KR20150015478A

KR20150015478A - 다수의 금속 인클로저들을 가진 고전압 스위치

Info

Publication number: KR20150015478A
Application number: KR1020147033036A
Authority: KR
Inventors: 페르 스카르뷔
Original assignee: 에이비비 테크놀로지 아게
Priority date: 2012-05-31
Filing date: 2013-05-31
Publication date: 2015-02-10
Also published as: EP2856487A1; KR102038724B1; EP2856487B1; CN104380422A; CN104380422B; WO2013178787A1

Abstract

스위치는 제 1 금속 인클로저 (2a) 내의 제 1 스위칭 어셈블리 (1a) 및 제 2 금속 인클로저 (2b) 내의 제 2 스위칭 어셈블리 (1b) 를 포함한다. 2 개의 금속 인클로저들 (2a, 2b) 은 서로는 물론 그라운드로부터 전기 절연된다. 이것은 복수의 금속 인클로징된 스위칭 어셈블리들을 직렬로 배열하면서 그들 중 임의의 것에서의 과도한 전기장을 회피하는 것을 허용한다.

Description

다수의 금속 인클로저들을 가진 고전압 스위치{HIGH-VOLTAGE SWITCH WITH MULTIPLE METAL ENCLOSURES}

본 발명은 금속 인클로저 내에 스위칭 어셈블리를 갖는 고전압 스위치에 관한 것이다. 본 발명은 또한 이러한 스위치를 동작하는 방법에 관한 것이다.

고전압 인가 (applications) 에 대한 회로 차단기들은 통상 금속 인클로저 내에 배열된 하나 이상의 전기 스위치들을 갖는 스위칭 어셈블리를 포함할 수도 있다. 금속 인클로저는 접지되는 한편, 스위칭 어셈블리는 고전압 전위에 있다.

훨씬 더 높은 전압들에 대해 회로 차단기를 제공하기 위해서는, 금속 인클로저의 크기가 전계 강도를 허용 한계 (acceptable limits) 내에 유지하기 위하여 증가되어야 한다. 이것은 비용이 많이 들고 상이한 전압 정격 (voltage ratings) 에 대해 상이한 회로 차단기 컴포넌트들을 필요로 한다.

DE 10 2006 050 732 는 직렬로 배열된 전기 스위치들을 사용하는 회로 차단기를 기술하며, 여기서 각각의 스위치는 절연 인클로저 내에 위치된다. 그레이딩 (grading) 커패시터들을 포함하는 임피던스 디바이스들이 전압을 스위치들에 걸쳐 분배하기 위해 제공된다.

따라서, 본 발명의 일반적인 목적은, 비용을 낮게 유지하면서 매우 높은 전압들조차 스위칭하도록 허용하는 스위치 설계를 제공하는 것이다.

이 목적은 독립항들의 스위치 및 방법에 의해 달성된다. 종속항들 또는 항 조합들에서는 다양한 실시형태들이 주어진다.

따라서, 스위치는 적어도 2 개의 금속 인클로저를 포함하고, 각각의 금속 인클로저 내에는 스위칭 어셈블리가 배열되며, 그 스위칭 어셈블리들은 직렬로 배열되고, 적어도 2 개의 금속 인클로저들은 서로 전기 절연된다. 서로 전기 절연되고, 특히 그라운드로부터 절연되는 2 개의 금속 인클로저들은, 복수의 금속 인클로징된 스위칭 어셈블리들을 직렬로 배열하면서 그들 중 임의의 것에서의 과도한 전기장을 회피하는 것을 허용한다.

고전압 스위치는 예를 들어, 고전압 회로 차단 및/또는 고전압 단로 기능 및/또는 고전압 전류 정류 기능을 가진 스위칭 어셈블리들을 포함할 수 있다. 특히, 고전압 스위치는 고전압 단로기 (high-voltage disconnector), 고전압 회로 차단기 (high-voltage circuit breaker), 고전압 전류 정류 디바이스 (high-voltage current commutating device), 또는 유사한 디바이스들일 수 있다.

이 설계에서, 스위칭 어셈블리들은 고전압이 스위칭될 수 있도록 직렬로 배열된다. 각각의 스위칭 어셈블리는 금속 인클로저 내에 배열되며, 그 금속 인클로저들은 서로 전기 절연된다. 이것은 금속 인클로저들을 상이한 전기 전위에 유지하고, 따라서 그들 내의 전기장을 감소시키도록 허용한다. 이런 이유로, 더 작은 금속 인클로저들이 사용될 수 있다.

이 설계는 동일한 금속 인클로저 및 스위칭 어셈블리가 상이한 전압 정격에 대해 재사용될 수 있다는 점에서 스케일러블하다. 비교적 작은 전압 정격의 경우에는, 단일의 인클로저 및 스위칭 어셈블리가 사용될 수 있다. 더 큰 전압 정격의 경우에는, 2 개, 3 개 또는 그보다 더 많은 스위칭 어셈블리들이 직렬로 배열될 수 있으며, 여기서 각각의 스위칭 어셈블리는 그 금속 인클로저들 내에 장착되고, 금속 인클로저들은 상호 절연된다.

하나의 실시형태에서, 스위치는 제 1 스위칭 어셈블리를 인클로징하는 제 1 금속 인클로저는 물론 제 2 스위칭 어셈블리를 인클로징하는 제 2 금속 인클로저를 포함한다. 또한, 스위치는 제 1 단자 및 제 2 단자를 포함한다. 스위칭 어셈블리들은 단자들 사이에 직렬로 배열되어, 그들은 단자들 사이의 전류 흐름을 차단 (interrupt) 할 수 있다. 바람직하게는, 제 1 단자는 제 1 금속 인클로저에 전기적으로 연결되고, 제 2 단자는 제 2 인클로저에 전기적으로 연결된다. 따라서, 인클로저들과 그들의 스위칭 어셈블리들 간의 전압들은 스위치가 스위치 오프되는 경우라도 비교적 작은 상태를 유지한다.

또 다른 실시형태들에서, 스위치는 각각의 스위칭 어셈블리에 대해, 스위칭 어셈블리와 병렬로 배열되거나 또는 금속 인클로저와 스위칭 어셈블리들 간의 노드 사이에 배열된 적어도 하나의 임피던스 디바이스를 포함한다. 임피던스 디바이스들은 인가된 전압을 스위칭 어셈블리들에 걸쳐 고르게 분배하고/하거나 도전체 (conductor) 로부터 그라운드에 대한 표유 정전용량 (stray capacitance) 을 보상하기 위하여 매칭 임피던스들을 가질 수 있다.

본 발명은 또한 상기 스위치를 동작하는 방법에 관한 것이다. 이 방법은 스위칭 어셈블리들 중 제 1 스위칭 어셈블리를 제 1 고전압 전위에 연결하고 스위칭 어셈블리들 중 제 2 스위칭 어셈블리를 제 2 고전압 전위에 연결하여, 스위칭 어셈블리들이 제 1 전위와 제 2 전위 사이에 직렬로 배열되어 그들 사이의 전류 흐름을 차단하도록 하는 단계를 포함한다.

본 발명의 다음의 상세한 설명을 고려할 때 본 발명이 더 잘 이해될 것이고, 상기 기술된 목적들 이외의 목적들이 명백해질 것이다. 이러한 설명은 첨부된 도면들을 참조한다.
도 1 은 스위치의 도면을 도시한다.
도 2 는 스위치의 단면도를 도시한다.
도 3 은 여러 개의 스위치들 및/또는 스위칭 갭들을 가진 스위칭 어셈블리를 도시한다.
도 4 는 2 개보다 더 많은 스위칭 어셈블리들을 가진 스위치 설계를 도시하며, 여기서 금속 인클로저들은 중간 전위에 유지된다.
도 5 는 스위치의 추가 실시형태의 단면도를 도시한다.

정의들

용어 "고전압" 은 통상 72kV 를 초과하는 전압을 의미한다.

용어 "높은 압력을 가진 가스" 는 대기압을 초과, 특히 2bars 를 초과하는 압력을 갖는 절연 가스를 의미한다.

실시형태들

도 1 및 도 2 는 제 1 스위칭 어셈블리 (1a) 및 제 2 스위칭 어셈블리 (1b) 를 갖는 스위치들을 도시한다. 제 1 스위칭 어셈블리 (1a) 는 제 1 금속 인클로저 (2a) 내에 배열되고, 제 2 스위칭 어셈블리 (1b) 는 제 2 금속 인클로저 (2b) 내에 배열된다.

각각의 스위칭 어셈블리는 하나 이상의 전기 스위칭 유닛들 (4) 을 포함한다. 적합한 스위칭 유닛은 예를 들어 US　7,235,751　B2 에서 제시된 개념들에 기초할 수도 있다.

예를 들어, 각각의 금속 인클로저에는 항복 전압 (break-down voltage) 을 증가시키기 위해 절연 매체, 특히 SF₆ 과 같은 높은 압력의 가스가 충진된다.

2 개의 스위칭 어셈블리들 (1a, 1b) 은 직렬로 배열되고 도전성 로드 (conductive rod; 5) 에 의하여 상호연결된다. 2 개의 인클로저들 (2a, 2b) 은 도전체 (5) 를 인클로징하는 전기 절연 실린더 (6) 에 의해 기계적으로 상호연결된다.

실린더 (6) 에는 또한 예를 들어 항복 전압을 증가시키기 위해 SF₆ 과 같은 높은 압력의 절연 가스가 충진될 수 있다. 더욱이, 실린더는, 총 용량의 가스 또는 절연 매체를 하나 또는 여러 개의 가스 존들로 분리하기 위하여 파티션들을 포함할 수도 있고 또는 포함하지 않을 수도 있다.

스위치는 전체로서 소위 라이브 탱크 구성 (live tank configuration) 내의 대기 중에 배열될 수 있다.

스위치는 그 스위치를 차단될 라인 (9) 에 연결하기 위해 2 개의 단자들 (8a, 8b) 을 포함한다. 언급한 바와 같이, 제 1 및 제 2 스위칭 어셈블리들 (1a, 1b) 은 제 1 단자 (8a) 와 제 2 단자 (8b) 사이에 직렬로 배열된다. 또한, 본 실시형태에서, 제 1 단자 (8a) 는 제 1 금속 인클로저 (2a) 에 전기적으로 연결되고, 제 2 단자 (8b) 는 제 2 금속 인클로저 (2b) 에 전기적으로 연결된다.

도 1 및 도 2 의 스위치들은 부호들 (10a 내지 10j) 로 표기된 프레임을 더 포함한다. 그 프레임은 제 1 섹션 (10a, 10b, 10c), 제 2 섹션 (10d, 10e, 10f) 및 제 3 섹션 (10g 내지 10j) 을 갖는다. 제 1 섹션 (10a 내지 10c) 은 제 1 금속 인클로저 (2a) 에 기계적으로 연결되고, 제 2 섹션 (10d 내지 10f) 은 제 2 금속 인클로저 (2b) 에 기계적으로 연결되며, 제 3 섹션 (10g 내지 10j) 은 제 1 섹션과 제 2 섹션을 서로 기계적으로 연결한다. 적어도 제 3 섹션 (10g 내지 10j) 은 전기 절연되고 있다. 예를 들어, 제 3 섹션은 각각 제 1 섹션들 (10a 내지 10c) 과 제 2 섹션들 (10d 내지 10f) 사이에서 연장되는 복수의 로드들 (10g, 10h, 10i 및 10j) 을 포함한다.

게다가, 그리고 도 2 에서 가장 잘 알 수 있는 바와 같이, 스위치는 예를 들어, 비계 (scaffolding) (14) 에 스위치를 매달기 위한 전기 절연 서스펜션 (12) 을 포함한다. 도 1 및 도 2 의 실시형태에서, 그 서스펜션 (12) 은 여러 개의 서스펜션 부재들 (12a 내지 12d) 을 포함하며, 그 서스펜션 부재들 중 적어도 하나의 서스펜션 부재는 제 1 프레임 섹션 (10a 내지 10c) 에 연결되고, 적어도 다른 서스펜션 부재는 제 2 프레임 섹션 (10d 내지 10f) 에 연결된다. 하지만, 전체 스위치는 또한 비계 (14) 에 매달리기 보다는, 예를 들어, 지지 절연체 (support insulator) 들에 의하여 그라운드로부터 지지될 수 있다는 것에 주목해야 한다.

각각의 스위칭 어셈블리는 그것의 스위치들을 작동하기 위한 액추에이터를 포함한다. 제 1 액추에이터 (15a) 는 제 1 스위칭 어셈블리 (1a) 에 기인한다. 제 1 액추에이터 (15a) 는 제 1 인클로저 (2a) 의 전위에 있고, 하나 또는 여러 개의 작동 코일들 (15a'') 및 에너지 스토리지 (15a') 를 포함한다. 에너지 스토리지 (15a') 는 제 1 프레임 섹션 (10a 내지 10c) 에 장착되고, 제 1 스위칭 어셈블리 (1a) 를 동작하기 위해 제 1 인클로저 (2a) 에 장착된 작동 코일(들) (15a'') 에 피딩한다. 제 2 액추에이터 (15b) 는 제 2 스위칭 어셈블리 (1b) 에 기인한다. 제 2 액추에이터 (15b) 는 제 2 인클로저 (2b) 의 전위에 있고, 적어도 하나의 작동 코일 (15a'') 및 에너지 스토리지 (15b') 를 포함한다. 에너지 스토리지 (15b') 는 제 2 프레임 섹션 (10d 내지 10f) 에 장착되고, 제 2 스위칭 어셈블리 (1b) 를 동작하기 위해 제 2 인클로저 (2b) 에 장착된 적어도 하나의 작동 코일 (15b'') 에 피딩한다. 언급한 바와 같이, 각각의 액추에이터 (15a, 15b) 는 그것의 스위칭 어셈블리 (1a, 1b) 의 금속 인클로저 (2a, 2b) 의 전위에 있고; 즉, 바람직하게는 각각의 액추에이터 (15a, 15b) 와 그 각각의 인클로저 (2a, 2b) 간의 전압 차이는 5kV 미만이다. 인클로저가 이하 도 3 에 나타낸 바와 같이 복수의 콘택 부재들 (1a, 1b, 4) 을 포함할 수도 있다면, 액추에이터는 그로부터 전기 절연될 필요가 있다.

액추에이터들 (15a, 15b) 은 서로 전기 절연된다.

동작 시에, 액추에이터들 (15a, 15b) 은 고전압 전위에 있다. 따라서, 각각의 액추에이터 (15a, 15b) 는 각각 갈바닉 절연된 파워 피드 (galvanically insulated power feeder) (16a, 16b) 를 가진 그 자신의 파워 서플라이를 포함한다. "갈바닉 절연된 파워 피더" 는 전기 파워를 그라운드 전위로부터 높은 고전압 전위까지 피딩하기 위한 피드이다. 이러한 피드들은 당업자에게 알려져 있고, 예를 들어, 그라운드와 그라운드 전위에 있는 고주파수 소스에 의해 공급될 수 있는 고전압 전위 사이에 용량성 회로를 생성하는 직렬의 복수의 커플링 커패시터들로 이루어질 수 있다 (예를 들어, US　2006152199　A1 참조). 다른 이러한 파워 피더들은 예를 들어, 유도, 유압, 공압 또는 기계 원리들에 기초할 수도 있다.

동작 시에, 스위치는 그 단자들 (8a, 8b) 과 차단될 라인 (9) 에 연결된다.

스위치의 양자의 스위칭 어셈블리들이 그들의 도전성 상태에 있을 때, 스위칭 어셈블리들 (1a, 1b) 은 물론 도전성 로드 (5) 는 동일한 고전압 전위에 있다. 금속 인클로저들 (2a, 2b) 이 또한 고전압 전위에 있을 것이다.

시스템 전압의 그라운드로의 1 차 전압 강하는, 그 목적을 위해 형성되었고 각각의 전압 정격에 쉽게 적응되는 서스펜션 (12) 및 파워 피더들 (16a, 16b) 에 걸쳐 일어난다.

스위칭 어셈블리들 (1a, 1b) 이 스위치 오프될 때, 즉, 스위칭 어셈블리들이 그들의 비도전성 상태에 있을 때, 통상 단자들 (8a, 8b) 에 걸쳐 고전압 강하가 존재할 것이다. 이 경우에, 스위칭 어셈블리들 (1a, 1b) 사이의 도전성 로드 (5), 즉, 전기 노드 (17) 의 전위는 각각의 스위칭 어셈블리에 걸친 임피던스들, 즉 각각 2 개의 단자들 (8a, 8b) 과 노드 (17) 간의 임피던스들에 주로 의존할 것이지만, 예를 들어, 실린더 (6) 의 길이에 의해 정의한 바와 같이 인클로저들 (2a 및 2b) 간의 임피던스에도 의존할 것이다.

전압 분배에 영향을 주는 추가 임피던스들은 단자들 (8a, 8b) 의 그라운드에 대한, 그리고 노드 (17) 의 그라운드에 대한 임피던스들이다.

도 2 의 3 개의 폐쇄된 대시 라인들 (20) 은 서로 전기적으로 연결되고 따라서 동일한 전위에 있는 차단기의 3 개의 주요 부분들을 인클로징한다.

이상적으로, 스위치의 설계가 대칭적인 경우, 양자의 스위칭 어셈블리들 (1a, 1b) 에서의 임피던스들은 동일하고, 따라서 도전체 (5) 의 그라운드에 대한 정전용량이 무시될 수 있는 경우에도 물론, 스위칭 어셈블리들 (1a, 1b) 에 걸친 전압 강하는 동일하다. 비대칭 및/또는 도전체 (5) 의 그라운드에 대한 표유 정전용량의 영향을 보상하기 위하여, 예시적인 실시형태는 보조 임피던스 디바이스들 (18a, 18b) 을 포함하며, 그 보조 임피던스 디바이스들 (18a, 18b) 은 동일에 가깝고 예를 들어, 1 내지 10MΩ 정도의 (50Hz 또는 60Hz 에서의) 절대 임피던스 값들을 갖는다. 즉, 임피던스 디바이스들 (18a, 18b) 은 도전체 (5) 의 그라운드에 대한 표유 정전용량보다 더 큰 정전용량을 제공해야 하며, 예를 들어, 팩터 5 내지 10 만큼 더 커야 한다. 임피던스 디바이스들은 통상 용량성 및 저항성 부분을 갖는 커패시터들이다. 각각의 스위칭 어셈블리는 하나의 임피던스 디바이스 (18a, 18b) 와 병렬로 배열되고, 모든 임피던스 디바이스들은 스위치에 인가된 전압을 스위칭 어셈블리들 (1a, 1b) 에 걸쳐 고르게 분배하기 위하여 매칭된다. 대안으로, 또는 그에 더하여, 임피던스 디바이스 (18c) 는 도시한 바와 같이, 2 개의 인클로저들 (2a, 2b) 사이에 배열될 수 있다.

임피던스 디바이스들 (18a, 18b) 을 스위칭 어셈블리들 (1a, 1b) 과 병렬로 배열하는 것에 대한 대안으로, 그 임피던스 디바이스들 (18a, 18b) 은 금속 인클로저 (2a, 2b) 와 노드 (17) 에 연결되는 스위칭 어셈블리들 (1a, 1b) 의 단자들 사이에 삽입될 수 있다.

도 2 의 실시형태에서, 임피던스 디바이스들 (18a, 18b) 은 금속 인클로저들 (2a, 2b) 내에 배열된다. 대안으로, 그리고 도 5 의 실시형태에 도시한 바와 같이, 임피던스 디바이스들 (18a, 18b) 은 인클로저들 (2a, 2b) 의 외부에 배열될 수 있고, 그들을 수용하기 위한 공간 (room) 이 더 많이 있는 절연 실린더 (6) 의 외부에 배열될 수 있다. 도 5 의 실시형태에서, 임피던스 디바이스들 (18a, 18b) 각각은 스위칭 어셈블리들 (1a, 1b) 사이에서 인클로저 (2a, 2b) 로부터 노드 (17) 까지 연장된다. 이 목적으로, 노드 단자 (19) 는 2 개의 스위칭 어셈블리들 (1a, 1b) 사이에, 바람직하게는 양자의 스위칭 어셈블리들로부터 동일한 거리에 배열된다. 노드 단자 (19) 는 도전성 로드 (5) 에 전기적으로 연결되고 절연 실린더 (6) 의 외부로 연장된다. 예를 들어, 절연 실린더 (6) 는 2 개의 하프 (half) 들로 나눠지고, 노드 단자 (19) 는 2 개의 하프들의 플랜징 포인트 (flanging point) 에 배열된다. 2 개의 임피던스 디바이스들 (18a, 18b) 은 각각 그들의 단부들 중 하나의 단부에서 노드 단자 (19) 에 연결되고, 그들의 다른 단부들에서 인클로저들 (2a, 2b) 에 연결된다.

임피던스 디바이스들 (18a, 18b) 은 예를 들어, 각각 수백 kV (예를 들어, 300kV) 에 정격된 예를 들어 커패시터들이다. 그들은 그레이딩 커패시터들의 역할을 하고 적어도 100pF 의 정전용량, 특히 수 100pF 내지 수 nF 의 범위의 정전용량을 갖는다.

상기의 추가 예시를 위해, 일부 실시형태들이 한번 더 언급된다 :

실시형태들에서, 금속 인클로저들 (2a, 2b) 은 고체 절연체에 의해, 특히 전기 절연 실린더에 의해 및/또는 스위치의 프레임의 전기 절연 제 3 섹션에 의해 서로 전기 절연된다.

실시형태들에서, 금속 인클로저들 (2a, 2b) 은 도 1, 도 2, 도 6 및 수반하는 설명에 개시한 바와 같이 전기 절연 실린더 (6) 에 의해 서로 전기 절연된다.

실시형태들에서, 금속 인클로저들 (2a, 2b) 은 도 1, 도 2, 도 6 및 수반하는 설명에 개시한 바와 같이 스위치의 프레임 (10a, ..., 10j) 의 전기 절연 제 3 섹션 (10g, ..., 10j) 에 의해 서로 전기 절연된다.

실시형태들에서, 금속 인클로저들 (2a, 2b) 은 특히 고체 절연체 (16a, 16b) 또는 지지 절연체에 의해 그라운드로부터 전기 절연된다.

실시형태들에서, 금속 인클로저들 (2a, 2b) 은 도 1, 도 2, 도 6 및 수반하는 설명에 개시한 바와 같이 액추에이터들 (15a, 15b) 의 파워 서플라이의 갈바닉 절연된 파워 피더들 (16a, 16b) 에 의해 그라운드로부터 전기 절연된다.

실시형태들에서, 금속 인클로저들 (2a, 2b) 은 서로 직렬로 배열된다.

실시형태들에서, 각각의 금속 인클로저 (2a, 2b) 는 기밀식으로 폐쇄된다.

실시형태들에서, 제 1 스위칭 어셈블리 (1a) 를 인클로징하는 제 1 금속 인클로저 (2a) 및 제 2 스위칭 어셈블리 (1b) 를 인클로징하는 제 2 금속 인클로저 (2b) 는 각각 기밀식으로 폐쇄된다.

실시형태들에서, 스위치는 ac 또는 dc 인가용 고전압 스위치, 특히 고전압 단로기, 고전압 회로 차단기, 또는 고전압 전류 정류 디바이스이다.

주석

상기 실시형태에서, 스위치는 직렬로 배열된 2 개의 스위칭 어셈블리들 (1a, 1b) 을 포함한다. 그러나, 스위치는 직렬로 배열된 훨씬 더 많은 스위칭 디바이스들을 포함할 수 있고, 여기서 각각의 스위칭 디바이스는 그 금속 인클로저 내에 장착되고 이웃의 금속 인클로저들은 서로 전기 절연된다. 이 설계로, 스위치는 동일한 스위칭 어셈블리 및 금속 인클로저 설계를 재사용하면서 훨씬 더 높은 전압으로 스케일링될 수 있다.

언급한 바와 같이, 각각의 스위칭 어셈블리 (2a, 2b) 는 하나 이상의 전기 스위칭 유닛들 (4) 을 포함한다. 도 2 는 2 개의 이러한 스위칭 유닛들 (4) 을 가진 실시형태를 도시한다. 여러 개의 스위칭 유닛들 (4) 이 제공되는 경우, 그들 중 적어도 일부는 바람직하게는 스위칭 어셈블리의 내전압 (withstand voltage) 을 증가시키기 위해 직렬로 배열된다.

단일의 스위칭 어셈블리를 가진 금속-클래드 데드 탱크 스위치 (metal-clad dead tank switch) 와 대조하여, 금속 인클로저들 (2a, 2b) 은 그라운드에 연결되지 않는다. 상기 실시형태에서, 스위칭 어셈블리들 (1a, 1b) 의 직렬 배열의 단부들에서의 금속 인클로저들 (2a, 2b) 은 각각 단자들 (8a, 8b) 에 (로우-임피던스 연결을 통해) 연결된다. 대안으로, 금속 인클로저들과 단자들 사이의 연결은 더 높은 임피던스일 수도 있다. 이 경우에, 단자들과 인접한 금속 인클로저들 간의 임피던스들은 물론 이웃의 금속 인클로저들 간의 임피던스들은 바람직하게는, (i) 전압 강하가 모든 스위칭 어셈블리들에 걸쳐 동일하거나, 적어도 대략 동일하도록, 및 (ii) 각각의 금속 인클로저의 전위가 그 금속 인클로저가 인클로징하는 스위칭 어셈블리의 입력 및 출력 단자들의 전위들 간의 중심에 있거나, 또는 대략 중심에 있도록 밸런싱된다. 3 개의 스위칭 어셈블리들 (1a, 1b, 1c) 및 3 개의 금속 인클로저들 (2a, 2b, 2c) 을 가진 이러한 스위치의 예가 도 4 에 도시된다. 임피던스 디바이스들 (Z) 은 각각의 금속 인클로저 (2a, 2b, 2c) 와 2 개의 이웃의 스위칭 어셈블리들 간의 노드 (17) 사이에 제공되고, 옵션으로는 각각 단부측 금속 인클로저 (2a 및 2c) 와 그 이웃의 단자 (8a 및 8c) 사이에 제공된다. 모든 임피던스 디바이스들 (Z) 의 적어도 절대 임피던스 값들은 동일하거나, 또는 적어도 충분히 유사한 것으로 선택되며, 이 경우 상기 조건 (i) 및 조건 (ii) 는 그라운드에 대한 임피던스들이 무시되는 경우에 충족된다.

본 스위치는 예를 들어 WO 2011/057675 의 도 2 의 디바이스 (10) 의 위치에서 고전압들 및 저전류들을 스위칭하기 위해 사용되며, 그 내용은 전부 참조에 의해 본 개시물의 부분이 된다.

고전압 스위치는 예를 들어 고전압 회로 차단 및/또는 고전압 단로 기능 및/또는 고전압 전류 정류 기능을 가진 스위칭 어셈블리들을 포함할 수 있다. 특히, 고전압 스위치는 고전압 단로기, 고전압 회로 차단기, 고전압 전류 정류 디바이스, 또는 유사한 디바이스들일 수 있다.

스위치는 dc 는 물론 ac 인가용으로 사용될 수 있다.

통상의 예에서, 스위치는 640kV 의 dc 전압을, 각각이 그 전압의 대략 1/2 로 정격되는 2 개의 스위칭 어셈블리들 (1a, 1b) 및 금속 인클로저들 (2a, 2b) 을 이용하여 스위칭하는데 사용될 수 있다. 이 경우에, 2 개의 인클로저들 (2a, 2b) 간의 통상의 거리는 수 미터, 이를 테면 5m 내지 6m 정도일 수 있다.

현재 본 발명의 바람직한 실시형태들이 도시 및 설명되지만, 본 발명은 이들에 제한되지 않고 다르게는 다음의 특허청구의 범위 내에서 다양하게 구현 및 실시될 수도 있다는 것이 명백하게 이해될 것이다.

1a, 1b, 1c: 스위칭 어셈블리들
2a, 2b, 2c: 금속 인클로저들
4: 스위칭 유닛, 스위칭 콘택 부재들
5: 도전성 로드
6: 절연 실린더
8a, 8b: 단자들
9: 파워 라인
10a, 10b, ..., 10j: 프레임
10a, 10b, 10c: 프레임의 제 1 섹션
10d, 10e, 10f: 프레임의 제 2 섹션
10g, 10h, 10j: 프레임의 제 3 섹션, 절연된 섹션
12; 12a, 12b, 12c, 12d: 서스펜션
14: 비계
15a, 15b: 액추에이터들
16a, 16b: 파워 피더들
17: 노드
18a, 18b, 18c: 임피던스 디바이스들
19: 노드 단자
20: 필드 라인들

Claims

금속 인클로저 (2a, 2b) 내에 배열되는 스위칭 어셈블리 (1a, 1b) 를 포함하는 고전압 스위치로서,
상기 고전압 스위치는 적어도 2 개의 금속 인클로저들 (2a, 2b) 을 포함하고, 각각의 금속 인클로저 (2a, 2b) 내에는 스위칭 어셈블리 (1a, 1b) 가 배열되며, 상기 스위칭 어셈블리들 (1a, 1b) 은 직렬로 배열되며, 상기 적어도 2 개의 금속 인클로저들 (2a, 2b) 은 서로 전기 절연되는 것을 특징으로 하는 고전압 스위치.
제 1 항에 있어서,
각각의 스위칭 어셈블리 (1a, 1b) 는 상기 스위칭 어셈블리 (1a, 1b) 를 작동하기 위한 액추에이터 (15a, 15b) 를 포함하며, 상기 스위칭 어셈블리들 (1a, 1b) 의 상기 액추에이터들 (15a, 15b) 은 서로 전기 절연되는, 고전압 스위치.
제 2 항에 있어서,
각각의 액추에이터 (15a, 15b) 는 상기 액추에이터가 작동하는 상기 고전압 스위치의 상기 금속 인클로저 (2a, 2b) 와 동일한 전위에 있는, 고전압 스위치.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
각각의 액추에이터 (15a, 15b) 는 갈바닉 절연된 파워 피더 (galvanically insulated power feeder) (16a, 16b) 를 가진 파워 서플라이를 포함하는, 고전압 스위치.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 스위칭 어셈블리들 (1a, 1b) 중 제 1 스위칭 어셈블리 (1a) 를 인클로징하는 상기 금속 인클로저들 (2a, 2b) 중 적어도 제 1 금속 인클로저 (2a);
상기 스위칭 어셈블리들 (1a, 1b) 중 제 2 스위칭 어셈블리 (1b) 를 인클로징하는 상기 금속 인클로저들 (2a, 2b) 중 적어도 제 2 금속 인클로저 (2b), 및
제 1 단자 및 제 2 단자 (8a, 8b) 를 포함하며,
상기 스위칭 어셈블리들 (1a, 1b) 은 상기 제 1 단자 및 제 2 단자 (8a, 8b) 사이에 직렬로 배열되는, 고전압 스위치.
제 5 항에 있어서,
상기 제 1 단자 (8a) 는 상기 제 1 금속 인클로저 (2a) 에 전기적으로 연결되고, 상기 제 2 단자 (8b) 는 상기 제 2 금속 인클로저 (2b) 에 전기적으로 연결되는, 고전압 스위치.
제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,
상기 고전압 스위치를 매달기 위해 전기 절연 서스펜션 (12) 을 더 포함하는, 고전압 스위치.
제 5 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 1 인클로저 (2a) 에 연결된 제 1 섹션 (10a, 10b, 10c), 상기 제 2 인클로저 (2b) 에 연결된 제 2 섹션 (10d, 10e, 10f), 및 상기 제 1 섹션 (10a, 10b, 10c) 과 상기 제 2 섹션 (10d, 10e, 10f) 을 연결하는 제 3 섹션 (10g, ..., 10j) 을 갖는 프레임 (10a, ..., 10j) 을 포함하며,
상기 제 3 섹션 (10g, ..., 10j) 은 전기 절연되고 있는, 고전압 스위치.
제 8 항에 있어서,
상기 제 3 섹션 (10g, ..., 10j) 은 상기 제 1 섹션 (10a, 10b, 10c) 과 상기 제 2 섹션 (10d, 10e, 10f) 사이에서 연장되는 복수의 로드 (rod) 들을 포함하는, 고전압 스위치.
제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 금속 인클로저들 (2a, 2b) 중 2 개의 금속 인클로저들을 연결하는 전기 절연 실린더 (6), 및 상기 전기 절연 실린더 (6) 내에 배열되고 상기 2 개의 금속 인클로저들 (2a, 2b) 내의 상기 스위칭 어셈블리들 (1a, 1b) 을 연결하는 도전성 로드 (5) 를 더 포함하는, 고전압 스위치.
제 10 항에 있어서,
상기 전기 절연 실린더 (6) 에는 높은 압력 하에서 절연 가스가 충진되는, 고전압 스위치.
제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 금속 인클로저들 (2a, 2b) 에는 높은 압력의 절연 가스가 충진되는, 고전압 스위치.
제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
각각의 스위칭 어셈블리 (1a, 1b) 는 여러 개의 전기 스위칭 유닛들 (4) 을 포함하는, 고전압 스위치.
제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
각각의 스위칭 어셈블리 (1a, 1b) 에 대해, 각각의 스위칭 어셈블리 (1a, 1b) 와 병렬로 배열되거나 또는 상기 금속 인클로저 (2a, 2b) 와 상기 스위칭 어셈블리들 (1a, 1b) 간의 노드 (17) 사이에 배열되는 적어도 하나의 임피던스 디바이스 (18a, 18b, Z) 를 더 포함하며,
상기 임피던스 디바이스들 (18a, 18b, Z) 은 상기 고전압 스위치에 인가된 전압을 상기 스위칭 어셈블리들 (1a, 1b) 에 걸쳐 고르게 분배하고 도전체 (5) 로부터 그라운드에 대한 표유 정전용량 (stray capacitance) 을 보상하기 위하여 매칭 임피던스들을 갖는, 고전압 스위치.
제 14 항에 있어서,
상기 금속 인클로저들 (2a, 2b) 중 2 개의 금속 인클로저들 (2a, 2b) 을 기계적으로 연결하는 전기 절연 실린더 (6),
상기 전기 절연 실린더 (6) 내에 배열되고 상기 2 개의 금속 인클로저들 (2a, 2b) 내의 상기 스위칭 어셈블리들 (1a, 1b) 을 전기적으로 연결하는 도전성 로드 (5), 및
상기 도전성 로드 (5) 에 전기적으로 연결되고 상기 전기 절연 실린더 (6) 의 외부로 연장되는, 2 개의 스위칭 어셈블리들 (1a, 1b) 사이에 배열된 노드 단자 (19) 를 더 포함하며,
상기 임피던스 디바이스들 (18a, 18b) 은 상기 전기 절연 실린더 (6) 의 외부에 배열되고 상기 노드 단자 (19) 에 연결되는, 고전압 스위치.
제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 금속 인클로저들 (2a, 2b) 은 고체 절연체에 의해, 특히 전기 절연 실린더 (6) 에 의해 및/또는 상기 고전압 스위치의 프레임 (10a, ..., 10j) 의 전기 절연 제 3 섹션 (10g, ..., 10j) 에 의해 서로 전기 절연되는, 고전압 스위치.
제 10 항 또는 제 16 항에 있어서,
상기 금속 인클로저들 (2a, 2b) 은 상기 전기 절연 실린더 (6) 에 의해 서로 전기 절연되는, 고전압 스위치.
제 8 항 또는 제 16 항에 있어서,
상기 금속 인클로저들 (2a, 2b) 은 상기 고전압 스위치의 상기 프레임 (10a, ..., 10j) 의 상기 전기 절연 제 3 섹션 (10g, ..., 10j) 에 의해 서로 전기 절연되는, 고전압 스위치.
제 1 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 금속 인클로저들 (2a, 2b) 은 특히 고체 절연체 (16a, 16b) 또는 지지 절연체에 의해 그라운드로부터 전기 절연되는, 고전압 스위치.
제 4 항 또는 제 19 항에 있어서,
상기 금속 인클로저들 (2a, 2b) 은 상기 액추에이터들 (15a, 15b) 의 상기 파워 서플라이의 상기 갈바닉 절연된 파워 피더들에 의해 그라운드로부터 전기 절연되는, 고전압 스위치.
제 1 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 금속 인클로저들 (2a, 2b) 은 서로 직렬로 배열되는, 고전압 스위치.
제 1 항 내지 제 21 항 중 어느 한 항에 있어서,
각각의 금속 인클로저 (2a, 2b) 는 기밀식으로 폐쇄되는, 고전압 스위치.
제 5 항 또는 제 22 항에 있어서,
상기 제 1 스위칭 어셈블리 (1a) 를 인클로징하는 상기 제 1 금속 인클로저 (2a) 및 상기 제 2 스위칭 어셈블리 (1b) 를 인클로징하는 상기 제 2 금속 인클로저 (2b) 는 기밀식으로 각각 폐쇄되는, 고전압 스위치.
제 1 항 내지 제 23 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 고전압 스위치는 ac 또는 dc 인가용 고전압 스위치, 특히 고전압 단로기 (high-voltage disconnector), 고전압 회로 차단기 (high-voltage circuit breaker), 또는 고전압 전류 정류 디바이스 (high-voltage current commutating device) 인, 고전압 스위치.
제 1 항 내지 제 24 항 중 어느 한 항에 기재된 고전압 스위치를 동작하는 방법으로서,
상기 스위칭 어셈블리들 (1a, 1b) 중 제 1 스위칭 어셈블리를 제 1 고전압 전위에 연결하고 상기 스위칭 어셈블리들 (1a, 1b) 중 제 2 스위칭 어셈블리를 제 2 전위에 연결하여, 상기 스위칭 어셈블리들 (1a, 1b) 이 상기 제 1 전위와 상기 제 2 전위 사이에 전기적으로 직렬로 배열되도록 하는 단계를 포함하는, 고전압 스위치를 동작하는 방법.