차단기 조작방식 (CB Operating mechanism)

차단기 조작방식 (CB Operating mechanism)

조작장치란 차단기의 가동접촉자를 직접 동작시킬 수 있는 에너지를 전달하는 기구를 말한다.
차단기의 조작장치는 그 적용되는 기종에 따라, 또는 이용하는 운동 에너지의 종류에 따라서 여러 가지 종류가 사용되고 있다.
차단기의 조작방식은 투입 또는 차단 조작에 직접 필요한 조작력의 종류에 따라 아래와 같이 분류된다.
◦ 솔레노이드 조작방식 : 전자력
◦ 압축공기조작방식 : 압축공기
◦ 유압조작방식 : 유압
◦ 전동스프링 조작방식 : 스프링력
◦ PMA 방식 : 자력(영구자석)

1.  솔레노이드 조작방식 (Solenoid Operating System)
차단기 개폐조작을 전자 솔레노이드의 전기에너지에 의해 수행한다. 직류 솔레노이드 방식이 이용되며 직류 제어 전원 정격전압의 85～110%에서 지장없이 투입되어야 한다. 이 방식은 우리회사 23kV급 유입차단기에 주로 적용 되고 있다.

2. 압축공기 조작방식 (Compressed air operating system)
차단기 투입 또는 개방 조작력으로 압축공기를 사용한 것으로 정격조작력은 10, 15kgf/㎠․G가 일반적으로 사용 되며 정격조작압력의 85～110%에서 조작에 지장이 없어야 한다.
압축공기 계통은 조작후 고속도 충진, 압축공기의 건조도 유지, 이용율 향상을 위하여 사용압력보다 높은 압력의 공기 압축기(사용압력 15kgf/㎠․G일 경우 30kgf/㎠․G) 와 개별 공기탱크를 사용하며 감압밸브(reducing valve) 에 의해 차단기 조작압력탱크에 공급하는 방식을 택한다.
주로 66kV급 이상 차단기에 적용되고 있다.

3. 유압 조작방식 (Compressed oil operating system)
차단기 투입 또는 개방 조작력으로 유압을 사용하는 조작방식이며, 유압계통에 사용하는 Hydraulic Oil은 압축성이 없는 특성과 속도제어가 용이한 이점이 있으며 보통 100∼300kgf/㎠․G 의 유압이 조작력으로 사용된다. 유압을 확보하기 위해서 실린더내 피스톤을 경계로 하여 한쪽은 압축질소가스, 반대쪽은 Oil이 채워진 Accumulator를 갖고 있다. 154kV이상의 차단기에 적용되고 있다.

4. 전동스프링 조작방식 (Motor drive spring charged operating system)
전동기를 이용하여 미리 조작스프링을 압축하고 비축된 압축력의 풀림에 의해 조작하는 방식이다. 이 방식은 주로 23kV급 차단기에 적용되고 있다

5. PMA 조작방식 (PMA : Permanent Magnetic Actuator)

개방위치의 Plunger에서 투입코일에 전류를 흘려주어 Plunger을 유지하는 영구자석의 자장 (초록색 화살표) 반대 방향 자속을 증가시켜 (노란색 화살표) 투입위치로 Plunger를 직선운동시킨다. 이후 투입위치에서의 Holding force 는 영구자석으로 유지하기 때문에 더 이상에 전원은 들어 가지 않는다.

6. 조작방식별 특성비교

공기압	유압	스프링
•동작특성 우수 (시간에 따라 동일한 특성) •높은 구동에너지 구현 •외부온도에 따라 동작특성 변화	비교적 동작특성이 좋음 •기압(압축성/폭발성) 특성 •동작시 소음 과다 •유지보수 빈번 •습기, 온도에 민감	•에너지 특성 구현 비교적 용이 •가격이 저렴함 •온습도의 영향적음 •동작특성 좋지않음 (주로 소형차단기에 사용)

7. 데시 폿 (Dash Pot)
차단기 조작롯드축에 연결되어 투입․개방시 기계적 충격과 진동을 흡수하는 완충작용을 하는 장치이다.

8. 어큐레이터 (Accumulator)
유압조작방식에서 Hydraulic Oil 자체는 압축되지 않으 므로 중앙에 피스톤을 넣은 실린더의 한쪽을 질소가스로 충진하여 밀봉하고 반대편은 Oil을 채워 Oil을 압축하면 피스 톤이 질소가스쪽으로 이동하면서 압축력을 축적하게 된다.
이 축적압력은 차단기를 투입/개방하는 조작력으로 사용 한다.

공기압 계통 밸브

1. 공기배출밸브(Airing valve)
압축공기 조작방식은 압축공기에 수분이 함유되어 조작 기구에 유입되면 수분결빙이나 배관부식의 원인이 되므로 이를 예방하기 위하여 계속적인 공기흐름이 있도록 미세 량의 압축공기를 배출하는 장치로서 보통 300～700 cc/분 배출을 유지한다.

2. 스톱밸브(Stop valve)
압축공기 또는 가스계통의 유지보수시 가스 또는 압축공 기의 흐름을 잠그거나 열어 놓을 수 있는 밸브를 말한다.

3. 체크밸브(Check valve)
압축공기 또는 가스의 흐름이 한쪽 방향으로만 유지되고 반대방향으로는 역류하지 않도록 제작된 밸브를 말한다.

4. 감압밸브(Reducing valve)
압축공기 조작방식에서 조작압력과 동일하게 비축할 경우 탱크용적이 크게되므로 탱크를 축조하기 위해 조작압 력보다 높은 압력으로 1차 탱크에 저장한다. 감압밸브는 1 차 고압탱크 압력을 2차 조작압력탱크로 압력을 낮추어 보내는데 사용하는 밸브를 말한다.
감압밸브의 동작원리는 저압측 압력이 규정치 이하로 떨어지면 스프링 힘이 Disc에 가해지는 압력보다 커져 밸브가 열리면서 고압 측에서 저압 측으로 압축공기가 흘러 들어가고 저압 측이 규정치까지 올라가면 Disc에 가해지는 압력이 스프링 힘보다 커지면 밸브를 닫아준다.

5. 방출밸브(Release valve)
Relief 밸브는 압축공기 발생장치의 콤프레셔가 기동중 일때는 닫아주고 정지할 경우 밸브를 열어 콤프레셔에 연결된 파이프라인의 압축공기를 배기하여 주는 밸브를 말한다. 이 밸브는 콤프레셔 기동시 공기압축계통 파이프내 압력을 제거 하므로써 과중한 기동토오크가 발생하지 않도록 하는 역할을 한다.
Release 밸브는 Operating 밸브, Automatic 밸브 라고도 하며 밸브작동방식에 따라 전기식과 기계식이 있다.

6. 배기밸브(Drain Valve)
압축공기는 공기압축시 공기에 포함된 수분이 응축되어 탱크 내에 고이게되고 공기조작 계통에 혼입될 경우 나쁜 영향을 주게 되므로 탱크 아래 부분에 밸브를 달아 주기 적으로 수분을 배출할 수 있도록 하는 장치이다. 밸브구조는 Stop 밸브와 동일하다.

7. 안전밸브(Safety Valve)
압축공기탱크는 외기온도 영향으로 공기압력이 팽창․ 수축하게 된다. 주위 온도가 올라가 압력이 규정치 이상 상승하면 자동으로 밸브가 열려 탱크내 압축공기를 외부로 배출하고 규정치 이내로 압력이 낮아지면 공기배출을 정지하는 밸브를 말한다. 고압탱크는 Safety Valve를 반드시 설치하여 보호하여야 한다.

8. 기계적 접점
개폐기기 위치에 연동되어 접점이 변경되는 것으로 기계적 “a”접점은 개폐기기 투입상태에서 on되고 개방상태 에서 OFF되는 접점이며, 기계적 “b”접점은 개폐기기 개방상태에서 on되고 투입상태에서 OFF되는 접점이다. 개폐기기 상태표시등, 조작회로, Inter-Lock회로 등에 사용된다.

9. 연동장치 (Interlocks)
CB, DS, ES 등 개폐기기의 오조작을 방지하기 위해 전기적 또는 기계적으로 어떤 조건이 만족되지 않으면 기기가 동작되지 않도록 하는 것을 Interlock이라 한다.

1) 전기적인터록
개폐기의 개폐 가능조건에서만 제어회로 또는 기계적 쇄정장치의 쇄정회로가 목적하는 조작이 가능하도록 전기 회로를 구성한 것으로서 일반적으로 다음과 같은 조건을 구비한다.
◦ 차단기는 관련되는 단로기가 동작중일 때는 동작되지 않는다.
◦ 단로기는 관련되는 차단기 및 접지개폐기가 개방되었을 때 조작 가능하도록 하며, 접지개폐기는 관련되는 차단기 및 단로기가 개방되었을 때 개폐 가능하다.
◦ 고속도 접지개폐기는 관련차단기, 단로기 및 상대단 차단기, 고속접지개폐기와의 연동장치를 구비한다.

2) 기계적인터록
구조적인 상태에 따라 조작을 자동적으로 규제하여 개폐 가능한 경우에만 동작되도록 기계적 장치를 구성한 것

(1) 내부점검시의 안전을 고려하여 회로를 전원으로부터 분리시키는 단로기는 우발적인 투입을 막는 구조로 되어야 하며, 접지개폐기는 개방을 방지하는 쇄정장 치를 구비 한다.
(2) 선로용 단로기와 접지개폐기 상호간에 로드를 이용 하여 기계적으로 쇄정한다.

10. 결상(缺相)보호회로
교류3상 전력계통에서 1상이 결상되면 불평형 전류가 흐르거나 단상전력이 공급되어 전력계통에 큰 피해를 줄수 있다. 각 상별(相別)조작기구가 갖추어진 3상 개별조작 차단 기에서는 차단기 조작시 각상 동시에 조작이 이루어지지 않는 결상(缺相)현상이 일어날 수 있다.

11. 접지개폐기 (ES : Earthing Switch)

1) GIS용 접지개폐기
가스절연개폐장치내 충전부는 노출되어 있지 않기 때문에 보수, 점검을 위하여 외함의 해체 없이는 외부에서 충 전부에 접지를 연결할 수 없는데 외부에서 접지를 시킬수 있도록 단로기와 같은 가동접촉자를 동작시켜 접지와 연결되도록 하는 개폐설비로 모선, 차단기, 및 계기용변압기 등을 점검할 때 접지패드를 제거하고 접지개폐기를 내부 도체인출단자로 사용하여 절연저항, 접촉저항, 차단기 동작시간측정등에 사용한다.

2) 고속도접지개폐기 (HSES : High Speed Earthing Switch)
500kV이상 전력계통에서는 아크지락고장이 발생하여 차단기에 의해 고장 상(相)이 분리되어도 2회선 선로인 경우 타상 혹은 타회선에 의한 정전 및 전자유도로 인해 아크(2차아크)가 단시간 내에 소멸되지 않으므로 고속도 재폐로(1초이내)를 할 수 없는 경우가 발생하여 안정도 저하를 일으킬 수 있으므로 고속도 접지개폐기를 설치하여 짧은 시간 내에 2차 아크를 소멸시켜 재폐로를 가능케 한다.

12. GIS용 벨로우즈 (Bellows)
GIB(Gas Insulated Bus)구간에 금속체들의 신축, 이완을 보정하기 위하여 설치한 주름관으로, 설치 시에는 연결 치수를 조정하기 위하여 사용하기도 한다. Balance Bellows와 Tie Rod Bellows가 있다.

13. GIS용 스페이서 (Spacer)
도체를 지지하는 절연물을 말하며, 알루미나(Al 2 O 3 ) 또는 실리카(SiO 2 )를 충전시킨 에폭시수지가 사용된다. 실제의 스페이서는 전극과의 접촉부에서 내부에 금속을 삽입하는 구조(理入電極)가 많다. 이것은 전극을 고정시키는 기계적 강도를 높이며, 접점부근을 전계적으로 차폐시 키기 위한 목적이다. 오늘날 GIS의 절연파괴사고중 많은 부분이 스페이서와 관련하여 발생하는데, 스페이서의 절연에는 내부의 관통파괴와 표면의 연면섬락 2종류를 고려할 필요가 있다. 관통파괴에 대하여는 에폭시수지의 장시간 V-t 특성으로부터 사용기간중에 파괴를 일으키지 않는 전제로 설계한다. 또한, 스페이서의 제작, GIS의 운반, 조립할 때 내부에 보이드(Void)나 크랙(Crack)이 발생되지 않도록 하는 것이 특히 중요하다. 연면절연에 대하여는 표면의 오손(수분, 유분 등), 도전성 이물의 작용, 전극과의 접촉부에서의 전계상승에 주의하여야 한다.