KR20020015896A - 복합 소호형 가스 차단기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 복합 소호형 가스 차단기에 관한 것으로서, 작은 조작력으로 우수한 차단 성능을 얻을 수 있는 복합 소호형 가스 차단기를 제공하고자 한다.

본 발명에 따른 복합 소호형 가스 차단기는 고장이 발생하여 고장 전류가 흐를 때, 그를 차단 하기 위한 것으로 고정 아크 접점부, 가동 아크 접점부, 파퍼 실린더, 노즐 및 피스톤을 갖는 차단부와, 상기 차단부를 조작하기 위한 조작기를 구비하는 가스 차단기에 있어서, 상기 파퍼 실린더의 체적은 동급의 파퍼형 차단기보다 상대적으로 작게 마련되고, 실린더의 일측에는 아크 발생시의 열에너지를 이용하여 높은 가스 압력을 생성하기 위한 열팽창실이 마련되며, 상기 조작기는 전동 스프링 조작기로 구성된다.

이와 같은 본 발명에 의하면, 고장 전류의 차단에 있어서 소전류의 차단은 파퍼 실린더의 압력상승에 의해, 그리고 대전류의 차단은 별도로 마련된 열팽창실의 압력상승에 의해 이루어지므로, 종래 파퍼형 가스 차단기에서와 같이 파퍼 실린더에 큰 압력상승을 요구하지 하지 않게 되며, 따라서 차단기에 과도한 충격이 가해지는 것을 방지하여 차단기의 수명을 연장시킬 수 있으며 조작력이 작은 소형 조작기를 사용할 수 있으므로 차단기를 소형화할 수 있는 장점이 있다.

Description

복합 소호형 가스 차단기{Hybrid-extinction type gas circuit breaker}

본 발명은 복합 소호형 가스 차단기에 관한 것으로서, 특히 차단부를 전동 스프링 조작기에 의해 조작하면서도 우수한 차단 성능을 얻을 수 있는 복합 소호형 가스 차단기에 관한 것이다.

일반적으로, 전력 계통에 고장이 발생했을 경우 계통 및 각종 전력기기를 보호하기 위해서는 고장 전류를 차단해야 한다. 이와 같은 고장 전류를 차단하는 장치를 차단기라 하며, 소호/절연 매질에 따라 진공 차단기(VCB:Vacuum Circuit Breaker), 오일 차단기(OCB:Oil Circuit Breaker), 가스 차단기(GCB:Gas Circuit Breaker) 등으로 분류된다. 차단기가 고장 전류를 차단한다는 것은 고장 전류 차단 시에 두 접점 사이에서 발생하는 아크(arc)를 소호(extinction)한다는 것을 의미하며, 아크를 소호하는 방식에 따라 가스 차단기는 다시 파퍼 소호방식(puffer type), 로터리 아크 소호방식(rotating arc type), 열팽창 소호방식(thermal expansion type), 복합 소호방식(hybrid extinction type) 등으로 분류된다. 현재, 초고압급(72.5kV급이상) 차단기로는 SF₆가스를 소호/절연 매질로 하는 파퍼 소호방식의 차단기가 주로 사용되고 있다.

파퍼 소호방식 가스 차단기는 도 1에 도시된 바와 같이, 고장 전류를 차단하기 위한 차단부(101)와, 차단부(101)의 조작을 위한 조작기(109)로 크게 구성되어 있다. 그리고, 차단부(101)는 고정 아크 접점부(102), 가동 아크 접점부(103), 파퍼 실린더(104), 노즐(105), 피스톤(106) 및 그들을 전체적으로 감싸서 보호하는 것으로 그 내부에는 SF₆가스가 충전(充塡)되어 있는 원통형의 금속용기(107)로 구성되어 있다. 참조번호 108은 차단부(101)와 조작기(109)를 연결하는 조작기 로드를 나타낸다.

이상과 같은 구성의 파퍼 소호방식 가스 차단기에 있어서, 차단부(101)는 정상 상태에서는 도 2a에 도시된 것처럼, 닫혀 있는 상태를 유지하면서 정상 전류를 흘리게 된다. 그러나, 일단 전력 계통에 이상이 발생하여 정상 전류의 수배(예컨대, 약 10배)에 달하는 고장 전류가 흐르게 되면, 조작기(109)의 구동 코일(미도시)이 고장 전류에 의해 여자(勵磁)되고, 코일에서 발생한 전자력(電磁力)에 의해 조작기(109)의 스위치(미도시)가 동작하여 도 2b에 도시된 바와 같이 차단부(101)의 가동부(파퍼 실린더, 노즐, 가동 아크 접점부 등)를 잡아 당기게(도면상에서는 우측에서 좌측으로) 된다. 그러면, 파퍼 실린더(104) 내부의 SF₆가스는 피스톤(106)에 의해 압축되고, 가동부가 이동함에 따라 가동 아크 접점부(103)와 고정 아크 접점부 (102)가 상호 분리된다. 이에 따라 가동 아크 접점부(103)와 고정 아크 접점부 (102) 사이에는 아크가 발생된다. 이때, 발생된 아크는 도 2c에서와 같이 파퍼 실린더(104)에서 압축된 SF₆가스로 불어서 소호(消弧)하고, 차단기는 비로소 고장 전류 차단에 성공하게 된다(실제로는 아크 소호 후에도 극간 사이의 열적 회복과 절연 회복에 성공한 경우에만 차단에 성공했다고 한다).

상기 조작기(109)에는 공기의 압력을 이용한 공압 조작기, 오일의 압력을 이용한 유압 조작기 및 스프링과 모터로 구동하는 전동 스프링 조작기가 있다. 공압 조작기는 큰 조작력을 얻기 위해서는 규모가 커야 되고, 공기를 압축 탱크에 밀어 넣기 위한 별도의 압축기가 마련되어야 하는 등의 단점이 있다. 전동 스프링 조작기는 조작력이 다소 부족하여 파퍼형 가스 차단기처럼 큰 조작력이 필요한 곳에는 적용이 어렵다. 따라서, 현재 가스 차단기에는 대부분 유압 조작기가 채용되고 있다.

한편, 현재 사용되고 있는 파퍼 소호 방식으로 차단 성능을 높이기 위해서는 파퍼 실린더 내의 가스 압력을 높여 주어야 한다. 그러나, 도 3에 도시된 바와 같이, 파퍼 소호 방식만으로는 차단 성능을 증진시키는 것에 한계가 있다. 특히, 파퍼 실린더 내의 압력을 높여주기 위해서는 차단부를 고속으로 동작시켜야 하므로 유압 조작기의 오일의 압력을 크게 높여 주어야 한다. 하지만, 유압 조작기의 오일의 압력을 높이는 데에는 한계가 있으며, 차단부를 고속으로 움직이면 움직일수록 파퍼 실린더 내의 반발력은 더욱 커진다. 특히, 매우 높은 압력으로 조작기를 조작하는 경우 조작기 자체는 물론 고속으로 동작하는 차단부가 기계적으로 큰 충격을 받게 되어 차단기 수명이 단축된다.

본 발명은 이상에서와 같은 문제점을 감안하여 창출된 것으로서, 작은 조작력으로 우수한 차단 성능을 얻을 수 있는 복합소호형 가스 차단기를 제공함에 그 목적이 있다.

도 1은 종래 파퍼 소호방식 가스 차단기의 개략적인 구성도.

도 2a 내지 도 2c는 파퍼 소호방식 가스 차단기의 아크 소호 과정을 보여주는 도면.

도 3은 일반적인 가스 차단기의 각 소호방식에 따른 차단 전류의 크기와 아크 소호 성능의 상호 관계를 보여주는 도면.

도 4는 본 발명에 따른 복합소호형 가스 차단기의 차단부의 개략적인 구성도.

도 5 및 도 6은 본 발명에 따른 복합소호형 가스 차단기의 고장 전류 차단 과정을 보여주는 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

101,401...차단부 102,402...고정 아크 접점부

103,403...가동 아크 접점부 104,404...파퍼 실린더

105,405...노즐 106,406...피스톤

108...조작기 로드 109...조작기

407...열팽창실 408...유로 가이드

409...가스 배출구

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 복합소호형 가스 차단기는, 고장 전류의 발생시 그를 차단 하기 위한 것으로 고정 아크 접점부, 가동 아크 접점부, 파퍼 실린더, 노즐 및 피스톤을 갖는 차단부와, 상기 차단부를 조작하기 위한 조작기를 구비하는 가스 차단기에 있어서,

상기 파퍼 실린더의 체적은 동급의 파퍼형 차단기보다 상대적으로 작게 마련되고, 실린더의 일측에는 아크 발생시의 열에너지를 이용하여 높은 가스 압력을 생성하기 위한 열팽창실이 마련되며, 상기 조작기는 전동 스프링 조작기로 구성되어 있는 점에 그 특징이 있다.

여기서, 바람직하게는 상기 열팽창실의 일측에는 아크 발생 시 열가스가 실린더 내로 유입되는 것을 방지하는 동시에 열가스를 열팽창실로 유도하며, 실린더 내의 압축된 냉가스의 원활한 배출을 위한 유로 가이드가 마련된다.

또한, 아크 발생에 따른 고온의 열가스를 배출하기 위한 가스 배출구가 실린더 로드의 소정 부위에 형성된다.

여기서, 바람직하게는 상기 노즐의 노즐목 직경은 Ø17mm 이하로 한다.

이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.

도 4는 본 발명에 따른 복합소호형 가스 차단기의 차단부의 개략적인 구성도이다.

본 발명에 따른 복합소호형 가스 차단기는 파퍼 소호방식과 열팽창 소호 방식을 혼합한 것으로, 일반적인 가스 차단기와 마찬가지로 고장 전류를 차단하기 위한 차단부와, 차단부를 조작하기 위한 조작기(미도시)로 크게 구성된다. 도 4에 도시된 바와 같이, 차단부(401)는 고정 아크 접점부(402), 가동 아크 접점부(403), 파퍼 실린더(404), 노즐(405) 및 피스톤(406)을 기본적으로 구비한다.

여기서, 상기 파퍼 실린더(404)의 체적은 동급의 파퍼형 차단기보다 상대적으로 작게(예컨대, 50% 정도로) 마련된다. 그리고, 특히 파퍼 실린더(404)의 일측에는 아크 발생시의 열에너지를 이용하여 높은 가스 압력을 생성하기 위한 열팽창실 (407)이 마련된다. 그리고, 바람직하게는 이 열팽창실(407)의 일측에는 아크 발생 시 열가스가 실린더(404) 내로 유입되는 것을 방지하는 동시에 열가스를 열팽창실 (407)로 유도하며, 실린더(404) 내의 압축된 냉가스의 원활한 배출을 위한 유로 가이드(408)가 마련된다.

또한, 아크 발생에 따른 고온의 열가스를 배출하기 위한 가스 배출구(409)가 실린더 로드(404r)의 소정 부위에 형성된다. 이때, 이 가스 배출구(409)는 아크 발생시의 열가스의 배출시기를 조절하기 용이하도록 하기 위해 상기 피스톤(406)의 앞단을 기준으로 노즐(405)의 상류장과 동일한 곳에 위치되는 것이 바람직하다. 또한, 아크에 의한 아크 접점부의 과도한 용융을 줄이기 위해 가동 아크 접점부(403) 및 고정 아크 접점부(402)의 팁(tip)의 재질로는 텅스텐과 구리의 혼합 비율이 8:2(일반적으로 7:3)인 합금이 사용된다.

또한, 상기 피스톤의 행정거리(stroke)는 기존의 파퍼형 차단기에 비해 상대적으로 감소(예컨대, 72% 수준으로)시켜 조작기가 차단부를 길게 움직여야 하는 부담을 줄여 조작기 로드와 연결로드의 길이를 축소시키는 것이 바람직하다. 이는 조작기 로드와 연결 로드의 기계적 강도를 높이기 위한 것이다. 도 4에서 참조 번호410은 고정 주접점부, 411은 가동 주접점부, 412는 절연 커버, 413은 실드를 각각 나타낸다.

그리고 상기 노즐(405)의 노즐목 직경은 최대 Ø17mm 를 넘지 않도록 다시말하면, 노즐목 직경은 Ø17mm 이하로 구성하는 것이 바람직하다. 노즐목의 직경은 그 크기에 따라 차단 성능이 결정되며 아크 접점의 크기, 파퍼 실린더, 팽창실에서 배출되는 유량의 배출도 결정하게된다.

그러면, 이상과 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 복합 소호형 가스 차단기의 동작에 대해 도 4 내지 도 6을 참조하면서 간략히 설명해 보기로 한다.

차단부(401)는 정상 상태에서는 도 5에 도시된 것처럼, 닫혀 있는 상태를 유지하면서 정상 전류를 흘리게 된다. 그러나, 일단 전력 계통에 이상이 발생하여 정상 전류의 수배에 달하는 고장 전류가 흐르게 되면, 전동 스프링 조작기(미도시)가 동작하여 도 6에 도시된 바와 같이 차단부(401)의 가동부(파퍼 실린더, 열팽창실, 노즐, 가동 아크 접점부 등)를 잡아 당기게(도면상에서는 우측에서 좌측으로) 된다. 그러면, 파퍼 실린더(404) 내부의 SF₆가스는 피스톤(406)에 의해 압축되고, 가동부가 이동함에 따라 가동 아크 접점부(403)와 고정 아크 접점부(402)가 상호 분리된다. 이에 따라 가동 아크 접점부(403)와 고정 아크 접점부(402) 사이에는 아크가 발생된다. 이때, 발생된 아크는 파퍼 실린더(404)에서 압축된 SF₆가스로 불어서 소호(消弧)하고, 차단기는 비로소 고장 전류 차단에 성공하게 된다.

이상과 같은 일련의 과정에 있어서, 소전류(수 십A)의 차단은 피스톤(406)의이동에 의한 파퍼 실린더(404)의 압력 상승으로, 그리고 대전류의 차단은 열팽창실 (407)의 압력상승으로 아크를 소호하여 차단하게 된다. 이와 같이, 파퍼 실린더 (404)의 압력 상승으로 소전류만 차단하면 되므로(종래 파퍼형 차단기에서는 소전류 및 대전류의 차단을 모두 파퍼 실린더의 압력 상승으로 아크를 소호하여 차단함), 큰 압력상승을 필요로 하지 않게 되며, 따라서 전술한 바와 같이 본 발명에서의 파퍼 실린더의 체적을 동급의 파퍼형 차단기에 비해 1/2 정도로 축소시킬 수 있게 되는 것이다. 그리고, 그것은 곧 조작기로서 종래와 같은 유압 조작기가 아닌 전동 스프링 조작기에 의해 작은 조작력으로도 충분한 차단 성능을 얻을 수 있음을 의미하며 차단기를 축소시킬 수 있다는 것이다.

이상의 설명에서와 같이 본 발명에 따른 복합 소호형 가스 차단기는 고장 전류의 차단에 있어서 소전류의 차단은 파퍼 실린더의 압력상승에 의해, 그리고 대전류의 차단은 별도로 마련된 열팽창실의 압력상승에 의해 이루어지므로, 종래 파퍼형 가스 차단기에서와 같이 파퍼 실린더에 큰 압력상승을 요구하지 하지 않게 되며, 따라서 차단기에 과도한 충격이 가해지는 것을 방지하여 차단기의 수명을 연장시킬 수 있는 장점이 있다. 또한, 실린더의 체적을 종래 파퍼형 차단기보다 상대적으로 축소시킬 수 있어 차단기의 전체 부피를 소형화할 수 있고, 작은 조작력으로도 충분한 차단 성능을 얻을 수 있어 제품에 대한 신뢰도 및 시장 경쟁력을 한층 증진시킬 수 있다.

Claims (7)

1. 고장 전류의 발생시 그를 차단 하기 위한 것으로 고정 아크 접점부, 가동 아크 접점부, 파퍼 실린더, 노즐 및 피스톤을 갖는 차단부와, 상기 차단부를 조작하기 위한 조작기를 구비하는 가스 차단기에 있어서,

   상기 파퍼 실린더의 체적은 동급의 파퍼형 차단기보다 상대적으로 작게 마련되고, 실린더의 일측에는 아크 발생시의 열에너지를 이용하여 높은 가스 압력을 생성하기 위한 열팽창실이 마련되며, 상기 조작기는 전동 스프링 조작기로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 복합 소호형 가스 차단기.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 파퍼 실린더의 체적은 동급의 파퍼형 차단기의 실린더 체적의 50% 정도인 것을 특징으로 하는 복합 소호형 가스 차단기.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 열팽창실의 일측에는 아크 발생 시 열가스가 실린더 내로 유입되는 것을 방지하는 동시에 열가스를 열팽창실로 유도하며, 실린더 내의 압축된 냉가스의 원활한 배출을 위한 유로 가이드가 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 복합 소호형 가스 차단기.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 실린더의 로드에는 아크 발생에 따른 고온의 열가스를 배출하기 위한 가스 배출구가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 복합 소호형 가스 차단기.
5. 제 4항에 있어서,

   상기 가스 배출구는 상기 피스톤의 앞단을 기준으로 노즐의 상류장과 동일한 곳에 위치되어 있는 것을 특징으로 하는 복합 소호형 가스 차단기.
6. 제 1항에 있어서,

   상기 가동 아크 접점부 및 고정 아크 접점부의 팁의 재질은 텅스텐과 구리의 혼합 비율이 8:2인 합금인 것을 특징으로 하는 복합 소호형 가스 차단기.
7. 제 1 항에 있어서,

   상기 노즐의 노즐목 직경은 Ø17mm 이하인 것을 특징으로 하는 복합 소호형 가스 차단기.