KR20150092871A - 아크 접점의 열손상을 방지한 가스절연개폐장치의 차단기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 가동부측 도체부와, 고정부측 도체부와, 이들 사이를 이동하며 투입 상태와 차단 상태를 전환하는 가동로드부를 포함하는 가스절연개폐장치의 차단기에 있어서, 상기 고정부측 도체부는 고정부 주 접점과 고정아크접점을 구비하고,
상기 가동부측 도체부는 상기 고정부 주 접점과 접속되는 가동부 핑거 접점과 상기 고정부 아크 접점과 접속되는 가동아크접점을 구비하며, 차단 동작시 상기 가동부의 이동에 따라 상기 가동부 핑거 컨택이 상기 고정부 메인 컨택으로부터 분리된 후, 상기 가동아크접점이 상기 고정아크접점으로부터 분리되도록 동작하며, 상기 가동부 아킹 컨택은 아크 발생영역에 대응하는 부분에 아크와 아크에 의한 열가스에 의한 융삭을 방지하는 쉴드부를 구비하는 것을 특징으로 하는 가스절연 개폐장치의 차단기를 제공한다.

Description

아크 접점의 열손상을 방지한 가스절연개폐장치의 차단기{CIRCUIT BREAKER OF GAS INSULATION SWITCHGEAR}

본 발명은 가스절연 개폐장치의 차단기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 가동부 아크 접점의 열손상을 방지하여 내구성과 작동 안정성을 향상시킨 가스절연 개폐장치의 차단기에 관한 것이다.

가스절연개폐장치(GIS :Gas Insulated Switchgear)는 차단기, 단로기 등의 개폐설비와 변성기, 피뢰기, 주회로 모선 등을 금속제 탱크 내에 일괄 수납하여 충전부는 고체 절연물(Spacer)로 지지하고 있으며 탱크 내부에는 절연성능과 소호능력이 뛰어난 SF6 가스를 절연매체로 하여 충진, 밀봉한 개폐설비 시스템을 말한다.

GIS의 내압 주요 기기로는 가스 차단기, 단로기, 접기 개폐기, 피뢰기(Lightning Arrestor), 계기용 변압기(Potential Transformer), 변류기(Current Transfoormer) 등이 있다.

GIS에 사용되는 차단기의 동작책무는 IEC규격에 따른다. 통상 'O-0.3s-CO-3min-CO'의 책무를 따른다.

기본적으로, 차단기는 0.3초 이내 2번의 차단성능이 요구된다. 첫 번째 차단책무는 SF6 가스가 냉가스의 상태에서 수행되므로, 차단성능이 우수하다. 차단시, 발생하는 아크에 의해 주변의 SF6는 짧은 시간에 20,000에서 30,000도씨까지 올라간다. 0.3초후의 두 번째 차단책무는 차단부 내부가 고온, 고압으로 된 상태에서 차단을 실시한다. 고온에서의 SF6 가스는 차단성능이 급격히 떨어져서, 고장전류 차단이 어렵다.

관련선행기술로는 한국공개특허 10-2006-0116567호 공개일자 2006년 11월 15일 '흡입소호부를 갖는 고전압 아크 소호장치'가 있다.

본 발명의 목적은 차단시 발생하는 아크에 의한 아크 접점의 손상을 억제할 수 있는 구조를 가지는 가스 절연 차단기를 제공함에 있다.

본 발명은 가동부측 도체부와, 고정부측 도체부와, 이들 사이를 이동하며 투입 상태와 차단 상태를 전환하는 가동로드부를 포함하는 가스절연개폐장치의 차단기에 있어서, 상기 고정부측 도체부는 고정부 주 접점과 고정아크접점을 구비하고,

상기 가동부측 도체부는 상기 고정부 주 접점과 접속되는 가동부 핑거 접점과 상기 고정부 아크 접점과 접속되는 가동아크접점을 구비하며, 차단 동작시 상기 가동부의 이동에 따라 상기 가동부 핑거 컨택이 상기 고정부 메인 컨택으로부터 분리된 후, 상기 가동아크접점이 상기 고정아크접점으로부터 분리되도록 동작하며, 상기 가동부 아킹 컨택은 아크 발생영역에 대응하는 부분에 아크와 아크에 의한 열가스에 의한 융삭을 방지하는 쉴드부를 구비하는 것을 특징으로 하는 가스절연 개폐장치의 차단기를 제공한다.

상기 쉴드부는 전도성을 가지며 구리보다 녹는점이 높은 고융점금속재질인 것이 바람직하다.

또한, 상기 쉴드부는 상기 가동아크접점에 매립된 형태로 형성되는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 가스 절연 차단기는 가동아크접점이 열가스에 의하여 손상되는 것을 방지하는 쉴드부를 구비함으으로써, 열가스에 의한 아크접점의 손상을 방지하여 안정적인 차단동작을 수행할 수 있는 효과를 가져온다.

도 1은 가스절연개폐장치에 구비되는 차단기의 구조를 나타낸 분리단면도,
도 2는 차단기의 투입 상태를 나타낸 단면도,
도 3은 차단기의 차단 상태를 나타낸 단면도,
도 4는 본 발명에 따른 고정부 아킹 컨택의 구조를 나타낸 단면도임.

이하 본 발명의 실시예에 따른 주접점의 아크 손상을 방지하는 가스절연개폐장치의 차단기에 관하여 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 1은 가스절연개폐장치에 구비되는 차단기의 구조를 나타낸 분리단면도이고, 도 2는 차단기의 투입 상태를 나타낸 단면도이고, 도 3은 차단기의 차단 상태를 나타낸 단면도이다.

도 1을 참조하면, 가스절연개폐장치의 차단기는 도면의 좌측에 도시된 가동부측 도체부(10)와, 도면의 상부에 도시된 고정부측 도체부(20)와, 도면의 아래쪽에 별도로 분리하여 도시한 가동로드부(30)를 포함한다.

조립된 상태에서는 가동로드부(30)가 가동부측 도체부(10)에 결합된 상태에서 슬라이딩 이동하며 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 투입 상태와 차단 상태를 전환하게 된다.

가동로드부(30)와 가동부측 도체부(10)는 가동로드부(30)의 이동 위치와 관련없이 전기적으로 연결된 통전 상태를 유지하게 되나, 가동로드부(30)와 고정부측 도체부(20)는 가동로드부(30)의 위치에 따라 통전 여부가 달라진다.

도 2를 참조하여, 투입 상태에 관해서 살펴본다.

투입 상태에서는 고정부측 도체부(20)의 핑거 접점(22)이 가동로드부(30)의 주접점(32)과 접속되어 있으며, 고정부측 도체부(20)의 고정아크접점(24)은 가동로드부(30)의 가동아크접점(34)에 접속되어 있다. 따라서 고정부측 도체부(20)와 가동부측 도체부(10)가 가동로드부(30)를 통해 연결된다. 투입 상태에서 정상 상태의 전류는 주로 핑거 접점(22)과 주접점(32)을 통해 흐르게 된다.

도 2와 같은 투입 상태에서 도 3과 같은 차단 상태로 전환되는 과정을 살펴본다.

작동 샤프트(31)가 가동로드부(30)를 아래측으로 당기게 되면, 먼저 주접점(32)과 핑거 접점(22)이 분리되고, 다음으로 고정아크접점(24)과 가동아크점점(34)이 분리된다. 고정아크접점(24)과 가동아크접점(34)이 분리될 때 아크가 발생하게 된다.

발생한 아크를 차단하기 위해서 SF6 가스를 이용한다.

SF6는 압력챔버(42)에 저장되어 있다가, 이동로드부(30)가 이동부측 도체부(20)로 이동함에 따라, 피스톤(45)에 의하여 압축된다. 압축된 SF6 가스가 일정 압력이상이 되면 열챔버(44)로 이동하고 노즐부(50)로 분사된다.

노즐부(50)는 이동로드부(30)의 가동아크접점(34)을 감싸는 형태로 형성된다. 노즐부(50)는 주노즐(52)과 보조노즐(54)을 포함하며, 주노즐(52)과 보조노즐(54) 사이의 간격으로 SF6 가스가 분사된다.

열챔버(44)에 축적된 SF6 가스가 노즐부(50)를 통해 아크를 소호하기 위해 분사되는데, 차단시 발생하는 아크로 인해 분사된 SF6 가스는 고온, 고압이 되어 고정부측 도체부(20)와 가동부측 도체부(10)로 초음속 유동이 발생하게 된다. 이 때 고온의 SF6 가스는 절연성능이 급격히 떨어지고, 절연성능이 떨어진 가스는 대지간 및 상간의 절연파괴를 야기할 수 있다.

도 4는 본 발명에 따른 가동아크 접점의 아킹 컨택의 구조를 나타낸 단면도이다.

가동아크접점(34)은 대략 절개된 원통 형상을 가지고 있어서, 절개된 부분들로 소호 가스가 소통하도록 형성되어 있다.

그런데, 가동아크접점(34)과 고정아크접점(24)이 물리적으로 떨어지는 순간부터 수만도의 아크가 발생하는데, 발생한 아크가 직접 이어지는 아킹 컨택 및 그 주변의 부품이 열에 가장 취약하다.

고정아크접점(24)은 환봉의 형태를 가지고 있어서 빠른 열가스의 배출이 가능하나, 가동아크접점(34)은 절개된 원통의 형상을 가지고 있어서 열가스 배출이 지연되어 가동아크접점(34)이 차단 동작시 융삭되기도 한다.

가동아크접점(34)이 융삭되면 아크가 가동부 주접점(32)으로 전이되어 차단 실패로 이어질 수 있는 문제점이 있다.

이에, 본 발명은 도 4에 도시된 바와 같이 절개된 원통 형상을 가지는 가동아크접점(34)의 내면에 쉴드부(134)를 구비하여, 아크에 의한 가동아크접점(34)의 융삭을 방지하는 것을 특징으로 한다.

상기 쉴드부(134)는 구리 또는 구리 합금 재질보다 융점이 높은 고융점금속 재질을 사용하는 것이 바람직하다. 상기 쉴드부(134)는 대략 원통 형상을 가지며, 가동아크접점(34)의 내면을 둘러싸는 형태가 된다. 가동아크접점(34)을 내면에 삽입하기 용이하게 하기 위해서는 일면을 절개하여 쉴드부(134)가 탄성적으로 외경이 변화할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

고융점금속 재질이란 일반적으로 철의 녹는점인 1535 보다 녹는점이 높은 금속으로, 텅스텐(융점 3400℃), 레늄(3,147℃), 탄탈럼(2,850℃), 몰리브데넘(2,620℃), 지르코늄(1,900℃), 타이타늄(1,800℃) 등이 있다.

이들 중 녹는점이 가장 높은 텅스텐 또는 텅스텐 합금재질을 사용하면 더욱 바람직하다.

본 발명은 가동아크접점(34)의 내면에 쉴드부(134)를 구비하여, 아크에 의하여 가동아크접점(34)이 손상되는 것을 방지함으로써, 차단기의 안정적인 동작을 확보하는 효과를 가져온다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징으로 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

10 : 가동부측 도체부
20 : 고정부측 도체부
22 : 핑거 접점
24 : 고정아크접점
30 : 가동로드부
32 : 주접점
34 : 가동아크접점
42 : 압력챔버
44 : 열챔버
134 : 쉴드부

Claims (3)

1. 가동부측 도체부와, 고정부측 도체부와, 이들 사이를 이동하며 투입 상태와 차단 상태를 전환하는 가동로드부를 포함하는 가스절연개폐장치의 차단기에 있어서,
   상기 고정부측 도체부는 고정부 주 접점과 고정아크접점을 구비하고,
   상기 가동부측 도체부는 상기 고정부 주 접점과 접속되는 가동부 핑거 접점과 상기 고정부 아크 접점과 접속되는 가동아크접점을 구비하며,
   차단 동작시 상기 가동부의 이동에 따라 상기 가동부 핑거 컨택이 상기 고정부 메인 컨택으로부터 분리된 후, 상기 가동아크접점이 상기 고정아크접점으로부터 분리되도록 동작하며,
   상기 가동부 아킹 컨택은 아크 발생영역에 대응하는 부분에 아크와 아크에 의한 열가스에 의한 융삭을 방지하는 쉴드부를 구비하는 것을 특징으로 하는 가스절연 개폐장치의 차단기.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 쉴드부는 전도성을 가지며 구리보다 녹는점이 높은 고융점금속재질인 것을 특징으로 하는 가스절연 개폐장치의 차단기.
   
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 쉴드부는
   상기 가동아크접점에 매립된 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 가스절연 개폐장치의 차단기.

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