KR20100027259A - 진공차단기의 아크접점 수명을 예측하기 위한 시스템 및 그방법 - Google Patents

진공차단기의 아크접점 수명을 예측하기 위한 시스템 및 그방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 진공차단기의 아크접점 수명을 예측하기 위한 시스템 및 그 방법이 개시된다. 본 발명에 따른 시스템은 진공밸브 내에 설치된 아크접점에 소정의 압축력을 제공하는 접점압축스프링; 상기 접점압축스프링의 일정 부분에 연결 또는 부착되어 상기 압축력을 감지하는 로드셀 또는 스트레인게이지; 및 감지된 상기 압축력을 측정 또는 상기 압축력에 따른 상기 아크접점의 수명을 예측하는 측정기를 포함한다. 이를 통해, 본 발명은 아크접점의 교체시기를 정확히 판단하고, 전력계통을 안정적으로 운영하며, 간단한 제조과정 및 저렴한 제조비용으로 본 발명의 구현이 가능할 수 있다.
진공차단기, 아크접점, 고정 아크접점, 가동 아크접점, 접점압축스프링, 로드셀, 스트레인게이지

Description

진공차단기의 아크접점 수명을 예측하기 위한 시스템 및 그 방법{system for predicting life time of arcing contacts in vacuum circuit breaker and method thereof}
본 발명은 진공차단기의 아크접점 수명을 예측하기 위한 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.
일반적으로 전력계통에서 고장이 발생하는 경우, 고장전류를 차단하고 전력설비를 보호하기 위하여 진공차단기(Vacuum Circuit Breaker: VCB)가 사용되는데, 이러한 진공차단기는 진공을 소호매질로 하는 VI(Vacuum Interrupter)를 적용한 차단기로서, 전력의 송배전, 절체 및 정지 등을 계획적으로 수행하는 외에 전력계통에 고장이 발생하는 경우, 신속히 고장구간을 자동으로 차단하는 등의 역할을 수행하는 일종의 보호 장치를 일컫는다.
진공 차단기는 전극간 거리가 짧지만, 차단 성능이 우수하여 배전계통에서 널리 사용되고 있으며, 차단부가 소형 경량이기 때문에 소형의 조작기구부로 동작이 가능해진다.
이와 같이 전력계통에서 고장전류를 차단하기 위하여 사용되는 진공차단기는 사용빈도에 따라 진공밸브 또는 진공 인터럽트 내의 아크접점 즉, 고정 아크접점과 가동 아크접점이 표면이 손상을 받게 된다. 아크접점의 표면이 손상하게 되면 고전압에 버틸 수가 없게 되며, 전류를 차단하는 정도에 따라 아크접점의 표면이 용융되어 날아가면서 아크접점의 뚜께도 줄어들게 된다. 그래서 이러한 아크접점의 손상 정도를 계속해서 파악해야 하는데, 아크접점의 손상 정도를 직접 확인하는데 어려움이 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 아크접점에 압력을 가하는 접점압축스프링의 소정 부분에 로드셀이나 스트레인게이지를 적용하여 그 접점압축스프링에 작용하는 압축력의 측정을 통해 아크접점의 손상 정도 또는 수명을 예측함으로써, 아크접점의 교체시기를 정확히 판단할 수 있도록 하는 진공차단기의 아크접점 수명을 예측하기 위한 시스템 및 그 방법을 제공하는데 있다.
본 발명은 로드셀이나 스트레인게이지를 이용하여 확인한 아크접점의 수명에 따라 아크접점을 적절한 시기에 교체함으로써, 추가적인 고장을 방지하여 전력계통을 안정적으로 운영할 수 있도록 하는 진공 차단기의 아크접점 수명을 예측하기 위한 시스템 및 그 방법을 제공하는데 있다.
또한, 본 발명은 아크접점의 손상 정도 또는 수명을 예측하기 위하여 그 아크접점에 압력을 가하는 접점압축스프링의 소정 부분에 로드셀이나 스트레인게이지를 적용함으로써, 간단한 제조과정과 저렴한 제조비용으로 구현이 가능할 수 있도록 하는 진공 차단기의 아크접점 수명을 예측하기 위한 시스템 및 그 방법을 제공하는데 있다.
이를 위하여, 본 발명의 한 측면에 따른 진공 차단기의 아크접점 수명을 예측하기 위한 시스템은 진공밸브 내에 설치된 아크접점에 소정의 압축력을 제공하는 접점압축스프링; 상기 접점압축스프링의 일정 부분에 연결 또는 부착되어 상기 압축력을 감지하는 로드셀 또는 스트레인게이지; 및 감지된 상기 압축력을 측정 또는 상기 압축력에 따른 상기 아크접점의 수명을 예측하는 측정기를 포함할 수 있다.
상기 로드셀은 진공밸브측 링크 방향에 대응하는 조작기측 링크 방향으로 상기 접점압축스프링에 직렬로 연결될 수 있고, 상기 스트레인게이지는 진공밸브측 링크 방향에 대응하는 조작기측 링크 방향으로 상기 접점압축스프링의 일정 부분에 직접 부착될 수 있다.
본 발명의 다른 한 측면에 따른 진공 차단기의 아크접점 수명을 예측하기 위한 방법은 진공밸브 내에 설치된 아크접점에 소정의 압축력을 제공하는 단계; 상기 압축력을 제공하는 접점압축스프링의 일정 부분에 연결 또는 부착되어 상기 압축력을 감지하는 단계; 및 감지된 상기 압축력을 측정 또는 상기 압축력에 따른 상기 아크접점의 수명을 예측하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 압축력을 감지하는 단계는 진공밸브측 링크 방향에 대응하는 조작기측 링크 방향으로 상기 접점압축스프링에 직렬로 연결된 로드셀을 통해 상기 압축력을 감지하거나 진공밸브측 링크 방향에 대응하는 조작기측 링크 방향으로 상기 접점압축스프링의 일정 부분에 직접 부착된 스트레인게이지를 통해 상기 압축력을 감지할 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 일실시예에 따른 진공차단기의 아크접점 수명을 예측하기 위한 시스템 및 그 방법을 첨부된 도 1 내지 도 3을 참조하여 상세히 설명한다.
본 발명은 진공차단기의 아크접점 수명을 예측하는 방안을 제안한다. 즉, 본 발명은 아크접점에 압력을 가하는 접점압축스프링의 소정 부분에 로드셀(load cell)이나 스트레인게이지(strain gauge)를 적용하여 이를 통한 그 접점압축스프링에 작용하는 압축력의 측정을 통해 아크접점의 손상 정도 또는 수명을 예측할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 개략적인 시스템의 구성을 나타내는 예시도이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 시스템은 투입솔레노이드(110), 투입스프링(120), 트립솔레노이드(130), 트립스프링(140), 진공밸브(150), 접점압축스프링(160) 및 압축력측정기(이하, 측정기라 한다)(170) 등을 포함하여 구성될 수 있다.
투입솔레노이드(110)와 투입스프링(120)은 진공밸브 투입을 위해 사용되고, 트립솔레노이드(130)와 트립스프링(140)은 고장전류 차단을 위해 사용될 수 있다. 진공밸브 또는 진공 인터럽터(150) 내에는 아크접점 즉, 고정 아크접점과 가동 아크접점이 설치되고, 접점압축스프링 또는 와이프 스프링(wipe spring)(160)은 설치된 아크접점에 압축력을 제공할 수 있다.
특히, 진공밸브(150)는 그 내부에 고정 아크접점과 가동 아크접점이 설치되어 있어, 고정 아크접점에 가동 아크접점이 소정의 압력으로 밀착되면서 전기적으로 연결가능하게 한다.
이때, 진공밸브(150)는 고장전류 발생시 고정 아크접점에서 가동 아크접점을 순간적으로 떨어뜨려 전기적으로 차단시키고, 이때 발생되는 아크(arc)를 내부에서 빠르게 소호하여 전기적인 연결 상태를 완전히 분리시킬 수 있다.
진공밸브(150) 내의 접점압축력이 작아져서 통전전류에 의한 전자기력 크기보다 작아지게 되면, 아크접점이 붙었다 떨어졌다하는 체터링(Chattering) 현상이 발생할 수 있으며, 이러한 체터링 현상은 아크접점의 표면이 서로 녹아 붙게 할 수도 있다.
접점압축스츠링(160)은 체터링 현상이 발생하지 않도록 아크접점의 압축력을 제공할 수 있는데, 그 압축력을 측정하기 위하여 접점압축스프링에 로드셀이나 스트레인게이지가 적용될 수 있다. 즉, 조작기에 투입동작이 입력되면 진공밸브 내부의 가동 아크접점이 이동하게 되는데, 아크접점이 서로 접촉하게 되면 진공밸브측 링크는 고정된 위치를 유지하게 되고, 조작기측 링크는 계속해 움직이려고 한다. 이러한 과정에서 접점압축스프링(160)이 압축하게 되는데, 이때 가해지는 힘이 아크접점에 압축력으로 작용하게 되고 이렇게 작용된 압축력을 로드셀이나 스트레인게이지에서 감지할 수 있게 된다.
측정기(170)는 접점압축 스프링에 적용된 로드셀이나 스트레인게이지에 가해지는 압축력을 측정함으로써, 아크접점에 가해지는 압축력을 측정할 수 있다. 그래서 측정기(170)는 측정된 압축력을 기반으로 아크접점의 손상 정도 또는 수명을 예측할 수 있다. 이러한 이유는 아크접점의 손상 정도에 따라 가해지는 압축력이 달라질 수 있기 때문이다. 예컨대, 사용빈도에 따라 아크접점이 손상 또는 마모되어 아크접점 사이의 길이가 길어지면 접점압축스프링에 의하여 작용하는 압축력의 값은 작아질 수 있다.
이때, 측정기(170)는 압축력에 따라 기 설정된 수명을 테이블로 저장하여 그 측정된 압축력에 따라 아크접점의 수명을 예측할 수도 있다.
또한, 측정기(170)는 측정된 압축력이나 이를 토대로 예측된 아크접점의 수명을 현장에서 직접 확인할 수 있도록 디스플레이하거나 다른 전자기기 예컨대, 서버에 이를 전송하여 서버에서 그 상태를 직접 관리하도록 하는 역할을 수행할 수도 있다.
이와 같이, 본 발명은 아크접점에 압력을 가하는 접점압축스프링의 소정 부분에 로드셀이나 스트레인게이지를 적용하여 그 접점압축스프링에 작용하는 압축력의 측정을 통해 아크접점의 손상 정도 또는 수명을 예측함으로써, 아크접점의 교체시기를 정확히 판단할 수 있다. 또한, 본 발명은 이러한 로드셀이나 스트레인게이지를 이용하여 확인한 아크접점의 수명에 따라 아크접점을 적절한 시기에 교체하기 때문에, 추가적인 고장을 방지하여 전력계통을 안정적으로 운영할 수 있다.
본 발명에 따른 진공차단기 내 아크접점의 잔존수명을 예측하기 위하여 접점압축스프링에 직렬로 로드셀을 설치하여 그 압축력을 측정하거나, 접점압축스프링에 직접적으로 스트레인게이지를 부착하여 그 아크접점의 압축력을 측정할 수 있는데, 이를 각각 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 접점압축스프링의 상세한 구성을 나타내는 제1 예시도이다.
도 2에 도시한 바와 같이, 진공밸브 내의 아크접점에 압축력을 전달하는 절 연로드(210) 내에 위치하는 본 발명에 따른 접점압축스프링(220)에는 소정 크기의 로드셀(221)이 진공밸브측 링크 방향에 대응하는 조작기측 링크 방향에 직렬로 연결되어 있음을 알 수 있다.
이때, 로드셀(221)은 무게를 측정하기 위한 소자로서, 무게를 받으면 압축되거나 늘어나는 등의 변형이 발생하게 되는데, 그 변형량을 감지할 수 있다.
이의 동작 원리를 설명하면 다음과 같다. 즉, 아크접점 즉, 고정 아크접점과 가동 아크접점이 서로 접촉한 후, 조작기측 링크에 의하여 스프링에 작용하는 압축력은 로드셀에도 작용하게 되고 이때 작용하는 힘은 로드셀에서 감지되기 때문에, 외부의 측정기에서 측정이 가능해 진다. 즉, 진공차단기가 동작을 계속하면서 아크접점이 용융되어 날아가면 아크접점 사이의 길이가 길어지게 되고, 그 접점사이의 길이가 길어지면 접점압축스프링에 의하여 작용하는 압축력의 값은 작아지게 된다. 그래서 측정기는 이때의 값을 측정하여 아크접점의 상태를 분석할 수 있다.
도 3은 본 발명에 따른 접점압축스프링의 상세한 구성을 나타내는 제2 예시도이다.
도 3에 도시한 바와 같이, 진공밸브 내의 아크접점에 압축력을 전달하는 절연로드(310) 내에 위치하는 본 발명에 따른 접점압축스프링(320)에는 스트레인게이지(321)가 접점압축스프링의 진공밸브측 링크 방향에 상응하는 조작기측 링크 방향으로 일정 부분에 직접 부착되어 있음을 알 수 있다.
이때, 스트레인게이지(321)는 구조물에 변형이 일어났을 때 그 변형상태와 상태량을 감지하는 소자로서, 그 구조물에 직접 부착해서 사용될 수 있다. 이러한 스트레인게이지는 구조물의 재질에 따라 그 모양과 길이가 다른 것이 사용될 수 있다. 또한, 스트레인게이지는 구조물의 표면에 부착되는 것뿐만 아니라 그 내부에 매몰시켜 설치될 수도 있다.
이와 같이, 본 발명은 아크접점의 손상 정도 또는 수명을 예측하기 위하여 그 아크접점에 압력을 가하는 와이프 스프링의 소정 부분에 로드셀이나 스트레인게이지를 적용함으로써, 간단한 제조과정과 저렴한 제조비용으로 구현이 가능할 수 있다.
본 명세서에서 개시된 시스템에서 사용되는 기능은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록 장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피디스크, 광데이터 저장장치 등이 있으며 또한 캐리어 웨이브(예를 들어, 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다.
본 발명에 의한, 진공차단기의 아크접점 수명을 예측하기 위한 시스템 및 그 방법은 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 형태로 변형, 응용 가능하며 상기 실시 예에 한정되지 않는다. 또한, 상기 실시 예와 도면은 발명의 내용을 상세히 설명하기 위한 목적일 뿐, 발명의 기술적 사상의 범위를 한정하고자 하는 목적은 아니며, 이상에서 설명한 본 발명은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형, 및 변경이 가능하므로 상기 실시 예 및 첨부된 도면에 한정되는 것은 아님은 물론이며, 후술하는 청구범위뿐만이 아니라 청구범위와 균등 범위를 포함하여 판단되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 개략적인 시스템의 구성을 나타내는 예시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 접점압축스프링의 상세한 구성을 나타내는 제1 예시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 접점압축스프링의 상세한 구성을 나타내는 제2 예시도이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
110: 투입솔레이드
120: 투입스프링
130: 트립솔레이드
140: 트립스프링
150: 진공밸브
160: 접점압축스프링
170: 압축력측정기

Claims (6)

  1. 진공밸브 내에 설치된 아크접점에 소정의 압축력을 제공하는 접점압축스프링;
    상기 접점압축스프링의 일정 부분에 연결 또는 부착되어 상기 압축력을 감지하는 로드셀 또는 스트레인게이지; 및
    감지된 상기 압축력을 측정 또는 상기 압축력에 따른 상기 아크접점의 수명을 예측하는 측정기
    를 포함하는 진공차단기의 아크접점 수명을 예측하기 위한 시스템.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 로드셀은,
    진공밸브측 링크 방향에 대응하는 조작기측 링크 방향으로 상기 접점압축스프링에 직렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 진공차단기의 아크접점 수명을 예측하기 위한 시스템.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 스트레인게이지는,
    진공밸브측 링크 방향에 대응하는 조작기측 링크 방향으로 상기 접점압축스프링의 일정 부분에 직접 부착되는 것을 특징으로 하는 진공차단기의 아크접점 수 명을 예측하기 위한 시스템.
  4. 진공밸브 내에 설치된 아크접점에 소정의 압축력을 제공하는 단계;
    상기 압축력을 제공하는 접점압축스프링의 일정 부분에 연결 또는 부착되어 상기 압축력을 감지하는 단계; 및
    감지된 상기 압축력을 측정 또는 상기 압축력에 따른 상기 아크접점의 수명을 예측하는 단계
    를 포함하는 진공차단기의 아크접점 수명을 예측하기 위한 방법.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 압축력을 감지하는 단계는,
    진공밸브측 링크 방향에 대응하는 조작기측 링크 방향으로 상기 접점압축스프링에 직렬로 연결된 로드셀을 통해 상기 압축력을 감지하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 진공차단기의 아크접점 수명을 예측하기 위한 방법.
  6. 제4 항에 있어서,
    상기 압축력을 감지하는 단계는,
    진공밸브측 링크 방향에 대응하는 조작기측 링크 방향으로 상기 접점압축스프링의 일정 부분에 직접 부착된 스트레인게이지를 통해 상기 압축력을 감지하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 진공차단기의 아크접점 수명을 예측하기 위한 방법.
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