KR100945277B1 - 가스절연 개폐장치용 절연 스페이서 - Google Patents

Abstract

본 발명은 가스 절연 개폐장치에 관한 것으로써, 더욱 구체적으로는 절연가스가 충전된 접지탱크 내부를 따라 설치되는 세 개의 도체를 접지탱크 내벽에 대하여 거리를 두고 지지하면서 절연시키는 3상 일괄형 절연 스페이서에 관한 것이다.

이를 위해, 본 발명은 밀폐용기 내의 세 중심 도체가 관통되는 관통공이 각각 형성되며, 상기 각 중심 도체의 축 방향 중 어느 한 방향을 향해 돌출되면서 곡률을 갖도록 형성된 세 개의 관통부; 테두리 부위를 이루면서 상기 밀폐용기에 결합 고정되는 테두리부; 상기 테두리 부위 및 관통부를 제외한 여타 부위를 형성하면서 평면으로 형성된 평면부:를 포함하여 구성되며, 상기 관통부의 각 관통공 내주면에는 상기 관통공의 원주 방향을 여타 부위에 비해 더욱 요입된 요입홈이 형성되고, 상기 중심도체의 둘레면에는 상기 요입홈의 형상과 대응되면서 상기 요입홈 내에 요입되는 돌출턱이 형성됨을 특징으로 하는 가스절연 개폐장치용 절연 스페이서가 제공된다.

가스절연 개폐장치, 절연 스페이서, 접촉 면적, 경계 부위, 곡률 반경

Description

가스절연 개폐장치용 절연 스페이서{spacer of Gas insulated switchgear}

본 발명은 가스 절연 개폐장치에 관한 것으로써, 더욱 구체적으로는 절연가스가 충전된 접지탱크 내부를 따라 설치되는 세 개의 도체를 접지탱크 내벽에 대하여 거리를 두고 지지하면서 절연시키는 3상 일괄형 절연 스페이서에 관한 것이다.

일반적으로, 가스 절연 개폐장치(GIS;Gas Insulated Switchgear)는 금속제 밀폐용기(탱크)에 절연성능과 소호기능이 우수한 절연용 가스(SF₆)를 절연매체로 사용하여 도체와 각종 보호기기들을 수납시켜 신뢰성을 향상시킨 수변전 설비이며, 차단기, 단로기, 접지개폐기 등 여러 가지 구성들이 복합적으로 구성되어 이루어진다.

특히, 상기한 가스 절연 개폐장치에는 절연 스페이서가 제공되며, 상기 절연 스페이서는 상기 밀폐용기 내에 구비되면서 고압 전류가 흐르는 중심도체가 상기 밀폐용기 내벽과 닿지 않도록 지지하여 서로 절연 상태를 이룰 수 있도록 함과 더불어 상기 중심도체 주위의 전계를 완화하는 역할을 수행한다.

상기 중심도체는 하나로만 구비될 수도 있지만, 3상의 구조일 경우에는 세 개의 중심도체가 제공되며, 상기 절연 스페이서에는 상기 세 중심도체의 관통을 위한 각각의 관통공이 형성된다.

이때, 상기 절연 스페이서의 각 부위 중 상기 각 관통공이 형성된 부위(이하, “관통 부위”라 함)는 챔버 내부의 가스 압력으로 인해 응력이 집중됨에 따라 여타 부위에 비해 두께가 더욱 두껍게 형성된다.

이와 함께 상기한 절연 스페이서는 상기 관통 부위를 제외한 나머지 부위가 평판을 이루도록 형성되고, 상기 관통 부위는 여타 부위에 비해 돌출된 형태의 콘 형상으로 형성된다.

하지만, 전술한 바와 같은 형상을 가지는 절연 스페이서는 밀폐용기 내의 압력이 높아질수록 상기 관통 부위에 대한 응력 집중이 커지면서 상기 관통 부위에 대한 파손의 위험이 심화될 수밖에 없다는 문제점이 야기되었다.

물론, 상기한 관통 부위에 대한 두께를 더욱 증가시킴으로써 상기 응력 집중에 대한 문제점을 해소할 수도 있지만, 상기 절연 스페이서가 절연 재질로 형성됨을 고려할 때 두께가 두꺼워짐에 따른 제조 단가의 급격한 상승이 야기된다.

또한, 최근에는 시험규격이 새롭게 바뀜에 따라 더욱 높은 압력 조건에서도 안정적으로 견딜수 있는 형태의 절연 스페이서가 요구되지만 종래의 구조로는 새롭게 바뀐 압력 조건에 따른 신뢰성을 만족할 수는 없었다.

본 발명은 전술한 종래 기술에 따른 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로써, 본 발명의 목적은 더욱 높은 압력 조건에서도 각 중심도체가 관통되는 부위에 대한 손상이 방지될 수 있도록 하여 신뢰성을 향상시키고, 제조 단가의 상승은 최소화할 수 있는 새로운 형태의 절연 스페이서 및 이에 결합되는 중심도체를 가지는 가스절연 개폐장치를 제공하는데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 형태에 따른 가스절연 개폐장치용 절연 스페이서는 밀폐용기 내의 세 중심 도체가 관통되는 관통공이 각각 형성되며, 상기 각 중심 도체의 축 방향 중 어느 한 방향을 향해 돌출되면서 곡률을 갖도록 형성된 세 개의 관통부; 테두리 부위를 이루면서 상기 밀폐용기에 결합 고정되는 테두리부; 상기 테두리 부위 및 관통부를 제외한 여타 부위를 형성하면서 평면으로 형성된 평면부:를 포함하여 구성되며, 상기 관통부의 각 관통공 내주면에는 상기 관통공의 원주 방향을 여타 부위에 비해 더욱 요입된 요입홈이 형성되고, 상기 중심도체의 둘레면에는 상기 요입홈의 형상과 대응되면서 상기 요입홈 내에 요입되는 돌출턱이 형성됨을 특징으로 한다.

여기서, 상기 관통공 내의 요입홈 중 입구단과 출구단은 상기 중심도체의 축 방향을 기준으로 상기 관통공의 내측 부위로 갈수록 점차 내향 경사지게 형성됨을 특징으로 한다.

또한, 상기 각 관통부는 상기 평면부와의 경계로부터 상기 관통공이 형성된 부위로 갈수록 점차 두께가 두꺼워지면서 곡률지게 형성됨을 특징으로 한다.

또한, 상기 세 관통부와 상기 평면부 간의 경계 부위 중 상기 각 관통부가 돌출되는 방향의 면에 대한 경계 부위의 곡률 반경은 15∼60㎜ 사이의 범위로 형성됨을 특징으로 한다.

그리고, 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 형태에 따른 가스절연 개폐장치용 절연 스페이서는 밀폐용기 내의 세 중심 도체가 관통되는 관통공이 각각 형성되며, 상기 각 중심 도체의 축 방향 중 어느 한 방향을 향해 돌출되면서 곡률을 갖도록 형성된 세 개의 관통부; 테두리 부위를 이루면서 상기 밀폐용기에 결합 고정되는 테두리부; 상기 테두리 부위 및 각 관통부를 제외한 여타 부위를 형성하면서 평면으로 형성된 평면부:를 포함하여 구성되고, 상기 세 관통부와 상기 평면부 간의 경계 부위 중 상기 각 관통부가 돌출되는 방향의 면에 대한 경계 부위의 곡률 반경은 15∼60㎜ 사이의 범위로 형성됨을 특징으로 한다.

이때, 상기 세 관통부는 서로 대칭되는 위치에 각각 형성되고, 상기 각 관통부와 상기 평면부와의 경계 부위 중 서로 인접한 부위는 여타 부위에 비해 곡률 반경이 더욱 크게 형성됨을 특징으로 하며, 상기 관통부는 상기 평면부와의 경계로부터 상기 관통공이 형성된 부위로 갈수록 점차 두께가 두꺼워지면서 곡률지게 형성됨을 특징으로 한다.

이상에서와 같은 본 발명의 가스절연 개폐장치용 절연 스페이서는 중심도체 와의 접촉 면적이 최대화될 수 있도록 함과 동시에 전계의 영향은 미치지 않도록 함으로써 상기 중심도체의 휨을 방지하고, 응력 저항을 향상시킬 수 있게 된 효과를 가진다.

특히, 본 발명의 가스절연 개폐장치용 절연 스페이서는 세 관통부와 평면부 간의 경계 부위에 대한 곡률 반경을 개선하여 최적화시킴으로써 제조단가의 상승은 최소화하면서도 응력 저항이 향상될 수 있다는 효과를 가진다.

이하, 본 발명에 따른 가스절연 개폐장치용 절연 스페이서에 대한 바람직한 실시예들을 첨부된 도 1 내지 도 5를 참조하여 설명한다.

본 발명의 제1실시예에 따른 가스절연 개폐장치용 절연 스페이서는 3상 일괄형 절연 스페이서로써, 크게 세 개의 관통부(110)와, 테두리부(120) 및 평면부(130)를 포함하여 구성된다.

이를 각 구성별로 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 첨부된 도 1 및 도 2와 같이 상기 세 개의 관통부(110)는 절연 스페이서의 각 부위 중 가스 밀폐용기 내의 세 중심도체(10)가 관통되는 관통공(111)이 각각 형성된 부위이다.

이때, 상기 각 관통부(110)는 상기 절연 스페이서의 여타 부위에 비해 상기 각 중심도체(10)의 축 방향 중 어느 한 방향을 향해 돌출되면서 곡률을 갖는 돔(dome) 형상으로 형성된다.

그리고, 상기 테두리부(120)는 절연 스페이서의 테두리 부위를 이루는 구성 으로써, 첨부된 도 1과 같이 상기 밀폐용기(20)에 결합 고정되는 부분이다.

이때, 상기 테두리부(120)에는 상기 밀폐용기(20)와의 결합을 위한 매입 금구(121)가 매설된다.

그리고, 상기 평면부(130)는 절연 스페이서의 각 부위 중 상기 테두리부(120) 및 관통부(110)를 제외한 나머지 부위를 형성하는 부분으로써, 평면을 이루도록 형성된다.

즉, 상기 테두리부(120)는 상기 평면부(130)의 둘레 부위를 구성하고, 상기 각 관통부(110)는 상기 평면부(130)의 내측 부위에 각각 형성되는 것이다.

전술한 바와 같은 절연 스페이서의 구조는 통상의 절연 스페이서 구조와 대략 동일하다.

하지만, 본 발명의 제1실시예에 따른 절연 스페이서는 전술한 구조의 절연 스페이서 중 상기 관통공(111)의 내주면 및 이에 대응되는 상기 중심도체(10)의 둘레면을 서로 대응하는 요철 구조로 형성함으로써, 상기 절연 스페이서와 중심도체(10) 간의 접촉 면적을 최대화한 구조를 특징으로 제시한다.

이를 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

우선, 상기한 세 관통부(110)의 각 관통공(111) 내주면에는 상기 관통공(111)의 원주 방향을 따라 여타 부위에 비해 더욱 요입된 요입홈(112)이 형성된다.

이와 함께, 상기 중심도체(10)의 둘레면에는 상기 요입홈(112)의 형상과 대응되면서 상기 요입홈(112) 내에 요입되는 돌출턱(11)이 형성된다.

따라서, 상기 각 관통공(111)과 중심도체(10) 간의 접촉 면적은 최대화될 수 있으며, 이로 인해 상기 각 관통공(111)과 중심도체(10) 간의 결합력이 더욱 우수해짐으로써 결과적으로 해당 부위의 파손이 최소화될 수 있는 것이다. 물론, 상기한 구조로 인하여 절연 스페이서와 중심도체(10) 간의 결합력 향상에 따른 중심도체(10)의 휨 문제 역시 미연에 방지될 수 있게 된다.

특히, 본 발명의 제1실시예에서는 상기 관통공(111) 내의 요입홈(112)을 이루는 각 모서리 부위는 라운드지게 형성하고, 이에 대응되는 중심도체(10)의 돌출턱(11)에 대한 각 모서리 부위 역시 상기 요입홈(112)과 동일하게 라운드지도록 형성됨을 추가로 제시한다.

이는, 상기한 모서리 부위로 인해 중심도체(10)를 흐르는 전류에 대한 전계의 영향이 발생될 수 있음을 미연에 방지하기 위한 구조이다.

또한, 본 발명의 제1실시예에서는 상기한 세 관통부(110)가 상기 평면부(130)와의 경계로부터 상기 관통공(111)이 형성된 부위로 갈수록 점차 두께가 두꺼워지게 곡률지도록 형성됨을 추가로 제시한다.

이는, 상기 관통부(110)의 각 부위 중 상기 중심도체(10)와의 결합 부위에 대한 두께가 여타 부위에 비해 최대화될 수 있도록 하여 상기 중심도체(10)와의 결합 부위에 대한 파손을 최소화할 수 있도록 함과 더불어 상기 중심도체(10)와의 접촉 면적이 더욱 확장될 수 있도록 한 것이다.

결국, 전술한 본 발명의 제1실시예에 따른 구조로 인하여 절연 스페이서의 관통부(110)에 대한 압력 파괴치는 현저히 향상될 수 있게 된다.

한편, 첨부된 도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 가스절연 개폐장치용 절연 스페이서가 도시되고 있다.

이러한, 본 발명의 제2실시예에 따른 절연 스페이서는 기본적으로 전술된 제1실시예에서의 절연 스페이서 구조와 동일하게 형성되면서도 압력에 가장 취약한 부분에 대한 곡률 반경(R)을 더욱 확대시킨 구조가 추가적인 특징으로 제시된다.

이를 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

우선, 본 발명의 제2실시예에 따른 절연 스페이서는 전술한 바와 같이 압력에 가장 취약한 부분에 대한 곡률 반경(R)이 더욱 확대되도록 형성됨이 특징으로 제시된다.

즉, 세 관통부(110)와 평면부(130) 간의 경계 부위(B) 중 상기 각 관통부(110)가 돌출되는 방향의 면에 대한 경계 부위의 곡률 반경(R)을 더욱 확대시킨 구조를 추가적인 특징으로 제시한다.

이때, 상기한 경계 부위에 대한 곡률 반경은 15∼60㎜ 사이의 범위를 이루도록 함이 압력강도를 개선하는데 있어서 가장 바람직하다.

물론, 상기 경계 부위에 대한 곡률 반경을 15㎜ 보다 작게 형성하거나 60㎜ 보다 크게 형성할 수도 있다.

하지만, 상기 경계 부위에 대한 곡률 반경을 15㎜ 보다 작게 형성할 경우 압력강도의 개선이 극히 미미하며, 상기 경계 부위에 대한 곡률 반경을 60㎜ 보다 크게 형성할 경우에는 상기 세 관통부(110) 주변에 설치되는 오링이나 여타 부분에 대한 형상의 변경이 수분되어야만 함으로써 바람직하지는 않다. 따라서 상기한 경 계 부위에 대한 곡률 반경은 15∼60㎜ 사이의 범위를 이루도록 함이 가장 바람직한 것이다.

특히, 본 발명의 제2실시예에서는 세 관통부(110)가 상기 평면부(130)의 전 부위를 기준으로 서로 대칭되는 위치에 각각 형성되도록 하고, 첨부된 도 4와 같이 상기 세 관통부(110)와 상기 평면부(130)와의 경계 부위(B) 중 서로 인접한 경계 부위(S)들은 여타의 경계 부위에 비해 곡률 반경이 더욱 크게 형성되도록 함을 제시한다.

이러한 구조는 세 관통부(110)와 상기 평면부(130)와의 경계 부위로 집중되는 응력들이 상기 세 관통부(110) 간의 서로 인접한 부위로 중첩됨에 따라 여타의 부위에 비해 더욱 큰 응력을 제공받기 때문이다.

즉, 각 경계 부위 중 응력이 집중되는 부위(S)에 대한 곡률 반경을 더욱 증가시킴으로써 상기 응력에 대한 저항력이 더욱 커질 수 있도록 한 것이다.

상기와 같은 곡률 반경(R)의 증가는 단순히 금형의 각 부위 중 상기 세 관통부(110)와 평면부(130) 간의 경계 부위(B)에 대한 곡률 반경(R)만을 증가시키면 되기 때문에 비용 증가는 거의 발생되지 않으며, 이렇게 제조 단가의 상승은 최소화하면서도 안전에 대한 성능은 최대로 얻을 수 있게 된다.

물론, 도시되지는 않았지만 각 평면부(130)와 관통부(110)의 내외측면 모두에 대한 경계 부위와, 상기 평면부(130)와 테두리부(120) 간의 경계 부위에 대한 곡률 반경을 추가적으로 증가시킴으로써 압력이 상대적으로 크게 적용받는 부분에 대한 강도 보강이 이루어질 수 있도록 함이 가장 바람직하다.

결국, 전술한 본 발명의 제2실시예에 따른 일련의 구조로 인하여 절연 스페이서의 취약 부분에 대한 보강은 최소한의 비용 증가를 통한 최대한의 효과를 얻을 수 있게 된 장점을 가진다.

한편, 본 발명에 따른 가스절연 개폐장치용 절연 스페이서는 전술한 제2실시예에서와 같이 각 관통부(110)와 중심도체(10) 간의 접촉면적을 증가시킴과 동시에 각 관통부(110)와 평면부(130) 간의 경계 부위에 대한 곡률 반경을 증가시키는 구조를 동시에 채택함이 응력 저항 효과의 향상에 있어서는 가장 바람직하다.

하지만, 본 발명의 제1실시예에서와 같이 각 관통부(110)와 중심도체(10) 간의 접촉면적을 증가시키는 구조 변경만 수행하더라도 종래 기술에 비해 향상된 응력 저항 효과를 얻을 수 있을 뿐 아니라, 각 관통부(110)와 평면부(130) 간의 경계 부위에 대한 곡률 반경을 증가시키는 구조만 적용하더라도 종래 기술에 비해 현저히 향상된 응력 저항 효과를 얻을 수 있다.

즉, 실시예로 설명되지는 않았지만 첨부된 도 5와 같이 관통공(111)의 내주면 형상 및 중심도체(10)의 구조 변경 없이도 각 관통부(110)와 평면부(130) 간의 경계 부위에 대한 곡률 반경을 증가시키는 구조의 적용에 의해 개정된 시험규격을 만족하는 응력 저항 효과를 얻을 수 있는 것이다.

이렇듯, 본 발명의 절연 스페이서에 대한 구조는 다양한 실시 및 적용이 가능하다.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 가스절연 개폐장치용 절연 스페이서의 설치 상태 및 구조를 설명하기 위해 나타낸 요부 단면도

도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 가스절연 개폐장치용 절연 스페이서의 구조를 설명하기 위해 나타낸 정면도

도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 가스절연 개폐장치용 절연 스페이서의 설치 상태 및 구조를 설명하기 위해 나타낸 요부 단면도

도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 가스절연 개폐장치용 절연 스페이서의 구조를 설명하기 위해 나타낸 정면도

도 5는 본 발명의 다른 실시 형태에 대한 예를 나타낸 요부 단면도

Claims (7)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 밀폐용기 내의 세 중심 도체가 관통되는 관통공이 각각 형성되며, 상기 각 중심 도체의 축 방향 중 어느 한 방향을 향해 돌출되면서 곡률을 갖도록 형성된 세 개의 관통부;

   테두리 부위를 이루면서 상기 밀폐용기에 결합 고정되는 테두리부;

   상기 테두리 부위 및 각 관통부를 제외한 여타 부위를 형성하면서 평면으로 형성된 평면부:를 포함하여 구성되고,

   상기 세 관통부와 상기 평면부 간의 경계 부위 중 상기 각 관통부가 돌출되는 방향의 면에 대한 경계 부위의 곡률 반경은 15∼60㎜ 사이의 범위로 형성되며,

   상기 세 관통부는 서로 대칭되는 위치에 각각 형성되고,

   상기 각 관통부와 상기 평면부와의 경계 부위 중 각 관통부 간의 서로 인접한 부위는 여타 부위에 비해 곡률 반경이 더욱 크게 형성됨을 특징으로 하는 가스절연 개폐장치용 절연 스페이서.
6. 삭제
7. 제 5 항에 있어서,

   상기 관통부는 상기 평면부와의 경계로부터 상기 관통공이 형성된 부위로 갈수록 점차 두께가 두꺼워지면서 곡률지게 형성됨을 특징으로 하는 가스절연 개폐장치용 절연 스페이서.

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