KR100990253B1 - 가솔린 기관을 이용한 가스절연 개폐장치 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 가스절연 개폐장치는 금속용기; 금속용기 내부에 왕복운동 가능하게 장착된 가동접점; 및 상기 가동접점을 왕복운동시키는 조작부;를 포함하고, 상기 조작부에는 실린더, 피스톤을 가진 내연기관이 구비되어 있다. 그리고, 상기 실린더에는, 점화플러그, 흡기밸브 및 배기밸브가 구비되어 있어서, 점화플러그의 폭발력을 이용하여 차단동작과 투입동작이 이루어질 수 있다.

가스절연 개폐장치, 가솔린기관, 흡기밸브, 가동접점

Description

가솔린 기관을 이용한 가스절연 개폐장치{GAS INSULATED SWITCHGEAR USING GASOLINE ENGINE}

본 발명은 가스절연 개폐장치의 조작기에 관한 것으로, 가스절연 개폐장치의 가동부를 차단 및 투입시키기 위한 동력을 생산하고 이를 전달하는 것에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 가스절연 개폐장치 차단시에 필요한 동력을 가솔린 기관을 이용하여 생산하는 것에 관한 것이다.

일반적으로 가스절연 개폐장치는 송,변전이나 전기회로 등에서 부하를 개폐하거나 접지 혹은 단락 등의 사고가 발생할 경우에 전류를 차단시키는 기기를 말한다. 즉, 가스절연 개폐장치는 정상상태의 개폐뿐만 아니라 지락, 단락 등 가혹한 조건의 이상 상태에서도 선로를 개폐하여 전력개통을 안전하게 보호하는 기기이며, 통상적으로 접지개폐기 등을 접지된 금속용기인 탱크 속에 내장하여 사용하며, 금속 탱크 내부는 절연과 소호 특성이 우수한 가스(SF₆)로 충진되어 있어서, 가스절연 가스절연 개폐장치라고도 한다. 이러한 가스절연 가스절연 개폐장치는 변전소의 소형화를 도모하고 안전성과 신뢰성을 확보하고 보수점검을 용이하게 한다.

이와 같이, 가스절연 개폐장치는 사용상태하에 있는 전로를 수동으로 개폐하거나 금속용기 외부의 전기조작장치를 이용하여 원거리에서 개폐함으로써, 과부하나 단락시에는 자동적으로 전류를 차단하여 전력개통과 부하기기를 보호하게 되는 것이다.

가스절연 개폐장치에서 전류를 차단하기 위한 동력을 생산하는 조작기의 종류로는 유압 조작기, 유압스프링 조작기, 공압 조작기 그리고 전동 스프링 조작기 등이 있고, 이러한 조작기의 출력부와 차단장치의 가동부는 링크 구조를 이용하여 서로 연결되어서 동력을 전달하거나 제어하고 있으며, 개폐장치의 차단 조작을 위해서는 고출력이 요구된다.

그런데, 종래의 가스절연 개폐장치에 사용되는 조작기는 출력을 위한 동력원으로 유압을 이용하고 있으며, 유압조작기는 통상적으로 펌프유닛, 저장유닛, 밸브 및 피스톤 등을 구비하고 있다. 여기서 저장유닛은 스프링 타입 또는 가스 압축 타입 등을 이용한다.

도 1 내지 도 2에서는 이러한 종래의 가스절연 개폐장치의 모습을 개략적으로 도시하고 있다. 도 1 내지 도 2에서 빗금친 부분은 고압의 압력유가 작동하는 부분이다.

도 1에서 트립 동작이 수행되는 과정을 보면, 펌프모터(7)에 의해 충진된 에너지가 판스프링(6)에 압축되어 판스프링에 저장된다. 이 상태에서 트립 지령이 내려지면, 트립 코일(2)이 여자되고 변환 밸브(3)가 차단 위치인 우측으로 이동하게 된다. 따라서, 작동 피스톤(4) 하단부에 있던 고압유는 저압 탱크(9)쪽으로 연결되고, 작동 피스톤(4) 상하에 위치하는 유체의 압력차에 의해서 작동 피스톤(4)은 하부로 이동하게 되어 차단 위치에 위치한다. 그리고, 피스톤(4)에 연결된 절연로드가 차단부의 가동부 즉, 도 1의 가동접점(12a)를 당겨서 대응하는 고정접점(12b)로부터 분리시킴으로써 회로를 차단하고, 결과적으로 트립 코일(2)을 오프시킨다. 그리고, 작동 피스톤(4)은 상부와 하부의 압력차에 의해 아래쪽에 계속 위치함으로서 트립 상태가 계속 유지된다.

도 2를 참조하여 투입 동작이 수행되는 과정을 살펴보면, 투입 지령에 의해 투입 코일(1)이 여자되고 변환 밸브(3)가 투입 위치인 좌측으로 이동하게 된다. 작동 피스톤(4)의 하단부는 저압 탱크(9)와 분리됨과 동시에 고압측에 연결된다. 그리고, 작동 피스톤(4) 상하부의 압력 차이로 인해 작동 피스톤(4)은 투입 위치(상부)로 이동한다. 차단부의 가동부 즉, 도 2와 같이 가동접점(12a)가 절연로드에 의해 투입되어서 대응하는 고정접점(12b)에 접촉하여 회로를 투입(circuit closing)하고, 투입 코일(1)은 오프된다. 그리고, 작동 피스톤(4)의 양단은 고압유로 충진되기 때문에 면적차에 의한 힘의 차이로 투입 상태가 계속 유지되는 것이다.

이러한 종래의 가스절연 개폐장치에서는, 위에서 살핀 바와 같이 유압장치나 전동 스프링 조작장치에서 에너지를 생성하고 이를 저장하기 위한 구성요소가 필요하다. 즉, 펌프모터나 압축된 스프링 혹은 압축된 가스 등이 필요할 뿐만 아니라 이들을 수용하기 위해서 가스절연 개폐장치의 전체적인 크기가 커져야만 하는 불편한 점이 존재한다. 즉, 종래의 가스절연 개폐장치 조작부에서 사용되는 유압장치는 복잡한 구조와 큰 규모의 에너지 저장공간이 필요하기 때문에 이를 이용하고 적용하는데에 한계가 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위한 것으로, 간단한 구조와 컴팩트한 크기를 가지면서도 고출력의 에너지를 생산할 수 있는 가스절연 개폐장치의 조작기를 제공하기 위한 것이다.

위와 같은 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에서는 가스로 충진된 금속용기; 상기 금속용기 내부에 왕복운동 가능하게 장착된 가동접점; 및 상기 가동접점을 왕복운동시키는 조작부;를 포함하고, 상기 조작부는 내연기관(100)을 구비하고 있는 가스절연 개폐장치를 제공한다.

상기와 같은 구성에 의해서, 내연기관의 폭발력을 이용함으로써 고출력의 에너지를 얻을 수 있고, 이를 이용하여 가동접점을 이동시켜 차단동작이 이루어진다.

상기 내연기관(100)은, 원통형의 실린더(110); 상기 실린더의 내주면을 따라 실린더의 길이방향으로 이동가능하게 장착된 피스톤(120); 및 상기 피스톤에 연결된 피스톤 로드(130);를 포함하여 이루어진다.

그리고, 본 발명에 따른 가스절연 개폐장치의 조작부의 상기 실린더(110)에는 점화플러그, 흡기밸브 및 배기밸브가 구비되어 있다. 흡기밸브를 통해서 연료와 공기의 혼합기가 실린더 내부로 유입되고 점화플러그에 의해서 점화가 되어 이때의 폭발력을 이용하여 차단동작이 이루어지고, 이후 배기밸브를 이용하여 연소가스를 실린더 외부로 배출하게 되는 것이다.

또한, 상기 실린더(110)는 상기 피스톤(120)에 의해서 제1공간(140)과 제2공간(170)으로 나누어지고, 상기 제1공간(140)에는 제1점화플러그(150)와 제1흡기밸브(160)가 구비되고 상기 제2공간(170)에는 제2점화플러그(180)와 제2흡기밸브(190)가 구비된다. 또한, 상기 실린더(110)는, 연소가스를 실린더 외부로 배출하기 위해서 원통부의 외주면에 배기구(200) 또는 배기밸브를 구비한다. 상기 피스톤의 원주면에는 피스톤링이 장착될 수도 있다.

상기 구성에 의해서, 제1흡기밸브로 연료와 공기의 혼합기를 유입한 후 제1점화플러그를 점화시켜서 상기 실린더 내부의 피스톤을 어느 한쪽 방향으로 이동시킬 수 있고, 또한 제2흡기밸브로 연료와 공기의 혼합기를 유입한 후 제2점화플러그를 점화시켜서 상기 실린더 내부의 피스톤을 다른 방향으로 이동시킬 수 있는 것이다. 그리고, 상기 피스톤에 연결된 피스톤로드가 왕복 운동하게 되어 이를 차단 및 투입동작에 이용하는 것이다.

본 발명에 따른 가스절연 개폐장치는, 위와 같이 실린더 내부로 유입된 연료를 점화하여 생기는 폭발력을 이용함으로써 컴팩트한 구조와 크기를 가지면서도 고출력의 에너지를 생산할 수 있는 유리한 효과가 발생하는 것이다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 가스절연 개폐장치의 조작부에 대해서 상세하게 설명한다.

도 3과 도 4는 본 발명에 따른 가스절연 개폐장치의 조작부에서 사용되는 내 연기관의 단면을 보여준다.

본 발명은 가스가 충진된 금속용기 내부에 왕복운동 가능하게 장착된 가동접점과 가동접점을 왕복운동시키는 조작부를 포함하는 가스절연 개폐장치로서, 이 조작부에는 내연기관(100)이 구비되어 차단동작 등에 필요한 에너지를 생산하고 있다.

상기 내연기관(100)은, 원통형의 실린더(110)와 피스톤(120)을 포함하고 있으며, 상기 피스톤은 상기 실린더의 내주면을 따라 실린더의 길이방향으로 이동가능하게 장착된 피스톤(120); 및 상기 피스톤에 연결된 피스톤 로드(130);를 포함하여 이루어진다.

상기 내연기관은 바람직하게는 연료와 공기를 혼합하여 점화플러그로 폭발시키는 가솔린 엔진이며, 상기 실린더(110)에는 점화플러그, 흡기밸브 및 배기밸브가 구비되어 있다. 흡기밸브를 통해서 연료와 공기의 혼합기가 실린더 내부로 유입되고 점화플러그에 의해서 점화가 되어 이때의 폭발력을 이용하여 차단동작이 이루어지고, 이후 배기밸브를 이용하여 연소가스를 실린더 외부로 배출하게 되는 것이다.

또한, 본 발명에 따른 상기 실린더(110)는 원통형상의 실린더로서, 실린더의 원통형 내부공간은 상기 피스톤(120)에 의해서 두 개의 공간으로 나누어진다. 이 두 개의 공간 중 어느 하나를 제1공간(140)이라 하고 다른 하나를 제2공간(170)이라 한다. 제1공간(140)에는 상기 피스톤(120)에 연결된 피스톤로드(130)가 위치하며, 상기 피스톤로드(130)는 상기 실린더의 제1공간을 지나서 실린더의 외부로 연장되어 있다.

그리고, 상기 제1공간(140)에는 제1점화플러그(150)와 제1흡기밸브(160)가 구비되고 상기 제2공간(170)에는 제2점화플러그(180)와 제2흡기밸브(190)가 구비된다. 또한, 상기 실린더(110)는 연소가스를 실린더 외부로 배출하기 위해서 원통부의 외주면에 배기구(200)가 구비된다. 상기 실린더 원통부의 외주면에는 배기구(200) 대신 밸브 작동에 의해서 연소가스가 배기되도록 하기 위해서 배기밸브가 구비될 수도 있다.

상기 구성에 의해서, 제1흡기밸브(160)를 통해서 연료와 공기의 혼합기가 유입된 후 상기 제1흡기밸브(160)를 닫아서 상기 제1공간(140)은 외부와 밀폐된 공간이 되고, 이때 제1점화플러그(150)를 점화시켜서 혼합기를 폭발시킨다. 그러면, 이 폭발력에 의해서 상기 실린더 내부의 피스톤(120)은 제1공간(140)이 팽창하는 방향으로 급격하게 이동하게 되고, 상기 피스톤에 연결된 피스톤로드(130) 역시 피스톤을 따라서 급격하게 이동하게 된다. 즉, 도 3에서 제1점화플러그(150)가 점화되어 폭발하면 피스톤(120)은 오른쪽으로 이동하고, 따라서 피스톤에 연결된 피스톤로드(130) 역시 오른쪽으로 이동하게 된다. 이 피스톤로드에 링크 등을 이용하여 가스절연 개폐장치의 가동접점(도 1, 2의 부호 12a 참조)을 연결하면, 상기 피스톤로드에 연결된 가동접점(도 2의 부호 12a 참조)이 이동하여 대응하는 고정접점(도 2의 부호 12b 참조)로부터 분리되면 차단이 되는 것이다. 그리고, 폭발에 의해서 오른쪽으로 이동하는 피스톤이 상기 실린더 외주면에 형성된 배기구(200)를 지나면, 연소가스는 이 배기구를 통해서 외부로 배기되고, 최종적으로는 도 4와 같은 모습이 되는 것이다.

도 4를 보면, 상기 피스톤(120)이 실린더의 오른쪽 편에 위치하고 있다. 여기서 투입동작이 요구되는 경우에는 제2흡기밸브(190)를 통해서 공기와 연료의 혼합기를 유입시키고 제2흡기밸브를 닫은 후 제2점화플러그(180)를 점화시켜서 혼합기체를 폭발시킨다. 그러면 위에서 설명한 것과 유사하게 피스톤(120)은 왼쪽으로 이동하게 되고, 피스톤에 연결된 피스톤로드 역시 왼쪽으로 이동하고, 결과적으로 여기에 링크에 의해 연결된 가스절연 개폐장치의 가동접점(도1의 부호 12a)이 이동하게 된다. 따라서 가스절연 개폐장치의 가동접점(도1의 부호 12a)이 대응하는 고정접점(도 1의 부호 12b 참조)에 접촉하여 회로의 투입(circuit closing)이 완료된다. 그리고, 왼쪽으로 이동하던 피스톤이 실린더의 외주면의 배기구를 지나면 연소가스가 외부로 배기된다.

위엥서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 가스절연 개폐장치의 조작부에는 실린더와 피스톤을 구비하고, 피스톤에 의해서 실린더를 제1공간과 제2공간으로 나눈 후 각각에 설치된 점화플러그를 점화시켜서 피스톤을 이동시켜 가동접점을 움직이게 하여 차단 및 투입동작을 수행하는 것이다. 바람직하게는 상기 피스톤(120)이 상기 실린더(110)의 내주면을 원활하게 움직일 수 있도록 피스톤(120)의 외주에는 원주를 따라 피스톤링(120a)이 구비될 수도 있다.

도 1은 트립동작이 수행되는 종래의 가스절연 개폐장치의 모습이며,

도 2는 투입동작이 수행되는 종래의 가스절연 개폐장치의 모습이며,

도 3은 본 발명에 따른 가스절연 개폐장치의 조작부에서 사용되는 내연기관의 단면이며,

도 4는 도 3의 내연기관의 다른 모습을 보여주는 단면이다.

Claims (8)

1. 가스가 충진된 금속용기;

   상기 금속용기 내부에 왕복운동 가능하게 장착된 가동접점; 및

   상기 가동접점을 왕복운동시키는 조작부;를 포함하는 가스절연 개폐장치에 있어서,

   상기 조작부는 내연기관을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 가스절연 개폐장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 내연기관은, 원통형의 실린더; 상기 실린더의 내주면을 따라 실린더의 길이방향으로 이동가능하게 장착된 피스톤; 및 상기 피스톤에 연결된 피스톤 로드;를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스절연 개폐장치.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 실린더에는, 점화플러그, 흡기밸브 및 배기밸브가 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 가스절연 개폐장치.
4. 제 2 항에 있어서,

   상기 피스톤의 원주면에는 피스톤링이 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 가 스절연 개폐장치.
5. 제 2 항에 있어서,

   상기 실린더는 상기 피스톤에 의해서 제1공간과 제2공간으로 나누어지고, 상기 제1공간에는 제1점화플러그와 제1흡기밸브가 구비되고 상기 제2공간에는 제2점화플러그와 제2흡기밸브가 구비되는 것을 특징으로 하는 가스절연 개폐장치.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 실린더는, 원통부의 외주면에서 배기구를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 가스절연 개폐장치.
7. 제 5 항에 있어서,

   상기 실린더는, 원통부의 외주면에서 배기밸브를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 가스절연 개폐장치.
8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 내연기관은 가솔린 엔진인 것을 특징으로 하는 가스절연 개폐장치.

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