KR20110085401A - 고전압 차단기용 전환 챔버 및 고전압 차단기 - Google Patents

Abstract

고전압 차단기는, 캡슐부 (5) 내에, 전기 전도성 재료로 이루어지는 전환 챔버 하우징 (2) 을 구비하는 전환 챔버를 포함하고, 상기 전환 챔버 하우징은, 부식 체적을 둘러싸며 또한 이 전환 챔버 하우징 (2) 의 외면에서 부식 체적과 배출구 (16) 를 연결시키는 축방향으로 향한 출구 (8) 또는 이와 같은 반경방향으로 향한 적어도 하나의 출구를 구비한다. 상기 출구 (8) 는 삽입물 (13) 을 포함하는데, 이 삽입물은 전환 챔버 하우징 (2) 의 구멍 (9) 내에 위치되고 또한 연결 스터브 (14) 를 구비하는 전기 절연재로 이루어지며, 이 연결 스터브는 배출 채널 (15) 을 둘러싸고 또한 전환 챔버 하우징 (2) 의 외면을 넘어 돌출하며, 상기 삽입물은 칼라 (17) 를 포함하고, 이 칼라는 외부로 돌출하고 또한 전환 챔버 하우징 (2) 의 내면에 놓인다. 상기 구멍 (9) 은, 전환 챔버 하우징 (2) 이 삽입물 (13) 과 만나는 트리플 지점이 차폐되도록, 전환 챔버 하우징 (2) 의 외면상의 함몰부 (11) 에 위치된다. 배출 채널 (15) 은, 함몰부 (11) 의 림에 인접하여 전기장 강도가 증가하는 영역으로부터 멀리 유동하는 가열된 절연 가스를 운반하여, 섬락에 대한 보호를 향상시켜 준다.

Description

고전압 차단기용 전환 챔버 및 고전압 차단기 {SWITCHING CHAMBER FOR A HIGH-VOLTAGE BREAKER, AND A HIGH-VOLTAGE BREAKER}

본 발명은 청구항 1 의 특징부에 청구된 바와 같은 고전압 차단기용 전환 챔버에 관한 것이다. 본 발명은 또한 이러한 전환 챔버를 구비한 고전압 차단기에 관한 것이다. 전술한 유형의 고전압 차단기는 동력 분배 설비에 사용된다.

이러한 일반적인 유형의 전환 챔버는 EP 1 835 520 A1 에 공지되어 있다. 차단시, 전환 챔버의 절연 가스가 아크 (arc) 에 의해 어느 정도 가열되고, 이 절연 가스가 부식 접촉자 사이에서 발화되어, 압력을 증가시키게 된다. 고온의 절연 가스는 전환 챔버 하우징으로부터 출구를 통하여, 전환 챔버를 둘러싸고 또한 고전압 차단기의 캡슐부에 의해 둘러싸이는 팽창 영역안으로 유입된다. 전기장 강도는, 림에 인접하여 그리고 출구를 둘러싸는 영역에서, 전환 챔버 하우징의 외면의 곡률이 크기 때문에, 국부적으로 증가하게 되고, 또한 이 영역에서는 고온 절연 가스가 유동하기 때문에 유전 강도 (dielectric strength) 가 감소한다. 그리하여, 이 영역은, 대체로 전환 챔버 하우징과 이 전환 하우징과 거리를 두고 이를 둘러싸는 접지된 캡슐부간의 섬락 (flashovers) 위험이 있는 임계 영역을 나타내므로, 캡슐부의 치수를 본질적으로 결정한다.

본 발명은 출구 영역에서 차단 강도 (breakdown strength) 를 개선시키는 목적에 기초한다.

이러한 목적은 청구항 1 의 특징부에 의해 달성된다.

본원은 대표적인 실시형태만을 나타내는 도면을 참조하여 이하 보다 자세히 설명된다.

본원에 따른 전환 챔버의 구성은 배출구의 림에 바로 인접하지 않는 가장 강한 전기장을 유발한다. 여기에서, 고온의 절연 가스 유동은 단지 전기 절연재와 접촉한다. 반대로, 이 절연 가스 유동은 배출구를 둘러싸는 영역에서 전환 챔버 하우징의 전기 전도성 외면으로부터 떨어져 유지된다. 다르게는 출구의 림에 인접하여 발생하는 강한 전기장과 가열된 절연 가스 유동간의 위험한 연결이 방지된다. 고전압 차단기의 캡슐부는, 그에 대응하여 소형으로 될 수 있고, 그리하여 보다 컴팩하게 유지될 수 있으며 또한 저비용으로 제조될 수 있다.

도 1 은 전환 챔버를 구비한 고전압 차단기의 제 1 실시형태의 축선 종방향의 개략적인 단면도, 및
도 2 는 전환 챔버를 구비한 고전압 차단기의 제 2 실시형태의 축선 종방향의 개략적인 단면도.

도 1 에 도시되어 있고 또한 축선 (1) 을 중심으로 본질적으로 회전 대칭인 고전압 차단기는, 전기 전도성 재료, 바람직하게는 알루미늄 또는 강 등의 금속으로 이루어진 대략 관형의 전환 챔버 하우징 (2) 을 포함하는 전환 챔버의 제 1 실시형태이고, 이 전환 챔버 하우징은 절연 가스, 예를 들어 SF₆ 로 채워진 부식 체적을 둘러싼다. 전환 챔버 하우징 (2) 은 접촉관 (3) 에 단단히 연결되고, 이 접촉관은, 부식 체적내의 접촉핀 (4) 과 함께, 전환 챔버 하우징 (2) 과 동축인 부식 접촉 배열체를 형성한다. 전환 챔버 하우징 (2) 은 전기 전도성 재료, 바람직하게는 알루미늄 또는 강 등의 금속으로 이루어진 원통형 캡슐부 (5) 내에서 축방향으로 움직일 수 있도록 배열되고, 이 캡슐부는 전환 챔버 하우징으로부터 전기 절연된다. 접지된 밀폐형 캡슐부 (5) 는, 거리를 두고서 전환 챔버 하우징 (2) 을 동축으로 둘러싸는 관형 측벽 (6) 뿐만 아니라 이 캡슐부를 밀폐하는 단부벽 (7) 을 구비한다. 유사하게 캡슐부 (5) 에 의해 둘러싸이고 또한 전환 챔버 하우징 (2) 을 둘러싸는 팽창 영역은, 유사하게 절연 가스로 채워진다.

전환 챔버 하우징 (2) 에는 접촉핀 (4) 으로부터 멀리 대향하는 단부에, 축방향으로 연장하고 또한 축선 (1) 을 중심으로 회전 대칭인 출구 (8) 가 제공된다. 여기에서, 전환 챔버 하우징 (2) 은 구멍 (9) 을 가지면서 본질적으로 개방되고, 이 구멍의 림 (10), 가장 좁은 지점은 그 단부에 의해 돌출되어 있다. 그리하여, 림 (10) 은, 전환 챔버 하우징 (2) 의 외면의 주변부에 대하여 우묵하게 들어가 있고, 림 라인이 반경방향으로 볼록한 단면을 가진 함몰부 (depression; 11) 내에 위치한다. 림 (10) 내에서, 구멍 (9) 은 실질적으로 단차부 형태로 다시 넓어지고, 그 결과 전환 챔버 하우징 (2) 은 거기서 원주방향 단차부 (12) 를 형성한다.

구멍 (9) 에는 삽입물 (13) 이 위치되며, 이 삽입물은 전기 절연재, 예를 들어 Teflon

등의 내열성 플라스틱, 또는 세라믹으로 이루어진다. 이러한 삽입물 (13) 은 축방향으로 향한 배출 채널 (15) 을 둘러싸는 연결 스터브 (14) 를 구비하고, 이 배출 채널은 부식 체적을 단부벽 (7) 맞은편의 배출구 (16) 까지 연결시킨다. 구멍 (9) 의 림 (10) 영역에서 이 삽입물은 전환 챔버 하우징 (2) 에 접촉하고, 여기에서 함몰부 (11) 가 넓어지기 때문에, 삽입물은 여기에서부터 추가로 외부방향으로 거리를 두고 있다. 이 삽입물은 함몰부 (11) 를 둘러싸는 전환 챔버 하우징 (2) 의 외면의 영역, 즉 단부벽 (7) 맞은편의 단부를 넘어 다소 돌출한다. 외부방향으로 돌출하는 원주방향 칼라 (17) 는, 연결 스터브 (14) 의 내단부에 연결되고, 단차부 (12) 영역에서 전환 챔버 하우징 (2) 의 내면에 놓이며, 또한 삽입물 (13) 을 고정시킨다.

전환 챔버 하우징 (2) 의 단부 영역에 함몰부 (11) 가 구성되고, 이 함몰부가 구멍 (9) 의 림 (10) 까지 좁아진 후에 단차부 (12) 까지 구멍 (9) 이 넓어지므로, 이는 단부에서 내부로 돌출하는 볼록한 원주방향 비드를 형성한다. 전환 챔버 하우징 (2) 의 외면의 곡률이 그 단부 영역에서 가장 크고, 그리하여 전기장 강도는 거기에서 최고값에 도달한다. 반대로, 전기 전도성 전환 챔버 하우징 (2) 과 전기 절연성 삽입물 (13) 간의 임계 접촉 라인, 소위 트리플 지점은, 함몰부 (11) 에 비교적 깊게 위치하고, 전환 챔버 하우징 (2) 의 돌출 단부에 의해 전기적으로 차폐되며, 그리하여, 여기에서의 전기장의 강도는 낮다.

부식 체적내의 절연 가스는 접촉관 (3) 과 접촉편 (4) 사이에서 이들이 분리되면 발화되는 아크 (18) 에 의해 가열되고, 그리하여 여기에서 압력이 현저히 증가하게 된다. 이렇게 함으로써, 부분적으로는 접촉관 (3) 을 통해, 그리고 배출 채널 (15) 을 통하여, 캡슐부 (5) 로 둘러싸인 팽창 영역안으로 유동하는 축방향 가스 유동이 발생된다. 이 가스 유동은, 전환 챔버 하우징 (2) 의 외면을 넘어 다소 돌출하는 연결 스터브 (14) 를 통과하며, 따라서 가장 큰 전기장 강도가 나타나는 전환 챔버 하우징 (2) 의 단부로부터 멀리 유지된다. 이 가스 유동은, 캡슐부 (5) 의 단부벽 (7) 으로 흐르고 거기에서 외부쪽으로 편향되어, 단부벽 (6) 과 전환 챔버 하우징 (2) 사이에 위치하는 환상의 영역안으로 흐른다.

도 2 에 도시한 고전압 차단기는 전환 챔버의 제 2 실시형태를 구비하는데, 이 고전압 차단기는 제 1 실시형태의 전환 챔버에 대부분 대응한다. 고전압 차단기의 타부는 도 1 에 도시한 차단기의 타부에 완전히 대응한다.

하지만, 상기 경우에, 전환 챔버 하우징 (2) 은 단부벽 (19) 에 의해 단부에서 밀폐되고 또한 다수의 출구 (8), 예를 들어 4 개 또는 6 개의 출구를 구비하는데, 이 출구는, 대략 전방에 배열되고, 원주에 걸쳐 균일하게 분포되며, 반경방향 외부로 향하고, 그리고 제 1 실시형태의 출구보다 작지만 유사하게 떨어져 있다. 이러한 경우에서도, 구멍 (9) 은 각각의 경우에 함몰부 (11) 에 우묵하게 들어가 배열되고, 이 함몰부의 림 라인은 반경방향으로 볼록한 단면을 가지며, 즉 가장 좁은 지점을 나타내는 림 (10) 은 전환 챔버 하우징 (2) 의 외면에 대하여 우묵하게 들어가 있다. 구멍 (9) 에 위치하는 삽입물 (13) 의 연결 스터브 (14) 는 전환 챔버 하우징 (2) 의 외면을 넘어 다소 돌출한다. 이 연결 스터브의 직경은 구멍 (9) 의 직경보다 작고, 그리하여 구멍의 림 (10) 으로부터 내내 약간의 거리를 두고 있다. 칼라 (17) 만이 이 칼라 (17) 의 내측에서 전환 챔버 하우징 (2) 과 접촉하므로, 이러한 경우에 트리플 지점이 구멍 (9) 의 내단부, 즉, 차폐된 영역에 위치되며, 이 차폐된 영역은 전기장 강도가 가장 큰 함몰부 (11) 의 림으로부터 거리를 두고 있으며, 차폐된 영역에서의 전기장 강도는 상당히 작게 된다.

차단시 발생하는 가스 유동은 반경방향 외부로 향하는 배출 채널 (15) 을 통과하여 캡슐부 (5) 의 측벽 (6) 으로 흐르고, 그리고 전기장 강도가 높은, 구멍 (9) 을 둘러싸는 영역으로부터 신뢰가능하게 떨어져 유지된다.

다수의 반경방향 출구 대신에, 환상의 갭 형태의 하나의 원주 반경방향 출구를 제공할 수도 있다.

또한, 전술한 실시형태와 상이하고 또한 본원에 따른 아이디어를 사용하는 다른 실시형태도 가능하다. 특히, 전환 챔버 하우징은 고정된 접촉편에 연결될 수도 있고 또한 맞은편 단부 영역에 출구를 가질 수 있다. 축방향 및 반경방향 출구는 조합될 수도 있다.

1 : 축선 2 : 전환 챔버 하우징
3 : 접촉관 4 : 접촉핀
5 : 캡슐부 6 : 측벽
7 : 단부벽 8 : 출구
9 : 구멍 10 : 림
11 : 함몰부 12 : 단차부
13 : 삽입물 14 : 연결 스터브
15 : 배출 채널 16 : 배출구
17 : 칼라 18 : 아크
19 : 단부벽

Claims (13)

1. 전기 전도성 재료로 이루어지는 전환 챔버 하우징 (2) 을 구비하는 고전압 차단기용 전환 챔버로서,
   상기 전환 챔버 하우징은, 부식 접촉 배열체가 배열되는 부식 체적을 둘러싸며, 또한 이 전환 챔버 하우징 (2) 의 외면에서 부식 체적과 배출구 (16) 를 연결시키는 적어도 하나의 출구 (8) 를 구비하는 전환 챔버에 있어서,
   적어도 상기 배출구 (16) 를 직접 둘러싸는 영역은 전기 절연재로 형성되는 것을 특징으로 하는 전환 챔버.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 배출구 (16) 를 둘러싸는 전기 절연재의 일부는 전환 챔버 하우징 (2) 의 외면을 넘어 돌출하는 것을 특징으로 하는 전환 챔버.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 전기 절연재는 각각의 경우에 삽입물 (13) 의 형태이고, 이 삽입물은 전환 챔버 하우징 (9) 의 구멍 (9) 안에 삽입되고 또한 배출구 (16) 에 이르는 배출 채널 (15) 을 둘러싸는 것을 특징으로 하는 전환 챔버.
4. 제 2 항 및 제 3 항에 있어서, 상기 삽입물 (13) 은 연결 스터브 (14) 를 포함하고, 이 연결 스터브는 배출 채널 (15) 을 둘러싸고 또한 전환 챔버 하우징 (2) 의 외면상의 구멍 (9) 을 둘러싸는 영역 위로 돌출하는 것을 특징으로 하는 전환 챔버.
5. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서, 상기 구멍 (9) 은 전환 챔버 하우징 (2) 의 외면상의 함몰부 (11) 에 위치되고, 이 구멍의 림 (10) 은 함몰부 (11) 를 둘러싸는 전환 챔버 하우징 (2) 의 외면 영역 부분에 대하여 우묵하게 들어간 것을 특징으로 하는 전환 챔버.
6. 제 5 항에 있어서, 상기 구멍의 림 (10) 은 배출구 (16) 에 대하여 우묵하게 들어간 영역에서 연결 스터브 (14) 와 접촉하고, 더 외부에 위치한 연결 스터브 (14) 부분은 전환 챔버 하우징 (2) 으로부터 거리를 두고 있는 것을 특징으로 하는 전환 챔버.
7. 제 3 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 삽입물 (13) 은 칼라 (17) 를 포함하고, 이 칼라는 배출 채널 (15) 외부로 돌출하고 또한 전환 챔버 하우징 (2) 의 내면에 놓이는 것을 특징으로 하는 전환 챔버.
8. 제 4 항 또는 제 5 항 및 제 7 항에 있어서, 상기 연결 스터브 (14) 는 실체적으로 전환 챔버 하우징 (2) 으로부터 거리를 두고 있는 것을 특징으로 하는 전환 챔버.
9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전환 챔버 하우징 (2) 은 축선 (1) 을 중심으로 본질적으로 회전 대칭인 것을 특징으로 하는 전환 챔버.
10. 제 9 항에 있어서, 상기 전환 챔버 하우징 (2) 은 일단부에서 축방향으로 향한 출구 (8) 를 구비하는 것을 특징으로 하는 전환 챔버.
11. 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서, 상기 전환 챔버 하우징 (2) 은 반경방향으로 향한 적어도 하나의 출구 (8) 를 구비하는 것을 특징으로 하는 전환 챔버.
12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전기 절연재는 플라스틱 또는 세라믹인 것을 특징으로 하는 전환 챔버.
13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 따른 전환 챔버를 구비한 고전압 차단기에 있어서,
    상기 고전압 차단기는 캡슐부 (5) 를 구비하고, 이 캡슐부는 절연 가스로 채워지고, 전기 전도성 재료로 이루어지며, 전환 챔버 하우징 (2) 을 거리를 두고서 둘러싸며 이 전환 챔버 하우징으로부터 전기적으로 절연되는 것을 특징으로 하는 고전압 차단기.

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