일반기술

전자기력을 이용한 조작기 및 이를 이용한 차단기

<기술개요및특징>전자석 액추에이터는 코일을중심으로 철심이 상하 결합된 가동자(Mover), 자속을 원활히 흐를 수 있게 하는 철심(Static core), 영구자석, 가동자의 선형 운동을 지지하는 축(Shaft)로 이루어져있다. 영구자석은 좌측 그림과 같은 자화 방향을 나타내므로 가동자가 개방 및 투입 상태를 유지할 수 있는 홀딩력을 발생시킨다. 그리고 코일에 전류 인가할 때, 로렌츠 힘을 이용하여 전자력을 발생할 수 있도록 자계를 형성하는 역할을 한다.가동자에 코일이 결합되어 있는 가동 코일형이므로, 코일에 전류가 공급되는 내,외측 영구자석에 의한 자계와 코일의 전류밀도에 의한 전자반발력에 의해 코일과 가동자가 내외측 영구자석 사이에서 축방향으로 직선 운동하도록 되어 있다. 가동자 코일의 전류 방향을 바꿈으로써 상하 왕복운동을 가능하게 하였고 축과 결속되어 접점부에 힘을 전달한다.전자석 액추에이터는 앞서 설명한 바와 같은 높은 조작 속도와 조작력뿐만 아니라 큰 홀딩력(Holding force)도 갖추어야 한다. 홀딩력은 전극이 요구하는 상태를 그대로 유지하려는 힘을 말한다. 특히 진공 차단기(Vacuum circuit breaker)의 경우, 높은 조작 속도 및 조작력에 더하여 큰 홀딩력이 요구된다. 큰 홀딩력의 이유는 전극이 맞물려 있는 가스 차단기와 달리 진공 차단기는 두 전극 면이 상하로 동작함에 따라 접점의 개폐 동작이 이루어지기 때문이다. 접점이 떨어져 전류가 차단된 개극 상태를 유지하거나 접점이 단락되어 하나의 도체처럼 전류를 잘 도통시키기 위해서는 강한 힘으로 밀착시켜야 하는데 이를 위해서 압점스프링을 연결하여 압점력을 제공한다. 강한 압점력을 이기고 요구되는 위치에 전극을 고정시키기 위해서는 액추에이터가 충분한 에너지를 공급해 주어야 한다. 이와 같이 동작이 완료된 후, 원하는 위치에 전극을 고정하기 위해 조작부가 가져야 할 힘을 투입유지력 또는 홀딩력이라고 한다. 통상적으로 조작부의 홀딩력은, 지진이나 기타 외부로부터의 급격한 충격이 전해질 때에도 접점이 이탈되지 않도록 하기 위하여, 요구하는 압점 보다 20% 정도 더 큰 힘이 요구된다. 따라서, 내외측의 마주하는 면에 영구자석을 배치하여, 내외측 영구자석과 가동자의 철심 사이에 전자기력을 이용하여 상하 위치에서 개폐상태를 유지하도록 도와준다.