KR102531873B1 - 다수의 해머 타격식 진공 인터럽터 용접 파괴 - Google Patents

Abstract

접점에 다수의 액추에이터 해머 타격을 제공하는 것을 포함하는, 자기 작동식 스위치 조립체에서 용접된 접점을 분리시키는 방법. 상기 방법은 예를 들어 수동 작동 장치를 사용하여 접점을 폐쇄시키는 단계 및 상기 접점이 폐쇄될 때 발생하는 고전류 상태를 검출하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 고전류 상태를 검출한 것에 응답하여 상기 접점을 개방시키도록 상기 액추에이터를 전기적으로 작동시키는 단계, 및 상기 접점이 함께 용접된 것으로 인해 상기 액추에이터의 작동에 응답하여 상기 접점이 개방되지 않았다고 결정하는 단계를 더 포함한다. 상기 방법은 상기 접점이 함께 용접되었다고 결정될 때 상기 접점을 폐쇄시키기 위해 상기 액추에이터를 전기적으로 작동시키는 단계, 및 상기 접점을 개방시키기 위해 상기 액추에이터를 다시 전기적으로 작동시키는 단계를 더 포함한다.

Description

다수의 해머 타격식 진공 인터럽터 용접 파괴

관련 출원에 대한 상호 참조

본 출원은 2019년 1월 31일자로 출원된 미국 가출원 제62/799,404호의 우선권의 이익을 주장하며, 이 기초출원은 전체 내용이 모든 목적을 위해 본 명세서에 참조에 의해 원용된다.

기술 분야

본 발명은 일반적으로 스위치에서 용접된 접점을 분리시키는 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 접점에 다수의 액추에이터 해머 타격(actuator hammer blow)을 제공하는 것을 포함하는, 자기 작동식 진공 인터럽터에서 용접된 접점을 분리시키는 방법에 관한 것이다.

종종 전기 그리드라고도 지칭되는 전력 분배 네트워크는 일반적으로 다수의 발전소를 포함하고, 각 발전소는, 예를 들어, 가스 터빈, 원자로, 석탄 연소 발전기, 수력 발전 댐 등과 같은 다수의 발전기를 포함한다. 발전소는 다양한 중전압의 전력을 제공하고, 이 중전압은 고전압 전송 라인에 제공될 고전압 AC 신호로 변압기에 의해 승압되고, 이 전송 라인은 일반적으로 공동체에 위치된 다수의 변전소에 전력을 전달하고, 변전소에서 전압이 중전압으로 강압된다. 변전소는 다수의 3상 급전 라인에 중전압 전력을 제공한다. 급전 라인은 다양한 분배 변압기에 중전압을 제공하는 다수의 측방 라인에 결합되고, 분배 변압기에서 전압은 저전압으로 강압되고, 가정, 기업 등과 같은 다수의 부하에 제공된다.

동물이 라인에 접촉하는 경우, 낙뢰, 나뭇가지가 라인에 떨어지는 경우, 전신주와 차량의 충돌 등과 같은 다양한 요인으로 인해 분배 네트워크에 결함이 주기적으로 발생한다. 결함은 네트워크의 부하를 증가시키는 단락을 생성하여, 변전소의 전류 흐름이 결함 경로를 따라 정상 전류보다 크게 예를 들어 수 배 이상 증가하게 할 수 있다. 이 전류의 양은 전선을 크게 가열시켜 용융시킬 수 있고, 또한 변전소 및 네트워크의 다양한 구성 요소에 기계적 손상을 일으킬 수 있다.

위에서 언급된 유형의 전력 분배 네트워크는 일반적으로 네트워크 전체에 걸쳐 전력 흐름을 제어하는 다수의 스위칭 장치, 차단기(breaker), 리클로저(recloser), 인터럽터(interrupter) 등을 포함한다. 진공 인터럽터는 이러한 유형의 장치에 특정 응용을 갖는 스위치이다. 진공 인터럽터는 진공 인클로저 내에 위치된 대응하는 접점들, 즉 고정 접점과 이동 접점을 사용한다. 이동 접점을 고정 접점에서 멀리 이동시켜 인터럽터를 개방하면 접점 사이에 생성된 아크가 진공에 의해 빠르게 소멸된다. 아크를 격납하기 위해 접점 주위에 증기 차폐물이 제공된다. 특정 응용에서 진공 인터럽터는 고형 단열재 내에 캡슐화된다.

이러한 유형의 진공 인터럽터는 때때로 단상 자가 전력식 자기 작동식 리클로저(single-phase self-powered magnetically actuated recloser)와 같은 결함 인터럽터 장치에 사용된다. 이러한 유형의 자기 작동식 리클로저는 일반적으로, 진공 인터럽터 접점을 개방시키고 폐쇄시키기 위해 전기 권선에 의해 이동되는 전기자를 갖는 솔레노이드형 액추에이터를 포함하고, 여기서 전기자와 고정자는 권선에 의해 생성된 자속에 대한 자기 경로를 제공한다. 액추에이터가 개방 위치 또는 폐쇄 위치로 이동된 후 권선이 통전 해제되고, 개방 위치와 폐쇄 위치 모두에서 래칭 표면에 전기자를 유지하기 위해 영구 자석이 사용된다. 이런 유형의 리클로저는 결함 전류를 검출한 것에 응답하여 진공 인터럽터 접점을 자동으로 개방하고, 종종 다른 리클로저 및 차단기와 협력하여, 결함의 상류에 있는 제1 리클로저가 전력을 받지 않는 부하의 수를 제한하기 위해 개방되는 유일한 리클로저가 되게 한다. 결함을 검출한 것에 응답하여 리클로저가 개방되면 리클로저는 잠시 후 결함이 남아 있는지 여부를 결정하기 위해 폐쇄된다. 결함 전류가 다시 검출되면 리클로저는 다시 자동으로 개방되고 개방된 상태로 유지된다.

접점을 전기적으로 개방 및 폐쇄하기 위해 리클로저에 이용 가능한 전력이 없을 때 진공 인터럽터 접점을 수동으로 폐쇄하고 개방하기 위해 이러한 유형의 자기 작동식 리클로저와 관련하여 수동 작동 장치를 제공하는 것이 때때로 바람직하다. 예를 들어, 리클로저가 예를 들어 전신주 상의 활성 회로에 처음 설치되어, 진공 인터럽터가 개방된 위치에 있지만 접점이 개방되어 있어서 진공 인터럽터를 전기적으로 폐쇄할 수 없는 것으로 인해 이용 가능한 전력이 없는 경우, 편의상 접점을 수동으로 폐쇄할 수 있는 것이 바람직하다. 또한, 수동 작동 장치는, 회로에 결함이 발생하거나 진공 인터럽터가 기계적으로 폐쇄될 때 회로에 결함이 존재하는 경우, 수동 장치가 액추에이터의 전기적 동작을 방해함이 없이 접점이 위에서 설명된 바와 같이 즉시 전기적으로 개방되도록 구성될 필요가 있다. 또한, 액추에이터를 사용함이 없이 진공 인터럽터가 동작 중일 때 접점을 수동으로 개방하는 것이 바람직한 경우가 있을 수 있다.

진공 인터럽터, 차단기, 리클로저 또는 기타 유형의 스위치의 접점이 높은 결함 전류로 인해 폐쇄된 상태에서 용접되는 경우가 있을 수 있다. 예를 들어, 위에서 언급한 유형의 리클로저를 수동으로 폐쇄하는 동작 동안 알 수 없는 결함이 라인에 있을 수 있으며, 이 경우 진공 인터럽터는 높은 결함 전류로 스위칭되고 높은 결함 전류는 접점을 용접시킬 수 있다. 액추에이터를 동작시켜 용접을 제거할 수 없는 경우 결함을 제거하기 위해 더 상류에 있는 리클로저를 개방시킬 필요가 있다.

이하의 논의는 접점에 다수의 액추에이터 해머 타격을 제공하는 것을 포함하는, 자기 작동식 스위치 조립체에서 용접된 접점을 분리시키는 방법을 개시하고 설명한다. 상기 방법은 예를 들어 수동 작동 장치를 사용하여 접점을 폐쇄시키는 단계, 및 상기 접점이 폐쇄될 때 발생하는 고전류 상태를 검출하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 고전류 상태를 검출한 것에 응답하여 상기 접점을 개방시키기 위해 상기 액추에이터를 전기적으로 작동시키는 단계, 및 상기 접점이 함께 용접된 것으로 인해 상기 액추에이터의 작동에 응답하여 상기 접점이 개방되지 않았다고 결정하는 단계를 더 포함한다. 상기 방법은 상기 접점이 함께 용접되었다고 결정될 때 상기 접점을 폐쇄시키기 위해 상기 액추에이터를 전기적으로 작동시키는 단계, 및 상기 접점을 개방시키기 위해 상기 액추에이터를 다시 전기적으로 작동시키는 단계를 더 포함한다.

본 발명의 추가 특징은 첨부 도면과 함께 취해진 이하의 설명 및 첨부된 청구 범위로부터 명백해질 것이다.

도 1은 진공 인터럽터를 포함하는 자기 작동식 스위치 조립체의 내부 부분의 측면도; 및
도 2는 도 1에 도시된 진공 인터럽터에서 용접된 접점을 분리시키기 위해 다수의 해머 타격을 제공하는 기술을 보여주는 타이밍도이다.

접점에 다수의 액추에이터 해머 타격을 제공하는 것을 포함하는, 진공 인터럽터를 포함하는 자기 작동식 스위치 조립체에서 용접된 접점을 파괴하는 방법에 관한 본 발명의 실시예에 대한 이하의 논의는 본질적으로 단지 예시일 뿐이고, 본 발명 또는 응용 분야 또는 사용 범위를 제한하려고 의도된 것이 아니다. 예를 들어, 본 명세서의 논의는 진공 인터럽터에 적용 가능한 방법을 지칭한다. 그러나, 이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자라면 이해하는 바와 같이, 본 방법은 다른 유형의 스위치에도 적용될 수 있다.

도 1은 진공 인터럽터(12), 이 진공 인터럽터(12)를 전기적으로 개방 및 폐쇄시키는 솔레노이드 또는 자기 액추에이터(14), 및 이 진공 인터럽터(12)를 수동으로 개방 및 폐쇄시키는 수동 작동 장치(16)를 포함하는 자기 래칭 액추에이터 동작식 스위치 조립체(10)의 측면도로서, 여기서 진공 인터럽터(12)의 외부 절연 하우징과, 액추에이터(14)와 장치(16)의 외부 보호 하우징이 제거된 것을 도시한다. 스위치 조립체(10)는 중전압 전력 분배 네트워크에서 사용하기 위한 단상 자가-전력식 자기 작동식 결함 리클로저로서 특정 응용을 가진다. 진공 인터럽터(12)는 진공 챔버(20)를 형성하는 인클로저(18), 상부 단부를 통해 챔버(20) 내로 연장되고 접점(24)을 포함하는 고정 상부 단자(22), 및 하부 단부를 통해 진공 챔버(20) 내로 연장되고 접점(28)을 포함하는 이동 하부 단자(26)를 포함하고, 여기서 벨로우즈(30)는 이동 단자(26)가 챔버(20) 내 진공에 영향을 주지 않고 슬라이딩할 수 있도록 한다. 진공 인터럽터(12)는 접점(24)과 접점(28)이 서로 접촉해 있는 폐쇄 위치에 도시되어 있다.

스위치 조립체(10)는 스프링(38)을 통해 연장되는 유전체 구동 로드(36)를 더 포함하고, 여기서 구동 로드(36)의 일단부는 하부 단자(26)에 연결되고, 구동 로드(36)의 타단부는 액추에이터(14)의 전기자(40)에 연결된다. 스위치 조립체(10)가 개방 상태에 있고 액추에이터(14)가 진공 인터럽터(12)를 폐쇄하도록 명령을 받으면, 상부 권선 절반(44)과 하부 권선 절반(46)을 갖고 이들 사이에 공간(48)을 형성하는 분할된 권선(42)을 통해 일 방향으로 전류 흐름이 제공되고, 여기서 전기자(40)와 E자형 고정자(52)에 의해 자기 경로가 제공된다. 이에 응답하여, 전기자(40)가 상방으로 당겨지고, 이는 또한 접점(28)이 접점(24)과 맞물리도록 로드(36)와 하부 단자(26)를 상방으로 이동시키고, 여기서 전기자(40)가 래치 표면(50)의 폐쇄된 래치 위치로 계속 이동하면 스프링(38)이 압축되어 접점(24)으로 접점(26)을 이동시키는 힘을 증가시킨다.

전기자(40)가 폐쇄 상태로 래칭되면 권선(42)은 통전 해제되고, 전기자(40)의 양측 공간(48)에 위치된 한 쌍의 영구 자석(54 및 56)이 전기자(40)를 폐쇄된 래치 위치에 유지하고, 스프링(38)을 압축 상태에 유지하며, 여기서 액추에이터(14)는 도 1에서 폐쇄 위치에 있는 것으로 도시되어 있다. 스위치 조립체(10)가 폐쇄 상태에 있고, 액추에이터(14)가 진공 인터럽터(12)를 개방하도록 명령을 받으면, 분할된 권선(42)을 통해 반대 방향으로 전류 흐름이 제공되고, 전기자(40)는 스프링(38)의 도움으로 아래로 당겨진다. 이때 로드(36)와 하부 단자(26)도 또한 하방으로 이동하여 접점(28)이 접점(24)과 분리되고, 여기서 전기자(40)가 계속 이동하면 래치 표면(58)의 개방 래치 위치로 진행한다. 여기서 권선(42)이 통전 해제될 때 영구 자석(54 및 56)은 또한 개방 래치 위치에 전기자(40)를 유지한다. 이 장치는 본 명세서에서 논의된 목적에 적합한 임의의 기계 장치일 수 있으므로 장치(16)의 세부 사항은 도시되어 있지 않다.

도 2는 수평 축에 시간이 있고 수직 축에 액추에이터(14), 구체적으로 전기자(40)의 위치가 있는 타이밍도(60)이며, 여기서 그래프 라인(62)은 시간에 따른 개방 위치와 폐쇄 위치 사이의 액추에이터(14)의 위치를 나타낸다. 지점(64)에서, 액추에이터(14)는 개방 래치 위치에 있고, 액추에이터(14)의 수동 폐쇄 동작은, 예를 들어, 스위치 조립체(10)를 처음 사용할 때 또는 이후 유지 보수 동안, 진공 인터럽터(12)를 폐쇄하기 위해 수동 작동 장치(16)에 의해 개시되고, 여기서 전기자(40)의 폐쇄 움직임은 라인 부분(66)을 따라 발생한다. 진공 인터럽터(12)를 수동으로 개방하는 작업자는 알 수 없는 전력 라인에 결함이 발생하고 높은 결함 전류가 존재한다. 액추에이터(14)가 지점(68)에서 폐쇄된 래치 위치에 있어서 진공 인터럽터(12)의 접점(24 및 28)이 폐쇄될 때, 결함 전류는 리클로저에 의해 검출되고, 권선(42)을 통전시키는 지점(70)에서 액추에이터(14)에 자동 개방 명령이 주어지고, 액추에이터(14)는 지점(72)에서 개방되기 시작하고, 여기서 액추에이터(14)의 개방 움직임은 라인 부분(74)을 따라 수행된다. 그러나, 높은 결함 전류가 폐쇄된 상태의 접점(24 및 28)을 용접시켜 액추에이터(14)의 작동이 실제로 접점(24 및 28)을 분리시키지 못할 수 있다. 접점(24 및 28)이 폐쇄 상태에서 용접될 때 접점(24 및 28)의 이러한 개방 시도는 액추에이터(14)가 접점(24 및 28)을 분리시키기 위해 상당한 압력을 제공하기 때문에 업계에서 해머 타격이라고 알려져 있다. 전기자(40)는 스프링(38)으로 인해 접점(24 및 28)을 분리시킴이 없이 일정 거리를 이동할 수 있다.

접점(24)과 접점(28)이 폐쇄 상태에서 용접되어 해머 타격에 의해 분리되지 않는 경우, 액추에이터(14)는 지점(76)에서 개방될 수 없어서 라인 부분(78)으로 표현된 바와 같이 현재 위치에 계속 유지된다. 높은 결함 전류가 여전히 발생하고 있으면 지점(80)에서 리클로저에 의해 이 전류로부터 용접이 검출된다. 용접이 검출되면, 액추에이터(14)는 권선(42)을 통전시킴으로써 지점(84)에서 자동으로 폐쇄 명령을 받고, 여기서 액추에이터(14)는 지점(86)에서 폐쇄되기 시작하고, 전기자(40)는 상방으로 이동하고, 라인 부분(88)을 따라 폐쇄 동작을 계속하여 지점(90)에서 폐쇄 래치 위치에 도달한다. 액추에이터(14)를 폐쇄시킴으로써 액추에이터는 다른 해머 타격을 위해 리셋된다. 액추에이터(14)에 의해 제2 해머 타격을 시작하기 위해 지점(92)에서 액추에이터(14)에 다른 개방 명령이 주어지고, 여기서 액추에이터(14)는 지점(94)에서 개방 동작을 시작하고, 라인 부분(96)을 따라 개방 동작을 계속하여 지점(98)에서 개방 래치 위치에 도달한다. 접점(24)과 접점(28)에 다수의 해머 타격을 제공함으로써, 접점(24)과 접점(26) 사이의 용접이 파괴될 가능성이 상당히 증가된다.

이 예시에서, 제2 해머 타격은 성공적이고, 전기자(40)는 라인 부분(96)을 따라 지점(98)의 개방 래치 위치까지 이동하고, 여기서 접점(24)과 접점(28)이 분리되어 용접되지 않는다. 제2 해머 타격이 성공적이지 않은 경우, 액추에이터(14)의 또 다른 폐쇄 및 개방 시퀀스가 개시되어 전술한 바와 동일한 방식으로 제3 해머 타격을 시도하여 용접을 파괴할 수 있다. 액추에이터(14)를 개방하고 폐쇄시키는 데 이용 가능한 전력이 있는 한, 리클로저는 이러한 방식으로 용접 파괴를 계속 시도할 수 있다. 해머 타격이 전혀 성공하지 못하면 종국적으로는 상류의 보호 장치를 작동시켜 결함 전류를 제거한다.

전술한 논의는 단지 본 발명의 예시적인 실시예를 개시하고 설명한다. 이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 청구 범위에 한정된 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 이러한 논의 및 첨부된 도면 및 청구 범위로부터 다양한 변경, 수정 및 변형이 이루어질 수 있다는 것을 쉽게 인식할 수 있을 것이다.

Claims (20)

1. 스위치 조립체에서 용접된 접점을 분리시키는 방법으로서,
   해머 타격(hammer blow)을 제공하여 스위치의 접점들을 개방시키도록 액추에이터에 명령하는 단계;
   상기 스위치를 통한 전류의 연속성을 검출함으로써 상기 접점들이 용접되고 그리고 상기 해머 타격에 응답하여 개방되지 않았음을 결정하는 단계; 및
   제2 해머 타격을 제공하도록 상기 액추에이터에 명령하는 단계
   를 포함하는, 용접된 접점을 분리시키는 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 해머 타격은 상기 스위치의 상기 접점들을 개방시키도록 상기 액추에이터에 명령하기 전에 상기 스위치의 상기 접점들을 폐쇄하도록 상기 액추에이터에 먼저 명령하는 것을 포함하는, 용접된 접점을 분리시키는 방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 해머 타격은 상기 액추에이터를 기계적으로 작동시키는 것을 포함하는, 용접된 접점을 분리시키는 방법.
4. 제1항에 있어서, 상기 액추에이터는 전자기 작동식 액추에이터이고, 상기 접점들을 개방시키도록 명령하는 것은 상기 액추에이터를 전자기적으로 작동시키는 것을 포함하는, 용접된 접점을 분리시키는 방법.
5. 제4항에 있어서, 상기 접점들을 폐쇄하도록 명령하는 것은 상기 액추에이터를 전기적으로 작동시키는 것을 포함하는, 용접된 접점을 분리시키는 방법.
6. 제1항에 있어서,
   상기 스위치를 통한 전류의 연속성을 검출함으로써 상기 접점들이 용접되고 그리고 상기 제2 해머 타격에 응답하여 개방되지 않았음을 결정하는 단계; 및
   제3 해머 타격을 제공하도록 상기 액추에이터에 명령하는 단계
   를 더 포함하는, 용접된 접점을 분리시키는 방법.
7. 제1항에 있어서, 상기 스위치는 중전압 전력 분배 네트워크(medium voltage power distribution network)에서 사용하기 위한 단상 자가 전력식 자기 작동식 리클로저(single-phase self-powered magnetically actuated recloser)인, 용접된 접점을 분리시키는 방법.
8. 중전압 전력 분배 네트워크에서 사용하기 위한 단상 자가-전력식 자기 작동식 결함 차단 스위치(single-phase, self-powered magnetically actuated fault interrupting switch)로서,
   고정 접점과 이동 접점을 구비한 진공 인터럽터(vacuum interrupter)로서, 상기 이동 접점은 상기 이동 접점을 개방 위치로부터 폐쇄 위치로 그리고 상기 폐쇄 위치로부터 상기 개방 위치로 구동시키도록 작동 가능한 전자기 액추에이터에 결합된, 상기 진공 인터럽터;
   상기 진공 인터럽터에 결합된 센서로서, 결함 상태를 나타내는 신호를 제공하도록 작동 가능한, 상기 센서;
   상기 센서 및 상기 전자기 액추에이터에 결합된 제어기로서, 상기 이동 접점을 상기 개방 위치로부터 상기 폐쇄 위치로 그리고 상기 폐쇄 위치로부터 상기 개방 위치로 이동시키는 명령 신호를 상기 전자기 액추에이터에 제공하도록 구성된, 상기 제어기
   를 포함하되,
   상기 제어기는, 결함 상태를 나타내는 신호에 응답하여, 해머 타격을 통해서 상기 이동 접점을 개방시키라는 명령을 상기 전자기 액추에이터에 제공하도록 더 구성되고;
   상기 제어기는, 상기 결함 상태를 나타내는 신호에 기초하여 상기 해머 타격 후에 상기 고정 접점과 상기 이동 접점이 함께 용접되는 것을 결정하도록 더 구성되고;
   상기 제어기는, 상기 고정 접점과 상기 이동 접점이 함께 용접된 것에 응답하여, 제2 해머 타격을 통해서 상기 이동 접점을 개방시키도록 상기 전자기 액추에이터에 명령하도록 더 구성되는, 스위치.
9. 제8항에 있어서, 상기 제어기는 상기 결함 상태를 나타내는 신호에 기초하여 상기 제2 해머 타격 후에 상기 고정 접점과 상기 이동 접점이 함께 용접되는 것을 결정하도록 더 구성되고;
   상기 제어기는, 상기 고정 접점과 상기 이동 접점이 함께 용접된 것에 응답하여, 제3 해머 타격을 통해서 상기 이동 접점을 개방시키도록 상기 전자기 액추에이터에 명령하도록 더 구성되는, 스위치.
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