KR20140068566A - 이종 재질의 노즐을 가진 가스 절연 차단기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 가스 절연 차단기에 관한 것으로, 특히 차단 동작시 발생하는 아크를 소호하기 위해 소호 가스를 분출하는 노즐이 외형을 유지한 채로 내부 압력을 효과적으로 상승시킬 수 있는 가스 절연 차단기에 관한 것이다.
본 발명은 고정 아크 접점 및 고정 주접점을 포함하는 고정접점; 가동 아크 접점 및 가동 주접점을 포함하는 가동접점; 및 상기 고정 아크 접점과 상기 가동 아크 접점이 분리되면서 발생하는 아크를 소호하는 소호 가스가 분출되는 노즐을 포함하며, 상기 노즐은 상기 가동 주접점과 인접하게 설치되는 메인 노즐 및 가동 아크 접점과 인접하게 상기 메인 노즐 내측에 이격되어 설치되는 내부 노즐을 포함하고, 상기 메인 노즐은 서로 다른 열적 특성을 가지는 재질로 이루어진 제 1 및 제 2 영역으로 구성되는 이종 재질의 노즐을 가진 가스 절연 차단기를 제공한다.

Description

이종 재질의 노즐을 가진 가스 절연 차단기{Gas insulated switchgear with nozzle of different materials}
본 발명은 가스 절연 차단기에 관한 것으로, 특히 차단 동작시 발생하는 아크를 소호하기 위해 소호 가스를 분출하는 노즐이 차단기의 특성을 유지하면서 내부 압력을 효과적으로 상승시킬 수 있는 가스 절연 차단기에 관한 것이다.
일반적으로 가스 절연 차단기는 송전선로 상에 설치되어 송전선로가 정상 상태에서는 기기 및 선로를 점검하기 위한 개폐 동작을 하고, 송전선로가 이상 상태에서는 고장 전류를 차단하여 선로 및 부하기기를 안전하게 보호하는 역할을 수행한다.
특히, 초고압 전력 계통에서는 접지, 단락 등 이상 상태에서의 사고 전류를 안전하게 차단함으로써 전력 계통을 보호하는 기기이며, 가혹한 전류 차단 조건인 이상 상태에서 사고 전류 차단을 위해서 절연력이 우수한 소호 가스를 압축하고 전류 차단 시 발생하는 아크를 소호하기 위해 압축 가스를 높은 압력으로 노즐을 통해 분출하다.
가스 절연 차단기가 동작하는데 필요한 구동력은, 유입이나 공압 또는 전동 스프링 등의 구동장치에서 발생하는 동력을 이용하고, 이들 구동장치의 동력을 받아서 실린더에 연결된 연결 로드가 트립 위치로 이동한다.
연결 로드의 이동으로 실린더 내부의 SF6 가스가 압축되고, 압축된 고압의 소호 가스가 아크를 향해 분출되어 사고전류를 냉각 소호시킨다.
종래에 가스 절연 차단기의 노즐을 강성, 즉 열적, 기계적 내수성이 좋은 재질로 형성하는 경우에는 아크에 의한 압력 상승 효과가 작아서 파퍼실의 크기를 크게 해야 하고, 높은 구동력을 필요로 한다는 문제점이 있었다.
이와 반대로, 가스 절연 차단기의 노즐을 열적 내구성이 약하여 열에 승화되어 압력 상승 효과를 발생시키는 재질로 형성하는 경우에는 아크 열에 의해 쉽게 승화되어 형상이 바뀌게 되어, 차단 특성이 저하되고, 따라서 빈번하게 차단기를 교체하여야 하기 때문에 유지 비용이 증가하는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 차단 동작시 발생하는 아크를 소호하기 위해 소호 가스를 분출하는 노즐이 차단기의 특성을 유지하면서 내부 압력을 효과적으로 상승시킬 수 있는 가스 절연 차단기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기의 목적을 달성하기 위해 제안된 본 발명은 고정 아크 접점 및 고정 주접점을 포함하는 고정접점; 가동 아크 접점 및 가동 주접점을 포함하는 가동접점; 및 상기 고정 아크 접점과 상기 가동 아크 접점이 분리되면서 발생하는 아크를 소호하는 소호 가스가 분출되는 노즐을 포함하며, 상기 노즐은 상기 가동 주접점과 인접하게 설치되는 메인 노즐 및 가동 아크 접점과 인접하게 상기 메인 노즐 내측에 이격되어 설치되는 내부 노즐을 포함하고, 상기 메인 노즐은 서로 다른 열적 특성을 가지는 재질로 이루어진 제 1 및 제 2 영역으로 구성되는 이종 재질의 노즐을 가진 가스 절연 차단기를 제공한다.
이때, 상기 메인 노즐은 상기 고정 아크 접점과 접촉하는 노즐 목을 포함하고, 상기 제 1 영역은 상기 노즐 목을 포함하며, 상기 제 2 영역보다 열적 특성이 강한 재질로 형성된다.
한편, 상기 노즐 목의 일부는 상기 제 1 영역에 포함되고, 상기 노즐 목의 다른 일부는 상기 제 2 영역에 포함되도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 노즐 목의 전 영역이 상기 제 1 영역에 포함되고, 상기 노즐 목을 제외한 메인 노즐의 나머지 영역이 상기 제 2 영역에 포함되도록 구성될 수도 있다.
상기 가동접점 측에는 상기 가동접점이 이동함에 따라 압축되는 소호 가스가 내부에 저장된 실린더; 상기 실린더 내부의 소호 가스를 압축하며, 상기 실린더 내부에 결합하는 피스톤; 및 상기 피스톤의 왕복 직선운동을 가이드하는 배기 로드가 더 구비될 수 있다.
이때, 상기 메인 노즐은 상기 실린더에 설치되되, 상기 실린더의 상기 고정접점 측으로 개방된 출구 측에 설치되어, 상기 실린더와 연통되고, 상기 내부 노즐은 상기 배기 로드의 상기 고정접점 측으로 연장된 일단에 설치된다.
이와 같이, 메인 노즐을 열적 특성이 우수한 제 1 영역 및 열적 특성이 낮은 제 2 영역으로 구성하고, 제 1 영역이 메인 노즐의 노즐 목의 일부분 또는 전부를 포함하도록 함으로써, 제 1 영역에 의해 차단기의 특성을 유지하는 한편, 제 2 영역이 아크열 및 압축열에 의해 승화됨으로써 내부 압력을 효과적으로 상승시킬 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
또한, 파퍼실의 크기를 크게 하지 않아도 되므로, 가스 절연 차단기의 부피를 줄일 수 있으며, 또한, 빈번하게 차단기를 교체하지 않아도 되므로, 유지 비용을 절감할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 가스 절연 차단기의 투입 상태를 나타낸 단면도이다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 가스 절연 차단기의 개방중 상태를 나타낸 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 가스 절연 차단기의 개방 상태를 나타낸 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 가스 절연 차단기의 투입 상태를 나타낸 단면도이다.
본 발명의 상기 목적과 기술적 구성 및 이에 따른 작용 효과에 관한 자세한 사항은 본 발명의 실시 예를 도시하고 있는 도면을 참조한 이하 상세한 설명에 의해 명확하게 이해될 것이다. 여기서, 본 발명의 실시 예는 당업자에게 본 발명의 기술적 사상을 충분히 전달하기 위하여 제공되는 것으로, 본 발명은 이하 설명되는 실시 예에 한정되지 않으며, 다른 형태로 구체화될 수 있다.
또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 정의되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의 내려진 것으로, 본 발명의 기술적 구성요소를 한정하는 의미로 해석되어서는 안 될 것이다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 가스 절연 차단기의 투입 상태를 나타낸 단면도이고, 도 2는 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 가스 절연 차단기의 개방중 상태를 나타낸 단면도이고, 도 3은 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 가스 절연 차단기의 개방 상태를 나타낸 단면도이고, 도 4는 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 가스 절연 차단기의 투입 상태를 나타낸 단면도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 이종 재질의 노즐을 가진 가스 절연 차단기는 차단기 본체 내에 설치되는 고정접점(100)과 상기 고정접점(100)과 접속 및 분리되어 전기적 경로를 형성 및 차단하는 가동접점(200)을 포함한다.
이때, 상기 고정접점(100)은 고정 아크 접점(110)과 고정 주접점(120)을 포함하고, 상기 가동접점(200)은 상기 고정 아크 접점(110)과 상기 고정 주접점(120)과 각각 대응되어 접속 및 분리되는 가동 아크 접점(210)과 가동 주접점(220)을 포함하도록 구성될 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 전기적 경로를 형성하는 투입 상태에서는 상기 고정 아크 접점(110)과 상기 가동 아크 접점(210)이 서로 접속되고, 상기 고정 주접점(120)과 상기 가동 주접점(220)이 서로 접속되어, 전기적 경로를 형성한다.
반대로, 도 3에 도시된 바와 같이, 전기적 경로를 차단하는 개방 상태에서는 상기 고정 아크 접점(110)과 상기 가동 아크 접점(210)이 분리되고, 상기 고정 주접점(120)과 상기 가동 주접점(220)이 분리되어, 전기적 경로를 차단한다.
한편, 상기 가동접점(200) 측에는 상기 가동접점(200)이 이동함에 따라 압축되는 소호 가스가 내부에 저장된 실린더(300), 상기 실린더(300) 내부의 소호 가스를 압축하며, 상기 실린더(300) 내부에 결합하는 피스톤(400) 및 상기 피스톤(400)의 왕복 직선운동을 가이드하는 배기 로드(500)가 더 구비되며, 상기 실린더(300)는 내부에 소호 가스 압축이 이루어지는 파퍼실(310)과 써멀 챔버(thermal chamber, 320)를 포함하도록 구성될 수 있다.
이때, 상기 가동 아크 접점(210)은 상기 배기 로드(500)의 상기 고정접점(110) 측으로 연장된 일단에 설치되고, 상기 가동 주접점(220)은 상기 고정접점(100) 측으로 개방된 상기 실린더(300)의 출구 측에 설치된다.
또한, 상기 고정 아크 접점(110)과 상기 가동 아크 접점(210)의 접점이 분리되면서 발생하는 아크를 소호하기 위하여, 상기 실린더(300) 내부에 저장된 소호 가스가 분출되는 노즐(600)이 구비되며, 상기 노즐(600)은 상기 고정 아크 접점(110)이 삽입 가능하도록 상기 고정 아크 접점(110)과 대응되게 형성된다.
이때, 상기 노즐(600)은 상기 가동 주접점(220)과 인접하게 설치되며, 상기 고정접점(100) 측으로 개방된 상기 실린더(300)의 출구 측에 설치되어 상기 실린더(300)와 연통되는 메인 노즐(610)을 포함한다.
또한, 상기 노즐(600)은 상기 가동 아크 접점(220)과 인접하게 상기 메인 노즐(610) 내측에 이격되어 설치되며, 상기 배기 로드(500)의 상기 고정접점(110) 측으로 연장된 일단에 설치되는 내부 노즐(620)을 포함한다.
따라서, 소호 가스는 상기 메인 노즐(610)과 상기 내부 노즐(620) 사이의 통로를 따라 분출되어 아크를 소호하게 된다.
이때, 상기 메인 노즐(610)의 상기 고정 아크 접점(110)과 접촉하는 영역(이하 ‘노즐 목’이라 한다)은 상기 고정 아크 접점(110)과 직접적으로 접촉되어 차단기의 차단 특성을 유지하는 영역으로서, 변형되는 경우 차단 특성이 저하될 수 있다.
따라서, 상기 메인 노즐(610)의 노즐 목은 열과 압력의 영향을 많이 받으므로, 노즐 목의 일부분 또는 전체는 상기 메인 노즐(610)의 타 영역보다 열적 특성이 강한 재질로 형성된다.
구체적으로, 상기 메인 노즐(610)은 서로 다른 재질로 이루어지는 제 1 영역(611) 및 제 2 영역(612)으로 이루어지며, 상기 제 1 영역(611)은 상기 고정 아크 접점(110)과 접촉하는 노즐 목의 일부를 포함하고 있으며, 차단기의 기본 특성 유지를 위해 열과 압력에 의한 변화가 작도록 상기 제 2 영역(612)보다 열적 특성이 강한 재질로 형성된다.
상기 제 1 영역(611)은 노즐 목을 포함하여 노즐의 차단 특성을 유지하기 위한 영역으로서, 아크 발생에 따른 열 및 소호 가스 압축에 따른 열에 의해 쉽게 변형되지 않도록 내열성 및 기계적 특성이 우수한 재질로 형성된다.
상기 제 2 영역(612)은 상기 제 1 영역(611)의 내측에 고정 설치되며, 소호 가스 압축에 따른 열 및 아크 열에 의해 승화되면서 내부 압력 상승을 유도하는 영역으로서, 아크 열 및 소호 가스 압축에 따른 열에 의해 쉽게 승화되는 열적 특성이 낮은 재질로 형성된다.
이때, 본 실시 예에 따르면, 상기 고정 아크 접점(110)과 접촉하는 노즐 목의 일부는 상기 제 1 영역(611)에 포함되고, 일부는 상기 제 2 영역(612)에 포함되도록 구성된다.
한편, 도 4와 같이, 메인 노즐(600)의 제 1 영역(611´)이 노즐 목의 전 영역을 포함하고, 그 외 영역이 제 2 영역(612´)으로 이루어지도록 구성될 수도 있다.
즉, 상기 메인 노즐(610)의 상기 고정 아크 접점(110)과 접촉하는 영역인 노즐 목의 일부분 또는 전체는 제 1 영역(611)에 포함되며, 상기 메인 노즐(610)의 타 영역보다 열적 특성이 강한 재질로 형성된다.
이때, 상기 제 1 및 제 2 영역(611, 612)의 재질은 사용 환경에 따라 사용자가 적절하게 선택하여 사용할 수 있는 것으로서 본 발명에서 한정할 부분은 아니나, 상기 제 1 영역(611)은 차단기의 특성 유지를 위해 아크 발생에 따른 열 및 소호 가스 압축에 따른 열에 의해 쉽게 변형되지 않는 재질로 형성되면 무방하고, 상기 제 2 영역(612)은 상기 제 1 영역(611)보다 열적 특성이 낮아 열에 쉽게 승화되는 재질로서, 아크에 의한 열 및 압축에 의한 열에 의해 승화될 수 있는 재질로 형성되면 무방하다.
한편, 상기 제 1 영역(611)과 상기 제 2 영역(612)은 솔더 크림을 이용하여 접합시킬 수 있으며, 접합 방법이 이에 한정되는 것은 아니다.
따라서, 도 2에 도시된 바와 같이, 접지, 단락 등 이상 상태에서의 사고 전류를 차단하기 위하여 개방중인 상태에 있어서 아크 소호 동작이 일어나는 경우, 상기 가동접점(200)이 이동함에 따라, 상기 실린더(300) 내부의 소호 가스는 상기 피스톤(400)에 의해 압축되어 열이 발생하게 된다.
이때, 상기 고정 아크 접점(110)과 상기 가동 아크 접점(210)이 분리되면서 발생하는 아크에 의한 열 및 상기 피스톤(400)의 압축에 의한 열이 상기 제 2 영역(612)에 가해지고, 열적 특성이 약한 재질로 형성된 제 2 영역(612)이 아크열 및 압축열에 의해 승화되어 내부 압력을 상승시키게 된다.
이때, 비록 상기 제 2 영역(612)이 승화되어 변형되더라도, 노즐 목을 포함하는 상기 제 1 영역(611)은 내열성 및 기계적 특성이 우수한 재질로 형성되어 있기 때문에, 아크열 및 압축열에 의해 쉽게 변하지 않으므로 차단기의 동작을 원활하게 수행할 수 있다.
이와 같이, 상기 메인 노즐(610)을 열적 특성이 상이한 제 1 및 제 2 영역(611, 612)으로 구성함으로써, 차단기의 동작을 수행하는 한편, 내부 압력을 효과적으로 상승시킬 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
따라서, 파퍼실의 크기를 크게 하지 않아도 되므로, 가스 절연 차단기의 부피를 줄일 수 있으며, 또한, 빈번하게 차단기를 교체하지 않아도 되므로, 유지 비용을 절감할 수 있다.
이상과 같이 본 발명에 따른 이종 재질의 노즐을 가진 가스 절연 차단기를 예시한 도면을 참조하여 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시 예에 한정되지 않으며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능하고, 그와 같은 변형은 기재된 청구범위 내에 있게 된다.
100 : 고정접점 110 : 고정 아크 접점
120 : 고정 주접점 200 : 가동접점
210 : 가동 아크 접점 220 : 가동 주접점
300 : 실린더 310 : 파퍼실
320 : 써멀 챔버 400 : 피스톤
500 : 배기 로드 600 : 노즐
610 : 메인 노즐 611, 611´ : 제 1 영역
612, 612´ : 제 2 영역 620 : 내부 노즐

Claims (6)

  1. 고정 아크 접점 및 고정 주접점을 포함하는 고정접점;
    가동 아크 접점 및 가동 주접점을 포함하는 가동접점; 및
    상기 고정 아크 접점과 상기 가동 아크 접점이 분리되면서 발생하는 아크를 소호하는 소호 가스가 분출되는 노즐을 포함하며,
    상기 노즐은 상기 가동 주접점과 인접하게 설치되는 메인 노즐 및 가동 아크 접점과 인접하게 상기 메인 노즐 내측에 이격되어 설치되는 내부 노즐을 포함하고,
    상기 메인 노즐은 서로 다른 열적 특성을 가지는 재질로 이루어진 제 1 및 제 2 영역으로 구성되는 이종 재질의 노즐을 가진 가스 절연 차단기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 메인 노즐은 상기 고정 아크 접점과 접촉하는 노즐 목을 포함하고,
    상기 제 1 영역은 상기 노즐 목을 포함하며, 상기 제 2 영역보다 열적 특성이 강한 재질로 형성되는 이종 재질의 노즐을 가진 가스 절연 차단기.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 노즐 목의 일부는 상기 제 1 영역에 포함되고, 상기 노즐 목의 다른 일부는 상기 제 2 영역에 포함되는 이종 재질의 노즐을 가진 가스 절연 차단기.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 노즐 목의 전 영역이 상기 제 1 영역에 포함되고, 상기 노즐 목을 제외한 메인 노즐의 나머지 영역이 상기 제 2 영역에 포함되는 이종 재질의 노즐을 가진 가스 절연 차단기.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 가동접점 측에는 상기 가동접점이 이동함에 따라 압축되는 소호 가스가 내부에 저장된 실린더;
    상기 실린더 내부의 소호 가스를 압축하며, 상기 실린더 내부에 결합하는 피스톤; 및
    상기 피스톤의 왕복 직선운동을 가이드하는 배기 로드가 더 구비되는 이종 재질의 노즐을 가진 가스 절연 차단기.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 메인 노즐은 상기 실린더에 설치되되, 상기 실린더의 상기 고정접점 측으로 개방된 출구 측에 설치되어, 상기 실린더와 연통되고,
    상기 내부 노즐은 상기 배기 로드의 상기 고정접점 측으로 연장된 일단에 설치되는 이종 재질의 노즐을 가진 가스 절연 차단기.
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