KR101668410B1 - 진공차단기의 차단부 - Google Patents

Abstract

극간을 절연시키는 절연매질로서 진공을 이용하는 진공차단기의 차단부가 개시된다.
개시되는 진공차단기의 차단부는 진공상태의 내부공간에 고정전극과 가동전극을 구비하는 절연용기; 위치가 고정되며, 상기 가동전극과 전기적으로 연결되는 가동측 도체; 상기 절연용기의 내부공간에 상기 가동전극과 상기 절연용기 사이의 간격을 밀봉하도록 구비되는 벨로즈; 상기 절연용기와 상기 가동측 도체를 서로 결합시키는 어댑터; 및 상기 어댑터의 내부에 형성되는 챔버;를 포함하고, 상기 가동전극에 연결되어 상기 가동전극을 이동시키는 절연봉; 및 상기 가동전극과 상기 절연봉을 연결시키며, 상기 가동전극과 거동이 일치되는 연결부재;를 더 포함하며, 상기 연결부재는 상기 가동전극의 이동에 따라 이동하며 상기 챔버의 체적을 변화시킨다.
이러한 진공차단기의 차단부에 의하면, 벨로즈의 동작 특성 및 사용수명이 향상된다는 효과를 얻을 수 있다.

Description

진공차단기의 차단부{INTURRUPTER OF VACCUM CIRCUIT BREAKER}

본 발명은 진공차단기의 차단부에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 극간을 절연시키는 절연매질로서 진공을 이용하는 진공차단기의 차단부에 관한 것이다.

전력계통에서 고장이 발생할 경우, 급격한 부하 임피던스의 저하로 인하여 정격전류의 몇십 배에 해당하는 높은 고장전류가 흐를 수 있다. 전력계통 사고 시에 고장영역의 확산과 다른 기기의 손상을 방지하기 위해서는 고장전류를 신속히 자동적으로 차단해야 하며, 이러한 기능을 가진 차단기의 신뢰성은 계통 전체의 신뢰성에 핵심적인 영향을 미친다. 차단성능, 안전성 및 신뢰성이 우수한 진공차단기는(Vacuum Circuit Breaker; VCB) 전력계통에 널리 사용되고 있으며, 부하의 증대에 따라 진공차단기의 사용량도 점차 증가되는 추세이다.

한편, 도 1은 종래의 기술에 의한 진공차단기의 단면도이며, 도 2는 도 1의 A부분의 확대도이다.

도 1 및 도 2를 보면, 종래의 기술에 의한 진공차단기는 탱크(10), 고정측 도체(20), 가동측 도체(30), 고정전극(40), 가동전극(50), 절연용기(60), 어댑터(70) 및 벨로즈(80)를 포함할 수 있다.

상기 탱크(10)의 내부에는 절연가스가 충전되며, 고정측 도체(20)가 배치되고, 상기 고정측 도체(20)에 대향하여 가동측 도체(30)가 배치된다.

상기 고정전극(40)은 고정측 도체(20)에 전기적으로 연결되며 위치가 고정되고, 상기 가동전극(50)은 별도의 구동부(미도시)에 연결된 절연봉(90)에 연결되어 절연봉(90)에 의해 왕복이동하고, 상기 가동측 도체(30)에 상시적으로 전기적으로 연결되며, 고정전극(40)에 전기적으로 연결 및 분리될 수 있다.

한편, 절연용기(60)는 고정전극(40)과 가동전극(50)을 감싸도록 구성되며, 내부공간이 진공상태로 조성된다.

또한, 어댑터(70)는 절연용기(60)와 가동측 도체(30)를 서로 결속시키는 체결부품이다.

그리고, 상기 벨로즈(80)는 가동전극(50)이 이동하는 구조에서도 절연용기(60)의 진공상태가 유지되도록 절연용기(60)와 가동전극(50) 사이의 공간을 밀봉하도록 구비되는 탄성물이다.

그러나, 종래의 기술에 의한 진공차단기는 절연용기(60)의 내부와 외부의 압력차이가 큰 경우에 벨로즈(80)에 압력차에 의한 하중이 발생하여, 벨로즈(80)의 동작 특성 및 수명에 악영향을 끼치게 된다.

예를 들어, 탱크(10)의 내부는 절연가스가 충전되어 6 bar 이상의 기압이고 절연용기(60) 내부가 0 bar에 가까운 진공상태인 경우에, 벨로즈(80)에는 높은 하중이 발생하여 수축 및 이완 동작이 원활하지 않고 하중에 의해 파손되는 문제가 발생할 수 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점 중 적어도 일부를 해결하고자 안출된 것으로, 일 측면으로서, 벨로즈의 내외부 기압차가 저감될 수 있는 진공차단기의 차단부를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 목적 중 적어도 일부를 달성하기 위한 일 측면으로서, 본 발명은 진공상태의 내부공간에 고정전극과 가동전극을 구비하는 절연용기; 위치가 고정되며, 상기 가동전극과 전기적으로 연결되는 가동측 도체; 상기 절연용기의 내부공간에 상기 가동전극과 상기 절연용기 사이의 간격을 밀봉하도록 구비되는 벨로즈; 상기 절연용기와 상기 가동측 도체를 서로 결합시키는 어댑터; 및 상기 어댑터의 내부에 형성되는 챔버;를 포함하고, 상기 가동전극에 연결되어 상기 가동전극을 이동시키는 절연봉; 및 상기 가동전극과 상기 절연봉을 연결시키며, 상기 가동전극과 거동이 일치되는 연결부재;를 더 포함하며, 상기 연결부재는 상기 가동전극의 이동에 따라 이동하며 상기 챔버의 체적을 변화시키는 진공차단기의 차단부를 제공한다.

일 실시예에서, 상기 챔버는 상기 벨로즈의 내부와 서로 기체교류가 가능하도록 구성될 수 있다.

또한, 일 실시예에서, 상기 절연용기의 일단에는 상기 가동전극이 관통배치되는 관통홀이 구비되고, 상기 벨로즈는 일단이 상기 관통홀을 감싸도록 구성되며, 상기 어댑터는 상기 절연용기에 결합되는 면에 상기 관통홀과 연통되는 통기구를 구비하여, 상기 챔버는 상기 통기구와 상기 관통홀을 매개로 상기 벨로즈의 내부와 연통되도록 구성될 수 있다.

또한, 일 실시예에서, 상기 챔버는 외부와 기체교류가 차단되도록 상기 어댑터의 몸체를 통해 밀폐될 수 있다.

또한, 일 실시예에서, 상기 챔버는 대기압 상태로 유지될 수 있다.

또한, 일 실시예에서, 상기 어댑터와 상기 가동측 도체의 연결부위를 실링하는 패킹부재가 더 포함될 수 있다.

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또한, 일 실시예에서, 상기 연결부재는 상기 벨로즈 내부공간의 체적변화에 대응하여 상기 챔버의 체적을 변화시켜서 상기 벨로즈 내부공간의 체적변화량을 보상할 수 있다.

일 예로, 상기 연결부재는 상기 가동전극이 투입 방향으로 이동하여 상기 벨로즈의 내부 체적이 증가하는 경우에 상기 챔버의 체적을 감소시키고, 상기 가동전극이 차단 방향으로 이동하여 상기 벨로즈의 내부 체적이 감소하는 경우에 상기 챔버의 체적을 증가시킬 수 있다.

또한, 일 실시예에서, 상기 연결부재는 상기 가동전극과 상기 절연봉의 연결부위를 감싸는 형태로 구성되어, 상기 가동측 도체에 상기 가동전극과 상기 절연봉을 슬라이딩 가능하게 지지시킬 수 있다.

여기서, 상기 연결부재는 상기 가동전극과 상기 가동측 도체를 전기적으로 연결시키는 통전경로를 구성할 수 있다.

또한, 일 실시예에서, 상기 절연용기, 상기 가동측 도체 및 상기 어댑터가 내부공간에 수납하고, 내부공간에 절연가스가 충진되는 탱크가 더 포함될 수 있다.

이러한 구성을 갖는 본 발명의 일 실시예에 의하면, 벨로즈의 동작 특성 및 사용수명이 향상된다는 효과를 얻을 수 있다.

도 1은 종래의 기술에 의한 진공차단기의 단면도.
도 2는 도 1의 A부분의 확대도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 진공차단기의 차단부의 단면도.
도 4는 도 3의 B부분의 확대도.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 또한, 본 명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명한다.

도 3 및 도 4를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 진공차단기의 차단부에 대해서 살펴본다. 여기서, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 진공차단기의 차단부의 단면도이고, 도 4는 도 3에 도시된 B부분의 확대도이다.

도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 진공차단기의 차단부(100)는 탱크(110), 고정측 도체(120), 고정전극(125), 가동측 도체(130), 가동전극(135), 절연용기(140), 벨로즈(150), 어댑터(160), 챔버(165) 및 연결부재(180)를 포함할 수 있다.

상기 탱크(110)는 후술할 고정측 도체(120), 가동측 도체(130) 및 절연용기(140)가 설치될 수 있는 내부공간을 구비한다.

이러한 탱크(110)의 내부에는 절연가스가 충전될 수 있다.

도 3 및 도 4에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 진공차단기의 차단부(100)는 내부공간에 고정측 도체(120), 가동측 도체(130), 절연용기(140) 및 어댑터(160)가 구비되는 탱크(110)를 포함하고, 이하에서는 탱크(110)를 포함하는 타입의 진공차단기를 일 실시예로 설명하고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 일 실시예에 따른 진공차단기의 차단부(100)는 별도의 외함없이 기중에 노출되는 타입으로 구성될 수도 있다는 것을 미리 밝혀둔다.

상기 고정측 도체(120)는 탱크(110)의 내부에 위치가 고정되며, 후술할 고정전극(125) 및 가동전극(135)의 연결을 통해 가동측 도체(130)와 함께 통전경로를 구성할 수 있다.

일 실시예에서, 고정측 도체(120)는 탱크(110)의 상부에 구비될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

상기 고정전극(125)은 고정측 도체(120)의 선단부에 구비되어, 고정측 도체(120)와 가동측 도체(130)를 전기적으로 연결시키는 접점으로서 기능할 수 있다.

일 실시예에서, 고정전극(125)은 후술할 절연용기(140)의 내부공간에 배치될 수 있다.

상기 가동측 도체(130)는 탱크(110)의 내부에서 상기 고정측 도체(120)에 대향하는 위치에 고정되며, 고정측 도체(120)와 마찬가지로 고정전극(125)과 가동전극(135)의 연결을 통해 고정측 도체(120)와 함께 통전경로를 구성할 수 있다.

일 실시예에서, 가동측 도체(130)는 탱크(110)의 하부에 구비될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

또한, 이러한 가동측 도체(130)는 가동전극(135)과 전기적으로 연결된 상태를 유지한 채 가동전극(135)을 왕복이동 가능하게 지지할 수 있다.

도 3 및 도 4에 도시된 일 실시예에서, 가동측 도체(130)는 중공부에 가동전극(135)이 슬라이딩 가능하게 삽입되도록 구성될 수 있다. 이때, 가동측 도체(130)와 가동전극(135)의 접촉부위에는 유동접점이 구비될 수 있다.

상기 가동전극(135)은 가동측 도체(130)의 선단부에 구비되어, 가동측 도체(130)와 고정측 도체(120)를 전기적으로 연결시키는 접점으로서 기능할 수 있다.

일 실시예에서, 가동전극(135)은 도 4에 도시된 바와 같이 후술할 절연용기(140)의 일단에 형성된 관통홀(142)에 관통배치될 수 있다.

이러한 가동전극(135)은 후단이 절연봉(137)에 연결되어 왕복 이동될 수 있다. 여기서, 상기 절연봉(137)은 별도의 구동부(미도시)에 의한 동력을 가동전극(135)에 전달할 수 있다.

상기 절연용기(140)는 탱크(110)의 내부에 구비되며, 내부공간에 고정전극(125)과 가동전극(135)이 배치되도록 구성될 수 있다.

이러한 절연용기(140)의 내부는 0 bar에 가까운 진공상태로 구성될 수 있다.

일 실시예에서, 절연용기(140)는 양단 각각에 고정전극(125)과 가동전극(135)이 관통되고, 일단이 가동측 도체(130)에 연결되며 타단이 고정측 도체(120)에 연결되는 원통형상의 절연체로 구성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

상기 벨로즈(150)는 절연용기(140)의 내부에 구비되며, 가동전극(135)과 절연용기(140) 사이의 간격을 밀봉할 수 있다.

이러한 벨로즈(150)는 길이가 수축 및 이완될 수 있도록 구성된다.

일 실시예에서, 벨로즈(150)는 도 4에 도시된 바와 같이 일단이 관통홀(142)을 감싸고, 타단이 가동전극(135)의 외주면을 감싸도록 구성될 수 있다.

상기 어댑터(160)는 절연용기(140)와 가동측 도체(130)를 서로 결합시킬 수 있다. 일 실시예에서, 어댑터(160)는 가동전극(135) 및 가동측 도체(130)와 통전상태를 유지할 수 있다.

상기 챔버(165)는 어댑터(160)의 내부에 형성되는 공간으로서, 어댑터(160)의 구조에 따라서 체적이 변화될 수 있는 공간에 해당한다.

일 실시예에서, 챔버(165)는 벨로즈(150)의 내부와 서로 기체교류가 가능하도록 구성될 수 있다.

이를 위해, 일 실시예에서, 어댑터(160)는 도 4에 도시된 바와 같이 절연용기(140)에 결합되는 면에 관통홀(142)과 연통되는 통기구(162)를 구비할 수 있으며, 챔버(165)는 통기구(162)와 관통홀(142)을 매개로 벨로즈(150)의 내부와 연통될 수 있다.

이러한 구조를 통해, 챔버(165)와 벨로즈(150)의 내부는 기압이 동일하거나 기압차이가 거의 나지 않을 수 있게 된다.

또한, 챔버(165)는 외부와 기체교류가 차단되도록 어댑터(160)의 몸체를 통해 밀폐될 수 있다. 일 실시예에서, 챔버(165)는 탱크(110)의 내부에 구비되므로 탱크(110)의 내부공간과 기체교류가 차단되도록 밀폐될 수 있다.

즉, 어댑터(160)와 절연용기(140)의 연결부위는 기체가 통과하지 않도록 실링될 수 있고, 어댑터(160)와 가동측 도체(130)의 연결부위도 기체가 통과하지 않도록 실링될 수 있다.

이를 통해, 챔버(165)는 탱크(110)의 내부와 서로 기체가 교류되지 않도록 격리될 수 있다.

일 실시예에서, 어댑터(160)와 가동측 도체(130)의 연결부위에는 챔버(165)의 밀폐구조를 위해 패킹부재(170)가 추가로 구비될 수도 있다.

이와 같은 구성에서, 챔버(165)와 벨로즈(150)의 내부는 서로 연통되고, 챔버(165)는 탱크(110)의 내부와 격리되므로, 결과적으로 벨로즈(150)의 내부와 외부의 기압차는 챔버(165)의 기압과 절연용기(140) 내부의 기압 차이로 제한될 수 있게 된다.

일 실시예에서, 챔버(165)는 1 bar 정도의 대기압 상태로 유지될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

한편, 가동전극(135)의 동작에 따라 기밀공간 즉, 챔버(165)와 벨로즈(150) 내부공간을 합친 공간의 체적변화가 크면, 벨로즈(150)의 내외부 기압차가 커질 수 있기 때문에, 챔버(165)는 가동전극(135)의 동작에 따른 기밀공간의 체적변화가 최소화될 수 있는 크기로 구성되는 것이 바람직하다.

상기 연결부재(180)는 가동전극(135)과 절연봉(137)을 서로 연결시키는 부재로서, 가동전극(135)과 거동이 일치될 수 있다.

일 실시예에서, 연결부재(180)는 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 가동전극(135)과 절연봉(137)의 연결부위를 감싸는 원통 또는 각통 형태로 구성되어, 가동측 도체(130)에 가동전극(135)과 절연봉(137)을 슬라이딩 가능하게 지지시킬 수 있다.

여기서, 연결부재(180)는 도체로 구성되어 가동전극(135)과 가동측 도체(130)를 전기적으로 연결시키는 통전경로를 구성할 수 있다.

한편, 이러한 연결부재(180)는 가동전극(135)의 이동에 따라 이동하여 챔버(165)의 체적을 변화시킬 수 있다.

즉, 연결부재(180)는 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 가동전극(135)의 이동에 따라 챔버(165)로 돌출되는 부피의 변화를 통해 챔버(165)의 체적을 변화시킬 수 있다.

이러한 연결부재(180)는 벨로즈(150)의 내부공간의 체적변화에 대응하여 챔버(165)의 체적을 변화시키서 벨로즈(150)의 내부공간의 체적변화량을 보상할 수 있다.

예를 들어, 가동전극(135)이 투입 방향으로 이동하여 벨로즈(150)의 내부 체적이 증가하는 경우, 가동전극(135)에 연결된 연결부재(180)가 챔버(165)로 돌출되어 챔버(165)에서 차지하는 부피가 증가하게 되어, 벨로즈(150)의 내부 체적이 증가한 만큼 챔버(165)의 체적이 감소될 수 있다.

반대로, 가동전극(135)이 차단 방향으로 이동하여 벨로즈(150)의 내부 체적이 감소하는 경우, 가동전극(135)에 연결된 연결부재(180)가 챔버(165)에서 퇴출되어 챔버(165)에서 차지하는 부피가 감소하게 되어, 벨로즈(150)의 내부 체적이 감소한 만큼 챔버(165)의 체적이 증가될 수 있다.

이러한 동작을 통해, 연결부재(180)는 기밀공간 즉, 벨로즈(150)의 내부공간과 챔버(165)의 체적 변화량을 최소화시켜, 벨로즈(150)의 내외부 기압차를 최소화시킬 수 있다.

이와 같은 본 발명의 일 실시예에 따른 진공차단기의 차단부(100)는 어댑터(160)에 벨로즈(150)와 연통되고 탱크(110) 내부로부터 밀폐된 챔버(165)를 형성하여, 벨로즈(150)의 내외부 기압차를 감소시킴으로써, 벨로즈(150)의 동작 특성 및 사용수명이 향상되는 장점을 가진다.

본 발명은 특정한 실시예에 관하여 도시하고 설명하였지만, 당업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 밝혀두고자 한다.

100: 진공차단기의 차단부 110: 탱크
120: 고정측 도체 125: 고정전극
130: 가동측 도체 135: 가동전극
137: 절연봉 140: 절연용기
142: 관통홀 150: 벨로즈
160: 어댑터 162: 통기구
165: 챔버 170: 패킹부재
180: 연결부재

Claims (12)

1. 진공상태의 내부공간에 고정전극과 가동전극을 구비하는 절연용기;
   위치가 고정되며, 상기 가동전극과 전기적으로 연결되는 가동측 도체;
   상기 절연용기의 내부공간에 상기 가동전극과 상기 절연용기 사이의 간격을 밀봉하도록 구비되는 벨로즈;
   상기 절연용기와 상기 가동측 도체를 서로 결합시키는 어댑터; 및
   상기 어댑터의 내부에 형성되는 챔버;를 포함하고,
   상기 가동전극에 연결되어 상기 가동전극을 이동시키는 절연봉; 및
   상기 가동전극과 상기 절연봉을 연결시키며, 상기 가동전극과 거동이 일치되는 연결부재;를 더 포함하며,
   상기 연결부재는 상기 가동전극의 이동에 따라 이동하며 상기 챔버의 체적을 변화시키는 진공차단기의 차단부.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 챔버는 상기 벨로즈의 내부와 서로 기체교류가 가능하도록 구성된 진공차단기의 차단부.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 절연용기의 일단에는 상기 가동전극이 관통 배치되는 관통홀이 구비되고,
   상기 벨로즈는 일단이 상기 관통홀을 감싸도록 구성되며,
   상기 어댑터는 상기 절연용기에 결합되는 면에 상기 관통홀과 연통되는 통기구를 구비하여,
   상기 챔버는 상기 통기구와 상기 관통홀을 매개로 상기 벨로즈의 내부와 연통되도록 구성된 진공차단기의 차단부.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 챔버는 외부와 기체교류가 차단되도록 상기 어댑터의 몸체를 통해 밀폐되는 진공차단기의 차단부.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 챔버는 대기압 상태로 유지되는 진공차단기의 차단부.
   
6. 제1항에 있어서,
   상기 어댑터와 상기 가동측 도체의 연결부위를 실링하는 패킹부재를 더 포함하는 진공차단기의 차단부.
   
7. 삭제
8. 제1항에 있어서,
   상기 연결부재는 상기 벨로즈 내부공간의 체적변화에 대응하여 상기 챔버의 체적을 변화시켜서 상기 벨로즈 내부공간의 체적변화량을 보상하는 진공차단기의 차단부.
   
9. 제8항에 있어서,
   상기 연결부재는,
   상기 가동전극이 투입 방향으로 이동하여 상기 벨로즈의 내부 체적이 증가하는 경우에 상기 챔버의 체적을 감소시키고, 상기 가동전극이 차단 방향으로 이동하여 상기 벨로즈의 내부 체적이 감소하는 경우에 상기 챔버의 체적을 증가시키는 진공차단기의 차단부.
   
10. 제1항에 있어서,
    상기 연결부재는 상기 가동전극과 상기 절연봉의 연결부위를 감싸는 형태로 구성되어, 상기 가동측 도체에 상기 가동전극과 상기 절연봉을 슬라이딩 가능하게 지지시키는 진공차단기의 차단부.
    
11. 제1항에 있어서,
    상기 연결부재는 상기 가동전극과 상기 가동측 도체를 전기적으로 연결시키는 통전경로를 구성하는 진공차단기의 차단부.
    
12. 제1항에 있어서,
    상기 절연용기, 상기 가동측 도체 및 상기 어댑터가 내부공간에 수납하고, 내부공간에 절연가스가 충진되는 탱크를 더 포함하는 진공차단기의 차단부.

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