KR20090071090A - 진공 인터럽터 및 진공 인터럽터용 금속 실 컵의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 개폐동작에 대한 기계적 강도를 유지하면서 세라믹 절연용기와의 열팽창도 차이로 인한 스트레스를 감소시킬 수 있고 진공기밀이 우수하고 외부 고체절연구조에 적합한 금속 실 컵을 갖는 진공 인터럽터를 제공하려는 것으로서, 고정접촉자; 상기 고정접촉자를 지지하는 지지 축; 상기 고정접촉자에 접촉하는 위치 또는 상기 고정접촉자로부터 분리되는 위치로 이동가능한 가동접촉자; 상기 가동접촉자를 변위 가능하게 구동하는 개폐 축; 상기 고정접촉자와 상기 가동접촉자를 내부에 수용하는 세라믹(CERAMIC) 절연용기; 상기 세라믹 절연용기와 상기 지지 축 사이를 기밀하게 접속하고 일체로 형성되는 하부 금속 실컵(SEAL CUP); 상기 세라믹 절연용기와 상기 개폐 축 사이에 접속되고 일체로 형성되는 상부 금속 실컵(SEAL CUP); 및 상기 상부 금속 실컵과 상기 개폐 축 사이에 기밀하게 접속되고 상기 개폐 축을 이동가능하게 지지하는 주름 관을 포함하여 구성된다.

진공 인터럽터, 금속 실 컵

Description

진공 인터럽터 및 진공 인터럽터용 금속 실 컵의 제조방법{VACUUM INTERRUPTER AND PRODUCTION METHOD OF METAL SEAL CUP FOR VACUUM INTERRUPTER}

본 발명은 진공 인터럽터(VACUUM INTERRUPTER)에 관한 것으로서, 특히 진공 인터럽터의 금속 실 컵(SEAL CUP) 및 그의 제조방법에 관한 것이다.

진공 인터럽터는 진공 차단기 등 고압 차단용 주 회로 스위치기어(MAIN CIRCUIT SWITCHGEAR)로 사용되는 고압 전기부품으로서, 고정접촉자와 고정접촉자에 접촉 또는 분리 위치로 가동되는 가동접촉자를 진공분위기 내에 수용하는 진공용기로 크게 구분된다. 상기 진공용기는 다시 중앙의 절연 세라믹 용기와, 절연 세라믹 용기와 상기 고정접촉자 및 가동접촉자의 지지 축 및 개폐 축 사이를 밀폐하기 위해 상기 절연 세라믹(CERAMIC) 용기에 접속되는 금속 실 컵(SEAL CUP)을 포함하여 구성된다.

한편 이러한 진공 인터럽터에 있어서 종래기술에 따른 금속 실 컵 부 구성은 도 1에 도시된 바와 같이 가동 측 또는 고정 측 판(8)과, 가동 측 또는 고정 측 판(8)과 상기 중앙의 절연 세라믹 용기(9) 사이에 브레이징(BRAZING)에 의해 접속되는 금속 실 컵(7')를 포함하여 구성된다.

그러나 도 1에 도시된 바와 같은 종래기술에 따른 금속 실 컵 부는 가동 측 또는 고정 측 판(8)과 금속 실 컵(7') 사이의 브레이징 부분(B)에서 부실한 브레이징 또는 진공 용기 내 열에 의한 브레이징 부분(B)의 손상에 의해 진공기밀이 파괴되어 누설경로가 되는 문제점이 발생하였다.

또한 도 2에 도시한 바와 같이 종래기술에 따른 금속 실 컵 부에 외부 고체 절연 층(12)을 도포하는 경우에 있어서, 가동 측 또는 고정 측 판(8)의 모서리 부분과 금속 실 컵(7')의 모서리 부분이 날카롭게 돌출하여 이 부분에서 부분방전(PARTIAL DISCHARGING)이 발생하여 상기 외부 고체 절연 층(12)이 열화(劣化)되는 문제점이 발생하였다.

또한 도 3에 도시된 바와 같이 종래기술에 따른 금속 실 컵 부는 금속 실 컵(7')과 절연 세라믹 용기(9) 사이의 브레이징 부분에서 열팽창 차이로 인한 응력(STRESS)에 의해서 갈라짐(CRACK)이 발생하는 문제가 발생하였다.

따라서, 본 발명은 상기 종래기술의 문제점을 해소하는 것으로서, 본 발명의 목적은 진공기밀의 신뢰성이 향상될 수 있고, 외부 고체 절연 층 도포시 부분방전이 방지되며, 절연 세라믹 용기와의 열팽창 차이로 인한 응력이 감소될 수 있는 진공 인터럽터를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은, 진공기밀의 신뢰성이 향상될 수 있고, 외부 고체 절연 층 도포시 부분방전이 방지되며, 절연 세라믹 용기와의 열팽창 차이로 인한 응력이 감소될 수 있는 진공 인터럽터용 금속 실 컵의 제조방법을 제공하는 것이다.

상기 본 발명의 일 목적은, 진공 인터럽터에 있어서,

고정접촉자;

상기 고정접촉자를 지지하는 지지 축;

상기 고정접촉자에 접촉하는 위치 또는 상기 고정접촉자로부터 분리되는 위치로 이동가능한 가동접촉자;

상기 가동접촉자에 접속되어, 상기 가동접촉자를 변위 가능하게 구동하는 개폐 축;

상기 고정접촉자와 상기 가동접촉자를 내부에 수용하는 세라믹(CERAMIC) 절연용기;

상기 세라믹 절연용기와 상기 지지 축 사이를 기밀하게 접속하고 일체로 형 성되는 하부 금속 실 컵(SEAL CUP);

상기 세라믹 절연용기와 상기 개폐 축 사이에 접속되고 일체로 형성되는 상부 금속 실 컵(SEAL CUP); 및

상기 상부 금속 실 컵과 상기 개폐 축 사이에 기밀하게 접속되고 상기 개폐 축을 이동가능하게 지지하는 주름 관을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 본 발명에 따른 진공 인터럽터를 제공함으로써 달성될 수 있다.

상기 본 발명의 다른 목적은, 진공 인터럽터의 개폐 동작시 기계적 충격을 견딜 수 있도록 미리 결정된 두께를 가진 평평한 금속 판을 준비하는 단계;

인발에 의해서 상기 금속 판을 U자형으로 성형하는 단계; 및

아이어닝(IRONING)에 의해서 상기 U자형으로 성형된 금속 판을 미리 설정된 두께로 압출하는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 본 발명에 따른 진공 인터럽터용 금속 실 컵(SEAL CUP)의 제조방법을 제공함으로써 달성될 수 있다.

본 발명에 따른 진공 인터럽터는 개폐 축 또는 지지 축과 세라믹 용기 사이에 일체형의 금속 실 컵이 설치되므로, 종래기술과 같이 판과 금속 실 컵이 브레지징되는 구성에 대비하여 진공기밀의 신뢰성이 향상될 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

본 발명에 따른 진공 인터럽터는 개폐 축 또는 지지 축과 세라믹 용기 사이에 일체형의 금속 실 컵이 설치되므로, 종래기술과 같이 판과 금속 실 컵이 브레지징 접속되는 구성에 대비하여 외부 고체 절연 층 도포시 부분방전이 방지될 수 있 는 효과를 얻을 수 있다.

본 발명에 따른 진공 인터럽터는 금속 실 컵이 상기 지지 축 또는 개폐 축 측으로 연장하는 중앙부분은 두께가 두껍고 상기 세라믹 절연용기 측으로 연장하는 부분은 상기 중앙부분보다 두께가 얇고 일정한 두께를 가지므로, 개폐동작에 대한 기계적 강도를 유지할 수 있고 상기 세라믹 절연용기와 열팽창 차이로 인한 응력(STRESS)이 감소되는 효과를 얻을 수 있다.

또한 본 발명에 따른 제조 방법에 의해서 상기와 같은 효과들을 얻을 수 있는 진공 인터럽터 용 금속 실 컵의 제조할 수 있다.

상기 본 발명의 목적과 이를 달성하는 본 발명의 구성 및 그의 작용효과는 첨부한 도면을 참조한 본 발명의 바람직한 실시 예에 대한 이하의 설명에 의해서 좀 더 명확히 이해될 수 있을 것이다.

먼저, 본 발명에 따른 진공 인터럽터의 구성을 보여주는 개략적 단면도인 도 4와 도 4의 A 부 확대 도인 도 5를 참조하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 진공 인터럽터의 구성을 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 진공 인터럽터는 고정접촉자(3), 지지 축(4), 가동접촉자(2), 개폐 축(1), 세라믹(CERAMIC) 절연용기(9), 금속 실 컵(SEAL CUP)(7), 주름 관(BELLOWS)(5)을 포함하여 구성된다.

본 발명에 따른 진공 인터럽터는 추가적으로 실드(6), 중심 플랜지(10), 아 크실드(11)를 포함한다.

고정접촉자(3)는 전력계통의 회로 중 전원 측 또는 부하 측의 어느 일 측에 접속되며, 고정되며 접점부를 가진다.

지지 축(4)은 고정접촉자(3)를 지지하며, 미 도시의 연결 도체를 통해 전력계통의 회로 중 전원 측 또는 부하 측의 어느 일 측에 접속된다.

가동접촉자(2)는 고정접촉자(3)에 접촉하는 위치 또는 고정접촉자(3)로부터 분리되는 위치로 이동가능하다.

개폐 축(1)은 가동접촉자(2)에 접속되어, 가동접촉자(2)를 변위 가능하게 구동한다.

세라믹 절연용기(9)는 고정접촉자(3)와 가동접촉자(2)를 내부에 수용하며, 전기적 절연특성을 가진 세라믹 재로 형성되어 세라믹 절연용기(9) 내부를 외부와 전기적으로 절연한다.

금속 실 컵(7)은 하부 금속 실 컵(7b)과 상부 금속 실 컵(7a)을 포함하여 구성된다.

하부 금속 실 컵(7b)은 세라믹 절연용기(9)와 지지 축(4) 사이를 기밀하게 접속한다. 또한 하부 금속 실 컵(7b)은 종래기술과 달리 고정 측 판과 금속 실 컵의 두 가지 부품을 브레이징하여 구성되는 것이 아니고 하나의 부품으로 구성 즉, 일체로 형성된다. 더욱 구체적으로는 본 발명에 따른 하부 금속 실 컵(7b)은 하나의 금속 판을 U자형으로 절곡하여 성형된다. 따라서 종래기술과 달리 개의 부품을 브레이징하는 부분이 없으므로 진공 인터럽터 내부의 진공을 누설함이 없이 기밀하 게 유지하는 데 효과적이다. 또한 진공 인터럽터 외부에 고체 절연층을 피복하는 경우에도 종래기술과 달리 수평 부분과 수직 부분이 별체가 아니고 더욱이 수평 부분의 모서리와 수직부분의 모서리가 날카롭게 돌출되지 않고 둥글게 연속(단절되지 않고 연속적으로 접속)되므로 이러한 부분에 전계(ELECTRIC FIELD)가 집중되지 않으며 따라서 부분방전발생이 방지될 수 있다.

상부 금속 실 컵(7a)은 세라믹 절연용기(9)와 개폐 축(1) 사이에 접속된다. 또한 상부 금속 실 컵(7a)도 종래기술과 달리 고정 측 판과 금속 실 컵의 두 가지 부품을 브레이징하여 구성되는 것이 아니고 하나의 부품으로 구성 즉, 일체로 형성된다. 하부 금속 실 컵(7b)과 마찬가지로 상부 금속 실 컵(7a)도 하나의 금속 판을 U자형으로 절곡하여 성형된다. 따라서 종래기술과 달리 2개의 부품을 브레이징하는 부분이 없으므로 진공 인터럽터 내부의 진공을 누설함이 없이 기밀하게 유지하는 데 효과적이다. 또한 진공 인터럽터 외부에 고체 절연층을 피복하는 경우에도 종래기술과 달리 수평 부분과 수직 부분이 별체가 아니고 더욱이 수평 부분의 모서리와 수직부분의 모서리가 날카롭게 돌출되지 않고 둥글게 연속되므로 이러한 부분에 전계가 집중되지 않으며 따라서 부분방전 발생이 방지될 수 있다.

또한, 도 5를 참조할 수 있는 바와 같이, 상부 금속 실 컵(7a)은 개폐 축(1) 측으로 연장하는 수평 부(7a-1)와 세라믹 절연용기(9) 측으로 연장하는 수직 부(7a-2)를 가지며, 수평 부(7a-1)는 상기 개폐동작에 대한 기계적 강도를 유지하도록 수직 부(7a-2) 보다 두께가 두껍고, 수직 부(7a-2)는 세라믹 절연용기(9)와 열팽창 차이로 인한 응력(STRESS)이 감소하도록 수평 부(7a-1) 보다 두께가 얇고 일정한 두께를 가지며, 따라서 세라믹 절연용기(9)와 열팽창 차이로 인한 응력(STRESS)이 감소되는 효과를 얻을 수 있다. 이러한 구성적 특징은 하부 금속 실 컵(7b)도 마찬가지이다. 즉, 하부 금속 실 컵(7b)은 지지 축(4) 측으로 연장하는 미 도시의 수평 부와 세라믹 절연용기(9) 측으로 연장하는 미 도시의 수직 부를 가지며, 상기 수평 부는 개폐동작에 대한 기계적 강도를 유지하도록 상기 수직 부 보다 두께가 두껍고, 상기 수직 부는 상기 수평 부 보다 두께가 얇고 일정한 두께를 가지며, 따라서 세라믹 절연용기(9)와 열팽창 차이로 인한 응력(STRESS)이 감소되는 효과를 얻을 수 있다.

주름 관(5)은 상부 금속 실 컵(7a)과 개폐 축(1) 사이에 기밀하게 접속되고 개폐 축(1)을 이동가능하게 지지한다. 이러한 주름 관(5)은 잘 알려진 구성요소로서 상부 금속 실 컵(7a)과 개폐 축(1) 사이를 기밀하게 접속하는 동시에 신축이 가능하여 개폐 축(1)의 이동을 허용하는 구성요소이다.

실드(6)는 가동접촉자(2)와 고정접촉자(3)가 분리될 때 발생하는 아크(arc)에 대해서 주름 관(5)를 보호하도록 차폐하는 수단이다.

아크실드(11)는 상기 아크에 대해서 인접한 세라믹 용기(9)의 부위를 보호하도록 차폐하는 수단이며, 중심 플랜지(10)는 세라믹 용기(9)로부터 돌출하게 형성되어 상기 아크실드(11)를 지지한다.

상기와 같이 구성되고 작용효과를 갖는 본 발명에 따른 진공 인터럽터의 개폐동작을 간단히 설명한다.

미 도시의 액튜에이터(actuator) 즉, 예컨대 영구자석 액튜에이터, 전동기, 스프링 등에 의해서 개폐 축(1)을 도 4에 있어서 하방으로 구동하면, 그에 따라 개폐 축(1)의 하단 부에 설치된 가동접촉자(2)가 고정접촉자(3)에 접촉한다. 따라서 고정접촉자(3)는 지지 축(4) 및 미 도시의 연결 도체를 통해 예컨대 전원 측에 접속되어 있고, 가동접촉자(2)는 개폐 축(1) 및 미 도시의 연결 도체를 통해 예컨대 부하 측에 접속되어 있어서, 전원 측과 부하 측 간의 회로가 폐로(閉路) 됨으로써 통전된다.

반대로, 미 도시의 액튜에이터(actuator) 즉, 예컨대 영구자석 액튜에이터, 전동기, 스프링 등에 의해서 개폐 축(1)을 도 4에 있어서 상방으로 구동하면, 그에 따라 개폐 축(1)의 하단 부에 설치된 가동접촉자(2)가 고정접촉자(3)로부터 분리된다. 따라서 고정접촉자(3)는 지지 축(4) 및 미 도시의 연결 도체를 통해 예컨대 전원 측에 접속되어 있고, 가동접촉자(2)는 개폐 축(1) 및 미 도시의 연결 도체를 통해 예컨대 부하 측에 접속되어 있어서, 전원 측과 부하 측 간의 회로가 개로(開路) 됨으로써 통전이 차단된다.

한편, 도 6을 참조하여 본 발명에 따른 진공 인터럽터용 금속 실 컵의 제조방법을 설명하면 다음과 같다.

도 6은 본 발명에 따른 진공 인터럽터용 금속 실 컵의 제조방법을 보여주는 것으로서, 도 6의 (a)는 미리 결정된 두께의 금속 평판을 준비하는 단계를 보여주는 공정도이며, 도 6의 (b)는 인발에 의해서 상기 금속 판을 U자형으로 성형한 단계를 보여주는 공정도이고, 도 6의 (c)는 아이어닝(IRONING)에 의해서 상기 U자형으로 성형된 금속 판을 미리 설정된 두께로 압출하는 단계를 보여주는 공정도이다.

먼저, 도 6의 (a)와 같이 진공 인터럽터의 개폐 동작시 기계적 충격을 견딜 수 있도록 미리 결정된 두께를 가진 평평한 금속 판을 모재(母材)로서 준비한다.

다음, 인발(引拔)(DRAWING)에 의해서 상기 금속 판을 U자형으로 성형하여 도 6의 (b)에 도시된 바와 같은 U자형으로 성형된 중간 성형 재를 얻는다.

다음, 아이어닝(IRONING)에 의해서 상기 U자형으로 성형된 금속 판을 미리 설정된 두께로 압출한다. 이때 압출은 기계적 강도를 유지하면서 진공 인터럽터의 중앙 세라믹 절연용기와의 열팽창 차이로 인한 응력(STRESS)을 감소시키도록 양 수직 부(7a-2)이 일정한 두께를 가지면서 중앙의 수평 부(7a-1) 보다 얇게 되도록 압출한다.

이를 수식으로 표현하면,

여기서, t0는 수평 부(7a-1)의 두께이고, t1은 수직 부(7a-2) 중 수평 부(7a-1)에 인접한 부위의 두께이며, t2는 수직 부(7a-2) 중 세라믹 용기(9)에 용접될 단 부 부위의 두께이다.

다시 말해서, 수직 부(7a-2)는 일정한 두께를 가지며 수평 부(7a-1) 보다 두께가 얇다는 것이다.

미 도시하였지만, 본 발명에 따른 진공 인터럽터용 금속 실 컵의 제조방법에는 추가적으로 진공 인터럽터의 가동접촉자를 지지하는 개폐 축 또는 고정접촉자를 지지하는 지지 축이 통과할 수 있도록 상기 개폐 축 또는 지지 축의 관통 구를 천공하는 단계가 추가적으로 포함된다.

도 1은 종래기술에 따른 진공 인터럽터에 있어서 금속 실 컵 부위의 브레이징 부분에서 진공기밀이 누설되는 것을 보여주는 설명 도이고,

도 2는 종래기술에 따른 진공 인터럽터에 있어서 금속 실 컵 부위에 외부 고체 절연 피복을 입힌 상태에서 모서리부분에서 부분방전이 발생하는 것을 보여주는 설명 도이며,

도 3은 종래기술에 따른 진공 인터럽터에 있어서 금속 실 컵과 중앙 세라믹 용기의 브레이징 부위에 갈라짐이 발생하는 것을 보여주는 설명 도이고,

도 4는 본 발명에 따른 진공 인터럽터의 구성을 보여주는 개략적 단면도이며,

도 5는 도 4의 A 부 확대 도이고,

도 6은 본 발명에 따른 진공 인터럽터용 금속 실 컵의 제조방법을 보여주는 것으로서,

도 6의 (a)는 미리 결정된 두께의 금속 평판을 준비하는 단계를 보여주는 공정도이며,

도 6의 (b)는 인발에 의해서 상기 금속 판을 U자형으로 성형한 단계를 보여주는 공정도이고,

도 6의 (c)는 아이어닝(IRONING)에 의해서 상기 U자형으로 성형된 금속 판을 미리 설정된 두께로 압출하는 단계를 보여주는 공정도이다.

*도면의 주요부에 대한 부호의 설명

1: 개폐 축 2: 가동접촉자

3: 고정접촉자 4: 지지 축

5: 주름 관 6: 실드(shield)

7: 금속 실 컵(본 발명) 7': 금속 실 컵(종래기술)

7a: 상부 금속 실 컵 7b: 하부 금속 실 컵

7a-1: 수평 부 7a-2: 수직 부

8: 고정 측 판 9: 세라믹 용기

10: 중심 플랜지 11: 아크 실드

12: 고체 절연 층

Claims (7)

1. 진공 인터럽터에 있어서,

   고정접촉자;

   상기 고정접촉자를 지지하는 지지 축;

   상기 고정접촉자에 접촉하는 위치 또는 상기 고정접촉자로부터 분리되는 위치로 이동가능한 가동접촉자;

   상기 가동접촉자에 접속되어, 상기 가동접촉자를 변위 가능하게 구동하는 개폐 축;

   상기 고정접촉자와 상기 가동접촉자를 내부에 수용하는 세라믹(CERAMIC) 절연용기;

   상기 세라믹 절연용기와 상기 지지 축 사이를 기밀하게 접속하고 일체로 형성되는 하부 금속 실 컵(SEAL CUP);

   상기 세라믹 절연용기와 상기 개폐 축 사이에 접속되고 일체로 형성되는 상부 금속 실 컵(SEAL CUP); 및

   상기 상부 금속 실 컵과 상기 개폐 축 사이에 기밀하게 접속되고 상기 개폐 축을 이동가능하게 지지하는 주름 관을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 진공 인터럽터.
2. 제1항에 있어서,

   상기 하부 금속 실 컵은 상기 지지 축 측으로 연장하는 수평 부와 상기 세라믹 절연용기 측으로 연장하는 수직 부를 가지며, 상기 수평 부는 개폐동작에 대한 기계적 강도를 유지하도록 상기 수직 부 보다 두께가 두껍고, 상기 수직 부는 상기 세라믹 절연용기와 열팽창 차이로 인한 응력(STRESS)이 감소하도록 상기 수평 부보다 두께가 얇고 일정한 두께를 가지며,

   상기 상부 금속 실 컵은 상기 개폐 축 측으로 연장하는 수평 부와 상기 세라믹 절연용기 측으로 연장하는 수직 부를 가지며, 상기 수평 부는 상기 개폐동작에 대한 기계적 강도를 유지하도록 상기 수직 부 보다 두께가 두껍고, 상기 수직 부는 상기 세라믹 절연용기와 열팽창 차이로 인한 응력(STRESS)이 감소하도록 상기 수평 부 보다 두께가 얇고 일정한 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 진공 인터럽터.
3. 제1항에 있어서,

   상기 금속 실 컵은 하나의 금속 판재를 U자형으로 성형한 것인 것을 특징으로 하는 진공 인터럽터.
4. 제3항에 있어서,

   부분방전 발생이 방지되도록, 상기 금속 실 컵의 수평 부와 수직 부는 둥글게 연속하는 것을 특징으로 하는 진공 인터럽터.
5. 진공 인터럽터의 개폐 동작시 기계적 충격을 견딜 수 있도록 미리 결정된 두께를 가진 평평한 금속 판을 준비하는 단계;

   인발에 의해서 상기 금속 판을 U자형으로 성형하는 단계; 및

   아이어닝(IRONING)에 의해서 상기 U자형으로 성형된 금속 판을 미리 설정된 두께로 압출하는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 진공 인터럽터용 금속 실 컵(SEAL CUP)의 제조방법.
6. 제5항에 있어서,

   상기 압출하는 단계는 기계적 강도를 유지하면서 진공 인터럽터의 중앙 세라믹 절연용기와의 열팽창 차이로 인한 응력(STRESS)을 감소시키도록 양 수직 부가 일정한 두께를 가지면서 수평부보다 얇게 되도록 압출하는 단계인 것을 특징으로 하는 진공 인터럽터용 금속 실 컵의 제조방법.
7. 제5항에 있어서,

   진공 인터럽터의 가동접촉자를 지지하는 개폐 축 또는 고정접촉자를 지지하는 지지 축이 통과할 수 있도록 상기 개폐 축 또는 지지 축의 관통 구를 천공하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 진공 인터럽터용 금속 실 컵의 제조방법.

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