KR101110533B1 - 스위치기어의 복합소호장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 스위치기어의 복합소호장치를 제공하려는 것으로서, 본 발명에 따라서, 고정단자에 고정 설치되고, 자속에 의해 아크를 측방으로 이동시키는 제1소호장치로서 영구자석 및 가동단자와 고정단자사이에서 발생하는 아크를 유도하고 분할하여 소호하는 그리드 소호기구(grid arc extinguishing mechanism)를 포함하는 스위치기어의 복합소호장치가 개시된다.

Description

스위치기어의 복합소호장치{COMBINATION ARC EXTINGUISHING APPARATUS FOR SWICHGEAR}
본 발명은 스위치기어에 관한 것으로서, 특히 스위치기어에 있어서 자력소호(magnetic arc extinguishing)와 그리드소호(grid arc extinguishing)의 복합소호 장치에 관한 것이다.
근래, 도시미관 문제와 빈번한 전력사고 등 안정적 전력공급 문제 등으로 인해서, 전력배전은 지상의 전봇대에 의해 지지하는 기존의 지상가설 방식으로부터 지중에 배전선을 매설하는 지중배전(지중가설) 방식이 선호되고 있으며, 지중배선의 신설 뿐 아니라 기존의 지상가설 배전선로도 지중배전 선로로 대체되는 추세에 있다.
이러한 지중배선된 전력모선으로부터 지상의 건물 등 전력수용처로의 전력선로의 분기와 선로구분용 전력기기로는 통상 다회로 개폐기나 링 메인 유닛(ring main unit)으로 불리는 스위치기어가 사용되고 있다.
본 발명은 이러한 스위치기어에 있어서 선로의 분기, 교체, 점검 등의 작업시 작업자를 보호할 수 있도록 선로를 단로(차단)하는 고정단자로부터 가동단자를 차단할 때 발생하는 아크를 신속하게 소호시키는 소호장치에 관한 것이다.
이러한 지중배전계통의 스위치기어에 있어서, 소호장치의 종래기술로서는 예컨대 미국 특허등록 제4,803,319호로 개시된 내용을 참조할 수 있다.
상기 종래기술은 선로의 차단시 발생하는 아크를 접점부에 해당하는 고정단자와 가동단자에 머물지 못하도록 고정단자에 영구자석을 설치한 구성에 특징이 있다. 해당 구성적 특징에 따라서 영구자석으로부터의 자속에 의해서 선로의 차단시 발생하는 아크 증기를 접점부에 해당하는 고정단자와 가동단자로부터 측방으로 밀어내는 것이 가능하였다.
그러나 상기 종래기술은 측방으로 밀려난 아크가 고정단자와 고정단자 주변의 애자등 소자를 고온의 아크 증기로 손상시키는 문제와, 스위치기어내 절연매질(예컨대 육불화황 가스)내 아크 증기의 밀도가 증가하여 상별 단자간 절연 즉 상간 절연성능도 저하되는 등 절연성능 저하의 문제가 있었다.
따라서 종래기술이 가진 상기 문제점을 해소할 수 있는 스위치기어의 소호장치의 개발이 요구되었다.
본 발명은 상기 종래기술의 문제점을 해소하는 것으로서, 본 발명의 목적은 영구자석에 의해 접점부인 단자주변으로 밀어내어진 아크 증기를 유도하고 흡착하여 신속한 소호 및 절연성능 저하문제를 해소할 수 있는 스위치기어의 복합소호장치를 제공하는 것이다.
상기 본 발명의 목적은, 전기적 절연매질을 갖는 외함과, 상기 외함에 고정설치되고 외부의 전력회로와 전기적으로 접속되는 부싱(bushing)과, 상기 부싱에 전기적으로 접속되는 부스바(busbar)와, 상기 부스바에 전기적 및 기계적으로 접속되게 상기 외함내에 설치되는 고정단자와, 상기 고정단자에 전기적 및 기계적으로 접속되는 투입위치와, 상기 고정단자로부터 분리되어 상기 고정단자와의 전기적 접속을 차단하는 차단위치를 갖는 가동단자를 갖는 스위치기어에 사용되는 것으로서, 상기 스위치기어의 복합소호장치에 있어서,
상기 고정단자에 고정설치되고, 자속에 의해 상기 고정단자와 상기 가동단자 사이에서 발생하는 아크를 측방으로 이동시키는 제1소호장치로서 영구자석; 및
상기 고정단자에 인접하게 고정설치되고, 상기 가동단자와 상기 고정단자사이에서 발생하는 아크를 유도하고 분할하여 소호하는 그리드 소호기구(grid arc extinguishing mechanism);를 포함하는 것을 특징으로 하는 본 발명에 따른 스위치기어의 복합소호장치를 제공함으로써 달성될 수 있다.
본 발명에 따른 스위치기어의 복합소호장치는, 제1소호장치로서 고정단자에 고정설치되는 영구자석과, 가동단자와 고정단자사이에서 발생하는 아크를 유도하여 소호하는 그리드 소호기구(grid arc extinguishing mechanism)을 포함하므로, 영구자석에 의해 양 단자의 측방으로(양 단자의 직교방향)으로 밀려난 아크를 그리드 소호기구로 유도하고 분할하여 소호시킴에 의해서 신속한 아크 소호가 가능해지고 따라서 고정단자와 가동단자 및 주변소자들의 아크 증기에 의한 손상을 최소화할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
본 발명에 따른 스위치기어의 복합소호장치에 있어서 상기 그리드 소호기구는, 강자성체 판으로 구성되고 적층된 복수의 그리드(grid) 및 복수의 그리드를 지지하는 지지부재(supporting member)를 포함하여 구성되므로, 상기 고정단자와 가동단자 주변으로 밀려난 아크를 적층된 복수의 그리드사이에서 분할하고 흡착하여 소호하므로, 아크 증기에 의한 상기 고정단자와 가동단자 주변소자의 손상 및 스위치기어의 절연성능저하도 방지할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
본 발명에 따른 스위치기어의 복합소호장치에 있어서, 상기 지지부재는 상기 부스바에 고정되고 상기 복수의 그리드를 끼울 수 있는 복수의 지지홈부를 갖는 판재로 구성되므로, 스위치기어에 기존하는 부스바에 나사, 용접 등에 의해 간단히 부착하여 고정되며 복수의 그리드를 지지홈부에 끼워 지지시킬 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
본 발명에 따른 스위치기어의 복합소호장치에 있어서, 상기 그리드 소호기구는, 상기 가동단자와 상기 고정단자사이에서 발생하고, 상기 고정단자를 통해 흐르는 전류의 방향과 상기 영구자석으로부터의 자속의 방향에 의해 방향이 결정되는 아크의 이동방향의 전방에 설치되므로, 상기 그리드 소호기구쪽으로 아크를 효율적으로 유도할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
본 발명에 따른 스위치기어의 복합소호장치에 있어서, 상기 지지부재는, 상기 부스바에 고정되는 수평판부 및 상기 수평판부로부터 비스듬히 연장되는 경사연장부를 포함하여 구성되므로, 복수의 그리드를 비스듬한 자세로 위치하도록 지지함으로써 가동단자의 고정단자로부터의 분리회동에 따른 아크의 발생 각도에 대해서 넓은 각도범위로 마주보게 전방에 그리드들이 위치하게되어 아크의 유도가 더욱 효율적으로 수행될 수 있는 효과가 있다.
본 발명에 따른 스위치기어의 복합소호장치에 있어서, 복수의 그리드는 각각
수평판부와 경사판부를 가지므로, 아크 증기가 복수의 수평판부와 경사판부 사이의 경로상을 지나면서 그리드에 효율적으로 흡착되어 소멸되는 효과을 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 복합소호장치를 포함하는 스위치기어의 전체 구조를 보여주는 종단면도이고,
도 2는 도 1의 측면도이며,
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 스위치기어의 복합소호장치에 대한 확대 종 단면도이다.
상기 본 발명의 목적과 이를 달성하는 본 발명의 구성 및 그의 작용효과는 첨부한 도면을 참조한 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 이하의 설명에 의해서 좀 더 명확이 이해될 수 있을 것이다.
먼저, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 복합소호장치를 포함하는 스위치기어의 전체 구조를 보여주는 종단면도인 도 1과, 도 1의 측면도인 도 2를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 스위치기어의 복합소호장치에 있어서 구성을 설명하면 다음과 같다.
도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 복합소호장치가 사용되는 스위치기어는 외함(1)과, 부싱(bushing)(10)과, 부스바(busbar)(4,5)와, 고정단자(2,3)와, 가동단자(9)를 포함한다. 상기 스위치기어는 구동축(8)과, 애자(6) 및 프레임(frame)(12) 및 상간 격벽(13)을 더 포함한다.
외함(1)은 SF6(육불화황) 가스와 같은 전기적 절연매질을 밀봉하여 내부에 스위치기어의 상기 구성부품들을 내장하여 수용하는 수단이다.
부싱(10)은 외함(1)에 고정설치되고 외부의 전력회로와 전기적으로 접속되는 수단으로서, 내부의 전기적 도체부와 외부의 절연 외장부를 포함하여 구성된다. 부싱(10)은 3상 교류의 각각의 상에 대응하도록 3개가 마련될 수 있으며, 각각의 상별 부싱(10)간 전기적 절연을 위해서 상기와 같은 절연 외장부를 가지며, 이같은 절연 외장부는 외함(1)의 내외로 각각 연장되는 부분이 원뿔형으로 마련된다. 외부의 전력회로는 예컨대 접속도체부를 가진 전력 케이블(cable)로 구성되어 부싱(10)과 전기적으로 접속될 수 있고 해당 전력 케이블은 지중에 매설된 전원측 전력 케이블과 건물과 같은 대규모 수용가용의 배전용 전력 케이블과 같은 부하측 전력 케이블로 구성될 수 있다.
부스바(4,5)는 부싱(10)의 내부 도체부에 전기적으로 접속되는 수단으로서, 막대형의 구리판과 같은 전기적 도전체로 구성될 수 있다. 부스바(4,5)는 상부 부스바(4)와 하부 부스바(5)를 포함하여 구성될 수 있다. 상부 부스바(4)와 하부 부스바(5)의 형태 및 길이 등 그 외형적 특징은 상기 부싱(10)과의 거리와 고정단자(2,3)의 설치 위치에 따라서 변동될 수 있다. 즉, 실시 예에 따라서 도 1과 같이 상부 부스바(4)는 짧은 제 1 수평부와 제 1 수평부로부터 직각 절곡하여 연장형성되는 수직부와 해당 수직부로부터 직각 절곡하여 연장형성되며 길이가 긴 제 2 수평부로서 크랭크(CRANK)형을 가지는 도전 부재로 구성되나, 하부 부스바(3)는 짧은 하나의 수직부와 해당 수직부로부터 직각 절곡하여 길게 연장형성되는 수평부로서 L자형을 가지는 도전 부재로 구성된다.
고정단자(2,3)는 상기 부스바(4,5)에 전기적 및 기계적으로 접속되게 외함(1)내에 설치되며, 전기적 도전재 판으로 구성될 수 있다. 상부 고정단자(2)와 하부 고정단자(3)는 3상 교류의 각각의 상에 대응하도록 각각 3개씩 마련될 수 있다. 또한, 각각의 상부 고정단자(2)와 하부 고정단자(3)는 사이에 후술하는 영구자석(7)을 끼우게 설치할 수 있는 서로 마주보는 한 쌍의 도전재 판으로 구성될 수 있다.
가동단자(9)는 고정단자(2,3)에 전기적 및 기계적으로 접속되는 투입위치와 고정단자(2,3)로부터 분리되어 고정단자(2,3)와의 전기적 접속을 차단하는 차단위치를 갖는 도전재로 구성되는 수단이다. 가동단자(9)중 양 단부는 사이에 고정단자(2,3)를 끼워 접촉하도록 U자형으로 벌어진 적어도 하나의 핑거(finger)형의 접점부와, 고정단자(2,3)와의 접촉시 접압력 유지를 위한 미도시의 접압스프링을 포함할 수 있다. 가동단자(9)는 도 2를 참조할 수 있는 바와 같이 3상 교류의 각각의 상에 대응하도록 3개가 마련될 수 있다. 가동단자(9)는 구동축(8)에 의해 회전가능하게 지지된다.
구동축(8)은 프레임(12)에 양 단부가 지지되며 도 2에 도시된 바와 같이 3개의 가동단자(9)를 동시에 고정단자(2,3)에 접촉하는 투입위치와 고정단자(2,3)로부터 분리되어 고정단자(2,3)와의 전기적 접속을 차단하는 차단위치로 회전구동할 수 있다. 구동축(8)은 미도시의 전동기와 링크(links)와 같은 동력전달기구로 구성되는 전동 액추에이터(actuator) 또는 스프링과 동력전달기구와 같은 기계적 구동액추에이터에 접속되어 회전 구동될 수 있다.
애자(6)는 프레임(12)과 부스바(4, 5)사이에 설치되어 프레임(12)과 부스바(4, 5)사이를 전기적으로 절연함과 아울러 부스바(4, 5)를 지지하도록 마련되며, 따라서 애자(6)는 자기(瓷器)와 같은 전기적 절연재로 만들어질 수 있다. 애자(6)는 각각의 고정단자(2,3)에 대응하는 갯수로 마련될 수 있다.
프레임(12)은 외함(1)내에서 애자(6)과 구동축(8)을 지지하도록 마련되는 판재로 구성되며, 예컨대 철판으로 구성될 수 있다.
상간 격벽(13)은 프레임(12)의 상판으로부터 하방으로 연장하도록 프레임(12)의 상부면에 고정설치되며, 3개의 상별 애자(6)와 상부 부스바(4) 및 상부 고정단자(2)의 조립체 사이를 전기적으로 절연하기 위해 마련된다.
또한 본 발명의 특징에 따른 스위치기어의 복합소호장치는 제 1 소호장치로서 영구자석(7)과 그리드 소호기구(grid arc extinguishing mechanism)(17, 18)를 포함한다.
영구자석(7)은 제1소호장치로서 고정단자(2, 3)중 상부 고정단자(2)에 고정 설치되고, 영구자석(7)의 주위에 발생하는 자속에 의해 상부 고정단자(2)와 가동단자(9) 사이에서 발생하는 아크를 전자력(도 3의 부호 F 참조)에 의해 측방으로 밀어 이동시킨다. 여기서, 전자력(電磁力)(F)은 도 3에서 전류(I)의 방향과 영구자석(7)의 주위에 발생하는 자속(B)의 방향에 따라서 플레밍의 왼손법칙에 의해 결정되는 전자력이다.
그리드 소호기구(17, 18)는 제2소호장치로서 고정단자(2, 3)중 상부 고정단자(2)에 인접하게 고정설치되고, 가동단자(9)와 상부 고정단자(2)사이에서 발생하는 아크를 유도하고 분할하여 소호한다. 그리드 소호기구(17, 18)는 복수의 그리드(grid)(17)와 지지부재(supporting member)(18)를 포함하여 구성된다. 본 발명의 바람직한 실시예의 특징에 따라서 그리드 소호기구(17, 18)는, 가동단자(9)와 상부 고정단자(2)사이에서 발생하는 아크에 있어서 상부 고정단자(2)를 통해 흐르는 전류(도 3의 부호 I)의 방향과 영구자석(7)으로부터의 자속(도 3의 부호 B 참조)의 방향에 의해 방향이 결정되는 아크의 이동방향의 전방에 설치된다. 즉, 상술한 바와 같이 도 3에서 전류(I)의 방향과 영구자석(7)의 주위에 발생하는 자속(B)의 방향에 따라서 플레밍의 왼손법칙에 의해 결정되는 전자력(F)에 의해서 아크가 밀려 이동하는 이동방향의 전방에 설치된다.
도 3을 참조할 수 있는 바와 같이 복수의 그리드(17)는 각각 강자성체 판으로 구성되고 적층하여 지지부재(supporting member)(18)에 끼워져 설치된다. 아크의 흡착을 위해서, 복수의 그리드(17)는 각각 수평판부와 경사판부를 가진다. 즉, 도 3을 참조할 수 있는 바와 같이 복수의 그리드(17)는 각각 제 1 수평판부(17a)와, 경사판부(17b) 및 제 2 수평판부(17c)를 가진다. 따라서, 적층된 복수의 그리드(17)사이로 분할 유도된 아크증기(도 3의 부호 15)는 각각의 그리드(17)의 제 1 수평판부(17a)와, 경사판부(17b) 및 제 2 수평판부(17c)에 접촉하면서 흡착된다. 이와 같이 본 발명에 따른 스위치기어의 복합소호장치에 있어서, 복수의 그리드(17)는 각각 수평판부(17a,17c)와 경사판부(17b)를 가지므로, 아크증기(15)가 복수의 수평판부(17a,17c)와 경사판부(17b) 사이의 경로상을 지나면서 그리드(17)에 효율적으로 흡착되어 소멸되는 효과을 얻을 수 있다.
바람직한 실시예에 따라서 지지부재(18)는 부스바(4, 5)중 상부 부스바(4)에 고정되고 복수의 그리드(17)를 끼울 수 있는 복수의 지지홈부(18c)를 갖는 판재로 구성된다. 도 3을 참조할 수 있는 바와 같이, 지지부재(18)는 수평판부(18a)와 경사연장부(18b)를 포함한다. 실시예에 따라서 수평판부(18a)는 부스바(4, 5)중 상부 부스바(4)에 고정되며, 경사연장부(18b)는 수평판부(18a)로부터 하방으로 비스듬히 연장된다. 이와 같이 본 발명에 따른 스위치기어의 복합소호장치에 있어서, 상기 지지부재(18)는, 부스바(4, 5)중 상부 부스바(4)에 고정되는 수평판부(18a) 및 수평판부(18a)로부터 비스듬히 연장되는 경사연장부(18b)를 포함하여 구성되므로, 복수의 그리드(17)를 비스듬한 자세로 위치하도록 지지함으로써 가동단자(9)의 상부 고정단자(2)로부터의 분리회동에 따른 아크의 발생 각도에 대해서 넓은 각도범위로 마주보게 전방에 그리드(17)들이 위치하게 되어 아크의 유도가 더욱 효율적으로 수행될 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
한편, 상술한 바와 같이 구성되는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 스위치기어의 복합소호장치의 복합 소호 동작을 설명한다.
가동단자(9)가 고정단자(2, 3)를 사이에 끼워 접촉하는 투입 위치로부터 미도시의 구동 액추에이터의 구동력 전달에 의해 구동축(8)이 도 1 또는 도 3에 있어서 반시계방향으로 회전하면, 가동단자(9)가 고정단자(2, 3)로부터 분리되어 가동단자(9)가 고정단자(2, 3)간 전력회로가 차단된다. 이때 가동단자(9)가 고정단자(2, 3)간에는 아크가 발생하지만, 해당 아크는 1차적으로 상부 고정단자(2)에 고정된 영구자석(7)으로부터의 자속(B)의 방향과 상부 고정단자(2)를 통해 흐르는 전류(I)의 방향에 따라 결정되는 전자력(F)에 의해서 도 3을 참조할 수 있는 바와 같이 좌측으로 밀려 이동한다. 이와 같이 전자력(F)에 의해서 좌측으로 밀려 이동한 아크는 2차적으로 아크의 이동방향의 전방에 설치된 복수의 그리드(17)사이로 분할 유도된다. 이어서, 적층된 복수의 그리드(17)사이로 분할 유도된 아크증기(도 3의 부호 15)는 각각의 그리드(17)의 제 1 수평판부(17a)와, 경사판부(17b) 및 제 2 수평판부(17c)에 접촉하면서 흡착되어 소멸된다.
이와 같이 본 발명에 따른 스위치기어의 복합소호장치는, 제1소호장치로서 상부 고정단자(2)에 고정설치되는 영구자석(7)과, 가동단자(9)와 상부 고정단자(2) 사이에서 발생하는 아크를 유도하여 소호하는 그리드 소호기구(17, 18)에 의해서, 즉 영구자석(7)의 자속과 상부 고정단자(2)에 흐르는 전류에 따른 전자력(F)에 의해 양 단자의 측방으로(양 단자의 직교방향)으로 밀려난 아크를 복수의 그리드(17)로 유도하고 분할하여 소호시킴에 의해서 신속한 아크 소호가 가능해지고 따라서 고정단자(2, 3)와 가동단자(9) 및 주변소자들(6, 4, 5)의 아크 증기에 의한 손상을 최소화할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
1: 외함 2:상부 고정단자
3: 하부 고정단자 4: 상부 부스바
5: 하부 부스바 6: 애자
7: 영구자석 8: 구동축
9: 가동단자 10: 부싱
12: 프레임 15: 아크증기
17: 그리드 18: 지지부재

Claims (6)

  1. 전기적 절연매질을 갖는 외함과, 상기 외함에 고정설치되고 외부의 전력회로와 전기적으로 접속되는 부싱(bushing)과, 상기 부싱에 전기적으로 접속되는 부스바(busbar)와, 상기 부스바에 전기적 및 기계적으로 접속되게 상기 외함내에 설치되는 고정단자와, 상기 고정단자에 전기적 및 기계적으로 접속되는 투입위치와 상기 고정단자로부터 분리되어 상기 고정단자와의 전기적 접속을 차단하는 차단위치를 갖는 가동단자를 갖는 스위치기어에 사용되는 것으로서, 상기 스위치기어의 복합소호장치에 있어서,
    상기 고정단자에 고정 설치되고, 자속에 의해 상기 고정단자와 상기 가동단자 사이에서 발생하는 아크를 측방으로 이동시키는 제1소호장치로서 영구자석; 및
    상기 고정단자에 인접하게 고정설치되고, 상기 가동단자와 상기 고정단자사이에서 발생하는 아크를 유도하고 분할하여 소호하는 그리드 소호기구(grid arc extinguishing mechanism);를 포함하고,
    상기 그리드 소호기구는,
    강자성체 판으로 구성되고 적층된 복수의 그리드(grid); 및
    상기 복수의 그리드를 지지하는 지지부재(supporting member);를 포함하며,
    아크의 흡착을 위해서, 상기 복수의 그리드(grid)는 각각 수평판부와 경사판부를 가지는 것을 특징으로 하는 스위치기어의 복합소호장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 지지부재는,
    상기 부스바에 고정되고 상기 복수의 그리드를 끼울 수 있는 복수의 지지홈부를 갖는 판재로 구성되는 것을 특징으로 하는 스위치기어의 복합소호장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 그리드 소호기구는,
    상기 가동단자와 상기 고정단자사이에서 발생하고, 상기 고정단자를 통해 흐르는 전류의 방향과 상기 영구자석으로부터의 자속의 방향에 의해 방향이 결정되는 아크의 이동방향의 전방에 설치되는 것을 특징으로 하는 스위치기어의 복합소호장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 지지부재는,
    상기 부스바에 고정되는 수평판부; 및
    상기 수평판부로부터 비스듬히 연장되는 경사연장부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 스위치기어의 복합소호장치.
  6. 삭제
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