KR20150144415A - 가스절연 차단기 - Google Patents

Abstract

차단성능의 신뢰성이 향상된 가스절연 차단기가 개시된다.
개시되는 가스절연 차단기는 내부에 열팽창실과 퍼퍼(Puffer)실을 구비하는 가동접점; 상기 가동접점의 내측에 구비되는 가동아크접점; 및 상기 열팽창실에 구비되어 상기 열팽창실에 수용되는 유체의 열을 방산시키는 방열수단;을 포함한다.
이러한 가스절연 차단기에 의하면, 차단기의 차단 및 투입 동작시에 극간으로 분사되는 열가스의 온도를 저감시켜, 차단성능의 신뢰성이 향상되는 효과를 얻을 수 있다.

Description

가스절연 차단기 {GAS ISOLATED CIRCUIT BREAKER}

본 발명은 가스절연 차단기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 차단성능의 신뢰성이 향상된 가스절연 차단기에 관한 것이다.

일반적으로 가스절연 차단기는 송,변전 계통이나 전기회로에 있어서 부하를 개폐하거나 접지 및 단락 등의 사고가 발생할 경우에 전류를 차단하는 기기를 말한다.

이와 같이 고장전류를 차단하는 장치인 가스차단기는 소호(消弧)를 위해 가스를 사용하는 것으로서, 두 접점 사이에서 발생하는 아크를 가스를 통해 소호하는 것이다.

이러한 가스차단기는 아크를 소호하는 방식에 따라 퍼퍼 소호방식(Puffer type), 로터리 아크 소호방식(Rotating type), 열팽창 소호방식(Thermal expansion type), 복합 소호방식(Hybrid extinction type) 등으로 분류되고, 통상적인 가스차단기에는 소호가스로 SF₆가 사용된다.

이 중에서 상기 퍼퍼 소호방식은 차단기가 고장전류의 차단을 수행할 경우, 외부 구동력을 이용하여 차단부내 압축실(퍼퍼실)의 소호가스를 압축하여 극간으로 불어주면서 아크를 소호하는 방식이다.

또한, 상기 열팽창 소호방식은 고장전류의 차단시 발생하는 아크의 열을 열팽창실에 축적하였다가, 축적된 열에 의해 상승된 압력을 극간으로 불어주는 방식이다.

한편, 상기 퍼퍼 소호방식과 열팽창 소호방식을 복합적으로 결합한 방식이 복합 소호방식이다.

복합 소호방식 가스차단기는 고장전류 차단시 아크에 의해 발생하나 열을 열팽창실의 압력을 상승시키는 에너지로 이용하고 있으며, 전류영점이 되면 열팽창실의 고압의 가스를 다시 극간(소호부)로 분사하여 극간의 절연을 유지함으로써, 극간을 차단시킨다.

그러나, 종래의 기술에 의한 복합 소호방식 가스차단기는 전류영점이 되어 극간에 분사되는 가스의 온도가 너무 높아서 원하는 절연내력을 얻지 못해 절연을 유지하지 못하고 다시 전류 통전이 이루어지게 되어, 차단실패가 발생하는 문제가 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점 중 적어도 일부를 해결하고자 안출된 것으로, 일 측면으로서, 극간으로 분사되는 절연가스의 온도를 저감시킬 수 있는 가스절연 차단기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 목적 중 적어도 일부를 달성하기 위한 일 측면으로서, 본 발명은 내부에 열팽창실과 퍼퍼(Puffer)실을 구비하는 가동접점; 상기 가동접점의 내측에 구비되는 가동아크접점; 및 상기 열팽창실에 구비되어 상기 열팽창실에 수용되는 유체의 열을 방산시키는 방열수단;을 포함하는 가스절연 차단기를 제공한다.

일 실시예에서, 상기 가동접점은 상기 열팽창실의 중앙에 형성되는 축부를 구비하고, 상기 방열수단은 상기 축부의 둘레를 감싸도록 구비되는 환형의 몸체부; 및 상기 몸체부에 구비되며, 상기 축부의 둘레를 따라 간격을 가지고 배치되는 복수의 방열핀부;를 포함할 수 있다.

또한, 일 실시예에서, 상기 몸체부에는 상기 축부의 반경방향으로 경사진 경사면이 형성될 수 있다.

또한, 일 실시예에서, 상기 경사면은 유체가 상기 열팽창실로 유입되는 방향에서 상기 열팽창실의 내벽 방향으로 경사지게 형성될 수 있다.

또한, 일 실시예에서, 상기 가동접점에 구비되며, 상기 퍼퍼실에 저장된 유체가 상기 열팽창실로 공급될 수 있는 통로를 구성하는 체크밸브가 포함되고, 상기 방열수단은 상기 체크밸브에서 배출되는 유체와 열교환하도록 상기 체크밸브의 배출측에 배치될 수 있다.

이러한 구성을 갖는 본 발명의 일 실시예에 의하면, 차단기의 차단 및 투입 동작시에 극간으로 분사되는 열가스의 온도를 저감시켜, 차단성능의 신뢰성이 향상되는 효과를 얻을 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스절연 차단기의 측단면도.
도 2는 도 1에 도시된 가스절연 차단기에 포함되는 방열수단의 사시도.
도 3은 도 2에 도시된 방열수단의 측단면도.
도 4는 도 2에 도시된 방열수단의 정면도.
도 5는 도 1에 도시된 가스절연 차단기에서 열가스의 흐름을 나타내는 측단면도.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 또한, 본 명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명한다.

도 1 내지 도 5를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 가스절연 차단기에 대해서 살펴본다.

도 1 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 가스절연 차단기(100)는 고정접점(110), 고정아크접점(120), 가동접점(130), 가동아크접점(140), 노즐(150) 및 방열수단(160)을 포함할 수 있다.

상기 고정접점(110)은 전체적으로 원통형상으로 이루어진 도체로서, 후술할 가동접점(130)이 선단부에 삽입될 수 있도록 구성된다. 이러한 고정접점(110)은 후술할 가동접점(130)이 내측에 투입되어 가동접점(130)과 함께 통전경로를 구성할 수 있다.

상기 고정아크접점(120)은 고정접점(110)의 내측 공간에 구비되는 도체로서, 차단기의 투입 및 차단 동작시 접점에서 발생하는 아크가 이동하는 경로를 구성한다.

일 실시예에서, 고정아크접점(120)은 고정접점(110)의 내측 공간 중앙부에 고정접점(110)의 길이방향을 따라 나란히 배치되는 바 형상의 도체로 구성될 수 있다.

상기 가동접점(130)은 내부에 열팽창실(133)과 퍼퍼실(134)을 구비하는 실린더부(131)와, 상기 실린더부(131)의 내측에 배치되어 상기 퍼퍼실(134) 내에 수용된 가스를 열팽창실(133)로 분사시킬 수 있는 피스톤부(132)를 구비할 수 있다.

또한, 일 실시예에서, 실린더부(131)의 중심에는 실린더부(131)의 길이방향으로 연장형성된 축부(135)가 형성될 수 있다. 이러한 축부(135)는 실린더부(131)의 후방으로 연장형성되고 가동로드(미도시)에 연결되어, 가동로드의 구동력을 실린더부(131)에 전달하는 부분에 해당한다.

이러한 구성을 통해, 일 실시예에서 상기 열팽창실(133)은 원통형상의 실린더부(131)와 상기 실린더부(131)의 중앙에 형성된 축부(135)로 인해 도넛형태 공간으로 형성될 수 있다.

이러한 가동접점(130)은 투입 동작시 실린더부(131)가 고정접점(110)으로 투입되어 고정접점(110)과 함께 통전경로를 구성할 수 있고, 차단 동작시 실린더부(131)가 고정접점(110)에서 분리되어 전류를 차단할 수 있다.

그리고, 실린더부(131)의 투입 및 차단 동작시에 피스톤부(132)는 고정된다. 이를 통해, 차단 동작시 실린더가 후퇴하고 피스톤부(132)의 위치가 고정되므로, 퍼퍼실(134)의 체적이 감소되어 퍼퍼실(134)에 수용된 가스가 열팽창실(133)로 분사될 수 있게 된다.

상기 가동아크접점(140)은 가동접점(130)에 구비되어, 투입 동작시에는 고정아크접점(120)과 연결되고, 차단 작시에는 고정아크접점(120)에서 분리되며, 차단기의 투입 및 차단 동작시에 접점에서 발생하는 아크가 이동하는 경로를 구성한다.

일 실시예에서, 가동아크접점(140)은 가동접점(130)의 실린더부(131)의 전단에 구비되어 실린더부(131)와 거동이 일치될 수 있다.

이러한 가동아크접점(140)은 고정아크접점(120)의 선단부가 삽입되는 삽입구(142)를 형성할 수 있으며, 가동접점(130)의 동작에 따라 왕복 이동하여 고정아크접점(120)의 선단부에 연결 및 분리될 수 있다.

상기 노즐(150)은 가동아크접점(140)의 선단부에 구비되어, 열팽창실(133)에 수용된 가스를 가동아크접점(140)과 고정아크접점(120) 사이(아크가 발생하는 부분)로 분사시킬 수 있도록 구성된다.

일 실시예에서, 노즐(150)은 도 1에 도시된 바와 같이 가동아크접점(140)의 둘레를 감싸는 원통형태의 이너노즐(151)과, 상기 이너노즐(151)과의 사이에 간격을 가지고 이너노즐(151)을 감싸도록 구성된 메인노즐(152)을 포함하여 구성될 수 있다.

여기서, 이너노즐(151)과 메인노즐(152) 사이의 간격은 노즐(150)에서 유체가 분사되는 경로인 분사유로(153)에 해당한다.

이너노즐(151)과 메인노즐(152)은 분사유로(153)의 배출단이 가동아크접점(140)의 선단부를 향하도록 구성되고, 유입단이 실린더부(131)의 열팽창실(133)에 연통되도록 구성된다.

이와 같은 노즐(150)은 차단 동작시 퍼퍼실(134)에서 열팽창실(133)로 분사된 절연가스(SF₆)가 고정아크접점(120)과 가동아크접점(140) 사이로 분사되는 경로와 차단 및 투입 동작시에 아크로 인한 열가스가 열팽창실(133)로 유입되는 경로를 구성할 수 있다.

상기 방열수단(160)은 도 1에 도시된 바와 같이 열팽창실(133)에 구비되어 열팽창실(133)에 수용되는 가스의 열을 방산시킬 수 있다.

다시 말해, 방열수단(160)은 열팽창실(133)에 구비되어, 열팽창실(133)로 유입되는 열가스와 열교환하여 열가스의 열을 방산시킴으로써 열가스의 온도를 저감시킬 수 있다.

일 실시예에서, 방열수단(160)은 도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이 가동아크접점(140)의 둘레를 감싸도록 구비되는 환형의 몸체부(162)와, 상기 몸체부(162)에 구비되며 가동아크접점(140)의 둘레를 따라 각각이 간격을 가지고 배치되는 복수의 방열핀부(164)를 포함할 수 있다.

여기서, 몸체부(162)와 방열핀부(164)는 열전도율 및 내열성능이 우수한 재질로 이루어지는 것이 바람직하다.

이와 같은 구성에서, 복수의 방열핀부(164)는 열가스와의 열교환 면적을 넓게 확보함으로써, 열가스의 열을 효과적으로 방산시킬 수 있다.

또한, 일 실시예에서, 몸체부(162)에는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 가동아크접점(140)의 반경방향으로 경사진 경사면(166)이 형성될 수 있다.

상기 경사면(166)은 도 5에 도시된 바와 같이 열팽창실(133)로 유입된 열가스를 열팽창실(133)의 내벽 방향으로 가이드하여 열팽창실(133)의 열가스가 다시 노즐(150)을 통해 분사되기 수월하도록 할 수 있다.

이를 위해, 일 실시예에서, 상기 경사면(166)은 도 3 및 도 5에 도시된 바와 같이 열가스가 열팽창실(133)로 유입되는 방향에서 열팽창실(133)의 내벽 방향으로 경사지게 형성될 수 있다.

또한, 일 실시예에서, 경사면(166)은 경사진 방향으로 오목하게 라운드질 수 있다. 이와 같이 경사면(166)이 라운드진 구조는 열가스의 유동에 대한 저항을 최소화하고 방열수단(160)과 열가스 간의 열교환 면적 및 열교환 시간을 증가시키는 장점이 있다.

한편, 일 실시예에서, 가동접점(130)의 퍼퍼실(134)과 열팽창실(133)을 구획하는 벽에는 체크밸브(170)가 구비될 수 있다.

상기 체크밸브(170)는 퍼퍼실(134)에 저장된 유체(이하, '절연가스'라고 함)가 열팽창실(133)로 공급될 수 있는 통로를 구성한다.

이러한 체크밸브(170)는 열린 경우에 퍼퍼실(134)에서 열팽창실(133)로 절연가스가 이동 가능하도록 구성되며, 차단기의 차단 동작시 열려서 퍼퍼실(134)의 절연가스가 열팽창실(133)로 분사되도록 할 수 있다.

한편, 일 실시예에서, 상기 방열수단(160)은 도 1에 도시된 바와 같이 체크밸브(170)에서 배출되는 절연가스와 열효환할 수 있도록 체크밸브(170)의 배출측에 배치될 수 있다.

이를 통해, 차단기의 차단 동작시, 방열수단(160)은 체크밸브(170)에서 배출되는 절연가스와 열교환하게 된다. 여기서, 절연가스는 아크에 의해 발생한 열가스보다 상대적으로 매우 낮은 온도이므로, 절연가스와 열교환된 방열수단(160)의 표면온도는 절연가스의 온도 수준이 될 수 있다.

따라서, 이후에 열팽창실(133)로 유입되는 열가스가 방열수단(160)과 열교환하는 경우, 열가스의 온도가 낮아질 수 있게 된다.

이와 같은 구성을 가지는 본 발명의 일 실시예에 따른 가스절연 차단기(100)의 차단동작에 대해서 설명한다.

차단 동작시, 실린더부(131)가 고정접점(110)으로부터 후퇴하여 가동접점(130)과 고정접점(110)이 분리되며, 이에 따라 고정아크접점(120)과 가동아크접점(140)도 분리되게 된다.

이때, 열팽창실(133)의 절연가스는 노즐(150)으르 통해 고정아크접점(120)과 가동아크접점(140) 사이로 분사될 수 있다.

한편, 고정아크접점(120)과 가동아크접점(140) 사이에는 아크가 발생하면, 아크에 의해 열가스가 생성되게 되고, 열가스는 고온에 의해 팽창되어 노즐(150)을 통해 열팽창실(133)로 유입될 수 있다.

이때, 열팽창실(133)로 유입된 열가스는 방열수단(160)에 의해 온도가 저감되게 된다.

이후, 전류영점이 되면 열팽창실(133)에 압축된 열가스가 다시 고정아크접점(120)과 가동아크접점(140) 사이로 분사되게 된다.

여기서, 본 발명의 일 실시예에 따른 가스절연 차단기(100)는 방열수단(160)을 통해 열팽창실(133)의 열가스의 온도가 저감되므로, 전류영점에서 고정아크접점(120)과 가동아크접점(140)으로 분사되는 열가스의 온도가 종래의 차단기보다 낮으므로, 차단성능의 신뢰성이 향상된다는 장점이 있다.

본 발명은 특정한 실시예에 관하여 도시하고 설명하였지만, 당업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 밝혀두고자 한다.

100: 가스절연 차단기 110: 고정접점
120: 고정아크접점 130: 가동접점
131: 실린더부 132: 피스톤부
133: 열팽창실 134: 퍼퍼실
135: 축부 140: 가동아크접점
142: 삽입구 150: 노즐
151: 이너노즐 152: 메인노즐
153: 분사유로 160: 방열수단
162: 몸체부 164: 방열핀부
166: 경사면 170: 체크밸브

Claims (5)

1. 내부에 열팽창실과 퍼퍼(Puffer)실을 구비하는 가동접점;
   상기 가동접점의 내측에 구비되는 가동아크접점; 및
   상기 열팽창실에 구비되어 상기 열팽창실에 수용되는 유체의 열을 방산시키는 방열수단;
   을 포함하는 가스절연 차단기.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 가동접점은 상기 열팽창실의 중앙에 형성되는 축부를 구비하고,
   상기 방열수단은,
   상기 축부의 둘레를 감싸도록 구비되는 환형의 몸체부; 및
   상기 몸체부에 구비되며, 상기 축부의 둘레를 따라 간격을 가지고 배치되는 복수의 방열핀부;
   를 포함하는 가스절연 차단기.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 몸체부에는 상기 축부의 반경방향으로 경사진 경사면이 형성된 가스절연 차단기.
   
4. 제3항에 있어서,
   상기 경사면은 유체가 상기 열팽창실로 유입되는 방향에서 상기 열팽창실의 내벽 방향으로 경사지게 형성된 가스절연 차단기.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 가동접점에 구비되며, 상기 퍼퍼실에 저장된 유체가 상기 열팽창실로 공급될 수 있는 통로를 구성하는 체크밸브를 포함하고,
   상기 방열수단은 상기 체크밸브에서 배출되는 유체와 열교환하도록 상기 체크밸브의 배출측에 배치되는 가스절연 차단기.

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