KR20160038265A - 체크밸브 연계형 배출구 면적 가변형 가스차단기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 체크밸브 연계형 배출구 면적 가변형 가스차단기에 관한 것으로, 절연가스가 충전된 하우징;과, 상기 하우징의 내부에 설치되는 것으로, 내부에 배출구가 설치되고 상기 배출구의 외측에 열팽창실이 구비되며, 상기 열팽창실에 연결구로 연통된 냉각상태의 절연가스가 충전된 파퍼실을 포함한 실린더;와, 상기 배출구의 선단 내측에 설치된 가동아크접점;과, 상기 하우징의 내부에 고정되어 상기 가동아크접점의 이동에 따라 접촉 또는 이격되어 아크에너지를 발생되게 하는 고정아크접점; 및 상기 연결구에 구비되어 상기 연결구가 개폐되는 제1밸브와, 상기 배출구에 구비되어 상기 배출구가 개폐되는 제2밸브와, 상기 제1밸브와 상기 제2밸브를 상호 연결하는 지지대가 일체로 구성되는 가변밸브;를 포함하여 이루어져, 상기 가변밸브는 상기 열팽창실의 압력 변화에 따라 상기 제1밸브와 상기 제2밸브는 어느 일측이 개구되면 타측이 폐구되도록 상호 반대로 개폐동작이 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

체크밸브 연계형 배출구 면적 가변형 가스차단기{Self blast type gas circuit breaker with auto-adjust exhausting hole}

본 발명은 체크밸브 연계형 배출구 면적 가변형 가스차단기에 관한 것으로, 열팽창실의 압력변화에 따라 가스유입량과 배출량이 조절되도록 하여 열팽창실에 가스 압력이 최적화 되도록 하여 가스차단기의 차단성능을 향상시킨 체크밸브 연계형 배출구 면적 가변형 가스차단기에 관한 기술이다.

일반적으로 차단기는 전력계통에 고장이 발생할 때 전기적 연결을 끊음과 동시에 전기적 연결을 끊을 때 발생하는 아크를 절연매체를 통해 소호하여 계통 및 각종 전력기기로 고장전류가 유입되지 않게 하여 계통 및 각종 전력기기의 이상이나 고장 등을 방지하기 위한 장치이다.

이러한 차단기는 아크를 소호하는 절연매체에 따라 가스차단기(GCB), 진공차단기(VCB), 오일차단기(OCB), 공기차단기(ABB), 기중차단기(ACB), 및 자기차단기(MBB) 등으로 대별된다.

상기 가스차단기는 절연 내력과 소호 능력이 우수한 절연가스를 압축하여 분출하여 아크를 냉각 소호하는 형태로서, 아크에 대한 소호 방식에 따라 압축식, 열팽창식, 로터리식, 및 이들 소호 방식을 혼합한 복합 소호식 등으로 구분된다.

본 발명과 관련된 복합소호형 가스차단기는 아크에너지를 열팽창실에 축적했다가 전류영점 순간에 소멸되어 가는 아크에 고압의 가스로 불어주게 되어 아크를 완전히 소멸시킴으로써 전류를 차단하게 된다.

관련문헌 1에는 복합 소호 가스차단기는 내부에 고정아크접점과 가동아크접점이 접촉 또는 이격 가능하게 설치된 실린더의 내부에 구비되는 파퍼실이 압력차에 의해 개폐되는 체크밸브를 사이에 두고 아크에너지에 의해 가열된 상태의 절연가스가 내부에서 고압으로 팽창되는 열팽창실과 아크의 소호에 필요한 냉각된 상태의 절연가스가 내부에서 압축되는 파퍼실로 분리 구획된 형태로 개시되어 있다.

즉, 이상전류가 감지되면 가스차단기가 동작을 시작하면서 가동아크접점이 고정아크접점에 대하여 이격되고, 그 사이에 아크가 발생하게 된다. 복합소호형 가스차단기는 그 아크에너지를 열팽창실에 축적했다가 전류영점 순간에 소멸되어 가는 아크에 고압의 가스로 불어주게 되어 아크를 완전히 소멸시킴으로써 전류를 차단하게 된다.

종래의 복합소호 방식은 아크에너지가 커서 열팽창실의 압력이 파퍼실 보다 높으면 체크 밸브가 닫히게 되고, 아크가 소멸됨에 따라 열팽창실의 압력이 줄어들어 파퍼실 압력보다 작게 되면 체크밸브가 열리게 된다. 아크에너지가 커서 열가스의 양이 많을 때에는 배출구 면적이 넓어서 열가스를 빨리 배출시키는게 차단에 유리하게 되고, 소전류 차단처럼 전류가 작아 아크에 의한 영향이 미비하면 파퍼실에서 밀려나오는 차가운 가스로 절연을 확보하여야 하는데 배출구 면적이 너무 넓게 되면 가스밀도가 낮아 절연내력이 떨어지게 된다.

종래의 특허문헌 1에는 배출구 내면에서 돌출되거나 밀려나가서 배출구 단면적을 변화시키는 가변밸브를 이용하였는데 배출구 내면에 가변밸브를 고정하는 구조를 제작하기 어려운 문제점이 있어왔다. 즉 종래에는, 배출구 내면에 요홈을 형성하기가 까다로운 문제점이 있어왔고, 또한 요홈에 탄성부재를 삽입고정해야 기술상 어려움이 존재해왔다.

KR 10-1386232 B1

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 아크에너지에 따라 배출구 면적이 가변되도록 체크밸브와 연계된 압력조절밸브를 별도로 두어 두 가지 경우 모두 차단할 수 있는 체크밸브 연계형 배출구 면적 가변형 가스차단기를 제공하고자 하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명인 체크밸브 연계형 배출구 면적 가변형 가스차단기는 절연가스가 충전된 하우징;과, 상기 하우징의 내부에 설치되는 것으로, 내부에 배출구가 설치되고 상기 배출구의 외측에 열팽창실이 구비되며, 상기 열팽창실에 연결구로 연통된 냉각상태의 절연가스가 충전된 파퍼실을 포함한 실린더;와, 상기 배출구의 선단 내측에 설치된 가동아크접점;과, 상기 하우징의 내부에 고정되어 상기 가동아크접점의 이동에 따라 접촉 또는 이격되어 아크에너지를 발생되게 하는 고정아크접점; 및 상기 연결구에 구비되어 상기 연결구가 개폐되는 제1밸브와, 상기 배출구에 구비되어 상기 배출구가 개폐되는 제2밸브와, 상기 제1밸브와 상기 제2밸브를 상호 연결하는 지지대가 일체로 구성되는 가변밸브;를 포함하여 이루어져, 상기 가변밸브는 상기 열팽창실의 압력 변화에 따라 상기 제1밸브와 상기 제2밸브는 어느 일측이 개구되면 타측이 폐구되도록 상호 반대로 개폐동작이 이루어지는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 연결구는 상기 파퍼실에서 상기 열팽창실측으로 갈수록 직경이 커지도록 확관되게 형성되고, 상기 배출구는 상기 연결구에 대향된 방향으로 확관되도록 형성된 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 구성의 본 발명에 따르면, 다음과 같은 효과를 기대할 수 있을 것이다.

아크에너지가 커서 열팽창실의 압력이 파퍼실보다 높으면 제1밸브가 닫히게 되고, 아크가 소멸됨에 따라 열팽창실의 압력이 줄어들어 파퍼실 압력보다 작게되면 제1밸브가 열리게 된다.

여기서, 아크에너지가 커서 열가스의 양이 많을 때에는 열팽창실의 압력이 높아져 제2밸브가 열려 배출구 면적이 넓어서 열가스를 빨리 배출시키는게 차단에 유리하게 되고, 소전류 차단처럼 전류가 작아 아크에 의한 영향이 미비하면 파퍼실에서 밀려나오는 차가운 가스로 절연을 확보하도록 제2밸브가 닫혀 가스압력을 높일 수 있게 된다.

따라서 본 발명에서는 아크에너지에 따라 배출구 면적이 가변되도록 제1밸브와 연계(일체화)된 제2밸브를 배출구에 두어 두 가지 경우 모두 차단성능을 높일 수 있게 된다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 체크밸브 연계형 배출구 면적 가변형 가스차단기의 구성단면도.
도 2(a)와 2(b)는 상기 가변밸브의 작동 상태도.
도 3은 가변밸브의 단면도.

본 발명에 따른 체크밸브 연계형 배출구 면적 가변형 가스차단기는, 전력계통의 고장으로 인한 이상전류 감지시 전기적 연결을 차단함과 동시에 전기적 연결의 차단으로 인해 발생하는 아크를 고압의 절연가스로 소호하여 고장전류가 계통 및 각종 전력기기로 유입되지 않게 함으로써 계통 및 각종 전력기기의 이상이나 고장 등을 방지하기 위한 장치이다.

본 발명에서는 특히 일체로 형성된 가변밸브를 이용하여 가스 유입량과 배출량을 조절할 수 있는데 , 이하에서 설명하기로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참고로 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 체크밸브 연계형 배출구 면적 가변형 가스차단기의 구성단면도를 나타낸 것이고, 도 2(a)와 2(b)는 상기 가변밸브의 작동 상태도이며, 도 3은 가변밸브의 단면도를 도시한 것이다.

본 발명의 실시예에 따른 체크밸브 연계형 배출구 면적 가변형 복합 소호 가스차단기는 도 2에 도시된 바와 같이, 하우징(10), 실린더(20), 가동아크접점(30), 고정아크접점(40), 작동수단(50), 피스톤(60), 및 가변밸브(70)로 구성된다.

먼저, 상기 하우징(10)은 밀봉 구조로서 내부에 육플루오르화유황(SF₆) 등과 같은 절연가스가 일정압력으로 충전된 것으로, 이는 실린더(20)의 일측과 연통하는 구조를 가진다.

다음으로, 상기 실린더(20)는 하우징(10)의 내부에 설치되는 것으로, 이는 선단에 주노즐(21)이 설치되고, 내부에 보조노즐(22)이 선단이 설치된 배출구(23)가 설치되며, 배출구(23)의 외측에 열팽창실(24)과 파퍼실(25)이 연결구(26)를 사이에 두고 구획된 구조를 가진다.

즉, 실린더(20)는 주노즐(21)과 보조노즐(22)이 일정간격을 두고 설치되고 내부 중심에는 배출구(23)가 구비되며 내부 외측에는 열팽창실(24)과 파퍼실(25)이 구비되어, 열팽창실(24)은 주노즐(21)과 보조노즐(22)의 사이 공간과 연통하고, 배출구(23)는 하우징(10)의 내부와 연통하는 구조이다.

그리고 파퍼실(25)에는 하우징(10)에 충전된 것과 동일한 냉각상태의 절연가스가 일정압력으로 충전되고, 연결구(26)에 제1밸브(72)가 있어 파퍼실(25)에서 열팽창실(24)로 공급되는 절연가스가 파퍼실(25)로 역류되지 않게 차단하는 기능을 한다.

여기서, 상기 제1밸브(72)는 체크밸브 기능을 하게 되는 것이다.

따라서 이상전류가 감지되면 파퍼실(25)에 충전된 절연가스는 열팽창실(24)을 거치면서 아크 에너지에 의해 고압 상태가 되어 주노즐(21)과 보조노즐(22)의 사이 공간을 통해 가동아크접점(30)과 고정아크접점(40)의 사이 공간으로 분출된 후 배출구(23)를 통해 하우징(10)의 내부로 배출된다.

다음으로, 상기 가동아크접점(30)과 고정아크접점(40)은 각각 실린더(20)의 배출구(23)의 선단 내측과 상기 하우징(10)의 내부에 설치되는 것으로, 이는 이상전류 감지시 전기적 연결을 끊어주는 역할을 하는 것이다.

즉, 가동아크접점(30)과 고정아크접점(40)은 정상 상태에서는 상호 접촉되어 있다가 이상전류가 감지된 비정상 상태에서는 가동아크접점(30)이 실린더(20)와 함께 직선 운동하면서 고정아크접점(40)으로부터 분리되어 이격되면서 전기적 연결을 차단하게 된다.

다음으로, 상기 작동수단(50)은 하우징(10)의 일측에 설치되는 것으로, 이는 실린더(20)를 직선 운동시켜 가동아크접점(30)과 고정아크접점(40)을 상호 분리시키는 역할을 하는 것이다.

즉, 작동수단(50)은 이상전류 감지시 자동으로 작동하여 실린더(20)를 일정한 스트로크로 직선 운동시킴으로써 실린더(20)에 고정된 가동아크접점(30)을 하우징(10)에 고정된 고정아크접점(40)으로부터 이격시켜 상호 분리하게 된다.

다음으로, 상기 피스톤(60)은 실린더(20)의 일측에 설치되는 것으로, 이는 작동수단(50)의 작동에 따라 직선 운동하는 실린더(20)의 파퍼실(25)을 가압하여 파퍼실(25)에 충전된 냉각상태의 절연가스를 열팽창실(24)을 통해 상호 분리된 가동아크접점(30)과 고정아크접점(40)의 사이로 밀어내는 역할을 하는 것이다.

즉, 피스톤(60)은 파퍼실(25)의 절연가스를 가압하여 열팽창실(24)과 함께 주노즐(21)과 보조노즐(22)의 사이 공간으로 통과시켜 가동아크접점(30)과 고정아크접점(40)의 사이로 분출시킴으로써 가동아크접점(30)과 고정아크접점(40) 간에 발생하는 아크를 소호하게 된다.

다음으로, 상기 가변밸브(70)는 상기 연결구(26)에 구비되어 상기 연결구(26)가 개폐되는 제1밸브(72)와, 상기 배출구(23)에 구비되어 상기 배출구(23)가 개폐되는 제2밸브(74)와, 상기 제1밸브(72)와 상기 제2밸브(74)를 상호 연결하는 지지대(76)가 일체로 구성되게 된다.

여기서, 상기 가변밸브(70)는 상기 열팽창실(24)의 압력 변화에 따라 상기 제1밸브(72)와 상기 제2밸브(74)는 어느 일측이 개구되면 타측이 폐구되도록 상호 반대로 개폐동작이 이루어지는 것을 특징으로 하는 것이다.

그래서, 상기 연결구(26)는 상기 파퍼실(25)에서 상기 열팽창실(24)측으로 갈수록 직경이 커지도록 확관되게 형성되고, 상기 배출구(23)는 상기 연결구(26)에 대향된 방향으로 확관되도록 형성되는 것이 필요하다.

즉, 가변밸브(70)는 일체화되어 제1밸브(72)가 상기 연결구(26)에 구비되고 제2밸브(74)가 배출구(23)에 위치하게 되는데, 일체화에 따라 이동도 일체로 되어 동일선상에서 이동되게 되고, 연결구(26)와 배출구(23)이 확관 방향이 상호 대향적이어서 도 2(a)에 도시된 바와 같이 제1밸브(72)가 연결구(26)에 밀착시 연결구(26)는 밀폐되고 제2밸브(74)는 배출구(23)에 이격되어 개구되게 된다.

반대로, 도 2(b)를 참조하면, 제1밸브(72)가 연결구(26)에 이격시 연결구(26)는 개구되고 제2밸브(74)는 배출구(23)에 밀착되게 된다.

그리고, 가변밸브(70)의 구체적 형상을 나타낸 도 3을 참조하면, 가변밸브(70)는 중앙측에 제2밸브(74)가 형성되고, 제2밸브(74)의 외주측에 이격된 형태로 제1밸브(72)가 형성되며, 지지대(76)로 상호 이어지게 된다.

그리고, 도시된 바와 같이, 지지대(76)가 복수 개 일정간격으로 형성되고, 지지대(76) 사이에는 빈 공간이 형성되어 배출구측에 인접한 실린더 외벽과 결합할 수 있게 된다.

여기서, 제1밸브(72)는 체크밸브로써, 일정압이 가해지면 이격되어 개구되게 되는 것이다. 제1밸브(72)는 연결구(26)와 연결된 탄성수단(스프링)에 의해서 이격되어 복원력이 있도록 하는 것이 바람직할 것이다.

본 발명인 체크밸브 연계형 배출구 면적 가변형 가스차단기의 작동을 설명하면, 이상전류가 감지되면 가스차단기가 동작을 시작하면서 두 접점(가동아크접점과 고정아크접점)이 떨어지게 되고 그 사이에 아크가 발생하게 된다. 복합소호형 가스 차단기 방식은 그 아크에너지를 열팽창실에 축적했다가 전류영점 순간에 소멸되어 가는 아크에 고압의 가스를 불어주게 되어 아크를 완전히 소멸시킴으로써 전류를 차단하게 된다.

먼저, 아크에너지가 커서 열팽창실의 압력이 파퍼실보다 높으면 제1밸브가 닫히게 되고, 아크가 소멸됨에 따라 열팽창실의 압력이 줄어들어 파퍼실 압력보다 작게되면 제1밸브가 열리게 된다.

그리고, 아크에너지가 커서 열가스의 양이 많을 때에는 제2밸브가 이격되어 배출구 개구된 면적이 넓어서 열가스를 빨리 배출시켜 차단에 유리하게 되고, 소전류 차단처럼 전류가 작아 아크에 의한 영향이 미비하면 파퍼실에서 밀려나오는 차가운 가스로 절연을 확보하여야 하므로 배출구 면적이 작아져 가스밀도를 높여 절연내력을 높일 수 있게 된다.

따라서 본 발명에서는 아크에너지에 따라 배출구 면적이 가변되도록 제1밸브와 연계(일체화)된 제2밸브를 배출구에 두어 두 가지 경우 모두 차단성능을 높일 수 있게 된다.

이상과 같이 본 발명은 체크밸브 연계형 배출구 면적 가변형 복합 소호 가스차단기를 제공하는 것을 기본적인 기술적인 사상으로 하고 있음을 알 수 있으며, 이와 같은 본 발명의 기본적인 사상의 범주내에서, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서는 다른 많은 변형이 가능함은 물론이다.

10: 하우징 20: 실린더
21: 주노즐 22: 보조노즐
23: 배출구 24: 열팽창실
25: 파퍼실 30: 가동아크접점
40: 고정아크접점 50: 작동수단
60: 피스톤 70: 가변밸브
72: 제1밸브 74: 제2밸브
76: 지지대

Claims (2)

1. 절연가스가 충전된 하우징(10);과,
   상기 하우징(10)의 내부에 설치되는 것으로, 내부에 배출구(23)가 설치되고 상기 배출구(23)의 외측에 열팽창실(24)이 구비되며, 상기 열팽창실(24)에 연결구(26)로 연통된 냉각상태의 절연가스가 충전된 파퍼실(25)을 포함한 실린더(20);와,
   상기 배출구(23)의 선단 내측에 설치된 가동아크접점(30);과,
   상기 하우징(10)의 내부에 고정되어 상기 가동아크접점(30)의 이동에 따라 접촉 또는 이격되어 아크에너지를 발생되게 하는 고정아크접점(40); 및
   상기 연결구(26)에 구비되어 상기 연결구(26)가 개폐되는 제1밸브(72)와, 상기 배출구(23)에 구비되어 상기 배출구(23)가 개폐되는 제2밸브(74)와, 상기 제1밸브(72)와 상기 제2밸브(74)를 상호 연결하는 지지대(76)가 일체로 구성되는 가변밸브(70);를 포함하여 이루어져,
   상기 가변밸브(70)는 상기 열팽창실(24)의 압력 변화에 따라 상기 제1밸브(72)와 상기 제2밸브(74)는 어느 일측이 개구되면 타측이 폐구되도록 상호 반대로 개폐동작이 이루어지는 것을 특징으로 하는 체크밸브 연계형 배출구 면적 가변형 가스차단기.
2. 제1항에 있어서,
   상기 연결구(26)는 상기 파퍼실(25)에서 상기 열팽창실(24)측으로 갈수록 직경이 커지도록 확관되게 형성되고,
   상기 배출구(23)는 상기 연결구(26)에 대향된 방향으로 확관되도록 형성된 것을 특징으로 하는 체크밸브 연계형 배출구 면적 가변형 가스차단기.

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