KR101702602B1 - 퍼퍼형 가스차단기의 압축형 열팽창실 차단부 - Google Patents

퍼퍼형 가스차단기의 압축형 열팽창실 차단부 Download PDF

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Abstract

본 출원은 퍼퍼형 가스차단기의 압축형 열팽창실 차단부에 관한 것으로, 고정된 피스톤, 퍼퍼실 및 열팽창실을 포함하고, 전단에 가동 아크접점 및 가동 메인접점과 소호성 가스가 분출 또는 인입되는 노즐을 구비하는 퍼퍼실린더 및 상기 퍼퍼실린더의 전방에 대향하여 설치되며 고정 아크접점과 고정 메인접점을 구비하는 고정접촉자를 포함하고, 상기 퍼퍼실린더의 전후진에 의해 상기 가동 아크접점 및 상기 가동 메인접점은 상기 고정 아크접점 및 상기 고정 메인접점과 접촉 또는 분리되며 소호성 가스가 이동하여 아크를 방지하는 퍼퍼형 가스차단기에 있어서, 상기 열팽창실의 내부에 삽입되는 열팽창실 피스톤, 상기 열팽창실 피스톤에 대해 상기 노즐 방향으로 미는힘을 작용하는 탄성체, 상기 열팽창실 피스톤을 관통하여 상기 열팽창실의 내부로 연장되는 열팽창 가스관과 상기 열팽창 가스관의 전단에 구비되어 상기 소호성 가스를 상기 열팽창실로 안내하는 체크밸브 및 상기 열팽창실 피스톤의 후방에 있는 소호성 가스가 상기 열팽창실과 외부로 출입 가능하도록 형성되는 가스 출입구를 포함한다.

Description

퍼퍼형 가스차단기의 압축형 열팽창실 차단부{BREAKING PART WITH COMPRESSIVE THERMAL CHAMBER OF PUFFER TYPE CIRCUIT BREAKER}
본 출원은 퍼퍼형 가스차단기의 압축형 열팽창실 차단부에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 탄성체로 지지되는 실린더 구조의 압축 가능한 열팽창실을 구비하여 동작 안정성과 소호 성능이 향상된 퍼퍼형 가스차단기의 압축형 열팽창실 차단부에 관한 것이다.
종래의 퍼퍼(Puffer)형 차단기의 차단부는 고정 메인접점, 고정 아크접점, 가동 메인접점, 가동 아크접점, 노즐, 퍼퍼실린더 및 피스톤으로 구성된다.
차단기는 정상상태에서 고정부와 가동부가 접촉되어 있는 투입상태를 유지하면서 정상전류를 흘리게 되지만, 전력 계통에 이상이 발생하여 고장전류가 흐르게 되면 회로를 차단하여 부하 및 기타 전기기기를 보호하기 위한 장치이다. 차단기의 구동 방식을 살펴보면, 구동부의 동작신호에 의해 차단부의 가동부분이 움직이게 되고, 이에 의해 퍼퍼실린더 내부의 가스는 피스톤에 의해 압축되고, 가동부가 이동함에 따라 가동 아크접점과 고정 아크접점이 상호 분리되며, 두 접점 사이에는 아크(Arc)가 발생한다. 이때 발생 된 아크는 퍼퍼 실린더에서 압축된 SF6 가스에 의해 소호되고, 극간의 절연이 회복되면 차단기는 고장 전류를 차단하게 되는 것이다.
도 1 및 도 2는 종래의 퍼퍼형 차단기의 차단부(100)의 동작을 나타내는 단면도로서 좌측은 전류 차단 동작 수행 중을 나타내고, 우측은 전류 차단 동작 완료 상태를 나타낸다. 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 종래의 퍼퍼형 차단기의 차단부(100)는 고정된 피스톤(120), 퍼퍼실(130) 및 열팽창실(140)을 포함하고, 전단에 가동 아크접점(150) 및 가동 메인접점(160)과 소호성 가스가 분출 또는 인입되는 노즐(170)을 구비하는 퍼퍼실린더(110) 및 퍼퍼실린더(110)의 전방에 대향하여 설치되며 고정 아크접점(184)과 고정 메인접점(182)을 구비하는 고정접촉자(180)를 포함한다. 도 1은 종래의 퍼퍼형 차단기의 차단부(100)의 소전류 차단시를 나타내고, 도 2는 대전류 차단시를 나타낸다. 종래의 퍼퍼형 차단기의 차단부(100)의 퍼퍼실(130) 및 열팽창실(140)은 체적이 고정되어 있기 때문에 도 1에서 소전류 차단시 열팽창실(140)의 체적이 클 경우 노즐(170) 사이로 불려나가는 소호성 가스(SF6)의 압력이 적어 소전류 차단성능이 떨어지고, 퍼퍼실(130)의 압력이 빠르게 낮아져 아크에 의한 반발력으로 인해 구동부에 충격이 가해질 수 있었다.
본 출원은 퍼퍼형 차단기의 소호 성능의 신뢰성을 확보할 수 있는 열팽창실이 압축하여 열팽창실의 체적을 작게 유지하는 기술을 제공한다.
본 출원은 아크에 의한 반발력으로 구동부에 가해지는 충격을 제거할 수 있는 소전류 차단시 퍼퍼실의 압력이 빠르게 낮아지는 것을 방지하는 기술을 제공한다.
본 출원은 퍼퍼형 차단기의 소호 성능을 향상시킬 수 있는 열팽창실에 있는 소호성 가스가 외부로 배출되지 않고 소호에 사용되는 기술을 제공한다.
실시예들 중에서, 퍼퍼형 가스차단기의 압축형 열팽창실 차단부는 고정된 피스톤, 퍼퍼실 및 열팽창실을 포함하고, 전단에 가동 아크접점 및 가동 메인접점과 소호성 가스가 분출 또는 인입되는 노즐을 구비하는 퍼퍼실린더 및 상기 퍼퍼실린더의 전방에 대향하여 설치되며 고정 아크접점과 고정 메인접점을 구비하는 고정접촉자를 포함하고, 상기 퍼퍼실린더의 전후진에 의해 상기 가동 아크접점 및 상기 가동 메인접점은 상기 고정 아크접점 및 상기 고정 메인접점과 접촉 또는 분리되며 소호성 가스가 이동하여 아크를 방지하는 퍼퍼형 가스차단기에 있어서, 상기 열팽창실의 내부에 삽입되는 열팽창실 피스톤, 상기 열팽창실 피스톤에 대해 상기 노즐 방향으로 미는힘을 작용하는 탄성체, 상기 열팽창실 피스톤을 관통하여 상기 열팽창실의 내부로 연장되는 열팽창 가스관과 상기 열팽창 가스관의 전단에 구비되어 상기 소호성 가스를 상기 열팽창실로 안내하는 체크밸브 및 상기 열팽창실 피스톤의 후방에 있는 소호성 가스가 상기 열팽창실과 외부로 출입 가능하도록 형성되는 가스 출입구를 포함한다.
일 실시예에서, 상기 탄성체는 상기 퍼퍼형 가스차단기의 대전류 차단 동작 수행 중에 압축하여 상기 열팽창실의 체적을 증가시키고, 상기 퍼퍼형 가스차단기가 대전류 차단 동작을 완료하면 이완하여 상기 열팽창실 내부의 소호성 가스를 외부로 배출시킬 수 있다. 다른 일 실시예에서, 상기 압축형 열팽창실이 구비된 퍼퍼형 가스차단기는 상기 가스 출입구에 상기 소호성 가스를 외부로부터 상기 열팽창실로 안내하는 제1 열팽창 체크밸브가 구비되고, 상기 열팽창실 피스톤에 상기 소호성 가스를 상기 열팽창실 피스톤의 후방 공간으로부터 전방 공간으로 안내하는 제2 열팽창 체크밸브를 더 포함할 수 있다. 다른 일 실시예에서, 상기 열팽창실 피스톤의 후방에 있는 소호성 가스는 상기 퍼퍼형 가스차단기의 대전류 차단 동작 수행 중에 상기 제2 열팽창 체크밸브를 통해 상기 열팽창실 피스톤의 전방 공간으로 이동될 수 있다.
본 출원의 개시된 기술은 열팽창실이 압축하여 열팽창실의 체적을 작게 유지할 수 있어 노즐로 불려나가는 소호성 가스이 압력이 크게 감소하지 않음으로써 퍼퍼형 차단기의 소호 성능의 신뢰성을 확보할 수 있다.
본 출원의 개시된 기술은 소전류 차단시 퍼퍼실의 큰 공간에 의해 압력이 올라가지 않는 것을 방지하여 소전류에 대한 퍼퍼형 차단기의 소호성능을 향상시킬수 있다.
도 1 및 도 2는 종래의 퍼퍼형 차단기의 차단부의 동작을 나타내는 단면도이다.
도 3 및 도 4는 개시된 기술의 일 실시예에 따른 퍼퍼형 가스차단기의 압축형 열팽창실 차단부의 동작을 나타내는 단면도이다.
도 5 및 도 6은 개시된 기술의 다른 일 실시예에 따른 퍼퍼형 가스차단기의 압축형 열팽창실 차단부의 동작을 나타내는 단면도이다.
개시된 기술에 관한 설명은 구조적 내지 기능적 설명을 위한 실시예에 불과하므로, 개시된 기술의 권리범위는 본문에 설명된 실시예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 즉, 실시예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 개시된 기술의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 개시된 기술에서 제시된 목적 또는 효과는 특정 실시예가 이를 전부 포함하여야 한다거나 그러한 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 개시된 기술의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.
한편, 본 출원에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.
"제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어"있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결될 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어"있다고 언급된 때에는 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 한편, 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함하다"또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
여기서 사용되는 모든 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 개시된 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미를 지니는 것으로 해석될 수 없다.
도 3 및 도 4는 개시된 기술의 일 실시예에 따른 퍼퍼형 가스차단기의 압축형 열팽창실 차단부의 동작을 나타내는 단면도이다.
여기서, 도 3은 소전류 차단시, 도 4는 대전류 차단시를 나타내며, 각 도면의 좌측은 전류 차단 동작 수행 중 상태, 우측은 전류 차단 동작 완료 상태를 나타낸다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 퍼퍼형 가스차단기의 압축형 열팽창실 차단부(300)는 퍼퍼실린더(310), 고정접촉자(180), 열팽창 피스톤(320), 탄성체(330), 열팽창 가스관(340), 체크밸브(350) 및 가스 출입구(360)를 포함한다.
퍼퍼실린더(310)는 고정된 피스톤(120), 퍼퍼실(130) 및 열팽창실(140)을 포함하며, 전단에 가동 아크접점(150) 및 가동 메인접점(160)과 소호성 가스가 분출 또는 인입되는 노즐(170)을 구비한다.
고정접촉자(180)는 퍼퍼실린더(310)의 전방에 대향하여 설치되며 고정 아크접점(184)과 고정 메인접점(182)을 구비한다.
퍼퍼형 가스차단기의 압축형 열팽창실 차단부(300)는 퍼퍼실린더(310)의 전후진에 의해 가동 아크접점(150) 및 가동 메인접점(160)이 고정 아크접점(184) 및 고정 메인접점(182)과 접촉 또는 분리되며 소호성 가스가 이동하여 고정 아크접점(184)과 가동 아크접점(150)이 분리될 때 둘 사이에 발생하는 아크(Arc)를 방지한다. 일 실시예에서, 회로가 정상상태일 때, 고정 아크접점(184)는 가동 아크접점(150)의 내측과 접촉하며 삽입되며, 가동 메인접점(160)은 고정 메인접점(182)의 내측과 접촉하며 삽입되고, 전류는 고정 아크접점(184), 고정 메인접점(182), 가동 아크접점(150) 및 가동 메인접점(160)으로 통전된다. 일 실시예에서, 소호성 가스는 SF6 절연가스로 구현될 수 있다.
열팽창 피스톤(320)은 열팽창실(140)의 내부에 밀접하게 삽입되어 내부의 기체 압력을 유지할 수 있는 구조로 설치된다.
탄성체(330)는 열팽창실 피스톤(320)에 대해 노즐(170) 방향으로 미는힘을 작용하는 장치이다. 일 실시예에서, 탄성체(330)는 퍼퍼실(130)과 열팽창실(140) 사이의 격벽과 열팽창실 피스톤(320) 사이에 설치될 수 있고, 스프링, 피스톤 등 탄성력을 지니는 장치로 구현될 수 있다.
열팽창 가스관(340)은 열팽창실 피스톤(320)을 관통하여 열팽창실(140)의 내부로 연장된다.
체크밸브(350)는 열팽창 가스관(340)의 전단에 구비되어 소호성 가스를 열팽창실(140)로 안내한다. 즉, 체크밸브(350)은 소호성 가스를 열팽창실(140) 방향으로만 일방통행시킨다.
가스 출입구(360)는 열팽창실 피스톤(320)의 후방에 있는 소호성 가스가 열팽창실(140)과 외부로 출입 가능하도록 형성된다.
도 3에서, 소전류 차단시 퍼퍼실린더(310)는 후진하고, 퍼퍼실(130)에 있는 소호성 가스는 열팽창 가스관(340)과 체크밸브(350)를 통해 열팽창실(140)로 유입되며, 유입된 열팽창실(140)의 소호성 가스는 노즐(170)로부터 가동 아크접점(150)과 고정 아크접점(184) 사이에 불어진다. 여기서, 탄성체(330)는 열팽창실(140)의 체적을 소호성 가스의 배출량이 크게 감소하지 않도록 유지시킬 수 있다. 또한, 퍼퍼실(130)의 압력이 빠르게 낮아지는 것을 방지할 수 있어 아크에 의한 반발력으로 인한 구동부에 가해지는 충격을 방지할 수 있다.
도 4에서, 고정 아크접점(184) 및 가동 아크접점(150) 사이의 아크열에 의해 소호성 가스가 팽창되는 경우 열팽창실 피스톤(320)이 열팽창실(140)의 체적을 증가시켜 소호성 가스가 열팽창실(140)의 내부로 인입되며 가동 아크접점(150)과 고정 아크접점(184) 사이에 흐른다. 여기서, 탄성체(330)는 퍼퍼형 가스차단기(300)의 대전류 차단 동작 수행 중에 압축하여 열팽창실(140)의 체적을 증가시키고, 퍼퍼형 가스차단기(300)가 대전류 차단 동작을 완료하면 이완하여 열팽창실(140) 내부의 소호성 가스를 외부로 배출시킨다.
도 5 및 도 6은 개시된 기술의 다른 일 실시예에 따른 퍼퍼형 가스차단기의 압축형 열팽창실 차단부의 동작을 나타내는 단면도이다.
여기서, 도 5는 소전류 차단시, 도 6은 대전류 차단시를 나타내며, 각 도면의 좌측은 전류 차단 동작 수행 중 상태, 우측은 전류 차단 동작 완료 상태를 나타낸다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 다른 일 실시예에서, 퍼퍼형 가스차단기의 압축형 열팽창실 차단부(500)는 제1 열팽창 체크밸브(510) 및 제2 열팽창 체크밸브(520)를 더 포함한다.
제1 열팽창 체크밸브(510)는 도 3 및 도 4에 도시된 가스 출입구(360)에 설치되고 소호성 가스를 외부로부터 열팽창실(140)로 안내한다.
제2 열팽창 체크밸브(520)는 열팽창실 피스톤(320)을 관통하여 설치되고 소호성 가스를 열팽창실 피스톤(320)의 후방 공간으로부터 전방 공간으로 안내한다.
도 6에 있는 일 실시예에서, 퍼퍼형 가스차단기(500)의 대전류 차단 동작 수행 중에 열팽창실 피스톤(320)의 후방에 있는 소호성 가스는 제2 열팽창 체크밸브(520)를 통해 열팽창실 피스톤(320)의 전방 공간으로 이동될 수 있다. 이로 인해, 열팽창실 피스톤(320)의 후방 공간에 있던 소호성 가스를 활용할 수 있어 퍼퍼형 차단기(500)의 대전류 차단시 소호 성능이 향상될 수 있다.
상기에서는 본 출원의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 출원의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 출원을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
300, 500 : 압축형 열팽창실 차단부 310 : 퍼퍼실린더
320 : 옆팽창실 피스톤(Piston) 330 : 탄성체
340 : 열팽창 가스관 350 : 체크밸브
360 : 가스 출입구 120 : 피스톤
130 : 퍼퍼실(Puffer Chamber) 140 : 열팽창실
150 : 가동 아크접점 160 : 가동 메인접점
170 : 노즐(Nozzle) 180 : 고정접촉자
182 : 고정 메인접점 184 : 고정 아크접점
510 : 제1 열팽창 체크밸브 520 : 제2 열팽창 체크밸브

Claims (4)

  1. 고정된 피스톤, 퍼퍼실 및 열팽창실을 포함하고, 전단에 가동 아크접점 및 가동 메인접점과 소호성 가스가 분출 또는 인입되는 노즐을 구비하는 퍼퍼실린더 및 상기 퍼퍼실린더의 전방에 대향하여 설치되며 고정 아크접점과 고정 메인접점을 구비하는 고정접촉자를 포함하고, 상기 퍼퍼실린더의 전후진에 의해 상기 가동 아크접점 및 상기 가동 메인접점은 상기 고정 아크접점 및 상기 고정 메인접점과 접촉 또는 분리되며 소호성 가스가 이동하여 아크를 방지하는 퍼퍼형 가스차단기에 있어서,
    상기 열팽창실의 내부에 삽입되는 열팽창실 피스톤;
    상기 열팽창실 피스톤에 대해 상기 노즐 방향으로 미는힘을 작용하는 탄성체;
    상기 열팽창실 피스톤을 관통하여 상기 열팽창실의 내부로 연장되는 열팽창 가스관과 상기 열팽창 가스관의 전단에 구비되어 상기 소호성 가스를 상기 열팽창실로 안내하는 체크밸브;
    상기 열팽창실 피스톤의 후방에 있는 소호성 가스가 상기 열팽창실과 외부로 출입 가능하도록 형성되는 가스 출입구; 및
    상기 가스 출입구에 상기 소호성 가스를 외부로부터 상기 열팽창실로 안내하는 제1 열팽창 체크밸브가 구비되고,
    상기 열팽창실 피스톤에 상기 소호성 가스를 상기 열팽창실 피스톤의 후방 공간으로부터 전방 공간으로 안내하는 제2 열팽창 체크밸브를 포함하는 퍼퍼형 가스차단기의 압축형 열팽창실 차단부.
  2. 제1항에 있어서, 상기 탄성체는
    상기 퍼퍼형 가스차단기의 대전류 차단 동작 수행 중에 압축하여 상기 열팽창실의 체적을 증가시키고,
    상기 퍼퍼형 가스차단기가 대전류 차단 동작을 완료하면 이완하여 상기 열팽창실 내부의 소호성 가스를 외부로 배출시키는 것을 특징으로 하는 퍼퍼형 가스차단기의 압축형 열팽창실 차단부.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서, 상기 열팽창실 피스톤의 후방에 있는 소호성 가스는
    상기 퍼퍼형 가스차단기의 대전류 차단 동작 수행 중에 상기 제2 열팽창 체크밸브를 통해 상기 열팽창실 피스톤의 전방 공간으로 이동되는 것을 특징으로 하는 퍼퍼형 가스차단기의 압축형 열팽창실 차단부.
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