KR101410780B1 - 전력회로 개폐기용 트립 액추에이터 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 시간지연을 최소화하여 고속으로 개폐기구를 회로개방위치로 동작하도록 트리거할 수 있는 소형의 전력회로 개폐기용 트립 액추에이터를 제공하려는 것으로, 본 발명에 따른 전력회로 개폐기용 트립 액추에이터는 직선이동 가능한 출력 핀을 가지는 솔레노이드 액추에이터로 구성되는 주 구동부; 및 상기 출력 핀에 접속되는 반발 판과, 통전 시 상기 반발 판을 반발 이동시킴으로써 상기 출력 핀을 직선이동시키는 톰슨 코일(THOMSON COIL)을 갖는 톰슨 구동부로 구성되고, 상기 전력회로를 개방할 때 상기 주 구동부보다 먼저 상기 출력 핀을 직선이동하도록 구동하는 보조 구동부;를 포함한다.

Description

전력회로 개폐기용 트립 액추에이터{TRIP ACTUATOR OF SWITCH FOR ELECTRIC POWER CIRCUIT}
본 발명은 송배전 전력계통의 전력회로(이하 전력회로로 약칭함)를 개폐하는 회로차단기, 개폐기, 스위치기어(switchgear)와 같은 전력회로 개폐기용으로서, 접점을 개폐하는 구동력을 제공하는 개폐기구(switching mechanism)를 회로 차단 위치로 동작하도록 트리거(trigger)할 수 있는 소형 고속의 트립 액추에이터(trip actuator)에 관한 것이다.
전력회로에 단락(electric shortage), 지락(electric leakage)과 같은 사고전류 발생시 전력회로를 차단하기 위해서는 상기 전력회로 개폐기에 있어서 가동접점을 고정접점으로부터 분리되는 개방위치{즉, 회로 차단 위치, 다른 표현으로 트립(trip) 위치}로 구동하는 구동기구로서 개폐기구가 필요하며, 이러한 개폐기구로서는 스프링의 탄성력, 유압, 공압, 전자 흡인력 등을 이용하는 것이 있고, 특히 스프링의 탄성력을 이용하는 방식이 동작신뢰도, 제조 간편성 등 측면에서 성능이 우수해 많이 이용되고 있다.
이러한 스프링 방식 개폐기구에 있어서, 회로차단 구동의 탄성 에너지를 확보하기 위해서 트립 스프링을 축세(charging)한 상태로 유지시키기 위해 래치(latch)와 같은 상태 구속기구를 이용하며, 소형의 액추에이터(actuator)를 사용하여 상기 래치를 해방위치로 조작하여 트립 스프링의 구속을 해방하여 축세한 탄성 에너지를 방세(discharging)하고, 방세한 탄성 에너지를 복수의 링크와 같은 동력전달기구를 통해 가동접점에 전달하여 전력회로를 개방하고 있다.
본 발명은 상기 전력회로 개폐기에 있어서 이와 같이 개폐기구가 개방위치로 동작하도록 상기 래치를 해방위치로 조작하는(다시 말해 트리거하는) 소형 액추에이터에 관한 것이다.
이러한 상기 전력회로 개폐기에 있어서 개폐기구가 개방위치로 동작하도록 상기 래치를 해방위치로 조작하는 소형 액추에이터로는 솔레노이드 액추에이터(solenoid actuator)와 영구자석 액추에이터(Permanent Magnetic Actuator)를 대표적으로 예로 들 수 있다.
이러한 솔레노이드 액추에이터와 영구자석 액추에이터의 일 예에 대한 문헌으로서 다음과 같은 선행기술 문헌을 참조할 수 있다.
[특허문헌1]
한국 실용 등록 번호 제20-0386948호(고안의 명칭: 솔레노이드 액튜에이터의 이물질 유입 방지구조)
[특허문헌2]
한국 특허 등록 번호 제10-1045167호(발명의 명칭: 실린더형 바이스테이블 영구자석형 액추에이터)
그러나 상술한 솔레노이드 액추에이터와 영구자석 액추에이터는 코일의 여자에 따른 강자성체의 자기흡인력을 이용하므로 구동력이 발휘될 때까지 예컨대 약 5-6 밀리초(msec)의 시간지연이 수반되며, 코일의 소손을 방지하기 위한 보호회로를 적용하는 경우 약 10-13 밀리초(msec)의 시간지연이 발생할 수 있다.
따라서, 본 발명은 상기 종래기술의 문제점을 해소하는 것으로서, 본 발명의 목적은 시간지연을 최소화하여 고속으로 개폐기구를 회로개방위치로 동작하도록 트리거할 수 있는 소형의 전력회로 개폐기용 트립 액추에이터를 제공하는 것이다.
상기 본 발명의 목적은, 전력회로 개폐기용 트립 액추에이터에 있어서,
직선이동 가능한 출력 핀을 가지는 솔레노이드 액추에이터로 구성되는 주 구동부; 및
상기 출력 핀에 접속되는 반발 판과, 통전 시 상기 반발 판을 반발 이동시킴으로써 상기 출력 핀을 직선이동시키는 톰슨 코일(THOMSON COIL)을 갖는 톰슨 구동부로 구성되고, 상기 전력회로를 개방할 때 상기 주 구동부보다 먼저 상기 출력 핀을 직선이동하도록 구동하는 보조 구동부;를 포함하는 본 발명에 따른 전력회로 개폐기용 트립 액추에이터를 제공함으로써 달성될 수 있다.
또한 상기 본 발명의 목적은, 전력회로 개폐기용 트립 액추에이터에 있어서,
고정 코어(STATIONARY CORE)와,
상기 고정 코어에 접근하는 위치와 상기 고정 코어로부터 멀어지는 위치로 이동가능한 가동 코어(MOVABLE CORE)와,
여자(MAGNETIZING)되었을 때 상기 가동 코어를 고정 코어 쪽으로 이동하도록 자기흡인력을 제공하는 구동코일과,
상기 가동 코어와 접속되어 함께 직선이동 가능한 트리거 핀(TRIGGER PIN)을 갖는 솔레노이드 액추에이터로 구성되는 주 구동부;
함께 이동 가능하도록 상기 트리거 핀에 접속되며, 전기적 도체로 된 반발 판,
전기적 제어신호에 의해서 자화되면, 상기 반발 판에 이격되는 방향으로 이동시키는 척력을 발생시키게 상기 반발 판을 마주보게 설치되는 톰슨 코일(THOMSON COIL)을 갖는 보조 구동부;를 포함하는 본 발명에 따른 전력회로 개폐기용 트립 액추에이터를 제공함으로써 달성될 수 있다.
본 발명의 일 양상에 따라서, 본 발명에 따른 전력회로 개폐기용 트립 액추에이터는 상기 가동 코어와 상기 고정 코어 사이에 설치되어, 상기 구동코일이 소자(DEMAGNETIZING)되었을 때 상기 가동 코어에 상기 고정 코어로부터 멀어지는 방향으로 탄성력을 부과하는 스프링을 더 포함한다.
본 발명의 다른 일 양상에 따라서, 상기 고정 코어와 상기 가동 코어는 강 자성체로 구성된다.
본 발명에 따른 전력회로 개폐기용 트립 액추에이터는, 솔레노이드 액추에이터로 구성되는 주 구동부와 솔레노이드 액추에이터보다 동작속도가 고속인 톰슨 구동부로 구성되는 보조 구동부를 포함하여, 주 구동부가 동작하기 전에 보조 구동부가 먼저 시간지연이 최소화되게 고속으로 작동하여 래치의 구속을 해방하고, 주 구동부는 시간지연 후 래치의 해방을 유지시키게 작용함으로써, 전력회로 개폐기의 회로개방(트립) 동작 속도가 고속으로 이루어질 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
본 발명에 따른 전력회로 개폐기용 트립 액추에이터에 있어서 톰슨 구동부로 구성되는 보조 구동부는 말 그대로 보조 구동부로서 주 구동부에 비해 작은 용량과 크기로 구성될 수 있으므로, 적은 비용과 크기로 고속의 전력회로 개폐기용 트립 액추에이터를 구성할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
본 발명에 따른 전력회로 개폐기용 트립 액추에이터는 상기 가동 코어와 상기 고정 코어 사이에 설치되어, 상기 구동코일이 소자(DEMAGNETIZING)되었을 때 상기 가동 코어에 상기 고정 코어로부터 멀어지는 방향으로 탄성력을 부과하는 스프링을 더 포함하므로, 솔레노이드 액추에이터의 구동코일에 인가되는 제어신호가 없어 구동코일이 소자되면 가동 코어가 고정 코어로부터 이격된 위치로 자동적으로 복귀될 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
본 발명에 따른 전력회로 개폐기용 트립 액추에이터에 있어서, 상기 고정 코어와 상기 가동 코어는 강 자성체로 구성되므로, 구동코일에 의해 자화되었을 때 강하게 서로 흡인하여, 가동 코어에 함께 이동 가능하게 접속된 트리거 핀이 가동 코어와 함께 이동하여 래치를 해방위치로 구동할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 전력회로 개폐기용 트립 액추에이터의 구성을 보여주는 종 단면도로서 보조 구동부와 주 구동부가 모두 비작동 상태인 작동상태를 보여주는 종 단면도이고,
도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 전력회로 개폐기용 트립 액추에이터의 구성을 보여주는 종 단면도로서 보조 구동부가 작동하여 트리거 핀이 이동한 작동상태를 보여주는 종 단면도이다.
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, 도 1 내지 도 2를 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 전력회로 개폐기용 트립 액추에이터의 구성을 설명한다.
도 1을 참조할 수 있는 바와 같이 본 바람직한 일 실시 예에 따른 전력회로 개폐기용 트립 액추에이터(100)는 크게 구분하여 주 구동부(1)와 보조 구동부(2)를 포함하게 구성된다.
주 구동부(1)는 솔레노이드 액추에이터(solenoid actuator)로 구성되며, 직선이동 가능한 출력 핀인 트리거 핀(16)을 가진다.
더욱 상세히, 주 구동부(1)는 도 1을 참조할 수 있는 바와 같이 고정 코어(stationary core)(15), 가동 코어(movable core)(14), 구동코일(13) 및 출력 핀인 트리거 핀(trigger pin)(16)을 포함한다.
도 1에 있어서 주 구동부(1)는 보빈(bobbin)(10), 제 1 커버(11), 제 2 커버(12), 스프링(17)을 더 포함할 수 있다.
보빈(10)은 구동코일(13)을 권회하기 위한 지지부재로서 제공된다.
제 1 커버(11)는 도 1에 있어서 보빈(10)의 일 단 부(도 1에서 상단 부)를 덮는 덮개 부로서 제공된다.
제 2 커버(12)는 도 1에 있어서 보빈(10)의 타 단 부(도 1에서 하단 부)를 덮는 덮개 부로서 제공된다.
스프링(17)은 가동 코어(14)와 고정 코어(15) 사이에 설치되어, 구동코일(13)이 소자(demagnetizing) 되었을 때 가동 코어(14)에 고정 코어(15)로부터 멀어지는 방향으로 탄성력을 부과한다.
도 1에서 부호 18은 전력회로 개폐기용 트립 액추에이터(100)의 전체 부품을 수용하는 외함을 지시한다.
고정 코어(15)는 위치가 고정되는 코어로서 강 자성체로 구성되어 고정 코어(15)를 둘러싸게 고정 코어(15)의 외 측에 위치하는 구동코일(13)의 자계(magnetic field) 인가 여부에 따라서 여자(자화되는 상태)되거나 소자(자기를 잃는 상태)된다.
가동 코어(14)는 강자성체로 구성되고 고정 코어(15)를 마주보는 위치에 설치되어 고정 코어(15)에 접근하는 위치와 고정 코어(15)로부터 멀어지는 위치로 이동가능한 코어이다. 구동코일(13)의 자계(magnetic field)가 인가되면, 가동 코어(14)는 고정 코어(15)에 접근하는 위치로 이동하고, 구동코일(13)의 자계(magnetic field) 인가가 없으면 가동 코어(14)는 스프링(17)의 탄성력에 의해서 고정 코어(15)로부터 멀어지는 방향으로 이동한다.
구동코일(13)은 도시된 바와 같이 고정 코어(15) 및 가동 코어(14)를 둘러싸게 고정 코어(15) 및 가동 코어(14)의 외측에 설치되어, 구동코일(13)에 연결된 미 도시의 제어 신호 선을 통해서 여자제어전류를 흘려주어 여자되었을 때 가동 코어(14)를 고정 코어(15) 쪽으로 이동하도록 자기흡인력을 제공한다.
트리거 핀(16)은 전력회로 개폐기용 트립 액추에이터(100)의 출력 축 다시 말해 출력 핀으로서, 가동 코어(14)와 접속되어 함께 직선이동 가능하다. 도 1 또는 도 2에 있어서 트리거 핀(16)은 상하방향으로 직선이동 가능하다.
또한 트리거 핀(16)은 미 도시한 회로차단기와 같은 개폐기의 개폐구동부인 개폐기구의 래치를 해방위치로 구동할 수 있게 상기 래치에 직선이동 했을 때 접촉가능한 위치에 위치한다.
도시된 바와 같이, 보조 구동부(2)는 반발 판(20)과 톰슨 코일(Thomson coil)(19)을 갖는 톰슨 구동부(Thomson Drive)로 구성된다. 보조 구동부(2)는 상기 전력회로를 개방할 때 주 구동부(1)보다 먼저 상기 출력 핀인 트리거 핀(16)을 직선이동하도록 구동한다.
반발 판(20)은 전기적 도체로 형성된 판형 부재로서 함께 이동 가능하도록 상기 트리거 핀(16)에 접속되고 톰슨 코일(19)을 마주보게 설치된다.
톰슨 코일(19)에 미 도시의 제어 신호 선을 통해서 여자제어전류를 흘려주어 톰슨 코일(19)이 여자되면, 톰슨 코일(19)을 마주보게 설치된 반발 판(20)에는 맴돌이 전류(eddy current)가 유기되며, 해당 맴돌이 전류에 의해 발생하는 자기력과 상기 톰슨 코일(19)의 자기력 간에 서로 밀어내는 척력이 발생하여 반발 판(20)은 톰슨 코일(19)로부터 멀어지는 방향, 도 1에서는 하방으로 시간지연이 거의 없이 직선이동하여 도 2와 같은 상태가 된다.
톰슨 코일(19)은 통전 시 즉, 미 도시의 제어 신호 선을 통해서 제어신호로서 여자제어전류를 흘려주면 반발 판(20)간에 척력을 발생시켜 반발 판(20)을 반발 이동시킴으로써 트리거 핀(16)을 도 1에서 하방으로 도 2의 위치와 같이 직선이동시킨다.
상술한 바와 같이 구성되는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 전력회로 개폐기용 트립 액추에이터(100)의 동작을 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한다.
먼저, 전력회로에 단락전류나 지락전류와 같은 사고전류의 발생으로 개폐기의 제어부에서 이를 검출하여 미 도시의 제어 신호 선을 통해서 제어신호로서 여자제어전류를 톰슨 코일(19)과 구동코일(13)에 동시에 흘려주면, 먼저 보조 구동부(2)가 동작하고 후속적으로 주 구동부(1)가 동작한다.
즉, 상기 여자 제어전류에 의해서 톰슨 코일(19)이 여자되면, 톰슨 코일(19)을 마주보게 설치된 반발 판(20)에는 맴돌이 전류(eddy current)가 유기되며, 해당 맴돌이 전류에 의해 발생하는 자기력과 상기 톰슨 코일(19)의 자기력 간에 서로 밀어내는 척력이 발생하여 반발 판(20)은 톰슨 코일(19)로부터 멀어지는 방향, 도 1에서는 하방으로 시간지연이 거의 없이 직선이동하고, 도 2와 같은 상태가 된다.
그러면, 반발 판(20)에 접속된 트리거 핀(16)이 상기 미 도시의 래치를 접촉 가압하여 해방위치로 구동한다.
이때 주 구동부(1)는 시간지연 후 상기 래치의 해방을 유지시키게 작용한다.
즉, 구동코일(13)이 연결된 미 도시의 제어 신호 선을 통해서 제공된 여자제어전류에 의해 여자되었을 때, 자기흡인력을 제공하여 가동 코어(14)를 고정 코어(15) 쪽으로 이동하도록 구동하며, 따라서 보조 구동 부(2)보다 더욱 강력한 구동력으로 가동 코어(14)에 접속된 트리거 핀(16)을 도 1의 위치로부터 도 2의 위치로 직선이동시킨다.
이에 도 1에 있어서 하방으로 직선이동한 트리거 핀(16)은 상기 래치의 해방을 유지시키게 작용한다.
따라서, 상기 개폐기의 개폐기구 중 트립 스프링을 구속상태로부터 해방하여 축세한 탄성 에너지를 방세(discharging)시키고, 트립 스프링으로부터 방세된 탄성 에너지는 복수의 링크와 같은 미 도시의 동력전달기구를 통해 미 도시의 가동접점에 전달되어 대응 고정접점으로부터 분리됨으로써 전력회로를 개방하고 따라서 전력회로가 차단되어 전력회로 및 전력회로에 연결된 부하 기기들이 고속으로 사고전류로부터 보호될 수 있다.
이때 본 발명에 따라서, 솔레노이드 액추에이터로 구성되는 주 구동부(1)는 지연시간이 짧은 솔레노이드 액추에이터라도 예컨대 5밀리초(ms)의 동작지연시간을 갖지만, 톰슨 구동부로 구성되는 보조 구동부(2)는 전기적 응답지연시간을 포함하더라도 1밀리초(ms) 미만의 동작시간만을 소요하므로, 시간지연이 최소화되게 고속으로 작동하여 래치의 구속을 해방할 수 있어, 전력회로 개폐기의 회로개방(트립) 동작 속도가 고속으로 이루어질 수 있는 효과를 제공할 수 있다.
한편, 도 2의 위치로 동작한 상태에서, 개폐기의 제어부로부터 미 도시의 제어 신호 선을 통해서 제어신호로서 여자제어전류를 톰슨 코일(19)과 구동코일(13)에 흘려주는 것이 중지되면, 다음과 같이 동작한다.
즉, 상기 여자 제어전류가 없으므로 톰슨 코일(19)이 소자(demagnetizing)되고, 톰슨 코일(19)을 마주보게 설치된 반발 판(20)에도 맴돌이 전류(eddy current)의 유기가 중지되며, 따라서 해당 맴돌이 전류에 의해 발생하는 자기력과 상기 톰슨 코일(19)의 자기력 간에 서로 밀어내는 척력도 소멸한다.
또한 이때 주 구동 부(1)의 구동코일(13)에도 연결된 미 도시의 제어 신호 선을 통해서 제공되던 여자제어전류가 없으므로, 구동코일(13)도 소자되고, 따라서 가동 코어(14)를 고정 코어(15) 쪽으로 이동하도록 구동하던 자기흡인력도 소멸한다.
그러면, 구동코일(13)이 소자(demagnetizing) 되었을 때 가동 코어(14)와 고정 코어(15) 사이에 설치된 스프링(17)이 가동 코어(14)에 고정 코어(15)로부터 멀어지는 방향으로 탄성력을 부과하여, 가동 코어(14), 트리거 핀(16) 및 반발 판(20)을 도 2의 위치로부터 도 1의 위치로 직선이동시킨다.
따라서 트리거 핀(16)은 래치를 접촉 가압하던 위치로부터 이탈한 위치에 위치한다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 전력회로 개폐기용 트립 액추에이터(100)에 있어서 톰슨 구동부로 구성되는 보조 구동부(2)는 말 그대로 보조 구동부로서 주 구동부(1)에 비해 작은 용량과 크기로 구성될 수 있으므로, 적은 비용과 크기로 고속의 전력회로 개폐기용 트립 액추에이터를 구성할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
본 발명에 따른 전력회로 개폐기용 트립 액추에이터(100)는 상기 가동 코어(14)와 상기 고정 코어(15) 사이에 설치되어, 구동코일(13)이 소자 되었을 때 가동 코어(14)에 고정 코어(15)로부터 멀어지는 방향으로 탄성력을 부과하는 스프링(17)을 더 포함하므로, 솔레노이드 액추에이터의 구동코일(13)에 인가되는 제어신호가 없어 구동코일(13)이 소자되면 가동 코어(14)가 고정 코어(15)로부터 이격된 위치로 자동적으로 복귀될 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
본 발명에 따른 전력회로 개폐기용 트립 액추에이터(100)에 있어서, 고정 코어(15)와 가동 코어(14)는 강 자성체로 구성되므로, 구동코일(13)에 의해 자화되었을 때 강하게 서로 흡인하여, 가동 코어(14)에 함께 이동 가능하게 접속된 트리거 핀(16)이 가동 코어(14)와 함께 이동하여 미 도시의 래치를 해방위치로 구동할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
1: 주 구동부 2: 보조 구동부
10: 보빈 11: 제 1 커버
12: 제 2 커버 13: 구동코일
14: 가동 코어 15: 고정 코어
16: 트리거 핀 17: 스프링
18: 외함 19: 톰슨 코일
20: 반발 판
100: 전력회로 개폐기용 트립 액추에이터

Claims (4)

  1. 전력회로 개폐기용 트립 액추에이터에 있어서,
    직선이동 가능한 출력 핀을 가지는 솔레노이드 액추에이터로 구성되는 주 구동부; 및
    상기 출력 핀에 접속되는 반발 판과, 통전 시 상기 반발 판을 반발 이동시킴으로써 상기 출력 핀을 직선이동시키는 톰슨 코일(THOMSON COIL)을 갖는 톰슨 구동부로 구성되고, 상기 전력회로를 개방할 때 상기 주 구동부보다 먼저 상기 출력 핀을 직선이동하도록 구동하는 보조 구동부;를 포함하는 전력회로 개폐기용 트립 액추에이터.
  2. 제1항에 있어서,
    고정 코어(STATIONARY CORE)와,
    상기 고정 코어에 접근하는 위치와 상기 고정 코어로부터 멀어지는 위치로 이동가능한 가동 코어(MOVABLE CORE)와,
    여자(MAGNETIZING)되었을 때 상기 가동 코어를 고정 코어 쪽으로 이동하도록 자기흡인력을 제공하는 구동코일과,
    상기 가동 코어와 접속되어 함께 직선이동 가능한 트리거 핀(TRIGGER PIN)을 갖는 솔레노이드 액추에이터로 구성되는 상기 주 구동부;
    함께 이동 가능하도록 상기 트리거 핀에 접속되며, 전기적 도체로 된 상기 반발 판,
    전기적 제어신호에 의해서 자화되면, 상기 반발 판에 이격되는 방향으로 이동시키는 척력을 발생시키게 상기 반발 판을 마주보게 설치되는 상기 톰슨 코일을 갖는 상기 보조 구동부;를 포함하는 전력회로 개폐기용 트립 액추에이터.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 가동 코어와 상기 고정 코어 사이에 설치되어, 상기 구동코일이 소자(DEMAGNETIZING)되었을 때 상기 가동 코어에 상기 고정 코어로부터 멀어지는 방향으로 탄성력을 부과하는 스프링을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력회로 개폐기용 트립 액추에이터.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 고정 코어와 상기 가동 코어는 강 자성체로 구성된 것을 특징으로 하는 전력회로 개폐기용 트립 액추에이터.
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