KR20100089682A - 진공 차단기의 진공도 열화 감시 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전류의 차단에 사용되는 진공 차단기의 진공도 열화 감시 장치에 관한 것이다. 진공 차단기의 진공도 열화 감시 장치는 개구가 양측에 형성된 절연관, 절연관의 일 측 개구에서 절연관의 내부로 삽입된 가동전극, 절연관의 타 측 개구에 삽입되어 가동전극에 연결되는 고정전극, 절연관의 내부에서 가동전극과 고정전극의 연결부위를 감싸는 아크쉴드, 절연관의 일 측 개구에 설치되며 가동전극이 통과하는 기밀 주름관, 절연관의 일 측 개구에 신축가능하게 설치되며 기밀 주름관의 단부를 감싸는 확장 주름관, 기밀 주름관과 확장 주름관 사이의 공간을 폐쇄하고, 확장 주름관의 단부에 결합된 가동부 실컵, 절연관의 타 측 개구에 설치되어 절연관을 폐쇄하고, 고정전극이 통과되는 실링 캡, 및 절연관에 구비되어 가동부 실컵의 이동거리를 감지하는 검출수단을 포함한다. 이와 같은, 본 발명은 진공 인터럽터 내부 압력의 열화여부를 회로의 활선상태에서도 상시 감시할 수 있게 함에 따라 진공 인터럽터의 진공도 저하로 인한 사고전류 또는 부하개폐 시의 사고를 사전에 검출할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

절연관, 기밀 주름관, 확장 주름관, 광센서, 검출기

Description

진공 차단기의 진공도 열화 감시 장치{Vacuum monitoring device for vacuum breaker}

본 발명은 진공 차단기의 진공도 열화 감시 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 진공 차단기 내 진공압력의 상승을 검출하여 진공 차단기의 열화를 모니터링할 수 있는 진공 차단기의 진공도 열화 감시 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 전력 수송 제어 및 전력계통의 보호역할을 하는 담당하고 있는 진공 차단기는 차단용량이 크고, 신뢰성 및 안전성이 높으며, 작은 설치 공간에도 거치할 수 있는 등의 많은 장점이 있다. 진공 차단기는 중전압(Medium Voltage)에서 고전압(High Voltage)까지 그 적용범위가 확대되어 가는 추세이다.

그리고, 진공 인터럽터는 전력계통에서 부하전류 또는 사고전류를 차단하기 위한 진공 차단기 및 진공 개폐기, 진공 컨텍터 등에 적용되는 핵심 소호부이다.

도 1을 참조하면, 통상의 진공 인터럽터는 다음과 같이 구성되어 있다. 진공 인터럽터의 가동전극(2)에 가동측 접점(3)이 연결되어 있고, 고정전극(4)의 선단에는 고정측 접점(3)이 결합되어 있다.

가동측 전극(2)에는 진공기밀을 유지시켜 주면서 개폐동작을 가능하도록 금 속기밀 주름관(10)이 연결되어 있으며, 쉴드(11)는 차단 시 발생하는 금속증기로부터 금속기밀 주름관(10)을 보호해 준다. 금속기밀 주름관(10)의 한쪽은 가동측 실컵(9)에 의해 지지되어 있다. 가동측 실컵(9)은 세라믹 절연용기(8)에 각각 결합되어 있다.

고정전극(4)은 고정측 실컵(7)에 의해 지지되고 있으며, 고정측 실컵(7)은 세라믹 절연용기(8)에 각각 결합되어 있다. 진공 인터럽터의 중간부분에는 아킹쉴드(12)가 상하부의 세라믹 절연용기(8)의 사이에 결합되어 있다.

여기서, 종래의 진공 차단기의 소호부인 진공 인터럽터 내부의 압력 열화여부를 확인하는 방법은 다음과 같다. 진공 차단기(1)를 전력계통 상에서 분리한 후에, 차단기를 개방한 상태에서 차단기의 상부 및 하부터미널(5)에 단자를 연결 후 내전압 시험기(6)로 전압을 인가한 뒤, 이때에 흐르는 누설전류를 측정하여 진공 인터럽터의 내부 압력 이상 유무를 판정한다.

이때, 진공 인터럽터의 진공도 저하가 발생으로 내부 압력이 증가하게 되면, 파센 법칙(Paschen's law)에 의해 피시품의 진공 인터럽터의 내부의 절연저항은 낮아진다. 따라서 내전압시험기(6)으로 전압을 인가하게 되면, 진공 인터럽터 내부에서 전류가 흐르게 되고, 누설전류를 측정함으로써 진공 인터럽터의 내부 압력 이상 유무를 판정한다.

도 2를 참조하면, 전력계통에서 전력 수송 제어 및 전력계통의 보호역할을 담당하는 진공 차단기의 핵심 소호부인 진공 인터럽터는 5x10-4Torr 이하의 진공도를 갖는 압력에서 정상적인 차단력을 갖는다. 하지만, 장기간 사용함에 따라 인터 럽터 내부에서 방출되는 가스, 각 부품의 접합부의 누설 등 내외부적인 요인에 의해 내부의 진공압력이 상승함에 따라 진공 인터럽터 본연의 높은 절연소호 능력이 저하되는 경우가 발생할 수 있다. 이와 같이 진공 인터럽터의 진공도 저하로 인하여 절연소호능력이 저하된 상태를 감지하지 못한 상태에서 차단기가 동작하게 되면 전력계통 상에 심각한 손실을 초래할 수 있으므로, 진공 인터럽터의 진공도 감시는 매우 중요하다 할 수 있다.

상술한 바와 같이 종래의 진공 차단기의 소호부인 진공 인터럽터 내부의 압력 열화 진단 방법은 현재 널리 사용되는 방법이지만, 진공 차단기를 회로의 활선상태에서는 측정이 곤란하여 점검을 하고자 할 때에는 전력계통으로부터 차단기를 분리하여야만 되는 단점을 안고 있다. 따라서, 정상적으로 운전 중인 회로를 분리하여 사전 점검하는 데에는 기회손실 비용 및 시간적 제약사항 등이 많아, 정기 점검 또는 특별한 이상을 감지하기 전까지는 사실상 점검이 어려운 것이 현실이다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 진공 인터럽터 내부 압력의 열화여부를 회로의 활선상태에서도 상시 감시할 수 있게 함에 따라 진공 인터럽터의 진공도 저하로 인한 사고전류 또는 부하개폐 시의 사고를 사전에 검출할 수 있는 진공 차단기의 진공도 열화 감시 장치를 제공하는 것이다.

본 발명에 따른 진공 차단기의 진공도 열화 감시 장치의 구성은 개구가 양측에 형성된 절연관; 상기 절연관의 일 측 개구에서 상기 절연관의 내부로 삽입된 가동전극; 상기 절연관의 타 측 개구에 삽입되어 상기 가동전극에 연결되는 고정전극; 상기 절연관의 내부에서 상기 가동전극과 상기 고정전극의 연결부위를 감싸는 아크쉴드; 상기 절연관의 일 측 개구에 설치되며, 상기 가동전극이 통과하는 기밀 주름관; 상기 절연관의 일 측 개구에 신축가능하게 설치되며, 상기 기밀 주름관의 단부를 감싸는 확장 주름관; 상기 기밀 주름관과 상기 확장 주름관 사이의 공간을 폐쇄하고, 상기 확장 주름관의 단부에 결합된 가동부 실컵; 상기 절연관의 타 측 개구에 설치되어 상기 절연관을 폐쇄하고, 상기 고정전극이 통과되는 실링 캡; 및 상기 절연관에 구비되어 가동부 실컵의 이동거리를 감지하는 검출수단을 포함한다.

여기서, 상기 검출수단은 상기 절연관의 외주면에 설치된 검출기; 및 상기 검출기에 연결되고 상기 가동부 실컵에 대면하는 광센서를 포함한다.

그리고, 상기 가동부 실컵의 외면부에는 상기 광센서에 유동이 감지되는 검출핀이 구비된다.

또한, 상기 가동전극에는 상기 가동전극과 상기 고정전극의 연결부위로부터 상기 기밀 주름관을 보호하는 원통실드가 구비된다.

더불어, 상기 확장 주름관은 압착된 주름부를 포함할 수 있다.

한편, 상기 검출수단은 상기 가동부 실컵으로부터 이격되어 설치되고, 상기 가동부 실컵에 의해 가압되는 이동핀; 및 상기 이동핀이 삽입되어 탄력적으로 지지되는 케이싱을 포함한다.

상기와 같은 본 발명에 따른 진공 차단기의 진공도 열화 감시 장치는 확장 주름관이 진공 인터럽터의 자폐력에 의해 변형된 후, 진공 인터럽터의 내부압력이 상승하여 대기압에 도달하게 되었을 때, 확장 주름관의 복원력에 의해 가동부 실컵의 상부에 취부된 검출핀의 위치 변화가 광센서로 인식됨으로써 진공 인터럽터의 진공도 저하로 인한 사고전류 또는 부하개폐시의 사고를 사전에 검출하는 효과를 얻을 수 있다.

이하, 본 발명에 따른 진공 차단기의 진공도 열화 감시 장치의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

또한, 하기 실시예는 본 발명의 권리범위를 한정하는 것이 아니라 본 발명의 청구범위에 제시된 구성요소의 예시적인 사항에 불과하며, 본 발명의 명세서 전반에 걸친 기술사상에 포함되고 청구범위의 구성요소에서 균등물로서 치환 가능한 구성요소를 포함하는 실시예는 본 발명의 권리범위에 포함될 수 있다.

실시예

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 진공 차단기의 진공도 열화 감시 장치의 개념도이고, 도 4는 도 3의 A에 대한 정상 상태도이며, 도 5는 도 4의 대기압 상태도이고, 도 6은 도 3의 A가 압축 주름부로 구성된 정상 상태도이며, 도 7은 도 6의 대기압 상태도이고, 도 8은 검출수단의 다른 실시예가 적용된 도 3의 A에 대한 정상 상태도이며, 도 9는 도 8의 대기압 상태도이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 진공 차단기의 진공도 열화 감시 장치는 진공 인터럽터(100)의 압력저하를 감지하는 것으로서, 절연관(105), 가동전극(110), 고정전극(115), 아크쉴드(118), 기밀 주름관(120), 확장 주름관(121), 가동부 실컵(122), 실링 캡(123), 및 검출수단(130)을 포함한다.

여기서, 절연관(105)은 양측에 개구가 형성된 원통형이며, 가동전극(110) 및 고정전극(115)은 각 개구에 삽입되어 연결되고, 부하 측에 대한 전원을 차단하기 위해 분리된다. 즉, 가동전극(110)이 외력에 의해 이동하여 고정전극(115)으로부터 분리된다. 가동전극(110)과 고정전극(115)의 단부에는 접촉되는 원판(116)이 구비 된다.

또한, 가동전극(110)과 고정전극(115)의 단부에는 분리될 때 발생하는 아크의 확산을 방지하기 위한 아크쉴드(118)가 구비되어 있다. 즉, 아크쉴드(118)는 절연관(105)의 내측에 설치되어 가동전극(110)과 고정전극(115)의 연결부위를 감싼다. 이때, 가동전극(110)과 고정전극(115)의 원판(116)이 구비된 부분은 아크쉴드(118)의 내부에 배치되고, 가동전극(110)의 원판(116)은 아크쉴드(118)의 내부공간에서만 유동된다.

또한, 가동전극(110)이 삽입된 절연관(105)의 상부 개구에는 개구를 통한 공기의 유입을 차단하는 기밀 주름관(120)이 설치된다. 기밀 주름관(120)은 절연관(105)의 상부 개구로부터 가동전극(110)의 길이방향을 따라 하부로 연장되어 아크쉴드(118)에 접촉되기 전에 가동전극(110)의 외주면에 형성된 환형판(112)에 지지된다. 이때, 기밀 주름관(120)의 상측 단부는 가동부 실컵(122)에 밀착되고, 하측 단부는 원통실드(135)에 밀착된 상태를 이루게 된다. 또한, 기밀 주름관(120)은 가동전극(110)의 상하이동에 의해 신축이 가능하다.

그리고, 기밀 주름관(120)의 외측에는 기밀 주름관(120)을 감싸고, 절연관(105)의 상부 개구에 고정되는 확장 주름관(121)이 설치된다. 확장 주름관(121)은 가동부 실컵(122)에 의해 폐쇄된다. 절연관(105)의 내부는 진공상태로 설정되므로, 가동부 실컵(122)은 절연관(105)을 향한 밀착력을 받게 되어 절연관(105)의 상단부에 지지된다. 이때, 가동부 실컵(122)은 기밀 주름관(120)과 확장 주름관(121) 사이의 공간을 폐쇄하게 된다.

반대로, 절연관(105)의 하부 개구에는 절연관(105)을 폐쇄하고, 고정전극(115)이 통과되는 실링 캡(123)이 설치된다. 고정전극(115)은 실링 캡(123)을 관통하여 절연관(105)의 내부로 돌출되게 설치된다. 이때, 실링 캡(123)은 고정전극(115)의 외주면에 밀착되어 절연관(105)의 하부 개구를 통한 공기의 유입을 차단한다.

그리고, 절연관(105)의 외부에는 절연관(105)의 내부로 공기가 유입되었을 때, 확장 주름관(121)의 가압에 의해 절연관(105)의 단부에서 이격되는 가동부 실컵(122)의 유동거리를 감지하는 검출수단(130)이 구비된다. 즉, 진공 차단기의 정상가동상태에서 절연관(105)은 일정한 진공압력을 유지하며, 가동부 실컵(122)은 절연관(105)의 내측에 형성되는 진공에 의해 절연관(105)의 단부로 밀착되는 힘을 받고, 가동부 실컵(122)에 의해 확장 주름관(121)은 압축된 상태를 유지한다.

도 4 및 도 5를 참조하면, 절연관(105)의 내부로 공기가 유입된 절연관(105) 내부의 진공압력이 감소되면, 가동부 실컵(122)은 확장 주름관(121)의 복원력에 의해 외측으로 밀려나고, 가동부 실컵(122)의 밀려난 거리를 측정함으로써 절연관(105)에 대한 진공압력의 감소상태를 파악할 수 있다. 여기서, 가동부 실컵(122)의 이동거리는 절연관(105)의 외부에 구비된 검출수단(130)에 의해 측정이 가능하다.

한편, 검출수단(130)은 절연관(105)의 외주면에 설치된 검출기(131) 및 검출기(131)에 연결되고 가동부 실컵(122)에 대면하는 광센서(132)를 포함할 수 있다. 검출기(131)는 광센서(132)로부터 가동부 실컵(122)의 이동을 감지하여 표시하거 나, 외부 디스플레이 기기로 전송하는 역할을 수행할 수 있다. 이때, 가동부 실컵(122)의 외면부에는 광센서(132)에 유동이 감지되는 검출핀(125)이 구비된다. 검출핀(125)은 가동부 실컵(122)의 외주부에 돌출된 형상으로 구비되고, 광센서(132)에 대해 직면하게 배치된다. 광센서(132)는 돌출된 형상을 가진 검출핀(125)의 유동을 용이하게 감지할 수 있다.

또한, 가동전극(110)에는 가동전극(110)과 고정전극(115)의 연결부위로부터 기밀 주름관(120)을 보호하는 원통실드(135)가 구비된다. 원통실드(135)는 가동전극(110)이 고정전극(115)에 분리될 때, 발생하는 아크로부터 기밀 주름관(120) 및 확장 주름관(121)을 보호하게 된다. 여기까지 설명된 확장 주름관(121)은 주름부의 주름 외면부가 둥글게 형성되어 있다.

도 6 및 도 7을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예로서, 확장 주름관(121)은 주름의 외면부가 예각으로 만나게 형성된 압착 주름부(140)로 구성될 수 있다. 위에 설명된 둥근 주름을 가지는 확장 주름관(121)보다 많은 주름을 가지도록 구성되어 균일하게 신축될 수 있고, 가동부 실컵(122)의 하면부에 대해 균일한 가압력을 제공할 수 있다.

도 8 및 도 9를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예로서, 검출수단(130)은 가동부 실컵(122)으로부터 이격되어 설치되고, 가동부 실컵(122)에 의해 가압되는 이동핀(151) 및 이동핀(151)이 삽입되어 탄력적으로 지지되는 케이싱(150)을 포함할 수 있다. 케이싱(150)에 탄력적으로 지지된 이동핀(151)이 가동부 실컵(122)의 상부에 고정되게 설치되고, 가동부 실컵(122)에 의해 가압될 때, 케이싱(150)에서 유 동된 거리를 육안으로 확인할 수 있다. 즉, 절연관(105)의 내부로 공기가 유입되어 절연관(105)의 내부에 대한 진공압력이 감소될 때, 가동부 실컵(122)이 절연관(105)의 상부로 유동하는 거리를 케이싱(150)에서 상부로 유동된 이동핀(151)에 의해 확인할 수 있다.

도 1은 종래의 진공 차단기에 대한 열화 감시 장치를 나타낸 개념도.

도 2는 도 1의 작용상태를 나타난 그래프.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 진공 차단기의 진공도 열화 감시 장치의 개념도.

도 4는 도 3의 A에 대한 정상 상태도.

도 5는 도 4의 대기압 상태도.

도 6은 도 3의 A가 압축 주름부로 구성된 정상 상태도.

도 7은 도 6의 대기압 상태도.

도 8은 검출수단의 다른 실시예가 적용된 도 3의 A에 대한 정상 상태도.

도 9는 도 8의 대기압 상태도.

<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>

100: 진공 인터럽터

105: 절연관 110: 가동전극

112: 환형판 115: 고정전극

116: 원판 118: 아크쉴드

120: 기밀 주름관 121: 확장 주름관

122: 가동부 실컵 123: 실링 캡

130: 검출수단 131: 검출기

132: 광센서 135: 원통실드

140: 압축 주름부 150: 케이싱

151: 이동핀

Claims (6)

1. 개구가 양측에 형성된 절연관;

   상기 절연관의 일 측 개구에서 상기 절연관의 내부로 삽입된 가동전극;

   상기 절연관의 타 측 개구에 삽입되어 상기 가동전극에 연결되는 고정전극;

   상기 절연관의 일 측 개구에 설치되며, 상기 가동전극이 통과하는 기밀 주름관;

   상기 절연관의 일 측 개구에 신축가능하게 설치되며, 상기 기밀 주름관의 단부를 감싸는 확장 주름관;

   상기 기밀 주름관과 상기 확장 주름관 사이의 공간을 폐쇄하고, 상기 확장 주름관의 단부에 결합된 가동부 실컵;

   상기 절연관의 타 측 개구에 설치되어 상기 절연관을 폐쇄하고, 상기 고정전극이 통과되는 실링 캡; 및

   상기 가동부 실컵의 이동거리를 감지하는 검출수단을 포함하는 진공 차단기의 진공도 열화 감시 장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 검출수단은 상기 절연관의 외주면에 설치된 검출기; 및

   상기 검출기에 연결되고 상기 가동부 실컵에 대면하는 광센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 진공 차단기의 진공도 열화 감시 장치.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 가동부 실컵의 외면부에는 상기 광센서에 유동이 감지되는 검출핀이 구비되는 것을 특징으로 하는 진공 차단기의 진공도 열화 감시 장치.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 가동전극에는 상기 가동전극과 상기 고정전극의 연결부위로부터 상기 기밀 주름관을 보호하는 원통실드가 구비되는 것을 특징으로 하는 진공 차단기의 진공도 열화 감시 장치.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 확장 주름관은 압착된 주름부를 포함하는 것을 특징으로 하는 진공 차단기의 진공도 열화 감시 장치.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 검출수단은 상기 가동부 실컵으로부터 이격되어 설치되고, 상기 가동부 실컵에 의해 가압되는 이동핀; 및

   상기 이동핀이 삽입되어 탄력적으로 지지되는 케이싱을 포함하는 것을 특징으로 하는 진공 차단기의 진공도 열화 감시 장치.

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