KR101456317B1 - 가스절연개폐장치용 복합 소호형 가스차단기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 복합소호형 가스차단기에 관한 것으로서, 소호가스의 압력손실없이 고장전류의 차단시 아크를 확실하게 제거할 수 있도록 한 것이다.
본 발명은 고정부 아크접점부를 가지는 고정부와; 실린더와, 이 실린더의 내부에 구비되는 피스톤과, 격벽에 의해 형성되는 파퍼실 및 열팽창실과, 피스톤의 내부 및 실린더를 통과하여 상기 고정부 아크접점부와 근접가능한 가동부 아크접점부를 가지는 동작로드로 이루어진 가동부로 구성되는 가스절연개폐장치용 복합 소호형 가스차단기로서, 상기 격벽의 한쪽면에는 압력차에 의해 이동가능하면서 격벽에 밀착되는 밀착부와, 이 밀착부로부터 연장되면서 동작로드가 관통되도록 하면서 열팽창실을 개폐시키는 이동부를 포함하는 가동밸브가 구비되는 것을 기술적 특징으로 한다.

Description

가스절연개폐장치용 복합 소호형 가스차단기{Self-Blast Interrupter of Gas Insulated Switchgear}

본 발명은 가스절연개폐장치용 복합 소호형 가스차단기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 소호가스의 압력손실없이 고장전류의 차단시 아크를 확실하게 제거할 수 있도록 한 것이다.

일반적으로, 가스절연개폐장치는 차단기, 변류기, 선로용 단로기/접지개폐기, 모선용 단로기/접지개폐기 등으로 구성되고, 송전선로상에 설치되는 가스차단기는 정상 상태에서는 기기 및 선로의 점검을 위해 개폐동작을 하고, 송전선로에 이상이 발생하는 경우에는, 고장전류를 차단하여 선로 및 부하기기를 안전하게 보호하여 주는 역할을 하는 것이다.

또한, 고장전류를 차단하는 장치인 가스 차단기는 소호(消弧)를 위해 가스를 사용하는 것으로서, 두 접점 사이에서 발생하는 아크를 가스를 통해 소호하는 것이다.

이러한 가스차단기는 아크를 소호하는 방식에 따라 파퍼 소호방식(puffer type), 로터리 아크 소호방식(rotating type), 열팽창 소호방식(thermal expansion type), 복합 소호방식(hybrid extinction type) 등으로 분류되고, 통상적인 가스 차단기에는 소호가스로서 SF₆ 가스를 사용한다.

이중에서 상기 파퍼 소호방식은 차단기가 고장전류의 차단을 수행할 경우, 외부 구동력을 이용하여 차단부내 압축실의 소호가스를 압축하여 극간으로 압축된 가스를 불어주면서 아크를 소호하는 방식이고, 열팽창 소호방식은 고장전류의 차단시 발생하는 아크의 열을 열팽창실에 축적(이때 압력이 상승한다)하였다가, 축적된 열에 의해 상승된 압력을 극간으로 불어주는 방식이며, 이러한 2가지 방식을 복합적으로 결합한 방식이 복합 소호방식이다.

여기서, 유압 및 공기압 구동 가스차단기(주로 파퍼형 차단방식 적용)인 경우, 구동부 및 높은 차단속도가 요구되어 가스차단기의 기계적인 결함, 차단부 사이즈의 증가 및 제품비용의 증가를 초래하는 문제점이 있었다.

따라서, 적은 구동력(모터-스프링에 의한 구동력)을 이용하여 더 낮은 속도에서 초고압 대전류 차단을 수행할 수 있는 복합소호형 차단방식이 개발되었는데, 이러한 복합소호형 차단방식을 적용하는 가스차단기의 구성을 보면, 첨부된 예시도면 도 1에 도시된 바와 같이, 고정부(10)와 가동부(20)로 이루어지고, 고정부(10)는 쉴드(11)와, 이 쉴드(11)의 내부에 구비되는 고정부 주접점부(12)와, 이 고정부 주접점부(12)의 중앙에 위치하는 고정부 아크접점부(13)로 구성되어 있다.

또한, 상기 가동부(20)는 실린더(21)와, 이 실린더(21)의 내부에 고정된 상태를 유지하면서 구비되는 피스톤(22)과, 격벽(23)을 사이에 두고 형성되면서 소호용 가스가 채워지도록 하는 파퍼실(24)과 열팽창실(25)로 이루어진다.

또한, 종래의 가스차단기의 가동부(20)에는 피스톤(22)의 내부를 관통하여 실린더(21)의 단부까지 연장되는 동작로드(26)가 구비되며, 이 동작로드(26)의 단부위치이면서 실린더(21)의 단부에는 노즐부(27)가 결합,연장되어 있다.

또한, 가동부(20)의 동작로드(26)의 단부에는 가동부 아크 접점부(26a)가 형성되어 있다.

또한, 상기 피스톤(22)의 단부면에는 배출공(22a)이 형성되고, 이 배출공(22a)에 안전밸브(22b)가 갖추어진다. 또한, 격벽(23)에도 배출공(23a)이 형성되고, 이 배출공(23a)에는 체크밸브(23b)가 갖추어진다.

한편, 다른 구조로서, 도 2에 도시된 바와 같이, 가동부(20)의 구조를 달리하여 실린더(21)의 내부에 격벽(23)을 형성하는 대신에, 슬리브(28)를 형성하여 파퍼실(24)과 열팽창실(25)이 연통되도록 된 구조이다.

이러한 구조를 가지는 종래의 복합소호형 가스차단기는, 차단동작 초기시 또는 소전류 차단시에, 고정부(10)로부터 가동부(20)가 분리되면, 고정된 피스톤(22)에 의해 실린더(11)안의 파퍼실(24)이 압축되어 압력이 상승하고, 그러면 격벽(23)의 배출공(23a)에 구비된 체크밸브(23b)가 개방되면서 파퍼실(24)안에 들어 있던 압축된 소호가스(SF₆)가 열팽창실(25)을 통과하여 동작로드(26)의 가동부 아크접점부(26a)와 고정부 아크접점부(13) 사이에서 발생한 아크를 제거한다(소호작용).

그리고, 대전류 차단시에는, 극간에서 발생된 아크가 크기때문에 열팽창실(25)에 열이 많이 축적되면서 압력이 상승하고, 따라서 고압의 소호가스로 아크를 제거한다.

상기 종래의 복합소호형 가스차단기는, 파퍼실(24)로부터 나오는 압축된 소호가스가 열팽창실(25)을 반드시 통과하도록 된 구조인데, 상대적으로 고압인 파퍽실(24)의 압력이 열팽창실(25)을 통과하면서 동등한 압력으로 되어서 소호가스의 압력이 저하되는 현상이 발생하여 고장전류의 차단성능이 저하되는 결과를 가져오는 문제점이 있었다.

또한, 도 2에 도시된 바와 같이, 병렬형의 복합 소호형 가스차단기의 구조를 가지더라도, 슬리브(28)를 통해 파퍼실(24)에서 압축 소호가스가 열팽창실(25)과 노즐부(27)방향으로 나누어져서 지나도록 되어 있기때문에, 압축된 소호가스가 효과적으로 분사되지 못하여 노즐부(27)에서 발생하는 아크를 효과적으로 제거하지 못하는 것이다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 가동밸브체를 통해서 고장전류 차단조건에 따라 파퍼실과 열팽창실을 분리하여 가스를 분출시킬 수 있도록 한 것이다.

본 발명의 과제 해결수단은 고정부 아크접점부를 가지는 고정부와; 실린더와, 이 실린더의 내부에 구비되는 피스톤과, 격벽에 의해 형성되는 파퍼실 및 열팽창실과, 피스톤의 내부 및 실린더를 통과하여 상기 고정부 아크접점부와 근접가능한 가동부 아크접점부를 가지는 동작로드로 이루어진 가동부로 구성되는 가스절연개폐장치용 복합 소호형 가스차단기로서,

상기 격벽의 한쪽면에는 압력차에 의해 이동가능하면서 격벽에 밀착되는 밀착부와, 이 밀착부로부터 연장되면서 동작로드가 관통되도록 하면서 열팽창실을 개폐시키는 이동부를 포함하는 가동밸브가 구비되는 구조이다.

또한, 상기 가동밸브를 구성하는 밀착부에는 파퍼실내의 소호가스가 배출되도록 하는 배출공이 하나 이상 형성되고, 이 배출공에 체크밸브가 결합되며, 상기 이동부에는 통과공이 형성되어 있는 구조이다.

또한, 상기 열팽창실에는 열팽창실의 한쪽면인 고정부 방향으로 소호가스가 배출되도록 하는 배출공이 형성되고, 이 배출공에 체크밸브가 구비되며, 가동밸브의 이동부가 슬라이딩 이동가능하도록 하는 지지관이 형성되고, 이 지지관에는 상기 가동밸브의 이동부에 의해 개폐되는 배출공이 형성된 구조이다.

이와 같이, 본 발명은 고장전류의 조건 즉, 소전류, 중전류 또는 대전류 차단시에, 각각 압력차에 의해 자동적으로 가동밸브가 이동하여 소호가스를 분사되도록 하여 아크를 제거하도록 함으로써, 고장전류의 차단동작시 상승된 압축 소호가스를 압력손실 없이 노즐의 극간쪽으로 분사하여 아크를 확실하게 제거할 수 있는 효과가 있는 것이다.

도 1은 종래의 복합 소호형 가스차단기(직렬형)의 일례를 도시한 도면이다.
도 2는 종래의 복합 소호형 가스차단기(병렬형)의 일례를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 복합 소호형 가스차단기의 일례를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 복합 소호형 가스차단기가 고장전류가 소전류일때 작동하는 모습을 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 복합 소호형 가스차단기가 고장전류가 대전류일때 작동하는 모습을 도시한 도면이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 예시도면에 의거 상세하게 설명한다.

상기 종래기술과 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 부호를 부여하여 설명하고, 상세한 설명은 생략하며, 새로운 구성요소에 대해서는 새로운 부호를 부여하여 상세하게 설명한다.

도 3은 본 발명에 따른 복합 소호형 가스차단기의 일례를 도시한 도면이다. 도면에 도시된 바와 같이, 격벽(23)의 한쪽면에는 가동밸브(30)가 이동가능하도록 구비되어 있다.

이 가동밸브(30)는 격벽(23)에 밀착되는 밀착부(31)와, 이 밀착부(31)로부터 연장되면서 동작로드(26)가 관통되도록 관형(또는 슬리브형)을 이루는 이동부(32)로 구성되고, 밀착부(31)에는 원주방향으로 하나 이상의 배출공(31a)이 형성되고, 이 배출공(31a)에 체크밸브(31b)가 결합된 구조를 가진다.

또한, 이동부(32)는 통과공(32a)이 형성되고, 원통형으로 이루어진 관형으로 형성되어서 동작로드(26)의 외주면을 따라 이동가능하도록 결합되어 있다.

또한, 열팽창실(25)의 한쪽면 즉, 고정부(10) 방향으로 배출공(25a) 및 체크밸브(25b)가 구비되어 있다.

또한, 열팽창실(25)은 가동밸브(30)의 이동부(32)가 슬라이딩 이동가능하도록 하는 지지관(25c)이 형성되고, 이 지지관(23c)의 앞쪽(고정부(10) 방향)에는 상기 이동부(32)에 의해 개폐되는 배출공(25d)이 형성된 구조이다.

이러한 구조를 가지는 본 발명은 도 4에 도시된 바와 같이, 부하전류 또는 소전류의 고장전류를 차단하고자 하는 경우, 고정부(10)로부터 구동부(도시되지 않음)에 의해 가동부(20)가 분리되면, 고정부 아크접점부(13)와 가동부 아크접점부(26a) 사이의 극간에서 아크가 발생하고, 그러면, 실린더(21)내에 형성된 파퍼실(24)안의 압력이 열팽창실(25)안의 압력보다 높기때문에, 격벽(23)의 한쪽면에 구비된 가동밸브(30)가 동작로드(26)의 길이방향을 따라 외면을 타고 도면상 우측으로 이동하게 된다. 가동밸브(30)가 이동하면서 열팽창실(25)의 지지관(25c)에 형성된 배출공(25d)을 막게되고, 가동밸브(30)의 밀착부(31)에 형성된 체크밸브(31b)가 개방된다.

그에따라, 파퍼실(24)안에 들어있던 소호가스가 개방된 격벽(23)배출공(23a)을 지나서 가동밸브(30)의 밀착부(31) 배출공(31a)에 구비된 체크밸브(31b)를 통과하여 가동밸브(30)의 이동부(32)와 동작로드(26)의 사이로 이동하여 분사됨으로써, 노즐부(27)와 고정부 아크접점부(13)의 사이인 극간 위치에서 소호작용을 하여 아크를 제거한다.
다시 말해서, 파퍼실(24)안의 소호가스가 열팽창실(25)을 거치지 않고 바로 노즐부(27)와 고정부 아크접점부(13)의 사이인 극간위치로 이동하여 압력손실없이 소호작용을 확실히 할 수 있다.

한편, 대전류를 차단하는 경우에는, 도 5에 도시된 바와 같이, 극간에서 발생되는 아크가 크기때문에, 열팽창실(25)내에 많은 아크열이 축적되면서 압력이 높아진다. 이때, 열팽창실(25)내의 압력이 파퍼실(24)내의 압력보다 높아지기 때문에, 가동밸브(30)는 좌측으로 이동하여 격벽(23)에 밀착된다. 그러면, 열팽창실(25)의 배출공(25d)이 개방되면서 압축되어 있던 소호가스가 신속하게 배출,분사됨과 동시에, 열팽창실(25)의 한쪽에 구비된 체크밸브(25b)도 개방되면서 소호가스가 배출되어 극간에 형성된 아크를 제거할 수 있는 것이다.

이때, 파퍼실(24)내의 압력은 구동부의 작동으로 열팽창실(25)의 압력보다는 작지만, 계속해서 상승하기때문에, 소정의 압력 이상이 되면 피스톤(22)에 구비된 안전밸브(22b)가 개방되어 배출공(22a)을 통과하게 되면서 압력이 낮아지게 된다.

또한, 중전류(단락전류 차단시 전류영점이 되었을때 파퍼실(24)측의 압력이 열팽창실(25)측 압력보다 높은 정도의 전류크기)의 차단시, 아크가 생성되어 높은 압력을 가지는 시간에는 가동밸브(30)가 파퍼실(24) 측 방향으로 이동하여 열팽창실(25)의 배출공(25d)이 개방되어 열팽창실(25)내의 압력을 축적시켜주며, 중전류 영점시에는 가동밸브(30)가 열팽창실(25)측 방향으로 움직이면서 열팽창실(25)의 배출공(25d)을 막게되어 열팽창실(25)내에 압축된 소호가스가 열팽창실(25)에 형성된 체크밸브(25b)를 개방하여 열팽창실(25)내의 압축된 소호가스가 노즐부(27)를 향해 분사되어 극간 위치에서 아크를 제거한다.

본 발명은 편의상 첨부된 예시도면에 의거 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 이에 국한되지 않고 본 발명의 기술적 사상의 범주내에서 여러가지 변형 및 수정이 가능하고, 이러한 변형 및 수정은 본 발명의 특허청구범위내에 포함됨은 자명한 사실이다.

10 : 고정부
11 : 쉴드
12 : 고정부 주접점부
13 : 고정부 아크접점부
20 : 가동부
21 : 실린더
22 : 피스톤
22a : 배출공
22b : 안전밸브
23 : 격벽
23a : 배출공
23b : 체크밸브
24 : 파퍼실
25 : 열팽창실
25a : 배출공
25b : 체크밸브
25c : 지지판
25d : 배출공
26 : 동작로드
26a : 가동부 아크접점부
27 : 노즐부
28 : 슬리브
30 : 가동밸브
31 : 밀착부
31a ; 배출공
31b : 체크밸브
32 : 아동부
32a : 통과공

Claims (3)

1. 고정부 아크접점부(13)를 가지는 고정부(10)와;
   실린더(21)와, 이 실린더(21)의 내부에 구비되는 피스톤(22)과, 격벽(23)에 의해 형성되는 파퍼실(24) 및 열팽창실(25)과, 피스톤(22)의 내부 및 실린더(21)를 통과하여 상기 고정부 아크접점부(13)와 근접가능한 가동부 아크접점부(26a)를 가지는 동작로드(26)로 이루어진 가동부(20)로 구성되는 가스절연개폐장치용 복합 소호형 가스차단기로서,
   상기 격벽(23)의 한쪽면에는 압력차에 의해 이동가능하면서 격벽(23)에 밀착되는 밀착부(31)와, 이 밀착부(31)로부터 연장되면서 동작로드(26)가 관통되도록 하면서 열팽창실(25)을 개폐시키는 이동부(32)를 포함하는 가동밸브(30);
   가 구비되고,
   상기 가동밸브(30)를 구성하는 밀착부(31)에는 파퍼실(24)내의 소호가스가 배출되도록 하는 배출공(31a)이 하나 이상 형성되고, 이 배출공(31a)에 체크밸브(31b)가 결합되며, 상기 이동부(32)에는 통과공(32a)이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 가스절연개폐장치용 복합 소호형 가스차단기.
   
2. 삭제
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 열팽창실(25)에는 열팽창실(25)의 한쪽면인 고정부(10) 방향으로 소호가스가 배출되도록 하는 배출공(25a)이 형성되고, 이 배출공(25a)에 체크밸브(25b)가 구비되며, 가동밸브(30)의 이동부(32)가 슬라이딩 이동가능하도록 하는 지지관(25c)이 형성되고, 이 지지관(25c)에는 상기 가동밸브(30)의 이동부(32)에 의해 개폐되는 배출공(25d)이 형성된 것을 특징으로 하는 가스절연개폐장치용 복합 소호형 가스차단기.

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