KR101619303B1 - 가스 절연 차단기 - Google Patents

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Abstract

가스 절연 차단기가 제공된다. 상기 가스 절연 차단기는, 피스톤을 포함하는 지지 수단, 고정 아킹 접점을 포함하는 고정 수단, 및 피스톤으로 둘러싸이고 그리고 고정 아킹 접점과 마주보는 원통형의 작동 로드를 가지는 가동 수단을 포함하되, 상기 작동 로드는 고정 아킹 접점에 가까운 내부 측벽에 압력 조절 노즐을 포함한다.

Description

가스 절연 차단기{GAS CIRCUIT BREAKER}
본 발명은 차단기에 관한 것으로써, 보다 상세하게는, 고장 전류에 대한 열 파퍼형 차단 방식에서 고장 전류의 차단 시에 가동 아킹 접점과 고정 아킹 접점 사이의 아크의 열을 이용하여 파퍼 챔버의 내부 압력을 상승시키는데 적합한 가스 절연 차단기에 관한 것이다.
일반적으로, 열 파퍼형 차단기는 외부 요인 및/ 또는 내부 요인에 의해 고장 전류를 경험하기 이전에 파퍼 챔버 주변에서 가동 아킹 접점과 고정 아킹 접점을 접촉시켜서 전력 계통에 교류 전압을 전송하도록 구성된다. 이 경우에, 상기 열 파퍼형 차단기는 파퍼 챔버의 내부에, 그리고 가동 아킹 접점과 고정 아킹 접점 주변에 소호 가스(= SF6 가스)를 갖는다.
상기 열 파퍼형 차단기가 고장 전류를 경험하게 되는 때에, 상기 열 파퍼형 차단기는 고장 전류를 차단하기 위하여 가동 아킹 접점과 고정 아킹 접점을 분리시키는 동안에 가동 아킹 접점과 고정 아킹 접점 사이에 아크를 발생시킨다. 상기 아크는 열을 이용하여 가동 아킹 접점과 고정 아킹 접점 주변에 소호 가스를 열 가스로 여기시킨다.
상기 열 가스는 가동 아킹 접점 및/ 또는 고정 아킹 접점으로부터 파퍼 챔버로 흘러서 파퍼 챔버에 유입된다. 계속해서, 상기 열 가스는 파퍼 챔버 내 소호 가스에 섞여서 파퍼 챔버의 내부 압력을 증가시킨다. 상기 파퍼 챔버의 내부 압력의 증가는 파퍼 챔버로부터 가동 아킹 접점과 고정 아킹 접점 사이의 아크를 향해서 열 가스와 소호 가스의 분사를 촉진시킨다.
그러나, 상기 열 파퍼형 차단기가 파퍼 챔버 주변에서 열 가스의 흐름 경로를 금속으로 한정하기 때문에, 상기 열 가스는 흐름 경로에서 일정한 압력을 가져서 파퍼 챔버의 내부 압력을 신속하게 증가시키는데 한계를 갖는다. 또한, 상기 열 가스는 흐름 경로에서 금속과 아크의 반응으로 생기는 금속 이물질과 섞여서 파퍼 챔버에 유입된다.
상기 열 가스와 소호 가스가 아크에 분사되는 동안에, 상기 금속 이물질은 가동 아킹 접점과 고정 아킹 접점에 붙어서 아크의 소호를 방해하는 도전 물질로 작용할 수 있다.
상기와 같은 종래 기술의 문제점을 개선하기 위해서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 고장 전류에 대한 열 파퍼형 차단 방식에서 고장 전류의 차단 시에 가동 아킹 접점과 고정 아킹 접점 사이의 아크의 열을 이용하여 파퍼 챔버의 내부 압력을 신속하게 상승시키는데 적합한 가스 절연 차단기를 제공하는데 있다.
본 발명이 해결하려는 다른 과제는 앞서 언급한 과제로 한정되지 않으며, 여기서 언급되지 않은 다른 과제는 이하의 설명으로부터 당업자에게 충분히 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 실시예들에 따르는 가스 절연 차단기는 링(ring) 형상의 피스톤을 포함하는 지지 수단, 상기 지지 수단으로부터 이격해서 상기 피스톤의 중심축 상에 바 형상의 고정 아킹 접점을 포함하는 고정 수단, 및 상기 지지 수단 및 상기 고정 수단 사이의 영역을 움직이면서 상기 피스톤으로 둘러싸이고 그리고 상기 고정 아킹 접점과 마주보는 원통형의 작동 로드를 가지는 가동 수단을 포함하되, 상기 작동 로드는 상기 고정 아킹 접점에 가까운 내부 측벽에 압력 조절 노즐, 그리고 상기 고정 아킹 접점으로부터 이격하는 중앙 영역에 적어도 하나의 가스 유출구를 갖는다.
상기 지지 수단은 상기 피스톤에 고정되는 지지 부재를 포함한다.
상기 고정 수단은 상기 고정 아킹 접점을 둘러싸는 고정 주 접점을 포함한다.
상기 가동 수단은 상기 작동 로드 상에 실린더, 가동 아킹 접점, 제 1 절연 노즐, 제 2 절연 노즐, 및 가동 주 접점을 포함하되, 상기 실린더는 상기 작동 로드의 외부 측벽에 고정되어서 상기 피스톤을 둘러싸고, 및 상기 가동 아킹 접점, 상기 제 1 절연 노즐, 상기 제 2 절연 노즐, 및 상기 가동 주 접점은 상기 작동 로드의 단부에 고정되고, 상기 작동 로드의 상기 단부를 차례로 둘러싸고, 그리고 상기 고정 아킹 접점을 향하여 개구된다.
상기 압력 조절 노즐, 상기 제 1 절연 노즐 및 상기 제 2 절연 노즐은 테프론에 산화 알루미늄(Al2O3), 이황화 몰리브덴(MoS2) 및 질화붕소(BN) 중 적어도 하나를 포함한다.
상기 압력 조절 노즐은 상기 작동 로드의 단부로부터 상기 적어도 하나의 가스 유출구 사이에 배치된다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 따르는 가스 절연 차단기에서 파퍼 챔버 주변에 열 가스의 흐름 경로인 원통형의 작동 로드와 작동 로드의 내부 면에 압력 조절 노즐을 개시함으로,
상기 가스 절연 차단기는 고장 전류의 차단 시에 작동 로드에서 열 가스를 이용하여 압력 조절 노드를 용삭시키고 그리고 작동 로드에서 열 가스에 압력 조절 노즐의 용삭된 물질을 포함시켜서 파퍼 챔버의 내부 압력을 신속하게 증가시킬 수 있다.
상기 가스 절연 차단기는 작동 로드에서 아크를 수용하는 단부와 열 가스를 파퍼 챔버로 유입시키는 가스 유출구 사이에 압력 조절 노드를 가지기 때문에 고장 전류의 차단 시에 작동 로드를 한정하는 금속 이물질을 열 가스에 섞이지 않게 해서 파퍼 챔버 내 금속 이물질의 잔류를 최소화할 수 있다.
상기 가스 절연 차단기는 작동 로드에 압력 조절 노즐을 가지기 때문에 작동 로드의 직경을 작게 해서 작동 로드 내 열 가스의 흐름 압력을 종래 기술 대비 크게 하여 파퍼 챔버의 내부 압력을 신속하고 빠르게 증가시킬 수 있다.
도 1 은 본 발명의 실시예들에 따르는 가스 절연 차단기를 개략적으로 보여주는 단면도이다.
도 2 내지 4 는 도 1 의 가스 절연 차단기의 동작을 개략적으로 설명하는 단면도들이다.
이하, 본 발명의 실시예들에 따르는 가스 절연 차단기는 도 1 을 참조해서 상세히 설명하기로 한다.
도 1 은 본 발명의 실시예들에 따르는 가스 절연 차단기를 개략적으로 보여주는 단면도이다. 이 경우에, 상기 가스 절연 차단기는 외부적으로 볼 때에 원통형으로 형성되기 때문에 도 1 의 중심축(C-C')에 대해서 대칭인 구성 요소들을 개시한다.
도 1 을 참조하면, 본 발명의 실시예들에 따르는 가스 차단기(100)는, 지지 수단(60), 가동 수단(70)과 고정 수단(80)을 포함한다. 상기 지지 수단(60), 가동 수단(70)과 고정 수단(80)은 가스 차단기(100)에서 동일한 중심축(C-C')을 갖는다. 상기 지지 수단(60)은 가동 수단(70)을 지지하도록 구성된다. 상기 지지 수단(60)은 가스 절연 차단기(100)에서 움직이지 않도록 구성된다.
좀 더 상세하게 설명하면, 상기 지지 수단(60)은 지지 부재(14)와 피스톤(18)을 포함한다. 상기 지지 부재(14)는 피스톤(18)에 고정되어서 가스 차단기(100)에서 피스톤(18)을 지지하도록 구성된다. 상기 피스톤(18)은 중심축(C-C')을 둘러싸도록 링(ring) 형상을 갖는다. 상기 가동 수단(70)은 고정 수단(80)을 먼저 개시한 후에 설명하기로 한다.
상기 고정 수단(80)은 지지 수단(60)으로부터 이격하도록 구성된다. 좀 더 상세하게 설명하면, 상기 고정 수단(80)은 고정 아킹 접점(54)과 고정 주 접점(58)을 포함한다. 상기 고정 아킹 접점(54)은 중심축(C-C') 상에 위치해서 바(bar) 형상을 갖는다. 상기 고정 주 접점(58)은 고정 아킹 접점(54)을 둘러싸도록 구성된다.
상기 가동 수단(70)은 가스 절연 차단기(100)에서 지지 수단(60) 및 고정 수단(80) 사이의 영역을 움직이도록 구성된다. 좀 더 상세하게 설명하면, 상기 가동 수단(70)은 작동 로드(4), 실린더(25), 가동 아킹 접점(34), 제 1 절연 노즐(46), 제 2 절연 노즐(49), 및 가동 주 접점(38)을 포함한다. 상기 작동 로드(4)는 중심축(C-C')을 둘러싸도록 원통형으로 형성된다.
상기 작동 로드(4)는 피스톤(18)으로 둘러싸여서 고정 아킹 접점(54)과 마주보도록 구성된다. 상기 작동 로드(4)는 고정 아킹 접점(54)에 가까운 내부 측벽에 압력 조절 노즐(43), 그리고 고정 아킹 접점(54)으로부터 이격하는 중앙 영역에 적어도 하나의 가스 유출구(8)를 갖는다. 상기 압력 조절 노즐(43)은 작동 로드(4)의 단부로부터 적어도 하나의 가스 유출구(8) 사이에 배치되는 원통형으로서 돌출이 이루어져 상기 고정 아킹 접점(54)과 마주하도록 구성되는 것이다.
상기 실린더(25)는 작동 로드(4)의 외부 측벽에 고정되어서 피스톤(18)을 둘러싸도록 구성된다. 상기 가동 수단(70)이 지지 수단(60) 및 고정 수단(80) 사이의 영역을 움직일 때에, 상기 실린더(25)는 피스톤(18)을 따라서 슬라이딩 된다. 상기 피스톤(18)과 실린더(25)는 도 2 내지 4 와 같이 파퍼 챔버(26)를 가변적으로 한정한다.
상기 가동 아킹 접점(34), 제 1 절연 노즐(46), 제 2 절연 노즐(49), 및 가동 주 접점(38)은 작동 로드(4)의 단부에 고정되고, 작동 로드(4)의 단부를 차례로 둘러싸고, 그리고 고정 아킹 접점(54)을 향하여 개구된다. 이 경우에, 상기 제 2 절연 노즐(49)은 가동 아킹 접점(34), 가동 주 접점(38), 및 제 1 절연 노즐(46)로부터 돌출하도록 구성된다.
상기 작동 로드(4), 피스톤(18), 실린더(25), 가동 아킹 접점(34), 가동 주 접점(38), 고정 아킹 접점(54) 및 고정 주 접점(58)은 금속을 포함한다. 상기 압력 조절 노즐(43), 제 1 절연 노즐(46) 및 제 2 절연 노즐(49)은 테프론에 산화 알루미늄(Al2O3), 이황화 몰리브덴(MoS2) 및 질화붕소(BN) 중 적어도 하나를 포함한다.
도 2 내지 4 는 도 1 의 가스 절연 차단기의 동작을 개략적으로 설명하는 단면도들이다. 이 경우에, 상기 가스 절연 차단기는 지지 수단(60), 가동 수단(70) 및 고정 수단(80)을 둘러싸는 소호 가스(SF6; 도면에 미 도시)를 갖는다.
도 2 를 참조하면, 상기 가스 절연 차단기(100)로부터 전력 계통에 교류 전압을 공급하기 위해서, 상기 가스 절연 차단기(100)는 구동 수단(도면에 미 도시)을 이용해서 고정 수단(80)에 대하여 제 1 방향(D1)으로 가동 수단(70)을 움직일 수 있다. 상기 가동 수단(70)과 고정 수단(80)은 서로 중첩된다.
좀 더 상세하게 설명하면, 상기 가스 절연 차단기(100)는 상기 지지 수단(60)의 피스톤(18)으로부터 고정 수단(80)의 고정 주 접점(58)을 향해서 가동 수단(70)의 실린더(25)를 움직이게 할 수 있다. 이 경우에, 상기 실린더(25)는 작동 로드(4), 가동 아킹 접점(34), 가동 주 접점(38), 제 1 절연 노즐(46) 및 제 2 절연 노즐(49)과 함께 움직일 수 있다.
상기 지지 수단(60)의 피스톤(18)과 가동 수단(70)의 실린더(25)는 파퍼 챔버(26)의 내부 공간을 도 1 대비 크게 할 수 있다. 이를 통해서, 상기 가동 수단(70) 내 가동 아킹 접점(34)과 제 2 절연 노즐(49)은 고정 수단(80) 내 고정 아킹 접점(54)과 접촉한다. 또한, 상기 가동 수단(70) 내 가동 주 접점(38)은 고정 수단(80) 내 고정 주 접점(58)과 계속해서 접촉한다.
도 3 을 참조하면, 상기 가스 절연 차단기(100)에 고장 전류가 흐르는 때에, 상기 가스 절연 차단기(100)는 구동 수단(도면에 미 도시)을 이용해서 지지 수단(60)에 대하여 제 2 방향(D2)으로 가동 수단(70)을 움직일 수 있다. 상기 가동 수단(70)은 고정 수단(80)으로부터 분리될 수 있다.
좀 더 상세하게 설명하면, 상기 가동 수단(70) 내 가동 아킹 접점(34), 가동 주 접점(38) 및 제 2 절연 노즐(49)은 고정 수단(80) 내 고정 아킹 접점(54)과 고정 주 접점(58)으로부터 분리되고, 그리고 상기 제 2 절연 노즐(49)은 고정 아킹 접점(54)을 둘러쌀 수 있다.
이 경우에, 상기 고장 전류는 가동 아킹 접점(34)과 고정 아킹 접점(54) 사이에 그리고 가동 아킹 접점(34)과 압력 조절 노즐(43) 사이에 아크들(94, 98)을 발생시킬 수 있다. 상기 아크들(94, 98)은 선 형태로 나타나서 압력 조절 노즐(43)과 제 2 절연 노즐(49)을 용삭시키면서 소호 가스에 열을 적용할 수 있다. 상기 소호 가스는 열을 받아서 열 가스로 변형될 수 있다.
상기 열 가스는 작동 로드(4) 내 흐름선(F)을 따라 흘러서 작동 로드(4)의 적어도 하나의 가스 유출구(8)에 도달될 수 있다. 여기서, 상기 열 가스는 작동 로드(4)에서 종래 기술 대비 압력 조절 노즐(43)의 용삭 물질을 더 포함하기 때문에 종래 기술 대비 작동 로드(4)의 내부 압력을 더 증가시킬 수 있다.
계속해서, 상기 열 가스는 작동 로드(4)의 적어도 하나의 가스 유출구(8)로부터 파퍼 챔버(26)를 향하여 제 1 및 2 흐름선들(F1, F2)로 분리될 수 있다. 상기 열 가스는 파퍼 챔버(26)로 유입되어서 소호 가스와 섞일 수 있다. 상기 열 가스의 흐름은 가스 절연 차단기(100)에서 주변 분위기와 압력 차이를 이용해서 이루어질 수 있다.
한편, 상기 가동 수단(70)이 고정 수단(80)으로부터 분리되는 동안에, 상기 실린더(25)가 피스톤(18)을 따라 제 2 방향(D2)으로 이동되면서, 상기 피스톤(18)과 실린더(25)는 파퍼 챔버(26)의 내부 공간을 도 2 대비 작게 할 수 있다. 상기 파퍼 챔버(26)는 내부 공간에서 도 2 대비 소호 가스의 압력을 크게 가질 수 있다.
상기 열 가스 및 소호 가스는 주변 분위기와 압력 차이를 이용하여 파퍼 챔버(26)로부터 제 3 및 4 흐름선들(F3, F4)을 따라 흐르고, 그리고 가동 아킹 접점(34)과 고정 아킹 접점(54) 사이의 아크(94)를 향해서 분사될 수 있다.
도 4 를 참조하면, 상기 실린더(25)가 피스톤(18)을 따라 제 2 방향(D2)으로 완전하게 이동되면서, 상기 피스톤(18)과 실린더(25)는 파퍼 챔버(26)의 내부 공간을 최소화할 수 있다. 이를 통해서, 상기 피스톤(18)은 열 가스 및 소호 가스를 가동 아킹 접점(34)과 고정 아킹 접점(54) 사이에 강제적으로 분사시켜서 도 3 의 아크(94)를 소호시킬 수 있다.
상기 아크(94)는 가동 아킹 접점(34)과 고정 아킹 접점(54) 사이에서 소호되어 끊어진 아크 선을 가지는 아크(94A)로 변형될 수 있다.
이상, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
4; 작동 로드, 8; 가스 유출구
14; 지지 부재, 18; 피스톤
25; 실린더, 26; 파퍼 챔버
34; 가동 아킹 접점, 38; 가동 주 접점
43; 압력 조절 노즐, 46; 제 1 절연 노즐
49; 제 2 절연 노즐, 54; 고정 아킹 접점
58; 고정 주 접점, 60; 지지 수단
70; 가동 수단, 80; 고정 수단
94, 94A, 98; 아크, 100; 가스 절연 차단기

Claims (6)

  1. 링(ring) 형상의 피스톤을 포함하는 지지 수단;
    상기 지지 수단으로부터 이격해서 상기 피스톤의 중심축 상에 바 형상의 고정 아킹 접점을 포함하는 고정 수단; 및
    상기 지지 수단 및 상기 고정 수단 사이의 영역을 움직이면서 상기 피스톤으로 둘러싸이고 그리고 상기 고정 아킹 접점과 마주보는 원통형의 작동 로드를 가지는 가동 수단을 포함하되,
    상기 작동 로드는 상기 고정 아킹 접점에 가까운 내부 측벽에 상기 고정 아킹 접점과 마주하도록 돌출되는 원통형의 압력 조절 노즐을 결합 구성하고,
    상기 고정 아킹 접점으로부터 이격하는 상기 작동 로드의 중앙 영역에는 적어도 하나의 가스 유출구를 형성하는 것을 특징으로 하는 가스 절연 차단기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 지지 수단은 상기 피스톤에 고정되는 지지 부재를 포함하는 가스 절연 차단기.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 고정 수단은 상기 고정 아킹 접점을 둘러싸는 고정 주 접점을 포함하는 가스 절연 차단기.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 가동 수단은 상기 작동 로드 상에 실린더, 가동 아킹 접점, 제 1 절연 노즐, 제 2 절연 노즐, 및 가동 주 접점을 포함하되,
    상기 실린더는 상기 작동 로드의 외부 측벽에 고정되어서 상기 피스톤을 둘러싸고, 및
    상기 가동 아킹 접점, 상기 제 1 절연 노즐, 상기 제 2 절연 노즐, 및 상기 가동 주 접점은 상기 작동 로드의 단부에 고정되고, 상기 작동 로드의 상기 단부를 차례로 둘러싸고, 그리고 상기 고정 아킹 접점을 향하여 개구되는 가스 절연 차단기.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 압력 조절 노즐, 상기 제 1 절연 노즐 및 상기 제 2 절연 노즐은 테프론에 산화 알루미늄(Al2O3), 이황화 몰리브덴(MoS2) 및 질화붕소(BN) 중 적어도 하나를 포함하는 가스 절연 차단기.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 압력 조절 노즐은 상기 작동 로드의 단부로부터 상기 적어도 하나의 가스 유출구 사이에 배치되는 가스 절연 차단기.
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KR101291789B1 (ko) * 2012-03-16 2013-07-31 현대중공업 주식회사 가스절연개폐장치

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