KR20150117364A - 아크열을 재이용하는 복합소호형 차단기 - Google Patents

Abstract

가스절연개폐장치의 차단기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 아크열을 재이용하는 가스절연개폐장치의 복합소호형 차단기에 관하여 개시한다.
본 발명은 열팽창실과 파퍼실을 구비하는 복합소호형 차단기에 있어서, 작동로드 내부를 통해 배출되는 열가스를 상기 열팽창실로 유입시키는 보조 흡기밸브를 구비하는 것을 특징으로 하는 복합소호형 차단기를 제공한다.

Description

아크열을 재이용하는 복합소호형 차단기{CIRCUIT BREAKER OF GAS INSULATION SWITCHGEAR}

본 발명은 가스절연개폐장치의 차단기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 아크열을 재이용하는 가스절연개폐장치의 복합소호형 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 제10-2012-0002779호 (공개일자 2012년 1월 9일) '가스절연개폐장치용 복합 소호형 가스차단기'가 있다.

본 발명의 목적은 차단시 발생한 아크로부터 열팽창실로 열가스를 지속적으로 유입시켜 열팽창실의 압력으로 효과적으로 상승시킬 수 있는 복합소호형 차단기를 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 아크열을 이용하여 열팽창실의 압력을 상승시킴으로써 복합소호형 차단기의 차단성능을 향상시킴에 있다.

본 발명은 열팽창실과 파퍼실을 구비하는 복합소호형 차단기에 있어서, 작동로드 내부를 통해 배출되는 열가스를 상기 열팽창실로 유입시키는 보조 흡기밸브를 구비하는 것을 특징으로 하는 복합소호형 차단기를 제공한다.

상기 보조 흡기밸브는 흡입구가 상기 작동로드 내부에 형성되고, 배기구는 상기 열팽창실 내부에 형성되는 체크 밸브인 것이 바람직하다.

상기 흡입구는 아크 발생부를 향하여 개구된 형태로 형성되는 것이 바람직하다.

상기 작동로드는 파이프 형상을 가지는 로드부와, 상기 로드부와 결합되는 플랜지 형상을 가지는 플랜지부로 분할 형성 될 수 있다.

이 때, 상기 플랜지부는 상기 보조 흡기밸브가 장착되는 장착면을 제공하며, 상기 장착면은 정다각형 형태의 단면을 가질 수 있다.

또한, 상기 보조 흡기밸브는 상대적으로 작은 내경을 가지는 소경부와, 상대적으로 큰 내경을 가지는 대경부가 일체의 통형상으로 형성되며, 상기 소경부에 흡입구를 구비하고 상기 대경부에 배기구를 구비하는 밸브 케이스와, 상기 대경부에 구비되는 탄성부재의 탄성력에 의하여 상기 소경부를 밀폐하는 개폐편을 포함하여, 상기 흡입구로 유입되는 열가스의 압력에 의하여 상기 개폐편이 개방되는 것이 바람직하다.

상기 보조 흡기밸브는 유입되는 열가스가 둔각의 이동경로를 가지도록 설치될 수 있다.

본 발명은 차단시 발생한 아크로부터 열팽창실로 열가스를 지속적으로 유입시켜 열팽창실의 압력으로 효과적으로 상승시키는 효과를 가져온다.

본 발명은 아크열을 이용하여 열팽창실의 압력을 상승시킴으로써 복합소호형 차단기의 차단성능을 향상시키는 효과를 가져온다.

도 1은 일반적인 복합소호형 차단기의 구조를 나타낸 단면도,
도 2는 일반적인 복합소호형 차단기의 작동로드를 나타낸 단면도,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 아크열을 재이용하는 복합소호형 차단기를 나타낸 단면도,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 복합소호형 차단기의 작동로드를 나타낸 단면도,
도 5a 및 5b는 본 발명에 따른 작동로드의 플랜지부의 실시예들을 나타낸 도면,
도 6a는 본 발명의 실시예에 따른 보조 흡기밸브의 닫힘 상태를 나타낸 단면도,
도 6b는 본 발명의 실시예에 따른 보조 흡기밸브의 열림 상태를 나타낸 단면도,
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 실시예에 따른 보조 흡기밸브의 결합 상태를 나타낸 횡단면도,
도 8a 내지 8e는 본 발명에 따른 복합소호형 차단기의 동작을 설명하기 위한 단면도임.

본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 또한, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 하나의 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 1은 일반적인 복합소호형 차단기의 구조를 나타낸 단면도이고, 도 2는 일반적인 복합소호형 차단기의 작동로드를 나타낸 단면도이다.

가스절연개폐 장치(GIS)의 차단기(Circuit Breaker)의 한가지 종류인 복합소호형 차단기는 파퍼(Puffer)실(23)과 열팽창실(24)을 구비하며, 통상적으로 3가지의 밸브를 구비한다.

3가지의 밸브를 살펴보면, 차단기의 클로즈(close)시 파퍼실에 새로운 절연가스(SF6 가스)를 충진하기 위한 흡기 밸브(110)와, 차단기의 오픈(open)시 열팽창실(24)의 압력을 충진하기 위한 흡기 밸브(8)와, 파퍼실(23)의 불필요한 압력을 제거하기 위한 배기 밸브(15)이다.

차단기가 전류를 차단시 외부의 조작력에 의해 절연로드(20), 작동로드(22) 퍼퍼 실린더(5)등의 가동부가 움직이게 된다. 이 때 파퍼실(23)의 부피가 적어지면서 파퍼실(23) 내부의 절연가스가 압축된다. 절연가스의 압력이 일정 압력에 도달하면 흡기 밸브(8)가 열리게 되어 열팽창실(24)의 압력을 상승시킨다.

열팽창실(24)은 차단시 발생하는 아크(Arc)에 의한 고온의 절연가스가 메인노즐(3)과 보조노즐(4) 사이의 관로로 유입되면서 고압이 된다.

이로 인해, 열팽창실(24)이 파퍼실(23)보다 고압이 되어, 흡기 밸브(8)가 닫히게 된다. 차단기의 가동부는 계속 운동을 하고 있으며, 파퍼실(23)의 부피가 더 적어지고, 파퍼실(23)의 압력은 더 상승하게 된다. 상승한 압력은 열팽창실(24)로 유입이 될 수 없으므로 배기밸브(15)를 통해 배기시키게 된다.

열팽창실(24)은 파퍼실(23)로 초기 유입된 압력, 또 고정부 아크접점(31)과 가동부 아크접점(2)이 물리적으로 떨어지면서 발생하는 아크로 인해 발생되는 고온, 고압의 에너지로부터 유입된 압력을 이용하여 차단시점에 고압의 절연가스를 배출하여 아크를 끊어 차단을 실시하게 된다.

복합소호형 차단기의 차단성능은 열팽창실(24)의 절연가스의 압력과 온도에 따라 결정된다. 압력은 고정부 아크접점(31)과 가동부 아크접점(2) 사이에 발생하는 아크 기둥을 끊을 수 있을 정도로 충분해야 한다.

또한 절연가스 온도가 낮을수록 절연성능이 우수하다. 따라서 저온고압의 절연가스일수록 차단성능이 우수하게 된다.

열팽창실(24)은 파퍼실(23)로부터 유입된 저온의 절연가스와 아크로 인해 메인노즐(3)과 보조노즐(4) 사이로 유입된 고온의 절연가스를 믹싱이 잘되도록 하여 절연가스를 냉각시켜야 한다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 아크열을 재이용하는 복합소호형 차단기를 나타낸 단면도이다.

도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 복합소호형 차단기는 작동로드(22)로 유입되는 열가스를 열팽창실(24)로 유입시키는 보조 흡기밸브(100)를 구비하는 것을 특징으로 한다.

보조 흡기밸브(100)는 흡입구가 작동로드(22) 내부에 형성되고 배기구가 열팽창실(24) 내부에 형성되는 체크 밸브로 형성되는 것이 바람직하다.

아크에 의하여 발생한 열가스는 작동로드(22)의 내부를 통과하게 되는데, 보조 흡기밸브(100)는 이러한 열가스에 의하여 개방되어, 아크에 의하여 발생한 열가스를 열팽창실(24) 내부로 유입시킴으로써, 열팽창실 내부의 압력을 상승시켜 차단 성능을 향상시키는 효과를 가져온다.

이러한 효과를 향상시키기 위하여 흡입구는 아크 발생부를 향하여 개구된 형태로 형성되는 것이 바람직하다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 복합소호형 차단기의 작동로드를 나타낸 단면도이고, 도 5a 및 5b는 본 발명에 따른 작동로드의 플랜지부의 실시예들을 나타낸 도면이다.

보조 흡기밸브(100)는 작동로드(22)에 배치되는 데, 보조 흡기밸브(100)의 장착을 용이하게 하기 위하여, 작동로드(22)는 로드부(22-1)와 플랜지부(22-2)와 분할 형성되는 것이 바람직하다.

도 5a는 플랜지부의 파이프가 다각형의 단면으로 형성된 형태를 나타낸 것이고, 도 5b는 플랜지부의 파이프 중 보조 흡기밸브(100)가 장착되는 장착면만 다각형 단면으로 형성된 형태를 나타낸 것이다. 플랜지부의 파이프가 원형 단면을 가지도록 형성될 수도 있으나, 도 5a 또는 도 5b에 도시한 바와 같이 보조 흡기밸브(100) 장착면이 평평한 단면을 가지도록 형성되면, 보조 흡기밸브(100)의 장착이 원활하게 된다.

도 6a는 본 발명의 실시예에 따른 보조 흡기밸브의 닫힘 상태를 나타낸 단면도이고, 도 6b는 본 발명의 실시예에 따른 보조 흡기밸브의 열림 상태를 나타낸 단면도이다.

본 발명에 따른 보조 흡기밸브(100)는 상대적으로 작은 내경을 가지는 소경부(110)와, 상대적으로 큰 내경을 가지는 대경부(120)가 일체의 통 형상으로 형성되며, 상기 소경부(110)에 흡입구(112)를 구비하고, 상기 대경부(120)에 배기구(122)를 구비하는 밸브 케이스(130)와, 상기 대경부(120)에 구비되는 탄성부재(140)의 탄성력에 의하여 상기 소경부(110)를 밀폐하는 개폐편(150)을 포함한다.

도 6b에 도시한 바와 같이, 흡입구(112)를 통해 아크에 의하여 발생한 열가스가 유입되면, 개폐편(150)이 후퇴하며 탄성부재가 압축되고, 이로 인해 흡입구(112)와 배기구(122)가 서로 소통하게 되므로, 흡입구(112)를 통해 유입된 열가스가 배기구(122)를 통해 열팽창실로 유입되게 된다.

도 7a 및 도 7b는 본 발명의 실시예에 따른 보조 흡기밸브의 결합 상태를 나타낸 횡단면도이다.

도 7a에 도시한 바와 같이, 플랜지부을 정 8각형 형태로 형성하고, 8개의 보조 흡기밸브(100)를 배치할 수 있으며, 도 7b에 도시한 바와 같이, 플랜지부는 원통형으로 형성하고 4개의 보조 흡기밸브(100)를 배치할 수도 있다.

플랜지부의 단면 형상이나, 보조 흡기밸브(100)의 갯수 등은 다양하게 변형될 수 있다.

도 8a 내지 8e는 본 발명에 따른 복합소호형 차단기의 동작을 설명하기 위한 단면도이다.

도 8a는 클로즈 상태를 나타낸 것인데, 이러한 클로 상태에서 오픈이 개시되면 도 8b에 도시된 바와 같이 고정부 아크접점(31)과 가동부 아크접점(2)이 분리된 직 후, 파퍼실(23) 압축이 발생하고, 파퍼실(23)에 절연가스가 유입된다.

오픈이 진행되면, 도 8c에 도시된 바와 같이 아크에 의한 열가스가 메인노즐(3)과 보조노즐(4) 사이로 유입되며 파퍼실의 가스 배출(23)이 이루어지게 된다.

다음으로, 도 8d에 도시된 바와 같이, 작동로드(22)의 내부를 통해 배기되는 아크로 인한 열가스가 보조 흡기밸브(100)를 통해서 열팽창실(24)로 유입된다.

다음으로, 도 8e에 도시된 바와 같이, 열팽창실(24)의 절연가스가 전류차단을 위해 메인노즐(3)과 보조노즐(4)사이로 배출된다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 복합소호형 차단기는 발생한 아크에 의한 열가스 중 작동로드로 배출되는 열가스의 일부가 열팽창실로 유입되도록 함으로써 열팽창실의 압력을 상승시키는 효과를 가져온다.

아크로 인한 고온, 고압의 열가스는 일부 메인노즐과 보조 노즐 사이로 유입되고, 대부분은 작동 로드 및 고정부 도체측으로 배기되는데, 버려지는 고압의 절연가스를 열팽창실로 유도하기 위해 작동로드에 보조 흡기밸브를 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 또한, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 하나의 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

2 : 가동부 아크접점
3 : 메인노즐
4 : 보조노즐
5 : 실린더
20 : 절연로드
22 : 작동로드
22-1 : 로드부
22-2 : 플랜지부
23 : 파퍼실
24 : 열팽창실
100 : 보조 흡기밸브
110 : 소경부
112 : 흡입구
120 : 대경부
122 : 배기구
130 : 밸브케이스
140 : 탄성부재
150 : 개폐편

Claims (8)

1. 열팽창실과 파퍼실을 구비하는 복합소호형 차단기에 있어서,
   작동로드 내부를 통해 배출되는 열가스를 상기 열팽창실로 유입시키는 보조 흡기밸브를 구비하는 것을 특징으로 하는 복합소호형 차단기.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 보조흡기 밸브는
   흡입구가 상기 작동로드 내부에 형성되고, 배기구는 상기 열팽창실 내부에 형성되는 체크 밸브인 것을 특징으로 하는 복합소호형 차단기.
   
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 흡입구는
   아크 발생부를 향하여 개구된 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 복합소호형 차단기.
   
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 작동로드는
   파이프 형상을 가지는 로드부와,
   상기 로드부와 결합되는 플랜지 형상을 가지는 플랜지부를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합소호형 차단기.
   
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 플랜지부는
   상기 보조 흡기밸브가 장착되는 장착면을 제공하는 것을 특징으로 하는 복합소호형 차단기.
   
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 장착면은 정다각형 형태의 단면을 가지는 것을 특징으로 하는 복합소호형 차단기.
   
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 보조 흡기밸브는
   상대적으로 작은 내경을 가지는 소경부와, 상대적으로 큰 내경을 가지는 대경부가 일체의 통형상으로 형성되며, 상기 소경부에 흡입구를 구비하고 상기 대경부에 배기구를 구비하는 밸브 케이스와,
   상기 대경부에 구비되는 탄성부재의 탄성력에 의하여 상기 소경부를 밀폐하는 개폐편을 포함하여,
   상기 흡입구로 유입되는 열가스의 압력에 의하여 상기 개폐편이 개방되는 것을 특징으로 하는 복합소호형 차단기.
   
8. 제 7 항에 있어서,
   상기 보조 흡기밸브는
   유입되는 열가스가 둔각의 이동경로를 가지도록 설치되는 것을 특징으로 하는 복합소호형 차단기.

Images