KR102108819B1 - 아킹 후 배기되는 sf6의 냉각성능을 증대시킨 가스절연 개폐장치용 차단기 - Google Patents

아킹 후 배기되는 sf6의 냉각성능을 증대시킨 가스절연 개폐장치용 차단기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 아킹 후 배기되는 SF6의 냉각성능을 증대시킨 GIS용 차단기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 접점 분리시 발생되는 아크열을 효율적으로 냉각시켜 절연가스의 절연파괴 능력 저하를 막고, 특히 압력챔버와 열챔버 사이의 씰링성을 강화시켜 절연가스의 역류현상을 차단함으로써 안전하고 안정적인 차단 기능을 수행할 수 있을 뿐만 아니라, 스위칭 조작의 편의성을 높여 수동조작도 가능하게 구현한 아킹 후 배기되는 SF6의 냉각성능을 증대시킨 GIS용 차단기에 관한 것이다.

Description

아킹 후 배기되는 SF6의 냉각성능을 증대시킨 가스절연 개폐장치용 차단기{A Gas Insulated Switchgear breaker which increases the cooling performance of SF6 discharged after arcing}
본 발명은 아킹 후 배기되는 SF6의 냉각성능을 증대시킨 가스절연 개폐장치용 차단기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 접점 분리시 발생되는 아크열을 효율적으로 냉각시켜 절연가스의 절연파괴 능력 저하를 막고, 특히 압력챔버와 열챔버 사이의 씰링성을 강화시켜 절연가스의 역류현상을 차단함으로써 안전하고 안정적인 차단 기능을 수행할 수 있을 뿐만 아니라, 스위칭 조작의 편의성을 높여 수동조작도 가능하게 구현한 아킹 후 배기되는 SF6의 냉각성능을 증대시킨 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 수변전설비이며, 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.
이때, 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, 25.8kV급 이상의 고압 차단기, 특히 바람직하기로는 72.5kV급 이상의 초고압 차단기로는 절연성 가스(SF6)를 소호 및 절연 매질로 사용하는 파퍼소호방식의 가스차단기가 주로 사용되고 있다.
이러한 가스 차단기 중에서도 버퍼형 가스 차단기는 기계적 조작력에 의해 소호성 가스를 압축하는 동시에 아크열을 이용하여 소호성 가스를 승압하고 아크에 내뿜는 가스 차단기이다.
즉, 차단기에서 고장전류의 차단 수행시 전극이 분리될 때 아크가 발생하게 되는데, 이때 발생된 아크를 SF6를 이용하여 소호시키게 된다.
그런데, 차단시 발생하는 아크에 의해 주변의 절연성 가스는 아주 짧은 시간에 매우 높은 온도까지 급상승했다 떨어지는데, 비록 짧은 시간이지만 초고온에서의 절연성 가스는 차단성능이 급격히 떨어지므로 고장전류의 차단 효율을 저하시키는 문제를 양산하게 된다.
이에, 아크 발생시 주변의 절연성 가스를 최대한 빨리 확산시켜 냉각시킬 수 있는 냉각효율을 더욱 줄일 필요가 있다.
뿐만 아니라, 절연가스가 반송되는 압력챔버와 열챔버 사이에 설치된 체크밸브는 단순 플랩형이라 오래 사용시 기밀성이 떨어져 역류가 일어나므로 안전성이 현격히 떨어질 뿐만 아니라, 절연 기능을 제대로 수행하지 못해 안전사고를 유발하는 원인이 되기도 한다.
또한, 스위칭시 수동조작을 하더라도 손쉽고 용이하며 신속한 차단이 가능하도록 개선할 필요도 있다.
국내 등록특허 제10-1621138호(2016.05.09.) '차단성능을 향상시킨 가스절연 개폐장치의 차단기' 국내 등록특허 제10-1496903호(2015.02.23.) '차단성능이 향상되는 복합 소호형 가스 차단기'
본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술상의 제반 문제점들을 감안하여 이를 해결하고자 창출된 것으로, 접점 분리시 발생되는 아크열을 효율적으로 냉각시켜 절연가스의 절연파괴 능력 저하를 막고, 특히 압력챔버와 열챔버 사이의 씰링성을 강화시켜 절연가스의 역류현상을 차단함으로써 안전하고 안정적인 차단 기능을 수행할 수 있을 뿐만 아니라, 스위칭 조작의 편의성을 높여 수동조작도 가능하게 구현한 아킹 후 배기되는 SF6의 냉각성능을 증대시킨 가스절연 개폐장치용 차단기를 제공함에 그 주된 목적이 있다.
본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위한 수단으로, 가동측 도체부(10)와, 고정측 도체부(20)와, 이들 사이를 이동하며 투입 상태와 차단 상태를 전환하는 가동로드부(30)를 포함하고; 상기 가동측 도체부(10) 또는 고정측 도체부(20)는 바닥면을 가지는 원통형상의 컨덕터(110,210)와, 상기 컨덕터(110,210)의 내부에 연결된 내부도체관(120,220)을 포함하며; 상기 가동로드부(30)는 SF6 가스를 반송시키는 압력챔버(42) 및 열챔버(44)와, 상기 가동로드부(30)를 유동시키는 작동샤프트(31)를 포함하는 가스절연 개폐장치용 차단기에 있어서;
상기 압력챔버(42)와 열챔버(44)를 구획하는 구획벽(WAL)에는 다이어프램(DF)을 설치하되, 상기 다이어프램(DF)은 구획벽(WAL)을 관통하는 방향으로 나사체결되어 SF6 가스가 흘러갈 수 있도록 유로(PASS)를 구성하는 통체(300)와, 상기 통체(300)의 열챔버(44) 노출단에 형성된 플랜지(310)와, 상기 플랜지(310)가 형성된 통체(300)의 단부면 내부 중앙에 구비되고 통체(300) 내주면에서 돌출된 다수의 리브(320)에 의해 고정된 고정원판(330)과, 상기 플랜지(310)가 형성된 통체(300)의 단부 내주면에 경사가공된 테이퍼부(340)와, 상기 플랜지(310)에 밀착되어 상기 유로(PASS)를 개폐하는 역류방지판(350)과, 상기 역류방지판(350) 및 고정원판(330)의 중심을 관통하여 상기 고정원판(330) 상에 나사고정되는 고정로드(360)와, 상기 고정로드(360)의 단부에 일체로 고정된 헤드부(370)와, 상기 고정로드(360)에 끼워지고 상기 역류방지판(350)과 헤드부(370) 사이에 배치되어 상기 역류방지판(350)을 탄성가압하는 탄성라운드편(380)과, 상기 고정로드(360)에 끼워지고 상기 역류방지판(350)과 헤드부(370) 사이에 배치되는 코일스프링(390)을 포함하며;
상기 가동측 도체부(10)의 내부도체관(120) 내부에는 가동측 확산완충구(400)를 더 설치하고, 상기 고정측 도체부(20)의 내부도체관(220) 내부에는 고정측 확산완충구(500)를 더 설치하되,
상기 가동측 확산완충구(400)는 작동샤프트(31)를 설치하기 위해 구비된 샤프트삽입통(TNG)에 끼워지며 압력챔버(42)를 바라보는 단부가 개방된 제1완충컵(410)과, 상기 샤프트삽입통(TNG)에 끼워지며 상기 제1완충컵(410)의 단부에 끼워지는 제2완충컵(420)과, 상기 샤프트삽입통(TNG)에 끼워지고 상기 제1,2완충컵(410,420) 사이에 배치되는 제1완충스프링(430)과, 상기 샤프트삽입통(TNG)에 끼워지고 일단은 상기 컨덕터(110)의 내벽면에 고정되고 타단은 상기 제2완충컵(420)의 단부에 고정된 제2완충스프링(440)을 포함하고;
상기 고정측 확산완충구(500)는 고정측 도체부(20)의 내부 중심에 설치된 고정아크접점(24)을 고정하는 접점봉(BNG)에 끼워지며 열챔버(44)를 바라보는 단부가 개방된 제3완충컵(510)과, 상기 접점봉(BNG)에 끼워지며 상기 제3완충컵(510)의 단부에 끼워지는 제4완충컵(520)과, 상기 접점봉(BNG)에 끼워지고 상기 제3,4완충컵(510,520) 사이에 배치되는 제3완충스프링(530)과, 상기 접점봉(BNG)에 끼워지고 일단은 상기 컨덕터(210)의 내벽면에 고정되고 타단은 상기 제4완충컵(520)의 단부에 고정된 제4완충스프링(540)을 포함하며;
상기 제1완충컵(410)의 외주면과 이에 결합되는 상기 제2완충컵(420)의 내주면에 각각 2피치의 나사산만 형성되고 나머지는 민자로 구성되어 나사조립 후 2피치를 지나면 이탈은 방지되면서 슬라이딩 가능하게 구성되고;
상기 제3완충컵(510)의 외주면과 이에 결합되는 상기 제4완충컵(520)의 내주면에 각각 2피치의 나사산만 형성되고 나머지는 민자로 구성되어 나사조립 후 2피치를 지나면 이탈은 방지되면서 슬라이딩 가능하게 구성되며;
아킹 후 배기되는 SF6의 냉각성능을 증대시킬 수 있도록 컨덕터(110,210)의 외표면에는 쿨러(700)를 더 설치하되,
상기 쿨러(700)는 컨덕터(110,210)를 관통하여 일단이 가동측 도체부(10) 및 고정측 도체부(20) 각 내부로 노출되게 고정된 다수의 파이프형 히트파이프(710)와, 상기 파이프형 히트파이프(710) 위에 설치된 냉각팬(720)을 포함하는 것을 특징으로 하는 아킹 후 배기되는 SF6의 냉각성능을 증대시킨 가스절연 개폐장치용 차단기를 제공한다.
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본 발명에 따르면, 접점 분리시 발생되는 아크열을 효율적으로 냉각시켜 절연가스의 절연파괴 능력 저하를 막고, 특히 압력챔버와 열챔버 사이의 씰링성을 강화시켜 절연가스의 역류현상을 차단함으로써 안전하고 안정적인 차단 기능을 수행할 수 있을 뿐만 아니라, 스위칭 조작의 편의성을 높여 수동조작도 가능하게 구현한 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 GIS에 구비되는 차단기의 투입 상태를 나타낸 단면도이다.
도 2는 GIS에 구비되는 차단기의 차단 상태를 나타낸 단면도이다.
도 3은 GIS에서 고온, 고압의 절연성 가스인 SF6의 배기 경로를 나타낸 설명도이다.
도 4는 본 발명에 따른 GIS 차단기의 작동 상태를 나타낸 단면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 GIS 차단기를 구성하는 다이어프램의 예시도이다.
도 6은 본 발명에 따른 GIS 차단기를 구성하는 확산완충구의 예시도이다.
도 7은 본 발명에 따른 GIS 차단기를 구성하는 절연가스 쿨러의 예시적인 설치상태도이다.
도 8은 도 7의 쿨러를 예시한 예시도이다.
이하에서는, 첨부도면을 참고하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하기로 한다.
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도 1 및 도 2에서와 같이, 가스절연 개폐장치, 즉 GIS의 차단기는 가동측 도체부(10)와, 고정측 도체부(20) 및 가동로드부(30)를 포함한다.
이때, 상기 가동로드부(30)가 가동측 도체부(10) 상에서 슬라이딩 이동하면서 투입 상태 또는 차단 상태로 전환된다.
즉, 상기 가동로드부(30)의 위치에 따라 가동측 도체부(10)와 고정측 도체부(20) 사이의 통전 여부가 달라지게 되는 것이다.
예컨대, 도 1과 같은 투입 상태에서는 고정측 도체부(20)의 핑거접점(22)이 가동로드부(30)의 주접점(32)과 접속되며, 고정측 도체부(20)의 고정아크접점(24)은 가동로드부(30)의 가동아크접점(34)에 접속된다.
이에 따라, 고정측 도체부(20)와 가동측 도체부(10)는 가동로드부(30)를 통해 서로 통전가능하게 접속된 상태를 유지하게 된다.
반면, 도 2와 같은 차단 상태로의 전환은 작동샤프트(31)가 가동로드부(30)를 당기면, 먼저 주접점(32)과 핑거접점(22)이 분리되고, 다음으로 고정아크접점(24)과 가동아크점점(34)이 분리된다.
이때, 고정아크접점(24)과 가동아크접점(34)이 분리될 때 아크가 발생하게 된다. 이 과정은 도 3 및 도 4에 잘 도시되어 있다.
이러한 이유로 발생한 아크를 차단하기 위해 SF6 가스를 절연성 가스로 사용한다.
SF6는 압력챔버(42)에 저장되어 있다가 가동로드부(30)가 가동측 도체부(20)로 이동함에 따라 피스톤(45)에 의해 압축된다.
그리고, 압축된 SF6 가스가 일정 압력이상이 되면 열챔버(44)로 이동하고 노즐부(50)로 분사된다.
이때, 상기 노즐부(50)는 가동로드부(30)의 가동아크접점(34)을 감싸는 형태로 형성된다.
또한, 상기 노즐부(50)는 주노즐(52)과 보조노즐(54)을 포함하며, 주노즐(52)과 보조노즐(54) 사이의 틈새로 SF6 가스가 분사된다.
아울러, 상기 열챔버(44)에 축적된 SF6 가스가 노즐부(50)를 통해 아크를 소호하기 위해 분사되는데, 차단시 발생하는 아크로 인해 분사된 SF6 가스는 고온, 고압 상태가 되어 고정측 도체부(20)와 가동측 도체부(10)로 초음속 유동을 발생시킨다.
이 경우, 고온의 SF6 가스는 절연성능이 급격히 떨어지므로 절연성능이 떨어진 가스는 대지간 및 상간의 절연파괴를 야기할 수 있다.
여기에서, 고온, 고압 상태가 된 SF6 가스의 배기 경로는 도 3 및 도 4와 같다.
예컨대, 고정측 도체부(10)와 가동측 도체부(20)는 모두 원통 형상의 컨덕터(110,210)와, 그 내부에 연결된 내부도체관(120,220)을 구비하여 아크로 인해 발생한 고온, 고압의 SF6 가스가 내부도체관(120,220)의 안쪽을 따라 컨덕터(110,210) 바닥면(112,212)까지 이동한 후 다시 내부도체관(120,220)의 외측을 따라 이동하여 컨덕터(110,210) 외부로 배출되는 경로를 갖도록 구성할 수 있다.
이때, 고온, 고압의 SF6 가스를 충분히 냉각시키기 위해서는 내부도체관(120,220)의 길이를 길게 하여 접촉 길이를 연장시키는 방법이 있지만, 내부도체관(120,220)을 길게 할 경우 SF6 가스 냉각 효과를 가져올 수는 있으나 배출시간이 지연되는 문제점이 발생하게 되고, 배출시간이 지연되면 2차 차단 수행시 차단 실패가 가능성이 높아지므로 접촉 길이를 무한정 연장시킬 수는 없다.
이에, 내부도체관(120,220)에 확산홀(130,230)을 구비하여 이를 해결할 수 있다.
즉, 아크로 인하여 고온, 고압의 SF6 가스가 발생하여 배기될 때, 확산홀(130,230)에 근접한 가스는 확산홀(130,230)을 통과하여 배기가 되도록 유도한다.
때문에, 확산홀(130,230)의 주변에서는 확산홀(130,230)의 작은 배출크기로 인한 가스 유동으로 인해 확산홀(130,230) 주변에 와류가 발생하게 되고, 이로 인해 내부도체관(120,220) 외벽 주변에 SF6 가스가 모여서 냉각되면서 배기되는 결과를 가져온다.
이는 내부도체관(120,220)의 길이를 길게 하여 접촉 길이를 연장시켜서 SF6 가스 냉각 효과를 가져올 수는 있으나 배출시간이 지연되는 문제점을 가진 종래 기술에 대하여 내부도체관(120,220)의 길이를 길게 하지 않고도 SF6 가스를 냉각시킬 수 있음을 의미한다.
또한, 확산홀(130,230)을 통과하지 않는 가스들은 내부도체관(120,220)의 내면을 따라 컨덕터(110,210)의 바닥면(112,212)에 도달하고, 바닥면(112,212)에 도달 후 내부도체관(120,220)의 외부와 컨덕터(110,210) 사이를 따라 배출되게 된다.
한편, 압력챔버(42)에 있는 절연가스, 즉 SF6 가스가 열챔버(44)로 반송된 후 역류되지 않도록 하기 위해 종래에는 도 5의 (a)와 같은 형태의 체크밸브를 사용하였는데, 이러한 종래 구조는 밸브몸체(BD)에 관통구멍을 개폐할 수 있는 플랩(FL)을 힌지 고정하고, 힌지축(HN)에 토션스프링을 장착하여 플랩(FL)이 항상 닫히는 방향으로 탄성력을 받도록 구성한 것이다.
하지만, 이러한 플랩(FL) 방식은 오래 사용할 경우 기밀성이 떨어지고, 토션스프링의 탄성력이 저하되면서 역류현상을 유발시키므로 SF6 가스 반송 불량에 따른 안전, 설비사고를 유발하는 문제가 있다.
이를 해결하기 위해, 본 발명에서는 도 5의 (b)와 같이, 다이어프램(DF)을 설치한다.
본 발명에 따른 다이어프램(DF)은 압력챔버(42)와 열챔버(44)를 구획하는 구획벽(WAL)을 관통하는 방향으로 나사체결되어 SF6 가스가 흘러갈 수 있도록 유로(PASS)를 구성하는 통체(300)와, 상기 통체(300)의 열챔버(44) 노출단에 형성된 플랜지(310)와, 상기 플랜지(310)가 형성된 통체(300)의 단부면 내부 중앙에 구비되고 통체(300) 내주면에서 돌출된 다수의 리브(320)에 의해 고정된 고정원판(330)과, 상기 플랜지(310)가 형성된 통체(300)의 단부 내주면에 경사가공된 테이퍼부(340)와, 상기 플랜지(310)에 밀착되어 상기 유로(PASS)를 개폐하는 역류방지판(350)과, 상기 역류방지판(350) 및 고정원판(330)의 중심을 관통하여 상기 고정원판(330) 상에 나사고정되는 고정로드(360)와, 상기 고정로드(360)의 단부에 일체로 고정된 헤드부(370)와, 상기 고정로드(360)에 끼워지고 상기 역류방지판(350)과 헤드부(370) 사이에 배치되어 상기 역류방지판(350)을 탄성가압하는 탄성라운드편(380)과, 상기 고정로드(360)에 끼워지고 상기 역류방지판(350)과 헤드부(370) 사이에 배치되는 코일스프링(390)을 포함한다.
이때, 상기 테이퍼부(340)는 압력챔버(42)의 SF6 가스가 열챔버(44)로 반송될 때 보다 원활하게 빠져나갈 수 있도록 하여 주는 수단이다.
또한, 상기 역류방지판(350)은 하나의 코일스프링(390)과, 또한 하나의 탄성라운드편(380)이 서로 상보하면서 탄성가압하기 때문에 오래 사용하더라도 스프링의 탄성력이 떨어짐에 따른 기밀성 저하 현상을 방지할 수 있다. 즉, 코일스프링(390)의 기능이 다소 저하되더라도 탄성라운드편(380)이 이를 대신하여 보강하기 때문에 항상 역류방지 기능은 정확하게 유지된다.
때문에, 기존 플랩형 체크밸브를 사용할 때 생기는 문제를 완전히 일소할 수 있는 것이다.
다른 한편, 아크 발생과 동시에 굉장히 큰 압력을 받은 상태로 SF6 가스가 팽창하기 때문에 양측의 컨덕터(110,210)는 충격에 의해 열화되므로 오래 사용시 크랙, 침식 등에 의해 수명이 단축되는 문제가 발생된다.
이를 개선하기 위해 본 발명에서는 도 6의 예시와 같이, 이중 탄성 완충되는 구조의 가동측 확산완충구(400)와 고정측 확산완충구(500)를 더 구비한다.
이때, 상기 가동측 확산완충구(400)와 고정측 확산완충구(500)는 끼워지는 내경의 직경만 다를 뿐 나머지 구성은 모두 같다.
즉, 상기 가동측 확산완충구(400)는 작동샤프트(31)를 설치하기 위해 구비된 샤프트삽입통(TNG)에 끼워지며 압력챔버(42)를 바라보는 단부가 개방된 제1완충컵(410)과, 상기 샤프트삽입통(TNG)에 끼워지며 상기 제1완충컵(410)의 단부에 끼워지는 제2완충컵(420)과, 상기 샤프트삽입통(TNG)에 끼워지고 상기 제1,2완충컵(410,420) 사이에 배치되는 제1완충스프링(430)과, 상기 샤프트삽입통(TNG)에 끼워지고 일단은 상기 컨덕터(110)의 내벽면에 고정되고 타단은 상기 제2완충컵(420)의 단부에 고정된 제2완충스프링(440)을 포함한다.
그리하여, 두 개의 제1,2완충스프링(430,440)에 의해 이중 탄성 완충시키는 구조를 갖춤으로써 큰 압력을 받은 상태로 급속히 팽창하는 SF6 가스의 팽창압을 순간적으로 탄성 완충시킬 수 있고, 이를 통해 컨덕터(110)의 내벽면이 균열, 열화되어 단수명화되는 것을 억제하게 된다.
특히, 상기 제1완충컵(410)은 깔대기 형상으로 형성됨이 바람직하며, 이를 통해 급속히 팽창하는 SF6 가스를 곧바로 수납할 수 있도록 구성된다.
또한, 상기 제1완충컵(410)과 제2완충컵(420)에는 SF6 가스가 신속히 빠져나갈 수 있도록 하기 위해 비교적 큰 구멍 형태의 통공(412,422)이 형성되며, 이 통공(412,422)에 의해 SF6 가스는 원활하게 확산홀(130)로 빠져나갈 수 있게 된다.
뿐만 아니라, 상기 제1,2완충컵(410,420)의 조립은 상호 조립단의 내,외주면, 즉 제1완충컵(410)은 외주면, 제2완충컵(420)은 내주면에 2피치의 나사산이 형성되어 나사조립 후 2피치를 지나면 모두 나사산이 없는 민자이므로 이탈을 방지되면서 슬라이딩은 가능한 상태로 조립될 수 있다. 이렇게 함으로써 별도의 고정구를 구비하지 않고도 원활하게 슬라이딩될 수 있도록 조립할 수 있는 것이다.
그리고, 상기 고정측 확산완충구(500)는 고정아크접점(24)을 고정하는 접점봉(BNG)에 끼워지며 열챔버(44)를 바라보는 단부가 개방된 제3완충컵(510)과, 상기 접점봉(BNG)에 끼워지며 상기 제3완충컵(510)의 단부에 끼워지는 제4완충컵(520)과, 상기 접점봉(BNG)에 끼워지고 상기 제3,4완충컵(510,520) 사이에 배치되는 제3완충스프링(530)과, 상기 접점봉(BNG)에 끼워지고 일단은 상기 컨덕터(210)의 내벽면에 고정되고 타단은 상기 제4완충컵(520)의 단부에 고정된 제4완충스프링(540)을 포함한다.
그리하여, 두 개의 제3,4완충스프링(530,540)에 의해 이중 탄성 완충시키는 구조를 갖춤으로써 큰 압력을 받은 상태로 급속히 팽창하는 SF6 가스의 팽창압을 순간적으로 탄성 완충시킬 수 있고, 이를 통해 컨덕터(210)의 내벽면이 균열, 열화되어 단수명화되는 것을 억제하게 된다.
특히, 상기 제3완충컵(510)은 깔대기 형상으로 형성됨이 바람직하며, 이를 통해 급속히 팽창하는 SF6 가스를 곧바로 수납할 수 있도록 구성된다.
또한, 상기 제3완충컵(510)과 제4완충컵(520)에는 SF6 가스가 신속히 빠져나갈 수 있도록 하기 위해 비교적 큰 구멍 형태의 통공(512,522)이 형성되며, 이 통공(512,522)에 의해 SF6 가스는 원활하게 확산홀(230)로 빠져나갈 수 있게 된다.
뿐만 아니라, 상기 제3,4완충컵(510,520)의 조립은 상호 조립단의 내,외주면, 즉 제3완충컵(510)은 외주면, 제4완충컵(520)은 내주면에 2피치의 나사산이 형성되어 나사조립 후 2피치를 지나면 모두 나사산이 없는 민자이므로 이탈을 방지되면서 슬라이딩은 가능한 상태로 조립될 수 있다. 이렇게 함으로써 별도의 고정구를 구비하지 않고도 원활하게 슬라이딩될 수 있도록 조립할 수 있는 것이다.
여기에서, 상기 가동측 확산완충구(400)와 고정측 확산완충구(500)는 내침식성, 내열성 특성을 갖는 특수한 성형조성물로 성형되어야 한다.
이 경우, 아크 발생지점에서는 매우 높은 온도까지 올라가지만 아주 순간적으로 일어나는 것이기 때문에 지속성이 없어 아크 발생지점과 거리를 두고 설치되는 가동측 확산완충구(400)와 고정측 확산완충구(500)는 고강도 내열성 플라스틱으로 성형되어도 무방하다.
이를 위해, 본 발명에서는 디메틸폴리실록산 30중량%와, Mn-Cr 합금분말 2.5중량%와, 질화붕소 5중량%와, 3-하이드록시톨루엔과 메타-크레졸이 1:1의 중량비로 혼합된 혼합액 25중량%와, 몰리브덴 2.5중량%와, CaF2 5중량% 및 나머지 PTFE(polytetrafluoroethylene) 수지로 이루어진 성형조성물을 성형하여 상기 가동측 확산완충구(400)와 고정측 확산완충구(500)를 구현한다.
이때, 디메틸폴리실록산은 열에 강한 실록산 결합(Si-O-Si)과 유기질의 메틸기로 구성되어 있어 강한 접착성과 내열성, 열산화 안정성을 가지고 있어 성분들간의 바인딩력을 강화시켜 고강도화를 실현한다.
그리고, Mn-Cr 합금은 편석을 억제하면서 조직을 치밀화시켜 내침식성을 급격히 증가시키기 위해 첨가되고, 질화붕소는 내열성과 안정화를 강화시키면서 열변형을 억제하기 위해 첨가된다.
또한, 3-하이드록시톨루엔과 메타-크레졸이 1:1의 중량비로 혼합된 혼합액은 바인딩시 결합성분끼리 앵커링시키는 기능이 뛰어나 결합성을 증대시켜 성형안정성과 형상유지성을 구현하기 위해 첨가된다.
아울러, 몰리브덴은 내마모 특성을 강화시키기 위해 첨가되고, CaF2는 고온에서 고체윤활제 역할을 위해 첨가되며, PTFE 수지는 내화학성, 비점착성, 방오성, 내열성, 마찰특성을 증대시키면서 소재간 결합성을 강화시키기 위해 첨가된다.
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뿐만 아니라, 본 발명에서는 도 7 및 도 8에서와 같이, 아킹 후 배기되는 SF6의 냉각성능을 증대시킬 수 있도록 쿨러(700)를 더 구비할 수 있다.
상기 쿨러(700)는 컨덕터(110,210)를 관통하여 일단이 가동측 도체부(10) 및 고정측 도체부(20) 각 내부로 노출되게 고정된 다수의 파이프형 히트파이프(710)를 포함한다.
이때, 상기 파이프형 히트파이프(710)는 양단이 수직하게 절곡된 상태에서 절곡된 양단이 각각 상기 컨덕터(110,210)를 관통하여 내부에 노출되게 배열 고정된다.
그리고, 상기 파이프형 히트파이프(710) 위에는 냉각팬(720)이 설치된다.
상기 냉각팬(720)은 파이프형 히트파이프(710) 사이의 더운 공기를 흡입하여 전방으로 토출시킴과 동시에 측방의 상대적으로 찬 외기를 도입하여 파이프형 히트파이프(710)를 냉각시키는 수단이다. 즉, 공냉시키는 수단이다.
여기에서, 히트파이프의 기본 개념을 설명하자면, 히트파이프는 증발부, 단열부, 응축부로 구분되고, 구성요소로는 컨테이너(Container), 윅(Wick), 워킹플러드(Working Fluid)가 있으며, 증발부로 열이 가해지면 워킹플러드가 동작하며 기화하여 단열부를 지나 응축부로 열을 전달하고, 워킹플러드는 액화되어 윅을 통하여 다시 증발부로 되돌아 오게 되는데, 이러한 일련의 과정을 반복하면서 열원의 열을 이동시키는 공지의 열전달용 파이프이다. 즉, 액체와 기체 간의 상변화가 일어날 때 열전달이 활발하게 일어나는 현상을 응용한 것이다.
그리하여, 아킹 후 고온 상태를 유지하고 있는 절연가스가 배기되는 동안 컨덕터(110,210)는 급격히 온도 상승하게 되는데, 이때 그 열기는 파이프형 히트파이프(710)를 타고 곧바로 외부로 전달되고, 이는 다시 냉각팬(720)에 의해 신속히 냉각되므로 절연가스의 냉각 효율을 급격히 향상시키는데 현저한 효과를 제공하게 된다.
10 : 가동측 도체부 20 : 고정측 도체부
22 : 핑거접점 24 : 고정아크접점
30 : 가동로드부 32 : 주접점
34 : 가동아크접점 42 : 압력챔버
44 : 열챔버

Claims (1)

  1. 가동측 도체부(10)와, 고정측 도체부(20)와, 이들 사이를 이동하며 투입 상태와 차단 상태를 전환하는 가동로드부(30)를 포함하고; 상기 가동측 도체부(10) 또는 고정측 도체부(20)는 바닥면을 가지는 원통형상의 컨덕터(110,210)와, 상기 컨덕터(110,210)의 내부에 연결된 내부도체관(120,220)을 포함하며; 상기 가동로드부(30)는 SF6 가스를 반송시키는 압력챔버(42) 및 열챔버(44)와, 상기 가동로드부(30)를 유동시키는 작동샤프트(31)를 포함하는 가스절연 개폐장치용 차단기에 있어서;
    상기 압력챔버(42)와 열챔버(44)를 구획하는 구획벽(WAL)에는 다이어프램(DF)을 설치하되, 상기 다이어프램(DF)은 구획벽(WAL)을 관통하는 방향으로 나사체결되어 SF6 가스가 흘러갈 수 있도록 유로(PASS)를 구성하는 통체(300)와, 상기 통체(300)의 열챔버(44) 노출단에 형성된 플랜지(310)와, 상기 플랜지(310)가 형성된 통체(300)의 단부면 내부 중앙에 구비되고 통체(300) 내주면에서 돌출된 다수의 리브(320)에 의해 고정된 고정원판(330)과, 상기 플랜지(310)가 형성된 통체(300)의 단부 내주면에 경사가공된 테이퍼부(340)와, 상기 플랜지(310)에 밀착되어 상기 유로(PASS)를 개폐하는 역류방지판(350)과, 상기 역류방지판(350) 및 고정원판(330)의 중심을 관통하여 상기 고정원판(330) 상에 나사고정되는 고정로드(360)와, 상기 고정로드(360)의 단부에 일체로 고정된 헤드부(370)와, 상기 고정로드(360)에 끼워지고 상기 역류방지판(350)과 헤드부(370) 사이에 배치되어 상기 역류방지판(350)을 탄성가압하는 탄성라운드편(380)과, 상기 고정로드(360)에 끼워지고 상기 역류방지판(350)과 헤드부(370) 사이에 배치되는 코일스프링(390)을 포함하며;
    상기 가동측 도체부(10)의 내부도체관(120) 내부에는 가동측 확산완충구(400)를 더 설치하고, 상기 고정측 도체부(20)의 내부도체관(220) 내부에는 고정측 확산완충구(500)를 더 설치하되,
    상기 가동측 확산완충구(400)는 작동샤프트(31)를 설치하기 위해 구비된 샤프트삽입통(TNG)에 끼워지며 압력챔버(42)를 바라보는 단부가 개방된 제1완충컵(410)과, 상기 샤프트삽입통(TNG)에 끼워지며 상기 제1완충컵(410)의 단부에 끼워지는 제2완충컵(420)과, 상기 샤프트삽입통(TNG)에 끼워지고 상기 제1,2완충컵(410,420) 사이에 배치되는 제1완충스프링(430)과, 상기 샤프트삽입통(TNG)에 끼워지고 일단은 상기 컨덕터(110)의 내벽면에 고정되고 타단은 상기 제2완충컵(420)의 단부에 고정된 제2완충스프링(440)을 포함하고;
    상기 고정측 확산완충구(500)는 고정측 도체부(20)의 내부 중심에 설치된 고정아크접점(24)을 고정하는 접점봉(BNG)에 끼워지며 열챔버(44)를 바라보는 단부가 개방된 제3완충컵(510)과, 상기 접점봉(BNG)에 끼워지며 상기 제3완충컵(510)의 단부에 끼워지는 제4완충컵(520)과, 상기 접점봉(BNG)에 끼워지고 상기 제3,4완충컵(510,520) 사이에 배치되는 제3완충스프링(530)과, 상기 접점봉(BNG)에 끼워지고 일단은 상기 컨덕터(210)의 내벽면에 고정되고 타단은 상기 제4완충컵(520)의 단부에 고정된 제4완충스프링(540)을 포함하며;
    상기 제1완충컵(410)의 외주면과 이에 결합되는 상기 제2완충컵(420)의 내주면에 각각 2피치의 나사산만 형성되고 나머지는 민자로 구성되어 나사조립 후 2피치를 지나면 이탈은 방지되면서 슬라이딩 가능하게 구성되고;
    상기 제3완충컵(510)의 외주면과 이에 결합되는 상기 제4완충컵(520)의 내주면에 각각 2피치의 나사산만 형성되고 나머지는 민자로 구성되어 나사조립 후 2피치를 지나면 이탈은 방지되면서 슬라이딩 가능하게 구성되며;
    아킹 후 배기되는 SF6의 냉각성능을 증대시킬 수 있도록 컨덕터(110,210)의 외표면에는 쿨러(700)를 더 설치하되,
    상기 쿨러(700)는 컨덕터(110,210)를 관통하여 일단이 가동측 도체부(10) 및 고정측 도체부(20) 각 내부로 노출되게 고정된 다수의 파이프형 히트파이프(710)와, 상기 파이프형 히트파이프(710) 위에 설치된 냉각팬(720)을 포함하는 것을 특징으로 하는 아킹 후 배기되는 SF6의 냉각성능을 증대시킨 가스절연 개폐장치용 차단기.
KR1020190087709A 2019-07-19 2019-07-19 아킹 후 배기되는 sf6의 냉각성능을 증대시킨 가스절연 개폐장치용 차단기 KR102108819B1 (ko)

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