KR102635795B1 - 액체 (cf₃)₂cfcn의 마이크로캡슐을 포함하는 재료로 제조된 전기 아크-블라스트 노즐 및 그러한 노즐을 포함하는 회로 차단기 - Google Patents
액체 (cf₃)₂cfcn의 마이크로캡슐을 포함하는 재료로 제조된 전기 아크-블라스트 노즐 및 그러한 노즐을 포함하는 회로 차단기 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 전기 아크를 차단하기 위한 축방향 통로(13)를 내부에 한정하는 스로트를 형성하는 중간 부분(7), 및 중간 부분(7)의 양측에서 연장되고, 서로에 대해 축방향으로 이동 가능한 각각의 아크 접점(1 및 3)을 수용하도록 설계된 2 개의 단부 부분(9, 11)을 포함하는 회로 차단기를 위한 전기 아크-블라스트 노즐(5)에 관한 것이다. 중간 부분(7) 및 2 개의 단부 부분(9, 11)은 플루오로카본 중합체 매트릭스, 적어도 하나의 무기 필러, 및 액체 헵타플루오로-이소-부티로니트릴의 마이크로캡슐을 포함하는 조성물로부터 얻어진 동일한 유전체 재료로 제조된다. 본 발명은 또한 그러한 노즐(5)을 포함하는 회로 차단기에 관한 것이다.
Description
본 발명은 고전압 또는 중전압 장비의 전기 절연 및 전기 소호(electric arc extinction) 분야에 관한 것이다.
보다 구체적으로, 본 발명은 전기 아크를 취출(blowing out)하기 위한 노즐에 관한 것으로서, 이러한 노즐은 중전압 회로 차단기 또는 고전압 회로 차단기에 포함되도록 설계된다.
상기 및 하기에서, 표현 "중전압(medium voltage)"은 전통적으로 허용되는 방식으로 사용되며, 즉, 용어 "중전압"은 AC의 경우 1000 V, 또는 DC의 경우 1500 V보다 높지만, AC의 경우 52,000 V, 또는 DC의 경우 75,000 V를 초과하지 않는 전압을 지칭한다.
또한, 표현 "고전압(high voltage)"은 전통적으로 허용되는 방식으로 사용되며, 즉, 표현 "고전압"은 엄밀하게는 교류(AC)의 경우 52,000 볼트(V), 또는 직류(DC)의 경우 75,000 볼트보다 높은 전압을 지칭한다.
본 발명은 또한 그러한 전기 아크-블라스트 노즐(electric arc-blast nozzle)이 설치되는 중전압 또는 고전압 회로 차단기에 관한 것이다.
아크-블라스트 회로 차단기는, 적어도 2 개의 아크 접점으로서, 아크 접점이 서로 분리되는 회로 차단기의 개방 위치와, 아크 접점이 서로 접촉하는 회로 차단기의 폐쇄 위치 사이에서 서로에 대해 축방향으로 이동 가능한 것인, 적어도 2 개의 아크 접점; 전기 아크-블라스트 노즐; 및 회로 차단기의 폐쇄 위치로부터 개방 위치로의 아크 접점의 이동 동안에 형성될 가능성이 있는 전기 아크를 차단하도록 노즐에서 유동하는 아크-제어 가스를 포함한다.
일반적으로 순수 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 또는 무기 필러(inorganic filler)를 갖는 PTFE("충전된 PTFE"라고 불림)로 제조된 전통적인 전기 아크-블라스트 노즐은 하기의 부분을 포함한다:
- 전기 아크를 차단하기 위한 축방향 통로를 내부에 한정하는 스로트(throat)를 형성하는 중간 부분, 및
- 중간 부분의 양측에서 연장되고, 각각의 아크 접점을 수용하도록 설계된 2 개의 단부 부분으로서, 아크 접점은 아크 접점들이 서로 분리되는 회로 차단기의 개방 위치와, 아크 접점들이 서로 접촉하고 아크 접점 중 어느 하나가 중간 부분의 축방향 통로를 부분적으로 폐쇄하는 회로 차단기의 폐쇄 위치 사이에서 서로에 대해 축방향으로 이동 가능하고, 회로 차단기의 폐쇄 위치로부터 개방 위치로의 아크 접점의 이동 동안에 형성될 가능성이 있는 전기 아크를 차단하기 위해 중간 부분의 축방향 통로를 통해 아크-제어 가스가 유동하는 것인, 2 개의 단부 부분.
전기 아크를 차단하기 위해, 아크-블라스트 회로 차단기는 절연 유전체 가스로 형성된 아크-제어 가스를 사용한다. 이러한 아크-제어 가스는 블라스트 챔버로부터 전술한 전기 아크-블라스트 노즐의 중간 부분의 축방향 통로 내로 전달된다. 그러한 노즐은 전기 아크를 채널링(channeling)하고, 그렇게 함으로써 전기 아크 근처에서의 아크-제어 가스의 압력을 증가시켜서 소호를 촉진시키는 기능을 갖는다.
아크 상에 블라스팅된 유전체 가스에 부가하여, PTFE 노즐의 용삭(ablation)은 아크 챔버 내로의 압력 축적(pressure build-up)을 증가시키는 데 사용된다. 아크 방사선과 PTFE 노즐 재료, 특히 그의 필러 사이의 상호 작용은 아크를 소멸시키는 것을 돕는 PTFE 증기를 생성한다.
현재, 해당 유형의 회로 차단기에 가장 흔히 사용되는 아크-제어 가스는 육불화황 SF6이며, 이는 상기 가스의 우수한 물리적 특성 때문이다. 그러나, SF6은 (100년 동안의 이산화탄소(CO2)에 대하여) 지구 온난화 지수(global warming potential; GWP)가 23500이고 대기에서 소비되는 기간이 3200년이라는 주요 단점을 가지며, 매우 강한 온실 가스에 속한다. 따라서, SF6은 교토 의정서(Kyoto Protocol)(1997)에 의해 배출을 제한해야 하는 가스 목록에 추가되었다.
SF6 배출을 제한하는 최선의 방법은 상기 가스의 사용을 제한하는 것이며, 그로 인해 산업계에서는 SF6에 대한 대안을 모색하게 되었다.
그러한 목적을 위해, 고전압 또는 중전압 장비 분야의 응용에 충분한 전기 절연 특성을 나타내는 새로운 가스가 개발되었다. 보다 정확하게는, 해당 가스는 2개의 분자의 혼합물이다: 하나는 대부분으로 존재하고, 두 번째는 헵타플루오로-이소-부티로니트릴(heptafluoro-iso-butyronitrile)이며 보다 소량으로 존재한다. 이러한 가스 혼합물은, 1과 동일한 GWP를 갖는 CO2와 같이 매우 낮은 GWP를 갖거나 질소(N2) 또는 공기의 경우와 같이 0(zero)인 GWP를 갖는 호스트(host) 또는 희석 가스에서 용액 중 SF6보다 작은 GWP를 나타내는 SF6 대체물을 기반으로 하는 이점을 갖는다.
국제 출원 WO 2014/037566(참고문헌 [1])은 고체 절연과 연관된, 고전압 또는 중전압 장비에서 절연 가스로서 그러한 혼합물의 사용을 설명한다. 특정 절연 가스, 즉 헵타플루오로-이소-부티로니트릴, 이산화탄소 및 산소(산소가 1% 내지 25% 범위에 있는 몰 백분율로 상기 가스 매체에 존재함)를 포함하거나 심지어 이들로 구성된 특정 절연 가스가 국제 출원 WO 2015/040069(참고문헌 [2])에 설명되어 있다. 하기에서, 표현 "g3 가스"("그리드(grid)용 그린 가스(green gas)"인 가스의 경우)는 2 몰%(몰 백분율) 내지 15 몰%의 헵타플루오로-이소-부티로니트릴, 60 몰% 내지 98 몰%의 이산화탄소 및 0 내지 25 몰%의 산소의 임의의 혼합물을 표시한다.
유전체 가스는 통상적으로 10,000 K(9,726.85 ℃) 초과의 온도 및 아크 에너지로 인해 열화된다. 아크-제어 가스가 SF6인 경우, SF6은 S 및 F 이온으로 이온화되고, 온도가 하강할 때 플라즈마로부터 부분적으로 재생된다. 그럼에도 불구하고, 가스는 공기 및/또는 습기로부터의 산소 또는 수소뿐만 아니라, 아크 접점으로부터의 금속 증기 및 PTFE 노즐로부터의 탄소와 같은 일부 오염물질을 포함할 수 있기 때문에, 100% 재생되지는 않는다. 다음에, 습기 및 산소와의 반응에 의해, SO2, SO2F2, CFn(PTFE 노즐로부터의 탄소와의 반응) 또는 MFn(아크 접점으로부터의 금속 증기와의 반응)과 같은 부산물이 생성된다. SF6 분해도는 하기와 같다:
주요 결과로서, SF6 함량은 아크 중단 발생과 함께 약간 감소한다. 그럼에도 불구하고, SF6이 순수하기 때문에, 열화는 회로 차단기의 차단 능력에 큰 영향을 미치지 않는다. 실제로, SF6 차단기는 SF6 순도 열화에 따라 설계되어 있다.
아크-제어 가스가 g3 가스인 회로 차단기 내부에서, 아킹(arcing)은 SF6과 반대로 재생되지 않는 헵타플루오로-이소-부티로니트릴 및 CO2의 부분 분해를 유발한다. 따라서, 헵타플루오로-이소 부티로니트릴의 함량은 가스의 절연 내력에 영향을 미칠 수 있는 아크 중단 발생과 함께 감소할 것이다. 즉, g3 가스는 SF6보다 아크로 인한 열화에 더 민감하다.
특허 EP 2 658 054는 액체/증기 평형에 기초한 발명에 의해 그러한 기술적 문제를 해결하는 것을 제안한다. 실제로, 이러한 종래 기술에서 구현된 아크-제어 가스는 플루오로케톤이고, 액상의 플루오로케톤을 사용하여 높은 절연 내력을 갖는 가스 성분을 증발시켜서 재생하는 것이 제안된다. 해당 해결책에서, 액상은 성분의 분압이 감소할 때 증발하는 완충액(buffer)으로서 사용된다.
그럼에도 불구하고, 이러한 해결책은 가스의 액화가 모든 고객에게 허용되는 것은 아니기 때문에 오늘날 가스 절연 개폐장치(Gas Insulated Switchgear; GIS)에서 널리 받아들여지지 않고 있다. 액체/증기 평형은 주로 온도에 의해 영향을 받는다. 헵타플루오로-이소-부티로니트릴은 고온에서 보다 많이 증발하고, 이로 인해 가스의 밀도가 증가하여 장비의 사용 수명 동안 기밀성의 제어를 어렵게 할 것이다. 액화는 가스 밀도를 감소시키고, 이는 가스 밀도계에 의해 가스 누출로 해석되고 잘못된 경보를 생성하게 할 수 있다. 이것은 특별히 숙달되어야 한다.
따라서, 본 발명은 종래 기술의 전기 아크-블라스트 노즐의 단점을 경감시킬 수 있는 신규한 전기 아크-블라스트 노즐을 제안하는 것을 목적으로 한다.
특히, 이러한 새로운 노즐은 아크-제어 가스가 헵타플루오로-이소-부티로니트릴, CO2 및 선택적으로 산소를 포함하는 혼합물, 예컨대 g3 가스인 회로 차단기에 설치하기에 적합해야 한다. 그러한 회로 차단기는 헵타플루오로-이소-부티로니트릴, CO2 및 선택적으로 산소를 포함하는 가스, 예컨대 g3 가스의 아크로 인한 열화에 대한 민감도를 해결하는 것이다.
새로운 노즐은 또한, 어떠한 벌크(bulk) 증가도 없고, 즉 제조 프로세서 측면에서 어떠한 현저한 비용 증가도 없이, 그러한 회로 차단기에 설치하기에 적합해야 한다.
상기에 언급된 목적뿐만 아니라 다른 목적은 먼저 상기에 언급된 유형의 회로 차단기를 위한 전기 아크-블라스트 노즐에 의해 달성되고, 즉,
- 전기 아크를 차단하기 위한 축방향 통로를 내부에 한정하는 스로트를 형성하는 중간 부분, 및
- 중간 부분의 양측에서 연장되고, 각각의 아크 접점을 수용하도록 설계된 2 개의 단부 부분으로서, 아크 접점은 아크 접점들이 서로 분리되는 회로 차단기의 개방 위치와, 아크 접점들이 서로 접촉하고 아크 접점 중 어느 하나가 중간 부분의 축방향 통로를 부분적으로 폐쇄하는 회로 차단기의 폐쇄 위치 사이에서 서로에 대해 축방향으로 이동 가능하고, 회로 차단기의 폐쇄 위치로부터 개방 위치로의 아크 접점의 이동 동안에 형성될 가능성이 있는 전기 아크를 차단하기 위해 중간 부분의 축방향 통로를 통해 아크-제어 가스가 유동하는 것인, 2 개의 단부 부분
을 포함하는 노즐에 의해 달성된다.
본 발명에 따르면, 노즐의 2 개의 단부 부분과 함께 중간 부분은 동일한 유전체 재료로 제조되고, 그러한 유전체 재료는 플루오로카본 중합체 매트릭스, 적어도 하나의 무기 필러, 및 액체 헵타플루오로-이소-부티로니트릴의 마이크로캡슐을 포함하는 조성물로부터 얻어진다.
특정 실시예에서, 이러한 조성물은 플루오로카본 중합체 매트릭스, 하나 이상의 무기 필러(들), 및 액체 헵타플루오로-이소-부티로니트릴의 마이크로캡슐로 구성된다.
노즐의 중간 부분 및 2 개의 단부 부분의 유전체 재료에 대한, 플루오로카본 중합체 매트릭스, 적어도 하나의 무기 필러, 및 액체 헵타플루오로-이소-부티로니트릴의 마이크로캡슐을 포함하는 특정 조성물의 선택은 차단기 내에 헵타플루오로-이소-부티로니트릴 소스를 가져서 아크 차단에서 비롯되는 아크-제어 가스의 열화를 보상하는 것을 가능하게 한다.
보다 상세하게는, 노즐에 존재하는 헵타플루오로-이소-부티로니트릴 저장소로서 작용하는 액체 헵타플루오로-이소-부티로니트릴의 마이크로캡슐은 전기 아크를 둘러싸는 환경 내로, 이러한 전기 아크의 강력한 방사선으로 인한 유전체 재료의 융삭 하에서 이러한 헵타플루오로-이소-부티로니트릴을 점진적으로 방출한다. 그러한 헵타플루오로-이소-부티로니트릴 방출은 아크-제어 가스에 가스 헵타플루오로-이소-부티로니트릴의 연속적인 투입을 허용한다.
실제로, 아크 중단 동안, 아크로부터 생성된 에너지는, 노즐의 내측면, 즉 마이크로캡슐의 중합체 쉘을 파괴하는 아크 방사선과 접촉하는 내측면의 융삭을 개시하고, 고온으로 인해 가스 상태로 헵타플루오로-이소-부티로니트릴을 자유롭게 한다. 노즐 내에서, 헵타플루오로-이소 부티로니트릴은 플루오로카본 중합체 매트릭스로부터의 압력으로 인해 액체로 남아 있다.
노즐을 형성하는 재료 내의 액체 헵타플루오로-이소-부티로니트릴의 마이크로캡슐의 존재는 전기 아크-블라스트 노즐의 양호한 기계적 특성, 양호한 절연 특성 및 양호한 고온 거동에 영향을 미치지 않는다는 점에 주목해야 한다.
유리하게는, 하나의 단일 부품으로서, 중간 부분 및 2 개의 단부 부분에 의해 형성된 조립체를 제조하는 것을 구상하는 것이 가능하다. 이러한 제조는 본 발명에서 구현된 특정 조성물을 성형하거나 소결함으로써 수행될 수 있다.
상기시키기 위해, 화학식 (CF3)2CFCN의 헵타플루오로-이소-부티로니트릴은 2,3,3,3-테트라플루오로-2-트리플루오로메틸 프로판니트릴에 대응하고, CAS 번호: 42532-60-5를 갖는다.
본 발명의 맥락에서, 용어 "액체 헵타플루오로-이소-부티로니트릴의 마이크로캡슐"은 액체 헵타플루오로-이소-부티로니트릴이 평균 직경이 1 ㎜ 미만이고, 특별하게는 10 ㎛ 내지 900 ㎛, 특히 50 ㎛ 내지 800 ㎛인 쉘, 특히 중합체 쉘에 캡슐화된다는 것을 의미한다.
헵타플루오로-이소-부티로니트릴을 포함하는 마이크로캡슐의 준비는 오늘날 식품 산업, 자가-치유 재료 및 화장품에서 통상적으로 사용되는 마이크로캡슐화 기술을 기반으로 한다. 당업자에게 잘 알려진 상이한 프로토콜이 이러한 준비를 위해 구현될 수 있다. 분무 건조, 압출, 원심 압출, 2-유체 압출 및 기상 증착을 예로 들 수 있다.
헵타플루오로-이소-부티로니트릴을 포함하는 마이크로캡슐의 쉘을 형성하는 데 사용 가능한 중합체의 예시적이고 비제한적인 예로서, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리스티렌, 우레아-포름알데히드, 폴리우레탄, 에틸렌 글리콜 디아크릴레이트와 가교결합된 1H,1H,2H,2H-퍼플루오로데실 아크릴레이트, 전분(starch), 말토덱스트린(maltodextrin), 아라비아 검(arabic gum), 젤라틴(gelatin), 폴리비닐 알코올, 에틸 셀룰로오스 및 알긴산나트륨을 들 수 있다.
헵타플루오로-이소-부티로니트릴을 포함하는 마이크로캡슐을 준비하도록 구현된 마이크로캡슐화 프로토콜에 따라, 헵타플루오로-이소-부티로니트릴은 가스 형태 또는 액체 형태로 사용되거나, 심지어 마이크로캡슐화 프로토콜 동안에 액화될 수 있다. 헵타플루오로-이소-부티로니트릴은 이와 같이 준비된 마이크로캡슐에서 가스인지 또는 액체인지 여부에 관계없이, 이미 설명된 바와 같이, 플루오로카본 중합체 매트릭스를 포함하는 조성물에서 액체이거나 액체가 될 것이다.
전기 아크-블라스트 노즐의 중간 부분 및 2 개의 단부 부분이 얻어지는 특정 조성물에서, 액체 헵타플루오로-이소-부티로니트릴을 포함하는 마이크로캡슐의 중량비는 조성물의 총 중량에 대해 0.1% 내지 30% 범위에 있다.
상기 범위의 가장 높은 값에서, 플루오로카본 중합체 매트릭스 내부의 마이크로캡슐의 밀도는 플라즈마 내부에서 가스 헵타플루오로-이소-부티로니트릴의 밀도가 국부적으로 증가할 수 있게 한다는 점에 주목해야 한다. 이것은 차단기의 전체 체적에서 희석 효과로 인해, 헵타플루오로-이소-부티로니트릴의 전체 %를 크게 증가시키지 않고, 차단 및 절연 성능에 유익하다.
전기 아크-블라스트 노즐의 중간 부분 및 2 개의 단부 부분이 얻어지는 특정 조성물은 또한 하나 이상의 무기 필러(들)를 포함한다. 당업자라면, 전기 아크-블라스트 노즐을 위한 재료에 통상적으로 존재하는 상이한 유형의 무기 필러를 알고 있다.
이러한 또는 이들 무기 필러(들)는 산화물, 플루오르화물, 황화물, 흑연, 운모(mica), 유리, 세라믹 및 이들의 혼합물로 구성된 그룹으로부터 선택될 수 있다.
본 발명에서 구현되는 조성물에서 무기 필러로서 사용될 수 있는 산화물의 특정 예로서, 산화망간(MnO2), 산화코발트(CoO, CoO2), 산화구리(CuO), 오산화바나듐(V2O5), 산화니켈(NiO), 산화철(Fe2O3), 산화로듐(Rh2O3), 산화루테늄(RuO2), 산화주석(SnO2), 산화몰리브덴(MoO2), 이산화티타늄(TiO2), 산화알루미늄(Al2O3), 산화알루미늄 코발트(Al2CoO4), 산화니오븀(III)(Nb2O3), 티탄산바륨(BaTiO3), 이산화규소(SiO2), 산화인(V)(P2O5), 산화아연(ZnO) 및 산화비스무트(Bi2O3)를 들 수 있다.
본 발명에서 구현되는 조성물에서 무기 필러로서 사용될 수 있는 플루오르화물의 특정 예로서, 플루오르화칼슘(CaF2)을 들 수 있다.
본 발명에서 구현되는 조성물에서 무기 필러로서 사용될 수 있는 황화물의 특정 예로서, 플루오르화칼슘, 이황화몰리브덴(MoS2), 오황화안티몬(Sb2S5) 및 휘안석(stibnite)(Sb2S3)을 들 수 있다.
본 발명에서 구현되는 조성물에서 무기 필러로서 사용될 수 있는 세라믹의 특정 예로서, 질화붕소(BN)를 들 수 있다.
전기 아크-블라스트 노즐의 중간 부분 및 2 개의 단부 부분이 얻어지는 특정 조성물에서, 무기 필러(들)는 유리하게는 MoO2, TiO2, SiO2, CaF2 및 MoS2로 구성된 그룹에서 선택된다.
전기 아크-블라스트 노즐의 중간 부분 및 2 개의 단부 부분이 얻어지는 특정 조성물에서, 무기 필러(들)의 중량비는 조성물의 총 중량에 대해 0.1% 내지 30% 범위에 있다.
전기 아크-블라스트 노즐의 중간 부분 및 2 개의 단부 부분을 형성하는 유전체 재료는 플루오로카본 중합체 매트릭스, 적어도 하나의 무기 필러, 및 액체 헵타플루오로-이소-부티로니트릴의 마이크로캡슐을 포함하는 조성물로부터 얻어진다.
본 발명의 맥락에서, 용어 "매트릭스"는 플루오로카본 중합체가 고려중인 조성물에서 대부분의 중량비를 갖는 화합물을 구성한다는 것을 의미한다. 이러한 중량비는 유리하게는 조성물의 총 중량에 대해 50% 이상, 바람직하게는 75% 이상이다. 결과적으로, 상기 조성물로부터 얻어진 유전체 재료에서, 무기 필러 및 액체 헵타플루오로-이소-부티로니트릴을 포함하는 마이크로캡슐은 플루오로카본 중합체 매트릭스에 분산된다.
이러한 조성물의 플루오로카본 중합체는 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 퍼플루오로알콕시(PFA), 플루오르화 에틸렌 프로필렌(FEP), 비닐리덴 폴리플루오라이드(PVDF), 및 에틸렌과 테트라플루오로에틸렌의 공중합체(ETFE)로 구성된 그룹으로부터 선택될 수 있다.
유리하게는, 이러한 플루오로카본 중합체는 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)이다.
유리한 실시예에서, 본 발명의 노즐은 2 개의 단부 부분 각각의 외부면 및 스로트를 형성하는 중간 부분의 외부면 상에 배치된 외피(sheath)를 더 포함할 수 있다.
그러한 외피는 특히 본 발명의 노즐이 설치된 회로 차단기의 이동 가능한 부분들 사이의 연결을 제공하는 것을 가능하게 할 수 있다.
예로서, 그러한 외피는 노즐을 형성하는 중간 부분 및 단부 부분 상에 기계가공에 의해, 몰딩(molding)에 의해, 또는 오버몰딩(overmolding)에 의해서도 제자리에 배치될 수 있다.
이러한 외피는 유리하게는 또한 양호한 기계적 특성 및 양호한 고온 거동을 나타내는 제2 유전체 재료로 제조된다.
외피의 제2 유전체 재료는 중합체 매트릭스를 포함하는 제2 조성물로부터 얻어질 수 있다.
이러한 제2 조성물은 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 비닐리덴 폴리플루오라이드(PVDF), 또는 에틸렌과 테트라플루오로에틸렌의 공중합체(ETFE)와 같은 플루오로카본 중합체를 포함할 수 있다.
이러한 제2 조성물은 또한 다른 중합체, 예를 들어 폴리에테르에테르케톤(PEEK), 폴리설폰(PSU), 폴리페닐설폰(PPSU), 폴리이미드(PI) 또는 폴리에테르이미드(PEI)를 포함할 수 있다.
이러한 제2 조성물은 또한 하나 이상의 무기 필러(들)를 포함할 수 있다.
이들이 존재하는 경우, 무기 필러(들)는 전통적으로 제2 조성물의 총 중량의 10% 이하일 수 있는 중량비를 나타내며, 이러한 중량비는 보다 일반적으로 제2 조성물의 총 중량에 대해 0.01% 내지 5% 범위에 있다.
그러한 필러는 본 발명에 따른 노즐의 중간 부분 및 2 개의 단부 부분의 유전체 재료를 준비하는 데 사용되는 특정 조성물에 대해 이미 언급된 임의의 필러일 수 있다.
일 실시예에서, 외피의 두께는 중간 부분에서 측정될 때 노즐 반경의 150% 이하를 나타낼 수 있다. 이러한 외피 두께는 유리하게는 중간 부분에서 측정될 때 노즐 반경의 50% 내지 100% 범위, 바람직하게는 70% 내지 80% 범위에 있다.
유리한 실시예에서, 본 발명의 노즐의 아크 접점 둘 모두가 이동 가능할 수 있다.
다른 유리한 실시예에서, 본 발명의 노즐은 아크-제어 가스의 유동 방향에 대해 상류 단부 부분에 위치된 아크 접점을 둘러싸는 캡(cap)을 더 포함할 수 있다.
이러한 캡은 바람직하게는 본 발명의 전기 아크-블라스트 노즐의 중간 부분 및 2 개의 단부 부분을 형성하는 유전체 재료와 동일한 유전체 재료로 제조된다.
두 번째로, 본 발명은 하기를 포함하는 유형의 중전압 또는 고전압 회로 차단기를 제공한다:
- 적어도 2 개의 아크 접점으로서, 아크 접점들이 서로 분리되는 회로 차단기의 개방 위치와, 아크 접점들이 서로 접촉하는 회로 차단기의 폐쇄 위치 사이에서 서로에 대해 축방향으로 이동 가능한 것인, 적어도 2 개의 아크 접점,
- 전기 아크-블라스트 노즐, 및
- 회로 차단기의 폐쇄 위치로부터 개방 위치로의 아크 접점의 이동 동안에 형성될 가능성이 있는 전기 아크를 차단하기 위해 노즐의 중간 부분의 축방향 통로를 통해 유동하는 아크-제어 가스.
본 발명에 따르면, 그러한 회로 차단기의 전기 아크를 취출하기 위한 노즐은 상기에서 한정된 바와 같으며, 즉, 이러한 노즐의 2 개의 단부 부분과 함께 중간 부분은 동일한 유전체 재료로 제조되고, 그러한 유전체 재료는 플루오로카본 중합체 매트릭스, 적어도 하나의 무기 필러, 및 액체 헵타플루오로-이소-부티로니트릴의 마이크로캡슐을 포함하는 조성물로부터 얻어진다.
본 발명의 회로 차단기의 일부로서 아크-블라스트 노즐에 대한 전술한 유리한 특성은 당연히 단독으로 또는 조합하여 취해질 수 있다.
아크-블라스트 노즐의 중간 부분 및 2 개의 단부 부분에 대한 특정 유전체 재료의 선택은, 특히 본 발명의 회로 차단기에서 구현된 아크-제어 가스가 희석 가스와의 혼합물에 헵타플루오로-이소-부티로니트릴을 포함하는 경우, 본 발명의 회로 차단기의 전기적 내구성에 있어서의 현저한 개선을 얻는 것을 가능하게 한다.
유리하게는, 상기 희석 가스는 이산화탄소, 질소, 산소, 공기 및 이들의 임의의 혼합물로부터 선택된다.
특히, 이러한 아크-제어 가스는 본 발명에 한정된 바와 같은 아크-제어 가스 g3, 즉 2 몰%(몰 백분율) 내지 15 몰%의 헵타플루오로-이소 부티로니트릴, 60 몰% 내지 98 몰%의 이산화탄소 및 0 내지 25 몰%의 산소의 혼합물일 수 있다. 보다 상세하게는, 참고문헌 [1] 또는 [2]에 개시된 임의의 혼합물은 본 발명의 중전압 또는 고전압 회로 차단기에서 아크-제어 가스로서 사용될 수 있다.
본 발명은 또한 사용 시에 중전압 또는 고전압 회로 차단기의 아크-제어 가스 내로 헵타플루오로-이소-부티로니트릴을 방출하기 위한 방법에 관한 것으로서, 상기 아크-제어 가스는 희석 가스와의 혼합물에 헵타플루오로-이소-부티로니트릴을 포함하며,
상기 방법은 상기 중전압 또는 고전압 회로 차단기 내부에, 플루오로 중합체 매트릭스, 적어도 하나의 무기 필러, 및 액체 헵타플루오로-이소-부티로니트릴의 마이크로캡슐을 포함하는 조성물로부터 얻어진 유전체 재료에 의해 형성된 코팅을 구현하는 것으로 이루어진다.
본 발명의 다른 이점 및 특징은 본 발명에 따른 아크-블라스트 노즐 구조와 관련된 하기의 상세한 설명을 숙독할 때 나타난다.
특히 첨부된 도 1 내지 도 3을 참조하는 이러한 상세한 설명은 예시로서 제공되고, 결코 본 발명의 주제에 대한 제한을 구성하지 않는다.
도 1은 본 발명의 전기 아크-블라스트 노즐을 포함하는 회로 차단기의 종단면의 부분적인 개략도이다.
도 2는 외피가 제공되는 본 발명의 전기 아크-블라스트 노즐을 포함하는 회로 차단기의 종단면의 부분적인 개략도이다.
도 1 및 도 2에서 공유되는 요소는 동일한 참조 번호로 식별되는 것으로 기술된다.
도 3은 본 발명에서 구현된 노즐 재료(도 3a)와, 노즐 재료의 아크와의 상호 작용 및 증발 프로세스(도 3b)를 나타낸다.
도 2는 외피가 제공되는 본 발명의 전기 아크-블라스트 노즐을 포함하는 회로 차단기의 종단면의 부분적인 개략도이다.
도 1 및 도 2에서 공유되는 요소는 동일한 참조 번호로 식별되는 것으로 기술된다.
도 3은 본 발명에서 구현된 노즐 재료(도 3a)와, 노즐 재료의 아크와의 상호 작용 및 증발 프로세스(도 3b)를 나타낸다.
도 1은 회로 차단기 부분을 도시한다. 회로 차단기는,
- 적어도 2 개의 아크 접점(1 및 3)으로서, 아크 접점(1 및 3)들이 서로 분리되는 회로 차단기의 개방 위치와, 아크 접점(1 및 3)들이 서로 접촉하는 회로 차단기의 폐쇄 위치 사이에서 축(A)을 따라 서로에 대해 축방향으로 이동 가능한 것인, 적어도 2 개의 아크 접점(1 및 3); 및
- 본 발명에 따른 아크-블라스트 노즐(5)
을 포함한다.
이러한 노즐(5)은 스로트-형성 중간 부분(7), 상류에 배치된 단부 부분(9) 및 하류에 배치된 단부 부분(11)을 포함하며, 단부 부분(9 및 11)의 상류 및 하류 배치는 아크-제어 가스의 유동 방향에 대한 것이다. 이러한 2 개의 단부 부분(9 및 11)은 중간 부분(7)의 양측에서 연장된다. 이러한 부분(7, 9 및 11)은 축에 대해 원형으로 대칭이다.
중간 부분(7)은 축방향 아크-제어 통로(13)를 내부에 한정하고, 상기 축방향 통로(13)는 입구(13a) 및 출구(13b)를 갖는다. 이러한 중간 부분(7)은 축방향 통로(13)의 내부 단면적이 단부 부분(9 및 11) 각각의 내부 단면적보다 작기 때문에, 스로트-형성 중간 부분(7)으로 지칭된다.
단부 부분(9 및 11)은 각각 아크 접점(1 및 3)을 수용하여 둘러싸고 있다.
상류에 배치된 단부 부분(9)은 상류에 위치되고 전기 아크를 블라스팅하도록 의도된 아크-제어 가스를 채널링하는 것을 가능하게 하는 반면, 하류에 배치된 단부 부분(11)은 블라스팅되고 하류에 위치된 가스를 배출 및 확산시키는 기능을 가지며, 여기서 상류 및 하류는 아크-제어 가스의 유동 방향에 대해 한정된 것이다.
단부 부분(9)은 또한 아크 접점(1)을 둘러싸는 캡(10)을 포함할 수 있다.
도 1에서, 아크 접점(1 및 3)은 서로 분리되어 있으며, 따라서 회로 차단기의 개방 위치에 대응한다.
회로 차단기의 폐쇄 위치에서, 아크 접점(1 및 3)이 서로 접촉할 때, 아크 접점(3)은 중간 부분(7)의 축방향 통로(13)를 부분적으로 폐쇄한다.
아크 접점(1)과 단부 부분(9)의 벽 사이에는, 아크-제어 가스를 전달하기 위한 전달 채널(15)이 배치되어, 회로 차단기의 폐쇄 위치로부터 개방 위치로의 아크 접점(1 및 3)의 이동 동안에 형성될 가능성이 있는 전기 아크를 소멸시키도록, 가스가 중간 부분(7)의 축방향 통로(13)에서 그 입구(13a)로부터 출구(13b)에 도달할 때까지 유동할 수 있게 한다.
단부 부분(11)은 중간 부분(7)으로 연장되고 축방향 통로(13)의 출구(13b)와 대면하여 위치된 절두원추형 부분(11a)을 포함하고, 이러한 절두원추형 부분(11a)에는 원통형 부분(11b)이 이어진다.
캡(10) 및 단부 부분(9, 11)과 함께 스로트-형성 중간 부분(7)은 동일한 유전체 재료로 제조된다. 그러한 유전체 재료는 플루오로카본 중합체 매트릭스, 적어도 하나의 무기 필러, 및 액체 헵타플루오로-이소-부티로니트릴의 마이크로캡슐을 포함하는 특정 조성물로부터 얻어진다.
도 2는 도 1에 도시된 유형인 본 발명의 노즐(17)을 도시하며, 이 노즐(17)은 2 개의 단부 부분(9 및 11) 각각의 외부면 및 스로트-형성 중간 부분(7)의 외부면 상에 배치된 외피(19)를 더 포함한다.
시트(19)는 또한 양호한 기계적 특성 및 양호한 고온 거동을 나타내는 제2 유전체 재료로 형성된다. 전형적으로, 이러한 제2 유전체 재료는 PTFE 매트릭스와 같은 중합체 매트릭스를 갖는 제2 조성물로부터 얻어지며, 하나 이상의 무기 필러를 포함할 수 있다.
시트(19)를 구성하는 제2 유전체 재료를 얻기 위해 구상하기에 적합한 이러한 제2 조성물의 상이한 변형예에 대한 추가 세부사항에 대해서는 [발명의 내용] 부분이 참조될 수 있다.
이미 나타낸 바와 같이, 캡(10) 및 단부 부분(9 및 11)과 함께 스로트-형성 중간 부분(7)은 동일한 유전체 재료로 제조된다. 그러한 유전체 재료는 플루오로카본 중합체 매트릭스, 적어도 하나의 무기 필러, 및 액체 헵타플루오로-이소-부티로니트릴의 마이크로캡슐을 포함하는 특정 조성물로부터 얻어진다. 특정 실시예에서, 이러한 재료는 플루오로카본 중합체 매트릭스, 적어도 하나의 무기 필러, 및 액체 헵타플루오로-이소-부티로니트릴의 마이크로캡슐로 구성된 조성물로부터 얻어진다. 그러한 재료는 도 3a에 나타나 있으며, A는 PTFE와 같은 플루오로카본 중합체 매트릭스를 나타내고, B는 무기 필러를 나타내며, C는 액체 헵타플루오로-이소-부티로니트릴의 마이크로캡슐을 나타낸다.
노즐(5)의 중간 부분(7) 및 단부 부분(9 및 11)을 구성하는 유전체 재료를 얻기 위해 구상하기에 적합한 이러한 특정 조성물의 상이한 변형예에 대한 추가 세부사항에 대해서는 [발명의 내용] 부분이 참조될 수 있다.
아크의 경우에, 방사선은 도 1 및 도 2의 부분(11a 및 11b)이 속하는 노즐의 내부면의 용삭을 발생시킨다. 아크의 방사선은 승화 및 헵타플루오로-이소-부티로니트릴 증발에 의해 PTFE 증기와 같은 플루오로카본 중합체 증기를 생성할 것이다(도 3b 참조). 아크-제어 가스가 CO2 및 헵타플루오로-이소-부티로니트릴을 포함하는 경우, 이러한 증발은 헵타플루오로-이소-부티로니트릴의 국부적인 소스로서 작용하고, 기상으로의 헵타플루오로-이소-부티로니트릴 함량을 일정하게 유지하는 것을 도우며, 따라서 아크 차단 및 절연을 위한 차단기의 장기적인 안정성에 기여한다.
참고문헌
[1] 국제 출원 WO 2014/037566
[2] 국제 출원 WO 2015/040069
Claims (13)
- 중전압 또는 고전압 회로 차단기로서,
적어도 2 개의 아크 접점(1 및 3)으로서, 상기 아크 접점(1 및 3)들이 서로 분리되는 상기 회로 차단기의 개방 위치와, 상기 아크 접점(1 및 3)들이 서로 접촉하는 상기 회로 차단기의 폐쇄 위치 사이에서 서로에 대해 축방향으로 이동 가능한 것인, 적어도 2 개의 아크 접점(1 및 3);
상기 회로 차단기를 위한 전기 아크-블라스트 노즐(5, 17)로서,
- 전기 아크를 차단하기 위한 축방향 통로(13)를 내부에 한정하는 스로트를 형성하는 중간 부분(7), 및
- 상기 중간 부분(7)의 양측에서 연장되고, 각각의 아크 접점(1 및 3)을 수용하도록 설계된 2 개의 단부 부분(9, 11)으로서, 상기 폐쇄 위치에서 상기 아크 접점들 중 어느 하나의 아크 접점(3)이 상기 중간 부분(7)의 축방향 통로(13)를 부분적으로 폐쇄하는 것인, 2 개의 단부 부분(9, 11)
을 포함하고,
상기 2 개의 단부 부분(9, 11)과 함께 상기 중간 부분(7)은 동일한 유전체 재료로 제조되며, 상기 유전체 재료는 플루오로카본 중합체 매트릭스, 적어도 하나의 무기 필러, 및 액체 헵타플루오로-이소-부티로니트릴의 마이크로캡슐을 포함하는 조성물로부터 얻어지는 것인, 전기 아크-블라스트 노즐(5, 17); 및
상기 회로 차단기의 폐쇄 위치로부터 개방 위치로의 상기 아크 접점(1 및 3)의 이동 동안에 형성될 가능성이 있는 전기 아크를 차단하기 위하여, 상기 노즐(5, 17)의 중간 부분(7)의 축방향 통로(13)를 통해 유동하는 아크-제어 가스
를 포함하고,
상기 아크-제어 가스는 희석 가스와 헵타플루오로-이소-부티로니트릴의 혼합물을 포함하는 것인, 중전압 또는 고전압 회로 차단기. - 제1항에 있어서, 상기 조성물은 플루오로카본 중합체 매트릭스, 하나 이상의 무기 필러(들), 및 액체 헵타플루오로-이소-부티로니트릴의 마이크로캡슐로 구성되는 것인, 중전압 또는 고전압 회로 차단기.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 액체 헵타플루오로-이소-부티로니트릴의 마이크로캡슐의 중량비는 상기 조성물의 총 중량에 대해 0.1% 내지 30% 범위에 있는 것인, 중전압 또는 고전압 회로 차단기.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 무기 필러(들)는 산화물, 플루오르화물, 황화물, 흑연, 운모, 유리, 세라믹 및 이들의 혼합물로 구성된 그룹으로부터 선택되는 것인, 중전압 또는 고전압 회로 차단기.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 무기 필러(들)의 중량비는 상기 조성물의 총 중량에 대해 0.1% 내지 30% 범위에 있는 것인, 중전압 또는 고전압 회로 차단기.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 조성물의 플루오로카본 중합체는 폴리테트라플루오로에틸렌, 퍼플루오로알콕시, 플루오르화 에틸렌 프로필렌, 비닐리덴 폴리플루오라이드, 및 에틸렌과 테트라플루오로에틸렌의 공중합체로 구성된 그룹으로부터 선택되며, 바람직하게는 폴리테트라플루오로에틸렌인 것인, 중전압 또는 고전압 회로 차단기.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 2 개의 단부 부분(9, 11) 각각의 외부면 및 상기 스로트를 형성하는 중간 부분(7)의 외부면 상에 배치된 외피(19)를 더 포함하는 중전압 또는 고전압 회로 차단기.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 아크 접점(1 및 3) 모두가 이동 가능한 것인, 중전압 또는 고전압 회로 차단기.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 아크 접점(1)을 둘러싸는 캡(10)을 더 포함하며, 이러한 캡(10)은 바람직하게는 상기 중간 부분(7) 및 상기 2 개의 단부 부분(9, 11)의 유전체 재료와 동일한 유전체 재료로 제조되는 것인, 중전압 또는 고전압 회로 차단기.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 아크-제어 가스는 2 몰%(몰 백분율) 내지 15 몰%의 헵타플루오로-이소-부티로니트릴, 60 몰% 내지 98 몰%의 이산화탄소 및 0 내지 25 몰%의 산소의 혼합물인 것인, 중전압 또는 고전압 회로 차단기.
- 사용 시에 중전압 또는 고전압 회로 차단기의 아크-제어 가스 내로 헵타플루오로-이소-부티로니트릴을 방출하기 위한 방법으로서,
상기 아크-제어 가스는 희석 가스와 헵타플루오로-이소-부티로니트릴의 혼합물을 포함하며,
상기 방법은, 상기 중전압 또는 고전압 회로 차단기 내부에, 플루오로 중합체 매트릭스, 적어도 하나의 무기 필러, 및 액체 헵타플루오로-이소-부티로니트릴의 마이크로캡슐을 포함하는 조성물로부터 얻어진 유전체 재료에 의해 형성된 코팅을 구현하는 것을 포함하는 것인 방법. - 삭제
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant |