고압 차단기 접촉자의 설계 개선과 전산 모사 해석에 관한 연구

Abstract

이 연구의 목적은 접촉자의 품질 균질성을 향상시키고 재료의 낭비를 줄이기 위한 새로운 고압 차단기 접촉자 설계를 제안하는 것이다. 또한 차단기 접촉자에 대한 전산 모사 해석을 통해 새로운 설계의 기계적인 요구 성능을 평가한다. 접촉자는 전력 계통을 보호하는 중요한 역할을 하는 고압 차단기의 핵심 구성 부품이다. 그것은 계통 상태에 따라 전류를 통전하거나 차단하는 기능을 가지고 있다. 두 접촉자가 서로 접촉할 때 접촉자는 강제 변위에 의한 인장과 압축 응력을 받으며, 이러한 부하 조건을 견디도록 설계해야 한다. 또한 제작 측면에서 기존의 접촉자는 체적 성형 방법으로 제작되어 왔으나, 품질과 생산성의 관점에서 이 방법은 효과적이지 않아 개선이 필요하다. 이 연구에서 새로운 접촉자 설계 안은 아크 형 접촉자로 이것은 박판 성형 방법으로 제작하는데 적합하다. 제안된 새로운 접촉자 설계 안은 아바쿠스(ABAQUS)를 사용하여 유한 요소 해석으로 성능을 평가한다. 첫째, 접촉 탄성력과 정적 조건하에서의 유효 응력과 같은 접촉자의 기계적 성능을 검증하기 위해 정적 전산 모사 해석을 수행한다. 둘째, 고속도 접촉 조건에서의 충격 영향을 예측하기 위해 동적 전산 모사 해석을 수행한다. 해석에 적용하기 위한 소성 물성은 준정적 및 중 변형률 속도에서의 변형률 속도에 따른 응력-변형률 관계 데이터를 적용한다. 정적 해석의 결과, 아크 형 접촉자의 기계적 성능은 굽힘의 위치와 인접한 손가락 형 구조의 슬릿(slit)의 형상에 영향을 받는다. 동적 해석의 결과, 유효 응력은 아크 형 접촉자의 두 영역에서 집중되어 나타나고, 동적 동작 진행 시간 동안 응력 진동이 발생한다. 정적 및 동적 해석의 결과에 근거하여 처음 제안한 접촉자 설계는 최소 필요 접촉 탄성력과 허용 항복 응력을 만족시키기 위해 수정되고 개선 되었다. 연구의 결과는 기존 접촉자의 제작 비용을 줄이고, 품질을 향상시키는데 기여하며, 고압 차단기의 다른 부품 요소를 제작하는데 박판 성형 방법을 적용할 수 있는 좋은 참고 연구가 될 것이다.