KR100454455B1 - 가스차단기 - Google Patents

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KR100454455B1 KR1019970005219A KR19970005219A KR100454455B1 KR 100454455 B1 KR100454455 B1 KR 100454455B1 KR 1019970005219 A KR1019970005219 A KR 1019970005219A KR 19970005219 A KR19970005219 A KR 19970005219A KR 100454455 B1 KR100454455 B1 KR 100454455B1
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마고또 야노
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요오이치 오오시따
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가부시끼가이샤 히다치 세이사꾸쇼
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Abstract

본 발명은, 소형이고 전류차단시의 전극간 절연회복성능, 대지(對地)절연성능 등이 뛰어난 가스차단기를 제공한다.
본 발명에 있어서, 고정 아크접촉자(4) 등과 결합한 고정측 지지부재(6)에 설치한 연통구(8)를 통해 전류차단시에 발생한 가스는 배기통 구조부(1)내로 배기된다. 배기통 구조부(1)는, 고정측 지지부재(6)와의 접속부에 있어서의 배기통 유로차단면적(S1)에 대하여, 유로단면적의 확대부를 배기통 구조부(1) 전체 길이의 적어도 1/2 길이의 위치보다 앞에 설치하고 또한 배기통 구조부(1)의 후방을 향해 일정하게 확대되어 있다. 그 결과, 가스는 신속하게 배기통 구조부(1)내로 배기되고, 전극간 절연회복특성은 향상한다. 또한, 배기통 구조부(1)를 복수의 배기통 및 복수의 부재로 구성하고, 최종부(17)의 배기통을 절연물로 구성한 경우, 배기통 단부 등에 있어서의 전계집중이 억제되기 때문에 기기전체의 소형화가 달성된다.

Description

가스차단기
본 발명은, 가스차단기에 관한 것으로, 특히 전류차단시에 발생한 고온가스를 신속하게 전극 사이로부터 배기하고, 차단성을 향상시킬 수 있는 가스차단기의 배기구조에 관한 것이다.
도 7, 8에 종래의 배기통 구조부(1)를 가지는 가스차단기의 예를 나타낸다. 도 7은 투입상태에 있어서의 차단기 차단부의 전체도를, 도 8은 개극상태에 있어서의 차단기 차단부의 확대도를 나타낸다. 전류통전을 주로 담당하는 고정 주접촉자(2)와 가동 주접촉자(3) 및 고정 아크접촉자(4)와 가동 아크접촉자(5)에 의해 접점이 형성된다.
고정 주접촉자(2)와 고정 아크접촉자(4)는, 고정측 지지부재(6)에 의해 결합되고 원통형 절연지지부재(7) 등에 의해 예를들어 가동측으로부터 지지됨과 동시에, 고정측 지지부재(6)에 설치된 연통구(8)를 통해, 금속으로 형성된 배기통 구조부(1)와 연통하고 있다. 고정측 지지부재(6), 배기통 구조부(1) 등에는 고정측 도체(9)가 전기적으로 접속되고, 가동측 도체(10)와의 사이에 전류통로를 형성한다.또한, 접지탱크(11)내에는 SF6등의 소호성가스(12)가 충전되어 있다.
다음에 가스차단기의 동작을 설명한다. 개극동작은 투입상태로부터 개극상태에 이르는 동작으로, 가동 주접촉자(3), 가동 아크접촉자(5), 버퍼실린더(13) 및 폴리테트라플루오르에틸렌(이하 PTFE라고 한다) 등의 절연재로 형성된 절연노즐(14) 등이, 조작기구부(15)에 의해 구동되어 직선운동한다.
이 개극동작시에 가동하는 버퍼실린더(13) 등과 고정피스톤(16)과의 사이에 둘러싸인 공간의 소호성 가스(12)가 압축되고, 절연노즐(14)을 통해 고정 아크접촉자(4), 및 가동 아크접촉자(5)에 내뿜어진다. 전류차단시에는 고정 아크접촉자(4)와 가동 아크접촉자(5) 사이에서 아크가 발생하는데, 이 내뿜는 작용에 의해 아크소호 및 전극간 절연회복이 도모된다.
아크소호시에 내뿜어진 가스는 아크에 의해 가열되고, 수천도에 달하는 고온가스로 되어 노즐외부로 배기된다. 이 고온가스는 가스밀도도 낮고 절연성능도 상온시에 비하여 저하된다. 따라서, 아크소호시에 발생한 고온가스는 신속하게 전극사이로부터 배기할 필요가 있고, 일반적으로는 연통구(8)로부터 배기통 구조부(1)로 배기하는 구조가 취해지고 있다. 이 배기통 구조부(1)는 발생된 고온가스의 배기방향제어와, 고온가스를 냉각하는 공간의 제공을 겸하고 있다.
차단성능 확보면에서는 고온가스를 전극 사이로부터 배기통 구조부(1)내로 보다 신속하게 배기하는 효율, 즉 배기시간 효율이 중요해진다. 여기서, 단위시간당에 있어서, 전극 사이에서 발생한 고온가스량에 대한 배기통 구조부(1)내로 배기된 가스량을, 배기시간효율로 정의한다. 전극 사이의 절연회복성능을 보다 향상시키는 관점에서는, 아크발생으로부터 전류차단점후 전극 사이에 과도회복전압이 인가되는 기간에 있어서의 배기시간효율을 향상시키는 것이 특히 중요하다.
한편, 도 7 및 도 8에서 설명한 이외의 종래예로서, 예를들어 일본국 특공 평 4-56027호 공보에 기재되어 있는 바와 같은 배기통 구조부(1)의 단부에 끝이 넓은 부를 형성한 예를 들 수 있다. 또한 동일한 구조는, 배기통 구조부(1)의 단부에 있어서의 전계집중의 억제를 주목적으로 사용되는 경우가 있다.
그러나, 이미 서술한 바와 같이 차단성능 향상의 관점에서는 아크소호시에 아크접촉자(4, 5) 사이에서 발생한 고온가스를 신속하게 배기통 구조부(1)내로 배기하는 것이 중요한데, 배기통 구조부(1)의 말단부 직경을 확대한 정도로는 본 발명에서 서술하는 차단성능 향상의 효과를 얻을 수는 없다.
또한, 일본국 특공 평 4-56027호 공보에 기재되어 있는 배기통 구조부(1)에서는, 배기통 구조부(1)내부로 돌출한 고정측 도체접속부가 배기통내의 고온가스유로를 제한하고 았어, 차단성능면에서는 바람직하지 않은 구조로 되어 있다.
고온가스를 전극 사이로부터 신속하게 배기하기 위해서는, 배기통 구조부(1)내로 신속하게 들여보내는 것이 요구된다. 그 때에는 배기통 구조부(1)내에 있는 상온가스를 압축, 혹은 배기통 구조부(1)외부로 밀어낼 필요가 있다. 종래예의 배기통 구조부(1)는 고온가스에 견디도록 금속으로 형성되고, 통전경로를 겸하고 있기 때문에 고전위부로 되며, 통상 그 최대 직경은 차단부의 금속부분과 동등 혹은 그 이하로 하고 기기 전체의 소형화를 도모하는 구조가 취해지고 있다.
또, 종래 구조의 배기통 유로단면적은, 고정측 지지부재(6)와의 접합면에 있어서의 배기통 유로단면적을 S1이라 하면, S1과 동등하거나 또는 그 이하이다. 즉, 배기통 구조부(1)내 임의의 위치에 있어서의 배기통 유로단면적을 SX라 하면, 배기통 구조부(1)의 대략 전체 길이에 걸쳐 수학식 1의 관계가 성립한다.
[수학식 1]
SX≤S1
그러나, 차단성능에 크게 영향을 미치는 배기시간 효율면에서는, 배기통 구조부(1)의 직경을 제한하는 것은 바람직하지 않다. 특히 배기통 구조부(1)의 상류부의 직경을 축소화한 경우는, 배기통 구조부(1)내로 고온가스가 배기되기 어려워지기 때문에 차단성능 저하가 우려된다.
한편, 전류차단시에 발생한 고온가스가 고온인채로 외부로 유출되는 것을 피하기 위해, 배기통 구조부(1)는 고온가스를 냉각하는데 충분한 용적이 필요해진다. 도 7 및 도 8에 나타내는 종래예의 배기통 구조부(1)에서는 용적확보를 위해 배기통 길이가 길어지는 경향이 있고, 그 결과 가늘고 긴 관형상의 배기통 구조부(1)로 되어 기기가 대형화되는 것을 피할 수 없다.
또한, 이와 같은 가늘고 긴 관 형상의 배기통 구조부(1)는 연통구(8)로부터 배기되는 가스의 배기시간 효율을 저하시키는 구조로 되기 때문에, 결과적으로 종래예에 나타내는 배기통 구조(1)에서는 전극 사이에서 발생한 고온가스를 신속하게 배기통 구조부(1)내로 배기하여 냉각한다고 하는 초기의 목적에 대하여 불충분하였다. 또한, 고온가스가 전극 사이에 정체된 경우, 절연회복성능의 저하를 초래함과 동시에, 고정 주접촉자(2)와 가동 주접촉자(3) 사이의 절연성능이 저하되면, 주접촉자 사이에서의 절연파괴의 위험성이 있다. 특히, 종래예에 나타낸 바와 같은 절연통(7)에 차단부를 격납한 구조인 경우, 전극간 부근의 상온가스량이 적기 때문에, 고온가스를 전극 사이로부터 신속하게 배기하는 것은 대단히 중요하다.
상술한 바와 같이, 고온가스 배기시간 효율관점에서는 배기통 구조부(1)의 존재는 바람직하지 않으나, 연통구(8)로부터 배기된 고온가스가 예를들어 접지탱크(11) 등의 저전위부로 흐른 경우, 대지간 지락사고의 위험이 또는 도시하고 있지 않지만 3상 차단부를 동일탱크에 격납한 3상 일괄탱크형 차단기에서는 상간 단락 사고의 위험이 생기기 때문에, 상기와 같은 배기통 구조부(1)는 필요한 것이다.
본 발명의 목적은, 상기 문제점을 해결하고, 소형이며 전극간의 절연회복성능 및 대지, 상간(相間)의 절연성능에 뛰어난 가스차단기를 제공하는데 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 관한 가스차단기의 축방향 단면도,
도 2는 본 발명의 다른 실시예로서, 배기통 구조부를 복수의 통부로 구성한 가스차단기의 축방향 단면도,
도 3은 본 발명의 다른 실시예로서, 배기통 구조부의 일부를 절연물 배기통으로 구성한 가스차단기의 축방향 단면도,
도 4는 금속제 배기통의 최하류 부근에 있어서의 등전위선을 나타낸 도,
도 5는 배기통 최하류부를 절연물로 구성한 경우의 최하류 부근에 있어서의 등전위선을 나타낸 도,
도 6은 본 발명의 다른 실시예로서, 배기통 구조의 중심축을 차단부 가동부의 중심축에 대하여 경사시킨 3상 일괄 탱크형 차단기의 축방향 단면도,
도 7은 종래의 구조 가스차단기의 투입상태를 나타내는 축방향 단면도,
도 8은 도 7의 가스차단기의 개극상태를 나타내는 축방향 단면의 확대도.
※도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1: 배기통 구조부 2: 고정 주접촉자
3: 가동 주접촉자 4: 고정 아크접촉자
5: 가동 아크접촉자 6: 고정측 지지부재
7: 원통형 절연지지부재 8: 연통구
9: 고정측 도체 10: 가동측 도체
11: 접지탱크 12: 소호성 가스
13: 버퍼실린더 14: 절연노즐
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 가스가 충전되어 있는 접지탱크와, 상기 접지탱크내에 격납되며 전류차단시에 발생하는 아크를 소호하기 위하여 상기 가스를 아크접촉자에 내뿜는 노즐과, 상기 내뿜어진 가스를 배기하기 위한 연통구와, 상기 연통구의 뒤에 설치되며 또 상기 가스를 배기하는 배기통 구조부를 가지는 가스차단기에 있어서, 상기 배기통 구조부는 상기 배기통 구조부의 최종부에서상기 연통구와 상기 배기통 구조부와의 접속부에 있어서의 배기통 유로단면적보다 확대된 배기통 유로단면적으로 이루어지는 확대부를 가지고, 상기 확대부의 개시위치를 상기 배기통 구조부 전체길이의 적어도 1/2길이의 위치보다 앞에 설치하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 다른 특징은, 가스가 충전되어 있는 접지탱크와, 상기 접지탱크내에 수납되며 전류차단시에 발생하는 아크를 소호하기 위하여 상기 가스를 아크 접촉자에 내뿜는 노즐과, 상기 내뿜어진 가스를 배기하기 위한 연통구와, 상기 연통구의 뒤에 설치되며 또한 상기 가스를 배기하는 배기통 구조부를 가지는 가스차단기에 있어서, 상기 연통구와 상기 배기통 구조부와의 접속부에 있어서의 배기통 유로단면적을, 상기 배기통 구조부 전영역에 걸쳐 후방향으로 일정하게 확대하는 것에 있다.
또한, 본 발명의 다른 특징은, 가스가 충전되어 있는 접지탱크와, 상기 접지탱크내에 수납되며 전류차단시에 발생하는 아크를 소호하기 위하여 상기 가스를 아크 접촉자에 내뿜는 노즐과, 상기 내뿜어진 가스를 배기하기 위한 연통구와, 상기 연통구의 뒤에 설치되며 또한 상기 가스를 배기하는 배기통 구조부를 가지는 가스차단기에 있어서, 상기 배기통 구조부는 적어도 하나의 배기통으로 구성되며, 상기 배기통 중 적어도 최종부에 배치하는 배기통을 절연물 배기통으로 구성하는 것에 있다.
또한, 본 발명의 다른 특징은, 가스가 충전되어 있는 접지탱크와, 상기 접지탱크내에 수납되며 전류차단시에 발생하는 아크를 소호하기 위하여 상기 가스를 아크 접촉자에 내뿜는 노즐과, 상기 내뿜어진 가스를 배기하기 위한 연통구와, 상기 연통구의 뒤에 설치되며 또 상기 가스를 배기하는 배기통 구조부를 가지는 가스차단기에 있어서, 상기 배기통 구조부는 상기 배기통 구조부의 최종부에서 상기 연통구와 상기 배기통 구조부와의 접속부에 있어서의 배기통 유로단면적보다 확대된 배기통 유로단면적으로 되는 확대부를 가지며, 상기 확대부의 개시위치를 상기 배기통 구조부 전체길이의 적어도 1/2의 길이의 위치보다 앞에 설치하고, 상기 배기통 구조부의 중심축은 상기 가스차단기의 가동부의 중심축에 대하여 경사져 있는 것에 있다.
또한, 본 발명의 다른 특징은, 가스가 충전되어 있는 접지탱크와, 상기 접지탱크내에 수납되며 전류차단시에 발생하는 아크를 소호하기 위하여 상기 가스를 아크 접촉자에 내뿜는 노즐과, 상기 내뿜어진 가스를 배기하기 위한 연통구와, 상기 연통구의 뒤에 설치되며 또한 상기 가스를 배기하는 배기통 구조부를 가지는 가스차단기에 있어서, 상기 배기통 구조부는 상기 배기통 구조부의 최종부에서 상기 연통구와 상기 배기통 구조부와의 접속부에 있어서의 배기통 유로단면적보다 확대된 배기통 유로단면적으로 되는 확대부를 가지며, 상기 확대부의 개시위치를 상기 배기통 구조부 전체길이의 적어도 1/2길이의 위치보다 앞에 설치하고, 적어도 상기 확대부의 최종부에 배치하는 배기통은, 절연물배기통으로 구성하는 것에 있다.
또한, 본 발명의 다른 특징은, 가스가 충전되어 있는 접지탱크와, 상기 접지탱크내에 수납되며 전류차단시에 발생하는 아크를 소호하기 위하여 상기 가스를 아크 접촉자에 내뿜는 노즐과, 상기 내뿜어진 가스를 배기하기 위한 연통구와, 상기연통구의 뒤에 설치되며 또한 상기 가스를 배기하는 배기통 구조부를 가지는 가스차단기에 있어서, 상기 배기통 구조부는 상기 배기통 구조부의 최종부에서 상기 연통구와 상기 배기통 구조부와의 접속부에 있어서의 배기통 유로단면적 보다 확대된 배기통 유로단면적이 되는 확대부를 가지며, 상기 확대부의 개시위치를 상기 배기통 구조부 전체길이의 적어도 1/2길이의 위치보다 앞에 설치하고, 또 상기 확대부를 상기 배기통 구조부의 최종부를 향해 일정하게 확대시킴과 동시에 상기 배기통 구조부의 중심축을 상기 가스차단기의 가동부의 중심축에 대하여 경사시키고, 적어도 상기 확대부의 최종부에 배치하는 배기통은 절연물 배기통으로 구성하고, 상기 절연물 배기통은 폴리테트라플루오르에틸렌을 함유하는 재료로 형성하는 것에 있다.
본 발명에 의하면, 배기통 구조부는 배기통 구조부의 최종부에서 연통구와 배기통 구조부와의 접속부에 있어서의 배기통 유로단면적보다 확대된 배기통 유로단면적으로 되게 한 확대부를 가지며, 확대부의 개시위치를 배기통 구조부 전체길이의 적어도 1/2길이의 위치보다 앞에 설치하고 있다. 또, 확대부는 배기통 구조부의 뒤를 향해 일정하게 확대된다. 또한, 배기통 구조부의 중심축은 상기 가스차단기의 가동부의 중심축에 대하여 경사져 있다. 또한, 배기통 구조부는 적어도 하나의 배기통으로 구성되며, 배기통은 적어도 1종류의 재료로 형성되어 있다. 그리고 적어도 확대부의 최종부에 배치하는 배기통은, 절연물 배기통으로 구성되며 절연물 배기통은 폴리테트라플루오르에틸렌을 함유하는 재료로 형성되어 있다.
이것에 의해 아크를 소호하기 위하여 가스를 아크접촉자에 내뿜었을 때에 발생하는 고온가스는 신속하게 배기통 구조부내로 배기되므로, 전극 사이의 절연회복성능을 향상시킬 수 있다.
또한, 배기통 구조부를 복수의 재질 및 복수의 부재로 구성할 수 있으므로, 예를들어 구조적으로 강도를 요하는 부분과 불필요한 부분으로 나눌 수 있고, 그 결과 제작상의 합리화를 도모할 수 있다.
또한, 배기통 구조부의 적어도 최종부를 절연성 부재로 형성함으로써, 금속제 배기통에서 문제가 되는 배기통 단부 등에 있어서의 전계 집중이 억제되기 때문에 대지간 혹은 상간 거리를 확대하는 일 없이, 배기통 용적을 확보할 수 있다. 즉, 배기통 구조부내로 배기되는 고온가스가 다량의 상온가스와 혼합되어, 냉각이 촉진되므로 차단기의 소형화를 도모할 수 있다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 가스차단기를 도면을 이용하여 설명한다.
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 관계되는 가스차단기의 축방향의 단면을 나타낸다. 이하 실시예에서는 상기 도면에 도시된 바와 같이, 개극상태에서 설명한다. 고정 주접촉자(2)와 고정 아크접촉자(4)는 연통구(8)를 가진 고정측 지지부재(6)에 의해 결합되고, 이 예에서는 원통형 절연지지부재(7)에 의해 가동측으로부터 지지되어 있다.
이 고정측 지지부재(6)에는 원통형상의 배기통 구조부(1)가 가동측과 대향하는 측에 결합되어 있고, 또한 전류를 접지탱크(11)외부로 인출하기 위한 고정측 도체(9)가 전기적으로 접속되어 있다. 배기통 구조부(1)는 예를들어 알루미늄, 스테인레스, 철, 구리 등의 금속재료로 형성되어 있다. 그러나, 고정측 도체(9)를 고정측 지지부재(6)에 직접 접속하면, 배기통 구조부(1)는 금속제가 아니어도 된다.
접지탱크(11)내에는 SF6등의 소호성가스(12)가 충전되고, 고정측 지지부재(6)에 설치한 연통구(8)에 의해, 절연노즐(14)로부터 배기된 소호성가스(12)는 배기통 구조부(1)내로 배기된다.
배기통 구조부(1)는 절연노즐(14)로부터의 가스흐름에 대하여 후방(하류측)에 직경의 확대부를 가지고 있고, 최종부(17)는 최대직경으로 접지탱크내로 개방되어 있다. 이 배기통 구조부(1)에 있어서, 고정측 지지부재(6)와의 접합면의 배기통 유로단면적을 S1, 후방(하류측)에 설치한 최대배기통 유로단면적을 S2로 하면 다음의 수학식 2의 관계가 성립한다.
[수학식 2]
S1〈 S2
또한, 배기통 구조부(1)내 임의의 위치에 있어서의 배기통 유로단면적을 SX로 하면, 배기통 유로단면적의 확대부는 다음의 수학식 3과 같이 정의할 수 있다. 즉,
[수학식 3]
S1〈 SX≤ S2
다음에, 도 1의 실시예에 있어서의 전류차단시의 가스의 흐름을 설명한다. 전류차단시, 아크접촉자(4, 5) 사이에서 발생한 아크에 대하여 내뿜어진 소호성가스(12)는 고온가스로 되어 주로 고정측으로 배기되고, 고정측 지지부재(6)에 설치한 연통구(8)를 통해 배기통 구조부(1)로 유도된다. 여기서, 배기통 구조부(1)는 수학식 2 및 수학식 3의 관계를 가지고 있으므로, 연통구(8)에 도달한 고온가스는 연통구(8) 부근에 정체하는 일 없이, 신속하게 배기통 구조부(1)내로 확산하게 된다. 이 이유는, 예를들어 이하에 나타내는 압축성 유체의 연속식인 수학식 4에 의해서도 설명할 수 있다. 간략화를 위해 정상류로 설명하면,
[수학식 4]
ρvA = 일정
여기서 ρ:가스밀도, v: 유속, A: 유로단면적
상기의 관계가 성립한다. 수학식 4에 있어서, 정상류에서는 배기통 구조부(1)내에 있어서의 가스밀도(ρ)의 상승은 배기통 구조부(1)내의 압력상승을 의미하고, 바람직하지 않다. 따라서, 배기시간 효율관점에서는 가스밀도(ρ)가 배기통 구조부(1)내에서 저하되는 구조가 좋으나, 배기통 구조부(1)내에서 유속(v)이 크게 증대하는 일은 생각할 수 없으므로, 유로단면적(A)을 확대하는 것이 가스밀도(ρ)의 저하에 효과적이다.
즉, 배기통 유로단면적의 확대부를 배기통내에 가지는 배기통 구조부(1)는, 배기시간 효율이 높은 구조, 즉 고온가스를 전극 사이로부터 배기통 구조부(1)내로 신속하게 배기할 수 있는 구조라고 말할 수 있다. 도 1에 나타내는 바와 같이, 배기통 구조부(1)의 유로단면적을 후방(하류방향)으로 일정하게 확대한 구성은, 배기통 유로단면적의 극소부가 없기 때문에, 배기시간 효율에 대하여 보다 뛰어난 구성이다.
상술한 바와 같이, 배기통 유로단면적의 확대부가 차단성능 향상에 기여하는 것은 명백하고, 또한 배기통 유로단면적의 확대부를 가능한 범위에서 전방(상류측)에 설치하는 것이 중요하다. 전극 사이에서 발생한 고온가스를 배기통 구조부(1)내로 효율적으로 배기하기 위해서는, 배기통 구조부(1)내에 있는 상온가스를 압축, 혹은 배기통 구조부(1)외부로 밀어낼 필요가 있음을 이미 서술하였다.
이것은 배기통 구조부(1)내의 가스에 한정하여 말하면, 전방(상류측)의 가스가 후방(하류측)으로 이동하거나, 혹은 이동하기 쉽게 할 필요성을 나타낸다. 배기통 구조부(1)내 가스가 이동하기 쉬운 것은 배기통 유로단면적의 확대부에 의해 제공된다. 확대부에 상당하는 배기통 길이가 길수록, 확대부의 전방(상류측)에 존재하는 가스도 또한 후방(하류측)으로의 이동이 촉진된다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 배기통 구조부(1)의 보다 상류측에 배기통 유로단면적의 확대부를 마련하는 것이 이상적이나, 제작상 형편에 따라 항상 가능한 것은 아니다. 그러나, 배기통 구조부(1)내의 가스가 이동하기 쉬운 것이 상류측에 효과를 나타내는 정도를 고려하면, 적어도 배기통 구조부 전체길이의 1/2이상의 길이보다 상류측에 배기통 유로단면적의 확대부를 마련하는 것이 바람직하다. 이것은, 종래예의 배기통 구조부(1)에 대하여 가스류 해석을 행한 결과, 배기통 구조부(1) 내에서의 상온가스의 압축작용이 배기통 구조 전체길이의 1/2 부근으로부터 하류측에 걸쳐 현저하게 보여지는 것에 의한다. 즉, 배기통 구조 전체길이를 L1, 배기통유로단면적의 확대부에 상당하는 배기통 길이를 L2로 하면, 수학식 5의 관계가 필요해진다. 그리고, 배기통 확대부 개시위치로부터 하류측이 모두 수학식 3을 만족하고 있을 때, 수학식 5의 관계가 성립한다.
[수학식 5]
L1≤L2×2
도 2는 본 발명의 다른 실시예로서, 배기통 구조부를 복수의 통부, 예를들어 두 개의 통부로 구성한 가스차단기의 축방향 단면을 나타낸다. 제 1배기통 구조부(1a)의 하류에 제 2배기통 구조부(1b)를 연결하고 있다. 여기서, 제 1배기통 구조부(1a)에는 전류인출용 고정측 도체(9)가 접속되고, 전류통전의 역할을 겸한다. 따라서 제 1배기통 구조부(1a)는 고정측 도체(9)를 구조적으로 지지하고 있으므로 강도도 필요하다. 또한, 고정측 도체(9)를 고정측 지지부재(6)에 직접 접속하는 방법을 취하면, 제 1배기통 구조부(1a)는 전류통전의 역할을 겸하지 않아도 되고 강도적으로도 그다지 고려할 필요가 없다.
그러나, 제 1배기통 구조부(1a)의 하류에 연결된 제 2배기통 구조부(1b)는 전극 사이로부터 배기된 고온가스를 냉각하는 공간을 제공하는 것이 주목적이다. 따라서, 제 1배기통 구조부(1a)와는 다른 강도, 재질의 부재로, 예를들어 절연재인 PTFE 등을 채용할 수 있다. 또한, 제 2배기통 구조부(1b)는 배기통 유로단면적의 확대부를 구성한다.
상술한 수학식 3에 의해 유로단면적(A)를 확대함으로써, 가스밀도(ρ)의 저하가 이루어진 결과, 이 위치에 있어서의 가스압력(P)의 저하를 기대할 수 있다. 즉, 배기통 유로단면적의 확대부를 갖는 배기통 구조부(1)에서는 확대부를 갖지 않는 구조보다 배기통내의 압력이 저하되기 때문에, 결과적으로 요구되는 강도도 낮게 억제된다.
배기통 구조부(1)는 차단부 구성부품으로서는 비교적 대형으로 되기 쉽기 때문에, 이와 같은 제작상의 합리화가 바람직하다. 따라서, 도 1에 나타내는 일체형의 배기통 구조부(1)보다 경제적인 구성도 가능해진다. 도 2의 예에서는 제작상의 합리화의 결과, 제 1배기통 구조부(1a)는 배기통 유로단면적의 확대부를 갖지 않으나, 제 1배기통 구조부(1a)의 길이는 최단으로 하여, 높은 배기시간 효율을 확보하고 있다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예로, 도 2와 같은 복수통부로 이루어지는 배기통 구조부(1)에 있어서, 제 2배기통 구조부(1b)를 절연물로 구성한 가스차단기의 축방향 단면을 나타낸다. 기기전체의 크기에 대하여 배기통 구조부(1)가 차지하는 비율은 작지 않기 때문에, 기기의 소형화를 위해서는 배기통 구도부(1) 전체의 길이를 축소하는 것이 바람직하다.
그 결과, 전류차단시에는 전극 사이로부터 배기통 구조부(1)내로 배기된 가스가 냉각될 때 까지의 동안, 배기통 구조부(1)의 최종부(17) 주위의 가스도 상온시보다 고온, 저밀도 상태로 되는 경우가 있다. 한편, 배기통 구조부(1)의 최종부(17)와 접지탱크(11) 등의 접지전위부와의 거리가 비교적 근접되어 있는 경우, 종래예와 같이 금속제의 배기통 구조부(1)에서는, 그 최종부(17)에서 전계강도의 집중(이하, 전계집중이라고 한다)이 일어난다. 여기서, 전계집중부 주위의 가스밀도의 저하는 기기의 절연성능 저하에 직결되기 때문에 피하는 것이 바람직하다.
도 4는 금속제의 배기통 구조부(1a)의 최종부(17) 부근에 있어서의 전계강도 분포를 나타내는 등전위선, 도 5는 최종부(17) 부근의 배기통 구조부(1b)를 절연물로 구성한 경우의 전계강도 분포를 나타내는 등전위선의 해석 결과예이다. 여기서, 배기통 길이, 배기통 직경, 접지탱크(11)와의 거리관계는 동일하다. 축대칭의 해석예를 위해, 중심축으로부터 상반부를 나타낸다.
도 4의 금속제의 배기통 구조부(1a)에서 배기통의 최종부(17)를 구성한 경우에서는 등전위선이 배기통 최하류부(17)에서 기밀해져, 이른바 전계집중부로 되어 있다. 한편, 도 5의 절연물로 배기통의 최종부(17) 부근을 구성한 경우에서는, 금속통 단부(A) 및 배기통 최하류부(17) 모두, 명백히 도 4보다 전계강도가 저하되어 있고, 전계집중은 억제되어 있다.
절연성능은 가스밀도에도 관계되는데, 배기통 구조부(1) 내에서의 위치에 의한 가스밀도 변화는 아크가 발생하고 있는 차단부의 전극 사이에 비하여 적기 때문에, 도 5의 구성에 의한 전계집중의 억제는 절연성능의 향상에 효과가 높다. 따라서, 도 3의 실시예와 같이, 배기통 구조부(1)의 최종부(17) 주위를 절연물로 구성하여 전계집중을 억제하면, 기기의 소형화 및 절연성능 확보의 양면에서 효과가 있다. 또한, 전계집중 억제의 효과는 배기통의 길이방향뿐만 아니라, 직경방향에도 같은 효과를 나타낸다.
배기통 유로단면적의 확대부, 특히 최대로 되는 영역을 절연물로 구성한 경우, 금속제 배기통에 비하여 접지탱크(11)와의 절연거리를 축소할 수 있다. 이 경우, 배기통 구조부(1)의 용적확대에 의한 차단성능 향상 효과, 혹은 접지탱크 직경(11)의 축소효과 등을 기대할 수 있다.
이상 서술한 바와 같이, 배기통 유로단면적의 확대부 등에 절연물 배기통을 사용하면, 최대 유로단면적(S2)을 확대함으로써 전극 사이의 절연회복 성능의 향상을 기대할 수 있다. 또한, 금속제 배기통보다 배기통 용적을 크게 할 수 있으므로, 그 경우 배기통 구조부(1)내의 고온가스 냉각을 보다 촉진하는 구조로 되고, 결과적으로 기기의 소형화가 달성된다.
또한, 배기통 구조부(1)에 사용하는 절연물의 배기통 구조부(1b)는 단시간이지만 고온가스에 노출되는 경우를 생각할 수 있기 때문에, 예를들어 노즐재로서도 사용되는 PTFE 등의 수지가 사용된다. 또한, 배기통 구조부(1)의 최종부(17)와 같이, 배기통 구조부(1)내에서도 비교적 가스온도의 상승이 적은 부위에는, 에폭시 수지 등의 사용도 가능하다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예로, 3상의 차단부를 동일한 접지탱크내에 격납한 3상 일괄탱크형 차단기의 축방향 단면을 나타낸다. 여기서는 3상 차단부 중 2상분만을 나타낸다. 3상 일괄탱크형 차단기에서는 저전위부인 접지탱크(11) 등과의 대지절연성능 확보에 더하여 다른 상과의 상간 절연성능이 대단히 중요한데, 상간거리의 확대는 기기전체의 대형화에 연결되기 때문에 극력 피하는 것이 바람직하다.
도 6의 실시예에서는, 배기통 구조부(1)의 중심축을 차단부 가동부의 중심축에 대하여 경사시켜, 다른 상과의 상간 거리가 크게 영향을 받지 않는 방향의 배기통 직경을 확대한다. 그 결과, 상간 절연성능을 확보하고 나서 배기시간 효율의 향상을 실현할 수 있다. 여기서, 도 3의 실시예와 마찬가지로, 배기통 유로단면적의 확대부를 절연물 배기통으로 하면, 접지탱크와의 절연거리를 확대하는 일 없이 충분한 용적을 갖는 배기통 구조부(1)를 실현할 수 있다.
이상과 같이, 본 발명에서는 절연노즐(14)로부터 고온가스를 주로 배기하는 측을 고정측으로 하여 설명하였으나, 예를들어 복수의 도시하지 않은 조작기구에 의해 고정측을 가동시킨 경우에도 본 발명을 적용할 수 있고, 동등한 효과를 얻을 수 있다. 마찬가지로, 상기 실시예에서 나타낸 바와 같은 절연통(7)을 사용한 지지방식 이외의 고정측 지지방식에 있어서도 전극간으로부터 배기통 구조부에 고온가스를 신속하게 배기하는 것의 중요성은 불변하며, 본 발명을 적용할 수 있고 동등한 효과를 얻을 수 있다.
본 발명에 의하면, 전류차단시에 전극간에서 발생한 고온가스는 배기통 구조부에 신속하게 배기되기 때문에, 전극간 절연회복 성능은 향상한다. 동시에, 배기통 구조부내로 확산된 고온가스는, 배기통 구조내의 상온가스로 충분히 냉각된 후, 탱크내로 방출되게 되어, 기기의 대지, 상간 절연성능 확보에 효과가 있다.
또, 배기통 구조부의 확대부를 절연물로 형성하면, 종래의 금속제 배기통 구조부에 보여지는 배기통 단부 등에 있어서의 전계집중의 문제를 회피할 수 있기 때문에, 기기의 소형화가 달성된다. 즉, 소형이면서 또한 고성능의 가스차단기를 얻을 수 있다.

Claims (8)

  1. 소호성 가스가 충전되어 있는 접지탱크와, 상기 접지탱크 내에 수납되어 전류 차단시에 서로 대향하는 고정 아크접촉자와 가동 아크접촉자 사이에 발생하는 아크를 소호하기 위하여, 상기 소호성 가스를 상기 고정 및 가동 아크접촉자에 내뿜는 절연 노즐과, 상기 고정 및 가동 아크접촉자에 내뿜은 후의 고온가스를 배기하기 위하여 상기 고정 및 가동 아크접촉자를 지지하는 지지부재에 설치된 연통구와, 상기 연통구와 한쪽측이 연통되고, 다른쪽측이 상기 접지탱크 내에 개방되며, 또한 상기 연통구를 통하여 배기된 상기 고온가스의 배기방향의 제어 및 냉각을 행하는 공간이 형성되어 이루어지는 배기통 구조부를 구비한 가스차단기에 있어서,
    상기 배기통 구조부는, 상기 배기통 구조부의 최종부에서 상기 연통구와 상기 배기통 구조부와의 접속부에 있어서의 배기통 유로단면적보다도 하류측으로 확대된 배기통 유로단면적으로 되는 확대부를 가지며, 상기 확대부의 개시위치를 상기 배기통 구조부 전체길이의 적어도 l/2 길이의 위치보다 앞에 설치함과 동시에, 상기 확대부는 절연물로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 가스차단기.
  2. 제 2 항에 있어서,
    상기 배기통 구조부의 확대부는, 상기 배기통 구조부의 접속부로부터 최종부를 향하여 일정하게 확대되어 있는 것을 특징으로 하는 가스차단기.
  3. 제 3 항에 있어서,
    상기 배기통 구조부는, 제 1 배기통 구조부와, 상기 제 1 배기통 구조부의 하류측에 위치하는 제 2 배기통 구조부가 연결되어 구성되고, 상기 제 2 배기통 구조부에 상기 확대부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 가스차단기.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 절연물은, 폴리테트라플루오르에틸렌을 함유하는 재료로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 가스차단기.
  5. 소호성 가스가 충전되어 있는 접지탱크와, 상기 접지탱크 내에 수납되어 전류 차단시에 서로 대향하는 고정 아크접촉자와 가동 아크접촉자 사이에 발생하는 아크를 소호하기 위하여, 상기 소호성 가스를 상기 고정 및 가동 아크접촉자에 내뿜는 절연 노즐과, 상기 고정 및 가동 아크접촉자에 내뿜은 후의 고온가스를 배기하기 위하여 상기 고정 및 가동 아크접촉자를 지지하는 지지부재에 설치된 연통구와, 상기 연통구와 한쪽측이 연통되고, 다른쪽측이 상기 접지탱크 내에 개방되며, 또한 상기 연통구를 통하여 배기된 상기 고온가스의 배기방향의 제어 및 냉각을 행하는 공간이 형성되어 이루어지는 배기통 구조부를 구비한 3상의 가스차단기를 동일한 접지탱크 내에 격납한 3상 일괄 탱크형 가스차단기에 있어서,
    상기 배기통 구조부는, 상기 배기통 구조부의 최종부에서 상기 연통구와 상기 배기통 구조부와의 접속부에 있어서의 배기통 유로단면적보다도 하류측으로 일정하게 확대된 배기통 유로단면적으로 되는 확대부를 가지며, 상기 확대부의 개시위치를 상기 배기통 구조부 전체길이의 적어도 l/2 길이의 위치보다 앞에 설치함과 동시에, 상기 확대부는 절연물로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 3상 일괄 탱크형 가스차단기.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 배기통 구조부의 확대부는, 상기 배기통 구조부의 접속부로부터 최종부를 향하여 일정하게 확대되어 있는 것을 특징으로 하는 3상 일괄 탱크형 가스차단기.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 각 상 가스차단기의 상기 배기통 구조부의 중심축은, 상기 가스 차단기의 가동부의 중심축에 대하여 경사져 있는 것을 특징으로 하는 3상 일괄 탱크형 가스차단기.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 절연물은 폴리테트라플루오르에틸렌을 함유하는 재료로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 3상 일괄 탱크형 가스차단기.
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