KR101060780B1 - 진공인터럽터의 벨로우즈 압력완화구조를 구비한 진공차단기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 진공차단기에 관한 것으로, 외관을 형성하며 고압의 절연가스로 충진된 탱크; 상기 탱크 내부에 구비되며 내부가 진공인 진공인터럽터; 상기 진공인터럽터 내부에서 이동하면서 개폐동작을 수행하는 가동전극; 상기 진공인터럽터의 일측면을 복개하며, 상기 가동전극이 관통하는 하부플레이트; 상기 가동전극의 일측과 상기 하부플레이트에 각각 양끝단이 브레이징되어 결합되는 벨로우즈; 상기 하부플레이트에 연결되고, 하부플레이트를 관통하여 연장된 가동전극을 수용하는 관통공이 형성된 하부 도체 더미; 및 상기 가동전극의 외주면과 상기 하부 도체 더미의 관통공의 내주면 사이에 구비되어 이들을 서로 전기적으로 통전시키는 슬라이딩 접촉자;를 포함하고, 상기 벨로우즈와 상기 가동전극 사이의 제1공간은 상기 하부 도체 더미의 관통공과 그 내부에 수용된 상기 가동전극 사이의 공간과 연통하여 대기압 상태를 유지하는 것을 특징으로 한다. 본 발명은 상기 구성에 의해서, 진공인터럽터의 벨로우즈 양측에 존재하는 압력의 차이를 줄여서, 벨로우즈에 작용하는 스트레스를 감소시켜서 벨로우즈가 좌굴되는 등의 손상을 방지하여 제품의 수명이 연장되고 신뢰감이 향상되는 유리한 효과가 발생한다.

Description

진공인터럽터의 벨로우즈 압력완화구조를 구비한 진공차단기{VACUUM CIRCUIT BREAKER HAVING PRESSURE RELIEF STRUCTURE OF BELLOWS IN VACUUM INTERRUPTOR}

본 발명은 진공인터럽터를 구비한 진공차단기에 관한 것으로, 구체적으로는 진공인터럽터의 가동전극에 구비되는 벨로우즈에 작용하는 압력을 완화하는 것에 관한 것이다.

일반적으로, 진공차단기(vacuum circuit breaker)는 정상부하시 회로를 개폐하거나 또는 사고전류 발생시 회로를 차단하여 회로를 보호하는 기기로서, 차단 동작에서 발생하는 아크를 진공용기 내에서 소호시켜 신속하게 회로를 분리시키는 회로 및 기기 보호용 기기이다. 진공차단기의 내부는 절연능력이 우수한 육불화황(SF₆)으로 충진되고, 또한 세라믹 절연통으로 이루어진 진공인터럽터를 구비하고 있다. 즉, 진공차단기는 내부에 진공인터럽터를 구비하며, 상기 진공인터럽터의 내부는 진공이고, 진공차단기의 내부 공간 중 진공인터럽터의 외부는 육불화황으로 충진되어 있다.

도 1에서는 진공차단기 내부에 구비되는 진공인터럽터의 개략적인 모습을 도시한 것이다. 진공인터럽터는 절연통인 세라믹(100)과, 상기 세라믹 내부에 고정되는 고정전극(120)과, 상기 고정전극에 대향되게 설치된 가동전극(130)과, 상기 가동전극을 이동가능한 형태로 실링하는 벨로우즈(140)와, 각 접점(150)에서 발생하는 아크의 확산을 막아주는 쉴드(160) 등으로 구성되어서, 상기 가동전극이 이동하여 상기 고정전극과 접촉되어서 통전하게 된다. 그리고, 상기 벨로우즈(140)는 개폐동작시에 가동전극이 일정범위에서 움직여도 팽창 및 수축할 수 있는 구조이므로 진공인터럽터 내부의 진공이 유지된다.

그런데, 이러한 구성에서 상기 진공인터럽터의 내부는 진공이며, 외부는 일정 압력을 가진 육불화황(SF₆)으로 충진되어 있으므로, 벨로우즈(140)는 압력차이에 따른 스트레스를 받게되며, 압력차이가 특정 수준을 초과하여 커지면 좌굴 즉 버클링 현상이나 크렉이 발생할 수 있어서 벨로우즈가 파손될 수 있다. 통상 육불화황은 0.15MPa 정도의 압력으로 충진되며, 벨로우즈는 이 정도의 압력차이는 견디도록 설계된다.

그런데, 육불화황은 지구 온난화의 문제 등으로 사용량이 점점 감소하고 있으며, 지구 온난화에 영향이 없는 건조공기를 이용하여 충진하는 방법이 연구되고 있다. 그러나, 건조공기는 절연성능이 떨어지므로 보다 높은 압력으로 충진하여야 하고, 보통 0.4 ~ 0.5MPa의 압력으로 충진하여 절연성능을 높여야 한다. 따라서, 이러한 충진가스의 압력상승에 대비하여, 진공인터럽터 벨로우즈의 좌굴현상 등의 방지 대책을 수립하여야 한다.

이에 대한 종래기술을 보면, 도 2는 종래 진공차단기의 수직 단면도이며, 도 3은 도 2의 진공차단기의 주요부를 확대한 수직 단면도이다. 도 3에서, 사선 부분은 대기압 부분을 나타내며, 접지 탱크(2) 내에는 고압 절연 가스로서 건조 공기가 밀봉되며, 고압 건조 공기는 부싱(16, 17) 내에도 충전된다. 접지 탱크(2) 내의 수평 방향의 일단에는 지지 플레이트(3)가 고정되고, 지지 플레이트(3)의 내면 측에 절연 지지 튜브(5) 및 절연 지지 요소(7)을 통해 가동 측 접촉 케이스(8)가 지지된다. 진공 인터럽터(10)의 가동 측 단부는 가동 측 접촉 케이스(8)의 관형 금속 부재(8b)에 지지되고, 진공 인터럽터의 고정 측 단부는 고정 측 접촉 케이스(9)에 지지된다. 진공 인터럽터의 가동 리드(11)은 링 접촉 요소(33)을 경유하여 가동 측 접촉 케이스(8)을 통해 삽입되고, 절연 지지 튜브(5) 및 절연 지지 요소(7)를 통과하여 연장되는 절연 조작 로드(12)와 연결된다.

그리고, 진공 인터럽터(10)의 가동 측 단판(24)와 가동 리드(11)의 사이에, 벨로우즈(25)의 외부측에 인가된 진공에 의해 둘러싸여진 벨로우즈가 구비된다. 도면 번호35는 가동 측 도체를 나타내며, 관형 또는 파이프 형태로 형성된다. 가동 측 도체(35)의 하단은 가동측 접촉 케이스(8)에 연결된다. 고정 측 도체(15)의 하단은 고정 측 접촉 케이스(9)에 연결된다. 도체(15, 35)는 접지 탱크 내부로부터 사선 방향 위로 연장되며, 각각 부싱 변류기(18, 19) 상에 제공된 부싱(16, 17)에 의해 둘러쌓인다. 도체(15, 35)의 상단들은 부싱 단자(20, 21)와 연결되며, 가동 측 부싱 단자(20)는 대기와 연통하는 배출부(20a)를 가진다.

그리고, 진공 인터럽터의 벨로우즈(25)의 내부에 대기압을 유지하기 위해, 벨로우즈(25)의 내부와 연통하도록, 가동 측 도체(35)의 내부 공간, 절연 지지 요소(7)의 내부 공간, 및 가동 측 접촉 케이스(8)의 내부 공간에 대기압을 도입한다. 이러한 대기압 부분을 달성하기 위해, 기밀부들로서 가동 측 도체(35)의 외주와 가동 측 접촉 케이스(8)의 관형 부분(8a)의 사이, 절연지지 요소(7)와 가동 측 접촉 케이스 (8)의 사이, 및 가동 측 접촉 케이스(8)과 관형 금속 부재(8b) 사이에, 밀봉부들을 제공한다. 또한, 절연 지지 튜브(5) 내에 고압 건조 공기를 제공하기 위해, 절연 조작 로드(12)와 절연 지지 요소(7)의 사이, 및 절연 조작 로드(12)와 지지 플레이트(3)의 관통 홀(3a)의 사이에 기밀부로서 직선 밀봉부(40, 41)을 제공한다.

이러한 구성에 의해서, 상기 벨로우즈(25)의 외측에 진공이 인가되는 동안, 벨로우즈(25)의 내부 측에는 대기압이 인가되어, 벨로우즈(25)의 내부 압력과 외부 압력의 압력 차이가 감소됨으로써, 벨로우즈(25)의 파손을 방지할 수 있다.

그러나, 이러한 종래 진공차단기는 대기압력을 제공하기 위하여 도체(35)를 이용하였는데, 대기압을 유지하기 위한 구성이 복잡하고 조립이 어려운 문제가 있었다. 즉, 진공인터럽터(10)에 접속되는 부분과 외부 부싱 접속부와의 거리가 상당히 멀어서 정위치를 맞추기가 힘들고, 정위치를 유지시키기 위해서는 공차관리가 어느 부품보다도 필요한 구조이다. 그리고, 제작시에도 전용 부싱도체를 고려하여 진행을 하여야한다. 제작후 조립시에도 정위치가 이루어지지 않는다면 실링링(37)은 편심으로 힘을 받게 되고, 이로 인해서 탱크(2)내에 있는 절연 매질의 가스가 외부로 누기가 되어 진공인터럽터(10)에 대한 외부 절연에 문제가 생길 수 있는 불리한 점이 있었다.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로, 진공차단기 내부에 구비되는 진공인터럽터의 벨로우즈의 내외측에서 발생하는 압력차를 줄여서, 벨로우즈에 가압되는 압력을 완화시키는 효과적인 수단을 제공하는 것이다.

본 발명은 외관을 형성하며 고압의 절연가스로 충진된 탱크; 상기 탱크 내부에 구비되며 내부가 진공인 진공인터럽터; 상기 진공인터럽터 내부에서 이동하면서 개폐동작을 수행하는 가동전극; 상기 진공인터럽터의 일측면을 복개하며, 상기 가동전극이 관통하는 하부플레이트; 상기 가동전극의 일측과 상기 하부플레이트에 각각 양끝단이 브레이징되어 결합되는 벨로우즈; 상기 하부플레이트에 연결되고, 하부플레이트를 관통하여 연장된 가동전극을 수용하는 관통공이 형성된 하부 도체 더미; 및 상기 가동전극의 외주면과 상기 하부 도체 더미의 관통공의 내주면 사이에 구비되어 이들을 서로 전기적으로 통전시키는 슬라이딩 접촉자;를 포함하고, 상기 벨로우즈와 상기 가동전극 사이의 제1공간은 상기 하부 도체 더미의 관통공과 그 내부에 수용된 상기 가동전극 사이의 공간과 연통하여 대기압 상태를 유지하는 진공차단기를 제공한다.

또한, 상기 하부 도체 더미에는 하부도체가 연결되어 외부와 전기적으로 통전되며, 상기 하부 도체 더미의 일단에는 절연 애자가 결합되고, 상기 절연 애자는 상기 탱크에 결합된다. 그리고, 상기 절연 애자의 내부에는, 상기 가동전극에 연결되어 개폐동작시 상기 가동전극을 이동시키는 절연로드가 통과한다.

본 발명은 상기 구성에 의해서, 진공인터럽터의 벨로우즈 양측에 존재하는 압력의 차이를 줄여서, 벨로우즈에 작용하는 스트레스를 감소시켜서 벨로우즈가 좌굴되는 등의 손상을 방지하여 제품의 수명이 연장되고 신뢰감이 향상되는 유리한 효과가 발생한다.

도 1에서는 진공차단기 내부에 구비되는 진공인터럽터의 개략적인 모습이며,
도 2는 종래 기술에 따른 다른 형상의 진공차단기의 수직 단면도이며,
도 3은 도 2의 진공차단기의 주요부를 확대한 수직 단면도이며,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 진공차단기의 일부 절개도이며,
도 5는 도 4의 "C"부분 확대도이다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 대해서 상세히 설명한다. 다만, 발명의 특징을 명확히 하기 위해서 종래기술에서 언급한 내용과 동일하거나 유사한 부분에 대해서는 간략하게 설명하도록 한다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 진공차단기의 일부 절개도이며, 도 5는 도 4의 "C"부분 확대도이다. 도 4 내지 도 5를 참고하여 살펴보면, 본 발명의 진공차단기는 내부와 외부를 구분하며 외관을 형성하는 탱크(200)를 포함한다. 탱크 내부에는 임의의 절연 매질 가스(A)가 일정 압력 이상으로 충진되어 있으며 그 속에 차단 장치인 진공인터럽터(220)가 상부와 하부의 전력을 연결해주는 스위치로서 연결되어 있다. 상기 진공인터럽터는 대략 원통형의 형상이며 상부와 하부는 각각 상부플레이트(미도시)와 하부플레이트(225)에 의해서 복개되어 내부와 외부가 밀폐된다. 상기 하부플레이트(225)의 가운데 부분에는 아래에서 설명하는 가동전극이 관통하여 통과하고, 상기 하부플레이트와 상기 가동전극 사이에는 벨로우즈가 구비되어 진공인터럽터 내부의 진공을 유지하고 있다. 이하에서 설명한다.

상기 진공인터럽터의 내부에는 고정전극과 가동전극(280)이 구비되고 상기 가동전극이 고정전극과 접촉 내지 개리하여 개폐동작을 수행한다. 상기 진공인터럽터(220)는 전원의 이동 경로인 하부 도체더미(240)와 직렬로 접속되어 있으며 하부 도체더미(240)는 말단의 절연애자(250)에 직렬로 연결되어 있다. 상기 진공인터럽터(220)는 하부 가동측에는 벨로우즈(290)가 구비되어 있다. 상기 벨로우즈(290)를 기준으로 진공과 대기압으로 구분된다. 즉, 상기 벨로우즈(290)와 가동전극(280) 사이의 제1공간(x)은 대기압 상태로 아래쪽 하단의 대기압 부분과 연통되며, 벨로우즈(290)의 바같쪽의 제2공간(y)은 진공인터럽터의 내부와 연통되며 진공상태이다. 본 발명에 의하면, 이렇게 상기 벨로우즈(290)의 양측 공간의 압력이 진공과 대기압 상태이므로 압력차이가 크지 않아 벨로우즈가 좌굴되는 등의 염려가 없다.

그리고, 상기 하부 도체더미(240)의 아래쪽에는 절연애자(250)가 외부와 내부를 차단시켜주게끔 직렬로 연결되어 있고, 상기 가동전극(280)의 아래쪽에는 개폐동작시에 가동도체를 이동시키는 절연로드(285)가 연결되어 있다.

탱크(200)내의 진공인터럽터(220)가 개폐 동작을 하게 되면 상기 벨로우즈(290)와 연결된 가동전극(280)는 상부 혹은 하부로 이동하게 된다. 진공인터럽터(220)의 가동전극(280)는 절연로드(285)와 직렬로 연결되어 상하 운동을 하며, 전기적인 접속은 하부 도체 더미(240)내에 위치한 슬라이딩 접촉자(243) 및 하부 도체(230)를 통해서 이루어진다.

본 발명에서는 벨로우즈(290)의 제1공간(x)은 아래쪽의 대기압과 연통되어 대기압 상태를 유지하며, 하부 도체더미(240)의 실링링(213a)으로 밀폐되어 외부와 차단되어 있다. 그리고, 상기 하부 도체더미(240)와 절연 애자(250)의 사이에도 실링링(213b)이 개재되어 내외부가 밀폐된다. 즉, 상기 하부도체 더미(240)와 상기 절연애자(250)의 내부 공간은 외부와 차단되고, 동시에 상기 벨로우즈의 제1공간(x)과 연통되어 대기압 상태를 유지한다. 또한, 상기 절연 애자(250)와 하부 절연 플레이트(260) 사이에 구비된 실링링(216)과, 상기 하부 절연 플레이트(260)와 상기 링크더미박스(270) 사이에 구비된 실링링(218) 등이 외부와 차단상태를 유지한다. 도 4에서 보아서, 하부 도체 더미(240), 절연 애자(250) 및 하부 절연 플레이트(260) 및 링크 더미 박스(270)의 내부 공간(B)은 대기압 상태를 유지한다. 도 4 내지 도 5에서 진한 색으로 표시된 부분은 대기압 상태를 유지하는 영역이다.

그리고 진공인터럽터(220)의 외부이고 상기 탱크(200)의 내부인 공간(A)에는 절연가스가 채워진다. 그리고, 상기 내부 공간(B)는 또한 상기 벨로우즈(290)의 제1공간(x)과 연통되어 있어서, 상기 내부 공간(B)과 상기 제1공간(x)은 대기압 상태를 유지한다. 본 발명은 이러한 구성에 의해서, 탱크 내부의 공간(A)에 존재하는 절연 매질 가스와 진공인터럽터(220)의 내부에 존재하는 진공공간과, 그리고 진공인터럽터 하단에 의 상기 제1공간 및 내부공간(x,B)에 존재하는 대기가스 간에 서로 격리를 이룰 수 있다.

Claims (3)

1. 외관을 형성하며 고압의 절연가스로 충진된 탱크;
   상기 탱크 내부에 구비되며 내부가 진공인 진공인터럽터;
   상기 진공인터럽터 내부에서 개폐동작을 수행하는 가동전극;
   상기 진공인터럽터의 일측면을 복개하며, 상기 가동전극이 관통하는 하부플레이트;
   상기 가동전극의 일측과 상기 하부플레이트에 각각 양끝단이 브레이징되어 결합되는 벨로우즈; 및
   상기 하부플레이트에 연결되고, 하부플레이트를 관통하여 연장된 가동전극을 수용하는 관통공이 형성된 하부 도체더미;를 포함하고,
   상기 벨로우즈와 상기 가동전극 사이의 제1공간은 상기 하부 도체더미의 관통공과 그 내부에 수용된 상기 가동전극 사이의 공간과 연통하여 대기압 상태를 유지하는 것을 특징으로 하는 진공차단기.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 가동전극의 외주면과 상기 하부 도체더미의 관통공의 내주면 사이에 구비되어 이들을 서로 전기적으로 통전시키는 슬라이딩 접촉자; 및
   상기 하부 도체더미를 외부와 전기적으로 통전시키는 하부도체;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 진공차단기.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 하부 도체더미의 일단에는 절연 애자가 결합되고,
   상기 절연 애자의 내부에는, 상기 가동전극에 연결되어 개폐동작시 상기 가동전극을 이동시키는 절연로드가 통과하는 것을 특징으로 하는 진공차단기.

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