KR20080063912A - 변전설비 차단기용 액츄에이터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 변전설비 차단기용 액츄에이터를 개시한다.

본 발명에 따른 변전설비 차단기용 액츄에이터는 길이재의 가동철심과, 상기 가동철심에 자기장이 발생될 수 있도록 상호 간격을 두고 가동철심의 일단과 타단에 각각 권취 구비되며 서로 다른 극성의 전류가 인가되는 투입코일 및 개방코일과, 상기 투입코일과 개방코일의 외주면을 감싸면서 내주면 일단에는 이들 투입코일과 개방코일 사이에 위치되는 격막부를 일체로 형성한 요크와, 상기 요크에서 일단이 노출되게 연장 구비된 가동철심 끝단에 수직하게 구비되는 가동부와, 상기 개방코일의 일측으로 위치되면서 가동철심의 외주면으로 배치되어 투입코일 또는 개방코일에 대한 상대적인 자속변화를 유도하는 영구자석을 포함하여 구성된다.

상기와 같이 구성되는 변전설비 차단기용 액츄에이터는 영구자석을 부가 설치하는 간소한 구조변경을 통해 투입코일 또는 개방코일에 의한 유효 자기력선을 증가시켜 안정되고 높은 구동특성을 확보할 수 있게 된다. 따라서 종전에 비해 고효율의 구동특성을 확보할 수 있으므로 결과적으로 동작의 신뢰성을 대폭적으로 높일 수 있는 산업상 유용한 효과를 제공한다.

변전소, 가스, 차단기, 액츄에이터, 영구자석

Description

변전설비 차단기용 액츄에이터{ACTUATOR FOR AN INSTRUMENT OPERATE BY USING TRANSFORMER EQUIPMENT}

도 1 및 도 2는 본 발명에 따른 변전설비 차단기용 액츄에이터의 전후진 동작을 설명하기 위한 도면,

도 3은 본 발명에 따른 액츄에이터의 외관을 나타낸 사시도,

도 4 내지 도 7은 본 발명에 따른 액츄에이터의 동작상태에 따른 자기력선 분포 상태를 나타낸 모식도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 변전설비 차단기

3 : 액츄에이터

5 : 요크

10 : 투입코일

20 : 개방코일

30 : 영구자석

40 : 가동철심

45 : 가동부

c : 커넥팅레버

본 발명은 변전설비 차단기에 사용되는 전동조작을 위한 액츄에이터에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 간소한 구조 개선을 통해 동작 효율성을 높일 수 있는 변전설비 차단기용 액츄에이터에 관한 것이다.

일반적으로 송전과정에서의 전력손실을 최소화하기 위하여 고전압으로 수요지까지 송전하게 되는데, 송전된 전력은 수요자에게 공급되기 전에 적정한 전압으로 변압되어야 한다. 이와 같은 이유로 인해 도심과 교외를 불문하고 전력수요지에는 변압기 또는 변전소가 설치되어야 한다.

상기에서 변압기는 비교적 저전압으로 송전된 전력을 수요자가 요구하는 수준의 전압으로 강압하여 수요자에게 직접 전달하기 위한 장치로서 대부분의 소자가 하나의 통 안에 수용되어 있는 일체형 장치이다.

그에 반하여, 상기 변전소는 송전소에서 비교적 고압으로 송전된 전력을 변압기와 차단기 및 기타의 장치들을 거쳐 강압하여 수요자에게 공급하기 위한 플랜트이다. 이때, 상기 변전소는 고압의 전력을 처리하므로, 선로의 주위에 형성되는 전기장의 세기가 매우 강하며, 따라서, 아크발생이나 혼촉 등을 방지하고 안전을 유지하기 위해서는 소자 및 선로들의 사이가 충분히 이격되거나 충분히 절연되어야 한다.

통상적으로, 변전소는 설치위치에 따라 옥외 변전소 및 옥내 변전소로 구분되는데, 대지의 단위면적 당 건물밀집도가 낮은 교외에서는 공간점유비용이 절연비용보다 저렴하기 때문에 소자 및 선로들의 사이를 충분히 이격시키는 방안이 경제적으로 유리하며, 그에 따라 비용이 저렴하고 설치가 용이한 장점이 있는 옥외 변전소를 노지 위에 노출되게 설치한다.

반면, 대지의 단위면적 당 건물밀집도가 높은 도심에서는 절연비용이 공간점유비용보다 저렴하기 때문에 소자 및 선로들의 사이를 충분히 절연시키는 방안이 경제적으로 유리하며, 그에 따라 가스절연 개폐장치(Gas Insulated Switchgear : GIS) 방식의 옥내 변전소를 설치한다. 고압계통 이상의 등급에서 변전설비의 전기회로 보호용으로 사용되는 차단 장치는 부하전류나 사고전류를 차단하는 부하 개폐기 부분, 시험시나 점검시에 선로로부터 잘라 내기 위한 단로기 부분, 및 잘라 낸 부분을 접지하는 접지 개폐기 부분으로 구성되는 것이 일반적이다.

여기서, 상기 가스절연 개폐장치(GIS, Gas Insulated Switchgear)는 변전소의 주요 구성품인 차단기(GCB, Gas Circuit Breaker), 단로기(DS, Disconnecting Switch), 접지개폐기(ES, Earthing Switch), 피뢰기(Lightning Arrester), 주모선(메인 Bus) 등으로 구성되어 있고, 내부에 절연성능이 우수하고, 불활성인 SF 6 가스를 충진하여, 변전소의 소형화 및 안전을 도모하고 있었다.

이러한 가스절연 개폐장치는 송전,변전 계통이나 전기회로에 있어서 부하를 개폐하거나 접지 및 단락 등의 사고가 발생할 경우에 전류를 차단시키는 주 역할을 수행하는 차단기(CB)와 가스절연 개폐장치의 유지 보수점검을 위하여 개폐 장치내에 잔존하는 잔류전압 및 전류를 제거하는 접지 개폐장치는 물론, 기기의 점검 수리시 정전부분을 전원으로부터 완전히 분리하여 안전성 확보를 주목적으로 하면서 무부하 변압기의 여자전류 및 선로나 모선의 충전 전류 또는 루프전류 개폐의 성능을 가져야 하는 단로기 등의 기기가 구비되어 있다.

즉, 발전소에서 대략 20,000V 정도의 전압을 갖는 전기가 송전에 적합한 초고압으로 승압되어 1차 변전소로 송전되고, 그 1차 변전소에서는 공급받은 전력을 22,900V로 강하시켜 2차 변전소 및 각 수용가측으로 공급하게 된다.

이때, 상기 1차 변전소로부터 공급된 전력은 가공배전선과 지중 배전선으로 구성된 배전계통을 통해 각 수용가의 수전설비로 공급되며 특고압 수용가, 고압 수용가 및 각종 옥외 설치 변압기를 통해 저압 수용가측으로 공급된다.

한편, 상기 가스절연개폐장치(GIS) 중 차단기(GCB)는 차단부 조작방식에 따라, 전동 조작방식과 스프링 조작방식으로 대별되며, 특히 상기 전동 조작 방식은 구동원으로서 모터 또는 솔레노이드를 이용하여 로드를 전후진시켜 커넥팅 로드를 연동하는 것에 의해 개방 및 투입이 실시되도록 하고 있다.

이러한 전동 조작방식에 사용되는 구동원으로서는 간소한 구조와 높은 동작의 신뢰성 그리고 소형화를 만족시켜야 하므로 이에 대한 개발이 시급한 실정이다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 간소한 구조변경을 통해 부피의 증대없이 높은 효율의 구동특성을 확보할 수 있도록 하여 동작의 신뢰성을 높일 수 있는 변전설비 차단기기를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기의 목적을 실현하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 변전설비 차단기용 액츄에이터는, 길이재의 가동철심과; 상기 가동철심에 자기장이 발생될 수 있도록 상호 간격을 두고 가동철심의 일단과 타단에 각각 권취 구비되며 서로 다른 극성의 전류가 인가되는 투입코일 및 개방코일과; 상기 투입코일과 개방코일의 외주면을 감싸면서 내주면 일단에는 이들 투입코일과 개방코일 사이에 위치되는 격막부를 일체로 형성한 요크와; 상기 요크에서 일단이 노출되게 연장 구비된 가동철심 끝단에 수직하게 구비되는 가동부와; 상기 개방코일의 일측으로 위치되면서 가동철심의 외주면으로 배치되어 투입코일 또는 개방코일에 대한 상대적인 자속변화를 유도하는 영구자석을 포함하여 구성되는 것을 그 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 한 특징으로서, 상기 영구자석은 링 형상을 갖는 것에 있다.

본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다.

이에 앞서 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 변전설비 차단기용 액츄에이터의 바람직한 일 실시예를 설명하면 다음과 같다.

도 1 및 도 2는 본 발명에 따른 변전설비 차단기용 액츄에이터의 전후진 동작을 설명하기 위한 도면이고, 도 3은 본 발명에 따른 액츄에이터의 외관을 나타낸 사시도이다.

그리고, 도 4 내지 도 7은 본 발명에 따른 액츄에이터의 동작상태에 따른 자기력선 분포 상태를 나타낸 모식도이다.

이에 나타내 보인 바와 같이 참조번호 1은 변전설비 차단기를 나타낸 것이고, 참조번호 3은 액츄에이터를 나타낸 것이다.

그리고 참조번호 5는 요크이고, 참조번호 10은 중공의 링 형상을 갖는 투입 코일을 나타낸 것이며, 참조번호 20은 상기 투입코일(10)과 대동소이한 형태와 크기로 구비되는 개방코일을 나타낸 것이다.

또한, 참조번호 30은 유효 자기력선을 형성하기 위한 영구자석이고, 참조번호 40은 상기 투입코일(10)과 개방코일(20)의 중심부 상에 일단이 배치된 상태에서 축방향으로 전진 또는 후퇴 이동을 하는 가동철심을 나타낸 것이며, 이때의 상기 가동철심(40)의 끝단부에는 수직하게 가동부(45)가 구비된다. 여기서 상기 가동부(45)의 일단은 커넥팅레버(c)와 연동되도록 구성된다.

즉, 본 발명의 변전설비 차단기에 장착되는 액츄에이터(3)는 직진 이동을 하는 가동철심(40)을 기준으로 일정간격을 두고 투입코일(10)과 개방코일(20)이 배치되는 구성이다.

그리고 이들 투입코일(10)과 개방코일(20)은 각각 보빈에 의해 코일을 권선한 형태로 제공되며, 이러한 구성은 공지의 기술에 의해 실시되는 것이므로 상세한 설명은 생략한다.

한편, 상기 투입코일(10)과 개방코일(20)은 도면에서 보는 바와 같이 상호 소정의 간격을 두고 이격 설치되는 구성이며, 이들 투입코일(10)과 개방코일(20) 사이에는 도면에서 보는 바와 같이 요크의 일측 내주면에 형성되는 격막부(5a)에 의해 상호 물리적으로 분리되는 구조이다.

이러한 구성의 투입코일(10)과 개방코일(20)은 서로 다른 극성의 전류가 인가되도록 배선된다.

또한, 상기 요크(5)는 상술한 투입코일(10)과 개방코일(20)을 감싸는 구조로 구비되면서 상기 가동철심(40)의 일단을 지지하는 형태로 제공된다. 이러한 요크(5)는 공지의 기술에 의해 실시되어도 무방하므로 상세한 설명은 생략한다.

한편, 본 발명은 상기와 같은 구성을 갖는 요크의 내주면 일측에 영구자석(30)을 일체로 구비하는 기술적 특징을 갖는다. 이때의 상기 영구자석(30)은 도 1 및 도 2에 나타내 보인 바와 같이 상기 개방코일(20)의 일측으로 위치되면서 가동철심(40)의 외주면으로 배치되는 구성이며, 상술한 투입코일(10) 또는 개방코일(20)에 대한 상대적인 자속변화를 유도하여 자속 효율을 높이는 역할을 한다. 즉, 상기 영구자석(30)은 닫히거나 열린 위치 모두에서 접촉을 유지시키는 힘을 제공하여 외부의 추가적인 에너지 공급없이도 그 동작의 신뢰성을 높이도록 한다.

도 4는 액츄에이터(3)의 동시 닫힌 위치에서의 자기력선을 나타낸 모식도이다.

이에 나타내 보인 바와 같이 영구자석(30)으로부터의 자력 유량만이 폴에 대한 전기자를 유지시키는 것을 알 수 있다.

도 5는 액츄에이터(3)의 구동시 활성화된 개방코일에서의 자기력선을 나타낸 모식도이다.

이에 나타내 보인 바와 같이 개방코일(20)로부터의 자기력선은 한쪽 폴에 전기자를 붙잡고 있는 영구자석으로부터의 자기력선을 상쇄시킨다.

또한, 개방코일(20)로부터의 자기력선은 반대편 쪽의 다른 폴과 전기자 사이의 영구자석(30)으로부터 나오는 자기력선을 지지하는 것을 알 수 있다.

도 6은 액츄에이터(3)의 구동시 개방 위치에서의 자기력선을 나타낸 도면이다.

이에 나타내 보인 바와 같이, 영구자석(30)으로부터의 자기력선만이 폴에 대한 전기자를 유지하는 것을 알 수 있다.

도 7은 액츄에이터(3)의 닫힘 구동시 즉, 닫힘 위치에서의 자기력선을 나타낸 모식도이다.

이에 나타내 보인 바와 같이 투입코일(10)로부터의 자기력선은 한 폴 조각에 전기자를 붙잡고 있는 영구자석(30)으로 나오는 자기력선을 상쇄시키게 된다.

또한, 투입코일(10)로부터 나오는 자기력선은 다른 폴 조각과 전기자 사이의 영구자석(30)으로부터 나오는 자기력선을 보강하는 것을 알 수 있다.

이상에서와 같이 본 발명의 액츄에이터(3)는 영구자석(30)을 부가 설치하는 간소한 구조변경을 통해 투입코일(10)과 개방코일(20)에 대한 유효한 자속변화를 유도하여 구동특성 및 동작의 신뢰성 향상이 기대된다.

한편, 본 발명은 기재된 실시예에 한정하는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형을 할 수 있음은 이 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명하다. 따라서, 그러한 변형예 또는 수정예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 해야 할 것이다.

상기와 같이 구성되고 작용되는 변전설비 차단기용 액츄에이터는 영구자석을 부가 설치하는 간소한 구조변경을 통해 투입코일 또는 개방코일에 의한 유효 자기력선을 증가시켜 안정되고 높은 구동특성을 확보할 수 있게 된다.

따라서 종전에 비해 고효율의 구동특성을 확보할 수 있으므로 결과적으로 동작의 신뢰성을 대폭적으로 높일 수 있는 산업상 유용한 효과를 제공한다.

Claims (2)

1. 길이재의 가동철심과;

   상기 가동철심에 자기장이 발생될 수 있도록 상호 간격을 두고 가동철심의 일단과 타단에 각각 권취 구비되며 서로 다른 극성의 전류가 인가되는 투입코일 및 개방코일과;

   상기 투입코일과 개방코일의 외주면을 감싸면서 내주면 일단에는 이들 투입코일과 개방코일 사이에 위치되는 격막부를 일체로 형성한 요크와;

   상기 요크에서 일단이 노출되게 연장 구비된 가동철심 끝단에 수직하게 구비되는 가동부와;

   상기 개방코일의 일측으로 위치되면서 가동철심의 외주면으로 배치되어 투입코일 또는 개방코일에 대한 상대적인 자속변화를 유도하는 영구자석;

   을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 변전설비차단기용 액츄에이터.
2. 제 1항에 있어서, 상기 영구자석은 링 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 변전설비 차단기용 액츄에이터.

   제1몸체(120)와 그 상부에 연결되는 커버(110)및, 상기 제1몸체(120)의 저부에 연결되는 제2몸체(130)로서 구성되

   며, 상기 제1몸체(120)의 저부 중앙에 코어지지홀(120a)이 제2몸체(130)의 저부 중 앙에 공기배출공(130a)이 상기

   커버(110)에 관통공(110a)이 일체로 형성되는 하우징(100);

   상기 제1몸체(120)의 내측에 장착되는 코어(250)와 상기 코어(250)에 권선되는 자계코일(250a)및 상기 코어(250)의

   내부에 삽입되어 승하강하록 형성되는 가동철심(240)으로 구성되는 자력구동부(200);및,

   수직방향에 소정의 높이를 갖으면서 직경이 상이한 다단의 탑형상을 갖도록 형성되는 복수의 제1,2지지면(310)(320)

   과 상기 지지면의 사이에 연결되는 제3지지면(330)이 일체로 연결되는 댐퍼부재(300)를 포함하는 솔레노이드용 완

   충장치

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