KR101276046B1 - 스위칭 가스 편향 부재들이 장착된, 접촉 갭을 갖는 고전압 파워 스위치 - Google Patents

스위칭 가스 편향 부재들이 장착된, 접촉 갭을 갖는 고전압 파워 스위치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 접촉 갭(6)을 가진 스위칭 장치에 관한 것으로, 상기 스위칭 장치는 절연체 노즐(7)을 포함한다. 상기 절연체 노즐(7)은 가열 가스 체적부(10)로 통하는 노즐 채널(8)을 포함한다. 가열 가스 체적부(10) 내에는 편향 채널(15a, 15b) 내부에 지지되는 편향 부재(14a, 14b)가 배치된다.

Description

스위칭 가스 편향 부재들이 장착된, 접촉 갭을 갖는 고전압 파워 스위치 {HIGH-VOLTAGE POWER SWITCH HAVING A CONTACT GAP EQUIPPED WITH SWITCHING GAS DEFLECTION ELEMENTS}
본 발명은, 적어도 부분적으로 절연체 노즐에 의해 둘러싸이는 접촉 갭을 갖는 스위칭 장치에 관한 것으로, 상기 절연체 노즐의 노즐 채널은 내부에 편향 부재가 배치되어 있는 가열 가스 체적부로 통한다.
그러한 유형의 스위칭 장치의 예가 일본 출원 JP 02-086023의 초록으로부터 공지되어 있다. 상기 문서에서 접촉 갭은 절연체 노즐에 의해 둘러싸여 있다. 절연체 노즐의 노즐 채널은 가열 가스 체적부로 통한다. 스위칭 동작 시 팽창된 스위칭 가스는 노즐 채널을 통해 가열 가스 체적부로 안내된다. 가열 가스 체적부 내에는 편향 부재도 배치되며, 이 편향 부재에 의해 스위칭 가스에 의한 가열 가스 체적부의 소정의 플러싱(flushing)이 야기된다.
가열 가스 체적부 내에서 정면측에 밸브 관통구가 배치된다. 이러한 밸브 관통구는 가동 요소이기 때문에 부동 어셈블리에 비해 고장 가능성이 더 높다.
본 발명의 과제는, 고장 가능성이 작은 조건에서도 스위칭 가스에 의한 가열 가스 체적의 충분한 플러싱을 보장하는 스위칭 장치를 제공하는 것이다.
상기 과제는 도입부에 언급한 유형의 스위칭 장치에서 본 발명에 따라, 편향 부재가 편향 채널을 포함하고 그 편향 채널 내부에서 지지됨으로써 해결된다.
편향 부재가 편향 채널 내부에서 지지되거나 고정됨으로써, 편향 부재의 외측 및 단부측의 형상을 원하는 대로 형성할 수 있는 가능성이 제공된다. 그럼으로써 편향 부재의 다양한 구성이 가능해지기 때문에, 가열 가스 체적부의 형태와 편향 부재의 상호 작용에 의해 가열가스 체적부 내에 저장된 저온 절연 가스와 스위칭 가스의 더욱 적절한 혼합이 이루어질 수 있다.
스위칭 동작 중에 접촉 갭 내에서는 스위칭 아크의 점화가 일어날 수 있다. 스위칭 아크는 스위칭 가스를 팽창시키고 가열한다. 스위칭 가스는 예컨대 황 헥사프루오르화물과 같은 가열된 절연 가스일 수도 있고, 플라스틱으로부터 배출된 경질 가스(hard gas)일 수도 있다. 상기 스위칭 가스는 또한, 고온 스위칭 아크로부터 노즐 채널을 통해 안내되어 가열 가스 체적부 내로 유입되며, 그곳에 임시 저장된다. 스위칭 아크가 약화된 후에, 또는 아크 플라스마의 접촉 갭을 냉각 및 세척하기 위해, 가열 가스 체적부 내에 임시 저장된 가스가 다시 접촉 갭 내로 분사될 수 있다.
고온 스위칭 가스가 유입되기 전에는 가열 가스 체적부가 스위칭 아크에 노출되지 않은 저온 절연 가스로 채워져 있다. 편향 부재의 적절한 배치 및 형상에 의해, 가열 가스 체적부 내에서 고온 스위칭 가스와 저온 절연 가스의 혼합이 촉진되거나 억제된다. 스위칭 장치에 의해 달성되어야 하는 스위칭 목적에 따라, 가열 가스 체적부 내에서 저온 가스와 고온 가스의 강력한 혼합 및 배합이 제공될 수 있다. 또는, 가열 가스 체적부 내에 바람직하게 거의 난류가 없는 가스의 층화가 이루어질 수 있음으로써, 가열 가스 체적부로부터 임시 저장된 가스의 분사 시 상대적으로 저온인 가스와 상대적으로 고온인 가스의 시퀀스가 발생한다.
편향 채널 내로 유입된 스위칭 가스는 일반적으로, 스위칭 아크에 의해, 높은 압력을 가지며, 증가된 유동 속도로 가열 가스 체적부 내로 유입된다. 편향 채널 내에 존재하는 고정 부재들 또는 지지부들로 인한 고온 스위칭 가스의 유동 속도 저감은 매우 미약한 수준이므로, 계속해서 고온 스위칭 가스의 높은 유동 속도로 충분한 유동이 구현될 수 있고, 그에 따라 스위칭 가스의 간단한 방향 제어 및 안내도 가능하다.
편향 부재는 전기 절연성 재료 또는 전기 전도성 재료를 포함할 수 있다.
또한, 바람직하게는 지지부가 반경방향으로 정렬된 스트럿들을 포함할 수도 있다.
반경방향으로 정렬된 스트럿들은 유동에 유리한 방식으로 편향 채널의 내부에 배치될 수 있다. 이때, 스트럿들 사이에는 편향 채널 내부에서 가스를 안내하기에 충분한 횡단면 면적이 유지된다. 이 경우, 스트럿들은 유동에 유리한 형태로 설계될 수 있다. 즉, 예컨대 스트럿들을 링의 윤곽 내에 형성할 수 있고, 이때 상기 링은 개별 관통구들을 포함한다. 스트럿들이 상기 관통구들을 한정한다. 그럼으로써 예컨대 링 내부에 원형 리세스들이 배치될 수 있으며, 이때 나머지 링 재료부는 편향 부재의 포지셔닝을 위해 반경방향으로 정렬된 스트럿들을 형성한다. 따라서 고정력은 편향 부재에 의해 편향 채널 내부에서 흡수된다. 스트럿들 사이에 배치되는 관통구들을 위해, 주연 링 내부에 원형 리세스들을 사용하는 것 외에, 원호형 리세스, 타원형 리세스 또는 다른 적합한 횡단면 형태의 리세스도 사용될 수도 있다.
바람직하게는, 편향 부재의 대향하는 측면들에 돌출되는 자유 단부들이 제공되도록 편향 부재가 편향 채널의 중앙 섹션 내에 지지될 수 있다.
편향 부재의 지지를 위해 편향 채널의 중앙 섹션을 이용할 경우, 편향 부재의 단부측 섹션들에 고정 및 지지 장치가 없어도 된다. 따라서, 편향 부재는 다양한 형태의 가열 가스 체적부 내에 유연하게 배치될 수 있다. 필요에 따라 가열 가스 체적부 내에서의 배치 및 상태가 비교적 용이하게 변동될 수 있는데, 이는 예컨대 편향 부재의 일측 단부가 다른 부품들과 일직선으로 접할 수 있기 때문이다. 또한, 편향 부재의 중앙 고정에 의해 편향 부재의 다양한 형상이 가능해지며, 고정 부재들이 편향 채널 내부에만 배치될 경우 유동 특성과 관련하여 상기 형상이 최적화될 수 있다.
또 다른 한 바람직한 실시예에서는, 노즐 채널이 환형 채널의 형태로 가열 가스 체적부 내로 통하며, 가열 가스 체적부를 향한 노즐 채널의 분사 방향은 편향 채널 내로 통한다.
절연체 노즐의 노즐 채널은 다양한 형상을 가질 수 있다. 즉, 노즐 채널은 예컨대 회전대칭형 형상을 가질 수 있으며, 이때 노즐 채널은 그 길이에 걸쳐서 상이한 횡단면을 가진 상이한 섹션들을 포함할 수 있다. 따라서 예컨대 가열 가스 체적부 내로 통하는, 노즐 채널의 연통 영역을 환형으로 형성할 수 있으며, 그 결과 노즐 채널은 상기 영역에서 환형 채널의 형태로 형성된다. 환형 채널은 접촉 갭으로부터 전달된 고온 스위칭 가스가 가열 가스 체적부 내로 분사되도록 하는 데 적합하다. 이 경우, 가열 가스 체적부 내로의 노즐 채널의 분사 방향은 노즐 채널이 편향 채널 내로 통하도록 방향 제어된다. 그럼으로써 노즐 채널로부터 배출되는 스위칭 가스가 가열 가스 체적부 내로 유입되고, 바람직하게는 편향 채널 내로 옮겨져서 그곳으로부터 계속 전달된다. 따라서 가열 가스 체적부 내에서의 특정 유동 방향이 미리 정해진다. 이 경우, 환형 채널의 연통 개구와 편향 채널의 가스 유입구는 서로 이격되는 것이 바람직한데, 그 이유는 그렇게 함으로써 초과압 발생 시 노즐 채널의 연통 개구와 편향 채널의 가스 유입구 사이의 영역으로부터 과잉 가스가 방류될 수 있게 되어 노즐 채널 또는 편향 채널의 손상이 방지되기 때문이다.
또 다른 한 실시예에서는, 노즐 채널을 한정하는 벽부가 적어도 부분적으로 편향 채널 내로 돌출될 수 있다.
절연체 노즐의 노즐 채널은 벽부들에 의해 한정된다. 이 벽부들은 예컨대 절연체 노즐의 일부분이거나, 예컨대 보조 노즐, 스위칭 접촉 갭 등과 같은 다른 어셈블리의 일부분이다. 노즐 채널을 한정하는 벽부가 가열 가스 체적부로 통하는 노즐 채널의 연통 영역을 지나서까지 연장되는 경우, 상기 벽부는 바람직하게 편향 채널 내로 돌출할 수 있다. 그럼으로써 노즐 채널로부터 편향 채널로의 고온 스위칭 가스의 이동이 지원된다. 노즐 채널을 한정하는 벽부는 적어도 그의 표면에 절연 재료를 포함할 수 있다. 예컨대 스위칭 접촉편은 절연 재료로 된 피복을 포함할 수 있다. 예컨대 폴리테트라플루오르에틸렌의 사용이 바람직한 것으로 밝혀졌으며, 상기 폴리테트라플루오르에틸렌은 노즐 채널을 마감하는 데 사용될 수 있다. 편향 채널 내로 돌출되는 벽부는 노즐 채널을 적어도 섹션별로 한정해야 한다. 이 경우, 노즐 채널의 연통 영역을 환형 채널로서 한정하는 벽부의 사용이 바람직하다.
바람직하게는 편향 부재가 편향 채널 내로 돌출되는 벽부에 지지될 수 있다.
편향 부재가 편향 채널 내로 돌출되는 벽부에 지지됨으로써, 편향 채널과 노즐 채널 사이에 고정된 각도의 연결이 형성될 수 있다. 그럼으로써 노즐 채널과 편향 부재 사이의 간극 및 기하학적 배치가 결정된다. 필요한 경우 서로 상대 운동을 할 수 있는 추가 부품들과 무관하게, 편향 채널과 노즐 채널의 상대적 위치는 거의 동일하게 유지된다. 그럼으로써 가열 가스 체적부 내에서의 스위칭 가스 흐름의 안정적이고 지속적인 안내 및 방향 제어가 제공된다.
편향 채널 내로 돌출되는 벽부는 예컨대 중공 원통형으로 형성될 수 있으며, 예컨대 접촉편, 특히 아크 접촉편은 필요한 경우 절연 재료로 둘러싸일 수 있다. 상기 아크 접촉편은 예컨대 편향 채널을 관통할 수 있고, 상기 편향 채널을 예컨대 환형 채널의 형태로 수축시킬 수 있다. 이 경우, 편향 채널 내로 돌출되는 벽부는 예컨대 절연체 벽부일 수 있다. 또는 편향 채널 내로 돌출되는 접촉편 자체에 의해, 가열 가스 체적부 내로 통하는 노즐 채널의 연통 영역이 환형 채널로 구조화될 수도 있다. 상기 접촉편은 예컨대 가동식 또는 고정식 아크 접촉편의 형태로, 예컨대 튜브형으로 구현될 수 있다. 튤립 형태 또는 튜브 형태의 아크 접촉편과, 외부면을 덮고 있는 전기 절연층이 결합되어 편향 채널 내로 돌출되는 벽부를 형성하는 것도 고려될 수 있다. 편향 부재는 금속 소재로 제조될 수 있다. 고정을 위해 편향 부재에 나사 조임, 접착, 클램핑 등의 조치가 취해질 수 있다.
또 다른 한 바람직한 실시예에 따라, 편향 부재는 노즐 채널을 한정하는 벽부와 일체로 형성될 수 있다.
노즐 채널을 한정하는 벽부와 편향 부재가 일체로 통합됨으로써, 전기 스위칭 장치의 내부에 일체형 결합체가 형성된다. 그럼으로써, 편향 부재는 조립 중에 노즐 채널을 한정하는 벽부와 함께 전기 스위칭 장치에 배치될 수 있다.
또한, 상기 일체형 제조로 인해 스위칭 장치의 양산 시에도 지속적인 치수 안정성이 제공될 수 있다.
바람직하게는, 환형 편향 채널이 형성되도록, 노즐 채널을 한정하는 벽부가 편향 부재 내로 돌출할 수 있다.
편향 채널이 환형 섹션을 갖도록 형성됨으로써, 특히 가열 가스 체적부 내로 통하는 노즐 채널의 환형 연통 개구에서 노즐 채널로부터 배출되는 스위칭 가스가 편향 채널 내로 원활하게 전달될 수 있는 가능성이 제공된다. 이때, 스위칭 가스 흐름이 층상으로 안내됨에 따라, 가열 가스 체적부 내로의 유입 시 최대한 균일한 환형의 스위칭 가스 막이 형성된다.
또 다른 한 바람직한 실시예에 따라, 편향 채널을 한정하는 벽부 내에 반경방향으로 정렬된 개구들이 배치될 수 있다.
반경방향으로 정렬된 개구들을 포함하는 편향 채널의 벽부는 바람직하게 편향 부재의 외부면에 배치되어야 한다. 그럼으로써, 고온 스위칭 가스가 편향 채널 내로 유입되면 상기 고온 스위칭 가스가 반경방향으로 정렬된 개구들 내로도 편향될 수 있다. 그럼으로써 편향 채널 방향으로의 축방향 배출 외에, 개구를 통한 소거 가스(quenching gas) 흐름의 적어도 일부의 반경방향 배출도 제공된다. 이를 위해, 예컨대 스위칭 가스를 반경방향 및 축방향으로 분할하는 데 편향 채널 내부에 존재하는 지지부가 이용된다.
편향 부재의 외부면 내에 개구들이 적절하게 배치되면, 고온 스위칭 가스가 가열 가스 체적부 내로 광범위하게 분할되어 유입될 수 있다. 따라서, 예컨대 편향 부재의 외벽 내에서 주연부에 각각의 개구 그룹이 환형으로 반경방향으로 정렬되도록 배치될 수 있다. 각각의 링들이 서로 이격되고, 경우에 따라 개구들의 형태 또는 개구들의 위치가 변동됨으로써, 고온 스위칭 가스와 가열 가스 체적부 내에 존재하는 저온 절연 가스의 다소 강력한 혼합이 이루어질 수 있다.
또 다른 한 바람직한 실시예에 따라, 편향 부재가 전기 절연 작용을 할 수 있다.
특히 편향 부재가 노즐 채널을 한정하는 벽부와 일체로 형성될 경우, 편향 부재는 완전히 절연 재료로 제조되는 것이 바람직하다. 그럼으로써, 노즐 채널을 적어도 부분적으로 한정하는 벽부와 편향 부재를 일체로 형성하기 위해 예컨대 경제적인 플라스틱 성형법이 이용될 수 있다. 또는, 편향 부재의 베이스를 예컨대 전기 전도성 재료로 형성하는 것도 가능하며, 이 경우 편향 부재 상에 섹션에 따라 전기 절연 코팅이 도포될 수 있다.
또 다른 한 바람직한 실시예에 따라, 편향 부재가 축에 대해 회전대칭형으로 형성될 수 있다.
회전대칭형 구조들은 유전적으로 유리한 형상을 가지며, 스위칭 가스가 비교적 난류가 적은 형태로 상기 회전대칭형 구조들의 표면을 따라 유동할 수 있도록 한다. 특히 본 발명에 따른 스위칭 장치가 중간 전압, 고전압 및 초고전압 영역에서, 즉 만 볼트 내지 수십만 볼트의 전압에서 사용될 경우, 스위칭 장치의 어셈블리를 유전적으로 유리하게 형성하는 것이 바람직하다.
이 경우, 바람직하게 편향 부재는 실질적으로 중공 원통형 형상을 가질 수 있다.
중공 원통형 구조는 편향 채널을 중공 원통 내부에 형성하거나, 원형 횡단면을 갖는 중공 원통 내부에 추가의 벽부를 제공함으로써 상응하는 환형 채널을 한정하는 데 적합하다. 이때, 중공 원통은 그 길이에 걸쳐 실질적으로 일정한 윤곽을 갖는다. 이 경우, 지지부 등을 형성하기 위해 중공 원통형 베이스 구조에 개별 돌출부들, 에지들, 성형부들 등도 용이하게 제공될 수 있다.
또 다른 한 바람직한 실시예에 따라, 편향 부재가 실질적으로 중공 원뿔대 형태를 가질 수 있다.
편향 부재의 중공 원뿔대형 형상을 통해, 편향 채널의 연장부에서 상기 편향 채널의 횡단면이 확장되거나 수축될 수 있다. 그럼으로써 편향 채널 내부에서의 흐름에 긍정적으로 작용할 수 있다. 특히, 편향 부재의 편향 채널 내로 고온 스위칭 가스가 유입되는 방향으로 연속 확장 시, 편향 채널의 길이에 걸쳐 고온 스위칭 가스가 최대한 신속하게 전달되도록 하기 위해, 고온 소거 가스의 유동 속도가 점차 감소함에 따라 편향 채널의 채널 횡단면이 확장되는 것이 바람직하다.
또한, 바람직하게는 편향 채널의 횡단면이 불연속적으로 변화될 수 있다.
편향 부재의 기본 형상과 무관하게, 유입되는 고온 스위칭 가스가 바람직한 방향으로 방향 제어 및 안내되도록 하기 위해, 편향 채널 내부에 돌출부들, 환형 쇼울더들, 수축부들 등이 형성되는 것이 바람직하다. 이 경우, 불연속적인 횡단면 변화는 예컨대 편향 채널 내부에 배치된 지지부에 의해서도 야기될 수 있다.
또 다른 한 바람직한 실시예에서는, 편향 채널이 영구적 가스 유입구 및 영구적 가스 배출구를 가질 수 있다.
편향 채널의 가스 유입구와 가스 배출구는 서로 상이한 횡단면 면적을 가질 수 있다. 가스 유입 채널의 형상 및 연장 패턴에 따라, 편향 채널 내부에서 고온 스위칭 가스의 더욱 적절한 방향 제어 및 제어가 구현될 수 있다. 영구적 가스 유입구 및 가스 배출구가 존재함에 따라, 스위칭 장치의 스위칭 상태와 무관하게 항시 편향 채널로의 가스 유입 또는 편향 채널로부터의 가스 배출이 가능하다. 따라서 스위칭 가스의 흐름 및 방향 제어는 편향 채널의 형상에 의해 영향을 받는다. 밸브 등과 같은 가동식 장치는 생략될 수 있다. 가스 유입구와 가스 배출구는 예컨대 축방향으로 연달아 배치되도록 설계될 수 있다.
또한, 바람직하게 동축으로 정렬된 2개의 회전대칭형 접촉편 사이에 가열 가스 체적부가 배치될 수 있다.
동축으로 정렬된 2개의 회전대칭형 접촉편 사이에 가열 가스 체적부가 배치되면, 중공 원통에 상응하는 가열 가스 체적부의 기본 구조가 형성된다. 접촉편들은 예컨대 동일한 전기 전위를 전도하는 파워 스위치의 아크 접촉편 및 정격 전류 접촉편일 수 있다. 파워 스위치에는 서로 상대 운동이 가능한 접촉편들 사이에 접촉 갭들이 형성될 수 있다. 스위칭 접촉편들 사이의 전기 접촉에 의해 전기 전도성 전류 경로가 형성되고, 스위칭 접촉편들 사이의 전기적 연결이 분리됨으로써 상기 전류 경로가 소멸된다. 전류 경로의 형성 및 소멸을 위해, 스위칭 접촉편들이 서로 상대 운동을 할 수 있다. 스위치-온/오프 동작 시, 이때 발생하는 스위칭 아크에 의한 침식을 제어할 수 있도록 하기 위해, 스위칭 장치는 바람직하게 아크 접촉편과 정격 전류 접촉편의 세트들을 포함한다. 이 경우, 상호 관련된 아크 접촉편 및 정격 전류 접촉편에는 영구적으로 동일한 전기 전위가 인가된다. 스위치-온 동작 시 먼저 아크 접촉편들이 서로 접촉됨에 따라, 발생하는 스위치-온 아크는 상기 아크 접촉편들에 안내된다. 시간상 그에 후속하는 정격 전류 접촉편들의 접촉은 거의 아크 발생이 없이 이루어진다. 그 결과, 아크 접촉편들은 그 재료 선택에 있어서 내침식성에 알맞게 최적화될 수 있고, 정격 전류 접촉편들은 그 전기 전도성과 관련하여 최적화될 수 있다. 스위치-오프 동작 시에는 이와 역순으로 진행된다. 먼저, 정격 전류 접촉편들의 전기적 분리가 실시되고, 그에 후속하여 아크 접촉편들이 개방되며, 상기 아크 접촉편들 사이에 규칙적으로 스위치-오프 아크가 점화된다.
이러한 스위치-온/오프 아크는 그의 열에너지로 인해, 접촉 갭의 영역 내에 존재하는 절연 가스 또는 경질 가스를 팽창시키고 가열할 수 있다. 이렇게 가열된 스위칭 가스는, 접촉 갭으로 분사되어 접촉 갭으로부터 전기 전도성 아크 플라스마를 제거하는 데 이용될 수 있다. 이를 위해, 스위칭 가스는 가열 가스 체적부 내에 임시 저장된다.
또 다른 한 바람직한 실시예에서는, 노즐 채널이 접촉편들 사이에서 가열 가스 체적부의 정면 단부측으로 통할 수 있다.
노즐 채널이 실질적으로 중공 원통형 횡단면을 갖는 가열 가스 체적부의 정면 단부측에서 상기 가열 가스 체적부 내로 통함으로써, 가열 가스 체적부의 외부면 영역들이 비교적 임의로 형성될 수 있다. 또한, 접촉편들의 축에 대해 회전대칭형으로 정렬된 채널은 스위칭 장치의 유전적으로 유리한 구성에 매칭된다.
하기에서는 실시예를 토대로 본 발명을 도면에 개략적으로 도시하고, 더 상세히 설명한다.
도 1은 제1 실시예에 따른, 편향 부재를 구비한 스위칭 장치의 단면도이다.
도 2는 제2 및 제3 실시예에 따른, 편향 부재를 구비한 스위칭 장치의 단면도이다.
먼저 도 1을 토대로, 스위칭 장치의 기본 구조를 설명한다. 스위칭 장치의 기본 구조는 도 2에 도시된 실시예에도 적용된다.
도 1 및 도 2에 도시된 스위칭 장치는 제1 아크 접촉편(1) 및 제2 아크 접촉편(2)을 포함한다. 제1 아크 접촉편(1) 및 제2 아크 접촉편(2)은 하나의 축(3)에 대해 동축으로 정렬되도록 서로 맞은편에 배치된다. 축(3)은 스위칭 장치의 종축을 나타내며, 상기 축에 대해 스위칭 장치가 실질적으로 동축으로 정렬된다. 상기 두 아크 접촉편(1, 2)은 서로 이격 배치되어, 축(3)을 따라 서로에 대해 움직일 수 있다. 제1 아크 접촉편(1)에 대해 동축으로 제1 정격 전류 접촉편(4)이 정렬된다. 제2 아크 접촉편(2)에 대해 동축으로 제2 정격 전류 접촉편(5)이 정렬된다. 상기 두 정격 전류 접촉편(4, 5)은 튜브 형상을 갖는다. 상호 대면하는 아크 접촉편들(1, 2)의 단부들 사이에는 접촉 갭(6)이 형성된다. 두 아크 접촉편들(1, 2)도 두 정격 전류 접촉편들(4, 5)과 마찬가지로 축(3)을 따라 서로에 대해 움직일 수 있기 때문에, 상호 전기 접촉이 가능하다. 이 경우, 스위치-온 동작 시 먼저 상기 두 아크 접촉편들(1, 2)의 전기 접촉이 이루어지고, 그 다음으로 두 정격 전류 접촉편들(4, 5)의 전기 접촉이 이루어진다. 스위치-오프 동작 시에는 먼저 두 정격 전류 접촉편들(4, 5)이 개방되고, 그 다음으로 두 아크 접촉편들(1, 2)이 개방된다. 그럼으로써, 스위칭 동작 중에 발생하는 스위칭 아크가 바람직하게 접촉 갭(6) 내에 형성되는 점이 보장된다.
접촉 갭(6)은 절연체 노즐(7)로 둘러싸인다. 절연체 노즐(7)은 예컨대 폴리테트라플루오르에틸렌으로부터 소결법으로 제조된 바디이다. 절연체 노즐(7)은 노즐 채널(8)을 포함한다. 노즐 채널(8)은 상이한 횡단면을 갖는 복수의 섹션을 포함한다. 절연체 노즐(7)은 제1 정격 전류 접촉편(4)에 고정된다. 이를 위해 제1 정격 전류 접촉편(4)에는 환형으로 돌출된 쇼울더가 제공되며, 이 쇼울더에 대해 절연체 노즐(7)의 융기부가 압착된다. 환형으로 설계된 나사 결합부(9)에 의해, 절연체 노즐(7)은 제1 정격 전류 접촉편과 단단하게 연결된다.
실질적으로 튜브형으로 형성된 제1 정격 전류 접촉편(4)과 제1 아크 접촉편(1) 사이에는 중공 원통형 가열 가스 체적부(10)가 형성된다. 중공 원통형 가열 가스 체적부(10)는 실질적으로 원형의 횡단면을 가지며, 축(3)에 대해 동축으로 정렬된다. 접촉 갭(6)을 향하는, 가열 가스 체적부(10)의 정면측 단부에서 노즐 채널(8)이 상기 가열 가스 체적부 내로 통한다.
제1 아크 접촉편(1)은 연결 부재(11)를 통해 제1 정격 전류 접촉편(4)과 연결된다. 연결 부재(11)는 가열 가스 체적부의, 접촉 갭(6) 반대편 단부에 경계벽을 형성한다. 연결 부재(11)의 경계벽 내에는 리세스들이 제공되며, 이 리세스들은 필요한 경우 밀폐될 수 있다.
제1 아크 접촉편(1)뿐만 아니라, 제2 아크 접촉편(2)과, 제1 정격 전류 접촉편(4)과 제2 정격 전류 접촉편(5)도 복수의 부품들로 구성될 수 있다. 제1 아크 접촉편(1)에 할당된 제1 정격 전류 접촉편(4)과, 제2 정격 전류 접촉편(5)에 할당된 제2 아크 접촉편(2)은 스위칭 장치의 스위칭 상태와 무관하게 각각 동일한 전기 전위를 전도한다. 제1 아크 접촉편(1) 및 제1 정격 전류 접촉편(4)은 연결 부재(11)를 통해 서로 전도성으로 연결된다.
제1 아크 접촉편(1)은 접촉 갭(6)을 향하는 단부에 부시형 개구를 갖는다. 제2 아크 접촉편(2)이 그에 대응하는 형상의 볼트형 구조물을 가짐으로써, 제2 아크 접촉편(2)은 접촉을 위해 제1 아크 접촉편(1)의 부시형 개구 내로 진입될 수 있다. 접촉 갭(6)으로부터 먼 쪽을 향하는, 제1 아크 접촉편(1)의 타측 연장부는 실질적으로 튜브형으로 형성된다. 그럼으로써, 제1 아크 접촉편(1)의 내부는 예컨대 절연 가스, 스위칭 가스 등과 같은 유동 매체를 전달하는 데 이용될 수 있다.
제1 아크 접촉편(1)이 부분적으로 절연체 노즐(7)의 노즐 채널(8) 내로 돌출함에 따라, 절연체 노즐(7)과 제1 아크 접촉편(1)이 동축으로 정렬됨으로써 노즐 채널(8)의 튜브형 개구(12)가 가열 가스 체적부(10) 내에 형성된다. 제1 아크 접촉편(1)에 의해, 노즐 채널(8)과 제1 아크 접촉편(1)의 중첩 영역에서는 노즐 채널(8)이 환형 채널 형태로 형성된다. 또한, 제1 아크 접촉편(1)은 이른바 보조 노즐(13)로 둘러싸인다. 보조 노즐(13)은 전기 절연 작용을 한다. 제1 아크 접촉편(1)의 외부면이 보조 노즐(13)로 둘러싸인다. 보조 노즐(13)이 내부로 돌출되는 노즐 채널(8)과 상기 보조 노즐(13)의 외부면 사이에서 노즐 채널(8)이 한정된다. 보조 노즐(13)의 벽부는 접촉 갭(6)으로부터 노즐 채널(8)의 환형 연통 개구(12)를 넘어 돌출하도록 연장되며, 가열 가스 체적부(10)의 영역에서도 적어도 부분적으로 제1 아크 접촉편(1)의 외측을 둘러싼다.
도 1에 따라, 가열 가스 체적부(10)의 내부에는 편향 부재의 제1 실시예(14a)가 설치되어 있다. 상기 편향 부재(14a)는 축(3)에 대해 동축으로 정렬된, 중공 원통형이면서 회전대칭형인 구조를 갖는다. 편향 부재(14a)는 그의 전체 길이에 걸쳐서 제1 아크 접촉편(1) 및 보조 노즐(13)의 벽 연장부에 의해 관통된다. 그럼으로써 실질적으로 중공 원통형인 편향 채널(15a)이 형성된다. 편향 부재(14a)의 외측 벽부 내에는 개구들(16)이 제공된다. 이 개구들(16)은 각각 축(3)에 대해 반경방향으로 정렬되며, 편향 채널(15a)의 외부면을 한정하는 벽부를 관통한다. 이때, 상기 개구들(16)은 각각 환형의 주연 경로 상에 균일하게 분포하도록 배치되며, 편향 부재(14a)에는 축(3)을 따라 축방향으로 오프셋된 복수의 경로들이 배치된다. 편향 부재(14a)는 축(3)의 축방향으로 자유 단부들을 가지며, 이 자유 단부들은 필요에 따라 상응하게 성형될 수 있다. 상기 자유 단부들은 가열 가스 체적부(10)의 정면측 경계면들로부터 이격된다.
편향 채널(15a) 내에는 지지부(17)가 배치된다. 지지부(17)는 축(3)의 축 방향으로 개별 리세스들에 의해 단속되는 주연 링의 형상을 갖는다. 이때, 리세스들은 다양한 유형의 횡단면을 가질 수 있으며, 링의 리세스들 사이에는 웨브가 형성되고, 상기 웨브를 이용하여 편향 부재(14a)는 노즐 채널(8)의 환형 연통 개구(12) 너머로 연장되는 벽부와 연결된다. 편향 부재(14a)의 형상과 무관하게, 편향 부재(14a)는 노즐 채널(8)을 한정하기도 하는 상기 벽부와 일체로 형성될 수 있거나 상기 유형의 벽부 상에 지지될 수 있고, 예컨대 압입 끼워맞춤, 헐거운 끼워 맞춤 (clearance fit) 등이 제공될 수 있다.
본 실시예의 경우, 노즐 채널(8)을 한정하기도 하는 벽부는 편향 채널(15a)을 완전히 관통한다. 도 1에 따른 본 실시예에서 편향 채널(15a)은 중공 원통형 편향 부재(14a)의 내부면과, 노즐 채널(8)을 한정하기도 하는 벽부의 사이에 형성된다. 본 실시예에서 편향 부재(14a)는 보조 노즐(13)과, 그리고 그와 더불어, 노즐 채널(8)을 한정하기도 하는 벽부와도 일체로 연결된다. 보조 노즐(13)은 편향 부재(14a)와 함께 플라스틱, 바람직하게는 폴리테트라플루오르에틸렌으로 형성된다.
2개의 아크 접촉편(1, 2) 사이에 스위칭 아크가 발생할 경우, 상기 영역에 존재하는 절연 가스가 가열 및 팽창됨에 따라 고온의 스위칭 가스가 발생한다. 경우에 따라 절연체 노즐(7)의 절연 재료가 가스화되기도 한다. 팽창 및 가열된 스위칭 가스의 적어도 일부는 노즐 채널(8)을 통과하여, 접촉 갭(6) 내에 놓인 절연체 노즐(7)의 내부에서 연소하는 스위칭 아크에 의해 환형 연통 개구(12)를 통해 가열 가스 체적부(10) 내로 유도된다. 노즐 채널(8)로부터 고온의 스위칭 가스가 배출 방향으로 편향 부재(14a)의 편향 채널(15a) 내로 흐른다. 편향 부재(14a) 내에서 스위칭 가스의 일부는 개구들(16) 내로 반경방향으로 편향되고, 스위칭 가스의 다른 일부는 전부 편향 채널(15a)을 통과하여 상기 편향 채널로부터 가스 배출 개구를 통해 다시 축(3)의 축방향으로 배출된다. 따라서 가열 가스 체적부(10) 내에 존재하는 저온의 절연 가스가 바람직하게 층상으로 통과됨에 따라, 가열 가스 체적부(10)에 임시 저장된 가스는 접촉 갭(6) 내 스위칭 아크의 약화 시 노즐 채널(8)을 통해 다시 접촉 갭(6)의 방향으로 배출된다. 가열 가스 체적부(10)로부터 가스가 역류할 때, 상기 가스는 바람직하게 반경방향들로부터 노즐 채널(8)의 연통 개구(12)와, 상기 노즐 채널(8)로의 편향 채널(15a)의 가스 유입구 사이의 구역으로 유입된다.
도 2에는 도 1에 필적하는 전기 스위칭 장치의 기본 구조의 단면도가 도시되어 있다. 도 1에 따른 편향 부재의 형상을 제외하면 구성들은 기능적으로 동일하므로, 도 1을 토대로 배치, 작용 방식, 재료 등과 관련하여 설명한 내용들은 도 2에 따른 장치에도 적용된다. 따라서 도 2에서는 도 1에서와 동일한 작용을 하는 부품들에 대해 동일한 도면부호가 사용되었다.
도 2에 사용된 보조 노즐(13)에는 편향 부재(14b)의 제2 및 제3 실시예가 설치되어 있다. 여기서 축(3)의 상부에는 제2 실시예가 도시되어 있고, 축(3)의 하부에는 제3 실시예가 도시되어 있다. 편향 부재(14b)의 설계 시 상기 두 실시예 중 하나가 사용될 수 있으며, 이때 상기 실시예는 축(3)의 주연부 전체를 둘러싸도록 형성된다.
편향 부재(14b)의 제2 실시예는 실질적으로 중공 원뿔대형 구조를 갖는다. 상기 중공 원뿔대 구조의 회전축은 축(3)에 대해 동축으로 정렬된다. 편향 부재(14b)의 제2 실시예는 노즐 채널(8)을 한정하기도 하는, 보조 노즐(13)의 벽부 상에 지지된다. 이를 위해 상기 벽부는 노즐 채널(8)의 환형 연통 개구(12) 너머까지 연장됨에 따라, 상기 벽부는 편향 부재(14b)의 제2 실시예를 완전히 관통한다. 편향 부재(14b)의 중앙 섹션 내에는 지지부(17)가 제공되며, 이 지지부는 축(3) 주변에 반경방향으로 정렬된 복수의 스트럿을 포함하며, 그 결과 편향 부재(14b)의 제2 실시예는 노즐 채널(8)을 한정하기도 하는, 보조 노즐(13) 상의 벽부에 지지된다. 역시 일체형 구성이 제공될 수 있다. 또는, 편향 부재(14b)의 제2 실시예가 보조 노즐(13) 상에만 지지될 수도 있다. 도 2에 따라 제2 실시예의 편향 부재(14b)는 전체가 플라스틱으로 형성되며, 보조 노즐(13)과 일체로 형성된다. 외부면에는 역시 반경방향으로 정렬된 개구들(16)이 제공되며, 이 개구들은 서로 축방향으로 이격된 복수의 링들 내에서 축(3) 둘레를 둘러싸며 편향 부재(14b)의 제2 실시예의 외측 벽부를 관통한다.
축(3)의 상부에는 편향 부재(14b)의 제2 실시예가 도시되어 있다. 여기서 벽부는 편향 채널(15b)의 길이에 걸쳐 거의 일정한 벽두께를 갖도록 형성된다. 축(3)의 하부에 도시된 편향 부재(14b)의 제3 실시예에서는 지지부(17)의 스트럿들이 배치되어 있는 중앙 섹션의 영역 내에 단차부(step)가 제공됨에 따라, 편향 부재(14b)의 제2 실시예의 벽부는 단차 급등부를 갖는다. 그로 인해, 내부면에 축방향으로 차례로 놓인 편향 채널(15b)의 (중공) 원통형 섹션들 사이에 단차부를 갖는 중공 원뿔대의 외부면이 구현된다. 편향 채널(15b)의 제1 (중공) 원통형 섹션은 편향 채널(15b)의 제2 중공 원통형 섹션에 비해 더 작은 외경을 갖는다. 제1 섹션으로부터 제2 섹션으로의 단차 급등부는 중앙 섹션 내에 제공되며, 상기 중앙 섹션 내에는 지지부(17)의 스트럿들도 배치된다. 노즐 채널(8)의 연통 개구(12)로부터 배출되는 고온의 스위칭 가스 흐름의 안내 및 편향과 관련해서는 도 1의 경우와 동일하게 적용된다. 여기서도 노즐 채널(8)의 배출 방향은, 배출되는 스위칭 가스가 편향 채널(15b) 내로 직접 유입되는 방식으로 가열 가스 체적부(10)를 향하도록 방향 제어된다. 상기 배출 채널(15b) 내에서는 부분적으로 반경방향 편향이 실시되고, 고온 스위칭 가스의 부분 흐름이 개구들(16)로부터 배출된다. 또한, 편향 채널(15b)의 가스 유입구 반대편에 배치된 가스 배출구로부터도 스위칭 가스의 일부가 축(3)의 축방향으로 배출된다.
노즐 채널(8) 내의 압력이 강하되면, 가열 가스 체적부(10) 내에 임시 저장되었던 더 높은 압력의 가스량이 역류된다. 이때, 중간 저장된 가스는 반경방향들로부터 노즐 채널의 연통 개구(12)와 편향 채널(15b)의 가스 유입구 사이의 간극 영역 내로 유입되기도 하며, 접촉 갭(6)의 방향으로 노즐 채널(8)을 통해 배출된다.
도 1 및 도 2에 도시된 개별 어셈블리들의 구성 및 형상 외에, 다른 구성들도 제공될 수 있다. 특히 편향 부재(14a, 14b) 및 편향 채널(15a, 15b)의 구성 및 구현 시 또 다른 형상들도 제공될 수 있다. 편향 부재(14a, 14b)의 기본 작용 방식은, 도면들에 도시된 것처럼, 동일하다.

Claims (20)

  1. 적어도 부분적으로 절연체 노즐(7)에 의해 둘러싸인 접촉 갭(6)을 가진 스위칭 장치이며, 절연체 노즐의 노즐 채널(8)은 가열 가스 체적부(10)로 통하며, 가열 가스 체적부 내에는 편향 부재(14a, 14b)가 배치되는, 스위칭 장치에 있어서,
    상기 편향 부재(14a, 14b)는 편향 채널(15a, 15b)을 포함하며, 상기 편향 채널(15a, 15b) 내부에서 지지되는 것을 특징으로 하는, 스위칭 장치.
  2. 제1항에 있어서, 지지부(17)는 반경방향으로 정렬된 스트럿들을 포함하는 것을 특징으로 하는, 스위칭 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 편향 부재(14a, 14b)의 대향하는 측면들에 돌출되는 자유 단부들이 제공되도록, 편향 부재(14a, 14b)가 편향 채널(15a, 15b)의 중앙 섹션 내에 지지되는(17) 것을 특징으로 하는, 스위칭 장치.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 노즐 채널(8)이 환형 채널(12)의 형태로 가열 가스 체적부(10) 내로 통하며, 가열 가스 체적부(10)를 향한 노즐 채널(8)의 분사 방향은 편향 채널(15a, 15b) 내로 통하는 것을 특징으로 하는, 스위칭 장치.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 노즐 채널(8)을 한정하는 벽부(13, 1)가 적어도 부분적으로 편향 채널(15a, 15b) 내로 돌출되는 것을 특징으로 하는, 스위칭 장치.
  6. 제5항에 있어서, 편향 부재(14a, 14b)는 편향 채널(15a, 15b) 내로 돌출되는 벽부(13, 1)에 지지되는 것을 특징으로 하는, 스위칭 장치.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 편향 부재(14a, 14b)는 노즐 채널(8)을 한정하는 벽부(13)와 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는, 스위칭 장치.
  8. 제5항에 있어서, 노즐 채널(8)을 한정하는 벽부(13)는, 환형 편향 채널(15a, 15b)이 형성되도록, 상기 편향 부재(14a, 14b) 내로 돌출되는 것을 특징으로 하는, 스위칭 장치.
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서, 편향 채널(15a, 15b)을 한정하는 벽부 내에 반경방향으로 정렬된 개구들(16)이 배치되는 것을 특징으로 하는, 스위칭 장치.
  10. 제1항 또는 제2항에 있어서, 편향 부재(14a, 14b)는 전기 절연 작용을 하는 것을 특징으로 하는, 스위칭 장치.
  11. 제1항 또는 제2항에 있어서, 편향 부재(14a, 14b)는 축에 대해 회전대칭형으로 형성되는 것을 특징으로 하는, 스위칭 장치.
  12. 제11항에 있어서, 편향 부재(14a)는 실질적으로 중공 원통형 형상을 갖는 것을 특징으로 하는, 스위칭 장치.
  13. 제11항에 있어서, 편향 부재(14b)는 실질적으로 중공 원뿔대형 형상을 갖는 것을 특징으로 하는, 스위칭 장치.
  14. 제5항에 있어서, 편향 채널(15a, 15b)의 횡단면이 불연속적으로 변화되는 것을 특징으로 하는, 스위칭 장치.
  15. 제5항에 있어서, 편향 채널(15a, 15b)은 영구적 가스 유입구 및 영구적 가스 배출구를 갖는 것을 특징으로 하는, 스위칭 장치.
  16. 제5항에 있어서, 가열 가스 체적부(10)는 동축으로 정렬된 2개의 회전대칭형 접촉편(1, 4) 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는, 스위칭 장치.
  17. 제16항에 있어서, 노즐 채널(8)은 접촉편들(1, 4) 사이에서 가열 가스 체적부(10)의 정면 단부측으로 통하는 것을 특징으로 하는, 스위칭 장치.
  18. 제1항 또는 제2항에 있어서, 편향 부재(14a, 14b)의 대향하는 측면들에 돌출되는 자유 단부들이 제공되도록, 편향 부재(14a, 14b)가 편향 채널(15a, 15b)의 중앙 섹션 내에 지지되며(17), 노즐 채널(8)이 환형 채널(12)의 형태로 가열 가스 체적부(10) 내로 통하며, 가열 가스 체적부(10)를 향한 노즐 채널(8)의 분사 방향은 편향 채널(15a, 15b) 내로 통하는 것을 특징으로 하는, 스위칭 장치.
  19. 제1항 또는 제2항에 있어서, 편향 부재(14a, 14b)의 대향하는 측면들에 돌출되는 자유 단부들이 제공되도록, 편향 부재(14a, 14b)가 편향 채널(15a, 15b)의 중앙 섹션 내에 지지되며(17), 노즐 채널(8)을 한정하는 벽부(13, 1)가 적어도 부분적으로 편향 채널(15a, 15b) 내로 돌출되는 것을 특징으로 하는, 스위칭 장치.
  20. 제1항 또는 제2항에 있어서, 편향 부재(14a, 14b)의 대향하는 측면들에 돌출되는 자유 단부들이 제공되도록, 편향 부재(14a, 14b)가 편향 채널(15a, 15b)의 중앙 섹션 내에 지지되며(17), 노즐 채널(8)을 한정하는 벽부(13, 1)가 적어도 부분적으로 편향 채널(15a, 15b) 내로 돌출되며, 노즐 채널(8)을 한정하는 벽부(13)는, 환형 편향 채널(15a, 15b)이 형성되도록, 상기 편향 부재(14a, 14b) 내로 돌출되는 는 것을 특징으로 하는, 스위칭 장치.
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