KR101423142B1 - 버퍼형 가스 차단기 - Google Patents

버퍼형 가스 차단기 Download PDF

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KR101423142B1 KR1020097026851A KR20097026851A KR101423142B1 KR 101423142 B1 KR101423142 B1 KR 101423142B1 KR 1020097026851 A KR1020097026851 A KR 1020097026851A KR 20097026851 A KR20097026851 A KR 20097026851A KR 101423142 B1 KR101423142 B1 KR 101423142B1
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마코토 히로세
데츠 이시구로
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가부시키가이샤 히타치세이사쿠쇼
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Abstract

본 발명은 버퍼 샤프트의 교환도 용이하고, 차단동작의 고속화가 도모되어 기계적 강도를 향상할 수 있는 버퍼형 가스 차단기를 제공한다.
절연가스를 충전하는 용기(1) 내에, 차단부(2)를 배치하여 버퍼형 가스 차단기를 구성한다. 이 차단부(2)는, 적어도 고정측 및 가동측의 주접촉자(3, 6)나, 고정측 및 가동측의 아크 접촉자(4, 7)나, 절연가스를 압축하는 버퍼장치와, 각 아크 접촉자(4, 7) 사이에 생기는 아크로 절연가스를 내뿜는 절연 노즐(10)을 가지고 있다. 아크로 내뿜어 고온이 된 절연가스는, 통 형상의 버퍼 샤프트(11)를 통하여 배출한다. 버퍼 샤프트(11)는, 선단에 아크 접촉자(7)를 설치하는 파이프부재(11a)와, 한쪽 끝을 파이프부재(11a)와 접속부(11d)에서 분할 가능하게 결합함과 동시에, 다른쪽 끝을 조작기측에 연속되어 있는 로드(12)와 연결하는 단부재(11b)에 의하여 형성하고 있다.

Description

버퍼형 가스 차단기{BUFFER TYPE GAS ISOLATOR}
본 발명은, 송/배전선의 회로의 개폐 조작에 사용하는 버퍼형 가스 차단기에 관한 것으로, 특히 전류 차단 시에 발생하는 아크에 소호성의 절연가스를 내뿜어 전류를 차단하는 버퍼형 가스 차단기에 관한 것이다.
일반적으로, 버퍼형 가스 차단기는 도 3에 나타내는 바와 같이, 금속제의 용기(1) 내에 각각 절연물(14, 15)로 지지되는 고정 접촉부측 및 가동 접촉부측 등으로 이루어지는 차단부(2)를 배치하고, 또한 용기(1)의 내부에 절연성능이나 소호성능이 양호한 6불화황(SF6) 등의 소호성의 절연가스를 충전하고 있다. 용기(1)의 양쪽 끝부의 분기부에는, 통전도체(16, 17)를 배치하고, 이들을 개재하여 차단부(2)를 송변전 계통에 접속하고 있다.
차단부(2)의 고정 접촉부측은, 고정측의 주접촉자(3)나 고정측의 아크 접촉자(4), 이들과 전기적으로 도통상태를 유지하는 고정측 도체(5), 이 고정측 도체(5)를 용기(1)로 지지하는 절연물(14) 등으로 구성한다. 또, 차단부(2)의 가동 접촉부측은, 가동측 도체(8)를 개재하여 통전도체(17)에 연속되어 있는 가동 주접촉자(6), 고정측의 아크 접촉자(4)와 접촉 이탈하는 가동측의 아크 접촉자(7)나, 차단 시에 동작하여 절연가스를 압축하는 버퍼장치가 되는 버퍼 실린더(9a) 및 피스톤(9b)과, 압축한 절연가스를 아크 접촉자(4, 7) 부분에 생긴 아크로 내뿜는 절연 노즐(10)과, 고정측의 주접촉자(3)와 접촉 이탈하는 가동측의 주접촉자(6), 선단에 가동측의 아크 접촉자(7)를 설치하는 통 형상의 버퍼 샤프트(11) 및 한쪽 끝을 버퍼 샤프트(11)와 그리고 다른쪽 끝을 조작기(도시 생략)측과 핀 등의 연결부재(13)에 의해 연결하는 로드(12), 가동측 도체(8)를 용기(1)에 지지하는 절연물(15) 등으로 구성된다.
버퍼 샤프트(11)는, 가동측 도체(8), 버퍼 피스톤(9b)과 버퍼 실린더(9a)의 버퍼장치의 중심부 내에 배치되어 있고, 이들 내부를 조작기에 연속되어 있는 로드(12)와 함께, 직선방향으로 자유롭게 동작할 수 있도록 되어 있다.
이와 같은 종류의 버퍼형 가스 차단기에서는, 차단부(2)에서 전류 차단할 때, 절연가스를 버퍼장치로 압축하여 아크 접촉자(4, 7) 사이에 발생하는 아크로 내뿜어 소호한다. 아크 접촉자(4, 7) 사이의 아크로 내뿜어 고온이 된 소호성의 절연가스는, 통 형상의 버퍼 샤프트(11) 내부를 통과하여, 배기구멍(11c)으로부터 배출된다. 이 때문에, 버퍼 샤프트(11)는, 통상은 융점이 높은 금속으로 일체로 형성하여 사용되고 있었다.
또, 버퍼 샤프트(11)는, 가동 주접촉자(6)나 가동측의 아크 접촉자(7)나 버퍼장치의 차단 시의 동작을 고속화할 수 있도록 하기 위하여, 바깥쪽의 알루미늄제 등의 금속 파이프와, 안쪽의 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)제 등의 절연 파이프로 이중구조로 구성하는 버퍼형 가스 차단기도, 일본국 특허공개공보 평성5-20987 호(특허문헌 1)에서 제안되어 있다.
그러나, 상기한 바와 같이 버퍼 샤프트(11)를 일체로 형성하면, 긴 세월의 사용으로 버퍼 샤프트(11)의 일부가 손상된 경우에도, 전체를 교환할 필요가 있어 경제적이 아니고, 또 차단동작의 고속화와 기계적 강도의 향상의 양쪽을 만족시키는 것은 곤란하였다.
더욱 구체적으로는, 버퍼 샤프트(11)를, 강도부재가 큰 예를 들면 강재(鋼材)로 일체로 형성하면, 고온이 된 절연가스의 영향을 받기 어려우나, 중량이 무거워진다. 이 때문에, 버퍼장치 등을 고속으로 동작시키기 위해서는, 큰 조작력이 필요하여, 차단동작의 고속화의 방해가 된다. 반대로, 버퍼 샤프트(11)를 비중이 가벼운 부재, 예를 들면 알루미늄재로 일체로 형성하면, 버퍼 샤프트(11)의 중량은 가벼워져 차단동작을 고속화할 수 있다. 그러나, 로드(12)와 연결하는 부분의 기계적 강도가 강재에 비하여 약해져, 버퍼 샤프트(11)의 변형 또는 파손을 초래할 염려가 있었다.
또한, 버퍼 샤프트(11)를 저융점의 알루미늄재로 일체로 형성하면, 전류 차단 시의 고온 가스에 의하여 배기구멍(11c)을 가지는 끝부가 강한 영향을 받는다. 또, 이 구조의 배기구멍(11c)은, 버퍼 샤프트(11)의 내부를 통과하는 고온 가스를, 가동측 도체(8)의 내부로 배출하기 때문에, 배출된 고온 가스가 가동측 도체(8) 내에 일정 시간 충만된다. 이 때문에, 버퍼 샤프트(11)의 끝부는 내외부 모두 고온에 노출되게 되고, 고온의 열에 의해 열화되는 문제가 있었다.
본 발명의 목적은, 아크로 내뿜은 절연가스를 통하여 배출하는 통 형상의 버 퍼 샤프트의 구조를 변경함으로써, 교환도 용이하고 경제적이며, 또한 차단동작의 고속화가 도모되어 기계적 강도를 향상할 수 있는 버퍼형 가스 차단기를 제공하는 것에 있다.
본 발명의 버퍼형 가스 차단기는, 절연가스를 충전하는 용기 내에 차단부를 배치하고, 상기 차단부는 적어도 고정측 및 가동측의 주접촉자와, 고정측 및 가동측의 아크 접촉자와, 상기 절연가스를 압축하는 버퍼장치와, 상기 각 아크 접촉자 사이에 생기는 아크로 절연가스를 내뿜는 절연 노즐을 가지고, 아크로 분출 후의 절연가스는 통 형상의 버퍼 샤프트를 통하여 배출할 때, 상기 버퍼 샤프트는, 선단에 상기 가동측의 아크 접촉자를 설치하는 파이프부재와, 한쪽 끝을 상기 파이프부재와 분할 가능하게 결합함과 동시에 다른쪽 끝을 조작기측에 연속되어 있는 로드와 연결하는 단부재에 의하여 구성한 것을 특징으로 하고 있다.
바람직하게는, 상기 파이프부재는 상기 단부재보다 비중이 작은 재료를 사용하고, 상기 단부재는 기계적 강도가 크고 또한 상기 파이프부재보다 융점이 높은 재료를 사용한 것을 특징으로 하고 있다. 또, 상기 파이프부재에는 알루미늄재를 사용하고, 상기 단부재에는 강재를 사용한 것을 특징으로 하고 있다.
또, 본 발명의 버퍼형 가스 차단기는, 절연가스를 충전하는 용기 내에 차단부를 배치하고, 상기 차단부는 적어도 고정측 및 가동측의 주접촉자와, 고정측 및 가동측의 아크 접촉자와, 상기 절연가스를 압축하는 버퍼장치와, 상기 각 아크 접촉자 사이에 생기는 아크로 절연가스를 내뿜는 절연 노즐을 가지고, 아크로 분출 후의 절연가스는 통 형상의 버퍼 샤프트를 통하여 배출할 때, 상기 버퍼 샤프트는, 선단에 상기 가동측의 아크 접촉자를 설치하는 알루미늄재제의 파이프부재와, 한쪽 끝을 상기 파이프부재와 분할 가능하게 결합함과 동시에 다른쪽 끝을 조작기측에 연속되어 있는 로드와 연결하는 구조용 탄소강재제의 단부재에 의하여 구성한 것을 특징으로 하고 있다.
본 발명과 같이 버퍼형 가스 차단기를 구성하면, 장기간의 사용으로 버퍼 샤프트가 손상된 경우에도, 손상된 부분의 파이프부재 또는 단부재만을 교환하면 되기 때문에, 경제적으로 제작할 수 있고, 파이프부재와 단부재에 각각 특성이 다른 부재를 효과적으로 사용하는 것이 가능해진다.
또, 버퍼 샤프트는, 파이프부재에 비중이 작은 재료를 사용하고, 단부재에 기계적 강도가 크고 또한 파이프부재보다 융점이 높은 재료를 사용하면, 차단동작의 고속화를 손상하지 않고 기계적 강도를 강화하여, 버퍼 샤프트의 변형을 방지할 수 있고, 고온 가스의 열에 의한 열화를 방지할 수 있다.
또한, 버퍼 샤프트는, 알루미늄재제의 파이프부재와 구조용 탄소강재제의 단부재를 조합하여 구성하면, 기계적 강도도 향상할 수 있기 때문에, 차단동작의 고속화가 도모되고, 또 장기간 사용할 수 있어 한층 경제적이다.
도 1은 본 발명을 적용한 버퍼형 가스 차단기의 일 실시예를 나타내는 개략 종단면도,
도 2는 도 1의 A부의 확대 종단면도,
도 3은 종래의 버퍼형 가스 차단기를 나타내는 개략 종단면도이다.
이하, 본 발명의 버퍼형 차단기를, 종래와 동일부분에 동일부호를 붙이고 있는 도 1 및 도 2에 나타내는 실시예를 사용하여 설명한다.
버퍼형 차단기는, 종래와 마찬가지로 용기(1) 내에, 통전도체(16, 17)에 연속되어 있는 차단부(2)를 배치하고, 용기(1) 내부에는 절연가스를 충전하여 구성하고 있다. 조작기(도시 생략)에 의해 구동 조작하는 차단부(2)는, 고정 접촉부측 및 가동 접촉자측 모두 종래와 동일한 구조로 되어 있다.
도 1의 각 접촉자의 투입상태에서 조작기가 동작하여 차단동작 시에는, 가동측의 주접촉자(6), 가동측의 아크 접촉자(7), 버퍼 실린더(9a), 절연 노즐(10)이 도면 중의 우방향으로 움직이는 구성으로 되어 있다. 차단부(2)의 개극동작의 도중에, 버퍼 실린더(9a)와 버퍼 피스톤(9b)의 버퍼장치로 압축된 절연가스를, 절연 노즐(10)로부터 아크 접촉자(4, 7) 부분 사이에 발생하고 있는 아크를 향하여 내뿜어 소호한다.
아크로 내뿜어 고온이 된 절연가스는, 버퍼 피스톤(9b)의 중심부 내를 관통하는 본 발명의 버퍼 샤프트(11)의 중공부분을 통하여, 배기구멍(11c)으로부터 중공의 가동측 도체(8) 내로 배출되고, 최종적으로는 용기(1) 내로 방출된다.
버퍼 샤프트(11)는, 도 1 및 도 2에 나타내는 바와 같이 대략 동일한 외경의 파이프부재(11a)와 단부재(11b)의 두개로, 분할 가능하게 일체로 결합하는 구조로 되어 있다. 파이프부재(11a)는, 뒤에서 설명하는 바와 같이 비중이 작은 재료를 사용하여 고온의 가스가 통과하는 중공(中空)으로 제작하고, 선단에 가동측의 아크 접촉자(7)를 설치하고 있다. 또 단부재(11b)는, 뒤에서 설명하는 바와 같이 기계적 강도가 크고, 또한 파이프부재(11a)보다 융점이 높은 재료를 사용하여 제작한다. 그리고, 단부재(11b)는, 그 한쪽 끝을 파이프부재(11a)와 접속부(11d)에서 분할 가능하게 일체로 결합함과 동시에, 다른쪽 끝을 조작기측에 연속되어 있는 로드(12)와, 연결 핀 등의 연결부재(13)에 의해 연결하고 있다.
이 예에서는, 단부재(11b)에, 절연가스를 배기하기 위한 배기구멍(11c)을 설치하고 있으나, 이 배기구멍(11c)은, 파이프부재(11a) 또는 단부재(11b)의 어느 쪽에 설치하여도 되고, 예를 들면 파이프부재(11a)를, 가동측 도체(8) 내까지 연장시키는 길이로 하여 배기구멍(11c)을 설치할 때는, 단부재(11b)측은, 중실(中實)로 접속부분만을 형성한 형상으로 할 수 있다.
파이프부재(11a)와 단부재(11b)를 결합하는 접속부(11d)는, 예를 들면 도 1및 도 2에 나타내는 바와 같이, 파이프부재(11a)와 단부재(11b)의 양쪽에 나사골을 내고 있고, 양자를 비틀어 넣어 접속하는 나사 결합을 이용하여, 절연가스의 배출에 방해가 되지 않는 구조로 한다. 이에 따라, 양자의 접속부(11d)가, 차단동작 시의 급속 운동이나 고온의 절연가스(핫 가스) 등의 영향을 받아도, 벗겨지지 않도록 결합을 유지할 수 있고, 또한 착탈이 용이한 구조로 할 수 있다.
파이프부재(11a)는, 비중이 작은 재료, 예를 들면 알루미늄이나 섬유강화 플라스틱 등과 같이 기계적 강도를 가지고, 또한 단부재(11b)보다 비중이 작은, 바람직하게는 비중이 4 이하인 재료를 사용하여 제작한다. 이와 같이, 파이프부 재(11a)에 알루미늄 등의 비중이 작은 재료를 사용하여 제작하는 것은, 버퍼 샤프트(11) 전체의 경량화를 도모하고, 작은 구동력으로 고속으로 동작 가능하게 하기 위함이다.
또한, 파이프부재(11a)에 알루미늄을 사용한 경우, 이 내부를 전류차단 시의 고온의 절연가스가 통과하여 배출될 때의 열에 의한 열화는, 그다지 문제가 되지 않는다. 더욱 구체적으로 설명하면, 파이프부재(11a)의 바깥쪽에 버퍼장치가 설치되어, 절연가스를 절연 노즐(10)측으로 내뿜는 구조이기 때문에, 버퍼장치 부분으로 고온의 절연가스가 들어가기 어렵기 때문에, 버퍼장치 부분은 저온의 상태로 있다. 이 때문에, 파이프부재(11a) 내를, 고온의 절연가스가 통과하여도, 비교적 온도가 낮은 바깥쪽으로 방열할 수 있어, 열효율이 우수한 구조로 되어 있기 때문에, 열에 의한 열화의 영향은 매우 적어진다.
또, 단부재(11b)는, 기계적 강도가 있고 또한 파이프부재(11a)에 사용하는 재료보다 융점이 높은 재료, 예를 들면 구조용 탄소강이나 스테인리스강 등의 강재이고, 파이프부재(11a)보다 비중의 큰, 바람직하게는 비중이 4 보다 큰 재료를 사용하여 제작한다. 이와 같이, 단부재(11b)를 기계적 강도가 강하고, 융점이 높고 비중이 큰 재료를 사용하는 것은, 계통의 고장 시의 대전류를 차단부(2)에서, 순간에 차단할 수 있도록 버퍼 샤프트(11)의 동작을 고속화하였을 때, 로드(12)와의 연결부분에 생기는 막대한 응력 하중에 견디어, 버퍼 샤프트(11)를 변형하지 않도록 하기 위함이다. 또, 고온의 절연가스를, 배기구멍(11c)로부터 가동측 도체(8) 내부로 배출할 때에, 절연가스에 노출되는 부분의 열 열화를 방지하고, 내열성이 우 수한 구조로 하기 위함이다.
버퍼 샤프트(11)는, 관성질량을 작게 하기 위하여, 통상은 필요 최소한의 굵기로 형성되어 있고, 단부재(11b)와 로드(12)를 연결하는 연결부재(13)의 외경을 함부로 굵게 할 수는 없고, 로드(12)의 인장 응력을 고려하여 제작한다. 단부재(11b)와 연결부재(13)의 접촉면에는, 차단조작 시의 구동력에 의하여, 큰 압력이 가해진다. 이 때문에, 버퍼 샤프트(11)를 구성하는 단부재(11b)를, 기계적 강도가 있고 또한 파이프부재(11a)에 사용하는 재료보다 융점이 높은, 예를 들면 강재제를 사용하면, 알루미늄 등의 비중이 작은 재료와 비교하여, 높은 응력에 견딜 수 있는 기계적 강도를 가지기 때문에, 단부재(11b)와 로드(12)의 접속부(11d) 부분에 덜컥거림이 생기거나, 또는 파단의 염려가 없어진다.
이와 같이 버퍼 샤프트(11)를 구성하면, 전체의 경량화가 도모되어, 작은 구동력으로 고속으로 차단 동작시키는 것이 가능해진다. 가능 파이프부재(11a)와 단부재(11b)는, 접속부(11d)에서 분할 가능하게 되어, 고온이 된 절연가스에 의해, 파이프부재(11a) 또는 단부재(11b) 중 어느 한쪽만 열 열화된 경우나, 로드(12)의 구동에 의해 단부재(11b)의 연결부분에 변형을 일으킨 경우에는, 열 열화부분 또는 변형부분측만을 교환하면 되기 때문에, 보수비용을 경감할 수 있다.
또, 버퍼 샤프트(11)는 분할할 수 있기 때문에, 파이프부재(11a) 및 단부재(11b)에는 특성이 동일한 부재는 물론, 융점이 다른 부재나 비중이 다른 부재, 또한 기계적 강도가 다른 부재 등의 특성이 다른 부재를 사용하는 것도 가능하게 되기 때문에, 조합의 자유도가 증가하여, 더욱 용이하게 제작할 수 있다. 특히, 파이프부재(11a)에 알루미늄재를 사용하고, 단부재(11b)에 철재를 사용하면, 버퍼 샤프트(11)에 요구되는 차단동작의 고속화 및 기계적 강도의 향상의 양쪽을 만족시킬 수 있다.
본 발명의 버퍼형 가스 차단기는, 선단에 상기 가동측의 아크 접촉자를 설치하는 파이프부재와, 한쪽 끝을 상기 파이프부재와 분할 가능하게 결합함과 동시에 다른쪽 끝을 조작기측에 연속되어 있는 로드와 연결하는 단부재에 의하여 버퍼 샤프트를 구성하는 것이기 때문에, 간단하게 적용할 수 있고, 장기간의 사용으로 버퍼 샤프트가 손상된 경우에도, 손상된 부분의 파이프부재 또는 단부재만을 교환하면 되기 때문에, 경제적으로 제작하는 데 적합하다.

Claims (4)

  1. 절연가스를 충전하는 용기 내에 차단부를 배치하고, 상기 차단부는 적어도 고정측 및 가동측의 주접촉자와, 고정측 및 가동측의 아크 접촉자와, 상기 절연가스를 압축하는 버퍼장치와, 상기 각 아크 접촉자 사이에 생기는 아크로 절연가스를 내뿜는 절연 노즐을 가지고, 아크로 분출 후의 절연가스는 통 형상의 버퍼 샤프트를 통하여 배출하는 버퍼형 가스 차단기에 있어서,
    상기 버퍼 샤프트는, 선단에 상기 가동측의 아크 접촉자를 설치하는 파이프부재와, 상기 파이프부재를 조작기측에 연속되어 있는 로드와 연결하는 단부재를 구비하고,
    상기 파이프부재는 상기 단부재에 분할 가능하게 결합되는 것을 특징으로 하는 버퍼형 가스 차단기.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 파이프부재는 상기 단부재보다 비중이 작은 재료를 사용하고, 상기 단부재는 기계적 강도가 크고 또한 상기 파이프부재보다 융점이 높은 재료를 사용한 것을 특징으로 하는 버퍼형 가스 차단기.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 파이프부재에는 알루미늄재를 사용하고, 상기 단부재에는 강재를 사용한 것을 특징으로 하는 버퍼형 가스 차단기.
  4. 절연가스를 충전하는 용기 내에 차단부를 배치하고, 상기 차단부는 적어도 고정측 및 가동측의 주접촉자와, 고정측 및 가동측의 아크 접촉자와, 상기 절연가스를 압축하는 버퍼장치와, 상기 각 아크 접촉자 사이에 생기는 아크로 절연가스를 내뿜는 절연 노즐을 가지고, 아크로 분출 후의 절연가스는 통 형상의 버퍼 샤프트를 통하여 배출하는 버퍼형 가스 차단기에 있어서,
    상기 버퍼 샤프트는, 선단에 상기 가동측의 아크 접촉자를 설치하는 알루미늄재제의 파이프부재와, 상기 파이프부재를 조작기측에 연속되어 있는 로드와 연결하는 구조용 탄소강재제의 단부재를 구비하고,
    상기 파이프부재는 상기 단부재에 분할 가능하게 나사 결합되는 것을 특징으로 하는 버퍼형 가스 차단기.
KR1020097026851A 2007-06-25 2008-06-02 버퍼형 가스 차단기 KR101423142B1 (ko)

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