KR20100024268A - 가스 절연 개폐장치용 차단기의 고정부 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 가스절연개폐장치(GIS)에 관한 것으로써, 더욱 구체적으로는 차단기의 차단시 발생되는 핫가스에 의한 고정측 챔버의 용손을 최소화할 수 있도록 하고, 절연내력을 향상시킬 수 있도록 한 새로운 형태의 가스 절연 개폐장치용 고정부에 관한 것이다.
이를 위해, 본 발명은 내부에 핫가스가 유동되는 공간을 갖도록 형성되고, 후방은 폐쇄됨과 더불어 전방에는 고정 주접촉자가 구비되고, 둘레면에는 복수의 배기홀이 관통 형성된 고정측 챔버; 상기 고정측 챔버 내의 중앙측 부위에 축방향을 따라 고정 설치되며, 가동부의 가동 아크 접촉자와 선택적으로 접속되어 통전되는 고정 아크 접촉자; 그리고, 상기 고정 아크 접촉자와 상기 고정측 챔버의 내벽면 사이를 따라 설치되면서 상기 고정 주접촉자와 상기 고정 아크 접촉자 사이의 공간을 통해 유입되는 핫가스의 유동을 안내하면서 상기 핫가스가 상기 배기홀을 통해 곧장 배기됨을 방지하는 가이드체:가 포함되어 구성됨을 특징으로 하는 가스 절연 개폐장치용 차단기의 고정부가 제공된다.
Figure P1020080083042
가스 절연 개폐장치, 차단기, 고정부, 메인 실드, 보조 실드

Description

가스 절연 개폐장치용 차단기의 고정부{Gas Insulation switchgear}
본 발명은 가스 절연 개폐장치(GIS;Gas Insulation switchgear)에 관한 것으로써, 더욱 구체적으로는 차단기의 차단시 발생되는 핫가스에 의한 고정측 챔버의 용손을 최소화할 수 있도록 하고, 절연내력을 향상시킬 수 있도록 한 새로운 형태의 가스 절연 개폐장치용 고정부에 관한 것이다.
일반적으로 가스 절연 개폐장치(GIS;Gas Insulation switchgear)는 금속제 밀폐용기(탱크)에 절연성능과 소호기능이 우수한 절연용 가스(SF6)를 절연매체로 사용하여 도체와 각종 보호기기들을 수납시켜 신뢰성을 향상시킨 수변전 설비이며, 차단기(Circuit Breaker), 단로기(Disconnecting Switch), 접지개폐기(Earthing Switch) 등 여러 가지 구성들이 복합적으로 구성되어 이루어진다.
상기한 가스 절연 개폐장치의 각 구성 중 차단기를 이루는 고정부(10)는 가동부(20)의 선택적인 동작에 의해 선택적으로 접속되면서 전류를 통전시키는 역할을 수행하는 구성이다.
이때, 상기 가동부(20)와 고정부(10) 간의 접속이 해제될 경우(차단기의 차 단 동작이 진행될 경우)에는 상기 가동부(20)의 가동 아크 접촉자(22)와 상기 고정부의 고정 아크 접촉자(12) 사이에서 아크(arc)가 발생되며, 이때에는 파퍼 실린더(24) 내의 피스톤(25)에 의해 압축된 소호 가스(SF6)가 노즐(26)을 따라 상기 아크의 발생 부위로 분사됨에 따라 상기 아크가 소호된다.
그리고, 상기한 아크의 소호 과정에서는 상기 소호 가스가 고온의 핫가스(hot gas)로 변환되며, 이렇게 변환된 핫가스의 일부는 고정부(10)로 유동됨과 더불어 나머지 일부는 가동부(20)로 유동된다.
이때, 상기 고정부(10)로 유동되는 핫가스는 고정측 챔버(11)의 내부 공간을 따라 유동된 후 상기 고정측 챔버(11)의 둘레면에 형성된 배기홀(11a)을 통해 배출된다.
이러한 일련의 구조 및 핫가스의 유동 과정은 첨부된 도 1에 도시한 바와 같다.
그러나, 전술한 바와 같은 종래 기술에 따른 가스절연개폐장치용 차단기의 고정부(10) 중 고정측 챔버(11) 내로 유동되는 고온의 핫가스가 상기 고정측 챔버(11)의 배기홀(11a)을 향해 고속으로 토출되기 때문에 절연 내력의 저하가 발생되었던 문제점이 있다.
즉, 고온, 고압의 핫가스는 분사시 주위를 감싸고 있는 소호 가스(SF6)를 밀어내어 순간적으로 밀도가 작은 공간을 형성함으로써 상기 고정측 챔버와 외함 간의 절연내력 저하가 발생되었던 것이다.
또한, 전술한 고정측 챔버(11)는 통상적으로 용융점이 낮은 알루미늄으로 제조됨을 고려할 때 상기 고정측 챔버(11) 내로 유동되는 고온의 핫가스가 상기 고정측 챔버(11)의 배기홀(11a)을 향해 직접 토출되는 과정에서 상기 배기홀(11a)이 형성된 부위의 용손이 자주 발생되었고, 상기한 용손 찌꺼기는 핫가스와 함께 유로를 따라 외함 내로 배출되면서 절연내력의 저하를 야기시켰던 문제점 역시 있다.
본 발명은 전술한 종래 기술이 가지는 각종 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로써, 본 발명의 목적은 핫가스에 의한 고정측 챔버의 용손을 최소화할 수 있도록 하고, 절연내력을 향상시킬 수 있도록 한 새로운 형태의 가스 절연 개폐장치용 고정부를 제공하는데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 가스 절연 개폐장치용 고정부는 내부에 핫가스가 유동되는 공간을 갖도록 형성되고, 후방은 폐쇄됨과 더불어 전방에는 고정 주접촉자가 구비되고, 둘레면에는 복수의 배기홀이 관통 형성된 고정측 챔버; 상기 고정측 챔버 내의 중앙측 부위에 축방향을 따라 고정 설치되며, 가동부의 가동 아크 접촉자와 선택적으로 접속되어 통전되는 고정 아크 접촉자; 그리고, 상기 고정 아크 접촉자와 상기 고정측 챔버의 내벽면 사이를 따라 설치되면서 상기 고정 주접촉자와 상기 고정 아크 접촉자 사이의 공간을 통해 유입되는 핫가스의 유동을 안내하면서 상기 핫가스가 상기 배기홀을 통해 곧장 배기됨을 방지하는 가이드체:가 포함되어 구성됨을 특징으로 한다.
여기서, 상기 보조 실드는 상기 고정측 챔버의 후면 둘레에 일체로 형성되는 연장단과, 상기 연장단으로부터 상기 고정측 챔버의 후면에 비해 더욱 후방으로 돌출된 후 다시 전방을 향해 절곡되면서 라운드지게 형성된 안내단을 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.
이때, 상기 보조 실드를 이루는 안내단의 끝단은 상기 메인 실드의 외주면을 향해 라운드지면서 절곡 형성됨을 특징으로 한다.
이와 함께, 상기 메인 실드의 각 부위 중 핫가스가 배출되는 후방측 부위는 상기 보조 실드의 안내단이 이루는 공간의 내측에 위치되도록 축관되게 형성됨을 특징으로 한다.
이상에서와 같은 본 발명의 가스 절연 개폐장치용 차단기의 고정부는 차단기의 온(ON) 동작시 소호 작용으로 생성된 핫가스가 메인 실드 및 보조 실드에 의해 외함을 향해 곧장 배기됨은 방지되어 절연성능의 저하를 저감할 수 있다는 효과를 가진다.
특히, 상기 보조 실드는 핫가스의 유동 거리를 증가시킨 다음 상기 메인 실드의 외주면을 향하도록 구성됨으로써 핫가스의 온도 및 유속의 저감이 이루어지게 되어 절연성능의 저하를 최소화할 수 있게 된 효과를 가진다.
뿐만 아니라, 본 발명에 따른 가스 절연 개폐장치용 차단기의 고정부는 보조 실드의 끝단 부위를 내측 방향으로 라운드지게 형성함으로써 상기 부위에 대한 용손이 방지됨과 더불어 모서리 부위로 인한 스파크의 발생이 방지될 수 있다는 효과를 가진다.
이하, 본 발명의 실시를 위한 구체적인 실시예를 첨부된 도 2 및 도 3을 참조하여 설명하도록 한다.
우선, 첨부된 도 2 및 도 3과 같이 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 가스 절연 개폐장치용 차단기의 고정부(200)는 크게 고정측 챔버(220)와, 고정 아크 접촉자(221)와, 메인 실드(230) 및 보조 실드(240)를 포함하여 구성된다.
이를 각 구성별로 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.
먼저, 상기 고정측 챔버(220)는 가스 절연 개폐장치용 차단기를 이루는 고정부(200)의 외관을 이루는 부위로써, 후방이 폐쇄된 원통형으로 형성된다.
특히, 상기 고정측 챔버(220)의 전방에는 고정 주접촉자(222)가 구비되며, 상기 고정 주접촉자(222)는 가동부(100)의 가동 접촉자(114)와 선택적으로 접속되어 통전된다.
또한, 상기한 고정측 챔버(220)의 후방측 둘레면에는 복수의 제1배기홀(223)이 관통 형성된다.
이때, 상기 각 제1배기홀(223)들은 아크의 소호시 발생되어 상기 고정측 챔버(220) 내를 유동한 핫가스를 외함(1)의 내부 공간으로 배출하는 부분이다.
다음으로, 상기 고정 아크 접촉자(221)는 가동부(100)의 가동 아크 접촉자(114)와 선택적으로 접속되어 통전되는 일련의 구성으로써, 상기 고정측 챔버(220) 내의 중앙측 부위에 상기 고정측 챔버(220)의 축방향을 따라 고정 설치된다.
이때, 상기 고정 아크 접촉자(221)와 고정 주접촉자(222) 간은 가동부(100)를 구성하는 노즐(160) 및 가동 접촉자(114)의 요입이 이루어질 수 있을 정도의 간격을 갖도록 배치된다.
다음으로, 상기 메인 실드(230)는 상기 고정측 챔버(220)의 제1배기홀(223)을 통해 배기되는 핫가스가 외함(1)을 향해 곧장 분사됨을 차단하는 일련의 구성이다.
상기한 메인 실드(230)는 상기 고정측 챔버(220)의 둘레를 감싸도록 형성됨과 더불어 후방측 부위에는 상기 고정측 챔버(220)의 제1배기홀(223)을 통과한 핫가스를 외함(1) 내의 후방측 공간으로 배기하도록 제2배기홀(231)이 형성되어 이루어진다.
즉, 상기 제1배기홀(223)을 통해 배기되는 핫가스는 상기 메인 실드(230)에 의해 상기 제1배기홀(223)이 형성된 방향의 외함을 향해 곧장 배기되지 못하고 상기 메인 실드(230)의 안내를 받아 후방측을 향하도록 유동된 후 상기 메인 실드(230)의 제2배기홀(231)을 통해 외함(1) 내의 공간으로 배기된다.
다음으로, 상기 보조 실드(250)는 상기 메인 실드(230)의 제2배기홀(231)을 통해 배기되는 핫가스의 유동이 상기 제2배기홀(231)의 대향 방향에 위치된 외함(1)을 향해 곧장 배기됨을 방지하는 일련의 구성이다.
즉, 상기 보조 실드(250)는 상기 고정측 챔버(220)의 후면 둘레를 따라 일체로 형성되며, 상기 메인 실드(230)의 제2배기홀(231)을 통과한 핫가스가 상기 제2배기홀(231)을 통과하는 방향과는 역방향을 향해 유동되도록 구성된다.
이때, 상기 보조 실드(250)는 상기 고정측 챔버(220)의 후면 둘레에 일체로 형성되는 연장단(251)과, 상기 연장단(251)으로부터 다단 절곡되면서 라운드지게 형성되어 상기 제2배기홀(231)을 통과한 핫가스의 유동을 안내하는 안내단(252)을 포함하여 구성된다.
특히, 상기 안내단(252)은 상기 고정측 챔버(220)의 후면에 비해 더욱 후방으로 돌출된 후 다시 전방을 향해 절곡되면서 라운드지게 형성됨으로써 핫가스가 원활히 전방을 향해 유동될 수 있도록 구성된다.
이와 함께, 상기 보조 실드(250)를 이루는 안내단(252)의 끝단은 상기 외함(1)과의 대향 방향과는 반대 방향으로 라운드지게 형성됨을 추가로 제시한다. 이는 상기 안내단(252)의 끝단이 피뢰침으로 작용함에 따라 스파크를 발생시킬 수 있는 문제점을 미연에 방지하기 위함이다.
또한, 본 발명의 실시예에서는 상기 메인 실드(230)의 각 부위 중 핫가스가 배출되는 후방측 부위에는 상기 보조 실드(250)의 안내단(252)이 이루는 공간의 내측에 위치되도록 축관된 축관부(232)가 형성된다.
상기한 축관부(232)는 상기 보조 실드(250)를 이루는 안내단(252)의 돌출 높이를 최소화하여 외함(1)과의 절연파괴를 방지할 수 있도록 하면서도 핫가스의 원활한 유동이 이루어질 수 있도록 하기 위한 구성이다. 즉, 핫가스의 원활한 유동 안내를 위해서는 안내단(252)의 곡률 반경이 클수록 유리하지만, 이의 경우 상기 외함(1)과 상기 안내단(252) 간의 거리가 가까워짐에 따라 절연파괴의 우려가 있기 때문에 상기한 축관부(232)의 구성을 통해 상기 안내단(252)의 곡률 반경은 최소화하면서도 상기 안내단(252)을 향해 유동되는 핫가스의 유로와 상기 안내단(252)의 안내를 받아 외함(1) 내부로 배기되는 핫가스의 유로가 서로 분리될 수 있도록 하여 핫가스의 유동은 원활히 이루어질 수 있도록 한 것이다.
하기에서는, 전술한 바와 같이 구성되는 본 발명의 실시예에 따른 가스 절연 개폐장치용 차단기의 고정부(200)에 대한 작용을 설명하도록 한다.
우선, 첨부된 도 2와 같이 가스 절연 개폐장치를 구성하는 차단기의 접속(close) 동작이 이루어진 상태에서 첨부된 도 3과 같이 상기 차단기가 오픈(open) 동작을 수행하게 되면 절연로드(도시는 생략됨)의 후퇴 동작에 의해 가동부(100)가 후퇴되면서 상기 가동부(100)의 가동 아크 접촉자(111)는 고정부(200)의 고정 아크 접촉자(221)로부터 이탈된다.
이러한 오픈 동작이 진행될 경우, 상기 가동 아크 접촉자(111)와 고정 아크 접촉자(221) 사이에는 아크(arc)가 발생되며, 이와 함께 가동부(100)의 파퍼 실린더(140) 내에서 피스톤(150)에 의해 압축된 소호매질의 소호 가스 즉, SF6 가스가 노즐(160)을 통해 분사되면서 상기 아크를 소호시키도록 동작된다.
상기 SF6 가스는 상기 아크와 만나면서 고온 고압의 핫가스(hot gas)로 바뀌게 되고, 상기한 핫가스는 상기 가동부(100)를 구성하는 가동 아크 접촉자(111)의 개구된 전면을 통해 상기 가동 아크 접촉자(111)의 내부를 통과한 후 가동 샤프트(110)의 내부로 유입됨과 더불어 상기 고정부(200)를 구성하는 고정 아크 접촉자(221)와 고정 주접촉자(222) 사이의 공간을 통해 상기 고정부(200)의 고정측 챔버(220) 내로 유입된다.
상기와 같이 고정측 챔버(220) 내의 공간으로 유입된 핫가스는 상기 고정측 챔버(220) 내를 유동한 후 상기 고정측 챔버(220)의 후방측 둘레면에 형성된 제1배 기홀(223)을 통해 외부로 배기된다.
계속해서 상기 제1배기홀(223)을 통과하여 배기되는 핫가스는 고정측 챔버(220)의 둘레를 감싸는 메인 실드(230)의 안내를 받아 유동된 후 제2배기홀(231)을 통과한 후 보조 실드(250)를 구성하는 안내단(252)의 안내를 받아 유동된 후 외함(1)의 내부 공간으로 배출된다.
이때, 상기 핫가스는 상기 제1배기홀(223)을 통해 배출되는 도중 그 둘레를 감싸고 있던 메인 실드(230)에 의해 가로막혀 실질적인 유동 방향이 후방측 공간을 향하도록 변경된다.
또한, 상기 메인 실드(230)의 안내를 받아 후방측 공간으로 유동되던 핫가스는 상기 메인 실드(230)의 제2배기홀(223)을 통과하는 도중 상기 제2배기홀(223)을 감싸는 보조 실드(250)에 의해 그 유동 방향이 전방측 공간을 향하도록 안내된다.
따라서, 상기 메인 실드(230)와 보조 실드(250)의 안내에 따른 오랜 유동에 의해 상기 핫가스의 온도는 점차적으로 저감됨과 더불어 상기 핫가스의 유속 역시 점차적으로 저감되고, 이로 인해 절연성능의 저하는 저감된다.
즉, 상기 가동측 챔버(220)의 외부 둘레에 설치된 메인 실드(230)로 인해 상기 핫가스가 외함을 향해 곧장 배기됨은 방지되고, 상기 메인 실드(230)의 제2배기홀(231)을 가로막도록 형성된 보조 실드(250)의 안내단(252) 구성으로 인해 상기 핫가스가 외함(1)을 향해 곧장 배기됨은 방지됨과 더불어 유속의 저하로 인한 온도 저감 효과를 얻을 수 있을 뿐 아니라 이로 인한 절연성능의 저하를 최소화할 수 있게 된 것이다.
특히, 상기 보조 실드(250)의 안내단(252)은 상기 제2배기홀(231)의 위치에 비해 더욱 후방을 향해 돌출된 후 전방을 향하도록 절곡 형성되기 때문에 상기 안내단(252)으로 인해 전환되는 길이만큼 상기 핫가스의 유동 거리가 길어짐으로써 상기 핫가스의 유속이 저하되고 또한 온도 역시 그만큼 저감됨에 따라 결국, 핫가스의 밀도가 높아지게 되어 절연성능이 저하됨을 저감할 수 있게 된다.
이와 함께, 상기 안내단(252)의 내측 부위에는 상기 메인 실드(230)의 축관부(232)가 위치됨을 고려할 때 상기한 축관부(232)로 인해 상기 핫가스의 유동이 상기 안내단(252)으로 원활히 유동됨과 더불어 상기 안내단(252)의 안내를 받아 유동되는 핫가스가 다시금 상기 메인 실드(230) 내로 역류됨은 방지된다.
또한, 상기 보조 실드(250)를 이루는 안내단(252)의 끝단 부위는 가동측 챔버(220)를 향해 라운드지게 절곡 형성됨에 따라 상기 부위에서의 스파크 발생은 방지된다.
결국, 전술한 일련의 과정에 의해 차단기는 오픈 상태를 이루게 된다.
도 1은 종래 가스 절연 개폐장치용 차단기의 내부 구조를 설명하기 위해 나타낸 개략적인 내부 상태도
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 가스 절연 개폐장치용 차단기의 고정부 구조 중 차단 상태를 설명하기 위해 나타낸 개략적인 구성도
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 가스 절연 개폐장치용 차단기의 고정부 구조 중 오픈 상태를 설명하기 위해 나타낸 개략적인 구성도
도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
100. 가동부 110. 가동 샤프트
111. 가동 아크 접촉자 114. 가동 접촉자
140. 파퍼 실린더 150. 피스톤
160. 노즐 200. 고정부
220. 고정측 챔버 221. 고정 아크 접촉자
222. 고정 주접촉자 223. 제1배기홀
230. 메인 실드 231. 제2배기홀
232. 축관부 250. 보조 실드
251. 연장단 252. 안내단

Claims (4)

  1. 후방은 폐쇄됨과 더불어 전방에는 고정 주접촉자가 구비되고, 후방측 둘레면에는 복수의 제1배기홀이 관통 형성된 고정측 챔버;
    상기 고정측 챔버 내의 중앙측 부위에 축방향을 따라 고정 설치되며, 가동부의 가동 아크 접촉자와 선택적으로 접속되어 통전되는 고정 아크 접촉자;
    상기 고정측 챔버의 둘레를 감싸도록 형성됨과 더불어 후방측 부위에는 상기 고정측 챔버의 제1배기홀을 통과한 핫가스를 외함 내의 공간으로 배기하도록 제2배기홀이 형성된 메인 실드; 그리고,
    상기 고정측 챔버의 후면 둘레를 따라 형성되며, 상기 제2배기홀을 통과하여 후방으로 배기되는 핫가스의 유동이 전방을 향하도록 안내하는 보조 실드:가 포함되어 구성됨을 특징으로 하는 가스 절연 개폐장치용 차단기의 고정부.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 보조 실드는
    상기 고정측 챔버의 후면 둘레에 일체로 형성되는 연장단과,
    상기 연장단으로부터 상기 고정측 챔버의 후면에 비해 더욱 후방으로 돌출된 후 다시 전방을 향해 절곡되면서 라운드지게 형성된 안내단을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 가스 절연 개폐장치용 차단기의 고정부.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 보조 실드를 이루는 안내단의 끝단은 상기 메인 실드의 외주면을 향해 라운드지면서 절곡 형성됨을 특징으로 하는 가스 절연 개폐장치용 차단기의 고정부.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 메인 실드의 각 부위 중 핫가스가 배출되는 후방측 부위는 상기 보조 실드의 안내단이 이루는 공간의 내측에 위치되도록 축관되게 형성됨을 특징으로 하는 가스 절연 개폐장치용 차단기의 고정부.
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