KR101342519B1 - Mlu 동작형 정밀 동작 속도 제어가 가능한 영구자석 작동기 - Google Patents

Abstract

자력 또는 전자력 의하여 이동되는 가동자(60,6000)와, 상기 가동자(60,6000)에 인접하여 배치되어 자력을 발생하는 영구자석(30,3000) 및, 전류공급 시 상기 영구자석(30,3000)의 자화방향과 동일한 방향의 자속을 발생시켜 상기 영구자석(30,3000)의 자력에 의해 상기 가동자(60,6000)를 이동 유지시키며, 상기 영구자석(30,3000)의 자화방향과 반대되는 자속을 발생시켜 상기 가동자(60,6000)를 이격 위치로 복위시키는 코일(40,4000)을 포함하는 차단기용 영구자석형 작동기(PMA) 에 있어서, 제 2위치에 위치한 가동자(60,6000)를 제1방향으로 이동시켜 제1위치에 위치시키는 제1동작을 위한 영구자석 작동기의 코일(40,4000)에 전류를 공급 하는 제1전원 공급부(5200)와, 제1위치에 위치한 가동자(6000)를 제1방향과 반대 방향인 제2 방향으로 이동시켜 제2위치에 위치하게 하는 제2 동작을 위한 영구자석 작동기( 1000)의 코일에 전류를 공급 하는 제2전원 공급부(5100)와, PMA작동코일전원공급차단기(1200)의 제1투입동작스위치(1210) 또는 제2투입동작스위치(1220) 또는 제1차단동작스위치(1230) 또는 제2차단동작스위치(1240)와 기계적으로 결합된 MLU(8000)와, 제2위치에 위치한 가동자를 제1위치로 이동시키기 위하여 가동자(6000)를 상기한 제1방향으로 이동시켜 유지되는 위치에서 일방향의 이동 방향과 반대 방향인 제2방으로 이동 시키는 제3동작을 위한 영구자석 작동기(1000)의 작동 코일(4000)에 전류를 공급하는 제3전원 공급부(5300)와, 코일(4000)에 전원을 공급하는 충전전류공급부(5000) 또는 전원공급부(1300)과 전기적 연결을 위한 온오프 하는 PMA작동코일전원공급차단기(1200)와, 상기한 제1(5200) 및 제3전원 공급부(5300)의 전원을 선택적으로 코일(4000)에 공급 할 수 있도록 O1/O2 동작 시 제1및제3전원공급부선택제어부(9000)와, 상기 충전전류공급부(5000) 또는 PMA작동코일전원공급차단기(1200) 또는 제1및제3전원 공급부 선택 제어부(9000)에 전원을 공급하기 위한 전원공급부(1300)와, 전력계통(미도시)에서 입력되는 신호인 차단기의 투입(Close) 또는 차단(open)신호에 의하여PMA작동코일전원공급차단기(1200)를 가동시키는 PMA작동코일전원공급차단제어기(1250) 또는 제1및제3전원공급부선택 제어부(9000) 등을 제어하는 제어부(1400) 를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

MLU 동작형 정밀 동작 속도 제어가 가능한 영구자석 작동기{PERMANENT MAGMETIC ACTUATOR BEING ABLE TO CONTROL PRECISION MOTION VELOCIY WITH MECHANICAL LATCH UNIT TYPE}

본 발명은 MLU 동작형 정밀 동작 속도 제어가 가능한 영구자석 작동기에 관한 것이다.

전력계통에서 1선 지락 사고 즉 전력을 공급하는 선로중 중성선이 아닌 선로가 사고로 인하여 지락이 발생한 경우 전력계통에 보호 장치로 설치된 차단기가 차단하게 된다.

하나 이러한 지락사고발생시 순간적인 지락의 경우에 차단기가 동작되어 전력 공급중단을 하게 되면 정전사고가 발생하게 되고 순간지락임으로 지락의 원인이 순간적으로 발생하였다가도 해소 된 경우에는 지락원인이 제거 된 즉시 차단기가 재투입 되어야 하기에 전력을 공급하는 선로에 선로의 차단기는 고속도 재폐로 차단기를 이용해서 차단(Open) (이를 O1 상태라 한다)한 후 0.3초 이내에 투입(Close) 즉 차단기가 온(on)상태(이를 C1 상태라 한다)로 하여 전력이 공급되는 상태로 하고, 이 경우 지락사고의 원인이 해소되지 아니하여 지락상태가 계속 유지되는 투입된 상태를 다시 차단(Open) 한다(이를 O2상태라 한다)

상기 O2 상태 이후 송배전 선로의 설계에 따라 달리 할 수 있으나 통상15초에서 3분 정도의 시간이 경과 된 후, 차단상태에 있는 차단기를 투입상태로 동작시키게 된다. 이 상태에서 지락원인이 해소 된 경우에는 투입상태를 유지하나, 지락사고 원인이 해소되지 아니하여 지락전류가 계속 흐른다면 다시 차단기가 동작하여 차단상태로 된다.(이를 C2O2 상태라 한다.

이러한 동작을 차단기의 동작책무라 하며, 이는 각국의 송배전설계기준에 따라 여러 형태로 나누어진다.

상기와 같은 동작채무를 수행하기 위하여 차단기를 동작시키는 동작 장치로 PMA (PerManent Magnetic Actuator, 영구자석 작동기, 이하 PMA라 한다)를 사용하게 된다.

본 발명에서 PMA를 이용 차단기 기본적 동작원리 및 동작 구조 등은 본 분야에서 공지된 등록특허 10-1109741 ,공개특허공보 10-2004-0035176호, 공개특허공보 2012-0000230호 등에 공지되거나 관용 기술이어서 구체적 설명을 생략한다.

상기와 같은 공지된 PMA(10) 구조 및 이를 동작시키는 기본 회로구성을 간략화 하여 도1 및 2에 도시 하였다.

도1 및 2에 나타난 바를 보면 차단기(90)의 점점(미도시)을 이동시켜 송배전선로를 차단 및 연결하는 것으로 점점을 이동시키는 것은 전자석과 영구 자석(30)의 결합된 구조에 의하여 투입 및 차단을 하고 있으며, 전자석에 자력을 발생시키는 코일(40)의 전류 방향을 전환하여 영구자석과 상호작용으로 차단기를 동작시키는 구조 이다.

전자석을 자화시키기 위한 코일(40)에 전류를 공급함에 있어서, 통상적으로 투입 또는 차단 시 투입 및 차단시간을 최소화하기 위하여 콘덴서(50)에 저장된 전력을 이용하여 코일(40)에 공급함으로서 PMA(10)를 동작시키고, 이 전자력과 영구자석(30)의 상호작용에 의하여 기계적으로 움직이는 가동자(60)을 동작시켜 차단기(90)의 접점을 개폐시키는 구조이다.

이때 일반적으로 송배전 선로 및 공급 관리하는 수배전반 등에서 센싱 된 동작 신호 예를 들면 지락사고 시 지락 전류를 변류기 등의 센서를 통하여 지락상태를 감지하거나 지락상태가 해소 되었을 경우 정상 상태 임을 의미하는 신호를 입력 받은 제어부(100)는 코일(40)에 전력을 공급 및 차단하는 스위칭 제어부(110)로 신호를 송출하게 되고, 이를 입력 받은 스위칭부(120)는 해당신호에 적합한 조작이 이루어 질수 있도록 한다.

상기 스위칭 제어부(110)는 코일(40)에 전류를 공급 차단하는 기능을 하는 스위치들인 마그네트 스위치( 통상 전자 개폐기라 하며, 여자코일의 자력에 의하여 점점을 가동시키는 구조로서 릴레이 등도 여기에 포함 된다)의 여자코일에 전류를 공급하거나 차단하게 되며,

만약 코일에 전류를 공급 차단하는 기능을 하는 스위치가 IGBT, SCR 등과 같은 반도체 스위칭 소자라면 이들 반도체 스위칭소자를 구동하는 신호를 발생하여 반도체 스위칭 소자를 구동하여 코일에 전류를 공급 한다.

제어부(100)는 지락사고가 발생한 경우 차단기(90)를 의 접점을 가동 할 수 있도록 코일(40)에 정방향 전류( 아니면 역방향 전류로 할수 있음, 이는 차단기의 구조에 따라 선택 되는 것임)가 공급 될 수 있도록 스위칭 제어부(110)를 통하여 스위치(120)들을 구동시키게 되고, 이 스위치(120)들을 통하여 전원 공급 장치(130) 및 콘덴서(50)에 충전 되어 있든 전류와 함께 스위치의 연결된 점점을 경유하여 코일(40)에 공급되게 된다. 이로 인하여 차단기는 OPEN상태인 차단상태로 되게 되며 이로 인하여 콘덴서에 충전 된 전하의 일부분이 소진 되게 된다.(O1 동작)

코일(40)이 정상 작동되어 코일(40)과 영구자석(30)의 상호작용에 의하여 차단기(90)는 차단상태를 유지 하게 됨으로, 제어부(100)는 스위칭동작에 필용한 전원을 차단하게 하여 더 이상의 스위칭 제어부(110)에서 전력 소모가 발생 하지 아니하도록 한다.

하나 이 경우에 코일(40)이 정상 작동되어 더 이상의 전력공급이 불필요 하여 제어부(110)가 스위칭제어부(110)의 전원 차단하도록 하였음에도 불구하고,, 스위치를 구동하는 릴레이 또는 전자회로들의 동작 지연으로 인하여 차단요구 신호 후 지연되는 시간동안 코일(40)에 전력이 공급 되게 되어 콘덴서(50)에 충전된 전하를 소비하게 된다.

이로 인하여 코일(40)의 발열의 원인으로 작용하고, PMA(10)고장 요인으로 작용하고 있다. 이러한 지연에 따른 전력 손실 및 고장 원인은 후술하는 모든 투입 차단 동작에서도 발생한다.

또한 제어부가 영구자석형 작동기 동작 완료 후에서 코일에 더 이상의 전류 공급이 필요 하지 아니하여, 코일에 공급되는 전류를 차단하고자 하거나 다음동작을 위하여 코일에 인가하는 전류 방향을 반대로 공급하기 위하여 코일에 공급되는 전류차단 신호를 송출하고, 이 신호에 의하여 마그네트 스위치의 여자코일(릴레이 인 경우 릴레이를 구동하는 솔레노이드 코일)에 공급되는 전류를 차단한 경우에도 마그네트 스위치 특성상 코일과 철심에 잔류하는 잔류자력에 의하여 제어부의 차단신호 후 일정시간 지연되어 마그네트 스위치의 접점이 개방된다.

잔유 자력에 의한 개방시간 지연동안에도 콘덴서 등에 충전된 전하에 의한 전류는 계속 영구자석 작동기에 흐르게 되고 이로 인하여 콘덴서의 충전된 전하가 소진되어 후속되는 차단기 동작 시 충전용량 부족 등으로 영구자석 작동기의 작동시간이 길어지는 등의 문제가 야기되고 전력 소비를 유발하는 원인이 된다. 마그네트 여자코일에 전류를 공급을 단속하는 스위칭 소자가 반도체 소자라 하여도 반도제 소자의 특성상 반도체 소자 동작의 시간 지연 뿐 만 아니라 상기한 마그네트 스위치의 잔유 자계에 의한 지연은 상존하고 있다.

또한 차단기(90)는 상기와 같은 동작책무 조건에 의하여 0.3초 와 같은 정하여진 시간 내에 투입(CLOSE) 동작을 하여야 함으로, 다시 스위칭 제어부(110)를 통하여 코일(40)에 역방향 전류가 공급 될 수 있도록 신호를 송출하고, 이에 따른 스위칭 제어부(110)는 코일(40)에 전원 공급부(130)와 콘덴서(50)에 충전된 전하(일부는 소진 된 상태 이지만)를 방전하여 역방향전류가 공급 될수 있도록 스위치(120)를 조작하여 역방향 전류를 공급한다.(C1 동작)

이 경우 콘덴서(50)는 전원 공급 장치(130)에 의하여 상기한 동작책무 의한 휴지시간동안 충전 한다 하여도, 최초 상태 만큼 충전 되어 있지 아니한다, 하나 전원공급 장치(130)가 있고 잔여 콘덴서 충전전하가 있음으로 투입 동작은 이루어지게 되나, 투입시간이 항시 일정 하지 아니한 문제점을 내포 하고 있다.

여기서 투입된 상태에서 지락원인이 해소되지 아니하였다면, 제어부(100)는 상기와 같은 O1동작을 하게 하도록 하게 된다(이를 O2 동작 이라 한다). 이 과정에서도 차단되는 차단동작 시간은 상기한 콘덴서의 충전량 부족으로 인하여 차단 동작시간이 불균일하게 되고 이로 인하여 전력 계통운용 등에 문제요인으로 작용하게 된다.

더나가 코일(40)에 전류를 차단하거나 공급하는 스위치부(120)를 반도체 소자를 활용할 경우 콘덴서(50)의 순간 방전 등과 전력 계통에서 유입되는 불요불급한 노이즈에 의하여 오동작의 원인이 되고 있다.

상기와 같이 투입 및 차단시간의 불균일을 해소 하고자 본 분야에서는 (50)콘덴서의 용량을 대용량으로 구비하여 해결하고자 하고 있다.

즉 O1 과 C1 동작 후 소모 되고 남은 충전 전하량으로 O2 동작 시 코일(40)의 소모량에 적합하고 설계용량을 갖도록 하는 콘덴서를 채용하고 있다.

하지만 이러하다 하여도 이로 인하여 O1 과 C1 동작 시에 PMA 코일(50)에 과전류가 유입 될 수 있는 가능성이 있고, 이로 인하여 코일(40)에서의 발열과 O1 동작과 O2동작이 불균일함은 여전히 해결 되지 아니하고 있고 동작시간지연에 따른 콘덴서 충전전하 소모가 발생함으로 콘덴서의 용량을 필요 이상으로 크게 하여야 하고 에너지를 소비하는 문제점을 내포 하고 있다.

실제 사용의 예를 보면 코일(40)의 설계에 따라 차이가 있고, 차단기(90) 용량 등에 따라 차이가 있지만. 가령O1 과 C1 및 O2 각각 동작 시 필요한 콘데서 용량은 20,000uF 면 충분하나, 하나의 콘덴서를 사용하여 3번에 걸 처 사용하다 보니 O2 동작에 적합하게 하기 위하여 100,000uF 콘덴서를 사용하게 됨으로, 불필요한 대용량 콘데서 사용으로 생산원가 상승 요인으로 작용하는 문제점이 있다.

1. 특허문헌 1: 한국등록특허 제1109741호(2012.01.18) 개폐장치용 영구자석 조작기 2. 특허문헌 2: 한국공개특허 제2004-0035176호(2004.04.29) 진공차단기의 영구자석형 조작기 3. 특허문헌 3: 한국공개특허 제2012-0000230호(2012.01.02) 전자접촉기용 영구자석형 조작기

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 차단기의 동작책무인 O1 과 C1 및 O2 동작을 위하여, 코일에 전류를 공급 및 차단하는 스위치를 가동하는 스위치의 여자코일에 전력을 공급하여 자기력에 의하여 스위치의 접점을 연결하고 아울러 스위치의 점점 가동과 기계적으로 결합된 점점유지 라체트가 동작되고,스위치 접점 연결 후 바로 여자코일에 공급되는 전류를 차단하며 접점은 점점유지 라체트에 의하여 유지되며, 일정시간 유지 후 제어부의 스위치점점 개방 신호에 의하여 라체트가 작동하여 스위치의 점점을 개방하는 라체트와 기계적으로 결합된 스위치에 의하 소모 전력을 최소화하는 MLU 동작형 정밀 동작 속도 제어가 가능한 PMA를 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 목적은, O1 과 C1 및 O2 동작을 하도록 코일에 전류를 공급 하는 콘덴서를 각각 구비하고, 이를 선택 제어하는 제어부의 제어신호에 의하여 선택적으로 각각의 콘덴서에 충전된 전하를 O1 과 C1 및 O2 동작 시 분리하여 공급함으로서 O1 및 O2 동작의 동작 시간을 일치시켜 차단기제어의 신뢰성을 확보 하고, 아울러 코일에 정격전류만을 공급함으로 불필요한 과전류 공급에 의한 코일손상을 최소화하고자 하는 MLU 동작형 정밀 동작 속도 제어가 가능한 PMA를 제공하는 것이다.

상기 목적 달성을 위한 본 발명은, 자력 또는 전자력 의하여 이동되는 가동자(60,6000) 과, 상기 가동자(60,6000)이 인접하여 배치되어 자력을 발생하는 영구자석(30,3000) 및, 전류공급 시 상기 영구자석(30,3000)의 자화방향과 동일한 방향의 자속을 발생시켜 상기 영구자석(30,3000)의 자력에 의해 상기 가동자(60,6000)를 이동 유지시키며, 상기 영구자석(30,3000)의 자화방향과 반대되는 자속을 발생시켜 상기 가동자(60,6000)를 이격 위치로 복위시키는 코일(40,4000)을 포함하는 영구자석형 작동기에 있어서, 상기 코일(40,4000)에 전류를 공급 차단하는 PMA작동코일전원공급차단기(1200)와, PMA작동코일전원공급차단기(1200)의 제1투입동작스위치(1210) 또는 제2투입동작스위치(1220) 또는 제1차단동작스위치(1230) 또는 제2차단동작스위치(1240)와 기계적으로 결합된 MLU(Mechanical Latch Unit, 기계적 라체트 유니트 이하에서는 MLU 라 함, 8000)와, 제 2위치에 위치한 가동자(60,6000)를 제1방향으로 이동시켜 제1위치에 위치시키는 제1동작(이하 에서는 "O1 동작"이라 하며 이는 차단기가 지락 등에 의하여 차단 된 상태임이 OPEN 동작 임)을 위한 영구자석 작동기(10, 1000)의 코일(40,4000)에 전류를 공급 하는 제1 전원공급부(5200,이하에서는 제1 콘덴서이라 한다)와, 상기 O1 동작에 의하여 제1위치에 위치한 가동자(6000)를 제1방향과 반대 방향인 제2 방향으로 이동시켜 제2위치에 위치하게 하는 제2 동작 (이하 에서는 "C1 동작"이라 하며 이는 차단기가 지락 등에 의하여 차단 된 후 소정시간 후 통상 0.3초 이내에 투입 된 상태로 close 동작 임)을 위한 PMA의 작동 코일에 전류를 공급 하는 제2전원공급부(5100, 이하에서는 제2 콘덴서이라 한다)와, 상기한 C1 동작에 의하여 제2위치에 위치한 가동자를 제1위치로 이동시키기 위하여 가동자(6000)를 상기한 제1방향으로 이동시켜 유지되는 위치에서 제1방향의 이동 방향과 반대 방향인 제2방향으로 이동 시키는 제3동작(이하에서는 "O2 동작"이라 하며 이는 차단기에서 순간 지락에 의하여 차단기가 동작 되었으나 정전을 최소화하기 위하여 상기 C1 동작에서 차단기를투입 하였으나 여전히 지락이 해소 되지 아니하여 차단기가 차단되는 상태를 의미하며, 이는 재OPEN 동작 임 )을 위한 영구자석 작동기( 1000)의 코일(4000)에 전류를 공급 하는 제3 전원 공급부(5300,이하에서는 제3 콘덴서이라 한다)와, 상기 코일(4000)에 전원을 공급하는 충전전류공급부(5000) 또는 전원공급부(1300)와, 전기적 연결을 온.오프 하는 PMA작동코일전원공급차단기(1200,이는 일반적으로 릴레이 또는 마그네트 스위치로 이루어 점점을 개폐함으로서 전원을 공급 차단되는 것이며, 반도체 스위칭 소자를 활용 할 수 있으며, 전력계통을 관리하는 센서로 부터 입력되는 신호, 타이머 접점 등을 통하여 공급 되는 전원에 의하여 코일을 여자 시켜 점점을 개폐하는 릴레이 또는 마그네트 스위치로 이루어지거나, 반도체 스위칭 소자인 경우 클럭 발생기와 이에 따른 게이트 신호 트리거 신호에 의하여 동작 되는 반도체 회로로 이루어진다)와, 상기한 O1/O2 동작 시 제1전원 공급부(5200) 및 제3전원공급부(5300)의 전원을 선택적으로 코일(4000)에 공급 할 수 있도록 하는 제1및제3전원공급부선택제어부(9000, 이는 타이머와 타이머 작동에 의하여 접점이 개폐되고 이 접점을 통하여 공급되는 전원에 의하여 코일을 여자시켜 점점을 개폐하는 릴레이 또는 마그네트 스위치로 이루어지거나, 반도체 스위칭 소자인 경우 클럭 발생기 와 이에따른 게이트 신호 트리거 신호에 의하여 동작 되는 반도체 회로로 이루어진다.)와, 상기 충전전류공급부(5000) 또는 PMA작동코일전원공급차단기(1200) 또는 제1및제3전원공급부선택제어부(9000) 또는 MLU(8000) 그리고 제어부(1400)에 전원을 공급하기 위한 전원공급부(1300)와, 전력계통(미도시)에서 입력되는 신호인 차단기의 투입(Close) 또는 차단(open)신호에 의하여PMA작동코일전원공급차단기(1200)를 가동시키는 PMA작동코일전원공급차단제어기(1250) 또는 제1및제3전원공급부선택제어부(9000) 또는 MLU(8000) 등을 제어하는 제어부(1400) 를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 충전전류공급부(5000)는 충.방전이 용이한 콘덴서인 것이 바람직하나 반듯이 이에 한정 되는 것은 아니며, 충.방전이 용이한 축전지, 2차 전지, 연료전지 등이 활용 될 수 있다.

PMA작동코일전원공급차단기(1200)는 본 분야에서 공지된 릴레이 또는 마그네트 스위치로 이루어 점점을 개폐함으로서 전원을 공급 차단하는 것이며, MLU(8000)는 본 분야에서 공지된 Mechanical Latch Unit로서 국내에서 생산 판매 되고 있는 것이며 그 판매 되는 상품의 예로는 LS 산전의 ML-65 모델 등이 있다.

상기한 마그네트 스위치(전자 접촉기라 불리워 지기도 함)로서 국내외에서 관용적으로 사용되는 스위치로서 자력에 의하여 접점을 접속시키거나 분리시키며 자력을 제거하면 스프링의 복원력에 의하여 접점을 분리시키는 것이며 이러한 자력과 스프링 복원력에 의하여 이동 되는 부분을 접촉자라 한다.

상기한 MLU(8000)는 기계적 힘에 의하여 작동봉(8100)이 이동하고 이동된 작동봉(8100)은 고정 걸림쇠 등에 의하여 이동된 상태를 유지하며 작동봉이 이동 된 상태에서 걸림쇠(미도시)의 걸림을 제거하는 전기적 신호에 의하여 걸림이 제거되면 스프링(미도시) 복원력에 의하여 작동봉(8100)이 원위치로 이동하는 기계적 유지 장치의 하나이다.

본 발명에서 이러한 장치는 MLU(8000)와 마그네트 스위치는 공지되고 상업적으로 판매되는 부품임으로 그 구조 및 동작 원리의 구체적 설명을 생략한다.

다만 본 발명에서는 상기한 마그네트 스위치(8500) 상부로 노출된 접촉자(8510)에 결합홈(8520)을 형성하고 이 결합홈(8520)에 MLU(8000)의 작동봉(8100)이 분리 결합가능 하도록 결합하여 고정된 상태이다.

상기한 PMA작동코일전원공급차단제어기(1250)에 의하여 마그네트 스위치의 여자 코일이 여자되어 접촉자를 마그네느 스위치의 하방향으로 이동 시켜 접점을 연결 하거자 차단하게 된다. 이때 접촉자의 상부에 결합된 MLU(8000)의 작동봉(8100)도 함께 이동 하게 된다.

여기서 마그네트스위치(8500)의 여자코일(미도시)에 공급되는 전류를 차단하면 일반적 경우에는 마그네트스위치(8500)의 스프링(미도시) 복원력에 의하여 접촉자(8510)가 상방향으로 이동하여 접점(미도시)을 연결 하거나 차단하게 된다.

하나 본 발명에서는 접촉자(8510) 상부의 MLU(8000)의 작동봉(8100)이 하 방향으로 이동되어 걸림쇠(미도시)에 걸려 있는 상태로 유지 되어있기 때문에 걸림쇠(미도시)를 해제하지 아니한 마그네트스위치(8500)는 여자전류가 공급되는 상태와 같은 상태로 접속 또는 차단을 유지 하게 된다.

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상기한 제1및제3전원공급부선택제어부(9000)는 타이머와 타이머 작동에 의하여 접점이 개폐되고 이 접점을 통하여 공급되는 전원에 의하여 코일을 여자 시켜 점점을 개폐하는 릴레이 또는 마그네트 스위치로 이루어지거나, 반도체 스위칭 소자인 경우 클럭 발생기 와 이에 따른 게이트 신호 트리거 신호에 의하여 동작 되는 반도체 회로로 이루어진다.

상기한 전원공급부(1300)는 본 분야에서 공지된 직류 전원 공급 장치가 바름직 하며, 이에는 정전압 제어부가 부가된 것이 바람직하나, 이에 한정 되지 아니하면 본 발명의 시스템이 운용 될 수 있는 전원공급 장치이면 어떠한 방식이나 형태에 제한 없이 사용 될 수 있다.

상기한 제어부(1400) 및 PMA작동코일전원공급차단제어기(1250)는 본 분야에서 관용적으로 활용되거나 공지된 시퀀스 제어에 활용되는 마이크로프로세서 등을 이용하거나, 릴레이 또는 마그네트 스위치, 타이머 등으로 구성되어 시퀀스 제어에 활용되는 전자계를 이용한 스위치의 온오프 제어 기능을 활용 할 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에서 마그네트 스위치의 잔유 자계 등의 원인에 의하여 차단신호 이후에도 마그네트 스위치가 지연되게 동작 되는 것을 마그네트 스위치와 연동되는 MLU를 결합시켜 마그네트스위치를 제어하는 것이어서 시간 지연에 따른 충전전력의 소모를 최소화 하며, 기존 영구 자석형 조작기에 비해 대용량 콘덴서 대신 기존 콘덴서의 약 1/5용량의 콘덴서 3개를 이용함으로서 생산단가 저감 및 부품의 예비기를 확보하는 측면에서도 기존의 영구 자석형 조작기는 대용량 콘덴서 1개를 더 구비 하여야 하나 본 발명에서 의한 영구자석형 조작기는 1/5 정도 용량의 콘덴서 하나 만을 예비 부품으로 확보 하여도 됨으로 영구자석형 조작기의 소형 경량화 및 유지 운용에 있어서 효율적이다.

또한 차단기의 동작책무에서 특히 제1동작 과 제3동작 시 동일한 용량으로 충전된 전력을 활용함으로서 동작시간 편차가 발생하지 아니하여 전력 계통 관리 의 신뢰성 향상 및 전력 품질 향상에 기여 할 수 있고, 코일에 공급되는 용량을 최적화시킴으로서 코일의 손상을 방지하고, 수명향상에도 기여 할 수 있고 소비 전력절감의 장점이 있다.

도 1은 종래의 전자접촉기용 영구 자석형 조작기를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 종래의 전자접촉기용 영구 자석형 조작기 조작 회로를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3는 본 발명의 실시예에 따른 전자접촉기용 영구 자석형 조작기 구조도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 전자접촉기용 영구 자석형 조작기 조작회로이다.
도 5a와 도 5b는 본 발명의 실시예에 따른 마그네트 스위치 및 MLU의 결합구조도이다.

이하, 첨부된 도 3 내지 도 5를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 PMA(1000)는, 내부에 이동공간을 형성한 몸체부(1100)와, 상기 몸체부(1100)의 내부 공간에 설치되는 영구자석(3000)과, 상기 몸체부(1100)의 내부 공간 에서 이동하는 가동자(60,6000)와, 상기 몸체부(1100)의 내부 공간에 설치되며, 전류 통전과 더불어 상기 영구자석(3000)과 상호 작용하여 상기 가동자(60,6000)를 이동시키는 코일(4000)로 구성된다.

여기서 코일(4000)은 전류를 통전 시키면 자력을 발생하는 부분으로서 전류 방향을 전환하여 자력의 방향이 전환되는 것으로, 하나의 코일을 이용하여 전류가 인가되는 방향을 전환하는 하나의 코일로 된 형태로 하거나, 필요에 정방향 전류에 의하여 자력을 발생하는 코일과 역방향 전류에 따라 자력을 발생 시키는 코일을 분리 설치 될 수 있음은 자명하다 할 것이다.

이하에서는 하나의 코일에 전류를 통전시키는 코일이 한 개인 것을 중심으로 설명하나 이에 한정 되지 아니하며, 차단기용 PMA(1000)의 구조에 따라 정방향 전류만을 통전시키는 코일과 역방향 전류만 통전되는 코일로 구성된 경우는 코일 접속 구조만의 차이일 뿐임으로 설명을 생략한다.

상기한 PMA(1000)을 작동시키기 위하여,

전력 계통에 설치되어 지락사고 시 선로를 차단기를 동작 시키는 PMA(1000)는

전력계통에서 지락사고가 발생 시 이를 감지하는 도시하지 아니하는 센서들 즉 각종 계전기에서 지락에 따른 전압 또는 전류를 감지하여 지락 사고가 발생하였음 나타내는 신호가 제어부(1400)에 입력 되게 된다.

이를 입력받은 제어부(1400)는 지락이 발생하였음으로 차단기(90)를 차단(open) 하여야 함으로 , 가동자(60,6000)가 제2위치에서 제1위치로 이동 할 수 있는 자력을 공급하는 코일(4000)에 전류를 공급하도록 PMA작동코일전원공급차단기(1200)의 제1차단동작스위치(1230)와 제2차단동작스위치(1240)가 연결될 수 있도록 PMA작동코일전원공급차단제어기(1250)에 동작 신호를 송출하고, 이를 입력 받은 PMA작동코일전원공급차단제어기(1250)가 가동되어 PMA작동코일전원공급차단기(1200)의 제1차단동작스위치(1230)와 제2차단동작스위치(1240)가 온 상태로 되게 된다. 이와 동시에 제1차단동작스위치(1230)와 제2차단동작스위치(1240)와 기계적으로 연결된 MLU(8000)의 작동봉(8100)이 함께 이동되어 제1차단동작스위치(1230) 과 제2차단동작스위치(1240)의 접점이 기계적을 연결된 상태를 유지 하게 된다. 즉 코일(4000)에 공급되는 전류가 차단된다 하여도 제1차단동작스위치(1230)와 제2차단동작스위치(1240)는 온 상태를 유지 할 수 있다.

이로 인하여 제1전원공급부(5200)에 충전된 전하에 의한 전류와 전원공급부(1300)의 전류가 제1및제3전원공급부선택제어부(9000)의 상시연결된접점(9100)과 제1차단동작스위치(1230)와 코일(4000)과 제2차단동작스위치(1240)를 통하여 폐회로를 구성하게 되어 제1전원공급부(5200)에 충전된 전하에 의한 전류와 전원공급부(1300)의 전류가 흐르게 되고, 이로 인하여 코일(4000)에서는 자력이 발생 하게 되고 이 발생된 자력과 영구자석(3000)의 자력이 상호 작용하여 가동자(6000)는 제2위치에서 제1위치로 이동 하게 되고 가동자(6000)와 기계적으로 결합된 차단기의 접점이 개방되면서 차단기의 OPEN 동작인(O1 동작) 이루어진다.

이때 제어부(1400)는 상기한 O1 동작이 완료되면 제1및제3전원공급부선택제어부(9000)의 타이머(T)를 동작시켜 상시연결된접점(9100)은 개방시키고 상시개방된접점(9200)은 연결된다.

,

아울러 PMA작동코일전원공급차단제어기(1250)에 신호를 송출하며 이에 의하여 제1차단동작스위치(1230)와 제2차단동작스위치(1240)를 개방하여 코일(4000)에 흐르는 전류 공급을 차단한다. 이때의 차단은 제어부(1400)가 MLU(8000)의 작동봉(8100)을 기계적으로 고정하고 있든 걸림쇠(미도시)르 해제 할 수 있는 신호를 송출하여 MLU(8000)가 원위치로 이동 할 수 있도록 하고, 이로 인하여 제1차단동작스위치(1230)와 제2차단동작스위치(1240)는 스프링(미도시)의 복원력(마그네트 수위치인 경우 스프링의 복원력) 및 MLU(8000)의 작동봉(8100)를 탄성지지하고 있는 스프링(미도시)의 복원력에 의하여 오프 상태(개방상태)가 된다.

이때 1및제3전원공급부선택제어부(9000)의 타이머(T)를 동작시켜 상시 연결된 접점(9100)과 연동되어 동작되는 1및제3전원공급부선택제어부(9000)의 상시개방된점점(9200)은 연결되며, 제1전원공급부(5200)는 전원공급부에 의하여 충전된다.

여기서 도면번호를 부여 하지 아니한 제1전원공급부(5200)에 연결된 다이오드는 제1전원공급부(5200)가 방전될 시 방전되는 전류가 전원공급부(1300)로 역류하지 아니하도록 하는 위한 소자 이다. 이하에서 제1,2,3전원 공급부 각각에 연결 된 다이오드는 동일한 기능을 하는 것이다.

차단기는 상술한 바와 같이 동작 책무을 하게 됨으로 제어부(1400)는 일반적으로 0.3초 이내에 차단기가 다시 투입되는 동작 신호를 발생시킨다. 여기서 0.3초는 필요시 조정 할 수 있음은 자명하다.

상기한 O1 동작 완료 후 0.3초 이내에 투입신호를 제어부(1400)으로부터 입력 받은 PMA작동코일전원공급차단제어기(1250)는

가동자(6000)를 제1위치에서 제2위치로 이동 할 수 있는 자력을 공급하는 코일(4000)에 전류를 공급하도록 PMA작동코일전원공급차단기(1200)의 제1투입동작스위치(1210)와 제2투입동작스위치(1220)가 연결될 수 있도록 가동되어, PMA작동코일전원공급차단기(1200)의 제1투입동작스위치(1210)와 제2투입동작스위치(1220)는 온 상태로 되게 된다.

이때 PMA(8000)은 상가한 O1 동작 시와 같이 제1투입동작스위치(1210)와 제2투입동작스위치(1220)와 기계적으로 연결되어 동일하게 작동 된다.

이로 인하여 제2전원 공급부(5100)에 충전된 전하에 의한 전류와 전원공급부(1300)의 전류가 제1투입동작스위치(1210)와 코일(4000)과 제2투입동작스위치(1220)를 통하여 폐회로를 구성하게 되어 제2전원공급부(5100)에 충전된 전하에 의한 전류와 전원공급부(1300)의 전류가 흐르게 되고, 이로 인하여 코일(4000)에서는 자력이 발생하게 되고, 이 발생된 자력과 영구자석(3000)의 자력이 상호작용하여 가동자(6000)는 제1위치에서 제2위치로 이동하게 되고, 가동자(6000)와 기계적으로 결합된 차단기의 접점이 연결되면서 차단기의 Close 동작(C1동작)이 이루어진다.

이때 제어부(1400)은 상기한 C1동작이 완료되면 PMA작동코일전원공급차단제어기(1250)에 신호를 송출하여 제1투입동작스위치(1210)와 제2투입동작스위치(1220)를 개방하여 코일(4000)에 흐르는 전류 공급을 차단한다.(C1 동작)

이때의 전류 공급 차단은 개방 동작은 제어부(1400)의 제어 신호에 의하여 제1투입동작스위치(1210) 및 제2투입동작스위치(1220)와 기계적으로 연결된 MLU(8000)의 동작은

MLU(8000)가 원위치로 이동 할 수 있도록 하고 이로 인하여 제1투입동작스위치(1210)와 제2투입동작스위치(1220)는 스프링(미도시)의 복원력(마그네트 수위치인 경우 스프링의 복원력) 및 MLU(8000)의 작동봉(8100)를 탄성지지하고 있는 스프링(미도시)의 복원력에 의하여 오프 상태(개방상태)가 된다.

이하의 O2 및 C2 동작에서 코일(4000)에 전류를 공급하고 차단하는 제어부(1400)에 의한 MLU(8000)의 동작은 동일하다.

아울러 제2전원공급부(5100)는 전원공급부(1300)에 의하여 충전된다.

상기한 C1 동작 후 제어부(1400)는 제어부(1400)로 입력되는 지락 등의 사고에 의한 차단신호가 지속되고 있는지를 확인 하게 된다. 일시적 원인에 의하여 지락 등의 사고가 발생한 경우라면 차단신호가 입력되지 아니하나, 지락사고의 원인이 해소되지 아니하였다면 차단신호기 계속되고 있을 것임으로 차단기를 차단하여야 한다.

상기에서 지락 원인이 해소되어 차단신호가 입력되지 아니하면 상기한 C1 상태가 계속되고

상기 01동작 시 제1및 3전원공급부선택 제어부(9000)의 타이머(T)가 동작되었음으로 설정된 타임머(T)의 설정된 동작시간 후 상시연결된접점(9100)과 연동되어 동작되는 1및제3전원공급부선택제어부(9000)의 상시개방된점점(9200)은 열려지게 되고, 열려져 있든 상시연결된접점(9100)은 다시 연결된다. 여기서 타이머(T)의 동작시간은 본 발명의 운영자가 임으로 설정 할 수 있으나 일반적으로 15초에서 15분 범위 이내이다.

만약 상기한 C1 동작 후 제어부(1400)은 제어부(1400)로 입력되는 지락 등의 사고에 의한 차단신호가 지속되고 있는지를 확인 하게 된다. 일시적 원인에 의하여 지락 등의 사고가 발생한 경우라면 차단신호가 입력되지 아니하나 지락사고의 원인이 해소 되지 아니하였다면 차단신호기 계속 되고 있는 것임으로 차단기를 차단하여야 한다.

이때의 동작을 보면 상기한 C1 상태임으로 가동자(6000)는 제2위치에 있는 상태이다.

따라서 제어부(1400)는 가동자(6000)가 제2위치에서 제1위치로 이동 할 수 있는 자력을 공급하는 코일(4000)에 전류를 공급하도록 PMA작동코일전원공급차단기(1200)의 제1차단동작스위치(1230)와 제2차단동작스위치(1240)가 연결될 수 있도록 PMA작동코일전원공급차단제어기(1250)에 동작 신호를 송출하고, 이에 의하여 PMA작동코일전원공급차단기(1200)의 제1차단동작스위치(1230)와 제2차단동작스위치(1240)가 온 상태로 되게 된다.

이때에 1및제3전원공급부선택제어부(9000)의 상시 개방된 점점(9200)은

상기한 O1동작 시 에 제어부(1400)에 의하여 1및제3전원공급부선택제어부(9000)의 타이머(T)가 동작 중인 상태임으로 상시연결된 접점(9100)과 연동되어 동작되는 상시개방된점점(9200)은 연결된 상태이고 상시연결된접점(9100)은 개방된 상태이다.

이로 인하여 제3전원공급부(5200)에 충전된 전하에 의한 전류와 전원공급부(1300)의 전류가 제1및제3전원공급부선택제어부(9000)의 상시개방된 접점(9200)과 제1차단동작스위치(1230)와 코일(4000)과 제2차단동작스위치(1240)를 통하여 폐회로를 구성하게 되어, 제3전원공급부(5200)에 충전된 전하에 의한 전류와 전원공급부(1300)의 전류가 코일(4000)흐르게 되고, 이로 인하여 코일(4000)에서는 자력이 발생하게 되며, 이 발생된 자력과 영구자석(3000)의 자력이 상호작용하여 가동자(6000)는 제2위치에서 제1위치로 이동하게 되고 가동자(6000)와 기계적으로 결합된 차단기의 접점이 개방되면서 차단기의 OPEN 동작인(O2 동작)이이루어 진다.

이때 제어부(1400)는 상기한 O2 동작이 완료되면 제1및제3전원공급부선택제어부(9000)의 타이머(T)를 리셋하여 동작대기 상태로 되게 하고, 상시연결된접점(9100)은 연결시키고, 이와 연동되는 상시개방접점(9200)은 개방되며, 아울러 PMA작동코일전원공급차단제어기(1250)에 신호를 송출하여 제1차단동작스위치(1230)와 제2차단동작스위치(1240)를 개방하여 코일(4000)에 흐르는 전류 공급을 차단한다.

이때 제3전원공급부(5200)는 전원공급부(1300)에 의하여 충전된다.

상기와 같은 동작으로 전력계통에서 입력되는 지락사고 등에 의한 차단기의 "투입 또는 차단 신호" 또는 인위적 조작에 의하여 "투입 또는 차단 요구 신호"가 있을 경우 차단기가 상기와 같은 "O1 동작" 과 "C1 동작" 그리고 "O2 동작", 다시 투입되는 "C2 동작", 다시 투입된 상태에서 다시 차단되는"O2 동작"이 이루어지게 된다.

상기한 O1 동작과 C1 동작 그리고 O2 동작 그리고 다시 투입되는 C2 동작 그리고 다시 오픈되는 O1 또는 O2 동작은 전원공급부(1300)의 로부터 전원 공급이 일시 적으로 중단 된 상태에서도 최소한 차단기의 한번의 동작책무는 충전전류공급부(5000) 에 의하여 동작 될 수 있음은 자명하다 할 것이다.

본 발명에서 구체적 설명을 하지 아니한 본 발명에 활용되는 마이크로 프로세서, 타이머, 릴레이, 마그네트 스위치, 직류를 공급하는 전원 공급부 등은 본 분야에서 공지되고 관용적으로 활용되는 부품이고, PMA와 차단기의 기계적 결합에 의한 기계적 연결 및 기계적 동작 메커니즘은 상기한 종래기술에 제시된 바와 같이 본 분야에서 공지된 구조를 활용하는 것이어서 구체적 설명을 생략하였다.

또한 제어부(1400)로 활용되는 마이크로프로세서는 본 분야에서 공지된 반도체 직접회로로 구성된 시퀀스 제어에 활용되는 것을 활용하거나 동일하게 시퀀스 제어에 활용되는 타이머와 릴레이 그리고 점점으로 구성되어 제어대상을 순차적으로 제어하는 공지된 것이어서 구체적 설명을 생략 한다.

상기와 같이 차단(01 동작)과 투입(C1 동작) 그리고 재차단(O2 동작)을 하는 차단기를 조작 하는 차단기용 영구자석형 조작기에서 O1 동작과 C1 동작 그리고 O2 동작을 할 수 있도록 하는 충전전류공급부(5000)를 각 동작 전용 전원 공급부로 구성함으로서,

코일(4000)에 차단 또는 투입요구가 있는 경우 코일(4000)의 자계발생과 발생된 자력의 자화에 의하여 철심이 자화되어 접점을 개방 또는 연결시키는 경우 잔유자기 등에 의하여 투입 및 차단 동작에 다른 시간지연 발생을 최소화 함으로서 코일에서 발생하는 전력을 최소화 할 수 있고 이로 인한 코일에서의 발열을 최소화 하며 PMA의 정밀한 제어가 가능함으로 인하여 송배전 계통의 운용의 신뢰성을 향상 시킬 수 있다.

더나가 충전전류공급부(5000)가 콘덴서인 경우 순차적으로 발생하는 차단 투입 차단동작에서 잔여 충전용량과 관계없이 항시 일정한 공급전류에 의하여 각 동작을 제어 할 수 있는 것임으로, 정밀 동작 속도 제어가 가능한 PMA를 구현 할 수 있다.

또한 부품의 예비기를 확보하는 측면에서도 기존의 영구자석형 조작기는 대용량 콘덴서 1개를 더 구비 하여야 하나, 본 발명에서 의한 영구자석형 조작기는 1/5 정도 용량의 콘덴서 하나 만을 예비 부품으로 확보 하여도 됨으로 영구자석형 조작기의 소형 경량화 및 유지 운용에 있어서 효율적이다.

또한 차단기의 책무 동작에서 특히 제1동작 과 제3 동작 시 동일한 용량으로 충전된 전력을 활용함으로서 동작시간을 편차가 발생하지 아니하여 전력 계통 관리 신뢰성 확보 및 고품질의 전력을 공급 할수 있고,

코일에 공급되는 용량을 최적화함으로서 코일의 손상을 방지하고 수명향상에도 기여 할 수 있고 소비 전력절감의 장점이 있다.

90 : 차단기
10,1000 : 영구자석 조작기
1100 : 몸체부
1200: PMA 작동 코일 전원 공급차단기
1210 : 제1투입동작스위치
1220 : 제2투입동작스위치
1230 : 제1차단동작스위치
1240 : 제2차단동작스위치
1250: PMA 작동 코일 전원 공급차단제어기
1300 : 전원공급부
1400 : 제어부
30,3000 : 영구자석
40,4000: 코일
5,000: 충전전류공급부
5100 : 제2 전원 공급부
5200 : 제1전원 공급부
5300 : 제3 전원 공급부
60,6000 : 가동자
8000 : MLU(Mechanical Latch Unit)
8500 : 마그네트 스위치
9000 : 제1 및 제3전원 공급부 선택 제어부
9100 : 상시 연결된 접점
9200 : 상시 개방된 점점

Claims (5)

1. 내부에 이동공간을 형성한 몸체부;
   상기 몸체부의 이동공간 내에 설치되는 영구자석:
   상기 몸체부의 이동공간 내에서 이동하는 가동자;
   상기 몸체부의 이동공간 내에 설치되며, 전류 통전과 더불어 상기 영구자석과 상호 작용하여 상기 가동자를 이동시키는 코일;
   코일에 전력을 공급하는 충전전류공급부;
   코일에 전원을 공급 및 차단하는 PMA작동코일전원공급차단기;
   PMA작동코일전원공급차단기의 제1투입동작스위치 또는 제2투입동작스위치 또는 제1차단동작스위치 또는 제2차단동작스위치와 기계적으로 결합된 MLU;
   충전전류공급부 또는 PMA작동코일전원공급차단기 또는 제어부에 전원을 공급하기 위한 전원공급장치; 및,
   PMA작동코일전원공급차단기를 가동시키는 PMA작동코일전원공급차단제어기 등을 제어하는 제어부로 구성된 것을 특징으로 하는 MLU 동작형 정밀 동작 속도 제어가 가능한 영구자석 작동기.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 충전전류공급부는,
   제 2위치에 위치한 가동자를 제1방향으로 이동시켜 제1위치에 위치시키는 제1동작을 위한 코일에 전류를 공급 하는 제1전원공급부와,
   제1위치에 위치한 가동자를 제1방향과 반대 방향인 제2방향으로 이동시켜 제2위치에 위치하게 하는 제2동작을 위한 코일에 전류를 공급하는 제2 전원 공급부와,
   제 2위치에 위치한 가동자를 제1방향으로 이동시켜 제1위치에 위치시키는 제3동작을 위한 코일에 전류를 공급하는 제3전원공급부이고,
   충전전류공급부의 전력을 선택하는 제1및제3전원공급부선택제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 MLU 동작형 정밀 동작 속도 제어가 가능한 영구자석 작동기.
   
3. 제2항에 있어서,
   제1및제3전원공급부선택제어부는 제1전원공급부 및 제3전원공급부의 전원을 선택적으로 코일에 공급할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 MLU 동작형 정밀 동작 속도 제어가 가능한 영구자석 작동기.
   
4. 제3항에 있어서,
   제1전원공급부와 제2전원공급부와 제3전원공급부는 충방전 가능한 콘덴서이며 동일한 용량인 것을 특징으로 하는 MLU 동작형 정밀 동작 속도 제어가 가능한 영구자석 작동기.
   
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
   PMA작동코일전원공급차단기의 제1투입동작스위치 또는 제2투입동작스위치 또는 제1차단동작스위치 또는 제2차단동작스위치는 마그네트 스위치이고,
   마그네트 스위치의 접촉자 상부에 형성된 결합부와 MLU의 작동봉의 연결부는 기계적으로 결합된 것을 특직으로 하는 MLU 동작형 정밀 동작 속도 제어가 가능한 영구자석 작동기.

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