 때문에, 진공밸브의 조작기구가 대형화한다. 또 진공밸브의 조작기구의 조작성도 저하할 가능성도 있다.
본 발명은 상기한 점을 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적은 전자 반발기구에 의한 폐극상태의 해제를 용이하게 하고, 또한 전류차단 도중시에 생기는 가동 전극측 축의 튀어 오름을 간이한 구성으로 저감할 수 있음과 동시에, 조작성이 양호한 차단기 및 그 개폐방법을 제공하는 것에 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 차단기는, 진공밸브를 개폐하는 전 자석 내의 제 1 코일과, 그 제 1 코일과 함께 상기 전자석 내에 설치된 제 2 코일과, 이 제 2 코일과 직렬로 접속된 전자 반발 코일을 구비하고, 전자 반발작용에 의한 고속 개극 동작시에, 상기 제 2 코일과 전자 반발 코일을 동시에 여자하거나, 또는 진공밸브와, 전자 반발작용에 의하여 상기 진공밸브의 조작축을 개극방향으로 구동하는 코일, 가동철심, 영구자석으로 이루어지는 전자석과, 상기 코일을 여자하여 상기 진공밸브의 투입동작을 행하고, 상기 영구자석의 흡인력에 의하여 상기 진공밸브를 폐극상태로 유지하고, 투입동작시와 반대방향으로 상기 코일을 여자하여 상기 진공밸브를 개극 동작시키는 조작기구를 구비한 차단기에 있어서, 상기 코일과 함께 전자석 내에 전자 반발작용에 의한 고속 개극 동작시에 전자 반발작용을 위한 전자 반발 코일과 동시에 여자되는 제 2 코일이 설치되어 있는 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명의 차단기의 개폐방법은, 제 1 코일을 여자함으로써 진공밸브를 개폐하고, 상기 제 1 코일과 함께 전자석 내에 설치된 제 2 코일과 직렬로 접속된 전자 반발 코일을, 전자 반발작용에 의한 고속 개극 동작시에 동시에 여자하거나 또는 전자 반발작용에 의하여 진공밸브의 조작축을 개극방향으로 구동하는 전자석의 코일을 여자하여 상기 진공밸브의 투입동작을 행하고, 전자석의 영구자석의 흡인력에 의하여 상기 진공밸브를 폐극상태로 유지하며, 투입동작시와 반대방향으로 상기 코일을 여자하여 상기 진공밸브를 개극 동작시키는 차단기의 개폐방법에 있어서, 상기 코일과 함께 상기 전자석 내에 설치된 제 2 코일과 전자 반발작용을 위한 전자 반발 코일이, 전자 반발작용에 의한 고속 개극 동작시에 동시에 여자되는 것 을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 전자 반발기구에 의한 개극 동작과 동시에, 투입동작시와 반대방향으로 전자석의 코일을 여자하기 때문에, 폐극상태를 유지하는 영구자석의 흡인력이 저감하여 폐극상태의 해제를 용이하게 하고, 또한 전류차단 도중에 생기는 가동 전극측 축의 튀어오름을 간이한 구성으로 저감할 수 있음과 동시에, 조작성이 양호한 차단기 및 그 개폐방법을 얻을 수 있다.
전자 반발기구에 의한 폐극상태의 해제를 용이하게 하고, 또한 전류차단 도중시에 생기는 가동 전극측 축의 튀어 오름을 간이한 구성으로 저감할 수 있음과 동시에, 조작성이 양호한 차단기 및 그 개폐방법을 제공한다는 목적을 간이한 구성으로 실현하였다.
이하, 본 발명의 차단기의 실시형태를 설명한다.
도 1 내지 도 7, 및 도 14는, 본 발명의 차단기인 전류식 직류 차단기의 일 실시형태를 나타내는 것으로, 도 1은 본 발명의 차단기인 전류식 직류 차단기의 일 실시형태의 좌측면도, 도 2는 도 1에 나타내는 본 발명의 차단기인 전류식 직류 차단기의 일 실시형태의 배면도, 도 3은 도 1에 나타내는 본 발명의 차단기인 전류식 직류 차단기의 일 실시형태의 우측면도, 도 4는 도 1에 나타내는 본 발명의 차단기인 전류식 직류 차단기의 일 실시형태의 정면도, 도 5는 도 1에 나타내는 본 발명의 차단기인 전류식 직류 차단기의 일 실시형태를 적용한 시스템 회로도, 도 6은 도 1에 나타내는 본 발명의 차단기인 전류식 직류 차단기의 일 실시형태의 사고시의 조작을 나타내는 타임차트도, 도 7은 도 1에 나타내는 본 발명의 차단기인 전류식 직류 차단기의 일 실시형태의 통상 운전시의 조작을 나타내는 타임차트도이다. 또 도 14는 본 발명의 차단기인 전류식 직류 차단기의 일 실시형태를 사용한 스위치 기어의 좌측 단면도를 나타낸다.
(실시예 1)
먼저, 도 5 내지 도 7을 이용하여 본 발명의 차단기인 전류식 직류 차단기의 일 실시형태의 사용방법 및 운전방법에 대하여 설명한다.
도 5에서 부호 1은 직류전원이고, 일반적인 직류 귀전 회로에서는 양극 1500 V의 전압을 공급한다. 2는 전차 등의 부하를 나타낸다. 3은 부하에 전기를 공급하는 귀전선(return feeder)이고, 4는 부하(2)와 직류전원(1)을 연결하는 귀선을 나타낸다. 본 발명의 차단기인 전류식(轉流式) 직류 차단기(5)는, 귀전선(3)의 도중에 삽입되고, 직류전원(1)으로부터 부하(2)에 공급되는 전력을 스위칭한다.
전류식 직류 차단기(5)는, 제 1 주스위치(51), 제 2 주스위치(52), 제 1 부스위치(53) 및 제 2 부스위치(54)의 4개의 스위치와, 제어장치(900)로 구성된다. 전류식 직류 차단기(5)에는 제 1 콘덴서(55), 제 2 콘덴서(56) 및 리액터(57)가 접속된다. 제 1 주스위치(51)와 제 2 주스위치(52)는 귀전선(3)에 직렬하여 삽입되고, 제 1 주스위치(51)를 직류전원(1)측, 제 2 주스위치(52)를 부하(2)측에 각각 배치한다. 제 1 부스위치(53)와 제 1 콘덴서(55)와 리액터(57)의 직렬 회로는 제 1 주스위치(51)에 병렬하여 접속하고, 제 2 부스위치(54)와 제 2 콘덴서(56)의 직렬 회로는 제 1 콘덴서(55)에 병렬 접속한다.
귀전선(3)에 설치한 변류기(58)는, 귀전선(3)의 통전전류를 검출하고, 그 전류값을 과전류 트리핑장치(59)에 입력한다. 과전류 트리핑장치(59)는 자동차단 설정값을 가지고, 귀전선(3)을 흐르는 전류값이 그 설정값 이상에 도달한 시점에서 개극 지령(11)을 출력한다. 제어장치(900)는 외부 지령(10) 또는 과전류 트리핑장치(59)로부터의 개극 지령(11)을 받아 전류식 직류 차단기(5)에 개폐 지령을 준다.
제 1 부스위치(53)는 제 1 주스위치(51)와 연동하고, 제 1 주스위치(51)가 개극한 후, 시간 t1(예를 들면 2 ms)이 늦어져 일단 폐극하고, 그 후 개극한다. 한편, 제 2 부스위치(54)는 제 2 주스위치(52)와 연동하고, 제 2 주스위치(52)가 개극하는 시간 t2(예를 들면 2.5 ms)전에 개극한다.
부하(2)를 운전할 때에는 제 1 주스위치(51)와 제 2 주스위치(52)를 폐극하고, 부하(2)에 직류 1500 V를 인가한다. 이 때, 제 1 부스위치(53)는 개극, 제 2 부스위치(54)는 폐극시켜 둔다. 또 제 1 콘덴서(55)와 제 2 콘덴서(56)는 직류전원(1)측을 기준으로 하여 +2000 V로 충전하여 둔다.
부하(2)의 고장, 또는 귀전선(3)에서 지락사고 등이 발생하면, 귀전선(3)에는 회로 정수로 결정되는 매우 크고, 상승이 빠른 사고전류가 흐른다. 예를 들면 회로저항 15 mΩ, 회로 인덕턴스 150μH일 때, 최대 도달 전류는 100 kA, 최대 돌진율은 10 kA/ms에 미친다. 이와 같은 사고전류가 발생한 경우, 설비에 대한 영향을 최소한도로 억제하기 위해서는 고속으로 사고전류를 차단하지 않으면 안된다. 먼저 변류기(58)로 사고 전류값을 검출하고, 과전류 트리핑장치(59)에 입력한다. 과전류 트리핑장치(59)의 자동 차단 설정값을 예를 들면 12000 A로 설정하여 두면, 사고 전류값이 12000 A에 도달한 시점에서 개극 지령(11)이 제어장치(900)에 발신된다. 제어장치(900)로부터의 지령에 의하여 제 1 주스위치(51)가 개극한다. 제 1 주스위치(51)의 개극에 의하여 제 1 부스위치(53)가 시간 t1이 늦어져 폐극한다. 이에 의하여 제 1 콘덴서(55), 제 2 콘덴서(56), 리액터(57), 제 1 주스위치(51), 제 1 부스위치(53), 제 2 부스위치(54)로 이루어지는 LC 공진회로가 성립하고, 충전장치(50)로 미리 충전하여 둔 제 1 콘덴서(55)와 제 2 콘덴서(56)가 방전하여 사고전류의 방향과 반대방향의 전류(轉流)전류(電流)가 제 1 주스위치(51)에 주입된다. 제 1 콘덴서(55)의 정전용량을 600μF, 제 2 콘덴서(56)의 정전용량을 1200μF로 하였을 때, 반대방향의 전류(轉流)전류(電流)값은 최대 40 kA가 되기 때문에, 사고 전류값이 40 kA에 도달하기 이전에 제 1 부스위치(53)가 폐극하도록 하면, 사고전류와 전류(轉流)전류(電流)가 상쇄된다. 제 1 주스위치(51)를 통과하는 전류가 제로가 된 시점에서 제 1 주스위치(51)가 차단 완료된다. 제 1 주스위치(51)가 개극한 후, 시간 t3 지연하여 제 2 주스위치(52)가 개극하나, 시간 t3을 t3 > t1 + t2의 조건을 만족하도록 설정하여 두면, 제 1 부스위치(53)가 폐극하기 전에 제 2 부스위치(54)가 개극하는 일은 없기 때문에, 제 1 콘덴서(55)와 제 2 콘덴서(56)를 동시에 방전할 수 있고, 상기와 같은 대전류에 대응할 수 있다. 또한 제 1 주스위치(51)가 차단 완료되어도 제 1 부스위치(53)와 제 2 부스위치(54)는 모두 폐극상태가 되는 기간이 존재하기 때문에, 제 1 콘덴서(55)와 제 2 콘덴서(56)가 직류전원(1)에 의하여 충전된다. 이 충전전류는 충전전압이 상승하고, 회로전류가 제로 부근, 진공밸브의 차단 전류값 이하가 된 시점에서 차단된다.
한편, 통상의 운전상태에서의 전류식 직류 차단기(5)의 차단동작은, 외부 지령(10)에 의한다. 외부 지령(10)에 의하여 개극 지령을 받았을 때, 제 1 주스위치(51)와 제 2 주스위치(52)는 동시에 개극한다. 이때 제 2 부스위치(54)는 제 2 주스위치(52)가 개극하기 전의 시간 t2에서 먼저 개극하고 있기 때문에, 제 1 부스위치(53)가 폐극하였을 때에는 제 1 콘덴서(55), 리액터(57), 제 1 주스위치(51), 제 1 부스위치(53)로 이루어지는 LC 공진회로가 성립한다.
미리 충전하여 둔 제 1 콘덴서(55)와 제 2 콘덴서(56) 중, 제 1 콘덴서(55)만이 방전되고, 부하전류의 방향과 반대방향의 전류(轉流)전류(電流)가 제 1 주스위치(51)에 주입된다. 여기서 부하전류의 최대값은 과전류 트리핑장치(59)의 설정값 12000 A 이하이다. 제 1 콘덴서(55)만이 방전한 경우의 전류(轉流)전류(電流) 최대값을 14 kA라 하면, 최대 부하전류 12000 A를 상쇄할 수 있고, 제 1 주스위치(51)의 전류가 제로가 된 시점에서 제 1 주스위치(51)가 차단 완료된다. 또한 제 2 주스위치(52)는, 차단기가 개극한 후에, 부하(2)와 제 1 콘덴서(55) 및 제 2 콘덴서(56)를 단로하는 역할을 하고, 부하측 회로에서의 콘덴서 충전 전압에 의한 감전 사고를 방지할 수 있다.
다음에 상기한 본 발명의 차단기인 전류식 직류 차단기의 일 실시형태를 도 1 내지 도 4 및 도 14를 이용하여 설명한다.
본 발명의 차단기인 전류식 직류 차단기(5)의 일 실시형태는, 2개의 전자석과 기계 링크구성에 의하여 상기한 4개의 스위치의 동작 타이밍을 자동적으로 실현 한다. 도 1 내지 도 4에서는 모두 운전상태[제 1 주스위치(51) 및 제 2 주스위치(52)가 폐극상태)를 나타내고 있다. 4개의 스위치는 모두 내부에 1쌍의 접점을 가지는 진공밸브로 기재하고 있으나, 기중 스위치 등에도 전용 가능하다.
먼저, 본 발명의 차단기인 전류식 직류 차단기(5)의 일 실시형태의 전기적 접속에 대하여 설명한다.
제 1 주스위치(51)의 고정측 피더(100)와 제 2 주스위치(52)의 고정측 피더(114)는, 전류식 직류 차단기(5)의 외부에 배치한 모선(1000)(도 14)에 접속되어 있다. 상기 모선은 리액터(57)의 한쪽 끝에 접속되어 있다. 리액터(57)의 다른쪽 끝은 제 1 콘덴서(55) 및 제 2 콘덴서(56)에 접속되어 있다. 제 1 주스위치(51)의 가동 도체(62)는 집전부(101)를 거쳐 가동측 피더(120)에 도통하고 있다. 가동측 피더(120)는 직류전원(1)에 접속하고 있다. 또 제 1 주스위치(51)의 가동 도체(62)와 제 1 부스위치(53)의 가동 도체(69)는 도체(102, 103), 플렉시블 도체(104), 도체(105)를 거쳐 상시 전기적으로 접속된 상태로 되어 있다.
제 1 부스위치(53)의 고정 도체(108)에는 피더(106)와 피더(107)가 고정되어 있다. 피더(107)는 제 2 부스위치(54)의 고정 도체(109)에 접속되어 있다. 한편, 피더(106)는, 전류식 직류 차단기(5)의 외부에서 제 1 콘덴서(55)에 접속하고 있다. 또 제 2 부스위치(54)의 가동 도체(110)는, 도체(111), 플렉시블 도체(112), 피더(113)를 거쳐 제 2 콘덴서(56)에 접속되어 있다. 제 2 주스위치(52)의 가동도체(200)는 집전부(201)를 거쳐 가동측 피더(203)에 도통하고 있다. 가동측 피더(203)는 부하(2)에 접속되어 있다. 이상의 전기적 접속방법에 의하여 도 5에 나 타낸 시스템회로가 실현된다.
다음에 본 발명의 차단기인 전류식 직류 차단기(5)의 일 실시형태의 기계적 구조를 도 1 내지 도 4를 이용하여 설명한다.
제 1 주스위치(51)의 가동 도체(62)는, 도 1에 나타내는 바와 같이 부재(64)에 핀 연결되어 있다. 조작 로드(65)는 그 한쪽 끝을 부재(64)에, 다른쪽 끝을 힌지(66)에 고정하고 있다. 제 1 부스위치(53)의 가동 도체(69)는 부재(67)를 거쳐 힌지(66)에 핀(534)으로 연결되어 있다. 즉, 제 1 주스위치(51)의 가동 도체(62)와 제 1 부스위치(53)의 가동 도체(69)는 서로 연동하여 동작한다. 조작 로드(65)는 상하부에 평면 가공을 실시한 핀(150)에 관통되어 있다. 핀(150)과 조작 로드(65)에 고정한 너트(152)에 의하여 와셔(153), 접압 스프링(151), 와셔(154)를 끼워 유지한 구성으로 되어 있다.
제 1 주스위치(51)가 개극한 상태에서는 접압 스프링(151)에 의하여 조작 로드(65)의 상부의 육각부(155)와 핀(150)이 걸어맞춰진 상태가 된다. 한편, 제 1 주스위치(51)가 폐극 동작에서는 제 1 주스위치(51)의 고정 접점(61)과 가동 접점(60)이 접촉한 시점에서 핀(150)과 육각부(155)의 걸어맞춤이 해제되고, 또한 접압 스프링(151)이 압축되면, 접압 스프링(151)의 하중은 제 1 주스위치(51)에서의 접점의 접촉력이 된다.
또, 조작 로드(65)는 개극수단을 구성하는 전자 반발 코일(170) 및 반발판(171)을 관통하고 있다. 전자 반발 코일(170)의 여자에 의하여 반발판(171)에 와전류가 발생하고, 전자 반발 코일(170)의 전류와 반발판(171)의 와전류 사이에 작용하는 전자 반발력은, 반발판(171)을 거쳐 부재(64)로 받는 구성으로 되어 있고, 상기 반발력에 의하여 조작 로드(65)는 도 1에서 상방향으로 이동한다.
제 2 주스위치(52)의 가동 도체(200)는 도 3에 나타내는 바와 같이 부재(202)에 핀 연결되어 있다. 조작 로드(204)는 그 한쪽 끝을 부재(202)에 고정되어 있다. 조작 로드(204)는 상하부에 평면 가공된 맞닿음면을 실시한 핀(206)을 관통하고 있다. 핀(206)과 조작 로드(202)에 고정한 너트(208)에 의하여 와셔(210), 접압 스프링(212), 와셔(214)를 끼워 유지한 구성으로 되어 있다. 제 2 주스위치(52)의 개극상태에서는 접압 스프링(212)에 의하여 조작 로드(202) 상부의 육각부(216)와 핀(206)이 걸어 맞춰진 상태가 된다. 한편, 제 2 주스위치(52)의 폐극동작에서는 제 2 주스위치(52)의 고정 접점(220)과 가동 접점(222)이 접촉한 시점에서 핀(206)과 육각부(216)의 걸어맞춤이 해제되고, 또한 접압 스프링(212)이 압축되면 접압 스프링(212)의 하중은 제 2 주스위치(52)에서의 접점의 접촉력이 된다.
제 1 주스위치(51)의 조작 로드(65) 및 제 2 주스위치(52)의 조작 로드(202)는, 도 1 및 도 3에 나타내는 바와 같이 조작기 케이스(300) 내에서 제 1 주스위치(51) 및 제 2 주스위치(52)에 대하여 병설한 전자석(301)으로 구동된다. 전자석(301)의 샤프트(302)는, 부재(303)를 거쳐 메인 샤프트(500)의 한쪽의 레버(501)에 연결되어 있다. 메인 샤프트(500)의 다른쪽 레버(503 및 499)에는 각각 제 1 주스위치(51)측으로 연장되는 절연 로드(502)와 제 2 주스위치(52)측으로 연장되는 절연 로드(504)가 연결되어 있다. 절연 로드(502)는 부샤프트(510)에 의하여 핀(150)에, 절연 로드(504)는 부샤프트(512)에 의하여 핀(206)에 각각 걸어맞춰져 있다. 즉, 전자석(301)의 흡인력은 도 1 및 도 3에 나타내는 바와 같이 메인 샤프트(500)와 이것에 설치한 레버(501, 503, 499) 및 부샤프트(510, 512)와, 이것에 설치한 레버(513, 514)를 거쳐, 제 1 주스위치(51)에서의 조작 로드(65) 및 제 2 주스위치(52)에서의 조작 로드(204)에 전달된다. 제 1 주스위치(51), 제 2 주스위치(52)를 투입하기 위해서는 전자석(301) 내의 제 1 코일(305a)을 여자하고, 플런저(304)를 도면에서 하방향으로 구동하면 좋다.
제 1 부스위치(53)는 상기한 바와 같이 제 1 주스위치(51)와 연동하여 구동되나, 도 6 및 도 7에 기재한 조작 타이밍을 실현하기 위하여 도 1에 나타내는 바와 같이 연결부재(530)와 레버(531)를 설치하고 있다. 연결부재(530)와 레버(531)는 핀(533)에 의하여 서로를 연결하고 있다. 연결부재(530)의 다른쪽 끝은 부샤프트(510)의 레버(513)에 접속된다. 한편, 레버(531)는 축(532)을 지지점으로 회전 자유롭게 되어 있다.
제 1 주스위치(51)가 개극하는 경우, 조작 로드(65)가 도 1에서 상방향으로 이동하여 제 1 부스위치(53)가 일단 폐극되나, 동시에 레버(531)가 반시계방향으로 회전하고, 레버(531)와 힌지(66)에 설치한 핀(534)이 걸어맞춰져 제 1 부스위치(53)의 가동 도체(69)를 다시 개극방향(하방향)으로 되돌린다. 힌지(66)에서 핀(534)이 관통하는 구멍을 타원형상으로 하고 있는 것은 조작 로드(65)의 위치에 상관없이 가동 도체(69)를 개극방향(하방향)으로 이동 가능하게 하기 위함이다. 또한 부호 70은 제 1 부스위치(53)에 접촉력을 주기 위한 스프링이다.
제 2 부스위치(54)측에도 도 3에 나타내는 바와 같이 연결부재(540)와 레버(541)를 설치하고 있다. 제 2 주스위치(52)가 개극하면 레버(541)가 축(542)을 중심으로 하여 시계방향으로 회전하고, 제 2 부스위치(54)의 가동 도체(110)와 연결한 부재(544)에 설치한 핀(543)과 레버(541)가 걸어맞춰져 가동 도체(110)를 개극방향(하방향)으로 이동시킨다. 또한 부호 71은 제 2 부스위치(54)에 접촉력을 주기 위한 스프링을 나타낸다. 연결부재(530, 540)는 그 길이를 가변으로 하고 있고, 상기 부재로 주스위치와 부스위치의 개폐 타이밍을 조정한다.
도 4에서 부호 555는, 메인 샤프트(500)에 연동하도록 조작기 케이스(300) 내에 설치한 트립 스프링, 부호 590은 제 1 코일(305a)에 여자 에너지를 공급하는 콘덴서, 부호 591은 전자석(301)의 제어회로를 나타낸다. 또 2점 쇄선으로 나타낸 부분은 전자 반발 코일(170)에 여자 에너지를 공급하기 위한 제어장치(900)를 나타내고, 콘덴서(902), 제어 기판(903) 등으로 구성된다.
다음에 전자석(301)의 구조에 대하여 설명한다. 제 1 코일(305a)과 제 2 코일(305b)은 동일한 보빈(901)에 설치하고 있다. 제 1 코일(305a), 제 2 코일(305b)의 상면, 바깥 둘레면, 하면에 고정 철심(903, 904, 905)을 배치하고, 상면의 고정 철심(903)에는 영구자석(306)을 얹고 있다. 전자석(301)의 가동 철심은 원형의 가동 평판(906)과 플런저(304)로 구성되고, 샤프트(302)와 너트(907)로 끼워 유지되어 있다. 전자석(301)의 투입시는 플런저(304)와 중앙 다리(中央脚)(908)가 접촉한 상태가 된다.
여기서 본 발명의 차단기인 전류식 직류 차단기(5)의 일 실시형태의 동작을 설명한다.
(통상의 투입·개극조작)
투입동작에서는 전자석(301)의 제 1 코일(305a)을 여자하고, 플런저(304)에 흡인력을 발생시킨다. 이 흡인력은 메인 샤프트(500), 부샤프트(510, 512)를 거쳐 제 1 주스위치(51)의 조작 로드(65) 및 제 2 주스위치(52)의 조작 로드(204)에 전달되기 때문에 가동 도체(62, 200)가 하방향으로 구동되어 제 1 주스위치(51) 및 제 2 주스위치(52)가 폐극한다. 투입동작에서는 각 주스위치(51, 52)의 접압 스프링(151, 212) 및 조작기 케이스(300) 내에 설치한 트립 스프링(555)이 축세되어, 제 1 주스위치(51) 및 제 2 주스위치(52)의 개극 동작에 대비하고 있다.
이 때, 제 1 부스위치(53)는 핀(534)과 힌지(66)의 걸어맞춤에 따라 개극상태가 되고, 한편 제 2 부스위치(54)는 레버(541)와 핀(543)의 걸어맞춤이 해소되어 폐극상태가 된다. 투입동작이 완료되면 전자석(301)의 여자를 해제한다. 축세된 접압 스프링(151, 212) 및 트립 스프링(555)의 반력은 전자석(301) 내부의 영구자석(306)의 흡인력으로 유지되어 있다. 이 때, 영구자석(306)의 자속은 영구자석(306) - 가동 평판(906) - 플런저(304) - 중앙 다리(908) - 고정 철심(905) - 고정 철심(904) - 고정 철심(903) - 영구자석(306)의 경로에서 주로 발생한다.
제 1 주스위치(51) 및 제 2 주스위치(52)의 통상의 개극 동작에서는 상기한 투입 동작시와 반대방향으로 제 1 코일(305a)을 여자한다. 제 1 코일(305a)의 역여자에 의하여 플런저(304)와 중앙 다리(908) 사이를 흐르는 자속이 상쇄되고, 전자석(301)의 흡인력이 저하한다. 상기 흡인력이 스프링의 반력을 하회한 시점에서 제 1 주스위치(51) 및 제 2 주스위치(52)의 개극 동작이 개시된다. 또한 이 전자조작기구에서는 개극 동작은, 기본적으로 접압 스프링(151, 212) 및 트립 스프링(555)의 스프링력에 의하여 달성된다. 즉, 제 1 코일(305a)의 역여자는 영구자석이 발생하는 자속을 상쇄할 만큼의 약간의 에너지이면 된다.
(사고시의 고속 차단조작)
사고시의 고속 차단에서는, 전자 반발 코일(170)을 여자하고, 반발판(171)에 발생하는 전자 반발력을 발생시킨다. 상기 전자 반발력은 부재(64)로 받고, 부재(64)와 연결된 조작 로드(65)가 접압 스프링(151)을 더욱 휘어지게 하면서 상방향으로 이동하고, 제 1 주스위치(51)가 개극 상태, 제 1 부스위치(53)가 폐극 상태가 된다. 이 시점에서는 메인 샤프트(500) 및 부샤프트(510)는 동작하지 않고, 제 2 주스위치(52), 제 2 부스위치(54)의 상태도 유지된 채이다.
전자석(301)의 제 2 코일(305b)은 전자 반발 코일(170)과 직렬로 접속되어 있고, 전자 반발 코일(170)과 동시에 제 2 코일(305b)이 여자된다. 제 2 코일(305b)의 여자방향을 제 1 코일(305a)의 개극 동작시의 여자방향(역여자)과 동일하게 설정하면 영구자석(306)의 자속이 상쇄되기 때문에, 전자석(301)의 흡인력이 감소한다. 전자석(301)의 흡인력이, 접압 스프링(151, 212) 및 트립 스프링(555)의 반력을 하회한 시점에서 플런저(304)가 상방향으로 이동한다. 이 동작에 따라 제 2 주스위치(52) 및 제 2 부스위치도 개극된다.
여기서 도 8 내지 도 10을 이용하여 본 발명의 차단기인 전류식 직류 차단기의 일 실시형태의 제어방법에 대하여 설명한다. 도 8은 투입조작시, 도 9는 통상의 개극 조작시 및 도 10은 사고시의 차단 조작시의 제어회로의 동작을 설명하는 도면이다. 통상의 투입조작 및 개극조작은 제어기판(591)으로 제어한다. 투입조작에서는 2개의 접점(934, 935)을 온(ON)하여 회로를 형성하고, 스위치(915)를 온하여 콘덴서(590)의 충전 전하를 전자석(301) 내의 제 1 코일(305a)에 준다(도 8). 한편, 통상의 개극 동작에서는 4개의 접점(930, 931, 932, 933)을 동작시켜 회로를 형성하고, 스위치(915)를 온하여 투입동작과는 반대방향으로 제 1 코일(305a)을 여자한다(도 9). 또한 도 8 및 도 9에서의 화살표가 있는 곡선은, 여자전류가 흐르는 방향을 나타낸다.
사고시의 고속 차단조작에서는 제어장치(900)에 배치한 콘덴서(902)의 충전 전하를 스위치(914)를 온하여 전자 반발 코일(170) 및 전자석(301) 내의 제 2 코일(305b)를 여자한다(도 10).
그런데 제 1 코일(305a)과 제 2 코일(305b)은 2중 권선 구조로 되어 있기 때문에 한쪽을 여자하면 다른쪽의 코일에는 유도전압이 발생한다(전자유도). 고속 차단 조작용 제 2 코일(305b)은, 고속 동작이 그러므로 인덕턴스를 작게 할 필요가 있고, 그 권수는 10턴 정도이다. 한편, 통상의 개폐 조작에 사용하는 제 1 코일(305a)에 대해서는 콘덴서(590), 스위치(915)의 부담 저감 등을 목적으로 코일전류를 저감할 필요가 있고, 그 권수는 200∼400턴 정도로 설정한다. 유기전압은 권수에 비례하기 때문에, 제 1 코일을 여자하였을 때에 제 2 코일에 유기되는 전압은 특별히 문제가 되지 않으나(통상의 투입·개극 조작시), 그 반대, 즉 고속 차단조작에서는 제 1 코일(305a)에 kV 오더의 전압이 유기된다.
본 실시예에서는 제 1 코일(305a)의 유기전압 대책으로서, 서지전압 억제장치(954)를 설치하고 있다. 서지전압 억제장치(954)는 제 1 코일(305a)과 병렬로 설치하고, 제 1 코일(305a)과 서지전압 억제장치(954) 사이에 순환전류가 흐르게 하면 된다. 서지전압 억제장치(954)에는 산화 아연 바리스터(ZNR)를 이용하여도 좋으나, 다수회 조작에 대한 내구성을 고려하면 도 8 내지 도 10에 나타낸 보호저항(952)과 다이오드(950)로 구성하는 것이 바람직하다. 도 10에 나타내는 바와 같이 고속 차단조작에서는 서지전압 억제장치(954)를 통하여 유도전류(I)가 흐르기 때문에, 제 1 코일(305a)에 발생하는 유기전압은 저감된다. 또한 보호저항(952)을 작게 할 수록 유기전압은 저감되나, 그 한편으로 전자석(301)의 석방시간이 길어진다. 회로의 절연사양을 만족하는 데에 있어서, 가능한 한 저항값을 크게 하는 것이 바람직하다.
본 실시예의 경우, 접압 스프링(151, 212) 및 트립 스프링(555)을 축세하면서 구동하는 투입조작의 쪽이, 기본적으로 상기한 스프링력을 이용하는 개극 조작에 비하여 큰 조작 에너지를 필요로 한다. 앞에서도 설명한 바와 같이 본 실시예의 전자석(301)의 경우, 개극 조작에서는 전자석(301) 내의 영구자석(306)의 자속을 상쇄하는 것만으로 된다. 이 때문에 다이오드(950)는 도 8 내지 도 10과 같이 배치하여 두고, 큰 에너지를 필요로 하는 투입동작에는 영향을 미치지 않도록 하고 있다. 한편, 조작 에너지가 작은 통상의 개극 조작에 대해서는 어느 정도 서지전압 억제장치(954)측으로 분류하여도 좋다. 즉, 이 서지전압 억제장치(954)는 개극 조작 에너지가 작은 본 실시예의 전자석(301)에 대하여 특별히 유효하다고 할 수 있다.
또한, 이 제어방식에서는 하기의 연구를 실시하고 있다. 전류식 직류 차단기(5)가 투입된 직후에 지락사고가 발생한 경우, 신속하게 개극 조작으로 이행하지 않으면 안된다(트리핑 자유조작). 상시 전류 제로점이 존재하는 교류 계통과 달리, 직류 계통의 경우, 개극 동작이 늦어져 사고전류가 전류(轉流)전류(電流)를 상회하면 차단할 수 없는 상태가 된다.
투입조작에서 제 1 주스위치(51) 및 제 2 주스위치(52)의 접점이 접촉한 순간에 지락사고가 발생하면, 귀전선(3)에 설치한 변류기(58)가 사고전류를 검출하고, 과전류 트리핑장치(59), 제어장치(900)를 거쳐 전류식 직류 차단기(5)에 개폐 지령이 입력된다. 이 시점에서는 전류식 직류 차단기(5)는 투입조작 중이기 때문에 제어회로는 도 8의 상태로 되어 있다. 이 상태에서 전자 반발 코일(170) 및 제 2 코일(305b)을 여자하면 과대한 유도전류가 제 1 코일(305a) - 접점(935) - 접점(933) - 스위치(915) - 콘덴서(590) - 접점(930) - 접점(934) - 제 1 코일(305a)의 저임핀던스 회로에 흐르기 때문에, 개극 시간의 지연과 함께 스위치(915)가 손상될 염려가 있다. 따라서 본 실시예의 제어방식에서는 전자 반발 코일(170)의 여자와 동시에, 강제적으로 스위치(915)를 오프하여 상기한 저임피던스 회로를 차단하는 구성으로 하였다. 이 때문에 스위치(914) 및 스위치(915)에는 고속 응답성이 요구되고, 특히 스위치(915)에는 고속 차단성능이 필요하게 된다. 스위치(914)에는 사이리스터, 스위치(915)에는 FET 또는 IGBT의 반도체 스위치를 적용하여 상기를 실현하고 있다.
다음에 본 발명의 차단기인 전류식 직류 차단기(5)의 일 실시형태의 효과에 대하여 설명한다.
종래의 차단기에서는 진공밸브와, 진공밸브의 개폐방향에 설치한 조작기구와, 조작기구의 도중에 설치한 전자 반발기구를 구비하고, 조작기구 내에 영구자석을 탑재하여 상기 영구자석의 흡인력으로 폐로상태를 유지한다. 고속 차단조작에서는 영구자석(306)의 흡인력으로부터 접압 스프링(151, 212) 및 트립 스프링(555)의 반력을 뺀 힘, 즉 진공밸브의 폐극 상태를 유지하기 위한 잉여력을 초과하는 전자 반발력을 전자석(301)의 가동부에 작용시키지 않으면 안된다. 이와 같은 차단기에서는 고속 차단시에 소정의 개극 속도를 얻을 뿐만 아니라, 폐극 상태를 유지하는 영구자석의 흡인력을 상회하는 전자 반발력이 필요하게 되기 때문에, 전자 반발기구의 대형화 및 전원용량의 증가를 할 수 밖에 없게 된다. 또 전자 반발의 반력에 의한 가동 전극측의 축의 튀어오름을 저감시키는 기구를 따로 준비하여 재투입을 방지하지 않으면 안된다.
본 실시예에서는 전자 반발조작과 동시에 전자석(301)을 역여자하고, 영구자석(306)의 흡인을 해제하여 고속 차단동작을 원활하게 행할 수 있게 하였다. 이 결과, 가동 전극측의 축의 튀어 오름이 저감되고, 재투입을 회피한 신뢰성이 높은 차단기를 제공할 수 있게 되었다. 통상의 투입·개극 조작용의 제 1 코일(305a)과는 별도로, 고속 응답성을 확보하는 작은 인덕턴스의 제 2 코일(305b)을 설치하고, 전자 반발 코일(170)과 직렬로 접속하여 여자의 동시성을 실현하였다.
본 실시예의 전자석(301)의 경우, 개극 조작은 기본적으로 접압 스프링(151, 212)과 트립 스프링(555)의 축세력을 이용하기 때문에, 흡인력을 주는 영구자석(306)의 자속을 상쇄하는 것만으로 되고, 고속 응답성을 확보하는 데 사정이 좋다.
제 1 코일(305a)과 제 2 코일(305b)을 2중화 구조로 하였기 때문에, 한쪽을 여자하면 다른쪽 코일에 전압이 유기된다. 자속 변화가 큰 고속 차단 조작시에, 권수가 많은 제 1 코일(305a)에 발생하는 유도전압이 문제가 되나, 상기 코일과 병렬로 설치한 서지전압 억제장치(954)에 의하여 해결할 수 있다. 서지전압 억제장치(954)는 보호저항(952)과 다이오드(950)로 구성하고, 다수회 조작에 대한 내구성을 확보하였다. 또한 보호저항(952)과 다이오드(950)로 서지전압 억제장치(954)를 구성하는 경우, 다이오드(950)는 이하와 같이 배치한다. 조작 에너지가 약간으로 되는 개극 조작시에 여자전류의 서지전압 억제장치(954)에의 분류를 허용하고, 큰 조작 에너지를 필요로 하는 투입 조작시에는 분류하지 않도록 한다. 이 서지전압 억제장치(954)는 투입조작, 개극 조작의 양쪽에 큰 조작 에너지를 필요로 하는 전자석에는 적용할 수 없다. 본 실시예와 같이 개극 조작에 접압 스프링(151, 212)과 트립 스프링(555)의 축세력을 이용하는 경우에 유효하게 된다.
투입 조작후의 빠른 고속차단(트리핑 자유 책무)을 실현하기 위하여 전자 반발 코일(170)을 여자하는 스위치(914)를 온함과 동시에, 제 1 코일(305a)의 여자 스위치(915)를 오프하도록 하였다. 스위치(914)에 사이리스터, 스위치(915)에 FET 또는 IGBT의 반도체 스위치를 적용하고, 스위치의 고속 응답성, 특히 스위치(915)의 고속 차단성능을 확보하였다.
(실시예 2)
도 11 내지 도 13은 본 발명의 차단기인 3상의 고속 차단기(600)의 일 실시형태를 나타내는 것으로, 도 11은 본 발명의 차단기인 3상의 고속 차단기(600)의 우측 단면도, 도 12는 배면도, 도 13은 정면도이고, 모두 폐극상태를 나타내고 있다. 이들 도면에서 도 1 내지 도 4의 부호와 같은 부호의 것은, 동일부분이다.
이들 도면에서 3상의 고속 차단기(600)는 내부에 접촉/이탈 자유로운 접점을 구비한 진공밸브(601)를 구비하고 있는 진공밸브(601)의 고정 전극측의 고정 도체(602)는, 상부측에 위치하는 고정측 피더(603)에 접속되어 있다. 한편, 가동 전극측의 가동 도체(604)는, 집전부(605)를 거쳐 가동측 피더(606)에 도통되어 있다.
가동도체(604)는 절연 로드(607)의 한쪽 끝에 연결되어 있다. 절연 로드(607)의 다른쪽 끝은 조작 로드(608)에 고정되어 있다. 조작 로드(608)는, 상하부에 평면 가공된 맞닿음면을 실시한 핀(609) 내를 관통하고 있다. 핀(609)은 3상 모두 단일의 메인 샤프트(500)의 한쪽의 레버(503)에 걸어 맞춰져 있다. 핀(609)과 조작 로드(608)에 고정한 너트(610)에 의하여 와셔(611), 접압 스프링(612), 와셔(613)를 끼워 유지하고 있다. 진공밸브(601)가 개극한 상태에서는 접압 스프링(612)에 의하여 조작 로드(608) 하부의 육각부(620)와 핀(609)이 걸어맞춰진 상태가 된다. 한편, 진공밸브(601)의 폐극 동작에서는 진공밸브(601)의 고정 접점(621)과 가동 접점(622)이 접촉한 시점에서 핀(609)과 육각부(620)의 걸어맞춤이 해제되고, 접압 스프링(612)의 하중은 접점의 접촉력이 된다.
조작 로드(608)는, 개극수단을 구성하는 전자 반발 코일(170) 및 반발 판(171)을 연통하고 있다. 전자 반발 코일(170)의 여자에 의하여 반발판(171)에 발생한 전자 반발력은 상기한 실시형태와 마찬가지로 절연 로드(607)에서 받는 구성으로 되어 있고, 상기 반발력에 의하여 조작 로드(608)는 도면에서 하방향으로 이동한다.
조작 로드(608)는, 조작기 케이스(300) 내에 진공밸브(601)에 대하여 병설한 전자석(301)으로 구동된다. 전자석(301)의 샤프트(302)는, 부재(303)를 거쳐 메인 샤프트(500)의 다른쪽 레버(501)에 연결되어 있다. 즉, 전자석(301)의 흡인력은 메인 샤프트(500)를 거쳐 조작 로드(608)에 전달된다. 진공밸브(601)를 투입하기 위해서는 전자석(301) 내의 제 1 코일(305a)을 여자하고, 플런저(304)를 도면에서 하방향으로 구동하면 된다.
전자석(301)의 구조는 상기한 실시예와 동일하다. 제 1 코일(305a)과 제 2 코일(305b)을 동일한 보빈(901)에 설치하고, 제 1 코일(305a), 제 2 코일(305b)의 상면, 바깥 둘레면, 하면에 고정 철심(903, 904, 905)을 배치하고, 상면의 고정 철심(903)에는 영구자석(306)을 얹고 있다. 전자석(301)의 가동 철심은 원형의 가동 평판(906)과 플런저(304)로 구성되고, 샤프트(302)와 너트(907)로 끼워 유지되어 있다. 전자석(301)의 투입시는, 플런저(304)와 중앙 다리(908)가 접촉한 상태가 된다.
다음에 상기한 본 발명의 차단기인 3상의 고속 차단기(600)의 일 실시형태의 동작을 설명한다.
투입동작에서는 도 13에 나타내는 미리 충전하여 둔 콘덴서(590)에 의하여 전자석(301)의 제 1 코일(305a)을 여자하고, 플런저(304)에 흡인력을 발생시킨다. 상기 흡인력은 메인 샤프트(500)를 거쳐, 조작 로드(608)에 전달되고, 가동 도체(604)가 상방향으로 구동되어 진공밸브(601)가 폐극된다. 투입동작과 동시에 접압 스프링(612) 및 트립 스프링(555)이 축세되고, 개극 동작에 대비한다. 투입동작이 완료되면 전자석(301)의 여자를 해제한다. 축세된 접압 스프링(612) 및 트립 스프링(555)의 반력은, 전자석(301) 내부의 영구자석(306)의 흡인력으로 유지된다.
진공밸브(601)의 통상의 개극 동작에서는 투입동작시와 반대방향으로 제 1 코일(305a)을 여자한다. 제 1 코일(305a)의 역여자에 의하여 영구자석(306)이 발생하는 자속이 상쇄되고, 전자석(301)의 흡인력이 스프링의 반력을 하회한 시점에서 진공밸브(601)의 개극 동작이 개시된다.
전자석(301)의 제 2 코일(305b)은 전자 반발 코일(170)과 직렬 접속하여 둔다. 사고시의 진공밸브(601)의 고속 차단에서는 콘덴서(902), 제어기판(903) 등으로 구성되는 제어장치(900)(도 13)에 의하여 전자 반발 코일(170)을 여자한다. 반발판(171)에 발생하는 전자 반발력에 의하여 조작 로드(608)는 접압 스프링(612)을 더욱 휘게 하면서 하방향으로 이동하고, 진공밸브(601)는 개극상태가 된다. 이 때, 메인 샤프트(500)는 아직 이동하고 있지 않다.
고속 차단동작에서는 전자 반발 코일(170)과 동시에 전자석(301)의 제 2 코일(305b)을 동시에 여자한다. 제 2 코일(305b)의 여자방향을 통상의 개극 동작에서의 제 1 코일(305a)의 여자방향(역여자방향)과 동일하게 하여 두면, 영구자석(306)의 흡인력이 감소한다. 접압 스프링(612) 및 트립 스프링(555)의 하중의 합이 영구자석(306)의 흡인력을 초과하면, 플런저(304)가 상방향으로 이동하기 시작한다. 이 동작에 따라 고속 차단기(600)의 조작기구 전체가 개극 상태로 이행한다. 또한 고속 차단기(600)의 제어방식은 상기한 실시예와 동일하고, 도 8 내지 도 10에 나타낸 바와 같다.
진공밸브(601)의 고속 차단에서는 영구자석(306)의 흡인력으로부터 접압 스프링(612) 및 트립 스프링(555)의 반력을 뺀 힘, 즉 진공밸브(601)의 폐극 상태를 유지하기 위한 잉여력을 초과하는 전자 반발력을 전자석(301)의 가동부에 작용시키지 않으면 안된다. 전자 반발력을 직접 전자석 가동부에 작용시키면, 그 반력에 의하여 접점이 재투입될 위험이 있기 때문에, 종래 기술과 같이 튀어오름을 억제하는 기구를 따로 설치하지 않으면 안되었다. 본 실시형태에서는 전자 반발조작과 동시에 전자석(301)을 역여자하여 영구자석(306)의 흡인을 해제하기 때문에, 상기한 실시형태와 같이 전자 반발기구에 의한 전류 차단 도중시에 생기는 가동 전극측 축의 튀어 오름을 억제할 수 있고, 신뢰성이 높은 차단기를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 차단기인 전류식 직류 차단기의 일 실시형태의 좌측면도,
도 2는 도 1에 나타내는 본 발명의 차단기인 전류식 직류 차단기의 일 실시형태의 배면도,
도 3은 도 1에 나타내는 본 발명의 차단기인 전류식 직류 차단기의 일 실시형태의 우측면도,
도 4는 도 1에 나타내는 본 발명의 차단기인 전류식 직류 차단기의 일 실시형태의 정면도,
도 5는 도 1에 나타내는 본 발명의 차단기인 전류식 직류 차단기의 일 실시형태를 적용한 시스템 회로도,
도 6은 도 1에 나타내는 본 발명의 차단기인 전류식 직류 차단기의 일 실시형태의 사고시의 조작을 나타내는 타임차트도,
도 7은 도 1에 나타내는 본 발명의 차단기인 전류식 직류 차단기의 일 실시형태의 통상 운전시의 조작을 나타내는 타임 챠트도,
도 8은 도 1에 나타내는 본 발명의 차단기인 전류식 직류 차단기의 투입 조작시의 코일 여자방법을 설명하는 도,
도 9는 도 1에 나타내는 본 발명의 차단기인 전류식 직류 차단기의 통상의 개극 조작시의 코일 여자방법을 설명하는 도,
도 10은 도 1에 나타내는 본 발명의 차단기인 전류식 직류 차단기의 고속 차단 조작시의 코일 여자방법을 설명하는 도,
도 11은 본 발명의 차단기인 3상의 고속 차단기의 우측 단면도,
도 12는 도 11에 나타내는 본 발명의 차단기인 3상의 고속 차단기의 배면도,
도 13은 도 11에 나타내는 본 발명의 차단기인 3상의 고속 차단기의 정면도,
도 14는 도 1에 나타내는 본 발명의 차단기인 전류식 직류 차단기의 일 실시형태를 설치한 스위치 기어의 좌측 단면도이다.
※도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 직류전원 2 : 부하
3 : 귀전선 4 : 귀선
5 : 전류식 직류 차단기 50 : 충전장치
51 : 제 1 주스위치 52 : 제 2 주스위치
53 : 제 1 부스위치 54 : 제 2 부스위치
55 : 제 1 콘덴서 56 : 제 2 콘덴서
57 : 리액터 58 : 변류기
59 : 과전류 트리핑장치 170 : 전자 반발 코일
171 : 반발판 300 : 조작기 케이스
301 : 전자석 304 : 플런저
305a : 제 1 코일 305b : 제 2 코일
306 : 영구자석 600 : 고속 차단기
900 : 제어장치 901 : 보빈
914, 915 : 스위치 950 : 다이오드
952 : 보호저항 954 : 서지전압 억제장치

Claims (10)

  1. 진공밸브와, 전자 반발작용에 의하여 상기 진공밸브의 조작축을 개극방향으로 구동하는 제 1 코일, 가동 철심, 영구자석으로 이루어지는 전자석과, 상기 제 1 코일을 여자하여 상기 진공밸브의 투입동작을 행하고, 상기 영구자석의 흡인력에 의하여 상기 진공밸브를 폐극 상태로 유지하고, 투입 동작시와 반대방향으로 상기 제 1 코일을 여자하여 상기 진공밸브를 개극 동작시키는 조작기구를 구비한 차단기에 있어서,
    상기 제 1 코일과 함께 상기 전자석 내에, 전자 반발작용에 의한 고속 개극 동작시에 전자 반발작용을 위한 전자 반발 코일과 동시에 여자되는 제 2 코일이 설치되어 있으며,
    상기 제 2 코일의 여자에 의해 상기 영구자석의 자속을 상쇄하여 상기 영구자석의 흡인력을 해제하는 것을 특징으로 하는 차단기.
  2. 진공밸브와, 전자 반발작용에 의하여 상기 진공밸브의 조작축을 개극 방향으로 구동하는 고속 개극수단을 구비한 차단기에 있어서,
    제 1 코일, 제 2 코일, 가동 철심, 영구자석으로 구성되는 전자석을 가지고, 상기 제 1 코일을 여자하여 상기 진공밸브의 투입 동작을 행하고, 상기 영구자석의 흡인력에 의하여 상기 진공밸브를 폐극 상태로 유지하고, 투입 동작시와 반대방향으로 상기 제 1 코일을 여자하여 상기 진공 밸브를 개극 동작시키는 조작기구를 구비하고, 전자 반발작용에 의한 고속 개극 동작시에, 전자 반발작용을 위한 전자 반발 코일과 상기 제 2 코일을 동시에 여자하고, 상기 제 2 코일의 여자에 의해 상기 영구자석의 자속을 상쇄하여 상기 영구자석의 흡인력을 해제하는 것을 특징으로 하는 차단기.
  3. 진공밸브와, 전자 반발작용에 의하여 상기 진공밸브의 조작축을 개극 방향으로 구동하는 고속 개극수단을 구비한 차단기에 있어서,
    제 1 코일 및 제 2 코일을 동축 상에 배치하고, 상기 제 1 코일 및 제 2 코일의 중심축 상을 이동하는 가동 철심과, 상기 제 1 코일 및 제 2 코일의 상면, 하면 및 바깥 둘레면에 설치한 고정 철심과, 상기 상면측의 고정 철심의 위에 배치된 영구자석을 구비한 전자석을 가지고, 상기 가동 철심은, 상기 영구자석을 끼워 상기 상면측의 고정 철심에 대향하는 면을 구비하는 원형의 가동평판과, 상기 제 1 코일 및 제 2 코일의 안 둘레면에 대향하는 원통면을 구비하는 플런저로 구성되고, 상기 제 1 코일을 여자하여 상기 진공밸브의 투입동작을 행하고, 상기 영구자석의 흡인력에 의하여 상기 진공밸브를 폐극 상태로 유지하고, 투입 동작시와 반대방향으로 상기 제 1 코일을 여자하여 상기 진공밸브를 개극 동작시키는 조작기구를 구비하고, 전자 반발작용에 의한 고속 개극 동작시에, 전자 반발작용을 위한 전자 반발 코일과 상기 제 2 코일을 동시에 여자하고, 상기 제 2 코일의 여자에 의해 상기 영구자석의 자속을 상쇄하여 상기 영구자석의 흡인력을 해제하는 것을 특징으로 하는 차단기.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 전자 반발 코일과 상기 제 2 코일을 직렬 접속하는 것을 특징으로 하는 차단기.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 코일 및 상기 제 2 코일을 단일의 보빈에 설치하고, 상기 제 1 코일의 권수가 상기 제 2 코일의 권수보다 많은 것을 특징으로 하는 차단기.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 전자 반발 코일을 여자하기 위한 스위치를 사이리스터로 구성하고, 제 1 코일을 여자하기 위한 스위치에 FET 또는 IGBT를 이용하는 것을 특징으로 하는 차단기.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 코일과 병렬로, 산화 아연 바리스터, 또는 다이오드와 저항으로 이루어지는 서지전압 억제장치를 접속한 것을 특징으로 하는 차단기.
  8. 영구자석의 흡인력을 이용하여 진공밸브를 폐극 상태로 유지하고, 제 1 코일을 여자함으로써 진공밸브를 개폐하며, 상기 제 1 코일과 함께 전자석 내에 설치된 제 2 코일과 직렬로 접속된 전자 반발 코일을, 전자 반발작용에 의한 고속 개극 동작시에 동시에 여자하고, 상기 제 2 코일의 여자에 의해 상기 영구자석의 자속을 상쇄하여 상기 영구자석의 흡인력을 해제하는 것을 특징으로 하는 차단기의 개폐방법.
  9. 전자 반발작용에 의하여 진공밸브의 조작축을 개극 방향으로 구동하는 전자석의 제 1 코일을 여자하여 상기 진공밸브의 투입 동작을 행하고, 전자석의 영구자석의 흡인력에 의하여 상기 진공밸브를 폐극 상태로 유지하고, 투입 동작시와 반대방향으로 상기 제 1 코일을 여자하여 상기 진공밸브를 개극 동작시키는 차단기의 개폐방법에 있어서,
    상기 제 1 코일과 함께 상기 전자석 내에 설치된 제 2 코일과 전자 반발작용을 위한 전자 반발 코일이, 전자 반발작용에 의한 고속 개극 동작시에 동시에 여자되며, 상기 제 2 코일의 여자에 의해 상기 영구자석의 자속을 상쇄하여, 상기 영구자석의 흡인력이 해제되는 것을 특징으로 하는 차단기의 개폐방법.
  10. 제 8항에 있어서,
    상기 전자 반발코일을 여자하기 위한 스위치를 온함과 동시에, 제 1 코일을 여자하기 위한 스위치를 오프하는 것을 특징으로 하는 차단기의 개폐방법.
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