KR200474478Y1 - 가스절연 차단기의 노즐 구조 - Google Patents

가스절연 차단기의 노즐 구조 Download PDF

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Abstract

본 발명은 가스 절연기의 차단부 구조에 관한 것으로서, 주노즐과, 가동측 아크 접촉자 및 고정측 아크 접촉자로 이루어지는 가스절연 차단기 차단부에 있어서, 차단시에 상기 가동측 아크 접촉자 및 고정측 아크 접촉자이 분리되면서 발생되는 고온 고압의 가스 및 아크 발생을 차단하도록 상기 주노즐 내부로 외부의 저온 가스를 유입시킴으로써, 차단기의 개방시 발생되는 아크 및 고온 고압의 가스에 의해 가스절연 차단기의 차단 능력이 저하되는 것을 방지할 수 있다.

Description

가스절연 차단기의 노즐 구조{NOZZLE STRUCTURE OF GAS CIRCUIT BREAKER}
본 고안은 가스절연 차단기의 노즐 구조에 관한 것으로서, 상세하게는 가스절연 차단기의 개방 동작시에 아크 발생에 의해 초래되는 높은 열가스에 의한 내부 압력상승을 줄이고 차단능력을 향상시키기 위한 노즐 구조에 관한 것이다.
일반적으로, 가스절연 개폐장치(GIP)나 가스절연 차단기(GCB)는 전력계통에있어서 사고시 발생되는 차단전류를 안전하게 소호하고 극간에 발생되는 과도회복 전압에도 절연성능을 유지함으로써 전력계통이나 전력기기를 보호하기 위한 장치를 말한다.
상기 가스절연 개폐장치나 가스절연 차단기는 이상상태에서의 사고전류 차단을 위해 절연력이 우수한 소호 가스, 예컨대 6불화황 가스 또는 질소가스를 압축하여 높은 압력으로 노즐을 통해 분사함으로써 전류차단시 발생하는 아크를 소호한다.
도 1은 일반적인 단방향 압축구조의 가스절연 차단기를 나타낸 도면으로서, 도 1a는 폐회로(ON위치) 상태의 가스절연 차단기의 단면도이고, 도 1b는 개회로(트립위치) 상태의 가스절연 차단기의 단면도이다.
도 1을 참조하면, 종래의 단방향 압축방식의 가스절연 차단기(20)는, 고정측 지지대(10)와 가동측 지지대(30)가 서로 마주보고 설치되고, 상기 고정측 지지대(10)의 내부에 고정적으로 설치되는 고정측 아크 접촉자(12)와, 상기 고정측 아크 접촉자(12)와 접촉하는 위치 또는 상기 고정측 아크 접촉자(12)로부터 분리되는 위치로 직선이동 가능한 가동측 아크 접촉자(26)를 구비한다.
이 상태에서 상기 가동측 아크 접촉자(26)와 상기 고정측 아크 접촉자(12)가 서로 접촉함으로써 회로가 연결되고 상기 가동측 아크 접촉자(26)와 고정측 아크 접촉자(12)가 서로 분리됨으로써 회로가 차단된다.
회로차단시에는 도 1b와 같이 액튜에이터(미도시)와 연결된 실린더 로드(29)가 화살표 방향(42)으로 이동하여 고속의 트립 운동이 시작되고, 실린더 로드(29)가 후퇴함으로써, 압축 실린더(27)와 고정 피스톤(28) 사이의 부피가 급속도로 줄어들면서 압력(43)이 상승하여 노즐(23)을 통해 절연가스가 분사된다.
실린더 로드(29)가 이동하여 고정측 아크 접촉자(12)와 가동측 아크 접촉자(26)가 분리되는 순간부터 아크 접촉자(12, 26) 사이에 아크(44)가 발생한다.
이때 발생한 아크(44)를 소호하기 위해 압축가스(45)가 주노즐(23)을 통해 고정측 지지대(10)로 배출됨과 동시에 후방 배출구(29a)를 통해 배출되어 아크(44)를 소호하면서 회로를 차단하게 된다.
하지만 아크 접촉자(12, 26)의 분리시 아크가 발생함으로써 고온고압의 가스가 발생하여 도3에 도시한 바와 같이 주노즐(23) 내부 및 고정측 지지대(10) 내부로 확산되고 확산된 고온 고압의 가스는 차단 능력을 저하시키는 문제가 있다.
본 발명은, 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 차단기의 개방시 발생되는 아크 및 고온 고압의 가스에 의해 차단 능력이 저하되는 것을 방지하는 가스절연 차단기의 노즐 구조를 제공한다.
본 발명의 일 특징에 따른 가스절연 차단기의 노즐구조는, 주노즐과, 가동측 아크 접촉자 및 고정측 아크 접촉자로 이루어지는 가스절연 차단기의 차단부에 있어서, 차단시에 상기 가동측 아크 접촉자 및 고정측 아크 접촉자가 분리되면서 발생되는 고온 고압의 가스 및 아크 발생을 차단하도록 상기 주노즐 내부로 외부의 저온 가스를 유입시키기 위하여 상기 주노즐의 외부와 내부를 관통하는 홀이 형성될 수 있다.
상기 가스절연 차단기의 노즐구조는, 상기 홀이 주노즐 외부로부터 고정측 아크 접촉자 쪽으로 45도 경사진 방향으로 형성될 수 있다.
상기 가스절연 차단기의 노즐구조는, 상기 관통홀이 주노즐 둘레 방향으로 120도 간격으로 3개가 형성될 수 있다.
상기 가스절연 차단기의 노즐 구조에 의하면, 차단기의 개방시 발생되는 아크 및 고온 고압의 가스에 의해 가스절연 차단기의 차단 능력이 저하되는 것을 방지할 수 있다.
도1은, 종래기술에 의한 가스절연 차단기의 폐회로 상태를 나타내는 단면도.
도2는, 종래기술에 의한 가스절연 차단기의 개회로 상태를 나타내는 단면도.
도3은, 종래기술에 의한 가스절연 차단기에서 차단이 이루어질 때 주노즐 내부의 가스의 흐름을 나타내는 도면.
도4는, 본 발명의 일 실시예에 따른 가스절연 차단기의 노즐 구조를 나타내는 도면.
도5는, 본 발명의 일 실시예에 따른 노즐 구조를 가진 가스절연 차단기에서 차단이 이루어질 때 주노즐 내부의 가스의 흐름을 나타내는 도면.
상술한 본 발명의 특징 및 효과는 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예들을 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도4는 본 발명의 일 실시예에 따른 가스절연 차단기에서 차단이 이루어질 때 주노즐 부근을 확대하여 나타내는 도면이다.
도면을 참조하면 상기 가스절연 차단기의 차단부는 주노즐(23)과, 가동측 아크 접촉자(26) 및 고정측 아크 접촉자(12)로 이루어진다.
상기 고정측 아크 접촉자(12)는 고정측 지지대(10)의 내부에 고정적으로 설치되고 후술하는 가동측 아크 접촉자(26)와 접촉하거나 분리됨으로써 회로를 폐쇄하거나 개방하는 역할을 한다.
상기 가동측 아크 접촉자(26)는 가동측 지지대(30)에 설치되고 상기 고정측 아크 접촉자(12)와 접촉하는 위치 또는 상기 고정측 아크 접촉자(12)로부터 분리되는 위치로 직선운동이 가능하도록 이루어진다.
상기 주노즐(23)은 상기 가동측 아크 접촉자(26)와 결합하여 직선운동 시키는 압축 실린더(29)의 선단에 고정설치되어 절연가스를 분사하는 역할을 한다.
상기 주노즐(23)에는 주노즐(23)의 외부와 내부를 관통하는 홀(231)이 형성된다. 상기 홀(231)이 형성됨으로써 외부의 저온 가스를 상기 주노즐(23) 내부로 유입시키는 것이 가능하다.
즉 주노즐(23)이 고정측 아크 접촉자(12)로부터 분리되는 방향으로 진행함에 따라 상기 주노즐(23) 내부의 압력이 주노즐(23) 외부의 압력보다 작아지면 상기 홀(231)을 통하여 외부의 차가운 공기(저온 가스)가 주노즐(23) 내부로 유입된다.
상기와 같이 주노즐(23)의 외부와 내부를 관통하는 홀(231)을 형성함으로써 압력차를 이용하는 간단한 방법으로 외부의 차가운 공기를 주노즐(23) 내부로 유입시키는 것이 가능하여 차단기의 개방시 발생되는 아크 및 고온 고압의 가스에 의해 가스절연 차단기의 차단 능력이 저하되는 것을 방지할 수 있다.
상기 홀(231)은 이미 제작이 완료된 주노즐(23)에 드릴링 등의 작업을 통해 형성하는 것이 가능하고 또는 홀(231)이 형성된 주노즐(23)을 주형을 이용하여 주물로 제작하는 것도 가능하다.
이 때 상기 홀(231)은 주노즐(23) 외부로부터 고정측 아크 접촉자(12) 쪽으로 45도 경사진 방향으로 형성되는 것이 바람직하다.
즉 상기 홀(231)의 형성각도가 외부로부터 고정측 아크 접촉자(12) 쪽으로 45도보다 크거나 45도보다 작은 경우에는 와류가 발생할 가능성이 있어 부적당하며, 고정측 아크 접촉자(12) 쪽으로 대략 45도 정도의 각도로 형성된 경우 고정측 아크 접촉자(26) 방향으로 자연스러운 유체의 흐름을 얻을 수 있어 외부의 차가운 공기를 더 많이 주노즐(23) 내부로 유입시키는 것이 가능하다.
또한 상기 홀(231)은 주노즐(23) 둘레 방향으로 120도 간격으로 3개가 형성되는 것이 바람직하다.
이는 홀(231)이 여러 개 형성되는 경우 외부의 차가운 공기를 더 많이 주노즐(23) 내부로 유입시키는 것이 가능하고 특히 120도 간격으로 홀(231)이 형성되는 경우에는 각 홀(231)에서 유입되는 공기가 서로 충돌함이 없이 흐르는 것이 가능하다.
상술한 설명에서는 주노즐(23) 외부와 내부를 관통하는 홀(231)을 형성하여 압력차에 의해 외부의 차가운 공기를 유입시키는 것으로 하였으나 홀(231)에 튜브를 삽입하여 구동수단에 의해 외부 공기를 능동적으로 유입시키도록 하여도 무방하다.
또한 이 경우 홀(231)을 형성하지 않고도 주노즐(23) 내부에 직접 튜브를 삽입하여 구동수단에 의해 외부 공기를 능동적으로 유입시키도록 하여도 무방하며 차단시에 상기 가동측 아크 접촉자(26) 및 고정측 아크 접촉자(12)가 분리되면서 발생되는 고온 고압의 가스 및 아크 발생을 차단하도록 상기 주노즐(23) 내부로 외부의 차가운 공기를 유입시키는 구성이라면 본 발명의 범주에 속한다고 할 것이다.
다음으로 본 발명의 일 실시예에 따른 가스절연 차단기의 노즐 구조를 구비한 가스절연 차단기의 작동에 대해 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도5는 본 발명의 일 실시예에 따른 노즐 구조를 가진 가스절연 차단기에서 차단이 이루어질 때 주노즐 내부의 가스의 흐름을 나타내는 도면이다.
차단신호에 따라 가동측 아크 접촉자(26)가 고정측 아크 접촉자(12)로부터 분리되면 고온 고압의 가스 및 아크가 발생하게 되고 가동측 아크 접촉자(26)가 고정측 아크 접촉자(12)로부터 더 멀어지면 고정측 아크 접촉자(12)가 주노즐(23)과 최종적으로 접하는 도5a의 상태가 된다.
이 때 발생한 고온 고압의 가스 및 아크는 고정측 아크 접촉자(12)가 주노즐(23)과 접촉하고 있으므로 주노즐(23)의 상부로 이동하지 못한다.
상기 가동측 아크 접촉자(26)가 더 이동하여 고정측 아크접촉자와 주노즐(23) 내부의 접촉상태가 해제되면 주노즐(23) 내부의 하부의 압력보다 상부의 압력이 더 낮으므로 고온 고압의 가스 및 아크는 주노즐(23) 내부의 상부로 이동하게 된다.
이 때 또한 주노즐(23) 외부의 압력보다 주노즐(23) 내부의 상부의 압력이 더 낮으므로 외부의 차가운 공기가 홀(231)을 통하여 주노즐(23) 내부의 상부로 흘러 들어가 도5b의 상태가 된다.
상기 가동측 아크 접촉자(26)가 더 이동하면 외부의 차가운 공기는 계속적으로 주노즐(23) 내부의 상부로 흘러 들어가고 상기 외부의 차가운 공기에 의해 고온 고압의 가스는 상대적으로 저온 저압의 가스가 되고 아크는 소멸되므로 차단능력이 향상된다.
이에 따라 차단기의 개방시 발생되는 아크 및 고온 고압의 가스에 의해 가스절연 차단기의 차단 능력이 저하되는 것을 방지할 수 있는 가스 절연기의 차단부 구조를 구현할 수 있다.
앞서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
10 : 고정측 지지대 12 : 고정측 아크 접촉자
20 : 가스절연 차단기 23 : 주노즐
26 : 가동측 아크 접촉자 29 : 압축 실린더
30 : 가동측 지지대 231 : 홀

Claims (3)

  1. 고정측 아크 접촉자, 상기 고정측 아크 접촉자에 접촉 및 분리되는 가동측 아크 접촉자 및 상기 고정측 아크 접촉자와 상기 가동측 아크 접촉자가 서로 접촉 및 분리되는 접점부위를 수용하고 상기 접점부위에 절연가스를 분사하여 상기 접점부위에서 발생되는 아크를 소호하는 주노즐을 포함하는 가스절연 차단기 차단부에 있어서,
    상기 주노즐은, 상기 주노즐의 외부의 저온 가스가 상기 주노즐의 외부와 내부의 압력차이에 의해 상기 주노즐의 내부로 유입되어 상기 주노즐의 내부를 냉각하도록, 상기 주노즐은 벤투리(venture) 형태로 형성되고, 상기 벤투리의 벽부에 상기 벤투리의 목을 기준으로 하류 측 내부와 상기 벤투리의 외부를 연통시키는 홀이 형성되는 것을 특징으로 하는 가스 절연기의 차단부 구조.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 홀이 주노즐 외부로부터 고정측 아크 접촉자 쪽으로 45도 경사진 방향으로 형성되는 것을 특징으로 하는 가스 절연기의 차단부 구조.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 홀은 주노즐 둘레 방향으로 120도 간격으로 3개가 형성되는 것을 특징으로 하는 가스 절연기의 차단부 구조.
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