KR101822323B1 - 아크 엘리미네이터를 구비한 차단기 및 그것을 적용한 수배전 설비 - Google Patents

아크 엘리미네이터를 구비한 차단기 및 그것을 적용한 수배전 설비 Download PDF

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Abstract

고속 투입 장치는 각 전로 구분마다 설치하는 것이, 설비 복구, 복전의 신속화에 의한 전체 조업 로스 저감에 유효하지만, 고속 투입 장치를 각 전로 구분마다 설치하기 위해서는, 스위치기어 등의 장치 내에서 전로측 통전도체의 배치 및 그 절연 공간 거리의 확보, 접지측 도체의 배치에 더하여, 고속 투입 장치의 신속한 교체를 위한 작업 에어리어도 포함하는 스페이스 확보가 필요하여, 스위치기어 등의 장치가 대형이 된다.
차단기(3)가 연결되는 전로에 아크 사고가 발생했을 때, 투입되어 아크 전류를 우회시켜 접지 도체로 흘림으로써 사고 전로부의 아크를 소멸시키는 고속 투입 장치(3b)를, 상기 차단기(3)의 차단부 중 어느 편측 극 또는 양극에 접속하고, 그 극 전로의 절연 지지물(3b1)에 편입되고, 전체를 인출형으로 하여, 요소의 전로 구분 대응하여 편입된 스위치기어(300)로 수배전 설비를 구성했다.

Description

아크 엘리미네이터를 구비한 차단기 및 그것을 적용한 수배전 설비{CIRCUIT BREAKER WITH ARC ELIMINATOR AND POWER RECEIVING/DISTRIBUTING EQUIPMENT USING SAME}
본 발명은 저전압, 중전압, 고전압 스위치기어(switchgear) 내에서 발생한 지락(地絡, ground fault)이나 단락(短絡, short circuit) 등의 아크 사고(arc fault)시에, 사고가 발생해 있는 전로(電路, electric path)를 신속하게 접지하여 사고 전류를 대지로 흘릴 수 있는 아크 엘리미네이터(arc eliminator)(사고 아크 제거 장치)를 탑재한 차단기와 그것을 적용한 수배전 설비에 관한 것이다.
저전압 또는 중전압, 혹은 고전압의 수배전 설비(receiving/distributing equipment)는, 빌딩이나 공장 등 전력 수급의 사회적 인프라로서 빼놓을 수 없는 설비 시스템이고, 그 안전성, 신뢰성은, 제조 메이커는 물론, 설치 공사나 운전 보수의 전반에 걸쳐 충분히 배려된 것이다. 그러나 매우 드물지만, 예기치 않은 작은 동물이나 이물질의 침입, 경년(經年) 사용에 의한 절연 열화, 혹은 상정을 넘는 거대한 지진으로의 기기 손상 등으로, 전로의 절연 기능이 손상됨으로써, 지락, 단락 등의 사고 고장이 발생하는 경우가 있다.
특히 스위치기어 등 폐쇄 장치의 내부 단락 고장에서는, 대전류 아크의 발생으로, 아크 근방은 10,000~20,000℃ 정도의 플라스마 상태가 되기 때문에, 주변의 금속이나 절연물이 일부 증기화되어, 아크 주변의 공기 등의 절연 기체는 순간적으로 팽창하여 장치 내부는 매우 높은 압력이 되지만, 스위치기어 등에서 방압(放壓, pressure releasing) 장치를 마련하고 있는 것에서는 약 10밀리초(milliseconds) 정도로, 그 증기화한 금속 가스나 절연물 분해 가스와 함께, 고압의 절연 가스도 안전한 방향으로 장치 외부로 한번에 방압되어, 스위치기어의 파괴를 방지하도록 하고 있다.
그 후도 고장이 계속되고 있는 한, 대전류 아크가 계속하여 발생하고 있으므로, 주변의 도체나 케이스 등 금속을 추가로 용융(溶融)하고 증기화하여 장치 등으로의 피해 손상이 확대된다. 메탈 클래드형 스위치기어(metal-clad switchgear)와 같이 스위치기어 내부에서 각 전로 구획마다 금속 차폐판으로 구분된 것이어도, 사고 아크의 계속 시간이 긴 경우에는, 금속 격벽(隔璧)이 변형이나 용융 등으로 손상 구획이나 손상 스위치기어의 범위가 확대되어 큰 피해가 된다.
이러한 수배전 시스템에서의 고장 제거는, 통상은 전로의 보호용으로 마련하고 있는 전력용 차단기가 행하도록 설계되어 있지만, 고장 검출로부터 차단기의 동작으로 고장 전로를 전원으로부터 분리하여, 설비 장치의 아크 고장을 제거할 수 있는 시간은 적어도 100밀리초 정도 이상 걸리기 때문에, 그 시간까지, 고장이 발생해 있는 장치는 거의 재사용할 수 없는 정도의 대폭적인 손상을 받아, 수배전 시스템의 복구에 다대(多大)한 기간이 필요하고, 그 동안은 전력 공급을 할 수 없는 상태가 된다. 또, 복구에 필요로 하는 비용도 심대(甚大)한 것이 된다.
따라서 손상을 최소한으로 제한하여, 사고 고장 후의 설비 복구 기간을 최소화하기 위해서는, 아크 고장 계속 시간을 짧게 하는 것이 유효하다.
특허 문헌 1은 아크 사고 발생 후의 수 밀리초와 같은 매우 단시간의 동안에, 고장 전류를 아크 회로보다 훨씬 임피던스가 낮은 접지 통전 회로를 통해서 대지로 우회 통전함으로써, 사고 발생 지점의 아크를 초단시간에 소멸시키는 것이고, 이것을 적용하는 시스템이 소개되어 있다.
또, 비 특허 문헌 1은 상기 특허 문헌 1의 발명의 제품 카탈로그이고, 적용의 상세도 기재하고 있다.
이 비 특허 문헌 1에 의하면, 고장 발생 후 수 밀리초의 매우 단시간의 동안에 고장 전류를 접지 회로로 우회하여 통전함으로써, 고장 부위의 아크를 소멸시킨다. 그 결과, 고장 부위의 절연 기체 공간 및 도체나 절연물 및 케이스 등의 금속에 주입되는 아크 에너지는, 극소화할 수 있으므로, 당해 고장 발생 부위의 아크에 의한 손상은 매우 적게 되고, 아크 전류의 크기에도 의존하지만 사고 및 사고 원인의 제거 후는 거의, 그대로 설비 가동을 할 수 있는 정도로 그치게 하는 경우도 있다고 되어 있다.
이들 선행 기술 문헌에서 아크 엘리미네이터(사고 아크 제거 장치)의 주된 기기인 고속 투입 장치(비 특허 문헌 1에서는 Primary switching unit)는, 아크 사고시의 고장 전류를 1.5밀리초의 매우 단시간에 투입 접지하는 장치로, 스위치기어 등의 장치에 있어서의 저압 또는 중압, 혹은 고압의 삼상(三相)의 전로와 대지 사이에 고정형(stationary-type) 혹은 인출형 대차(drawer-type truck)에 탑재한 형태로, 각각 부착되는 구조의 것으로, 스위치기어의 빈 스페이스나, 필요에 따라서, 요소(要所)의 전로를 연장하여, 스위치기어를 크게 하여 설치한다.
인출 대차에 탑재한 형태의 것은 예비 차단기 등, 통상은 사용하고 있지 않은 회선의 차단기를 철거하고, 그 차단기실에 고속 투입 장치를 탑재한 인출형 대차를 삽입함으로써, 간단하게 설치할 수 있는 것이다. 다만, 이 방법을 적용하려면, 예비의 회선을 아크 엘리미네이터 기능으로 치환할 필요가 있어, 수배전 설비로서의 리던던시(redundancy)가 저하하게 된다. 또, 이 고속 투입 장치는 고장 전류의 투입시에 접점을 용착시킴으로써, 고장 전로의 전원측 차단기가 차단될 때까지의 동안, 고장 전류 통전을 행하는 구조이기 때문에, 1회 동작 후에는 교체하도록 하고 있다.
특허 문헌 1: 일본 특허 제5254340호 공보
비 특허 문헌 1: Medium voltage products-Catalogue TK541/03 UFES S3-Speed, Safety, Savings, (독일국), ABB AG, 2012년, p.6-33
종래의 것은, 이상과 같이 구성되어 있으므로, 수배전 설비의 계획시에 미리, 전로의 고장 상정 부위와, 그 상정 부위에 아크 고장이 발생했을 경우에 분리하는 전로의 범위 및 사고 후의 설비 복구의 신속화, 사고 후의 정전 실시 범위 등을 종합적으로 검토하여, 요소에 고속 투입 장치를 설치하는 것을 계획한다. 특히 요즘의 수배전 설비에서는, 조업 로스의 최소화를 위해서, 비록 만일의 사고더라도 사고 전로 이외의 건전한 전로 회선의 조기 복전(復電)이 요구된다.
이 때문에, 예를 들어, 모선 전로 이외의 분기 전로에 있어서의 사고 발생의 경우를 생각해 보면, 고속 투입 장치를 모선부에만 부착한 경우에는, 사고 발생의 분기 전로부를 포함하여, 아크에 의한 손상은 매우 줄일 수 있지만, 사고 전류의 크기에도 의존하는데, 예를 들어, 비교적 작은 전류인 경우에는, 사고 회선 전로 부위는 청소와 점검만으로, 그대로 재사용하여 복전을 할 수 있는 상태인 경우나, 사고 당해 회선 전로는 수리가 필요하더라도, 그 외의 회선 전로는 그대로 복전하여 사용할 수 있는 상태일 때, 모선부에 부착되어 있는 고속 투입 장치의 교체를 위해서, 그 동안은 모선 정전을 피할 수 없게 되게 된다.
따라서 고속 투입 장치는 각 전로 구분마다 설치하는 것이, 설비 복구, 복전의 신속화에 의한 전체 조업 로스 저감에 유효하다.
다만, 고속 투입 장치를 각 전로 구분마다 설치하기 위해서는, 스위치기어 등의 장치 내에서 전로측 통전도체(current-conduction conductor)의 배치 및 그 절연 공간 거리의 확보, 접지측 도체의 배치에 더하여, 고속 투입 장치의 신속한 교체를 위한 작업 에어리어도 포함한 스페이스 확보가 필요하여, 스위치기어 등의 장치가 대형(大型)이 된다.
또, 이미 운전하고 있는 설비에, 추가 부착을 행하는 경우에는, 대대적인 개조 공사가 필요하다.
추가로, 아크 고장 발생에 의한 고속 투입 장치 동작 후의 교체 작업에 대해서도, 통전도체부, 접지 도체부 및 고속 투입 장치의 고정부, 구동 신호선 등의 접속부의 해체, 부착 작업이 필요하여, 그 동안의 정전 시간이 길다.
이 발명은 상기의 문제를 개선하기 위해서 이루어진 것으로, 고속 투입 장치를 절연 지지물 내에 주형(注型)(casting) 등의 수단으로 매립하거나 또는 절연 지지물 내에 장착한 아크 엘리미네이터를 구비한 차단기로 하고, 그 아크 엘리미네이터를 구비한 차단기를 인출형으로 하여, 요소의 전로 구분 대응에 편입(incorporate}된 스위치기어로 구성한 수배전 설비를 제공하는 것이다.
이상과 같은 아크 엘리미네이터를 구비한 차단기 및 그것을 적용한 수배전 설비는 통상의 전로 구분 단위의 보호 구분을 행하는 차단기를 대신하여 아크 엘리미네이터를 구비한 차단기를 탑재한 스위치기어로 구성되어 있기 때문에, 스위치기어 내부의 전로 구획 아크 엘리미네이터 기능의 주된 기기인 고속 투입 장치를 요소에 부착하기 위한 설계 배려가 불필요하고, 그것을 위한 스페이스 확보도 불필요하고, 소형이면서 설비 계획을 하기 쉬운 수배전 설비를 얻을 수 있다.
또, 이미 운전을 실시하고 있는 수배전 설비의 스위치기어 등의 장치에 대해서, 아크 엘리미네이터 기능을 부가하는 경우에는, 광섬유 등의 센서를 이용한 아크 사고 검출 장치의 설치 및 고속 투입 장치로의 구동 신호선의 배치 등의 추가 작업은 필요하지만, 스위치기어의 구조나 외형 치수에 크게 영향을 주는 주회로 전로 및 스위치기어 케이스 추가 등이 대폭적인 개조가 불필요하여, 인출형 차단기를 아크 엘리미네이터를 구비한 차단기로 교체함으로써 가능해져, 추가 개조에 따른 설비 정전 기간의 단축을 할 수 있기 때문에, 설비 조업 로스의 극소화를 도모할 수 있다.
추가로, 만일의 아크 사고 발생에 따른 고속 투입 장치의 동작에 의한, 교체의 경우에도, 차단기를 인출한 상태에서 교환 작업을 할 수 있으므로, 작업성이 좋아져서 단시간에 할 수 있기 때문에 설비의 복전을 빨리 할 수 있으므로, 조업 로스를 감소시킬 수 있다. 또한, 예비 아크 엘리미네이터를 구비한 차단기가 있다면, 그것과 교환하면 되기 때문에, 더욱 빨리 복전할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시 형태 1에 나타내는 아크 엘리미네이터를 구비한 차단기를 적용한 수배전 설비의 일례를 나타내는 단선(單線) 접속도이다.
도 2는 본 발명의 실시 형태 1에 나타내는 아크 엘리미네이터를 구비한 차단기(편측형(one-side type))의 단선도 기호를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시 형태 1에 나타내는 아크 엘리미네이터를 구비한 차단기(편측형)의 구조 개념도이다.
도 4는 본 발명의 실시 형태 1에 나타내는 아크 엘리미네이터를 구비한 차단기(양측형)의 단선도 기호를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시 형태 1에 나타내는 아크 엘리미네이터를 구비한 차단기(양측형)의 구조 개념도이다.
도 6은 본 발명의 실시 형태 2에 나타내는 아크 엘리미네이터를 구비한 차단기를 적용한 수배전 설비의 일례를 나타내는 단선 접속도이다.
도 7은 본 발명의 실시 형태 2에 나타내는 아크 엘리미네이터를 구비한 차단기(편측형)의 단선도 기호를 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시 형태 2에 나타내는 아크 엘리미네이터를 구비한 차단기(편측형)의 구조 개념도이다.
도 9는 본 발명의 실시 형태 2에 나타내는 아크 엘리미네이터를 구비한 차단기(양측형)의 단선도 기호를 나타내는 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시 형태 2에 나타내는 아크 엘리미네이터를 구비한 차단기(양측형)의 구조 개념도이다.
실시 형태 1.
도 1은 이 발명을 실시하기 위한 실시 형태 1에 의한 아크 엘리미네이터를 구비한 차단기와 그것을 적용한 수배전 설비의 일례를 나타내는 단선 접속도이고, 보다 구체적으로는 변압기 2차의 배전 회로예를 나타내는 단선 접속도이다.
도 1에 있어서, 2는 변압기(1)로부터, 이 차단기의 차단점까지의 삼상의 전로에 아크 엘리미네이터를 설치할 수 있도록 차단기의 차단점에 대해서 편측에 아크 엘리미네이터용 고속 투입 장치를 탑재하여 구성된 아크 엘리미네이터를 구비한 차단기(편측형)이다. 200은 아크 엘리미네이터를 구비한 차단기(2)를 삽탈(揷脫) 가능하게 탑재한 스위치기어, 3은 아크 엘리미네이터용 고속 투입 장치를 차단점 양측에 탑재한 아크 엘리미네이터를 구비한 차단기(양측형)이며, 이 차단기의 차단점의 양측의 삼상 전로에 아크 엘리미네이터를 설치할 수 있다. 300은 아크 엘리미네이터를 구비한 차단기(3)를 삽탈 가능하게 탑재한 스위치기어이다. 4는 이 차단기의 차단점으로부터 부하측의 삼상 전로에 아크 엘리미네이터를 설치할 수 있도록 차단점의 편측에 아크 엘리미네이터용 고속 투입 장치를 탑재하여 구성된 아크 엘리미네이터를 구비한 차단기(편측형)이고, 400은 아크 엘리미네이터를 구비한 차단기(4)를 삽탈 가능하게 탑재한 스위치기어이다.
도 2는 아크 엘리미네이터를 구비한 차단기(편측형)(2)를 나타내는 단선도 기호이다. 도 3은 아크 엘리미네이터를 구비한 차단기(편측형)(2)의 구조 개념도이다.
도 2 및 도 3에서, 2a는 차단부, 2a1은 차단부의 극간 절연체(inter-pole insulator), 2b는 고속 투입 장치이고, 예를 들면 특허 문헌 1에 제시되는 것이지만, 높은 절연 성능을 가지는 진공 절연 기술에 의해 소형이고, 대기중의 절연 거리 상당 치수의 크기로 장치가 구성되어 있다. 2b1은 고속 투입 장치의 절연체로서, 고속 투입 장치(2b)와 일체로 주형 절연되어, 차단부(2a) 및 그 극간 절연체(2a1)나 삽입 접촉자 도체(2d) 등 차단기(2)의 전로부를 절연 및 기계적 지지를 하는 강도를 갖게 하고 있다. 주형 절연 재료는 기계적 강도 및 전기적 성능으로부터 열경화성 수지로 에폭시 수지가 사용되지만, 다른 수지 혹은 열가소성 수지여도 된다. 또, 고속 투입 장치(2b)는 절연체(2b1)와 일체 주형이 아니라, 고속 투입 장치(2b)의 절연체(2b1)를 주형 또는 성형(成型)으로 제작한 절연 케이스 모양 부품으로 하고, 고속 투입 장치(2b)를 그 내부에 조립하여 착탈 가능하게 구성한 것이어도 된다. 이렇게 하면, 고속 투입 장치 동작 후의 교체는, 고속 투입 장치(2b)만을 교체하면 되기 때문에, 절연체(2b1)는 재이용할 수 있는 메리트가 있다. 또한, 비 특허 문헌 1에 제시하는 것처럼, 일체 주형의 경우는, 구조가 심플하지만, 고속 투입 장치(2b)와 절연체(2b1)를 일체로 교체하여 폐기(discard)하는 것이 필요하다.
고속 투입 장치(2b)의 한쪽은, 차단부(2a)의 편측의 극(pole)에 연결되는 전로 도체(2d)(도 3에서는 하부측)와 볼트 등의 체결 부재로 전기적 및 기계적으로 체결되어 있다. 고속 투입 장치(2b)의 다른 쪽은 접지 도체 회로(2c)이고 아크 엘리미네이터를 구비한 차단기(2)의 본체 접지 접촉자(2c1)에 접속되어 있고, 스위치기어의 차단기실에 장비(裝備)되어 있는 접지 단자(2c2)를 통해서 스위치기어의 접지 도체(2c3)로부터 대지로 사고 전류를 통전하도록 구성되어 있다. 접지 도체 회로(2c)(2c1, 2c2, 2c3)는 IEC(International Electrotechnical Commission) 등의 스위치기어나 차단기의 규격에 따른 단시간 통전 전류 및 통전 시간의 통전 능력을 가지고 있고, 고속 투입 장치(2b)와는 볼트 등의 부착 제거 가능한 체결 수단으로 체결되어 있다. 단, 2c1과 2c2는 슬라이딩 접촉으로 하고 있다.
또한 고속 투입 장치(2b)는 차단기(2)가 연결되는 전로에 아크 사고가 발생했을 때, 투입되어 아크 전류를 우회시켜 접지 도체 회로(2c)에 흘림으로써 사고 전로부의 아크를 소멸시키는 것으로서, 투입 동작 1회마다 교체를 필요로 하는 것이다.
2e는 지지 절연물로, 차단부(2b)의 다른 쪽의 극 및 그것에 연결되는 전로 도체(도 3에서 상부측)(2d)를 전기적 기계적으로 지지한다. 지지 절연물(2e)의 외형 및 부착부 구조는, 고속 투입 장치의 절연체(2b1)와 같은 치수와 부착 구조로 하고 있다. 상부 및 하부의 전로 도체(2d)의 앞(도 3에서 우단(右端))은, 스위치기어의 전로 단자(도시 없음)에 삽탈 가능하도록 구성된 예를 들면 튤립 컨택트(tulip contacts) 접촉자이다. 2f는 아크 엘리미네이터를 구비한 차단기(2)를 스위치기어(200) 내 등에서 이동시키는 편리를 위해서 마련하고 있는 차륜(wheel)이다.
도시는 하고 있지 않지만, 차단부의 다른 쪽의 극에 연결되는 전로 도체(도 3에서 상부측)에 고속 투입 장치를 마련한 형태의 아크 엘리미네이터를 구비한 차단기(편측형)도 부재의 재조립(reassembling)과 접지측 도체의 추가만으로 구성할 수 있으므로, 수배전 설비의 구성에 따라 적당히 선택할 수 있다.
도 4는 아크 엘리미네이터를 구비한 차단기(양측형)(3)를 나타내는 단선도 기호이다. 도 5는 아크 엘리미네이터를 구비한 차단기(양측형)(3)의 구조 개념도이다.
이것은 차단부(3a)의 양극(兩極)에 고속 투입 장치(3b)를 장비한 양극형이다. 각각의 구성은, 도 2 및 도 3에서 설명한 편측형의 것과 같으며, 자세한 것은 생략한다.
다음에, 아크 엘리미네이터를 구비한 차단기의 적용에 대해 설명한다.
만일의 수배전 설비 내 아크 사고가 발생할 것을 상정하여, 사고 복구까지의 수배전 설비 가동률을 최대화하는 수배전 설비 계획을 세운다. 이 경우, 일반적인 단독 부착의 고속 투입 장치를, 아크 사고의 발생을 상정하는 전로 부위와 그 전로 구획을 다른 건전한 전로로부터 분리시켜 사고 후의 설비 복구 작업을 포함한 정전 범위의 최소화 및 정전 시간의 최단화를 위해서, 설치할 부위를 검토하고, 그것을 설치하기 위한 스페이스나 설치 구조를 검토하고, 스위치기어 1의 배치 계획을 하는 것이 필요하다.
그렇지만, 본 발명에 따른 아크 엘리미네이터를 구비한 차단기를 이용함으로써, 아크 엘리미네이터를 구비한 차단기를 선정하는 것만으로, 스위치기어의 모든 전로에 고속 투입 장치의 설치를 할 수 있다. 만전을 기하여 계획하는 경우에는, 차단기를 모두 아크 엘리미네이터를 구비한 차단기로 하면, 누설 없이 모든 전로에 아크 엘리미네이터용 고속 투입 장치를 설치할 수 있다.
또, 아크 엘리미네이터 기능이 편입되어 있지 않은 수배전 설비에 대해, 사고시의 피해 경감화, 조업 로스의 극소화를 목적으로, 아크 엘리미네이터 기능을 추가하는 경우에는, 차단기를 아크 엘리미네이터를 구비한 차단기로 교환하는 것만으로 끝난다.
다음에, 수배전 설비에서 사고가 발생했을 경우에 대해 설명한다.
도 1의 피더용 스위치기어(400)의 내부의 전로에서 아크 사고(F1로 나타냄)가 발생했을 경우에, 보호 릴레이(도시 없음) 및 아크 검출 장치(도시 없음)가 동작하고, 당해 전로의 아크 엘리미네이터를 구비한 차단기(4)로 구동 신호를 발신하여, 사고 구간의 전로를 분리시켜, 피해 손상의 국소화(局所化), 극소화를 도모하도록 보호 시스템이 작동한다.
일반의 보호 릴레이에 의한 보호 시스템에서는, 관련 차단기가 동작하여 사고 구간의 분리를 행하기 위해서는, 사고 발생 후 빨라도 100밀리초 정도의 시간이 경과한다. 설비 용량이 크고, 또 고장 임피던스가 작은 설비의 회로에서 사고 전류가 큰 경우에는, 아크 사고에 의한 아크 에너지가 커서, 비록 100밀리초 정도의 사고 계속이더라도, 사고 발생의 약 10수 밀리초로 방압하도록 만들어진 내부 아크 프루프(arc proof) 구조의 스위치기어더라도, 스위치기어 구획 내의 폭발적인 압력 상승과, 도체나 구획을 구성하는 금속류의 용융·증기화, 절연물류의 소실·증기화 등으로, 당해 스위치기어 구획은 물론이지만, 인접하는 스위치기어 구획이나 인접 기기 등으로 다대한 손상을 가져오는 것이지만, 아크 검출 장치로 고속 투입 장치를 동작시킴으로써, 아크 사고 발생으로부터 수밀리초에 사고 발생한 전로를 접시켜, 사고 전류를 접지 회로로 우회시킴으로써, 사고 아크를 소멸시키기 위한 아크 엘리미네이터 기능을 마련함으로써, 사고 종료후에도 거의 손상이 없는 스위치기어를 확보할 수 있다.
이때 고속 투입 장치의 동작은, 빠르면 빠를수록 좋으므로, 소형이고 고속 동작화하기 위해서 1회 동작으로 한정한 단순 구조의 성능으로 하고 있으므로, 사고 제거 후에는, 고속 투입 장치(2b)를 새로운 것과 교체하도록 하고 있다.
이 발명의 아크 엘리미네이터를 구비한 차단기를 적용하는 수배전 설비는, 이상과 같이 구성되어 있으므로, 수배전 설비의 만일의 아크 사고를 상정하여, 그 경우에서의 조업 로스의 최소화를 행하는 설비 계획시의 설계를 간단 용이하게 할 수 있다. 또 기설(旣設) 설비로의 아크 엘리미네이터 기능을 부가하는 개조도 간단하고 염가로 할 수 있으므로, 설비 개조에 따른 정전 기간의 단축, 개조 비용의 축소화가 도모되는 효과가 있다.
추가로, 아크 엘리미네이터 기능의 설치를 수배전 설비 전체의 전로에 대해, 설비의 대형화를 수반하는 일 없이, 미세한 메쉬로 설치하는 것이 용이하다.
또, 아크 사고의 발생에 따른 고속 투입 장치 동작 후의 교환 작업도 간편하고, 아크 사고가 해소된 후의 설비 복구를 신속히 행할 수 있으므로, 정전 시간이 짧아, 조업 로스가 적게 된다.
또한, 여기에서는, 고속 투입 장치를 1회의 동작으로 교환하는 경우를 예로 나타냈다. 이 경우는 교환 횟수가 다(多)빈도로 이루어지기 때문에 본 실시 형태의 효과가 최대한으로 발휘되지만, 고속 투입 장치를 1회의 동작으로 교환할 필요가 없는, 예를 들면 2회나 3회 이상으로의 교환이 되는 경우여도, 본 실시 형태의 효과가 얻어지는 것은 말할 것도 없다.
실시 형태 2.
도 6 내지 도 10은 실시 형태 2에 의한 아크 엘리미네이터를 구비한 차단기 및 그것을 적용한 수배전 설비를 나타낸다.
도 6은 이 발명을 실시하기 위한 실시 형태 2에 의한 아크 엘리미네이터를 구비한 차단기와 그것을 적용한 수배전 설비의 일례를 나타내는 단선 접속도이다. 실시 형태 2에 나타내는 아크 엘리미네이터를 구비한 차단기(20, 30, 40)는, 도 7 내지 도 10에 도시하는 것처럼, 고속 투입 장치가 삽입형 아크 엘리미네이터를 구비한 차단기로 되어 있고, 아크 사고시의 동작 후에 교환이 필요한 고속 투입 장치부만을 차단기 본체로부터 장탈 가능하게 개량한 것이다.
도 8의 20g는 삽입 접촉부(insertion contact portion)이고, 차단기(20)의 하측의 전로(20d)와 고속 투입 장치(20b)가, 예를 들면 튤립 컨택트 등과 같이 착탈 가능한 삽입형 접촉자 구조이다. 이 경우는 고속 투입 장치의 절연체(20b1)는 고속 투입 장치(20b)와의 일체 주형이 아니고, 케이스 모양의 주형 혹은 성형물로서 구성되어 있다.
또한, 도 9의 삽입 접촉부(30g)도 삽입 접촉부(20g)와 마찬가지의 구조로, 튤립 컨택트 등과 같이 착탈 가능한 삽입형 접촉자 구조로 되어 있다. 그 외는 실시 형태 1에서 설명한 내용과 마찬가지의 구성이다.
이 실시 형태 2는 실시 형태 1에 비해, 추가로 복구 작업이 용이하기 때문에, 복구시의 정전 시간이 적게 되어, 조업 로스가 추가로 적게 되는 효과가 있다.
실시 형태 3.
실시 형태 1 및 실시 형태 2에서 설명한 아크 엘리미네이터를 구비한 차단기 및 그것을 적용한 수배전 설비에서는, 아크 엘리미네이터를 구비한 차단기(편측형)와 아크 엘리미네이터를 구비한 차단기(양측형)를 전로 구획에 따라서 사용 구분을 하고 있지만, 모든 차단기를 아크 엘리미네이터를 구비한 차단기(양측형)로 해도 된다. 이 경우는, 추가로 설비 계획이 용이한 것 외, 만일 모선부의 고속 투입 장치(예시한 도 1이나 도 6에서 모선용이 1대밖에 없음)가 동작했을 경우에는, 다른 피더 차단기를 대체로 사용하는 것도 가능해지는 경우가 있어, 사고시의 복구가 추가로 용이하고 복구시의 정전 시간 단축에 효과가 있다.
또한, 본 발명은 그 발명의 범위 내에 있어서, 각 실시 형태의 일부 또는 전부를 자유롭게 조합하거나, 각 실시 형태를 적당, 변형, 생략하는 것이 가능하다.
1: 변압기,
2: 아크 엘리미네이터를 구비한 차단기(편측형),
2a, 3a, 20a, 30a: 차단부,
2a1, 3a1, 20a1, 30a1: 차단부의 극간 절연체,
2b, 3b, 20b, 30b: 고속 투입 장치,
2b1, 3b1, 20b1, 30b1: 고속 투입 장치의 절연 지지물,
2c, 3c, 20c, 30c: 접지 도체 회로,
2c1, 3c1, 20c1, 30c1: 접지 접촉자,
2c2, 3c2, 20c2, 30c2: 접지 단자 도체(스위치기어 부착),
2c3, 3c3, 20c3, 30c3: 접지 도체(스위치기어 부착),
2d, 3d, 20d, 30d: 전로 도체,
2e, 3e, 20e, 30e: 지지 절연물,
2f, 3f, 20f, 30f: 차륜,
3: 아크 엘리미네이터를 구비한 차단기(양측형),
4: 아크 엘리미네이터를 구비한 차단기(편측형),
200, 300, 400; 스위치기어,
20: 삽입식 아크 엘리미네이터를 구비한 차단기(편측형),
30: 삽입식 아크 엘리미네이터를 구비한 차단기(양측형),
20g, 30g: 삽입 접촉부.

Claims (7)

  1. 차단기가 연결되는 전로(電路)에 아크 사고가 발생했을 때, 투입되어 아크 전류를 상기 차단기에 마련된 본체 접지 접촉자를 통해 우회시켜 접지 도체로 흘림으로써 사고 전로부의 아크를 소멸시키고, 교체를 필요로 하는 고속 투입 장치를, 상기 차단기의 차단부 중 어느 편측 극(極) 또는 양극(兩極)에 접속하고, 그 극 전로(pole electric path)의 절연 지지물에 편입(incorporate)되어, 전체를 인출형으로 한 것을 특징으로 하는 아크 엘리미네이터를 구비한 차단기.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 고속 투입 장치가 상기 절연 지지물에 일체 주형(注型)되어 있는 것을 특징으로 하는 아크 엘리미네이터를 구비한 차단기.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 절연 지지물을 주형 또는 성형으로 제작된 절연 케이스 모양 부품으로서 형성하고, 상기 고속 투입 장치가 상기 절연 케이스 모양 부품으로서 형성된 상기 절연 지지물에 편입된 것을 특징으로 하는 아크 엘리미네이터를 구비한 차단기.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 절연 지지물을 주형 또는 성형으로 제작된 절연 케이스 모양 부품으로서 형성하고, 상기 고속 투입 장치가 상기 절연 케이스 모양 부품으로서 형성된 상기 절연 지지물과 착탈 가능하게 조립됨과 아울러, 상기 고속 투입 장치는 상기 차단기의 전로 도체부와의 통전 접속부가 삽입 형식으로 구성되어, 상기 절연 케이스 모양 부품으로서 형성된 상기 절연 지지물을 상기 차단기에 고착(固着)시킨 상태에서 상기 고속 투입 장치를 교환할 수 있도록 구성한 것을 특징으로 하는 아크 엘리미네이터를 구비한 차단기.
  5. 차단기가 연결되는 전로에 아크 사고가 발생했을 때, 투입되어 아크 전류를 상기 차단기에 마련된 본체 접지 접촉자를 통해 우회시켜 접지 도체로 흘림으로써 사고 전로부의 아크를 소멸시키고, 교체를 필요로 하는 고속 투입 장치를, 상기 차단기의 차단부 중 어느 편측 극 또는 양극에 접속하고, 그 극 전로의 절연 지지물에 편입되어, 전체를 인출형으로 한 아크 엘리미네이터를 구비한 차단기를, 요소(要所)의 전로 구분에 대응하여 편입된 스위치기어로 구성한 수배전 설비.
  6. 청구항 5에 있어서,
    모선부의 스위치기어를 상기 고속 투입 장치가 상기 차단기의 차단부의 양극에 접속된 양측형의 아크 엘리미네이터를 구비한 차단기로 구성하고, 그 외의 스위치기어는 상기 고속 투입 장치가 상기 차단기의 차단부 중 어느 편측 극에 접속된 편측형의 아크 엘리미네이터를 구비한 차단기로 구성한 것을 특징으로 하는 수배전 설비.
  7. 청구항 5에 있어서,
    모선부의 스위치기어 및 그 외의 스위치기어를 상기 고속 투입 장치가 상기 차단기의 차단부의 양극에 접속된 양측형의 아크 엘리미네이터를 구비한 차단기로 구성한 것을 특징으로 하는 수배전 설비.
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