KR101605601B1

KR101605601B1 - 고정부의 길이를 축소한 가스절연 개폐장치의 차단기

Info

Publication number: KR101605601B1
Application number: KR1020140014175A
Authority: KR
Inventors: 김형춘
Original assignee: 현대중공업 주식회사
Priority date: 2014-02-07
Filing date: 2014-02-07
Publication date: 2016-03-22
Also published as: KR20150093422A; CN104835679A; EP2905797B1; US20150228427A1; EP2905797A1

Abstract

본 발명은 가동부측 도체부와, 고정부측 도체부와, 이들 사이를 이동하며 투입 상태와 차단 상태를 전환하는 가동로드부를 포함하는 가스절연개폐장치의 차단기에 있어서, 상기 고정부측 도체부는 원통형상을 고정부 도체관과, 상기 고정부 도체관의 중심축에 고정되는 고정부 아크접점과, 상기 고정부 아크접점을 상기 고정부 도체관에 고정하기 위한 서포트와, 상기 서포트 표면을 감싸는 서포트 쉴드를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스절연 개폐장치의 차단기를 제공한다.

Description

고정부의 길이를 축소한 가스절연 개폐장치의 차단기{GAS INSULATED SWITCHGEAR HAVING SHOTEN CONDUCTOR}

본 발명은 가스절연 개폐장치의 차단기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고정부 컨덕터의 길이를 축소할 수 있도록 한 가스절연 개페장치의 차단기에 관한 것이다.

가스절연개폐장치(GIS :Gas Insulated Switchgear)는 차단기, 단로기 등의 개폐설비와 변성기, 피뢰기, 주회로 모선 등을 금속제 탱크 내에 일괄 수납하여 충전부는 고체 절연물(Spacer)로 지지하고 있으며 탱크 내부에는 절연성능과 소호능력이 뛰어난 SF6 가스를 절연매체로 하여 충진, 밀봉한 개폐설비 시스템을 말한다.

GIS의 내압 주요 기기로는 가스 차단기, 단로기, 접기 개폐기, 피뢰기(Lightning Arrestor), 계기용 변압기(Potential Transformer), 변류기(Current Transfoormer) 등이 있다.

GIS에 사용되는 차단기의 동작책무는 IEC규격에 따른다. 통상 'O-0.3s-CO-3min-CO'의 책무를 따른다.

기본적으로, 차단기는 0.3초 이내 2번의 차단성능이 요구된다. 첫 번째 차단책무는 SF6 가스가 냉가스의 상태에서 수행되므로, 차단성능이 우수하다. 차단시, 발생하는 아크에 의해 주변의 SF6는 짧은 시간에 20,000에서 30,000도씨까지 올라간다. 0.3초후의 두 번째 차단책무는 차단부 내부가 고온, 고압으로 된 상태에서 차단을 실시한다. 고온에서의 SF6 가스는 차단성능이 급격히 떨어져서, 고장전류 차단이 어렵다.

관련선행기술로는 한국공개특허 제10-2006-0116567호 (공개일자 2006년 11월 15일) '흡입소호부를 갖는 고전압 아크 소호장치'가 있다.

본 발명의 목적은 사고 전류 차단시 고온 고압의 소호가스로부터 고정부 주접점의 고정부 아크 접점을 지지하는 서포트의 용삭을 방지하여, 금속 파티클 발생을 감소시킴으로써 금속 파티클로 인한 지락 및 단락을 감소시키기 위한 것이다.

본 발명의 다른 목적은 상기 서포트가 아크 열에 손상되지 않도록 함으로써 고정부의 길이를 축소할 수 있는 가스절연 개폐장치의 차단기를 제공함에 있다.

본 발명은 가동부측 도체부와, 고정부측 도체부와, 이들 사이를 이동하며 투입 상태와 차단 상태를 전환하는 가동로드부를 포함하는 가스절연개폐장치의 차단기에 있어서, 상기 고정부측 도체부는 원통형상을 가지는 고정부 도체관과, 상기 고정부 도체관의 중심축에 고정되는 고정부 아크접점과, 상기 고정부 아크접점을 상기 고정부 도체관에 고정하기 위한 서포트와, 상기 서포트 표면을 감싸는 서포트 쉴드를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스절연 개폐장치의 차단기를 제공한다.

상기 서포트 쉴드는 상기 서포트의 아크를 향하는 전면과 양측면을 감싸는 것이 바람직하다.

이 때, 상기 서포트는 서로 180도 각도를 이루도록 배치된 2개, 또는 서로 120도 각도를 이루도록 배치된 3개로 형성될 수 있다.

또한, 상기 서포트 쉴드는 상기 서포트 재질보다 녹는점이 높은 재질이면 더욱 바람직하다. 예를 들면, 상기 서포트는 알루미늄 합금재질이고, 상기 서포트 쉴드는 구리 또는 철강(steel) 재질일 수 있다.

그리고, 상기 서포트의 전면은 라운드 형상 또는 삼각형의 단면을 가질 수 있으며, 상기 서포트 쉴드는 상기 전면 형상에 대응하여, 서포트의 전면과 양측면을 감싸는 형태가 될 수 있다.

그리고, 상기 서포트 쉴드의 양측면은 상기 서포트의 배면으로부터 돌출되도록 형성하면 더욱 바람직하다.

본 발명은 고정부 아크 접점 서포트에 서포트 쉴드를 구비함으로써, 고정부 아크 접점 서포트가 아크에 의하여 손상되는 것을 방지하는 효과를 가져온다.

또한, 본 발명은 서포트 쉴드에 의하여 고정부 아크 접점이 아크열에 의하여 손상되지 않음으로써, 고정부 아크 접점 서포트를 아크 발생부위에 보다 근접한 위치에 배치할 수 있어서 고정부의 전체 길이를 축소할 수 있는 효과를 가져온다.

도 1은 가스절연개폐장치에 구비되는 차단기의 구조를 나타낸 분리단면도,
도 2는 차단기의 투입 상태를 나타낸 단면도,
도 3은 차단기의 차단 상태를 나타낸 단면도,
도 4는 종래의 고정부의 구조를 나타낸 단면도,
도 5는 본 발명에 따른 고정부의 구조를 나타낸 단면도임.

이하 본 발명의 실시예에 따른 고정부의 길이를 축소한 가스절연 개폐장치의 차단기에 관하여 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 1은 가스절연개폐장치에 구비되는 차단기의 구조를 나타낸 분리단면도이고, 도 2는 차단기의 투입 상태를 나타낸 단면도이고, 도 3은 차단기의 차단 상태를 나타낸 단면도이다.

도 1을 참조하면, 가스절연개폐장치의 차단기는 도면의 좌측에 도시된 가동부측 도체부(10)와, 도면의 상부에 도시된 고정부측 도체부(20)와, 도면의 아래쪽에 별도로 분리하여 도시한 가동로드부(30)를 포함한다.

조립된 상태에서는 가동로드부(30)가 가동부측 도체부(10)에 결합된 상태에서 슬라이딩 이동하며 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 투입 상태와 차단 상태를 전환하게 된다.

가동로드부(30)와 가동부측 도체부(10)는 가동로드부(30)의 이동 위치와 관련없이 전기적으로 연결된 통전 상태를 유지하게 되나, 가동로드부(30)와 고정부측 도체부(20)는 가동로드부(30)의 위치에 따라 통전 여부가 달라진다.

도 2를 참조하여, 투입 상태에 관해서 살펴본다.

투입 상태에서는 고정부측 도체부(20)의 핑거 접점(22)이 가동로드부(30)의 주접점(32)과 접속되어 있으며, 고정부측 도체부(20)의 고정아크접점(24)은 가동로드부(30)의 가동아크접점(34)에 접속되어 있다. 따라서 고정부측 도체부(20)와 가동부측 도체부(10)가 가동로드부(30)를 통해 연결된다. 투입 상태에서 정상 상태의 전류는 주로 핑거 접점(22)과 주접점(32)을 통해 흐르게 된다.

도 2와 같은 투입 상태에서 도 3과 같은 차단 상태로 전환되는 과정을 살펴본다.

작동 샤프트(31)가 가동로드부(30)를 아래측으로 당기게 되면, 먼저 주접점(32)과 핑거 접점(22)이 분리되고, 다음으로 고정아크접점(24)과 가동아크점점(34)이 분리된다. 고정아크접점(24)과 가동아크접점(34)이 분리될 때 아크가 발생하게 된다.

발생한 아크를 차단하기 위해서 SF6 가스를 이용한다.

SF6는 압력챔버(42)에 저장되어 있다가, 이동로드부(30)가 이동부측 도체부(20)로 이동함에 따라, 피스톤(45)에 의하여 압축된다. 압축된 SF6 가스가 일정 압력이상이 되면 열챔버(44)로 이동하고 노즐부(50)로 분사된다.

노즐부(50)는 이동로드부(30)의 가동아크접점(34)을 감싸는 형태로 형성된다. 노즐부(50)는 주노즐(52)과 보조노즐(54)을 포함하며, 주노즐(52)과 보조노즐(54) 사이의 간격으로 SF6 가스가 분사된다.

열챔버(44)에 축적된 SF6 가스가 노즐부(50)를 통해 아크를 소호하기 위해 분사되는데, 차단시 발생하는 아크로 인해 분사된 SF6 가스는 고온, 고압이 되어 고정부측 도체부(20)와 가동부측 도체부(10)로 초음속 유동이 발생하게 된다. 이 때 고온의 SF6 가스는 절연성능이 급격히 떨어지고, 절연성능이 떨어진 가스는 대지간 및 상간의 절연파괴를 야기할 수 있다.

도 4는 종래의 고정부의 구조를 나타낸 단면도이다.

도시된 바와 같이, 고정부측 도체부(20)의 고정아크접점(24)은 원통형상을 가지는 고정부 도체관(21)의 중심에 배치되는 것으로, 서포트(23)에 의하여 고정부 도체관(21)에 연결되어 있다.

그런데, 도시한 바와 같이 아크접점이 분리되어 아크가 발생하게 되면, 고온 고압의 소호가스가 서포트(23)를 지나가게 된다.

고정부 도체관(21)과 서포트(23)는 도시된 바와 같이 일체로 형성되거나, 분리되어 형성될 수도 있는데, 그 재질로는 주로 알루미늄 합금 재질을 사용하게 된다.

그런데, 서포트(23)를 지나는 고온 고압의 소호가스는 아크에 의하여 20000도에서 30000도의 고온이 되며 절연성능도 떨어진다. 이렇게 뜨거워진 소호가스로 인해 고정부 아크접점(24) 및 서포트(23)에 직접적으로 열이 전달된다.

이 때, 서포트(23)는 고온 고압의 소호 가스에 의한 열로 인하여 융삭될 우려가 있기 때문에, 주노즐과 일정거리를 확보하는 위치에 배치되어야 한다.

아크 발생시 주노즐의 단부에서부터 최소 50mm 이상 또는 주노즐 길이의 0.5 배 이상의 이격거리를 확보하고 배치되어야 한다. 그렇지 않을 경우 고온의 소호 가스에 의하여 서포트(23)가 융삭되어 금속성 파티클이 차단기 내부에 비산되어 차단 성능을 저하시키는 문제점을 가지고 있었다.

필요 이격 거리를 확보하게 되면 이로인해, 전체 고정부측 도체부의 길이가 길어져 차단기 전체의 길이가 길어지는 문제점을 가지고 있었다.

도 5는 본 발명에 따른 고정부측 도체부의 구조를 나타낸 단면도이다.

도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 고정부측 도체부(20)는 원통형상을 가진 고정부 도체관(21)과, 상기 고정부 도체관(21)의 중심축에 고정되는 고정부 아크접점(24)과, 상기 고정부 아크 접점(24)을 상기 고정부 도체관(21)에 고정하기 위한 서포트(23)와, 상기 서포트(23)의 표면을 감싸는 서포트 쉴드(123)를 포함한다.

서포트 쉴드(123)는 서포트의 아크를 향하는 전면과, 양측면을 감싸는 형태로 형성되는 것이 바람직하다.

서포트 쉴드(123)는 서포트(23)의 전면측에서 끼워지는 형태로 결합되는 것으로 배면까지 감싸려면 추가적인 가공이 필요하게 되나, 배면은 소호 가스로부터 상대적으로 열전달인 적은 부분으로 배면까지 서포트 쉴드(123)로 감쌀 필요성은 적다. 왜냐하면 소호 가스가 고온 고압으로 분사되기 때문에 짧은 시간 동안 서포트(23)를 통과하게 되고, 그 때 열전달이 가장많이 발생하는 것은 전면이고, 다음으로 양측면이며, 배면은 상대적으로 열전달이 적게 이루어지기 때문이다.

서포트 쉴드(123)는 서포트 재질보다 녹는점이 높으며, 열전도가 우수한 재질로 형성되는 것이 바람직하다. 서포트(23)의 재질로 주로 사용되는 알루미늄 합금 재질은 녹는점이 660도 정도로 고온 고압의 소호가스에 의하여 쉽게 융삭되나, 그보다 녹는점이 높고, 열전도도가 우수한 재질로 서포트 쉴드(123)를 제조하면, 서포트 쉴드(123)가 서포트(23)를 보호하게 되어, 서포트(23)의 융삭을 막을 수 있으며, 또한 서포트 쉴드(123)에 전달되는 열이 서포트(23)로 빠르게 전달되기 때문에 서포트 쉴드(123)의 융삭도 막을 수 있게 된다.

서포트 쉴드(123)의 구체적인 재질로는 구리 또는 철강(steel) 재질을 사용할 수 있다.

도시한 실시예의 경우 두개의 서포트가 180도 각도를 이루도록 배치되어 있으나, 하나의 서포트로 고정부 아크접점(24)을 고정할 수도 있고, 세개의 서포트가 120도 각도를 이루도록 배치되어 고정부 아크접점(24)을 고정하도록 할 수 있다.

서포트가 이러한 형태를 가지면, 그에 맞게 서포트 쉴드(123)를 형성할 수 있다.

서포트의 개수가 증가하면 고정부 아크접점(24)을 보다 견고하게 고정할 수 있으나, 서포트(23)가 소호가스의 흐름에 지장을 주기 때문에 4개 이상의 서포트를 구비하는 것은 바람직하지 못하다.

또한, 서포트(23)의 전면 형상은 라운드 형상 또는 삼각형의 단면 형상을 가질 수 있다. 이는 소호가스의 원활한 흐름을 위한 것인데, 이 경우 서포트 쉴드(23)도 그 전면 형상에 대응하도록 형성되는 것이 바람직하다.

그리고, 서포트 쉴드(123)의 양측면은 서포트(23)의 배면으로부터 돌출되도록 형성될 수도 있다. 이러한 형태가 되면 고온 고압의 소호가스가 통과할때 배면 주변에 가스가 정체되어 통과하는 고온 고압의 소호가스로부터 전달되는 열을 감소시킬 수 있다.

10 : 가동부측 도체부
20 : 고정부측 도체부
21 : 고정부 도체관
22 : 핑거 접점
23 : 서포트
24 : 고정부 아크접점
30 : 가동로드부
32 : 주접점
123 : 서포드 쉴드

Claims

가동부측 도체부와, 고정부측 도체부와, 이들 사이를 이동하며 투입 상태와 차단 상태를 전환하는 가동로드부를 포함하는 가스절연개폐장치의 차단기에 있어서,
상기 고정부측 도체부는 원통형상을 가지는 고정부 도체관과, 상기 고정부 도체관의 중심축에 고정되는 고정부 아크접점과, 상기 고정부 아크접점을 상기 고정부 도체관에 고정하기 위한 서포트와, 상기 서포트 표면을 감싸는 서포트 쉴드를 포함하되,

상기 서포트 쉴드는
상기 서포트의 아크를 향하는 전면과 양측면을 감싸도록 형성되며,
상기 서포트 쉴드의 양측면은 상기 서포트의 배면으로부터 돌출되도록 형성되어
소호가스가 서포트 쉴드를 통과할 때 상기 서포트 배면 주변에 가스가 정체되어 통과하는 고온 고압의 소호가스로부터 서포트의 배면으로 전달되는 열을 감소시킨 것을 특징으로 하는 가스절연 개폐장치의 차단기.
삭제
제 1 항에 있어서,
상기 서포트는 서로 180도 각도를 이루도록 배치된 2개, 또는 서로 120도 각도를 이루도록 배치된 3개로 형성되는 것을 특징으로 하는 가스절연 개폐장치의 차단기.
제 1 항에 있어서,
상기 서포트 쉴드는
상기 서포트 재질보다 녹는점이 높은 재질인 것을 특징으로 하는 가스절연 개폐장치의 차단기.
제 4 항에 있어서,
상기 서포트는 알루미늄 합금재질이고,
상기 서포트 쉴드는 구리 또는 철강(steel) 재질인 것을 특징으로 하는 가스절연 개폐장치의 차단기.
제 1 항에 있어서,
상기 서포트의 전면은 라운드 형상 또는 삼각형의 단면을 가지는 것을 특징으로 하는 가스절연 개폐장치의 차단기.
제 6 항에 있어서,
상기 서포트 쉴드는 상기 전면 형상에 대응하여, 서포트의 전면과 양측면을 감싸는 것을 특징으로 하는 가스절연 개폐장치의 차단기.
삭제