KR101169384B1

KR101169384B1 - 가스 절연 개폐 장치

Info

Publication number: KR101169384B1
Application number: KR20100058854A
Authority: KR
Inventors: 마사유키 후쿠나가; 노부아키 오카나리; 아즈미 고마키
Original assignee: 가부시끼가이샤 도시바
Priority date: 2009-06-30
Filing date: 2010-06-22
Publication date: 2012-07-30
Also published as: EP2270939A3; EP2270939A2; JP2011015490A; CN101944708A; KR20110001899A

Abstract

밀폐 용기(1a～3b)에 접속되는 가스 배관(6a, 6b)으로서, 고유연성의 도료를 도포한 오스테나이트계 스테인리스제의 금속 벨로우즈로 이루어지는 가요 배관(7)을 사용한다. 가요 배관(7)은, 그 양단에 회동 가능하게 플랜지(7b)를 설치한다. 이 플랜지(7b)를 사용하여, 가스 배관을 밀폐 용기의 가스 포트(8)에 접속한다. 스테인리스제의 가요 배관은 구리제의 배관에 비교하여 저항값이 높아, 시스 전류를 저감할 수 있다. 가요 배관의 외주에, 고유연성의 도료를 도포한다. 도장 후여도, 가요 배관의 굽힘 가공이 가능해지고, 내후성도 향상한다. 가스 배관의 지지 간격을 1m 이상으로 한다. 상용 전력 계통의 주파수에 의해 가스 배관이 공진하지 않는다.

Description

가스 절연 개폐 장치{GAS INSULATED SWITCHGEAR}

본 발명은 밀폐 용기 내에 대한 가스 배관의 구성에 개량을 실시한 가스 절연 개폐 장치에 관한 것이다.

금속제의 접지 밀폐 용기 내에 고전압 도체나 그 차단부 등의 기기를 배치하고, 이들 고전압 기기와 밀폐 용기간의 절연을 SF₆ 가스 등에 의해 절연한 가스 절연 개폐 장치는 종래로부터 공지되어 있다. 이 가스 절연 개폐 장치에는, 밀폐 용기 내에 절연 가스를 흡배기하기 위해, 가스 배관이 설치되어 있다. 이러한 가스 배관은, 일본국 공개특허공보 특개2004-40963호 공보(이하, 특허문헌 1이라 함)의 도 1에 나타나 있는 바와 같이, 가스 구분된 인접하는 밀폐 용기간을 접속하거나, 도 2에 나타나 있는 바와 같이, 각 밀폐 용기와 가스 공급 장치 사이를 접속하는 것이다. 또한, 일본국 공개특허공보 특개2000-134734호 공보(이하, 특허문헌 2라 함)도 동일한 가스 배관에 관한 기술로서, 특히, 가스 배관 상에 시스 전류(sheath current)가 흐르는 것을 방지하기 위한 절연 부재를 사용한 것이다.

종래, 특허문헌 1, 2에 기재된 바와 같은 가스 배관을 구비한 가스 절연 개폐 장치에 있어서, 가스 배관으로서는 일반적으로 구리제의 배관이 사용되고 있었다. 또한, 특허문헌 2에 나타나 있는 바와 같이, 가스 배관 상에 시스 전류가 흐르는 것을 방지하기 위해, 가스 배관에 절연 커플링 등의 절연 부재를 배치하는 것도 공지되어 있다. 그러나, 절연 부재를 배치하면, 가스 배관의 시설 공사에 수고가 드는 것에 더해, 그 부분으로부터의 가스 누설 가능성도 높아지는 결점이 있었다.

특히, 가스 배관에 절연 부재를 설치하는 것은, 부품 점수가 증가하는 것이나 절연 부재에 과대한 하중이 가해지지 않도록 배려가 필요하거나, 절연 부재가 외부 대기로의 노출되는 부분의 방수 대책이 필요했었다. 또한, 가스 절연 개폐 장치는 복수의 기기의 집합체이기 때문에 최종 발송지까지 분할하는 형태로 수송하고, 현지에서 설치시에 조립 조정하는 경우가 있지만, 이 경우에는 배관 시공에 대해서도 구리 배관의 합금 접합이나 굽힘 시공을 설치 상태에 맞게 현지에서 조정을 할 필요가 있고, 불량이 발생하지 않도록 세심한 주의를 기울일 필요가 있었다.

그래서, 종래의 구리제의 배관은, 배관의 직선 부분에는 적합해도 구리관 자체가 굴곡하기 어렵기 때문에, 관로의 굴곡 부분에 사용할 경우에 특수한 지그 또는 공구가 필요하고, 배관의 설치 현장에서의 시공이 곤란했었다. 이에 대하여, 굴곡 가능한 구리제의 벨로우즈(bellows)(가요성이 있는 주름상자 형상의 관)를 사용하는 것도 고려할 수 있지만, 가스 배관은 장기간에 걸쳐 비바람에 노출되기 때문에, 굴곡해서 배관한 후에 녹 방지용 도장이 필요하며, 시공이 번거로웠다.

본 발명은 전술한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 그 목적은, 절연 부재를 사용하지 않고 배관에 시스 전류가 흐르는 것을 방지하는 동시에, 가스 배관의 시공이 용이한 가스 절연 개폐 장치를 제공하는 것이다.

전술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 다음의 구성으로 이루어진다. 즉,

전기 도체 또는 전기 접속된 기기를 밀폐 용기 내에 수납하고, 밀폐 용기 내에 절연성 가스를 봉입(封入)한 가스 절연 개폐 장치에 있어서,

전술한 밀폐 용기에 접속하는 가스 배관으로서, 비자성의 오스테나이트계 스테인리스제 금속 벨로우즈로 제조한 가요(可撓) 배관을 사용한 것을 특징으로 한다.

또한, 가요 배관의 단부에 플랜지를 설치하고, 이 플랜지를 전술한 금속 벨로우즈 부분과 착탈 가능하게 구성한 것, 전술한 가요 배관의 금속 벨로우즈부에 고(高)유연성 경화제를 사용한 도료를 도포 또는 전착도장한 것도, 본 발명의 일 태양이다.

본 발명에 따르면, 가스 배관의 관부를 스테인리스제 금속 벨로우즈로 구성되는 가요 배관(Flexible tube)으로 해서, 고저항으로 함으로써 시스 전류의 유입을 억제하여, 절연 부재를 불필요하게 할 수 있다. 또한, 자유도가 높은 가요 배관을 사용함으로써, 기기의 조립 조정 결과에 맞게 현지에서 합금 접합 작업을 할 필요가 없어져, 굽힙 작업만으로 가스 배관을 설치할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시예의 구성을 나타내는 사시도.
도 2는 제 1 실시예에 있어서의 가요 배관의 일례를 나타내는 단면도.
도 3의 (A), 도 3의 (B), 도 3의 (C) 및 도 3의 (D)는, 제 2 실시예에 있어서의 가스 배관 설치예를 나타내는 도면으로서, 도 3의 (A)는 정면도, 도 3의 (B)는 측면도, 도 3의 (C)는 평면도, 도 3의 (D)는 가스 게이지 부분의 확대도.

[제 1 실시예]

[제 1 실시예의 구성]

이하, 본 발명의 제 1 실시예를 도 1 및 도 2에 의해 구체적으로 설명한다. 도 1은 인접하는 밀폐 용기간에 배치된 가스 배관의 위치예를 나타내는 사시도이다. 도면에서, 부호 1a, 1b, 2a, 2b, 3a, 3b는, 각각 그 내부에 전기 도체 또는 전기 접속된 기기를 수납한 3상(相)분의 밀폐 용기이다. 밀폐 용기(1a, 1b, 2a, 2b, 3a, 3b) 내에는, SF₆ 가스 등의 절연 가스가 봉입되어 있다. 각 상의 밀폐 용기(1a와 1b, 2a와 2b, 3a와 3b)가 플랜지부(4)를 통해서 접속되어 있다. 각 상의 밀폐 용기는 그 경계부인 플랜지부(4)에서 가스 구분되고, 인접하는 동상(同相)의 밀폐 용기간에서 직접적인 가스의 이동은 행해지지 않는다.

밀폐 용기의 외주에는, 각 상의 밀폐 용기(1a와 2a와 3a 또는 1b와 2b와 3b)를 연결하도록, 밀폐 용기의 축방향과 직교하는 방향으로 신장되는 도전성 부재(5, 5)가 고정되어 있다. 이 도전성 부재(5, 5)는, 각 상의 밀폐 용기간을 통전 가능하게 접속하는 것이기 때문에, 상간(相間) 션트(shunt)라고 불린다.

인접하는 밀폐 용기간에는, 가스 배관(6a, 6b)이 설치되어 있다. 이 중, 가스 배관(6a)은, 동상의 인접하는 밀폐 용기(3a, 3b)간을 접속하는 것이며, 가스 배관(6b)은 다른 상의 인접하는 밀폐 용기(1b, 2b, 3b)를 접속하는 것이다. 도면에는 나타내고 있지 않지만, 동상의 인접하는 밀폐 용기(2a, 2b)간이나 밀폐 용기(1a, 1b)간을 접속하는 가스 배관도 존재한다. 이에 따라, 모든 밀폐 용기에 대하여 가스 배관이 접속되고, 가스의 공급?배출이 가능해진다.

본 실시예에 있어서, 각 밀폐 용기를 접속하는 가스 배관(6a, 6b)은 도 2에 나타내는 바와 같은 구성을 갖는 가요 배관(7)에 의해 구성되어 있다. 즉, 이 가요 배관(7)은, 그 외주에 고유연성의 도료를 도포한 오스테나이트계 스테인리스제의 금속 벨로우즈(7a)의 양단에, 접속용 플랜지(7b)를 회전 가능하게 장착한 것이다. 이 접속용 플랜지(7b)를, 각 밀폐 용기측에 설치한 가스 배관 접속용의 가스 포트(8)에 대하여, 기밀(氣密) 개스킷(도시 생략)을 통해서 밀착 고정함으로써, 가요 배관(7)으로 구성된 가스 배관(6a, 6b)이 밀폐 용기에 접속된다.

또한, 이 접속용 플랜지(7b)를 금속 벨로우즈(7a)의 양단에 부착하는 데는, 접속용 플랜지(7b)의 중심부에 설치된 삽입 구멍 내에 미리 금속 벨로우즈(7a)를 삽입해두고, 금속 벨로우즈(7a)의 단부에 물림쇠(7c)를 용접, 압입, 나사결합에 의해 고정하거나, 금속 벨로우즈(7a)의 단부를 프레스로 넓히는 등의 수단에 의한다. 다만, 이들 수단에 한정되는 것은 아니다. 한편, 7d는 플랜지(7b)에 설치된 가스 포트 접속용 볼트 구멍이다.

고유연성의 도료는, 전술한 바와 같은 도포 이외에, 전착도장에 의해 가요 배관(7)의 외주에 실시해도 된다. 또한, 고유연성의 도료로서는, 경화 후에 유연성을 갖는 1액 반응 경화형 수성 우레탄 도료나 1액형 특수 변성 폴리에스테르 수지, 유연성 경화제를 사용한 2액 반응형 우레탄 도료를 사용할 수 있다.

전술한 가스 배관(6a, 6b)의 지지 간격은, 1m 이상으로 설정되어 있다. 즉, 도 1의 가스 배관(6b)과 같이 직접 밀폐 용기에 의해 지지되어 있을 경우에는 밀폐 용기의 가스 포트(8)간의 간격, 도 1의 가스 배관(6a)과 같이 관로의 일부가 별도로 설치된 지지 부재(9)에 의해 지지되어 있을 경우에는, 가스 포트(8)와 지지 부재의 간격 또는 지지 부재(9)끼리의 간격이 1m 이상으로 설정되어 있다.

[제 1 실시예의 작용]

(1) 시스 전류의 저감

도 1의 굵은 선으로 나타낸 바와 같이, 각 상의 밀폐 용기(1a～3b)와 상간 션트인 도전 부재(5, 5)에 의해 형성된 전로에는, 루프 형상으로 시스 전류(10)가 흐른다. 제 1 실시예와 같이 가스 배관(6a, 6b)과 밀폐 용기(1a～3b)가 병설되어 있을 경우에는, 각각의 저항분과 인덕턴스분의 비율에 의해 흐르는 시스 전류(10)의 양이 결정된다. 밀폐 용기(1a～3b)의 루프 길이가 큰 경우에는, 가스 배관(6a, 6b)의 루프에도 시스 전류(10)가 흐를 가능성이 있다. 본 실시예에 따르면, 가스 배관으로서 스테인리스제 금속 벨로우즈를 이용하고 있으므로 구리 배관에 비해 고저항으로 되기 때문에, 주회로로부터 유기(誘起)되는 시스 전류(10)는 작아지고, 구리 배관을 이용해서 접속했을 때와 같이 큰 전류가 흐르는 것에 의해 발열할 일이 없다.

이 점을, 하기 (A), (B)에 나타내는 구리제의 관과 스테인리스제의 벨로우즈를 예로 들어서, 구체적으로 설명한다.

(A) 외경이 2㎝, 두께 1㎜의 구리제의 관

(B) 외경이 2㎝, 두께 0.3㎜의 스테인리스제 벨로우즈

구리의 고유 저항은 상온에서 1.78μΩ㎝, 스테인리스강의 고유 저항은 상온에서 72μΩ㎝ 정도이다. 또한 저항값은 면적에 반비례하므로 (A)와 (B)의 저항값 RA, RB의 비율은 이하와 같이,

RB/RA=72/1.78*0.60/0.19≒128

로 2자릿수 정도 커진다.

배관의 저항값이 2자릿수 정도 커지면, 배관에 분류하는 시스 전류도 상간 션트에 비교하면 2자릿수 정도 작아지므로, 주회로 전류가 2000A인 경우, 배관에 흐르는 전류는 20A 정도로 된다. 한편, 배관의 허용 온도 상승을 30K로 하면, 무풍(無風) 상태의 20℃의 대기 중에 수평하게 설치된 외경 2㎝ 정도의 스테인리스 환(丸) 도체의 방열량(Q)은 이하의 계산으로 개산(槪算)할 수 있다. (실제로는, 가요 파관(波管) 형상이므로 단순 원관(圓管)보다 방열 면적은 커지므로 하기 이상으로 된다.)

또한, 상기 배관의 저항값(R)은 스테인리스의 저항값 온도 계수 0.0057을 이용하면, 다음과 같다.

허용 전류값을 I로 하면, 발열량과 방열량이 동일할 경우, Q=I2R로 되므로, 상기의 계산값을 대입하여 계산하면

로 된다. 이 값은, 시스 전류값과 동등하므로 배관부에 절연부를 설치할 필요는 없어진다.

(2) 지지부의 간격을 1m 이상

가스 배관(6a, 6b, 36)의 굵기는 통상 가스의 급배기의 작업성과 굽힘 시공성을 고려하면 1㎝ 내지 2㎝ 정도의 외경 사이즈를 선택하는 것이 일반적이다. 균일한 단면으로 곧은 봉(棒) 형상의 배관의 일차 고유 진동수는 일반적으로 다음 식으로 계산할 수 있다.

가령 구리제이고 외경이 2㎝이며 1㎜ 두께의 관 (A)를 상정하면, 상기의 계산에 의해 고유 진동수는, 하기의 표 1에 나타내는 대로, 약 84㎐의 값이 얻어진다. 한편, 2㎝의 직경이며 0.3㎜ 두께의 스테인리스제 벨로우즈 (B)로 하면, 하기의 표 2에 나타내는 대로, 약 121㎐의 값이 얻어진다. 일반적으로, 상용 교류 전력의 주파수는 50/60㎐이며, 공진을 회피하기 위해서는 배주기(倍周期)인 120㎐ 이하로 하는 것이 바람직하다.

따라서, 고유 진동수를 120㎐ 이하로 하기 위해서는 지지 간격을 1m보다 크게 하는 것이 필요하다. 즉, 상기 계산예에서는 101㎝ 이상으로 하면 120㎐ 이하로 된다. 또한, 상기의 예에서는 2㎝의 관직경으로 계산했지만, 직경이 커지면 상대적으로 고유 진동수는 커지므로, 적어도 1m 이상의 간격으로 지지하면 공진을 회피하는 것은 가능하다.

(3) 유연성

본 실시예에서는, 스테인리스제의 가요 배관(7)의 사용에 의해, 벨로우즈의 가요성을 활용해서 배관로에 맞게 자재(自在)로 관을 굽혀 시공하는 것이 가능하다. 특히, 금속 벨로우즈의 재료로서 내식성이 좋은 스테인리스를 사용하고 있지만, 거기에 더해서, 본 실시예에서는, 가요 배관(7)의 표면에 고유연성의 도장을 실시하여, 외기의 직접적인 접촉을 방지하고 있기 때문에, 해변 근린 지구 등의 부식 환경하에서도 응력 부식 파편의 위험성이 없고, 내후성(耐候性)이 우수하다.

[제 2 실시예]

본 발명의 제 2 실시예를, 도 3의 (A), 도 3의 (B), 도 3의 (C) 및 도 3의 (D)에 의해 설명한다. 이 제 2 실시예의 가스 절연 개폐 장치(30)는, 차단기(31)를 통해서, 2개의 주(主) 모선(母線)을 1개의 급전 회선용 모선에 접속하는 것이다. 즉, 가스 절연 개폐 장치(30)는, 3상분의 차단기(31), 각 상의 차단기(31)의 일단에 접속된 급전 회선용의 모선(32), 차단기(31)의 타단에 수직하게 접속된 T형 접속 모선(33), T형 접속 모선(33)의 상부의 일단에 설치된 제 1 주 모선용 단로기(斷路器)(34a), T형 접속 모선(33)의 상부의 타단에 설치된 제 2 주 모선용 단로기(34b)를 구비하고 있다. 가스 절연 개폐 장치(30)를 구성하는 이들 기기는, 전술한 제 1 실시예와 마찬가지로, 밀폐 용기와 그 내부에 배설된 고전압 기기로 구성되며, 밀폐 용기 내부에 봉입된 절연 가스에 의해 그 절연이 확보되어 있다.

제 2 실시예에 있어서, 3상의 각 기기는, 도 3의 (C)의 평면도에 나타내는 바와 같이, 상간 션트인 도전 부재(35)에 의해, 연결되어 있다. 또한, 각 구성 기기에 절연 가스를 흡배기하기 위해, 각 밀폐 용기에 설치된 가스 포트(8)를 접속하도록 가스 배관(36)이 설치되어 있다. 이 가스 배관(36)의 일부에는, 압력 감시용의 가스 게이지(37)가 설치되어 있다. 이 가스 게이지(37)는, 가스 절연 개폐 장치(30)의 보수 또는 운전시에 육안 확인이 필요하기 때문에, 보수 또는 운전시에 사람이 접근할 수 있는 위치에 설치되어 있다.

전술한 가스 배관(36) 및 가스 게이지(37)의 부착용의 배관은, 전술한 제 1 실시예와 마찬가지로, 고유연성의 도료를 도포한 오스테나이트계 스테인리스제의 금속 벨로우즈의 양단에 접속용 플랜지를 설치한 가요 배관이 사용되고 있다. 또한, 배관의 장변의 부분은 지지 부재(38)에 의해 밀폐 용기에 지시되어 있지만, 그 경우, 배관부는 적어도 1m 이상의 간격으로 기기 본체에 지지되어 있는 점도 제 1 실시예와 동일하다.

이러한 구성을 갖는 제 2 실시예에 있어서도, 전술한 제 1 실시예와 마찬가지로, 가스 배관(36)으로서 스테인리스제의 가요 배관을 사용했기 때문에, 가스 배관에 루프 형상으로 시스 전류가 흐르는 것을 방지할 수 있다. 또한, 배관부를 1m 이상의 간격으로 지지함으로써, 상용 전력 계통의 주파수와의 공진에 기인하는 진동을 방지할 수 있다. 또한, 고유연성의 도료를 가요 배관의 외주에 도포해둠으로써, 배관 굴곡 후에 있어서의 도장의 시공이 불필요해지는 동시에, 배관의 내후성의 향상이 가능해진다.

[다른 실시예]

본 발명은, 전술한 실시예에 한정되는 것은 아니며, 다음과 같은 다른 실시예도 포함한다.

(1) 가요 배관(7)을 금속 섬유 브레이드(braid)로 보호함으로써, 외부로부터의 충격에 의한 파손 방지를 도모한다.

(2) 구리 또는 놋쇠제의 직선 형상의 배관과 스테인리스제의 가요 배관(7)을 병용함으로써, 배관로의 긴 직선부와 같은 단순 형상부는 곧은 관 형상의 배관으로 시공하고, 도중에 고저항으로 시공 자유도가 높은 스테인리스제의 가요 배관(7)을 조립함으로써, 모두를 가요 배관(7)으로 구성하지 않아 시공성의 향상과 절연 부재의 생략을 가능하게 한다. 이 경우, 가스 게이지(37)의 접속 주변부는 계기(計器)가 집중하므로, 가요성이 높은 배관을 이용함으로써 시공성이 향상한다.

1a, 1b, 2a, 2b, 3a, 3b : 밀폐 용기
4 : 플랜지부
5 : 도전성 부재
6a, 6b : 가스 배관
7 : 가요 배관
7a : 금속 벨로우즈
7b : 접속용 플랜지
7c : 물림쇠
7d : 볼트 구멍
8 : 가스 포트
9 : 지지 부재
10 : 시스 전류

Claims

전기 도체 또는 전기 접속된 기기를 밀폐 용기 내에 수납하고, 밀폐 용기 내에 절연성 가스를 봉입(封入)한 가스 절연 개폐 장치에 있어서,
상기 밀폐 용기간 또는 밀폐 용기와 가스 게이지간을 비자성의 오스테나이트계 스테인리스제 금속 벨로우즈(bellows)로 제조한 가요(可撓) 배관에 의해 접속하고,
상기 가요 배관의 단부에 플랜지를 설치하고, 또한 이 플랜지를 상기 금속 벨로우즈 부분과 착탈 가능하게 구성하며, 이 플랜지를 통해서 밀폐 용기에 가요 배관을 접속하는 가스 절연 개폐 장치.
제 1 항에 있어서,
가요 배관의 지지 부재의 간격을 1m 이상으로 하는 가스 절연 개폐 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 가요 배관의 금속 벨로우즈부에 고(高)유연성 도료를 도포 또는 전착도장에 의해 실시하는 가스 절연 개폐 장치.
제 2 항에 있어서,
상기 가요 배관의 금속 벨로우즈부에 고유연성 도료를 도포 또는 전착도장에 의해 실시하는 가스 절연 개폐 장치.
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