KR20120090698A - 진공회로차단기의 진공인터럽터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 진공회로차단기의 진공인터럽터에 관한 것이다. 본 발명은 고정전극과 가동전극 사이를 감싸도록 강자성체로 된 흡인부재를 설치함으로써 상기 고정전극과 가동전극 사이에서 반경방향으로 발생되는 횡자계가 상기 흡인부재에 끌려 당겨지게 되고, 이를 통해 상기 고정전극과 가동전극 사이에서 전체 수평방향으로의 횡자계의 성분을 강화시켜 궁극적으로는 양쪽 전극 사이에서의 횡자계가 더욱 증대되면서 아크구동력이 강화될 수 있다.

Description

진공회로차단기의 진공인터럽터{VACUUM INTERRUPTER FOR VACUUM CIRCUIT BREAKER}

본 발명은 진공회로차단기(vaccum circuit breaker)에서 아크소호를 담당하는 진공 인터럽터(vaccum interrupter)에 관한 것으로, 특히 아크 구동력에 영향을 미치는 횡자계를 증대시키기 위한 진공회로차단기의 진공인터럽터에 관한 것이다.

일반적으로 진공회로차단기의 진공인터럽터는 전력계통에서 부하전류 또는 사고전류를 차단하기 위한 진공회로차단기 및 진공개폐기, 진공컨텍터 등에 적용되는 핵심 소호장치이다. 전력 수송 제어 및 전력계통의 보호역할을 담당하고 있는 진공회로차단기는 차단용량이 크고 신뢰성과 안전성이 높으며, 작은 설치공간에도 거치할 수 있는 등의 많은 장점이 있어 중간전압에서 고전압까지 그 적용범위가 확대되어 가는 추세이다. 또, 산업설비의 대형화에 따라 차단기의 차단용량도 이에 비례하여 대용량화되어 가고 있는 추세이다.

상기 진공회로차단기의 진공인터럽터는 사고전류차단시 그 내부의 고유의 전극구조를 통해 흐르는 전류에 의해 발생되는 자계를 이용하여 작동을 한다. 이 자계를 발생시키는 방식에 따라 진공인터럽터는 크게 축자계 방식(axial magnetic field:AMF)과 횡자계 방식(radial magnetic field:RMF)으로 구분할 수 있다.

상기 횡자계 방식은 아크발생과 동시에 핀치효과(pinch effect)에 의해 수축되는 아크가 아크 구동력에 의해 움직이도록 함으로써 고온의 아크가 접점 사이에서 정체될 때 발생될 수 있는 접점손상을 방지하는 방식이다.

상기 진공인터럽터는 아크구동력이 크면 클수록 아크를 제어하는 측면에서 유리하다. 이러한 아크구동력은 그 성분상 아크를 통해 흐르는 전류의 전류밀도(J)와 접점형상을 흐르는 전류에 의해 발생하는 자계의 자속밀도(B)간의 상호작용(F = J X B(전류밀도와 자속밀도라는 두 벡터가 이루는 평면에 수직인 방향으로 아크구동력 작용))으로 발생한다. 따라서 전류밀도를 증가시키거나 자속밀도를 증가시키면 아크구동력을 증대시킬 수 있다.

도 1은 종래 진공인터럽터를 보인 종단면도이다.

도 1을 참조하면, 종래의 진공인터럽터는 절연용기(1)가 고정측 실캡(2)과 가동측 실캡(3)에 의하여 밀봉되고, 상기 절연용기(1)의 내부에는 고정전극(4)과 가동전극(5)이 접촉 가능하도록 대향되어 상기 절연용기(1)에 고정된 내부실드(6)의 내부에 수용되며, 상기 고정전극(4)의 고정축(4a)은 상기 고정측 실캡(2)에 고정 결합되어 외부와 연결되며, 상기 가동전극(5)의 가동축(5a)은 상기 가동측 실캡(3)에 미끄러지게 결합되어 외부와 연결되어 있다.

그리고 상기 가동전극(5)의 가동축(5a)에는 주름관 실드(7)가 고정 결합되고, 상기 주름관 실드(7)와 가동 플랜지(3)의 사이에는 주름관(8)이 구비되어 상기 가동전극(5)과 가동축(5a)이 상기 절연용기(1)의 내부에서 밀봉된 상태로 이동 가능하게 설치되어 있다.

상기 내부 쉴드(6)는 양쪽 전극(4)(5)이 완전 개극되었을 때 대칭이 되는 곳에 위치하며, 차단 동작 시에 아크가 발생할 때 비산되는 금속증기가 흡착되어 상기 절연용기(1)의 내부 표면에 금속 증기가 부착되어 절연 내력이 감소하는 것을 방지하고 있다.

상기와 같은 종래 진공인터럽터는, 아크발생시 고정전극(4)과 가동전극(5)과 이 두 전극(4)(5)을 전기적으로 연결해주는 아크를 통해 흐르는 전류에 의해 횡방향(전극 축방향으로부터 방사상으로 뻗어나가는 방향)으로 향하는 자계를 발생시키게 된다. 이 자계는 상기 고정전극(4)에서 가동전극(5)으로 흐르는 전류와의 상호작용으로 힘을 받게 되는데, 각각 고정되어 있는 전극은 그대로 있게 되지만 아크는 이 힘을 받아 움직이게 된다. 여기서, 아크의 운동방향은 전류와 자계라는 두 벡터가 이루는 평면에 수직인 방향, 즉 유체에 작용하는 전자기력(도면에서는 지면에 수직인 방향)과 같은 접점을 기준으로 할 때 원주방향(즉, 축을 중심으로 회전하는 방향)이 되어야 하는 것이다.

그러나, 상기와 같은 종래의 진공인터럽터에서는, 도 2에서와 같이 아크의 일부가 전류와 자계가 이루는 평면에 수직한 방향(이를, '순수 수평방향'이라고 한다)으로 흐르지 않고 그 순수 수평방향의 주변, 즉 도면에서 사선으로 확산되는 방향(이를, '비순수 수평방향'이라고 한다)으로 흐르게 된다. 이 비순수 수평방향은 아크구동력에 기여를 하는 순수 수평방향의 횡자계와 비교했을 때 일종의 누설자속로 인한 손실이되면서 아크구동력을 저하시키는 요인이 되는 것이다.

본 발명의 목적은, 비순수 수평방향의 아크를 최소화하여 아크구동력을 높일 수 있는 진공회로차단기의 진공인터럽터를 제공하려는데 있다.

본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 밀봉된 절연용기; 상기 절연용기의 내부에 고정 설치되는 고정전극; 및 상기 고정전극에 대향되게 배치되어 상기 절연용기에 대해 미끄러지게 설치되고 상기 고정전극과의 대향면 사이에서 자계를 발생하는 가동전극;을 포함하고, 상기 고정전극과 가동전극의 대향면들 주변에 위치하여 그 고정전극과 가동전극 사이에서 발생되는 횡자계를 반경방향으로 끌어당기도록 흡인부재(attraction member)가 설치되는 진공회로차단기의 진공인터럽터가 제공된다.

여기서, 상기 흡인부재는 상기 절연용기의 외주면에 고정 결합될 수 있다.

또, 상기 절연용기의 외주면에는 상기 흡인부재가 축방향으로 지지되도록 지지부가 형성되고, 상기 지지부에 복수 개로 된 환형의 흡인부재가 삽입되어 그 복수 개의 흡인부재가 서로 결합되어 고정될 수 있다.

또, 상기 절연용기는 제1 용기와 제2 용기로 형성되고, 상기 제1 용기와 제2 용기의 대응단에는 상기 흡인부재가 축방향으로 지지되도록 제1 지지부와 제2 지지부가 형성되며, 상기 제1 지지부와 제2 지지부 사이에 환형으로 된 흡인부재가 삽입되고, 상기 제1 용기와 제2 용기가 결합되어 상기 흡인부재가 고정될 수 있다.

또, 상기 흡인부재는 상기 절연용기의 내부에 고정 결합될 수 있다.

또, 상기 흡인부재의 축방향 높이는 상기 고정전극과 가동전극의 사이의 최대거리 보다 작지 않게 형성되는 것이 바람직할 수 있다.

또, 상기 흡인부재는 강자성체로 이루어질 수 있다.

본 발명에 의한 진공회로차단기의 진공인터럽터는, 상기 고정전극과 가동전극 사이를 감싸도록 강자성체로 된 흡인부재를 설치함으로써 상기 고정전극과 가동전극 사이에서 반경방향으로 발생되는 횡자계가 상기 흡인부재에 끌려 당겨지게 된다. 이를 통해 상기 고정전극과 가동전극 사이에서 전체 수평방향으로의 횡자계의 성분을 강화시켜 궁극적으로는 양쪽 전극 사이에서의 횡자계가 더욱 증대되면서 아크구동력이 강화될 수 있다.

도 1은 일반적인 진공인터럽터를 보인 종단면도,
도 2는 종래 진공인터럽터에서 두 전극 사이에서 전류에 의해 발상되는 횡자계를 보은 개략도,
도 3은 본 발명에 의한 진공인터럽터를 보인 종단면도,
도 4 내지 도 8은 본 발명에 진공인터럽터에서 흡인부재를 고정하는 실시예들을 보인 사시도 및 종단면도,
도 9는 본 발명 진공인터럽터에서 두 전극 사이에서 전류에 의해 발상되는 횡자계를 보은 개략도,
도 10 및 도 11은 본 발명 진공인터럽터에서 흡인부재를 고정하는 다른 실시예를 보인 종단면도.

이하, 본 발명에 의한 진공회로차단기의 내부 쉴드를 첨부도면에 도시된 일실시예에 의거하여 상세하게 설명한다.

도 3은 본 발명에 의한 진공인터럽터를 보인 종단면도이고, 도 4 내지 도 8은 본 발명에 진공인터럽터에서 흡인부재를 고정하는 실시예들을 보인 사시도 및 종단면도이다.

이에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 진공회로차단기는, 세라믹으로 형성되고 양단이 개구된 원통모양의 절연용기(110)의 양단은 각각 고정측 실캡(121)과 가동측 실캡(122)에 의해 밀봉된다.

상기 절연용기(110)의 내부에는 고정전극(130)과 가동전극(140)이 서로 대향되게 배치된다. 상기 고정전극(130)은 그 고정전극(130)의 일측면에 연장된 고정축(131)에 의해 상기 고정측 실캡(121)을 관통하여 고정되고, 상기 가동전극(140)은 그 가동전극(140)의 일측면에 연장된 가동축(141)에 의해 상기 가동측 실캡(122)을 관통하여 미끄러지게 결합된다.

상기 절연용기(110)의 내부에는 상기 고정전극(130)과 가동전극(140) 을 수용하도록 적어도 한 개 이상의 내부쉴드(170)가 금속의 원통모양으로 형성되어 상기 절연용기(110)의 내주면에 고정 결합된다.

상기 절연용기(110)의 외주면에는 상기 고정전극(130)과 가동전극(140) 사이에서 발생되는 횡자계를 수평방향으로 끌어당기기 위한 흡인부재(attraction member)(180)가 고정 결합된다.

상기 흡인부재(180)는 철, 코발트, 니켈 또는 이들의 합금 등으로 된 강자성체로 형성되어 상기 절연용기(110)의 외주면에 밀착 고정될 수 있다.

그리고 상기 흡인부재(180)는 그 폭(축방향 높이)가 대략 고정전극(130)과 가동전극(140) 사이의 최대간격 보다 작지 않게 형성되는 것이 흡인력을 높이는데 바람직하다.

그리고 상기 흡인부재(180)는 원형으로 형성되어 상기 절연용기(110)에 고정될 수도 있고 원호형으로 복수 개가 형성되어 상기 절연용기(110)에 고정될 수도 있다.

예를 들어, 상기 흡인부재(180)가 원형인 경우에는 도 4 내지 도 6에서와 같이, 상기 절연용기(110)가 제1 절연용기(111)와 제2 절연용기(112)로 구분되고, 그 제1 절연용기(111)와 제2 절연용기(112)의 외주면측 모서리(도 4 및 도 5 참조) 또는 내주면측 모서리(도 6 참조)에 상기 흡인부재(180)를 삽입하기 위한 지지홈((111a)(112a))((11b)(112b))이 단차지게 형성되며, 상기 제1 용기(111)와 제2 용기(112)의 지지홈((111a)(112a))((111b)(112b))에 상기 흡인부재(180)가 삽입되어 상기 제1 용기(111)와 제2 용기(112)가 용접 결합되도록 함으로써 상기 흡인부재(180)가 절연용기(110)에 축방향으로 지지되도록 할 수도 있다. 물론, 상기 제1 용기(111)와 제2 용기(112)의 외주면에는 지지홈(111a)(112a)을 대신하여 지지돌조(미도시)를 형성하여 상기 흡인부재(180)를 축방향으로 지지할 수도 있다.

반면, 상기 흡인부재(180)가 원호형인 경우에는 도 7에서와 같이 상기 절연용기(110)의 외주면에 소정의 깊이로 지지홈(110a)이 형성되거나 또는 소정의 높이를 갖는 복수 개의 지지돌조(미도시)가 형성되고, 상기 지지홈(110a) 또는 지지돌조 사이에 상기 복수 개의 흡인부재(181)(182)가 삽입되도록 한 상태에서 상기 복수 개의 흡인부재(181)(182)를 용접하거나 다른 방식으로 결합하여 상기 흡인부재(181)(182)가 절연용기(110)에 고정되도록 할 수도 있다.

한편, 도 8에서와 같이 상기 흡인부재가 절연용기의 외주면에 설치되는 경우에는 그 흡인부재가 원형이든 원호형이든 고정링(190)과 같은 별도의 부재를 이용하여 결합시킬 수도 있다.

상기와 같은 본 발명에 의한 진공회로차단기의 진공인터럽터는 다음과 같은 작용 효과가 있다.

즉, 상기 절연용기(110)의 외주면에 강자성체로 된 흡인부재(180)가 설치되는 경우에는 그 흡인부재(180)가 상기 절연용기(110)의 외주면, 더 정확하게는 상기 고정전극(130)과 가동전극(140) 사이를 감싸게 되면 도 9에서와 같이 상기 고정전극(130)과 가동전극(140) 사이에서 반경방향으로 발생되는 횡자계가 상기 흡인부재(180)에 끌려 당겨지게 된다.

그러면 상기 고정전극(130)과 가동전극(140) 사이에서 발생되는 횡자계 중에서 순수 수평방향 횡자계는 물론 비순수 수평방향 횡자계의 일부가 상기 흡인부재(180)에 끌려 전체 순수 수평방향으로의 횡자계의 성분을 강화시킬 수 있고 이를 통해 궁극적으로는 양쪽 전극(130)(140) 사이에서의 횡자계가 더욱 증대되면서 아크구동력이 강화될 수 있는 것이다

본 발명에 의한 진공회로차단기의 진공인터럽터에 대한 다른 실시예가 있는 경우는 다음과 같다.

즉, 전술한 실시예들에서는 상기 흡인부재(180)가 절연용기(110)의 외주면에 고정되는 것이나, 경우에 따라서는 상기 흡인부재(180)가 절연용기(110)의 외주면과 일정 간격을 두고 설치되거나 또는 상기 흡인부재(180)가 절연용기(110)의 내부에 설치될 수도 있다.

여기서, 상기 흡인부재(180)가 절연용기의 내부에 설치되는 경우에는 도 10에서와 같이 상기 내부쉴드(170)의 내주면에 고정 결합되거나 또는 도 11에서와 가이 상기 내부쉴드(170)의 외주면과 절연용기(110)의 내주면 사이에 설치될 수도 있다. 그리고 상기 내부쉴드(170)를 강자성체로 형성하여 그 내부쉴드(170)가 상기 흡인부재의 역할을 함께 할 수도 있다.

상기와 같은 본 실시예에 의한 진공회로차단기의 진공인터럽터에 대한 기본적인 구성과 그에 따른 작용효과는 전술한 실시예와 대동소이하다. 다만, 본 실시예와 같이 상기 흡인부재가 절연용기의 내부에 설치되는 경우에는 상기 절연용기가 흡인부재의 설치에 필요에 체적만큼 확대되어야 하므로 크기 측면에서는 전술한 실시예에 비해 상대적으로 증대될 수 있다. 하지만, 상기 흡인부재가 절연용기의 내부에 설치됨에 따라 전체적인 진공인터럽터의 외관이 미려하게 되고 상기 흡인부재로 인한 진공인터럽터와 다른 부품과의 간섭을 미연에 방지할 수도 있다. 특히 상기 내부쉴드를 흡인부재로 활용하는 경우에는 진공인터럽터의 크기가 확대되지 않으면서도 조립공수를 줄여 제조비용을 절감할 수 있다.

110 : 절연용기 111 : 제1 용기
111a,111b : 지지홈 112 : 제2 용기
112q,112b : 지지홈 130 : 고정전극
140 : 가동전극 150 : 내부실드
180 : 흡인부재

Claims (7)

1. 밀봉된 절연용기;
   상기 절연용기의 내부에 고정 설치되는 고정전극; 및
   상기 고정전극에 대향되게 배치되어 상기 절연용기에 대해 미끄러지게 설치되고 상기 고정전극과의 대향면 사이에서 자계를 발생하는 가동전극;을 포함하고,
   상기 고정전극과 가동전극의 대향면들 주변에 위치하여 그 고정전극과 가동전극 사이에서 발생되는 횡자계를 반경방향으로 끌어당기도록 흡인부재(attraction member)가 설치되는 진공회로차단기의 진공인터럽터.
2. 제1항에 있어서,
   상기 흡인부재는 상기 절연용기의 외주면에 고정 결합되는 진공회로차단기의 진공인터럽터.
3. 제1항에 있어서,
   상기 절연용기의 외주면에는 상기 흡인부재가 축방향으로 지지되도록 지지부가 형성되고, 상기 지지부에 복수 개로 된 환형의 흡인부재가 삽입되어 그 복수 개의 흡인부재가 서로 결합되어 고정되는 진공차단기의 진공인터럽터.
4. 제1항에 있어서,
   상기 절연용기는 제1 용기와 제2 용기로 형성되고, 상기 제1 용기와 제2 용기의 대응단에는 상기 흡인부재가 축방향으로 지지되도록 제1 지지부와 제2 지지부가 형성되며, 상기 제1 지지부와 제2 지지부 사이에 환형으로 된 흡인부재가 삽입되고, 상기 제1 용기와 제2 용기가 결합되어 상기 흡인부재가 고정되는 진공회로차단기의 진공인터럽터.
5. 제1항에 있어서,
   상기 흡인부재는 상기 절연용기의 내부에 고정 결합되는 진공회로차단기의 진공인터럽터.
6. 제1항에 있어서,
   상기 흡인부재의 축방향 높이는 상기 고정전극과 가동전극의 사이의 최대거리 보다 작지 않게 형성되는 진공회로차단기의 진공인터럽터.
7. 제1항 내지 제6항에 있어서,
   상기 흡인부재는 강자성체로 이루어진 진공회로차단기의 진공인터럽터.
   

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