KR102016923B1 - 이산화탄소 혼합 가스를 이용한 가스 절연 개폐 장치 - Google Patents

이산화탄소 혼합 가스를 이용한 가스 절연 개폐 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 이산화탄소 혼합 가스를 이용한 가스 절연 개폐 장치는, 내부에 이산화탄소와 산소의 혼합 가스가 채워진 탱크(10); 탱크(10)의 전방에서 볼 때 탱크(10)의 내부에 일직선 위에 배치된 3개의 제1, 2, 3 스위치 유닛; 제1, 3 스위치 유닛의 전방에 설치되어 전력이 차단될 때 혼합 가스가 탱크 커버(12)에 직접 영향이 미치지 않도록 혼합 가스의 흐름을 안내하는 제1 플로 가이드(90a); 및 제2 스위치 유닛(202)의 전방에 설치되고, 전력이 차단될 때 혼합 가스가 탱크 커버(12)에 직접 영향이 미치지 않도록 혼합 가스의 흐름을 안내하는 제2 플로 가이드(90b);를 포함하고,
제1, 3 스위치 유닛(201, 203)이 제2 스위치 유닛(202)을 중심으로 대칭되게 배치되고, 탱크(10)의 전방에서 볼 때 제1 플로 가이드(90a)와 제2 플로 가이드(90b)는 혼합 가스의 분출 방향이 반대 방향이 되도록 배치된다.

Description

이산화탄소 혼합 가스를 이용한 가스 절연 개폐 장치{Gas insulated switchgear using carbon dioxide gas mixture}
본 발명은 높은 전압의 전류를 개폐할 때 가스를 이용하여 전극 간에 아크 방전을 없애도록 하고 전극 간의 절연 성능을 구현하도록 하는 가스 절연 개폐 장치에 관한 것이다.
일반적으로 가스 절연 개폐 장치는 차단기에서 고장 전류 차단 및 정격 전류 개폐할 때, 높은 전압 때문에 전극 간에 아크가 발생할 수 있다.
종래에는 가스 절연 개폐 장치 내에 육불화황(SF6) 가스를 채우고, 육불화황 가스를 이용하여 아크를 없애고 절연을 구현하고 있다.
육불화황 가스는 높은 절연 강도와 열 차단 성능의 우수성이 검증되어 널리 사용되고 있다.
그러나 육불화황 가스는 지구온난화의 주범인 대표적 온실가스 중 하나로 알려져 있고, 대기 중 양은 이산화탄소의 1% 미만으로 매우 적지만 지구온난화지수(이산화탄소가 지구온난화에 이바지하는 정도를 1로 봤을 때 같은 양의 온실가스가 지구온난화에 이바지하는 정도)는 이산화탄소보다 평균 2만 이상 높다.
육불화황 가스가 한 번 배출되면 대기 중에 최대 3200년까지 남아 지구의 기온을 상승시키며 시간이 지날수록 온난화 기여도가 높아지는 물질이다.
육불화황 가스는 가스 절연 개폐 장치가 정상 작동할 때, 무색, 무취, 무독의 기체이고, 500℃ 이상의 열에서도 안전하나 불순물이 들어가면 분해되어 유독할 수 있다.
육불화황 가스가 대기 중으로 방출될 때 높은 지구온난화지수(GWP: 2만 배 이상)와 대기 중에서 상대적으로 긴 수명으로 인해 환경적 영향이 있을 수 있다. 지구온난화지수(GWP)는 대기 중에 온실가스를 가둘 수 있는 상대적인 열의 양을 나타내는 지수이다. 이는 20년, 100년, 500년 등의 일정 기간 같은 양의 이산화탄소(CO2)와 비교했을 때 흡수하여 가둘 수 있는 복사강제력을 말한다. 기준이 되는 이산화탄소의 지구온난화지수(GWP)는 “1”이다. 지금까지 육불화황 가스의 높은 지구온난화지수(GWP)는 IEC 규격(IEC 62271-1)에서 엄격한 가스 누출 통제와 매우 주의 깊은 가스 취급으로 제어하고 있다.
육불화황 가스를 대체하기 위한 기술 개발이 지속하고 있고, 대체 물질로써 이산화탄소(CO2)가 있다. 이산화탄소는 무독, 불연이며, 쉽게 이용할 수 있다. 이산화탄소의 지구온난화지수(GWP)는 “1”로 매우 낮고, 가스 전력 개폐 장치에 사용되고 있는 양은 어떠한 환경적 영향을 발생시키지 않을 수 있다.
가스 절연 개폐 장치에서 아크를 없애는 매질로써 혼합 가스의 이용이 제안되고 있다. 혼합 가스는 이산화탄소(CO2)와 메테인(CH4)을 포함할 수 있다.
그러나 미국 특허 제7,816,618호에 따르면 이산화탄소(CO2)의 아크 소호 및 절연 성능은 육불화황(SF6) 가스보다 현저하게 떨어지는 것으로 알려져 있다.
종래의 가스 절연 개폐 장치에서 혼합 가스가 아닌 단일 가스인 이산화탄소(CO2)가 소호 및 절연 매질로 사용될 때 충분한 차단 및 절연은 달성되지 않을 수 있다. 이는 상대적으로 정격전압 아래에서 높은 고장 전류인 단락 전류에서 나타날 수 있다.
KR 10-0548772 B1 KR 10-0606421 B1 KR 10-0618605 B1 KR 10-0631007 B1 KR 10-1109697 B1 KR 10-1786521 B1 KR 10-2015-0009761 A KR 10-1721948 B1 US 7,816,618 B2
따라서 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 가스 절연 개폐 장치에 이산화탄소(CO2)를 사용하여 지구온난화지수(GWP)를 대폭 낮추고, 종전의 육불화황 가스를 이용할 때와 대등한 절연 성능을 구현할 수 있도록 하는 이산화탄소 혼합 가스를 이용한 가스 절연 개폐 장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 이산화탄소 혼합 가스를 이용한 가스 절연 개폐 장치는, 전방에 탱크 커버(12)로 밀폐되고, 내부에 이산화탄소와 산소의 혼합 가스가 채워진 탱크(10); 상기 탱크(10)의 내부에 상기 탱크(10)의 길이 방향과 나란하게 배치되고 전력을 개폐하는 3개의 제1, 2, 3 스위치 유닛(201, 202, 203); 상기 제1, 3 스위치 유닛(201, 203)의 전방에 설치되고, 반구면 형태로 구성된 제1 아웃렛(92a)을 가지며 상기 제1, 3 스위치 유닛(201, 203)에서 전력이 차단될 때 상기 제1 아웃렛(92a)으로 상기 혼합 가스의 분출 방향을 전환하여 상기 혼합 가스가 상기 탱크 커버(12)에 직접 영향이 미치지 않도록 상기 혼합 가스의 흐름을 안내하는 제1 플로 가이드(90a); 및 상기 제2 스위치 유닛(202)의 전방에 설치되고, 반구면 형태로 구성된 제2 아웃렛(92b)을 가지며 상기 제2 스위치 유닛(202)에서 전력이 차단될 때 상기 제2 아웃렛(92b)으로 상기 혼합 가스의 분출 방향을 전환하여 상기 혼합 가스가 상기 탱크 커버(12)에 직접 영향이 미치지 않도록 상기 혼합 가스의 흐름을 안내하는 제2 플로 가이드(90b);를 포함하고,
탱크(10)의 전방에서 볼 때, 상기 제1, 2, 3 스위치 유닛(201, 202, 203)은 일직선 위에 배치되고, 상기 제1 스위치 유닛(201)과 상기 제3 스위치 유닛(203)이 상기 제2 스위치 유닛(202)을 중심으로 대칭되게 배치되며, 탱크(10)의 전방 또는 측방에서 볼 때, 상기 제1 플로 가이드(90a)와 상기 제2 플로 가이드(90b)는 혼합 가스의 분출 방향이 반대 방향이 되도록 배치된 것을 포함한다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 이산화탄소 혼합 가스를 이용한 가스 절연 개폐 장치는, 탱크 전방에서 볼 때, 상기 제1 플로 가이드(90a)와 상기 제2 플로 가이드(90b)가 이루는 제1 각도(a)는, 15° 이상 30° 이하일 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 이산화탄소 혼합 가스를 이용한 가스 절연 개폐 장치는, 탱크 측방에서 볼 때, 상기 제1 플로 가이드(90a)와 상기 제2 플로 가이드(90b)는, 상기 제1 플로 가이드(90a)의 기류 방향과 상기 제2 플로 가이드(90b)의 기류 방향이 제2 각도(b)가 178°이상 182°이하가 되도록 배치될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 이산화탄소 혼합 가스를 이용한 가스 절연 개폐 장치는, 상기 제1, 3 스위치 유닛(201, 203)은 중간에 설치되어 상기 제1, 3 스위치 유닛(201, 203)에서 전력이 차단될 때 혼합 가스의 분출 방향이 상기 탱크(10)의 전방을 향하도록 혼합 가스의 흐름을 안내하는 제3 플로 가이드(100); 를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 이산화탄소 혼합 가스를 이용한 가스 절연 개폐 장치는, 탱크 전방에서 볼 때, 상기 제2 스위치 유닛(202)의 수직 방향 중심선과 상기 제3 플로 가이드(100)가 이루는 제3 각도(c)는 8°이상 15°이하일 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 이산화탄소 혼합 가스를 이용한 가스 절연 개폐 장치는, 탱크 측방에서 볼 때, 상기 제2 스위치 유닛(202)의 후방 기류 방향과 상기 제3 플로 가이드(100)의 기류 방향이 이루는 제4 각도(d)가 89°이상 91°이하일 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 이산화탄소 혼합 가스를 이용한 가스 절연 개폐 장치는, 상기 제1, 2, 3 스위치 유닛(201, 202, 203)의 내부에 고정 설치된 피스톤(32); 상기 제1, 2, 3 스위치 유닛(201, 202, 203)의 내부에 이동할 수 있게 설치된 실린더(50); 및 상기 실린더(50)에 설치되어 상기 실린더(50) 내부 공간을 제1 체임버(80)와 제2 체임버(82)로 구획하는 디스크(54);를 포함하고,
상기 제1 체임버(80)는 제1, 2 아크 접점(22, 60)에 가까운 쪽에 배치되어 혼합 가스가 출입 되고, 상기 제2 체임버(82)는 상기 디스크(54)와 상기 피스톤(32)의 사이에 형성되며 상기 디스크(54)를 통하여 상기 제1 체임버(80)의 혼합 가스가 출입 되는 것;을 포함하며,
상기 제1, 2, 3 스위치 유닛(201, 202, 203)에서 전력이 단절되었을 때, 상기 제2 체임버(82)의 체적 대비 상기 제1 체임버(80)의 체적 비율은 100%: 150%~200%인 것일 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 이산화탄소 혼합 가스를 이용한 가스 절연 개폐 장치는, 상기 제1, 2, 3 스위치 유닛(201, 202, 203)의 전방에 배치되고 상기 제1 플로 가이드(90a) 또는 상기 제2 플로 가이드(90b)가 설치된 제1 하우징(20);을 포함하고,
상기 제1 하우징(20) 내부 공간의 단면적(Sfc)과 상기 제1 플로 가이드(90a) 또는 상기 제2 플로 가이드(90b)의 분출 단면적 비율(Stf)은, 100%: 110% 이상 120% 이하일 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 이산화탄소 혼합 가스를 이용한 가스 절연 개폐 장치는, 상기 제2 하우징(30) 내부 공간의 단면적(Smc)과 상기 제3 플로 가이드(100)의 분출 단면적 비율(Smf)은, 100%: 110% 이상 120% 이하일 수 있다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 실시예에 따른 이산화탄소 혼합 가스를 이용한 가스 절연 개폐 장치는, 종래의 육불화황 가스에서 이산화탄소로 가스 매질을 대체함으로써 지구온난화지수를 대폭 낮출 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 이산화탄소 혼합 가스를 이용한 가스 절연 개폐 장치는, 이산화탄소를 고압으로 예컨대 8bar 이상으로 충전함으로써 육불화황 가스와 대등한 절연 성능을 구현할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 이산화탄소 혼합 가스를 이용한 가스 절연 개폐 장치는, 아크가 발생하였을 때 고열로 혼합 가스 체적이 순간적으로 증가하여 혼합 가스가 이동하여 분출할 때, 아크가 탱크로 전이되어 지락 발생하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 이산화탄소 혼합 가스를 이용한 가스 절연 개폐 장치는, 3상 전류가 흐르는 개폐 장치에서 어느 하나의 스위치 유닛과 인접한 다른 스위치 유닛 간에 아크 기류가 간섭되는 것을 방지하거나 서로의 영향을 최소화할 수 있다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 이산화탄소 혼합 가스를 이용한 가스 절연 개폐 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 이산화탄소 혼합 가스를 이용한 가스 절연 개폐 장치에서 제1, 2 플로 가이드의 구성과 설치 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 이산화탄소 혼합 가스를 이용한 가스 절연 개폐 장치에서 제3 플로 가이드의 구성과 설치 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 이산화탄소 혼합 가스를 이용한 가스 절연 개폐 장치에서 제1, 3 스위치 유닛이 탱크에 설치된 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 이산화탄소 혼합 가스를 이용한 가스 절연 개폐 장치에서 제2 스위치 유닛이 탱크에 설치된 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 이산화탄소 혼합 가스를 이용한 가스 절연 개폐 장치에서 제1, 3 스위치 유닛의 작동으로 혼합 가스가 분출되는 예를 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명한다. 이하에서 설명되는 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위하여 예시적으로 나타낸 것이며, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예와 다르게 다양하게 변형되어 실시될 수 있음이 이해되어야 할 것이다. 다만, 본 발명을 설명하면서 관련된 공지 기능 혹은 구성요소에 대한 자세한 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명 및 구체적인 도시를 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 발명의 이해를 돕기 위하여 실제 축척대로 도시한 것이 아니라 일부 구성요소의 크기가 과장되게 도시할 수 있다.
한편, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
다른 한편, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 설정된 용어들로서 이는 생산자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있으므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.
이하, 도 1 내지 도 6을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 이산화탄소 혼합 가스를 이용한 가스 절연 개폐 장치에 관해서 설명한다. 도 1 및 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 이산화탄소 혼합 가스를 이용한 가스 절연 개폐 장치를 설명하기 위한 도면이다. 도 3 및 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 이산화탄소 혼합 가스를 이용한 가스 절연 개폐 장치에서 제1, 2 플로 가이드의 구성과 설치 예를 설명하기 위한 도면이다. 도 5 및 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 이산화탄소 혼합 가스를 이용한 가스 절연 개폐 장치에서 제3 플로 가이드의 구성과 설치 예를 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 실시예에 따른 이산화탄소 혼합 가스를 이용한 가스 절연 개폐 장치는, 탱크(10), 제1, 2, 3 스위치 유닛(201, 202, 203) 및 제1, 2, 3 플로 가이드(90a, 90b, 100)를 포함하여 구성할 수 있다.
상기 탱크(10)는, 전방에 탱크 커버(12)로 밀폐되고, 내부에 이산화탄소와 산소의 혼합 가스가 채워질 수 있다. 상기 탱크(10)와 탱크 커버(12)의 주재료는 철 금속으로 구성될 수 있다.
종래에 알려진 가스 절연 개폐 장치는, 탱크(10)의 내부에 육불화황(SF6) 가스가 채워졌지만, 본 발명의 실시예에 따른 이산화탄소 혼합 가스를 이용한 가스 절연 개폐 장치는 육불화황(SF6) 가스 대신에 이산화탄소(CO2)와 산소(O2)의 혼합 가스가 채워지는 것이 큰 차이점이다.
상기 혼합 가스가 육불화황 가스와 대등한 성능을 구현하기 위하여 압력은 8bar 이상을 유지할 수 있다. 종래의 육불화황 가스는 5.0bar 압력을 구현한 것에 비교하면 상기 혼합 가스는 상대적으로 매우 높은 초고압 압력일 수 있다.
즉, 가스 절연 개폐 장치가 양호한 품질을 구현하기 위하여 탱크(10)의 내부 압력을 8bar 이상 초고압을 구현하기 위하여 기구의 구성이 복잡하고 더 큰 비용이 지출될 수 있다.
상기 제1, 2, 3 스위치 유닛(201, 202, 203)은 상기 탱크(10)의 내부에 상기 탱크(10)의 길이 방향과 나란하게 배치되고 전력을 개폐할 수 있다. 스위치 유닛은 3개로 제공될 수 있다.
탱크(10)의 후방에 드라이브 유닛(14)이 설치될 수 있고, 드라이브 유닛(14)은 로드(16)를 당기거나 밀 수 있으며, 드라이브 유닛(14)은 알려진 기술을 이용하는 것으로 상세한 설명은 생략한다.
도 9의 (a)에 나타낸 바와 같이 로드(16)는 밀려나 있으면 제1 메인 접점(24)과 제2 메인 접점(52)이 밀접하게 맞닿아 통전 된다.
이후, 도 9의 (c)에 나타낸 바와 같이 로드(16)가 당겨져 지면 제1 메인 접점(24)과 제2 메인 접점(52)이 떨어져 전력이 차단된다.
제1 플로 가이드(90a)는 도 1 및 도 2에 나타낸 바와 같이, 상기 제1, 3 스위치 유닛(201, 203)의 전방에 설치되고, 상기 제1, 3 스위치 유닛(201, 203)에서 전력이 차단될 때 상기 혼합 가스가 상기 탱크 커버(12)에 직접 영향이 미치지 않도록 상기 혼합 가스의 흐름을 안내할 수 있다.
상기 제2 플로 가이드(90b)는 도 1 및 도 2에 나타낸 바와 같이, 상기 제2 스위치 유닛(202)의 전방에 설치되고, 상기 제2 스위치 유닛(202)에서 전력이 차단될 때 상기 혼합 가스가 상기 탱크 커버(12)에 직접 영향이 미치지 않도록 상기 혼합 가스의 흐름을 안내할 수 있다.
상기 제1, 2 플로 가이드(90a, 90b)는 도 3에 나타낸 바와 같이, 분출되는 쪽에 제1, 2 아웃렛(92a, 92b)을 반구면 형태로 구성할 수 있다. 상기 제1, 2 아웃렛(92a, 92b)의 반구면 구성 때문에 혼합 가스가 분출할 때 기류 방향이 전환될 수 있다.
탱크(10)의 전방에서 볼 때, 도 4에 나타낸 바와 같이, 상기 제1, 2, 3 스위치 유닛(201, 202, 203)은 일직선 위에 배치되고, 상기 제1 스위치 유닛(201)과 상기 제3 스위치 유닛(203)이 상기 제2 스위치 유닛(202)을 중심으로 대칭되게 배치될 수 있다.
Figure 112019032304882-pat00001
비교예 11은, 도 4 및 도 6에 나타낸 바와 같이, 제1, 3 스위치 유닛(201, 203)은 제2 스위치 유닛(202)을 기준으로 대칭되게 배치하고, 제1, 3 스위치 유닛(201, 203)은 제2 스위치 유닛(202)보다 하측에 위치하도록 하며, 제2 스위치 유닛(202)의 중심은 탱크 중심 위치의 수직선 위에 위치하도록 한 예이다.
상기 비교예11은 절연 성능 확보는 좋게 평가되었지만, 이산화탄소 혼합 가스 차단기 설계접근이 나쁨으로 평가되었고, 차단 성능 확보는 몹시 나쁨으로 평가되며, 제품 최적화 확보는 나쁨으로 평가되었다.
비교예 11에 대하여 부연 설명하면, 혼합 가스가 분출될 때, 양쪽에 배치된 제1, 3 스위치 유닛(201, 203)의 혼합 가스는 탱크(10)의 내벽에 가까워 짐으로써 지락 위험성이 있다.
비교예 12는, 제1, 3 스위치 유닛(201, 203)은 제2 스위치 유닛(202)을 기준으로 대칭되게 배치하고, 제1, 3 스위치 유닛(201, 203)은 제2 스위치 유닛(202)보다 상측에 위치하도록 하며, 제2 스위치 유닛(202)의 중심은 탱크 중심 위치의 수직선 위에 위치하도록 한 예이다.
상기 비교예 12는 절연 성능 확보와 제품 최적화 확보가 나쁘게 평가되었고, 이산화탄소 혼합 가스 차단기 설계접근과 차단 성능 확보는 몹시 나쁨으로 평가되었다.
비교예 12에 대하여 부연 설명하면, 제1, 3 스위치 유닛(201, 203)에서 분출하는 혼합 가스와 제2 스위치 유닛(202)에서 분출하는 혼합 가스가 부딪칠 수 있어 기류 흐름이 불안정할 수 있다.
본 발명의 실시예 1은, 제1, 3 스위치 유닛(201, 203)은 제2 스위치 유닛(202)을 기준으로 대칭되게 배치하고, 제1, 2, 3 스위치 유닛(201, 202, 203)은 일직선 위에 위치하도록 하며, 제2 스위치 유닛(202)의 중심은 탱크 중심에 위치하도록 한 예이다.
본 발명의 실시예 1은, 표 1에서 알 수 있듯이, 이산화탄소 혼합 가스 차단기 설계접근, 절연 성능 확보, 차단 성능 확보, 제품 최적화 확보 등의 모든 항목에서 아주 좋음으로 평가되었다.
실시예 1은, 제1, 3 스위치 유닛(201, 203)의 전방 기류는 제2 스위치 유닛(202)의 전방 기류와 반대 방향으로 단락이 방지될 수 있다.
또한, 실시예 1은, 제1, 3 스위치 유닛(201, 203)의 전방 기류는 제2 스위치 유닛(202)의 전방 기류가 절연 거리를 확보할 수 있다.
즉, 3개의 스위치 유닛은 높낮이 배치를 사소한 변화를 가하더라도 기계적 성능에 현저하게 달라지고 민감한 것으로써, 제1, 2, 3 스위치 유닛(201, 202, 203)의 배치 관계는 매우 중요함을 알 수 있다.
탱크(10)의 전방 또는 측방에서 볼 때, 도 4에 나타낸 바와 같이, 상기 제1 플로 가이드(90a)와 상기 제2 플로 가이드(90b)는 혼합 가스의 분출 방향이 반대 방향이 되도록 배치될 수 있다.
상기 제1 스위치 유닛(201)의 내부 구성은 도 9를 참조하여 상세하게 설명한다. 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 이산화탄소 혼합 가스를 이용한 가스 절연 개폐 장치에서 제1, 3 스위치 유닛의 작동으로 혼합 가스가 분출되는 예를 설명하기 위한 도면이다.
제1 스위치 유닛(201)은, 크게 고정 구성과 가동 구성으로 구분할 수 있다.
상기 고정 구성은, 제1, 2 하우징(20, 30), 절연 유닛(40), 제1 아크 접점(22), 제1 메인 접점(24) 및 피스톤(32)을 포함하여 구성할 수 있다.
제1 하우징(20)은 외부에 고압 전력의 한쪽이 연결되고, 내부에 상기 제1 메인 접점(24)이 설치되며, 내부 중앙에 제1 아크 접점(22)이 설치된다.
제2 하우징(30)은 외부에 고압 전력의 다른 한쪽이 연결되고, 내부에 피스톤(32)이 설치되며, 상기 절연 유닛(40)을 매개로 상기 제1 하우징(20)에 설치될 수 있다.
또한, 상기 제2 하우징(30)은 도 5에 나타낸 바와 같이, 한쪽에 아웃렛(34)이 형성될 수 있고, 기체는 아웃렛(34)을 통과할 수 있다.
상기 제1, 3 스위치 유닛(201, 203)은 상기 제2 하우징(30)에 제3 플로 가이드(100)가 설치될 수 있다. 반면에 상기 제2 스위치 유닛(202)은 상기 제2 하우징(30)에 제3 플로 가이드(100)가 배제될 수 있다.
상기 제3 플로 가이드(100)는 도 5에 나타낸 바와 같이, 분출되는 쪽에 제3 아웃렛(102)을 반구면 형태로 구성할 수 있다. 상기 제3 아웃렛(102)의 반구면 구성 때문에 혼합 가스가 분출할 때 기류 방향이 전환될 수 있다.
상기 피스톤(32)은 상기 제2 하우징(30)의 중앙에 고정 설치될 수 있다.
상기 가동 구성은, 로드(16), 제2 메인 접점(52), 실린더(50), 샤프트(58), 제2 아크 접점(60) 및 노즐(70)을 포함하여 구성할 수 있다.
상기 로드(16)는 상기 샤프트(58)의 끝부분에 삽입되고 핀 축 등으로 조립될 수 있다.
상기 샤프트(58)의 외주에 디스크(56)가 설치되고, 디스크(56)의 외주에 실린더(50)가 설치될 수 있다. 상기 디스크(56)에는 디스크 홀(56)이 형성되어 기류가 디스크(56)를 통과할 수 있다.
상기 샤프트(58)의 전방 끝부분에는 제2 아크 접점(60)이 갖춰져 있고, 스위치 유닛이 통전할 때 상기 제1 아크 접점(22)과 상기 제2 아크 접점(60)이 결합될 수 있다. 반대로, 스위치 유닛이 차단되면 상기 제1 아크 접점(22)과 상기 제2 아크 접점(60)이 분리되어 떨어질 수 있다.
또한, 상기 샤프트(58)는 중공 축으로 형성될 수 있고, 한쪽에는 제1 스루 홀(58a)이 형성될 수 있다.
한편, 상기 피스톤(32)의 축 부분에는 제2 스루 홀(32a)이 형성될 수 있다. 이로써 상기 로드(16)가 당겨졌을 때, 도 9의 (b) 및 (c)에 나타낸 바와 같이, 제1 스루 홀(58a)과 제2 스루 홀(32a)이 연통되어 기체가 통과할 수 있다.
상기 실린더(50)의 전방에 제2 메인 접점(52)이 형성되고, 스위치 유닛이 통전할 때 상기 제1 메인 접점(24)과 상기 제2 메인 접점(52)이 결합될 수 있다. 반대로, 스위치 유닛이 차단되면 상기 제1 메인 접점(24)과 상기 제2 메인 접점(52)이 분리되어 떨어질 수 있다.
상기 노즐(70)은 상기 실린더(50)의 전방에 설치되고 상기 제1 메인 접점(24)의 내부에서 활주할 수 있다. 상기 제1 아크 접점(22)은 상기 노즐(70)을 관통하여 배치될 수 있고, 스위치 유닛이 통전할 때 상기 제1 아크 접점(22)은 상기 노즐(70)을 통과하여 상기 제2 아크 접점(60)과 결합될 수 있다.
반대로, 스위치 유닛이 차단되면 상기 노즐(70)은 상기 제1 아크 접점(22)과 분리되어 이탈될 수 있다.
상기 제2, 3 스위치 유닛(202, 203)의 내부 구성은 제1 스위치 유닛(201)의 내부 구성과 같아 쉽게 이해할 수 있으므로 중복된 설명은 생략한다. 다만, 제2 스위치 유닛(202)은 앞서 설명한 바와 같이 제3 플로 가이드(100)가 배제된 것이 큰 차이점이다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 실시예에 따른 이산화탄소 혼합 가스를 이용한 가스 절연 개폐 장치는, 전력이 차단될 때 도 9의 (b)에 나타낸 바와 같이 제1 메인 접점(24)과 제2 메인 접점(52)이 분리되고, 이후 도 9의 (c)에 나타낸 바와 같이 제1 아크 접점(22)과 제2 아크 접점(60)이 분리된다.
제1 아크 접점(22)과 제2 아크 접점(60)이 분리되는 순간에 아크가 발생하고, 고온이 형성될 수 있다.
상기 고온 때문에 혼합 가스는 순간적으로 팽창하여 체적이 증가하고, 혼합 가스의 일부는 제1, 2 체임버(80, 82)에 채워지고, 혼합 가스의 다른 일부는 샤프트(58)의 중공 공간, 제1 스루 홀(58a), 제2 스루 홀(32a), 아웃렛(34)을 순차적으로 거쳐 제2 하우징(30)의 외부로 배출된다.
또한, 로드(16)가 더욱 후퇴하는 동안에 제2 체임버(82)는 압축되므로 압력이 더욱 높아지고, 제1 아크 접점(22)이 제1 아크 접점(60)과 분리되고 노즐(70)을 벗어나는 순간부터 제2 체임버(82)의 고압으로 혼합 가스가 제1 하우징(20) 쪽으로 이동하며, 제1 하우징(20) 내의 혼합 가스는 제1, 2 플로 가이드(90a, 90b)의 안내를 따라 제1 하우징(20)의 외부로 배출된다.
즉, 본 발명의 실시예에 따른 이산화탄소 혼합 가스를 이용한 가스 절연 개폐 장치는, 혼합 가스가 제1 하우징(20)의 외부로 배출될 때 커버(12)에 직접 부딪히지 않고 방향을 전환하여 탱크(10)의 내부 넓은 공간으로 분출될 수 있다.
따라서 상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 실시예에 따른 이산화탄소 혼합 가스를 이용한 가스 절연 개폐 장치는, 종래의 육불화황 가스에서 이산화탄소로 가스 매질을 대체함으로써 지구온난화지수를 대폭 낮출 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 이산화탄소 혼합 가스를 이용한 가스 절연 개폐 장치는, 이산화탄소를 고압으로 예컨대 8bar 이상으로 충전함으로써 육불화황 가스와 대등한 절연 성능을 구현할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 이산화탄소 혼합 가스를 이용한 가스 절연 개폐 장치는, 아크가 발생하였을 때 고열로 혼합 가스 체적이 순간적으로 증가하여 혼합 가스가 이동하여 분출할 때, 아크가 탱크로 전이되어 지락 발생하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 이산화탄소 혼합 가스를 이용한 가스 절연 개폐 장치는, 3상 전류가 흐르는 개폐 장치에서 어느 하나의 스위치 유닛과 인접한 다른 스위치 유닛 간에 아크 기류가 간섭되는 것을 방지하거나 서로의 영향을 최소화할 수 있다.
한편으로, 본 발명의 실시예에 따른 이산화탄소 혼합 가스를 이용한 가스 절연 개폐 장치는, 탱크 전방에서 볼 때, 도 4에 나타낸 바와 같이, 상기 제1 플로 가이드(90a)와 상기 제2 플로 가이드(90b)가 이루는 제1 각도(a)는, 15°이상 30°이하일 수 있다. 이는 표 2를 참조하여 설명한다.
Figure 112019032304882-pat00002
비교예 21은, 도 4에 나타낸 바와 같이, 탱크(10) 전방에서 볼 때, 제1 플로 가이드(90a)와 제2 플로 가이드(90b)가 이루는 제1 각도(a)는 15°미만으로 설정된 예이다.
비교예 21은 차단할 때 상간 단락 발생은 좋았지만, 이산화탄소 혼합 가스 차단기 설계접근이 나쁨으로 평가되고, 차단할 때 지락 발생은 몹시 나쁨으로 평가되며, 제품 최적화 확보는 보통으로 평가되었다.
비교예 22는, 탱크(10) 전방에서 볼 때, 제1 플로 가이드(90a)와 제2 플로 가이드(90b)가 이루는 제1 각도(a)는 30°초과로 설정된 예이다.
비교예 22는 차단할 때 지락 발생은 좋았지만, 이산화탄소 혼합 가스 차단기 설계접근이 나쁨으로 평가되고, 차단할 때 상간 단락 발생은 몹시 나쁨으로 평가되며, 제품 최적화 확보는 보통으로 평가되었다.
실시예 2는 탱크(10) 전방에서 볼 때, 제1 플로 가이드(90a)와 제2 플로 가이드(90b)가 이루는 제1 각도(a)는 15°이상 30°이하로 설정된 예이다.
실시예 2는, 표 2에서 알 수 있듯이, 이산화탄소 혼합 가스 차단기 설계접근, 차단할 때 지락 발생, 차단할 때 상간 단락 발생, 제품 최적화 확보 등의 모든 항목에서 아주 좋음으로 평가되었다.
즉, 3개의 스위치 유닛은 혼합 가스가 분출하는 방향에 사소한 변화를 가하더라도 기계적 성능에 현저하게 달라지고 민감한 것으로써, 제1, 2, 3 스위치 유닛(201, 202, 203)에서 혼합 가스 분출의 방향을 설정하는 것은 매우 중요함을 알 수 있다.
한편으로, 본 발명의 실시예에 따른 이산화탄소 혼합 가스를 이용한 가스 절연 개폐 장치는, 탱크(10) 측방에서 볼 때, 상기 제1 플로 가이드(90a)와 상기 제2 플로 가이드(90b)는, 상기 제1 플로 가이드(90a)의 기류 방향과 상기 제2 플로 가이드(90b)의 기류 방향이 제2 각도(b)가 178°이상 182°이하가 되도록 배치될 수 있다. 이는 도 7 및 도 8과 표 3을 참조하여 설명한다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 이산화탄소 혼합 가스를 이용한 가스 절연 개폐 장치에서 제1, 3 스위치 유닛이 탱크에 설치된 예를 설명하기 위한 도면이다. 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 이산화탄소 혼합 가스를 이용한 가스 절연 개폐 장치에서 제2 스위치 유닛이 탱크에 설치된 예를 설명하기 위한 도면이다.
Figure 112019032304882-pat00003
비교예 31은 도 7 및 도 8에 나타낸 바와 같이, 탱크(10) 측방에서 볼 때, 제1 플로 가이드(90a)의 기류 방향과 제2 플로 가이드(90b)의 기류 방향이 이루는 제2 각도(b)를 178°미만으로 설정한 예이다.
비교예 32는 도 7 및 도 8에 나타낸 바와 같이, 탱크(10) 측방에서 볼 때, 제1 플로 가이드(90a)의 기류 방향과 제2 플로 가이드(90b)의 기류 방향이 이루는 제2 각도(b)를 182°초과로 설정한 예이다.
비교예 31 및 비교예 32는, 이산화탄소 혼합 가스 차단기 설계접근과 제품 최적화 확보 등은 나쁨으로 평가되었고, 차단할 때 지락 발생은 보통으로 평가되었으며, 차단할 때 상간 단락 발생은 몹시 나쁨으로 평가되었다.
실시예 3은, 도 7 및 도 8에 나타낸 바와 같이, 탱크(10) 측방에서 볼 때, 제1 플로 가이드(90a)의 기류 방향과 제2 플로 가이드(90b)의 기류 방향이 이루는 제2 각도(b)를 178°이상 182°이하로 설정한 예이다.
실시예 3은, 표 3에서 알 수 있듯이, 이산화탄소 혼합 가스 차단기 설계접근, 차단할 때 지락 발생, 차단할 때 상간 단락 발생, 제품 최적화 확보 등의 모든 항목에서 아주 좋음으로 평가되었다.
즉, 3개의 스위치 유닛은 혼합 가스가 분출하는 방향에 사소한 변화를 가하더라도 기계적 성능에 현저하게 달라지고 민감한 것으로써, 제1, 2, 3 스위치 유닛(201, 202, 203)에서 혼합 가스 분출의 방향을 설정하는 것은 매우 중요함을 알 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 이산화탄소 혼합 가스를 이용한 가스 절연 개폐 장치는, 3상 전류가 흐르는 개폐 장치에서 어느 하나의 스위치 유닛과 인접한 다른 스위치 유닛 간에 아크 기류가 간섭되는 것을 방지하거나 서로의 영향을 최소화할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 이산화탄소 혼합 가스를 이용한 가스 절연 개폐 장치는, 앞서 설명한 바와 같이, 제3 플로 가이드(100)를 포함하여 구성할 수 있다.
상기 제3 플로 가이드(100)는, 상기 제1, 3 스위치 유닛(201, 203)의 중간에 설치되어 상기 제1, 3 스위치 유닛(201, 203)에서 전력이 차단될 때 혼합 가스의 분출 방향이 상기 탱크(10)의 전방을 향하도록 혼합 가스의 흐름을 안내할 수 있다.
이로써 제1, 3 스위치 유닛(201, 203)의 후방에서 분출되는 혼합 가스의 기류와 제2 스위치 유닛(202)의 후방에서 분출되는 혼합 가스의 기류가 충돌하지 않을 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 이산화탄소 혼합 가스를 이용한 가스 절연 개폐 장치는, 탱크 전방에서 볼 때, 도 6에 나타낸 바와 같이, 상기 제2 스위치 유닛(202)의 수직 방향 중심선과 상기 제3 플로 가이드(100)가 이루는 제3 각도(c)는 8°이상 15°이하일 수 있다. 이는 도 6 및 표 4를 참조하여 설명한다.
Figure 112019032304882-pat00004
비교예 41은 탱크(10) 전방에서 볼 때, 제2 스위치 유닛(202)의 수직 방향 중심선과 제3 플로 가이드(100)가 이루는 제3 각도(b)를 8°미만으로 설정한 예이다.
비교예 42는 탱크(10) 전방에서 볼 때, 제2 스위치 유닛(202)의 수직 방향 중심선과 제3 플로 가이드(100)가 이루는 제3 각도(b)를 15°초과로 설정한 예이다.
비교예 41 및 비교예 42는, 이산화탄소 혼합 가스 차단기 설계접근은 나쁨으로 평가되었고, 차단할 때 지락 발생은 보통으로 평가되었으며, 차단할 때 상간 단락 발생과 제품 최적화 확보는 몹시 나쁨으로 평가되었다.
실시예 4는, 탱크(10) 전방에서 볼 때, 제2 스위치 유닛(202)의 수직 방향 중심선과 제3 플로 가이드(100)가 이루는 제3 각도(b)를 8°이상 15°이하로 설정한 예이다.
실시예 4는, 표 4에서 알 수 있듯이, 이산화탄소 혼합 가스 차단기 설계접근, 차단할 때 지락 발생, 차단할 때 상간 단락 발생, 제품 최적화 확보 등의 모든 항목에서 아주 좋음으로 평가되었다.
즉, 3개의 스위치 유닛은 혼합 가스가 분출하는 방향에 사소한 변화를 가하더라도 기계적 성능에 현저하게 달라지고 민감한 것으로써, 제1, 2, 3 스위치 유닛(201, 202, 203)에서 혼합 가스 분출의 방향을 설정하는 것은 매우 중요함을 알 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 이산화탄소 혼합 가스를 이용한 가스 절연 개폐 장치는, 3상 전류가 흐르는 개폐 장치에서 어느 하나의 스위치 유닛과 인접한 다른 스위치 유닛 간에 아크 기류가 간섭되는 것을 방지하거나 서로의 영향을 최소화할 수 있다.
한편으로, 본 발명의 실시예에 따른 이산화탄소 혼합 가스를 이용한 가스 절연 개폐 장치는, 도 7 및 도 8에 나타낸 바와 같이, 탱크(10) 측방에서 볼 때, 상기 제2 스위치 유닛(202)의 후방 기류 방향과 상기 제3 플로 가이드(100)의 기류 방향이 이루는 제4 각도(d)가 89°이상 91°이하일 수 있다. 이는 표 5를 참조하여 설명한다.
Figure 112019032304882-pat00005
비교예 51은 탱크(10) 측방에서 볼 때, 제3 플로 가이드(100)의 기류 방향과 제2 스위치 유닛(202)의 후방 기류 방향이 이루는 제4 각도(d)는 89°미만으로 설정한 예이다.
비교예 52는 탱크(10) 측방에서 볼 때, 제3 플로 가이드(100)의 기류 방향과 제2 스위치 유닛(202)의 후방 기류 방향이 이루는 제4 각도(d)는 91°초과로 설정한 예이다.
비교예 51 및 비교예 52는, 이산화탄소 혼합 가스 차단기 설계접근, 차단할 때 지락 발생, 차단할 때 상간 단락 발생 등은 나쁨으로 평가되었고, 제품 최적화 확보는 몹시 나쁨으로 평가되었다.
실시예 5는, 탱크(10) 측방에서 볼 때, 제3 플로 가이드(100)의 기류 방향과 제2 스위치 유닛(202)의 후방 기류 방향이 이루는 제4 각도(d)는 89°이상 91°이하로 설정한 예이다.
실시예 5는, 표 5에서 알 수 있듯이, 이산화탄소 혼합 가스 차단기 설계접근, 차단할 때 지락 발생, 차단할 때 상간 단락 발생, 제품 최적화 확보 등의 모든 항목에서 아주 좋음으로 평가되었다.
즉, 3개의 스위치 유닛은 혼합 가스가 분출하는 방향에 사소한 변화를 가하더라도 기계적 성능에 현저하게 달라지고 민감한 것으로써, 제1, 2, 3 스위치 유닛(201, 202, 203)에서 혼합 가스 분출의 방향을 설정하는 것은 매우 중요함을 알 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 이산화탄소 혼합 가스를 이용한 가스 절연 개폐 장치는, 3상 전류가 흐르는 개폐 장치에서 어느 하나의 스위치 유닛과 인접한 다른 스위치 유닛 간에 아크 기류가 간섭되는 것을 방지하거나 서로의 영향을 최소화할 수 있다.
다른 한편으로, 본 발명의 실시예에 따른 이산화탄소 혼합 가스를 이용한 가스 절연 개폐 장치는, 앞서 설명한 바와 같이, 피스톤(32), 실린더(50) 및 디스크(54)를 포함하여 구성할 수 있다.
피스톤(32)은 상기 제1, 2, 3 스위치 유닛(201, 202, 203)의 내부에 고정 설치될 수 있다.
실린더(50)는 상기 제1, 2, 3 스위치 유닛(201, 202, 203)의 내부에 이동할 수 있게 설치될 수 있다.
디스크(54)는 상기 실린더(50)에 설치되어 상기 실린더(50) 내부 공간을 제1 체임버(80)와 제2 체임버(82)로 구획할 수 있다.
상기 제1 체임버(80)는 제1, 2 아크 접점(22, 60)에 가까운 쪽에 배치되어 혼합 가스가 출입 될 수 있다.
상기 제2 체임버(82)는 상기 디스크(54)와 상기 피스톤(32)의 사이에 형성되며 상기 디스크(54)를 통하여 상기 제1 체임버(80)의 혼합 가스가 출입 될 수 있다.
상기 제1, 2, 3 스위치 유닛(201, 202, 203)에서 전력이 단절되었을 때, 상기 제2 체임버(82)의 체적 대비 상기 제1 체임버(80)의 체적 비율은 100%: 150%~200%일 수 있다. 이는 표 6을 참조 하여 설명한다.
Figure 112019032304882-pat00006
비교예 61은 제1, 3 스위치 유닛(201, 203)에서 전력이 차단되었을 때, 제2 체임버(82)의 체적 대비 제1 체임버(80)의 체적 비율을 100%: 150% 미만으로 설정한 예이다.
비교예 61은 이산화탄소 혼합 가스 차단기 설계접근, 소전류 차단 성능 확보, 제품 최적화 확보 등에서 나쁨으로 평가되었고, 대전류 차단 성능 확보는 몹시 나쁨으로 평가되었다.
비교예 62는 이산화탄소 혼합 가스 차단기 설계접근이 몹시 나쁨으로 평가되었고, 대전류 차단 성능 확보, 소전류 차단 성능 확보, 제품 최적화 확보 등은 나쁨으로 평가되었다.
실시예 6은, 이산화탄소 혼합 가스 차단기 설계접근, 대전류 차단 성능 확보, 소전류 차단 성능 확보, 제품 최적화 확보 등의 모든 항목에서 아주 좋음으로 평가되었다.
또 다른 한편으로, 본 발명의 실시예에 따른 이산화탄소 혼합 가스를 이용한 가스 절연 개폐 장치는, 앞서 설명한 바와 같이 제1 하우징(20)을 포함하여 구성할 수 있다.
제1 하우징(20)은 상기 제1, 2, 3 스위치 유닛(201, 202, 203)의 전방에 배치되고 상기 제1 플로 가이드(90a) 또는 상기 제2 플로 가이드(90b)가 설치될 수 있다.
상기 제1 하우징(20) 내부 공간의 단면적(Sfc)과 상기 제1 플로 가이드(90a) 또는 상기 제2 플로 가이드(90b)의 분출 단면적 비율(Stf)은, 100%: 110% 이상 120% 이하일 수 있다. 또한, 상기 제2 하우징(30) 내부 공간의 단면적(Smc)과 상기 제3 플로 가이드(100)의 분출 단면적 비율(Smf)은, 100%: 110% 이상 120% 이하일 수 있다. 이는 도 7부터 도 9와 표 7을 참조하여 설명한다.
Figure 112019032304882-pat00007
비교예 71은 제1 하우징 단면적(Sfc)과 비교하여 제1, 2 플로 가이드(90a, 90b)의 가스 분출 단면적(Sft) 비율은 100%: 110% 미만으로 설정하고, 제2 하우징 단면적(Smc)과 비교하여 제3 플로 가이드(100)의 가스 분출 단면적(Smt) 비율은 100%: 110% 미만으로 설정한 예이다.
비교예 71은 이산화탄소 혼합 가스 차단기 설계접근이 나쁨으로 평가되었고, 차단할 때 전극 간 재점호 가능성은 몹시 나쁨으로 평가되었으며, 차단할 때 소전류 차단은 보통으로 평가되었고, 제품 최적화 확보는 몹시 나쁨으로 평가되었다.
비교예 72는 제1 하우징 단면적(Sfc)과 비교하여 제1, 2 플로 가이드(90a, 90b)의 가스 분출 단면적(Sft) 비율은 100%: 120% 초과로 설정하고, 제2 하우징 단면적(Smc)과 비교하여 제3 플로 가이드(100)의 가스 분출 단면적(Smt) 비율은 100%: 120% 미만으로 설정한 예이다.
비교예 72는 이산화탄소 혼합 가스 차단기 설계접근, 차단할 때 전극 간 재점호 가능성, 차단할 때 소전류 차단 등은 좋음으로 평가되었지만, 제품 최적화 확보는 몹시 나쁨으로 평가되었다.
실시예 7은 제1 하우징 단면적(Sfc)과 비교하여 제1, 2 플로 가이드(90a, 90b)의 가스 분출 단면적(Sft) 비율은 100%: 110% 이상 120% 이하로 설정하고, 제2 하우징 단면적(Smc)과 비교하여 제3 플로 가이드(100)의 가스 분출 단면적(Smt) 비율은 100%: 110% 이상 120% 이하로 설정한 예이다.
실시예 7은 이산화탄소 혼합 가스 차단기 설계접근, 차단할 때 전극 간 재점호 가능성, 차단할 때 소전류 차단, 제품 최적화 확보 등은 모두 아주 좋음으로 평가되었다.
전력계통에서 고장 발생할 때 가스 절연 개폐 장치는 계전기에 의해 개방 명령이 조작기에 하달되고, 드라이브 유닛(14)의 작동으로 개방할 수 있다.
상기 가동 구성이 이동하면 제1 아크 접점(22)과 제2 아크 접점(60)의 사이에서 아크로 인한 기류가 발생하고, 발생한 아크 기류는 노즐(70)의 목과 아웃렛(34)을 통하여 스위치 유닛의 외측으로 분출한다.
분출된 아크 기류는 제1 하우징 단면적(Sfc)에서 제1, 2 플로 가이드 단면적(Sft)을 통과하는데, 혼합 가스의 흐름을 기준으로 후방에 있는 제1, 2 플로 가이드 단면적(Sft)이 좁아지면 제1 하우징 단면적(Sfc)에서 고압이 형성되어 전극 간 절연 회복 부족으로 차단 실패할 수 있으므로 제1, 2 플로 가이드 단면적(Sft)이 더 크게 제공되어야 한다.
마찬가지로 분출된 아크 기류는 제2 하우징 단면적(Smc)에서 제3 플로 가이드 단면적(Smt)을 통과하는데, 혼합 가스의 흐름을 기준으로 후방에 있는 제3 플로 가이드 단면적(Smt)이 좁아지면 제2 하우징 단면적(Smc)에서 고압이 형성되어 전극 간 절연 회복 부족으로 차단 실패할 수 있으므로 제3 플로 가이드 단면적(Smt)이 더 크게 제공되어야 한다.
한편으로 가스 절연 개폐 장치의 외형적인 크기는 최적화 설계를 고려하여야 하므로 적정한 크기 로 제한할 필요가 있다.
본 발명의 실시예에 따른 이산화탄소 혼합 가스를 이용한 가스 절연 개폐 장치는, 수십 차례의 반복된 설계와 실험을 통하여 최적 설계, 절연 성능, 차단 성능 등을 고려할 때 최대 면적 비율을 110~120%로 설정한 것이다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 해당 업계 종사자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
그러므로 이상에서 기술한 실시예는 모든 면에서 예시적이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 후술하는 청구범위에 의하여 나타내어지며, 청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
본 발명의 실시예에 따른 이산화탄소 혼합 가스를 이용한 가스 절연 개폐 장치는 전력을 차단할 때 발생하는 불꽃 방전을 없애고 절연하는 데에 이용할 수 있다.
10: 탱크 12: 탱크 커버
14: 드라이브 유닛 16: 로드
20, 30: 제1, 2 하우징 22, 60: 제1, 2 아크 접점
24, 52: 제1, 2 메인 접점 32: 피스톤
34: 아웃렛 40: 절연 유닛
50: 실린더 54: 디스크
56: 디스크 홀 58: 샤프트
70: 노즐 유닛 80, 82: 제1, 2 체임버
90a, 90b, 100: 제1, 2, 3 플로 가이드
92a, 92b, 102: 제1, 2, 3 아웃렛
201, 202, 203: 제1, 2, 3 스위치 유닛
Sfc: 제1 하우징 단면적
Sft: 제1 플로 가이드 분출 단면적
Smc: 제2 하우징 단면적
Smt: 제2 플로 가이드 분출 단면적

Claims (9)

  1. 전방에 탱크 커버(12)로 밀폐되고, 내부에 이산화탄소와 산소의 혼합 가스가 채워진 탱크(10);
    상기 탱크(10)의 내부에 상기 탱크(10)의 길이 방향과 나란하게 배치되고 전력을 개폐하는 3개의 제1, 2, 3 스위치 유닛(201, 202, 203);
    상기 제1, 3 스위치 유닛(201, 203)의 전방에 설치되고, 반구면 형태로 구성된 제1 아웃렛(92a)을 가지며 상기 제1, 3 스위치 유닛(201, 203)에서 전력이 차단될 때 상기 제1 아웃렛(92a)으로 상기 혼합 가스의 분출 방향을 전환하여 상기 혼합 가스가 상기 탱크 커버(12)에 직접 영향이 미치지 않도록 상기 혼합 가스의 흐름을 안내하는 제1 플로 가이드(90a); 및
    상기 제2 스위치 유닛(202)의 전방에 설치되고, 반구면 형태로 구성된 제2 아웃렛(92b)을 가지며 상기 제2 스위치 유닛(202)에서 전력이 차단될 때 상기 제2 아웃렛(92b)으로 상기 혼합 가스의 분출 방향을 전환하여 상기 혼합 가스가 상기 탱크 커버(12)에 직접 영향이 미치지 않도록 상기 혼합 가스의 흐름을 안내하는 제2 플로 가이드(90b);를 포함하고,
    탱크(10)의 전방에서 볼 때, 상기 제1, 2, 3 스위치 유닛(201, 202, 203)은 일직선 위에 배치되고, 상기 제1 스위치 유닛(201)과 상기 제3 스위치 유닛(203)이 상기 제2 스위치 유닛(202)을 중심으로 대칭되게 배치되며,
    탱크(10)의 전방 또는 측방에서 볼 때, 상기 제1 플로 가이드(90a)와 상기 제2 플로 가이드(90b)는 혼합 가스의 분출 방향이 반대 방향이 되도록 배치된 것을 포함하고,
    탱크 전방에서 볼 때, 상기 제1 플로 가이드(90a)와 상기 제2 플로 가이드(90b)가 이루는 제1 각도(a)는, 15°이상 30°이하인 것
    을 포함하는 이산화탄소 혼합 가스를 이용한 가스 절연 개폐 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    탱크 측방에서 볼 때, 상기 제1 플로 가이드(90a)와 상기 제2 플로 가이드(90b)는, 상기 제1 플로 가이드(90a)의 기류 방향과 상기 제2 플로 가이드(90b)의 기류 방향이 제2 각도(b)가 178°이상 182°이하가 되도록 배치되는 것
    을 포함하는 이산화탄소 혼합 가스를 이용한 가스 절연 개폐 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1, 3 스위치 유닛(201, 203)은 중간에 설치되어 상기 제1, 3 스위치 유닛(201, 203)에서 전력이 차단될 때 혼합 가스의 분출 방향이 상기 탱크(10)의 전방을 향하도록 혼합 가스의 흐름을 안내하는 제3 플로 가이드(100);
    를 포함하는 이산화탄소 혼합 가스를 이용한 가스 절연 개폐 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    탱크 전방에서 볼 때, 상기 제2 스위치 유닛(202)의 수직 방향 중심선과 상기 제3 플로 가이드(100)가 이루는 제3 각도(c)는 8°이상 15°이하인 것
    을 포함하는 이산화탄소 혼합 가스를 이용한 가스 절연 개폐 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    탱크 측방에서 볼 때, 상기 제2 스위치 유닛(202)의 후방 기류 방향과 상기 제3 플로 가이드(100)의 기류 방향이 이루는 제4 각도(d)가 89°이상 91°이하인 것
    을 포함하는 이산화탄소 혼합 가스를 이용한 가스 절연 개폐 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1, 2, 3 스위치 유닛(201, 202, 203)의 내부에 고정 설치된 피스톤(32);
    상기 제1, 2, 3 스위치 유닛(201, 202, 203)의 내부에 이동할 수 있게 설치된 실린더(50); 및
    상기 실린더(50)에 설치되어 상기 실린더(50) 내부 공간을 제1 체임버(80)와 제2 체임버(82)로 구획하는 디스크(54);를 포함하고,
    상기 제1 체임버(80)는 제1, 2 아크 접점(22, 60)에 가까운 쪽에 배치되어 혼합 가스가 출입 되고,
    상기 제2 체임버(82)는 상기 디스크(54)와 상기 피스톤(32)의 사이에 형성되며 상기 디스크(54)를 통하여 상기 제1 체임버(80)의 혼합 가스가 출입 되는 것;을 포함하며,
    상기 제1, 2, 3 스위치 유닛(201, 202, 203)에서 전력이 단절되었을 때, 상기 제2 체임버(82)의 체적 대비 상기 제1 체임버(80)의 체적 비율은 100%: 150%~200%인 것;
    을 포함하는 이산화탄소 혼합 가스를 이용한 가스 절연 개폐 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1, 2, 3 스위치 유닛(201, 202, 203)의 전방에 배치되고 상기 제1 플로 가이드(90a) 또는 상기 제2 플로 가이드(90b)가 설치된 제1 하우징(20);을 포함하고,
    상기 제1 하우징(20) 내부 공간의 단면적(Sfc)과 상기 제1 플로 가이드(90a) 또는 상기 제2 플로 가이드(90b)의 분출 단면적 비율(Stf)은, 100%: 110% 이상 120% 이하인 것
    을 포함하는 이산화탄소 혼합 가스를 이용한 가스 절연 개폐 장치.
  9. 제4항에 있어서,
    제2 하우징(30) 내부 공간의 단면적(Smc)과 상기 제3 플로 가이드(100)의 분출 단면적 비율(Smf)은, 100%: 110% 이상 120% 이하인 것
    을 포함하는 이산화탄소 혼합 가스를 이용한 가스 절연 개폐 장치.
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