KR20070096925A - 가스 절연 개폐기 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 과제는 지구 온난화 계수가 SF6 가스보다도 작고, 또한 C 원소를 포함하는 가스를 소호(消弧) 매체로서 적용한 경우라도, 카본의 생성을 억제하여 우수한 성능을 확보하는 것이다.
밀폐 용기(1) 내에 절연 가스(2)를 충전하고, 고정 접촉부(21) 및 가동 접촉부(22)가 대향하여 배치된다. 고정 접촉부(21) 및 가동 접촉부(22)에는 고정 아크 접촉자(7a)와 가동 아크 접촉자(7b)를 설치한다. 소호 매체가 되는 절연 가스의 주체를 C 원소를 포함하는 가스와 다른 가스와의 혼합 가스로 한다. 혼합 가스 중에 O 원소를 포함함으로써, 전류 차단에 수반되는 카본의 생성량을 억제한다. 소호 성능이 매우 우수한 H2 가스를 혼합시킴으로써 소호 성능을 향상시키고, 아크의 열 에너지를 적극적으로 이용하지 않는 것에 의한 성능의 저하를 보강한다. 밀폐 용기(1) 내에, 수분, O3 혹은 CO를 흡수하는 기능을 가진 흡착제(34)를 설치한다.
밀폐 용기, 절연 가스, 고정 접촉부, 고정 아크 접촉자, 흡착제
Description
도1은 본 발명의 가스 절연 개폐기의 제1 실시 형태를 도시하는 단면도.
도2는 제1 실시 형태에 관한 CO2/O2 혼합 가스에 있어서의 O2 혼합비와 카본 생성량과의 관계의 해석치를 나타내는 그래프.
도3은 제1 실시 형태에 관한 CO2/O2 혼합 가스에 있어서의 O2 혼합비와 소호 성능과의 관계의 해석치를 나타내는 그래프.
도4는 제1 실시 형태에 관한 CO2/O2 혼합 가스에 있어서의 O2 혼합비와 절연 내력과의 관계를 나타내는 데이터를 나타내는 그래프.
도5는 본 발명의 가스 절연 개폐기의 제2 실시 형태를 도시하는 단면도.
도6은 제3 실시 형태에 관한 CO2/H2 혼합 가스에 있어서의 H2 혼합비와 소호 성능과의 관계의 해석치를 나타내는 그래프.
도7은 제3 실시 형태에 관한 CO2/H2 혼합 가스에 있어서의 H2 혼합비와 수분 생성량과의 관계의 해석치를 나타내는 그래프.
도8은 본 발명의 가스 절연 개폐기의 제4 실시 형태에 있어서의 가동 접촉부의 확대 단면도.
도9는 종래의 가스 절연 개폐기의 일예인 퍼퍼형 가스 차단기의 단면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1 : 밀폐 용기
2 : 소호성 가스
3 : 피스톤
4 : 실린더
5 : 퍼퍼실
6 : 절연 노즐
7a : 고정 아크 접촉자
7b : 가동 아크 접촉자
8 : 아크
9 : 배기 통
10 : 종단부
11a : 고정측 열 가스류
11b : 가동측 열 가스류
12 : 중공 로드
21 : 고정 접촉부
22 : 가동 접촉부
31 : CO2 + O2 혼합 가스
32 : 가이드
33 : 연통 구멍
34 : 흡착제
35 : 케이스
36 : 덮개
37 : 체결 볼트
38 : 패킹
39 : 실리콘 그리스
40 : 표면 처리 피막
41 : 센서
42 : 분석 장치
43 : 샘플링 용기
51 : 고체 소자
[문헌 1] 일본 특허 공고 평7-109744호 공보
[문헌 2] 일본 특허 공고 평7-097466호 공보
[문헌 3] 일본 특허 출원 공개 제2000-164040호 공보
[문헌 4] 우찌이, 가와노, 나까모또, 미조구찌,「소호 매체로서의 CO2 가스의 기초 특성과 실제 규모 모델 차단기에 의한 열적 차단 성능의 검증」, 전기학회 논문 B, 124권, 3호, pp. 469 내지 475, 2004년
[문헌 5] 「SF6의 지구 환경 부하와 SF6 혼합·대체 가스 절연」, 전기학회 기술 보고 841호, 2001년
본 발명은 절연 가스를 봉입한 밀폐 용기 내에 서로 접리(接離) 가능하게 한 접점을 배치하여 이루어지는 가스 절연 개폐기에 관한 것이며, 특히 지구 온난화 계수가 SF6 가스보다도 작은 절연 가스를 사용하면서, 우수한 차단 성능을 발휘하는 가스 절연 개폐기에 관한 것이다.
전류 차단 기능을 갖는 가스 절연 개폐기에는, 그 사용 목적, 요구되는 기능에 따라서, 부하 개폐기(Load switch), 단로기(Disconnecting switch), 차단기(Circuit breaker) 등 다양한 것이 존재한다. 그 대부분은 SF6 가스 등의 절연 가스 중에 한 쌍의 접점을 배치하고, 통전시에는 양자를 접촉 상태로 유지함으로써 통전을 행하고, 전류 차단시에는 접점을 개리(開離)시켜 상기 가스 중에 아크 방전을 발생시키고, 그 아크를 소호함으로써 전류를 차단하는 방식의 것이다.
여기서는, 72 kV 이상의 고전압 송전 계통의 보호용 개폐기로서 널리 사용되고 있는 퍼퍼형 가스 차단기(Puffer type gas blast circuit breaker)를 예로 들어, 종래의 기술을 설명한다. 도9는 이러한 가스 차단기의 단면 구조도의 일예이 며, 차단 동작 도중의 상태를 도시하고 있다. 도9 중의 각 부품은 기본적으로 동축 원통 형상이라 생각해도 좋다.
도9에 도시한 바와 같이 접지된 금속이나, 부싱(bushing) 등으로 이루어지는 밀폐 용기(1) 내에는, 절연 가스(2)가 충전되어 있다. 밀폐 용기(1) 내에는 고정 접촉부(21) 및 가동 접촉부(22)가 대향하여 배치되어 있고, 고정 접촉부(21) 및 가동 접촉부(22)에는 각각 고정 아크 접촉자(7a) 및 가동 아크 접촉자(7b)가 설치되어 있다. 또한, 이러한 밀폐 용기(1) 내에의 지지 구조는 생략되어 있다.
이들 아크 접촉자(7a, 7b)는 통상 운전시에는 접촉 도통 상태에 있고, 차단 동작시는 상대 이동에 의해 개리하는 동시에 양 접촉자(7a, 7b) 사이의 공간에 아크(8)를 발생시키도록 되어 있다. 또한, 가동 접촉부(22)측에는 아크(8)에 대해 절연 가스(2)를 소호성 가스로서 내뿜는 가스류 발생 수단이 설치되어 있다.
가스류 발생 수단으로서는, 여기서는 피스톤(3), 실린더(4), 퍼퍼실(5), 절연 노즐(6)이 설치되어 있다. 또한, 고정 접촉부(21)측에는 고정측 열 가스류(11a)가 통과 가능한 금속제 배기 통(9)이 설치되어 있다. 가동 접촉부(22)측에는 가동측 열 가스류(11b)가 통과 가능한 중공 로드(12)가 가동 아크 접촉자(7b)에 연결되어 설치되어 있다.
이상의 구성을 갖는 가스 차단기의 차단 과정에 있어서, 가동 접촉부(22)가 도면의 좌측 방향으로 동작하면, 고정되어 있는 피스톤(3)이 실린더(4)의 내부 공간인 퍼퍼실(5)을 압축하여 그 부분의 압력을 상승시킨다. 그리고, 퍼퍼실(Puffer chamber)(5) 내에 존재하는 절연 가스(2)가 고압력의 가스류가 되어 절연 노즐(6) 로 유도되어, 아크 접촉자(7a, 7b) 사이에 발생한 아크(8)에 대해 강력하게 내뿜어진다. 이에 의해, 접촉자(7a, 7b) 사이에 발생한 도전성의 아크(8)는 소멸되고 전류는 차단된다.
일반적으로, 퍼퍼실(5) 내의 압력이 높을수록, 절연 가스(2)가 강력하게 아크(8)에 내뿜어지므로, 보다 높은 전류 차단 성능이 얻어지는 것이 알려져 있다. 또한, 고온의 아크(8)에 내뿜어진 절연 가스(2)는 고온 상태가 되고, 고정측 열 가스류(11a) 및 가동측 열 가스류(11b)로서 양 아크 접촉자 사이의 공간으로부터 멀어지도록 흘러, 최종적으로는 밀폐 용기(1) 내에 방산된다. 또한, 실린더와 피스톤의 간극 등의 미끄럼 이동 부분에는, 마찰을 저감하기 위해 도시하지 않은 그리스가 도포되는 일이 많다.
이상이, 가스 절연 개폐기의 일예인 퍼퍼형 가스 차단기의 대표적인 구성이다. 최근, 보다 높은 전류 차단 성능을 얻기 위해, 피스톤(3)에 의한 기계적인 압축뿐만 아니라, 아크(8)의 열 에너지를 퍼퍼실(5) 내에 적극적으로 취입함으로써 보다 높은 취부 압력(spraying pressure)을 얻는 방식이 제안되어 있다.
예를 들어, 차단 동작의 초기에, 가동측 열 가스류(11b)를 중공 로드(12)에 설치한 구멍을 통해 퍼퍼실(5) 내에 취입하는 방식이다(문헌 1 참조). 혹은, 퍼퍼실(5)을 축 방향으로 2분할하고, 아크(8)에 가까운 쪽의 퍼퍼실의 용적을 한정함으로써, 특히 대전류 차단시에 아크(8)에의 높은 취부 압력을 획득하고, 또한 퍼퍼실(5)의 분할부에 역지 밸브를 설치함으로써 피스톤(3)에 직접 높은 압력이 작용하는 것을 피하고, 가동 접촉부(22)를 구동하는 힘을 저감하는 방식 등이다(문헌 2 참조).
최근 보급되고 있는 가스 절연 개폐기에 있어서는, 상기 절연 가스(2)로서 SF6 가스, 혹은 공기가 사용되는 경우가 많다. SF6 가스는, 아크를 소멸시키는 성능(소호 성능) 및 전기 절연 성능이 우수하고, 특히 고전압용 가스 절연 개폐기에 있어서는 널리 사용되고 있다. 또한, 공기는 비용이 저렴하고, 안전하고 환경에도 친화적이므로, 특히 소형의 가스 절연 개폐기에 있어서 사용되는 경우가 많다.
그런데, SF6 가스는 특히 고전압용 가스 절연 개폐기에 있어서 매우 적합한 가스라 할 수 있지만, 높은 지구 온난화 작용을 갖는 것이 알려지고 있어, 최근 그 사용량의 삭감이 요망되고 있다. 지구 온난화 작용의 크기는 일반적으로 지구 온난화 계수, 즉 CO2 가스를 1로 한 경우의 상대치에 의해 나타내어지고, SF6 가스의 지구 온난화 계수는 23900에 달하는 것이 알려져 있다. 또한, 공기는 안전성이나 환경 보전의 면에서는 우수하지만, 그 소호 성능 및 전기 절연 성능은 SF6 가스보다도 대폭 열화되므로, 고전압용 가스 절연 개폐기에 널리 적용하는 것은 곤란하다고 생각되고 있다.
상기의 배경에서, 가스 절연 개폐기에 있어서의 소호성 가스로서 CO2 가스를 적용하는 것이 제안되어 있다(문헌 4 참조). CO2 가스는 지구 온난화 작용이 SF6 가스에 비해 23900분의 1로 매우 작으므로, CO2 가스 단체나 CO2 가스를 주체(주체라 함은 해당 가스를 50 ％ 이상 포함하는 가스로서 정의함)로 한 혼합 가스를 SF6 가스 대신에 가스 절연 개폐기에 적용함으로써, 지구 온난화에의 영향을 대폭 억제하는 것이 가능하다.
또한, CO2 가스의 소호 성능 및 전기 절연 성능은 SF6 가스에 비하면 열화되지만, 공기에 비하면 소호 성능은 훨씬 우수하고, 또한 절연 성능도 동등하거나 그 이상인 것이 알려져 있다. 따라서, CO2 가스 단체나 CO2 가스를 주체로 한 혼합 가스를 SF6 가스 혹은 공기 대신에 적용함으로써 대체로 양호한 성능을 갖고, 또한 지구 온난화에의 영향을 억제한 환경에 친화적인 가스 절연 개폐기를 제공하는 것이 가능하다.
또한, CO2 가스를 도9에 도시한 바와 같은 퍼퍼형 가스 차단기에 적용할 때에는, 상기 문헌 1이나 문헌 2에서 제안되어 있는 아크(8)의 열 에너지를 유효 이용하는 방책의 효과가, 그 물성상 비교적 현저하게 얻어지는 것이 알려져 있다(문헌 4 참조).
또한, CO2 가스 이외에도, 상기와 완전히 동일한 이유에 의해, 가스 절연 개폐기의 절연 가스로서 CF4 가스 등의 퍼플루오로카본(per fluorocarbon), CH2F2 가스 등의 하이드로플루오로카본(hydro fluorocarbon)을 적용하는 것(문헌 5), CF3l 가스를 적용하는 것(문헌 3)이 제안되어 있다. 이들 가스도 SF6 가스에 비하면 지구 온난화에의 영향이 작고, 비교적 높은 소호 성능, 및 절연 성능을 가지므로 가스 절연 개폐기의 환경 부하 저감에 유효하다.
이상과 같이, CO2 가스, 퍼플루오로카본, 하이드로플루오로카본, CF3l 가스 등을 가스 절연 개폐기의 전기 절연 매체, 소호 매체로서 적용함으로써 종래의 SF6 가스를 이용한 가스 절연 개폐기에 비해, 지구 온난화에의 영향을 저감시킬 수 있고, 게다가 대체로 양호한 성능을 갖는 가스 절연 개폐기를 제공하는 것이 가능하다.
그러나, 상술한 가스는 모두 C 원소를 포함하므로, 이들의 가스 단체, 혹은 이들 가스를 주체로 한 혼합 가스를 가스 절연 개폐기에 적용한 경우, 전류 차단시에 발생하는 고온의 아크에 의해 가스가 해리, 재결합하는 과정에 있어서, 유리(遊離)된 카본이 발생하는 문제가 있었다.
전류 차단에 수반하여 발생한 카본이, 예를 들어 절연 스페이서 등의 고체 절연물의 표면에 부착된 경우, 고체 절연물의 전기 절연성을 현저히 열화시킬 우려가 있어, 가스 절연 개폐기의 품질이 손상될 우려가 있었다.
또한, 상술한 가스 단체, 혹은 이들 가스를 주체로 한 혼합 가스를 퍼퍼형 가스 차단기에 적용하고, 또한 차단 성능을 향상시키기 위해 퍼퍼실의 압력 상승 수단으로서 아크의 열 에너지를 적극적으로 이용하도록 구성한 경우, 종래의 피스톤에 의한 기계적 압축을 주체로 한 가스 차단기에 비해 가스의 온도는 필연적으로 높아진다.
가스의 온도가 높아지면, 구체적으로는 약 3000 K 이상까지 가스의 온도가 높아지면, 가스 분자의 개리가 진행되어 카본이 생성되기 쉬워진다. 따라서, 상기 가스를 퍼퍼형 가스 차단기에 적용하고, 또한 아크의 열 에너지를 적극적으로 이용하여 높은 퍼퍼실 압력을 얻고자 하면, 그만큼 카본이 생성되기 쉬워져 품질이 손상될 우려가 있었다.
본 발명의 목적은, CO2 가스, 퍼플루오로카본, 하이드로플루오로카본, CF3l 가스 등, 지구 온난화 계수가 SF6 가스보다도 작고, 또한 C 원소를 포함하는 가스를 가스 절연 개폐기의 소호 매체로서 적용한 경우에 있어서도, 전류 차단에 수반하는 카본의 생성을 억제함으로써, 지구 온난화에의 영향이 작고, 또한 우수한 성능과 품질을 갖는 가스 절연 개폐기를 제공하는 데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 SF6 가스보다도 지구 온난화 계수가 낮은 절연 가스로 채워진 밀폐 용기 내에 한 쌍의 접점을 배치하고, 통전시에는 양 접점을 접촉 상태로 유지함으로써 통전을 행하고, 전류 차단시에는 양 접점을 개리시켜 양 접점 사이에 발생한 아크에 절연 가스를 내뿜어 소호하는 가스 절연 개폐기에 있어서, 상기 절연 가스가 C 원소를 포함하는 가스를 50 ％ 이상 포함하는 혼합 가스이며, 이 혼합 가스 중에는 O 원소가 포함되어 있는 것을 특징으로 한다.
이 경우, 상기 혼합 가스로서 C 원소를 포함하는 가스를 50 ％ 이상 포함하고, 또한 O2 가스를 50 ％를 넘지 않는 범위에서 포함하는 것을 사용할 수 있다. 또한, 상기 C 원소를 포함하는 가스로서 C 원소 및 O 원소를 포함하는 가스를 사용하고, 상기 혼합 가스로서 이 C 원소 및 O 원소를 포함하는 가스를 50 ％ 이상 포함하고 또한 H2 가스를 25 ％를 넘지 않는 범위에서 포함하는 것을 사용할 수도 있다.
(1) 제1 실시 형태
이하, 본 발명을 퍼퍼형 가스 차단기에 적용한 제1 실시 형태를, 도1에 따라서 구체적으로 설명한다. 또한, 도9에 도시한 종래의 퍼퍼형 가스 차단기와 동일한 부분에 대해서는 동일한 부호를 부여하고, 설명은 생략한다.
(1-1) 제1 실시 형태의 구성
본 실시 형태에 있어서, 가스 절연 개폐기의 기본적인 구성으로서는 도9의 종래 기술과 동일하다. 즉, 소호 가스가 채워진 밀폐 용기 내에 한 쌍의 접점을 배치하고, 통전시에는 양자를 접촉 상태로 유지함으로써 통전을 행하고, 전류 차단시에는 접점을 개리시켜 상기 가스 중에 아크 방전을 발생시키고, 그 아크를 소호함으로써 전류를 차단시키도록 구성한다.
또한, 퍼퍼실(5)의 압력 상승은, 피스톤(3)에 의한 기계적 압축뿐만 아니라, 아크(8)로부터의 열 에너지를 적극적으로 퍼퍼실(5) 내에 취입함으로써 초래되도록 구성한다. 즉, 도1에 있어서, 가이드(32)에 의해 중공 로드(12) 내를 흐르는 가동측 열 가스류(11b)가 연통 구멍(33)을 통해 퍼퍼실(5) 내에 취입되어, 그 부분의 압력 상승에 기여하도록 구성되어 있다.
본 발명에서는, 밀폐 용기(1) 내에 충전되어 소호성 가스로서도 기능하는 절연 가스로서, CO2, 퍼플루오로카본, 하이드로플루오로카본, CF3l 등의 SF6 가스보다도 지구 온난화 계수가 낮고 또한 C 원소를 포함하는 가스를 50 ％ 이상 포함하고, 또한 O2 가스를 50 ％를 넘지 않는 범위에서 포함하는 혼합 가스를 사용한다.
구체적으로는, CO2(70 ％) + O2(30 ％)의 혼합 가스, CF4(30 ％) + CO2(30 ％) + O2(40 ％)의 혼합 가스, CF4(50 ％) + N2(30 ％) + O2(20 ％)의 혼합 가스 등이다. 따라서, 본 실시 형태에서는 CO2(70 ％) + O2(30 ％)의 혼합 가스(31)를 이용한다.
상기 밀폐 용기(1) 내에는, O3, CO, 및 수분을 흡수하는 기능을 가진 흡착제(34)를 설치한다. 흡착제(34)는 케이스(35)에 의해 밀폐 용기(1) 내에 유지되어 있다.
밀폐 용기(1)에는 내부 점검용 덮개(36)를, 볼트(37)에 의해 밀폐 용기(1) 내부의 밀봉 상태를 유지하도록 부착하고 있다. 덮개(36)의 밀폐 용기(1)와의 접합부에는 패킹(38)을 설치하여, 내부에 충전된 가스(31)의 기밀성을 유지한다. 패킹(38)에는 니트릴 고무(nitrile rubber), 불소 고무(fluorocarbon rubber), 실리콘 고무(silicone rubber), 아크릴 고무(acrylic rubber), 에틸렌 프로필렌 고무(ethylene propylene rubber), 에틸렌 프로필렌 디엔 고무(ethylene propylene dien rubber), 부틸 고무(butyl rubber), 우레탄 고무(polyurethane rubber), 클로 로술폰화 폴리에틸렌 고무(chlorosulfonated polyethylene rubber), 에틸렌 아세트산 비닐 공중합 수지(ethylene vinyl acetate) 중 어느 하나를 사용한다.
상기 고정 아크 접촉자(7a) 및 가동 아크 접촉자(7b)를 개리 동작할 때에 미끄럼 이동하는 면, 구체적으로는 예를 들어 실린더(4)의 외주면에는, 마찰을 저감하기 위해 윤활성 그리스(39)를 도포한다. 이 그리스에는 실리콘 그리스를 이용한다. 접촉 통전을 행하지 않는 금속 표면 중 적어도 일부, 예를 들어 고정 접촉부(21)와 가동 접촉부(22)의 외주면, 및 배기 통(9)의 내면에는 인산 처리 피막, 알루미나 피막, 불소계 코팅, 도장 등의 표면 처리(40)를 실시한다.
(1-2) 제1 실시 형태의 작용
이와 같이 구성한 가스 절연 개폐기에 있어서는, CO2 가스, 퍼플루오로카본, 하이드로플루오로카본, CF3l 가스 등을 가스 절연 개폐기의 소호 매체의 주체로서 적용함으로써 종래의 SF6 가스를 이용한 가스 절연 개폐기에 비해 지구 온난화에의 영향을 저감시킬 수 있고, 또한 대체로 양호한 성능을 갖는 가스 절연 개폐기를 제공하는 것이 가능하다.
또한, 소호 매체의 주체는 C 원소를 포함하는 가스이지만, O2 가스를 혼합함으로써, 전류 차단에 수반하는 카본의 생성량을 억제할 수 있다. 도2에, 일예로서 CO2/O2 혼합 가스에 있어서의 O2 가스 함유율과 카본 생성량과의 관계를 나타낸다. 상기 도면으로부터 알 수 있는 바와 같이, O2 함유율을 증가시킴으로써 그만큼 전류 차단에 수반하는 카본 생성량을 억제할 수 있다.
이는, O2 가스 혼입에 의해 아크의 재결합 과정에 있어서 C 원자가 풍부하게 존재하는 0 원자와 반응하기 쉽고, C 단체로 존재하기 어려워지기 때문이다. 또한, 도3 및 도4에 도시한 바와 같이, O2를 혼입시킴으로써 소호 성능 및 절연 성능의 향상도 동시에 도모된다.
도2, 도3, 도4로부터 알 수 있는 바와 같이, O2 가스 함유율이 많을수록, 카본 생성량을 억제할 수 있고, 동시에 소호 성능, 절연 성능도 향상시킬 수 있다. 그러나, 도2로부터 알 수 있는 바와 같이 O2 가스를 50 ％ 이상 포함해도, 그 이상 카본 생성량의 억제 효과는 얻어지지 않는 것, O2 가스의 농도가 높아지면 그만큼 가스 절연 개폐기 구성 부재의 산화나, 아크 점호시의 절연물의 연소 등의 문제가 발생되기 쉬워지는 것 등으로부터, O2 가스는 50 ％를 넘지 않는 범위에서 혼합시키는 것이 바람직하다.
또한, 여기서는, CO2 가스를 예로 들어 설명하였지만, CO2 이외의 가스, 예를 들어 퍼플루오로카본, 하이드로플루오로카본, CF3l 등의 경우라도 원리적으로 동일하다고 할 수 있다.
이상으로부터, SF6 가스보다도 지구 온난화 계수가 낮고 또한 C 원소를 포함하는 가스를 주체로 하고, O2 가스를 50 ％를 넘지 않는 범위에서 포함하는 혼합 가 스를 소호 매체에 적용함으로써 종래의 SF6 가스를 이용한 가스 절연 개폐기에 비해 지구 온난화에의 영향을 저감시킬 수 있고, 또한 전류 차단 후에 있어서도 카본이 생성되기 어려워, 양호한 품질, 성능을 갖는 가스 절연 개폐기를 제공하는 것이 가능하다.
(1-3) 제1 실시 형태의 효과
공지 기술로서 설명한 바와 같이, 퍼퍼실의 압력 상승에 아크로부터의 열 에너지를 이용하는 것이, 소호 성능의 향상에 효과적이다. 제1 실시 형태에 있어서도, 중공 로드(12)를 흐르는 가동측 열 가스류(11b)를 연통 구멍(33)을 통해 퍼퍼실(5) 내에 취입하여, 퍼퍼실(5)의 압력 상승에 기여하도록 구성되어 있다. 이 경우, 기계적 압축을 주체로 한 가스 차단기에 비해 소호성 가스의 온도는 필연적으로 높아지고, 가스 분자의 해리가 진행하므로 보다 카본이 생성되기 쉬워진다. 그러나, 이 경우에 있어서도 O2 가스를 혼입함으로써 카본의 생성을 억제할 수 있다.
CO2 가스, 퍼플루오로카본, 하이드로플루오로카본, CF3l 가스 등의 C 원소를 포함하는 가스에, O2 가스를 혼입하여 아크를 점호시키면, CO 및 O3이 생성될 가능성이 있다. CO는 중독성을 갖는 가스이며, O3도 반응성이 높아 유독한 가스이다. 따라서, 밀폐 용기(1) 내에 CO 및 O3을 흡수하는 기능을 가진 흡착제(34)를 설치해 둠으로써 이들 유독한 가스를 흡착하고, 안전성을 높일 수 있다.
또한, O3은 패킹(38)에 사용되는 고무류를 변질 열화시키는 작용이 강해, 가 스 절연 개폐기의 품질 열화로 이어질 우려가 있다. 그러나, 패킹에, 앞서 설명한 니트릴 고무, 불소 고무, 실리콘 고무, 아크릴 고무, 에틸렌 프로필렌 고무, 에틸렌 프로필렌 디엔 고무, 부틸 고무, 우레탄 고무, 클로로술폰화 폴리에틸렌 고무, EVA 수지 등의 O3에 대해 내성이 강한 재료를 사용함으로써 패킹(38)의 열화를 방지할 수 있다.
O2 가스의 혼입, 혹은 O3 가스의 발생은, 미끄럼 이동면에 사용되는 윤활 그리스(39)의 산화 열화를 촉진시킬 가능성이 있다. 그러나, 이들에 대한 내성이 강한 실리콘 그리스를 이용함으로써 윤활성을 유지할 수 있다.
CO2 가스와 O2 가스가 고압력으로 존재하는 환경에 있어서, 미량의 수분이 존재하면 금속이 부식되기 쉬운 것이 알려져 있다. 그로 인해, 밀폐 용기 내에 수분을 흡수하는 기능을 가진 흡착제를 설치해 둠으로써, 이들 우려를 해소할 수 있다.
O2 가스는 50 ％를 넘지 않는 범위에서 혼합되어 있으므로, 금속 표면의 산화 부식, 변질 등은 발생하기 어렵지만, 접촉 통전을 행하지 않는 금속 표면에 인산 처리 피막, 알루미나 피막, 불소계 코팅, 도장 등의 표면 처리를 실시함으로써, 이러한 부분의 O2 가스에 의한 그 부분의 산화 부식, 변질 등을 보다 확실하게 방지할 수 있다.
이에 의해, 지구 온난화에의 영향이 작고, 또한 우수한 성능과 품질을 갖는 가스 절연 개폐기를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 형태에 있어서는, 소호성 가스는 CO2, 퍼플루오로카본, 하이드로플루오로카본, CF3l 중 어느 하나의 가스로 하였지만, 이들은 SF6 가스보다도 지구 온난화 계수가 낮고 또한 전기 절연 성능, 소호 성능이 비교적 우수한 대표적인 가스로서 언급한 것이다. SF6 가스보다도 지구 온난화 계수가 낮고, C 원소를 포함하는 가스이며, 비교적(예를 들어, 공기와 비교하여) 성능이 우수한 가스는 그 밖에도 생각할 수 있고, 그들 가스를 사용한 경우라도 상기한 구성을 가짐으로써 동일한 효과를 얻을 수 있다.
(2) 제2 실시 형태
도5는 본 발명의 제2 실시 형태를 도시하고 있다. 기본적인 구성은 도1에 도시한 실시예와 동일하지만, 밀폐 용기(1) 내에, CO 가스 혹은 O3 가스의 검출 수단을 설치한 것을 특징으로 한다. 구체적으로는, 밀폐 용기(1) 내에 CO 가스 혹은 O3 가스를 검출 가능한 센서(41)를 설치하고, 그 정보를 분석 장치(42)에 있어서 판독하도록 구성한다. 혹은, 밀폐 용기(1) 내의 가스를 소량만 샘플링 용기(43)에 채취 가능하도록 구성하고, 그 채취 가스에 있어서의 CO 가스 및 O3 가스의 함유량을 별도 분석 장치에 의해 분석하는 것이라도 좋다.
이러한 구성을 갖는 제2 실시 형태에 있어서는, 전류 차단을 행할 때마다 충전되어 있는 C 원소를 포함하는 가스, 및 O2 가스가 아크로 분해, 재결합되므로, 그 에 수반하여 발생하는 CO 가스, 혹은 O3 가스의 농도가 상승한다. 또한, 전류 차단을 행하지 않아도, 밀폐 용기(1) 내에서 어떠한 절연 불량이 있어, 부분 방전이 발생하고 있으면, 그 방전에 의해 계속적으로 CO 가스, 혹은 O3 가스가 생성된다.
이들 가스의 유무, 혹은 농도를 상기 센서(41), 혹은 샘플링 용기(43)를 이용하여 분석, 감시함으로써 전류 차단이 행해진 이력이나, 절연 파괴의 전구 현상인 부분 방전이 발생하고 있는 것을 알 수 있다. 이에 의해, 기기의 상태를 파악할 수 있어, 적정한 점검 및 갱신의 시기의 판단을 행할 수 있다.
(3) 제3 실시 형태
본 제3 실시 형태는, 가스 절연 개폐기의 기본적인 구성으로서는, 상기 제1 실시 형태와 동일하다. 단, 제3 실시 형태에 있어서는 소호성 가스로서, CO2 등의 SF6 가스보다도 지구 온난화 계수가 낮고 또한 C 원소 및 O 원소를 포함하는 가스를 50 ％ 이상 포함하고, 또한 H2 가스를 25 ％를 넘지 않는 범위에서 포함하는 혼입 가스를 적용한다.
또한, 상기 제1 실시 형태와는 달리, 아크의 열 에너지를 퍼퍼실의 압력 상승에 적극적으로는 이용하지 않도록 구성하고, 파퍼실의 압력 상승은 피스톤에 의한 기계적 압축을 주체로 행하여, 소호성 가스의 온도가 과도하게 상승하지 않도록 한다. 이때의 구체적인 온도로서는 3000 K 이하가 표준이다. 구체적으로는, 중공 로드(12)를 흐르는 가동측 열 가스류(11b)가 퍼퍼실(5) 내에 인입되는 일이 없도 록, 중공 로드(12)의 베이스부에는 도1에서 도시한 바와 같은 연통 구멍(33)을 마련하지 않는 것으로 한다.
또한, 제3 실시 형태에 있어서도, 밀폐 용기(1) 내에 설치한 케이스(35) 내에, 수분을 흡수하는 기능을 가진 흡착제(34)를 설치한다.
이와 같이 구성한 제3 실시 형태의 가스 절연 개폐기에 있어서는, 소호성 가스가 C 원소를 포함하고 있지만, 그 온도가 과도하게는 상승하지 않도록 구성하고 있으므로, 가스 분자 해리에 의한 카본 생성이 낮게 억제된다.
그러나, 가스 온도를 지나치게 상승시키지 않도록, 아크의 열 에너지를 퍼퍼실의 압력 상승에 적극적으로는 이용하지 않도록 구성하고 있으므로, 제1 실시 형태와 동일한 아크의 열 에너지를 적극적으로 이용하는 타입의 소호실에 비해, 아크에의 취부 압력이 낮아지고, 그 결과 소호 성능이 저하해 버리는 것이 문제가 된다.
그러나, 제3 실시 형태에 있어서는 소호 성능이 매우 우수한 H2 가스를 혼합시킴으로써 소호 성능을 향상시켜, 아크의 열 에너지를 적극적으로 이용하지 않는 것에 의한 성능의 저하를 보강할 수 있다. H2 가스는 천연에 존재하는 가스이며 환경에 대해 무해하므로, 종래의 SF6 가스를 이용한 가스 절연 개폐기에 비해 지구 환경에의 영향을 저감시킬 수 있다.
도6에, 일예로서 CO2/H2 혼합 가스에 있어서의 H2 가스 함유율과 소호 성능과 의 관계를 나타낸다. 이와 같이, H2 가스의 함유율을 증가시킴으로써, 그만큼 소호 성능을 향상시킬 수 있다.
H2 가스 함유율이 많을수록 소호 성능을 향상시킬 수 있지만, CO2 가스와 같이 O 원소를 포함하는 가스 중에 H2 가스가 존재하면, 아크의 재결합 과정에 있어서 수분(H2O)이 생성될 우려가 있다. 수분의 발생은 가스 절연 개폐기를 구성하는 금속이나 절연물의 열화로 이어진다. 그러나, 도7에 나타내는 바와 같이, H2의 함유율을 25 ％를 넘지 않는 범위로 제한함으로써, 수분 생성량을 소량으로 억제할 수 있으므로 기기의 품질 열화를 방지할 수 있다.
또한, 수분을 흡수하는 기능을 가진 흡착제(34)를 설치함으로써 전류 차단 과정에 있어서 수분이 다소 발생해도, 그들을 흡착하여 기기의 품질 열화를 보다 확실하게 방지할 수 있다.
또한, H2 가스는 소호 성능은 매우 우수하지만, 전기 절연 성능은 공기와 비교하여 대폭 열화되는 것이 알려져 있다. 따라서, H2 가스의 함유율이 증가하면, 그만큼 절연 성능이 저하해 버릴 우려가 있지만, 그 함유율을 25 ％를 넘지 않는 범위로 제한함으로써 절연 성능의 저하를 최소한으로 할 수 있다.
또한, 여기서는 CO2 가스를 예로 들었지만, CO2 이외의 가스, 예를 들어 퍼플루오로카본, 하이드로플루오로카본 등의 경우라도 원리적으로 동일하다고 할 수 있다. 이에 의해, 지구 온난화에의 영향이 작고, 또한 우수한 성능과 품질을 갖는 가스 절연 개폐기를 제공할 수 있다.
(4) 제4 실시 형태
도8은 본 발명의 제4 실시 형태를 나타내는 가동 접촉부의 확대도이다. 제4 실시 형태에 있어서는, 아크, 혹은 아크에 의해 가열된 고온 가스류에 직접 폭로되는 위치에, O 원소 혹은 H 원소를 포함하는 고체 재료를 배치한 것을 특징으로 한다. 구체적으로는, 가이드(32)의 표면 부근, 실린더(4)의 내주부 및 피스톤(3)의 퍼퍼실(5)측 단부면에 각각 고체 소자(51)를 설치한다.
이러한 구성을 갖는 제4 실시 형태에서는 전류 차단시에 있어서, O 원소 혹은 H 원소를 포함하는 고체 소자(51)는, 고온의 아크 혹은 고온의 가스류에 폭로됨으로써 용융, 기화된다. 이에 의해, 전류 차단시에만 아크 근방에 O2 가스, 혹은 H2 가스가 국소적으로 공급되어, 고농도의 상태가 된다.
그 결과, 밀폐 용기(1) 내의 절연 가스에, O2 가스 혹은 H2 가스를 첨가하는 데 더하여, 보다 고온이 되는 아크 근방에 O2 가스 혹은 H2 가스를 공급할 수 있어, 차단 성능과 카본 생성의 방지 성능을 모두 향상시킬 수 있다.
상기한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명의 가스 절연 개폐기에서는, 소호 매체가 되는 절연 가스의 주체는 C 원소를 포함하는 가스와 다른 가스와의 혼합 가스이지만, 이 혼합 가스 중에 O 원소를 포함함으로써 전류 차단에 수반하는 카본의 생성량을 억제할 수 있다.
Claims (12)
- SF6 가스보다도 지구 온난화 계수가 낮은 절연 가스로 채워진 밀폐 용기 내에 한 쌍의 접점을 배치하고, 통전시에는 양 접점을 접촉 상태로 유지함으로써 통전을 행하고, 전류 차단시에는 양 접점을 개리시켜 양 접점 사이에 발생한 아크에 절연 가스를 내뿜어 소호하는 가스 절연 개폐기(gas insulated switchgear)에 있어서,상기 절연 가스가 C 원소를 포함하는 가스를 50 ％ 이상 포함하는 혼합 가스이며, 이 혼합 가스 중에는 O 원소가 포함되어 있는 것을 특징으로 하는 가스 절연 개폐기.
- 제1항에 있어서, 상기 혼합 가스가, C 원소를 포함하는 가스를 50 ％ 이상 포함하고, 또한 O2 가스를 50 ％를 넘지 않는 범위에서 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 절연 개폐기.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 C 원소를 포함하는 가스는, CO2, 퍼플루오로카본, 하이드로플루오로카본, CF3l 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 가스 절연 개폐기.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 가스 절연 개폐기는, 그 접점을 개리 동작할 때에, 접점 사이에서 발생한 아크에 절연 가스를 내뿜는 가스류 발생 수단을 갖고,상기 가스류 발생 수단은, 축압(蓄壓) 공간과, 이 축압 공간의 압력을 상승시키는 압력 상승 수단과, 축압 공간과 아크를 연결하는 가스 유로로 구성되고,상기 압력 상승 수단으로서, 아크에 있어서 발생하는 열 에너지를 축압 공간 내에 도입함으로써 축압 공간 내의 압력을 상승시키는 것을 갖는 것을 특징으로 하는 가스 절연 개폐기.
- 제1항에 있어서, 상기 C 원소를 포함하는 가스는 C 원소 및 O 원소를 포함하는 가스이며, 상기 혼합 가스가, C 원소 및 O 원소를 포함하는 가스를 50 ％ 이상 포함하고 또한 H2 가스를 25 ％를 넘지 않는 범위에서 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 절연 개폐기.
- 제5항에 있어서, 상기 가스 절연 개폐기는, 그 접점을 개리 동작할 때에, 접점 사이에서 발생한 아크에 절연 가스를 내뿜는 가스류 발생 수단을 갖고,상기 가스류 발생 수단은, 축압 공간과, 이 축압 공간의 압력을 상승시키는 압력 상승 수단과, 축압 공간과 아크를 연결하는 가스 유로로 구성되고,상기 압력 상승 수단은, 상기 축압 공간을 압축하는 퍼퍼 피스톤(puffer piston)에 의해 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 가스 절연 개폐기.
- 제1항에 있어서, 상기 밀폐 용기 내에, 수분, CO, O3 중 적어도 하나를 흡수하는 흡착제를 설치하는 것을 특징으로 하는 가스 절연 개폐기.
- 제1항에 있어서, 상기 밀폐 용기에 절연 가스를 밀봉하기 위한 기밀 수단으로서, 니트릴 고무, 불소 고무, 실리콘 고무, 아크릴 고무, 에틸렌 프로필렌 고무, 에틸렌 프로필렌 디엔 고무, 부틸 고무, 우레탄 고무, 하이퍼론, EVA 수지 중 어느 하나를 재료로 한 패킹을 사용한 것을 특징으로 하는 가스 절연 개폐기.
- 제1항에 있어서, 상기 양 접점에 있어서의 개리 동작시의 미끄럼 이동면에, 윤활성 실리콘 그리스를 도포한 것을 특징으로 하는 가스 절연 개폐기.
- 제1항에 있어서, 접촉 통전을 행하지 않는 금속 표면 중 적어도 일부에, 인산 처리 피막, 알루미나 피막, 불소계 코팅, 도장 중 어느 하나의 표면 처리를 실시한 것을 특징으로 하는 가스 절연 개폐기.
- 제1항에 있어서, 상기 밀폐 용기에, 그 내부의 CO 가스 혹은 O3 가스를 검출하는 검출 수단을 마련한 것을 특징으로 하는 가스 절연 개폐기.
- 제1항에 있어서, 상기 아크 혹은 상기 아크에 의해 가열된 가스류에 폭로되는 위치에, O 원소 혹은 H 원소를 포함하는 고체 재료를 배치한 것을 특징으로 하는 가스 절연 개폐기.
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Legal Events
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|---|---|---|---|
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| FPAY | Annual fee payment |
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| FPAY | Annual fee payment |
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