KR20150003881A - 개폐기 유닛 또는 스위치 기어 - Google Patents

Abstract

방열성을 높이면서, 대형화를 방지할 수 있는 개폐기 유닛 또는 스위치 기어를 제공하는 것을 목적으로 한다. 상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명에 관한 개폐기 유닛은, 고정 전극과, 상기 고정 전극에 대향함과 함께 축 방향으로 동작하여 상기 고정 전극과 접촉 또는 개리되는 가동 전극과, 상기 한쪽의 전극에 접속되어, 모선측과 접속되는 모선측 도체와, 상기 다른 쪽의 전극에 접속되어, 부하측과 접속되는 부하측 도체를 갖는 개폐기와, 상기 개폐기의 주위를 덮도록 배치되는 절연 수지를 구비하고, 상기 절연 수지는, 상기 절연 수지의 외표면에, 원주(circumferential) 방향으로 핀을 형성하고, 상기 개폐기의 외주와, 상기 핀의 저부와의 거리는, 원주 방향에서 대략 일정해지도록 형성되는 것을 특징으로 한다.

Description

개폐기 유닛 또는 스위치 기어{SWITCHING UNIT OR SWITCHING GEAR}

본 발명은, 개폐기 유닛 또는 스위치 기어에 관한 것이며, 특히 절연 수지로 고체 절연된 개폐기 유닛 또는 스위치 기어의 냉각에 관한 것이다.

스위치 기어는 수배전 기기로서, 전력 계통에 배치되어, 발전소로부터 보내어지는 발전 전력을 수전하여 부하측에 배전하는 것이다. 그리고, 개폐기 유닛은, 스위치 기어의 내부에 배치되고, 개폐기를 수용하는 스위치 기어에 있어서의 주요부이다.

최근, 도시부에서의 소비 전력은 일부 지역에 집중되고, 소비 전력의 증가하는 수요에 대응하여, 배전용 변전소의 입지 곤란, 배전용 배관의 배치에 여유가 없다. 또한, 공급 설비의 고가동률화에의 요구가 높아지고 있다. 그것에 부응하기 위해, 배전 전압의 승압, 즉, 회선당의 용량을 크게 함으로써, 높은 전압 계통에 적극적으로 부하의 흡수를 도모하고, 효율적인 전력 공급 설비의 형성이 검토되고 있다. 이를 위해서는, 높은 전압 계통을 위한 배전 기재·수변전 설비의 가일층의 콤팩트화를 도모할 필요가 있다.

또한, 스위치 기어 내는 대전류 통전시에 있어서는 전류의 도통부를 중심으로 고온이 되므로, 대전류 통전에 수반하여, 냉각 성능을 향상시킬 필요가 있다. 이러한 냉각 성능을 향상시키기 위한 기능을 구비하는 스위치 기어로서, 예를 들어, 특허문헌 1에 기재된 것이 있다. 해당 특허문헌 1에서는 스위치 기어를 덮는 수지층에 수지제 또는 금속제의 핀을 설치함으로써 냉각 성능을 높이고 있다.

일본 특허 공개 제2001-160342호 공보

그러나, 상기 특허문헌 1에 의하면, 핀의 저부를 연결한 형상은 평면도에 있어서 직사각형 형상이 되지만, 수지층의 내부에 형성되는 진공 밸브는 원통 형상이며, 핀의 저부의 위치와 수지층의 내부의 형상에는 상관성이 없다. 여기서, 수지에 의해 핀을 구성하는 경우, 수지는 금속과 비교하여 열전도율이 낮고, 온도 분포가 발생하기 때문에, 단순히 핀을 크게 설치해도 방열 효과의 비약적 향상은 기대하기 어렵다. 한편, 스위치 기어는 한정된 스페이스에 설치되는 것이며, 대형화하는 것은 바람직하지 않다.

따라서, 본 발명에서는 방열성을 높이면서, 대형화를 방지할 수 있는 개폐기 유닛 또는 스위치 기어를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명에 관한 개폐기 유닛은, 고정 전극과, 상기 고정 전극에 대향함과 함께 축 방향으로 동작하여 상기 고정 전극과 접촉 또는 개리(開離)되는 가동 전극과, 상기 한쪽의 전극에 접속되어, 모선측과 접속되는 모선측 도체와, 상기 다른 쪽의 전극에 접속되어, 부하측과 접속되는 부하측 도체를 갖는 개폐기와, 상기 개폐기의 주위를 덮도록 배치되는 절연 수지를 구비하고, 상기 절연 수지는, 상기 절연 수지의 외표면에 원주 방향으로 핀을 형성하고, 상기 개폐기의 외주와, 상기 핀의 저부와의 거리는, 원주 방향에서 대략 일정해지도록 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 방열성을 높이면서, 대형화를 방지할 수 있는 개폐기 유닛 또는 스위치 기어를 제공하는 것이 가능해진다.

도 1은 실시예 1에 관한 개폐기 유닛의 측단면도이다.
도 2는 실시예 1에 관한 개폐기 유닛의 A-A′ 단면도이다.
도 3은 실시예 2에 관한 개폐기 유닛의 측단면도이다.
도 4는 실시예 2에 관한 개폐기 유닛의 A-A′ 단면도이다.
도 5는 실시예 3에 관한 개폐기 유닛의 측단면도이다.
도 6은 실시예 3에 관한 개폐기 유닛의 A-A′ 단면도이다.
도 7은 실시예 3에 관한 개폐기 유닛의 외관도이다.
도 8은 실시예 4에 관한 스위치 기어를 나타내는 도면이다.

이하, 본 발명을 실시하는 데 있어서 적합한 실시예에 대해 설명한다. 또한, 하기는 어디까지나 실시의 예에 불과하고, 실시 형태를 하기 구체적 형태로 한정하는 것이 아닌 것은 물론이다.

실시예 1

실시예 1에 대해 도 1 및 도 2를 이용하여 설명한다.

도 1에 나타내는 바와 같이, 본 실시예에 관한 개폐기 유닛은, 접지되어 있는 금속 케이스(21)와, 상기 금속 케이스(21)에 접속되는 에폭시 등의 절연 수지(2)와, 상기 절연 수지(2)에 의해 일체 주형된 진공 밸브(26) 및 접지 단로부(斷路部)(27)와, 모선용 부싱(13)과, 케이블용 부싱(28)으로 주로 구성되어 있다.

진공 밸브(26)는, 고정측 세라믹스 절연통(29), 가동측 세라믹스 절연통(30), 고정측 단부판(31) 및 가동측 단부판(32)을 접속하여 구성되는 진공 용기(8) 내에, 고정측 전극(16), 가동측 전극(17), 고정측 전극(16)과 접속되는 고정측 도체(5), 가동측 전극(17)과 접속되는 가동측 도체(6) 및 세라믹스 절연통(29, 30)을 전극의 개폐시의 아크로부터 보호하기 위한 아크 쉴드(25)를 배치하고 있다. 그리고, 고정측 도체(5)는 케이블용 부싱 중심 도체(15)와 접속되어, 부하측에 전력을 배전할 수 있도록 되어 있다. 케이블용 부싱 중심 도체(15)는 고정측 도체(5)에 대해 직교 방향으로 배치되어 있고, 케이블용 부싱 중심 도체(15)와 고정측 도체(5) 사이에 끼어 있는 개소는 도체가 집중되어, 사용시에 열이 상승하기 쉽다. 이와 같이, 복수의 도체가 교차하는 교점 부근에 있어서는, 발열 밀도가 높아지고, 사용시에 열이 축적된다. 또한, 가동측에는 진공 밸브(26) 내의 진공 상태를 유지한 채, 가동측 도체(6)의 가동을 실현하기 위한 벨로즈(22)를 배치하고 있다. 진공 밸브(26)는 가동측 단부판(32)과 가동측 도체(6)에 접속된 벨로즈(22)에 의해 내부의 진공을 유지하면서 가동측 전극(17), 가동측 도체(6)를 축 방향으로 이동 가능하게 함으로써 투입·차단 상태를 전환하고 있다. 또한, 벨로즈(22)와 가동측 도체(6)의 접속부 근방에는, 개폐시의 아크 등으로부터 벨로즈(22)를 보호하기 위해, 벨로즈 쉴드(33)를 설치하고 있고, 아울러 벨로즈(22) 단부에 있어서의 전계의 집중을 완화할 수도 있다. 가동측 도체(6)는, 기중(氣中) 절연 및 고체 절연된 진공 밸브(26)용 조작 로드(18)와 접속되어 있고, 상기 진공 밸브용 조작 로드(18)는, 도시하지 않은 조작기에 접속되어 있다. 고정측 세라믹스 절연통(29)의 주위에는 고정측 단부판(31)과의 접속부에 있어서의 전계 집중을 완화하기 위한 고정측 전계 완화 쉴드(34)를 배치하고, 가동측 세라믹스 절연통(30)의 주위에는 가동측 단부판(32)과의 접속부에 있어서의 전계 집중을 완화하기 위해 가동측 전계 완화 쉴드(35)를 각각 배치하고 있다.

접지 단로부(27)는, 모선용 부싱 중심 도체(14)와 접속되어 있고, 이 중심 도체를 통해 모선측에 접속되는 부싱용 고정 전극(3)과, 접지 전위로 하고 있는 접지측 고정 전극(가이드)(19)과, 그들의 축 방향 중간에 위치하고, 플렉시블 도체(20)를 통해 진공 밸브(26)측의 가동측 도체(6)와 전기적으로 접속되는 중간 고정 전극(9)을 구비하고 있고, 내부는 기중 절연되어 있다. 또한, 이들 각 고정 전극은, 내경을 모두 동등하게 하고, 직선 형상으로 배치되어 있다. 이들 각 고정 전극에 대해, 접지 단로부 가동 도체(4)가 직선 형상으로 접지 단로부(27) 내를 이동함으로써, 폐쇄·단로·접지의 3위치로 전환하는 것이 가능해진다. 접지 단로부 가동 도체(4)는, 기중 절연 및 고체 절연된 조작 로드(12)와 연결되어 있고, 도시하고 있지 않은 조작 기구에 의해 가동이 가능해진다. 그리고 접지 단로부 가동 도체(4) 중, 상기한 각 고정 접점과 접촉하는 부위를 스프링 접점(10)으로 구성함으로써, 접지 단로부 가동 도체(4)의 가동을 방해하지 않고, 또한, 탄성력에 의해 확실하게 접촉을 실현할 수 있도록 하고 있다.

모선용 부싱(13)은, 모선용 부싱 중심 도체(14)의 주위를 절연 수지(2)로 덮음으로써, 또한, 케이블용 부싱(28)은, 케이블용 부싱 중심 도체(15)의 주위를 절연 수지(2)로 덮음으로써 구성되어 있다.

진공 밸브용의 조작 로드(12), 접지 단로부용의 조작 로드(18), 절연 수지(2)의 재료로서는, 절연 특성 및 기계적 강도를 고려하고, 또한 성형성도 좋다는 점에서 에폭시 수지를 사용하고 있다. 또한, 조작 로드(12, 18), 절연 수지(2)는, 각각 자신에 의한 고체 절연과 함께, 주위의 기체에 의한 기체 절연이 이루어져 있다.

그리고, 접지 단로부 가동 도체(4), 고정측 도체(5), 가동측 도체(6), 기중부(7), 진공 용기(8)는 절연 수지(2)에 의해 일체 주형되어 있고, 접지 단로부 가동 도체(4), 고정측 도체(5), 가동측 도체(6)를 덮는 절연 수지(2)의 외표면에는 절연 수지(2)와 같은 부재로 형성되는 수지 방열핀(1)을 설치하고 있다. 도 1에 나타내는 바와 같이, 발열생원에 가장 가까운 외표면이 수지 방열핀의 최고의 높이(개소)(1′)가 되도록 하고 있고, 발열생원으로부터 이격되어 감에 따라, 상기 외표면의 수지 방열핀(1)의 높이(1d)가 서서히(연속적으로) 짧아지고 있다. 여기서, 발열생원에는 도체가 집중되는 부위(저항이 되는 도체의 밀도가 높기 때문에), 전극끼리가 접촉하는 부위(접촉 저항이 발생하기 때문에)가 해당한다. 또한, 절연 수지(2)가 덮고 있으면 기밀성이 높아지기 때문에 방열 성능도 저하되고, 또한 열이 저류되기 쉽다. 한편, 상기한 발열생원의 주위이어도, 발열생원의 주위가 기체로 둘러싸여 있는 경우에는, 방열 성능이 높아져, 발열성은 높아도 열의 저류장으로는 되기 어렵다. 이러한 점으로부터, 도체가 집중되는 부위이고, 또한, 주위를 절연 수지(2)가 덮고 있는 부위에 해당하는 케이블용 부싱 중심 도체(15) 및 진공 밸브(26) 사이에 배치되는 수지 방열핀은, 핀의 높이를 높게 하고 있고, 상기 부위로부터 이격됨에 따라, 핀의 높이가 낮아지도록 하고 있다. 또한, 전극끼리가 접촉하는 부위이고, 또한, 주위를 절연 수지(2)가 덮고 있는 부위에 해당하는 스프링 접점(10)과 부싱용 고정 전극(3)의 주위에 설치한 핀의 높이를 높게 하고 있고, 상기 부위로부터 이격됨에 따라, 핀의 높이가 낮아지도록 하고 있는 것도 있다. 본 명세서 중에서는, 발열생원이며, 또한 절연 수지(2)로 덮여 있는 부위를 열 축적 개소라 부르기로 한다. 모선용 부싱(13)이나 케이블용 부싱(28)의 주위와 열저항이 높은 플렉시블 도체(20)가 연결되어 있는 중간 고정 전극(9)은 열 축적 개소에 해당한다. 그리고, 수지 방열핀(1)이 설치되어 있는 측과는 반대측(조작기측)에, 수지 방열핀(1)의 높이가 가장 높은 부위와 동등 이상의 높이를 갖는 평탄부(평탄면)(2p)를 형성하고 있다.

또한 본 실시예에서는, 진공 용기(8)와 접지 단로부(27)의 원주 방향의 수지 방열핀의 형태는 도 2(도 1의 A-A′의 단면도)에 나타내는 바와 같이 수지 방열핀이 원주 방향의 높이에 구배를 갖도록 구성되어 있다. 그리고, 수지 방열핀의 저부(1b)와 진공 용기(8)의 외주 간의 수지의 거리(1W)가 원주 형상으로 일정하게 유지될 수 있도록, 수지 방열핀의 저부(1b)를 형성하고 있다. 강도·절연 성능상 필요한 최소한의 수지 높이를 확보하면서, 방열 성능을 높일 수 있다. 또한, 수지 방열핀(1)의 선단(1t) 및 저부(1b)에는 강도·절연 성능 확보상 필요한 최소한의 곡률을 수지 방열핀(1)의 높이(1d)의 크기에 따라 형성한다. 구체적으로는, 높이(1d)가 커지면 곡률은 커지고, 핀의 직경 방향의 높이가 가장 높은 핀의 내경측(저부)의 곡률(1b-out)은, 핀의 직경 방향의 높이가 가장 높은 핀의 내경측(저부)의 곡률(1b-out) 이외의 핀의 내경측의 곡률(1b-in) 보다도 크게 형성된다. 또한, 수지층 최외피의 일부에는 수지 방열핀(1)을 설치하지 않는 평탄부(평탄면)(2p)를 형성하고, 모든 높이의 수지 방열핀(1)의 선단(1t)이 수지층 평탄부(2p)의 면보다도 내측(면 상에 수지 방열핀의 선단이 위치하는 경우도 포함한다. 수지 방열핀의 선단이 면보다도 외측으로 돌출되지 않도록 할 것을 필요로 한다)에 위치하도록 설치한다. 여기서, 수지층 평탄부(2p)의 면에는, 평탄부 자체가 형성될 수 없는 부분도 포함한다. 이에 의해, 조립시 등, 수지로 몰드한 개폐기 유닛을 설치하는(눕히는) 경우에도, 평탄부(2p)에서 개폐기 유닛의 하중을 받을 수 있어, 수지 방열핀의 선단이 파손되는 일이 없다.

다음으로, 본 실시예에 관한 개폐기 유닛의 사용시의 상태에 대해 설명한다. 전력 계통에 개폐기 유닛이 접속되어 있는 경우, 개폐기 유닛 내에 모선으로부터 전력이 공급되고 있는 것으로 되고, 또한 접지 단로부(27)가 폐쇄 위치에 있고, 진공 개폐기도 투입되고 있으면, 전력 계통측으로부터 모선을 경유하여 모선용 부싱 중심 도체(14)→부싱용 고정 전극(3)→스프링 접점(10)→접지 단로부 가동 도체(4)→스프링 접점(10)→중간 고정 전극(9)→플렉시블 도체(20)→가동측 도체(6)→가동측 전극(17)→고정측 전극(16)→고정측 도체(5)→케이블용 부싱 중심 도체(15)를 통해 케이블을 개재하여 부하측으로 전력이 보내진다. 이 경우, 상기 각 전류 도통부에는 저항값에 따라 줄열이 발생한다. 스위치 기어와 같이 고전압이 인가되는 경우, 발열량은 매우 커지기 때문에, 방열성을 고려하는 것은 기기 제작상 필요 불가결한 사항이 된다.

통전시에 각 부(部)에서 발생하는 줄열은, 스프링 접점(10)을 통한 부싱용 고정 전극(3)과 접지 단로부 가동 도체(4)와의 접점 부위나, 가동측 전극(17)과 고정측 전극(16)과의 접촉 부위에서 커지고, 또한, 이들 부위의 근처, 특히 고정측 도체(5)와 진공 용기 단부가 고정된 부위 부근에 방열된 열이 국소적으로 모이기 쉬운 환경으로 되어 있다. 또한, 개폐기 내부의 각 도체인 접지 단로부 가동 도체(4)나 고정측 도체(5) 및 가동측 도체(6)의 도체 온도가 상승하기 때문에, 온도 상승에 수반하는 열전자 방출이 촉진되어 절연 성능이 저하되어 버린다. 온도 상승을 방지하기 위해, 발열 자체를 억제하는 것을 생각할 수 있고, 구체적으로는 접지 단로부 가동 도체(4), 고정측 도체(5), 가동측 도체(6)를 크게 하여 전류 밀도를 저하시키거나, 또는 개폐부에서는 전극(16, 17)에 대한 접촉압을 크게 하여, 접촉 저항을 저하시키는 것을 생각할 수 있다. 그러나, 전자는 장치 전체의 대형화로 이어지고, 후자는 조작 기구에 의해 큰 구동력을 필요로 하기 때문에, 회선당 용량을 크게 하는 것으로 이어져, 결국 어느 경우에도 장치가 대형화될 가능성이 있다.

따라서, 저항 저감에 의한 발열량을 저감시키는 것이 아니라, 방열 성능을 향상시키는 것이, 온도 상승 대책으로서 유효해진다. 방열 성능을 향상시키는 데 있어서, 통전시의 개폐기의 각 부에서 발생하는 줄열은, 전극끼리의 접점 및 도체를 중심으로 발열하는 것을 감안하여, 이들 발열 부위 부근을 중심으로 하여 방열하는 것이 보다 효율적으로 된다. 그러나, 본 실시예에 관한 개폐기 유닛과 같이, 개폐기 유닛을 절연 수지(2)로 일체 주형한 경우에, 상기 절연 수지(2)의 외표면 전체를 냉각용의 핀 형상으로 하면, 절연 수지(2)의 외표면과 개폐기 유닛이 수납되는 스위치 기어의 반(盤)과의 온도 차가 낮은 부위, 즉 방열 성능을 향상시킬 필요성이 적은 개소까지, 일률적으로 냉각용의 핀을 설치하게 된다.

특히, 절연 수지제의 핀을 설치하는 경우, 금속과 비교하여 열전도율이 작기 때문에, 절연 수지제의 핀 내에 온도 분포가 발생하고, 발열 부위로부터 이격된 개소에는 열이 전달되지 않고 있고, 이러한 부위에 방열용의 핀을 설치해도 방열 성능의 향상에 기여하는 정도는 작다. 핀을 전체에 설치하는 것은 개폐기 유닛 전체의 중량의 증대로 이어지기 때문에, 함부로 핀을 설치하는 것이 아니라, 방열 성능의 향상에 충분히 기여할 수 있는 위치에 핀을 배치하도록, 핀의 형상이나 그 설치 위치를 결정하는 것이 바람직하다.

따라서, 본 실시예에 관한 개폐기 유닛에서는, 케이블용 부싱 중심 도체(15) 및 진공 밸브(26)의 사이에 배치되는 수지 방열핀은, 핀의 높이를 크게 하고 있고, 상기 부위로부터 이격됨에 따라, 핀의 높이가 낮아지도록 하고 있다. 또한, 스프링 접점(10)과 부싱용 고정 전극(3)의 주위에 설치한 핀에 대해서도 핀의 높이를 크게 하고 있고, 상기 부위로부터 이격됨에 따라, 역시 핀의 높이가 낮아지도록 하고 있다.

또한, 통전시의 개폐기의 각 부에서 발생하는 줄열은, 전극의 접점 및 도체를 중심으로 발열하므로, 발열 부근을 중심으로 방열하는 편이 보다 효율적이다. 그러나, 절연 수지의 내부에 배치되는 개폐기의 외경 형상과의 상관없이, 일체 주형한 개폐기의 외표면 전체에 핀을 형성하면, 수지의 외표면과 반의 온도와의 차가 낮은 부위까지 같은 형태의 핀을 설치하는 것이 된다. 절연 수지에 의해 핀을 설치하는 경우, 수지의 열전도율은 금속과 비교하면 작아, 핀 내에 온도 분포가 발생한다. 그러므로, 수지 방열핀을 사용하는 경우, 당해 수지 방열핀을 전체에 설치하는 것은 개폐기의 중량 증대를 초래할 가능성이 있어, 핀의 방열 효율을 고려하여, 적절한 핀의 형태나 설치 위치를 결정하는 것이 유효하다. 즉, 핀의 높이나 간격을 일정하게 하면, 수지 특성에 따라 효율적인 냉각을 행하는 것은 곤란하다.

본 실시예에서는, 진공 용기(8)와 접지 단로부(27)의 원주 방향의 수지 방열핀의 형태는, 강도·절연 성능을 확보하기 위해 원주 방향의 높이에 구배를 주고 있다. 수지 방열핀의 저부(1b)와 진공 용기(8)의 외주 간의 수지의 거리(1W)를 일정하게 유지할 수 있도록 수지 방열핀의 저부(1b)를 형성함으로써(즉, 수지로 덮이는 개폐기가 하나인 경우에는, 수지 방열핀의 저부를 연결하여 형성되는 도형과, 개폐기의 외주가 형성하는 도형은, 상사(相似) 형상으로 된다. 수지로 덮이는 개폐기가 복수 존재하는 경우, 복수 개폐기의 사이 부분이 상사 형상으로부터는 상이해진다), 강도·절연 성능상 필요한 최소한의 수지 높이를 확보하면서, 방열 성능을 높일 수 있다. 또한, 수지 방열핀의 직경 방향의 높이가 가장 높은 핀 내경측의 곡률(1b-out)은 높이가 가장 높은 핀 이외의 핀의 내경측의 곡률(1b-in)보다 크게 형성한다. 이것은, 수지 방열핀의 높이가 가장 높은 핀은 비교적 변형이 크므로, 수지 방열핀(1)의 선단(1t) 및 저부(1) 응력이 집중될 가능성이 있고, 가장 크게 곡률을 형성함으로써 응력 집중을 저감시키는 것이다. 게다가, 높이가 가장 높은 핀은 상대적으로 전계가 집중되기 쉬운 것도 이해되고 있다. 그러나, 상기한 바와 같이 수지 방열핀의 직경 방향의 높이가 가장 높은 핀의 내경측의 곡률(1b-out)을, 높이가 가장 높은 핀 이외의 핀의 내경측의 곡률(1b-in)보다 크게 형성함으로써, 전계 집중을 완화할 수 있다. 즉, 상기 구성을 채용함으로써, 응력적으로도 전계 강도적으로도 내성을 향상시키는 것이 가능해진다. 또한, 수지층 최외피의 일부에는, 수지 방열핀(1)을 설치하지 않는 평탄부(2p)를 형성하고, 수지층 평탄부(2p)는 수지 방열핀(1)의 선단(1t)보다도 수지층 외표면으로 되도록 형성한다. 이에 의해, 조립시 등의 수지층 외표면 접촉에 의해 수지 방열핀을 보호할 수 있다.

상술한 바와 같이, 전류 도통시에 전류 도통 부위에는 줄열이 발생한다. 그리고, 발생한 줄열은 주위의 매체에 전달되고, 주위의 매체로부터 외부로 방열된다. 여기서, 케이블용 부싱 중심 도체(15) 및 진공 밸브(26) 사이에 배치되는 절연 수지(2)에는, 케이블용 부싱 중심 도체(15)와 진공 밸브(26) 내의 도체의 양쪽에서 발생하는 열이 전달되기 때문에, 보다 방열 성능이 높아질 필요가 있다. 본 실시예에서는, 케이블용 부싱 중심 도체(15) 및 진공 밸브(26) 사이에 배치되는 수지 방열핀은, 핀의 높이를 크게 하고 있고, 상기 부위로부터 이격됨에 따라, 핀의 높이가 낮아지도록 하고 있다. 열 축적 부위인 상기 부위는 핀의 높이를 크게 함으로써, 방열 성능을 향상시킬 수 있다. 한편, 열 축적 부위인 상기 부위로부터 이격됨에 따라, 도체의 밀집도는 저하되고, 애당초 발열 부위 근방이 아니게 됨과 함께, 절연 수지제의 핀에서는 열전도율이 작기 때문에, 열 축적 부위로부터의 열도 전달되기 어려워지므로, 양 관점으로부터 방열 성능을 향상시킬 필요성은 적어진다. 따라서, 대형화를 방지하기 위해, 열 축적 부위인 상기 부위로부터 이격됨에 따라 서서히 수지 방열핀(1)의 높이를 낮게 하는 것으로 하고 있다.

마찬가지로, 스프링 접점(10)과 부싱용 고정 전극(3)의 주위에 설치되는 절연 수지(2)에 대해서도, 부싱용 고정 전극(3), 접지 단로부 가동 도체(4) 및 스프링 접점(10)과 부싱용 고정 전극(3)과의 접점 부위를 덮고 있어, 열 축적 부위가 된다. 따라서, 상기 부위에 설치되는 수지 방열핀(1)에 대해서는, 수지 방열핀(1)의 높이를 크게 하고 있고, 상기 부위로부터 이격됨에 따라, 수지 방열핀(1)의 높이가 낮아지도록 하고 있다.

이들에 의해, 냉각 성능을 향상시킬 수 있음과 함께, 필요 이상으로 대형화하는 일도 없어진다.

기본적으로 수지 방열핀(1)은 주위로의 전열면을 확대하여 표면의 열 밀도를 저하시키는 것이기 때문에, 전열 면적이 커질수록 성능은 좋아진다. 그러나, 함부로 표면적을 확대해도, 표면의 열전달률의 저하나, 수지 방열핀(1) 선단까지의 전열 효율의 저하가 예상된다. 즉, 수지 방열핀(1)이 가장 효과적인 경우는, 방열면 전체가 열원과 같은 온도로 되어 있는 경우이다. 따라서, 금속은 열전도율이 커, 온도 분포가 현저하게 발생하기 어렵지만, 절연 수지(2)는 열전도율이 작아, 온도 분포가 현저하게 발생하기 때문에, 수지 방열핀(1)의 높이를 일률로 하지 않고, 수지 방열핀(1)이 효과적인 냉각을 행할 수 있도록, 수지 방열핀(1)에 구배를 갖도록(핀의 길이 방향, 또는, 축 방향, 나아가 원주 방향으로 구배를 갖게 함) 하고 있다.

본 실시예에 관한 개폐기 유닛에서는, 수지 방열핀(1)이 핀의 길이 방향(가동 전극의 축 방향)에 있어서, 그 높이가 구배를 갖도록 함으로써, 높이가 구배를 갖지 않고 있는 경우와 비교하여 냉각 성능을 향상시킬 수 있다. 또한, 수지 방열핀의 저부(1b)와 진공 용기(8)의 외주 간의 수지의 거리(1W)를 일정하게 유지할 수 있도록 수지 방열핀의 저부(1b)를 형성함으로써, 강도·절연 성능상 필요한 최소한의 수지 높이를 확보하면서, 방열 성능을 높일 수 있다. 또한, 수지 방열핀(1)의 선단(1t) 및 저부(1b)에는, 강도·절연 성능 확보상 필요한 최소한의 곡률을 수지 방열핀(1)의 높이(1d)의 크기에 따라 형성함과 함께(높이(1d)가 커지면 곡률은 커진다), 수지층 최외피의 일부는 수지 방열핀(1)을 설치하지 않는 평탄부(2p)를 형성하고, 수지층 평탄부(2p)는 수지 방열핀(1)의 선단(1t)보다도 수지층 외표면으로 되도록 형성함으로써, 조립시 등의 수지층 외표면 접촉에 의해 수지 방열핀을 보호함과 동시에 불필요하게 대형화되는 것을 방지할 수 있다.

그리고, 이러한 높이가 열 축적 개소에서 커지고, 상기 부위로부터 이격됨에 따라 높이가 낮아지도록 한 것에 의해, 통전시에 발생하는 온도 조건에 의해 적합한 냉각을 행하는 것이 가능해진다.

또한, 본 실시예에 관한 개폐기 유닛은, 차단기와, 접지 개폐기를 절연 수지(2)에 의해 일체로 몰드한 것이며, 절연 특성을 높이면서 최적화함으로써, 소형화가 도모되고 있다. 이와 같은 소형화가 도모된 개폐기 유닛에 있어서는, 밀폐성이 높아, 열이 집중되기 쉽기 때문에, 발열성의 저하가 아니라, 방열 성능 향상에 대한 니즈는 크다. 본 실시예에서는, 이러한 개폐기 유닛의 절연 수지(2)에 수지 방열핀(1)을 설치하고, 길이 방향 및 원주 방향에 높이의 구배를 형성하는 것과, 수지 방열핀의 선단(1t) 및 저부(1b)에 강도·절연 성능 확보상 필요한 최소한의 곡률을 높이(1d)의 크기에 따라 형성하였으므로, 보다 적합한 것으로 된다. 아울러, 대형화도 방지할 수 있기 때문에, 소형화의 실현을 방해하는 일이 없다. 오히려, 방열 성능도 가미한 개폐기 유닛으로서는, 매우 소형화된 것으로 된다.

또한, 본 실시예에서는, 접지 개폐기를 접지 단로부로 하여, 단로 기능도 집약하였으므로, 상기 점에 더하여 더욱 소형화를 실현하고 있다. 또한, 진공 절연과 기중 절연을 병용함으로써, 기중 접지 단로부를 사용해도 대형화되지 않는 개폐기를 제공하는 것이 가능해진다. 이와 같이, 어느 수단 또는 그들 수단을 병용하여 소형화를 실현한 개폐기 유닛의 경우, 본래는 발열 밀도가 높아지는 한편으로, 방열 공간도 저감되지만, 본 실시예에 관한 수지 방열핀(1)에 의해 방열 성능을 높이면, 장치의 대형화를 하는 일이 없어 적합하다.

본 실시예에 관한 개폐기 유닛 및 스위치 기어에 의하면, 절연 수지는, 절연 수지의 외표면에 원주 방향으로 핀을 형성하고, 진공 밸브나 기중 접지 단로부의 외주와, 수지 방열핀의 저부와의 거리는, 원주 형상에서 대략 일정해지도록 형성되어 있고, 수지 방열핀 특유의 열전도율이 낮기 때문에 발생하는 온도 분포를 고려하여, 방열성을 높임과 함께, 냉각 성능을 희생으로 하지 않는 범위에서, 불필요하게 대형화를 방지하는 것이 가능해진다. 또한 당해 핀을 사용하지 않는 경우, 방열용으로 장치 전체를 크게 할 필요가 발생하지만, 오히려 당해 핀을 설치함으로써 방열 성능이 향상되고, 장치 전체적으로 보아도 가일층의 소형화에 기여하는 것이 된다. 상기 구성에 의해, 고전압·고전류의 투입, 차단, 단로, 접지를 행할 수 있는 저저항 회로 개폐기에 있어서, 냉각 성능을 향상시키는 것이 가능해진다.

또한, 본 실시예에서는 절연 수지(2)의 외표면은 평탄부(2p)를 갖고 있으며, 절연 수지(2)의 선단이 평탄부(2p)의 면의 내측에 위치하도록 형성되어 있으므로, 조립시 등, 절연 수지(2)로 주형 후의 개폐기 유닛을 눕히는 경우에도, 핀의 선단을 파손시키는 일이 없다.

또한, 본 실시예에서는, 핀의 직경 방향의 높이가 가장 높은 핀의 내경측의 곡률(1b-out)은, 핀의 직경 방향의 높이가 가장 높은 핀 이외의 핀의 내경측의 곡률(1b-in)보다도 크게 형성되어 있고, 이에 의해, 핀의 직경 방향의 높이가 가장 높은 핀의 응력의 집중을 도모하면서, 전계의 집중도 완화할 수 있다. 또한, 본 실시예에서는, 특히 핀의 직경 방향의 높이가 가장 높은 핀에 대해서만 내경측의 곡률을 크게 하는 것을 설명하고 있지만, 핀의 직경 방향의 높이에 따라 높은 것일수록 곡률을 크게 하고, 높이가 낮은 것일수록 곡률을 작게 하는 것도 유효하다. 또한, 도체와 용기를 덮는 수지층의 외피의 표면의 단부의 강도·절연 성능을 확보하는 것이 가능해진다.

또한, 본 실시예에서는, 수지 방열핀(1)은, 도 2에 나타내는 바와 같이 90℃씩 방향이 다른 4방향을 향해 배치되고, 즉, 수지 방열핀(1)의 선단은, 기중 접지 단로부(27) 또는 진공 밸브(26)를 사이에 두고 대향하는 1조의 면과, 기중 접지 단로부(27) 및 진공 밸브(26)를 사이에 두고 대향하는 1조의 면의 2조의 면을 형성한다. 따라서, 주형 후에 금형을 떼는 경우에도, 수지 방열핀(1)이 향하는 방향으로 금형을 (핀에 걸리지 않고) 떼어 낼 수 있어, 제작도 용이하다.

실시예 2

실시예 2에 대해, 도 3 및 도 4를 사용하여 설명한다. 실시예 1과 중복되는 개소에 대해서는 그 설명을 생략한다.

도 3 및 도 4에 나타내는 바와 같이, 본 실시예에서는, 절연 수지(2)의 내부에 금속의 방열판(1m)을 설치함으로써, 절연 쉴드의 역할과 방열 부재의 역할을 동시에 달성할 수 있도록 하고 있다. 또한, 금속의 방열판(1m)은, 열 축적 개소인 모선용 부싱(13), 케이블용 부싱(28), 중간 고정 전극(9)에 접속 고정되어, 열이 수지층에 방열되고, 수지층의 온도가 높아지고 있는 부분에서 수지 방열핀의 높이가 커지고(최대 높이(1′)), 상기 부로부터 이격됨에 따라, 높이가 낮아지도록 하고 있다. 수지 방열핀(1)의 높이는, 방열판(1m) 중에서 가장 절연 수지(2)의 표면에 가까운 방열판(1m)의 주위에서 가장 높고, 가장 절연 수지(2)의 표면에 가까운 방열판(1m)의 주위로부터 축 방향으로 이격됨에 따라, 낮아지도록 하는 구배를 가지고 있다. 방열판(1m)은, 진공 밸브(26)와 접지 단로부(27)의 사이, 진공 밸브(26)의 주위 및 접지 단로부(27)의 주위에 설치하고 있고, 조작기에 가까운 측의 방열판(1m)을 절연 수지(2) 표면에 가깝게 하여 배치하고 있다. 외주측에 가까운 방열판의 근방에서 핀을 높게 하여 방열성을 높임으로써, 통전시에 발생하는 온도 조건에 의해 적합한 냉각을 행하는 것이 가능해진다.

또한, 금속의 방열판(1m)은 절연 쉴드의 역할을 할 수 있도록, 선단이 절연 성능상 필요한 최소한의 곡률(라운딩)을 형성하고 있다.

본 실시예에서는 방열판(1m)을 설치함으로써, 열 축적 개소로부터의 열을, 방열할 만한 부위로 이동시키고 있다. 그리고, 수지 방열핀(1)의 높이를, 방열판(1m) 중에서 가장 절연 수지(2)의 표면에 가까운 방열판(1m)의 주위에서 가장 높고, 가장 절연 수지(2)의 표면에 가까운 방열판(1m)의 주위로부터 축 방향으로 이격됨에 따라 낮아지도록 하고 있고, 이동시킨 열을 효율적으로 방열할 수 있도록 하고 있다. 더욱 바람직하게는, 방열판(1m)을 절연 수지(2) 내부의 도체나 진공 밸브(26) 단부에, 도체나 진공 밸브(26) 주변을 둘러싸는 형상으로 (접속) 형성하면, 도체나 진공 밸브(26)로부터의 열이 방열판(1m)에 전해져 열이 축적되므로, 열이 축적된 방열판(1m)에 가까운 절연 수지(2)의 외피에 있어서의 가장 표면 온도가 높아지는 부위에서, 수지 방열핀의 길이 방향의 높이를 가장 높게, 다른 부분에서 낮게 하는 것이 좋다.

또한, 본 실시예와 같이 금속의 방열판(1m)과 수지 방열핀(1)을 함께 구성한 경우에서도, 실시예 1에서 기술한 다양한 효과를 모두 발휘하는 것이 가능한 것은 물론이다. 양 실시예 모두, 수지제의 수지 방열핀의 높이를 길이 방향 및 원주 방향으로 일률로 하지 않고, 구배를 갖는다는 점, 및 가일층의 효과를 발휘하기 위해 열 축적부의 수지 방열핀의 높이를 가장 높게 하여, 냉각 성능을 높인다는 점에서 공통되고 있다.

실시예 3

실시예 3에 대해 도 5 내지 도 7을 사용하여 설명한다. 본 실시예에서도 상기 각 실시예와 중복하는 점에 대해서는 설명을 생략한다.

실시예 1 및 2에서는, 수지 방열핀(1)의 선단은, 기중 접지 단로부(27) 또는 진공 밸브(26)를 사이에 두고 대향하는 1조의 면과, 기중 접지 단로부(27) 및 진공 밸브(26)를 사이에 두고 대향하는 1조의 면의 2조의 면을 형성하고 있었지만, 본 실시예에서는, 도 5의 단면도에서 나타내는 바와 같이, 일체 주형한 개폐기의 외표면 전체를 냉각용의 핀 형태로 형성하는 경우, 주형용의 금형의 부품을 최소한으로 하기 위해, 양측면에는 수지 방열핀을 설치하지 않고, 전후로 설치하고 있는 수지 방열핀의 저부(1b)와 진공 용기(8)의 외주 간의 수지의 거리(1W)를 일정하게 유지할 수 있도록 형성한다.

본 실시예와 같이 금속의 방열판(1m)을 설치하여 수지 방열핀(1)을 대향하는 1조의 면에만 설치하는 것도 가능하다. 그 외에, 금속의 방열판(1m)을 설치하지 않고, 수지 방열핀(1)을 대향하는 1조의 면에만 설치하는 것도 배제하는 것이 아니다. 통전하는 전류의 양, 설치 환경의 온도 등에 의해, 어느 정도 냉각 성능을 높일 필요가 있는지는 다르다. 이와 같은 다양한 변형이 가능한 것은 물론이다.

실시예 4

실시예 4에 대해 도 8을 사용하여 설명한다. 본 실시예에서도 상기 각 실시예와 중복하는 점에 대해서는 설명을 생략한다.

본 실시예에 관한 스위치 기어는, 전력 계통측에 접속되어 전력을 수전하는 모선(40)과, 모선(40)에 접속되고 개폐기를 갖는 개폐기 유닛(46)과, 개폐기 유닛(46)으로부터의 전력을 부하측에 배전하는 케이블(42)과, 실시예 1에 관한 개폐기 유닛(46)과 케이블(42)을 연결하는 케이블 헤드(45)와, 개폐기 유닛(46) 내의 개폐기를 조작하는 조작기(43)와, 과전류 검출시나 낙뢰시 등에 기기를 보호하는 보호 계전기 등을 수납하는 제어 기기실(44)로 개략 구성된다.

개폐기 유닛(46)에 대해서는, 실시예 1에서 설명한 것과 무관하게, 상기 각 실시예에서 설명한 내용을 모두 포함하여 다양한 것이 적용 가능하다. 이때, 적어도 상기한 각 효과는 스위치 기어에 적용함으로써, 줄일 수 있는 것이 아니다.

본 실시예에 관한 스위치 기어에 대해, 개폐기 유닛(46)에, 핀의 길이 방향으로 높이가 구배를 갖고, 또한 원주 방향으로도 높이가 구배를 갖는 방열용의 수지 방열핀을 구비함으로써, 스위치 기어(반) 내에서 주로 발열성이 높은 장소가 개폐기 유닛이기 때문에, 스위치 기어 전체로서 보았을 때도 냉각 성능을 향상시킬 수 있다.

또한, 스위치 기어 내의 주요부인 개폐기 유닛을 소형화할 수 있음으로써, 스위치 기어 전체를 소형화하는 것도 가능해지는 것은 더욱 특필할 만한 점이다.

1 : 수지 방열핀
1′ : 수지 방열핀의 최고의 높이
1b : 수지 방열핀의 저부
1b-in : 수지 방열핀 내경측의 곡률
1b-out : 핀의 직경 방향의 높이가 가장 높은 수지 방열핀 내경측의 곡률
1d : 수지 방열핀의 높이
1m : 방열판
1t : 수지 방열핀의 선단
1t-in : 수지 방열핀의 선단의 곡률
1t-out : 핀 높이가 가장 높은 수지 방열핀 선단 곡률
1w : 수지 방열핀의 저부와 진공 용기 외주 간의 수지의 거리
2 : 절연 수지
2p : (수지 표면의) 평탄부
2w : 수지 표면의 대칭 평탄부 사이의 폭
3 : 부싱용 고정 전극
4 : 접지 단로부 가동 도체
5 : 고정측 도체
6 : 가동측 도체
7 : 기중부
8 : 진공 용기
9 : 중간 고정 전극
10 : 스프링 접점
11, 28 : 케이블용 부싱
12, 18 : 조작 로드
13 : 모선용 부싱
14 : 모선용 부싱 중심 도체
15 : 케이블용 부싱 중심 도체
16 : 고정측 전극
17 : 가동측 전극
19 : 접지측 고정 전극(가이드)
20 : 플렉시블 도체
21 : 금속 케이스
22 : 벨로즈
26 : 진공 밸브
27 : 접지 단로부
29 : 고정측 세라믹스 절연통
30 : 가동측 세라믹스 절연통
31 : 고정측 단부판
32 : 가동측 단부판
33 : 벨로즈 쉴드
34 : 고정측 전계 완화 쉴드
35 : 가동측 전계 완화 쉴드
40 : 모선
42 : 케이블
43 : 조작기
44 : 제어 기기실
45 : 케이블 헤드
46 : 개폐기 유닛

Claims (10)

1. 고정 전극과, 상기 고정 전극에 대향함과 함께 축 방향으로 동작하여 상기 고정 전극과 접촉 또는 개리(開離)되는 가동 전극과, 상기 한쪽의 전극에 접속되어, 모선측과 접속되는 모선측 도체와, 상기 다른 쪽의 전극에 접속되어, 부하측과 접속되는 부하측 도체를 갖는 개폐기와, 상기 개폐기의 주위를 덮도록 배치되는 절연 수지를 구비하고,
   상기 절연 수지는, 상기 절연 수지의 외표면에, 원주 방향으로 핀을 형성하고,
   상기 개폐기의 외주와, 상기 핀의 저부와의 거리는, 원주 방향에서 대략 일정해지도록 형성되는 것을 특징으로 하는 개폐기 유닛.
2. 제1항에 있어서,
   상기 수지의 외표면은 평탄부를 갖고 있고, 상기 수지의 선단이 상기 평탄부의 면의 내측에 위치하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 개폐기 유닛.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 핀의 직경 방향의 높이가 가장 높은 핀의 내경측의 곡률은, 상기 핀의 직경 방향의 높이가 가장 높은 핀 이외의 핀의 내경측의 곡률보다도 크게 형성되는 것을 특징으로 하는 개폐기 유닛.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 개폐기는, 상기 고정 전극 및 상기 가동 전극을 내부에 갖는 진공 용기를 구비하는 진공 개폐기이며,
   또한, 1개 또는 복수의 다른 고정 전극과, 상기 다른 고정 전극에 대향함과 함께 축 방향으로 동작하여 상기 다른 고정 전극과 접촉 또는 개리되는 1개 또는 복수의 다른 가동 전극과, 상기 어느 한쪽의 다른 전극에 접속되어, 모선측과 접속되는 다른 모선측 도체와, 상기 어느 한쪽의 다른 전극에 접속되어, 부하측과 접속되는 다른 부하측 도체를 갖고, 또한, 접지 기능을 갖는 개폐기를 구비하고 있고,
   상기 개폐기와 상기 진공 개폐기는, 도체를 통해 전기적으로 접속되고,
   상기 절연 수지는, 상기 개폐기 및 상기 진공 개폐기의 주위를 덮도록 배치되고,
   상기 절연 수지의 외표면에, 원주 방향으로 핀이 형성되고, 상기 핀의 직경 방향의 높이가 가장 높은 핀의 내경측의 곡률은, 상기 핀의 직경 방향의 높이가 가장 높은 핀 이외의 핀의 내경측의 곡률보다도 크게 형성되는 것을 특징으로 하는 개폐기 유닛.
5. 제4항에 있어서,
   상기 개폐기 및 상기 진공 개폐기는 나란히 배치되고,
   상기 핀의 선단은, 상기 개폐기 또는 상기 진공 개폐기를 사이에 두고 대향하는 1조(組)의 면을 형성하는 것을 특징으로 하는 개폐기 유닛.
6. 제5항에 있어서,
   상기 핀의 선단은, 또한 상기 1조의 면에 직교하고, 상기 개폐기 및 상기 진공 개폐기를 사이에 두고 대향하는 다른 1조의 면을 형성하는 것을 특징으로 하는 개폐기 유닛.
7. 제4항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
   또한 상기 어느 한쪽의 도체에 접속됨과 함께, 상기 개폐기 또는 진공 개폐기의 주위를 축 방향에 걸쳐 덮는 방열판을, 상기 절연 수지의 내부에 배치하고, 상기 핀은 상기 방열판의 주위를 덮도록 형성되는 것을 특징으로 하는 개폐기 유닛.
8. 제7항에 있어서,
   상기 핀의 높이는, 상기 방열판 중에서 가장 상기 절연 수지의 표면에 가까운 상기 방열판의 주위에서 가장 높고, 상기 가장 상기 절연 수지의 표면에 가까운 상기 방열판의 주위로부터 축 방향으로 이격됨에 따라, 낮아지는 구배를 갖는 것을 특징으로 하는 개폐기 유닛.
9. 제7항 또는 제8항에 있어서,
   상기 방열판의 선단은 둥그스름한 것을 특징으로 하는 개폐기 유닛.
10. 제1항 내지 제9항 중 어느 하나에 기재된 개폐기 유닛과, 상기 개폐기 유닛에 접속되는 모선 및 케이블과, 상기 어느 한쪽의 가동 전극을 구동하기 위한 조작력을 발생하는 조작기와, 보호 계전기를 수납하는 제어 기기실을 갖고, 상기 개폐기 유닛, 상기 모선, 상기 케이블, 상기 조작기 및 상기 제어 기기실을 내부에 갖는 하우징을 구비하는 것을 특징으로 하는 스위치 기어.

Images