KR102645464B1 - 중앙 플랜지 축방향 위치로부터 멀어지게 접촉 갭을 이동시킴에 의한 Cu-Cr 부양식 중앙 실드 구성요소의 벽 두께 최대화 - Google Patents
중앙 플랜지 축방향 위치로부터 멀어지게 접촉 갭을 이동시킴에 의한 Cu-Cr 부양식 중앙 실드 구성요소의 벽 두께 최대화 Download PDFInfo
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Abstract
개시된 개념은, 추가적인 소수 합금 원소 또는 원소들과 함께 또는 없이 구리(Cu)와 크롬(Cr)의 합금으로 만들어지는 전기 부양식의(electrically floating) 아크-내구성 실드 구성요소, 및 진공 엔벨로프 내에 위치되는 접촉 조립체를 갖는 진공 단속기에 관한 것이다. 개방 위치에서, 접촉 조립체는 이들 사이에 형성되는 접촉 갭을 포함한다. 본 발명에 따르면, 접촉 조립체는, 접촉 갭의 축선방향 위치가 최대 두께 및 외측 직경을 갖는 Cu-Cr 합금계 중앙 실드 구성요소의 벽의 부분과 정렬되도록 축선방향으로 위치된다.
Description
관련 출원에 대한 상호 참조
이 출원은 2015년 11월 20일 출원된 미국 특허 출원 일련 번호 14/946,941로부터 우선권을 청구하고 이의 이익을 청구하며, 이는 참조에 의해서 여기에 포함된다.
개시된 개념은 전반적으로 진공 회로 차단기 및 다른 타입의 진공 계폐장치 및 관련된 구성요소, 예를 들어 진공 단속기 및 실드 벽에 관한 것이다. 특히, 개시된 개념은, 구리-크롬 합금계 재료로 구성되는 부양식 중앙 실드 구성요소를 채용하는 진공 단속기의 진공 엔벨로프에 위치되는 한 쌍의 분리가능한 접촉 조립체를 조립체의 대향하는 접촉 표면 사이의 접촉 갭이 최대 두께 및 외측 직경을 갖는 실드 벽의 부분과 정렬되도록, 축선방향으로 위치결정하는 것과 관련된다.
진공 단속기는 전형적으로 고전압 AC 전류를 차단하기 위해서 사용된다. 단속기는 대향하는 접촉 표면을 갖는 동축방향으로 정렬된 분리가능한 한 쌍의 접촉 조립체를 둘러싸는 대략적인 원통형 진공 엔벨로프를 포함한다. 접촉 표면은 폐회로 위치에서 서로 인접되고, 회로를 개방하도록 분리된다. 각 전극 조립체는 진공 엔벨로프 외부로 연장되고 외부 회로에 연결되는 통전 단자 포스트(current carrying terminal post)에 연결된다.
아크는 전형적으로 접촉부가 개회로 위치로 멀어질 때 접촉 표면 사이에서 형성된다. 아크방전은 전류가 차단될 때까지 계속된다. 아크에 의해서 증기화되는 접촉부로부터의 금속은 아크방전 동안 중성 플라즈마를 형성하고, 접촉부 상에 그리고 또한 접촉부 조립체와 진공 엔벨로프 사이에 놓인 증기 실드(vapor shield) 상에 역으로 응축된다.
단속기의 진공 엔벨로프는 전형적으로 금속 단부 캡 또는 시일이 각 단부를 덮은 세라믹 튜브형 절연 케이싱을 포함한다. 진공 단속기의 전극은 단부 캡을 통해서 진공 엔벨로프 안으로 연장된다.
진공 단속기는 진공-타입 개폐장치의 중요한 구성요소이다. 횡방향 자기장 접촉부를 사용하는 진공-타입 회로 차단기를 위한 단속기가 접촉부 상의 아크의 버닝(burning)의 금속 산물로 코팅되는 것으로부터 튜브형 절연 케이싱의 내측 벽을 보호하는 튜브형 중앙 실드를 포함하는 것은 전형적이다. 튜브형 중앙 실드는 진공 단속기의 금속 구조물의 어느 일 단부에 전기적으로 연결되고 장착될 수 있다; 이 경우에 중앙 실드는 고정되었다고 한다. 대안적으로, 중앙 실드는 튜브형 절연 케이싱에 중앙 플랜지를 거쳐서 장착되고 진공 단속기의 금속 단부의 어느 하나로부터 전기적으로 절연된다; 이 구조에서, 중앙 실드는 부양식이라고 불린다. 중앙 실드는 복수의 구성요소의 조립체일 수 있다. 예를 들어, 미국 특허 4,020,304는 구리로 만들어진 중앙 부분 및 스테인레스 스틸로 만들어진 2개의 단부 부분으로 구성되는 중앙 실드 조립체를 규정한다.
미국 특허 4,553,007에 규정되는 바와 같이, 튜브형 중앙 실드의 아크방전 부분, 즉 접촉 갭(contact gap)을 둘러싸는 중앙 실드의 부분이 분리가능한 금속 전기 접촉부와 동일한 2개의 금속 성분(모든 실제적 목적을 위해서 구리 및 크롬)으로 구성되는 재료로 만들어지는 것이 유리하다. 구리-크롬 합금 재료로 만들어지는 아크방전 부분을 갖는 중앙 실드의 채용은 접촉부에 대한 실드의 밀접한 근위성을 허여하며, 따라서 실드는 2개의 분리되는 접촉부 사이에서 버닝 아크의 실드에 대한 비의도된 외측으로의 휨(bowing out)뿐만 아니라, 또한 고전류를 차단하기 위해서 요구되는 아크방전 듀티(arcing duty)의 의도된 참여 및 공유를 견딜 수 있다. 이 이유 때문에, 구리-크롬(Cu-Cr) 합금계 재료로 만들어지는 아크방전 부분을 갖는 중앙 실드가 최고 고장 전류 등급을 위한 진공 단속기, 특히 횡방향 또는 반경방향 자기장 타입의 것에서 종종 사용된다.
도 1은 종래 기술에 따른 진공 단속기(10)의 단면도이며, 이 단속기는 아크-내구성 Cu-Cr 합금계 재료로 만들어지는 중앙 실드 구성요소(24)를 채용한다. 도 1은, 단부 시일(51 및 52)과 조합하여 진공 엔벨로프(50)를 형성하는 2개의 원통형 피스(piece)로 구성되는 원통형 절연 튜브(12)를 도시한다. 중앙 실드 구성요소(24)는 전형적으로 브레이징 접합되는 중앙 플랜지(25)에 의해서 절연 튜브(12)에 고정된다. 중앙 실드 구성요소(24)는 제1 전극 조립체(20) 및 제2 전극 조립체(22)를 둘러싸 금속 증기가 절연 튜브(12) 상에 수집되는 것을 방지하고, 아크가 절연 튜브(12)를 히팅(hitting)하는 것을 방지한다. 절연 튜브(12)는 바람직하게는 알루미나, 지르코니아, 또는 다른 옥사이드 세라믹과 같은 세라믹 재료로 만들어지나, 또한 유리일 수도 있다. Cu-Cr 합금계 중앙 실드 구성요소(24)는 중앙 실드 조립체의 중간 부분이며, 이 실드 조립체는 또한 대향하는 금속 단부 구성요소(13, 15)를 포함한다. 중첩부(37, 38)는 단부 구성요소(13, 15)의 금속 부분 각각이 Cu-Cr 합금계 중앙 실드 구성요소(24)의 일부분을 중첩함으로써 형성된다. 제1 및 제2 전극 조립체(20 및 22) 각각은 진공 엔벨로프(50) 내에 축선방향으로 정렬된다. 제1 전극 조립체(20)는 벨로스(28), 벨로스 실드(48), 제1 전극 접촉부(30), 제1 단자 포스트(31), 및 제1 증기 실드(32)를 포함한다. 제2 전극 조립체(22)는 제2 전극 접촉부(34), 제2 단자 포스트(35), 제2 증기 실드(36), 및 단부 실드(58)를 포함한다. 도 1에 도시되는 진공 엔벨로프(50)가 진공 단속기(10)의 일부이나, 용어 "진공 엔벨로프"는 여기서 사용될 때 실질적으로 기밀 인클로져를 형성하는 세라믹 대 금속 시일을 갖는 임의의 시일링된 구성요소를 포함하도록 의도된다. 이러한 시일링된 인클로져는 동작 중에 감압, 대기압 또는 가압으로 유지될 수도 있다.
제1 및 제2 전극 조립체(20 및 22) 각각은 AC 회로를 열고 닫기 위해서 서로에 대해서 축선방향으로 이동가능하다. 제1 전극 조립체(20) 상에 장착된 벨로스(28)는 절연 튜브(12) 및 단부 시일(51 및 52)에 의해서 형성되는 진공 엔벨로프(50)의 내부를 시일하는 한편, (도 1에 도시되는 바와 같이) 폐쇄 위치로부터 개방 회로 위치로의 제1 전극 조립체(20)의 이동을 허여한다. 제1 전극 접촉부(30)는, 단부 시일(51)의 홀을 통해서 진공 엔벨로프(50) 외부로 연장되는 대략적으로 둥근 제1 단자 포스트(31)에 연결된다. 제1 증기 실드(32) 및 벨로스 실드(48)는 금속 증기를 벨로스(28) 및 절연 튜브(12)로부터 차단하기 위해서 제1 단자 포스트(31)에 장착된다. 유사하게, 제2 전극 접촉부(34)는 단부 시일(52)을 통해서 연장되는 대체로 둥근 제2 단자 포스트(35)에 연결된다. 제2 증기 실드(36) 및 단부 실드(58)는 제2 단자 포스트(35) 상에 장착되어 절연 튜브(12)를 금속 증기로부터 보호한다. 제2 단자 포스트(35)는 수단, 예를 들어, 그러나 이에 한정되지 않는 용접 또는 브레이징에 의해서 단부 시일(52)에 견고히 그리고 기밀하게 시일된다. 중앙 실드 구성요소(24)는 제1 또는 제2 전극 조립체(20 및 22) 중 하나에 전기적으로 연결되지 않고, 따라서 이로부터 전기적으로 부양(floating)된다.
도 1a는, 제1 및 제2 전극 조립체(20, 22) 각각의 제1 및 제2 전극 접촉부(30, 34)의 표면 사이에 축선방향 접촉 갭(14)이 형성된 채로, 진공 단속기(10)가 개방된 위치에 있을 때 진공 단속기(10) 및, 도 1에서 도시되는 대향하는 금속 단부 구성요소(13, 15) 및 아크-내구성 Cu-Cr 합금계 중앙 실드 구성요소(24)로 구성되는 중앙 실드 조립체의 상세도이다. 도 1a에 도시되는 바와 같이, 절연 튜브(12)의 내측 직경(23) 및 중앙 실드 구성요소(24)의 외측 직경 사이에 비어있는 미사용 공간(26)이 위치되고, 따라서 중앙 실드 구성요소(24)의 벽 두께가 최대화되지 않는다. 결과적으로, 비대칭 전류의 경우와 같이, 고전류 또는 긴 아크방전 동안의 많은 횟수의 숏(shot)의 단속 듀티(interruption duty)를 겪을 때, 중앙 실드 벽은 쉽게 용락된다(burned through).
일반적으로, 전기적으로 부양된 중앙 실드 조립체는, 진공 단속기 엔벨로프의 절연 세라믹 케이싱과 브레이징-접합되거나 또는 이와 달리 고정적으로 위치되는 것이 더욱 가능한 중앙 플랜지를 거쳐서 진공 단속기 엔벨로프에 고정된다. 원통형 중앙 실드 조립체는 링-형상 플랜지 개구 안으로 미끄러져 들어간다. 중앙 실드 구성요소의 최대 외측 직경(OD)은 따라서 중앙 플랜지의 내측 직경(ID)에 의해서 한정된다. 중앙 실드 구성요소의 최대 OD는 전형적으로 중앙 플랜지의 ID의 최소 값보다 -압입을 위해서- 수천 인치(inch) 이하로 더 크다. 이것은, 다시 중앙 실드 구성요소의 내부에 끼워질 수 있는 접촉부의 최대 직경을 한정한다. 접촉부의 직경이 증가함에 따라, 고진폭의 많은 고장 전류 때문에 실드 벽을 용락할 더 큰 위험이 존재한다.
중앙 실드 구성요소의 최대 OD가 중앙 플랜지(예를 들어, 특정 실시형태에서 스냅-링)의 개구의 ID보다 더 큰 Cu-Cr 합금계 중앙 실드 구성 및 진공 단속기가 알려져 있다. 그러나, 접촉 갭이 중앙 실드 벽의 가장 두꺼운 부분과 완전히 정렬되지 않아, Cu-Cr 실드 벽의 더 두꺼운 부분이 아크 부식을 견디는 중앙 실드 구성요소의 능력을 최대화하도록 채용되지 않는다. 대신, 중앙 실드 벽의 가장 두꺼운 부분은 중앙 플랜지에 상대적으로 무거운 중앙 실드를 고정시키기에 충분히 큰 단차부를 생성하는 목적을 위해서 사용된다.
도 2는 종래 기술에 따른 진공 단속기(10')의 단면도이다. 도 2는 도 1에 도시되는 바와 같이, 절연 튜브(12)와 단부 시일(51 및 52)로 구성되는 진공 엔벨로프(50), 아크-내구성 Cu-Cr 합금계 중앙 실드 구성요소(24) 및 대향하는 금속 단부 구성요소(13, 15)(이들은 중앙 실드 조립체를 형성한다), 중첩부(37 및 38), 제1 전극 조립체(20), 제2 전극 조립체(22), 벨로스(28), 벨로스 실드(48), 제1 전극 접촉부(30), 제1 단자 포스트(31), 제1 증기 실드(32), 제2 전극 접촉부(34), 제2 단자 포스트(35), 제2 증기 실드(36), 및 단부 실드(58)를 포함한다. 또한, 진공 단속기(10')는, 아크-내구성 Cu-Cr 합금계 중앙 실드 구성요소를 절연 튜브(12)에 고정시키기 위해서 사용되는 스냅-링(25A)의 형태의 중앙 플랜지를 (도 2a에 도시되는 바와 같이) 또한 포함한다.
도 2a는, 접촉 갭(14)이 제1 및 제2 전극 조립체(20, 22) 사이에 형성된 채로 진공 단속기(10')가 개방 위치에 있을 때, 도 2에 도시되는 바와 같은 진공 단속기(10')의 상세도이다. 도 2a에 도시되는 바와 같이, 중앙 실드 구성요소(24)의 외측 직경(27)과 절연 튜브(12)의 내측 직경(23) 사이에 (도 1a에 도시되는 바와 같은) 비어있는 미사용 공간(26)이 없다. 도 1a와 대조적으로, 도 2a는 실드 벽(29)의 일 부분이 최대 두께를 갖는 점을 도시한다. 실드 벽(29)의 이 부분은 스냅-링 플랜지(25A)를 고정시키기 위한 기하학적 단차부로서 생성된다. 접촉 갭(14)은, 최대 두께 및 외측 직경을 갖는 실드 벽(29)과 완전히 정렬되도록 위치되지 않는다. 결과적으로, 비대칭 전류의 경우와 같이, 고전류 또는 긴 아크방전 동안의 많은 횟수의 숏의 단속 듀티를 겪을 때, 중앙 실드 벽은 벽 두께가 최대화되지 않은 지점에서 쉽게 용락된다.
도 3은 종래 기술에 따른 다른 진공 단속기(10'')의 단면도이다. 도 3은, 도 1 및 도 2에 도시되는 바와 같이, 절연 튜브(12)와 단부 시일(51 및 52)로 구성되는 진공 엔벨로프(50), 제1 전극 조립체(20), 제2 전극 조립체(22), 벨로스(28), 벨로스 실드(48), 제1 전극 접촉부(30), 제1 단자 포스트(31), 제2 전극 접촉부(34), 및 제2 단자 포스트(35)를 포함한다. 도 3에 도시되는 바와 같이, 진공 단속기(10'')는 중앙 실드 구성요소(24A)를 포함하며, 이 구성요소는 내측(ID) 벽 상의 레지(ledge)를 거쳐서 절연 바디(12)에 고정된다. 이러한 장착 메커니즘을 위해서 필요한 중앙 실드 구성요소(24A)의 약간 복잡한 형상은, 실드 구성요소가 아크-내구성 Cu-Cr 합금계 재료가 아닌 재료로 만들어질 것을 요구한다. 예를 들어, 중앙 실드 구성요소(24A)는, 아크-내구성 Cu-Cr 합금계 재료보다 더욱 성형가능한 재료, 예를 들어, 그러나 이에 한정되지 않는, 순수 구리 또는 스테인레스 스틸로 구성될 수 있다.
도 3a는, 접촉 갭(14)이 제1 및 제2 전극 조립체(20, 22) 사이에 형성된 채로 진공 단속기(10'')가 개방 위치에 있을 때, 도 3에 도시되는 바와 같은 진공 단속기(10'') 및 비-아크-내구성(non-arc-enduring)(예를 들어, 비-Cu-Cr 합금계) 중앙 실드 구성요소(24A)의 상세도이다. 진공 엔벨로프(50)에 중앙 실드 구성요소(24A)를 고정시키기 위한 메커니즘은 균일한 두께를 갖는 실드 벽(40)으로 귀결되며, 예를 들어, 도 1a 및 도 2a에 도시되는 바와 같이, (Cu-Cr 합금계 중앙 실드 구성요소의) 비-금속 단부에 금속 단부를 결합하는 중첩 개소가 없다. 즉, (도 1a 및 도 2a에 도시되는 바와 같은) 중첩부(37, 38)가 없으며, 이 중첩부 각각은 Cu-Cr 합금계 중앙 실드 벽과 중첩된다. 따라서, 도 3a에 도시되는 바와 같이, 실드 벽의 일 부분이 실드 벽의 다른 부분보다 더 큰 두께를 가질 수 있게끔 하는 두께의 변화가 없다. 비-아크-내구성 재료로 만들어지는 이러한 실드는 단지 절연 튜브(12)를 실드하는 목적만에 기능하고, 아크방전 튜티에 능동적으로 참여하지 않는다. 개방 접촉부 사이에서 아크방전에 의해서 우연히 히팅될 때, 이러한 실드는, 구리 실드의 경우, 과도하게 용융되거나, 또는 스테인레스 스틸 실드의 경우에서와 같이 유전적으로 해로운 뾰족한 특징부로 재-고화된다. 결과로서, 이들은 접촉 갭으로부터 (상대적으로 더 멀리) 상당한 거리에 놓여야 한다. 달리 말해서, 단지 상대적으로 작은 직경의 접촉부가 임의의 주어진 직경의 중앙 실드에 대해서 채용될 수 있다.
추가적인 소수의 합금 원소 또는 원소들을 갖거나 또는 이들 없이 Cu-Cr 합금계 재료로 구성되는 중앙 실드 구성요소를 채용하는 진공 단속기의 구성 및 제조의 향상을 위한 여지가 있다. Cu-Cr 합금계 재료로 구성되는 부양식 중앙 실드를 채용하는 진공 단속기를 개발하는 것이 개시된 개념의 목적이며, 접촉 조립체는, 접촉 갭의 축선방향 위치가 최대 두께를 갖는 중앙 실드 구성요소의 벽의 부분과 일치되게끔 진공 엔벨로프 내에 축선방향으로 위치된다.
이러한 필요성 및 다른 필요성은, 아크-내구성 Cu-Cr 합금계 중앙 실드 구성요소(이 조성으로 구성됨)를 제공하는 개시된 개념의 실시형태에 의해서 만족된다.
일 양태에서, 개시된 개념은, 진공 단속기로서, 내측 직경을 갖는 절연 튜브, 상기 절연 튜브에 의해서 형성되는 진공 엔벨로프, Cu-Cr 합금계 재료로 구성되고 실드 벽 및 외측 직경을 갖고, 상기 진공 엔벨로프 내에 위치되는 아크-내구성 중앙 실드 구성요소, 상기 절연 튜브에 상기 중앙 실드 구성요소를 고정시키는 중앙 플랜지, 제1 접촉 조립체, 제2 접촉 조립체, 및 상기 조립체들이 개방 위치에 있을 때 상기 제1 접촉 조립체와 상기 제2 접촉 조립체 사이에 형성되는 접촉 갭을 포함하는, 진공 단속기를 제공한다. 상기 제1 및 제2 접촉 조립체는 상기 접촉 갭이 최대 두께 및 외측 직경을 갖는 상기 실드 벽의 부분과 전체로서 정렬되록 위치된다.
상기 실드 벽의 상기 부분은 상기 절연 튜브의 내측 직경에 또는 이 근처에 연장되는 외측 직경을 가질 수 있다. 상기 접촉 갭은 상기 중앙 플랜지가 부착되는 상기 실드 벽의 부분으로부터 떨어져 위치되는 상기 실드의 상기 부분과 정렬될 수 있다. 상기 접촉 갭은 상기 중앙 플랜지가 부착되는 상기 실드 벽의 상기 부분 위에 위치되는 상기 실드 벽의 상기 부분과 정렬될 수 있다. 상기 접촉 갭은 상기 중앙 플랜지가 부착되는 상기 실드 벽의 상기 부분 아래에 위치되는 상기 실드 벽의 상기 부분과 정렬될 수 있다.
어떤 실시형태에서, 상기 중앙 플랜지는 그 안에 형성되는 링-형상 개구를 갖는다. 아크-내구성 Cu-Cr 합금계 중앙 실드 구성요소의 실드 벽의 상기 부분의 외측 직경은 플랜지의 개구의 내측 직경보다 더 클 수 있다.
절연 튜브는 세라믹으로 구성될 수 있다. 중앙 실드 구성요소는 여기에 연결되는 금속으로 구성되는 대향하는 단부를 가질 수 있다. 접촉 갭은 축선방향 위치를 가질 수 있고 중앙 플랜지는 축선방향 위치를 가질 수 있고, 그리고 접촉 갭의 축선방향 위치는 중앙 플랜지의 축선방향 위치 위에 또는 아래에 위치될 수 있다.
개시된 개념의 완전한 이해는, 바람직한 실시형태의 다음 설명이 수반되는 도면과 함께 읽힐 때 이로부터 얻어질 수 있으며 수반되는 도면에서:
도 1은 종래 기술에 따른 진공 단속기 및 아크-내구성 Cu-Cr 합금계 중앙 실드 구성요소의 단면도이고;
도 1a는 종래 기술에 따른 접촉 갭 부분의 도 1의 상세도이고;
도 2는 종래 기술에 따른 진공 단속기 및 아크-내구성 Cu-Cr 합금계 중앙 실드 구성요소의 단면도이고;
도 2a는 종래 기술에 따른 접촉 갭 부분의 도 2의 상세도이고;
도 3은 종래 기술에 따른 진공 단속기 및 비-아크-내구성 (즉, 비-Cu-Cr 합금계) 중앙 실드 구성요소의 단면도이고;
도 3a는 종래 기술에 따른 접촉 갭 부분의 도 3의 상세도이고;
도 4는 개시된 개념에 따른 진공 단속기 및 아크-내구성 Cu-Cr 합금계 중앙 실드 구성요소의 단면도이고;
도 4a는 개시된 개념에 따른 접촉 갭 부분의 도 4의 상세도이고;
도 5는 개시된 개념에 따른 진공 단속기 및 아크-내구성 Cu-Cr 합금계 중앙 실드 구성요소의 단면도이고; 그리고
도 5a는 개시된 개념에 따른 접촉 갭 부분의 도 5의 상세도이다.
도 1은 종래 기술에 따른 진공 단속기 및 아크-내구성 Cu-Cr 합금계 중앙 실드 구성요소의 단면도이고;
도 1a는 종래 기술에 따른 접촉 갭 부분의 도 1의 상세도이고;
도 2는 종래 기술에 따른 진공 단속기 및 아크-내구성 Cu-Cr 합금계 중앙 실드 구성요소의 단면도이고;
도 2a는 종래 기술에 따른 접촉 갭 부분의 도 2의 상세도이고;
도 3은 종래 기술에 따른 진공 단속기 및 비-아크-내구성 (즉, 비-Cu-Cr 합금계) 중앙 실드 구성요소의 단면도이고;
도 3a는 종래 기술에 따른 접촉 갭 부분의 도 3의 상세도이고;
도 4는 개시된 개념에 따른 진공 단속기 및 아크-내구성 Cu-Cr 합금계 중앙 실드 구성요소의 단면도이고;
도 4a는 개시된 개념에 따른 접촉 갭 부분의 도 4의 상세도이고;
도 5는 개시된 개념에 따른 진공 단속기 및 아크-내구성 Cu-Cr 합금계 중앙 실드 구성요소의 단면도이고; 그리고
도 5a는 개시된 개념에 따른 접촉 갭 부분의 도 5의 상세도이다.
개시된 개념은 진공 엔벨로프 내에 위치되는 부양식 중앙 실드 조립체 및 접촉 조립체를 채용하는 진공 단속기에 관한 것이다. 중앙 실드 조립체는 아크-내구성 Cu-Cr 합금계 재료로 구성되는 중앙 실드 구성요소 (또는 중간 부분), 및 금속으로 구성되는 대향하는 단부를 포함한다. 개방 위치에서, 접촉 조립체는 이들 사이에 형성되는 축선방향 접촉 갭을 포함한다. 본 발명에 따르면, 접촉 조립체는, 접촉 갭의 축선방향 위치가 최대 두께 및 외측 직경을 갖는 중앙 실드 구성요소의 벽의 부분과 정렬되도록 축선방향으로 위치된다. 어떤 실시형태에서, 접촉 조립체는, 접촉 갭 축선방향 위치가 중앙 플랜지 축선방향 위치의 외부 또는 이로부터 떨어져, 예를 들어, 위 또는 아래에 위치되도록 축선방향으로 위치된다. 이 실시형태에서, 접촉 갭은 최대 두께 및 외측 직경을 갖는 중앙 실드 구성요소의 벽의 일 부분과 정렬된다. 즉, 중앙 실드의 두께 및 외측 직경은 중앙 플랜지 또는 플랜지 개구의 직경에 의해서 한정되지 않는다.
접촉 조립체 사이의 접촉 갭을 최대 두께 및 외측 직경을 갖는 Cu-Cr 합금계 중앙 실드 벽의 부분과 정렬되도록 위치시키는 것으로부터 유도되는 다양한 이점이 있다. 예를 들어, 이 정렬은 중앙 실드 구성요소가 용락되는 것을 방지할 수 있다. 추가적인 이점은 다음 중 하나 이상을 포함할 수 있다:
- 더 큰 직경의 접촉 조립체의 사용을 가능하게 하여, 세라믹 엔벨로프의 직경에 의해서 전형적으로 획정되는 주어진 진공 단속기 사이즈에 대한 전류 차단 성능을 높이고;
- 주어진 접촉부 직경에 대해서, 중앙 실드 구성요소의 더 큰 내측 직경을 가능하게 하여, 주어진 진공 단속기 사이즈에 대한 유전 (예를 들어, 내전압) 성능을 향상시키도록 접촉부 외측 직경으로부터 더 큰 간극을 가능하게 하고; 그리고
- 접촉부로부터의 아크방전 듀티를 공유하는 중앙 실드 구성요소의 독특한 용량을 최대화하여, 전체 진공 단속기가 더 높은 횟수의 쇼트 및/또는 더 긴 쇼트 지속에 의한 더 많은 아크 부식을 견디는 것을 가능하게 하며, 이는 진공 단속기의 전기적 수명을 향상시킨다.
앞에서 설명되는 바와 같이, 도 1 및 도 1a는 종래 기술에 따른 부양식 아크-내성 Cu-Cr 합금계 중앙 실드 구성요소를 채용하는 진공 단속기(10)를 도시하며, 이 단속기는 중앙 실드 구성요소의 외측 직경과 절연 튜브의 내측 직경 사이에 형성되는 공간을 가져, 중앙 실드 벽 두께 및 외측 직경이 최대화되지 않는다. 도 2 및 도 2a는 종래 기술에 따른 부양식 아크-내성 Cu-Cr 합금계 중앙 실드 구성요소(24)를 채용하는 진공 단속기(10')를 도시하며, 이 단속기는 최대 두께 및 외측 직경을 갖는 실드 벽의 일 부분을 갖는다. 그러나, 이 부분은 중앙 플랜지를 위치결정하는 결과로서 생성되고, 접촉 조립체들 사이의 축선방향 갭이 최대 두께 및 외측 직경을 갖는 중앙 실드 벽의 부분과 완전히 정렬되도록 위치되지 않는다. 도 3 및 도 3a는 종래 기술에 따른 비-아크-내성 (즉, 비-Cu-Cr 합금계) 재로로 구성되는 부양식 중앙 실드 구성요소를 채용하는 진공 단속기(10'')를 도시하며, 이 단속기는 진공 엔벨로프에 비-아크-내성 실드 구성요소를 고정하는 수단 때문에 균일한 두께 및 외측 직경을 갖는 실드 벽을 갖는다.
개시된 개념에 따르면, 최대 두께와 외측 직경을 갖는 중앙 실드 구성요소의 벽의 일 부분과 실질적으로 전체적으로 정렬되는 접촉 조립체들 사이에 형성되는 축선방향 접촉 갭을 갖고 아크-내성 Cu-Cr 합금계 재료로 구성되는 부양식 중앙 실드 구성요소가 제공된다. 따라서, 개시된 개념은, 중앙 실드 구성요소의 벽의 적어도 일 부분의 두께 및 외측 직경을 증가, 예를 들어 최대화 시키기 위해서, 그리고 최대 두께 및 외측 직경을 갖는 실드 벽의 상기 부분과 접촉 갭 축선방향 위치를 정렬시키기 위해서, (도 1a에 도시되는 바와 같이) 절연 튜브의 내측 직경과 중앙 실드 구성요소의 벽의 외측 직경 사이의 비어있는 공간을 제거하는 것에 관한 것이다.
따라서, 개시된 개념에 따르면, 중앙 실드 구성요소의 벽의 적어도 일 부분의 두께 및 외측 직경은 증가, 예를 들어 최대화 되고, 그리고 중앙 실드 구성요소의 외측 직경과 절연 튜브의 내측 직경 사이의 거리 또는 공간은 감소, 예를 들어 최소화 된다. 어떤 실시형태에서, 중앙 실드의 벽의 외측 직경은 절연 튜브의 내측 직경에 연장되고 이에 의해서 한정되어, 전체 공극 또는 공간이 필수적으로 제거된다.
또한, 개시된 개념에 따르면, 접촉 조립체는, 접촉 갭 축선방향 위치(접촉 조립체들 사이에 형성되는)가 중앙 플랜지 축선방향 위치의 외부 또는 이로부터 떨어져, 예를 들어, 위 또는 아래에 있도록 위치된다. 즉, 접촉 갭 축선방향 위치, 예를 들어 이들의 폭은 중앙 실드 벽의 최대 두께 및 외측 직경과 실질적으로 완전히 정렬된다.
(중앙 실드 조립체의) 중앙 실드 구성요소는 전형적으로 구리-크롬(Cu-Cr) 합금으로 구성되고 아크방전 접촉부의 것과 유사한 아크-침식 특성을 갖는다. 어떤 실시형태에서, Cu-Cr 합금은 추가적인 소수 합금 원소를 포함한다. 다른 실시형태에서, Cu-Cr 합금은 추가적인 소수 합금 원소를 포함하지 않는다. 따라서, 여기서 사용될 때, 용어 "Cu-Cr 합금계"는 추가적인 소수 합금 원소를 포함하는 재료 및 추가적인 소수 합금 원소를 포함하지 않는 재료를 또한 가리킨다. Cu-Cr 합금계 중앙 실드 구성요소는 접촉부에 아주 근접하여 위치되고 아크방전에 능동적으로 참여할 수 있어, 접촉부와 함께 아크방전 완화 듀티를 공유한다. 중앙 실드 구성요소가 아크-침식 특성을 보이기 때문에, 아크-침식 특성을 보이지 않는, 예를 들어 비-아크-내구성 Cu-Cr 중앙 재료, 예를 들어 구리 (크롬의 부존재) 또는 스테인레스 스틸로 구성되는 수동(passive) 중앙 실드 구성요소와 함께 사용되는 접촉부의 직경에 비교하여, 더 큰 직경의 접촉부가 주어진 직경의 세라믹 엔벨로프 내에서 사용될 수 있다.
일반적으로, 전기적으로 부양되는 Cu-Cr 합금계 중앙 실드 구성요소는 플랜지로 진공 단속기 엔벨로프에 고정된다. 플랜지는 세라믹 절연 케이싱에 대한 고정을 위해서 (도 1 및 도 1a에 도시되는 바와 같이) 더욱 잘 브레이징 접합될 수 있거나 또는 스냅-링 구성의 것일 수도 있다. 원통형상의 Cu-Cr 합금계 중앙 실드 구성요소는 링-형상 플랜지 개구 안으로 미끄러져 들어갈 수 있다. Cu-Cr 합금계 중앙 실드 구성요소의 최대 외측 직경은 플랜지의 내측 직경에 의해서 한정된다. Cu-Cr 합금계 실드 구성요소의 최대 외측 직경은 플랜지의 내측 직경의 최소값보다, 예를 들어, 압입을 위해서 수천 인치 이하로 더 클 수도 있다. 따라서, Cu-Cr 합금계 중앙 실드 구성요소 내에 위치되는 접촉부의 최대 직경은, 큰 비대칭 전류를 견디면서 긴 아크방전 시간 및/또는 고진폭의 고장 전류의 상당히 많은 횟수의 쇼트 후에 Cu-Cr 합금계 중앙 실드 구성요소가 용락되는 위험 없이, Cu-Cr 합금계 중앙 실드 구성요소 내부에 장착될 수 있는 직경에 의해서 한정된다.
도 4는 개시된 개념의 어떤 실시형태에 따라 Cu-Cr 합금계 재료로 구성되는 중앙 실드 구성요소를 포함하는 부양식 중앙 실드 구성요소를 채용하는 진공 단속기(100)를 도해하는 개략도이다. 도 4는 도 1에 도시되는 바와 같이, 2개의 원통형 피스로 구성되는 절연 튜브(12), 단부 시일(51 및 52), 진공 엔벨로프(50), 중앙 실드 조립체의 아크-내구성 Cu-Cr 중앙 실드 구성요소(24) 및 대향하는 금속 단부 구성요소(13, 15), 중앙 플랜지(25), 중첩부(37 및 38), 제1 전극 조립체(20), 제2 전극 조립체(22), 진공 엔벨로프(50), 벨로스(28), 벨로스 실드(48), 제1 전극 접촉부(30), 제1 단자 포스트(31), 제1 증기 실드(32), 제2 전극 접촉부(34), 제2 단자 포스트(35), 제2 증기 실드(36), 단부 실드(58) 및 접촉 갭(14)을 포함한다. 도 4에 도시되는 바와 같이, (제1 전극 조립체(20)와 제2 전극 조립체(22) 사이에 형성되는) 접촉 갭(14) 축선방향 위치는 중앙 플랜지 축선방향 위치(112) 아래에 위치된다. 결과적으로, 전체 접촉 갭(14)은 아크-내구성 Cu-Cr 중앙 실드 구성요소(24)의, 최대 두께 및 외측 직경을 갖는 (도 4a에 도시되는) 실드 벽(29)의 부분과 정렬된다.
도 4a는 도 4에 도시되는 바와 같은 진공 단속기(100)의 접촉 갭 부분의 상세도이다. 도 4a는 아크-내구성 Cu-Cr 합금계 중앙 실드 구성요소(24)의 외측 직경이 중앙 플랜지(25)의 내측 직경에 의해서 한정되지 않는 것을 도시한다. 결과적으로, 최대 두께 및 외측 직경을 갖는 실드 벽(29)의 부분은 접촉 갭(14) 축선방향 위치에 대응되고 그리고 이와 완전히 정렬된다. 실드 벽(29)의 최대 두께 및 외측 직경은 절연 튜브(12)의 내측 직경(23)에 의해서만 한정되고 중앙 플랜지(25)의 개구에 의해서 한정되지 않는다.
도 5는 개시된 개념의 어떤 실시형태에 따라 Cu-Cr 합금계 재료로 구성되는 중앙 실드 구성요소를 포함하는 부양식 중앙 실드 조립체를 채용하는 진공 단속기(100')를 도해하는 개략도이다. 도 5는 도 1에 도시되는 바와 같이, 2개의 원통형 피스로 구성되는 절연 튜브(12), 단부 시일(51 및 52), 진공 엔벨로프(50), 중앙 실드 조립체의 아크-내구성 Cu-Cr 중앙 실드 구성요소(24) 및 대향하는 금속 단부 구성요소(13, 15), 중앙 플랜지(25), 중첩부(37 및 38), 제1 전극 조립체(20), 제2 전극 조립체(22), 진공 엔벨로프(50), 벨로스(28), 벨로스 실드(48), 제1 전극 접촉부(30), 제1 단자 포스트(31), 제1 증기 실드(32), 제2 전극 접촉부(34), 제2 단자 포스트(35), 제2 증기 실드(36), 단부 실드(58) 및 접촉 갭(14)을 포함한다. 도 5에 도시되는 바와 같이, (제1 전극 조립체(20)와 제2 전극 조립체(22) 사이에 형성되는)접촉 갭(14) 축선방향 위치는 중앙 플랜지 축선방향 위치(112) 위에 위치된다. 결과적으로, 전체 접촉 갭(14)은 아크-내구성 Cu-Cr 중앙 실드 구성요소(24)의, 최대 두께 및 외측 직경을 갖는 (도 5a에 도시되는 바와 같이) 실드 벽(29)의 부분과 정렬된다.
도 5a는 도 5에 도시되는 바와 같은 진공 단속기(100')의 접촉 갭 부분의 상세도이다. 도 5a는 아크-내구성 Cu-Cr 합금계 중앙 실드 구성요소(24)의 외측 직경이 중앙 플랜지(25)의 내측 직경에 의해서 한정되지 않는 것을 도시한다. 결과적으로, 접촉 갭(14) 축선방향 위치에 대응하는 아크-내구성 Cu-Cr 중앙 실드 구성요소(24)의 실드 벽(29)의 부분은 최대 두께 및 외측 직경을 갖고, 즉 절연 튜브(12)의 내측 직경(23)에 의해서만 한정되고 중앙 플랜지(25)의 개구에 의해서 한정되지 않는다.
개시된 개념의 특정 실시형태가 상세히 설명되나, 이 상세에 대한 다양한 변경 및 대안이 개시의 전체적 교시에 비추어 개발될 수 있다는 점이 당업자에 의해서 이해될 것이다. 따라서, 개시된 특정 배열체는 개시된 개념의 범위에 대해서 한정적이지 않고 단지 도해적인 것으로 의도되며, 첨부된 청구항의 전체 범위 및 이의 어느 하나 또는 모든 균등물이 이 개시된 개념의 범위에 주어진다.
Claims (10)
- 진공 단속기(vacuum interrupter)(100, 100')로서,
내측 직경(23)을 갖는 절연 튜브(12);
상기 절연 튜브(12)에 의해서 형성되는 진공 엔벨로프(envelope)(50);
Cu-Cr 합금계 재료로 구성되고 실드 벽(29) 및 외측 직경(27)을 갖고, 상기 진공 엔벨로프(50) 내에 위치되는 아크-내구성(arc-enduring) 중앙 실드 구성요소(24);
상기 절연 튜브(12)에 상기 중앙 실드 구성요소(24)를 고정시키는 중앙 플랜지(25);
제1 접촉 조립체(20),
제2 접촉 조립체(22); 및
상기 조립체들이 개방 위치에 있을 때 상기 제1 접촉 조립체(20)와 상기 제2 접촉 조립체(22) 사이에 형성되는 접촉 갭(14)을 포함하며,
상기 중앙 실드 구성요소(24)는 상기 제1 접촉 조립체(20) 및 상기 제2 접촉 조립체(22)를 둘러싸도록 원통형으로 형성되고, 상기 중앙 실드 구성요소(24)의 내측 직경은 축방향을 따라 동일하고, 상기 중앙 실드 구성요소(24)의 벽의 축방향 일부에는 상기 절연 튜브(12)의 내측 직경(23)에 외측 직경(27)이 일치할 때까지 두께가 최대로 되도록 연장되는 상기 실드 벽(29)이 형성되고,
상기 제1 및 제2 접촉 조립체(20, 22)는 상기 접촉 갭(14)이 상기 실드 벽(29)과 정렬되도록 위치되는, 진공 단속기(100, 100'). - 삭제
- 청구항 1에 있어서, 상기 접촉 갭(14)은 상기 중앙 플랜지(25)로부터 떨어져 위치되는 상기 실드 벽(29)과 정렬되는, 진공 단속기(100, 100').
- 청구항 3에 있어서, 상기 접촉 갭(14)은 상기 중앙 플랜지(25) 위에 위치되는 상기 실드 벽(29)과 정렬되는, 진공 단속기(100, 100').
- 청구항 3에 있어서, 상기 접촉 갭(14)은 상기 중앙 플랜지(25) 아래에 위치되는 상기 실드 벽(29)과 정렬되는, 진공 단속기(100, 100').
- 청구항 1에 있어서, 상기 중앙 플랜지(25)는 상기 중앙 플랜지 내에 형성되는 링-형상 개구를 갖는, 진공 단속기(100, 100').
- 청구항 6에 있어서, 상기 아크-내구성 Cu-Cr 합금계 중앙 실드 구성요소(24)의 상기 실드 벽(29)의 상기 외측 직경(27)은 상기 중앙 플랜지(25)의 상기 개구의 내측 직경보다 큰, 진공 단속기(100, 100').
- 청구항 1에 있어서, 절연 튜브(12)는 세라믹으로 구성되는, 진공 단속기(100, 100').
- 청구항 1에 있어서, 상기 중앙 실드 구성요소(24)는 상기 중앙 실드 구성요소에 연결되는 금속으로 구성된 대향하는 단부(13, 15)를 갖는, 진공 단속기(100, 100').
- 청구항 1에 있어서, 상기 접촉 갭(14)에 있어서의 상기 절연 튜브(12)의 축선방향을 따른 위치는 상기 중앙 플랜지(25)에 있어서의 상기 절연 튜브(12)의 축선방향을 따른 위치 위에 또는 아래에 위치되는, 진공 단속기(100, 100').
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