KR20110076537A - 고체 절연식 진공 차단기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 에폭시 수지를 이용하여 대지간 및 극간의 절연을 구현하여 SF6가스를 사용하지 않음과 더불어 전계 강도가 상승하는 부위의 전계 상승을 방지할 수 있도록 하여 절연 성능이 향상될 수 있도록 한 고체 절연식 진공 차단기에 관한 것이다.

이를 위해, 본 발명은 인입 케이블과 연결되는 고정연결도체; 상기 고정연결도체와는 수평선상으로 이격 위치되도록 배치되며, 단로기와 전기적으로 접속되는 가동연결도체; 상기 고정연결도체와 가동연결도체 사이에 위치되며, 내부 공간에는 상기 고정연결도체와 통전된 상태의 고정전극과, 상기 가동연결도체와 통전된 상태로 수평 이동 가능하게 설치되면서 상기 고정전극에 선택적으로 접속되는 가동전극을 가지는 진공밸브; 몰딩 과정을 통해 상기 고정연결도체와 가동연결도체와 진공 밸브의 외부를 감싸면서 진공 차단기의 외관을 형성하도록 성형되는 에폭시 절연물로 이루어진 절연 하우징:을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 고체 절연식 진공 차단기가 제공된다.

진공 차단기, 연결도체, 고압전극부, 실드부

Description

고체 절연식 진공 차단기{solid insulated type Vacuum Circuit Breaker}

본 발명은 진공 차단기에 관한 것으로써, 더욱 구체적으로는 주 절연재료인 에폭시 수지를 이용하여 대지간 및 극간의 절연을 구현하여 SF6가스를 사용하지 않음과 더불어 전계 강도가 상승하는 부위의 전계 상승을 방지할 수 있도록 하여 절연 성능의 향상을 얻을 수 있도록 한 새로운 형태의 고체 절연식 진공 차단기에 관한 것이다.

일반적으로 가스절연 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, 진공 차단기(Vacuum Circuit Breaker), 단로기(Disconnecting Switch), 접지개폐기(Earthing Switch) 등 여러 가지 구성들이 복합적으로 구성되어 이루어진다.

상기한 가스절연 개폐장치 중 진공 차단기는 모선을 통한 전원투입 및 차단을 결정하는 역할을 수행하며, 조작기에 의해 차단 동작이 제어된다.

기존의 일반적인 진공 차단기는 크게 외관을 이루는 절연 하우징과, 이 절연 하우징 내에 구비되는 진공밸브 및 상기 진공 밸브 내에 서로 대응 설치되는 가동 접점 및 고정 접점을 포함하여 구성되며, 상기 가동 접점은 가동축에 의해 선택적으로 이동되면서 상기 고정 접점과 통전되도록 구성된다.

이때, 상기한 절연 하우징 내에는 절연매질인 SF6 가스가 충전된 상태로 대지간 절연이 이루어지도록 구성된다.

하지만, 전술한 종래 기술에 따른 진공 차단기는 전도성 이물질에 의한 절연 파괴의 우려가 항상 존재하기 때문에 안전에 대한 신뢰성이 높지 않다는 단점을 가지고 있다.

특히, 절연매질로 사용되는 SF6 가스는 환경 오염을 유발하는 물질이며, 최근에는 상기한 환경 오염 물질에 대한 사용 규제로 인해 SF6 가스를 대체할 수 있는 구조의 개발이 시급한 실정에 있다.

본 발명은 전술한 종래 기술에 따른 각종 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로써, 본 발명의 목적은 에폭시 수지를 이용하여 대지간 및 극간의 절연을 구현하여 SF6가스를 사용하지 않음과 더불어 전계 강도가 상승하는 부위의 전계 상승을 방지할 수 있도록 하여 절연 성능이 향상될 수 있도록 한 새로운 형태의 고체 절연식 진공 차단기를 제공하는데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 진공 차단기는 인입 케이블과 연결되는 고정연결도체; 상기 고정연결도체와는 수평선상으로 이격 위치되도록 배치되며, 단로기와 전기적으로 접속되는 가동연결도체; 상기 고정연결도체와 가동연결도체 사이에 위치되며, 내부 공간에는 상기 고정연결도체와 통전된 상태의 고정전극과, 상기 가동연결도체와 통전된 상태로 수평 이동 가능하게 설치되면서 상기 고정전극에 선택적으로 접속되는 가동전극을 가지는 진공밸브; 몰딩 과정을 통해 상기 고정연결도체와 가동연결도체와 진공 밸브의 외부를 감싸면서 진공 차단기의 외관을 형성하도록 성형되는 에폭시 절연물로 이루어진 절연 하우징:을 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

여기서, 상기 고정연결도체와 상기 가동연결도체 상호 간의 대향면에는 상기 진공밸브의 양 끝단 모서리 부위를 각각 감싸도록 돌출된 실드부가 더 형성됨을 특징으로 한다.

이와 함께, 상기 실드부의 끝단 부위 중 내주면 모서리 및 외주면 모서리는 각각 라운드지게 형성되고, 상기 실드부의 외주면 모서리가 이루는 라운드의 곡률반경은 상기 실드부의 내주면 모서리가 이루는 라운드의 곡률반경에 비해 더욱 크도록 형성됨을 특징으로 한다.

또한, 상기 진공밸브는 양 극단을 이루면서 고정연결도체 및 가동연결도체와 각각 통전되는 두 고압전극부와, 상기 두 고압 전극부의 절연 및 지지를 위해 세라믹 절연물로 형성된 원통형의 몸체단으로 구성되며, 상기 실드부는 상기 고압전극부의 위치를 초과하여 상기 몸체단의 모서리 부위를 감쌀 수 있을 정도까지 돌출됨을 특징으로 한다.

또한, 상기 절연 하우징은 일측 끝단을 이루면서 케이블부와 결합됨과 더불어 인입 케이블이 삽입되도록 제1개구공이 형성된 케이블 결합단과, 타측 끝단을 이루면서 조작기와 결합됨과 더불어 상기 가동전극과 연결되도록 절연 로드가 관통되는 제2개구공이 형성된 로드 관통단과, 상기 케이블 결합단과 로드 관통단 사이의 둘레면에 형성되면서 단로기부와 결합됨과 더불어 단로기부의 단로기와 가동연결도체 간이 통전 가능하게 연결되는 제3개구공이 형성된 단로기 접속단을 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

이상에서 설명된 바와 같은 본 발명의 진공 차단기는 몰딩 과정을 통해 에폭시 절연물로 절연 하우징을 형성함으로써 SF6가스의 사용이 불필요하게 되고, 이로 인한 친환경적인 제품의 제조가 가능하게 된 효과를 가진다.

특히, 상기 절연 하우징과 여타의 각 구성(각 연결도체 및 진공밸브 등)들은 서로 이종 재질로 구성됨에도 불구하고, 실드부의 추가적인 구성에 의해 전계 강도의 집중 현상이 감소됨과 더불어 부분방전 특성이 향상됨에 따라 상기 이종 재질간의 박리 현상이 방지될 수 있음과 더불어 절연 파괴가 방지될 수 있게 된 효과를 가진다.

이하, 본 발명의 고체 절연식 진공 차단기에 대한 바람직한 실시예를 첨부된 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명하도록 한다.

첨부된 도 1은 본 발명의 실시예에 따른 고체 절연식 진공 차단기가 구비된 수배전용 개폐장치의 전체 구조가 도시되고 있으며, 도 2 및 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 진공 차단기에 대한 구조가 도시되고 있다.

이렇게 도시된 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 진공 차단기(1)는 크게 고정연결도체(110)와, 가동연결도체(120)와, 진공 밸브(200) 및 절연 하우징(300)을 포함하여 구성된다.

이를 각 구성별로 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 상기 고정연결도체(110)는 케이블부(10)의 인입 케이블(11)이 연결되면서 상기 인입 케이블(11)을 통해 전류를 인입받는 일련의 구성이다.

이때, 상기한 고정연결도체(110)의 전면(도면상 좌측편)에는 상기 인입 케이블(11)과의 결합 및 후술될 고정전극(240)과의 결합 부위를 이루는 결합공(111)이 관통 형성된다.

다음으로, 상기 가동연결도체(120)는 단로기부(20)의 단로기(도시는 생략됨)와 전기적으로 접속됨과 더불어 후술될 가동전극(250)의 수평 이동을 지지하는 일련의 구성이다.

상기한 가동연결도체(120)는 상기 고정연결도체(110)와는 수평선상으로 이격 위치되도록 배치된다.

이와 함께, 상기 가동연결도체(120)의 둘레면에는 상기 단로기와의 전기적 접속을 위한 접속단(도시는 생략됨)이 형성되며, 상기 가동연결도체(120)의 중앙측 부위에는 상기 가동전극(240)이 관통되면서 절연 로드(31)와 연결되도록 관통공(122)이 형성된다.

이때, 상기 절연 로드(31)는 조작기(도시는 생략됨)의 구동에 따라 수평 이동되면서 상기 가동전극(250)을 고정전극(240)에 접촉시키거나 혹은, 단락시키는 일련의 구성이다.

다음으로, 상기 진공 밸브(Vacuum Interrupter)(200)는 상기 고정연결도체(110)를 통해 인입된 전류를 선택적으로 차단 혹은, 통전시켜 상기 가동연결도체(120)로 제공하는 역할을 수행하는 일련의 구성이다.

상기한 진공 밸브(200)는 양 극단을 이루는 한 쌍의 고압전극부(210,220)와, 상기 두 고압전극부(210,220)를 절연 및 지지하도록 감싸는 원통형의 몸체단(230)으로 구성되며, 상기 몸체단(230)의 내부에는 상기 고정연결도체(110)와 통전되는 고정전극(240) 및 상기 가동연결도체(120)와 통전되는 가동전극(250)이 서로 대응되게 설치된다.

이때, 상기 한 쌍의 고압전극부(210,220)는 고정연결도체(110)와 통전되는 고정측 고압전극부(210)와, 상기 가동연결도체(120)와 통전되는 가동측 고압전극부(220)로 구성되며, 상기 고정측 고압전극부(210)는 상기 고정전극(240)과 통전됨과 더불어 상기 가동측 고압전극부(220)는 상기 가동전극(250)과 통전되도록 구성된다.

특히, 상기 가동전극(250)은 상기 가동연결도체(120)의 관통공(122)을 관통하여 수평 이동되는 절연 로드(31)와 연결되어, 상기 절연 로드(31)의 동작에 의해 상기 고정전극(240)에 선택적으로 접촉되거나 혹은, 단락된다.

또한, 상기 몸체단(230)은 세라믹 절연물로 형성되면서 상기 두 고압전극부(210,220)를 절연 및 지지하게 된다.

다음으로, 상기 절연 하우징(300)은 진공 차단기(1)의 외관을 이루는 부위로써, 몰딩 과정을 통해 상기 고정연결도체(110)와 가동연결도체(120) 및 진공 밸브(200)의 외부를 감싸면서 진공 차단기(1)의 외관을 형성하도록 성형되며, 에폭시 절연물로 형성된다.

즉, 절연 하우징의 외표면과 상기한 고정연결도체(110)와 가동연결도체(120) 및 진공 밸브(200) 사이의 부위가 빈 공간을 이루는 것이 아니라 에폭시 절연물로 상기 부위가 충전되도록 함으로써 대지간 절연이 가능하도록 한 것이다.

상기한 절연 하우징(300)은 일측 끝단을 이루면서 케이블부(10)와 결합됨과 더불어 인입 케이블(11)이 삽입되도록 제1개구공(311)이 형성된 케이블 결합단(310)과, 타측 끝단을 이루면서 조작기(도시는 생략됨)와 결합됨과 더불어 상기 가동전극(250)과 연결되도록 절연 로드(31)가 관통되는 제2개구공(321)이 형성된 로드 관통단(320)과, 상기 케이블 결합단(310)과 로드 관통단(320) 사이의 둘레면에 형성되면서 단로기부(20)와 결합됨과 더불어 단로기부(20)의 단로기와 가동연결도체(120) 간이 통전 가능하게 연결되는 제3개구공(331)이 형성된 단로기 접속단(330)을 포함하여 구성된다.

한편, 본 발명의 실시예에서는 상기 고정연결도체(110)와 상기 가동연결도체(120) 상호간의 대향면에 실드부(400)가 각각 서로 대응되게 형성됨을 추가로 제시한다.

이때, 상기 실드부(400)는 상기 각 연결도체(110,120)로부터 서로 간의 대향면을 향해 각각 돌출 형성되면서 상기 진공밸브(200)의 양 끝단 모서리 부위를 감싸도록 구성되어, 상기 진공밸브(200)의 양 끝단 모서리 부위를 통해 발생되는 전계의 강도 상승을 방지함과 더불어 부분방전 특성을 향상시키는 역할을 수행하게 된다.

즉, 상기 진공밸브(200)의 양 끝단 모서리 부위가 예각 혹은, 직각 모양으로 이루어진다는 것을 고려할 때 해당 부위에서 고압에 의해 전계 응력이 집중적으로 발생함에 따라 시간이 흐를수록 에폭시 절연물로 이루어진 절연 하우징(300)과 각 고압전극부(210,220) 사이에서 계면이나 균열이 발생될 수 있고, 이로 인해 전계 강도가 높아짐과 더불어 내전압 특성을 저하시키게 되어 절연파괴가 발생될 수 있다.

따라서, 상기 전계의 집중현상이 발생되는 부위(고압전극부의 모서리측 부 위)에 해당 부위를 감싸는 형태의 실드부(400)를 추가로 형성함과 더불어 상기 실드부(400)와 상기 부위 사이는 절연 하우징(300)을 이루는 에폭시 절연물이 충전되도록 함으로써 전계 집중 응력이 감소될 수 있도록 한 것이다.

상기한 실드부(400)는 진공 차단기(1)의 지속적인 운전상태에서도 부분방전을 감소시킴으로써 절연 하우징(300)의 절연이 파괴되는 현상을 미연에 차단하게 된다.

특히, 본 발명의 실시예에서는 상기 실드부(400)의 끝단 부위 중 내주면 모서리 및 외주면 모서리는 각각 라운드지게 형성되고, 상기 실드부(400)의 외주면 모서리가 이루는 라운드의 곡률반경은 상기 실드부(400)의 내주면 모서리가 이루는 라운드의 곡률반경에 비해 더욱 크도록 형성함을 추가로 제시한다. 이러한 구조는 실드부(400)의 외주면 모서리를 더욱 곡률반경이 큰 라운드로 형성함으로써 전계가 해당 라운드가 이루는 방향으로 퍼질 수 있도록 방향성을 제공하여 전계 집중이 더욱 효과적으로 감소될 수 있도록 한 것이다.

하기에서는, 전술된 본 발명의 실시예에 따른 진공 차단기(1)의 동작 과정에 대하여 더욱 구체적으로 설명하도록 한다.

우선, 정상적인 가스절연 개폐장치(GIS)의 운전 중에는 첨부된 도 2와 같이 가동전극(250) 및 고정전극(240)이 서로 접촉된 상태로 통전되며, 이로 인해 케이블부(10)의 인입 케이블(11)을 통해 제공되는 전류는 상기 진공 차단기(1)의 고정연결도체(110)와 상기 각 전극(240,250) 및 가동연결도체(120)를 순차적으로 거쳐 단로기(20)로 제공된다.

특히, 전술한 일련의 과정이 진행되는 도중에는 진공 차단기(1)의 내부 중 고압 전류가 흐르는 한 쌍의 고압전극부(210,220)의 모서리 부위에서는 전계 집중현상이 발생된다.

하지만, 상기한 각 고압전극부(210,220)의 모서리 부위는 각 연결도체(110,120)로부터 돌출 형성된 실드부(400)가 위치되어 있고, 상기한 실드부(400)는 상기 각 고압전극부(210,220)의 모서리 부위를 감싸는 구조로 이루어져 있음을 고려할 때 상기 모서리 부위에서 발생되는 전계 집중현상의 지속성이 상기 실드부(400)에 의해 구속됨으로써 전계 집중 응력을 감소시킬 수 있게 되며, 이로 인해 지속적 운전상태에서도 부분방전이 감소될 수 있게 된다.

또한, 절연 하우징(300)을 이루면서 상기 모서리 부위와 상기 실드부(400) 사이에 충진되는 에폭시 절연물에 의해 절연성능이 더욱 보완될 수 있게 된다.

따라서, 이종 재질로 이루어진 절연 하우징(300)과 각 고압전극부(210,220) 사이의 계면에 대한 박리 현상이 방지될 수 있게 된다.

한편, 전술한 정상적인 운전이 진행되는 도중 시스템에 이상 전류가 발생되거나 혹은, 유지 보수 등을 위해 전류를 차단해야 하는 경우가 발생될 경우 조작기에 대한 동작 제어가 이루어지게 된다.

즉, 조작기의 동작이 이루어지면서 절연 로드(31)의 후퇴 동작이 이루어지고, 이로 인해 상기 절연 로드(31)와 연결되어 있던 가동전극(250)이 고정전극(240)으로부터 이탈됨으로써 전류의 단락이 이루어진다. 이는, 첨부된 도 3과 같다.

따라서, 케이블부(10)의 인입 케이블(11)로부터 제공되는 고압 전류는 단로기(20)로 제공됨이 차단된다.

결국, 전술한 일련의 동작을 수행하는 본 발명의 진공 차단기(1)는 몰딩 과정을 통해 에폭시 절연물로 절연 하우징(300)을 형성함으로써 SF6가스의 사용이 불필요하게 되고, 이로 인한 친환경적인 제품의 제조가 가능하게 된 장점을 가지며, 절연 하우징(300)과 여타의 각 구성(각 연결도체 및 진공밸브 등)들은 서로 이종 재질로 구성됨에도 불구하고, 실드부(400)의 추가적인 구성에 의해 전계 강도의 집중 현상이 감소됨과 더불어 부분방전 특성이 향상됨에 따라 상기 이종 재질간의 박리 현상이 방지될 수 있음과 더불어 절연 파괴가 방지될 수 있게 된 장점을 가진다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 고체 절연식 진공 차단기의 설치 상태를 설명하기 위해 나타낸 개략적인 구성도

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 고체 절연식 진공 차단기의 내부 구조를 더욱 구체적으로 설명하기 위해 나타낸 단면도

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 고체 절연식 진공 차단기의 각 전극이 서로 단락된 상태를 설명하기 위해 나타낸 단면도

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1. 진공 차단기 110. 고정연결도체

111. 결합공 120. 가동연결도체

122. 관통공 200. 진공밸브

210. 고정측 고압 전극부 220. 가동측 고압 전극부

230. 몸체단 240. 고정전극

250. 가동전극 300. 절연 하우징

310. 케이블 결합단 311. 제1개구공

320. 로드 관통단 321. 제2개구공

330. 단로기 접속단 331. 제3개구공

400. 실드부

Claims (5)

1. 인입 케이블과 연결되는 고정연결도체;

   상기 고정연결도체와는 수평선상으로 이격 위치되도록 배치되며, 단로기와 전기적으로 접속되는 가동연결도체;

   상기 고정연결도체와 가동연결도체 사이에 위치되며, 내부 공간에는 상기 고정연결도체와 통전된 상태의 고정전극과, 상기 가동연결도체와 통전된 상태로 수평 이동 가능하게 설치되면서 상기 고정전극에 선택적으로 접속되는 가동전극을 가지는 진공밸브;

   몰딩 과정을 통해 상기 고정연결도체와 가동연결도체와 진공 밸브의 외부를 감싸면서 진공 차단기의 외관을 형성하도록 성형되는 에폭시 절연물로 이루어진 절연 하우징:을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 고체 절연식 진공 차단기.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 고정연결도체와 상기 가동연결도체 상호 간의 대향면에는

   상기 진공밸브의 양 끝단 모서리 부위를 각각 감싸도록 돌출된 실드부가 더 형성됨을 특징으로 하는 고체 절연식 진공 차단기.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 실드부의 끝단 부위 중 내주면 모서리 및 외주면 모서리는 각각 라운드 지게 형성되고,

   상기 실드부의 외주면 모서리가 이루는 라운드의 곡률반경은 상기 실드부의 내주면 모서리가 이루는 라운드의 곡률반경에 비해 더욱 크도록 형성됨을 특징으로 하는 고체 절연식 진공 차단기.
4. 제 2 항에 있어서,

   상기 진공밸브는 양 극단을 이루면서 고정연결도체 및 가동연결도체와 각각 통전되는 두 고압전극부와, 상기 두 고압 전극부의 절연 및 지지를 위해 세라믹 절연물로 형성된 원통형의 몸체단으로 구성되며,

   상기 실드부는 상기 고압전극부의 위치를 초과하여 상기 몸체단의 모서리 부위를 감쌀 수 있을 정도까지 돌출됨을 특징으로 하는 고체 절연식 진공 차단기.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 절연 하우징은

   일측 끝단을 이루면서 케이블부와 결합됨과 더불어 인입 케이블이 삽입되도록 제1개구공이 형성된 케이블 결합단과,

   타측 끝단을 이루면서 조작기와 결합됨과 더불어 상기 가동전극과 연결되도록 절연 로드가 관통되는 제2개구공이 형성된 로드 관통단과,

   상기 케이블 결합단과 로드 관통단 사이의 둘레면에 형성되면서 단로기부와 결합됨과 더불어 단로기부의 단로기와 가동연결도체 간이 통전 가능하게 연결되는 제3개구공이 형성된 단로기 접속단을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 고체 절연식 진공 차단기.

Images