KR20110131132A - 차단기용 스위칭 챔버 절연 구조체 - Google Patents

차단기용 스위칭 챔버 절연 구조체 Download PDF

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Abstract

스위치 접촉 극의 접촉 영역에 개선된 방열효과를 제공할 수 있도록, 스위칭 챔버 절연 구조체 또는 스트럿 구조체를 갖는 스위칭 챔버 절연 구조체를 구비한 차단기가 제동된다.

Description

차단기용 스위칭 챔버 절연 구조체{SWITCHING CHAMBER INSULATION ARRANGEMENT FOR A CIRCUIT BREAKER}
본 발명은 스위칭 챔버(switching chamber) 절연 구조체에 관한 것이며, 보다 구체적으로는 개선된 방열(放熱) 기능을 갖는 회로 차단기용 스위칭 챔버 절연 구조체에 관한 것이다.
고전압 및/또는 고전류 스위칭용 차단기는 일반적으로 복잡한 구조의 접촉 극(contact pole)을 가지며, 이들 접촉 극은 접속 또는 분리 과정을 이행할 수 있도록 서로에 대해 이동할 수 있다. 발생하는 고전압 및/또는 고전류로 인해, 두 개의 스위치 접촉 극은 소정의 방식으로 해당 접촉 표면이 서로 접촉할 수 있고 또한 서로 분리될 수 있도록, 서로에 대해 정해진 방식으로 위치되는 것이 일반적으로 필요하다. 이들 두 개의 스위치 접촉 극이 올바르게 위치될 수 있도록 하기 위해, 스위치 접촉 극의 접촉 표면이 서로 기하학적으로 미리 정해진 개폐를 행하는 것을 보장하도록 두 개의 스위치 접촉 극을 서로에 대해 위치시키는 스위칭 챔버 절연 구조체가 제공된다. 하지만, 이러한 스위칭 챔버 절연 구조체는, 두 스위치 접점이 서로 기계적으로 강력한 것을 보장해야 할 뿐만 아니라, 마찬가지로 특히 스위치 접점이 개방될 때 발생하는 전압을 유전적으로 견디는 유전 강도(dielectric strength)를 가져야 한다. 이를 위해, 실질적으로 폐쇄된 튜브 구조체가 지금까지 사용되고 있으며, 이 구조체에는 두 개의 스위치 접촉 극이 고정됨으로써, 정해진 방식으로 스위치 접촉 극의 가동부(可動部)가 서로 이동할 수 있게 한다. 그러나, 이와 같은 튜브 구조체는 스위치 접촉 극의 접촉 표면의 공간적인 구획화(spatial compartmentalization)을 초래하며, 그 결과 특정 동작 상태에서는 발생한 열이 스위치 접촉 극의 접점에서 안정적으로 방열되지 못한다.
전술한 문제점에 대해, 본 발명의 일 목적은 스위치 접촉 극 영역에서 개선된 방열(放熱) 기능을 제공하는 스위칭 챔버 절연 구조체 및 스위칭 챔버 절연 구조체를 갖는 차단기를 제공하는 것이다.
본 발명의 상기 목적은 독립 청구항의 기술 내용에 따른 스위칭 챔버 절연구조체 및 차단기에 의해 달성되며, 예시적인 실시예는 종속 청구항에 구체화되어 있다.
본 발명의 일례의 실시예에 따르면, 스위칭 챔버 절연 구조체가 복수의 스트럿(strut)을 갖는 스트럿 구조체를 구비하도록 구체화되며, 각각의 스트럿은 제1의 족부(foot area)와, 제2의 족부, 및 제1의 족부와 제2의 족부 사이에 위치한 중앙부를 구비하고, 상기 스트럿은 스트럿 구조체의 종방향 연장축을 중심으로 한 외주(外周)를 따라 배치되며, 상기 스트럿 구조체는 차단기의 제1 극에 결합하기 위한 상기 제1의 족부측 상의 제1의 기계적 결합부(mechanical coupling area)와, 차단기의 제2 극과 결합하기 위한 상기 제2의 족부측 상의 제2의 기계적 결합부를 구비한다. 이 경우에, 이하의 기재에 있어서의 차단기의 "제1 극"과 "제1의 접촉 극" 및 "제2 극"과 "제2의 접촉 극"은 상이한 전기적 위상(electrical phase)의 두 개의 극을 의미하는 것이 아니라, 단일 차단기의 제1의 접촉부와 제2의 접촉부를 의미하며, 이 경우에 제1의 접촉부와 제2의 접촉부는 서로 전기적으로 분리될 수 있다.
스트럿 구조체로 인해, 두 스위치 접촉부 사이의 접촉 영역은 스위치의 나머지 부피로부터 더 이상 물리적으로 구획화되지 않고, 스위치의 나머지 부피에 연결된다. 특히, 가스 절연 차단기의 경우에, 스위치 접촉 극 영역에서 나머지(잔여) 가스 부피와 가스 교환이 일어날 수 있으며, 그에 따라 스위치 접촉 극의 접점 영역에서 개선된 방열 효과가 달성될 수 있다. 더불어, 이 경우에 스트럿 구조체는 적절한 위치 설정 및 힘 흡수(force absorption)를 허용함으로써, 스위치 접촉 극의 접점의 안정적인 개폐를 여전히 보장한다. 이 경우에, 스트럿 구조체의 기계적인 결합 영역을 통해서 스위치 접촉 극의 해당 영역에의 적절한 기계적인 결합이 달성될 수 있다.
본 발명의 일례의 실시예에 따르면, 스트럿은 상기 중앙부에서 기다란 횡단면을 갖는다.
기다란 횡단면은 스트럿 또는 스트럿 구조체의 종방향 연장 축에 대해 직각인 실질적으로 외주방향으로의, 즉 방위각 방향으로의 종방향 연장을 의미한다. 이 경우에, 특히 기다란 타원형(oval, elliptical) 또는 콩팥(신장) 형태일 수 있으나, 반드시 그런 것은 아니다. 기다란 횡단면은 스트럿이 적절한 크랭크 모양의 굽힘 모멘트(bending moment)를 가질 수 있게 하는 한편, 스트럿 구조체의 종방향 연장 축에 대해 반경방향(radial direction)으로 작은 치수를 가짐으로써, 스위치 접촉 극의 충전부(live part) 사이뿐만 아니라 외측 하우징으로부터도 적절히 분리되게 할 수 있으며, 동시에 반경방향의 치수를 작은 상태로 유지할 수 있게 한다.
실외 스위치(AIS)로서 구현된 실시예의 경우에는, 외측 하우징이 절연기(insulator)의 형태가 된다. 가스절연 스위치기어 조립체(GIS) 또는 탱크 스위치(DTB)로 구현된 실시예의 경우에는, 외측 하우징이 금속제이거나 또는 적어도 금속으로 밀봉된다.
본 발명의 일례의 실시예에 따르면, 각각의 제1의 족부와 각각의 제2의 족부는, 상기 종방향 연장 축에 대해 상기 스위칭 챔버 절연 구조체의 반경방향으로 해당 중앙부에 대해 소정 거리만큼 크랭크 모양으로 구부려진다.
크랭크 모양으로 구부려진다는 것은 두 개의 중심 축, 즉 족부의 중심 축과 중앙부의 중심 축이 서로에 대해 이동함을 의미한다. 특히, 중앙부는 이 경우에 족부보다 더 반경방향 외측에 위치하게 된다. 이는 족부가 스위치 접촉 극에 보다 더 밀접하게 끼워지게 하면서, 중앙부와 스위치 접촉 극의 충전부 및 접촉 표면의 사이에 충분한 유전 분리(dielectric separation)를 보장하게 된다. 이는 스위칭 챔버 절연 구조체의 족부가 연료량 제어 요소(fuel controlling element)로 덮여지는 경우에 특히 의미를 갖는다. 이는 해당 스위칭 챔버 절연 구조체를 갖는 차단기가 물리적으로 컴팩트(소형)화 되는 것을 보장할 수 있다.
본 발명의 일례의 실시예에 따르면, 스트럿 구조체 내의 각 스트럿의 제1의 족부는 이 스트럿의 관련된 제2의 족부에 대해 이동됨으로써, 스트럿이 종방향 연장 축에 대해 경사지게 된다.
특히, 이 경우에 스트럿은 스위치 극으로부터의 적절한 분리를 보장할 수 있도록 나선부(helical section)와 유사한 방식으로 변형될 수 있다. 이는 두 장착 표면 사이의 분리를 유지하면서 스트럿의 유효 길이를 늘리게 되는데, 이들 두 장착 표면은 스위칭 챔버 절연 구조체의 종방향 연장 방향에 대해 직각을 이루며 이들 두 장착 표면 각각에는 제1 및 제2의 족부가 위치될 수 있다. 이로써 각각의 스트럿의 표면을 따라 증대된 크리피지 길이(creepage distance)를 갖게 되며, 그 결과 이와 같은 스트럿 구조체는 종방향 연장 방향에 평행한 스트럿을 갖는 스트럿 구조체보다 더 높은 표면 방전 저항(surface discharge resistance)을 갖게 된다.
본 발명의 일례의 실시예에 따르면, 상기 스트럿 구조체는 이 경우에 적어도 3개의 스트럿을 구비한다.
이는 특히 적어도 3개의 스트럿이 서로 실질적으로 동일한 거리로 떨어져 있을 때, 2개의 스위치 접촉 극이 서로 안정된 형태로 위치될 수 있게 한다. 특히, 종방향 연장 축을 따라서 일어나는 크랭크 모양의 굽힘이 거의 억제될 수 있다. 이 경우에 스트럿이 종방향 연장 축에 대해 경사지게 되면, 모든 스트럿에 대한 이러한 경사는 동일한 방향으로 이루어짐으로써, 대칭적인 나선형 스트럿 프로파일이 달성된다.
본 발명의 일례의 실시예에 따르면, 스트럿 구조체는 적어도 4개의 스트럿을 구비하며, 스트럿은 종방향 연장 방향에 대해 교호적으로 반대방향으로 경사지게 되며, 이로써 종방향 연장 축을 중심으로 한 외주방향으로 견고함을 제공하게 된다.
이는 두 스위치 접촉 극의 서로에 대한 뒤틀림 변형(twisting shifting)을 회피할 수 있게 해주며, 이러한 비틀림(torsion)은 실질적으로 교호적으로 반대방향으로 경사진 스트럿에 의해 달성된다. 이 경우에 경사의 정도는 요구되는 접속 견고도에 의해 제어된다. 특히, 예를 들면 개폐시에 종방향 연장 방향으로 발생하는 힘에 대해, 스트럿의 크랭크 모양의 굽힘 및 그에 따른 기하학적 변형이 회피될 수 있다.
본 발명의 일례의 실시예에 따르면, 각 경우에 전계 제어 극(field control electrode)이 제1의 족부와 제2의 족부에 삽입되며, 힘 흡수 장치가 전계 제어 전극 내에 배치된다.
이와 같은 힘 흡수 장치는 예를 들면, 나사 또는 볼트, 혹은 다른 베이요넷(bayonet) 접속부 또는 클램핑 접속부 등 일 수 있다. 이 경우에 전계 제어 극은 외부로 최적의 연료를 발생하는 기하학적 구조를 형성함으로써, 임계 범위보다 훨씬 낮게 연료 피크(fuel peak)를 유지할 수 있게 된다. 특히, 최적 전계 외부 윤곽(optimized-field external contour)을 갖는 금속부가 족부에 제공될 수 있으며, 예를 들면 힘 흡수 장치와 전계 제어 전극이 일체로 형성되도록 나사 또는 다른 부착장치의 형태로 힘 흡수 장치가 그 내부에 배치될 수 있다.
이 경우에, 전계 제어 전극의 요소들은 금속 및, 예를 들면 탄소 또는 흑연과 같은 전위를 갖는 첨가제가 첨가된 플라스틱과 같은 상이한 전위의 재료로 이루어질 수 있다.
본 발명의 일례의 실시예에 따르면, 스트럿의 제1의 족부는 각각 제1의 지지 링(supporting ring)과 일체로 형성되고, 제2의 족부는 각각 제2의 지지 링과 일체로 형성된다.
이 경우에, 지지 링은 실질적으로 스위치 접촉 극의 외부 치수에 해당하는 외주를 따라 놓일 수 있다. 이는 개개의 스트럿을 서로 별도로 정렬시킬 필요없이 해당 스위치 접촉 극에 용이하게 부착될 수 있는, 실질적으로 일체형의 스위칭 챔버 절연 구조체를 제공할 수 있게 한다. 뿐만 아니라, 스트럿 구조체는 동시에 적절한 방열 및 가스 절연 차단기에서의 가스 교환을 보장한다. 이 경우에, 스트럿의 영역에서 양자 모두에, 다시 말하면 족부와 중앙부 사이 및 지지 링 영역 모두에 크랭크 모양의 굽힘부가 제공될 수 있다.
본 발명의 일례의 실시예에 따르면, 스트럿 구조체는 폴리머 수지를 구비하며, 전기 절연 갭(electrical isolating gap)의 적어도 일부에 금속 산화물 충전된 폴리머 수지를 구비한다.
폴리머 수지는 안정적인 유전 강도와 함께 기계적인 강고함을 동시에 보장한다. 이 경우에 적절한 금속 산화물 충전은 기계적인 강고함을 증대시키면서, 향상된 열 특성을 나타낸다. 예로서, 에폭시 수지, 폴리우레탄 수지, 또는 페놀 수지가 폴리머 수지로 사용될 수 있으나, 이에 국한되지는 않는다. 이 경우, 예를 들면 산화 알루미늄 A1203가 금속 산화물로 사용될 수 있다. 또한 산화 티타늄 또는 산화 마그네슘도 또한 사용될 수 있다. 일례의 적절한 조합은 예를 들면, 산화 알루미늄 충전된 에폭시 수지로 이루어질 수 있으며, 이 경우에 산화 알루미늄은 특히 가스 절연 차단기에서 발생하는 SF6 및 SF4에 어느 정도 저항성을 갖는다. 이 경우에 스트럿 구조체는 예를 들면, 균질한 밀봉 화합물(homogeneous encapsulation compound) 형태의 균질 구조를 갖거나, 또는 균질 재료로 가공될 수 있다. 특히, 이 경우에 섬유 인서트(fiber insert)와 같은 종방향 구조물이 필요없게 되며, 특히 이러한 종방향 구조물이 방전 또는 부분 방전 문제를 야기할 걸로 예상되는 경우는 더욱 그러하다.
본 발명의 일례의 실시예에 따르면, 적어도 하나의 스트럿의 중앙부는 반경방향으로 각 스트럿의 외측에 배치된 쉘(shell)과, 반경방향으로 각 스트럿의 내측에 배치된 충전물(filling)을 구비한다.
이 경우, 외측에 배치된 쉘은 각 스트럿을 외측에서 완전히 감싸거나, 또는 단지 쉘 절반부(half-shell)의 형태일 수 있다. 이 경우, 특히 인장력에 저항을 갖는 적절한 재료를 사용할 때, 쉘은 해당 인장력을 흡수할 수 있는 한편, 내측에 배치된 충전물은 압축력을 흡수할 수 있다. 게다가, 쉘은 내측에 배치된 충전물에 기계적인 보호를 또한 제공할 수 있다. 이는 인장력과 압축력에 특히 저항성을 갖는, 즉 스위칭 챔버 절연 구조체의 크랭크 모양의 굽힘에도 또한 저항성을 갖는 스트럿 구조체를 제공할 수 있게 한다.
본 발명의 일례의 실시예에 따르면, 상기 외주는 원형을 이루며, 및/또는 상기 스위칭 챔버 절연 구조체는 단일 위상 밀봉(single-phase-encapsulated) 차단기에 설치될 수 있다.
이 경우에, 원형의 외주는 대응하는 반경방향 정렬이 필요없기 때문에 스위칭 챔버 절연 구조체 또는 차단기의 조립을 보다 수월하게 한다.
본 발명의 일례의 실시예에 따르면, 스트럿 구조체의 적어도 일부는 특히 확산 방지제(diffusion barrier)로 코팅된다.
일례로서, 이와 같은 확산 방지제는 이 산화 티타늄 코팅 또는 에폭시 수지 코팅일 수 있다. 특히, 이는 가스 절연 차단기에서의 아크 효과(arc effect)로 인해 발생할 수 있는 강력한 분해성 물질이 스트럿 구조체 또는 스위칭 챔버 절연 구조체의 구조를 부식하거나 혹은 파괴하는 것을 방지할 수 있게 한다.
하지만, 균질 재료 구조를 갖는 대신에, 스트럿의 중앙부는 강고함을 제공하는 하중 감당 코어 인서트(core insert), 예를 들면 복합재료 튜브, 복합재료 스트립 또는 로드를 또한 구비할 수 있으며, 이 경우에 충전물 및/또는 스트럿이 해당 튜브, 스트립 또는 로드의 둘레에 주조될 수 있다. 특히, 스트럿의 중앙부는 방전 또는 부분 방전 공정에 대해 염려할 필요가 없는 형태의 섬유 강화 인서트(fiber reinforcing insert)를 또한 구비할 수 있다.
본 발명의 일례의 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 스위칭 챔버 절연 구조체와, 제1의 스위치 접촉 극, 및 제2의 스위치 접촉 극을 구비한 차단기가 제공되며, 상기 차단기는 단일 위상 밀봉 차단기이다. 스위칭 챔버 절연 구조체와 제1 및 제2의 스위치 접촉 극은 이 경우에 제1 및 제2의 스위치 접촉 극이 정해진 방식으로 서로 정렬 및 고정되도록 서로 접속된다.
본 발명의 일례의 실시예에 따르면, 차단기는 정격 전류 접촉 접합부(공칭 접점)에 배치된 제1의 전계 제어 덮개를 포함하며, 제1의 전계 제어 덮개는 전위를 가지며 제1의 스위치 접촉 극 및/또는 제2의 스위치 접촉 극에 접속되고, 제1의 기계적 결합부는 제1의 전계 제어 덮개의 아래서 제1의 스위치 접촉 극 및/또는 제2의 스위치 접촉 극에서 제1의 스위치 접촉 극에 접속된다.
이는 전계에 중대한 부가 요소가 근본적으로는 어떠한 임계상의 연료 피크도 기대되지 않도록 전계 제어 덮개에 의해서 덮여지게 한다.
아래에 기재된 본 발명의 실시예는 동등하게 스위칭 챔버 절연 구조체와 차단기에 관한 것이라는 걸 주지할 필요가 있다. 개별 특징들은 물론 다른 특징들과 또한 조합될 수 있으며, 그래서 어떤 경우에는 개별 효과의 합을 넘어서는 유익한 효과가 달성될 수 있게 한다. 본 발명의 이들 및 다른 양태가 아래에 기재된 예시적인 실시예를 참고하여 설명될 것이다.
이하의 도면을 참조하여 예시적인 실시예가 아래에 설명될 것이다.
본 발명은 종래 기술에 비해, 스위치 접촉 극 영역에서 개선된 방열(放熱) 기능을 제공하는 스위칭 챔버 절연 구조체 및 스위칭 챔버 절연 구조체를 갖는 차단기를 제공한다.
도 1은 본 발명의 일례의 실시예에 따른, 스트럿 구조체를 구비한 스위칭 챔버 절연 구조체를 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 일례의 실시예에 따른, 해당 횡단면도와 함께 스트럿의 중앙부 및 족부를 상세히 도시한 도면.
도 3 내지 도 9는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 스위칭 챔버 절연 구조체와 스트럿 구조체의 다양한 구체 사항을 도시한 도면.
도 10은 본 발명의 일례의 실시예에 따른, 요소들이 삽입된 스트럿 구조체의 족부 및 중앙부의 상세도.
도 11은 본 발명의 일례의 실시예에 따른, 지지 링을 갖는 스위칭 챔버 절연 구조체를 도시한 도면.
도 12는 본 발명의 일례의 실시예에 따른, 스위칭 챔버 절연 구조체를 갖는 가스 절연 차단기의 일부의 단면도.
도 13 및 도 14는 본 발명의 다양한 실시예에 따른, 도 12에 도시된 바와 같은 단면 축의 단면도.
도 1은, 도시된 실시예에서는 종방향 단면의 형태로 4개의 스트럿(10, 20, 30, 및 40)으로 구성된 스트럿 구조체(100)를 구비한 스위칭 챔버 절연 구조체를 도시한다. 여기에 도시된 실시예의 스트럿 각각은 중앙부(12와 22) 및 그 대응하는 제1의 족부(foot area)(11, 21)와 제2의 족부(13, 23)를 갖는다. 도 1에 도시된 스위칭 챔버 절연 구조체(100)는 이 경우에 제1의 기계적 결합부(101)와 제2의 기계적 결합부(103)를 구비한다. 스트럿은 종방향 연장선(L)에 실질적으로 평행하게 배열되며, 개개의 스트럿 및 그 족부는 외주(外周)(U)를 따라 배열된다. 외주를 따라서 스트럿 사이의 간격은 여기에 도시된 실시예에서는 균일하지만, 필요한 경우에는 균일하지 않을 수도 있다. 도 1에 도시된 스위칭 챔버 절연 구조체는 크랭크 모양의 굽힘부(bend)를 가지며, 이에 대해서는 도 2를 참조하여 아래에 설명된다.
도 2는 스트럿(10)의 족부(11)와 스트럿의 중앙부(12)를 상세히 도시하고 있다. 족부(11)의 중심축(MF)은 중앙부(12)의 중심축(MM)에 대해 거리(d)만큼 이동되어 있으며, 두 중심축(MF과 MM)은 예시된 실시예에서 서로 평행하게 뻗어있다.
횡단면(I-I 및 II-II)으로부터 알 수 있는 바와 같이, 일례로 족부(11)에서는 원형 횡단면이 선택될 수 있는 한편, 일례로 중앙부(12)에서는 예를 들면 타원형 또는 콩팥(신장) 형상의 기다란 횡단면이 선택될 수 있다. 이 경우에, 부착에는 원형 횡단면이 유익한 한편, 중앙부의 기다란 횡단면은 이 중앙부에서 공간 최적화된 스트럿 구조체를 가능케 한다.
도 3은 3개의 스트럿(10, 20, 및 30)을 갖는 스트럿 구조체를 도시하며, 이들 3개의 스트럿은 본 실시예에서는 외주(U)를 따라 균일한 간격으로 배열되어 있다. 이 경우, 도 3에 도시된 스트럿은 도 1과 유사한 방식으로 스트럿의 중앙부가 해당 족부보다 반경방향으로 더 외측에 배치되도록 크랭크 모양으로 구부려져 있다.
도 4는 마찬가지로 외주(U)를 따라 규칙적으로 배열된 3개의 스트럿(10, 20, 및 30)을 갖는 유사한 구조체를 도시하고 있으나, 스트럿은 크랭크 모양의 굽힘부를 구비하지 않으며, 이는 물론 이러한 스트럿의 제작을 단순화한다. 이와 같은 구조체는 특히 공간 절약형의 구조체가 중요하지 않을 때 사용될 수 있다. 스트럿은 원형 원통형으로 이루어질 수 있으나, 마찬가지로 기다란 횡단면을 갖는 원통 형상을 가질 수도 있고, 혹은 원형 원통형 족부와 기다란 중앙부를 가질 수도 있음을 이해해야 한다.
도 5는 마찬가지로 3개의 스트럿(10, 20, 및 30)을 갖는 스트럿 구조체를 도시하고 있으나, 그 해당 족부(11, 21)는 관련 족부(13, 23)에 대해 외주를 따라 이동되어 있다. 이는 스트럿(10, 20, 및 30)이 종방향 연장 축(L)에 대해 경사지게 한다. 이로써 스트럿의 표면을 따라서 크리피지 거리(creepage distance)가 증대되며, 이 경우에 족부(11과 21 및 13과 23)가 개방된 두 평면 사이의 거리는 실질적으로 변화가 없게 된다. 도 5에 도시된 스트럿도 물론 크랭크 모양으로 구부려질 수 있다.
도 6은 4개의 스트럿을 갖는 스트럿 구조체를 도시하고 있으며, 이들 4개의 스트럿(10, 20, 30, 및 40)은 마찬가지로 외주(U)를 따라서 균일한 간격으로 배열되어 있다. 이는 더 우수한 강고함을 제공하며, 게다가 공정 중에 3점 서스펜션을 소실하는 일 없이, 스트럿의 파손이 일어나는 경우에 일정 정도의 중복성(redundancy)을 제공한다.
도 7은 도 5와 유사하게, 서로에 대해 회전된 한쪽에는 족부(11과 21) 및 다른 쪽에는 족부(13과 23)를 갖는 4개의 스트럿을 구비한 유사한 구조체를 도시하고 있다. 이로써 스트럿(10, 20, 30, 및 40)은 종방향 연장 축(L)에 대해 경사지게 된다.
도 8은 마찬가지로 4개의 스트럿(10, 20, 30, 및 40)을 갖는 스트럿 구조체를 도시하고 있으나, 이들 해당 스트럿은 교호(交互)적으로 서로 반대방향으로 경사져 있으며, 그 결과 족부(11과 21 및 13과 23)는 더 이상 외주를 따라 균일한 간격으로 분포되지 않는다. 하지만, 이는 비틀림 하중이 작용할 때 이 하중이 인장력과 압축력으로 교호적으로 스트럿에 가해지기 때문에 비틀림에 비교적 저항성을 갖는 스트럿 구조체가 이루어진다.
도 9는 총 5개의 스트럿(10, 20, 30, 40, 및 50)을 갖는 구조체를 도시하고 있으며, 족부는 도 9에 도시된 구조체에서 다시 외주(U)를 따라 균일한 간격으로 배치되어 있다. 일례로서, 이는 스트럿이 보다 얇게 만들어질 수 있게 하며, 스트럿의 파손이 발생하는 경우에 중복 시스템을 제공하게 된다. 물론, 5개 이상의 스트럿을 사용하는 것도 또한 가능하다는 것을 이해해야 한다.
도 10은 스트럿(10)의 족부(11)를 상세히 도시하고 있으며, 족부(11)는 중앙부(12)에 대해 크랭크 모양으로 구부려져 있다. 이 경우에, 약간의 표면 곡률을 갖지만 날카로운 모서리는 갖지 않는 외측 표면(outer surface) 형태의 전계 제어 구조체(14)가 족부(11)에 배치되어 있다. 이 구조체 내에는 기계적인 부착장치(15)가 구비되며, 도시된 구조체에는 가공 나사산(thread)이 제공된다. 물론, 기계적인 부착장치는 베이요넷 끼워맞춤부(bayonet fitting) 또는 클램핑 접속부, 혹은 스트럿 족부로부터 축방향으로 돌출한 볼트로 이루어질 수도 있다. 예를 들면, 기계적인 부착장치(15)와 전계 제어 구조체(14)를 구비한 이와 같은 구조체는 일체로 형성될 수도 있다. 예를 들면, 이는 금속부에 의해 혹은 도전성 첨가물(conductive additive)이 첨가된 플라스틱부에 의해 이루어질 수 있으며, 그에 따라 특정 전계 제어 특성이 달성될 수 있게 된다. 이 경우에 중앙부(12)에는 기계적인 강화물(99)이 더 구비될 수 있으며, 이 기계적인 강화물(99)은 예를 들면 섬유 강화 인서트, 복합재료 튜브 또는 스트럿 등일 수 있다. 강화물(99)과 전계 제어 구조체(14)는 반드시 하나의 스트럿에 동시에 제공될 필요는 없으며, 대신에 두 구조체 중 어느 하나만 제공될 수도 있다는 것을 이해해야 한다. 게다가, 전계 제어 구조체(14) 및 강화물(99)은 크랭크 모양으로 구부려지지 않은 스트럿과도 또한 함께 사용될 수 있음을 이해해야 한다. 예를 들면 족부가 밀봉 공정 이전 및 밀봉 공정 동안에 위치될 수 있도록 하기 위해, 스트럿의 양쪽 모두에서 전계 제어 구조체에 강화물이 부착될 수도 있다. 또한, 스트럿에는 예를 들면 확산 방지제를 갖는 코팅(98)이 제공될 수 있다. 이 경우에, 코팅은 스트럿의 전체 표면을 덮을 수도 있고, 혹은 스트럿 및/또는 스트럿 구조체의 일부 영역에만 제공될 수도 있다.
도 11은 스위칭 챔버 절연 구조체의 일례의 실시예를 도시하며, 스트럿 각각은 제1의 지지 링(support ring)(60) 또는 제2의 지지 링과 일체로 형성된다. 이 경우에 결합부(101)는 제1의 지지 링(60) 영역에 형성되는 한편, 제2의 결합부(103)는 제2의 지지 링(70) 영역에 형성될 수 있다. 스트럿의 족부(11과 21 및 13과 23)는 이 경우에 각각의 해당하는 지지 링(60과 70)에서 종료될 수 있으며, 해당 중앙부(12와 22)와 일체로 형성될 수 있다. 스트럿은 원형 또는 기다란 횡단면을 가질 수 있고, 또한 스트럿은 마찬가지로 경사질 수 있으며 반드시 스위칭 챔버 절연 구조체의 종방향 연장 방향에 평행하게 제공될 필요는 없다는 것을 이해해야 한다.
도 12는 가스 절연 차단기의 영역을 통한 단면도를 도시한다. 이 경우, 차단기는 가스 영역을 둘러싸는 하우징(111)을 구비한다. 차단기의 2개의 접촉 극(1과 2)은 가스 영역 내에 배치된다. 도 12에 도시된 실시예에서, 제1의 접촉 극(1)은 종방향 연장 방향(L)을 따라 축방향으로 이동될 수 있는 가동부(1a)를 구비한다. 가동부(1a)의 이동시에, 여기 도시된 실시예에서는 정격 전류 접점(8)이 먼저 개방되며, 그 결과 전류가 아크 접점(8a)으로 정류된다. 이들 접점이 축방향으로 서로 더 멀어지게 이동함에 따라, 아크 접점(8a)이 그 다음에 개방된다. 이는 개방시에 전류가 정격 전류 접점(8)으로부터 아크 접점(8a)으로 정류할 수 있게 함으로써, 이 영역에서 전류가 안정적으로 소멸되게 한다. 이는 개방시에 발생하는 아크에 의해 정격 전류 접점(8)이 부하를 받지 않으며, 예시된 실시예에서는 아크가 아크 접점(8a)에만 부하를 가함을 의미한다. 이는 또한 정격 전류 접점(8)의 접촉 영역을 유지시킴으로써 발생하는 발열량을 저감시킬 수 있다. 스트럿(10과 20) 각각은 족부(11과 21 및 13과 23)의 중심축에 대해 반경방향 외측으로 그 중심축이 이동된 중앙부(12와 22)를 갖는다. 이 경우에, 족부는 일례로서 나사 접속에 의해 차단기의 각 접촉 극(1과 2)에 부착된다. 예를 들면, 나사 모서리에 의해 초래되는 전계 피크(field peak)는, 도전성 접속부(5 또는 7)를 통해서 해당 접촉 극(1과 2)에 적절한 도전(導電) 방식으로 접속되는 해당 전계 제어 요소(4와 6)에 의해 족부(11, 21, 13, 및 23)를 덮음으로써 보상될 수 있다. 이는 특히 외측 하우징(102)에 대해 허용되지 않는 연료 피크(fuel peak)를 실질적으로 회피할 수 있게 한다.
도 13은 도 12에 해당 방식으로 도시된 분리선을 따라 관련 접점을 갖는 스위칭 챔버 절연 구조체를 통한 단면도를 도시한다. 이 경우, 스트럿(10과 20)은 기다란 형태의 해당 중앙부(12와 22)를 갖는다. 족부(13과 23)는 중앙부에 대해 크랭크 모양으로 구부려져 있으며, 그에 따라 반경방향으로 더 내측에 배치된 중심점을 갖는다. 여기에 예시된 실시예에서, 스트럿은 폴리머 수지로 제조될 수 있다.
도 14는 본 발명의 또 다른 실시예를 도시하며, 스트럿(10과 20)의 중앙부(12와 22)는 이동 배치되어 있으며, 다시 말하면 (도 13과 유사하게) 크랭크 모양으로 구부려져 있다. 이 경우에, 일례로서 중앙부(12와 22)에는 반경방향으로 외측에 배치된 쉘(12b와 22b)이 구비될 수 있다. 이 경우, 반경방향으로 외측은 개별 스트럿에 대해서 의미하지만, 전체 스위칭 챔버 절연 구조체에 대해서도 의미하는 것으로 이해할 수도 있다. 첫 번째 경우에, 쉘(12b와 22b)은 또한 예를 들면 스트럿의 중앙부의 전체 외주를 따라 배열될 수도 있고, 아니면 도 14에 도시된 바와 같이 쉘 절반부의 형태일 수도 있다. 스트럿 혹은 스위칭 챔버 절연 구조체에 대해 내측 영역, 즉 반경방향으로 내측에는 이 경우에 충전 물질(12a와 22a)이 제공될 수 있다. 이는 특히 인장력 및 압축력에 저항성을 갖는 스위칭 챔버 절연 구조체를 생산할 수 있게 한다.
"포함하는"이라는 용어는 다른 추가적인 요소를 배제하지 않으며, "하나(혹은 "일")"이라는 표현은 복수의 요소를 배제하지 않음을 주지해야 한다. 사용된 참조번호는 이해를 돕기 위한 목적으로만 이해되어야 하고, 어떤 방식으로도 제한하는 것으로 여겨져서는 안되며, 본 발명의 보호 범위는 청구범위에 의해서 규정된다.
1, 2: 접촉 극 10, 20, 30, 40, 50: 스트럿
11, 21: 제1의 족부 12, 22: 중앙부
13, 23: 제2의 족부 14: 전계 제어 구조체
15: 부착장치 99: 강화물
100: 스트럿 구조체 101: 제1의 기계적 결합부
103: 제2의 기계적 결합부 L: 종방향 연장선
U: 외주

Claims (14)

  1. 스위칭 챔버 절연 구조체로서,
    복수의 스트럿(strut: 10, 20)을 갖는 스트럿 구조체(100)를 구비하며,
    각각의 스트럿은 제1의 족부(foot area; 11, 21)와, 제2의 족부(13, 23), 및 상기 제1의 족부와 상기 제2의 족부 사이에 위치한 중앙부(12, 22)를 구비하고,
    상기 스트럿은 상기 스트럿 구조체의 종방향 연장 축(L)을 중심으로 한 외주(外周: U)를 따라 배치되며,
    상기 스트럿 구조체는 차단기의 제1 극에 결합하기 위한 상기 제1의 족부측 상의 제1의 기계적 결합부(mechanical coupling area:101)와, 차단기의 제2 극과 결합하기 위한 상기 제2의 족부측 상의 제2의 기계적 결합부(103)를 구비하는, 스위칭 챔버 절연 구조체.
  2. 제1항에 있어서, 상기 스트럿(10, 20)은 상기 중앙부(12, 22)에서 기다란 횡단면을 갖는, 스위칭 챔버 절연 구조체.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 각각의 제1의 족부(11, 21)와 상기 각각의 제2의 족부(13, 23)는, 상기 종방향 연장 축(L)에 대해 상기 스위칭 챔버 절연 구조체의 반경방향으로 상기 해당 중앙부(12, 22)에 대해 거리(d)만큼 크랭크 모양으로 구부려지는, 스위칭 챔버 절연 구조체.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 스트럿이 상기 종방향 연장 축(L)에 대해 경사지도록, 각 스트럿(10, 20)의 상기 제1의 족부(11, 21)는 상기 스트럿의 해당 제2의 족부(13, 23)에 대해 상기 외주(U)를 따라 이동되는, 스위칭 챔버 절연 구조체.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 스트럿 구조체(100)는 적어도 3개의 스트럿(10, 20, 30)을 구비하는, 스위칭 챔버 절연 구조체.
  6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 스트럿 구조체(100)는 적어도 4개의 스트럿(10, 20, 30, 40)을 구비하며,
    상기 스트럿(10, 20, 30, 40)은 종방향 연장 축(L)에 대해 교호(交互)적으로 반대방향으로 경사지며, 이로써 종방향 연장 축을 중심으로 한 외주방향으로 견고함을 제공하는,
    스위칭 챔버 절연 구조체.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 전계 제어 극(field control electrode: 14)이 각 경우에 상기 제1의 족부(11, 21)와 상기 제2의 족부(13, 23)에 삽입되며, 힘 흡수 장치(15)가 상기 전계 제어 극 내에 배치되는, 스위칭 챔버 절연 구조체.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 스트럿(10, 20)의 상기 제1의 족부(11, 21)는 각각 제1의 지지 링(supporting ring: 60)과 일체로 형성되고, 상기 제2의 족부(13, 23)는 각각 제2의 지지 링(70)과 일체로 형성되는, 스위칭 챔버 절연 구조체.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 스트럿 구조체(100)는 폴리머 수지를 구비하며, 전기 절연 갭(electrical isolating gap)의 적어도 일부에 금속 산화물 충전된 폴리머 수지를 구비하는, 스위칭 챔버 절연 구조체.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 하나의 스트럿(10, 20, 30)의 상기 중앙부(12, 22, 32)는 반경방향으로 상기 각 스트럿의 외측에 배치된 쉘(shell: 12b, 22b)과, 반경방향으로 상기 각 스트럿의 내측에 배치된 충전물(filling: 12a, 22a)을 구비하는, 스위칭 챔버 절연 구조체.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 외주(U)는 원형을 이루며, 및/또는 상기 스위칭 챔버 절연 구조체는 단일 위상 밀봉(single-phase-encapsulated) 차단기에 설치되는, 스위칭 챔버 절연 구조체.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 스트럿 구조체(100)의 적어도 일부는 특히 확산 방지제(diffusion barrier: 98)로 코팅되는, 스위칭 챔버 절연 구조체.
  13. 차단기로서,
    제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 스위칭 챔버 절연 구조체(9)와,
    제1의 스위치 접촉 극(1), 및
    제2의 스위치 접촉 극(2)을
    구비하며,
    상기 차단기는 단일 위상 밀봉 차단기인,
    차단기.
  14. 제13항에 있어서,
    정격 전류 접촉 접합부(rated current contact junction)에 배치된 제1의 전계 제어 덮개(4)를 포함하며,
    상기 제1의 전계 제어 덮개(4)는 전위를 가지며 상기 제1의 스위치 접촉 극(1) 및/또는 상기 제2의 스위치 접촉 극(2)에 접속되고,
    상기 제1의 기계적 결합부(101)는 ㅡ 상기 제1의 전계 제어 덮개(4) 아래서 상기 제1의 스위치 접촉 극(1)에서의 상기 제1의 스위치 접촉 극에 및/또는 상기 제2의 스위치 접촉 극에 접속되는,
    차단기.
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