새로운 전자개폐기용 영구자석형 전자석 액추에이터

Abstract

최근 전력 IT에 대한 관심이 높아지면서 배전 계통에서의 자동화 시스템에 관한 기술 개발이 다양한 분야에 걸쳐 진행되고 있으며, 배전 자동화 시스템의 일환으로 배전 계통에서 사용하는 전기기기의 원격 구동에도 관심이 모아지고 있다. 전기기기의 원격 제어를 위한 개폐기기 중 전자 접촉기 및 전자 개폐기는 전자석 원리를 이용하여 구동하며 구조가 간단하고, 안정성과 신뢰성이 뛰어나 전동기의 시동, 정지용 뿐 아니라 역률보상용 커패시터, 저항 등 다양한 부하의 제어에 사용된다. 기존의 전자 개폐기용 전자석 액추에이터는 투입 동작 완료 후 부하의 통전시 코일에 전류를 계속 인가하는 구조여서, 코일의 저항에 의해 전기에너지를 계속 소모하는 단점을 가지고 있고, 원격조작을 위해서 과부하계전기에 원격조작 모듈을 설치해야 했다. 본 논문에서는 전자 개폐기에 적용 가능한 새로운 영구자석형 전자석 액추에이터를 제안하였다. 제안된 액추에이터는 솔레노이드 코일의 여자에 의한 전자력으로 구동하고, 액추에이터 내부에 영구자석이 삽입되어 부하의 통전시 전류의 인가 없이도 투입 상태를 유지할 수 있어 유지 소비전력을 절감할 수 있다. 또한 액추에이터에 인터록 기능을 위한 아마추어 구조를 적용하여 외력에 의한 오동작을 방지할 수 있도록 하였다. 제안된 전자 개폐기용 영구자석형 전자석 액추에이터의 동작 특성 해석을 위해서 유한 요소법과 시간 차분법을 이용하였다. 3차원 유한 요소법으로 영구자석과 외부 전류원이 포함된 정자장 해석을 수행하였고, 시간 차분법을 이용해 회로 방정식과 운동 방정식을 계산하였다. 동작 특성 해석을 바탕으로 40A급 전자 개폐기용 영구자석형 전자석 액추에이터를 설계 및 제작하였고, 해석 결과와 실험 결과를 비교함으로써 동작 특성 해석 방법의 타당성과 정확성을 검증하였다.