KR20130031810A - 전자기 스위치 기어를 위한 아킹 챔버 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 아크 스플리터 스택(arc splitter stack) 및 상기 아크 스플리터 스택에 인접하는 다이어프램형 삽입체(diaphragm insert), 그리고 고정 스위칭 부재들에 대하여 마주 놓이도록 위치 설정된 가동 스위칭 부재들을 갖춘 콘택 슬라이드 장치를 구비한 전자기 스위치 기어를 위한, 특히 파워 스위치를 위한 아킹 챔버 장치에 관한 것이다.
본 발명은, 상기 다이어프램형 삽입체(1)에 탄성적으로 작용하는 콘투어(12, 13)가 배치되어 있고, 상기 콘투어는 상기 다이어프램형 삽입체(1)가 상기 전자기 스위치 기어의 하우징 벽과 아크 스플리터 스택 사이에 고정적으로 위치 설정되도록 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

Description

전자기 스위치 기어를 위한 아킹 챔버 장치{ARCING CHAMBER DEVICE FOR ELECTROMAGNETIC SWITCHGEAR}
본 발명은 아크 스플리터 스택(arc splitter stack) 및 상기 아크 스플리터 스택에 인접하는 다이어프램형 삽입체(diaphragm insert), 그리고 고정 스위칭 부재들에 대하여 마주 놓이도록 위치 설정된 가동 스위칭 부재들을 갖춘 콘택 슬라이드 장치를 구비한 전자기 스위치 기어를 위한, 특히 파워 스위치를 위한 아킹 챔버 장치에 관한 것이다.
파워 스위치들, 특히 저전압-파워 스위치들은 단락의 경우에 동작을 하는 전자기 자동 스위치이다. 상기 파워 스위치들의 작동 방식은 기본적으로 라인 안전 스위치(line safety switch)의 작동 방식에 상응한다. 상기 파워 스위치들에는 대부분 열적인 트립 장치(tripping device) 및 자성 트립 장치가 설치되어 있음으로써, 상기 파워 스위치들은 라인 안전 스위치와 동일한 구조적 소자들을 구비한다. 하지만, 상기 파워 스위치들은 크기가 더 큰 정격 전류(rated current)용으로 설계되었으며, 또한 상기 트립 장치들은 라인 안전 스위치의 경우와 달리 파워 스위치들에 의해서 부분적으로 별도로 조절될 수 있다. 저전압 영역에서는 상기 스위치들이 모터 안전 스위치로서도 사용된다.
파워 스위치의 과제는, 종속 설비들, 특히 회전류 모터(rotary current motor)들을 과부하 또는 단락에 의한 손상으로부터 보호하는 것이다. 이 경우에 상기 파워 스위치는 전원 안전 장치들과 함께 상기와 같은 전류들을 스위치-오프 시켜야만 한다. 두 개의 극(pole) 사이에 가스가 존재하면, 상기 두 개 극 사이의 전압 차가 상응하게 높은 경우에는 플래시오버(flashover; 섬락 현상)에 의해서 상기 가스가 이온화되고, 그리고 아크(arc)로도 표기되는 자속(self-maintaining) 가스 방전이 형성된다. 이러한 플라즈마는 계속해서 전류를 도통 시킬 뿐만 아니라, 부품의 수명을 단축하기도 하며, 전류가 강한 경우에는 심지어 스위치를 파괴할 수도 있다. 단로기(disconnector)들과는 달리 파워 스위치들은 스위칭 콘택(switching contact)들의 개방시에 생성되는 아크가 신속하게 그리고 스위치의 손상 없이 소거되도록 그리고 그것에 의해서 전류 흐름이 차단되도록 구성되었다.
스위칭 능력이 우수한 파워 스위치들, 특히 80 A까지의 정격 전류에서 스위칭 능력이 100 kA까지 달하는 파워 스위치들에서 발생하는 한 가지 특별한 문제점은, 이와 같이 단락이 큰 경우에는 큰 압력 발생으로 인해 챔버 벽들에 가해지는 부하, 다시 말해 특히 파워 스위치의 하부에 가해지는 부하가 매우 높다는 것이다. 상기와 같은 트립 과정에서는 하우징 벽들이 외부로 휘어질 수 있거나 또는 파워 스위치의 상부에서 균열이 야기될 수 있다. 최악의 경우에는 상부의 부분들이 파괴된다.
스위칭 능력이 우수한 파워 스위치들은 단락시 7.5 bar까지의 높은 챔버 압력을 받으며, 이러한 높은 챔버 압력 발생 상황에는 똑같이 많은 양의 플라즈마 배출이 수반되어 있다. 플라즈마가 사전에 지정된 웨브(web)들로부터 유출될 수 있도록 하기 위해서는 0.1 내지 0.2 ㎜의 갭폭(gap width)만으로도 충분하다. 이러한 크기의 갭폭은 상호 인접하는 아크 스플리터 스택과 다이어프램형 삽입체에도 적용된다. 우수한 스위칭 과정에서 발생하는 한 가지 추가의 문제점은 다이어프램형 삽입체와 아크 스플리터 스택의 상호 위치이다. 플라즈마 교환을 위한 웨브들이 서로 겹쳐지지 않도록 상기 2개의 소자들의 상호 위치가 보장되어야 한다. 또한, 아크 스플리터 스택과 다이어프램형 삽입체 사이의 단면 천이 영역은 아직까지는 단면적이 작은 영역에서 단면적이 큰 영역으로 갑자기 연결되는 결과로 일어난다. 이러한 천이 영역은 난류 현상(turbulence)을 야기하고, 상기 난류 현상은 재차 아크에 부정적인 영향을 준다.
그러므로 본 발명의 과제는, 스위칭 과정이 우수하고 특성이 향상된 아킹 챔버 장치를 제공하는 것이다.
상기 과제는 특허 청구항 1의 특징들을 갖는 아킹 챔버 장치에 의해서 해결된다. 개별적으로 또는 서로 조합된 형태로 사용될 수 있는 바람직한 실시 예들 및 개선 예들은 종속 청구항들의 대상이다.
상기 과제는 본 발명에 따라 아크 스플리터 스택 및 상기 아크 스플리터 스택에 인접하는 다이어프램형 삽입체, 그리고 고정 스위칭 부재들에 대하여 마주 놓이도록 위치 설정된 가동 스위칭 부재들을 갖춘 콘택 슬라이드 장치를 구비한 전자기 스위치 기어를 위한, 특히 파워 스위치를 위한 아킹 챔버 장치에 의해서 해결된다. 이 경우 본 발명은 상기 다이어프램형 삽입체에 탄성적으로 작용하는 콘투어가 배치되어 있고, 상기 콘투어는 상기 다이어프램형 삽입체가 상기 전자기 스위치 기어의 하우징 벽과 아크 스플리터 스택 사이에 고정적으로 위치 설정되도록 형성되어 있는 것을 특징으로 한다. 이 경우 동시 조립 가능성 외에 모든 공차 위치(tolerance position)들에 삽입이 보장되었다. 이웃하는 2개의 아크 스플리터 채널 사이에서의 플래시오버 현상은 탄성적으로 작용하는 콘투어에 의해 방지된다.
본 발명에 따른 다이어프램형 삽입체는 바람직하게 서로 평행하게 마주 놓인 2개의 측벽 및 상기 2개의 측벽을 연결하는 2개의 측벽을 갖는 직육면체로 형성되었다. 또한, 상기 다이어프램형 삽입체는 상부면과 하부면을 갖는다. 상기 상부면에는 예를 들어 고정 스위칭 부재를 수용할 목적으로 형성된 상부 부착물이 일체로 형성되어 있다.
서로 평행하게 형성된 2개의 측벽에는 간격 유지 부재들이 배치되어 있으며, 상기 간격 유지 부재들은 서로 평행하게 배치된 다른 2개의 측벽에 비해 돌출되어 있고 스위치 기어 내에서 아크 스플리터들을 포함하여 다이어프램형 삽입체의 최적의 위치 설정을 가능하게 한다. 한 측벽에는 바람직하게 서로 평행하게 놓인 슬롯들이 배치되어 있으며, 상기 슬롯들은 체계화된 플라즈마 배출을 위해 채널들을 형성한다. 또한, 슬롯들을 갖는 상기 측벽에는 탄성적으로 작용하는 2개의 콘투어가 형성되어 있으며, 상기 콘투어들은 상기 측벽에서 상기 슬롯들에 대하여 평행하게 아래로 진행한다.
상기 탄성적으로 작용하는 콘투어들은 바람직하게 2개의 레그에 의해 L자형 또는 쐐기 형태로 형성되어 있으며, 이 경우 하나의 레그는 측벽의 연장부로서 형성되어 있고, 다른 하나의 레그는 상기 제 1 레그 또는 측벽에 대하여 90°각도로 있다. 탄성적으로 작용하는 콘투어들은 바람직하게 슬롯들의 좌우에 배치되어 있고 바람직하게는 3개의 섹션으로 세분되며, 이 경우 2개의 섹션이 각각 제 3 섹션에 의해 서로 연결됨으로써, 전체적으로 탄성적으로 작용하는 콘투어의 스레딩(threading)-형태 또는 쐐기 형태가 주어진다. 다이어프램형 삽입체(1)에서 탄성적으로 작용하는 콘투어(12, 13)들은, 상기 다이어프램형 삽입체(1)가 전자기 스위치 기어의 하우징 벽과 아크 스플리터 스택 사이에 고정적으로 삽입되도록 한다.
본 발명에 따른 다이어프램형 삽입체의 한 가지 추가의 실시 예에서는, 다이어프램형 삽입체와 아크 스플리터 스택이 서로 로킹(locking)하는 방식으로 형성되었다. 다이어프램형 삽입체와 아크 스플리터 스택 사이에 있는 래칭부(latching)에 의해서는 2가지 기능이 충족된다. 한편으로는 상기 2개의 부품의 상호 위치가 고정됨으로써, 슬롯 콘투어들의 겹침 현상이 야기되지 않는다. 다른 한편으로는 상기 래칭부에 의해서 조립 공정 동안에, 더 정확히 말하면 다이어프램형 삽입체가 완전히 삽입되는 형태로 명확한 피드백(clear feedback)이 이루어진다. 상기 래칭부는 래칭 노브 및 리세스의 형태로 형성될 수 있다.
본 발명에 따라 한 가지 추가의 실시 예에서는, 다이어프램형 삽입체에서부터 아크 스플리터들까지 유동적인 단면 천이(transition in cross section) 영역이 형성되었다. 유동적으로 형성된 상기 단면 천이 영역은 상기와 같은 유선형(streamlined) 설계에 의해서 난류 현상들을 방지한다. 플라즈마의 클린 배출이 이루어지고, 그리고 난류 시 발생하는 분산 방식의 통상의 배출이 일어나지 않음으로써, 개별 단계들 사이에 플래시오버 위험이 감소한다.
전자기 스위치 기어를 위한, 특히 파워 스위치를 위한 본 발명에 따른 아킹 챔버 장치는 다이어프램형 삽입체의 구조적 변경들을 통해서 높은 챔버 내부 압력과 함께 우수한 스위칭 파워도 구현 가능하다는 점을 특징으로 한다. 상기 구조적 변경들에는 다이어프램형 삽입체에서 탄성적으로 작용하는 콘투어들이 해당되며, 상기 콘투어들은 다이어프램형 삽입체가 전자기 스위치 기어의 하우징 벽과 아크 스플리터 스택 사이에 항상 고정 삽입되도록 형성되었다. 그럼으로써 이웃하는 2개의 아크 스플리터 채널 사이에서의 플래시오버 현상이 방지된다. 한 가지 추가의 구조적 변경은 다이어프램형 삽입체와 아크 스플리터 스택 사이에 있는 래칭부이며, 상기 래칭부는 2가지 기능을 보장한다. 한편으로는 상기 2개의 부품의 상호 위치가 고정됨으로써, 슬롯 콘투어들의 겹침 현상이 야기되지 않는다. 다른 한편으로는 상기 래칭부에 의해서 조립 공정 동안에 명확한 피드백이 이루어진다. 다이어프램형 삽입체의 제 3의 구조적 변경 조치는 단면 천이 영역이 유동적으로 설계됨으로써, 결과적으로 이러한 유선형 설계에 의해 난류 현상들이 방지된다. 따라서, 플라즈마의 클린 배출이 이루어진다.
본 발명의 추가의 장점들 및 실시들은 실시 예들을 참조하여 그리고 도면을 참조하여 아래에서 설명된다.
도 1은 본 발명에 따른 다이어프램형 삽입체의 제 1 실시 예를 도시한 사시도 이고,
도 2는 래칭부를 구비한 본 발명에 따른 다이어프램형 삽입체의 제 2 실시 예를 도시한 사시도이며,
도 3은 도 2의 래칭부를 구비한 본 발명에 따른 다이어프램형 삽입체를 도시한 내부 사시도이고,
도 4는 아크 스플리터와 다이어프램형 삽입체로 이루어진 어레인지먼트의 단면에 대한 평면도이며,
도 5는 유선형으로 형성된 채널을 구비한 도 4에 따른 다이어프램형 삽입체를 도시한 사시도이고,
도 6은 본 발명에 따른 다이어프램형 삽입체의 추가 실시 예를 도시한 사시도이다.
도 1은 바람직하게 서로 평행하게 마주 놓인 2개의 측벽(2, 3) 그리고 상기 2개의 측벽(2, 3)을 연결하는 2개의 측벽(4, 5)을 갖는 직육면체로 형성된 본 발명에 따른 다이어프램형 삽입체(1)의 제 1 실시 예를 보여주고 있다. 또한, 상기 다이어프램형 삽입체(1)는 상부면(6)과 하부면(7)을 갖는다. 상기 상부면(6)에는 예를 들어 고정 스위칭 부재를 수용할 목적으로 형성된 상부 부착물(8)이 일체로 형성되어 있다.
상기 측벽(4, 5)들에는 간격 유지 벽(9, 10)들이 배치되어 있으며, 상기 간격 유지 벽들은 측벽(2, 3)들에 비해 돌출되어 있으며, 스위치 기어 내에서 아크 스플리터들을 포함하여 다이어프램형 삽입체(1)의 최적의 위치 설정을 가능하게 한다. 측벽(4)에는 바람직하게 서로 평행하게 놓인 슬롯(11)들이 배치되어 있으며, 상기 슬롯들은 체계화된 플라즈마 배출을 위해 채널들을 형성한다. 또한, 상기 측벽(4)에는 탄성적으로 작용하는 콘투어(12, 13)들이 형성되어 있고, 상기 콘투어들은 상기 측벽(4)에서 슬롯(11)들에 대하여 평행하게 아래로 진행한다.
탄성적으로 작용하는 콘투어(12, 13)들은 바람직하게 2개의 레그(14, 15)에 의해 L자형으로 형성되어 있으며, 이 경우 레그(14)는 측벽(4)의 연장부로서 형성되어 있고, 레그(15)는 상기 레그(14)에 대하여 또는 상기 측벽(4)에 대하여 90°각도로 있다. 탄성적으로 작용하는 콘투어(12, 13)들은 바람직하게 슬롯(11)들의 좌우에 배치되어 있고 바람직하게는 3개의 섹션(16, 17, 18)으로 세분되며, 이 경우 상기 섹션(16 및 18)들이 섹션(17)에 의해 서로 연결되어 전체적으로 바람직하게는 탄성적으로 작용하는 콘투어(12, 13)의 스레딩-형태가 주어진다. 다이어프램형 삽입체에서 탄성적으로 작용하는 콘투어(12, 13)들은, 다이어프램형 삽입체(1)가 전자기 스위치 기어의 하우징 벽과 아크 스플리터 스택 사이에서 항상 고정적으로 삽입되도록 한다.
도 2에는 래칭부를 구비한 본 발명에 따른 다이어프램형 삽입체(1)의 제 2 실시 예가 도시되어 있다. 본 사시도에는 슬롯(11)들을 갖는 측벽(5)이 도시되어 있으며, 상기 슬롯들은 체계화된 플라즈마 배출을 위해 채널들을 형성한다. 상부 부착물(8)을 갖는 상부면(6) 부근의 측벽(5)에는 래칭 노브(19)가 도시되어 있다. 상기 래칭 노브(19)는 다이어프램형 삽입체(1)와 아크 스플리터 스택을 로킹 방식으로 연결하기 위해 사용된다. 래칭부에 의해서는 2가지 기능이 보장된다. 한편으로는 다이어프램형 삽입체(1)와 아크 스플리터 스택으로 이루어진 2개의 부품의 상호 위치가 고정됨으로써, 슬롯 콘투어들의 겹칩 현상이 야기되지 않는다. 다른 한편으로는 래칭부에 의해서 조립 공정 동안에 명확한 피드백이 이루어진다. 래칭 노브(19)는 도 3에도 제시되며, 상기 도 3은 측벽(5)을 따라 정면도를 보여준다.
도 4에는 본 발명에 따른 다이어프램형 삽입체(1) 및 상기 다이어프램형 삽입체에 인접하는 아크 스플리터(20)로 이루어진 어레인지먼트를 도시되어 있다. 스폿 용접된(spot-welded) 면(21)은 네킹부(necking)(22)에 의해 난류(23)들을 야기하고 정해진 플라즈마 배출을 허용하지 않았던 기존의 단면 천이 영역을 나타낸다. 난류(23)들은 오히려 플라즈마의 분산 배출을 발생시킴으로써, 개별 단계들 사이에서 플래시오버 위험을 상승시킨다. 본원에 소개된 본 발명에 따른 다이어프램형 삽입체(1)에서는 네킹부(22)가 생략됨으로써, 유동적인 단면 천이 영역이 달성되는데, 이러한 단면 천이 영역은 상기와 같은 유선형 설계에 의해 난류 현상들을 방지한다. 따라서 플라즈마의 클린 배출이 이루어진다. 그 외에 도 5에는 흐름 최적화된 배출 채널(24)들의 사시도가 제시되어 있다.
도 6은 본 발명에 따른 다이어프램형 삽입체(1)의 추가의 실시 예를 보여주며, 상기 다이어프램형 삽입체는 마찬가지로 바람직하게 서로 평행하게 마주 놓인 2개의 측벽(2, 3) 및 상기 2개의 측벽(2, 3)을 연결하는 2개의 측벽(4, 5)을 갖는 직육면체로 형성되어 있다. 또한, 상기 다이어프램형 삽입체(1)는 상부면(6)과 하부면(7)을 갖는다. 상기 상부면(6)에는 예를 들어 고정 스위칭 부재를 수용할 목적으로 형성된 상부 부착물(8)이 일체로 형성되어 있다.
측벽(4, 5)들에는 간격 유지 벽(9, 10)들이 배치되어 있고, 상기 간격 유지 벽들은 측벽(2, 3)들에 비해 돌출되어 있으며 스위치 기어 내에서 아크 스플리터들을 포함하여 다이어프램형 삽입체(1)의 최적의 위치 설정을 가능하게 한다. 측벽(4)에는 바람직하게 서로 평행하게 놓인 슬롯(11)들이 배치되어 있고, 상기 슬롯들은 체계화된 플라즈마 배출을 위해 채널들을 형성한다. 또한, 상기 측벽(4)에는 탄성적으로 작용하는 콘투어(12, 13)들이 형성되어 있으며, 상기 콘투어들은 상기 측벽(4)에서 슬롯(11)들에 대하여 평행하게 아래로 진행한다.
탄성적으로 작용하는 콘투어(12, 13)들은 바람직하게 슬롯(11)들의 좌우에 배치되어 있고 바람직하게는 3개의 섹션(16, 17, 18)으로 세분되며, 이 경우 섹션(16 및 18)들은 섹션(17)에 의해 서로 연결되어 전체적으로 바람직하게는 각각 하나의 탄성적으로 작용하는 콘투어(12, 13)의 쐐기 형태가 주어지며, 상기 쐐기 형태는 하부면(7) 쪽으로 갈수록 점점 가늘어진다. 다이어프램형 삽입체에서 탄성적으로 작용하는 콘투어(12, 13)들은, 상기 다이어프램형 삽입체(1)가 전자기 스위치 기어의 하우징 벽과 아크 스플리터 스택 사이에 항상 고정적으로 삽입되도록 한다.
전자기 스위치 기어를 위한, 특히 파워 스위치를 위한 본 발명에 따른 아킹 챔버 장치는 다이어프램형 삽입체의 구조적 변경들을 통해서 높은 챔버 내부 압력과 함께 우수한 스위칭 파워도 구현 가능하다는 점을 특징으로 한다. 상기 구조적 변경들에는 다이어프램형 삽입체에서 탄성적으로 작용하는 콘투어들이 해당되며, 이 경우 상기 콘투어들은 다이어프램형 삽입체가 전자기 스위치 기어의 하우징 벽과 아크 스플리터 스택 사이에 항상 고정 삽입되도록 형성되어 있다. 그럼으로써 이웃하는 2개의 아크 스플리터 채널 사이에서 플래시오버 현상이 방지된다. 한 가지 추가의 구조적 변경은 다이어프램형 삽입체와 아크 스플리터 스택 사이에 있는 래칭부이며, 상기 래칭부는 2가지 기능을 보장한다. 한편으로는 상기 2개의 부품의 상호 위치가 고정됨으로써, 슬롯 콘투어들의 겹침 현상이 야기되지 않는다. 다른 한편으로는 상기 래칭부에 의해서 조립 공정 동안에 명확한 피드백이 이루어진다. 다이어프램형 삽입체의 제 3의 구조적 변경 조치는, 단면 천이 영역이 유동적으로 설계됨으로써, 결과적으로 이러한 유선형 설계에 의해 난류 현상들이 방지된다는 것이다. 따라서, 플라즈마의 클린 배출이 이루어진다.
1: 다이어프램형 삽입체 2, 3: 측벽
4, 5: 측벽 6: 상부면
7: 하부면 8: 상부 부착물
9, 10: 간격 유지 벽 11: 슬롯
12, 13: 탄성적으로 작용하는 콘투어 14, 15: 레그
16, 17, 18: 섹션 19: 래칭 노브
20: 아크 스플리터 21: 스폿 용접된 면
22: 네킹부 23: 난류
24: 배출 채널

Claims (5)

  1. 아크 스플리터 스택(arc splitter stack)과 상기 아크 스플리터 스택에 인접하는 다이어프램형 삽입체(diaphragm insert)(1), 그리고 고정 스위칭 부재들에 대하여 마주 놓이도록 위치 설정된 가동 스위칭 부재들을 갖춘 콘택 슬라이드 장치를 구비한 전자기 스위치 기어를 위한, 특히 파워 스위치를 위한 아킹 챔버 장치로서,
    상기 다이어프램형 삽입체(1)에는 탄성적으로 작용하는 콘투어(12, 13)가 배치되어 있고, 상기 콘투어는 상기 다이어프램형 삽입체(1)가 상기 전자기 스위치 기어의 하우징 벽과 아크 스플리터 스택 사이에 고정적으로 위치 설정되도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는,
    아킹 챔버 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 다이어프램형 삽입체(1)가 L자형으로 형성된 것을 특징으로 하는,
    아킹 챔버 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 탄성적으로 작용하는 콘투어(12, 13)가 상기 다이어프램형 삽입체(1)의 측벽(4)에 형성되어 있고 3개의 섹션(16, 17, 18)을 가지며, 상기 탄성적으로 작용하는 콘투어(12, 13)가 전체적으로 스레딩(threading)- 형태 또는 쐐기 형태로 형성된 것을 특징으로 하는,
    아킹 챔버 장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    다이어프램형 삽입체(1)와 아크 스플리터 스택이 서로 로킹하는 방식으로 형성된 것을 특징으로 하는,
    아킹 챔버 장치.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 다이어프램형 삽입체(1)에서부터 상기 아크 스플리터들까지 유동적인 단면 천이(transition in cross section) 영역이 형성된 것을 특징으로 하는,
    아킹 챔버 장치.
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