KR101705615B1 - 가스절연 개폐장치의 도체 배치 구조 - Google Patents

Abstract

본 출원은 가스절연 개폐장치의 도체 배치 구조에 관한 것으로, 하나의 외함 내부에 3상 전류가 각각 흐르는 복수의 도체들과, 상기 복수의 도체들 각각에 설치되는 가동자를 포함하는 3상 일괄 구조의 가스절연 개폐장치에 있어서, 상기 가동자들은 상호간에 절연물로 구성된 기계적 연결을 통하여 같이 구동되며, 통전시 상기 복수의 도체들 각각에 일대일로 대응하는 복수의 접촉도체들 각각에 접촉하고, 단로시 상기 복수의 접촉도체들 각각으로부터 분리되며, 상기 복수의 도체들의 배치는 통전방향에 수직한 단면의 관점에서 각 상간 도체들이 각각의 절연샤프트의 연결로 삼각형을 형성한다. 따라서 개시된 기술은 3상의 도체들이 일직선이 아닌 삼각형을 이루며 배치되어 가스절연 개폐장치의 외함의 크기를 줄일 수 있다.

Description

가스절연 개폐장치의 도체 배치 구조{CONDUCTOR ARRANGEMENT STRUCTURE FOR GAS INSULATED SWITCHGEAR}

본 출원은 가스절연 개폐장치의 도체 배치 구조에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 3상 일괄구조에서 도체들의 배치를 개선한 가스절연 개폐장치의 도체 배치 구조에 관한 것이다.

일반적으로 가스절연 개폐장치(GIS:Gas Insulated Switchgear)는 옥내·외 발전소 및 변전소용으로 전기 선로 상에 설치되어 정상적인 사용 상태에서 인위적으로 부하전류를 개폐할 뿐 아니라, 사고나 단락 등의 이상전류가 발생하였을 때 그 전류를 안전하게 차단하여 전력 계통 및 전력 기기를 보호하는 초고압 전력 계통의 개폐장치이다.

가스절연 개폐장치는 SF6가스로 충진 밀폐된 금속제 탱크 내에 차단기(CB), 단로기(DS), 변류기(CT), 접지개폐기(ES) 등의 개폐 설비와 모선(Main Bus)으로 구성된다.

단로기는 차단기에 의해 차단된 선로를 끊어 기기보호, 작업 등이 가능하게 하는 기기이다. 상의 배치에 따라 외함 1개에 1개의 도체가 들어가는 단상구조와 외함 1개에 3개의 도체가 들어가는 3상 일괄구조로 나뉘며 3상 일괄구조에 1개의 구동부가 있어 단로기의 도체가 동작하게 된다.

종래에는 단로기 도체의 구동을 위해 3상을 연결하는 일체형 절연물 또는 각상을 연결하는 분리형 절연물에 의해 구동이 된다. 구동부에서 도체연결을 1개의 절연물이 3상을 움직이는 경우 종래의 방법에서 각 상의 도체들이 일자형으로 배치되어 구동되며 이것은 공간상의 제약조건이 된다. 일자형으로 배치된 도체들로 인하여 가스절연 개폐장치의 외함은 원형이나 사각형과 유사한 형태이어야 한다. 외함이 원형일 경우 불필요한 체적이 커져서 절연가스의 소요가 많아지며, 사각형태일 경우 가스압력에 견딜 수 있도록 외함의 두께가 두꺼워지는 문제가 있다.

본 출원은 가스절연 개폐장치의 외함의 크기를 줄일 수 있는 3상 도체들의 배치 기술을 제공한다.

실시예들 중에서, 가스절연 개폐장치의 도체 배치 구조는 하나의 외함 내부에 3상 전류가 각각 흐르는 복수의 도체들과, 상기 복수의 도체들 각각에 설치되는 가동자를 포함하는 3상 일괄 구조의 가스절연 개폐장치에 있어서, 상기 가동자들은 상호간에 절연물로 구성된 기계적 연결을 통하여 같이 구동되며, 통전시 상기 복수의 도체들 각각에 일대일로 대응하는 복수의 접촉도체들 각각에 접촉하고, 단로시 상기 복수의 접촉도체들 각각으로부터 분리되며, 상기 복수의 도체들의 배치는 통전방향에 수직한 단면의 관점에서 각 상간 도체들이 각각의 절연샤프트의 연결로 삼각형을 형성한다.

일 실시예에서, 상기 가동자는 랙기어와 결합되며, 상기 랙기어에 맞물리는 피니언기어의 회동력을 이용하여 가동되고, 상기 복수의 피니언기어들 각각은 절연샤프트와 회전축이 동일하게 결합하고, 상기 복수의 절연샤프트들은 절연연결샤프트와 유니버설 조인트를 이용하여 연결되어 일직선 또는 각도를 가지는 배치에서 동일하게 회전할 수 있으며, 상기 복수의 절연샤프트들 중 적어도 어느 하나는 외함의 외부에 설치되는 구동장치와 기계적 연결을 통하여 회동할 수 있다. 일 실시예에서, 상기 복수의 피니언기어들 및 상기 복수의 절연연결샤프트들은 절연물로 구현될 수 있다. 일 실시예에서, 상기 복수의 도체들의 배치가 형성하는 삼각형의 내각들 중에서 가장 큰 내각의 크기는 60도 내지 150도일 수 있다. 일 실시예에서, 상기 복수의 도체들의 배치가 형성하는 삼각형의 내각의 크기는 60도일 수 있다.

다른 일 실시예에서, 상기 가스절연 개폐장치는 상기 복수의 도체들의 개수에 상응하고 각 도체들에 잔류하는 전류를 제거할 수 있는 복수의 접지개폐기들을 더 포함할 수 있다.

본 출원의 개시된 기술은 3상의 도체들이 일직선이 아닌 삼각형을 이루며 배치되어 가스절연 개폐장치의 외함의 크기를 줄일 수 있다.

도 1 및 도 2는 본 출원의 일 실시예에 따른 가스절연 개폐장치를 설명하는 정면도 및 측면도이다.
도 3은 유니버설 조인트를 사용하여 연결되는 구조를 나타내는 도면이다.
도 4 및 도 5는 본 출원의 다른 일 실시예에 따른 접지개폐기가 구비된 가스절연 개폐장치를 설명하는 정면도 및 측면도이다.

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.

각 단계들에 있어 식별부호(예를 들어, a, b, c 등)는 설명의 편의를 위하여 사용되는 것으로 식별부호는 각 단계들의 순서를 설명하는 것이 아니며, 각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않는 이상 명기된 순서와 다르게 일어날 수 있다. 즉, 각 단계들은 명기된 순서와 동일하게 일어날 수도 있고 실질적으로 동시에 수행될 수도 있으며 반대의 순서대로 수행될 수도 있다.

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 1 및 도2는 본 출원의 일 실시예에 따른 가스절연 개폐장치를 설명하는 정면도 및 측면도이다.

도 1 및 도2를 참조하면, 가스절연 개폐장치(100)는 외함(110), 제1 도체(120), 제2 도체(130), 제3 도체(140), 접촉도체(220), 가동자(150), 랙기어(160), 피니언기어(170), 절연샤프트(180), 절연연결샤프트(190) 및 구동장치(200)를 포함한다.

외함(110)은 제1, 제2 및 제3 도체들(120,130,140)을 지지할 수 있는 구조물이며, 외함(110)의 내부는 절연가스인 SF₆ 가스, Dry Air 또는 SF₆와 N₂의 혼합가스로 충진될 수 있다. 일 실시예에서, 외함(110)의 양측에 형성되는 개구부에는 플랜지(210)를 체결하여 가스절연 개폐장치(100)의 설치시 연결을 보강할 수 있다.

제1, 제2 및 제3 도체들(120,130,140)은 전단에 길이방향으로 홈을 형성하고 외함(110)의 일측으로부터 내부로 연장된다. 제1, 제2 및 제3 도체들(120,130,140)에는 3상의 전류가 각각 흐르고, 일 실시예에서, 제1, 제2 및 제3 도체들(120,130,140)은 모선과 연결되어 전류를 통전할 수 있다.

접촉도체(220)는 제1, 제2 및 제3 도체들(120,130,140) 각각에 일대일로 대응하여 복수로 구성되며, 제1, 제2 및 제3 도체들(120,130,140) 각각에 대향하여 외함(110)의 타측에 배치된다. 일 실시예에서, 복수의 접촉도체(220)들 각각은 통전시 제1, 제2 및 제3 도체들(120,130,140) 각각과 쌍을 이루어 각 상의 전류가 흐를 수 있는 통전경로를 제공한다.

복수의 가동자(150)들은 제1, 제2 및 제3 도체들(120,130,140) 각각의 내부 홈에 유동적으로 설치되며 상호간에 절연물로 구성된 기계적 연결을 통하여 모두 같이 구동되며, 통전시 복수의 접촉도체(220)들 각각에 접촉하고, 단로시 복수의 접촉도체(220)들 각각으로부터 분리된다.

랙기어(160) 및 피니언기어(170)는 복수의 가동자(150)들을 구동시킬 수 있는 기계적 연결을 구성하는 절연물의 요소들이다. 랙기어(160)는 가동자(150)의 상단에 결합되며, 피니언기어(170)는 랙기어(160)와 맞물려서 회동력을 랙기어(160)에 전달한다. 이로 인하여 가동자(150)는 직선 왕복이동이 가능하게 가동될 수 있다.

절연샤프트(180) 및 절연연결샤프트(190)는 복수의 가동자(150)들을 구동시킬 수 있는 기계적 연결을 구성하는 절연물의 요소들이다. 일 실시예에서, 피니언기어(170)는 절연샤프트(180)와 회전축이 동일하게 결합하고, 절연연결샤프트(190)는 복수의 절연샤프트(180)들과 유니버설 조인트(universal joint)를 이용하여 연결될 수 있다. 이로 인하여, 복수의 피니언기어(170)들은 일직선 또는 각도를 가지는 배치에서도 상호 동일하게 회전할 수 있다.

구동장치(200)는 외함(100)의 외부 일측에 설치되며, 복수의 절연샤프트(180)들 중 적어도 하나와 기계적 연결을 통하여 절연샤프트(180)를 회동시킬 수 있다.

도 1에서, 제1, 제2 및 제3 도체들(120,130,140)의 배치는 통전방향에 수직한 단면의 관점에서 보았을 때 삼각형을 형성한다. 다시 말해, 제1, 제2 및 제3 도체들(120,130,140) 각각의 중심을 잇는 가상의 직선들은 하나의 삼각형을 구성할 수 있다.

일 실시예에서, 제1 도체(120), 제2 도체(130), 제3 도체(140)가 이루는 각 θ의 크기는 60도 내지 150도일 수 있다. 또한 일 실시예에서, 각 θ의 크기는 60도일 수 있고, 제1, 제2 및 제3 도체들(120,130,140)은 정삼각형으로 배치되어 제1, 제2 및 제3 도체들(120,130,140) 간의 이격된 거리가 동일할 수 있다.

도 3은 유니버설 조인트를 사용하여 연결되는 구조를 나타내는 도면이다.

도 3에서, 절연샤프트(180)들은 절연연결샤프트(190)들과 양단에서 유니버설 조인트로 연결될 수 있다. 절연샤프트(180)들 각각은 피니언기어(170)들 각각의 회전축을 중심으로 관통하여 결합한다.

도 4 및 도 5는 접지개폐기가 구비된 가스절연 개폐장치를 설명하는 정면도 및 측면도이다.

도 4 및 도 5를 참조하면, 가스절연 개폐장치(400)는 도 1 및 도 2에 있는 가스절연 개폐장치(100)에서, 제1, 제2 및 제3 도체들(120,130,140)에 상응하고 제1, 제2 및 제3 도체들(120,130,140) 각각에 잔류하는 전류를 제거할 수 있는 복수의 접지개폐기들을 더 포함한다. 여기에서 잔류하는 전류는 가스절연 개폐장치(400)의 운용 중 단로기를 구동시켜 계통이 단로된 후 모선 및 각 도체들에 잔류하는 전류를 말한다.

하나의 접지개폐기는 제1, 제2 및 제3 도체들(120,130,140) 중 어느 하나의 상단면에 돌출된 접지접촉자(430), 접지단자와 연결되는 접지도체(410) 및 접지도체(410)의 홈에 유동적으로 설치되어 접지접촉자(430)와 접촉하거나 또는 분리되는 접지가동자(420)를 포함한다.

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.

100, 400: 가스절연 개폐장치 110 : 외함
120 : 제1 도체 130 : 제2 도체
140 : 제3 도체 150 : 가동자
160 : 랙기어 170 : 피니언기어
180 : 절연샤프트 190 : 절연연결샤프트
200 : 구동장치 210 : 플랜지(frange)
220 : 접촉도체 410 : 접지도체
420 : 접지가동자 430 : 접지접촉자

Claims (5)

1. 하나의 외함 내부에 3상 전류가 각각 흐르는 복수의 도체들과, 상기 복수의 도체들 각각에 설치되는 가동자를 포함하는 3상 일괄 구조의 가스절연 개폐장치의 도체 배치 구조에 있어서,
   상기 가동자들은 상호간에 절연물로 구성된 기계적 연결을 통하여 같이 구동되며, 통전시 상기 복수의 도체들 각각에 일대일로 대응하는 복수의 접촉도체들 각각에 접촉하고, 단로시 상기 복수의 접촉도체들 각각으로부터 분리되며,
   상기 복수의 도체들의 배치는 통전방향에 수직한 단면의 관점에서 각 상간 도체들이 각각의 절연샤프트의 연결로 삼각형을 형성하고,
   상기 복수의 도체들의 배치가 형성하는 삼각형의 내각의 크기는 60도일 수 있고, 상기 복수의 도체들은 정삼각형으로 배치되어 상기 복수의 도체들 간의 이격된 거리가 동일하며,
   상기 복수의 도체들의 개수에 상응하고 가스절연 개폐장치의 운용 중 단로기를 구동시켜 계통이 단로된 후 모선 및 각 도체들에 잔류하는 전류를 제거할 수 있는 복수의 접지개폐기들을 더 포함하는 가스절연 개폐장치의 도체 배치 구조.
2. 제1항에 있어서, 상기 기계적 연결을 구성하는 절연물은 랙기어, 피니언기어, 절연샤프트, 절연연결샤프트, 유니버설 조인트이고,
   상기 가동자는 랙기어와 결합되며, 상기 랙기어에 맞물리는 상기 피니언기어의 회동력을 이용하여 가동되고,
   상기 복수의 피니언기어들 각각은 상기 절연샤프트와 회전축이 동일하게 결합하고, 상기 복수의 절연샤프트들은 상기 절연연결샤프트와 상기 유니버설 조인트를 이용하여 연결되어 일직선 또는 각도를 가지는 배치에서 동일하게 회전할 수 있으며,
   상기 복수의 절연샤프트들 중 적어도 어느 하나는 상기 외함의 외부에 설치되는 구동장치와 기계적 연결을 통하여 회동 가능한 것을 특징으로 하는 가스절연 개폐장치의 도체 배치 구조.
3. 제1항에 있어서, 상기 복수의 도체들의 배치가 형성하는 삼각형의 내각들 중에서 가장 큰 내각의 크기는 60도 내지 150도인 것을 특징으로 하는 가스절연 개폐장치의 도체 배치 구조.
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