ABB VD4 회로 차단기 작동 메커니즘의 구조 및 원리

그만큼 VD4ABB의 유명한 중전압 회로 차단기인 는 전 세계적으로 거의 백만 대가 판매되었습니다. 신뢰성에도 불구하고, 특히 작동 메커니즘에서 오류가 발생할 수 있습니다. 유지보수 담당자는 ABB 매뉴얼을 참고하지만, 자세한 지침은 부족합니다. 저자는 폐기된 VD4를 분석하여 실제 작업에 도움이 되는 통찰력을 제공합니다.

VD4 메커니즘은 평면 스크롤 스프링과 메인 샤프트를 특징으로 하며, 위치 유지 및 변환을 위한 다단계 트리핑이 가능하고 캠 레버를 통해 출력됩니다.

1. 에너지 저장:

VD4는 안정적인 평면 스크롤 스프링을 사용하여 기존 스프링에 비해 메커니즘 효율성을 향상시켰습니다.

편집된 텍스트:

그림 1: 평면 스크롤 스프링

그림 1에서 볼 수 있듯이, 평면 스크롤 스프링의 한쪽 끝은 메인 샤프트에 고정되고 다른 쪽 끝은 스프링 케이싱에 연결됩니다. 에너지 저장 중에는 볼류트 스프링의 메인 샤프트 끝은 고정된 상태를 유지하고, 에너지 저장 모터 또는 에너지 저장 로커는 래칫 폴, 체인, 그리고 대형 기어를 통해 스프링 케이싱을 시계 방향(메커니즘 왼쪽에서 볼 때, 전체에 걸쳐 동일한 방향)으로 회전시켜 스크롤 스프링에 장력을 가합니다.

개폐 동작 시 스크롤 스프링의 셸 끝은 고정되어 있으며, 트리핑 메커니즘이 해제되면 스크롤 스프링의 구동에 따라 메인 샤프트가 시계 방향으로 회전하여 저장된 에너지를 출력합니다.

VD4는 평면 스크롤 스프링을 사용하므로 스프링의 "비충전" 상태와 "저장" 상태 사이의 전환은 대부분의 스프링 작동 메커니즘과 다릅니다. 이는 스크롤 스프링 쉘의 틈새 고정 배열을 포함하며, 디스크, 메인 샤프트에 부착된 보조 캠, 그리고 에너지 저장 커넥팅로드에 장착된 롤러의 조정을 통해 이루어집니다. 간단히 말해, 에너지 저장이 완료되면 에너지 저장 커넥팅로드에 의해 구동되는 롤러가 디스크의 노치에 결합됩니다. 결과적으로 에너지 저장 커넥팅로드가 특정 각도로 회전하여 관련 에너지 저장 보조 접점과 에너지 저장 기계식 표시기가 "에너지 저장" 상태로 전환됩니다. 반대로, 회로 차단기가 닫히는 과정에서는 보조 캠의 최대 반경이 디스크의 틈새를 가로질러 롤러를 디스크의 바깥쪽 가장자리로 밀어냅니다. 이 동작은 에너지 저장 연결봉을 원래 각도로 되돌려 에너지 저장 보조 접점과 에너지 저장 기계적 표시기가 "에너지 저장 안 됨" 상태로 되돌아가게 합니다.

그림 2: 에너지 저장 상태 전환의 개략도

에너지 저장 장치 없이 개방 위치에 있는 기존 VD4 스위치의 경우, 상당한 양의 에너지가 평면 스크롤 스프링 내에 저장되어 있다는 점에 유의해야 합니다. 따라서 안전 예방 조치를 반드시 취해야 합니다.

2. 트립 모듈

VD4 스위치 작동 메커니즘의 트립 모듈은 세련되고 독특한 디자인을 자랑합니다. 겉보기에는 복잡해 보이지만, 분해하여 분석해 보면 전체 트리핑 모듈은 세 가지 기본 트리핑 구조로 구분할 수 있습니다.

1단계 트리핑 구조는 대형 부채꼴 판의 전면 롤러와 브레이크 디스크로 구성되며, 이는 특수한 "디텐트 + 롤러" 트리핑 구조로 기능합니다. 2단계는 대형 부채꼴 판과 대형 하프 샤프트로 구성되어 전형적인 "하프 샤프트 + 부채꼴 판" 트리핑 구조를 형성합니다. 3단계는 개방 하프 샤프트, 개방 부채꼴 판, 폐쇄 하프 샤프트, 폐쇄 부채꼴 판을 포함하며, 이들은 함께 두 세트의 "하프 샤프트 + 부채꼴 판" 트리핑 클램프 조합을 구성합니다.

그림 3: 트립 모듈의 구조도

VD4 스위치 작동 장치의 트립 모듈은 유지 기능과 트리핑 기능을 모두 수행합니다. 이 기능들을 자세히 살펴보겠습니다.

홀딩 기능:

닫힘 위치를 예로 들어, 닫힘 동작이 완료되면 큰 부채꼴 판의 앞쪽 롤러가 브레이크 디스크의 해당 슬롯에 들어갑니다. 이때 큰 하프 샤프트는 개폐 섹터 판이 형성하는 집게 구조에 의해 단단히 고정됩니다. 이렇게 하면 큰 섹터 판의 앞쪽 롤러가 들리는 것을 방지하여 브레이크 디스크를 효과적으로 잠그고 메인 샤프트를 닫힘 위치에 유지합니다.

트리핑 기능:

이제 개방 동작을 예로 들어 트리핑 기능을 고려해 보겠습니다. 메커니즘이 개방 명령을 받으면 개방 반축이 시계 방향으로 특정 각도만큼 회전합니다. 이 움직임으로 인해 개방 팬 플레이트가 임시 지지점을 잃고 시계 방향으로 회전하여, 개방 및 폐쇄 팬 플레이트로 형성된 집게발 모양의 지지 구조가 붕괴됩니다. 결과적으로, 큰 반축이 리턴 스프링의 작용으로 시계 반대 방향으로 회전하여 큰 팬 플레이트가 분리됩니다. 그런 다음 큰 팬 플레이트가 리턴 스프링의 작용으로 전면 롤러를 들어 올려 브레이크 디스크를 분리합니다. 브레이크 디스크는 스크롤 스프링의 작용으로 시계 방향으로 회전하여 개방 동작을 시작합니다.

개방 과정에서, 개폐 위치 보조 샤프트의 커넥팅 로드(그림 4 참조)는 개방 섹터 플레이트를 밀어 재설정하고 개방 반축과 다시 맞물리게 합니다. 이렇게 하면 개폐 섹터 플레이트에 의해 형성된 클램프 형태의 지지 구조가 복원되고 큰 반축이 원래 각도로 돌아갑니다. 동시에, 브레이크 디스크 양쪽의 보조 디스크는 메인 샤프트와 함께 회전하면서 큰 부채꼴 플레이트의 후방 롤러에 작용합니다. 이로 인해 큰 부채꼴 플레이트의 후방 부분이 올라가고 전방 부분이 내려가 전방 롤러가 브레이크 디스크에 다시 잠길 준비를 합니다.

그림 4: 보조 샤프트 연결봉의 개폐 위치

보조 샤프트 커넥팅로드는 VD4 스위치 메커니즘의 작동에 중요한 역할을 합니다. 개폐 섹터 플레이트를 연결하고 이동을 용이하게 하여 개폐 위치 사이의 원활한 전환을 보장합니다.

3. 출력 모듈

VD4 작동 메커니즘의 출력 모듈은 주축의 회전 운동을 회로 차단기 개폐에 필요한 직선 운동으로 변환하는 핵심 부품입니다. 주축에 장착된 3개의 캠 디스크와 메커니즘 하단에 위치한 3개의 이중 암 이동 링크로 구성됩니다.

이중 암 이동 링크는 지렛대 역할을 하며, 지렛대 지점은 중앙에 있습니다. 레버의 앞쪽 끝은 메인 샤프트의 캠 디스크의 영향을 받고, 뒤쪽 끝은 진공 버블의 절연 풀로드와 개방 스프링에 연결됩니다.

닫힘 작동 시, 캠 디스크는 메인 샤프트와 함께 회전하여 더블 암 이동 링크의 앞쪽 끝에 있는 롤러를 누릅니다. 이 동작으로 링크의 뒤쪽이 들어 올려지고, 절연 풀로드가 위로 밀려 진공 기포 내의 동적 및 정적 접점이 닫힙니다. 동시에, 개방 스프링이 압축되어 후속 개방 작동을 위한 에너지를 저장합니다.

반대로, 개방 작동 시에는 캠 디스크가 반대 방향으로 회전하여 이중 암 이동 링크의 앞쪽 끝에 있는 롤러를 해제합니다. 이렇게 하면 개방 스프링이 팽창하여 동적 접점과 정적 접점을 분리하고 회로를 개방합니다.

4. 잠금 기능

VD4 작동 메커니즘에는 안전성과 신뢰성을 강화하는 포괄적인 잠금 기능이 포함되어 있습니다. 각 잠금 기능을 자세히 살펴보겠습니다.

1. 핸드카트가 중간 위치에 있을 때 닫는 것을 금지합니다.:
   • 폐쇄 잠금 전자석(Y1)이 설치되어 있습니다.
   • 제한 스위치(S8 및 S9)는 폐쇄 잠금 전자석과 병렬로 연결되어 폐쇄 잠금 회로를 형성합니다.
   • 핸드카트가 테스트 위치 또는 작업 위치에 있을 때, S8 또는 S9가 폐쇄 잠금 회로에 연결되어 폐쇄 잠금 전자석을 충전하고 폐쇄 반축의 기계적 잠금을 해제합니다.
   • 차단기의 폐쇄 회로에 있는 보조 스위치(S2)는 폐쇄 잠금 전자석의 가동 철심과 직렬로 연결되어 폐쇄 명령을 실행하기 위한 회로를 준비합니다. 위에서 언급한 대로 이 조치는 기계적 잠금과 전기적 잠금을 결합한 포괄적인 잠금 방식입니다.

제공된 설명은 핸드카트형 회로 차단기용 VD4 전기 제어 배선도의 폐쇄 회로에서 보조 스위치 S2의 중요성과 기능을 자세히 설명합니다. 핵심 사항에 대한 간략한 요약과 설명은 다음과 같습니다.

폐쇄 회로의 보조 스위치 S2

1. 향상된 잠금 신뢰성:
   • 보조 스위치 S2는 닫힘 잠금 전자석 Y1이 제공하는 기계적 잠금과 함께 사용됩니다.
   • 이러한 이중 잠금 장치는 회로 차단기 잠금 기능의 신뢰성을 높여줍니다.
2. 과열 및 손상 방지:
   • S2가 폐쇄 회로에 포함되지 않고 회로 차단기 핸드카트가 중간 위치에 있는 동안 폐쇄 명령을 받으면 폐쇄 회로에 전원이 공급됩니다.
   • 폐쇄 잠금 전자석 Y1의 차단 동작으로 인해 폐쇄 반축이 회전할 수 없어 회로 차단기가 닫히지 않습니다.
   • 이로 인해 닫는 전자석에 장시간 전원이 공급되어 과열되고 잠재적으로 타버릴 수 있습니다.
3. 보조 스위치 역할:
   • 회로에 S2를 포함함으로써, 회로 차단기가 닫히기에 적합한 위치에 있을 때만 닫는 전자석에 전원이 공급되도록 보장합니다.
   • 이렇게 하면 불필요한 전원 공급과 전자석의 잠재적 손상을 방지할 수 있습니다.

잠금 장치 닫힘

1. 기계적 잠금:
   • 폐쇄 인터록 메커니즘은 회로 차단기 인터록 플레이트, 인터록 레버, 잠금 레버로 구성된 4링크 구조를 사용하는 순수 기계식 시스템입니다.
   • 이 메커니즘은 섀시 차량의 리드 스크류와 회로 차단기의 닫힘 반축 사이에 설치됩니다.
2. 기능성:
   • 회로 차단기 핸드카트가 테스트 또는 작업 위치에 있을 때 섀시의 회로 차단기 인터록 플레이트는 수평이 되어 닫는 반축이 자유롭게 회전할 수 있습니다.
   • 핸드카트가 중간 위치에 있을 때, 잠금 플레이트는 리드 스크류에 의해 들어올려지고, 잠금 레버가 닫는 반축의 플라스틱 캠과 맞물려 회전이 잠깁니다.

결론적으로, 폐쇄 회로의 보조 스위치 S2와 폐쇄 인터록 장치는 모두 회로 차단기 핸드카트의 안전하고 신뢰할 수 있는 작동을 보장하는 중요한 구성 요소입니다. 이 두 장치는 함께 작동하여 무단 또는 안전하지 않은 폐쇄 작업을 방지하고 장비를 잠재적 손상으로부터 보호합니다.

그림 6 잠금 장치 닫는 방법

제공된 설명은 VD4 핸드카트 섀시 구성품과 그 기능에 대한 자세한 개요를 제공하며, 특히 안전 장치와 작동 제약 사항에 중점을 두고 있습니다. 주요 내용은 다음과 같습니다.

1. 섀시 변형 및 유지 관리:
   • 연구에 따르면 섀시 변형이나 걸림으로 인해 기계적 잠금 장치가 제대로 해제되지 않아 닫는 코일이 타는 현상이 발생할 수 있는 것으로 나타났습니다.
   • 이를 방지하려면 관련 구성 요소에 대한 정기적인 검사 및 유지 관리를 수행하여 섀시가 양호한 작동 상태를 유지하도록 해야 합니다.
2. 회로 차단기가 닫혔을 때 핸드카트 이동 차단:
   • VD4 스위치는 회로 차단기가 닫혔을 때 손수레가 안팎으로 움직이는 것을 방지하기 위해 기계식 잠금 장치를 사용합니다.
   • 이는 맞물리는 판의 잠금 프레임과 B상 듀얼 암 이동 링크의 전면 롤러 간의 협력을 통해 달성됩니다.
   • 회로 차단기가 닫히면 전면 롤러가 눌려 잠금 프레임과 작은 틈이 생깁니다. 핸드카트를 움직이려고 하면 리드 스크루가 인터록 플레이트를 밀게 되고, 이 틈이 리드 스크루에 작용하여 움직임을 차단합니다.
3. 에너지 저장 없이 차단 폐쇄 스위치:
   • 회로 차단기를 닫기 전에 충분한 에너지가 저장되어 있는 것이 중요합니다.
   • 에너지 저장이 없거나 불완전한 에너지 저장의 경우 닫힘 속도와 힘이 감소하여 닫힘이 실패할 가능성이 있습니다.
   • VD4 스위치는 에너지 저장 잠금 플레이트와 닫는 부채꼴 모양 플레이트의 확장 플레이트 사이의 협력을 사용하여 에너지 저장이 없을 때 닫힘을 차단합니다.
   • 에너지 저장이 완료되면 에너지 저장 연결봉의 롤러가 디스크와 맞물려 회로 차단기가 정상적으로 닫힙니다.

요약하자면, VD4 핸드카트 섀시 구성품에는 회로 차단기 투입 시 작동 차단, 충분한 에너지 저장 없이는 닫힘 방지 등 오작동을 방지하는 안전 장치가 포함되어 있습니다. 이러한 구성품의 정기적인 유지관리 및 점검은 장비의 안전하고 안정적인 작동을 보장하는 데 필수적입니다.

그림 8 에너지가 저장될 때 에너지 저장 잠금 플레이트 위치

개정된 텍스트:

그림 8(b)는 에너지가 저장되지 않을 때 에너지 저장 잠금 플레이트의 위치를 ​​보여줍니다.

앞서 언급한 기계적 잠금 메커니즘을 보완하기 위해 VD4 스위치는 폐쇄 회로 내에서 에너지 저장 보조 스위치 S1(그림 5 참조)과 직렬로 연결됩니다. 이러한 구성은 전기적 잠금 기능을 향상시키고 폐쇄 전자석의 잠재적 소손을 방지합니다.