KR102547475B1 - 아크 유도형 접점이 구비된 탭 셀렉터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 아크 유도형 접점이 구비된 탭 셀렉터에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 배전용 유입식 변압기에 장착되는 OLTC의 부하 탭 절환시에 보조접점이 1차로 가동접점과 접촉하면서 아크를 유도하고, 주접점이 2차로 접촉하면서 통전이 이루어지도록 하는 아크 유도형 접점이 구비된 탭 셀렉터에 관한 것이다.
본 발명에 따르면 가동접점이 주접점과 접촉하기 위해서는 롤러 형태로 된 보조접점과 먼저 접촉한 후, 한 쌍의 보조접점 사이에 위치하여야 하기 때문에 주접점에 아크가 발생하지 않아서 주접점의 수명을 연장시킬 수 있으며, 이로 인해 유지보수에 소모되는 시간과 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.

Description

아크 유도형 접점이 구비된 탭 셀렉터{TAP SELECTOR WITH ARC ENTICED CONTACT}

본 발명은 아크 유도형 접점이 구비된 탭 셀렉터에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 배전용 유입식 변압기에 장착되는 OLTC의 부하 탭 절환시에 보조접점이 1차로 가동접점과 접촉하면서 아크를 유도하고, 주접점이 2차로 접촉하면서 통전이 이루어지도록 하는 아크 유도형 접점이 구비된 탭 셀렉터에 관한 것이다.

전력계통에서 발생되는 수용가의 부하(Load)의 증감에 따라 변압기는 일정한 전력품질을 유지하기 위해 1차측에서 전압을 조정해야 한다. OLTC(On Load Tap Changer; 부하 시 전압조정기)는 배전용(22.9 ~ 40.5kV)의 1차측(High Voltage)의 탭 권선(Tapped winding)과 연결되어서 스위치 장치를 통해 변압기의 권수비에 따라 적당한 전압 및 전류가 공급되도록 조정한다. 즉, 전원을 차단하지 않고 부하전류가 흐르는 상태에서 회로를 절환하는 스위칭 장치이다. 배전급 OLTC의 전압 조정 범위는 보통 4~10%를 사용하고 있다.

OLTC의 동작은 구동모터의 회전에 의하여 각 구동부의 링크 구조에 따라 탭 셀렉터가 이동하는데, 이때 절환 스위치가 동작할 때 인접하는 탭 사이에서 권선이 단락되어 순환전류가 발생한다. 기존 OLTC는 절연유 속에서 탭 절환이 이루어질 때, VI(Vacuum Interrupter; 진공 인터럽터)만을 사용하여, 아크를 소호시키는 방식을 사용하였다.

그런데, VI에서 아크를 소호하지만, 가동접점과 수시로 접촉하면서 아크가 발생하는 고정접점의 마모를 피할 수는 없는 구조이다.

배전용 유입식 변압기는 보통 DETC(De-Energized Tap Changer)를 많이 사용하는데, 배전급 OLTC 제품을 DETC 제품과 비교하면 자동구동방식(모터제어)과 VI 유무의 차이만 존재한다.

하지만, 탭 셀렉터 구성은 모두 동일하며, 3상(U, V, W) 변압기의 탭 절환은 모두 고정접점을 통한 단순한 접촉과 분리의 동작으로 이루어진다. 이 과정에서 가동접점과 고정접점이 바로 접촉하도록 구성된 OLTC에서는 가동접점과 고정접점 사이에 발생하는 아크로 인해 주접점이 손상되면서 통전 효율이 떨어지고, 잦은 수리 및 교체로 인해 비용이 증가하는 문제점이 있었다.

KR 10-2219309 B1 KR 10-2018-0121559 A

전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 OLTC에서 탭 절환 시, 가동접점과 고정접점의 접촉 방식을 개선하고, 소재의 이원화를 통해서 주접점(Main contact)의 마모를 최소화함으로써, OLTC의 기계적 수명을 연장시키고, 변압기의 유지보수 비용을 절감하는 등 전력계통의 경제적 효율성을 향상시키는 아크 유도형 접점이 구비된 탭 셀렉터를 제공하는 것을 목적으로 한다.

이를 위해 고정접점을 주접점과 보조접점으로 구성하고, 주접점과 가동접점이 접촉하기 전에 보조접점이 먼저 가동접점과 접촉하도록 하고, 가동접점과 보조접점 사이에 아크가 미리 발생하도록 유도함으로써 주접점이 아크로 인해 손상되는 것을 방지할 수 있도록 하는 아크 유도형 접점이 구비된 탭 셀렉터를 제공하는 것을 목적으로 한다.

전술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 본 발명은 배전용 유입식 변압기에 장착되는 OLTC의 부하 탭 절환시에 보조접점에 아크가 발생하도록 유도하는 탭 셀렉터로서, 가로고정바(114)에 연결되어 수평으로 이동하는 가동접점과, 상기 가동접점의 이동에 따라 접촉하거나 분리되는 고정접점으로 이루어지며, 상기 가동접점은 상단이 상기 가로고정바(114)에 고정되어 상기 가로고정바(114)와 함께 이동하는 전원측 도전체(116)와; 상기 전원측 도전체(116)에 설치되어 상기 가동접점과 상기 고정접점이 만나는 순간에 발생하는 압력을 흡수하여 완충시키는 스프링(120)과; 상기 전원측 도전체(116)의 하단에서 전면 방향으로 연장 형성되도록 설치되는 가동부 주접점(122)과; 상기 가동부 주접점(122)의 끝부분에 설치되는 가동부 보조접점(124);으로 이루어지며, 상기 고정접점은 상기 가동접점의 아래쪽에 위치하며, 상기 부하측 도전체(108)의 말단에 연결되는 고정부 주접점(128)과; 상기 고정부 주접점(128)의 상단에 회전 가능한 롤러 형상으로 설치되는 한 쌍의 고정부 보조접점(130);으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기 가동접점은 상기 가동부 주접점(122)의 밑면에 평평하게 형성되는 가동부 접촉면(126)을 더 포함하며, 상기 고정접점은 상기 고정부 주접점(128)의 윗면에 평평하게 형성되는 고정부 접촉면(132)을 더 포함하며, 상기 가동접점과 상기 고정접점이 전기적으로 연결된 상태에서 상기 가동부 접촉면(126)과 상기 고정부 접촉면(132)은 서로 접촉 상태를 유지하는 것을 특징으로 한다.

상기 가동접점이 상기 고정접점에 접촉할 때, 상기 가동부 보조접점(124)이 한 쌍의 고정부 보조접점(130) 중의 첫 번째와 먼저 접촉한 후 상기 한 쌍의 고정부 보조접점(130)의 사이에 위치하는 것을 특징으로 한다.

상기 가동접점은 상기 전원측 도전체(116)의 표면을 보호하는 도전체 커버(118)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면 가동접점이 주접점과 접촉하기 위해서는 롤러 형태로 된 보조접점과 먼저 접촉한 후, 한 쌍의 보조접점 사이에 위치하여야 하기 때문에 주접점에 아크가 발생하지 않아서 주접점의 수명을 연장시킬 수 있으며, 이로 인해 유지보수에 소모되는 시간과 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.

도 1과 도 2는 본 발명의 접점이 구비된 탭 셀렉터의 구조를 나타낸 사시도.
도 3은 탭 셀렉터의 내부 가동부의 구조를 나타낸 사시도.
도 4와 도 5는 가동접점과 고정접점의 구조를 나타낸 확대 사시도.
도 6은 가동접점과 고정접점의 접촉 상태를 나타낸 정면도.
도 7은 가동접점과 고정접점의 접촉 상태를 나타낸 측면도.
도 8은 가동접점이 보조접점과 먼저 접촉하는 과정을 나타낸 정면도.
도 9는 가동접점이 주접점과 접촉한 상태를 나타낸 단면도.

이하에서 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 "아크 유도형 접점이 구비된 탭 셀렉터"(이하, '탭 셀렉터'라 함)를 설명한다.

도 1과 도 2는 본 발명의 접점이 구비된 탭 셀렉터의 구조를 나타낸 사시도이며, 도 3은 탭 셀렉터의 내부 가동부의 구조를 나타낸 사시도, 도 4와 도 5는 가동접점과 고정접점의 구조를 나타낸 확대 사시도, 도 6은 가동접점과 고정접점의 접촉 상태를 나타낸 정면도, 도 7은 가동접점과 고정접점의 접촉 상태를 나타낸 측면도, 도 8은 가동접점이 보조접점과 먼저 접촉하는 과정을 나타낸 정면도, 도 9는 가동접점이 주접점과 접촉한 상태를 나타낸 단면도이다.

도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본원발명은 3상의 도전체가 같은 간격으로 설치된 고정접점과, 고정접점 사이를 왕복 운동하면서 적절한 전압 및 전류가 인가되도록 도전 상태를 변경하는 가동접점을 포함하는 탭 셀렉터(100)를 특징으로 한다.

탭 셀렉터의 전면과 후면에는 각각 전면차단판(102)과 후면차단판(104)이 평행하게 설치되며, 전면차단판(102)과 후면차단판(104)의 상부에 이송부(106)가 이동 가능하게 설치된다.

전면차단판(102)에는 복수의 부하측 도전체(108)가 연결되는데, 부하측 도전체(108)의 일측은 수용가 등 부하측 전원공급장치에 전기적으로 연결된다. 그리고 타측은 접점이 형성되어 가동접점과 선택적으로 접촉한다.

이송부(106)의 하단으로는 연결암(110)이 설치되어 회전력을 발생시키며, 회전력은 크랭크축(112)에 전달된다. 크랭크축(112)의 회전에 의해 좌우방향으로 동력이 발생하며, 이 동력에 의해 가로고정바(114)가 좌우로 이동할 수 있다.

가로고정바(114)는 탭 셀렉터(100)의 내부에서 좌우로 평행이동하는데, 가로고정바(114)에는 복수의 가동접점이 설치된다. 본원발명의 탭 셀렉터(100)와 같이 3상 전원설비에 사용되는 경우에는 하나의 가로고정바(114)에 세 개의 가동접점을 설치하는 것이 일반적이다.

본원발명의 도면에 도시된 구조와 상세한 설명은 액추에이터의 동작에 의해 가로고정바(114)가 좌우로 왕복 이동하는 것으로 설명하지만, 가로고정바(114)의 구동력을 발생시키는 방식과 구조는 달라질 수 있을 것이다.

도 4와 도 5에는 가동접점과 고정접점의 상세한 구조가 도시된다.

본원발명에서는 가로고정바(114)에 연결되어 가로고정바(114)와 함께 이동하는 부분을 가동접점이라고 하고, 부하측 도전체(108)의 타측 말단에 설치되어 가동접점의 이동에 따라 접촉하거나 분리되는 부분을 고정접점이라고 한다.

가동접점은 전원측 도전체(116)와 도전체 커버(118), 스프링(120), 가동부 주접점(122), 가동부 보조접점(124), 가동부 접촉면(126)으로 이루어진다. 그리고 고정접점은 고정부 주접점(128)과 고정부 보조접점(130), 고정부 접촉면(132)으로 이루어진다.

전원측 도전체(116)는 상단이 가로고정바(114)에 고정되며, 가로고정바(114)의 이동에 따라 함께 이동한다. 전원측 도전체(116)의 말단은 전원공급설비와 전기적으로 연결되어 전류가 이동하는 통로가 된다.

전원측 도전체(116)의 표면은 도전체 커버(118)에 의해 보호된다.

전원측 도전체(116)에는 스프링(120)이 설치된다. 스프링(120)은 가동접점이 고정접점과 만나는 순간에 발생하는 압력을 흡수하여 완충시키는 역할을 하며, 이를 통해 부드럽게 접촉하면서 가동접점이 이동할 수 있도록 한다. 가동접점과 고정접점 사이의 접촉은 스프링(120)의 탄성력에 의해 밀착 상태를 유지하는데, 통상적으로는 최대 5N에 의해 수직 하중을 받으며 접촉을 통한 통전이 이루어진다. 본원발명에 사용된 스프링(120)은 원형선 코일스프링(재질: SUS405-WPB)이며, 형번은 C-VUR 5-30 (턴수 14, 압축장 7.5mm)이다. 그러나 이러한 재질과 물성에 한정되지 않는다.

전원측 도전체(116)의 하단에는 가동부 주접점(122)이 설치된다. 가동부 주접점(122)은 통상적으로 전면 방향으로 막대 모양으로 연장 형성되는데, 이와 다른 형상을 가질 수도 있을 것이다. 그리고 가동부 주접점(122)의 끝부분에는 가동부 보조접점(124)이 탈부착 가능하게 설치된다.

가동부 주접점(122)과 가동부 보조접점(124)은 모두 전도체로 구성되어 통전이 이루어질 수 있다. 가동부 주접점(122)은 부하측에 공급되는 주전원을 공급하기 위한 도전체로서, 정상적인 통전 상태에서 전원설비로부터 공급되는 전류를 부하측에 전달한다.

가동부 주접점(122)과 가동부 보조접점(124)은 모두 단면의 형상과 크기가 일정한 바 형태로 제작되는데, 모서리가 완만한 곡선 형태가 되도록 함으로써 부드러운 접촉이 이루어질 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

가동부 보조접점(124)에는 탭 절환 시에 최초의 접촉이 발생되면서 동시에 아크가 발생되므로, 고용융점의 성질을 띈 텅스텐-구리 합금(W 80%, Cu 20%)을 사용한다.

또한 가동부 보조접점(124)은 절연유가 채워진 변압기 내부에서 탭 절환 시, 아크의 발생을 VI와 동시에 상쇄시키면서 가동부 주접점(122)의 마모를 방지하는 것을 최우선 역할로 한다. 가동부 보조접점(124)이 마모 등으로 손상된 경우, 가동부 보조접점(124)만 분리하여 교체하는 것도 가능하지만, 일반적으로는 가동접점 전체를 교체하고 있다.

가동부 주접점(122)은 전기전도도가 우수한 구리 금속을 이용하여 통전의 효율성을 최대화한다.

참고로, 재질의 특성은 텅스텐의 융점은 3,400℃, 구리는 1,085℃이며, 전기전도도는 각각 텅스텐이 1.82x10⁷, 구리는 5.8x10⁷이다.

가동부 주접점(122)의 밑면에는 가동부 접촉면(126)이 평평하게 형성된다. 가동부 접촉면(126)은 가동접점과 고정접점이 접촉한 상태에서 주된 전류 이동 통로가 된다.

한편, 고정부 주접점(128)은 가동접점의 아래쪽에 위치하며, 부하측 도전체(108)의 말단에 연결된다. 고정부 주접점(128) 역시 구리 등의 도전체로 구성되어 전원을 전원측 도전체(116)에 전달한다.

고정부 주접점(128)은 일정한 부피를 가지며, 상단에는 고정부 보조접점(130)이 설치된다. 본원발명에서는 고정부 보조접점(130)이 원통의 롤러 형상으로 구성하며, 가운데 회전축이 가동부 주접점(122) 및 부하측 도전체(108)의 중심축과 평행하게 설치되는 것으로 설명하는데, 그 위치와 배치 방향은 달라질 수 있다.

또한 고정부 보조접점(130)은 일정한 거리만큼 이격된 상태에서 한 쌍으로 구성하는 것이 바람직하다. 한 쌍의 고정부 보조접점(130)은 가동부 보조접점(124)과 선택적으로 접촉하는데, 가동부 보조접점(124)의 이동방향과 같은 방향으로 한 쌍이 배치되도록 하는 것이 바람직하다. 이로 인해 가동부 보조접점(124)은 고정접점과 접촉하는 과정에서 첫 번째 고정부 보조접점(130)과 접촉하며, 고정접점과 분리되는 과정에서 두 번째 고정부 보조접점(130)과 접촉할 수 있다.

고정부 보조접점(130) 역시 구리 등의 도전체로 구성된다.

고정부 주접점(128)의 윗면에는 고정부 접촉면(132)이 평평하게 형성된다. 고정부 접촉면(132)은 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 한 쌍의 가동부 보조접점(124)의 사이에 위치하도록 하는 것이 바람직하며, 측면 방향에서는 가동부 접촉면(126)과 대응되는 위치에 형성한다. 따라서 가동부 접촉면(126)과 고정부 접촉면(132)이 접촉한 상태에서 주된 전류가 공급설비에서 부하측으로 전달될 수 있다.

이와 같은 구조를 가진 가동접점과 고정접점을 이용하여 아크를 최소화하는 방법은 도 8에 도시된다.

먼저 도 8의 첫 번째 그림처럼 가동접점이 고정접점 방향으로 이동하는데, 이때에는 전기적으로 연결되지 않아서 전원공급설비로부터 부하측으로 전류가 공급되지 않는다.

가동접점이 고정접점에 가깝게 다가가면, 도 8의 두 번째 그림처럼 먼저 가동부 보조접점(124)과 고정부 보조접점(130)이 접촉한다. 한 쌍의 고정부 보조접점(130) 중에서 가동부 보조접점(124)에 가까운 쪽에 위치한 첫 번째 고정부 보조접점(130)이 먼저 접촉할 것이다. 이 순간에 두 개의 도전체의 접촉으로 인해 아크가 발생한다. 그러나 이러한 아크는 고정부 보조접점(130) 및 첫 번째 가동부 보조접점(124) 사이에만 일어나며, 다른 주접점에는 아크가 닿지 않는다.

이때 VI의 동작으로 인해 아크가 소호되면서 재차 아크가 발생하지는 않는다.

이 상태에서 스프링(120)이 압축되면서 가동부 보조접점(124)이 위쪽으로 올라간 상태에서 고정부 보조접점(130)을 타고 넘어간다.(도 8의 세 번째 그림) 고정부 보조접점(130)을 타고 넘어가면 스프링(120)의 압축력에 의해 다시 가동부 보조접점(124)이 밑으로 내려오게 된다.

그리고 가동부 보조접점(124)이 더 진행하면(한 쌍의 고정부 보조접점(130)의 사이에 올 때까지), 가동부 접촉면(126)과 고정부 접촉면(132)이 서로 닿게 된다. 그리고 정상적인 전류의 공급이 이루어진다.

이와 같이, 가동접점과 고정접점이 탭 절환 시에 접촉하는 과정에서 두 개의 접점에서 발생할 수 있는 아크를 서로 대응되는 두 개의 보조접점 사이에서만 발생되도록 유도하고, 주접점 사이의 접촉에서는 아크가 발생되지 않도록 함으로써 주접점을 보호할 수 있게 된다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였지만, 상술한 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자가 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

100 : 탭 셀렉터 102 : 전면차단판
104 : 후면차단판 106 : 이송부
108 : 부하측 도전체 110 : 연결암
112 : 크랭크축 114 : 가로고정바
116 : 전원측 도전체 118 : 도전체 커버
120 : 스프링 122 : 가동부 주접점
124 : 가동부 보조접점 126 : 가동부 접촉면
128 : 고정부 주접점 130 : 고정부 보조접점
132 : 고정부 접촉면

Claims (4)

1. 배전용 유입식 변압기에 장착되는 OLTC의 부하 탭 절환시에 보조접점에 아크가 발생하도록 유도하는 탭 셀렉터로서,
   가로고정바(114)에 연결되어 수평으로 이동하는 가동접점과, 상기 가동접점의 이동에 따라 접촉하거나 분리되는 고정접점으로 이루어지며,
   상기 가동접점은
   상단이 상기 가로고정바(114)에 고정되어 상기 가로고정바(114)와 함께 이동하는 전원측 도전체(116)와;
   상기 전원측 도전체(116)에 설치되어 상기 가동접점과 상기 고정접점이 만나는 순간에 발생하는 압력을 흡수하여 완충시키는 스프링(120)과;
   상기 전원측 도전체(116)의 하단에서 전면 방향으로 연장 형성되도록 설치되는 가동부 주접점(122)과;
   상기 가동부 주접점(122)의 끝부분에 설치되는 가동부 보조접점(124);으로 이루어지며,
   상기 고정접점은
   상기 가동접점의 아래쪽에 위치하며, 부하측 도전체(108)의 말단에 연결되는 고정부 주접점(128)과;
   상기 고정부 주접점(128)의 상단에 회전 가능한 롤러 형상으로 설치되는 한 쌍의 고정부 보조접점(130);으로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 아크 유도형 접점이 구비된 탭 셀렉터.
2. 제1항에 있어서,
   상기 가동접점은
   상기 가동부 주접점(122)의 밑면에 평평하게 형성되는 가동부 접촉면(126)을 더 포함하며,
   상기 고정접점은
   상기 고정부 주접점(128)의 윗면에 평평하게 형성되는 고정부 접촉면(132)을 더 포함하며,
   상기 가동접점과 상기 고정접점이 전기적으로 연결된 상태에서 상기 가동부 접촉면(126)과 상기 고정부 접촉면(132)은 서로 접촉 상태를 유지하는 것을 특징으로 하는, 아크 유도형 접점이 구비된 탭 셀렉터.
3. 제1항에 있어서,
   상기 가동접점이 상기 고정접점에 접촉할 때, 상기 가동부 보조접점(124)이 한 쌍의 고정부 보조접점(130) 중의 첫 번째와 먼저 접촉한 후 상기 한 쌍의 고정부 보조접점(130)의 사이에 위치하는 것을 특징으로 하는, 아크 유도형 접점이 구비된 탭 셀렉터.
4. 제1항에 있어서,
   상기 가동접점은
   상기 전원측 도전체(116)의 표면을 보호하는 도전체 커버(118)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 아크 유도형 접점이 구비된 탭 셀렉터.

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