KR20020030165A

KR20020030165A - 종자계 방식 진공인터럽터용 전극구조

Info

Publication number: KR20020030165A
Application number: KR1020000060742A
Authority: KR
Inventors: 김성일; 연영명
Original assignee: 이종수; 엘지산전 주식회사
Priority date: 2000-10-16
Filing date: 2000-10-16
Publication date: 2002-04-24
Also published as: US20020043514A1; CN1349236A; KR100386845B1; CN1206685C; JP2002184273A; DE10149894B4; DE10149894A1; US6506992B2

Abstract

본 발명은 종자계 방식의 진공인터럽터용 전극구조에 관한 것으로, 본 발명은 고정측 접점과 가동측 접점 사이에서 전류가 흐르기 전에 그 전류가 중심에서 외부로 또는 외부에서 중심으로 회전하면서 통전되어 종자계를 이루도록 하는 3분할 형성된 원반상의 도전체가 상기한 고정측 접점과 가동측 접점의 배후면에 각각 구비되어 구성됨으로써, 대전류 차단시에 고정접점과 접촉하고 있는 가동접점이 기계적으로 분리될 때 발생되는 아크와 평행한 자계를 인가함으로써 전극의 소모와 아크전압을 감소시켜 차단성능이 향상된다.

또한, 횡자계 방식의 전극과 비교할 때 작은 직경을 사용하여 동일한 사고전류를 차단할 수 있기 때문에 진공인터럽터의 차단용량이 증대됨과 아울러 진공인터럽터의 소형화가 가능하게 된다.

Description

종자계 방식 진공인터럽터용 전극구조{ELECTRODE STRUCTURE FOR VACUUM INTERRUPTER USING AIAL MAGNETIC FIELD}

본 발명은 종자계방식 진공인터럽터용 전극구조에 관한 것으로, 특히 송배전 선로 및 자가용 변전설비에서 발생하는 사고전류로부터 모터 및 변압기와 같은 부하기기를 보호하기 위하여 사용되고 있는 중전압급 진공차단기용 진공인터럽터의 차단성능 향상 및 소형화에 적당하도록 한 종자계방식 진공인터럽터용 전극구조에 관한 것이다.

일반적으로 차단기는 소호매질에 따라서 기름을 사용하는 유입차단기, 불활성 기체인 6불화황(SF₆)가스를 사용하는 가스차단기, 공기를 사용하는 공기차단기, 자기를 사용하는 자기차단기 및 진공의 우수한 절연내력을 사용하는 진공차단기 등으로 분류할 수 있다.

이 중에서 상기 진공차단기는 중전압급 차단기 중에서 가장 많이 사용되고 있는 것으로, 10^-3Torr 이하의 진공상태에서 높은 절연내력을 갖는 장점을 이용하여 최근 고전압화, 대전류화 및 소형화에 상당한 진척을 보이고 있다.

이러한 진공차단기의 핵심부품인 진공인터럽터는 사고전류 발생시 제어회로에서 감지된 사고전류의 신호로 트립 메커니즘을 작동하여 링크의 구동에 의해 접촉되어 있는 가동전극과 고정전극을 분리시켜 전류를 차단함으로써 기기를 보호하는 것으로, 이를 위한 대전류 차단용 전극구조는 아크전류에 의하여 자발적으로 발생하는 수직방향의 자계에 의하여 아크를 자기구동하는 방식인 횡자계 방식(또는, 스파이럴 방식)의 전극이 주로 사용되고 있다.

도 1은 종래 횡자계 방식의 전극구조를 보인 종단면도이다.

이에 도시된 바와 같이 종래 횡자계 방식의 전극구조는, 양측이 고정측과 가동측으로 배분될 원통상의 절연용기(1)와, 그 절연용기(1)의 고정측 단부에 결합되는 고정측 덮개(2)와, 그 고정측 덮개(2)를 관통하여 결합되는 고정측 전극봉(3)과, 그 고정측 전극봉(3)의 내측단에 장착되는 고정접점(4)과, 상기 절연용기(1)의 가동측 단부에 결합되는 가동측 덮개(5)와, 그 가동측 덮개(5)를 관통하여 결합되는 가동측 전극봉(6)과, 상기 고정접점(4)에 대향되도록 가동측 전극봉(6)의 내측단에 장착되는 가동접점(7)과, 상기 고정접점(4)과 가동접점(7)을 함께 수용하도록 절연용기(1)의 내부에 장착되는 아크쉴드(8)를 포함하여 구성되어 있다.

상기 고정접점(4)과 가동접점(7)은 상호 대칭지게 형성되는 것으로, 그 중 가동접점(7)은 도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이, 그 정중앙에 가동측 전극봉(6)이 삽입 결합되도록 관통 형성되는 전극봉 장착공(7a)과, 투입상태에서 고정접점(4)과 접촉되도록 중앙부에 편평하게 형성되는 평면접촉부(7b)와, 그 평면접촉부(7b)의 중앙에 상기한 전극봉 장착공(7a)을 수용하도록 음각지게 형성되어 아크 발생을 감소시키는 요홈부(7c)와, 상기 평면접촉부(7b)에서 연장되어 외곽으로 갈수록 경사지게 형성되는 경사부(7d)와, 그 경사부(7d)에 스파이럴 형상으로 관통지게 형성되는 슬릿부(7e)로 이루어져 있다.

한편, 상기 고정접점(4) 역시 가동접점(7)과 대칭되도록 하여 동일하게 형성되어 있다.

도면중 미설명 부호인 9는 고정단자, B는 미끄럼부시이다.

상기와 같은 종래 횡자계 방식의 전극구조는 다음과 같이 동작된다.

즉, 투입상태로 된 한 쌍의 횡자계 전극에 사고전류가 고정전극측에서 가동전극측으로 또는 가동전극측에서 고정전극측으로 흐를 때, 진공인터럽터는 외부의 기계적인 메커니즘으로부터 개극신호를 받아 고정접점(4)과 접촉하고 있는 가동접점(7)이 분리되면서 접점(4,7)의 평면접촉부(미부호,7b)에서 아크가 발생하게 되고, 이 아크전류에 의해 형성된 자장방향의 성분은 횡방향으로 되어 접점(4,7)의 중심에서 발생된 아크가 이로 인해 시간의 경과와 함께 반경 방향으로 이동하면서 접점(4,7)의 슬릿부(미부호,7e)로 이동하게 된다. 이때, 아크전류가 8kA 이상이 되면 아크의 형태는 집중아크를 형성하여 전극봉과 전극에서 형성된 전류경로에 의해 로렌쯔의 힘(F = I × B)을 받아서 전극의 반경방향의 바깥을 향해 구동되는 것이었다.

그러나, 상기와 같은 종래 횡자계 방식의 전극구조에 있어서는, 대전류의 차단시 아크를 원주방향으로 구동되면서 발생하는 집중아크에 의한 양극의 용융이 심하고, 국부가열에 의한 용착현상이 발생하기 쉽기 때문에 40kA 이상의 높은 사고전류의 차단에는 어려움이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래 횡자계 방식의 전극구조가 가지는 문제점을 감안하여 안출한 것으로, 대전류 차단시에 발생하는 아크에 평행한 자계를 인가시켜아크가 전극의 전면에 균일하게 분포되도록 하고 이를 통해 양극의 용융과 접점의 용착을 방지함으로써 높은 사고전류를 차단할 수 있는 종자계 방식의 진공인터럽터용 전극구조를 제공하려는데 그 목적이 있다.

도 1은 종래 횡자계 방식 전극구조를 갖는 진공인터럽터를 보인 종단면도.

도 2a 및 도 2b는 종래 횡자계 방식 전극구조에서 가동접점을 보인 평면도 및 종단면도.

도 3은 본 발명 종자계 방식 전극구조를 갖는 진공인터럽터를 보인 종단면도.

도 4는 본 발명 종자계 방식 전극구조의 일례를 분해하여 보인 사시도.

도 5는 본 발명 종자계 방식 전극구조에서 고정측 및 가동측 코일전극의 전류흐름을 설명하기 위해 보인 평면도.

도 6은 본 발명 종자계 방식 전극구조에서 고정측 및 가동측의 각 코일전극과 접점의 전류흐름을 설명하기 위해 보인 평면도.

도 7은 본 발명 종자계 방식 전극구조의 변형예를 분해하여 보인 사시도.

도 8은 본 발명 종자계 방식 전극구조의 변형예에 대한 가동접점 조립체의 종단면도.

도 9는 본 발명 종자계 방식 전극구조의 변형예에서 가동측 전극구조체와 코일전극의 전류흐름을 설명하기 위해 보인 평면도.

도 10은 본 발명 종자계 방식 전극구조의 다른 변형예를 분해하여 보인 사시도.

도 11은 본 발명 종자계 방식 전극구조의 다른 변형예에 대한 가동접점 조립체의 종단면도.

도 12는 본 발명 종자계 방식 전극구조의 변형예에서 가동측 접점과 코일전극의 전류흐름을 설명하기 위해 보인 평면도.

** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **

1 : 절연용기 2 : 고정측 덮개

3 : 고정측 전극봉 5 : 가동측 덮개

6 : 가동측 전극봉 8 : 아크쉴드

9 : 고정단자 40,70 : 고정접점 조립체, 가동접점 조립체

41,71 : 전극지지판 42,72 : 3분할전극

42a,72a : 관통구멍 42b,72b : 제1 슬릿

42c,72c : 전극핀 삽입공 43,73 : 전통방지용 접점지지판

44,74 : 무산소동 전극핀 45,75 : 고정접점

45a,75a : 제2 슬릿 45b,75b : 전극핀 삽입홈

110,210 : 전극구조체 110a,210a : 제3 슬릿

310,410 : 고정접점,가동접점 310a,410a : 제2 슬릿

본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 고정측 접점과 가동측 접점 사이에서 전류가 흐르기 전에 그 전류가 중심에서 외부로 또는 외부에서 중심으로 회전하면서 통전되어 종자계를 이루도록 하는 3분할 형성된 원반상의 도전체가 상기한 고정측 접점과 가동측 접점의 배후면에 각각 구비된 것을 특징으로 하는 종자계 방식의 진공인터럽터용 전극구조가 제공된다.

이하, 본 발명에 의한 종자계 방식의 진공인터럽터용 전극구조를 첨부도면에 도시된 일실시예에 의거하여 상세하게 설명한다.

도 4는 본 발명 종자계 방식 전극구조의 일례를 분해하여 보인 사시도이고, 도 5는 본 발명 종자계 방식 전극구조에서 고정측 및 가동측 3분할전극의 전류흐름을 설명하기 위해 보인 평면도이며, 도 6은 본 발명 종자계 방식 전극구조에서 고정측 및 가동측의 각 3분할전극과 접점의 전류흐름을 설명하기 위해 보인 평면도이다.

이에 도시된 바와 같이 본 발명에 의한 종자계 방식의 전극구조는, 양측이 고정측과 가동측으로 배분될 원통상의 절연용기(1)와, 그 절연용기(1)의 고정측 단부에 결합되는 고정측 덮개(2)와, 그 고정측 덮개(2)를 관통하여 결합되는 고정측 전극봉(3)과, 그 고정측 전극봉(3)의 내측단에 장착되는 고정접점 조립체(40)와,상기 절연용기(1)의 가동측 단부에 결합되는 가동측 덮개(5)와, 그 가동측 덮개(5)를 관통하여 결합되는 가동측 전극봉(6)과, 상기 고정접점 조립체(40)에 대향되도록 가동측 전극봉(6)의 내측단에 장착되는 가동접점 조립체(70)와, 상기 고정접점 조립체(40)와 가동접점 조립체(70)를 함께 수용하도록 절연용기(1)의 내부에 장착되는 아크쉴드(8)를 포함하여 구성된다.

상기 고정접점 조립체(40)는 고정측 전극봉(3)의 내측단에 전극지지판(41)을 사이에 두고 장착되는 원반형의 3분할전극(42)과, 그 3분할전극(42)의 일측에 전통방지용 접점지지판(43)을 사이에 두고 3개의 무산소동 전극핀(44)으로 3점 결합되는 원반형의 고정접점(45)으로 이루어진다.

상기 3분할전극(42)의 중앙에는 고정측 전극봉(3)의 고정돌기(3a)가 일측면으로 삽입되는 동시에 타측면으로는 상기한 접점지지판(43)이 삽입되는 관통구멍(42a)이 형성되고, 그 관통구멍(42a)의 주변에서 외주면까지 방사방향에 엇갈리는 방향으로 홈파기된 3개의 전류회전용 제1 슬릿(42b)이 각각 60°정도의 내각을 갖도록 하여 동일한 방향으로 형성되며, 그 외주연에는 상기한 3개의 무산소동 전극핀(44)이 각각 삽입되는 전극핀 삽입공(42c)이 각각 형성된다.

상기 접점지지판(43)은 3분할전극(42)을 통하여 전류가 흐르는 것을 방지하는 동시에 자속이 유기되어 열이 발생되는 것을 방지하도록 고저항을 갖는 비자성체인 스테인레스 재질로 형성되는 것이 바람직하다.

상기 고정접점(45)은 외주면에서 중앙쪽으로 6개의 제2 슬릿(45a)이 서로 방사상 60°각도로 형성되고, 그 외주연에는 상기한 3분할전극(42)의 전극핀삽입공(42c)에 대응되도록 맞은편 전극핀 삽입홈(45b)이 형성된다.

한편, 상기 가동접점 조립체(70)는 전술한 고정접점 조립체(40)와 그 구성이 거의 동일하게 이루어지므로 그에 대한 설명은 생략한다.

여기서, 상기 종자계의 분포 및 자계의 세기를 적절히 조절하도록 하기 위하여 가동측은 고정측 전극부를 수직방향으로 180°회전시킨 형태로 조립되는 반면, 고정측 및 가동측 3분할전극에 연결되어 있는 전극핀을 기준으로 0°에서 60°범위로 회전되어 조립되는 것이 바람직하다.

도면중 종래와 동일한 부분에 대하여는 동일한 부호를 부여하였다.

도면중 미설명 부호인 6a는 가동측 전극봉의 고정돌기, 9는 고정단자, B는 미끄럼부시, 71은 전극지지판, 72는 3분할전극, 72a는 관통구멍, 72b는 제1 슬릿, 72c는 전극핀 삽입공, 73은 접점지지판, 74는 무산소동 전극핀, 75는 가동접점, 75a는 제2 슬릿이다.

상기와 같은 본 발명 종자계 방식의 전극구조는 다음과 같은 작용효과를 갖는다.

즉, 투입상태에서 한 쌍의 3분할전극을 가지는 접점에 사고전류가 고정측에서 가동측으로 또는 가동측에서 고정측으로 흐르게 되면, 외부의 기계적 메커니즘으로부터 개극신호를 받아 고정접점 조립체(40)와 가동접점 조립체(70)가 분리되면서 고정접점(45) 및 가동접점(75)의 각 표면에서 아크가 발생하게 된다. 이때, 상기 고정접점 조립체(40)의 3분할전극(42)을 통해 가동접점 조립체(70)의 3분할전극(72)으로 전류가 흐르게 되면 각 3분할전극(42)(72)의 제1슬릿(42b)(72b)에 의하여 도 5의 화살표와 같이 각각 1/3의 차단전류가 흐르게 된다.

이러한 고정접점 조립체(40)의 3분할전극(42)과 가동접점 조립체(70)의 3분할전극(72) 내부에서의 전류의 흐름과 도 6의 고정접점과 가도접점 내에서의 전류의 흐름에 의해 고정접점과 가동접점 사이에는 동일방향(⊙표시방향)의 종자계가 발생한다.

본 발명 종자계 방식의 전극구조에 대한 다른 실시예가 있는 경우는 다음과 같다.

즉, 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 각 3분할전극(42)(72)과 각 접점(45)(75) 사이에 전류 분할회전을 위한 3분할전극(42)(72)의 제1 슬릿(42b)(72a)과 동일한 형태이고 방향이 반대인 제3 슬릿(110a)(210a)을 가진 전극구조체(110)(210)를 삽입함으로써 종자계를 만드는 전류의 흐름을 증가시킨 것이다.

상기 전극구조체(110)(210)는 3분할전극(42) (72)의 각 제1 슬릿(42b) (72a) 끝단에 연결되어 있는 무산소동 전극핀(44) (74)에 의해 전극구조체(110) (210)의 제2 슬릿(110a) (210a)끝단이 연결되는 동시에 각접점(45) (75)과는 전극구조체(110) (210)의 중심에서 용접되어 있다. 상기 각 접점(45) (75)과 용접되는 부분은 전극구조체(110) (210)의 제3 슬릿(110a) (210a)으로 감싸게 되는 영역의 최대 원지름보다 작게 형성되는 것이 바람직하다.

이 경우 상기 각 3분할전극(42)(72)과 각 전극구조체(110,210)의 전류의 흐름은 도 9에서와 같이 3분할되어 결국 고정접점(45)과 가동접점(75)에서 동일방향의 종자계를 만들게 된다.

또한, 도 10 및 도 11은 전류 분할회전을 위한 각 3분할전극(42)(72)의 제1 슬릿(42b)(72a)과 동일한 형태이고 방향이 반대인 제2 슬릿(310a)(410a)을 가진 고정접점(310) 및 가동접점(410)이 용접되어 있는 전극구조를 나타낸다. 상기 각 접점(310)(410)의 제2 슬릿(310a)(410a) 끝단부는 3분할전극(42)(72)과 대향하는 곳에서 3분할전극(42)(72)의 제1 슬릿(42b)(72a) 끝단과 무산소동 전극핀(44)(74)으로 연결되는데, 상기 각 접점(310)(410)의 표면에 양각진 돌출부(미도시)(410b)는 제2 슬릿(310a)(410a)으로 감싸게 되는 부분의 최대 원지름 보다 작은 것이 바람직하다.

이 경우 각 3분할전극(42)(72)과 각 접점(310)(410)에서의 전류 흐름은 도 12에서와 같이 3분할 되어 결국 고정접점(310)과 가동접점(410)에서 동일방향의 종자계를 만들게 된다.

본 발명에 의한 종자계 방식의 진공인터럽터용 전극구조는, 대전류 차단시에 고정접점과 접촉하고 있는 가동접점이 기계적으로 분리될 때 발생되는 아크와 평행한 자계를 인가함으로써 전극의 소모와 아크전압을 감소시켜 차단성능이 향상된다.

Claims

고정측 접점과 가동측 접점 사이에서 전류가 흐르기 전에 그 전류가 중심에서 외부로 또는 외부에서 중심으로 회전하면서 통전되어 종자계를 이루도록 하는 3분할 형성된 원반상의 도전체가 상기한 고정측 접점과 가동측 접점의 배후면에 각각 구비된 것을 특징으로 하는 종자계 방식의 진공인터럽터용 전극구조.
제1항에 있어서, 상기 도전체는 직선으로 절개되되 그 도전체의 중심을 기준으로 방사대칭을 이루는 슬릿으로 3분할 형성되는 것을 특징으로 하는 종자계 방식의 진공인터럽터용 전극구조.
제2항에 있어서, 상기 슬릿으로 3분할된 각 전류통전로의 끝에서 그 원반상의 도전체가 각각의 접점과 도전체로 연결되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 종자계 방식의 진공인터럽터용 전극구조.
제3항에 있어서, 상기 원반상의 도전체가 서로 대향되게 설치될 때 전류통전로의 끝에서 접점과 연결되는 도전체를 기준으로 각 원반상의 도전체가 각각의 접점에 대해 0°∼ 60°정도 엇갈리게 설치되는 것을 특징으로 하는 종자계 방식의 진공인터럽터용 전극구조.
제3항에 있어서, 상기 원반상의 도전체와 접점 사이에 상기한 원반상의 도전체에 형성된 슬릿과 교차하도록 방사대칭의 슬릿을 가지는 전극구조체가 부가로 연결되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 종자계 방식의 진공인터럽터용 전극구조.
제5항에 있어서, 상기 전극구조체의 중심에서 각 접점과 연결되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 종자계 방식의 진공인터럽터용 전극구조.
제3항에 있어서, 상기 각각의 접점이 원반상 도전체의 슬릿과 교차하는 방사대칭 슬릿을 가지는 것을 특징으로 하는 종자계 방식의 진공인터럽터용 전극구조.