KR101338483B1 - 변전설비용 차단기 및 이를 구비하는 변전 설비 - Google Patents

Abstract

본 발명은 변전설비용 차단기 및 이를 구비하는 변전 설비에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 개선된 구조를 갖는 변전설비용 압축공기 조작 방식 차단기와 이를 구비하는 변전 설비에 관한 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 변전설비용 차단기는, 압축공기 탱크, 콤프레셔 및 공기조작부를 구비하는 변전설비용 압축공기 조작 방식 차단기에 있어서, 상기 공기조작부는, 상기 압축공기 탱크로부터 유입되는 압축공기를 이용하여 변전설비의 차단 동작을 실행하기 위한 메인밸브, 조작 실린더 및 피스톤을 포함하여 구성되고, 상기 공기조작부를 통해 상기 압축공기의 배출 시 발생되는 소음을 감축시키기 위한 소음기를 포함하되, 상기 공기조작부와 상기 소음기 사이의 연결부에 체크 밸브가 구비되는 것을 특징으로 한다.

Description

변전설비용 차단기 및 이를 구비하는 변전 설비{Circuit breaker using substation and substation comprising the same}

본 발명은 변전설비용 차단기와 이를 구비하는 변전 설비에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 개선된 구조를 갖는 변전설비용 압축공기 조작 방식 차단기 및 이를 구비하는 변전 설비에 관한 것이다.

발전소에서 만든 전기를 수요자까지 수송하기 위해서는 매우 먼 거리의 송전선로를 통과해야 하는데, 이때 선로의 저항으로 인해 불가피하게 전력손실이 발생한다. 전력손실을 최소화하기 위해서는 전선을 굵은 것으로 사용하여 저항을 낮추거나 송전전압을 증가시켜야 한다.

그러나 경제적인 이유로 전선을 굵게 만드는 것에는 한계가 있다. 따라서 송전전압을 높여 전류를 작게 하는 것이 유리하다.

송전과정에서의 전력손실을 최소화하기 위하여 고전압으로 수요지까지 송전된 전력은 수요자에게 공급되기 전에 적정한 전압으로 변압되어야 한다. 이는 도심과 교외를 불문하고 전력수요지에는 변전소 또는 변압기가 설치되어야 함을 의미한다.

변전소 또는 변압기란, 발전소에서 생산한 전력을 송전선로나 배전선로를 통하여 수요자에게 보내는 과정에서 전압이나 전류의 성질을 바꾸기 위하여 설치하는 시설로써, 이 중 변압기는 비교적 저전압으로 송전된 전력을 수요자가 요구하는 수준의 전압으로 강압하여 수요자에게 직접 전달하기 위한 장치이며, 통상 대부분의 소자가 하나의 통 안에 수용되어 있는 일체형 장치이다.

이에 대해 변전소는 송전소에서 비교적 고압으로 송전된 전력을 변압기와 차단기 및 기타의 장치들을 거쳐 강압하여 수요자에게 공급하기 위한 플랜트이다.

변전소는 고압의 전력을 처리하므로, 선로의 주위에 형성되는 전기장의 세기가 매우 강하며, 따라서 아크발생이나 혼촉 등을 방지하고 안전을 유지하기 위해서는 소자 및 선로들의 사이가 충분히 이격되거나 충분히 절연되어야 한다.

대지의 단위면적 당 건물밀집도가 낮은 교외에서는 공간점유비용이 절연비용보다 저렴하므로, 소자 및 선로들의 사이를 충분히 이격시키는 방안이 경제적으로 유리하며, 이러한 방안을 택한 변전설비는 노지 위에 노출되게 설치된다. 이와 같은 변전소는 옥외변전소라고 지칭된다.

대지의 단위면적 당 건물밀집도가 높은 도심에서는 절연비용이 공간점유비용보다 저렴하므로, 소자 및 선로들의 사이를 충분히 절연시키는 방안이 경제적으로 유리하며, 따라서 대도시 등에는 변전설비가 옥내에 수용되어 있는 옥내변전소가 많이 건설된다.

이와 같은 변전소에는 단로기(disconnector), 차단기, 조상설비, 피뢰기 및 배전반 등의 구성요소가 구비된다.

이 가운데 차단기는, 직류 또는 교류회로를 차단하기 위하여 사용되는 것이며 발전소, 변전소의 저압회로, 전철변전소에서의 저압회로 등 이상보호를 필요로 하는 곳에 사용된다. 조작방식에 따라 직접 수동, 전자(電磁) 솔레노이드, 전동기 및 압축공기 조작 등으로 분류된다.

그런데 이와 같은 차단기 중 압축공기 조작 방식 차단기의 경우, 공기 조작부 내의 실린더나 메인 밸브의 습동부가 외부 공기와 상시 접촉되는 구조를 가짐으로써 이 부분에 윤활제 고착 등의 현상이 발생될 수 있으며, 이로 인해 차단기의 개방/폐쇄 시간 지연 등이 발생될 수 있다는 문제점이 있었다. 즉, 변전소에 구비되는 다수의 변전설비 가운데 일 변전설비의 차단기에 윤활유 고착 등의 문제로 인해 차단 지연이 발생되는 경우, 문제가 발생한 일 변전설비의 규모를 넘어 해당 변전소 전체가 정지되는 광역정전 등의 심각한 사태를 야기할 수도 있게 된다.

특히, 공기중에 염분이 많이 함유된 해안지역이나 분진이 많이 함유된 공단지역 등에 위치한 변전 설비의 경우, 외부 공기와의 접촉으로 인한 문제가 더욱 심각할 수 있다.

대한민국 등록특허 10-0714458호(발명의 명칭: 변전설비용 차단기) 대한민국 등록특허 10-0830930호(발명의 명칭: 변전설비 차단기) 대한민국 등록특허 10-1034555호(발명의 명칭: 변전설비 차단기용 액츄에이터)

본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 개선된 구조를 갖는 변전설비용 압축공기 조작 방식 차단기 및 이를 구비하는 변전 설비에 관한 것이다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 압축공기 탱크, 콤프레셔 및 공기조작부를 구비하는 변전설비용 압축공기 조작 방식 차단기에 있어서, 상기 공기조작부는, 상기 압축공기 탱크로부터 유입되는 압축공기를 이용하여 변전설비의 차단 동작을 실행하기 위한 메인밸브, 조작 실린더 및 피스톤을 포함하여 구성되고, 상기 공기조작부를 통해 상기 압축공기의 배출 시 발생되는 소음을 감축시키기 위한 소음기를 포함하되, 상기 공기조작부와 상기 소음기 사이의 연결부에 체크 밸브가 구비되는 것을 특징으로 하는 변전설비용 차단기를 제공한다.

여기서 상기 체크 밸브는 상기 공기조작부의 차단 동작 이후, 차단 동작을 위해 사용된 압축공기를 상기 소음기를 통해 배출시키고, 상기 소음기를 통해 유입되는 외부 공기가 상기 공기조작부로 유입되지 못하도록 차단시키는 것을 특징으로 할 수 있다.

한편, 본 발명은 상기한 바와 같은 구성을 갖는 변전설비용 차단기를 구비하는 변전 설비를 제공한다.

상기한 바와 같은 본 발명에 의하면 변전설비용 압축공기 조작 방식 차단기에 있어서, 소음기 전단에 체크밸브를 삽입함으로써 차단기가 차단되고 난 후 사용된 압축공기는 체크밸브를 통해 소음기로 배출되고, 체크밸브는 닫혀 외부공기와 차단되는 구조를 갖게 된다.

이에 따라, 압축공기 조작 방식 차단기에 있어서 습동부가 외부공기와의 상시 접촉에 의해 윤활제 고착 등의 현상이 발생되고, 이로 인해 차단기의 개방/폐쇄 시간 지연 등이 발생될 수 있다는 등의 문제점을 해결할 수 있게 되었다는 효과가 있다.

나아가, 이와 같은 개선 효과로 인해 전력계통의 공급 신뢰도를 향상시킬 수 있음은 물론, 광역 정전 예방 및 전력 품질 향상 등과 같은 다양한 부가적인 효과를 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 적용되는 변전설비용 압축공기 조작 방식 차단기에 구비되는 공기조작부의 개방 상태를 나타낸 설명도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 적용되는 변전설비용 압축공기 조작 방식 차단기에 구비되는 공기조작부의 폐쇄 상태를 나타낸 설명도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 변전설비용 압축공기 조작 방식 차단기의 개략적인 구성을 나타낸 설명도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 적용되는 변전설비용 압축공기 조작 방식 차단기의 개선 전후를 비교한 사진이다.

상술한 본 발명의 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 실시예를 통하여 보다 분명해질 것이다.

이하의 특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니된다.

본 발명의 개념에 따른 실시예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 특정 실시예들은 도면에 예시하고 본 명세서에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시예들을 특정한 개시 형태에 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

제 1 및/또는 제 2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소들로부터 구별하는 목적으로만, 예컨대 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채, 제 1 구성 요소는 제 2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성 요소는 제 1 구성 요소로도 명명될 수 있다.

어떠한 구성 요소가 다른 구성 요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성 요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성 요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떠한 구성 요소가 다른 구성 요소에 "직접 연결되어" 있다거나 또는 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성 요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성 요소들 간의 관계를 설명하기 위한 다른 표현들, 즉 "사이에"와 "바로 사이에" 또는 "에 인접하는"과 "에 직접 인접하는" 등의 표현도 마찬가지로 해석되어야 한다.

본 명세서에서 사용하는 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로서, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서 "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써 본 발명을 상세히 설명하도록 한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.

도 1은 본 발명의 실시예에 적용되는 변전설비용 압축공기 조작 방식 차단기에 구비되는 공기조작부의 개방 상태를 나타낸 설명도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 적용되는 변전설비용 압축공기 조작 방식 차단기에 구비되는 공기조작부의 폐쇄 상태를 나타낸 설명도이다.

도 1 및 도 2를 참조하여 변전 설비용 차단기에 구비되는 공기조작부의 동작 과정을 설명하면 다음과 같다.

먼저 도 2와 같은 폐쇄 상태의 차단기에 있어서 전자변(150)과 후크(160)가 동작함으로써 파일럿 밸브(170)를 개방시킨다. 그러면 전자변(150)과 파일럿 밸브(170)의 개방에 의해 유입된 공기는 메인 밸브(130) 쪽으로 이동하게 되는데, 이때 수압면적차에 의해 메인 밸브(130)가 개방됨으로써 고압의 공기가 압축공기 탱크로부터 조작 실린더(120) 쪽으로 이동할 수 있게 된다.

이후 피스톤(110)의 동작과 연동되어 권총레버에 연결된 캠에 의해 전자변(150) 및 파일럿 밸브(170)가 닫히게 되면, 전자변(150)의 외부에 남아있던 공기는 배기되며 메인 밸브(130)가 닫히고 공기가 배기됨으로써 차단기의 개방 동작이 모두 종료된다.

즉, 변전설비의 이상 발생 등으로 인해 차단 동작이 요구될 경우, 공기조작부는 상기와 같은 과정을 순간적으로 실행함으로써, 압축공기 탱크에 저장 중인 압축공기를 이용한 변전설비 차단 동작을 수행하게 된다.

이때, 압축공기의 배기 시 발생되는 큰 소음을 감축시키기 위해 공기조작부의 외부 등에 소음기(140)를 구비하는 경우가 많다.

하지만, 이 경우 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 차단기가 개방 상태이거나 폐쇄 상태이거나에 무관하게, 상기 소음기(140)를 통해 유입되는 외부 공기에 의해 피스톤(110), 조작 실린더(120) 및 메인 밸브(130) 등의 적어도 일부가 외부 공기와 상시적으로 접촉될 수밖에 없으며, 이러한 접촉에 의해 여러 금속 부품에 발청이 되거나 또는 구리스 등의 윤활유가 끈적하게 융착되고 시간이 지남에 따라 이의 고착이 발생됨으로써, 마찰력이 높아져 차단 동작에 지연이 발생될 수 있었다.

아래의 표는, 362 4000A 규모의 모 변전소에서 실제 발생됐던 차단기 지연 사고에 대한 조사 결과 정리표이다.

상기 표 1에 나타난 바와 같이, 변전설비에 있어 차단기 지연 사고 발생 시 메인 밸브(130)나 조작 실린더(120)의 문제로 인한 경우가 큰 비중을 차지하고 있는 바, 본 발명에서는 이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 소음기(140)의 전단에 체크 밸브가 구비된 새로운 형태의 차단기를 제안하고자 한다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 변전설비용 압축공기 조작 방식 차단기의 개략적인 구성을 나타낸 설명도이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 적용되는 변전설비용 압축공기 조작 방식 차단기의 개선 전후를 비교한 사진으로, 보다 자세하게는, (a)는 통상의 변전설비용 차단기에 구비되는 공기조작부와 소음기 사이의 연결 상태를 나타내며, (b)는 소음기의 전단에 체크 밸브가 구비된 개선된 형태의 변전 설비용 차단기를 나타낸다.

체크 밸브(180)는, 유체를 일 방향으로만 유동시키고 유체가 정지했을 때 밸브 몸체가 유체의 배압에 의해 닫힘으로써 유체의 역류를 방지하는 기능을 수행하는 밸브로서, 본 발명의 실시예에 따른 변전 설비용 차단기에 구비되는 공기조작부(100)의 소음기(140) 전단에 이와 같은 체크 밸브(180)가 구비됨으로써, 차단기가 폐쇄되는 경우 사용된 압축공기는 상기 공기조작부(100)와 연결된 체크 밸브(180)와 소음기(140)를 통해 모두 배출된다.

그리고, 상기 소음기(140)의 배출구 등을 통해 유입되는 공기가 상기 체크 밸브(180)에 의해 상기 공기조작부(100) 측으로 전달되는 것이 방지됨으로써, 피스톤, 조작 실린더 및 메인 밸브 등의 공기조작부(100) 내부 구성요소가 차단기의 폐쇄 동작 시 체크 밸브(180)로 인해 외부 공기와 격리될 수 있어, 결과적으로 발청이나 윤활유의 고착 등으로 인해 발생되는 차단기의 지연 사고 등을 크게 감소시킬 수 있게 됨을 알 수 있다.

다시 말해, 공기조작부(100)에 구비되는 피스톤, 조작 실린더 및 메인 밸브 등의 부품 오작동으로 인한 지연 사고 등을 방지하기 위해서는, 방청 및 윤활제 도포 등을 위한 주기적인 점검 작업이 계속적으로 시행되어야만 하지만, 본 발명의 실시예와 같이 소음기(140)의 전단에 체크 밸브(180)를 구비하도록 하는 경우 점검 작업의 주기를 크게 연장시킬 수 있게 됨으로써, 결과적으로 인건비 절감 등의 효과를 얻을 수 있다.

이 뿐만 아니라, 전력계통의 사고 발생 비율을 크게 감소시킬 수 있게 됨으로써, 이를 통해 전력 품질 향상 및 사용자 신뢰도 향상 등과 같은 부가적인 효과 또한 얻을 수 있게 됨은 자명하다.

다음의 표 2는, 체크 밸브 구비 전후 상황에서의 지연 시간 측정 결과를 정리한 것으로써, 미세하게나마 지연 시간 단축의 효과가 있음을 이를 통해 확인할 수 있다. 하지만 본원발명의 적용으로 인한 개선의 효과가 시간이 경과함에 따라 더욱 크게 나타날 수 있음은 당연하다.

즉, 도 4의 (b)에 도시된 바와 같은 본 발명의 실시예에 따른 변전 설비용 압축공기 조작 방식 차단기는, 소음기(140)의 전단에 체크 밸브(180)를 구비하도록 함으로써, 차단기의 공기조작부(100) 내부 부품들의 발청이나 윤활제 고착 등을 방지할 수 있게 됨에 따라, 차단기의 원활한 차단 동작이 수행 가능하도록 기능함을 확인할 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이다.

100: 공기조작부 110: 피스톤
120: 동작 실린더 130: 메인 밸브
140: 소음기 150: 전자변
160: 후크 170: 파일럿 밸브
180: 체크밸브 200: 에어 콤프레셔
300: 압축공기 탱크

Claims (3)

1. 압축공기 탱크(300), 콤프레셔(200) 및 공기조작부(100)를 구비하는 변전설비용 압축공기 조작 방식 차단기에 있어서,
   상기 공기조작부(100)는, 상기 압축공기 탱크(300)로부터 유입되는 압축공기를 이용하여 변전설비의 차단 동작을 실행하기 위한 메인밸브(130), 조작 실린더(120) 및 피스톤(110)을 포함하여 구성되고,
   상기 공기조작부(100)를 통해 상기 압축공기의 배출 시 발생되는 소음을 감축시키기 위한 소음기(140)를 포함하되,
   상기 공기조작부(100)와 상기 소음기(140) 사이의 연결부에 유체를 일 방향으로만 유동시키고 유체가 정지했을 때 밸브 몸체가 유체의 배압에 의해 닫힘으로써 유체의 역류를 방지하는 기능을 수행하는 체크 밸브(180)가 구비되고,
   상기 체크 밸브(180)는 상기 공기조작부(100)의 차단 동작 이후, 차단 동작을 위해 사용된 압축공기를 상기 소음기(140)를 통해 배출시키고, 상기 소음기(140)를 통해 유입되는 외부 공기의 상기 공기조작부(100)로의 전달을 차단시키는 것을 특징으로 하는 변전설비용 차단기.
   
2. 삭제
3. 제 1 항의 변전설비용 차단기를 구비하는 변전 설비.

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