KR101386232B1 - 배출구 면적 가변형 복합 소호 가스차단기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 배출구 면적 가변형 복합 소호 가스차단기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 배출구의 내측에 열팽창실의 내부 압력에 따라 적응적으로 작동하여 배출구의 유로 단면적을 가변시키는 가변밸브가 더 설치됨에 따라, 아크에너지가 크기 않아 열팽창실의 압력이 높지 않을 때는 배출구의 유로 단면적이 축소된 상태가 되어 아크 소호에 필요한 절연가스의 압력을 높이는 작용을 하고, 아크가 소호된 시점부터는 배출구의 유로 단면적이 확대된 상태가 되어 고온의 절연가스를 원활하게 배출하는 작용을 하게 됨으로써, 가스차단기의 차단성능을 좌우하는 열적 차단성능과 유전적 차단성능을 동시에 향상시켜 고장전류를 더욱 신속하고 안정적으로 차단하는 배출구 면적 가변형 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 체크밸브에 의해 구획된 실린더와, 상기 배출구의 선단 내측에 설치된 가동아크접점과, 상기 하우징의 내부에 고정되어 상기 가동아크접점과 접촉되는 고정아크접점으로 구성되되, 상기 배출구의 내부에는, 상기 열팽창실의 압력에 따라 상기 배출구의 중심으로 돌출되거나 상기 배출구의 중심으로부터 밀려나면서 상기 배출구의 유로 단면적을 가변 조절하는 복수 개의 가변밸브가 더 설치됨을 특징으로 하는 배출구 면적 가변형 복합 소호 가스차단기를 기술적 요지로 한다.

Description

배출구 면적 가변형 복합 소호 가스차단기{Self blast type gas circuit breaker with auto-adjust exhausing hole}

본 발명은 배출구 면적 가변형 복합 소호 가스차단기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 배출구의 내측에 열팽창실의 내부 압력에 따라 적응적으로 작동하여 배출구의 유로 단면적을 가변시키는 가변밸브가 더 설치됨에 따라, 아크에너지가 크기 않아 열팽창실의 압력이 높지 않을 때는 배출구의 유로 단면적이 축소된 상태가 되어 아크 소호에 필요한 절연가스의 압력을 높이는 작용을 하고, 아크가 소호된 시점부터는 배출구의 유로 단면적이 확대된 상태가 되어 고온의 절연가스를 원활하게 배출하는 작용을 하게 됨으로써, 가스차단기의 차단성능을 좌우하는 열적 차단성능과 유전적 차단성능을 동시에 향상시켜 고장전류를 더욱 신속하고 안정적으로 차단하는 배출구 면적 가변형 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 역류되면서 아크를 완전히 소호시켜 고장전류를 차단함으로써 실린더를 조작하는 조작수단의 조작력을 줄이게 된다.

그러나 상기와 같은 문헌 1, 2의 종래 복합 소호 가스차단기는, 절연가스가 아크발생영역을 통과한 후 배출되는 배출구의 유로 단면적이 고정되어 있는 구조로서, 아크를 소호하는 절연가스의 역류량과 배출량을 제대로 제어할 수 없으므로 아크의 신속한 소호가 이루어지지 않아 차단성능이 떨어지는 문제점이 있다.

즉, 아크가 발생하여 소호되는 시점까지는 열팽창실로 역류되는 절연가스가 많아야 열전 차단성능에 유리하지만, 배출구의 유로 단면적이 변화없이 일정함에 따라 절연가스의 역류량도 일정하므로 아크의 신속한 소호가 불가능하다.

그리고, 아크가 소호된 이후 시점부터는 절연가스가 배출구를 통해 신속하게 배출되어야 유전적 차단성능에 유리하지만, 배출구의 유로 단면적이 변화없이 일정함에 따라 절연가스의 배출량도 일정하므로 배출가스의 신속한 배출이 불가능하다.

따라서 열팽창실의 압력에 따라 배출구의 유로 단면적을 변화시켜 절연가스의 역류량을 증대시키거나 절연가스의 배출량을 증대시킴으로써 아크의 신속한 소호와 배출가스의 신속한 배출을 통해 차단성능을 향상시킬 수 있는 복합 소호 가스차단기에 대한 연구개발이 절실하다.

본 발명은 상기한 문제점을 해소하기 위해 발명된 것으로서, 열팽창실의 압력에 따라 배출구의 유로 단면적을 변화시켜 열팽창실의 높은 압력이 요구되는 시점에는 절연가스의 역류량을 증대시키고 절연가스의 원활한 배출이 요구되는 시점에는 절연가스의 배출량을 증대시키는 구조를 가진 배출구 면적 가변형 복합 소호 가스차단기를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 배출구 면적 가변형 복합 소호 가스차단기는, 절연가스가 충전된 하우징과, 상기 하우징의 내부에 설치되고 내부에 배출구가 설치되고 상기 배출구의 외측에 열팽창실과 함께 냉각상태의 절연가스가 충전된 파퍼실이 체크밸브에 의해 구획된 실린더와, 상기 배출구의 선단 내측에 설치된 가동아크접점과, 상기 하우징의 내부에 고정되어 상기 가동아크접점과 접촉되는 고정아크접점으로 구성되되, 상기 배출구의 내부에는, 상기 열팽창실의 압력에 따라 상기 배출구의 중심으로 돌출되거나 상기 배출구의 중심으로부터 밀려나면서 상기 배출구의 유로 단면적을 가변 조절하는 복수 개의 가변밸브가 더 설치됨을 특징으로 한다.

상기 가변밸브는, 상기 배출구의 내면에 일정간격으로 형성된 복수 개의 요홈의 내측에 각각 삽입 설치되되, 상기 요홈의 내측에 각각 설치된 탄성부재에 의해 상기 배출구의 중심으로 돌출되거나 상기 배출구의 중심으로부터 밀려나게 됨을 특징으로 한다.

상기한 구성에 의한 본 발명은, 열팽창실의 압력에 따라 배출구의 유로 단면적을 변화시켜 열팽창실의 높은 압력이 요구되는 시점에는 절연가스의 역류량을 증대시키고 절연가스의 원활한 배출이 요구되는 시점에는 절연가스의 배출량을 증대시킴으로써 아크의 신속한 소호와 배출가스의 신속한 배출을 통해 차단성능이 향상되어 고장전류를 신속하고 안정적으로 차단할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 배출구 면적 가변형 복합 소호 가스차단기를 도시한 요부 단면도.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 배출구 면적 가변형 복합 소호 가스차단기가 이상전류를 감지하여 아크를 소호하는 상태를 도시한 요부 단면도.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 배출구 면적 가변형 복합 소호 가스차단기가 이상전류를 감지하여 아크를 소호한 이후 상태를 도시한 요부 단면도.

본 발명에 따른 배출구 면적 가변형 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 배출구 면적 가변형 복합 소호 가스차단기는, 열팽창실의 압력에 따라 배출구의 유로 단면적을 가변 조절하여 열팽창실의 높은 압력이 요구되는 시점에서는 절연가스의 역류량을 증대시키고 절연가스의 원활한 배출이 요구되는 시점에서는 절연가스의 배출량을 증대시켜 신속하고 안정적으로 고장전류를 차단시킨 것을 특징으로 한다.

이러한 특징은 이상전류 감지시 상호 분리된 고정아크접점과 가동아크접점 사이로 공급되어 아크를 소호하는 절연가스가 배출되는 배출구의 내부에 그 유로 단면적을 가변 조절하는 복수 개의 가변밸브가 일정간격으로 더 설치된 구조에 의해 달성된다.

따라서 이상전류 감지시 작동수단의 작동에 따른 피스톤의 가압으로 파퍼실에 충전된 절연가스가 개폐밸브를 통과한 후 열팽창실을 통해서 상호 분리된 고정아크접점과 가동아크접점 사이로 공급되어 아크를 소호하는 과정 중에서, 아크가 발생하여 소호되는 시점까지는 가변밸브가 배출구의 중심으로 돌출된 상태가 되어 배출구의 유로 단면적을 축소시킴으로써 절연가스의 역류량을 증대시켜 절연가스를 더욱 강한 압력으로 분출하여 아크를 효과적으로 소호하게 되고, 아크가 소호된 이후 시점부터는 가변밸브가 배출구의 중심으로부터 밀려나간 상태가 되어 배출구의 유로 단면적으로 확대시킴으로써 절연가스의 배출량을 증대시켜 고온의 절연가스를 더욱 원활하게 배출하게 된다.

이에 따라 전류영점 부근에서는 절연가스의 압력이 높을수록 유리한 열적 차단성능과 함께 전류영점 이후에서는 절연가스의 배출이 신속할수록 유리한 유전적 차단성능을 동시에 향상시켜 우수한 차단성능을 발휘할 수 있도록 함으로써 고장전류를 더욱 신속하고 안정적으로 차단할 수 있게 된다.

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

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 배출구 면적 가변형 복합 소호 가스차단기의 단면도이고, 도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 배출구 면적 가변형 복합 소호 가스차단기가 이상전류를 감지하여 아크를 소호하는 상태를 도시한 요부 단면도이며, 도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 배출구 면적 가변형 복합 소호 가스차단기가 이상전류를 감지하여 아크를 소호한 이후 상태를 도시한 요부 단면도이다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 배출구 면적 가변형 복합 소호 가스차단기(100)는 도 1에 도시된 바와 같이 크게 하우징(10), 실린더(20), 가동아크접점(30), 고정아크접점(40), 작동수단(50), 피스톤(60), 및 가변밸브(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 사이 공간으로 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 분출시킴으로써 가동아크접점(30)과 고정아크접점(40) 간에 발생하는 아크를 소호하게 된다.

다음으로, 상기 가변밸브(70)는 복수 개로 구성되어 실린더(20)의 배출구(23) 내부에 일정간격으로 설치되는 것으로, 이는 열팽창실(24)의 압력에 따라 상기 배출구(23)의 중심으로 돌출되거나 상기 배출구(23)의 중심으로부터 밀려나면서 상기 배출구(23)의 유로 단면적을 가변 조절하는 역할을 하는 것이다.

즉, 열팽창실(24)의 압력이 기준압력보다 낮은 시점인 아크가 발생하여 소호되는 시점까지는 배출구(23)의 중심으로 돌출되면서 그 유로 단면적을 축소시켜 열팽창실(24)로 역류되는 절연가스를 증대시켜 열팽창실(24)의 압력을 상승시키게 된다.

그리고, 열팽창실(24)의 압력이 기준압력과 같거나 그보다 높은 시점인 아크가 소호된 이후 시점부터는 배출구(23)의 중심으로부터 밀려나면서 그 유로 단면적을 확대시켜 배출구(23)로 배출되는 절연가스를 증대시켜 고온의 절연가스를 더욱 원활하게 배출하게 된다.

이때 가변밸브(70)는 배출구(23)의 내면에 일정간격으로 형성된 복수 개의 요홈(71)의 내측에 각각 삽입 설치되어, 상기 요홈(71)의 내측에 각각 설치된 탄성부재(72)의 탄성력과 압축력에 의해 기준압력보다 낮을 때는 배출구(23)의 중심으로 돌출되고 기준압력보다 같거나 높을 때는 배출구(23)의 중심으로부터 밀려나는 구조로 설치되는 것이 바람직하다.

그리고 상기 탄성부재(72)는 기준압력보다 낮을 때는 압축되고 기준압력과 같거나 높을 때는 탄성 복귀되는 크기의 탄성을 가지는 것이 바람직하다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 배출구 면적 가변형 복합 소호 가스차단기(100)의 작동 과정을 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.

먼저, 이상전류가 감지되면 작동수단(50)이 작동하여 실린더(20)가 직선 운동하게 된다. 그러면 실린더(20)와 함께 가동아크접점(30)이 직선 운동하면서 고정아크접점(40)으로부터 분리되어 가동아크접점(30)과 고정아크접점(40) 간에 아크가 발생하게 된다.

이와 동시에 실린더(20)의 직선 운동에 따라 피스톤(60)에 의해 파퍼실(25)의 절연가스를 가압하게 된다. 그러면 절연가스는 열팽창실(24)을 통해 주노즐(21)과 보조노즐(22)의 사이 공간을 통과한 후 가동아크접점(30)과 고정아크접점(40)의 사이 공간으로 공급되면서 아크로 분출하고 배출구(23)로 배출되는 아크의 소호 과정이 진행된다.

이때 아크가 발생한 시점부터 아크가 소호되는 시점까지는 도 2에 도시된 바와 같이 열팽창실(24)의 압력이 기준압력보다 낮아 가변밸브(70)가 배출구(23)의 중심으로 돌출되면서 그 유로 단면적을 축소하게 된다.

그러면 절연가스의 배출량이 최소화되면서 열팽창실(24)로 역류되는 절연가스의 양이 증대되어 열팽창실(24)의 압력이 상승됨으로써 절연가스는 더욱 강한 압력과 열기로 분출되어 아크를 효과적으로 소호하게 된다.

그러다가 아크가 소호된 시점부터는 도 3에 도시된 바와 같이 열팽창실(24)의 압력이 기준압력과 같거나 높아 배출구(23)의 가변밸브(70)가 배출구(23)의 중심으로부터 밀려나면서 그 유로 단면적을 확대하게 된다.

그러면 절연가스의 배출량이 최대화되면서 열팽창실(24)에서 가동아크접점(30)과 고정아크접점(40)의 사이로 분출된 고온의 절연가스는 배출구(23)를 통해 더욱 원활하게 배출되어 신속한 배출이 이루어지게 된다.

따라서 이상전류를 감지한 후 이에 의해 발생하는 고장전류를 신속하고 안정적으로 차단함으로써 고장전류로 인한 계통 및 각종 전력기기의 이상이나 고장 등을 방지하게 된다.

이상과 같이 본 발명에 따른 배출구 면적 가변형 복합 소호 가스차단기는, 아크가 발생하여 소호되는 시점까지는 배출구의 유로 단면적을 좁혀 고압의 절연가스를 통해 아크를 소호하고, 아크가 소호된 시점부터는 배출구의 유로 단면적을 넓혀 고온의 절연가스를 신속하게 배출함으로써, 가스차단기의 차단성능을 좌우하는 열적 차단성능과 유전적 차단성능을 동시에 향상시킬 수 있다.

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: 가변밸브 71: 요홈
72: 탄성부재
100: 가스차단기

Claims (2)

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)에 의해 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 배출구(23)의 내부에는,
   상기 열팽창실(24)의 압력에 따라 상기 배출구(23)의 중심으로 돌출되거나 상기 배출구(23)의 중심으로부터 밀려나면서 상기 배출구(23)의 유로 단면적을 가변 조절하는 복수 개의 가변밸브(70)가 더 설치되되,
   상기 가변밸브(70)는,
   상기 배출구(23)의 내면에 일정간격으로 형성된 복수 개의 요홈(71)의 내측에 각각 삽입 설치되되, 상기 요홈(71)의 내측에 각각 설치된 탄성부재(72)에 의해 상기 배출구(23)의 중심으로 돌출되거나 상기 배출구(23)의 중심으로부터 밀려나게 됨을 특징으로 하는 배출구 면적 가변형 복합 소호 가스차단기.
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