KR100952686B1 - Circuit breaker compartmemt of an insulated switchgear with an electrode for decreasing electric field intensity - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A circuit breaker part of a gas insulated switchgear is provided to improve the electrical withstand voltage performance by alleviating the internal electric field concentration. CONSTITUTION: A lower conductive plate(12) seals the bottom of a ceramic insulating tube(11). A fixing output electrode is formed in the lower part of a bottom conductive plate. An upper conductive plate(13) seals the upper end of the ceramic insulating tube. A movable extraction electrode is formed on the upper part of the upper conductive plate. A fixed contact point(14) is electrically connected with the fixing output electrode. A moving contact(15) is electrically connected with the driving output electrode. A breaker is connected to the operating conductor of a vacuum valve. A pair of electric field mitigation electrodes(30) is respectively electrically connected with the fixing output electrode and the driving output electrode.

Description

전계완화전극이 구비된 가스절연개폐장치의 차단기부{CIRCUIT BREAKER COMPARTMEMT OF AN INSULATED SWITCHGEAR WITH AN ELECTRODE FOR DECREASING ELECTRIC FIELD INTENSITY}CIRCUIT BREAKER COMPARTMEMT OF AN INSULATED SWITCHGEAR WITH AN ELECTRODE FOR DECREASING ELECTRIC FIELD INTENSITY}

본 발명은 가스절연개폐장치의 차단기부에 관한 것으로, 육불화황가스(SF6), 질소가스(N2), 가압 건조공기(Dry Air)와 같은 절연가스에 의해 전기적으로 절연되는 가스절연개폐장치 내에 설치되어 단락, 지락 등과 같은 큰 사고전류로부터 부하기기 및 선로를 보호하는 가스절연개폐장치의 차단기부에 관한 것이다.The present invention relates to a circuit breaker of the gas insulated switchgear, gas insulated switchgear electrically insulated by an insulating gas such as sulfur hexafluoride gas (SF 6 ), nitrogen gas (N 2 ), pressurized dry air (Dry Air) The present invention relates to a breaker part of a gas insulated switchgear installed in a device to protect a load device and a line from a large accident current such as a short circuit or a ground fault.

일반적으로 가스절연개폐장치(GIS; Gas Insulated Switchgear)는 송전계통, 변전계통 및 배전계통과 같이 전기를 공급하는 전력계통에서 지락, 합선 등의 고장이 발생할 경우 고장구간을 신속하게 차단 및 분리함으로써 발전기, 변압기, 전선로 등과 같은 관련 전력기기의 파손을 방지하고 전기를 안정적으로 재공급하기 위한 전력 보호기기를 말한다.In general, Gas Insulated Switchgear (GIS) is a generator that quickly cuts off and disconnects a fault section when a fault such as ground fault or short circuit occurs in a power system that supplies electricity such as power transmission system, substation system, and distribution system. It is a power protection device to prevent the damage of related power equipment such as transformers, power lines, etc. and to reliably supply electricity.

종래의 탱크 타입 및 큐비클 타입의 가스절연개폐장치의 경우에는 모든 구성부품들이 절연가스로 충전되어 전기적으로 절연된 외함 내에 수납됨에 따라 운전원의 안전을 확보하는 동시에 절연 성능을 유지하여 가스절연개폐장치의 운전신뢰성을 확보하는 구조로 형성되는데, 도 1에는 일반적인 가스절연개폐장치의 개략구조도가 도시되고, 도 2에는 일반적인 가스절연개폐장치의 차단기부의 상세구조도가 도시되며, 도 3에는 일반적인 가스절연개폐장치의 차단기부의 전위분포도가 도시된다.In the case of the conventional tank type and cubicle type gas insulated switchgear, all components are filled with insulating gas and stored in an electrically insulated enclosure, thereby ensuring the safety of the operator and maintaining insulation performance. It is formed of a structure to ensure the operation reliability, Figure 1 is a schematic structural diagram of a general gas insulated switchgear, Figure 2 is a detailed structural diagram of the breaker of the general gas insulated switchgear, Figure 3 is a general gas insulated switchgear The potential distribution diagram of the breaker portion of the device is shown.

일반적인 가스절연개폐장치(100)는, 도 1 및 도 2에 도시되는 바와 같이, 케이스를 형성하는 외함(110)과, 외함(110)의 내부 상단에 구비되고 대전류가 흐르는 인입선의 접속을 위한 주모선(121)과 이를 지지하는 지지애자(123)를 포함하여 이루어지는 모선부(120)와, 외함(110)의 내부 상측에 구획형성되고 주모선(121)에 연결되는 고정전극(131)과 접지와 연결되는 접지전극(133)과 이들에 선택적으로 연결되는 가동전극(135)를 포함하여 이루어짐에 따라 무운전상태에서 선로의 분리 및 접속을 가능하게 하는 단로기의 역할과 유지 보수 및 점검을 위한 접지 스위칭 동작을 위해 사용되는 접지개폐기의 역할을 담당하는 개폐기부(130)와, 외함(110)의 내부 중앙부에 구획형성되고 회로에 있어서 발생 가능한 단락, 지락 등의 큰 사고 전류로부터 부하기기 및 선로를 보호하는 차단기부(140)와, 외함(110)의 내부 하측에 구획형성되고 배전선로가 접속되는 케이블접속부(150)과, 외함(110) 내에 설치되며 전체 작동을 제어하는 제어반(160)을 포함하여 이루어진다.As shown in FIGS. 1 and 2, a general gas insulated switch 100 is provided for connecting an enclosure 110 forming a case and a lead wire provided at an upper end of the enclosure 110 and flowing a large current. The busbar part 120 including the bus bar 121 and the support insulator 123 supporting the bus bar 121, a fixed electrode 131 connected to the main bus bar 121, and a ground formed in the upper part of the enclosure 110 and connected to the ground. The ground electrode 133 is connected to the ground electrode 133 and the movable electrode 135 is selectively connected to the role of the disconnector to enable the disconnection and connection of the line in the non-operation state and the ground for maintenance and inspection The switch unit 130 serving as a grounding switch used for the switching operation, and the load device and the line from the large accident current such as short circuit, ground fault, which is formed in the inner center of the enclosure 110 and may occur in the circuit protect Includes a breaker unit 140, a cable connection unit 150 formed in the lower side of the enclosure 110 and connected to a distribution line, and a control panel 160 installed in the enclosure 110 and controlling overall operation. Is done.

일반적인 가스절연개폐장치(100)는 밀봉된 외함(110) 내에 위치한 모든 전기 적 충전도체는 그 내부에 충전된 절연가스(170)에 의해 전기적으로 절연되며, 각 구성부들은 절연격벽스페이서(180)에 의해 가스구획이 구분되어 있어 임의의 구성부에서의 사고가 타 구성부로 전이되는 파급을 최소화할 수 있도록 형성된다. 또한 금속 재질의 외함(110)은 외부 접지와 연결되어 전기적으로 접지 상태로 유지됨에 따라 운전원의 기기 점검 및 보수시 운전원의 안전을 확보할 수 있도록 구성된다.In the general gas insulated switchgear 100, all electrical charging conductors located in the sealed enclosure 110 are electrically insulated by the insulated gas 170 filled therein, and each of the components may have an insulating partition spacer 180. Gas compartment is divided by to form an accident in any component to minimize the spread of the transition to other components. In addition, the metal enclosure 110 is connected to the external ground and is electrically connected to the ground to maintain the operator's safety when the equipment inspection and maintenance of the operator.

일반적인 가스절연개폐장치(100) 중 특히 회로에 있어서 발생 가능한 단락, 지락 등의 큰 사고 전류로부터 부하기기 및 선로를 보호하기 위해 사용되는 가스절연개폐장치(100)의 차단기부(140)는 소호 매질에 따라 진공차단기, 가스차단기 등으로 대별되는데, 일반적으로 송전전압급(154kV급 이상)에서는 육불화황가스를 소호매질로 하는 가스차단기가 주로 이용되며, 그 이하 전압 정격을 갖는 배전전압급에서는 뛰어난 소호 및 절연 성능을 갖는 진공을 매질로 한 진공밸브가 주로 사용된다.Among the general gas insulated switchgear 100, the circuit breaker 140 of the gas insulated switchgear 100, which is used to protect the load device and the line from a large accident current such as a short circuit or a ground fault that may occur in a circuit, is a protection medium. Depending on the type of vacuum circuit breaker, gas circuit breaker, etc., it is generally used in the transmission voltage class (more than 154kV class), and the gas circuit breaker using sulfur hexafluoride gas is used mainly. Vacuum valves with vacuum and insulation performance are mainly used.

진공밸브로 형성되는 차단기부(140)의 경우에는, 도 2에 도시되는 바와 같이 그 내부가 진공으로 밀봉되는 원통 형상의 세라믹 절연튜브(141)와, 세라믹 절연튜브(141)의 하단에 설치되어 세라믹 절연튜브(141)의 개방 하단을 밀봉하며 그 하부에 고정인출전극(142a)이 형성되는 하단도전판(142)과, 세라믹 절연튜브(141)의 상단에 설치되어 세라믹 절연튜브(141)의 개방 상단을 밀봉하며 그 상부에 가동인출전극(143a)이 형성되는 상단도전판(143)과, 세라믹 절연튜브(141) 내에 설치되고 고정인출전극(142a)과 전기적으로 접속되는 고정접점(144)과, 세라믹 절연튜브(141) 내에 고정접점(143)과 동축 배열되고 가동인출전극(143a)과 금속성 벨로우 즈(145a)에 의해 전기적으로 접속되는 가동접점(145)과, 세라믹 절연튜브(141)의 상부에 가동인출전극(143a)에 연결되는 가동도체(146)와, 가동도체(146)와 연결되고 가동접점(145)을 상하로 이동시키는 구동로드(147)와, 상기 제어반(160)의 작동에 따라 상기 구동로드(147)를 작동시키는 차단기(148)와, 세라믹 절연튜브(141)의 내벽에 부착되어 접점의 스위칭 동작에 의한 아크 발생에 의해 방출되는 금속성 이온이 세라믹 절연튜브(141)의 내벽에 부착되는 것을 방지하는 아크차폐판(149)을 포함하여 이루어진다.In the case of the circuit breaker 140 formed of a vacuum valve, as shown in FIG. 2, the inside of the cylindrical ceramic insulating tube 141 and the ceramic insulating tube 141 are sealed at a vacuum, The lower conductive plate 142 seals the open lower end of the ceramic insulating tube 141 and has a fixed drawing electrode 142a formed thereon, and is installed on the upper end of the ceramic insulating tube 141 to prevent the ceramic insulating tube 141. An upper conductive plate 143 which seals the open top and a movable drawing electrode 143a is formed thereon, and a fixed contact 144 which is installed in the ceramic insulating tube 141 and electrically connected to the fixed drawing electrode 142a. And a movable contact 145 coaxially arranged with the fixed contact 143 in the ceramic insulating tube 141 and electrically connected by the movable lead-out electrode 143a and the metallic bellows 145a, and the ceramic insulating tube 141. Movable conductor 146 connected to the movable lead-out electrode 143a on the top of the And a driving rod 147 connected to the movable conductor 146 and moving the movable contact 145 up and down, and a breaker 148 for operating the driving rod 147 according to the operation of the control panel 160. And an arc shielding plate 149 attached to the inner wall of the ceramic insulating tube 141 to prevent metallic ions emitted by the arc generation due to the switching operation of the contacts from being attached to the inner wall of the ceramic insulating tube 141. Is done.

전술한 진공밸브로 형성되는 차단기부(140)는 이를 둘러싸는 외함(110) 내에서 육불화황가스와 같은 절연가스에 의해 절연되는데, 뛰어난 전기적 절연 내력과 소호 특성 때문에 대표적인 전기적 절연 매질로 사용되어 온 육불화황가스는 지구 온난화를 가중시키는 부작용 때문에 그 사용이 제한되고 있어 현재 절연가스로 육불화황가스 대신 질소가스 또는 가압 건조공기와 같은 대체 절연가스로 대체하고자 하는 연구가 활발히 진행중이다.The circuit breaker 140 formed of the above-described vacuum valve is insulated by an insulating gas such as sulfur hexafluoride gas in the enclosure 110 surrounding the vacuum valve, and is used as a representative electrical insulating medium because of its excellent electrical insulating strength and extinguishing characteristics. Since the use of warm sulfur hexafluoride gas is limited due to the side effects of global warming, research is actively conducted to replace the insulating gas with an alternative insulating gas such as nitrogen gas or pressurized dry air instead of sulfur hexafluoride gas.

그러나 현재까지 알려진 다른 대체 절연가스의 절연성능은 육불화황가스에 비해 상당히 열등하므로 대체 절연가스의 적용시 가스절연개폐장치(100)의 절연 성능을 확보하기 위해서는 그 내부에 분포하는 전계집중을 완화할 수 있는 적극적인 방법의 모색이 절실히 요구되고 있다.However, since the insulation performance of other alternative insulation gases known to date is considerably inferior to sulfur hexafluoride gas, in order to secure the insulation performance of the gas insulation switchgear 100 when the alternative insulation gas is applied, the electric field concentration distributed therein is alleviated. There is an urgent need for active ways to do this.

진공밸브가 차단기부(140)에 적용된 가스절연개폐장치(100)의 경우에는 도 3의 전위분포도에서 알 수 있는 바와 같이, 세라믹 절연튜브(141)와 하단 및 상단도전판(122, 123)이 맞닿아 있는 부분이 세라믹, 진공 및 절연가스의 서로 다른 물리 적 특성을 갖는 3종의 절연물질이 접하는 절연 삼중점 부분(A)을 형성함에 따라 가스절연개폐장치에 전압이 인가될 때 이 절연 삼중점 부분(A)에 전계가 가장 집중하게 된다.In the case of the gas insulated switchgear 100 in which the vacuum valve is applied to the breaker unit 140, as shown in the potential distribution diagram of FIG. 3, the ceramic insulation tube 141 and the lower and upper conductive plates 122 and 123 are formed. The insulated triple point portion when a voltage is applied to the gas insulated switchgear as the abutting portion forms an insulated triple point portion A which is in contact with three kinds of insulating materials having different physical characteristics of ceramic, vacuum and insulated gas. The electric field is most concentrated in (A).

따라서 가스절연개폐장치(100)의 차단기부(140)를 설계함에 있어서, 세라믹, 진공 및 절연가스의 서로 다른 물리적 특성을 갖는 3종의 절연물질이 접하는 절연 삼중점(A) 부분의 전계 집중을 완화하여 절연 성능의 향상을 도모하는 방향으로의 전기적 절연 설계가 우선적으로 필요하다.Therefore, in designing the circuit breaker 140 of the gas insulated switchgear 100, electric field concentration at the portion of the insulated triple point A in contact with three kinds of insulating materials having different physical characteristics of ceramic, vacuum, and insulated gas is alleviated. Therefore, electrical insulation design in a direction to improve the insulation performance is required first.

또한 종래의 육불화황가스보다 절연 성능이 열등한 질소가스 및 압축 건조공기를 절연매질로 사용하는 친환경 개폐장치의 경우에는 더더욱 이 절연 삼중점 부분(A) 전계를 완화하여 가스절연개폐장치(100)의 절연 성능을 향상시킬 수 있는 방안의 우선적 설계 검토가 요구된다.In addition, in the case of an eco-friendly switchgear using nitrogen gas and compressed dry air, which are inferior to conventional sulfur hexafluoride gas, as an insulating medium, the insulation triple point (A) electric field is alleviated to reduce the electric insulation of the gas insulation switchgear 100. Priority design reviews of ways to improve insulation performance are required.

본 발명의 목적은, 육불화황가스, 질소가스, 또는 가압 건조공기 등과 같은 절연가스를 절연매질로 사용하는 가스절연개폐장치의 차단기부의 내부 전계집중을 완화하여 부분방전을 저감시킴으로써, 차단기부의 전기적 내전압성능을 향상시켜 가스절연개폐장치의 운전 신뢰성을 가져올 수 있도록 한 전계완화전극이 구비된 가스절연개폐장치의 차단기부를 제공하기 위한 것이다.An object of the present invention is to reduce the partial discharge by reducing the internal electric field concentration of the breaker portion of the gas insulation switchgear using an insulating gas such as sulfur hexafluoride gas, nitrogen gas, or pressurized dry air as an insulating medium, It is to provide a circuit breaker part of a gas insulated switchgear equipped with a field relaxation electrode to improve the electrical withstand voltage performance of the gas insulation switchgear.

본 발명의 다른 목적은, 육불화황가스 보다 절연성능이 떨어지는 질소가스, 또는 가압 건조공기를 사용하더라도 장치 전체의 대형화없이도 절연내력이 유지될 수 있도록 한 전계완화전극이 구비된 가스절연개폐장치의 차단기부를 제공하기 위한 것이다. Another object of the present invention is to provide a gas insulated switchgear equipped with an electric field relaxation electrode so that the insulation strength can be maintained even without using an enlarged nitrogen gas or pressurized dry air. To provide a breaker unit.

전술한 본 발명의 목적은, 절연가스가 충전된 가스절연개폐장치의 외함 내에 구획형성되고 개폐기부와 케이블접속부 사이에 개재되어 사고 전류로부터 부하기기 및 선로를 보호하는 가스절연개폐장치의 차단기부에 있어서, 그 내부가 진공으로 밀봉되는 원통 형상의 세라믹 절연튜브와, 상기 세라믹 절연튜브의 개방 하단을 밀봉하며 그 하부에 고정인출전극이 형성되는 하단도전판과, 상기 세라믹 절연튜브의 개방 상단을 밀봉하며 그 상부에 가동인출전극이 형성되는 상단도전판과, 상기 세라믹 절연튜브 내에 설치되고 상기 고정인출전극과 전기적으로 접속되는 고정접점 과, 상기 세라믹 절연튜브 내에 상기 고정접점과 동축 배열되고 금속성 벨로우즈에 의해 상기 가동인출전극과 전기적으로 접속되는 가동접점과, 상기 세라믹 절연튜브의 상부에 상기 가동인출전극에 연결되는 가동도체를 포함하는 진공밸브; 상기 진공밸브의 가동도체와 연결되고 상기 가동접점을 상하로 이동시키는 차단기; 및 상기 진공밸브의 고정인출전극과 가동인출전극에 각각 끼워져 전기적으로 접속되고 그 측면은 상기 세라믹 절연튜브와 상기 상,하단도전판이 맞닿는 삼중점 부분을 커버하여 전계집중을 완화시키는 한쌍의 전계완화전극을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 전계완화전극이 구비된 가스절연개폐장치의 차단기부를 제공함에 의해 달성된다.An object of the present invention as described above is formed in the enclosure of the gas insulated switchgear filled with the insulating gas and interposed between the switch unit and the cable connection portion to the breaker of the gas insulated switchgear to protect the load device and the line from accident current. A cylindrical insulating tube is sealed in a vacuum inside thereof, a lower conductive plate sealing an open lower end of the ceramic insulating tube and having a fixed drawing electrode formed therein, and an open upper end of the ceramic insulating tube. An upper conductive plate having a movable lead electrode formed thereon, a fixed contact point installed in the ceramic insulation tube and electrically connected to the fixed lead electrode, and coaxially arranged with the fixed contact point in the ceramic insulation tube to a metallic bellows. A movable contact electrically connected to the movable lead-out electrode by the upper portion of the ceramic insulating tube A vacuum valve comprising a movable conductor connected to the movable extension electrode; A circuit breaker connected to the movable conductor of the vacuum valve and moving the movable contact up and down; And a pair of field relaxation electrodes which are inserted into the fixed lead-out electrode and the movable lead-out electrode of the vacuum valve, respectively, and are electrically connected to each other, and the side surface of which covers the triple point portion where the ceramic insulation tube and the upper and lower conductive plates contact each other. It is achieved by providing a breaker portion of the gas insulated switchgear provided with a field relaxation electrode characterized in that it comprises a.

본 발명의 바람직한 특징에 따르면, 상기 전계완화전극은, 컵 형상으로 형성되는 전극본체와, 상기 전극본체의 바닥면에 관통형성되어 상기 고정인출전극과 상기 가동인출전극에 각각 끼워져 전기적으로 접속되도록 하는 관통공과, 상기 전극본체의 측면 가장자리에 형성되어 전계집중을 더욱 완화시키는 내측만곡부를 포함하여 이루어진다.According to a preferred feature of the present invention, the field relaxation electrode, the electrode body is formed in a cup shape, and penetratingly formed on the bottom surface of the electrode body to be electrically connected to the fixed lead-out electrode and the movable lead-out electrode, respectively And a through hole and an inner bent portion formed at a side edge of the electrode body to further alleviate electric field concentration.

본 발명의 바람직한 특징에 따르면, 상기 가스절연개폐장치의 외함 내에는 절연가스로 질소가스 또는 가압 건조공기가 충전된다.According to a preferred feature of the present invention, the nitrogen gas or pressurized dry air is filled with the insulating gas in the enclosure of the gas insulation switchgear.

본 발명에 따른 전계완화전극이 구비된 가스절연개폐장치의 차단기부의 경우에는 진공밸브의 고정인출전극과 가동인출전극에 각각 끼워져 전기적으로 접속되는 전계완화전극이 세라믹 절연튜브와 상,하단도전판이 맞닿는 절연 삼중점 부분을 커버하여 가스절연개폐장치의 차단기부의 내부 전계집중을 완화시킴에 따라, 차단기부의 전기적 내전압성능을 향상시켜 가스절연개폐장치의 운전 신뢰성을 가져올 수 있는 탁월한 효과가 있다.In the case of the breaker part of the gas insulated switchgear having the field relaxation electrode according to the present invention, the field relaxation electrode which is inserted into the fixed drawing electrode and the movable drawing electrode of the vacuum valve and electrically connected to each other is a ceramic insulating tube and an upper and lower conductive plate. By covering the contact triple point of contact to alleviate the internal electric field concentration of the breaker portion of the gas insulated switchgear, there is an excellent effect that can improve the withstand voltage performance of the breaker portion to bring the operation reliability of the gas insulated switchgear.

또한 전계완화전극의 적용에 의해 육불화황가스 보다 절연성능이 떨어지는 질소가스, 또는 가압 건조공기를 사용하더라도 장치 전체의 대형화없이도 절연내력이 유지될 수 있는 탁월한 효과가 있다. In addition, even if the insulation performance is lower than the sulfur hexafluoride gas or pressurized dry air by the application of the field relaxation electrode, there is an excellent effect that the insulation strength can be maintained without the size of the entire device.

이하에는, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세하게 설명하되, 이는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세하게 설명하기 위한 것이지, 이로 인해 본 발명의 기술적인 사상 및 범주가 한정되는 것을 의미하지는 않는다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, which are intended to describe in detail enough to be easily carried out by those skilled in the art to which the present invention pertains. This does not mean that the technical spirit and scope of the present invention is limited.

도 4에는 본 발명에 따른 전계완화전극이 구비된 가스절연개폐장치의 차단기부의 상세구조도가 도시되고, 도 5에는 전계완화전극의 개략구조도가 도시되며, 도 6에는 본 발명에 따른 전계완화전극이 구비된 가스절연개폐장치의 차단기부의 전위분포도가 도시된다.4 is a detailed structural diagram of a circuit breaker of a gas insulated switchgear having a field relaxation electrode according to the present invention, FIG. 5 is a schematic structural diagram of the field relaxation electrode, and FIG. 6 is a field relaxation electrode according to the present invention. A potential distribution diagram of the breaker portion of the provided gas insulated switchgear is shown.

본 발명에 따른 전계완화전극이 구비된 가스절연개폐장치의 차단기부(1)는, 절연가스(180)가 충전된 가스절연개폐장치(100)의 외함(110) 내에 구획형성되고 개폐기부(130)와 케이블접속부(150) 사이에 개재되어 사고 전류로부터 부하기기 및 선로를 보호하는 것(도 1 참조)으로, 도 4 및 도 5에 도시되는 바와 같이, 그 내부가 진공으로 밀봉되는 원통 형상의 세라믹 절연튜브(11)와, 세라믹 절연튜브(11)의 개방 하단을 밀봉하며 그 하부에 고정인출전극(12a)이 형성되는 하단도전판(12)과, 세라믹 절연튜브(11)의 개방 상단을 밀봉하며 그 상부에 가동인출전극(13a)이 형성되는 상단도전판(13)과, 세라믹 절연튜브(11) 내에 설치되고 고정인출전극(12a)과 전기적으로 접속되는 고정접점(14)과, 세라믹 절연튜브(11) 내에 고정접점(14)과 동축 배열되고 금속성 벨로우즈(15a)에 의해 가동인출전극(13a)과 전기적으로 접속되는 가동접점(15)과, 세라믹 절연튜브(11)의 상부에 가동인출전극(13a)에 연결되는 가동도체(16)를 포함하는 진공밸브(10)와, 진공밸브(10)의 가동도체(16)와 연결되고 가동접점(15)을 상하로 이동시키는 차단기(20)와, 진공밸브(10)의 고정인출전극(12a)과 가동인출전극(13a)에 각각 끼워져 전기적으로 접속되고 그 측면은 세라믹 절연튜브(11)와 상,하단도전판(13, 12)이 맞닿는 절연 삼중점 부분(A)을 커버하여 전계집중을 완화시키는 한쌍의 전계완화전극(30)을 포함하여 이루어진다.The breaker part 1 of the gas insulated switchgear equipped with the field relaxation electrode according to the present invention is partitioned in the enclosure 110 of the gas insulated switchgear 100 filled with the insulating gas 180 and the switch unit 130. ) And the cable connecting portion 150 to protect the load device and the line from the accident current (see Fig. 1), as shown in Figs. 4 and 5, the inside of the cylindrical shape is sealed by a vacuum Sealing the lower end of the ceramic insulating tube 11, the open lower end of the ceramic insulating tube 11 and the fixed conductive electrode 12a is formed on the lower end 12, and the open upper end of the ceramic insulating tube 11 An upper conductive plate 13 which seals and has a movable drawing electrode 13a formed thereon, a fixed contact 14 installed in the ceramic insulating tube 11 and electrically connected to the fixed drawing electrode 12a, and ceramic It is arranged coaxially with the fixed contact 14 in the insulating tube 11 and the metallic bellows 15a. A vacuum valve 10 including a movable contact 15 electrically connected to the movable lead-out electrode 13a and a movable conductor 16 connected to the movable lead-out electrode 13a on the ceramic insulating tube 11. And a circuit breaker 20 connected to the movable conductor 16 of the vacuum valve 10 to move the movable contact 15 up and down, the fixed drawing electrode 12a and the movable drawing electrode 13a of the vacuum valve 10. And a pair of field relaxation electrodes that cover the insulated triple point A where the ceramic insulating tube 11 and the upper and lower conductive plates 13 and 12 contact each other and are respectively connected to each other. 30) is made.

여기서, 진공밸브(10)는 사고 전류로부터 부하기기 및 선로를 보호하는 소호 매질로 진공을 사용하는 것으로, 그 내부가 진공으로 밀봉되는 원통 형상의 세라믹 절연튜브(11)와, 세라믹 절연튜브(11)의 개방 하단을 밀봉하며 그 하부에 고정인출전극(12a)이 형성되는 하단도전판(12)과, 세라믹 절연튜브(11)의 개방 상단을 밀봉하며 그 상부에 가동인출전극(13a)이 형성되는 상단도전판(13)과, 세라믹 절연튜브(11) 내에 설치되고 고정인출전극(12a)과 전기적으로 접속되는 고정접점(14)과, 세라믹 절연튜브(11) 내에 고정접점(14)과 동축 배열되고 금속성 벨로우즈(15a)에 의해 가동인출전극(13a)과 전기적으로 접속되는 가동접점(15)과, 세라믹 절연튜브(11)의 상부에 가동인출전극(13a)에 연결되는 가동도체(16)를 포함하는 공지구조로 형성된다. 실시예에 따라서는 세라믹 절연튜브(11)의 내벽에 부착되어 접점의 스위칭 동작에 의한 아크 발생에 의해 방출되는 금속성 이온이 세라믹 절연튜브(11)의 내벽에 부착되는 것을 방지하는 아크차폐판(18)을 더 포함할 수 있다.Here, the vacuum valve 10 uses a vacuum as an arc extinguishing medium that protects a load device and a line from an accident current, and has a cylindrical ceramic insulating tube 11 and a ceramic insulating tube 11 sealed inside with a vacuum. The bottom conductive plate 12 is sealed at the bottom of the open bottom and the fixed lead electrode 12a is formed at the bottom thereof, and the open top of the ceramic insulation tube 11 is sealed and the movable lead electrode 13a is formed at the top thereof. The upper conductive plate 13, the fixed contact 14 installed in the ceramic insulating tube 11 and electrically connected to the fixed lead-out electrode 12a, and coaxial with the fixed contact 14 in the ceramic insulating tube 11. A movable contact 15 arranged and electrically connected to the movable lead-out electrode 13a by a metallic bellows 15a, and a movable conductor 16 connected to the movable lead-out electrode 13a on top of the ceramic insulating tube 11; It is formed in a known structure including a. According to the embodiment, the arc shielding plate 18 is attached to the inner wall of the ceramic insulating tube 11 and prevents metallic ions released by the arc generation due to the switching operation of the contacts from being attached to the inner wall of the ceramic insulating tube 11. ) May be further included.

가동도체(16)는 도체(19a)에 의해 그 상부의 개폐기부(130; 도 1 참조)에 연결되고, 하단도전판(12)의 고정인출전극(12a)은 도체(19b)에 의해 그 하부의 케이블접속부(150)와 연결된다.The movable conductor 16 is connected to the switch unit 130 (see FIG. 1) at the upper side thereof by a conductor 19a, and the fixed drawing electrode 12a of the lower conductive plate 12 is lowered by the conductor 19b. It is connected to the cable connection portion 150.

전술한 진공밸브(10)의 가동도체(16)에는 차단기(20)가 연결되는데, 이 차단기(20)는 가동접점(15)을 상하로 이동시켜 진공밸브(10)의 고정접점(14)과 가동접점(15)의 접속여부를 결정하는 것으로, 전술한 진공밸브(10)의 가동도체(16)에 연결되는 구동로드(21)와, 구동로드(21)에 연결되어 구동로드(21)의 작동을 제어하는 차단조작기(23)를 포함하여 이루어진다. 차단기(20)의 작동은 수동으로도 이루어질 수 있고, 제어반(160; 도 1 참조)의 조작에 의해 자동으로 이루어질 수 있다. The circuit breaker 20 is connected to the movable conductor 16 of the vacuum valve 10 described above, which moves the movable contact 15 up and down and the fixed contact 14 of the vacuum valve 10. By determining whether the movable contact 15 is connected, the driving rod 21 connected to the movable conductor 16 of the vacuum valve 10 and the driving rod 21 connected to the driving rod 21 It comprises a shut-off operation 23 to control the operation. The operation of the breaker 20 may be performed manually or automatically by manipulation of the control panel 160 (see FIG. 1).

전술한 진공밸브(10) 및 차단기(20)의 구성 및 작용은 이미 공지되어 있는 바, 명세서의 간략화를 위해 여기서는 상세한 설명을 생략하기로 한다.The construction and operation of the above-described vacuum valve 10 and the circuit breaker 20 are already known, and for the sake of simplicity, detailed description thereof will be omitted herein.

전술한 진공밸브(10)의 고정인출전극(12a)과 가동인출전극(13a)에는 전계완화전극(30)이 각각 끼워져 전기적으로 접속되는데, 이 한쌍의 전계완화전극(30)은 그 측면이 세라믹 절연튜브(11)와 상,하단도전판(13, 12)이 맞닿는 절연 삼중점 부분(A)을 커버하여 전계집중을 완화시키는 역할을 하는 것으로, 고정인출전극(12a) 에 끼워져 전기적으로 접속되는 전계완화전극(30)에는 고정인출전극(12a)과 동일한 전압이 걸려지며, 가동인출전극(13a)에 끼워져 전기적으로 접속되는 전계완화전극(30)에는 가동인출전극(13a)과 동일한 전압이 걸려진다. An electric field relaxation electrode 30 is inserted into and electrically connected to the fixed drawing electrode 12a and the movable drawing electrode 13a of the above-described vacuum valve 10, respectively. An electric field connected to the fixed lead-out electrode 12a and electrically connected to the insulating triplet portion A to cover the insulated triple point portion A where the upper and lower conductive plates 13 and 12 are in contact with each other. The relaxation electrode 30 is applied with the same voltage as the fixed lead-out electrode 12a, and the field relaxation electrode 30 connected to the movable lead-out electrode 13a and electrically connected to is applied with the same voltage as the movable lead-out electrode 13a. .

전계완화전극(30)은, 도 3에 도시되는 바와 같이, 컵 형상으로 형성되는 전극본체(31)와, 전극본체(31)의 바닥면에 관통형성되어 고정인출전극(12a)과 가동인출전극(13a)에 각각 끼워져 전기적으로 접속되도록 하는 관통공(33)과, 전극본체(31)의 측면 가장자리에 형성되어 전계집중을 더욱 완화시키는 내측만곡부(35)를 포함하여 이루어진다. 이러한 전계완화전극(30)의 형상은 형상 최적화 기법인 반응표면법(Response surface method)에 의해 최적화된 것이다. As shown in FIG. 3, the electric field relaxation electrode 30 is formed through the electrode main body 31 formed in a cup shape and the bottom surface of the electrode main body 31 so that the fixed lead-out electrode 12a and the movable lead-out electrode are formed. And a through hole 33 fitted to each of 13a and electrically connected to each other, and an inner bent portion 35 formed at the side edge of the electrode body 31 to further alleviate electric field concentration. The shape of the field relaxation electrode 30 is optimized by a response surface method, which is a shape optimization technique.

한 쌍의 전계완화전극(30)은 접지 전위상태의 외함(110; 도 1 참조) 내의 차단기부(1)에 수납되어 육불화황가스, 질소가스, 가압 건조공기 등과 같은 절연가스에 의해 절연되는데, 이 전계완화전극(30)은 세라믹 절연튜브(11)와 상,하단도전판(13, 12)이 맞닿아 세라믹, 진공 및 절연가스의 서로 다른 물리적 특성을 갖는 3종의 절연물질(세라믹, 진공 및 절연가스)이 접함에 따라 가스절연개폐장치(100; 도 1 참조)에 전압이 인가될 경우에 전계가 집중되어 전계강도가 가장 높은 삼중점 부분(A)을 감싸 안는 구조로 형성되어, 이 부위의 전계집중 현상을 완화하여 가스절연개폐장치(100; 도 1 참조)의 절연성능을 향상시켜 준다.The pair of field relaxation electrodes 30 are housed in the breaker portion 1 in the enclosure 110 (see FIG. 1) in a ground potential state and insulated by an insulating gas such as sulfur hexafluoride gas, nitrogen gas, and pressurized dry air. In addition, the field relaxation electrode 30 is a ceramic insulating tube 11 and the upper and lower conductive plates 13, 12 abut three kinds of insulating materials having different physical characteristics of ceramic, vacuum and insulating gas (ceramic, When a voltage is applied to the gas insulation switchgear 100 (refer to FIG. 1) as the vacuum and the insulating gas are in contact with each other, the electric field is concentrated to form a structure surrounding the triple point portion A having the highest electric field strength. The electric field concentration phenomenon of the site is alleviated to improve the insulation performance of the gas insulation switchgear 100 (see FIG. 1).

전계완화전극(30)을 적용하여 해석한 단모선 방식의 가스절연개폐장치의 차단기부(1)에 대해 정격 뇌충격전압인 150kV를 시험 전압으로 사용하여 분석한 전위분포도가 도 6에 도시되는데, 이를 전계완화전극(30)이 없는 일반적인 가스절연개 폐장치의 차단기부(140; 도 1 참조)의 전위분포도에 해당하는 도 3과 비교하여 보면, 전계완화전극(30)을 가스절연개폐장치의 차단기부(1)에 적용하였을 경우 절연 측면에서 최약지점인 절연 삼중점 부분(A)의 전계밀도가 상당히 완화되었음을 확인할 수 있으며, 해석 결과 전계의 세기를 비교하였을 때 본 발명에 따른 전계완화전극이 구비된 가스절연개폐장치의 차단기부(1)가 기존의 경우보다 약 40% 이상의 전계 완화가 이루어졌음을 확인할 수 있다. FIG. 6 shows an electric potential distribution diagram of the circuit breaker 1 of a short bus type gas insulated switchgear which is analyzed by applying the electric field relaxation electrode 30, using 150 kV of the rated lightning shock voltage as a test voltage. Compared to FIG. 3, which corresponds to the potential distribution diagram of the breaker unit 140 (see FIG. 1) of the general gas insulation switchgear without the field relaxation electrode 30, the field relax electrode 30 is connected to the gas insulation switchgear. When applied to the breaker unit (1) it can be seen that the electric field density of the insulating triple point (A), which is the weakest point in terms of insulation, is considerably alleviated, and the field relaxation electrode according to the present invention is provided when the strength of the electric field is compared. It can be seen that the breaker portion 1 of the gas insulated switchgear has been relaxed by about 40% or more than the conventional case.

이로 인해 전계완화전극(30)의 적용을 통해 가스절연개폐장치(100; 도 1 참조)가 육불화황가스 보다 절연내력이 떨어지기는 하지만 친환경적인 질소가스 또는 가압 건조공기로 절연되는 경우에도 절연내력의 보강을 위해 장치 전체를 대형화할 필요가 없게 된다.Therefore, although the insulation strength of the gas insulation switchgear 100 (see FIG. 1) is lower than that of sulfur hexafluoride gas through the application of the electric field relaxation electrode 30, the insulation strength even when insulated with environmentally friendly nitrogen gas or pressurized dry air. There is no need to enlarge the entire apparatus for reinforcement.

도 1은 일반적인 가스절연개폐장치의 개략구조도.1 is a schematic structural diagram of a general gas insulated switchgear.

도 2는 일반적인 가스절연개폐장치의 차단기부의 상세구조도.2 is a detailed structural diagram of a circuit breaker of a general gas insulated switchgear.

도 3은 일반적인 가스절연개폐장치의 차단기부의 전위분포도.3 is a potential distribution diagram of a breaker of a general gas insulated switchgear.

도 4는 본 발명에 따른 전계완화전극이 구비된 가스절연개폐장치의 차단기부의 상세구조도.Figure 4 is a detailed structural diagram of the breaker of the gas insulation switchgear provided with a field relaxation electrode according to the present invention.

도 5는 전계완화전극의 개략구조도.5 is a schematic structural diagram of a field relaxation electrode.

도 6은 본 발명에 따른 전계완화전극이 구비된 가스절연개폐장치의 차단기부의 전위분포도.Figure 6 is a potential distribution diagram of the breaker of the gas insulated switchgear equipped with a field relaxation electrode according to the present invention.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings

1: 본 발명에 따른 전계완화전극이 구비된 가스절연개폐장치의 차단기부1: Breaker part of the gas insulated switchgear equipped with a field relaxation electrode according to the present invention

10 : 진공밸브10: vacuum valve

20 : 차단기20: breaker

30 : 전계완화전극30: field relaxation electrode

100: 일반적인 가스절연개폐장치100: general gas insulated switchgear

Claims (3)

절연가스가 충전된 가스절연개폐장치의 외함 내에 구획형성되고 개폐기부와 케이블접속부 사이에 개재되어 사고 전류로부터 부하기기 및 선로를 보호하는 가스절연개폐장치의 차단기부에 있어서,In the breaker portion of the gas insulation switchgear is formed in the enclosure of the gas insulation switchgear filled with the insulating gas and interposed between the switch unit and the cable connection to protect the load device and the line from the accident current, 그 내부가 진공으로 밀봉되는 원통 형상의 세라믹 절연튜브와, 상기 세라믹 절연튜브의 개방 하단을 밀봉하며 그 하부에 고정인출전극이 형성되는 하단도전판과, 상기 세라믹 절연튜브의 개방 상단을 밀봉하며 그 상부에 가동인출전극이 형성되는 상단도전판과, 상기 세라믹 절연튜브 내에 설치되고 상기 고정인출전극과 전기적으로 접속되는 고정접점과, 상기 세라믹 절연튜브 내에 상기 고정접점과 동축 배열되고 금속성 벨로우즈에 의해 상기 가동인출전극과 전기적으로 접속되는 가동접점과, 상기 세라믹 절연튜브의 상부에 상기 가동인출전극에 연결되는 가동도체를 포함하는 진공밸브; A cylindrical ceramic insulating tube whose interior is sealed by a vacuum, a lower conductive plate which seals an open lower end of the ceramic insulating tube and has a fixed drawing electrode formed therein, and an open upper end of the ceramic insulating tube. An upper conductive plate having a movable drawing electrode formed thereon, a fixed contact provided in the ceramic insulating tube and electrically connected to the fixed drawing electrode, and coaxially arranged with the fixed contact in the ceramic insulating tube and formed by a metallic bellows. A vacuum valve comprising a movable contact electrically connected to a movable lead-out electrode and a movable conductor connected to the movable lead-out electrode on an upper portion of the ceramic insulating tube; 상기 진공밸브의 가동도체와 연결되고 상기 가동접점을 상하로 이동시키는 차단기; 및A circuit breaker connected to the movable conductor of the vacuum valve and moving the movable contact up and down; And 상기 진공밸브의 고정인출전극과 가동인출전극에 각각 끼워져 전기적으로 접속되고 그 측면은 상기 세라믹 절연튜브와 상기 상,하단도전판이 맞닿는 삼중점 부분을 커버하여 전계집중을 완화시키는 한쌍의 전계완화전극;을 포함하여 이루어지고,A pair of field relaxation electrodes that are inserted into the fixed lead-out electrode and the movable lead-out electrode of the vacuum valve and electrically connected to each other, and the side of which covers a triple point portion where the ceramic insulation tube and the upper and lower conductive plates contact each other to mitigate field concentration; Made, including 상기 전계완화전극은, 컵 형상으로 형성되는 전극본체와, 상기 전극본체의 바닥면에 관통형성되어 상기 고정인출전극과 상기 가동인출전극에 각각 끼워져 전기적으로 접속되도록 하는 관통공과, 상기 전극본체의 측면 가장자리에 형성되어 전계집중을 더욱 완화시키는 내측만곡부를 포함하여 이루어지며The field relaxation electrode may include an electrode body formed in a cup shape, a through hole formed through the bottom surface of the electrode body to be electrically connected to the fixed lead electrode and the movable lead electrode, respectively, and to be electrically connected to the electrode body. It is formed on the edge including the inner bent portion to further reduce the field concentration 상기 가스절연개폐장치의 외함 내에는 절연가스로 질소가스 또는 가압 건조공기가 충전되는 것을 특징으로 하는 전계완화전극이 구비된 가스절연개폐장치의 차단기부.Breaker portion of the gas insulated switchgear provided with a field relaxation electrode, characterized in that the gas filled with nitrogen gas or pressurized dry air in the enclosure of the gas insulated switchgear. 삭제delete 삭제delete
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