KR20120047373A - 가스절연 개폐장치의 변류기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 가스절연 개폐장치의 변류기에 관한 것이다. 본 발명의 변류기는, 내부에 절연가스가 장입되어 있는 접지 탱크(220); 상기 접지 탱크(220)를 통과하는 복수의 도체; 상기 도체의 외측에 절연 간극을 유지하여 배치되는 철심 파이프(150); 및 상기 철심 파이프(30)의 외측에 코일을 권선한 코어(40)를 포함하고, 상기 복수의 도체는 각각, 단부가 상기 철심 파이프(150)의 양측에 각각 인접한 지점까지 연장되며 서로 중심이 일치하는 인입측 도체(110) 및 인출측 도체(120)와, 상기 인입측 도체(110) 및 인출측 도체(120)의 외경보다 작은 외경을 가지고 상기 철심 파이프(150)의 내측을 지나는 직선형의 소직경부(131) 및 상기 소직경부(131)의 양단에 형성되는 대직경부(132)로 이루어지고, 양단의 대직경부(132)가 각각 상기 인입측 도체(110) 및 인출측 도체(120)와 용접 접합되는 중실의 도체봉(130)으로 이루어진다. 이러한 본 발명은 도체를 중실의 봉 형태로 만들고 변류 기능을 하는 부분의 지름을 소직경부로 하여 줄임으로써, 3상의 도체 사이의 간격이 줄어드는 한편 변류기의 전체 외경도 줄어들게 되어 직선형이면서 사이즈가 작은 변류기를 구현할 수 있게 되며, 도체봉을 기계가공에 의해 쉽게 제작할 수 있으며 부품 수가 줄어들고 용접 개소도 줄어들게 되어 제조가 쉽고 원가를 낮출 수 있다.

Description

가스절연 개폐장치의 변류기{CURRENT TRANSFORMER OF GAS INSULATED SWITCHGEAR}
본 발명은 가스절연 개폐장치의 변류기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 변류기의 도체 구조를 개선하여 제조가 쉽고 용접 개소가 줄어들며 사이즈를 감소시킬 수 있도록 한 가스절연 개폐장치의 변류기에 관한 것이다.
가스절연 개폐장치(GIS; Gas Insulated Switchgear)는, 옥내외 발전소나 변전소에 사용되는 전력 개폐장치로서, 사용조건 하에서 정상 상태의 개폐뿐만 아니라 전력사고, 단락 등의 이상상태에 있어서도 선로를 안전하게 개폐하여 전력계통을 적절히 보호하는 장치이다.
이러한 가스절연 개폐장치는, 도 1에 도시된 바와 같이, 모선(Main Bus)(1), 단로기(DS; Disconnecting Switch)(2, 8), 보수용 접지개폐기(Earthing Switch)(3, 7), 변류기(CT; Current Transformer)(4, 6), 선로용 접지개폐기(LES; Line Earthing Switch)(9), 부싱(Gas to Air Bushing)(10) 및 조작함(11)으로 이루어진다.
이러한 가스절연 개폐장치에서 변류기(4, 6)는 고압 또는 저압 회로에서 대전류(1차 전류)를 그에 비례하는 소전류(2차 전류)로 변성해 주어 계측기와 같은 보호 계전기를 정확하고 안정하게 동작시킬 수 있도록 해 준다.
도 2 및 도 3에는 종래의 변류기의 구조가 도시되어 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 변류기는 3상에 대응하는 3가닥의 도체(20)의 외측에 각각 소정의 절연 간극을 유지하여 철심 파이프(30)를 동심원상으로 배치하고, 철심 파이프(30)의 외측에 코일을 권선한 코어(40)를 배치한 형태로 이루어진다. 도체(20)는 중공(中空)의 파이프 형태로 이루어진다.
상기 도체(20), 철심 파이프(30) 및 코어(40)는 장착판(51, 52)에 의해 고정되는 상태로 접지 탱크(61, 62) 내에 설치되고, 접지 탱크(61, 62) 내부에는 절연 가스(예; SF6 가스)가 장입되어 있다.
여기서, 도체(20)는 그 자체가 고전압 주회로의 1차 권선이 되고, 코어(40)는 2차 권선이 된다. 또한, 2차 권선인 코어(40)가 감긴 철심 파이프(30)의 내부에는 절연 가스가 들어가서 도체(20)와 절연된다.
이러한 종래의 변류기에 있어서 특이한 것은, 도 2에서 보이는 바와 같이, 도체(20)가 구부러져 있다는 것이다. 즉, 철심 파이프(30)와 코어(40)가 위치하는 부분은 도체(20) 사이의 거리가 멀고 3개의 도체가 이루는 외곽 사이즈가 크며, 그 이외의 부분은 도체(20) 사이의 거리가 가깝고 3개의 도체가 이루는 외곽 사이즈가 작다. 이는 도체(20)와 철심 파이프(30) 사이에 절연 간극을 유지하여야 하기 때문이다.
요컨대, 도체(20)와 철심 파이프(30) 사이는 최소한의 절연 간극은 유지하여야하기 때문에, 그만큼 도체(20)와 도체(20) 사이가 멀어져서 전체 사이즈가 커지게 된다. 만일, 나머지 부분에서도 도체(20)와 철심 파이프(30)가 위치하는 부분과 동일하게 도체(20) 사이의 거리를 확보하게 되면 접지 탱크(62)도 전체적으로 큰 사이즈(지름)로 형성하여야 한다.
이렇게 되면, 도 2에 도시된 것처럼, 접지 탱크(62)의 소직경부도 대직경부와 동일한 사이즈로 형성하여야 하기 때문에, 변류기의 전체 사이즈가 커지고, 개폐장치 전체의 사이즈까지 커지며, 충전하여야 하는 절연가스 양도 증가할 수밖에 없다. 따라서, 이러한 사이즈 확대의 문제를 해결하기 위해, 도체(20)와 철심 파이프(30)가 위치하는 부분의 사이즈(지름)는 크게 형성하고 나머지의 부분은 도체(20) 사이의 간격을 줄이고 접지 탱크(62)의 사이즈를 줄이고자 하였다.
이러한 원인에 기인하여, 도 2에 도시된 것처럼, 종래의 도체(20)는, 상류측 도체(21)와 하류측 도체(25) 이외에 1차 권선용 도체(23)를 별도로 제조하고, 상류측 도체(21) 및 하류측 도체(25)와 1차 권선용 도체(23) 사이에 개재되는 절곡형 도체(22, 24)도 별도로 제조하여, 이것들을 모두 용접으로 접합하였기 때문에, 용접 개소가 지나치게 많아지고 제조가 복잡해지며 원가가 상승하는 문제가 발생하였다.
이에 더하여, 절곡형 도체(22, 24)는, 굴곡을 주기 위해 별도의 주조(casting)을 통해 제조하여야만 하기 때문에, 금형 비용이 추가로 들어가서 원가를 더욱 상승시키는 원인이 되었다.
또한, 접지 탱크(62)의 사이즈가 큰 부분과 작은 부분 및 연결 부위를 각각 별도로 제조하고 일일이 용접으로 연결하여야 하였기 때문에, 제조 원가가 상승하였다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제를 해결하기 위해 개발한 것으로서, 본 발명의 목적은 변류기의 도체 구조를 개선하여 제조가 쉽고 용접 개소가 줄어들며 사이즈를 감소시킬 수 있도록 한 가스절연 개폐장치의 변류기를 제공하는 것이다.
상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 가스절연 개폐장치의 변류기는, 내부에 절연가스가 장입되어 있는 접지 탱크; 상기 접지 탱크를 통과하는 복수의 도체; 상기 도체의 외측에 절연 간극을 유지하여 배치되는 철심 파이프; 및 상기 철심 파이프의 외측에 코일을 권선한 코어를 포함하고, 상기 복수의 도체는 각각, 단부가 상기 철심 파이프의 양측에 각각 인접한 지점까지 연장되며 서로 중심이 일치하는 인입측 도체 및 인출측 도체와, 상기 인입측 도체 및 인출측 도체의 외경보다 작은 외경을 가지고 상기 철심 파이프의 내측을 지나는 직선형의 소직경부 및 상기 소직경부의 양단에 형성되는 대직경부로 이루어지고, 양단의 대직경부가 각각 상기 인입측 도체 및 인출측 도체와 용접 접합되는 중실의 도체봉으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 인입측 도체, 인출측 도체 및 도체봉은 중심이 직선으로 일치하도록 구성하는 것이 바람직하다.
상기 도체봉은, 양측의 대직경부의 중심이 서로 일치하고, 직선형의 소직경부는 양측의 대직경부의 외경을 벗어나지 않는 한도 내에서 대직경부와 편심되도록 구성할 수 있다.
상기 접지 탱크는 지름의 변화 없이 직선형으로 이루어진다.
본 발명에 의하면, 도체를 중실의 봉 형태로 만들고 변류 기능을 하는 부분을 지름을 줄인 소직경부로 구성함으로써, 3상의 도체 사이의 간격이 줄어드는 한편 변류기의 전체 외경도 줄어들게 되어 직선형이면서 사이즈가 작은 변류기를 구현할 수 있게 된다.
또한, 도체봉이 중실의 직선형 봉재로 이루어져서 기계가공에 의해 쉽게 제작할 수 있으므로, 종래처럼 제작과 용접이 어려운 절곡형 및 파이프형 도체와 같은 중간 연결 요소가 배제되므로, 부품 수가 줄어들고 용접 개소도 줄어들게 되어 제조가 용이하고 원가를 낮출 수 있게 된다.
또한, 변류기 부분의 사이즈 감소에 따라 접지 탱크의 사이즈도 줄어들게 되어, 변류기 부분의 지름을 크게 할 필요가 없이 작은 지름으로 이루어지는 접지 탱크의 구현이 가능해져서 가스절연 개폐장치의 전체 사이즈를 콤팩트하게 구현할 수가 있게 되며, 접지 탱크의 지름 변화가 없어 용접이 배제되기 때문에 제조가 쉬워지고 원가도 한층 더 절감된다.
도 1은 종래의 가스절연 개폐장치를 나타낸 단면도이다.
도 2는 종래의 변류기의 구조를 나타내는 단면도이다.
도 3은 도 2의 A-A 선에 따른 단면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 변류기의 단면도이다.
이하, 첨부도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예를 더 상세하게 설명한다.
도 4에는 본 발명에 따른 변류기의 단면도가 도시되어 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 변류기는, 내부에 절연가스가 장입되어 있는 접지 탱크(220), 상기 접지 탱크(220)를 통과하는 도체(110, 120, 130), 상기 도체(110, 120, 130)의 외측에 절연 간극을 유지하여 배치되는 철심 파이프(150), 그리고 상기 철심 파이프(150)의 외측에 코일을 권선한 코어(160)를 포함한다. 철심 파이프(150)와 코어(160)는 장착판(170, 180)에 의해 접지 탱크(210, 220) 내부에 고정된다.
특히, 각각의 도체는, 단부가 상기 철심 파이프(150)의 양측에 각각 인접한 지점까지 연장되며 서로 중심이 일치하는 인입측 도체(110) 및 인출측 도체(120)와, 철심 파이프(150)의 내측을 지나는 직선형의 소직경부(131) 및 소직경부(131)의 양단에 형성되는 대직경부(132)로 이루어지는 도체봉(130)으로 이루어진다.
상기 도체봉(130)은 내부가 꽉 찬(미세한 구멍은 허용한다) 중실(中實)의 봉(棒) 형태로 이루어지며, 그 양단의 대직경부(132)가 각각 양측의 인입측 도체(110) 및 인출측 도체(120)와 용접 접합 된다.
이러한 도체봉(130)의 소직경부(131)의 외경은 인입측 도체(110) 및 인출측 도체(120)의 외경보다 작은 지름으로 구성된다. 소직경부(131)는 철심 파이프(150)의 내측에 배치되어 변류기의 제1철심을 이루는 것이므로, 본 발명과 같이 변류 기능을 하는 부분만 소직경부(131)로 하여 외경을 부분적으로 감소시키면 3상의 도체 사이의 간격을 줄일 수 있고, 그만큼 철심 파이프(150)의 지름도 줄일 수 있게 되어, 도 4에 도시된 바와 같이 직선형이면서 사이즈가 작은 변류기를 구현할 수 있다.
또한, 도체봉(130)을 중실의 직선형 봉재(棒材)로 구성하면, 도체의 중간이 절곡되는 부분이 없어지기 때문에 종래처럼 절곡형 및 파이프형 도체(22, 24)(도 2 참조)와 같은 중간 연결 요소를 별도로 만들어 용접할 필요가 없게 되므로, 부품 수가 줄어들고 용접 개소도 줄어들게 되어 제조가 용이하고 원가를 낮출 수 있게 된다.
또한, 도체봉(130)을 중실의 직선형 봉재로 구성하면, 도체봉(130)의 소직경부(131)와 대직경부(132)를 기계가공에 의해 쉽게 제작할 수 있으므로, 제작이 쉽고 비용이 적게 들며, 종래에 절곡형 및 파이프형 도체를 주조로 제작하던 것에 비해 정밀도도 형상시킬 수가 있게 된다. 도체봉(130)은, 가공 여유 지름을 가지는 직선형의 단조 또는 주조 봉재로 된 소재를 가져다가 소직경부(131)와 대직경부(132)를 선삭(旋削) 가공하는 방법에 의해 매우 쉽고 정밀하게 제작할 수 있다. 도체봉의 소재는 중실의 봉으로 이루어지고 직선형으로 이루어지기 때문에 종래에 파이프 모양을 이루면서 다시 절곡되는 도체에 비해 한층 쉽게 제작할 수 있다.
또한, 변류기를 이루는 도체봉(130)의 소직경부(131)가 대직경부(132) 및 인입측, 인출측 도체(110, 120)보다 외경이 작게 이루어짐으로써, 그만큼 철심 파이프(150)의 지름도 줄일 수 있게 된다. 즉, 도체봉(130)의 외경을 줄임에 따라 멀어진 절연간극만큼 철심 파이프(150)의 지름을 줄일 수 있게 되고, 코어(160)의 지름도 줄일 수 있게 된다. 따라서 3상의 도체 사이의 간격이 줄어드는 한편 변류기의 전체 외경도 줄어들게 되며, 그에 따라 도 4에 도시된 것처럼 직선형이면서 사이즈가 작은 변류기를 구현할 수 있게 된다.
또한, 상기와 같이 변류기의 사이즈가 줄어듦에 따라 접지 탱크(210)의 사이즈도 줄어들게 되어, 도 2에 도시된 것처럼 변류기 부분의 지름을 크게 할 필요 없이, 작은 지름으로 이루어지는 접지 탱크(220)의 구현이 가능해져서 가스절연 개폐장치의 전체 사이즈도 콤팩트하게 구현할 수가 있게 된다. 또한, 접지 탱크(220)는 지름의 변화 없이 작은 사이즈로 구현할 수 있기 때문에, 용접이 배제되고 제조가 쉬워지며 원가도 한층 더 절감된다.
또한, 도 4에 도시된 것처럼, 도체봉(130)의 중심(중심선)은 인입측 도체(110) 및 인출측 도체(120)의 중심(중심선)이 직선으로 일치하도록 한 구성이 가장 일반적이라고 할 수 있다.
그러나 필요에 따라 도체봉(130)의 소직경부(131)의 중심은 인입측 도체(110) 및 인출측 도체(120)의 중심과 반드시 직선으로 일치시키지 않아도 좋다. 예를 들어, 양측의 대직경부(132)의 중심은 인입측 도체(110) 및 인출측 도체(120)의 중심과 반드시 직선으로 일치되도록 하고, 직선형의 소직경부(131)는 양측의 대직경부(132)의 외경을 벗어나지 않는 한도 내에서 대직경부(132)와 편심되도록 구성할 수 있다. 이 경우 3가닥의 소직경부(131)들은 서로 가장 가까운 상태로 배치하는 것이 바람직하다. 이렇게 하면, 철심 파이프(150) 및 코어(160)의 사이즈는 앞에서 설명한 '직선형으로 일치하는 형태'와 변함없이 작은 사이즈로 구성할 수 있다.
이상에서는, 첨부 도면에 도시된 본 발명의 구체적인 실시예가 상세하게 설명 되었으나, 이는 바람직한 하나의 예시에 불과한 것이며, 본 발명의 보호 범위가 상술한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 또한, 이상과 같은 본 발명의 실시예는 본 발명의 기술적 사상 내에서 당해 분야에 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형 및 균등한 다른 실시가 가능한 것이며, 이러한 변형 및 균등한 다른 실시예는 본 발명의 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.
110 : 인입측 도체
120 : 인출측 도체
130 : 도체봉
131 : 소직경부
132 : 대직경부
150 : 철심 파이프
160 : 코어
170, 180 : 장착판
210, 220 : 접지 탱크

Claims (4)

  1. 내부에 절연가스가 장입되어 있는 접지 탱크(220);
    상기 접지 탱크(220)를 통과하는 복수의 도체;
    상기 도체의 외측에 절연 간극을 유지하여 배치되는 철심 파이프(150); 및
    상기 철심 파이프(150)의 외측에 코일을 권선한 코어(160)를 포함하고,
    상기 복수의 도체는 각각, 단부가 상기 철심 파이프(150)의 양측에 각각 인접한 지점까지 연장되며 서로 중심이 일치하는 인입측 도체(110) 및 인출측 도체(120)와, 상기 인입측 도체(110) 및 인출측 도체(120)의 외경보다 작은 외경을 가지고 상기 철심 파이프(150)의 내측을 지나는 직선형의 소직경부(131) 및 상기 소직경부(131)의 양단에 형성되는 대직경부(132)로 이루어지고, 양단의 대직경부(132)가 각각 상기 인입측 도체(110) 및 인출측 도체(120)와 용접 접합되는 중실의 도체봉(130)으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 가스절연 개폐장치의 변류기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 인입측 도체(110), 인출측 도체(120) 및 도체봉(130)은 중심이 직선으로 일치하는 것을 특징으로 하는 가스절연 개폐장치의 변류기.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 도체봉(130)은, 양측의 대직경부(132)의 중심이 서로 일치하고, 직선형의 소직경부(131)는 양측의 대직경부(132)의 외경을 벗어나지 않는 한도 내에서 대직경부(132)와 편심되는 것을 특징으로 하는 가스절연 개폐장치의 변류기.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 접지 탱크(210)는 지름의 변화 없이 직선형으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 가스절연 개폐장치의 변류기.
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