KR200485206Y1 - 가스절연개폐장치 - Google Patents

Abstract

이 고안은 가스절연개폐장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 대용량 전류에 에 대한 신속한 차단을 위한 커패시터가 차단기 외부에 독립된 탱크에 설치되어 차단성능이 향상되고 절연성능의 저하를 방지하고 안정성이 강화된 가스절연개폐장치에 관한 것이다.
본 고안의 일 실시예에 따른 가스절연개페장치는 고정부, 상기 고정부에 결합 또는 분리될 수 있는 가동부, 상기 고정부와 가동부가 내장될 수 있는 외함으로 구성되는 회로 차단기; 상기 외함의 외부에 독립적으로 설치되는 탱크; 및 상기 탱크의 내부에 설치되며 일단은 상기 고정부에 연결되고 타단은 상기 가동부에 연결될 수 있는 커패시터;를 포함하여 구성된다.

Description

가스절연개폐장치{Gas Insulated Switchgear}

이 고안은 가스절연개폐장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 대용량 전류에 에 대한 신속한 차단을 위한 커패시터가 차단기 외부에 독립된 탱크에 설치되어 차단성능이 향상되고 절연성능의 저하를 방지하고 안정성이 강화된 가스절연개폐장치에 관한 것이다.

일반적으로 가스절연개폐장치(Gas Insulated Swichgear)는 전기계통의 전원측과 부하측간의 회로 사이에 설치되어 정상적인 전류상태에서 인위적으로 회로를 개폐할 때 또는 회로상에 지락이나 단락 등 이상전류가 발생하였을 때 전류를 안전하게 차단하여 전력계통 및 부하기기를 보호하는 전기기기이다.

이러한 가스절연개폐장치(GIS) 중에서 송전선로와 직접 연결되는 차단기는 근거리에서 지락 등 사고전류가 발생할 경우 매우 높고 급격한 전압상승율을 가진 사고 전류가 흐르게 되며, 이러한 사고전류를 차단하기 위해서는 매우 높은 차단성능이 요구된다. 따라서 효과적인 차단을 위하여 사고시 발생하는 급격한 전압상승율을 낮추기 위한 방법으로 차단기에 커패시터를 설치하여 전압상승율을 낮추는 방법이 적용되고 있다. 즉, 차단기 탱크 내부에 커패시터를 설치하는 방법이 적용되어 왔다. 커패시터가 설치된 회로차단기에 대한 선행기술로 미국특허 US 4,810,840호 'Dead Tank Circuit Breaker'를 참조할 수 있다.

도면을 참조해 상세히 살펴보기로 한다. 도 1에 일반적인 GIS용 차단기 구조가 도시되어 있다. 차단기(1)는 크게 가동부(2)와 고정부(3)로 구성되어 있다. 송전 가공선로에 직접 차단기(1)가 연결되어 있을 경우, 차단기와 수 km 이내의 송전선로에 지락 발생시 매우 높은 사고전류 및 사고전압이 발생하며, 차단기는 사고전류를 차단하여 기기를 보호하고 사고 구간을 분리하여야 한다. 그런데, 이러한 사고전류가 매우 크고 전압 상승율이 높기 때문에 차단기가 이에 대응하여 사고전류를 차단하기 위해서는 매우 빠르게 움직여야 하며, 이를 위해 매우 큰 조작에너지가 필요하게 된다. 이 경우 차단 설비가 대형화되고 가동비용이 매우 커지게 되므로 효과적으로 이를 대응하기 위하여 사고전류의 매우 높은 전압 상승율을 낮춤으로써 차단기가 사고전류를 쉽게 차단할 수 있도록 하는 방법이 적용된다. 이러한 방법으로 도 2와 같이 차단기(1) 가동부(2)와 고정부(3) 사이에 커패시터(4)를 설치하여 사고전압의 상승율을 감소시킴으로써, 차단기가 사고전류를 쉽게 차단할 수 있도록 하고 있다. 이렇게 함으로써 차단기(1)가 차단시 상대적으로 작은 동작에너지로써 사고전류를 차단할 수 있게 된다.

그런데, 종래기술에서처럼 사고전류의 전압상승률을 낮추기 위해 커패시터(4)를 차단기(1) 내부의 가동부(2)와 고정부(3) 사이에 설치할 경우 커패시터(4)와 아크접촉자 절연거리가 필요하므로 간의 차단기(1)의 크기가 매우 커지게 된다. 따라서, 커다란 공간을 점유가게 되며 제작비용도 상승하게 된다는 문제점이 있다. 또한, 차단기 내부에서 발생하는 오염물질에 노출되어 사고가 발생할 위험도 있다.

본 고안은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 그 목적은 대용량 전류에 대한 신속한 차단을 위한 커패시터가 차단기 외부의 독립된 탱크에 설치되어 차단성능이 향상되고 안정성이 강화된 가스절연개폐장치를 제공하는 것이다.

본 고안의 일 실시예에 따른 가스절연개페장치는 고정부, 상기 고정부에 결합 또는 분리될 수 있는 가동부, 상기 고정부와 가동부가 내장될 수 있는 외함으로 구성되는 회로 차단기; 상기 외함의 외부에 독립적으로 설치되는 탱크; 및 상기 탱크의 내부에 설치되며 일단은 상기 고정부에 연결되고 타단은 상기 가동부에 연결될 수 있는 커패시터;를 포함하여 구성된다.

여기서, 상기 탱크는 상기 가동부와 고정부의 상부에 각각 설치되는 단로기 사이에 설치되며, 상기 커패시터의 양단부는 상기 단로기에 각각 접속되는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 탱크는 상기 외함 하부에 인접하여 설치되며, 상기 고정부와 가동부 하부에 각각 플랜지부가 형성되고, 상기 탱크의 상부 양측에도 각각플랜지부가 형성되어 상기 탱크와 상기 외함은 상기 플랜지부를 통하여 연통되는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 커패시터의 양단부와 상기 고정부 또는 상기 가동부 사이에는 연결도체가 개재되어 서로 접속되는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 고안의 일 실시예에 의한 가스절연개폐장치에 의하면, 사고전류 발생시 나타나는 급격한 전압의 상승을 감소시키는 커패시터가 차단기 외함과는 별도로 격리된 탱크에 설치되도록 함으로써 외함 규모가 커지고 이에 따라 제작비용이 상승하는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.

또한 차단기에서 발생하는 이물질 등에 의해 커패시터에 발생할 수 있는 사고 가능성을 방지하는 효과가 있다.

도 1은 종래기술에 따른 가스절연개폐장치용 차단기의 단면도이다.
도 2는 종래기술에 따른 가스절연개폐장치용 차단기에 커패시터가 적용된 상태의 단면도이다.
도 3은 본 고안의 일 실시예에 따른 가스절연개폐장치용 차단기의 단면도이다.
도 4는 본 고안의 다른 실시예에 따른 가스절연개폐장치용 차단기의 단면도이다.

이하, 본 고안의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 설명하되, 이는 본 고안이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 고안을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세하게 설명하기 위한 것이지, 이로 인해 본 고안의 기술적인 사상 및 범주가 한정되는 것을 의미하지는 않는 것이다.

본 고안의 일 실시예에 따른 가스절연개폐장치는 고정부(11)와 상기 고정부(11)에 결합 또는 분리될 수 있는 가동부(12) 및 상기 고정부(11)와 가동부(12)가 내장되는 외함(13)으로 구성되는 회로 차단기(10); 상기 외함(13) 외부에 독립적으로 설치되는 탱크(20); 및 상기 탱크(20)에 설치되며 일단(26)은 상기 고정부(11)에 접속되고 타단(27)은 상기 가동부(12)에 접속되는 커패시터(25);를 포함하여 구성된다.

도 3은 본 고안의 일 실시예에 따른 가스절연개폐장치용 차단기의 단면도이다. 도면을 참조하여 본 고안의 일 실시예에 대하여 상세히 설명하기로 한다.

회로 차단기(10)는 크게 외함(13)과 외함(13) 내에 구비되는 가동부(12) 및 고정부(11)로 구성된다. 외함(13)은 바람직하게는 접지될 수 있다. 가동부(12)는 고정부(11)에 접촉되거나 분리되면서 전원측과 부하측간의 회로를 연결하거나 차단하는 직접적인 역할을 하게 된다.

고정부(11)와 가동부(12) 위에는 변류기(30,30')가 각각 고정 설치될 수 있다.

각 변류기(30,30') 위에는 무부하 상태의 개폐를 위한 단로기(40,40')가 각각 고정 설치될 수 있다. 이때, 변류기(30,30')와 단로기(40,40') 사시에는 스페이서(35,35')가 각각 마련되어 변류기(30,30') 내에 설치되는 수직형 도체(31,31')를 지지하도록 할 수 있다.

탱크(20)가 양 단로기(40,40')의 사이에 고정 설치된다. 탱크(20)의 양단부(21,21')는 플랜지 형태로 형성되어 단로기(40,40') 외함의 일측에 형성된 플랜지부(41,41')에 각각 결합될 수 있다. 이 결합은 나사결합 등에 의해 이루어질 수 있다. 한편, 이에 따라 커패시터(25)를 수용하고 있는 탱크(20)와 단로기(40,40')의 외함은 각각 연통되어 내부가 연결되도록 할 수 있다.

커패시터(25)는 탱크(20) 내에 설치된다. 커패시터(25)의 양단부는 각각 단로기(40,40')에 접속된다. 바람직하게는, 커패시터(25)의 양단부와 양 단로기(40,40')는 연결도체의 매개에 의해 접속될 수도 있다. 이렇게 함으로써, 길이나 형상 또는 위치에 제한을 받지 않고, 커패시터(25)가 설치될 탱크(20)의 위치를 설치공간이나 환경에 적합하게 선택하여 설계하는 것이 가능해진다. 또한, 커패시터(25)를 설치할 탱크(20)를 차단기(10)와는 별도로 독립적으로 설치함에 따라 차단기(10)의 외함(13)의 크기를 과도하게 크게 제작할 필요가 없어지게 됨에 따라 제작비용이 감소하며, 커패시터(25)가 차단기(10) 외함(13) 내부에 설치됨으로써 발생할 수 있는 이물질에 의한 오염이나 고장을 방지할 수 있다.

커패시터(25)는 고압용으로 제작된 기성품을 사용할 수 있다. 예를 들어 500kV 전압에 200pF의 용량을 가진 커패시터를 사용할 수 있다. 또한, 커패시터(25)는 글래스 파이버로 강화된 튜브를 사용한 커패시터가 적용될 수도 있다. 이는 차단기(10)에 흐르는 전류와 전압, 회로의 내구성 등을 고려한 설계값에 따라 적합하게 적용될 수 있는 설계요소이다.

한편, 차단기(10)의 고정부(11)와 가동부(12) 상부에 설치되는 변류기(30,30')와 단로기(40,40')는 서로 대칭적으로 설치될 수 있다. 이 경우에는 커패시터(25)는 양단부의 연결도체가 각각 단로기(40)의 가동부(42)(또는 고정부)에 접속될 수 있다.

차단기(10)를 통과하는 회로는 고정부(11)와 가동부(12)를 통해 흐르는 단일회로에서 고정부(11), 가동부(12)를 통해 흐르는 회로와 고정부(11), 변류기(30)의 수직형 도체(31), 커패시터(25), 변류기(30')의 수직형 도체(31'), 가동부(12)를 통해 흐르는 병렬회로로 나누어지게 된다. 이에 따라 전압이 분배되고, 고정부(11), 가동부(12)를 통해 흐르는 회로의 전압을 안정적으로 유지하도록 하며, 이상전류의 발생시에는 커패시터(25)가 급격한 전압 상승을 감소시켜주는 역할을 하게 된다.

위와 같이 차단기(10)의 회로와 병렬로 연결되어 구성되는 커패시터(25)에 의해 전압이 나누어짐에 따라 전압은 안정적으로 분배되며, 이상전류 발생시 나타나는 높은 전압상승률이 저감되어 가스절연개폐장치가 고장(Break down)을 일으키지 않고 안정적으로 작동하게 되는 효과가 있다.

도 4를 참조하여 본 고안의 다른 실시예에 따른 가스절연개폐장치에 대하여 설명하기로 한다.

차단기(10) 외함(13)에 인접하여 차단기(10) 외함(13)과는 별도로 독립하여 탱크(20)가 마련된다. 이 실시예에서는 차단기(10) 외함(13)의 하부에 탱크(20)가 인접하여 설치된다. 차단기(10) 외함(13)과 탱크(20)는 양측이 각각 연통되도록 플랜지부가 형성된다. 즉, 차단기(10) 외함(13)의 고정부(11) 하부 및 가동부(12) 하부에 플랜지부(14)가 각각 형성되며, 탱크(20)의 상부 양측에도 플랜지부(21)가 각각 형성된다. 차단기(10) 외함(13)의 플랜지부(14)와 탱크(20)의 플랜지부(21)는 서로 나사결합에 의하여 결합될 수 있다.

탱크(20)에는 커패시터(25)가 설치되며, 커패시터(25)의 양단부는 각각 연결도체(26)를 통해 차단기(10)의 가동부(12)와 고정부(11)에 각각 접속된다. 즉, 연결도체(26)는 일단이 커패시터(25)의 일단부에 결합되고, 탱크(20)의 플랜지부(21)와 외함(13)의 플랜지부(14)를 통과하여 타단이 고정부(11)에 결합된다. 이러한 연결도체(26)는 임의로 형성하는 것이 용이하므로, 차단기(10)와 커패시터(25)의 설계에 자유도를 높여준다.

탱크(20)가 차단기(10)의 외함(13)과는 별도로 제작되므로 차단기(10)의 외함(13)이 불필요하게 커지는 현상을 방지할 수 있으며, 커패시터(25)에 적절한 크기로 형성할 수 있어 공간을 절약할 수 있는 효과가 있다. 또한, 회로에 흐르는 전류의 전압을 안정적으로 유지하도록 하고, 이상전류 발생시 급격한 전압상승을 감소시킴으로써 회로를 안정적으로 작동하도록 할 수 있다. 한편, 차단기(10)의 외함(13) 내부에 가동부(12)와 고정부(11) 및 커패시터(25)가 함께 존재함으로 인해 발생할 수 있는 절연성능의 저하를 해소할 수 있는 효과도 나타난다.

비록 본 고안이 상기 언급된 바람직한 실시 예와 관련하여 설명되어졌지만, 고안의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정 및 변형이 가능한 것은 당업자라면 용이하게 인식할 수 있을 것이며, 이러한 변경 및 수정은 모두 첨부된 청구의 범위에 속함은 자명하다.

10 차단기 11 고정부
12 가동부 13 외함
14 플랜지부 20 탱크
21,21' 양단부 22 플랜지부
25 커패시터 26 연결도체
30,30' 변류기 31,31' 도체
35,35' 스페이서 40,40' 단로기
41,41' 플랜지부 42 가동부

Claims (4)

1. 고정부, 상기 고정부에 결합 또는 분리될 수 있는 가동부, 상기 고정부와 가동부가 내장될 수 있는 외함으로 구성되는 회로 차단기;
   상기 외함의 외부에 독립적으로 설치되는 탱크; 및
   상기 탱크의 내부에 설치되며 일단은 상기 고정부에 연결되고 타단은 상기 가동부에 연결될 수 있는 커패시터;를 포함하고,
   상기 탱크는 상기 가동부와 고정부의 상부에 각각 설치되는 단로기 사이에 설치되며,
   상기 탱크의 양단부는 플랜지 형태로 형성되어, 상기 단로기 외함의 일측에 형성된 플랜지부에 각각 결합되고,
   상기 커패시터의 양단부는 상기 단로기에 각각 접속되는 것을 특징으로 하는 가스절연개폐장치.
   
2. 삭제
3. 제1항에 있어서, 상기 탱크는 상기 외함 하부에 인접하여 설치되며, 상기 고정부와 가동부 하부에 각각 플랜지부가 형성되고, 상기 탱크의 상부 양측에도 각각플랜지부가 형성되어 상기 탱크와 상기 외함은 상기 플랜지부를 통하여 연통되는 것을 특징으로 하는 가스절연개폐장치.
   
4. 제1항에 있어서, 상기 커패시터의 양단부와 상기 고정부 또는 상기 가동부 사이에는 연결도체가 개재되어 서로 접속되는 것을 특징으로 하는 가스절연개폐장치.
   

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