KR20230014751A - 진동 감소 유도 제어가 있는 진공 벌브 스위치 - Google Patents

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KR20230014751A
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볼프강 그리샤버
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슈퍼그리드 인스티튜트
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Abstract

본 발명은 진공 벌브(1)를 갖는 유도 제어 스위치에 관한 것으로, - 진공 챔버(110); - 제1 및 제2 전극(1113, 1111)을 포함하는 제1 스위치(111), 제1 방향(A)으로 슬라이딩 가능하게 장착되고 제1 전극(1113)에 견고하게 부착된 제1 액추에이터(12)를 더 포함하는 제1 스위치(111)), 제1 전기자(122)를 포함하는 제1 액츄에이터; - 제2 전기자(222)를 포함하는 제2 액추에이터(22); - 제1 코일(131)을 통해 제1 전기자에 스위칭 전류와 제2 전기자에 전류를 동시에 생성하도록 구성되고, 상기 제 1 코일(131)은 상기 제 1 및 제 2 전극(1113, 1111)을 분리하거나 접촉시키고 제 1 방향을 따라 반대 방향으로 상기 제 1 및 제 2 액추에이터를 이동시킨다.

Description

진동 감소 유도 제어가 있는 진공 벌브 스위치
본 발명은 접촉기(Contactor), 회로 차단기, 스위치 및 고전압 급속 차단기와 같은 전기 보호 장치에 관한 것이며, 특히 이러한 스위치용 고전압 네트워크에 사용되는 진공 벌브 스위치에 관한 것이다. 진공 벌브 스위치를 사용하면 닫힌 상태에서 낮은 접촉 저항을 유지하면서 고전압을 유지할 수 있다.
문서 JPH0992100은 고전압 DC 진공 벌브 스위치를 설명한다.
문서 JPH08222092는 전자기 반발력에 의해 작동되는 진공 벌브 스위치를 설명한다.
진공 벌브 스위치에는 일반적으로 고정 전극과 이동 전극이 있으며 진공 밀봉된 챔버 내에서 전극 사이의 접촉이 발생한다. 회로 차단기의 경우, 개방 코일, 폐쇄 코일 및 이들 코일 사이에 배치된 이동 플레이트를 포함하는 회로 차단기 드라이브를 사용하여 이동 전극의 이동이 가능하다. 이동 전극은 일반적으로 절연 막대에 의해 이동 플레이트에 연결된다.
회로 차단기를 작동하기 위해 용량성 어셈블리가 해당 코일로 방전된다. 코일을 통과하는 전류 피크는 전자기장이 코일의 전자기장과 반대되는 이동 플레이트에서 푸코 전류로 알려진 와전류를 생성하는 전자기 펄스를 생성한다. 그러면 이동판이 "유도"되었다고 한다. 이것은 활성화된 코일과 전기자 사이에 반발력을 생성하여 이동 플레이트와 연결된 이동 전극이 움직일 수 있도록 한다.
개방 코일 및 그 지지부의 반력은 개방 중에 유해한 진동을 유도한다. 사용 시, 개방 코일 및 그 지지부에 작용하는 반력은 지지 프레임의 프레임 기준에서 변형되거나 변위될 수 있다. 그 결과, 개방 코일과 전기자 표면 사이의 공극(air gap)이 전기자 표면에서 불균일해질 수 있다. 특히, 에어 갭은 상기 회로 차단기의 수명 동안 증가할 수 있다. 그리고, 작은 에어 갭은 전기 기계적 변환의 효율을 최적화하기 때문에, 시간이 지남에 따라 회로 차단기의 개방이 점점 더 느려질 수 있다. 또한, 차단 용량을 증가시키기 위해서는 개방(opening)을 수행하기 위해 발휘되는 힘 뿐만 아니라 이동 플레이트의 스트로크를 증가시킬 필요가 있다.
또한 접촉기의 폐쇄를 구현할 때 유사한 문제가 발생한다.
본 발명은 또한 종속 청구항들의 변형들에 관한 것이다. 당업자는 종속 청구항 및 명세서의 각각의 특징이 중간 일반화를 구성하지 않고 상기 특징들과 독립적으로 결합될 수 있다는 것을 이해할 것이다.
본 발명은 이러한 결점 중 하나 이상을 극복하는 것을 목적으로 한다.
따라서 본 발명은 첨부된 청구범위에 정의된 바와 같은 유도 제어를 갖는 진공 벌브 스위치에 관한 것이다.
본 발명은 전기 안전 스위치에 적용되며, 주요 기능은 예를 들어 회로 차단기의 분리 또는 예를 들어 접지 장치의 연결이다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 유도 2-플레이트 스위치를 사용하여 폐쇄 위치에서 유도 제어를 하는 진공-차단기 회로 차단기의 측면 단면도를 나타낸다.
도 2는 도 1의 회로 차단기의 액츄에이터의 상부 단면도로서, 샤프트에서의 단면도이다.
도 3은 도 1의 회로 차단기의 액추에이터의 변형예의 상부 단면도를 도시한다.
도 4는 도 1의 회로 차단기의 제어 요소의 상세 측단면도를 도시한다.
도 5는 개방 위치에 있는 회로 차단기의 측단면도를 도시한다.
도 6은 본 발명의 구현의 다른 예에 따라, 2개의 스위치 및 2개의 유도 플레이트를 갖는, 폐쇄 위치에서 회로 차단기의 변형의 측단면도를 도시한다.
도 7은 개방 위치에 있는 도 6의 회로 차단기의 변형예의 측단면도를 도시한다.
도 8은 본 발명의 구현의 다른 예에 따라 2개의 스위치와 4개의 유도 플레이트를 갖는 폐쇄 위치에서 회로 차단기의 다른 변형의 측단면도를 도시한다.
도 9는 개방 위치에서 도 8의 회로 차단기의 변형의 측단면도를 도시한다.
도 10은 개방 위치에서 본 발명의 일 실시예에 따른 유도 제어를 갖는 진공 벌브 접촉기의 측단면도를 도시한다.
도 11은 폐쇄 위치에서 도 10의 진공 벌브 접촉기의 단면도를 도시한다.
본 발명의 추가적인 특징 및 이점은 첨부된 도면을 참조하여 지시적이고 제한적이지 않은 다음의 설명으로부터 명확해질 것이다.
도 1은 진공 벌브(11)가 부착된 프레임(10)을 갖는 폐쇄 위치에서 본 발명에 따른 유도 제어를 갖는 진공 차단기 회로 차단기(1)의 예의 측단면도를 도시한다.
진공 벌브(11)는:
진공 밀봉된 챔버(110),
고정 전극(1111) 및 이동 전극(1113)을 갖는 스위치(111). 전극(1111 및 1113)은 A축을 따라 정렬된다. 전극(1111 및 1113)은 진공 챔버(110)에 수용되고;
A 축을 따라 이동 전극(1113)의 병진 이동을 허용하는 벨로우즈(112). 따라서 전극(1111, 1113)은 챔버(110)의 진공 밀봉을 유지하면서 서로 접촉(스위치를 폐쇄)하거나 서로 분리(스위치를 개방)할 수 있다.
라인 전류는 전극(1111 및 1113)에 각각 연결된 전기 접속부(1112 및 1114)에 의해 공급 및 방출된다.
회로 차단기(1)는 이동 전극(1113)과 일체형인 액추에이터(12)를 포함한다. 액추에이터(12)는 이동 전극(1113)이 작동되어 회로 차단기(1)의 스위치(111)를 개폐하도록 한다. 엑추에어터(12)는 A축에 평행한 수직 방향으로 슬라이딩 가능하게 장착된다. 액추에이터(12)는 전기자(122)를 포함한다.
회로 차단기(1)는 또한 포함한다:
개방 제어 요소. 개방 제어 요소는 코일(131)을 갖는다;
A 축에 평행한 수직 방향으로 슬라이딩 가능하게 장착된 추가 액추에이터(22). 액추에이터(22)는 전기자(222)를 포함한다. 코일(131)은 전기자(122)와 전기자(222) 사이에 위치된다.
개방 제어 요소는 전극들(1111, 1113)을 분리하고 액추에이터들(12, 22)을 A축에 평행한 수직 방향을 따라 반대 방향으로 이동하도록 전기자(122)의 개방 전류와 전기자(222)의 전류를 동시에 유도하도록 구성된다. 반력에 의해 생성된 프레임의 응력을 최소화하기 위해 액추에이터(12 및 22)의 움직임이 발생하는 두 축을 병합한다. 따라서 제어 요소는 감소된 시간에 회로 차단기(1)를 개방하고 설명되는 바와 같이 코일(131) 상의 전기자(222)의 반력에 의해 코일(131) 상의 전기자(122)의 반력을 보상하는 것을 가능하게 하는데, 이는 후술하는 바와 같다. 따라서 동일한 크기의 압축력이 이 코일(131)에만 적용되어 프레임(10)에 대한 부착 크기를 감소시킨다. 이러한 힘의 보상 결과 코일(131)은 변형이 적고 이 코일(131) 및 전기자(122)는 회로 차단기(1)의 수명 동안 거의 변하지 않는다. 이러한 방식으로, 회로 차단기(1)의 개폐 동작 횟수가 많은 경우에도 빠른 개방 시간이 보장될 수 있다. 회로 차단기(1)이 개방될 때 발생하는 진동도 감소된다.
유리하게는, 코일(131)에 대한 반력(reaction force)의 최적 보상을 얻기 위해, 액추에이터(22)와 통합(integral)된 이동질량(mobile mass)은 적어도 액추에이터(12)와 통합된 이동질량의 절반과 동일하고, 바람직하게는 이 액추에이터(12)의 질량과 같다. 액추에이터와 통합된 이동질량은 그 질량 및 이동 전극의 질량을 포함한다.
여기에서 액추에이터(12)는 로드(121)를 갖는다. 로드(121)는 회로 차단기(1)의 제어 구역과 이동 전극(1113) 사이의 아크의 위험을 제거하기 위해 유전재료요소(1210)를 가질 수 있다. 로드(121)는 또한 하나 이상의 암(1211)을 가지며, 유리하게는 전도성 물질로 만들어진다. 유전재료요소(1210)는 암(1211)과 전극 (1113) 사이에 개재된다. 전기자(122)는 암(1211)과 통합(integral)되어 있다. 로드(121)의 유전재료요소(1210)은 유리하게는 관 모양이다.
전기자(122)는 유리하게는 평면 코일(132)과 (여기서도 평면) 코일(131) 사이에 위치된 플레이트의 형태를 취한다. 평면 코일(132)은 회로 차단기(1)의 폐쇄 제어 요소에 속한다. 평면 코일(132)은 폐쇄(closing) 코일이다. 따라서 코일(132)은 전기자(222)의 반대편에서 액추에이터(12)의 전기자(122) 반대편에 위치된다.
여기서 전기자(122)는 코일(132)을 향하는 하부 전도성 표면(1221) 및 코일(131)을 향하는 상부 전도성 표면(1222)을 갖는다. 표면(1221 및 1222)은 견고한 판상에서 일체로 형성될 수도 있고, 다른 재질의 판상 지지체 상에 장착될 수도 있다. 표면(1221 및 1222)는 A축에 수직이다. 유리하게는, 표면(1221 및 1222)은 금속성이다. 전기자(122)의 재료는 높은 전도성 대 밀도 비율을 위해 선택될 수 있다; 따라서 전기자 재료(122)는 유리하게 알루미늄일 수 있다. 유리하게는, 암(들)(1211)은 표면(1221 및 1222)과 동일한 금속 재료로 코팅되거나 표면(1221 및 1222)과 동일한 금속 재료로 형성된다. 따라서 암(1211)의 금속 부분은 코일(131)에 의해 둘러싸인다. 액추에이터(12)의 센터링을 촉진하기 위해. 유리하게는, 전기자 표면(1221 및 1222)(뿐만 아니라 코일(131))은 A축에 대해 축대칭이어서 힘 토크가 전기자(122)의 상이한 요소에서 보상된다. 따라서, 암(1211)의 금속 부분은 액추에이터(12)의 중심을 촉진하기 위해 코일(131)에 의해 둘러싸인다. 유리하게는, 전기자면(1221, 1222 및 코일 131)은 A축에 대해 축대칭이므로, 힘 토크(force torques)가 전기자(122)의 상이한 요소들에서 보상된다.
평면 코일(133)은 코일(131)에 대해 대칭적으로 코일(132) 반대편에 배치된다.
코일(131, 132, 133)은 프레임(10)에 부착되고 액추에이터(12)의 로드(121)에 의해 A축에 평행한 수직 방향으로 횡단된다.
액추에이터(22)는 또한 A축에 평행한 수직 방향으로 코일(131, 132, 133)을 통과한다.
액추에이터(22)는 또한 A 축에 평행한 수직 방향에서 로드(121)에 대칭인 유리한 튜브 형상의 로드(221)을 갖는다. 로드(221)은 또한 코일들(131, 132, 133) 및 전기자(122)를 수직 방향으로 통과하는 하나 이상의 암(2211)을 갖는다.
여기에서 전기자(222)는 코일(133)을 향하는 상부 전도성 표면(2221) 및 코일(131)을 향하는 하부 전도성 표면(2222)을 갖는다. 표면(2221, 2222)은 단단한 판에 일체형으로 형성되거나 지지대에 장착될 수 있다. 표면(2221, 2222)은 A축에 수직이다. 표면(2221 및 2222)은 금속성이다. 전기자(222)의 재료는 높은 전도성 대 밀도 비율을 위해 선택될 수 있다; 따라서 전기자 재료(222)는 유리하게 알루미늄일 수 있다. 암(들)(2211)은 유리하게는 표면(2221 및 2222)과 동일한 금속 재료로 덮여 있다. 따라서 암(2211)의 금속 부분은 액추에이터(22)의 센터링을 촉진하기 위해 코일(131)에 의해 둘러싸여 있다. 전기자(222)는 암 (2211)과 통합되어 있다.
액추에이터(12)는 코일(131, 133) 사이의 전기자(222)를 통과한다. 액추에이터(22)는 코일(131, 132) 사이의 전기자(122)를 통과한다. 바람직하게는, 액추에이터(12, 22)는 완전히 유사한 관형상(tubular)을 갖는다. 액추에이터(12 및 22)는 유리하게도 동일한 재료로 제조된다.
이러한 구성은 액추에이터(12, 22)가 표면(1221, 1222, 2221, 2222)에 수직인 A축에 평행한 방향으로 슬라이딩하면서 서로를 안내할 수 있게 한다.
도 2는 액추에이터(12)의 상부 단면도를 도시한다. 본 발명의 실시예의 예에 따른 회로 차단기(1)의 전기자 플레이트(122)의 표면(1222)을 볼 수 있다.
전기자(122)는 바람직하게는 디스크 형상이다.
로드(121)는 유리하게는 표면(1222) 및 표면(1221)에 수직으로 A축에 평행한 방향으로 연장되고(도 2에는 보이지 않음) 전기자(122)의 중심 Z에 대해 대칭적으로 분포된(A축과 일치함(coincident)) 3개의 암(1211)을 갖는다.
전기자(122)에는 오리피스(123)가 뚫려 있고, 액추에이터(22)(미도시)의 로드(221)의 암(2211)이 슬라이딩한다. 로드(121)의 암(1211)이 있는 만큼의 오리피스(123)가 유리하게 존재하고 전자(former)는 전기자(122)의 중심(Z) 주위에 대칭적으로 분포된다.
도 3은 액추에이터(12)의 상부 단면도를 도시한다. 회로 차단기(1)의 전기자 플레이트(122)의 표면(1222)은 2개의 암(1211)과 2개의 오리피스(123)을 갖는 본 발명의 일 실시예에 따른 것으로 볼 수 있다.
도 4는 회로 차단기(1)의 개방 제어 요소의 상세한 측단면도를 도시한다.
본 발명의 실시예의 예에 따르면, 코일(131)은 코일(131)에서 개방 전류를 생성하도록 구성된 커패시터 또는 용량성 어셈블리(미도시)에 연결된다. 따라서 개방 전류 피크는 코일(131)을 통해 흐르고 코일(131)은 전기자(122)와 전자장이 코일(131)과 반대인 전기자(222)에 유도된 와전류를 생성하는 전자기 펄스를 생성한다. 그런 다음 기계적 반발력 B, C 및 D가 활성화된 코일(131)과 전기자(122, 222) 사이에서 발생한다.
힘 B 및 C는 각각 표면(1221 및 1222)에 수직인 방향으로 발생한다. 힘 B 및 C는 액추에이터(12)가 A축에 평행한 방향으로 충분한 가속도를 제공하여 액추에이터(12)가 개방 방향으로 이동하도록 한다. 유사한 방식으로, 액추에이터(22)는 액추에이터(12)와 반대 방향으로 동시에 이동한다.
암(1211, 2211)이 전도성 재료로 만들어질 때, 힘 D는 A축에 수직인 방향으로 나타난다. 힘 D는 A 축에 대해 액추에이터(12) 및 액추에이터(22)의 자기 중심(magnetic centering)을 생성하는 데 사용된다.
도 5는 상기와 같이 코일(131)에 개방 전류를 발생시킴으로써 달성되는 개방 위치에서의 유도 제어(1)를 갖는 진공-차단기 회로 차단기의 측면 단면도를 나타낸다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 코일들(132, 133)은 상기 코일들(132, 133)에 폐쇄 전류를 발생시키도록 구성된 커패시터 또는 용량성 어셈블리(미도시)에 연결된다. 따라서 폐쇄 전류 피크는 코일(132 및 133)을 통해 흐르고, 이는 전기자(122) 및 전기자(222)에서 유도된 와전류를 각각 생성하는 전자기 펄스를 생성하며, 그 전자기장은 각각 코일(132 및 133)의 전자기장에 반대된다.
그런 다음, 코일(132)와 전기자(122) 사이에 표면(1221)에 수직인 방향으로 기계적 반발력이 발생한다. 이러한 힘에 의해 액추에이터(12)가 A축에 평행한 방향으로 충분히 가속되어 액추에이터(12)가 그 방향으로, 스위치(111)를 닫는 방향으로 이동시키도록 한다.
또한, 유사한 작동에 의해 표면(2221)에 수직하는 방향으로 코일(133)과 전기자(222)사이에 동일한 힘이 작용하여 액추에이터(22)를 상기 표면(2221)에 수직인 방향으로 이동시키고, 액추에이터(12)를 액추에이터(22)와 반대 방향으로 이동시킨다.
도 6은 2개의 진공 벌브(11, 21)가 부착된 프레임(10)을 포함하는 본 발명의 다른 실시예에 따라 폐쇄 위치에 있는 유도 제어 장치(1)를 갖는 진공 차단기 회로 차단기의 측단면도를 도시한다. 진공벌브(11), 액추에이터(12), 전기자(122, 222), 제어코일(131~133)은 앞선 실시예와 동일하다.
진공 벌브(21)는:
진공 밀봉된 챔버(210),
고정 전극(2111) 및 이동 전극(2113)을 갖는 스위치(211). 전극(2111 및 2113)은 A축을 따라 정렬된다. 전극(2111 및 2113)은 진공 챔버(210)에 수용되고;
A 축을 따라 이동 전극(2113)의 병진 이동을 허용하는 벨로우즈(212). 따라서 전극(2111, 2113)은 챔버(210)의 진공 밀봉을 유지하면서 서로 접촉하거나 분리될 수 있다.
라인 전류는 전극(2113, 2111)에 각각 연결된 전기 접속부(2112, 2114)에 의해 공급 및 방출된다.
이동 전극(2113)은 액추에이터(22)의 액추에이터 로드(221)의 부재(2210)와 일체로 제조된다. 요소(2210)는 회로 차단기(1)의 제어 구역과 이동 전극(2113) 사이에서 아크의 위험을 제거하기 위해 유전(dielectric) 재료로 제조된다. 유전 요소(2210)는 유리하게 관형 형상이다.
본 발명의 실시예에 따르면, 코일(131)에 가해지는 힘의 균형을 유지하면서, 코일(131)에 발생하는 개방 전류의 발생만으로 액추에이터 12(12, 22)가 스위치 (111)과 스위치(211)을 모두 개방하기에 충분한 가속도를 부여하기에 충분하다. 액추에이터(12, 22)가 동일하고 스위치(111, 211)가 동일하면 코일(131)에 가해지는 힘은 완벽하게 균형을 이룬다. 중력은 개방 시 코일(131)에 의해 액추에이터(12, 22)에 가해지는 힘에 비해 무시할 수 있는 것으로 간주될 수 있다.
본 발명의 대안적인 실시예에 따르면, 상기 스위치들(111, 211)은 전기적으로 직렬 연결되어, 이로써 형성된 회로의 개방 제어의 차단 용량을 증가시킬 수 있다. 이러한 이중 차단은 스위치(111, 211)가 동일한 본체에 고정되고 액추에이터(12, 22)가 중첩되어 상대적으로 작은 공간에서도 달성될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 스위치(111, 211)는 각각 독립적인 전류 회로에 연결되거나 병렬로 연결된 두 개의 회로에 연결되어 이 두 개의 전류 회로를 동시에 개방할 수 있다.
병렬 연결은 폐쇄 상태에서 이중 전류가 전도되도록 하여 과도한 가열을 방지한다.
스위치들(111, 211)이 직렬 또는 병렬로 연결되는 경우, 유전 요소들(1210, 2210)의 두께를 최소화하거나 제거할 수 있도록, 그들의 이동 전극들(1113, 2113)을 함께 연결하는 것이 유리하다.
도 7은 도 6에 기재된 변형예에 따른 유도 제어 1을 구비한 진공-차단기 회로차단기의 측면 단면도로서, 상기와 같이 코일 131에 개구 전류를 발생시킴으로써 달성되는 개방 위치를 나타낸다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 코일들(132, 133)은 상기 코일들(132, 133)에서 폐쇄 전류를 발생시키도록 구성된 커패시터 또는 용량성 어셈블리(미도시)에 연결된다. 그 후, 선행 실시예와 같이, 코일(132)와 전기자 (122) 사이에, 표면(1221)에 수직인 방향으로 기계적인 반발력이 발생한다. 이러한 힘에 의해 액추에이터(12)가 A축에 평행한 방향으로 충분히 가속되어 스위치(111)를 닫는 방향으로 액추에이터(12)가 그 방향으로 이동할 수 있다.
유사한 동작에서, 코일(133)과 전기자(222) 사이에는 표면(2221)에 수직인 방향으로 등가의 기계적 힘이 발생한다. 이러한 힘은 액추에이터(22)가 A축에 평행한 방향으로 충분히 가속되어 액추에이터(22)를 그 방향으로, 액추에이터(12)와 반대 방향인 스위치(211)를 닫는 방향으로 이동시킬 수 있도록 한다.
도 8은 2개의 진공 벌브(11, 21)가 부착된 프레임(10)을 포함하는 본 발명의 다른 실시예에 따라 폐쇄 위치에서 유도 제어 장치(1)를 갖는 진공 차단기 회로 차단기의 측단면도를 도시한다.
회로 차단기(1)는 다음을 포함한다:
자체로 2개의 코일(135 및 136)을 포함하는 개방 제어 요소;
자체로 코일(134)을 포함하는 폐쇄 제어 요소,
자체로 2개의 전기자(123, 124)를 포함하는 액추에이터(12),
자체로 2개의 전기자(223, 224)를 포함하는 액추에이터(22).
도 8에 기재된 구성에서, 코일(135, 136)은 코일(134)의 양측에 대칭적으로 분포되어 있다. 코일 135는 코일 134와 벌브 21 사이에 위치한다. 코일 136은 코일 134와 벌브 11 사이에 위치한다. 코일 134, 135 및 136은 프레임 10과 일체형으로 만들어진다.
전기자(123)는 코일(134, 136) 사이에 위치한다. 전기자(124)는 코일(135)과 벌브(21) 사이에 위치한다. 전기자(223)는 코일(134, 135) 사이에 위치한다. 전기자(224)는 코일(136)과 벌브(11) 사이에 위치한다.
개방 제어 요소는, A축에 평행한 수직 방향을 따라 액추에이터들(12, 22)을 반대 방향으로 이동시킬 수 있도록, 전기자들(123, 124)에 있어서의 개방 전류와 함께 전기자들(223, 224)에 있어서의 등가 개방 전류를 동시에 발생시키도록 구성된다.
코일(135 및 136)은 코일(135 및 136)에서 개방 전류를 생성하도록 구성된 커패시터 또는 용량성 어셈블리(미도시)에 연결된다. 따라서 개방 전류 피크는 코일(135 및 136)을 통해 흐르고, 그 다음 각각 전자기 펄스를 생성한다.
코일(135)에서 발생한 펄스는 전자기장이 코일(135)에 대항하는 전기자 (124, 223)에 유도 와전류를 발생시킨다. 그런 다음, 기계적인 반발력은 전기자(124, 223)의 표면(1242, 2232)에 각각 수직인 방향으로 활성화된 코일(135)과 전기자(124, 223) 사이에서 발생한다.
코일(136)에서 생성된 펄스는 전자기장이 코일(136)에 대항하는 전기자(123 및 224)에서 유도 와전류를 발생시킨다. 그런 다음, 기계적 반발력은 각각 전기자(123, 224)의 표면(1232, 2242)에 수직인 방향으로 에너지 공급 코일(136)과 전기자(123, 224) 사이에서 발생한다.
이러한 기계적인 힘은 액추에이터(12, 22)가 A축에 평행한 방향으로 충분히 가속되어 액추에이터(12)와 액추에이터(22)를 그 방향으로, 스위치(111, 211)의 개방 방향과 반대 방향으로 움직일 수 있게 한다.
도 9는 전술한 바와 같이 코일(135, 136)에 개방 전류를 생성함으로써 달성되는 개방 위치에서 유도 제어를 갖는 진공 차단기 회로 차단기(1)의 측단면도를 도시한다.
본 발명의 실시예의 예에 따르면, 코일(134)은 코일(134)에 폐쇄 전류를 생성하도록 구성된 커패시터 또는 용량성 어셈블리(미도시)에 연결된다. 따라서 폐쇄 전류 피크는 코일(134)을 통해 흐르고, 코일(134)은 전기자(123) 및 전기자(223)에서 전자기장이 코일(134)과 반대인 전기자(223)에 유도된 와전류를 생성하는 전자기 펄스를 생성한다.
자기(magnetic) 반발력은 각각 전기자(123, 223)의 표면(1232, 2232)에 수직인 방향으로 코일(134)과 전기자(123, 223) 사이에서 발생한다. 이러한 기계적 힘에 의해 액추에이터(12, 22)가 A축에 평행한 방향으로 충분히 가속되어 스위치(111, 211)의 닫힘 방향과 반대 방향으로 액추에이터(12, 22)가 그 방향으로 이동할 수 있다.
도 10은 개방 위치에서 진공 벌브(31)가 부착된 프레임(30)을 갖는 본 발명에 따른 유도 제어를 갖는 진공 벌브 접촉기(3)의 예의 측단면도를 도시한다.
진공 벌브(31)는:
진공 밀봉된 챔버(310),
고정 전극(3111) 및 이동 전극(3113)을 갖는 스위치(311). 전극(3111 및 3113)은 A축을 따라 정렬된다. 전극(3111 및 3113)은 진공 챔버(310)에 수용되고;
A 축을 따라 이동 전극(3113)의 병진 이동을 허용하는 벨로우즈(312). 따라서 전극(3111, 3113)은 챔버(310)의 진공 밀봉을 유지하면서 서로 접촉(스위치를 폐쇄)하거나 서로 분리(스위치를 개방)할 수 있다.
라인 전류는 전극들(311, 3113)에 각각 연결된 전기접속부(3112, 3114)에 의해 공급되고 제거된다.
접촉기(3)은 이동 전극(3113)과 통합된 액추에이터(32)를 포함한다. 액추에이터(32)는 접촉기(3)의 스위치(311)을 열거나 닫기 위해 이동 전극(3113)을 작동시키는 데 사용된다. 액추에이터(32)는 A축에 평행한 수직 방향으로 슬라이딩 가능하게 장착된다. 액추에이터(32)는 전기자(322)를 포함한다.
접촉기(3)는 또한 다음을 포함한다:
폐쇄 제어 요소. 폐쇄 제어 요소는 코일(331)을 갖고;
A 축에 평행한 수직 방향으로 슬라이딩 가능하게 장착된 추가 액추에이터(42). 액추에이터(42)는 전기자(422)를 포함한다. 코일(331)은 전기자(322)와 전기자(422) 사이에 위치된다.
폐쇄 제어 요소는 전기자(322)의 개방 전류와 전기자(422)의 전류를 동시에 유도하여 전극(3111, 3113)을 분리하고 액추에이터(32, 42)를 A 축에 평행한 수직 방향을 따라 반대 방향으로 이동시키도록 구성된다. 반력에 의해 생성된 프레임의 응력을 최소화하기 위해 액추에이터(32 및 42)의 움직임이 발생하는 두 축이 병합된다. 따라서 아래에서 자세히 살펴볼 바와 같이, 제어 요소는 감소된 시간에 회로 차단기(3)를 닫고 설명되는 바와 같이 코일(331) 상의 전기자(422)의 반력에 의해 코일(331) 상의 전기자(322)의 반력을 보상하는 것을 가능하게 한다. 따라서, 동일한 크기의 압축력이 이 코일(331)에만 가해지며, 이는 프레임(30)에 대한 부착 크기를 감소시킨다. 이러한 힘의 보상 결과, 코일(331)은 덜 변형되고 코일(331) 및 전기자(322)는 접촉기(3)의 수명 동안 거의 변화하지 않는다. 이것은 접촉기(3)가 다수의 개방 및 폐쇄 동작 이후에도 신속하게 닫히는 것을 보장한다. 접촉기(3)가 닫힐 때 발생하는 진동도 감소된다.
바람직하게는, 코일(331)에 대한 반력의 최적 보상을 얻기 위해, 액추에이터(42)와 통합된 이동질량은 액추에이터(32)와 통합된 이동 질량의 적어도 절반, 바람직하게는 이 액추에이터(32)의 질량과 동일하다. 액추에이터에 부착된 이동 질량은 특히 액추에이터 자체의 질량에 추가하여 전극의 질량을 포함한다.
여기서, 액추에이터(32)는 로드(321)를 포함한다. 상기 로드(321)는 차단기(3)의 제어 영역과 이동 전극(3113) 사이에 아크 발생의 위험을 제거하기 위해 유전 재료 요소(3210)를 구비할 수 있다. 로드(321)는 또한 하나 이상의 연장부(320)를 가지며, 유리하게는 전도성 물질로 이루어진다. 여기서 연장부 (320)은 전기자(322)를 넘어 연장된다. 전기자(322)는 로드(3210)에 통합되어 있다. 로드 321의 유전 요소(3210)는 유리하게도 관 모양이다.
전기자(322)는 유리하게 평면 코일(333)과 (여기서도 평면) 코일(331) 사이에 위치된 플레이트의 형태를 취한다. 평면 코일(333)은 접촉기(3)의 개방 제어 요소에 속한다. 평면 코일(333)은 개방 코일이다. 따라서 코일(333)은 코일(331)의 반대편에서 액추에이터(32)의 전기자(322) 반대편에 위치된다.
전기자(322)는 여기에서 코일(331)을 향하는 하부 전도성 표면(3221) 및 코일(333)을 향하는 상부 전도성 표면(3222)을 갖는다. 표면(3221 및 3222)은 단단한 판에 일체형으로 형성될 수 있거나 다른 재료의 판상 지지체 상에 장착될 수 있다. 표면(3221, 3222)은 A축에 수직이다. 유리하게는, 표면(3221 및 3222)은 금속성이다. 전기자(322)의 재료는 높은 전도성 대 밀도비로 선택될 수 있으며, 따라서 유리하게는 알루미늄일 수 있다. 유리하게는, 전기자 표면(3221, 3222)(코일(331)은 물론)은 A축에 대해 축대칭이므로, 전기자(322)의 서로 다른 요소에 대한 힘 토크가 보상된다.
평면 코일(332)은 코일(331)에 대해 대칭적으로 코일(333) 반대편에 배치된다. 코일(331, 332, 333)은 프레임(30)에 부착된다.
액추에이터(42)는 또한 로드(321)과 동일한 형상으로 유리하게 관 모양의 로드(421)을 갖는다.
여기에서 전기자(422)는 코일(331)을 향하는 상부 전도성 표면(4221) 및 코일(131)을 향하는 하부 전도성 표면(4222)을 갖는다. 표면(4221, 4222)은 단단한 판에 일체형으로 형성되거나 지지체에 장착될 수 있다. 표면(4221 및 4222)은 A축에 수직이다. 표면(4221 및 4222)은 금속성이다. 전기자(422)의 재료는 높은 전도성 대 밀도 비율을 위해 선택될 수 있다; 따라서 전기자 재료(422)는 유리하게 알루미늄일 수 있다. 전기자(422)는 로드(4210)와 일체형이다.
액추에이터(32)의 연장부(320)은 전기자(422)와 코일(331)을 통과한다. 액추에이터(42)의 연장부 (420)은 전기자(322)와 코일(331)을 통과한다. 이러한 구성은 액추에이터(32, 42)가 표면들(3221, 3222, 4221, 4222)에 수직인 A축에 평행한 방향으로 서로 슬라이딩하도록 유도할 수 있게 한다.
전기자(322)는 바람직하게는 디스크 형상이다. 로드(321)는 전기자(322)의 A 축 주위에서 표면(3222) 및 표면(3221)에 수직인 A 축에 평행한 방향으로 연장되는 복수의 연장부(320)를 가질 수 있다.
전기자(322)는 액추에이터(42)의 로드(421)의 연장부(420)가 슬라이딩되는 오리피스로 관통된다. 로드(421)의 확장부(420)만큼 많은 오리피스가 유리하게 존재하고 전자는 A축 주위에 대칭적으로 분포된다.
본 발명의 실시예의 예에 따르면, 코일(331)은 코일(331)에 폐쇄 전류를 생성하도록 구성된 커패시터 또는 용량성 어셈블리(미도시)에 연결된다. 따라서 개방 전류 피크는 코일을 통해 흐른다. 전기자(322)와 전기자(422)에 유도된 와전류를 생성하는 전자기 펄스를 생성하는 331(331). 전기자(322, 422)와 전기자(322, 422) 사이에 기계적 반발력이 발생한다.
힘은 각각 표면(3221 및 3222)에 수직인 방향으로 발생한다. 이러한 힘은 액추에이터(32)가 A축에 평행한 방향으로 충분히 가속되어 폐쇄 방향으로 그 방향으로 이동하도록 한다. 유사한 방식으로, 액추에이터(42)는 액추에이터(32)와 반대 방향으로 동시에 이동된다.
확장부(320, 420)가 전도성 물질로 만들어지면 A축에 수직한 방향으로 힘이 나타난다. 이 힘은 A 축에 대해 액추에이터(32) 및 액추에이터(42)의 자기 중심을 생성하는 데 사용된다.
접촉기(3)의 스위치(311)가 폐쇄 상태(도 11에 도시된 구성)에 있을 때, 제어 요소는 개방 전류를 생성하기 위해 코일(333)(그리고 코일(332)과 유사하게)에 전류를 인가할 수 있다. 따라서 개방 전류는 코일(333)을 통해(그리고 유사하게 코일(332)을 통해) 흐르고 전자기장이 코일(333)의 전자기장에 반대되는 전기자(322)(그리고 유사하게 전기자(422))에 유도된 와전류를 생성하는 전자기 펄스를 생성하여, 전자기장이 코일 333(및 유사하게 코일 332)과 반대되는 전기자 322(그리고 유사하게 전기자 422)에서 유도 와전류를 생성한다. 그런 다음 통전 코일(333)과 전기자(322) 사이에 기계적 반발력이 발생한다.(통전 코일 (332)와 전기자(422) 사이와 유사하게).
회로 차단기(1)에 대해 제시된 것과 유사한 접촉기(3)의 변형이 예상될 수 있다: 액추에이터(42)에 의해 작동되는 또 다른 스위치.

Claims (15)

  1. - 진공 챔버(110);
    - 상기 진공 챔버에 수용된 제1 및 제2 전극(1113, 1111)을 구비하고 선택적으로 접촉 또는 분리가 가능한 제1 스위치(111), 상기 제1스위치는 제1 방향(A)으로 슬라이딩 가능하게 장착되고 상기 제1 전극(1113)과 통합되는 제 1액추에이터를 더 포함하고, 상기 제1 액추에이터는 제1 전기자(122)를 포함하는 유도 제어를 포함하는 진공 벌브 스위치(1)로서,
    하기를 더 포함하는,
    - 제1 방향으로 슬라이딩 가능하게 장착되고, 제2 전기자(222)를 갖는 제2 액추에이터(22);
    - 상기 제1 전기자(122)와 상기 제2 전기자(222) 사이에 위치된 제1코일(131)을 가지고, 상기 제1코일(131)을 통해 상기 제1 전기자에 스위칭 전류와 상기 제2 전기자에 전류를 동시에 생성하도록 구성되는 제1제어요소, 상기 제 1 코일(131)은 상기 제 1 및 제 2 전극(1113, 1111)을 분리하거나 접촉시키고 제 1 방향을 따라 반대 방향으로 상기 제 1 및 제 2 액추에이터를 이동시킴;
    유도 제어를 포함하는 진공 벌브 스위치(1).
  2. 제1항에 있어서, 진공 챔버(210)에 수용되고 서로 선택적으로 접촉되거나 분리될 수 있는 제3 및 제4전극(2113, 2111)을 가지는 제2스위치를 더 포함하고, 상기 제 2 액추에이터(22)는 상기 제3전극(2113)과 통합되는, 유도 제어를 포함하는 진공 벌브 스위치(1).
  3. 제2항에 있어서, 상기 제1 및 제3 전극(1113, 2113)은 전기적으로 연결되는, 유도 제어를 갖는 진공 벌브 스위치(1).
  4. 전술한 어느 한 항 있어서, 상기 제1 코일(131)의 상기 스위칭 전류는 상기 제1 및 제2 전극(1113, 1111)을 분리하기 위한 개방 전류인, 유도 제어를 갖는 진공 벌브 스위치(1).
  5. 제4항에 있어서, 상기 제1 액추에이터(12)의 상기 제1 전기자(122) 반대편에 위치된 적어도 하나의 제2 코일(132)을 갖는 제2 제어 요소와, 상기 제2 액추에이터의 제2 전기자(222) 반대편에 위치한 적어도 하나의 제3 코일(133)을 갖는 제3 제어 요소를 더 포함하고, 상기 제2 및 제3 제어 요소는 상기 제2코일(132) 및 상기 제3코일(133)을 통하여 제1 전기자에 전류와 제2 전기자에 전류를 동시에 그리고 각각 생성하도록 구성되고, 상기 제1 및 제2 액추에이터(12, 22)를 제1 방향을 따라 반대 방향으로 이동시키고 제1 및 제2 전극(1113, 1111)과 접촉하도록 하는, 유도 제어를 갖는 진공 벌브 스위치(1).
  6. 전술한 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 액추에이터(12, 22)는 제1 방향을 따라 슬라이딩 가능하게 서로를 안내하는, 유도 제어를 갖는 진공 벌브 스위치(1).
  7. 제5항 또는 제6항에 있어서,
    - 제1 액추에이터(12)는 제1 전극(1113) 및 제1 전기자(122)와 통합된 제1 암(1211)을 가지며, 제1전기자는 적어도 하나의 제1 오리피스(123)를 가지고, 제1 코일은 제1전기자(122)와 제1 전극 사이에 위치하며;
    - 제2 액추에이터(22)는 제3 전극(2113) 및 제2 전기자(222)와 통합된 제2 암(2211)을 가지며, 제2 전기자는 적어도 하나의 제2 오리피스를 가지고, 제1 코일(131)은 제2 전기자와 제3 전극사이에 위치하며, 제2암은 제1 오리피스를 통과하고, 제1암은 제2 오리피스를 통과하는, 유도 제어를 갖는 진공 벌브 스위치(1).
  8. 제7항에 있어서, 제1 전기자(122)는 축(A) 주위에 분포된 여러 개의 오리피스(123)를 갖고, 제1 액추에이터(12)는 제1 전극과 제1전기자와 통합된 여러 개의 암들을 가지고 상기 축에 분포되어 있으며, 상기 제2 전기자(222)는 축(A) 주위로 분포된 여러 개의 오리피스를 갖고, 상기 제2 액추에이터는 제2 전극과 제2전기자와 통합된 여러 개의 암들을 가지고 상기 축에 분포되어 있으며, 제1 액추에이터의 암들은 제2 전기자의 오리피스를 통과하고, 제2액추에이터의 암들은 제1 전기자의 오리피스를 통과하는, 유도 제어를 갖는 진공 벌브 스위치(1).
  9. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 코일(331)에서의 스위칭 전류는 상기 제1 및 제2 전극(3113, 3111)과 접촉하는 폐쇄 전류인, 유도 제어를 포함하는 진공 벌브 스위치(3).
  10. 전술한 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 전기자(122) 및 상기 제2 전기자(222)는 각각 상기 제1 방향에 수직인 디스크 형상의 금속 플레이트를 포함하는, 유도 제어를 포함하는 진공 벌브 스위치(1).
  11. 전술한 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 액추에이터(22)와 통합되는 이동 질량은 상기 제1 액추에이터(12)와 통합되는 이동 질량의 적어도 절반과 동일한, 유도 제어를 포함하는 진공 벌브 스위치(1).
  12. 전술한 어느 한 항에 있어서,
    - 제1 액추에이터(12)는 제3 전기자(124)를 갖고;
    - 제2 액추에이터(22)는 제4 전기자(224)를 갖고;
    - 상기 제1 제어 요소는 제3 전기자와 제4 전기자 사이에 위치된 적어도 제4 코일(135)을 갖고, 상기 제1 제어 요소는 제3 전기자(124)에 전류를 생성하고 제4 전기자(224)에 전류를 동시에 생성하도록 구성되며, 상기 제4 코일(135)을 통해 제1 및 제2 전극을 분리하거나 접촉시키고 제1 및 제2 액추에이터(12, 22)를 제1 방향을 따라 반대 방향으로 이동시키는, 유도 제어를 포함하는 진공 벌브 스위치(1).
  13. 전술한 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 제어 요소는 상기 제1 전기자 및 제2 전기자에서 전류가 동시에 생성될 때 상기 제1 코일(131)로 방전하도록 구성된 커패시터를 포함하는, 유도 제어를 갖는 진공 벌브 스위치(1).
  14. 전술한 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 액추에이터(12)는 상기 제1 전기자(122)로부터 상기 제1 전극을 분리시키는 전기 절연 재료(1210)의 요소를 포함하는 유도 제어를 갖는 진공 벌브 스위치(1).
  15. 전술한 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 액추에이터(12)는 상기 제1 코일(131)에 의해 둘러싸이는 금속 부분(1211)을 갖는 유도 제어를 갖는 진공 벌브 스위치(1).
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