KR20180103247A - 친환경가스 부하개폐기 - Google Patents

친환경가스 부하개폐기 Download PDF

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곽창섭
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Abstract

본 발명은 친환경가스 부하개폐기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 구조적 개선을 통하여 전계집중을 완화할 수 있는 친환경가스 부하개폐기에 관한 것이다.
이러한 본 발명은, 고정접점이 구비된 고정수단; 고정수단과 대향되게 배치되어 직선 이동하는 가동수단; 가동수단의 내부에 설치되되, 연결로드와, 연결로드의 일단에 가동수단이 직선 이동함에 따라 고정접점에 전기적으로 연결 또는 분리되는 가동접점이 일체로 형성되는 가동도체;를 포함하는 것으로, 가동접점은, 내부공간을 가진 가동접점부와, 가동접점부의 둘레를 따라 일정 간격으로 형성되는 슬릿홀 형태의 슬릿부와, 가동접점부의 외주면에 장착되어 가동접점부를 축방향으로 가압하는 가압부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 친환경가스 부하개폐기를 기술적 요지로 한다.

Description

친환경가스 부하개폐기{Eco-friendly Gas Insulated Load Break Switch}
본 발명은 친환경가스 부하개폐기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 구조적 개선을 통하여 전계집중을 완화할 수 있는 친환경가스 부하개폐기에 관한 것이다.
일반적으로 부하개폐기는 전력계통에서 계통의 운영에 따라, 전기적 연결을 끊을 때 발생하는 아크를 SF6 등의 절연매질을 통해 소호하여 전력계통에서 각종 전력기기를 분리함으로써, 계통 및 각종 전력기기의 이상이나 고장 등을 방지하기 위한 장치이다.
도 1은 종래의 가스 부하개폐기의 형상이다. 도 1을 참조하면, 도 1-(a)에서와 같이 정상 상태에서 상호 접촉되어 있다가, 접점 분리의 명령이 감지된 비정상 상태에서는 도 1-(b)에서처럼 분리 이격되어 전기적 연결이 차단되는, 기존에 널리 사용되어 왔던 가스 부하개폐기를 나타낸 것임을 알 수 있다.
즉 기존의 가스 부하개폐기에서는 다수 개의 부품들(A1, A2, A3) 각각이 차례대로 체결되는 방식으로 이루어져 왔으나, 다수 개의 부품으로 체결을 하려다 보면 체결이 쉽게 되지 않고 체결력도 좋지 않아 제 기능을 원활히 수행할 수 없는 문제점과, 도 1의 B와 같은 edge 부분에서 전계가 집중 발생하는 문제점이 있었다.
한편, SF6의 특성으로는 ① 물리/화학적 성질, ② 전기적 성질, ③ 기타성질이 있으며, 다음과 같이 설명될 수 있다.
① 물리/화학적 성질: SF6는 무색, 무취, 무해, 불연성의 가스로써, 열전달성이 뛰어날 뿐만 아니라 화학적으로 매우 안정된 불활성 가스이다. 그리고 SF6는 공기의 1.6배이고, 강제 풍냉식에서는 공기의 약 4배라는 우수한 특성을 가지고 있다. 또한 열안정성이 매우 뛰어나 촉매가 없는 상태에서 약 500℃까지 분해되지 않는다.
② 전기적 성질: SF6는 절연내력이 매우 높은바, 평등전계 중 1기압 하에서 공기의 2.5~3.5 배, 3기압 하에서 기름과 같은 절연 레벨을 갖는다. 그리고 소호성능이 매우 뛰어나, 기중의 아크보다 안정되고 아크 시정수가 작아서 대전류 차단에 우수한 특성을 나타낸다. 참고로, 절연 회복이 빠르다.
③ 기타성질: SF6는 액화성 가스이기 때문에 사용 중 액화되지 않도록 압력, 온도 특성에 유의하여야 한다(20℃에서 정격가스압은 5kg /㎠G). 그리고 가스의 우수성으로 차단기를 소형으로 축소 가능하다. 아울러 가스의 기밀이 부족한 경우 부식성 가스를 발생하거나, 수분과 혼합되는 경우 절연물이나 금속을 부식한다.
하지만 SF6는 지구온난화 계수가 CO2의 무려 23,900배(CO2가 지구를 데우는 효과를 1이라고 하면 SF6는 23,900)에 이르고, 한번 대기 중에 누출될 경우 3,200년을 존재하면서 지구 대기환경에 악영향을 미친다. 1997년 교토의정서에서 지정한 '6대 온실가스'에 선정되기도 했으며, IPCC(기후변화에 관한 정부간 패널)가 지정한 지구환경에 가장 악영향을 미치는 가스로 선정되기도 했다.
이러한 이유로 현재는 온실가스로 규정된 SF6를 대신할 수 있는 대체가스 즉, 친환경가스를 적용한 전력기기의 개발에 대한 연구가 전 세계적으로 활발하게 진행 중에 있음에도 불구하고, 친환경가스는 SF6에 비하여 절연내력과 아크 소호능력이 60% 수준으로 열위하므로, 절연성능과 차단성능을 보완해 줄 수 있는 방안이 절실히 필요한 시점에 놓여있다.
국내 공개특허공보 제10-2016-0038265호, 2016.04.07.자 공개.
본 발명은 상기한 문제점을 해소하기 위하여 발명된 것으로, 구조적 개선을 통하여 전계집중을 완화할 수 있는 친환경가스 부하개폐기를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 고정접점이 구비된 고정수단; 상기 고정수단과 대향되게 배치되어 직선 이동하는 가동수단; 및 상기 가동수단의 내부에 설치되되, 연결로드와, 상기 연결로드의 일단에 상기 가동수단이 직선 이동함에 따라 상기 고정접점에 전기적으로 연결 또는 분리되는 가동접점이 일체로 형성되는 가동도체;를 포함하는 것으로, 상기 가동접점은, 내부공간을 가진 가동접점부와, 상기 가동접점부의 둘레를 따라 일정 간격으로 형성되는 슬릿홀 형태의 슬릿부와, 상기 가동접점부의 외주면에 장착되어 상기 가동접점부를 축방향으로 가압하는 가압부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 친환경가스 부하개폐기를 기술적 요지로 한다.
바람직하게는 상기 가동접점은, 상기 가동접점부의 외주면 둘레를 따라 함몰 형성되어 상기 가압부재가 안착되는 안착홈을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는 상기 가동접점의 외측에는, 상기 가동접점의 선단에서 발생하는 전계가 완화되도록, 일단이 라운드진 형상의 절연노즐이 설치되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는 상기 연결로드의 일측 외주면에는, 단턱이 다단지게 형성되어 상기 절연노즐의 타단이 밀착되게 설치되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는 상기 가동도체는, 상기 연결로드의 타단에 일체로 형성되는 가이드접점을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는 상기 가이드접점은, 내부공간을 가진 가이드접점부와, 상기 가이드접점부의 둘레를 따라 일정 간격으로 형성되는 슬릿홀 형태의 슬릿부와, 상기 가이드접점부의 외주면에 장착되어 상기 가이드접점부를 축방향으로 가압하는 가압부재를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 과제의 해결 수단에 의한 본 발명에 따른 친환경가스 부하개폐기는, 가동접점의 외부에 절연노즐을 배치함과 동시에 가동접점 및 가이드접점을 일체형 접점구조로 적용함으로써 절연 성능이 향상되는 효과와, 라운드진 절연노즐에 의해 가동접점 등의 edge 부분에서 전계가 집중되는 현상이 완화되는 효과가 있다.
도 1은 종래의 가스 부하개폐기.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 구성도.
도 3은 도 2의 작동 상태도.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 가동접점 및 가이드접점 상세도.
본 발명을 기술하기에 앞서, 현재 친환경가스를 사용하는 부하개폐기에 대한 규격은 정해져 있지 않을 뿐만 아니라, 친환경가스를 위한 부하개폐기의 형상은 전무한 실정이었다. 이에 따라 본 발명에서는 절연매질로써 SF6를 사용하지 않고, 친환경가스를 위한 부하개폐기를 제안하는 바이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 구성도이고, 도 3은 도 2의 작동 상태도이다. 도 2 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 친환경가스 부하개폐기는 고정수단(100), 가동수단(200) 및 가동도체(300)로 이루어질 수 있다.
본 발명의 고정수단(100)은 고정접점(120)이 구비된 구성이다.
말하자면 고정수단(100)은 가동수단(200)의 가동도체(300)와 전기적으로 연결되어 계통에 흐르는 전류의 통전경로를 구성하기 위한 것으로, 고정수단(100)의 선단에 고정접점(120)이 구비되어 가동수단(200)의 가동접점(340)과 전기적으로 연결 또는 분리된다.
특히 고정접점(120)은 고정수단(100)에 길이방향으로 설치된 도체로써, 동작시 고정접점(120)과 가동접점(340) 사이에서 발생하는 아크가 이동하는 경로를 구성한다. 이러한 고정접점(120)은 가동수단(200)의 선단 입구에 설치된 주노즐(280)을 통과해 가동수단(200)의 가동도체(300) 일측 내부로 삽입되어 가동접점(340)과 전기적으로 연결된다.
본 발명의 가동수단(200)은 고정수단(100)과 대향되게 배치되어 직선 이동하는 구성이다.
즉 가동수단(200)은 고정수단(100)과 연결되어 계통의 전류가 흐르는 통전경로를 만들어주기 위한 것으로, 내부에 가동도체(300)가 삽입될 수 있는 공간을 가진다. 내용인즉 가동수단(200)은 제1가동프레임(220)과, 제1가동프레임(220)의 내면에 슬라이딩체(260)에 의해 슬라이딩되는 제2가동프레임(240)으로 이루어진다.
여기서 가동수단(200)의 내부에는 압축실(200a)이 구비되는데, 압축실(200a)은 가스가 수용되는 공간으로써, 고정접점(120)과 가동접점(340)이 분리되는 시점부터 고정접점(120)과 가동접점(340) 사이에 발생한 아크를 소호하기 위해 즉, 아크에 의한 열가스를 제어하여 압축실(200a) 내의 가스가 분출되면서 부하전류를 차단하게 된다.
이때 압축실(200a) 내의 가스는 가동수단(200)의 선단 입구에 설치된 주노즐(280)을 통해 분사되는 것이라 할 수 있다.
본 발명의 가동도체(300)는 가동수단(200)의 내부에 설치되는 것으로, 연결로드(320)와, 연결로드(320)의 일단에 가동수단(200)이 직선 이동함에 따라 고정접점(120)에 전기적으로 연결 또는 분리되는 가동접점(340)이 일체로 형성되는 구성이다.
즉 가동도체(300)는 가동수단(200)의 내부에 고정접점(120)에 대향되도록 배치되고, 구동부(미도시)의 구동력을 전달받아 전방 또는 후방으로 왕복 이동가능하도록 이루어진 도체로써, 연결로드(320)를 중심으로 일단에는 가동접점(340)이 일체로 형성되고, 타단에는 가이드접점(360)이 일체로 형성된다.
첫째, 연결로드(320)는 가동도체(300)를 이루는 본체 구성이다.
말하자면 연결로드(320)는 연결로드몸체(321)와, 연결로드몸체(321)의 일측에 돌출되게 단턱진 단턱(322)으로 이루어질 수 있는데, 특히 단턱(322)은 연결로드몸체(321)의 일단에 가동접점(340)의 높이보다 돌출된 제1단턱(322a)과, 제1단턱(322a)의 단부에 제1단턱(322a)보다 상대적으로 더 많이 돌출된 제2단턱(322b)으로 이루어질 수 있으며, 절연노즐(380)의 단부 내면이 제1단턱(322a)의 상면(322a')과 제2단턱(322b)의 일측면(322b')에 밀착된다.
둘째, 가동접점(340)은 연결로드(320)의 일단에 일체로 형성되어 고정수단(100)의 고정접점(120)에 전기적으로 연결 또는 분리되는 구성이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 가동접점(340) 및 가이드접점(360) 상세도이다. 도 4-(a)를 참조하면, 본 발명의 가동접점(340)을 구체적으로 나타낸 것임을 알 수 있다.
우선 가동접점(340)은 기존의 분리형으로 접점구조를 이루는 것과 달리, 연결로드(320)의 일단에 일체형 접점구조로 이루어짐으로써, 압축실(200a)의 체적을 최대화하여 차단성능을 향상시킬 수 있다. 이는 가이드접점(360)이 연결로드(320)에 일체로 형성되는 구조가 가지는 의미와 동일하다.
상세하게는 가동접점(340)이 고정접점(120)에 연결되는 경우 고정접점(120)과 함께 계통의 통전경로로 형성되는 것으로, 내부공간을 가진 가동접점부(341)와, 가동접점부(341)의 둘레를 따라 일정 간격으로 형성되는 슬릿홀 형태의 슬릿부(342)와, 가동접점부(341)의 외주면에 장착되어 가동접점부(341)를 축방향으로 가압하는 가압부재(343)와, 가동접점부(341)의 외주면 둘레를 따라 함몰 형성되어 가압부재(343)가 안착되는 안착홈(344)으로 이루어질 수 있다.
더욱 상세하게는 가동접점(340)은 연결로드(320)가 이동함에 따라 함께 움직이면서 고정접점(120)에 접촉 또는 분리되는데, 개폐장치 차단시 가동접점(340)이 고정접점(120)으로부터 분리되면서 고온고압의 아크가 발생한다. 이때 가동접점(340)이 벌어지면서 고정접점(120)이 빠져나갈 수 있도록 한다. 즉 가동접점부(341)에는 길이방향을 따라 슬릿부(342)가 다수 개 형성되어 있으므로, 차단시 가동접점(340)과 고정접점(120) 사이에서 발생하는 아크에 대한 압력으로 벌어지게 된다. 여기서 가동접점부(341)의 둘레를 따라 가압부재(343)가 장착됨으로써, 이를 잡아주는 효과를 나타낼 수 있다.
참고로, 슬릿부(342)는 가동접점부(341)의 원주방향으로 60~90°간격으로 관통 형성될 수 있으나, 반드시 이러한 간격에 한정되는 것만은 아니고, 다양하게 설계 변경 가능하다.
아울러, 가동접점(340)의 외측에는 가동접점(340)의 선단에서 발생하는 전계가 완화되도록, 일단이 라운드진 형상의 절연노즐(380)이 설치될 수 있다. 이러한 절연노즐(380)은 가동접점(340)에 결합되어 주노즐(280)의 후방에서 아크에 의한 열가스를 보조적으로 제어하게 된다. 즉 기존에 설치되지 않은 절연노즐(380)은 가동접점(340)을 둘러싸는 구조를 가지기 때문에 절연성능을 향상시킬 수 있음을 의미한다.
특히 절연노즐(380)의 타단이 가동접점(340)을 통과하여 연결로드(320)의 일측 외주면에 다단지게 형성된 단턱(322)에 밀착되게 설치되도록 하는 것이 바람직하다. 더욱 상세한 설명을 덧붙이자면, 앞서 언급한 바 있듯이, 연결로드(320)는 연결로드몸체(321)와, 연결로드몸체(321)의 일측에 돌출되게 단턱진 단턱(322)으로 이루어진다. 여기서 단턱(322)은 연결로드몸체(321)의 일단에 가동접점(340)의 높이보다 상대적으로 더 돌출된 제1단턱(322a)과, 제1단턱(322a)의 단부에 제1단턱(322a)보다 상대적으로 더 많이 돌출 형성된 제2단턱(322b)으로 이루어지고, 절연노즐(380)의 단부 내면은 제1단턱(322a)의 상면(322a')과 제2단턱(322b)의 일측면(322b')에 밀착되게 설치된다.
셋째, 가이드접점(360)은 연결로드(320)의 타단에 일체로 형성되는 구성이다.
도 4-(b)를 참조하면 가이드접점(360)을 구체적으로 나타낸 것임을 알 수 있으며, 이러한 가이드접점(360)은 가동접점(340)과 마찬가지로, 내부공간을 가진 가이드접점부(361)와, 가이드접점부(361)의 둘레를 따라 일정 간격으로 형성되는 슬릿홀 형태의 슬릿부(362)와, 가이드접점부(361)의 외주면에 장착되어 가이드접점부(361)를 축방향으로 가압하는 가압부재(363)와, 가이드접점부(361)의 외주면 둘레를 따라 함몰 형성되어 가압부재(363)가 안착되는 안착홈(364)으로 이루어질 수 있다.
이러한 가이드접점(360)은 연결로드(320)의 타단에 일체형 접점구조로 형성됨으로써, 기존의 SF6에 비하여 절연성능과 차단성능이 다소 떨어지는 친환경가스 적용시, 압축실(200a)의 체적을 최대화할 수 있다.
단, 본 발명에서 가동접점(340)의 가압부재(343)와 가이드접점(360)의 가압부재(363)는 탄성의 성질을 가진 스프링일 수 있으나, 반드시 스프링에 한정되는 것만은 아니고, 가동접점부(341)와 가이드접점부(361)를 축방향으로 가압할 수 있는 것이라면 어느 것이든 적용 가능하다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.
따라서 본 발명에 개시된 실시예는 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라, 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것도 아니다.
본 발명의 보호 범위는 특허청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 고정수단 120: 고정접점
200: 가동수단 200a: 압축실
220: 제1가동프레임 240: 제2가동프레임
260: 슬라이딩체 280: 주노즐
300: 가동도체 320: 연결로드
321: 연결로드몸체 322: 단턱
322a: 제1단턱 322a': 제1단턱의 상면
322b: 제2단턱 322b': 제2단턱의 일측면
340: 가동접점 341: 가동접점부
342: 슬릿부 343: 가압부재
344: 안착홈 360: 가이드접점
361: 가이드접점부 362: 슬릿부
363: 가압부재 364: 안착홈
380: 절연노즐

Claims (6)

  1. 고정접점이 구비된 고정수단;
    상기 고정수단과 대향되게 배치되어 직선 이동하는 가동수단; 및
    상기 가동수단의 내부에 설치되되, 연결로드와, 상기 연결로드의 일단에 상기 가동수단이 직선 이동함에 따라 상기 고정접점에 전기적으로 연결 또는 분리되는 가동접점이 일체로 형성되는 가동도체;를 포함하는 것으로,
    상기 가동접점은,
    내부공간을 가진 가동접점부와, 상기 가동접점부의 둘레를 따라 일정 간격으로 형성되는 슬릿홀 형태의 슬릿부와, 상기 가동접점부의 외주면에 장착되어 상기 가동접점부를 축방향으로 가압하는 가압부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 친환경가스 부하개폐기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 가동접점은,
    상기 가동접점부의 외주면 둘레를 따라 함몰 형성되어 상기 가압부재가 안착되는 안착홈을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 친환경가스 부하개폐기.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 가동접점의 외측에는,
    상기 가동접점의 선단에서 발생하는 전계가 완화되도록, 일단이 라운드진 형상의 절연노즐이 설치되는 것을 특징으로 하는 친환경가스 부하개폐기.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 연결로드의 일측 외주면에는,
    단턱이 다단지게 형성되어 상기 절연노즐의 타단이 밀착되게 설치되는 것을 특징으로 하는 친환경가스 부하개폐기.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 가동도체는,
    상기 연결로드의 타단에 일체로 형성되는 가이드접점을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 친환경가스 부하개폐기.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 가이드접점은,
    내부공간을 가진 가이드접점부와, 상기 가이드접점부의 둘레를 따라 일정 간격으로 형성되는 슬릿홀 형태의 슬릿부와, 상기 가이드접점부의 외주면에 장착되어 상기 가이드접점부를 축방향으로 가압하는 가압부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 친환경가스 부하개폐기.
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