KR20110015343A - 가스차단기의 열팽창실 압력조절장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 가스차단기의 열팽창실 압력조절장치에 관한 것으로, 가스차단기의 열팽창실의 압력을 조절하여, 조작기 및 차단부에 가해지는 스트레스를 감소시키고 고온으로 팽창된 가스를 냉각시켜 차단부의 손상을 방지하고 차단성능을 증대시킬 수 있는 열팽창실 압력조절장치에 관한 것이다.

이를 위하여 본 발명은 열팽창실(80)과 압축실(90) 사이의 분리벽(60)에 제1감압밸브(50)가 설치되고, 상기 열팽창실(80)의 가스압력이 임계치 이상이 되면 제1감압밸브(50)가 열리도록 된 가스차단기의 열팽창실 압력조절장치를 제공한다.

차단기, 열팽창실, 압력, 가스압력, 압력조절, 차단성능, 감압밸브

Description

가스차단기의 열팽창실 압력조절장치{Device to control the pressure in thermal chamber of gas circuit braker}

본 발명은 가스차단기의 열팽창실 압력조절장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 가스차단기의 열팽창실의 압력을 조절하여, 조작기 및 차단부에 가해지는 스트레스를 감소시키고 고온으로 팽창된 가스를 냉각시켜 차단부의 손상을 방지하고 차단성능을 증대시킬 수 있는 열팽창실 압력조절장치에 관한 것이다.

일반적으로 전력계통에서 고장이 발생한 경우, 고장전류를 차단하고 전력설비를 보호하기 위하여 차단기(Circuit Breaker)가 사용된다. 이러한 차단기는 보통 압축실(compress chamber)과 열팽창실(thermal chamber) 등 2개의 챔버(chamber)를 포함하여 구성된다.

차단기는 정상 상태에서는 정격전류를 통전시키면서 전기를 전달하고, 전력계통에 고장 또는 사고가 발생하여 정상전류의 약 10배 이상에 달하는 고장전류가 흐르게 되면 압축실 및 열팽창실을 이용하여 고장전류를 차단하게 된다.

통상적으로 차단기의 압축실은 소전류 차단에 이용되고, 열팽창실은 대전류 차단에 이용된다.

도 1은 종래 차단기 구조를 보여주는 개략적인 구성도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 종래 차단기는 고정아크접점(1)과, 가동아크접점(2), 제1노즐(4), 제2노즐(5), 실린더 로드(3), 피스톤(7) 및 열팽창실(8)과 압축실(9)을 구분하는 분리벽(6)에 장착되는 체크밸브(6a)와 피스톤(7)에 설치된 감압밸브(7a)를 포함한다.

이러한 차단기는 전력계통에 고장이 발생하면 고정아크접점(1)과 피스톤(7)을 제외한 나머지 부분(이하 가동부라고 함)이 모두 도 1을 기준으로 좌측에서 우측으로 이동하고, 가동부가 이동하는 과정에서 압축실(9)의 가스가 피스톤(7)에 의해 자동적으로 압축된다.

또한, 가동부가 이동함에 따라 가동아크접점(2)과 고정아크접점(1)이 분리되고, 두 아크접점(1,2) 사이에는 아크가 발생하게 된다.

상기 압축실(9)의 가스압력이 열팽창실(8)의 가스압력보다 높으면 분리벽(6)의 체크밸브(6a)가 열리게 되고, 압축실(9)에서 압축된 가스는 열팽창실(8)과 제1노즐(4)을 통해 고정아크접점(1)과 가동아크접점(2) 사이로 분사된다.

이에 따라, 두 아크접점(1,2) 사이에서 발생한 아크는 압축실(9)의 압축된 가스에 의해 소호되어 고장전류를 차단하게 된다.

상기와 같은 고장전류의 차단은 전력계통에서 발생한 고장전류가 작은 경우에만 가능한 작동으로서, 분사된 가스가 고정아크접점(1)과 가동아크접점(2) 사이 에서 발생한 아크에 의해 팽창하여 열팽창실(8)로 역류하지 않을 경우에만 가능한 현상이다.

차단해야 할 고장전류가 큰 경우, 고정아크접접(1)과 가동아크접점(2) 사이에서 발생한 아크에너지가 크게 되므로 주위의 가스를 팽창시켜 가스를 열팽창실(8)로 역류시키게 된다.

역류된 가스에 의해 열팽창실(8)의 압력은 압축실(9)보다 높아지게 되고, 이에 따라 체크밸브(6a)가 닫히게 된다.

열팽창실(8)로 역류한 가스는 열팽창실(8)에서 냉각되어 다시 고정아크접점(1)과 가동아크접점(2) 사이의 아크로 분사되어 아크를 소호하게 된다.

이 과정에서 압축실(9)의 압력이 높으면 조작기(미도시)에 스트레스를 주게 되고, 차단부(10) 자체에도 기계적 압력이 가해질 수 있으므로, 압축실(9)의 압력이 일정치(예를 들어 15bar) 이상이 되면 피스톤(7)의 감압밸브(7a)가 열려 압축실(9)의 가스를 뒤쪽으로 분출하여 압축실(9)의 압력을 조절하게 된다.

다시 말하면, 고장전류의 크기가 작은 경우는 압축실(9)의 압축된 가스로 아크를 소호하여 고장전류를 차단하게 되고, 고장전류가 큰 경우에는 고정아크접점(1)과 가동아크접점(2) 사이에서 발생한 아크에너지를 이용하여 주위의 가스를 팽창시켜 열팽창실(8)로 역류시킨 다음, 역류되어 열팽창실(8)에서 냉각되고 압축된 가스를 재차 분사하여 아크를 소호시키고 고장전류를 차단하는 것이다.

이러한 종래 차단기는 열팽창실(8)의 체적이 고장전류차단성능을 좌우한다고 할 수 있다. 즉, 열팽창실(8)의 체적이 너무 크면 열팽창실(8)로 역류한 가스를 통해 아크를 소호하고 고장전류를 차단할 수 있는 가스압력을 얻을 수 없게 된다. 반대로 열팽창실(8)의 체적이 너무 작으면 열팽창실(8)의 압력은 올라가나 역류한 가스가 냉각되는 것이 저하되고, 필요 이상의 높은 압력으로 인하여 조작기에 스트레스를 주며, 차단부(10) 자체에 기계적 압력이 가해지게 되는 문제가 있다.

그런데, 차단기가 차단해야 할 고장전류의 크기는 몇 100A에서 수10kA로 다양하다. 국제규격에서 정한 고장전류의 크기만 하더라도 수100A의 소전류, 정격차단전류의 10%인 T10, 30%인 T30, 60%인 T60, 90%인 SLF90, 100%인 T100s 및 100%에 DC분이 실린 T100a 등이 있으며, 이 중에서 하나라도 실패하면 차단기로서의 기능을 인정받을 수 없게 된다.

보통 소전류, T10, T30은 압축실(9)의 압축된 가스로 차단하고, 나머지는 아크에너지를 이용하여 열팽창실(8)의 팽창된 가스로 차단한다.

그러나, 결국 열팽창실(8)의 체적을 T60에 맞추는 경우에는 T100에서의 아크에너지를 감당할 수 없게 되고, 반대로 T100에 맞춰 체적을 결정하면 T60에서 필요한 압력상승효과를 얻을 수 없게 된다. 무엇보다도 DC분이 실리는 T100a에서의 과도한 아크에너지(정격차단전류 100%의 최대 2.5배)에 의해 가열되고 팽창된 가스를 적절히 처리하지 못하면 차단에 실패할 수 밖에 없게 된다.

즉, 종래 차단기가 전력계통에서의 고장으로 인한 대전류를 차단하는 경우, 너무 큰 아크에너지에 의해 열팽창실(8)의 압력이 필요이상으로 올라가게 되고, 가스의 냉각이 이루어지지 않게 되어, 차단부(10)에 손상을 줄 수 있을 뿐만 아니라 고장전류를 차단하는 데 실패할 수 있는 문제가 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 발명한 것으로서, 열팽창실(80)과 압축실(90) 사이의 분리벽(60)에 감압밸브(50)를 설치하고, 이 감압밸브(50)를 임계치 이상의 압력에서 동작하도록 설정하여, 전력계통에서의 고장으로 인한 전류 발생시 열팽창실(80)로 역류된 과다한 가스를 압축실(90)로 유입시켜 열팽창실(80)의 과도한 압력을 조절할 수 있는 가스차단기의 열팽창실 압력조절장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 열팽창실(80)과 압축실(90) 사이의 분리벽(60)에 제1감압밸브(50)가 설치되고, 상기 열팽창실(80)의 가스압력이 임계치 이상이 되면 제1감압밸브(50)가 열리도록 된 것을 특징으로 하는 가스차단기의 열팽창실 압력조절장치를 제공한다.

본 발명에 따른 가스차단기의 열팽창실 압력조절장치는 임계치 이상의 압력이 가해지면 열리는 감압밸브를 열팽창실과 압축실 사이의 분리벽에 설치함으로써, 전력계통에서의 고장으로 인한 전류 발생시 역류되어 유입된 열팽창실의 가스 압력이 임계치 이상인 경우, 분리벽의 감압밸브를 열어서 역류된 가스를 압축실로 유입 시켜 열팽창실의 과도한 압력을 조절하는 동시에 압축실에서 냉각시켜주는 효과를 얻을 수 있다.

이에 따라 본 발명에서 압축실이 제2의 열팽창실처럼 보조적으로 이용되어, 열팽창실의 가스압력이 필요이상으로 높아지는 것을 방지하고, 역류된 가스를 냉각시켜 줌으로써, 다양한 크기의 고장전류 특히 대전류를 차단할 수 있게 되어 차단부의 차단성능이 증대되는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따른 열팽창실 압력조절장치는 기존 차단기의 분리벽에 감압밸브를 설치하여 구성가능하므로, 적은 비용과 간단한 공정으로 바로 적용할 수 있고, 모든 종류의 복합소호 차단기에 적용할 수 있는 장점이 있다.

본 발명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로 본 발명을 한정하려는 의도가 아니며, 단수의 표현은 문맥상 명백히 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다.

본 발명의 실시예로는 다수 개가 존재할 수 있으며, 설명에 있어서 종래의 기술과 동일한 부분에 대하여 중복되는 설명은 생략되는 것도 있다.

본 발명은 가스차단기의 열팽창실(80)과 압축실(90) 사이의 분리벽(60)에 임계치 이상의 압력이 가해지면 열리게 되는 감압밸브(50)를 설치하여 열팽창실(80)의 압력을 조절할 수 있도록 함으로써, 조작기(미도시) 및 차단부(100)에 가해지는 스트레스를 줄이고 고온으로 팽창된 가스를 냉각시켜 차단부(100)의 손상을 방지하 고 차단성능을 증대시킬 수 있도록 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 가스차단기의 열팽창실 압력조절장치의 일실시예를 보여주는 구성도이고, 도 3은 본 발명의 요부를 도시한 부분 사시도이며, 도 4는 도 2의 'A' 영역을 도시한 확대도이다.

본 발명은 전력계통에서의 고장발생시 흐르게 되는 고장전류를 차단하기 위한 것으로, 열팽창실(80)의 압력을 조절할 수 있도록 가스차단기를 구성하여, 고장전류로 인한 큰 아크에너지가 발생한 경우 열팽창실(80)로 역류된 가스에 의하여 열팽창실(80)의 압력이 필요이상으로 높아지는 것을 방지한다.

이에 따라, 가스차단기의 열팽창실(80)로 역류되는 가스의 압력이 과도하게 높을 경우 열팽창실(80)의 가스를 외부로 분출시켜 열팽창실(80)의 압력을 적정하게 조절하되, 가스차단기 탱크(미도시)로의 지락(절연파괴)을 방지할 수 있도록 한다.

그리고, 가스 압력이 과도하게 높을 경우 열팽창실(80)로 역류된 가스의 냉각이 저하될 수 있으므로, 본 발명은 열팽창실(80)로 역류된 가스의 온도를 낮추는 냉각효과도 얻을 수 있어야 한다.

이를 위하여, 본 발명은 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 열팽창실(80)의 압력이 임계치 이상이 되면 열리도록 구성된 제1감압밸브(혹은 분리벽(60)의 감압밸브)(50)를 열팽창실(80)과 압축실(90) 사이의 분리벽에 설치하여, 열팽창실(80) 의 압력이 일정치 이상이 되면 열팽창실(80)의 가스가 압축실(90)로 분출되게 한다.

도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 제1감압밸브(50)는 일정 압력에 의해 압축되는 스프링(51)과, 이 스프링(51)을 지지하는 스프링 지지대(53)와, 상기 스프링(51)을 관통하는 가이드축(57)이 구비되는 밸브 개폐부(55)를 포함하여 구성될 수 있다.

상기 가이드축(57)은 밸브 개폐부(55)에 일체로 형성될 수 있다.

상기 스프링 지지대(53)는 압축실(90) 측에 배치되어 실린더 로드(30)의 외벽면에 고정되게 설치되고, 상기 밸브 개폐부(55)는 실린더 로드(30)의 외벽면을 따라 이동가능하게 설치된다.

이를 위하여, 상기 밸브 개폐부(55)는 링 형상으로 형성되어 실린더 로드(30)의 외벽면에 밀착되게 구성된다.

그리고, 스프링 지지대(53)에는, 열팽창실(80)의 압력을 받아 이동하게 되는 밸브 개폐부(55)와 함께 직선운동하는 가이드축(57)이 소통할 수 있는, 관통홀(53a)이 형성된다.

이러한 제1감압밸브(50)는 상기 실린더 로드(30)에 접하는 분리벽(60)의 하단부를 개구하여 형성된 개구홀(63)에 배치구성되고, 상기 제1감압밸브(50)가 열리지 않은 상태에서 상기 밸브 개폐부(55)의 상단부는 분리벽(60)의 하단부에 밀착되며 스프링(51)의 탄성력에 의해 밀착된 상태를 유지하게 된다.

상기 개구홀(63)은 압축실(90) 측에서 열팽창실(80) 측으로 테이퍼진 아치 형태로 개구되게 형성되어, 압축된 가스가 열팽창실(80)에서 압축실(90)로 빠져나갈 시 유로단면적을 최대화하여, 열팽창실(80)의 가스가 압축실(90) 측으로 유입되기 쉽도록 하고, 압축실(90) 내부에서의 가스 냉각을 위해 하부에서 상부 즉, 실린더 로드(30)에서 체크밸브(61) 측으로 순환(circulation)시키는데 유리하게 한다.

본 발명의 실시예에서 제1감압밸브(50)는 실린더 로드(30) 측에 개구홀(63)을 형성하고 설치되었으나, 다른 실시예로서 실린더(35)의 내벽 측에 개구홀(63)을 형성하고 설치되는 것도 가능하다.

또한, 제1감압밸브(50)는 스프링(51)의 탄성력을 조정하여 일정한 압력에서 동작하도록 설정됨으로써 열팽창실(80)의 압력을 조절할 수 있다.

즉, 제1감압밸브(50)에 구성되는 스프링(51)의 탄성력을 조정하여 제1감압밸브(50)가 열리게 되는 임계 압력을 설정할 수 있다.

예를 들어 20bar 미만의 탄성력을 가지는 스프링(51)을 이용하여 제1감압밸브(50)를 구성한 경우, 이 제1감압밸브(50)의 밸브 개폐부(55)에 20bar 이상의 압력이 가해지게 되면, 스프링(51)이 압력을 견디지 못하고 수축되면서 밸브 개폐부(55)가 압축실(90) 측으로 이동하게 되고, 결국 분리벽(60)의 개구홀(63)이 열리게 된다.

개구홀(63)이 열리면서 압축실(90)로 유입된 가스는 압축실(90)의 가스와 혼합되어 냉각되는데, 이때 열팽창실(80)에서 많은 가스가 유입되어 압축실(90)의 가스압력이 필요이상으로 높아질 수 있으므로, 압축실(90)의 압력을 조절하기 위한 제2감압밸브(피스톤(70)의 감압밸브)(71)가 구성된다.

상기 제2감압밸브(71)는 가스차단기 탱크로의 지락을 방지하기 위하여 차단부(100) 뒤쪽 즉, 압축실(90)의 뒤쪽에 배치된 피스톤(70)에 설치구성되어, 압축실(90)의 압력이 일정치 이상이 되면 동작하여 열리게 된다.

예를 들어 제2감압밸브(71)는 15bar 이상에서 작동하도록 설정할 수 있고, 압축실(90)의 압력이 15bar에 도달하게 되면 피스톤(70)의 제2감압밸브(71)가 작동하여 열리면서 피스톤(70) 뒤쪽으로 가스가 배출된다.

시간이 경과하여 열팽창실(80)의 압력이 압축실보다 낮아지면 분리벽(60)에 체크밸브(61)가 열리면서 압축실(90)의 냉각된 가스가 다시 고정아크접점(40)과 가동아크접점(20) 사이의 아크로 분사된다.

이하, 상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 실시예의 작동상태를 설명하면 다음과 같다.

도 5는 본 발명에 따른 일실시예의 작동상태를 보여주는 동작도이다.

일반적으로 고장전류가 큰 경우는 아크에너지에 의해 팽창되어 역류된 가스로 인하여 열팽창실(80)의 가스압력이 압축실(90)의 가스압력보다 커지면서 체크밸브(61)가 닫히게 되고, 열팽창실(80)로 역류한 가스가 열팽창실(80)에서 냉각되어 다시 고정아크접점(40)과 가동아크접점(20) 사이로 분사되어 아크를 소호하고 고장전류를 차단하게 된다.

그리고, 아크에너지가 과도하게 큰 경우는, 아크에너지에 의해 팽창되어 역류된 가스로 인해 열팽창실(80)의 가스압력이 지나치게 높아지면서, 본 발명에 따 른 제1감압밸브(50)가 작동하게 되고, 열팽창실(80)과 압축실(90) 사이의 분리벽(60)의 개구홀(63)이 열리게 된다.

제1감압밸브(50)가 열림에 따라 열팽창실(80)에서 압축실(90)로 유입된 가스는 압축실(90)의 가스와 혼합되어 냉각되고, 시간이 경과하여 열팽창실(80)의 압력이 압축실(90)보다 낮아지면 분리벽(60)의 체크밸브(61)가 열리면서 압축실(90)의 냉각된 가스가 다시 고정아크접점(40)과 가동아크접점(20) 사이의 아크로 분사되어 아크를 소호시키고 고장전류를 차단하게 된다.

이와 같이 본 발명은 과도하게 큰 아크에너지에 의해 열팽창실(80)의 압력이 필요이상으로(예를 들어 역류된 가스가 열팽창실(80)에서 냉각된 다음 다시 고정아크접점(40)과 가동아크접점(20) 사이로 분사되는데 필요한 압력보다) 커지는 경우 분리벽(60)에 설치된 감압밸브(50)가 동작하게 되어 열팽창실(80)의 압력을 조절하게 되고, 이에 따라 조작기 및 차단부(100)에 가해지는 스트레스가 감소되며 고온으로 팽창된 열가스가 냉각가능하므로 고장전류를 차단할 수 있게 된다.

따라서, 본 발명에 따른 가스차단기의 열팽창실 압력조절장치는 다양한 크기의 고장전류 특히 대전류를 차단하는 것이 가능하여 차단성능이 증대된다.

종래 차단기가 압축실(9)에서 단순히 기계적인 압축을 통해 아크 소호에 필요한 압력만을 얻은 반면, 본 발명은 압축실(90)에서 아크 소호에 필요한 압력뿐 아니라 유사시(아크에너지가 과도하게 큰 경우) 압축실이 열팽창실(80)을 보조하는 제2의 열팽창실로서 작용하는 효과를 얻을 수 있다.

이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였 으나, 본 발명은 이러한 실시예에 한정되지 않으며, 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 실시할 수 있는 다양한 형태의 실시예들을 모두 포함한다.

도 1은 종래 차단기 구조를 보여주는 개략적인 구성도

도 2는 본 발명에 따른 가스차단기의 열팽창실 압력조절장치의 일실시예를 보여주는 구성도

도 3은 본 발명의 요부를 도시한 부분 사시도

도 4는 도 2의 'A' 영역을 도시한 확대도

도 5는 본 발명에 따른 일실시예의 작동상태를 보여주는 동작도

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

20 : 가동아크접점 30 : 실린더 로드

35 : 실런더 40 : 고정아크접점

50 : 제1감압밸브(분리벽의 감압밸브)

51 : 스프링 53 : 스프링 지지대

53a : 관통홀 55 : 밸브 개폐부

57 : 가이드축

60 : 분리벽 61 : 체크밸브

63 : 개구홀

70 : 피스톤 71 : 제2감압밸브

80 : 열팽창실

90 : 압축실

100 : 차단부

Claims (3)

1. 열팽창실(80)과 압축실(90) 사이의 분리벽(60)에 제1감압밸브(50)가 설치되고, 상기 열팽창실(80)의 가스압력이 임계치 이상이 되면 제1감압밸브(50)가 열리도록 된 것을 특징으로 하는 가스차단기의 열팽창실 압력조절장치.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 제1감압밸브(50)는 스프링(51)과, 이 스프링(51)을 관통하는 가이드축(57)을 구비하여 이동가능하게 설치되는 밸브 개폐부(55)와, 상기 가이드축(57)이 소통할 수 있는 관통홀(53a)이 형성되어 고정 설치되는 스프링 지지대(53)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 가스차단기의 열팽창실 압력조절장치.
3. 청구항 1에 있어서,

   상기 제1감압밸브(50)에 의해 개폐되는 분리벽(60)의 개구홀(63)은 압축실(90) 측에서 열팽창실(80) 측으로 테이퍼진 아치 형태로 형성된 것을 특징으로 하는 가스차단기의 열팽창실 압력조절장치.

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