KR101386134B1 - 열팽창실 압력 조절형 복합 소호 가스차단기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 열팽창실 압력 조절형 복합 소호 가스차단기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 열팽창실의 일측에 체크밸브로 연결되는 감압실이 더 구비됨에 따라, 절연가스의 압력을 최적 조건으로 유지하여 고정아크접점과 가동아크접점 사이에서 발생하는 아크를 효과적으로 소호함으로써, 우수한 차단성능을 발휘하여 고장전류를 신속하고 안정적으로 차단하는 열팽창실 압력 조절형 복합 소호 가스차단기에 관한 것이다.
이러한 본 발명은, 절연가스가 충전된 하우징과, 상기 하우징의 내부에 설치되고 내부에 배출구가 설치되고 상기 배출구의 외측에 열팽창실과 함께 냉각상태의 절연가스가 충전된 파퍼실이 체크밸브를 사이에 두고 구획된 실린더와, 상기 배출구의 선단 내측에 설치된 가동아크접점과, 상기 하우징의 내부에 고정되어 상기 가동아크접점과 접촉되는 고정아크접점으로 구성되되, 상기 열팽창실의 일측에는, 상기 열팽창실의 압력을 조절하는 감압실이 더 설치되어 상기 열팽창실의 압력을 기준압력 이하로 제어할 수 있게 됨을 특징으로 하는 열팽창실 압력 조절형 복합 소호 가스차단기를 기술적 요지로 한다.

Description

열팽창실 압력 조절형 복합 소호 가스차단기{Self-blast type gas circuit breaker with pressure controllable thermal chamber}

본 발명은 열팽창실 압력 조절형 복합 소호 가스차단기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 열팽창실의 일측에 체크밸브로 연결되는 감압실이 더 구비됨에 따라, 절연가스의 압력을 최적 조건으로 유지하여 고정아크접점과 가동아크접점 사이에서 발생하는 아크를 효과적으로 소호함으로써, 우수한 차단성능을 발휘하여 고장전류를 신속하고 안정적으로 차단하는 열팽창실 압력 조절형 복합 소호 가스차단기에 관한 것이다.

[문헌 1] 국내 특허등록 제10-1048005호, 2011.07.04.자 등록.

[문헌 2] 국내 특허등록 제10-1040592호, 2011.06.03.자 등록.

일반적으로 차단기는 전력계통에 고장이 발생할 때 전기적 연결을 끊음과 동시에 전기적 연결을 끊을 때 발생하는 아크를 절연매체를 통해 소호하여 계통 및 각종 전력기기로 고장전류가 유입되지 않게 하여 계통 및 각종 전력기기의 이상이나 고장 등을 방지하기 위한 장치이다.

이러한 차단기는 아크를 소호하는 절연매체에 따라 가스차단기(GCB), 진공차단기(VCB), 오일차단기(OCB), 공기차단기(ABB), 기중차단기(ACB), 및 자기차단기(MBB) 등으로 대별된다.

상기 가스차단기는 절연 내력과 소호 능력이 우수한 절연가스를 압축하여 분출하여 아크를 냉각 소호하는 형태로서, 아크에 대한 소호 방식에 따라 압축식, 열팽창식, 로터리식, 및 이들 소호 방식을 혼합한 복합 소호식 등으로 구분된다.

여기서 문헌 1, 2와 같은 복합 소호 가스차단기는 전기적 아크에 의하여 가열된 고압의 절연가스를 고장전류의 차단 과정에 이용하여 조작수단의 조작력을 크게 줄인 형태이다.

즉, 복합 소호 가스차단기는 내부에 고정아크접점과 가동아크접점이 접촉 또는 이격 가능하게 설치된 실린더의 내부에 구비되는 파퍼실이 압력차에 의해 개폐되는 체크밸브를 사이에 두고 아크에너지에 의해 가열된 상태의 절연가스가 내부에서 고압으로 팽창되는 열팽창실과 아크의 소호에 필요한 냉각된 상태의 절연가스가 내부에서 압축되는 파퍼실로 분리 구획된 형태이다.

따라서 상기한 복합 소호 가스차단기는 아크가 발생한 시점부터 파퍼실에서 아크발생영역으로 공급된 절연가스가 고압의 상태로 열팽창실에 축적된 후 전류영점 순간에 다시 아크발생영역으로 역류하면서 아크를 완전히 소호시켜 고장전류를 차단함으로써 실린더를 조작하는 조작수단의 조작력을 줄이게 된다.

그러나 상기와 같은 문헌 1, 2의 종래 복합 소호 가스차단기는, 열팽창실에 별도의 감압수단이 구비되지 않은 구조로서, 열팽창실에서 아크발생영역으로 분출되는 절연가스가 필요 이상의 압력을 갖게 되면서 절연내력이 저하되어 아크를 신속하게 소화하지 못하는 문제점이 있다.

즉, 고정아크접점과 가동아크접점이 상호 분리되는 순간에 발생하는 아크 에너지에 의해 열팽창실을 통해 아크발생영역으로 분출되는 절연가스의 압력이 급격하게 상승하게 되면서 절연가스의 온도도 함께 순간적으로 상승하면서 절연내력이 크게 저하되기 때문이다.

따라서 아크발생영역으로 분출되는 절연가스의 압력을 결정하는 열팽창실의 압력을 가스차단기의 정격에 맞도록 적절한 압력으로 유지하여 절연내력 저하를 방지할 수 있는 복합 소호 가스차단기에 대한 연구 개발이 절실하다.

본 발명은 상기한 문제점을 해소하기 위해 발명된 것으로서, 온도 상승으로 인한 절연가스의 절연내력 저하를 효과적으로 방지할 수 있도록 열팽창실의 압력을 정격에 맞게 일정압력 이하로 유지할 수 있도록 구조를 가진 열팽창실 압력 조절형 복합 소호 가스차단기를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 열팽창실 압력 조절형 복합 소호 가스차단기는, 절연가스가 충전된 하우징과, 상기 하우징의 내부에 설치되고 내부에 배출구가 설치되고 상기 배출구의 외측에 열팽창실과 함께 냉각상태의 절연가스가 충전된 파퍼실이 체크밸브를 사이에 두고 구획된 실린더와, 상기 배출구의 선단 내측에 설치된 가동아크접점과, 상기 하우징의 내부에 고정되어 상기 가동아크접점과 접촉되는 고정아크접점으로 구성되되, 상기 열팽창실의 일측에는, 상기 열팽창실의 압력을 조절하는 감압실이 더 설치되어 상기 열팽창실의 압력을 기준압력 이하로 제어할 수 있게 됨을 특징으로 한다.

상기 감압실은, 일측이 감압밸브를 통해 상기 열팽창실과 연통하고, 타측이 배기구를 통해 상기 하우징의 내부와 연통하도록 구성됨을 특징으로 한다.

상기 감압밸브는, 상기 열팽창실의 압력이 기준압력보다 높을 때 상기 열팽창실에서 상기 감압실 방향으로 개방시켜 상기 파퍼실에서 상기 열팽창실로 공급된 절연가스를 상기 감압실을 통해 상기 하우징의 내부로 배출되게 하는 체크밸브 타입으로 구성됨을 특징으로 한다.

상기한 구성에 의한 본 발명은, 열팽창실의 압력이 감압실의 작용에 의해 정격에 맞는 일정압력 이하로 유지됨에 따라, 절연가스의 온도가 필요 이상으로 상승하면서 절연내력이 저하되는 종래의 폐단을 해소함에 따라 아크발생영역으로 적절한 압력과 온도를 갖는 절연가스를 분출하여 아크를 신속하고 안정적으로 소호함으로써 차단성능을 더욱 향상되어 고장전류를 신속하고 안정적으로 차단할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 열팽창실 압력 조절형 복합 소호 가스차단기를 도시한 요부 단면도.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 열팽창실 압력 조절형 복합 소호 가스차단기가 이상전류를 감지하여 아크를 소호하는 상태를 도시한 요부 단면도.

본 발명에 따른 열팽창실 압력 조절형 복합 소호 가스차단기는, 전력계통의 고장으로 인한 이상전류 감지시 전기적 연결을 차단함과 동시에 전기적 연결의 차단으로 인해 발생하는 아크를 고압의 절연가스로 소호하여 고장전류가 계통 및 각종 전력기기로 유입되지 않게 함으로써 계통 및 각종 전력기기의 이상이나 고장 등을 방지하기 위한 장치이다.

특히, 본 발명에 따른 열팽창실 압력 조절형 복합 소호 가스차단기는, 두 접점 간의 분리로 인해 발생하는 아크 에너지로 인하여 열팽창실의 압력이 필요 이상으로 상승하지 않게 감압시켜 절연가스가 절연내력이 저하되지 않는 온도를 갖도록 한 것을 특징으로 한다.

이러한 특징은, 실린더 내측에 열팽창실의 압력이 기준압력 이하로 유지되도록 감압밸브에 의해 일측은 열팽창실과 연통하고 타측은 하우징의 내부와 연통하는 감압실이 더 구획된 구조에 의해 달성된다.

따라서 이상전류 감지시 고정아크접점과 가동아크접점이 상호 분리되면서 아크가 발생하여 열팽창실의 압력이 아크 에너지에 의해 상승하는 과정에서 열팽창실의 압력이 기준압력보다 높게 되면 감압밸브가 자동으로 개방된다. 그러면 열팽창실과 감압실이 연통하면서 열팽창실의 압력은 하강하여 기준압력 이하로 유지된다.

이에 따라 열팽창실의 압력에 따라 절연가스의 온도가 상승하면서 절연내력이 저하되는 종래의 폐단을 해소함으로써 상기 절연가스는 우수한 절연내력을 유지하면서 아크발생영역으로 분출되어 아크를 효과적으로 소호하게 된다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 열팽창실 압력 조절형 복합 소호 가스차단기를 도시한 요부 단면도이고, 도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 열팽창실 압력 조절형 복합 소호 가스차단기가 이상전류를 감지하여 아크를 소호하는 상태를 도시한 요부 단면도이다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 열팽창실 압력 조절형 복합 소호 가스차단기(100)는 도 1에 도시된 바와 같이 크게 하우징(10), 실린더(20), 가동아크접점(30), 고정아크접점(40), 작동수단(50), 피스톤(60), 및 감압실(70)로 구성된다.

먼저, 상기 하우징(10)은 밀봉 구조로서 내부에 육플루오르화유황(SF₆) 등과 같은 절연가스가 일정압력으로 충전된 것으로, 이는 실린더(20)의 일측과 연통하는 구조를 가진다.

다음으로, 상기 실린더(20)는 하우징(10)의 내부에 설치되는 것으로, 이는 선단에 주노즐(21)이 설치되고, 내부에 보조노즐(22)이 선단이 설치된 배출구(23)가 설치되며, 배출구(23)의 외측에 열팽창실(24)과 파퍼실(25)이 체크밸브(26)를 사이에 두고 구획된 구조를 가진다.

즉, 실린더(20)는 주노즐(21)과 보조노즐(22)이 일정간격을 두고 설치되고 내부 중심에는 배출구(23)가 구비되며 내부 외측에는 열팽창실(24)과 파퍼실(25)이 구비되어, 열팽창실(24)은 주노즐(21)과 보조노즐(22)의 사이 공간과 연통하고, 배출구(23)는 하우징(10)의 내부와 연통하는 구조이다.

그리고 파퍼실(25)에는 하우징(10)에 충전된 것과 동일한 냉각상태의 절연가스가 일정압력으로 충전되고, 체크밸브(26)는 파퍼실(25)에서 열팽창실(24)로 공급되는 절연가스가 파퍼실(25)로 역류되지 않게 차단하는 기능을 한다.

따라서 이상전류가 감지되면 파퍼실(25)에 충전된 절연가스는 열팽창실(24)을 거치면서 아크 에너지에 의해 고압 상태가 되어 주노즐(21)과 보조노즐(22)의 사이 공간을 통해 가동아크접점(30)과 고정아크접점(40)의 사이로 분출된 후 배출구(23)를 통해 하우징(10)의 내부로 배출된다.

다음으로, 상기 가동아크접점(30)과 고정아크접점(40)은 각각 실린더(20)의 배출구(23)의 선단 내측과 상기 하우징(10)의 내부에 설치되는 것으로, 이는 이상전류 감지시 전기적 연결을 끊어주는 역할을 하는 것이다.

즉, 가동아크접점(30)과 고정아크접점(40)은 정상 상태에서는 상호 접촉되어 있다가 이상전류가 감지된 비정상 상태에서는 가동아크접점(30)이 실린더(20)와 함께 직선 운동하면서 고정아크접점(40)으로부터 분리되면서 전기적 연결을 차단하게 된다.

다음으로, 상기 작동수단(50)은 하우징(10)의 일측에 설치되는 것으로, 이는 실린더(20)를 직선 운동시켜 가동아크접점(30)과 고정아크접점(40)을 상호 분리시키는 역할을 하는 것이다.

즉, 작동수단(50)은 이상전류 감지시 자동으로 작동하여 실린더(20)를 일정한 스트로크로 직선 운동시킴으로써 실린더(20)에 고정된 가동아크접점(30)을 하우징(10)에 고정된 고정아크접점(40)으로부터 이격시켜 상호 분리하게 된다.

다음으로, 상기 피스톤(60)은 실린더(20)의 일측에 설치되는 것으로, 이는 작동수단(50)의 작동에 따라 직선 운동하는 실린더(20)의 파퍼실(25)을 가압하여 파퍼실(25)에 충전된 냉각상태의 절연가스를 열팽창실(24)을 통해 상호 분리된 가동아크접점(30)과 고정아크접점(40)의 사이로 밀어내는 역할을 하는 것이다.

즉, 피스톤(60)은 파퍼실(25)의 절연가스를 가압하여 열팽창실(24)과 함께 주노즐(21)과 보조노즐(22)의 사이 공간으로 통과시켜 가동아크접점(30)과 고정아크접점(40)의 사이로 고압 분출시킴으로써 가동아크접점(30)과 고정아크접점(40) 간에 발생하는 아크를 소호하게 된다.

다음으로, 상기 감압실(70)은 실린더(20)에 구획되는 것으로, 이는 열팽창실(24)의 압력을 기준압력 이하가 되도록 제어하는 역할을 하는 것이다.

즉, 감압실(70)은 도 2에 도시된 바와 같이 일측이 감압밸브(71)를 통해 열팽창실(24)의 일측과 연통하고 타측이 배기구(72)를 통해 하우징(10)의 내부와 연통하도록 설치되고, 감압밸브(71)는 열팽창실(24)에서 감압실(70) 방향으로 개방하는 체크밸브 타입으로 구성되는 것이 바람직하다.

따라서 열팽창실(24)의 압력이 기준압력보다 높을 때 감압밸브(71)가 자동으로 개방되어 열팽창실(24) 내부에 가득한 고압의 절연가스가 감압실(70)을 유출된 후 배기구(72)를 통해 하우징(10) 내부로 배출되면서 열팽창실(24)의 압력을 기준압력 이하로 제어하게 된다.

여기서 기준압력이라 함은 절연가스가 절연내력이 저하되는 온도가 되도록 하는 압력을 말하는 것으로, 이는 절연가스의 종류나 열팽창실(24)의 내부 체적 등의 환경 조건에 따라 달라지므로 상기 환경 조건에 대응되게 적절하게 설정하면 된다.

이에 따라 열팽창실(24)에서 가동아크접점(30)과 고정아크접점(40)의 사이로 분출되는 절연가스의 압력이 기준압력 이하로 유지되고 이와 동시에 절연가스의 온도가 절연내력이 저하되지 않는 온도로 유지됨으로써 아크를 원활하게 소호하게 된다.

그리고 하우징(10)의 내부로 배출된 고압의 절연가스는 하우징(10)에 충전된 상온의 절연가스와 열적 평형을 이루면서 다음 차단과정을 위한 준비가 자연스럽게 이루어지게 된다.

이상과 같이 본 발명에 따른 본 발명에 따른 열팽창실 압력 조절형 복합 소호 가스차단기는, 아크 에너지에 의해 필요 이상으로 상승하는 절연가스의 압력을 기준압력 이하로 제어하여 절연가스의 우수한 절연내력을 유지함으로써 소호를 효과적으로 소호하여 고정전류를 신속하고 안정적으로 차단할 수 있게 된다.

상기한 실시예는 예시적인 것에 불과한 것으로, 당해 기술분야에 대한 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양하게 변형된 다른 실시예가 가능하다.

따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위에는 하기의 특허청구범위에 기재된 발명의 기술적 사상에 의해 상기의 실시예 뿐만 아니라 다양하게 변형된 다른 실시예가 포함되어야 한다.

10: 하우징 20: 실린더
21: 주노즐 22: 보조노즐
23: 배출구 24: 열팽창실
25: 파퍼실 26: 체크밸브
30: 가동아크접점 40: 고정아크접점
50: 작동수단 60: 피스톤
70: 감압실 71: 감압밸브
72: 배기구
100: 가스차단기

Claims (3)

1. 절연가스가 충전된 하우징(10)과,
   상기 하우징(10)의 내부에 설치되고 내부에 배출구(23)가 설치되고 상기 배출구(23)의 외측에 열팽창실(24)과 함께 냉각상태의 절연가스가 충전된 파퍼실(25)이 체크밸브(26)를 사이에 두고 구획된 실린더(20)와,
   상기 배출구(23)의 선단 내측에 설치된 가동아크접점(30)과,
   상기 하우징(10)의 내부에 고정되어 상기 가동아크접점(30)과 접촉되는 고정아크접점(40)으로 구성되되,
   상기 열팽창실(24)의 일측에는,
   상기 열팽창실(24)의 압력을 조절하는 감압실(70)이 더 설치되어 상기 열팽창실(24)의 압력을 기준압력 이하로 제어할 수 있게 구성되되,
   상기 감압실(70)은,
   일측이 감압밸브(71)를 통해 상기 열팽창실(24)과 연통하고, 타측이 배기구(72)를 통해 상기 하우징(10)의 내부와 연통하도록 구성됨을 특징으로 하는 열팽창실 압력 조절형 복합 소호 가스차단기.
   
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 감압밸브(71)는,
   상기 열팽창실(24)의 압력이 기준압력보다 높을 때 상기 열팽창실(24)에서 상기 감압실(70) 방향으로 개방시켜 상기 파퍼실(25)에서 상기 열팽창실(24)로 공급된 절연가스를 상기 감압실(70)을 통해 상기 하우징(10)의 내부로 배출되게 하는 체크밸브 타입으로 구성됨을 특징으로 하는 열팽창실 압력 조절형 복합 소호 가스차단기.
   

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