KR100341715B1 - 가스절연기기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고전압 도체에 음극성의 직류전압이 인가되는 경우에도, 접지탱크내로 들어간 도전성 이물질을 확실하게 포획하여 피해를 방지하고, 절연내력을 향상시킬 수 있는 가스절연기기를 제공한다.

본 발명에 있어서는, 접지탱크(1)와, 이 접지탱크 내에 배치된 통전용 도체 (3)와, 이 도체를 접지탱크 내에 지지 고정하는 절연 스페이서(2)를 구비하며, 상기 절연 스페이서가 도체의 길이 방향으로 소정의 간격을 두고 배치되고, 또한 상기 접지탱크 내에 절연성 가스가 밀봉하여 봉입되어 있는 가스절연기기에 있어서, 상기 도체(3)에, 절연 스페이서로부터 이간됨에 따라 서서히 그 지름이 가늘어지는 테이퍼된 부재(5)를 설치함과 동시에, 이 테이퍼된 부재(5)의 최소직경 부위에서 도체(3) 상에 오목부 또는 볼록부(6)를 설치하였다.

Description

가스절연기기

본 발명은 가스절연기기의 개량에 관한 것으로서, 특히 직류송전용 가스절연기기에 관한 것이다.

종래 일반에 채용되고 있는 직류송전용 가스절연기기에 있어서의 절연상의 큰 문제점은 절연기기 내부에 혼입한 도전성 이물질에 의한 절연성능의 저하이다. 직류전압 하에 있어서, 절연기기 내부의 도전성 이물질은 전계(electric field)에 의해 유동하고, 움직이고, 부상하다가 결국, 고전압 도체까지 도달한다. 이 결과, 스페이서의 고전계부에 도전성 이물질이 부착하거나, 도체 근방을 계속 부유하여 절연성능을 위협하게 된다.

이 도전성 이물질의 부상에 의한 절연성능의 저하를 방지하기 위하여, 종래에는 예를 들면 일본국 전기학회기술보고(T부) 제397호『가스절연 개폐장치의 직류절연』(l991년 12월)의 11페이지에 기재되어 있는 바와 같이, 접지탱크를 경사지게 하여 도전성 이물질을 제거한다. 즉, 접지탱크를 경사지게 함으로써 도전성 이물질은, 전계 하에서 상하로 이동하는 동안에 하류 방향으로 이동해 가서, 입자포획구에 포획되도록 한 것이 있다.

또, 일본국 특개평6-237517호 공보에 기재되어 있는 바와 같이, 접지탱크를 경사지게 하는 것 대신 도체를 절연 스페이서로부터 이간됨에 따라서 차례로 가늘게 하는(경사면을 설치함) 형상으로 하고, 도전성 이물질을 절연 스페이서로부터 멀리 보냄과 동시에, 입자포획구에 포획하도록 한 것이 있다.

확실히 이와 같이 형성된 절연기기에서도 양극성 직류전압 인가시에 있어서는, 도전성 이물질을 거의 만족할 수 있는 정도로 포획하는 것이 가능하나, 그러나, 이것이 음극성 직류전압이 고전압 도체에 인가될 경우에는, 충분히 포획되지 않을 우려가 있다. 즉, 음극성의 직류전압이 고전압 도체에 인가되는 경우, 도전성 이물질은 부상과 동시에 고전압 도체에 도달하여, 도체의 표면 근방에 장시간 떠돌게 된다. 이 거동은 도전성 이물질로부터 발생하는 부분방전에 의한 것이고, 실험적으로는 반딧불 현상으로 알려져 있다. 이 때문에, 입자포획구가 탱크 바닥면에 설치되어 있어도, 이 입자포획구에 도전성 이물질이 포획되지 않고, 도전성 이물질에 의한 피해를 피할 수 없는 단점이 있었다.

본 발명은 이것을 감안하여 이루어진 것으로서, 그 목적으로 하는 것은, 가령 음극성의 직류전압이 인가되는 것이라도, 도전성 이물질을 확실하게 입자포획구에 포획하여 피해를 방지하고, 절연내력을 향상시킬 수 있는 가스절연기기를 제공하는 데에 있다.

도 1은 본 발명의 가스절연기기의 일 실시예를 나타낸 종단측면도,

도 2는 양극성 전압 인가시의 도전성 이물질의 거동의 일례를 나타낸 선도,

도 3은 음극성 전압 인가시의 도전성 이물질의 거동의 일례를 나타낸 선도,

도 4는 도체에 링(돌기)을 붙였을 때의 도전성 이물질질의 거동의 일례를 나타낸 선도,

도 5는 본 발명에 사용한 환상에 의한 절연내력특성과 환상에 의한 도전성 이물질을 떨어뜨리는 비율의 특성도,

도 6은 본 발명의 가스절연기기의 다른 실시예를 나타낸 종단측면도,

도 7은 본 발명의 가스절연기기의 다른 실시예를 나타낸 종단측면도,

도 8은 링의 수와 도전성 이물질을 떨어뜨리는 비율의 관계도,

도 9는 본 발명의 가스절연기기의 다른 실시예를 나타낸 종단측면도,

도 10은 본 발명의 가스절연기기의 다른 실시예를 나타낸 종단측면도,

도 11은 본 발명의 가스절연기기의 다른 실시예를 나타낸 종단측면도,

도 12는 접지탱크와 도체를 일체로 하여 기울인 경우의 도전성 이물질의 거동의 일례를 나타낸 도,

도 13은 본 발명의 다른 실시예를 나타낸 삼상 일괄 가스절연기기의 종단측면도,

도 14는 도 13의 A-A 선에 따른 단면도.

※도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1 : 접지탱크 2 : 절연 스페이서

3 : 도체 4 : 도체접속부

5 : 테이퍼된 부재 6 : 링

6a : 국부적으로 전계가 낮아지는 부분

6b : 링 선단의 전계 7 : 입자포획구

8 : 도전성 이물질

즉 본 발명은, 접지탱크와, 이 접지탱크 내에 배치된 통전용 도체와, 이 도체를 접지탱크 내에 지지 고정하는 절연 스페이서를 구비하며, 상기 절연 스페이서가 도체의 길이 방향으로 소정의 간격을 두고 배치되고, 또한 상기 접지탱크 내에 절연성의 가스가 밀봉하여 봉입되어 있는 가스절연기기에 있어서, 상기 도체 상에, 각 절연 스페이서로부터 이간됨에 따라 서서히 그 지름이 가늘어지는 테이퍼된 부재를 설치함과 동시에, 이 테이퍼된 부재의 최소 직경 부위에서 도체 상에 오목부 또는 볼록부를 설치하고, 그 주위의 전계보다 전계가 낮은 부분을 형성하여 소기의 목적을 달성하도록 한 것이다.

즉 이와 같이 형성된 가스절연기기이면, 기기 내에 혼입한 도전성 이물질은, 음극성의 직류전계에 의해 부상하여 도체의 표면 근방을 떠돌면서, 도체와의 충돌을 몇 번이나 반복한다. 이 때, 도체에 상기 절연 스페이서로부터 이간됨에 따라서 직경이 서서히 가늘어지는 테이퍼된 부재가 장착되어 있기 때문에, 도전성 이물질은 그 경사면과 충돌할 때에 직경이 가늘어지는 방향으로 반발력을 받기 때문에, 스페이서로부터 이간되는 방향으로 이동해 가서, 오목부 또는 볼록부의 부분에 도달한다. 이 오목부 또는 볼록부 근방은 다른 부분보다 전계가 낮아져 있어, 도전성이물질이 이 부분에 접촉하면 전하가 급감하고, 정전기력이 작아지기 때문에 접지탱크 바닥면에 떨어진다.

또한, 오목부 또는 볼록부의 아래의 접지탱크 바닥면에 입자포획구를 설치해 두면, 이 도전성 이물질은 포획구에 포획되어 가스공간을 부유하는 일이 없어지기 때문에, 기기의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 것이다.

이하 도시한 실시예에 의거하여 본 발명을 상세하게 설명한다. 도 1에는 그 가스절연기기가 단면으로 나타나 있다. 부호 (1)이 접지탱크이고, 이 접지탱크 내에 고전압 도체(3)가 배치되어 있다. 도체(3)는 절연 스페이서(2)에 의해 절연 지지되어 있다. 또, 이 절연 스페이서(2)는 도체의 길이 방향으로 소정의 간격을 두고 도체(3)의 길이방향으로 배치되어 있다.

이와 같은 구성의 가스절연기기에 있어서, 도체(3) 상에 도전성 부재(5)가 절연 스페이서(2)에 인접 또는 조금 사이를 두고 장착되어 있다. 도전성 부재(5)의 직경은 절연 스페이서(2)로부터 이간됨에 따라 서서히 가늘어지고 있다. 즉, 부재(5)는 양 절연 스페이서(2) 사이의 중앙부분을 향해 경사져 있다. 도 1의 경우에는, 테이퍼된 부재(5) 사이의 최소직경 부분인, 2개의 테이퍼된 부재(5) 사이에 노출된 도체(3) 부분에 링(돌기)(6)이 설치되어 있다.

또한, 접지탱크 내의 절연성 가스로서 일반적으로 SF₆이 이용되고, 또, C₃F₈, c-C₄F₈등의 프레온 가스 또는 이들과 SF₆가스의 혼합가스도 절연내력이 높아 적용 가능하다.

본 발명의 포인트는 경사면을 가진 테이퍼된 부재(5)와 링(6)을 조합한 구조에 의해, 도전성 이물질의 피해를 방지하는 것이다. 또, 링(6) 밑에 입자포획구 (7)를 설치함으로써, 보다 확실하게 도전성 이물질의 피해를 제거할 수 있어 기기의 절연신뢰성을 향상시킬 수 있다. 상세한 이유를 이하에 서술한다.

도 2는, 도체(3)에 양극성의 직류전압을 인가하였을 때의 도전성 이물질의 거동을 설명하는 다이어그램으로서, 실험으로 증명된 것이다. 도체(3)에 그러한 양극성의 직류전압을 인가함으로써, 접지탱크(1) 내의 도전성 이물질이 접지탱크(1)의 내부벽과 테이퍼된 부재(5)의 표면 사이에서 왕복운동을 여러 번 반복하는 동안에, 테이퍼된 부재(5)와의 충돌에 의한 반발력과 정전기력의 수평분력 때문에 도체(3) 상에 설치된 테이퍼된 부재(5)의 탑 부분, 즉, 직경이 가장 작은 부분, 방향으로 도전성 이물질이 이동된다.

이러한 거동형태는, 정전기력과 중력과 반발력으로부터 계산한 결과와 일치한다. 이 계산에 있어서의 정전기력으로서는, 도전성 이물질(8)이 테이퍼된 부재 (5)나 접지탱크(1)에 접촉할 때에, 이물질(8)에 주입된 전하와 전계와의 사이에 작용하는 힘을 고려하고 있다.

한편, 도 3은 도체(3)에 음극성의 직류전압 인가시의 도전성 이물질의 거동을 설명하는 다이어그램이다. 이 경우, 도전성 이물질의 거동은 양극성전압 인가의 경우와는 다르게도, 고압 도체(3) 근방을 떠도는 반딧불 현상이 나타난다. 이것은 도전성 이물질로부터 부분방전이 발생하여 생기는 것이다.

이 경우도, 양극성전압 인가의 경우와 유사하게도, 테이퍼된 부재(5)와의 충돌에 의한 반발력과 정전기력의 수평분력으로 인해 도체(3) 상에 설치된 테이퍼된 부재(5)의 탑 부분, 즉, 직경이 가장 작은 부분, 방향으로 도전성 이물질이 이동된다.

도 4는 도체(3)에 링(6)이 있는 경우의 음극성 직류전압 인가시의 도전성 이물질의 거동을 나타내는 다이어그램이다. 도전성 이물질은 도체 근방을 떠돌면서 돌아다니고, 링(6) 근방의 국소적으로 전계가 낮은 부분에 오면 전하를 잃고, 링(6) 밑으로 떨어진다.

이 거동형태도 실험으로 확인되어 있고, 링(6)의 폭을 lOmm, 높이를 20mm로 하면, 부상한 도전성 이물질의 80%를 떨어뜨릴 수 있다. 더욱이, 링(6)이 형태(H/W)와 도전성 이물질을 떨어뜨리는 비율 및 링(6)의 형태(H/W)와 절연내력 사이의 관계는 도 5에 나타낸 바와 같다.

H가 링의 높이이고, W가 링의 폭을 나타낼 경우, 링의 모양이 1/2≤H/W≤3이면, 이물질을 떨어뜨리는 비율이 5O% 이상으로 되고, SF₆가스의 파괴 전계의 최저치보다 링(6) 선단의 전계치 쪽이 낮은 범위에 있게 된다. 따라서, 이 조건 내의 링을 도체에 설치함으로써 기기의 절연내력을 저하시키는 일없이 효율적으로 도전성 이물질을 접지탱크(1) 바닥면에 떨어뜨릴 수 있다.

상기의 같이, 본 실시예에서는, 인가되어 있는 직류전압이 양극성인 경우이든, 음극성인 경우이든 상관없이, 가스절연기기 내에 혼입한 도전성 이물질은, 테이퍼된 부재(5)의 경사면에 몇 번이고 충돌을 되풀이하면서, 도 1의 스페이서(2)사이에 모아질 수 있게 된다.

양극성의 직류전압이 인가되어 있는 경우에, 상기 이물질은, 테이퍼된 부재(5)뿐만 아니라, 접지탱크(1)와의 충돌을 반복하므로, 중앙부에 배치된 입자포획구속으로 포획된다. 또한, 음극성인 경우에, 상기 이물질은, 링(6)에 의해 밑으로 떨구어져 입자포획구(7)에 포획된다.

이상과 같이, 상기 도체(3)에, 스페이서로부터 이간됨에 따라 서서히 직경이 가늘어 지는 테이퍼된 부재(5)를 설치하고, 상기 테이퍼된 부재(5)의 탑부분의 도체 상에, 링(6)을 설치함으로써, 가스절연기기 내에 혼입되거나 생성된 도전성 이물질은 절연 스페이서(2)로부터 멀리 보낼 수 있고, 또한 도체 근방에 떠돌고 있는 도전성 이물질을 효율적으로 접지탱크(1)에 떨어뜨릴 수 있어서, 피해를 막을 수 있다.

또한, 도 1과 같이 링(6) 아래쪽에 입자포획구(7)를 설치함으로써, 이물질의 재부상을 확실히 방지할 수 있으므로, 기기의 절연신뢰성을 보다 향상시킬 수 있다.

더욱, 이와 같이 링에 의해 떨어뜨린 경우에는, 탱크가 절연 코팅되어 있으면 재부상하는 일이 적은 것도 확인되어 있어, 비용저감을 위해 입자포획구(7)를 생략하는 경우도 있다.

도 6은 본 발명의 다른 실시예를 나타낸다. 도체(3)에 설치된 절연 스페이서(2)로부터 이간됨에 따라 직경이 서서히 가늘어지는 테이퍼된 부재(5)의 경사면의 도중에 링(6)을 설치한 가스절연기기이다. 도전성 이물질은 테이퍼된 부재(5)의 경사면 내에서 움직이는 동안, 아직 수평 방향으로 그다지 가속되어 있지 않으므로 수평 방향의 속도성분이 작다.

그러므로, 이물질이 링 근방의 국소적으로 전계가 낮은 부분을 통과할 확률이 높아져, 보다 효율적으로 도전성 이물질을 제거할 수 있다. 또, 스페이서(2) 부근의 이물질을 신속하게 접지탱크 바닥면에 떨어뜨릴 수 있으므로, 이물질의 스페이서 부착에 의한 절연내력 저하를 방지할 수 있다.

도 7은, 본 발명의 또 다른 실시예를 나타낸 것이다. 도체(3)에 링(6)을 2개 설치함으로써 링 사이의 전계는 하나인 경우에 비하여 보다 크게 약해져서 도전성 이물질이 접지탱크(1)에 떨어지기 쉬워진다. 더욱이, 도전성 이물질이 떨어지지 않고 움직일 때, 2개의 링을 넘어야만 하므로, 도전성 이물질이 접지탱크에 떨어질 확률은 링이 하나인 경우에 비하여 더욱 높아진다.

이 때문에, 도 8에 나타낸 바와 같이 링을 2개로 하면 도전성 이물질을 떨어뜨리는 비율을 거의 100%로 할 수 있다. 도전성 이물질을 보다 확실하게 접지탱크에 떨어뜨리기 위해서는, 링을 더욱 늘리는 것도 생각할 수 있으나, 현재 사용되는 절연기기의 전계밀도롤 고려한다면 2개로도 충분하다.

도 9는, 본 발명의 또 다른 실시예를 나타낸 것이다. 도체(3) 상에 설치한 테이퍼된 부재(5)의 경사면을 2분할(5a, 5b)함으로써 오목부를 설치한 일례이다. 오목부의 양단에 적절한 곡률을 부여하면 도체 표면의 전계보다 낮아지는 부분을 만들 수 있고, 또한, 도체(3)에 설치한 테이퍼된 부재(5)의 표면의 전계의 최대치를 작게 할 수 있다.

도 10은, 또 다른 실시예를 나타낸 것이다. 도체 상에 설치한 테이퍼된 부재(5) 및 링(6)은 도체(3)의 전체 둘레면을 커버할 필요는 없고, 도전성 이물질이 주로 운동하는 도체의 하측 절반이어도 상기와 동등한 효과를 얻을 수 있다. 이러한 구성을 통해 기기의 크기와 비용을 줄일수 있다.

도 11도 다른 실시예를 나타낸 것으로서, 이 도면에 있어서는 접지탱크(1) 내에 고전압 도체(3)가 있고, 도체(3)는 2개의 절연 스페이서(2)에 의해 절연 지지되어 있다. 이와 같은 구성의 가스절연기기에 있어서, 접지탱크(1)와 도체(3)는 일체로 하여 기울여진다. 분리된 공간이 탱크의 상승부의 절연 스페이서(2)의 볼록부와 하강부의 절연 스페이서(2)의 오목부 사이에 형성되고 그 기울인 하측의 도체(3)에 링(6)이 설치되어 있다.

접지탱크(1)와 도체(3)를 일체로 하여 기울였을 때, 도전성 이물질은 도 12에 나타낸 바와 같이 접지탱크(1)와 도체(3)의 충돌에 의한 반발력의 수평분력에 의해 경사아래쪽으로 이동한다. 이 거동도 실험으로 확인되어 있다. 이로인해, 절연이 엄격히 요구되는 절연 스페이서의 볼록면쪽을 도전성 이물질로부터 지킬 수 있다.

양극성 직류전압을 도체(3)에 인가시에는 상술한 바와 같이 접지탱크 바닥면에 입자포획구(7)를 설치함으로써 도전성 이물질을 포획할 수 있다. 또, 음극성 인가시에는 도체(3)에 설치한 링(6)에 의해 상술한 것과 동일하게 도전성 이물질을 제거할 수 있다.

더욱이, 도체(3)에 테이퍼된 부재(5)를 설치할 필요가 없어 비용을 줄일 수있다. 또한, 전술한 바와 같이, 탱크가 절연 코팅되어 있으면 링(6)에 의해 일단 떨어진 이물질은, 재부상하는 일이 적은 것도 확인되어 있어, 탱크를 절연 코팅함으로써 입자포획구(7)를 생략할 수 있어 더욱 비용저감을 도모할 수 있다.

도 13 및 도 14는 본 발명을 삼상 일괄 가스절연기기에 응용한 일 실시예이다. 도 13은 이 실시예를 나타내는 단면도이고, 도 14는 도13의 A-A 선을 따라 나타낸 단면도이다. 배치상 가장 하측이 되는 도체(3)에 상기 테이퍼된 부재(5)를 장착함으로써 상술한 바와 같이 도전성 이물질을 제거할 수 있고, 또한, 다른 2개의 도체(3)는 그대로이므로 접지탱크와(1)의 절연 거리는 변하지 않기 때문에, 기기의 치수를 그대로 하여 절연신뢰성을 향상시킬 수 있다.

이상 설명해 온 바와 같이, 이 가스절연기기에 의하면, 절연기기 내에 혼입한 도전성 이물질을 효과적으로 제거하여 피해를 방지할 수 있다. 예를 들면 상기의 구성에 있어서, 도체의 볼록부를 링으로 한 경우, 이물질의 거동을 관측하면, 음극성 직류전압 인가시에도 약 80%의 도전성 이물질을 입자포획구에 포획할 수 있었다. 이상으로부터, 가스절연기기 내에 혼입한 도전성 이물질을 효과적으로 제거할 수 있어, 가스절연기기의 신뢰성을 유지할 수 있다.

이상 설명해 온 바와 같이, 본 발명에 의하면, 가령 음극성의 직류전압이 인가되는 것이라도, 도전성 이물질을 확실하게 포획하여 피해를 방지하고, 절연내력을 향상시킬 수 있는 가스절연기기를 얻을 수 있다.

Claims (8)

1. 접지탱크와, 이 접지탱크 내에 배치되어 전류를 통과시키는 통전용 도체와, 이 도체를 접지탱크 내에 지지 고정하는 절연 스페이서를 구비하며, 상기 절연 스페이서가 도체의 길이 방향으로 소정의 간격을 두고 배치되고, 또한 상기 접지탱크 내에는 절연성 가스가 밀봉하여 봉입되어 있는 가스절연기기에 있어서,

   상기 도체 상에, 절연 스페이서로부터 이간됨에 따라 서서히 그 지름이 가늘어지는 테이퍼된 부재가 설치됨과 동시에, 상기 테이퍼된 부재의 최소 직경 부위에서 상기 도체상에 오목부 또는 볼록부가 설치되어 주변보다 낮은 전계부위가 형성되게 한 것을 특징으로 하는 가스절연기기.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 도체는 대략 원통형인 것을 특징으로 하는 가스절연기기.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 접지탱크에서 상기 오목부 또는 볼록부와 마주한 위치에 입자포획구를 설치하여 도전성 이물질을 포획할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 가스절연기기.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 테이퍼진 부재의 최소 직경부위에 환상의 돌기를 설치하는 것을 특징으로 하는 가스절연기기.
5. 제 4항에 있어서,

   상기 환상 돌기의 상단은 만곡되어 있으며, 환상돌이의 폭 W와 높이 H의 관계는 1/2≤H/W≤3의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 가스절연기기.
6. 제 1항에 있어서,

   상기 접지탱크와 상기 도체를 전체적으로 함께 기울여서 상기 도체의 하방의 위치에 오목부 또는 볼록부를 설치하는 것을 특징으로 하는 가스절연기기.
7. 제 6항에 있어서,

   상기 오목부 또는 볼록부의 밑에 입자포획구를 설치하는 것을 특징으로 하는 가스절연기기.
8. 제 1항에 있어서,

   상기 도체는 삼상의 통전용 도체이고,

   상기 삼상의 통전용 도체중 최하부에 위치하는 도체에, 상기 테이퍼된 부재 및 상기 오목부 또는 볼록부가 설치되는 것을 특징으로 하는 가스절연기기.