KR20110027389A

KR20110027389A - 가스절연 차단기

Info

Publication number: KR20110027389A
Application number: KR1020090085459A
Authority: KR
Inventors: 주형진; 곽성효; 최병화; 최인호
Original assignee: 현대중공업 주식회사
Priority date: 2009-09-10
Filing date: 2009-09-10
Publication date: 2011-03-16
Also published as: KR101291329B1

Abstract

본 발명에 따른 가스절연 차단기, 구동모터의 회전운동을 직선운동으로 전환시켜 동작하는 가스절연 차단기에 있어서, 축 방향으로 중공부가 형성되며, 축 방향 일부분에 원주를 따라 판 형상의 날개부가 돌출 형성되는 스테이터와, 상기 스테이터의 상기 중공부 내에서 회전가능하게 설치되어 상기 가스절연차단기에 회전력을 전달하는 회전샤프트와, 상기 회전샤프트와 중앙이 일체로 연결되고 전원이 공급되며, 상기 날개부의 내측에서 회전가능하게 설치되는 판 형상의 로터 디스크 및, 상기 로터 디스크의 축 방향 양측에 적어도 하나로 각각 배치되며, 상기 로터 디스크의 외측으로 흐르는 전류와 직각으로 자력을 발생시켜 상기 로터 디스크가 회전되도록 하는 자석을 포함한다.

가스절연, 고압, 차단기, 영구자석, 스테이터, 샤프트, 로터, 디스크

Description

가스절연 차단기{GAS INSULATED CIRCUIT BREAKER}

본 발명은 가스절연 차단기에 관한 것으로, 특히 디스크(Disk)형 모터 드라이브(Motor drive)를 이용하여 회전운동을 직선운동으로 전환하여 차단기를 동작시키는 가스절연 차단기에 관한 것이다.

일반적으로 가스절연 차단기는 송,변전 계통이나 전기회로에 있어서 부하를 개폐하거나 접지 및 단락 등의 사고가 발생할 경우에 전류를 차단하는 기기를 말한다.

이러한 가스절연 차단기는 아크(Arc)소호매질에 따라 진공차단기(VCB:Vacumm Circuit Breaker), 오일차단기(OCB: Oil Circuit Breaker), 가스차단기(GCB:Gas Circuit Breaker) 등으로 분류된다.

상기와 같이 나열된 가스절연 차단기는, 차단성능을 가지기 위해서 적당한 구동력이 필요하다. 고압차단기를 동작시키는 구동방식에는 유압(Hydraulic), 공압(Pneumatic), 모터-스프링(Motor-spring) 구동방식 등이 있다.

그러나 주로 사용되는 유압(Hydraulic), 공압(Pneumatic) 구동방식은 동작시 소음과 유체누설이 발생하고 가격이 비싸다는 문제점이 있었다.

또한, 도 1에 도시된 바와 같이 모터-스프링(Motor-spring) 구동방식을 가지는 고압차단기(1)는 본체(2)에 설치되는 오픈 스프링(Open spring: 3a), 크로우즈 스프링(Close spring: 3b)의 탄성력의 변동성으로 인한 차단기의 신뢰도가 낮아지는 문제점이 있었으며, 모터 드라이브(Motor drive)는 큰 힘을 발생하지 못하여 고압차단기의 구동방식으로는 적합하지 않은 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 디스크(Disk)형 모터 드라이브(Motor drive)를 이용하여 회전운동을 직선운동으로 전환하여 차단기를 동작시켜 강력한 전자기력을 이용함으로써, 로터 디스크(Rotor disk)에 대한 전류의 공급이 일정하고 용이하며, 구동장치의 크기를 줄이고 원가를 절감할 수 있도록 하는데 그 목적이 있다.

또한, 안정적인 동작과 저소음 동작을 구현할 수 있어 고압차단기의 품질 및 신뢰성을 향상시킬 수 있는 가스절연 차단기를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 가스절연 차단기는, 구동모터의 회전운동을 직선운동으로 전환시켜 동작하는 가스절연 차단기에 있어서, 축 방향으로 중공부가 형성되며, 축 방향 일부분에 원주를 따라 판 형상의 날개부가 돌출 형성되는 스테이터와, 상기 스테이터의 상기 중공부 내에서 회전가능하게 설치되어 상기 가스절연차단기에 회전력을 전달하는 회전샤프트와, 상기 회전샤프트와 중앙이 일체로 연결되고 전원이 공급되며, 상기 날개부의 내측에서 회전가능하게 설치되는 판 형상의 로터 디스크 및, 상기 로터 디스크의 축 방향 양측에 적어도 하나로 각각 배치되며, 상기 로터 디스크의 외측으로 흐르는 전류와 직각으로 자력을 발생시켜 상기 로터 디스크가 회전되도록 하는 자석을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 로터 디스크에는, 상기 회전샤프트가 연결된 중심 부위의 원주를 따라 형성되며, 전원 공급용 케이블이 연결되는 적어도 하나의 케이블 연결부가 구비되는 것이 바람직하다.

상기 로터 디스크는, 공급되는 정방향 또는 역방향의 전류에 의해 상기 회전샤프트를 양방향으로 회전시킬 수 있다.

상기 자석은, 원 판 형상의 디스크 형태일 수 있으며, 상기 스테이터에는, 감지에 의해 상기 회전샤프트와 로터 디스크의 회전각을 제어하기 위한 센서가 더 구비될 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 영구자석에 의한 자계와 로터 디스크(Rotor disk)의 전류밀도에 의한 전자 반발력을 이용하여 회전력을 발생시키는 구조를 가짐으로써, 종래의 고압차단기의 구조에 비해 소형화, 경량화할 수 있고 경제적인 장점이 있다.

또한, 유체누설, 소음과 같은 환경오염의 위험이 없어 친환경적인 구조를 제공할 수 있고, 일정한 전류공급으로 모터-스프링(Motor-spring) 구조가 가지는 동작 변동성의 단점을 극복하여 고압차단기의 품질과 신뢰성 향상되는 장점이 있다.

이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다.

본 발명을 설명함에 있어서, 정의되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려 하여 정의 내려진 것으로, 본 발명의 기술적 구성요소를 한정하는 의미로 이해되어서는 아니 될 것이다.

도 2는 본 발명에 따른 가스절연 차단기의 디스크형 모터 드라이브의 내부를 도시한 도면이고, 도 3은 도 1에 따른 로터 디스크의 형상을 도시한 도면이다.

도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 가스절연 차단기는, 가스절연 차단기에 있어서, 스테이터(Stator: 100), 회전샤프트(200), 로터 디스크(Rotor disk: 300) 및 자석(400)을 포함한다. 또한, 상기 로터 디스크(300)로 전원을 공급하기 위한 케이블(Cable: 500)을 더 포함한다.

본 발명은 플레밍의 왼손 법칙을 이용한 것으로, 자계가 형성되어 있는 공간에 전류를 직각방향으로 흘려주어 로터 디스크(300)를 구동시키는 힘을 얻는 원리이다. 이를 구현하기 위하여, 도면 2에서와 같이 각 다른 극성의 자석(Magnet: 400)을 지닌 스테이터(100) 사이에 로터 디스크(300)를 장착한다.

스테이터(100)는 축 방향으로 중공부(110)가 형성되며, 축 방향 일부분이 원주를 따라 원판 형상으로 돌출 형성된다. 즉, 상기 중공부(110)는 회전샤프트(200)가 위치되어 회전할 수 있는 공간을 제공하고, 원판 형상으로 돌출된 부위는 로터 디스크(300)와 자석(400)이 위치될 수 있는 공간을 제공한다.

상술한 바와 같이, 상기 회전샤프트(200)는 스테이터(100)의 상기 중공부(110) 내에서 회전가능하게 설치되는 것으로, 로터 디스크(300)의 회전력에 의해 함께 회전하면서 회전운동을 직선 운동으로 전환 시키는 역할을 한다.

상기 로터 디스크(300)는 상기 회전샤프트(200)의 축 방향 일측에 중앙 부위 가 일체로 연결되는 것으로, 상기 로터 디스크(300)의 원판 형상으로 돌출된 부위 내에 원판 형상으로 설치되며, 전원공급시 상기 회전샤프트(200)와 함께 회전될 수 있도록 설치된다.

상기 로터 디스크(300)의 중앙 부위에는, 도 2에 도시한 바와 같이 원주를 따라 다수의 체결 홀(310)이 형성되며, 상기 체결 홀(310)을 통해 회전샤프트(200)의 단부에 체결하기 위한 다수의 체결부재(볼트 등: 미도시)가 구비된다. 이로 인해 로터 디스크(300)의 회전력이 회전샤프트(200)에 전달될 수 있다.

또한, 상기 로터 디스크(300)는 기판(PCB: Printed Circuit Board)형태로 이루어질 수 있다. 상기 로터 디스크(300)에는 상기 회전샤프트(200)가 연결된 중심 부위의 원주를 따라 형성되어 전원 공급용 케이블(500)이 연결될 수 있는 적어도 하나의 케이블 연결부(Cable lug: 320)가 구비된다.

즉, 다수의 전원 공급용 케이블(500)을 다수의 케이블 연결부(320)에 연결하여 로터 디스크(300)에 전류를 공급한다. 여기서, 케이블(500)과 케이블 연결부(320)는 11개로 구비하는 것이 바람직하나 다양한 개수를 적용할 수 있다.

그리고 케이블(500)은 케이블 연결부(320)에서 로터 디스크(300)의 외경방향으로 직선형태로 구성되어 있어, 전류가 로터 디스크(Rotor disk: 300)의 중심에서 밖(외측)으로 흐르면서 스테이터(100)가 지닌 자석(400)의 자력과 직각방향이 된다.

이로 인해, 변환 힘(Lorentz force)이 로터 디스크(300)의 접선방향으로 생기게 된다. 즉, 로터 디스크(300)의 여러 개의 케이블 연결부(320)를 통해 들어온 전류는 각기 다른 접선방향으로 힘을 발생시키고, 이 힘들이 모여 회전력을 발생시키게 된다.

자석(400)은 상기 로터 디스크(300)를 중심으로 날개부(120)의 내부 양측에서 다른 극으로 원주를 따라 다수로 배열된다. 즉, 전술한 바와 같이 로터 디스크(300)의 외측으로 흐르는 전류와 직각 방향으로 자력을 발생시킨다.

한편, 전술된 회전샤프트(200)는 상기 로터 디스크(300)로 공급되는 정방향 또는 역방향의 전류에 의해 양방향으로 회전될 수 있다. 그리고 전술된 자석(400)은 원 판 형상의 디스크 형태로 이루어질 수 있다.

또한, 스테이터(100)에는 감지에 의해 상기 회전샤프트(200)와 로터 디스크(300)의 회전각을 제어하기 위한 센서(미도시)가 더 구비될 수 있다. 즉, 상기 센서에 의해 회전샤프트(200)와 로터 디스크(300)의 회전각을 정확하게 제어할 수 있다.

이와 같은 본 발명의 가스절연 차단기에 있어서, 모터 드라이브의 전력 계통에 대해 설명하면 다음과 같다.

먼저, 고압차단기의 고속 재폐로 동작책무인 O-0.3s-CO-t-CO (t:고객요구에 의거 선정)를 만족시키기 위해 충분한 에너지를 충전해야 한다. 이를 위해 캐패시터 뱅크(Capacitor bank)를 사용하여 전류를 충전한다.

그리고 동작 시 인버터(INVERTER)를 통해 캐패시터 밸크(Capacitor bank)에 충전된 전류(DC성분)을 같은 퍼즈(Phase)의 전류(AC성분)로 변환하여 케이블(500)을 통해 로터 디스크(300)에 동시에 공급한다.

즉, 상기 인버터(Inverter)에서 AC성분 전류의 극성변환을 통해 회전방향의 전환이 가능하며, 회전방향의 전환은 고압차단기의 오픈/클로즈(Open/Close) 동작을 가능하게 한다.

따라서, 유체누설, 소음과 같은 환경오염의 위험이 없어 친환경적인 구조를 제공할 수 있고, 일정한 전류공급으로 모터-스프링(Motor-spring) 구조가 가지는 동작 변동성의 단점을 극복하여 고압차단기의 품질과 신뢰성 향상되는 장점이 있다.

결과적으로, 영구자석에 의한 자계와 로터 디스크(300)의 전류밀도에 의한 전자 반발력을 이용하여 회전력을 발생시키는 구조를 가짐으로써, 종래의 고압차단기의 구조에 비해 소형화, 경량화할 수 있고 경제적인 장점이 있다.

이상에서 본 발명에 따른 가스절연 차단기에 대한 기술사상을 첨부도면과 함께 서술하였지만, 이는 본 발명의 가장 양호한 실시 예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다.

따라서 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자이면 누구나 본 발명의 기술사상의 범위를 이탈하지 않는 범위 내에서 치수 및 모양 그리고 구조 등의 다양한 변형 및 모방할 수 있음은 명백한 사실이며 이러한 변형 및 모방은 본 발명의 기술 사상의 범위에 포함된다.

도 1은 종래의 모터-스프링 타입의 고압차단기를 도시한 도면.

도 2는 본 발명에 따른 가스절연 차단기의 디스크형 모터 드라이브의 내부를 도시한 도면.

도 3은 도 1에 따른 로터 디스크의 형상을 도시한 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100: 스테이터 110: 중공부

120: 날개부 200: 회전샤프트

300: 로터 디스크 310: 체결 홀

320: 케이블 연결부 400: 자석

500: 케이블

Claims

구동모터의 회전운동을 직선운동으로 전환시켜 동작하는 가스절연 차단기에 있어서,

축 방향으로 중공부가 형성되며, 축 방향 일부분에 원주를 따라 판 형상의 날개부가 돌출 형성되는 스테이터;

상기 스테이터의 상기 중공부 내에서 회전가능하게 설치되어 상기 가스절연차단기에 회전력을 전달하는 회전샤프트;

상기 회전샤프트와 중앙이 일체로 연결되고 전원이 공급되며, 상기 날개부의 내측에서 회전가능하게 설치되는 판 형상의 로터 디스크; 및

상기 로터 디스크의 축 방향 양측에 적어도 하나로 각각 배치되며, 상기 로터 디스크의 외측으로 흐르는 전류와 직각으로 자력을 발생시켜 상기 로터 디스크가 회전되도록 하는 자석;을 포함하는 것을 특징으로 하는 가스절연 차단기.
제1항에 있어서,

상기 로터 디스크에는, 상기 회전샤프트가 연결된 중심 부위의 원주를 따라 형성되며, 전원 공급용 케이블이 연결되는 적어도 하나의 케이블 연결부가 구비되는 것을 특징으로 하는 가스절연 차단기.
제1항에 있어서,

상기 로터 디스크는, 공급되는 정방향 또는 역방향의 전류에 의해 상기 회전샤프트를 양방향으로 회전시키는 것을 특징으로 하는 가스절연 차단기.
제1항에 있어서,

상기 자석은, 원 판 형상의 디스크 형태인 것을 특징으로 하는 가스절연 차단기.
제1항에 있어서,

상기 스테이터에는, 감지에 의해 상기 회전샤프트와 로터 디스크의 회전각을 제어하기 위한 센서가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 가스절연 차단기.