KR102567654B1 - 진공 인터럽터의 전계 완화용 전극 - Google Patents

진공 인터럽터의 전계 완화용 전극 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전극에 관한 것으로, 진공 인터럽터에 사용되는 전극에 관한 것이다.
본 발명은 진공 인터럽터에서 전계 집중 현상이 완화될 수 있는 전극을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 진공 인터럽터의 전계 완화용 전극은 접촉대(310); 보강대(320); 및 접점(330)을 포함하고, 상기 접촉대(310)의 상부면(311)의 외곽에 제 1 라운드면(313)이 구비되고, 상기 접점(330)의 측면(332)에 제 2 라운드면(332b)이 구비되는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 제 1 라운드면과 제 2 라운드면에 의해, 라운드면이 최대로 될 수 있다. 이에 의해, 진공 인터럽터에서 전계 집중 현상이 완화될 수 있다.

Description

진공 인터럽터의 전계 완화용 전극{Electrodes for mitigating the electric field of vacuum interrupters}
본 발명은 전극에 관한 것으로, 진공 인터럽터에 사용되는 전극에 관한 것이다.
진공 차단기(Vacuum Circuit Breaker: VCB)는 진공을 절연매질로 사용하여 고장전류를 신속하게 자동으로 차단시켜 전력계통 및 계통 내의 주요 기기들을 보호할 책무를 가진다. 진공 차단기에서 전류의 투입 및 차단 기능을 수행하는 부품을 진공 인터럽터(Vacuum Interrupter: VI)라고 한다.
진공 인터럽터 내부에 고정전극과 가동전극이 구비된다. 진공 인터럽터의 투입 동작시, 가동전극은 고정전극에 밀착된다. 진공인터럽터의 차단 동작시, 가동전극은 고정전극으로부터 이격된다.
도 1을 참조하면, 종래 진공 차단기에서 전극은 접촉대(10)의 상면에 접점(20)이 안착되는 구조이다. 이때, 접점(20)의 외주면(21)은 접촉대(10)의 외주면(11)에 일치한다. 도 1의 전극(1)은 고정전극과 가동전극 모두에 적용되는 구조이다.
접점(20)의 상부 외측 영역(도 1에서 A 영역)은 외측으로 볼록한 라운드면을 가진다. 접점(20)의 외측 영역이 도 1의 A 영역과 같은 라운드면을 가지지 않는 경우, 접점의 외주면(21) 상부에 전계가 집중된다. 이는 접점의 외주면(21) 상단이 모서리지는 영역을 가지기 때문이다. 따라서, 차단 동작시 아크가 더욱 강하게 발생한다. 그리고, 아크가 접점의 외주면(21) 상단 영역에 집중될 수 있다. 그리고, 접점 상부 외주면(21)에 집중된 아크에 의해 접점 손상이 심해질 수 있다.
따라서, 모서리지는 영역에서의 전계 진중 현상을 줄이기 위해, 접점(20)의 상부 외측 영역은 도 1과 같이 라운드면을 가지는 것이 바람직하다.
다만, A 영역의 라운드면을 크게 할수록 전계값이 낮아지나 그 값에는 한계가 있다.
이는 진공인터럽터의 접점 소재로 동이 아닌 크롬동(CuCr)이 사용되는데, 크롬동은 일반동에 비해 저항이 높아 두껍게 설계할 수 없기 때문이다. 그리고, 크롬동 소재는 소결이나 아크 멜팅(Arc Melting) 방식으로 제조하기 때문에 소재의 균일성 및 비용 측면에서 무한정으로 두께를 늘리기 힘들다.
따라서, 종래 접점 구조로는 접점 상부 외측에 전계를 줄이는데 한계가 있었다.
1. 한국공개특허 제10-2020-0119015호(공개일 : 2020.10.19.) 2. 한국공개특허 제10-2016-0029771호(공개일 : 2016.03.15)
본 발명은 진공 인터럽터에서 전계 집중 현상이 완화될 수 있는 전극을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 진공 인터럽터의 전계 완화용 전극은 접촉대(310); 보강대(320); 및 접점(330)을 포함하고, 상기 접촉대(310)의 상부면(311)의 외곽에 제 1 라운드면(313)이 구비되고, 상기 접점(330)의 측면(332)에 제 2 라운드면(332b)이 구비되는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 제 1 라운드면(313)과 제 2 라운드면(332b)은 서로 이어질 수 있다.
본 발명은 제 1 라운드면과 제 2 라운드면에 의해, 라운드면이 최대로 될 수 있다. 이에 의해, 진공 인터럽터에서 전계 집중 현상이 완화될 수 있다.
도 1은 종래기술에 따른 진공인터럽터 용 전극의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 전극이 적용되는 진공인터럽터의 단면도이다.
도 3은 도 2의 전극의 단면도이다.
도 4는 도 2의 전극의 분해도이다.
도 5는 도 3의 B 영역의 확대도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
제 1, 제 2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다.
및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다.
일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 도 2 내지 도 5를 참고하여, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 진공 인터럽터의 전계 완화용 전극에 대하여 설명한다.
도 2를 참고하면, 진공인터럽터는 본체(111), 상부플랜지(112), 하부 플랜지(113)를 포함할 수 있다. 본체(111)는 양측이 개방된 중공형의 원통일 수 있다. 본체(111)는 절연성 재질(예를 들어, 세라믹)로 형성될 수 있다. 본체(111)의 상부는 상부플랜지(112)에 의해 기밀이 유지되고, 본체(111)의 하부는 하부 플랜지(113)에 의해 기밀이 유지될 수 있다. 본체(111)의 길이 방향을 기준으로 본체(111)의 중심 내측에 상부와 하부로 연장되는 메인 실드(111a)가 설치될 수 있다. 메인 실드(111a)는 차단 동작에서 발생하는 아크가 본체(111)로 진입하는 것을 방지할 수 있다.
상부 플랜지(112)의 하부에 상부 서브 실드(112a)가 설치될 수 있다. 상부 서브 실드(112a)는 아크가 상부 플랜지(112)와 본체(111)가 접하는 영역에 진입하는 것을 차단할 수 있다. 하부 서브 실드(113a)는 하부 플랜지(113) 상부에 설치될 수 있다. 하부 서브 실드(113a)는 아크가 하부 플랜지(113)와 본체(111)가 접하는 영역에 진입하는 것을 차단할 수 있다.
고정터미널(121)은 상부 플랜지(112)를 관통하여 설치될 수 있다. 고정 터미널(121)은 도전체로 외부와 전기적으로 연결될 수 있다. 고정 터미널(121)의 하단에 고정 전극(400)이 설치될 수 있다.
가동터미널(122)이 하부 플랜지(113)를 관통하여 설치될 수 있다. 가동터미널(122)은 조작기(미도시)에 의해 상하로 이동하며 차단과 투입 동작을 수행할 수 있다. 가동 터미널(122)의 상단에 가동 전극(300)이 설치될 수 있다.
가동터미널(112)의 측부에 벨로우즈(141)가 설치될 수 있다. 벨로우즈(141)의 상부는 가동터미널(122)의 측부에 고정되고, 벨로우즈(141)의 하부는 하부 플랜지(113)의 상면에 연결될 수 있다. 벨로우즈(141)는 주름형 관으로 형성되어 투입 동작시 늘어나고 차단 동작시 수축될 수 있다. 벨로우즈(141)는 본체(111) 내부와 외부 간의 기밀을 유지시키면서, 가동 터미널(112)의 상하 운동을 지원할 수 있다. 벨로우즈(141) 측부에 벨로우즈 실드(141a)가 구비될 수 있다. 벨로우즈 실드(141a)의 상부는 벨로우즈(141) 상부에서 가동터미널(122)에 고정될 수 있다. 벨로우즈 실드(141a)는 하부로 연장되면서, 벨로우즈(141)를 내측에 수용할 수 있다.
이하, 도 3 내지 도 5를 참조하여, 전극(300, 400)의 구조에 대하여 설명한다. 도 3 내지 도 5의 전극 구조는 고정 전극(400)과 가동 전극(300)에 공통될 수 있다. 설명의 편의를 위해, 가동 전극(300)을 기준으로 하여 설명한다.
전극(300)은 접촉대(310), 보강대(320) 및 접점(330)을 포함할 수 있다.
접촉대(310)는 상부가 개방된 원통형 컵 모양일 수 있다. 접촉대(310)는 내측에 제 1 수용 공간(S1)을 가질 수 있다. 제 1 수용공간(S1)에 보강대(320)가 설치될 수 있다. 보강대(320)는 양측이 개방된 중공형의 원통일 수 있다. 보강대(32)의 상단은 후술하는 접촉대 상부면(311)과 동일 평면에 위치할 수 있다.
접촉대(310)의 상부면(311)은 수평면으로 형성될 수 있다. 접촉대 상부면(311)의 외곽은 상부로 돌출된 영역을 가질 수 있다. 상부면(311) 외곽의 돌출된 영역의 외측은 제 1 라운드면(313)이고, 상부면(311) 외곽의 돌출된 영역의 내측은 격벽(312)일 수 있다.
제 1 라운드면(313)은 상부면(311)의 최외곽에서 내측 상부로 연장될 수 있다. 제 1 라운드면(313)은 외측으로 볼록한 형상일 수 있다.
격벽(312)은 제 1 라운드면(313)의 상단에서 직하방으로 연장될 수 있다. 격벽(312)은 접촉대 상부면(311)까지 연장될 수 있다. 격벽(312)과 접촉대 상부면(311)은 제 2 수용공간(S2)을 형성할 수 있다.
접점(330)은 원판형일 수 있다. 접점 하부면(331)은 접촉대 상부면(311)에 안착될 수 있다.
접점(330)의 측면(332)은 삽입면(332a)과 제 2 라운드면(332b)을 포함할 수 있다.
삽입면(332a)은 접점(330)의 최외곽에서 직상방으로 연장될 수 있다. 삽입면(332a)은 격벽(312)에 밀착되어 고정될 수 있다. 삽입면(332a)의 상단은 격벽(312)의 상단과 일치하거나 격벽(312)의 상단 하부에 위치할 수 있다.
제 2 라운드면(332b)은 삽입면(332a)의 상단에서 내측 상부로 연장될 수 있다. 제 2 라운드면(332b)은 외측으로 볼록한 형상일 수 있다. 제 2 라운드면(332b)은 완만한 곡면을 가지며, 접점 상부면(333)까지 완만하게 연장될 수 있다.
제 1 라운드면(313)은 제 2 라운드면(332b) 보다 작은 곡률 반경을 가질 수 있다. 도 5에서 R1은 제 1 라운드면(313)의 곡률 반경이고, R2는 제 2 라운드면(332b)의 곡률 반경일 수 있다. 제 1 라운드면(313)과 제 2 라운드면(332b)은 서로 이어질 수 있다. 접촉대(310)의 측부와 접점(330)의 측부에서 제 1 라운드면(313)과 제 2 라운드면(332b)으로 이어지는 곡면은 완면한 곡면을 통해 전계가 집중되는 것을 방지할 수 있다. 그리고, 제 1 라운드면(313)과 제 2 라운드면(332b)으로 이어지는 곡면을 통해 곡면의 길이를 최대로 하는 것에 의해 전계 집중 현상을 최대로 완화할 수 있다. 부연하면, 접촉대(310)의 측부와 접점(330)의 측부에서 모서리 부분을 제거하는 것에 의해, 전계 집중 현상을 최대로 줄일 수 있다. 차단 동작시, 고정전극과 가동전극 간의 전계는 제 2 라운드면(332b) 보다 곡률 반경이 작은 제 1 라운드면(313)에 집중될 수 있다. 이에 의해, 전계에 의해 정렬되는 아크가 접점(330)의 외곽 영역에 집중되는 것이 방지될 수 있고 접점(330)이 아크에 의해 손상되는 것이 방지될 수 있다. 부언하면, 차단 동작시, 제 2 라운드면(332b) 보다 곡률 반경이 작은 제 1 라운드면(313)에 전계가 집중되어, 아크가 접점(330) 외측으로 분산될 수 있다.
그리고, 접점(330)의 조립시, 격벽(312)에 의해 접점(330)이 센터링되므로, 접접(330)을 접촉대(310)에 조립하는 작업이 매우 쉬울 수 있다.
10 : 접촉대
11 : 접촉대 외주면
20 : 접점
21 : 접점 외주면
111 : 본체
111a : 메인 실드
112 : 상부 플랜지
112a : 상부 서브 실드
113 : 하부 플랜지
113a : 하부 서브 실드
121 : 고정 터미널
122 : 가동 터미널
141 : 벨로우즈
141a : 벨로우즈 실드
300 : 가동전극
310 : 접촉대
S1 : 제 1 수용공간
311 : 접촉대 상부면
312 : 격벽
313 : 제 1 라운드면
320 : 보강대
321 : 보강대 상면
S2 : 제 2 수용공간
330 : 접점
331 : 접점 하부면
332 : 접점의 측면
332a : 삽입면
332b : 제 2 라운드면
333 : 접점 상부면
R1 : 제 1 라운드면의 곡률 반경
R2 : 제 2 라운드면의 곡률 반경
400 : 고정전극
A : A 영역
B : B 영역

Claims (2)

  1. 접촉대(310);
    보강대(320); 및
    접점(330)을 포함하고,
    상기 접촉대(310)의 상부면(311)의 외곽에 제 1 라운드면(313)이 구비되되,
    상기 제 1 라운드면(313)은 상기 상부면(311)의 최외곽에서 상기 상부면(311)의 내측 상부로 연장되고,
    상기 제 1 라운드면(313)의 상단에서 상기 상부면(311)까지 직하방으로 연장되는 격벽(312)을 구비하며,
    상기 접점(330)의 측면(332)에 제 2 라운드면(332b)이 구비되고,
    상기 제 1 라운드면(313)의 곡률반경은 제 2 라운드면(332b)의 곡률반경보다 작아 전계가 집중되는 것을 특징으로 하는 진공 인터럽터의 전계 완화용 전극.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제 1 라운드면(313)과 제 2 라운드면(332b)은 서로 이어지는 것을 특징으로 하는 진공 인터럽터의 전계 완화용 전극.







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