KR101430542B1

KR101430542B1 - 전환 장치

Info

Publication number: KR101430542B1
Application number: KR1020097026162A
Authority: KR
Inventors: 크리스티안 하머; 토마스 후베르; 알베르트 슈미드바우어
Original assignee: 마쉬넨파브릭 레인하우센 게엠베하
Priority date: 2007-05-16
Filing date: 2008-04-03
Publication date: 2014-08-14
Also published as: RU2009108638A; EP2147447A1; WO2008138430A1; RU2449401C2; EP2147447B1; ES2564174T3; JP2010527159A; JP5153867B2; BRPI0806098A2; DE102007023124B3; US8030583B2; CN101681730B; US20100059356A1; HK1138103A1; CN101681730A; UA95680C2; KR20100024418A

Abstract

본 발명은 변압기 작동 중 코일을 전환시키기 위해 2개의 동작 위치를 갖는 전환 장치에 관한 것으로, 전환 작동 중 과도 전류가 하나의 전류 경로에서 다른 전류 경로로 정류한다. 이를 위해, 고정 접촉자가 축회전식 셀렉터 샤프트(pivoting selector shaft)를 중심으로 복수의 수평면 상의 절연재에 배치된다. 상기 고정 접촉자는 상기 상부 및 하부 접촉 핑거부를 포함하고, 상기 상부 및 하부 접촉 핑거부는 서로 이격되게 벌려질 수 있으며, 가동식 전환 접촉자로서 도전성 터미널에 의해 서로 연결될 수 있다.

전환 헤드, 케이지 링, 어댑터, 접촉봉, 전환 접촉자, 전환 샤프트, 고정 접촉자, 접촉 핑거부

Description

전환 장치{SWITCHING ARRANGEMENT}

본 발명은 변압기 작동 중 권선을 전환시키기 위한 2가지 동작 설정을 가지며, 전환시 하나의 전류 경로에서 다른 전류 경로로 과도 전류를 전달시키는 전환 장치에 관한 것이다.

이러한 전환 장치는 본 출원인의 회사 출판물 'Advanced Retard Switch(ARS), Betriebsanleitung BA 274/01', 프린트 넘버 BA 274/01de, 0605(공기: 2005년 6월)에서 "Advanced Retard Switch"(약칭, "ARS")라는 명칭으로 공지되어 있다. 상기 공지의 전환 장치는 부하 시 탭 절환기(On-load Tap Changer)와 결합하여 다양한 용도로 사용될 수 있다. 주로, 전환 장치는, 예컨대 위상 이동 변압기와 같이, 큰 조절 범위를 갖는 용도에서 조절 전압의 극 반전(Pole Reversal)을 위해 사용된다. 그런 다음, 전환 장치는 2중 반전 스위치의 기능을 행한다.

이러한 장치에서는, 각각의 위상이 전환되도록 보통 2개의 수평면이 제공된다. 각각의 수평면에는, 복수의 고정 접촉자(fixed contacts)가 절연재 프레임 상에서 전환 장치의 중심에 배치된 회전식 전환 샤프트 주위로 배치된다. 각각의 수평면에서, 이들 고정 접촉자와 전환 샤프트에 체결된 개별 도전성 만곡형 전환 세그먼트 사이에 선택적인 전기 접속이 이루어질 수 있다. 하나의 동작 설정에서 다 른 동작 설정으로의 공지된 전환 장치의 조절은 전환 샤프트를 회전시킴으로써 이루어진다. 이 경우, 동작 설정의 변경은 120°의 전환 스텝을 필요로 한다.

상기 공지의 전환 장치에서, 가동 전환 샤프트의 복수의 접촉 핑거부(contact fingers) 또는 접촉판은 접촉 스프링의 힘에 대해 역으로 힘을 받아 움직일 수 있게 되어 있으며, 제조상 불가피한 미세한 수평차가 있는 경우에도, 가동 전환 세그먼트가 절연재 프레임에 배치된 각각의 고정 접촉자 상에 확실하게 이어질 수 있도록 한다.

그러나 이 공지의 전환 장치는 많은 단점을 갖는다. 한편으로는, 서로 독립적으로 가동될 수 있도록 안내되는 복수의 접촉 핑거부를 포함하는 가동 전환 접촉자, 즉 전환 세그먼트는 복수의 개별 부품을 구비한 매우 복잡한 구조의 요소이다. 다른 한편, 가동 전환 접촉자의 복수의 접촉 핑거부가 각각의 고정 접촉자 상에 계속해서 이어진다는 사실 때문에, 그 때마다 각각의 접촉 핑거부에서의 스프링의 힘을 극복해야하고, 중심 전환 샤프트를 가동시키는데 높은 수준의 토크가 필요하다.

전환 장치의 길이 때문에, 각 위상에 통상 필요한 상기 2개의 기능면은 실시가능한 구성 프로그램을 상당히 제한한다. 전환 세그먼트의 접촉 핑거부의 형상 및 절연 프레임에서 상기 접촉 핑거부에 이어질 수 있는 고정 접촉자의 형상은 정류 접촉시키는데 단지 작은 부피만을 필요로 한다. 그러나, 이는 내용 연수(service life)에 대한 매우 중요한 요소이다.

본 발명의 목적은 상기 단점을 더이상 갖지 않는 본 발명의 카테고리에 따른 전환 장치를 제공하는데 있다.

상기 목적은 독립청구항 제1항의 특징부에 따른 전환 장치에 의해 달성된다.

종속청구항은 본 발명의 특히 바람직한 실시예와 관련된다.

본 발명에 따르면, 가동식 전환 접촉자, 즉 만곡형 전환 세그먼트는 도전성 재료로 이루어진 간단한 구조의 만곡형 레일로 구성된다. 어떠한 종류의 접촉 핑거부도, 어떠한 스프링도, 어떠한 가이드도 존재하지 않으며, 전환 세그먼트는 단지 고강도 레일, 바람직하게는 구리 레일만으로 구성되고, 이 레일의 단부는 테이퍼되어, 고정 접촉자 상에서의 원활한 주행을 촉진시킨다. 상기 레일은 간단한 방식으로 절연재 접촉 캐리어와 나사 연결될 수 있으며, 동시에 이 절연재 접촉 캐리어는 전환 샤프트에 체결된다. 이는 매우 중요하고 더욱 경제적인 구성의 단순화를 나타내고 있다는 것은 명백한 일이다. 또한, 본 전환 장치에 의할 경우, 6개의 접촉부를 갖는 하나의 평면에서 4개의 접촉부를 각각 갖는 2개의 필수 기능 평면을 결합시키는 것이 가능하다.

본 발명의 특히 바람직한 실시예에서, 특히 연소 부식에 대한 내성을 갖는 특수 재료의 부재를 반지름 방향으로 볼 때의 제2 평면에서 만곡형 전환 세그먼트의 단부에 체결, 예컨대 나사 연결시키는 것이 가능하다. 이는 연소 부식에 대한 내성을 갖는 특수 재료의 부피 증가를 촉진시키며, 이러한 부피 증가는 내용 연수를 연장시키는데 필수적이다. 또한, 제2 평면으로의 정류 접촉의 이동을 통해, 구리 레일을 통한 영구 전류는, 연소에 의한 부식에 더욱 내성을 갖는 재료로 인해 주 부품이 오염으로부터 자유롭게 움직이는 상태를 유지시킨다.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 절연재 프레임에 체결된 고정 접촉자는 서로 평행하게 연장된 상부 및 하부 접촉 핑거부를 포함하며, 이 상부 및 하부 접촉 핑거부는 전환 세그먼트가 상기 상부 및 하부 접촉 핑거부 사이에 연장되어, 전기 접속을 발생시킬 수 있도록, 스프링의 힘에 대해 역으로 힘을 받아 각각 벌어질 수 있다.

본 발명의 특별한 장점은 부품 감소이며, 모든 고정 접촉자는 가장 중요한 부품으로서 동일한 요소들로 이루어져 있다. 또한, 본 발명의 특히 바람직한 실시예에서 가능한 단일 평면으로의 기능 평면의 통합으로 인해, 구성 요소가 감소될 수 있다. 또한, 가동식 전환 세그먼트가 움직일 때, 각각의 접촉 핑거부에서의 상당히 적은 스프링의 힘은 극복될 수 있기 때문에, 본 발명에 따른 전환 장치를 작동시키는 데에는 종래 기술에 비해 상당히 낮은 수준의 토크만이 요구된다.

이하, 도면을 참조하여 실시예를 통해 본 발명에 대하여 더 자세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 전환 장치를 나타낸다.

도 2는 본 발명의 전환 장치의 일부의 사시도를 나타낸다.

도 3은 본 발명의 전환 장치의 일부의 개략적인 평면도를 나타낸다.

도 4는 본 발명에 따른 전환 장치의 접촉 핑거부만을 나타낸다.

도 5는 본 발명에 따른 전환 장치의 고정 접촉자를 나타낸다.

도 6은 도 5의 고정 접촉자의 일부의 상세도이다.

도 7은 본 발명에 따른 전환 장치에서 특히 바람직한 방식으로 사용될 수 있는 고정 접촉자를 나타낸다.

도 8은 전환 순서, 즉 본 발명에 따른 전환 장치의 하나의 고정 동작 설정에서 다른 동작 설정으로의 전환을 나타낸다.

도 1은, 전환 장치의 상부가 공지된 전환 헤드(switching head)(1)를 포함하고, 이 전환 헤드에 환상형 상부 케이지 링(encircling upper cage ring)(2)이 체결되어 있는 모습을 나타내고 있다. 또한, 상기 인서클링 상부 케이지 링(2)에 상부 어댑터(upper adapter)(3)가 배치된다. 전환 장치의 하단에는 하부 케이지 링(lower cage ring)(4)이 제공되어 있으며, 또한 상기 하부 케이지 링(4)에 하부 어댑터(lower adapter)(5)가 체결된다. 수직으로 연장되면서 서로 평행한 복수의 접촉봉(contact rods)(6)이 상부 어댑터(3)와 하부 어댑터(5) 사이에 설치된다. 본 도면에 도시된 구성에서 18개의 상기 접촉봉(6)은 서로에 대해 20°의 각도를 이루며 각각 배치되도록 체결된다. 개별 고정 접촉자(fixed contacts)(7)는 3개의 상이한 수평면에서 6개의 상기 접촉봉(6)에 체결되고, 여기서 하나의 수평면은 각각의 위상이 전환되도록 제공되며, 전체 전류가 증가하면, 수평면의 수도 증가하게 된다. 여전히 자유로운 접촉봉(6)을 소위 빈 봉(empty rods)라고도 말하며, 이는 전체 장치의 강성을 개선시킬 수 있다. 도 1을 참조하면, 제1 수평면의 총 6개의 고정 접촉자는 참조번호(7'), 제2 수평면의 고정 접촉자는 참조번호(7"), 및 제3 수평면의 고정 접촉자는 참조번호(7"')로 표시되어 있다. 수직 전환 샤프 트(vertical switching shaft)(8)가 각각의 수평면에서 접촉 캐리어(contact carrier)(9)와 체결된 상태로, 전환 장치의 중심에 위치된다. 2개의 만곡형 전환 접촉자(curved switching contacts)(10) 각각은 서로 대향하면서 상기 접촉 캐리어(9)에 체결되어, 수직 전환 샤프트(8)와 함께 회전될 수 있다. 본 도면에서 1개의 수평면마다 2개씩 제공되고, 서로 대향하면서 2개의 인접한 고정 접촉자에 각각 체결되는, 연결 브리지(connecting bridges)(11)는 상기 두 고정 접촉자 사이의 확실한 전기적 연결을 나타낸다. 가동식 전환 접촉자(10)는 120°의 호 전반에 걸쳐 연장되어, 각각의 위상에서 정지 상태 시 2개가 연결되고 1개가 자유로운 인접한 고정 접촉자(7)가 매번 동시에 맞닿아 서로 전기적으로 연결된다. 전환 샤프트(8)는 상부 트랜스미션단(upper transmission stage)(11)과 연결되는 제네바 트렌스미션(Geneva transmission)(도시되지 않음)에 의해 가동된다. 상부 트랜스미션단의 구동은 구동 샤프트(12)에 의해 이루어진다.

수직 전환 샤프트(8)에 체결되는 접촉 캐리어는 도 2에서 다시 한번 상세하게 나타내어진다. 도 2에서는, 가동식 만곡형 전환 접촉자(10)가 수평면 상에서 대향하는 절연 접촉 캐리어(9)의 2개의 대향면에 각각 체결된 상태를 훨씬 더 명확히 볼 수 있다. 이들 전환 접촉자(10)는 고강도 도전성 재료, 바람직하게는 구리로 구성된다.

그 아래에 놓인 도 3에서는, 개략적인 평면도로서 상기 세부 구성을 다시 한번 나타내고 있다. 본 도면에서는, 본 실시예의 정지 상태 시, 2개가 연결되고 1개가 자유로운 인접한 고정 접촉자(7)가 서로 전기적으로 연결된 상태를 특히 명확 하게 볼 수 있다.

도 4는 상세도로서, 상기 고강도 만곡형 전환 접촉자(10)를 운반하는 접촉 캐리어(9)만을 보다 상세하게 다시 한번 나타내고 있다. 전환 접촉자(10)의 자유단의 안쪽면과 나사 연결되는 것은, 특히 연소에 대한 내부식성 재료(15)이다. 또한, 전환 접촉자(10)의 자유단 및 연소에 대한 내부식성 재료(15)는, 전기적으로 연결될 고정 접촉자 상에서 더욱 원활히 움직이게 할 수 있도록, 라운딩부(radiussing)(16)를 가지며, 상기 고정 접촉자에 대해서는 이하에서 더 자세히 설명된다.

도 5는 본 발명에 따른 전환 장치의 완성형 고정 접촉자(7)를 나타내고 있다. 이 고정 접촉자(7)는 상부 접촉 홀더(upper contact holder)(18) 및 이에 대해 대칭적으로 구성된 하부 접촉 홀더(19)를 포함하며, 이 두 접촉 홀더는, 각각의 접촉봉이 밀어 넣어지면서, 그 접촉봉과 체결될 수 있다. 연결선(도시되지 않음)을 고정시키기 위한 연결용 보어(21)를 갖는 도전성 접촉자(20)가 상기 두 접촉 홀더 사이에 제공되어 고정된다. 상기 도전성 접촉자(20)는 실제 접촉 영역인 상부 접촉 핑거부(22) 및 하부 접촉 핑거부(23)와 전기적으로 연결된다. 상기 상부 접촉 핑거부(22)는 상부 접촉 스프링(24)(도 6에 도시됨)의 힘에 대해 역 방향인 상향으로 힘을 받아 벌어질 수 있고, 상기 하부 접촉 핑거부(23)는 하부 접촉 스프링(25)(도 6에 도시됨)의 힘에 대해 역 방향인 하향으로 힘을 받아 벌어질 수 있다. 각각의 가동식 전환 접촉자(10)는 이들 접촉 핑거부(22, 23) 사이에 연장되어, 전기 접속을 나타낸다. 가동식 전환 접촉자(10)의 양 측면을 에워싸는 상기 접촉 핑거부(22, 23)의 탄성 장치를 통해, 필요한 접촉 압력이 형성되는 한편, 전체 장치의 발생가능한 약간의 수평적 오차에 대한 보상이 이루어진다. 연소에 대한 내부식성 재료(30, 31)가 상기 두 접촉 핑거부(22, 23) 중 하나의 전방 단부에 납땜 결합되어, 전환 접촉자(10)의 연소에 대한 내부식성 재료(15)와 함께 스위칭-온 전류(switching-on current)와 스위칭-오프 전류(switching-off current)를 정류한다. 연소에 대한 내부식성 재료(30, 31)를 구비한 접촉 핑거부(22, 23)가 접촉 하우징(32)의 좌측에 배치되는지, 아니면 우측에 배치되는지에 대한 상기 접촉 핑거부(22, 23)의 위치는 전환 장치의 위치에 따라 달라진다. 또한, 카운터 베어링(counter bearings)(26)이 상기 두 접촉 핑거부(22, 23) 사이에 배치된다. 또한, 상부 스크린(upper screen)(27) 및 하부 스크린(28)이 각각 접촉 장치의 상부 및 하부로 밀어 넣어지고, 상기 스크린 각각의 중심에는 각각의 접촉봉을 밀어 넣을 수 있는 대응 개구가 형성되어 있다. 또한, 복수의 보어를 통해 접촉 홀더(18, 29) 또는 스크린(27, 28)에 접촉봉을 고정시키는 볼트(29)가 도시되어 있다. 상기 접촉 하우징(32)에 장착되는 스크린(35, 36)이 접촉 단지(22, 23) 및 연소에 대한 내부식성 재료(30, 31)를 덮어서, 전기장 형성을 개선시킬 수 있다. DE 10 2004 041 317 B3로부터, 접촉 홀더, 스크린 및 체결용 볼트를 넣을 수 있는 보어를 구비한 고정 접촉자와 유사한 부품이 공지되어 있다.

도 6은 본 발명에 따른 고정 접촉자의 세부 구성만을 나타내고 있다. 본 도면은, 상부 접촉 핑거부(22) 및 하부 접촉 핑거부(23)가 접촉 스프링(24, 25)과 함께 개별 접촉 하우징(32)(도 6에 도시되지 않음) 내에 배치되어 있음을 나타낸다. 상기 두 접촉 핑거부(22, 23)는 그 반대편에 접촉 클립(contact clips)(33, 34)을 포함하고, 본 발명의 특히 바람직한 실시예에 따르면, 상기 접촉 클립은 도전성 접촉자(20)의 양 측면 주위를 클립 고정시켜, 직접적인 전기 접속을 발생시킨다. 상부 접촉 핑거부(22)와 워셔(washers)(37) 사이에 위치된 상부 전류 밴드(upper current band)(38) 및 하부 접촉 핑거부(23)와 워셔(37) 사이에 위치된 하부 전류 밴드(38)(도 6에 도시되지 않음)는 전환 접촉자(10)의 스위칭 온 및 스위칭 오프 동안의 재접지로 인해 발생하는 상기 두 접촉 핑거부(22, 23)와 상기 도전성 접촉자(20) 사이의 정류가 일어나지 않도록 한다.

도 7은 고정 접촉자만을 다시 한번 나타내고 있다. 이 경우에는, 도전성 접촉자(20)를 접촉 클립(33, 34)으로 간단히 클립 고정시킴으로써, 간단한 방식으로 본 발명에 따른 고정 접촉자를, 도 5에 도시된 바와 같이, 즉 빌딩 블록 시스템(building block system)에 따른 모듈러(modular)로 제조하는 것이 가능하다.

마지막으로, 도 8에서는, 본 발명에 따른 전환 장치의 하나의 동작 설정에서 다른 동작 설정으로의 전환을 나타내고 있다. 도 8의 상부에서는 그 각각의 전기 회로가 도시되어 있으며, 하부에서는 고정 접촉자에 대해 위상이 변화되는 가동식 전환 접촉자를 나타내고 있다. 하나의 위상에서의 6개의 고정 접촉자는 K1, K2, K3, K4, K5 및 K6으로 표시된다. 좌측에 그려진 그림은 제1 정지 동작 설정을 나타내고 있으며, 전환 초기의 회전 방향을 화살표로 표시하고 있다. 우측을 따라 본 장치의 전환 접촉자는 60°의 회전 각도로 각각 회전되었다. 그 다음, 우측의 다음 그림에서는, 전환 접촉자의 회전 각도의 총합은 60°를 약간 초과하여, 과도 전류가 다른 전환 브랜치(switching branch)로 정류하는데, 이를 플래시 기호로 나타내고 있다. 가장 우측에 그려진 그림에서는, 총 120°의 각도로 회전된 후 새로운 정지 동작 설정이 이루어진다. 따라서, 전환 과정은 종료되며, 배경기술에서 설명하였던 2중 반전 스위치의 기능에 따라 새로운 전환 과정이 일어난다.

Claims

변압기 작동 중 권선을 전환시키기 위한 것으로서 2가지 동작 설정을 갖는 전환 장치에 있어서,

상기 전환 중에, 과도 전류(transient current)가 하나의 전류 경로에서 다른 전류 경로로 방향을 전환하고, 1개 이상의 수평면이 각각의 위상을 전환시키기 위해 제공되며, 각각의 수평면에는, 복수의 고정 접촉자가 공통 절연재 프레임 상에서 전환 장치의 중심에 수직으로 배치된 회전식 전환 샤프트 주위로 배치되고, 각각의 수평면의 상기 고정 접촉자와 상기 전환 샤프트에 체결된 1개 이상의 대응하는 가동식 전환 접촉자 사이에 선택적인 전기 접속이 이루어질 수 있으며,

상기 가동식 전환 접촉자(10)는 도전성 재료로 이루어진 수평으로 연장된 만곡형 레일로 구성되고, 상기 고정 접촉자(7)는 서로 평행하게 연장된 상부 및 하부 접촉 핑거부(upper and lower contact fingers)(22, 23)를 포함하며, 상기 상부 및 하부 접촉 핑거부는 상기 가동식 전환 접촉자(10)가 상기 상부 및 하부 접촉 핑거부 사이에 연장되어, 전기 접속을 발생시킬 수 있도록, 상부 및 하부 접촉 스프링(24, 25)의 힘에 대해 역으로 힘을 받아 벌어질 수 있는,

전환 장치.
제1항에 있어서,

상기 가동식 전환 접촉자(10)는 고강도 구리 레일로 구성된, 전환 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 레일의 단부는 그 폭이 좁아지는 것을 특징으로 하는 전환 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 가동식 전환 접촉자(10)는 절연재로 이루어진 접촉 캐리어(contact carrier)(9)에 체결되고, 상기 접촉 캐리어는 상기 전환 샤프트(8)와 고정식으로 연결되는, 전환 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,

연소에 대한 내부식성 재료(15)가 상기 가동식 전환 접촉자(10)의 단부에 체결되는, 전환 장치.
제5항에 있어서,

상기 연소에 대한 내부식성 재료(15)는 반지름 방향으로 볼 때의 제2 평면에서 체결되는, 전환 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 고정 접촉자(7)는 상부 접촉 홀더(18) 및 상기 상부 접촉 홀더에 대칭적으로 형성된 하부 접촉 홀더(19)를 포함하고, 도전성 접촉자(20)가 상기 상부 접촉 홀더(18) 및 상기 하부 접촉 홀더(19) 사이에 제공되어, 상기 상부 접촉 홀더(18) 및 상기 하부 접촉 홀더(19)에 의해 고정되는, 전환 장치.
제7항에 있어서,

연소에 대한 내부식성 재료(30, 31)로 이루어진 1개 이상의 접촉 핑거부(22, 23)가 전방 단부에 배치되는, 전환 장치.
제8항에 있어서,

상부 스크린(upper screen)(27) 및 하부 스크린(lower screen)(28)이 각각 완성형의 상기 고정 접촉자(7)의 상부 및 하부로 밀어 넣어지고, 상기 상부 접촉 홀더(18) 및 상기 하부 접촉 홀더(19)와 상기 상부 스크린(27) 및 상기 하부 스크린(28)은 볼트에 의해 상기 절연재 프레임에 고정되는, 전환 장치.