KR102082992B1 - 고압차단기 - Google Patents

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KR102082992B1
KR102082992B1 KR1020160016092A KR20160016092A KR102082992B1 KR 102082992 B1 KR102082992 B1 KR 102082992B1 KR 1020160016092 A KR1020160016092 A KR 1020160016092A KR 20160016092 A KR20160016092 A KR 20160016092A KR 102082992 B1 KR102082992 B1 KR 102082992B1
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송태헌
김종원
박용남
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현대일렉트릭앤에너지시스템(주)
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Abstract

본 발명은 고정접점; 상기 고정접점과 연결 가능하게 구비되고, 절연가스가 충전되는 열팽창실을 구비하는 가동접점; 상기 가동접점과 상기 고정접점의 사이에 형성되고, 상기 열팽창실에 비해 상대적으로 저온의 절연가스가 충전되는 가스저장부; 및, 상기 열팽창실에 형성되어, 상기 가스저장부에 저장된 저온의 절연가스가 상기 열팽창실 방향으로 이동하는 통로를 형성하는 열교환밸브를 포함하는 고압차단기를 제공한다.

Description

고압차단기{HIGH VOLTAGE CIRCUIT BREAKER}
본 발명은 냉각성능의 개선을 통해 차단성능이 향상된 고압차단기에 관한 것이다.
이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 발명에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아님을 밝혀둔다.
일반적으로 가스절연 차단기는 송,변전 계통이나 전기회로에 있어서 부하를 개폐하거나 접지 및 단락 등의 사고가 발생할 경우에 전류를 차단하는 기기를 말한다.
이와 같이 고장전류를 차단하는 장치인 가스차단기는 소호(消弧)를 위해 가스를 사용하는 것으로서, 두 접점 사이에서 발생하는 아크를 가스를 통해 소호하는 것이다.
이러한 가스차단기는 아크를 소호하는 방식에 따라 퍼퍼 소호방식(Puffer type), 로터리 아크 소호방식(Rotating type), 열팽창 소호방식(Thermal expansion type), 복합 소호방식(Hybrid extinction type) 등으로 분류되고, 통상적인 가스차단기에는 소호가스로 SF6가 사용된다.
이 중에서 상기 퍼퍼 소호방식은 차단기가 고장전류의 차단을 수행할 경우, 외부 구동력을 이용하여 차단부내 압축실(퍼퍼실)의 소호가스를 압축하여 극간으로 불어주면서 아크를 소호하는 방식이다.
또한, 상기 열팽창 소호방식은 고장전류의 차단시 발생하는 아크의 열을 열팽창실에 축적하였다가, 축적된 열에 의해 상승된 압력을 극간으로 불어주는 방식이다.
한편, 상기 퍼퍼 소호방식과 열팽창 소호방식을 복합적으로 결합한 방식이 복합 소호방식이다.
복합 소호방식 가스차단기는 고장전류 차단시 아크에 의해 발생하나 열을 열팽창실의 압력을 상승시키는 에너지로 이용하고 있으며, 전류영점이 되면 열팽창실의 고압의 가스를 다시 극간(소호부)로 분사하여 극간의 절연을 유지함으로써, 극간을 차단시킨다.
그러나, 종래의 기술에 의한 복합 소호방식 가스차단기는 전류영점이 되어 극간에 분사되는 가스의 온도가 너무 높아서 원하는 절연내력을 얻지 못해 절연을 유지하지 못하고 다시 전류 통전이 이루어지게 되어, 차단실패가 발생하는 문제가 있다.
본 발명은 일측면으로, 전류영점에서 고정접점부재와 가동접점부재의 사이로 저온의 절연가스를 분사하여 고정전류의 차단성능이 향상될 수 있는 고압차단기를 제공하고자 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 일 측면으로서, 본 발명은 고정접점; 상기 고정접점과 연결 가능하게 구비되고, 절연가스가 충전되는 열팽창실을 구비하는 가동접점; 상기 가동접점과 상기 고정접점의 사이에 형성되고, 상기 열팽창실에 비해 상대적으로 저온의 절연가스가 충전되는 가스저장부; 및, 상기 열팽창실에 형성되어, 상기 가스저장부에 저장된 저온의 절연가스가 상기 열팽창실 방향으로 이동하는 통로를 형성하는 열교환밸브;를 포함하고, 상기 열교환밸브는, 상기 열팽창실에서 상기 가스저장부 방향으로 관통 형성되어, 상기 가스저장부와 상기 열팽창실 사이에서 절연가스가 이동하는 통로를 형성하는 가스유동구; 및, 상기 가스유동구를 밀폐 가능하도록 상기 열팽창실 내주면측에 힌지 결합되는 체크밸브;를 구비하는 고압차단기를 제공한다.
바람직하게, 고정접점은 봉상의 고정접점부재를 구비하고, 상기 가동접점은, 투입 동작시에는 상기 고정접점부재와 연결되고, 차단 동작시에는 상기 고정접점부재에서 분리되는 가동접점부재; 및, 차단 동작시에 상기 고정접점부재와 상기 가동접점부재의 사이에서 발생된 아크에 의해 팽창된 절연가스가 가스유로를 통해 이동하는 열팽창실;을 구비할 수 있다.
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바람직하게, 가동접점이 상기 고정접점 방향으로 이동하는 투입 동작시, 상기 열팽창실의 내면에 힌지결합된 상기 체크밸브가 오픈되면서 상기 가스저장부에 충전된 절연가스가 상기 열팽창실로 유입되어 열교환할 수 있다.
바람직하게, 열팽창실에 저장된 절연가스에 비해 상대적으로 저온의 절연가스를 상기 가스저장부로 공급하는 냉매공급부;를 더 포함하는 고압차단기.
이상에서와 같은 본 발명의 일 실시예에 따르면, 전류영점에서 고정접점부재와 가동접점부재의 사이로 저온의 절연가스를 분사하여 고정전류의 차단성능이 향상될 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 고압차단기의 투입 동작시의 상태를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 고압차단기의 차단 동작시의 상태를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 고압차단기의 차단 동작시의 상태를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 고압차단기의 투입 동작시에 가스저장부의 절연가스가 열팽창실로 유입되어 서로 혼합된 상태를 도시한 도면이다.
도 5는 도 4에서 열팽창실에서 혼합된 절연가스가 고정접점과 가동접점의 사이로 분사되어 아크를 소호하는 상태를 도시한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 도면에서 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 고압차단기에 관하여 구체적으로 설명하기로 한다.
도면을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 고압차단기는 고정접점(100), 가동접점(200), 가스저장부(300) 및, 열교환밸브(400)를 포함하고, 추가적으로 냉매공급부(500)를 포함할 수 있다.
도 1 및, 도 2에 도시된 바와 같이, 고압차단기는 고정접점(100)과 상기 고정접점(100)과 연결 가능하게 구비되고, 절연가스가 충전되는 열팽창실(231)을 구비하는 가동접점(200)과, 상기 가동접점(200)과 상기 고정접점(100)의 사이에 형성되고, 상기 열팽창실(231)에 비해 상대적으로 저온의 절연가스가 충전되는 가스저장부(300) 및, 상기 열팽창실(231)에 형성되고, 상기 가스저장부(300)에 저장된 저온의 절연가스가 상기 열팽창실(231) 방향으로 이동하는 통로를 형성하는 열교환밸브(400)를 포함할 수 있다.
가동접점(200)은 도 1에 도시된 바와 같이, 가동접점(200)과 고정접점(100)은 연결(클로즈)되면서 전류가 통전될 수 있고, 도 2에 도시된 바와 같이, 가동접점(200)이 고정접점(100)에서 분리(오픈)되면서 전류가 차단될 수 있다.
도 1 및, 도 2에 도시된 바와 같이, 고정접점(100)은 봉상의 고정점접부재(110)를 구비할 수 있다.
가동접점(200)은, 투입 동작시에는 상기 고정점접부재(110)와 연결되고, 차단 동작시에는 상기 고정점접부재(110)에서 분리되는 가동접점부재(210) 및, 차단 동작시에 상기 고정점접부재(110)와 상기 가동접점부재(210)의 사이에서 발생된 아크에 의해 팽창된 절연가스가 가스유로(270)를 통해 이동하는 열팽창실(231)을 구비할 수 있다.
가동접점부재(210)는 가동접점(200)의 실린더부(230)의 전단에 구비되어 실린더부(230)와 거동이 일치될 수 있다.
이러한 가동접점부재(210)는 고정점접부재(110)의 선단부가 삽입되는 삽입구를 형성할 수 있으며, 가동접점(200)의 동작에 따라 왕복 이동하여 고정점접부재(110)의 선단부에 연결 및 분리될 수 있다.
가동접점(200)이 고정접점(100) 방향으로 이동시 봉상의 고정점접부재(110)가 가동접점부재(210)의 삽입구에 삽입되면서 연결될 수 있다.
도 1을 참조하면, 가동접점(200)은 내부에 열팽창실(231)과 퍼퍼실(233)을 구비하는 실린더부(230)와, 상기 실린더부(230)의 내측에 배치되어 상기 퍼퍼실(233) 내에 수용된 가스를 열팽창실(231)로 분사시킬 수 있는 피스톤부(250)를 구비할 수 있다.
또한, 실린더부(230)의 중심에는 실린더부(230)의 길이방향으로 연장형성된 실린더축부(235)가 형성될 수 있다.
실린더축부(235)는 실린더부(230)의 후방으로 연장 형성되고 가동로드(미도시)에 연결되어, 가동로드의 구동력을 실린더부(230)에 전달하는 부분에 해당한다.
열팽창실(231)은 원통형상의 실린더부(230)와 상기 실린더부(230)의 중앙에 형성된 실린더축부(235)로 인해 도넛형태 공간으로 형성될 수 있다.
고정접점(100)은 가동접점(200)과 연결 가능하게 구비될 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 고정점점에 연결된 가동접점(200)이 고정접점(100)에서 분리될 경우, 고정점접부재(110)와 가동접점부재(210)의 사이에는 아크가 발생할 수 있다.
발생된 고장전류가 작은 경우와 큰 경우에 따라, 절연가스를 분사하여 아크를 소호하는 차단 동작의 방식에 차이가 있고 이를 구체적으로 설명하면 아래와 같다.
고압차단기에서 발생된 고장전류가 작은 경우에는, 고정접점(100)과 가동접점(200) 사이에서 발생된 아크가 크지 않아 열팽창실(231)로 절연가스가 역류하지 않고, 이에 따라 퍼퍼실(233)에 저장된 절연가스가 고정점접과 가동접점(200)의 사이로 분사되면서 고정접점(100)과 가동접점(200) 사이에서 발생된 아크가 소호되면서 고장전류가 차단될 수 있다.
가동접점(200)은 투입 동작시 실린더부(230)가 고정접점(100)으로 투입되어 통전될 수 있고, 차단 동작시 실린더부(230)가 고정접점(100)에서 분리되어 전류를 차단할 수 있다.
그리고, 실린더부(230)의 투입 및 차단 동작시에 피스톤부(250)는 고정되는바, 차단 동작시 실린더부(230)가 후퇴하고 피스톤부(250)의 위치가 고정되므로, 퍼퍼실(233)의 체적이 감소되어 퍼퍼실(233)에 수용된 가스가 열팽창실(231)로 분사될 수 있게 된다.
고압차단기에서 발생된 고장전류가 큰 경우에는, 고정접점(100)과 가동접점(200) 사이에서 발생된 고온의 아크에 의해 주변의 절연가스가 팽창되면서 열팽창실(231)로 가스가 역류하게 된다.
열팽창실(231)로 역류되어 냉각된 절연가스가 전류영점시에 고정접점(100)과 가동접점(200)의 사이로 다시 분사되면서 고정접점(100)과 가동접점(200) 사이에서 발생된 아크가 소호되면서 고장전류가 차단될 수 있다.
차단 동작시, 실린더부(230)가 고정접점(100)으로부터 후퇴하여 고정점접부재(110)와 가동접점부재(210)는 분리될 수 있고, 고정점접부재(110)와 가동접점부재(210)의 사이에서 아크가 발생시, 고온의 절연가스가 생성되게 되고, 절연가스는 고온에 의해 팽창되면서 가스유로(270)를 통해 열팽창실(231)로 유입될 수 있다.
일정한 시간(약 0.3 초)이 경과 후, 전류영점이 되면 열팽창실(231)에 압축된 절연가스가 다시 고정점접부재(110)와 가동접점부재(210)의 사이로 분사된다.
열팽창실(231)로 유입된 절연가스는 일정한 시간(약 0.3 초)동안 온도가 낮아진 상태에서 가스유로(270)를 통해 고정점접부재(110)와 가동접점부재(210)의 사이로 분사되면서 고정점접부재(110)와 가동접점부재(210)의 사이에서 발생된 아크가 소호되면서 고장전류가 차단될 수 있다.
하지만, 고정점접부재(110)와 가동접점부재(210)의 사이에서 아크가 발생시 열팽창실(231)로 유입된 절연가스가 일정한 시간(약 0.3 초)이 경과한 후에도 충분히 냉각되지 못한 상태에서 전류영점에 도달되면서 가스유로(270)를 통해 고정점접부재(110)와 가동접점부재(210)의 사이로 분사되는 경우 고정접점(100)과 가동접점(200) 사이에서 발생된 아크가 소호되지 않아 고장전류가 차단되지 않는 문제점이 발생할 수 있다.
따라서, 본 발명의 고압차단기는 가스저장부(300) 및, 열교환밸브(400)를 포함하여 이러한 문제점을 해결하고자 하였다.
가스저장부(300)는 가동접점(200)이 상기 고정접점(100)으로 이동하는 방향에 형성되고, 열팽창실(231)에 비해 상대적으로 저온의 절연가스가 충전되는 부분이다.
열교환밸브(400)는 열팽창실(231)에 형성되어, 가스저장부(300)에 저장된 저온의 절연가스가 열팽창실(231)로 유입되는 통로를 형성하는 부분이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 열교환밸브(400)는 가스유동구(410) 및, 체크밸브(430)를 구비할 수 있다.
열교환밸브(400)는 상기 열팽창실(231)에서 상기 가스저장부(300) 방향으로 관통 형성되어, 상기 가스저장부(300)와 상기 열팽창실(231) 사이에서 절연가스가 이동하는 통로를 형성하는 가스유동구(410) 및, 상기 가스유동구(410)를 개폐 가능하도록 상기 열팽창실(231) 내주면측에 힌지 결합되는 체크밸브(430)를 구비할 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 가동접점(200)이 고정접점(100) 방향으로 이동하여 연결되는 투입동작시의 투입속도로 인해 발생되는 가스저장부(300)와 열팽창실(231)의 압력차로 인해 체크밸브(430)가 접히면서 오픈될 수 있고, 가스공급부에 저장된 저온의 절연가스가 가스유동구(410)를 통해 열팽창실(231)로 유입될 수 있다.
체크밸브(430)는 열팽창실(231)의 내주면에 힌지 결합되어, 상기 가스저장부(300)에 저장된 저온의 절연가스가 가스유동구(410)를 통해 상기 열팽창실(231) 방향으로 이동시 체크밸브(430)가 힌지축을 중심으로 열팽창실(231) 내부측 방향으로 접히면서 오픈될 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 고압차단기의 투입동작시 가동접점(200)이 고정접점(100)과 연결되면서 가스저장부(300)의 체적이 감소될 수 있고 가스저장부(300)에 충전된 저온의 절연가스가 가스유동구(410)를 통해 열팽창실(231)로 유입될 수 있다.
구체적으로, 가동접점(200)이 상기 고정접점(100) 방향으로 이동하는 투입동작시의 투입속도로 인해 발생되는 가스저장부(300)와 열팽창실(231)의 압력차로 인해 상기 열팽창실(231)의 내주면에 힌지결합된 상기 체크밸브(430)가 오픈되면서 상기 가스저장부(300)의 저온의 절연가스가 상기 열팽창실(231) 내부로 유입되어 열교환할 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 열팽창실(231) 내부의 절연가스의 평균온도는 낮아지고, 혼합된 저온의 절연가스가 고정점접과 가동접점(200)의 사이로 분사되면서 고정접점(100)과 가동접점(200) 사이에서 발생된 아크가 소호되면서 고장전류가 차단될 수 있다.
이와 같이, 가스저장부(300)에서 공급된 저온의 절연가스와 열팽창실(231)에 잔존하는 절연가스가 혼합되면서 종래의 경우에 비해 열팽창실(231) 내부에 존재하는 절연가스의 온도가 낮아질 수 있다.
이에 따라, 전류영점에서 고정점접부재(110)와 가동접점부재(210)의 사이로 분사되는 절연가스의 온도가 낮아지면서 가스저장부(300)와 열교환밸브(400)를 구비하지 않은 종래의 경우에 비해 저온의 절연가스에 의해 아크가 소호되면서 고장전류가 차단성능이 향상될 수 있는 효과가 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 고압차단기는 열팽창실(231)에 저장된 절연가스에 비해 상대적으로 저온의 절연가스를 상기 가스저장부(300)로 공급하는 냉매공급부(500)를 더 포함할 수 있다.
냉매공급부(500)는 고압차단기의 차단동작시 가동접점(200)이 고정접점(100)에서 분리되면서 가스저장부(300)의 체적이 증가될 때, 가스공급부로 저온의 절연가스를 공급하도록 구성될 수 있다.
가동접점(200)이 고정접점(100) 방향으로 이동하여 연결되는 투입동작시의 투입속도로 인해 발생되는 가스저장부(300)와 열팽창실(231)의 압력차로 인해 체크밸브(430)가 접히면서 오픈되고, 냉매공급부(500)에 의해 가스공급부에 저장된 저온의 절연가스가 가스유동구(410)를 통해 열팽창실(231)로 유입될 수 있다.
먼저, 이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당해 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.
100: 고정접점 110: 고정점점부재
200: 가동접점 210: 가동접점부재
230: 실린더부 231: 열팽창실
233: 퍼퍼실 235: 실린더축부
250: 피스톤부 270: 가스유로
300: 가스저장부 400: 열교환밸브
410: 가스유동구 430: 체크밸브
500: 냉매공급부

Claims (5)

  1. 고정접점;
    상기 고정접점과 연결 가능하게 구비되고, 절연가스가 충전되는 열팽창실을 구비하는 가동접점;
    상기 가동접점과 상기 고정접점의 사이에 형성되고, 상기 열팽창실에 비해 상대적으로 저온의 절연가스가 충전되는 가스저장부; 및,
    상기 열팽창실에 형성되어, 상기 가스저장부에 저장된 저온의 절연가스가 상기 열팽창실 방향으로 이동하는 통로를 형성하는 열교환밸브;를 포함하고,
    상기 열교환밸브는,
    상기 열팽창실에서 상기 가스저장부 방향으로 관통 형성되어, 상기 가스저장부와 상기 열팽창실 사이에서 절연가스가 이동하는 통로를 형성하는 가스유동구; 및,
    상기 가스유동구를 밀폐 가능하도록 상기 열팽창실 내주면측에 힌지 결합되는 체크밸브;를 구비하는 고압차단기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 고정접점은 봉상의 고정접점부재를 구비하고,
    상기 가동접점은,
    투입 동작시에는 상기 고정접점부재와 연결되고, 차단 동작시에는 상기 고정접점부재에서 분리되는 가동접점부재; 및,
    차단 동작시에 상기 고정접점부재와 상기 가동접점부재의 사이에서 발생된 아크에 의해 팽창된 절연가스가 가스유로를 통해 이동하는 열팽창실;을 구비하는 고압차단기.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 가동접점이 상기 고정접점 방향으로 이동하는 투입 동작시, 상기 열팽창실의 내면에 힌지결합된 상기 체크밸브가 오픈되면서 상기 가스저장부에 충전된 절연가스가 상기 열팽창실로 유입되어 열교환하는 것을 특징으로 하는 고압차단기.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 열팽창실에 저장된 절연가스에 비해 상대적으로 저온의 절연가스를 상기 가스저장부로 공급하는 냉매공급부;를 더 포함하는 고압차단기.
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