KR200150737Y1

KR200150737Y1 - 로타리아크 방식의 가스전자접촉기 소호부

Info

Publication number: KR200150737Y1
Application number: KR2019970000492U
Authority: KR
Inventors: 장기찬; 신영준; 박경엽; 송기동; 정진교; 김귀식
Original assignee: 김광우; 주식회사진광; 윤문수; 재단법인한국전기연구소
Priority date: 1997-01-13
Filing date: 1997-01-13
Publication date: 1999-07-01
Also published as: KR19980056489U

Abstract

본 고안은, 아크를 회전시켜 아크의 에너지를 내부에 충진되어 있는 가스의 열에너지로 전환시킴으로써, 아크를 소호시키는 로타리아크 소호방식의 소호부에 있어서, 초기발생한 아크와 회전하는 아크에 의해 전기적 접점을 이루는 접촉부가 쉽게 손상되는 것을 방지하여 소호부의 사용수명을 연장하고 빈번한 유지보수의 번거로움을 제거한 로타리아크 방식의 가스전자접촉기 소호부에 관한 것으로서, 내측에 이단 원기둥형의 공간을 형성하고 있는 영구자석 보호체(6); 상기 영구자석보호체(6)이 환형으로 내설되어 있는 영구자석(5); 상기 영구자석보호체(6)의 내벽을 따라 설치되되 일측벽에 장공(6a)이 형성되어 있는 금속박막의 단락환(3); 상기 단락환(3)의 외측에, 상기 영구자석보호체(6)의 상부로 부터 관통삽입되어 설치되는 고정접촉자(1); 상기 고정접촉자(1)의 삽입된 하부선단에 형성되어 상기 장공(6a)에 위치하는 접촉단(7a); 상기 접촉단(7a)과 접촉하는 접촉단(7b)을 상부선단에 형성하고 있는 가동접촉자(2); 및 상기 단락환(3)의 상측부에 권취되어 있는 구동코일(4);을 포함하여 구성되어, 개극시 발생된 아크가 접촉부에서 빠른시간내에 전이되도록 하고, 전이되어 회전하는 아크는 접촉부를 지나지 않도록 함으로써, 접촉부의 열적손상을 방지하여 전기적 접점을 이루는 접촉부의 수명을 연장하고, 보다 장시간에 걸쳐 일정한 차단특성을 가지며, 접촉시에는 항상 긴밀한 접점상태를 유지하여 일정한 통전효율을 갖도록 한 효과가 있는 유용한 고안이다.

Description

로타리아크 방식의 가스전자접촉기 소호부

본 고안은 전기에너지를 사용하는 고압기기를 개폐하는 데 사용되는 로타리아크방식의 가스전자접촉기 소호부에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 아크를 회전시켜 아크의 에너지를 내부에 충진되어 있는 가스의 열에너지로 전환시킴으로써, 아크를 소호시키는 로타리아크 소호방식에서, 초기발생한 아크와 회전하는 아크에 의해 전기적 접점을 이루는 접촉부가 쉽게 손상되는 것을 방지함으로써 소호부의 사용수명을 연장하고 빈번한 유지보수의 번거로움을 제거한 로타리아크 방식의 가스전자접촉기 소호부에 관한 것이다.

고압의 전력기기의 차단시에는 많은 에너지를 갖는 아크가 발생하게 되는데, 이러한 아크는 차단기기의 부품들을 손상시킴으로써 수명을 단축시키게 되고, 또한 차단특성을 저하시켜 전력의 효율적인 제어를 불가능하게 한다. 공급되는 고압의 전력을 효과적으로 차단하기 위해 전력차단시 발생하는 아크를 소호시키기 위한 많은 방법이 제시되어 현재 사용되고 있다.

현재, 초고압이상(9㎸ 이상)의 차단기기는, 소호매질로서 6불화황 가스(S₆이하, "SF₆가스"라고 함)를 사용하고 소호방식으로서는 고정된 아크에 소호가스를 계속 불어넣어 냉각시킴으로써 소호시키는 파퍼(Puffer)방식을 사용하고 있으나, 이 방식은 그 구조가 복잡하고 비경제적이므로 고압((9㎸ 이상) 접촉기에는 적용하기 곤란한 문제점이 있었다. 이와 같은 문제점을 해소하기 위해 고압접 촉기에 사용할 수 있는, 아크를 회전시켜 소호시키는 로타리아크 소호방식이 제안되어 사용되어 오고 있으며 제1도는 상기 로타리아크 소호방식이 적용된 소호부의 구성을 나타낸 단면도이다.

제1도의 로타리아크 소호방식의 소호부는, 내측에 이단 원기둥형의 공간을 형성하고 있는 몸체(10); 상기 몸체(10)의 상측에 형성된 관통구멍(10a)장공을 통하여 큰 반경을 갖는 상기 몸체(10)의 내측벽과 일정거리를 두고 상기 공간내로 길게 돌출된 고정접촉자(1); 상기 고정접촉자(1)와 접촉되는 가동접촉자(2); 상기 몸체(10)내에 내설되어 상기 가동접촉자(2)의 개극시 발생한 초기아크에 힘을 가하는 환형의 영구자석(5); 상기 몸체(10)의 내벽면을 따라 설치되는 금속박막의 단락한(3); 상기 단락환(3)의 상측부에 권취되어 있는 구동코일(4); 및 상기 양 접촉자(1,2)의 선단에 각각 형성되어 있는 접촉단(7a,7b);을 포함하여 구성되어 있다.

상기와 같이 구성된 로타리아크 소호방식의 소호부에서는, 상기 몸체(10)내에 SF₆가스가 충진되어 사용된다. 상기 가동접촉자(2)가 상기 고정접촉자(1)와 접촉되어 있다가 분리하는 순간에 상기 양접촉자(1,2)의 접촉단(7a,7b) 사이에는 높은에너지의 아크가 발생하게 된다. 발생된 아크는 상기 영구자석(5)에서 발생되는 자기력에 의해 회전하는 힘을 받게 되고, 이에 따라 상기 고정접촉자(1)의 접촉단(7a)상의 아크뿌리는 상기 고정접촉자(1)의 후방으로 일정거리를 두고 형성되어 있는 상기 단락환(3)으로 전이하게 된다. 상기 전이된 아크는 상기 단락환(3)을 통해 상기 구동코일(4)에 전류를 흘리게 되고 이에 따라 더 큰 자속이 발생하여 아크를 회전시키게 됨으로써, 아크의 전기적 에너지가 상기 몸체(10)내에 충진된 SF₆가스의 열에너지로 전환되어 소호되게 된다.

그러나, 상기와 같이 구성되어 동작하는 종래의 로타리아크 방식의 가스전자접촉기 소호부에 있어서는, 상기 고정접촉자(1)의 접촉단(7a)에서 상기 단락환(3)으로 아크가 전이할 때, 상기 고정접촉자(1)와 상기 단락환(3)사이에 상당한 거리가 있기 때문에 개극시 발생한 초기아크가 상기 단락환(3)으로 전이되는 데, 많은 시간이 소요되어, 아크뿌리가 상기 단락환(3)으로 전이되기 전까지 상기 고정접촉자(1)의 접촉단(7a)상에 머무는 시간이 길어져 상기 접촉단(7a)이 많이 손상될 뿐만 아니라, 발생된 아크가 회전하면서 지속이 강한 상기 구동코일(4)이 권취된 상기 단락환(3)의 상부로 이동하기 전까지 상기 단락환(3)을 수회 회전하는 동안, 상기 단락환(3)의 전단에 위치한 상기 접촉단(7a)에 수회에 걸쳐(제2도의 각거리 θ에 해당하는 상기 단락환(3)상의 직선거리 d이상 아크뿌리가 상승하기 전까지)회전아크가 지나가게 되므로, 이 때에도 상기 고정접촉자(1)의 접촉단(7a)이 손상되게 된다. 이에 따라 상기 고정접촉자(1)의 접촉단(7a)의 수명이 짧아지고 차단효율이 저하되며, 상기 가동접촉자(2)의 접촉저항이 높아지는 문제점이 있었다.

따라서, 본 고안은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창작된 것으로서 회전하는 아크가 접촉부를 지나지 않도록 하는 구조를 갖는 로타리아크 방식의 가스전자접촉기 소호부를 제공하는 데 있는 것이며, 본 고안의 다른 목적은, 발생된 초기아크가 접촉부에서 보다 빠르게 전이되도록 하는 구조를 갖는 로타리아크 방식의 가스전자접촉기 소호부를 제공하는 데 있는 것이다.

제1도는 로타리아크 방식의 가스전자접촉기 소호부의 구성을 도시한 단면도.

제2도는 제1도의 고정접촉자와 단락환과의 위치를 상세하게 보여주는 부분확대 단면도.

제3도는 본고안에 따른 로타리아크 방식의 가스전자접촉기 소호부의 바람직한 실시예의 단면도로서, a도는 접촉자가 접촉되어 있는 상태를 도시한 것이고, b도는 접촉자를 분리시킨 상태를 도시한 것.

제4도는 제3도의 고정접촉자가 위치한 단락환 부분을 확대하여 도시한 부분확대 사사도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

A1 : 초기아크 A2 : 회전아크

1 : 고정접촉자 2 : 가동접촉자

3 : 단락환 4 : 구동코일

5 : 영구자석 6 : 영구자석 보호체

6a : 장공 7a, 7b : 접촉단

8 : 절연층 10 : 몸체

10a : 관통구멍

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 고안에 따른 로타리아크 방식의 가스전자접촉기 소호부는, 가동접촉자; 상기 가동접촉자가 접촉되는 고정접촉자; 상기 가동접촉자의 개극시 발생한 아크에 회전력을 인가하는 영구자석; 가스가 주입된 공간의 내측벽을 따라 형성되며 상기 가해진 힘에 의해 아크가 전이되는 단락환; 상기 단락환에 전이된 아크의 에너지에 의해 자속을 발생시키는 구동코일; 을 포함하여 구성되는 로타리아크 방식의 가스전자접촉기 소호부에 있어서, 상기 단락환의 일측에는 장공이 형성되고, 상기 고정접촉자는 상기 단락환의 외측에 지지 설치되되, 상기 가동접촉자와 접촉되는 접촉부가 상기 장공을 통해 소정의 높이로 돌출되어 있는 것에 특징이 있는 것이며, 본 고안에 따른 로타리아크 방식의 가스전자접촉기 소호부는, 상기 고정접촉자의 접촉부는 일정 절연거리를 두고 상기 장공의 측벽들과 인접하는 것과 상기 절연거리가 1㎜이하인 것에 특징이 있는 것이다.

상기와 같이 구성되는 본 고안에 따른 로타리아크 방식의 가스전자접촉기 소호부에서는, 개극시 접촉부에서 발생한 초기아크가, 짧은 시간내에 상기 영구자석의 자기력에 의해 상기 고정접촉자와 접촉부와 측면으로 인접하고 있는 상기 단락환으로 전이하게 된다. 전이된 아크는 상기 단락환을 통해 상기 구동코일에 전류를 흘리게 되고 이 전류는 다시 강한 자속을 상기 단락환의 상부에 생성하게 되며, 이에 따라 상기 단락환으로 전이된 아크뿌리는 회전하면서 상부의 강한 지속이 형성된 방향으로 조금씩 이동하게 된다. 상기 아크뿌리가 회전하면서 약간 상부로 이동하게 되면, 상기 고정접촉자의 접촉부의 상부에 인접되어 있는 상기 단락환의 영역에서 회전하게 되므로 상기 회전하는 아크뿌리는 상기 고정접촉자의 접촉부를 지나지 않게 되는 것이다.

이하, 본 고안에 따른 로타리아크 방식의 가스전자접촉기 소호부의 바람직한 실시예의 구성과 동작을 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명한다.

제3도는 본 고안에 따른 로타리아크 방식의 가스전자접촉기 소호부의 바람직한 실시예의 단면도로서, a도는 전력이 공급되고 있는 접촉자의 접촉상태를 도시한 것이고, b도는 접촉자를 분리시킨 상태에서 아크(A1,A2)가 발생한 것을 도시한 것이다. 제3도에는, 내측에 이단 원기둥형의 공간을 형성하고 있는 영구자석 보호체(6); 상기 영구자석 보호체(6)에 환형으로 내설되어 있는 영구자석(5); 상기 영구자석 보호체(6)의 내벽을 따라 설치되되 일측 하단에 장공(6a)이 형성되어 있는 금속박막의 단락환(3); 상기 단락환(3)의 외측에, 상기 영구자석 보호체(6)의 상부로 부터 관통삽입되어 설치되는 고정접촉자(1); 상기 고정접촉자(1)의 삽입된 하부선단에 형성되어 상기 장공(6a)에 위치하는 접촉단(7a); 상기 접촉단(7a)과 접촉하는 접촉단 (7b)을 상부선단에 형성하고 있는 가동접촉자(2); 및 상기 단락환(3)의 상측부에 권취되어 있는 구동코일(4);이 도시되어 있다.

제4도는 상기 고정접촉자(1)의 접촉단(7a)이 위치하는 상기 단락환(6)의 장공(6a)부분을 확대하여 도시한 일부확대 사시도로서, 상기 단락환(6)에 형성된 장공(6a)의 각 측벽과 얇은 절연층(8)을 사이에 두고 상기 고정접촉자(1)의 접촉단(7a)이 설치되어 있는 것을 보여주고 있다. 이하에서는, 상기와 같이 구성된 본 고안에 따른 로타리아크 방식의 가스전자접촉기 소호부에서, 발생된 아크가 소호되는 과정을 상기 제3도와 제4도를 참조하여 상세히 설명한다.

먼저, 제3도의 a와 같이 상기고정접촉자(1)와 상기 고정접촉자(2)가 접촉되어 전류가 통전하고 있는 중에, 상기 가동접촉자(2)를 상기 가동접촉자(1)로 부터 분리하면, 제3도의 b도에 도시된 것과 같이 상기 고정접촉자(1)와 상기 가동접촉자(2)의 접촉단(7aa,7b)사이에 초기아크(A1)가 발생한다. 발생된 상기 초기아크(A1)는 상기 영구자석(5)에 의해 수직방향으로 형성된 자기력으로 인하여 다음과 같은 로렌쯔 힘, 즉(여기서,는 아크가 받는 힘,는 아크주변의 자속밀도,는 아크전류이다.)에 의해 회전력의 힘을 받게 된다. 따라서, 상기 가동접촉자(2)의 선단을 축으로 하여 아크는 회전하기 시작하는 데, 이 때 상기 고정접촉자(1) 접촉단(7a)상의 아크뿌리는 상기 단락환(3)으로 전이하게 된다. 종래와는 달리 상기 가동접촉자(1)의 접촉단(7a)과 상기 단락환(3)이 인접하여 있고, 또한 상기 가동접촉자(2)의 선단으로 부터 거의 같은 거리에서 서로 평면을 이루고 있으므로 상기의 전이과정은 빠른 시간내에 이루어지게 된다. 상기 절연층(8)의 간극은 1㎜이하로 하는 것이 바람직하며 이러한 간극하에서 아크뿌리의 전이는 빨리 이루어지게 된다. 그러나, 상기 간극이 지나치게 짧으면 아크뿌리가 상기 단락환(3)으로 전이한 후에도 상기 고정접촉자(1)의 접촉단(7a)에 열손상을 입힐 수 있으므로 1㎜이하에서 적정한 간극을 유지하는 것이 바람직하다.

아크뿌리가 상기 단락환(3)으로 전이하게 되면, 상기 고정접촉자(1)를 흘렀던 전류는 상기 단락환(3)과 상기 구동코일(4)을 통하여 흐르기 시작하고, 상기 단락환(3)에 권취된 구동코일(4)에 전류가 흐르기 시작하면 자계가 발생하게 된다. 이 때 발생되는 자계는 상기 구동코일(4)로 유입되는 전류와 동상으로서 상기 단락환(3)과 쇄교하게 되고 이 자계의 쇄교로 인해 상기 단락환(3)에는 와전류가 발생하고 이 와전류는 또 다시 자계를 발생시키게 되는 데, 이때 발생되는 모든 자계의 벡터(vector)합의 총자계가 상기 발생된 아크에 작용하게 된다. 따라서, 아크전류에는 상기 영구자석(5)에 의한 힘보다 훨씬 강한 로렌쯔 힘이 작용하게 되어 발생된 아크는 고속으로 회전하기 시작한다. 고속으로 회전하는 상기 단락환(3)의 아크(A2)는 상기 구동코일(4)에 의해 밀도가 높은 자속이 형성되어 있는 상기 단락한(3)의 상층부로 점차 상승하게 된다. 상기 단락환(3)중 고정접촉자(1)의 접촉단(7a)이 위치하고 있는 영역은 가동접촉자(2)의 선단에서 동일 각거리에 있기 때문에 1회전동안 아크뿌리가 상기 단락한(3)에서 조금만 상승하더라도 회전시에 상기 고정접촉자(1)의 접촉단(7a)을 지나지 않게 되고, 따라서 상기 단락환(3)으로 전이가 이루어진 후에는 상기 접촉단(7a)에 열손상을 입히지 않게 되는 것이다.

높아진 자속 밀도에 의해 고속으로 회전하는 아크의 전기에너지는 내부에 충진된 소호매질인 SF₆가스의 열에너지로 전환되면서 아크의 에너지를 점차 잃게 되고, 에너지를 잃은 아크는 전류영점에서 결국 소멸하게 된다.

본 고안에 따른 로타리아크 방식의 가스전자접촉기 소호부는, 개극시 발생된 아크가 접촉부에서 빠른시간내에 전이되도록 하고, 전이되어 회전하는 아크는 접촉부를 지나지 않도록 함으로써, 접촉부의 열적손상을 방지하여 전기적 접점을 이루는 접촉부의 수명을 연장하고 보다 장시간에 걸쳐 일정한 차단특성을 가지며, 접촉시에는 항상 긴밀한 접점상태를 유지하여 일정한 통전효율을 유지하도록 한 효과가 있는 것이다.

Claims

가동접촉자; 상기 가동접촉자가 접촉되는 고정접촉자; 상기 가동접촉자의 개극시 발생한 아크에 회전력을 인가하는 영구자석; 가스가 주입된 내측벽을 따라 형성되며 상기 가해진 힘에 의해 아크가 전이되는 단락환; 상기 단락환에 전이된 아크의 에너지에 의해 자속을 발생시키는 구동코일; 을 포함하여 구성되는 로타리아크 방식의 가스전자접촉기 소호부에 있어서, 상기 단락환의 일측에는 장공이 형성되고, 상기 고정접촉자는 상기 단락환의 외측에 지지 설치되되, 상기 가동접촉자와 접촉되는 접촉부가 상기 장공을 통해 소정의 높이로 돌출되어 있는 것을 특징으로 하는 로타리아크 방식의 가스전자접촉기 소호부.
제1항에 있어서, 상기 고정접촉자의 접촉부는 일정 절연거리를 두고 상기 장공의 측벽들과 인접하는 것을 특징으로 하는 로타리아크 방식의 가스전자접촉기 소호부.
제2항에 있어서, 상기 절연거리는 1㎜이하인 것을 특징으로 하는 로타리아크 방식의 가스전자접촉기 소호부.