KR20000071457A - 스위치 기어 - Google Patents

Abstract

내전압 성능의 저하를 방지하는 스위치 기어를 제공한다. 원반형을 이루는 고정 접촉자(6)와, 원반형을 이루는 해당 고정 접촉자에 접촉/이반하는 가동 접촉자(10)와, 고정 접촉자(6)의 주위에 배치되고, 고정 접촉자(6)의 주위의 부분이 고정 접촉자(6)에서 가동 접촉자(10)측으로 돌출되어 있는 전계 완화부재(7)와, 가동 접촉자(10)의 주위에 배치되고, 가동 접촉자(10)가 이반위치에 있는 경우에, 가동 접촉자(10)에서 고정 접촉자(6)측으로 돌출한 부분을 가진 전계 완화쉴드(11)와, 고정 접촉자(6), 가동 접촉자(10), 전계 완화부재(7), 및 전계 완화쉴드(11)를 수용하는 진공용기(1)를 구비한 구성이다.

Description

스위치 기어{SWITCHGEAR}

본 발명은 고진공으로 유지된 진공용기 내에 회로 개폐부를 갖고, 전원과 부하기기 사이의 회로를 개폐하는 스위치 기어에 관한 것으로, 특히 내전압 성능의 저하를 방지하는 스위치 기어에 관한 것이다.

전원과 부하기기 사이의 회로를 개폐하는 스위치 기어는 고진공으로 유지된 진공용기의 내부에 회로 개폐부를 갖고, 고진공 중에서의 높은 절연내력과, 우수한 아크 소멸(arc-extinguishing) 능력을 이용하여, 전류의 차단을 안정하게 행하도록 한 것이다.

도 5는 종래의 스위치 기어를 나타내는 입단면도이다. 도면 중 1은 진공용기 이며, 진공용기(1)는 측부를 구성하는 원통형의 절연관(2)의 양단을 하부측 덮개판(3), 및 상부측 덮개판(4)으로 밀폐하여, 내부를 고진공으로 유지하도록 한 용기이다.

하부측 덮개판(3)의 중앙부에는 진공용기(1)의 내외를 관통한 상태로 원주형의 고정 도체봉(5)이 고정되어 있고, 진공용기(1)의 내부에 있는 고정 도체봉(5)의 상면에는, 원반형을 이루고, 고정 도체봉(5)과 같은 정도의 직경으로 형성된 고정 접촉자(6)가 금속 접합재(7)를 통해 납땜되고, 고정 접촉자(6)의 상면의 가장자리부는 전계의 집중을 방지하기 위해 곡면이 되도록 형성되어 있다.

상부측 덮개판(4)의 중앙부를 통해서 진공용기(1)의 내외를 관통하는 원주형의 가동 도체봉(8)은, 진공용기(1)의 내측에 밀봉 부착되어 있는 신축 가능한 주름호스 형상의 벨로우즈(bellows)(9)를 통해 축방향으로 이동 가능하게 지지되어 있다. 진공용기(1)의 내부에 있는 가동 도체봉(8)의 하단에는 하면이 고정 접촉자(6)의 상면과 대향하는 원반형을 이루고, 가동 도체봉(8)과 같은 정도의 직경으로 형성된 가동 접촉자(10)가 삽입한 상태로 고착되며, 가동 접촉자(10)의 하면의 가장자리부는 전계의 집중을 방지하기 위해 곡면이 되도록 형성되어 있다.

벨로우즈(9)의 상단부는 진공용기(1)의 상부측 덮개판(4)에 기밀 밀봉 부착되고, 가동 도체봉(8)을 덮고, 하단부에서 가동 도체봉(8)의 하부를 적당한 길이 노출시키는 정도의 위치에 기밀 밀봉 부착되어 있으며, 가동 도체봉(8)의 축방향으로의 직선이동에 따라 신축하기 때문에 진공용기(1)의 기밀성을 유지할 수 있다.

벨로우즈(9)는, 단부(端部)가 폐쇄된 원통 형상을 이루고, 스테인레스 강철 등의 저도전율 재료로 형성된 벨로우즈 커버(bellows cover)(13)의 저면 및 측부에 덮혀져 있고, 고정 접촉자(6) 및 가동 접촉자(10) 사이에 발생하는 아크(arc에 의한 금속 증기로부터 보호되어 있다. 벨로우즈 커버(13)의 저면은 벨로우즈(9)의 하단에 접촉하고, 저면의 중심을 관통하는 가동 도체봉(8)에 의해 지지되어 있다. 그리고, 벨로우즈 커버(13)의 측부는, 가동 도체봉(8)이 위쪽으로 이동한 경우에 상부측 덮개판(4)에 접촉하지 않는 정도의 길이로 되어 있다.

이와 같이 형성된 종래의 스위치 기어에서는, 고정 접촉자(6)의 상면과 가동 접촉자(10)의 하면은 대향하는 위치에 있고, 가동 도체봉(8)이 아래쪽으로 이동한 경우에, 가동 접촉자(10)가 고정 접촉자(6)에 접촉하여 스위치 기어가 폐극상태(make state)로 된다. 또한 폐극상태에서 개극상태(break state)로 하기 위해서 가동 도체봉(8)을 위쪽으로 이반(離反)시키는 직선이동을 하게 하여 전류를 차단할 때, 고정 접촉자(6) 및 가동 접촉자(10) 사이에 아크가 발생하여, 아크 소멸 후 개극상태가 된다.

그렇지만 종래의 스위치 기어에서는, 전류를 차단할 때에 고정 접촉자(6) 및 가동 접촉자(10) 사이에 발생하는 아크에 의해, 고정 접촉자(6) 및 가동 접촉자(10)의 접촉표면이 마멸되고, 해당 접촉표면이 거칠어져 첨(尖)부가 형성된다.

또한 접촉표면이 거칠어진 상태로 폐극하여 통전(通電)하는 경우에는, 첨부가 있기 때문에 고정 접촉자(6) 및 가동 접촉자(10)의 접촉부의 저항값이 높아지고, 그 때문에 고열이 발생하여 접촉부가 융착하고, 그 후 개극할 때에 더 접촉표면이 거칠어져 첨부가 형성된다.

이와 같이 하여 형성된 고정 접촉자(6) 및 가동 접촉자(10)로부터 돌출하는 첨부에는, 전계가 집중하기 때문에, 내전압 성능이 저하한다고 하는 문제가 발생한다.

또한, 전계의 집중에 의해 아크의 발(feet of arc)이 쉽게 정지하기 때문에, 국소적인 마멸이 발생하고, 더 접촉표면이 거칠어진다고 하는 악순환을 반복한다.

본 발명은 이러한 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 고정 접촉자 및 가동 접촉자의 주위에, 각각 고정 접촉자 또는 가동 접촉자로부터 돌출한 전계 완화부재를 구비함으로써, 내전압 성능의 저하를 방지하는 스위치 기어의 제공을 주된 목적으로 한다.

또, 고정 접촉자측에서는, 고정 접촉자보다 큰 직경을 가진 원반형을 이루고, 고정 접촉자 및 고정 도체봉 사이에 삽입된 전계 완화부재를 구비하고, 가동 접촉자측에서는, 가동 접촉자 및 가동 도체봉보다 큰 직경을 가진 원통형을 이루고, 가동 접촉자 및 가동 도체봉의 주위에 배치되는 전계 완화부재를 구비함으로써, 예컨대 벨로우즈 커버와 겸용할 수 있기 때문에, 종래의 스위치 기어보다 부품의 수를 증가시키지 않고, 내전압 성능의 저하를 방지하는 스위치 기어의 제공을 다른 목적으로 한다.

도 1은 본 발명의 실시예 1에 있어서의 스위치 기어의 개극상태를 나타내는 입단면도,

도 2는 본 발명의 실시예 1에 있어서의 스위치 기어의 폐극상태를 나타내는 입단면도,

도 3은 본 발명 및 종래의 스위치 기어에 관해서 시뮬레이션을 행한 결과를 나타내는 그래프,

도 4는 본 발명의 실시예 2에 있어서의 스위치 기어의 개극상태를 나타내는 입단면도,

도 5는 종래의 스위치 기어를 나타내는 입단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

1: 진공용기 2: 절연관

3: 하부측 덮개판 4: 상부측 덮개판

5: 고정 도체봉 6: 고정 접촉자

7: 금속 접합재(전계 완화부재) 8: 가동 도체봉

9: 벨로우즈 1O: 가동 접촉자

11: 전계 완화쉴드 12: 고정 도체봉측 전계 완화쉴드

13: 벨로우즈 커버

제 1 발명에 관계되는 스위치 기어는,

고정 접촉자와,

해당 고정 접촉자에 접촉/이반하는 가동 접촉자와,

해당 고정 접촉자측에서 해당 가동 접촉자측으로 돌출하는 제 1 전계 완화부재와,

해당 가동 접촉자측에서 해당 고정 접촉자측으로 돌출하는 제 2 전계 완화부재로 이루어진다.

제 2 발명에 관계되는 스위치 기어는, 제 1 발명에 관계되는 스위치 기어에 있어서,

해당 제 1 전계 완화부재가, 해당 고정 접촉자에서 해당 가동자측으로 돌출하고,

해당 제 2 전계 완화부재가, 해당 가동 접촉자의 주위에 배치되며, 해당 가동 접촉자가 이반위치에 있는 경우에, 해당 가동 접촉자에서 해당 고정 접촉자측으로 돌출한다.

제 1 발명 및 제 2 발명의 스위치 기어는, 고정 접촉자 및 가동 접촉자의 주위에 각각 고정 접촉자 또는 가동 접촉자로부터 도출한 전계 완화부재를 구비함으로써, 고정 접촉자 및/또는 가동 접촉자의 접촉표면이 거칠어져 첨부가 형성된 경우에도, 각각의 첨부로의 전계의 집중을 완화하여, 내전압 성능의 저하를 방지할 수 있다.

제 3 발명에 관계되는 스위치 기어는, 제 1 발명에 관계되는 스위치 기어에 있어서,

해당 고정 접촉자가, 원반형을 이루고,

해당 제 1 전계 완화부재가, 해당 고정 접촉자보다 큰 직경을 가진 원반형 또는 환(環)형을 이루고, 해당 고정 접촉자에 고착되어 해당 고정 접촉자의 주위에 있는 부분이 해당 고정 접촉자측에서 해당 가동 접촉자측으로 돌출하고,

해당 가동 접촉자보다 큰 직경을 가진 원통형을 이루고, 해당 가동 접촉자의 주위에 배치되어 해당 가동 접촉자가 이반위치에 있는 경우에 해당 가동 접촉자에서 해당 고정 접촉자측으로 돌출한 부분을 갖는다.

제 4 발명에 관계되는 스위치 기어는, 제 1 발명에 관계되는 스위치 기어에 있어서, 더, 해당 고정 접촉자, 해당 가동 접촉자, 해당 제 1 전계 완화부재, 해당 제 2 전계 완화부재를 수용하는 용기로 이루어진다.

제 3 발명의 스위치 기어는, 고정 접촉자측에서는, 고정 접촉자보다 큰 직경을 가진 원반형을 이루고, 고정 접촉자 및 고정 도체봉 상에 삽입된 전계 완화부재를 구비하고, 가동 접촉자측에서는, 가동 접촉자 및 가동 도체봉보다 큰 직경을 가진 원통형을 이루며, 가동 접촉자 및 가동 도체봉의 주위에 배치되는 전계 완화부재를 구비함으로써, 종래의 스위치 기어의 부품, 예컨대 벨로우즈 커버를 변형 또는 대체 한 구성으로 이루어져 있기 때문에 부품의 수를 증가시키지 않고, 고정 접촉자 및/또는 가동 접촉자의 표면이 거칠어져 첨부가 형성된 경우에도, 각각의 첨부로의 전계의 집중을 완화하기 때문에 내전압 성능의 저하를 방지할 수 있다.

또, 가동 접촉자는, 직선형으로 이동하는 것이 바람직하다.

(실시예)

실시예 1

이하, 본 발명을 그 실시예를 나타내는 도면에 근거하여 설명한다.

도 1 및 도 2는 본 발명의 실시예 1에 있어서의 스위치 기어를 나타내는 입단면도이고, 도 1은 폐극상태를 나타내며, 도 2는 폐극상태를 나타낸다. 도면 중 1은 진공용기이고, 진공용기(1)는 측부를 구성하는 원통형의 절연관(2)의 양단을 하부측 덮개판(3) 및 상부측 덮개판(4)으로 밀폐하고, 내부를 고진공으로 유지하도록 한 용기이다.

하부측 덮개판(3)의 중앙부에는 진공용기(1)의 내외를 관통한 상태로 원주형의 고정 도체봉(5)이 고정되어 있고, 진공용기(1)의 내부에 있는 고정 도체봉(5)의 상부의 직경은 다른 부분보다 커지도록 형성되어 있다.

고정 도체봉(5)의 상면의 중앙부에는, 원반형을 이루고, 고정 도체봉(5)의 상부의 직경보다 작은 직경으로 형성된 고정 접촉자(6)가, 중앙부가 함몰된 원반형을 이루고, 고정 도체봉(5)의 상부의 직경과 같은 정도의 직경으로 형성된 금속 접합재(7)를 통해 납땜되어 있고, 고정 접촉자(6)의 상면의 가장자리부는 전계의 집중을 방지하기 위해 곡면이 되도록 형성되어 있다.

또, 고정 접촉자(6)의 주위, 즉 금속 접합재(7)의 가장자리부는 고정 접촉자(6)에서 위쪽으로 돌출하도록 성형되어 있고, 고정 접촉자(6)는 금속 접합재(7)의 함몰된 중앙부에 매설된 상태로 되어 있다. 또한 금속 접합재(7)의 위쪽으로 돌출한 가장자리부도 전계의 집중을 방지하기 위해 곡면이 되도록 형성되어 있다.

이와 같이 금속 접합재(7)는 단면이 오목형이기 때문에, 매설되어 있는 고정 접촉자(6)부근으로의 전계의 집중을 완화한다.

상부측 덮개판(4)의 중앙부를 통해서 진공용기(1)의 내외를 관통하는 원주형의 가동 도체봉(8)은, 진공용기(1)의 내측에 밀봉 부착되어 있는 신축 가능한 주름호스 형상의 벨로우즈(9)를 통해 축방향으로 이동 가능하게 지지되어 있다. 진공용기(1)의 내부에 있는 가동 도체봉(8)의 하단에는, 원반형을 이루고, 가동 도체봉(8)과 같은 정도의 직경으로 형성된 가동 접촉자(10)가 삽입한 상태로 고착되고, 가동 접촉자(10)의 하면의 가장자리부는 전계의 집중을 방지하기 위해 곡면이 되도록 형성되어 있다.

벨로우즈(9)의 상단부는 진공용기(1)의 상부측 덮개판(4)에 기밀 밀봉 부착되고, 가동 도체봉(8)을 덮고 있으며, 하단부에서 가동 도체봉(8)의 하부를 적당한 길이 노출시키는 정도의 위치에 기밀 밀봉 부착되어 있고, 가동 도체봉(8)의 축방향으로의 직선 이동에 따라 신축하기 때문에 진공용기(1)의 기밀성을 유지할 수 있다.

벨로우즈(9)의 주위에는, 벨로우즈(9)에 접촉하지 않는 정도의 직경을 가진 원통형의 전계 완화쉴드(electric field easing shield)(11)가 상단을 상부측 덮개판(4)에 고착시켜 배치되어 있고, 전계 완화쉴드(11)의 하단은 내부 플랜지(inward flange)형으로 내측으로 굴곡되어 있다. 이와 같이 전계 완화쉴드(11)의 하단은 중심부에 개구부를 가진 면(plane)형으로 형성되어 있고, 개구부의 직경은 가동 도체봉(8) 및 가동 접촉자(10)의 직경보다 약간 큰 정도로 형성되며, 개구부의 선단은 전계의 집중을 방지하기 위해 위쪽으로 굴곡되어 있다.

그리고, 전계 완화쉴드(11)의 측벽은, 가동 도체봉(8)이 가동영역의 상한에 있는 경우에, 가동 접촉자(10)에서 고정 접촉자(6)측으로 돌출한 상태로 되는 정도의 길이로 형성되어 있다.

또, 전계 완화쉴드(11)는 스테인레스 강철 등의 저도체율 재료로, 전계의 집중을 방지하기 위해 드로잉(drawing) 및 프레스(press) 등의 가공방법으로 굴곡되어 있는 부위가 곡면으로 되도록 형성되어 있다.

또한, 전계 완화쉴드(11)는, 종래의 스위치 기어의 벨로우즈 커버(13)와 같이 벨로우즈(9)를 아크에 의해 발생하는 금속 증기로부터 보호하는 기능도 구비하기 때문에, 전계 완화쉴드(11)에 의해 벨로우즈 커버(13)가 불필요해져 부품의 수가 증가하는 일은 없다.

이와 같이 형성된 본 발명의 스위치 기어에서는, 고정 접촉자(6)의 상면과 가동 접촉자(10)의 하면이 대향하도록 배치되어 있기 때문에, 가동 도체봉(8)이 아래쪽으로 이동한 경우에, 가동 접촉자(10)가 고정 접촉자(6)에 접촉하여 폐극상태로 된다. 또한, 폐극상태에서 개극상태로 하기 위해 가동 도체봉(8)을 위쪽으로 이반시키는 직선이동을 하게 하여 전류를 차단할 때, 고정 접촉자(6)와 가동 접촉자(10) 사이에 아크가 발생하고, 아크 소멸 후 폐극상태로 된다.

또, 가동 도체봉(8)이 가동영역의 상한에 있는 경우, 고정 접촉자(6)와 가동 접촉자(10) 사이의 접점간 거리 d1은, 금속 접합재(7)의 상단과 전계 완화쉴드(11)의 하단 사이의 거리보다 길어진다. 또한, 전류를 차단할 때에 고정 접촉자(6)와 가동 접촉자(10) 사이에 발생하는 아크, 또 통전(通電)에 의해 발생하는 열이 초래하는 고정 접촉자(6)와 가동 접촉자(10)의 접촉부의 융착에 의해, 접촉표면이 거칠어져 첨부가 형성된 경우에도, 고정 접촉자(6) 및 가동 접촉자(10)의 각각의 첨부 사이의 거리가, 금속 접합재(7)의 돌출단과 전계 완화쉴드(11)의 타단측 사이의 거리 d2보다 짧게 되는 일은 없다. 이 때문에 각각의 첨부로의 전계의 집중을 완화하여, 각 접촉자 사이의 전계 분포를 균등하게 한다.

다음에, 시뮬레이션을 행한 결과에 관해서 설명한다. 도 3은 본 발명 및 종래의 스위치 기어에 관해서 시뮬레이션을 행한 결과를 나타내는 그래프이며, 세로축에 전압 인가시의 계산전계를, 종래의 스위치 기어의 접촉표면이 거칠어진 접촉자에 있어서의 단부(端部) 부근의 계산전계를 100%로서 플로트(plot)한 것이다.

도면 중 △ 마크는 접촉표면이 거칠어진 접촉자에 있어서의 단부 부근의 계산전계를 나타내고, 전계 완화쉴드를 구비하는 본 발명의 스위치 기어의 계산전계는, 전계 완화쉴드를 구비하지 않은 종래의 스위치 기어의 계산전계의 약 5O%로 되어 있다.

도면 중마크는 접촉표면이 거칠어진 접촉자에 있어서의 중심부의 계산전계를 나타내고, 전계 완화쉴드를 구비하는 본 발명의 스위치 기어의 계산전계는, 전계 완화쉴드를 구비하지 않은 종래의 스위치 기어의 계산전계의 약 7O%로 되어 있다.

계산 전계값이 작을수록 내전압 성능이 높은 것을 나타내고 있고, 이와 같이 접촉표면이 거칠어진 상태를 모방한 시뮬레이션 결과에서는, 본 발명의 스위치 기어는 종래의 스위치 기어보다 내전압 성능이 높다고 하는 결과로 되었다.

실시예 2

도 4는 본 발명의 실시예 2에 있어서의 스위치 기어의 개극상태를 나타내는 입단면도이다. 실시예 2는, 고정 도체봉(5)의 직경을 일정하게 하여, 고정 접촉자(6)를 매설하기 위한 금속 접합재(7) 대신에, 고정 접촉자(6)보다 큰 직경을 가진 원반형을 이루는 고정 도체봉측 전계 완화쉴드(12)를 설치하고 있다.

고정 도체봉측 전계 완화쉴드(12)는 고정 도체봉(5)의 상면과 고정 접촉자(6)의 하면 사이에 동심적으로 삽입되어 있고, 고정 접촉자(6)의 주위, 즉 고정 도체봉측 전계 완화쉴드(12)의 가장자리부는 고정 접촉자(6)에서 가동 접촉자(8)측으로 돌출하도록 성형되어 있기 때문에, 고정 접촉자(6)는 고정 도체봉측 전계 완화쉴드(12)의 중앙부의 오목부에 매설된 상태로 되어 있다.

또 고정 도체봉측 전계 완화쉴드(12)는 스테인레스 강철의 저전도율 재료로, 전계의 집중을 방지하기 위해 드로잉 및 프레스 등의 가공방법에 의해 굴곡되어 있는 부위 및 가장 가장자리부가 곡면으로 되도록 형성되어 있다.

이와 같이 형성된 본 발명의 실시예 2에서는, 비교적 간단히 제조할 수 있는 고정 도체봉측 전계 완화쉴드(12)를 설치함으로써, 고정 도체봉(5)을, 성형이 용이한 일정한 직경을 가진 형상으로 할 수 있다.

또, 실시예 1에 대응하는 부재에 관해서는, 동일부호를 부착하여 설명을 생략한다.

이상 상술한 바와 같이 본 발명에 관한 스위치 기어에 있어서는, 고정 접촉자 및 가동 접촉자의 주위에, 각각 고정 접촉자 또는 가동 접촉자에서 돌출한 전계 완화부재를 구비함으로써, 고정 접촉자 및/또는 가동 접촉자의 접촉표면이 거칠어져 첨부가 형성된 경우에도, 각각의 첨부로의 전계의 집중을 완화하여, 내전압 성능의 저하를 방지할 수 있는 등, 우수한 효과를 나타낸다.

더욱, 본 발명에 관한 스위치 기어에 있어서, 고정 접촉자측에서는, 고정 접촉자보다 큰 직경을 가진 원반형을 이루고, 고정 접촉자와 고정 도체봉 사이에 삽입된 전계 완화부재를 구비하며, 가동 접촉자측에서는, 가동 접촉자 및 가동 도체봉보다 큰 직경을 가진 원통형을 이루고, 가동 접촉자 및 가동 도체봉의 주위에 배치되는 전계 완화부재를 구비함으로써, 종래의 스위치 기어의 부품을 변형 또는 대체한 구성으로 되기 때문에 부품의 수를 증가시키지 않고, 고정 접촉자 및/또는 가동 접촉자의 표면이 거칠어져 첨부가 형성된 경우에도, 각각의 첨부로의 전계의 집중을 완화하기 때문에 내전압 성능의 저하를 방지하는 등, 우수한 효과를 나타낸다.

Claims (3)

1. 고정 접촉자와,

   상기 고정 접촉자에 접촉/이반하는 가동 접촉자와,

   상기 고정 접촉자측에서 상기 가동 접촉자측으로 돌출하는 제 1 전계 완화부재와,

   상기 가동 접촉자측에서 상기 고정 접촉자측으로 돌출하는 제 2 전계 완화부재로 이루어진 것을 특징으로 하는 스위치 기어.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 제 1 전계 완화부재는, 상기 고정 접촉자에서 상기 가동자측으로 돌출하고,

   상기 제 2 전계 완화부재는, 상기 가동 접촉자의 주위에 배치되고, 상기 가동 접촉자가 이반위치에 있는 경우에, 상기 가동 접촉자에서 상기 고정 접촉자측으로 돌출하는 것을 특징으로 하는 스위치 기어.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 고정 접촉자는 원반형을 이루고,

   상기 제 1 전계 완화부재는, 상기 고정 접촉자보다 큰 직경을 가진 원반형 또는 환형을 이루고, 상기 고정 접촉자에 고착되며, 상기 고정 접촉자의 주위에 있는 부분이 상기 고정 접촉자측에서 상기 가동 접촉자측으로 돌출하고,

   상기 가동 접촉자보다 큰 직경을 가진 원통형을 이루고, 상기 가동 접촉자의 주위에 배치되며, 상기 가동 접촉자가 이반위치에 있는 경우에 상기 가동 접촉자에서 상기 고정 접촉자측으로 돌출한 부분을 가진 것을 특징으로 하는 스위치 기어.