KR20160031571A - 열팽창실 가스 흐름을 개선한 복합소호형 가스절연 차단기 - Google Patents

Abstract

복합소호형 가스절연 차단기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 열팽창실 가스 흐름을 개선하여 차단 성능을 향상시킨 복합소호형 가스절연 차단기에 관하여 개시한다.
본 발명은 가동부측 도체부와, 고정부측 도체부와, 이들 사이를 이동하며 투입 상태와 차단 상태를 전환하는 가동로드부를 포함하며, 상기 가동부측 도체부에 열팽창실을 구비하는 복합소호형 가스절연 차단기에 있어서, 상기 열팽창실의 내측벽면에 열가스가 내측 하단으로 모여지도록 하는 디플렉터를 구비하는 것을 특징으로 하는 복합 소호형 가스절연 차단기를 제공한다.

Description

열팽창실 가스 흐름을 개선한 복합소호형 가스절연 차단기{CIRCUIT BREAKER OF GAS INSULATION SWITCHGEAR HAVING ENHANCED GAS FLOW IN THERMAL CHAMBER}

본 발명은 복합소호형 가스절연 차단기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 열팽창실 가스 흐름을 개선하여 차단 성능을 향상시킨 복합소호형 가스절연 차단기에 관한 것이다.

일반적으로 가스절연 차단기는, 송전선로 상에 설치되어 송전선로가 정상 상태에서는 기기 및 선로 점검을 위한 개폐 동작을 하고, 이상 상태에서는 고장전류를 차단하여 선로 및 부하기기를 안전하게 보호하는 역할을 수행한다. 특히, 초고압 전력 계통에서는 지락/단락 등 이상 상태에서의 사고 전류를 안전하게 차단함으로써 계통 보호를 하는 기기이다. 즉, 가혹한 전류 차단 조건인 이상 상태에서, 사고 전류 차단을 위해서 절연력이 우수한 소호가스를 압축하고 전류 차단 시 발생하는 아크소호를 위해 높은 압력으로 노즐을 통해 분사된다.

복합소호형 차단기는 사고 전류를 차단하기 위하여 사고 전류의 아크 에너지를 이용하여 전류 차단에 필요한 열팽창실 내부의 압력을 증가 시킨다. 이러한 열팽창실 내부의 압력 증가는 아크 에너지에 의한 고온, 고압의 가스와 열팽창실 내부의 냉가스가 효율적으로 썩여서 차단시점에서 고밀도의 냉가스가 극간으로 분사되어야 한다.

관련선행기술로는 한국공개특허 제10-2006-0116567호 (공개일자 2006년 11월 15일) '흡입소호부를 갖는 고전압 아크 소호장치'가 있다.

본 발명은 복합 소호형 가스절연 차단기의 사고전류 차단시 아크에 의해 발생되는 극간에서 발생된 열가스가 열팽창실로 유입되어 열팽창실 내부의 냉가스와 잘 혼합되어 차단시 상대적으로 냉가스가 극각으로 유입되도록 하기 위한 것이다.

또한, 본 발명은 차단 성능 향향을 위해 전체 열팽창실의 열가스와 냉가스의 혼합은 원활하되 상대적으로 낮은 온도의 가스가 극간에 가까운 쪽에 위치하도록 하기 위한 것이다.

본 발명은 가동부측 도체부와, 고정부측 도체부와, 이들 사이를 이동하며 투입 상태와 차단 상태를 전환하는 가동로드부를 포함하며, 상기 가동부측 도체부에 열팽창실을 구비하는 복합소호형 가스절연 차단기에 있어서, 상기 열팽창실의 내측벽면에 열가스가 내측 하단으로 모여지도록 하는 디플렉터를 구비하는 것을 특징으로 하는 복합 소호형 가스절연 차단기를 제공한다.

상기 디플렉터는 돌기 형상으로 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 디플렉터는 전체 열팽창실의 높이의 50% 이하 영역에 형성되면 더욱 바람직하다.

그리고, 상기 디플렉터는 상기 열팽창실의 바닥면으로부터 이격된 높이에 형성되어, 상기 디플렉터의 하부 영역에 열가스가 모여지도록 하는 것이 바람직하다.

본 발명은 복합 소호형 가스절연 차단기의 열팽창실 내부에 유입되는 열가스와 냉가스가 잘 혼합되도록 하고, 또한 상대적으로 낮은 온도의 가스가 극간에 가까운 쪽에 위치하도록 함으로써, 복합 소호형 가스절연 차단기의 차단 성능을 향상시키는 효과를 가져온다.

도 1은 복합소호형 가스절연 차단기에 구비되는 차단기의 구조를 나타낸 분리단면도,
도 2는 복합소호형 가스절연 차단기의 투입 상태를 나타낸 단면도,
도 3은 복합소호형 가스절연 차단기의 차단 상태를 나타낸 단면도이다.
도 4 내지 도 7은 복합소호형 가스절연 차단기의 작동과정을 나타낸 도면,
도 8은 본 발명에 따른 복합소호형 가스절연 차단기의 열팽창실을 나타낸 도면,
도 9는 본 발명에 따른 복합소호형 가스절연 차단기의 열팽창실의 열가스 분포를 나타낸 도면임.

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 복합소호형 가스절연 차단기에 구비되는 차단기의 구조를 나타낸 분리단면도이고, 도 2는 차단기의 투입 상태를 나타낸 단면도이고, 도 3은 차단기의 차단 상태를 나타낸 단면도이다.

도 1을 참조하면, 복합소호형 가스절연 차단기의 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, 가동로드부(30)가 가동부측 도체부(20)로 이동함에 따라, 피스톤(45)에 의하여 압축된다. 압축된 SF6 가스가 일정 압력이상이 되면 열팽창실(44)로 이동하고 노즐부(50)로 분사된다.

노즐부(50)는 가동로드부(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.

열팽창실(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.

본 발명은 변전소 등에 설치 운영되고 있는 복합소호형 가스절연 차단기의 차단기가 잦은 개폐 동작으로 인해, 가동아크접점(34)과 고정아크접점(24)의 마모가 크게 발생하였을 경우 부득이하게 주접점(32)과 핑거 접점(22) 사이에서 아크가 발생하더라도 주접점(32)과 핑거 접점(22)이 아크에 의하여 손상되지 않도록 함으로써, 정상전류의 통전에 문제가 발생하지 않도록 하기 위한 것이다.

사고 전류가 발생하여 차단기가 오픈(Open) 하게 되면, 정상상태의 전류를 통전시키는 주접점(32)과 핑거 접점(22)이 서로 떨어진 후, 고정아크접점(24)과 가동아크접점(34)이 물리적으로 떨어진다. 아크접점들(24,34)이 서로 떨어지면 전압에 의해 아크(Arc)가 발생하게 되며, 발생한 아크에 의해 양측 아크 접점들(24,34)은 물리적으로 떨어져 있으나, 발생한 아크에 의해 전기적으로는 전류가 흐를 수 있는 통전이 가능한 상태이다.

아크접점들(24,34)은 정상 전류를 흘리기 위한 목적이 아닌, 차단시 발생하는 아크에 견디기 위한 접점이다.

한편, 정상 전류를 흘리는 주접점(32)과 핑거 접점(22)은 아크로 인해서 손상이 발생하게 되면, 이후 투입 상태로 전환되었을 때 정상 전류를 통전하는데 문제가 발생하게 된다.

도 4 내지 도 7은 복합소호형 가스절연 차단기의 작동과정을 나타낸 도면이다.

도 4는 차단전의 상태를 나타낸 것으로, 이러한 상태에서 차단 지령을 받게되면, 도 5와 같이 가동부가 우측으로 이동하며 아크가 발생하기 시작한다. 가동부가 지속적으로 우측으로 이동하면, 도 6에 도시한 바와 같이 아크 에너지에 의한 열가스가 열팽창실 내부로 유입되어 열팽창실 내부의 냉가스와 유입된 열가스가 혼합된다. 다음으로 도 7에 도시한 바와 같이 극각에서의 아크가 감소하면 열팽창실 내부의 고밀도 냉가스가 극간으로 유입되어 극간의 저밀도 열가스를 대체하여 전류를 소호하게 된다.

도 8은 본 발명에 따른 복합소호형 가스절연 차단기의 열팽창실을 나타낸 도면이고, 도 9는 본 발명에 따른 복합소호형 가스절연 차단기의 열팽창실의 열가스 분포를 나타낸 도면이다.

도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 복합소호형 가스절연 차단기는 열팽창실(44)의 내측벽면에 열가스가 내측 하단으로 모여지도록 하는 디플렉터(44a)를 구비한다.

디플렉터(44a)는 유입되는 열가스를 크게 두개의 흐름을 가지도록 유도하는데, 하나의 흐름은 디플렉터(44a)를 타고 이동하여 외측 하단으로 향하는 흐름과, 디플렉터(44a) 하단부에서 회전하며 모여지는 흐름을 가지도록 한다.

이러한 흐름으로 인하여, 도 9에 도시한 바와 같이 디플렉터(44a)의 하부에 열가스에 모여지게 된다.

이를 위하여, 디플렉터(44a)는 열팽창실의 내측벽면에서 돌출된 돌기 형상으로 형성되는 것이 바람직하다. 이 때 디플렉터(44a)는 완만한 곡선 형태의 단면을 가지도록 하여 유입 유출되는 가스의 흐름을 원활하게 하는 것이 바람직하다.

또한 디플렉터(44a)의 위치는 전체 열팽창실 높이의 50% 이하의 영역에 형성되는 것이 바람직하다. 디플렉터가 전체 열팽창실 높이의 50% 이상의 위치에 배치되면 디플렉터(44a)의 하부에 열가스가 모여지는 순환 흐름이 발생하지 못하게 된다.

또한, 열가스가 모여지는 영역을 확보하기 위해서는 상기 디플렉터(44a)가 열팽창실의 바닥면으로부터 이격된 높이에 형성되는 것이 바람직하다.

전술된 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 본 발명의 범위는 전술된 상세한 설명보다는 후술될 특허청구범위에 의해 나타내어질 것이다. 그리고 후술될 특허청구범위의 의미 및 범위는 물론, 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 및 변형 가능한 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

10 : 가동부측 도체부
20 : 고정부측 도체부
22 : 핑거 접점
30 : 가동로드부
32 : 주접점
44 : 열팽창실
44a : 디플렉터

Claims (4)

1. 가동부측 도체부와, 고정부측 도체부와, 이들 사이를 이동하며 투입 상태와 차단 상태를 전환하는 가동로드부를 포함하며, 상기 가동부측 도체부에 열팽창실을 구비하는 복합소호형 가스절연 차단기에 있어서,
   상기 열팽창실의 내측벽면에 열가스가 내측 하단으로 모여지도록 하는 디플렉터를 구비하는 것을 특징으로 하는 복합 소호형 가스절연 차단기.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 디플렉터는 돌기 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 복합 소호형 가스절연 차단기.
   
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 디플렉터는
   전체 열팽창실의 높이의 50% 이하 영역에 형성되는 것을 특징으로 하는 복합 소호형 가스절연 차단기
   
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 디플렉터는
   상기 열팽창실의 바닥면으로부터 이격된 높이에 형성되는 것을 특징으로 하는 복합 소호형 가스절연 차단기.

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