KR101892239B1 - 가스절연 개폐장치용 차단기 - Google Patents

가스절연 개폐장치용 차단기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 가스절연 개폐장치용 차단기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 배출관과 흡기챔버를 이용하여 차단기에서 고장전류의 차단 수행시 전극이 분리될 때 발생되는 아크에 의해 절연성 가스의 배기를 신속히하여 급격한 온도 상승을 막고, 이를 통해 차단 성능을 향상시킨 가스절연 개폐장치용 차단기에 관한 것이다.

Description

가스절연 개폐장치용 차단기{Circuit breaker for class gas insulated switchgear}
본 발명은 가스절연 개폐장치용 차단기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 배출관과 흡기챔버를 이용하여 차단기에서 고장전류의 차단 수행시 전극이 분리될 때 발생되는 아크에 의해 절연성 가스의 배기를 신속히하여 급격한 온도 상승을 막고, 이를 통해 차단 성능을 향상시킨 가스절연 개폐장치용 차단기에 관한 것이다.
일반적으로, 가스절연 개폐장치(GIS:Gas Insulated Switchgear)는 금속제 밀폐용기에 절연성능과 소호기능이 우수한 절연용 가스를 절연매체로 사용하여 도체와 각종 보호기기들을 수납시켜 신뢰성을 향상시킨 수변전 설비이며, 차단기, 단로기, 접지개폐기 등 여러가지 구성들이 복합적으로 결합되어 있다.
그리고, 전력계통에서 고장이 발생하는 경우, 계통 및 각종 전력기기를 보호하기 위해서는 고장 전류를 신속하고 안전하게 차단해야 한다.
여기에서, 고장전류를 차단하는 장치를 차단기라고 하는데, 소호(消弧:arc cancellation) 및 절연 매질에 따라 진공차단기, 오일차단기, 가스차단기 등으로 분류된다.
여기에서, 차단기가 고장전류를 차단한다는 것은 고장전류 차단시에 두 접점 사이에서 발생하는 아크(arc)를 소호한다는 것을 의미하며, 아크를 소호하는 방식에 따라 가스차단기는 파퍼소호방식(puffer type) 및 복합소호방식으로 분류된다.
그리고, 차단기에서 고장전류의 차단 수행시 전극이 분리될 때 아크가 발생하게 되는데, 이때 발생된 아크를 SF6를 이용하여 소호시키게 된다.
이때, SF6는 탁월한 절연성능과 차단기 동작시 우수한 소호능력으로 전력계통에서 운전중인 GIS(Gas Insulator Switchgear, 가스절연개폐기)의 내부에 충진되어 사용되고 있다.
이러한 가스차단기는 기본적으로, 도 1의 예시와 같이 내부에 SF6 가스가 충진되는 금속외함에 고정되는 고정아크접점(10)과, 고정아크접점(10)에 발생되는 전계의 전위차를 감쇄시키는 쉴드(12)와, 유압장치(22)에 의해 상하로 이동하며 일정 깊이의 내부접점(21)을 갖는 이동아크접점(20)과, 이동아크접점(20)의 내부접점(21)에 삽입 결합되며 아크전류를 유도하는 아크접점(14), 아크접점(14)의 후방에 결합되는 주물도체(16)와, 전류를 통전시키기 위해 이동아크접점(20)에 결합되는 제1도체(25)와, 전류의 통전을 위해 고정아크접점(10)에 결합된 주물도체(16)에 결합되는 제2도체(15)를 포함한다.
그리고, 이동아크접점(20)은 내부에 SF6 가스가 압축된 상태로 충진시키기 위한 파퍼실린더(24) 및 파퍼피스톤(23)과, 파퍼실린더(24)의 출구측에서 가스의 분출을 위한 노즐(26)을 갖는다.
이와 같은 종래 가스차단기는 유압장치의 작동으로 이동아크접점이 고정아크접점 쪽으로 이동하게 되면, 아크접점과 내부접점의 접촉이 이루어지고, 고정아크접점과 전기 접촉의 이루어진다.
아울러, 접촉 차단시 이동아크접점과 고정아크접점이 먼저 접촉이 끊어지고, 내부접점과 아크접점이 나중에 끊어지는데 이때 내부접점과 아크접점의 끊김시 아크가 발생된다.
때문에, 이러한 아크는 가스에 열을 전도하여 뜨거운 상태의 가스를 만든다.
하지만, 종래 가스차단기는 아크에 의해 발생된 열가스가 파퍼실린더와 피스톤에 의해 노즐을 통하여 고정아크접점을 지나 주물도체로 향하게 되어 주물도체의 절연 성능이 저하되면서 지락이 발생하는 문제점이 있었다.
이를 개선하기 위해 하기한 [선행기술문헌]에 개시된 가스차단기가 개시되었지만, 열가스의 효과적인 해소가 여전히 미진하여 이에 대한 개선이 지속적으로 요구되어 왔다.
대한민국 등록특허 제10-1796640호(2017.11.06.) '변전소 가스 절연개폐기용 차단 밸브' 대한민국 공개특허 제10-2009-0059818호(2009.06.11.) '가스차단기의 고온 가스 배출장치'
본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술상의 제반 문제점들을 감안하여 이를 해결하고자 창출된 것으로, 배출관과 흡기챔버를 이용하여 차단기에서 고장전류의 차단 수행시 전극이 분리될 때 발생되는 아크에 의해 절연성 가스의 배기를 신속히하여 급격한 온도 상승을 막고, 이를 통해 차단 성능을 향상시킨 가스절연 개폐장치용 차단기를 제공함에 그 주된 목적이 있다.
본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위한 수단으로, SF6 가스가 충진되는 금속외함(1)과, 금속외함(1)에 결합되는 고정아크접점(110)과, 고정아크접점(110)을 감싸며 고정아크접점(110)에서 발생되는 전위차를 감쇄시키는 쉴드(118)와, 고정아크접점(110)과 접촉되며 아크를 유도하기 위한 내부접점(128)을 갖는 이동아크접점(120)과, 내부접점(128)에 접촉되며 아크(Arc)의 방향을 유도하는 아크접점(112)과, 이동아크접점(120)과 결합되어 전류를 통전시키기 위한 제1도체(129)와, 아크접점(112)을 감싸고 있는 쉴드(118)의 후방에 결합되며 고온의 열 가스를 배출시키기 위한 홀(132)을 갖춘 배출관(130)과, 배출관(130)의 후방에 결합되는 제2도체(119)와, 배출관(130)에 내장되어 열 가스를 분산 및 냉각시키는 금속망(134)을 포함하는 가스절연 개폐장치용 차단기에 있어서;
상기 금속외함(1)의 고정아크접점(110)과 배출관(130)이 설치된 지점 둘레면에는 다수의 유통공(2)이 천공 형성되고, 상기 유통공(2)이 형성된 금속외함(1)의 둘레면에는 냉각챔버(200)가 설치되며, 상기 냉각챔버(200)에는 축냉과 축열을 반복하는 합성 열매체유(COOL)가 채워지는 중공부가 형성되고, 상기 냉각챔버(200)의 길이방향 양단 내주면에는 상기 중공부를 향해 일정깊이 요입된 가스관류공간(210)이 홈 형태로 형성되어 상기 유통공(2)과 연통되게 배치되며, 상기 냉각챔버(200)의 양단에는 상기 냉각챔버(200)의 내경과 단차를 두고 연장편(220)이 형성되고, 상기 연장편(220)과 금속외함(1)의 외표면 사이에는 실리콘으로 된 실링재(230)가 개재되며;
상기 합성 열매체유(COOL)는 알킬벤젠 유도체 20중량%와, 페닐 변성실리콘유 15중량%와, 액상파라핀 40중량%와, 리튬브로마이드(LiBr) 5중량%와, 터셔리부틸 히드로퀴논(Teat-Butyl HydroQuinone) 2.5중량%와, 오산화삼티탄 5중량% 및 나머지 빙초산(Glacial Acetic Acide)으로 이루어지고;
상기 냉각챔버(200)가 설치된 금속외함(1)의 내주면에는 육각벌집 모양의 탄성복원구조를 갖는 냉각흡기부재(300)가 더 설치되는데 상기 냉각흡기부재(300)는 상부층을 구성하는 상부직사(310)와, 하부층을 구성하는 하부직사(320)가 육각벌집 형상으로 제직되고, 상기 상,하부직사(310,320) 사이를 상하로 다수의 연결곡사(330)가 활시위 형태로 연결하여 상,하부직사(310,320) 사이를 연결하면서 포집력을 높이도록 구성되며;
상기 상,하부직사(310,320)는 60필라멘트-300데니어의 폴리프로필렌수지를 방사하여 만든 폴리프로필렌사에 냉각특성을 강화시키도록 액상파라핀과 리튬브로마이드를 8:2의 중량비로 혼합한 액을 함침시킨 함침사를 사용하고, 상기 연결곡사(330)는 상기 상,하부직사(310,320) 보다 굵기가 가는 PET 모노사에 빙초산과 리튬브로마이드를 2:1의 중량비로 혼합한 액을 함침시킨 것을 사용하며;
상기 냉각흡기부재(300)가 설치된 위치를 제외한 금속외함(1)의 나머지 내주면에는 절연강화코팅층(400)을 더 형성하되, 상기 절연강화코팅층(400)은 중탄산나트륨 2-4중량%와 붕사 1.5-2.5중량% 및 나머지가 적철광(Fe2O3)과 크로뮴오커(Cr2O3)를 1:1의 중량비로 혼합한 혼합물로 이루어진 것을 800-1200℃의 온도로 소성하고 소성물을 크러셔로 습식크러싱하여 1㎛ 이하의 입도를 갖도록 한 후 이를 100℃에서 10시간 건조한 산화물 분말 20중량%와; 니켈 티타네이트 2.5중량%와; 제1인산 알루미늄[Al(H2PO4)3]과 제1인산 마그네슘[Mg(H2PO4)2]이 1:1의 중량비로 혼합된 인삼염 5.5중량%와; 크실렌(Xylene) 10중량% 및 나머지 액상 불포화폴리에스테르 수지로 스프레이 코팅되어 형성되고;
상기 배출관(130)의 플랜지(136)에 형성되는 체결홀(HOL)은 고정아크접점(110)을 갖는 아크몸체(BOD)에 형성된 볼트홀(BTH) 보다 크게 형성되며, 볼트홀(BTH)에 볼트체결가능하게 체결볼트(500)가 구비되고;
상기 체결볼트(500)는 체결홀(HOL)에 끼움되며, 상기 아크몸체(BOD)의 외표면에 걸림되는 가이드부쉬(510)를 포함하고, 상기 가이드부쉬(510) 속에서 체결볼트(500)가 움직이도록 설계되며, 상기 가이드부쉬(510)는 길이방향으로 단차 형성되며, 단차면에는 탄지스프링(520)의 일단이 안착되고, 상기 탄지스프링(520)의 타단은 상기 체결볼트(500)의 볼트헤드(HAD)에 걸림되며, 상기 가이드부쉬(510)의 외주면에는 유동환(530)이 끼워져 가이드부쉬(510)를 따라 움직일 수 있도록 구성되고, 상기 유동환(530)의 상단 외주면에는 편상의 파지편(540)이 힌지(550) 고정되며, 상기 파지편(540)은 힌지(550)를 중심으로 세우고 눕힐 수 있는데 세웠을 때는 상기 볼트헤드(HAD)에 형합되게 형상 가공되는 것을 특징으로 하는 가스절연 개폐장치용 차단기를 제공한다.
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본 발명에 따르면, 배출관과 흡기챔버를 이용하여 차단기에서 고장전류의 차단 수행시 전극이 분리될 때 발생되는 아크에 의해 절연성 가스의 배기를 신속히하여 급격한 온도 상승을 막고, 이를 통해 차단 성능을 향상시키는 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 종래 가스절연 개폐장치용 차단기를 설명하기 위해 도시한 예시적인 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 가스절연 개폐장치용 차단기를 설명하기 위한 예시적인 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 가스절연 개폐장치용 차단기에 구비된 배출관의 예시도이다.
도 4는 도 3에 도시된 배출관의 다른 예를 보인 예시도이다.
도 5는 본 발명에 따른 가스절연 개폐장치용 차단기를 구성하는 냉각챔버의 조립예를 보인 예시도이다.
도 6은 본 발명에 따른 가스절연 개폐장치용 차단기를 구성하는 냉각흡기부재의 예시도이다.
도 7은 본 발명에 따른 가스절연 개폐장치용 차단기를 구성하는 배출관 고정용 체결볼트의 예시도이다.
이하에서는, 첨부도면을 참고하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하기로 한다.
본 발명 설명에 앞서, 이하의 특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며, 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니된다.
또한, 본 발명의 개념에 따른 실시예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로, 특정 실시예들은 도면에 예시하고 본 명세서에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시예들을 특정한 개시 형태에 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경물, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명은 공개특허 제10-2009-0059818호의 구조를 더욱 개량하여 절연성 가스의 냉각성능을 높여 차단 효율을 증대시키기 위한 것이다. 때문에, 이하 설명되는 기본구성은 공개특허 제10-2009-0059818호를 그대로 인용하여 설명하기로 한다.
도 2 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 가스차단기는 SF6 가스가 충진되는 금속외함(1)과, 금속외함(1)에 결합되는 고정아크접점(110)과, 고정아크접점(110)을 감싸며 고정아크접점(110)에서 발생되는 전위차를 감쇄시키는 쉴드(118)와, 고정아크접점(110)과 접촉되며 아크를 유도하기 위한 내부접점(128)을 갖는 이동아크접점(120)과, 내부접점(128)에 접촉되며 아크(Arc)의 방향을 유도하는 아크접점(112)과, 이동아크접점(120)과 결합되어 전류를 통전시키기 위한 제1도체(129)와, 아크접점(112)을 감싸고 있는 쉴드(118)의 후방에 결합되는 배출관(130)과, 배출관(130)의 후방에 결합되는 제2도체(119)를 포함한다.
여기에서, 상기 금속외함(1)은 내부에 가스(SF6)가 충진 되어 밀폐된 절연공간을 갖는 금속용기이다.
또한, 상기 금속외함(1) 내부에는 고정아크접점(110), 이동아크접점(120), 아크접점(112)이 내장된다.
이때, 상기 고정아크접점(110)은 금속외함(1)의 내부에서 금속외함(1)의 축방향으로 고정된다.
그리고, 상기 고정아크접점(110)은 일측이 금속외함(1)의 외부에서 삽입되는 제2도체(119)와 전기적으로 접촉되고, 타측이 이동아크접점(120)과 접촉됨으로써 전류가 통전될 수 있게 구성된다.
뿐만 아니라, 상기 이동아크접점(120)은 금속외함(1) 외부에서 삽입되는 제1도체(129)와 접속되며, 축방향으로 이동하면서 아크접점(112)을 감싸도록 접촉되는 내부접점(128)이 형성된다.
또한, 상기 이동아크접점(120)은 축방향으로 이동되게 하는 유압장치(122)를 포함하며, 상기 유입장치(122)는 이동아크접점(120)이 축방향으로 이동시켜 고정아크접점(110)과 접촉되게 하거나 접촉 해제되게 하여 접점을 개폐시킨다.
이러한 이동아크접점(120)은 내부에 SF6 가스가 압축된 상태로 충진시키기 위한 파퍼실린더(124) 및 파퍼피스톤(123)과, 파퍼실린더(24)의 출구측에서 가스의 분출을 위한 노즐(128a)을 갖는다.
아울러, 상기 아크접점(112)은 이동아크접점(120)의 내부접점(128)에 삽입되며, 고정아크접점(110)과 이동아크접점(120)이 접촉한다.
그리고, 배출관(130)은 고정아크접점(110)을 감싸고 있는 쉴드(118)의 후방에 결합되는데, 상기 배출관(130)은 고온의 열 가스를 배출시키기 위한 홀(132)을 포함하며, 이 홀(132)은 배출관(130)의 측면과 후방으로 형성되고, 열 가스의 분산 및 냉각시키기 위한 금속망(134)을 포함한다.
또한, 상기 배출관(130)의 후방에는 제2도체(119)가 결합되어 전류를 통전시키는 기능을 하게 된다.
특히, 홀(132)을 갖는 배출관(130)을 쉴드(118)의 후방에 결합시킴으로써 차단시 아크접점(112)이 분리될 때 발생하는 고온의 열 가스가 파퍼실린더(124)와, 파퍼피스톤(123)에 의해 고정아크접점 쪽으로 흐르도록 유도할 수 있게 된다.
그리고, 열 가스는 배출관을 통하여 배출되면서 냉각되고, 조건이 좋은 곳으로 흐르도록 유도된다.
따라서, 고온 상태로 변화된 열 가스로 인해 절연 성능 저하되는 것을 방지할 수 있으며, 가스차단기의 과전압을 차단할 수 있는 이점이 있다.
한편, 도 3의 예에서는 배출관(130)의 홀(132)을 크게 형성하였으나 도 4와 같이 배출관(134')에 작은 홀(132')을 촘촘하게 형성하는 형태로 변형할 수도 있다.
이렇게 작은 크기의 홀(132')을 형성하게 되면 열 가스 배출시 가스를 넓게 분산시켜 냉각효율을 높일 수 있다.
이러한 구성으로 이루어진 본 발명에 따른 가스차단기는 전류를 통전시키기 위해 작동시 제어부(미도시)를 통해 유압장치(122)에 전원을 인가하여 유압장치(122)를 작동시킨다.
그러면, 유압장치(122)는 이동아크접점을 이동시키며, 이동아크접점(120)은 아크접점(112)이 위치된 방향으로 이동을 하게 된다.
이렇게 이동된 이동아크접점(120)은 아크접점(112)과, 고정아크접점(110)에 접촉되면서 제1도체(129)의 전류가 이동아크접점(120)을 통해 고정아크접점(110)과 아크접점(112)으로 통전되고, 아크접접(112)과 고정아크접점(110)을 통해 제2도체(119)로 전류가 통전된다.
반대로, 접속을 차단할 때는 내부접점(128)과 아크접점(112)이 분리되면서 아크를 발생시키며, 이 열을 소화시키기 위해 파퍼실린더(124)와 파퍼피스톤(123)이 동작하여 아크열을 밀어내게 된다.
그러면, 고온의 열 가스는 쉴드(118)의 후방에 위치된 배출관(130)으로 유입되고, 배출관(130)으로 유입된 가스는 다시 배출관(130)의 측면과 후방에 형성된 홀(132)을 통해 분산 배출된다.
이와 같이, 고온의 열 가스는 쉴드(118)의 외부로 분산 배출되면서 냉각된다.
이에 더하여, 본 발명에서는 고온 열 가스의 냉각능력을 더욱 더 높여 절연성능 저하에 따른 지락 현상을 원천 봉쇄할 수 있도록 도 5의 예시와 같이, 고정아크접점(110) 및 배출관(130)이 구비된 위치의 금속외함(1) 둘레에 냉각챔버(200)를 더 구비한다.
이때, 상기 냉각챔버(200)는 단순히 금속외함(1)의 둘레에 부착되는 구조가 아니라, 냉각성능을 급격히 증대시킬 수 있도록 이하 설명과 같이 독특한 결합구조를 갖는다.
예컨대, 도 5에 따르면, 냉각챔버(200)가 설치될 위치의 금속외함(1)에는 다수의 유통공(2)이 천공 형성된다.
그리고, 상기 냉각챔버(200)는 내부에 중공부를 갖는 원통형상으로 형성되고, 중공부에는 냉각기능을 수행하는 합성 열매체유(COOL)가 충전된다.
상기 합성 열매체유(COOL)는 도시되지 않은 충전구를 통해 충전할 수 있도록 구성되며, 알킬벤젠 유도체 20중량%와, 페닐 변성실리콘유 15중량%와, 액상파라핀 40중량%와, 리튬브로마이드(LiBr) 5중량%와, 터셔리부틸 히드로퀴논(Teat-Butyl HydroQuinone) 2.5중량%와, 오산화삼티탄 5중량% 및 나머지 빙초산(Glacial Acetic Acide)으로 이루어진다.
이때, 상기 알킬벤젠 유도체는 -10℃ ~ 327℃ 사용범위가 매우 넓고, 산화안정성과 열안정성이 매우 뛰어나 탄화침전물 및 슬러지가 생성되지 않을 뿐만 아니라 금속물질이 부식되지 않으며, 인화점과 발화점이 200℃를 초과하므로 안정적인 축냉, 축열 기능을 수행하기 위해 합성 열매체유(COOL)로 포함된다.
또한, 상기 페닐 변성실리콘유는 초고온 절연성을 유지하면서 냉각성을 높일 수 있도록 본 발명에 따른 합성 열매체유(COOL)로 포함된다.
그리고, 상기 액상파라핀은 대표적인 상변화물질로서 축냉 및 축열성을 강화시키기 위해 첨가된다.
뿐만 아니라, 상기 리튬브로마이드(LiBr)는 흡습성이 매우 커 주변의 수분을 끌어 당기면서 축냉성을 증대시키므로 첨가 사용된다.
아울러, 상기 터셔리부틸 히드로퀴논은 합성 열매체유에 의한 냉각챔버의 내표면 산화를 방지하기 위해 첨가되는 것으로, 냉각챔버는 열전도성을 높이기 위해 상기 금속외함과 동일한 재질로 제조됨이 바람직하다. 물론, 냉각챔버는 냉각챔버 자체의 열전도성을 강화시키기 위해 구리 혹은 알루미늄으로 제조할 수도 있다.
또한, 상기 오산화삼티탄은 스트라이프 형상을 가진 상전이 물질로서 상온을 중심으로 온도변화에 따라 축열과 방열을 반복하는 특성을 이용하여 냉각특성을 강화시키기 위해 첨가되며, 상기 빙초산(Glacial Acetic Acide)은 어느점이 14.5℃ 이상으로서 상온에서도 어는 특성이 있어 축냉성을 강화시키기 위해 첨가된다.
아울러, 상기 냉각챔버(200)는 직경방향으로 분할된 반원통형상의 부재 2개가 각각 독립적인 밀폐공간인 중공부 속에 상기 합성 열매체유(COOL)가 충진된 상태로 구비된 후 금속외함(1)의 외주면에 조립된 상태에서 볼트고정되어 전체적으로 원통형상을 이루도록 함이 바람직하다.
이때, 상기 냉각챔버(200)의 길이방향 양단 내주면에는 합성 열매체유(COOL)가 채워지는 중공부를 향해 일정깊이 요입된 가스관류공간(210)이 홈 형태로 형성된다.
상기 가스관류공간(210)은 상기 금속외함(1)의 유통공(2)과 연통되게 배치되어 유통공(2)을 통해 배출되는 고온의 열 가스가 가스관류공간(210)과 유통공(2) 사이를 이동하면서 중공부에 충전되어 있는 합성 열매체유(COOL)와 열교환을 통해 냉각되도록 유도하게 된다. 아울러, 아크가 발생하지 않을 때 온도 상승된 합성 열매체유(COOL)는 공기와의 열교환을 통해 다시 냉각되는데, 자체적으로 냉감성이 뛰어난 물질이므로 쉽게 냉각된다.
그리고, 상기 냉각챔버(200)의 양단은 상기 냉각챔버(200)의 내경과 단차를 두고 연장편(220)이 형성되며, 상기 연장편(220)과 금속외함(1)의 외표면 사이에는 실리콘으로 된 실링재(230)가 개재된다.
때문에, 열 가스의 누출없이 안정적으로 냉각시킬 수 있게 된다.
다른 한편, 냉각성을 최고로 극대화시키기 위해 상기 냉각챔버(200)가 설치된 금속외함(1)의 내주면에는 도 6의 예시와 같은 냉각흡기부재(300)가 더 설치된다.
상기 냉각흡기부재(300)는 열 가스의 포집, 냉각능력을 더 증대시키기 위한 것으로, 반원형상으로 형성된 2개가 금속외함(1)의 내주면에 각각 부착 고정되어 전체적으로 원통형상을 이루도록 구성된다.
이러한 냉각흡기부재(300)는 육각벌집 모양의 탄성복원구조를 갖도록 제직된시트를 반원형상으로 말아 사용되는 것으로, 육각벌집 모양은 탄성복원력을 충분히 유지하기 위해 폴리프로필렌과 PET(polyethylene terephthalate)의 조합으로 이루어진다.
예컨대, 상기 냉각흡기부재(300)는 상부층을 구성하는 상부직사(310)와, 하부층을 구성하는 하부직사(320)가 육각벌집 형상으로 제직되고, 상기 상,하부직사(310,320) 사이를 상하로 다수의 연결곡사(330)가 연결하여 상,하부직사(310,320) 사이를 연결하면서 포집력을 높이도록 구성된다.
이 경우, 상기 상,하부직사(310,320)는 굵은 실, 이를 테면 60필라멘트-300데니어 굵기의 실로 제직됨이 바람직하다.
이것은 틀을 유지하기 위함이며, 이 보다 얇은 실을 사용하게 되면 형태가 무너져 버려서 냉각흡기부재(300)의 형상을 유지하기 어렵다.
특히, 상기 상,하부직사(310,320)는 폴리프로필렌수지를 방사하여 만든 폴리프로필렌사에 냉각특성을 강화시키도록 액상파라핀과 리튬브로마이드를 8:2의 중량비로 혼합한 액을 함침시킨 함침사를 사용함이 바람직하며, 상기 연결곡사(330)는 PET사를 사용하되, 모노사 다시 말해 PET 모노사에 빙초산과 리튬브로마이드를 2:1의 중량비로 혼합한 액을 함침시킨 것을 사용함이 바람직하다.
여기에서, 상기 연결곡사(330)는 상,하부직사(310,320) 보다 가는 필라멘트로서 이들 상,하부직사(310,320)를 구속함과 동시에 상호간에 간격을 유지시키면서 탄성복원력을 강화시키도록 일종의 활시위 형태, 즉 일측으로 배부른 만곡진 형상으로 굽어진 형태로 제직되게 하여 포집력을 높임으로써 흡기력을 강화시키도록 구성함이 더욱 바람직하다.
뿐만 아니라, 상기 배출관(130)은 내열성과 절연성, 내화학성, 내구성을 강화시킬 수 있도록 게르마늄과 비화갈륨(Gallium Arsenide) 및 셀렌화아연이 1:1:1의 중량비로 혼합된 혼합물 5.5중량%와, 로즈마린산(Rosmarinic Acid) 1.5중량%와, EGCG(Epigallocatechin gallate) 1.5중량%와, 수용성 아크릴변성 우레탄-알키드수지 2.5중량%와, 육수화질산아연(Zn(NO3)2ㆍ6H2O) 3.0중량%, 1-클로로-2,3-에폭시프로페인 2.5중량%와, 메틸트리메톡시실란 2.5중량%와, 0.1㎛ 미만의 입도를 갖는 알로펜(Allophane) 분말 3.5중량%와, 폴리우레탄수지를 데실에테르로 수용화시킨 수지액 5.5중량%와, 아세트산나트륨(CH3COONaㆍ3H2O) 4.0중량%와, 포름산 2.0중량%와, 0.1㎛ 미만의 입도를 갖는 산화지르코늄 분말 6.0중량%와, 티오시안구리 5.0중량%와, MEHEC(methylethylhydroxyethylcelluloe) 2.5중량%와, 수지-실리카 복합물 8.5중량% 및 나머지 폴리카보네이트 수지로 이루어진 조성물을 성형하여 제조됨이 바람직하다.
여기에서, 상기 게르마늄과 비화갈륨(Gallium Arsenide) 및 셀렌화아연은 전기적 절연성을 강화시키는 물질로서 특히 이들이 동일 비율로 혼합되었을 때 절연특성이 매우 우수하다.
그리고, 상기 로즈마린산(Rosmarinic Acid)과 EGCG(Epigallocatechin gallate)는 항미생물성을 강화시켜 오염이 생기지 않도록 하기 위해 첨가되며, 상기 수용성 아크릴변성 우레탄-알키드수지는 점착성을 부여하여 조성물간 바인딩성을 강화하고, 초발수성을 발현시키기 위해 첨가된다.
아울러, 육수화질산아연은 공융점 형성에 따른 열보지력을 높여 내열 안정성을 강화시키기 위해 첨가되고, 1-클로로-2,3-에폭시프로페인은 반응성이 강한 염소계 물질로서 조성물의 반응 안정화를 위해 첨가되며, 메틸트리메톡시실란은 소수성에 의해 유화물질들간의 결합력을 강화시켜 내구성을 증대시키기 위해 첨가된다.
또한, 알로펜 분말은 화산재의 풍화과정에서 생기는 점토광물로서 예외적으로 결정구조를 갖지 않는 이른 바 비정질점토 분말로서 VOC 저감효과를 높이기 위해 첨가되며, 폴리우레탄수지를 데실에테르로 수용화시킨 수지액은 접착고성성과 내후성을 유지하기 위해 사용된다.
아울러, 아세트산나트륨은 공융점 형성에 따른 축열성을 강화시켜 내구성과 내열성을 증대시키기 위해 첨가되며, 포름산은 수산에 글리세린을 가해 제조되기 때문에 이물 용해력이 커 산세탁을 통해 표면을 개질함으로써 방오성을 강화시키기 위해 첨가된다.
또한, 산화지르코늄 분말은 무정형 백색 분말로서 융점이 2.677℃, 밀도가 5.6g/cm3, 모스경도 7에 이르는 일종의 세라믹스로서 경도를 높여 내마모도를 강화시키기 위해 첨가되며, 티오시안구리는 구리계 방오제로서 이물부착성을 억제하기 위해 첨가되고, MEHEC(methylethylhydroxyethylcelluloe)는 무수 글루코오즈 단량체 사슬로 이루어진 셀룰로오즈 유도체로서 표면활성 및 화학저항성을 강화시키기 위해 첨가된다.
아울러, 수지-실리카 복합물은 콜로이달 실리카와 아크릴릭 폴리머가 1:1의 중량비로 혼합된 혼합액에 침지시킨 상태에서 600-800℃의 온도로 가열하여 아크릴과 실리카에 존재하는 하이드록시 그룹(OH)의 축합에 따른 수지-실리카 복합물 형태를 갖도록 한 것이다.
이때, 축합반응은 다음과 같이 이루어지며, 피막밀착성과 조직 치밀도가 급격히 향상된다.
[콜로이달 실리카: -(HO-Si-OH-)n]
[아크릴릭 폴리머: CH2CCH3CO-OH]
[-(HO-Si-OH-)n + CH2CCH3CO-OH = -(HO-Si-O-CH2CCH3CO)-n + H2O ]
아울러, 폴리카보네이트 수지는 고투명성 및 고경도, 강도 유지 및 내구성 향상을 위해 첨가된다.
이러한 합성수지로 성형된 시료를 만들고, 표면 상태를 확인하기 위해 먼저 내수성을 테스트하였다.
내수성 테스트는 시편 파이프를 항온수조(60℃)에 침적하고, 500시간 단위로 표면 상태를 검사하였으며, 그 결과 미세백화나 크랙, 백청 등이 전혀 발생하지 않았다.
또한, 내열 안정성을 확인하기 위해 시료를 비이커에 넣고 밀봉(60℃)한 다음 5일간 드라이오븐(Dryoven)에 방치한 후 상태를 측정하였으며, 그 결과 겔화 등 아무런 표면 반응이 없었다.
뿐만 아니라, 내식성을 확인하기 위해 시료 파이프를 KS-D-9502(기준 240hr) 염수분무실험법에 따라 테스트하였고, 그 결과는 백청 발생없이 양호하였으며, 절연특성도 우수하였다.
덧붙여, 상기 냉각흡기부재(300)가 설치된 위치를 제외한 금속외함(1)의 나머지 내주면에는 절연강화코팅층(400)이 더 형성된다.
상기 절연강화코팅층(400)은 방전 등 전기적 상황에 대한 금속외함(1)의 절연 안전성을 높이기 위함이다. 다만, 도 5에서는 설명의 편의를 위해 고정아크접점(110)과 배출관(130)을 모식화시켜 도시하였다.
이러한 절연강화코팅층(400)은 상기 절연강화코팅층(400)은 중탄산나트륨 2-4중량%와 붕사 1.5-2.5중량% 및 나머지가 적철광(Fe2O3)과 크로뮴오커(Cr2O3)를 1:1의 중량비로 혼합한 혼합물로 이루어진 것을 800-1200℃의 온도로 소성하고 소성물을 크러셔로 습식크러싱하여 1㎛ 이하의 입도를 갖도록 한 후 이를 100℃에서 10시간 건조한 산화물 분말 20중량%와; 니켈 티타네이트 2.5중량%와; 제1인산 알루미늄[Al(H2PO4)3]과 제1인산 마그네슘[Mg(H2PO4)2]이 1:1의 중량비로 혼합된 인삼염 5.5중량%와; 크실렌(Xylene) 10중량% 및 나머지 액상 불포화폴리에스테르 수지로 스프레이 코팅되어 이루어진다.
이때, 상기 산화물 분말을 구성하는 적철광과 크로뮴오커는 발색과 함께 적외선 반사율을 30% 이상 유지시키는 성분이며, 중탄산나트륨은 기화된 나트륨 가스가 산화물에 작용하여 산화물 표면에 유리상을 형성함으로써 광택도를 증가시키는 성분이고, 붕사는 산화물 표면의 유면을 매끄럽게 하면서 결합력을 강화시키기 위해 첨가되는 성분이다.
아울러, 소성하는 이유는 발색도와 적외선 반사율을 높이기 위한 것으로, 소성온도가 800℃에 미달할 경우 발색도가 급격히 떨어지고 적외선 흡수율이 높아져 본 발명이 목적하는 적외선 반사성 안료로서의 기능을 달성하지 못하며, 1200℃를 초과하게 되면 자화현상이 나타나므로 상기 범위의 온도로 제한하여 소성하여야 한다.
특히, 고온 소성을 하게 되면 상기와 같은 특성 외에도 산화물들이 배합, 합성되기 때문에 강력한 결정구조를 만들어 내후성, 내열성, 내약품성, 안전성이 뛰어난 화학적 특성을 갖기 때문이기도 하다.
그리고, 상기 니켈 티타네이트는 코팅액의 안정성을 유지하면서 절연차폐 특성을 강화시키기 위해 첨가된다.
또한, 상기 인산염은 코팅층의 절연특성을 극대화시키기 위한 것으로, 인산에 의한 피막특성 강화, 즉 코팅 후 코팅층의 안정화와 강한 결합력을 유지하여 고온 환경하에서도 피막 파괴를 억제하기 위해 첨가된다.
이렇게 구성하게 되면 SF6가 전기적 절연성과 열적 안정성이 뛰어나고 활성이 없는 기체이기는 하지만, 잦은 아크 발생을 포함하고 있기 때문에 내열안정성을 더욱 더 높일 수 있게 된다.
특히, 냉각흡기부재(300)를 통해 고온 열 가스의 포집, 냉각유도 그리고, 냉각챔버(200)와의 열교환을 통한 신속한 냉각작용은 금속외함(1)의 내부 가스 상태를 아주 빠른 시간내에 안정화시키는 역할을 하게 되어 안전성이 현저히 상승하게 된다.
또한, 본 발명에서는 상기 배출관(130)을 고정할 때 도 7에 예시된 체결볼트(500)를 사용함으로써 별도의 공구없이도 쉽고 빠르게 조이고 풀 수 있으면서 고온 팽창과 수축이 반복되는 환경하에서 볼트가 느슨해지는 일이 없게 되어 풀림이 방지되므로 고정안정성을 유지할 수 있게 된다.
이를 위해, 도 7에서와 같이, 상기 배출관(130)의 플랜지(136)에 형성되는 체결홀(HOL)은 고정아크접점(110)을 갖는 아크몸체(BOD)에 형성된 볼트홀(BTH) 보다 크게 형성되며, 볼트홀(BTH)에 볼트체결가능하게 체결볼트(500)가 구비된다.
다만, 일반적인 볼트와 달리 체결 안정성을 높이고 풀림 방지 기능을 강화시키기 위해 상기 체결볼트(500)는 체결홀(HOL)에 끼움되고, 상기 아크몸체(BOD)의 외표면에 걸림되는 가이드부쉬(510)를 포함하며, 상기 가이드부쉬(510) 속에서 체결볼트(500)가 움직이도록 설계된다.
이때, 상기 가이드부쉬(510)는 길이방향으로 단차 형성되며, 단차면에는 탄지스프링(520)의 일단이 안착되고, 상기 탄지스프링(520)의 타단은 상기 체결볼트(500)의 볼트헤드(HAD)에 걸림된다.
그리고, 상기 가이드부쉬(510)의 외주면에는 유동환(530)이 끼워져 가이드부쉬(510)를 따라 움직일 수 있도록 구성되며, 상기 유동환(530)의 상단 외주면에는 편상의 파지편(540)이 힌지(550) 고정된다.
이 경우, 상기 파지편(540)은 힌지(550)를 중심으로 세우고 눕힐 수 있는데 세웠을 때는 상기 볼트헤드(HAD)에 형합되게 형상 가공된다.
따라서, 체결볼트(500)를 조이게 되면 볼트헤드(HAD)가 탄지스프링(520)을 압축하면서 볼트홀(BTH)에 조여지기 때문에 항상 텐션이 작용하고 있어 피치들끼리의 접촉마찰력이 커져 쉽게 풀어지지 않는다.
또한, 조이거나 풀 때는 상기 파지편(540)을 세워 볼트헤드(HAD)에 형합시킨 상태에서 손가락으로 파지편(540)을 잡고 조이거나 풀면 되므로 굳이 별도의 조임공구를 사용할 필요가 없다.
또한, 조일 때 유동환(530)은 가이드부쉬(510)의 외주면을 타고 하강하여 플랜지(136)의 외표면에 밀착되므로 보다 견실안정적인 체결 구조를 이룰 수 있게 된다.
110: 고정아크접점 112: 아크접점
118: 쉴드 119: 제2도체
120: 이동아크접점 122: 유압장치
128: 내부접점 129: 제1도체
130: 배출관 134: 금속망

Claims (1)

  1. SF6 가스가 충진되는 금속외함(1)과, 금속외함(1)에 결합되는 고정아크접점(110)과, 고정아크접점(110)을 감싸며 고정아크접점(110)에서 발생되는 전위차를 감쇄시키는 쉴드(118)와, 고정아크접점(110)과 접촉되며 아크를 유도하기 위한 내부접점(128)을 갖는 이동아크접점(120)과, 내부접점(128)에 접촉되며 아크(Arc)의 방향을 유도하는 아크접점(112)과, 이동아크접점(120)과 결합되어 전류를 통전시키기 위한 제1도체(129)와, 아크접점(112)을 감싸고 있는 쉴드(118)의 후방에 결합되며 고온의 열 가스를 배출시키기 위한 홀(132)을 갖춘 배출관(130)과, 배출관(130)의 후방에 결합되는 제2도체(119)와, 배출관(130)에 내장되어 열 가스를 분산 및 냉각시키는 금속망(134)을 포함하는 가스절연 개폐장치용 차단기에 있어서;
    상기 금속외함(1)의 고정아크접점(110)과 배출관(130)이 설치된 지점 둘레면에는 다수의 유통공(2)이 천공 형성되고, 상기 유통공(2)이 형성된 금속외함(1)의 둘레면에는 냉각챔버(200)가 설치되며, 상기 냉각챔버(200)에는 축냉과 축열을 반복하는 합성 열매체유(COOL)가 채워지는 중공부가 형성되고, 상기 냉각챔버(200)의 길이방향 양단 내주면에는 상기 중공부를 향해 일정깊이 요입된 가스관류공간(210)이 홈 형태로 형성되어 상기 유통공(2)과 연통되게 배치되며, 상기 냉각챔버(200)의 양단에는 상기 냉각챔버(200)의 내경과 단차를 두고 연장편(220)이 형성되고, 상기 연장편(220)과 금속외함(1)의 외표면 사이에는 실리콘으로 된 실링재(230)가 개재되며;
    상기 합성 열매체유(COOL)는 알킬벤젠 유도체 20중량%와, 페닐 변성실리콘유 15중량%와, 액상파라핀 40중량%와, 리튬브로마이드(LiBr) 5중량%와, 터셔리부틸 히드로퀴논(Teat-Butyl HydroQuinone) 2.5중량%와, 오산화삼티탄 5중량% 및 나머지 빙초산(Glacial Acetic Acide)으로 이루어지고;
    상기 냉각챔버(200)가 설치된 금속외함(1)의 내주면에는 육각벌집 모양의 탄성복원구조를 갖는 냉각흡기부재(300)가 더 설치되는데 상기 냉각흡기부재(300)는 상부층을 구성하는 상부직사(310)와, 하부층을 구성하는 하부직사(320)가 육각벌집 형상으로 제직되고, 상기 상,하부직사(310,320) 사이를 상하로 다수의 연결곡사(330)가 활시위 형태로 연결하여 상,하부직사(310,320) 사이를 연결하면서 포집력을 높이도록 구성되며;
    상기 상,하부직사(310,320)는 60필라멘트-300데니어의 폴리프로필렌수지를 방사하여 만든 폴리프로필렌사에 냉각특성을 강화시키도록 액상파라핀과 리튬브로마이드를 8:2의 중량비로 혼합한 액을 함침시킨 함침사를 사용하고, 상기 연결곡사(330)는 상기 상,하부직사(310,320) 보다 굵기가 가는 PET 모노사에 빙초산과 리튬브로마이드를 2:1의 중량비로 혼합한 액을 함침시킨 것을 사용하며;
    상기 냉각흡기부재(300)가 설치된 위치를 제외한 금속외함(1)의 나머지 내주면에는 절연강화코팅층(400)을 더 형성하되, 상기 절연강화코팅층(400)은 중탄산나트륨 2-4중량%와 붕사 1.5-2.5중량% 및 나머지가 적철광(Fe2O3)과 크로뮴오커(Cr2O3)를 1:1의 중량비로 혼합한 혼합물로 이루어진 것을 800-1200℃의 온도로 소성하고 소성물을 크러셔로 습식크러싱하여 1㎛ 이하의 입도를 갖도록 한 후 이를 100℃에서 10시간 건조한 산화물 분말 20중량%와; 니켈 티타네이트 2.5중량%와; 제1인산 알루미늄[Al(H2PO4)3]과 제1인산 마그네슘[Mg(H2PO4)2]이 1:1의 중량비로 혼합된 인삼염 5.5중량%와; 크실렌(Xylene) 10중량% 및 나머지 액상 불포화폴리에스테르 수지로 스프레이 코팅되어 형성되고;
    상기 배출관(130)의 플랜지(136)에 형성되는 체결홀(HOL)은 고정아크접점(110)을 갖는 아크몸체(BOD)에 형성된 볼트홀(BTH) 보다 크게 형성되며, 볼트홀(BTH)에 볼트체결가능하게 체결볼트(500)가 구비되고;
    상기 체결볼트(500)는 체결홀(HOL)에 끼움되며, 상기 아크몸체(BOD)의 외표면에 걸림되는 가이드부쉬(510)를 포함하고, 상기 가이드부쉬(510) 속에서 체결볼트(500)가 움직이도록 설계되며, 상기 가이드부쉬(510)는 길이방향으로 단차 형성되며, 단차면에는 탄지스프링(520)의 일단이 안착되고, 상기 탄지스프링(520)의 타단은 상기 체결볼트(500)의 볼트헤드(HAD)에 걸림되며, 상기 가이드부쉬(510)의 외주면에는 유동환(530)이 끼워져 가이드부쉬(510)를 따라 움직일 수 있도록 구성되고, 상기 유동환(530)의 상단 외주면에는 편상의 파지편(540)이 힌지(550) 고정되며, 상기 파지편(540)은 힌지(550)를 중심으로 세우고 눕힐 수 있는데 세웠을 때는 상기 볼트헤드(HAD)에 형합되게 형상 가공되는 것을 특징으로 하는 가스절연 개폐장치용 차단기.
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