KR20120035869A - 가스 차단기 - Google Patents

Abstract

대전류 차단과 중소 전류 차단을 효율적으로 실현할 수 있는 가스 차단기로 하기 위하여, 열 퍼퍼실(21)에 기계 퍼퍼실(32)을 직렬로 설치하고, 열 퍼퍼실(21)에는 실내를 직경 방향으로 분할하여 내주측 공간(61)과 외주측 공간(62)으로 구분하는 칸막이부(41)를 설치한다. 아크 공간(31)과 열 퍼퍼실(21) 사이에, 가스류 제어 수단으로서 전환 밸브(42)를 설치하고, 열 퍼퍼실(21)과 기계 퍼퍼실(32) 사이의 격벽(17)의 연통부(18)를 개폐하는 가능 밸브(23)를 설치한다. 대전류 차단시에는, 아크 공간(31)으로부터의 고온 고압의 소호성 가스를 전환 밸브(42)에 의해 칸막이 부재(41)의 외주측 공간(62)으로부터 내주측 공간(61)을 거쳐 아크에 대하여 분사한다. 중소 전류 차단시에는, 기계 퍼퍼실(32)로부터의 소호성 가스를 칸막이 부재의 내주측 공간(61)만으로 유도하여 아크에 분사한다.

Description

가스 차단기{GAS BREAKER}

본 발명은 퍼퍼형(puffer type)의 가스 차단기에 관한 것으로서, 특히 기계적인 압축 작용과 아크 열에 의한 가열 승압 작용을 이용한 퍼퍼형의 가스 차단기에 관한 것이다.

열 퍼퍼실과 기계 퍼퍼실의 쌍방을 구비하는 열 퍼퍼 병용형 가스 차단기는, 대전류의 차단에 적합하고, 전압이 높은 계통에 사용할 수 있다. 그 반면, 중소 전류의 차단이 어렵다는 문제가 있었다. 그 때문에 최근, 퍼퍼형의 가스 차단기를 사용하여 대전류뿐만 아니라 중소 전류의 차단도 가능하게 하는 시도가 행하여지고 있다.

예를 들면, 일본 특허공개공보 평성2009-99499호(특허문헌 1)에는, 소전류로부터 대전류에 이르기까지 차단하는 것을 목적으로 하는 가스 차단기가 개시되어 있다. 이 특허문헌 1에 기재된 가스 차단기(이하, 종래예라고 한다)를 도 8에 나타내고 있다.

종래예의 열적 승압실(열 퍼퍼실)(101)에는, 이 실내를 주공간(101a)과 종공간(101b)으로 분할하는 분할 부재(102)가, 열적 승압실(101)의 중심축과 동심원 상에 배치되어 있다. 주공간(101a)은, 아크 공간 측에 연결되는 가스 유로(103)와, 격벽(104)의 개구부(104a)를 거쳐 기계적 압축실(기계 퍼퍼실)(105)과 공간적으로 접속되어 있다.

이 주공간(101a)은, 중소 전류 차단시에도 아크 에너지에 의해, 고온 고압의 상태로 승압 가능한 체적을 가지는 크기로 설정되어 있다. 분할 부재(102)의 플랜지(106)측 단부(端部) 근방에는 연통부(102a)가, 격벽(104)의 외주 단부 근방에는 연통부(102b)가 각각 설치되어 있다.

대전류 차단시에는, 아크 공간에서 생긴 고온 고압의 가스가 주공간(101a)을 통과하고, 그 압력에 의해 역지밸브(107)를 가압함으로써 개구부(104a)를 폐쇄 상태로 한다. 그 후, 고온 고압의 가스는, 연통부(102b)를 거쳐 종공간(101b) 내부를 노즐 방향으로 흘러간다.

그때, 당해 고온 고압의 가스는, 종공간(101b) 내부에 존재한 비교적 저온의 가스와 서로 섞인다. 이것에 의해 비교적 저온이 된 상기 가스는, 연통부(102a)로부터 개구부(106a)를 거쳐, 가스 유로(103)를 통과하여 아크에 분사된다(이하, 이 현상을 서큘레이션 효과라고 한다). 즉, 종래예에서는, 대전류 차단시의 분사 가스의 온도를 비교적으로 저온으로 함으로써 차단 성능을 향상시키는 것을 노리고 있다.

또, 중소 전류 차단시에는, 주공강(101a)의 압력이 전류 영점 근방에서 점차 저하되어, 기계 압축실(105)의 압력을 하회하기 때문에, 역지밸브(107)는 개방 상태가 된다. 이것에 의해, 기계 압축실(105)로부터 열적 승압실(101)의 주공간(101a)으로 흐르는 가스류가 생기는 것이 상정된다.

연통부(102a, 102b)의 단면적의 합을, 가스 유로의 개구부(106a)의 단면적보다 작게 함으로써, 연통부(102a, 102b)에 인가되는 압력을 상승시키고, 게다가 가스류가 주공간(101a)만에 생김으로써, 종공간(101b) 측으로 가스류가 분류되는 것을 방지하여 압력 저하를 저감시키는 것을 노리고 있다.

그러나, 종래예에는 다음의 문제점이 있다. 대전류 차단시에 있어서, 연통부(1O2a, 102b)의 단면적의 합을 가스 유로의 개구부(1O6a)의 단면적보다 작게 하고 있기 때문에, 연통부(102a, 102b)에 인가되는 압력이 상승하고, 가스가 연통부(102b)로부터 양호하게 유입되지 않아, 서큘레이션 효과를 달성하지 못할 우려가 있다.

가령, 아크에 의해 생긴 고온 고압의 가스가 연통부(102b)로부터 종공간(101b) 측으로 유입되었다고 해도, 연통부(102a)의 단면적이 작기 때문에, 연통부(1O2a)로부터 유출되는 가스의 양이 현저하게 저감될 우려가 있다.

또, 연통부(102a)로부터 가스가 유출되었다고 해도, 그 유출된 가스는 가스 유로(103) 방향뿐만 아니라 주공간(101a) 방향으로도 흐르기 때문에, 가스 유로(103) 방향으로 흐르는 가스의 양은 더욱 감소된다. 이 때문에, 종래예에서는 서큘레이션 효과가 약해져서, 소호(消弧) 성능도 나쁘다는 문제가 있다.

또, 중소 전류 차단시에는, 기계 압축실(105)로부터 열적 승압실(1O1)의 주공간(101a)으로 흐르는 가스류가, 연통부(102a) 또는 연통부(102a)로부터 종공간(101b)으로 유입될 우려가 있어, 가스의 분류를 저감하는 효과가 얻어지지 않을 우려가 있다.

본 발명의 가스 차단기의 목적은, 대전류 차단시에는, 서큘레이션 효과를 확실하게 실현함으로써, 비교적 저온의 가스를 아크에 분사하는 것, 및 가스의 유로를 열 퍼퍼실의 외주측 공간으로부터 내주측 공간을 향하게 함으로써 가스류의 기세를 가능한 유지한 채 아크에 분사하는 것을 실현하여, 소호 성능을 향상시키는 것이다. 또한, 중소 전류 차단시에 있어서도, 가스의 분류를 확실하게 방지함으로써 소호 성능을 향상시키는 것이다.

본 발명은, 소호성 가스를 충전한 용기 내에, 이합(離合) 가능한 1쌍의 주접촉자와, 고정 아크 접촉자와, 상기 고정 아크 접촉자와 이합 가능한 가동 아크 접촉자와, 상기 고정 아크 접촉자와 상기 가동 아크 접촉자를 포위하는 절연 노즐과, 상기 고정 아크 접촉자와 상기 가동 아크 접촉자가 개리(開籬)하였을 때에, 절연 노즐 내의 상기 양쪽 아크 접촉자 사이에 형성되는 아크 공간과, 상기 아크 공간에 있어서 아크 열에 의해 압력이 상승한 소호성 가스를 도입하는 열 퍼퍼실과, 상기 열 퍼퍼실에 직렬로 설치되고, 기계적 압축에 의해 압력을 상승시키는 기계 퍼퍼실을 가지고, 상기 열 퍼퍼실과 상기 기계 퍼퍼실 사이에 연통부를 형성한 격벽을 설치하고, 상기 열 퍼퍼실에 내부를 직경 방향으로 분할하여 외주측 공간과 내주측 공간으로 구분하는 칸막이 부재를 설치하고, 상기 칸막이 부재는 그 절연 노즐측 단부 및 기계 퍼퍼실측 단부에 각각 개구부를 설치한 가스 차단기에 있어서, 상기 절연 노즐측 단부의 개구부에, 상기 아크 공간의 압력이 상승하였을 때에는, 상기 열 퍼퍼실의 내주측 공간을 폐쇄하고 또한 상기 절연 노즐측 단부를 개방함과 함께, 상기 아크 공간의 압력이 저하하였을 때에는, 상기 열 퍼퍼실의 내주측 공간을 개방하고 또한 상기 절연 노즐측 단부를 폐쇄하기 위한 가스류 제어 수단을 설치하고, 상기 격벽의 연통부에, 상기 아크 공간의 압력이 상승하였을 때에는 폐쇄하여 상기 열 퍼퍼실의 외주측 공간과 내주측 공간을 연통하고, 또한 상기 기계 퍼퍼실의 압력이 상승하였을 때에는 개방하여 상기 열 퍼퍼실의 내주측 공간으로의 유로를 형성하는 가동 밸브를 배치하여 구성한 것을 특징으로 한다.

본 발명의 가스류 제어 수단은, 상기 절연 노즐측 단부의 개구부를 폐쇄하는 면과 상기 열 퍼퍼실의 내주측 공간을 폐쇄하는 면을 가지고, 상기 칸막이 부재의 내주면을 따라 슬라이딩하는 전환 밸브로 구성하는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명의 가스류 제어 수단은, 상기 절연 노즐측 단부의 내주측에 컷아웃부를 설치한 상기 칸막이 부재와, 상기 컷아웃부를 축방향으로 슬라이딩하는 전환 밸브와, 상기 열 퍼퍼실의 내주측 공간과 상기 전환 밸브 사이의 유로를 폐색하도록 직경 방향으로 배치된 밀봉 부재로 구성되고, 상기 전환 밸브가 상기 컷아웃부의 기계 퍼퍼실측 단부에 걸릴 때에, 상기 전환 밸브의 중공의 내경측의 면과 당해 밀봉 부재의 외경측의 면이 서로 대향하는 것을 특징으로 한다.

상기 전환 밸브는, 절연 노즐측 단부의 면을 소호성 가스의 원활(圓滑) 안내면에 형성한 것을 특징으로 한다.

또한, 칸막이 부재에 의해 상기 열 퍼퍼실에 내부를 직경 방향으로 분할하여 외주측 공간과 내주측 공간으로 구분할 때, 상기 열 퍼퍼실의 외주측 공간에, 어블레이션 효과를 가지는 고분자 재료를 설치하여 구성한 것을 특징으로 한다.

본 발명의 가스 차단기에 의하면, 가스류 제어 수단을 이용함으로써, 대전류 차단시에 이하의 효과가 얻어진다. 개극(開極) 동작에 따라, 아크가 생김으로써, 아크 공간에 고온 고압의 소호성 가스가 생긴다. 이 소호성 가스가, 열 퍼퍼실의 칸막이 부재의 외주측 공간으로 유도되어, 외주측 공간에 존재하는 저온의 소호성 가스와 서로 섞임으로써 비교적 저온의 소호성 가스가 된다. 그 후, 아크가 수축함으로써 아크 공간의 압력이 저하되고, 이 영향을 받은 정류 수단의 동작에 의해 칸막이 부재의 내주측 유로가 형성된다. 비교적 저온이 된 소호성 가스는 내주측 유로를 거쳐, 가스의 흐름 기세를 유지한 채 아크에 분사된다. 이 서큘레이션 효과를 확실하게 실현함으로써 소호 성능을 향상시킬 수 있다. 또, 중소 전류 차단시에 있어서는 이하의 효과가 얻어진다. 기계 퍼퍼실의 압력이 상승함으로써, 칸막이판의 외주측 공간에 배치되는 가동 밸브가 동작하고, 기계 퍼퍼실로부터 열 퍼퍼실로 유입되는 소호성 가스가 칸막이 부재의 외주측 공간으로 분류(分流)되는 것을 확실하게 방지하는 것이 가능해져서, 소호 성능을 향상시킬 수 있다.

또, 상기 절연 노즐측 단부의 내주측에 컷아웃부를 설치한 상기 칸막이 부재와, 상기 컷아웃부를 축방향으로 슬라이딩하는 전환 밸브와, 상기 열 퍼퍼실의 내주측 공간과 상기 전환 밸브 사이의 유로를 폐색하도록 직경 방향으로 배치된 밀봉 부재에 의해 가스류 제어 수단을 구성하면, 전환 밸브와 밀봉 부재의 축방향의 겹침이 없어지기 때문에, 유체 저항을 감소시키는 것이 가능해진다. 이것에 의해, 소호성 가스를 더욱 효율적으로 아크에 분사하는 것이 가능해진다. 또한, 상기 전환 밸브의 절연 노즐측의 면을, 소호성 가스의 원활 안내면이 되는 형상으로 하였기 때문에, 소호성 가스를 효율적으로 칸막이 부재의 외주측 공간으로 유입시키는 것이 가능해진다.

게다가, 중소 전류 차단시에 있어서, 기계 퍼퍼실과 열 퍼퍼실 사이의 압력차에 의해 가동 밸브가 칸막이 부재 방향으로 변위한다. 이 가동밸브는 기계 퍼퍼실측 단부와 밀착함으로써, 열 퍼퍼실의 외주측 공간과 내주측 공간을 분단한다. 이것에 의해, 소호성 가스가 외주측 공간으로 분류되는 것을 막는 것이 가능해진다.

기계 퍼퍼실로부터의 소호성 가스는 그 흐름 기세를 유지한 채 내주측 공간만을 거쳐 아크 공간으로 분사된다. 이것에 의해 중소 전류 차단시에 있어서의 소호 성능을 향상시키는 것이 가능해진다.

또한, 열 퍼퍼실 내에 어블레이션 효과를 가지는 고분자 재료를 설치하도록 하면, 유입되는 고온의 소호성 가스를, 어블레이션 효과를 가지는 고분자 재료에 직접 접촉시킬 수 있다. 이것에 의해, 효율적으로 열 퍼퍼실 내의 압력을 상승시켜, 더한층 높은 차단 성능을 얻는 것이 가능해진다.

도 1은, 본 발명의 일 실시예의 가스 차단기에 있어서의 아크 발생 전의 열 퍼퍼실의 상태를 나타내는 단면도이다.
도 2는, 도 1에 있어서의 아크 발생시의 열 퍼퍼실의 상태를 나타내는 단면도이다.
도 3은, 도 1에 있어서의 소호성 가스 분사시의 열 퍼퍼실의 상태를 나타내는 단면도이다.
도 4(a) 및 도 4(b)는, 본 발명의 가스 차단기에 있어서의 가스류 제어 수단의 일례를 나타내는 단면 확대도이다.
도 5(a), 도 5(b), 도 5(c)는, 본 발명의 가스 차단기에 사용하는 전환 밸브의 다른 예를 나타내는 단면 확대도이다.
도 6은, 본 발명의 다른 실시예인 가스 차단기에 있어서의 소호성 가스 분사시의 열 퍼퍼실의 상태를 나타내는 단면도이다.
도 7은, 본 발명의 다른 실시예인 가스 차단기에 있어서의 아크 발생시의 열 퍼퍼실의 상태를 나타내는 단면도이다.
도 8은, 종래의 가스 차단기의 차단부를 나타내는 단면도이다.

이하, 본 발명의 가스 차단기의 각 실시예에 대하여, 도면을 참조하여 설명한다. 또한, 본 발명은, 하기 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위에서 각 부의 형상 및 구성을 적절히 변경하여 실시하는 것도 가능하다.

[실시예 1]

본 발명의 실시예인 가스 차단기의 차단부는, 도 1에 나타내는 바와 같이 열 퍼퍼실(21)과 용적 가변의 기계 퍼퍼실(32)이, 개구부가 되는 연통부(18)를 형성한 격벽(17)을 거쳐 직렬로 배치되어 있다. 열 퍼퍼실(21) 내에는, 이 내부를 직경 방향으로 분할하여 내주측 공간(61)과 외주측 공간(62)으로 구분하는 원통 형상의 칸막이 부재(41)가 배치되어 있다.

또한, 격벽(17)에 형성한 개구부가 되는 연통부(18)는, 도 1에 나타내는 예에서는 실린더(15) 측에 설치되어 있지만, 기계 퍼퍼실(32) 측으로부터 후술하는 바와 같이 흘러가는 소호성 가스의 유입에 지장이 없는 위치에 설치할 수 있다.

당해 칸막이 부재(41)는, 예를 들면 이하의 구성을 가진다. 열 퍼퍼실(21)과 동축 상에 배치되고, 열 퍼퍼실(21)을 직경 방향으로 이분하는 원통 형상의 부재를 사용하고, 이 원통 형상 부재의 외주를 90도 간격으로 4등분하는 임의의 지점에, 당해 원통 형상 부재의 축방향을 따라 실린더(15)의 내주까지 연장되는 지지 부재(도면 생략)를 설치한다. 상기 지지 부재를 가지는 칸막이 부재(41)를, 실린더(15)의 내주면에 감합(嵌合)시킴으로써 열 퍼퍼실(21) 내에 고정한다.

또한, 당해 지지 부재를 가지는 칸막이 부재(41)는, 차단부의 경량화를 위해 알루미늄제로 하는 것이 바람직하다. 칸막이 부재(41)를 알루미늄제로 함으로써, 열 퍼퍼실(21)로 유입되는 고온 고압의 소호성 가스를 냉각하는 효과도 기대할 수 있다 또한, 칸막이 부재(41)의 양단인 절연 노즐(14)측 단부 및 기계 퍼퍼실(32)측 단부에는, 각각 개구부(53, 54)를 설치하고, 칸막이 부재(41)로 구분한 열 퍼퍼실(21)의 내주측 공간(61)과 외주측 공간(62)을 연통한다.

열 퍼퍼실(21)의 절연 노즐(14)측 단부에는, 전환 밸브(42)와 밀봉 부재(43)를 배치한다. 밀봉 부재(43)는 원반 형상으로서, 중공 로드(16)의 외주측이면서 또한 칸막이 부재(41)의 개구부(53)보다 기계 퍼퍼실(32) 측에 고정된다. 전환 밸브(42)는, 밀봉 부재(43)의 외경보다 작은 직경의 중공부를 가지는 원통 형상으로서, 밀봉 부재(43)에 걸린다. 또, 전환 밸브(42)의 원통 외주면은, 칸막이 부재(41)의 내주면과 느슨하게 감합하고 있다. 이것에 의해, 전환 밸브(42)는 칸막이 부재(41)의 내주면을 안내면으로 하여 축방향으로 슬라이딩 가능하다.

상기한 구조에서는, 도 2에 나타내는 바와 같이 아크 공간(31)에 아크가 생기고, 이 부분의 가스압이 상승하였을 때에는, 아크 공간(31)과 열 퍼퍼실(21)의 압력차에 의해, 전환 밸브(42)가 가압되어 밀봉 부재(43) 방향으로 변위한다. 이것에 의해, 전환 밸브(42)는 칸막이 부재(41)와 밀봉 부재(43) 사이의 유로(51)를 폐쇄하고, 절연 노즐(14)측 단부의 개구부(53)를 개방한다.

이와 같이, 전환 밸브(42) 및 밀봉 부재(43)는, 가동 아크 접촉자(11)와 고정 아크 접촉자(12)가 개극 상태가 되었을 때에, 열 퍼퍼실(21) 내에 유입되는 소호성 가스의 유로를 제어하고, 외주측 공간(62)으로 유도하기 위한 가스류 제어 수단으로서 기능한다.

이 외에, 열 퍼퍼실(21)과 기계 퍼퍼실(32)을 가로막는 격벽(17)이, 중공 로드(16)의 외주에 설치된다. 또, 열 퍼퍼실(21)과 기계 퍼퍼실(32)을 연결하는 연통부(18)와, 당해 연통부(18)를 개폐하는 가동 밸브(23)는, 칸막이 부재(41)의 외주측 공간(62) 측의 기계 퍼퍼실(32) 근처에 배치된다.

가동 밸브(23)는 원반 형상으로서, 중공부를 가진다. 당해 중공부는, 칸막이 부재(41)의 외경 및 격벽(17)의 외경보다 직경이 작다. 가동 벨브(23)는 실린더(15)의 내주면을 안내면으로 하여, 칸막이 부재(41)와 격벽(17) 사이를 축방향으로 슬라이딩 가능하다.

이 가동 밸브(23)는, 도 2에 나타내는 바와 같이 아크가 생겨 아크 공간(31) 내의 가스압이 상승하였을 때에는, 열 퍼퍼실(21)과 기계 퍼퍼실(32)의 압력차에 의해 가압된다. 이것에 의해, 가동 밸브(23)는 기계 퍼퍼실(32) 근처로 변위하여 연통부(18)를 폐색한다.

한편, 도 3에 나타내는 바와 같이, 차단 동작이 진행되어, 기계 퍼퍼실(32) 내의 압력이 상승하였을 때에는, 열 퍼퍼실(21)과 기계 퍼퍼실(32)의 압력차에 의해, 가동 밸브(23)가 가압되어 칸막이 부재(41) 방향으로 변위한다. 본 실시예에 있어서는, 가동 밸브(23)가 칸막이 부재(41)에 접하기 전에, 실린더(15)의 내면에 설치한 스토퍼(63)에 걸린다. 따라서, 가동 밸브(23)는 칸막이 부재(41)와는 접촉하지 않고, 그 사이에 공간을 가지고 개구부(54)를 유지한다.

가동 벨브(23)는, 대전류 차단시에는 열 퍼퍼실과 기계 퍼퍼실 사이의 개구부를 밀봉하는 역지 밸브의 역할을 가지고, 또 소전류 차단시에는 기계 퍼퍼실로부터 열 퍼퍼실로 유입되는 저온의 소호성 가스를 칸막이 부재의 내주측 공간으로 유도하는 전환 밸브의 역할을 가진다.

이하, 대전류 차단시에 있어서의 동작에 대하여 설명한다. 도 1에 나타내는 바와 같이, 전류 차단시에 조작기에 의해 중공 로드(16)가 구동되면, 가동 아크 접촉자(11), 가동자 커버(13), 절연 노즐(14), 실린더(15), 격벽(17)이 지면(紙面) 좌측을 향하여 변위되어, 개극 상태가 된다. 이때, 가동 아크 접촉자(11)와 고정 아크 접촉자(12) 사이에 형성되는 아크 공간(31)에, 아크가 발생한다.

대전류 차단시에는, 전류가 파고치(波高値)까지 커짐에 따라서, 아크 공간(31)에 존재하는 소호성 가스는 압력이 상승함과 함께 고온이 된다. 도 2에 나타내는 바와 같이, 이 소호성 가스는 연통부(22)를 거쳐 열 퍼퍼실(21) 내로 고속으로 유입된다.

그리고, 도 2에 나타내는 바와 같이 열 퍼퍼실(21) 내의 전환 밸브(42)는, 유입되는 소호성 가스의 동압(動壓)을 받아, 칸막이 부재(41)를 따라 지면 좌측 방향으로 동작하고, 밀봉 부재(43)에 가압된다. 이때, 칸막이 부재(41)와 밀봉 부재(43) 사이의 유로(51)가 폐색되고, 이것과 동시에, 절연 노즐(14)측 단부의 개구부(53)는 개방된다. 이것에 의해, 열 퍼퍼실(21) 내에 고속으로 유입한 고온의 소호성 가스는, 칸막이 부재(41)의 내주측 공간(61)으로는 유입되지 않고, 화살표와 같이 유로(53)을 통과하여, 칸막이 부재(41)로 구분한 열 퍼퍼실(21)의 외주측 공간(62)으로 유입된다.

이것에 의해, 열 퍼퍼실(21) 내에 아크의 열에너지가 도입되고, 열 퍼퍼실(21) 내의 소호성 가스가 가열되어, 열 퍼퍼실(21) 내의 압력이 급속하게 상승한다. 이때, 열 퍼퍼실(21)과 기계 퍼퍼실(32) 사이에 압력차가 생기고, 가동 밸브(23)에는 기계 퍼퍼실(32) 방향으로의 가압력이 작용하여, 연통부(18)가 폐쇄된다.

한편으로, 폐극 상태보다 열 퍼퍼실(21) 내에 존재하는 비교적 저온의 소호성 가스는, 열 퍼퍼실(21)의 외주측 공간(62) 내에 유입해 온 고온의 소호성 가스에 의해, 칸막이 부재(41)와 가동 밸브(23) 사이의 공간을 거쳐, 화살표와 같이 열 퍼퍼실(21)의 내주측 공간(61)에 유입된다.

그리고, 도 3에 나타내는 바와 같이, 전류 영점이 근접하면, 아크가 수축하고, 아크 공간(31)의 압력은 저하되어, 전환 밸브(42)의 연통부(22)측 공간의 압력도 저하된다. 그러면, 전환 밸브(42)는, 전환 밸브(42)의 열 퍼퍼실(21) 측과 기계 퍼퍼실(32)에 연결되는 연통부(22) 측의 소호성 가스의 압력차에 의해, 가압되어 연통부(22) 측으로 동작한다. 이것에 의해, 밀봉 부재(43)와 칸막이 부재(41) 사이의 유로(51), 및 밀봉 부재(43)와 전환 밸브(42) 사이의 유로(52)가 형성된다. 이 유로(51, 52)를 거쳐, 기계 퍼퍼실(32) 측에서 압축된 비교적 저온의 소호성 가스가 화살표와 같이 열 퍼퍼실(21)로부터 연통부(22)를 통과하여, 아크로 분사된다.

이상과 같이, 아크에 분사되는 소호성 가스는, 비교적 저온이기 때문에 아크 냉각 효과가 높아져서, 대전류 차단시에 있어서 높은 차단 성능을 얻을 수 있다. 또한, 전환 밸브(42) 하나만으로 소호성 가스의 유로를 확실하게 전환하는 것이 가능하여, 간편한 구조로 동작 안정성이 높은 구조를 실현하는 것이 가능해진다.

칸막이 부재(41)와 밀봉 부재(43) 사이의 유로(51)를 막기 위하여 사용하는 전환판(42)은, 도 5(a) 내지 도 5(c)에 나타내는 바와 같이 소호성 가스를 안내하는 원활 안내면의 형상을 가지는 것이 바람직하다. 도 5(a)에 나타내는 전환 밸브(42)는, 내주면(42a)을 원추 형상의 원활 안내면으로 한 것이다. 도 5(b)에 나타내는 전환 밸브(42)는, 내주면(42a)을 원추 형상의 원활 안내면으로 한 것이다.

이들의 단면 형상은 소호성 가스를 안내하는 기능을 하기 때문에, 소호성 가스를 효율적으로 칸막이 부재(41)의 외주측 공간(62)으로 유도하는 것이 가능하다. 각 변의 치수 또는 원호 형상 부분의 곡률은 적절하게 변경 가능하다.

또, 도 5(c)에 나타내는 전환 밸브의 예는, 도 5(a) 및 도 5(b)에 나타내는 전환 밸브에 있어서, 밀봉 부재(43)에 접하는 면(42b)과 칸막이판(41)에 접하는 면(42c)으로 이루어지는 모서리를 만곡으로 하고, 내주면(42a)을 도 5(b)과 같은 원호 형상의 원활 안내면의 형상으로 한 것이다. 이 형상을 선택함으로써, 전환 밸브(42)의 중심축이 중공 로드(16)의 중심축에 대하여 경사가 생긴 경우에도, 전환 밸브(42)는 원활하게 동작하는 것이 가능하다. 각 변의 치수 또는 만곡부의 곡률은 적절히 변경 가능하다.

또한, 전환 밸브(42)와 밀봉 부재(43)를, 소호성 가스의 흐름을 손상시키지 않는 스프링압이 약한 복귀 스프링(도시 생략)으로 연결하고, 전환 밸브(42)와 밀봉 부재(43)가 밀착하는 구조로 할 수 있다. 이 경우에는, 전류 차단시에 유입되는 소호성 가스가, 내주측 공간(61)으로 유입되는 것을 저감하고, 더욱 확실하게 소호성 가스를 외주측 공간(62)으로 유도하는 것이 가능해진다.

다음으로, 중소 전류 차단시의 동작에 대하여 설명한다. 중소 전류 차단시에 있어서는, 열 퍼퍼실(21)의 압력 상승은 대전류 차단시만큼 크지 않기 때문에, 열 퍼퍼실(21)과 기계 퍼퍼실(32)의 압력은 균형을 이룬다. 그 때문에, 가동 밸브(23)는 도 3에 나타내는 바와 같이 연통부(18)를 폐색하지 않는다. 전류 영점 근방에서는, 차단 동작에 의해 기계 퍼퍼실(32)이 압축되어 압력이 상승하고 있기 때문에, 열 퍼퍼실(21)의 압력은 기계 퍼퍼실(32)의 압력과 비교하여 낮은 상태가 된다.

그 때문에, 도 3에 나타내는 바와 같이 가동 밸브(23)가 칸막이 부재(41) 방향으로 동작하고, 기계 퍼퍼실(32)로부터 화살표와 같이 열 퍼퍼실(21)에 저온의 소호성 가스가 유입된다. 기계 퍼퍼실(32)로부터 열 퍼퍼실(21)로 화살표와 같이 유입된 소호성 가스는, 가동 밸브(23)와 칸막이 부재(41) 사이의 간극이 협소하기 때문에, 칸막이 부재(41)의 외주측 공간(62)에는 거의 흘러가지 않는다.

또한, 전류 영점 근방에서는, 아크 공간(31)의 압력이 저하되고 있기 때문에, 전환 밸브(42)의 열 퍼퍼실(21) 측과 연통부(22) 측의 압력차에 의해, 전환 밸브(42)는 가압되어 연통부(22) 측으로 동작한다. 이것에 의해, 기계 퍼퍼실(32) 내의 저온의 소호성 가스를, 통로가 되는 칸막이 부재(41)의 내주측 공간(61) 및 연통부(22)를 통해 아크에 분사하는 것이 가능해진다.

또한, 가동 밸브(23)와 칸막이 부재(41) 사이에 공간을 가짐으로써, 외주측 공간(62)에 체류하고 있는 소호성 가스를 내주측 공간(61)에 도입하기 때문에, 긴 시간에 걸쳐 소호성 가스를 아크에 분사하는 것이 가능해진다.

또한, 격벽(17), 가동 밸브(23), 차단 밸브(42) 및 밀봉 부재(43)는, 이것들의 모서리에 곡률을 갖게 하는 등, 유체 저항을 저감하는 형상으로 함으로써, 소호성 가스류를 아크에 대하여 더욱 효율적으로 분사하는 것이 가능해진다.

본 발명의 가스 차단기에 사용하는 가스류 제어 수단의 다른 예를, 도 4(a) 및 도 4(b)에 나타내고 있다. 이 예에서는, 절연 노즐(14)에 가까운 칸막이 부재(41)의 연통부(22)측 단부의 내주측에, 컷아웃을 만들고 있고, 이 컷아웃 부분의 범위에서 슬라이딩할 수 있도록 전환 밸브(42)를 배치하고 있다. 또, 밀봉 부재(43)는, 도 4(a)에 나타내는 바와 같이 상기 전환 밸브(42)와 열 퍼퍼실(21) 내를 구획하는 칸막이 부재(41)의 중심축 방향의 내벽과의 사이의 유로를 폐색하도록 배치한다. 이것에 의해, 전환 밸브(42)가 상기 컷아웃부의 기계 퍼퍼실(32)측 단부에 걸릴 때에, 전환 밸브(42)에 설치된 대략 원형 형상의 중공의 내경측의 면과 대략 원형 형상의 밀봉 부재(43)의 외경측의 면이 서로 대향하도록 구성하여, 폐쇄 상태가 된다.

도 4(a)는, 소호성 가스가 열 퍼퍼실(21) 내로 유입되었을 때의 가스류 제어 수단 주변을 확대하여 나타내고 있다. 이때, 전환 밸브(42)가 연통부(22)와는 반대측으로 동작하고, 밀봉 부재(43)의 외경측의 면과 전환 밸브(42)의 중공의 내경측의 면이 서로 대향한다. 이것에 의해, 소호성 가스 유입시에는, 전환 밸브(42)와 밀봉 부재(43) 사이의 유로를 폐색하고, 개구부(53)를 개방한다.

이것에 대하여, 도 4(b)는 소호성 가스 분사시의 가스류 제어 수단 주변을 확대하여 나타내고 있다. 이와 같이 전환 밸브(42)가 연통부(22) 측으로 변위하면, 칸막이 부재(41), 전환 밸브(42), 밀봉 부재(43) 사이에 유로(51)를 형성하고, 개방 상태가 된다.

상기한 도 4(a), 도 4(b)에 나타낸 가스류 제어 수단을 이용하면, 도 1 내지 도 3에 나타내는 전환 밸브와 비교하면, 전환 밸브(42)와 밀봉 부재(43)의 축방향의 겹침이 없어지기 때문에, 유체 저항을 감소시켜, 소호성 가스를 더욱 효율적으로 아크에 분사하는 것이 가능해진다.

또, 가스류 제어 수단의 전환 밸브(42)로서는, 상기한 도 5(a) 및 도 5(b)에 나타낸 형상을 가지는 전환 밸브를 사용하는 것이 바람직하다. 이것들을 사용함으로써, 소호성 가스를 효율적으로 칸막이 부재(41)의 외주측 공간(62)으로 유도하는 것이 가능하다.

[실시예 2]

본 발명의 가스 차단기의 차단부의 다른 실시예를 도 6에 나타내고 있다. 이 실시예에서는, 상기한 실시예 1에 있어서, 가동 밸브(23)가 개방 상태에 있을 때, 가동 밸브(23)와 기계 퍼퍼실(21) 측의 칸막이 부재(41)의 단면이 밀착함으로써, 열 퍼퍼실(21)의 외주측 공간(62)을 내주측 공간(61)으로부터 분단하는 것이다.

중소 전류 차단시에 있어서는, 열 퍼퍼실(21)의 압력의 상승은 대전류 차단시만큼 크지 않기 때문에, 기계 퍼퍼실(32)과 열 퍼퍼실(21)의 압력은 균형을 이룬다. 그 때문에 가동 밸브(23)는 연통부(18)를 폐색하지 않는다.

전류 영점 근방에서는, 차단 동작에 의해 기계 퍼퍼실(32)이 압축된다. 이것에 의해, 기계 퍼퍼실(32)의 압력이 상승하고, 열 퍼퍼실(21) 내의 압력이 기계 퍼퍼실(32) 내의 압력과 비교하여 낮아진다. 그 때문에, 가동 밸브(23)가 가압되어 칸막이 밸브(41) 방향으로 이동하고, 기계 퍼퍼실(32)로부터 격벽(17)에 형성된 연통부(18)로부터, 저온의 소호성 가스가 열 퍼퍼실(21)로 유입된다.

이때, 가동 밸브(23)와 기계 퍼퍼실(21) 측의 칸막이 부재(41)의 단면은 밀착되기 때문에, 칸막이 부재(41)의 외주측 공간(62)과 내주측 공간(61)의 유로는 폐색된다. 이것에 의해, 기계 퍼퍼실(32)로부터 유입된 소호성 가스는, 칸막이 부재(41)로 구분된 열 퍼퍼실(21)의 외주측 공간(62)으로는 흐르지 않고, 내주측 공간(61)으로 유입된다.

또, 칸막이 부재(41)로 구분된 열 퍼퍼실(21)의 외주측 공간(62)과 내주측 공간(61)의 가스 유로가 폐색됨으로써, 외주측 공간(62)에 체류하고 있는 가스가 내주측 공간(61)으로 유입되는 것을 막을 수 있다. 열 퍼퍼실(21)의 외주측 공간(62) 내의 소호성 가스는, 기계 퍼퍼실(32)로부터 유입되는 소호성 가스와 비교하면 고온이다. 이 때문에, 외주측 공간(62) 내의 소호성 가스의 혼입을 막음으로써, 기계 퍼퍼실(32)로부터 유입되는 소호성 가스를 저온인 채로 아크에 분사하는 것이 가능해진다. 따라서, 본 실시예에 의하면, 중소 전류 차단시에 있어서도, 높은 차단 성능을 얻는 것이 가능해진다.

[실시예 3]

본 발명의 가스 차단기의 차단부에 있어서의 다른 실시예를, 도 7에 나타내고 있다. 이 실시예는, 상기한 실시예 1에 있어서, 칸막이 부재(41)로 구분한 열 퍼퍼실(21) 내의 외주측 공간(62)에, 어블레이션 효과를 가지는 4불화에틸렌수지 등의 고분자 재료(71)를 배치한 것이다.

이렇게 하면, 아크 공간(31)으로부터 열 퍼퍼실(21) 내로 유입되는 고온의 소호성 가스를, 고분자 재료에 직접 접촉시킬 수 있어, 효율적으로 압력을 상승시켜, 더욱 높은 차단 성능을 얻는 것이 가능하다.

본 발명의 가스 차단기는, 상기한 구성에 한정되지 않고, 그 외의 구성에도 적용할 수 있다.

Claims (6)

1. 소호성 가스를 충전한 용기 내에, 이합 가능한 한 쌍의 주접촉자와, 고정 아크 접촉자와, 상기 고정 아크 접촉자와 이합 가능한 가동 아크 접촉자와, 상기 고정 아크 접촉자와 상기 가동 아크 접촉자를 포위하는 절연 노즐과, 상기 고정 아크 접촉자와 상기 가동 아크 접촉자가 개리되었을 때에, 절연 노즐 내의 상기 양쪽 아크 접촉자 사이에 형성되는 아크 공간과, 상기 아크 공간에 있어서 아크 열에 의해 압력이 상승한 소호성 가스를 도입하는 열 퍼퍼실과, 상기 열 퍼퍼실에 직렬로 설치되고, 기계적 압축에 의해 압력을 상승시키는 기계 퍼퍼실을 가지고, 상기 열 퍼퍼실과 상기 기계 퍼퍼실 사이에 연통부를 형성한 격벽을 설치하고, 상기 열 퍼퍼실에 내부를 직경 방향으로 분할하여 외주측 공간과 내주측 공간으로 구분하는 칸막이 부재를 설치하고, 상기 칸막이 부재는 그 절연 노즐측 단부 및 기계 퍼퍼실측 단부에 각각 개구부를 설치한 가스 차단기에 있어서, 상기 절연 노즐측 단부의 개구부에, 상기 아크 공간의 압력이 상승하였을 때에는, 상기 열 퍼퍼실의 내주측 공간을 폐쇄하고 또한 상기 절연 노즐측 단부를 개방함과 함께, 상기 아크 공간의 압력이 저하하였을 때에는, 상기 열 퍼퍼실의 내주측 공간을 개방하고 또한 상기 절연 노즐측 단부를 폐쇄하기 위한 가스류 제어 수단을 설치하고, 상기 격벽의 연통부에, 상기 아크 공간의 압력이 상승하였을 때에는 폐쇄하여 상기 열 퍼퍼실의 외주측 공간과 내주측 공간을 연통하고, 또한 상기 기계 퍼퍼실의 압력이 상승하였을 때에는 개방하여 상기 열 퍼퍼실의 내주측 공간으로의 유로를 형성하는 가동 밸브를 배치하여 구성한 것을 특징으로 하는 가스 차단기.
2. 제1항에 있어서,
   상기 가스류 제어 수단은, 상기 절연 노즐측 단부의 개구부를 폐쇄하는 면과 상기 열 퍼퍼실의 내주측 공간을 폐쇄하는 면을 가지고, 상기 칸막이 부재의 내주면을 따라 슬라이딩하는 전환 밸브로 구성하는 것을 특징으로 하는 가스 차단기.
3. 제2항에 있어서,
   상기 전환 밸브는, 절연 노즐측 단부의 면을 소호성 가스의 원활 안내면에 형성한 것을 특징으로 하는 가스 차단기.
4. 제1항에 있어서,
   상기 가스류 제어 수단은, 상기 절연 노즐측 단부의 내주측에 컷아웃부를 설치한 상기 칸막이 부재와, 상기 컷아웃부를 축방향으로 슬라이딩하는 전환 밸브와, 상기 열 퍼퍼실의 내주측 공간과 상기 전환 밸브 사이의 유로를 폐색하도록 직경 방향으로 배치된 밀봉 부재로 구성되고, 상기 전환 밸브가 상기 컷아웃부의 기계 퍼퍼실측 단부에 걸릴 때에, 상기 전환 밸브의 중공의 내경측의 면과 당해 밀봉 부재의 외경측의 면이 서로 대향하는 것을 특징으로 하는 가스 차단기.
5. 제4항에 있어서,
   상기 전환 밸브는, 절연 노즐측 단부의 면을 소호성 가스의 원활 안내면에 형성한 것을 특징으로 하는 가스 차단기.
6. 소호성 가스를 충전한 용기 내에, 이합 가능한 한 쌍의 주접촉자와, 고정 아크 접촉자와, 상기 고정 아크 접촉자와 이합 가능한 가동 아크 접촉자와, 상기 고정 아크 접촉자와 상기 가동 아크 접촉자를 포위하는 절연 노즐과, 상기 고정 아크 접촉자와 상기 가동 아크 접촉자가 개리하였을 때에, 절연 노즐 내의 상기 양쪽 아크 접촉자 사이에 형성되는 아크 공간과, 상기 아크 공간에 있어서 아크 열에 의해 압력이 상승한 소호성 가스를 도입하는 열 퍼퍼실과, 상기 열 퍼퍼실에 직렬로 설치되고, 기계적 압축에 의해 압력을 상승시키는 기계 퍼퍼실을 가지고, 상기 열 퍼퍼실과 상기 기계 퍼퍼실 사이에 연통부를 형성한 격벽을 설치하고, 상기 열 퍼퍼실에 내부를 직경 방향으로 분할하여 외주측 공간과 내주측 공간으로 구분하는 칸막이 부재를 설치하고, 상기 칸막이 부재는 그 절연 노즐측 단부 및 기계 퍼퍼실측 단부에 각각 개구부를 설치한 가스 차단기에 있어서, 상기 절연 노즐측 단부의 개구부에, 상기 아크 공간의 압력이 상승하였을 때에는, 상기 열 퍼퍼실의 내주측 공간을 폐쇄하고 또한 상기 절연 노즐측 단부를 개방함과 함께, 상기 아크 공간의 압력이 저하하였을 때에는, 상기 열 퍼퍼실의 내주측 공간을 개방하고 또한 상기 절연 노즐측 단부를 폐쇄하기 위한 가스류 제어 수단을 설치하고, 상기 격벽의 연통부에, 상기 아크 공간의 압력이 상승하였을 때에는 폐쇄하여 상기 열 퍼퍼실의 외주측 공간과 내주측 공간을 연통하고, 또한 상기 기계 퍼퍼실의 압력이 상승하였을 때에는 개방하여 상기 열 퍼퍼실의 내주측 공간으로의 유로를 형성하는 가동 밸브를 배치하고, 상기 열 퍼퍼실의 외주측 공간에, 어블레이션 효과를 가지는 고분자 재료를 설치하여 구성한 것을 특징으로 하는 가스 차단기.

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