KR20210036947A - 전기 스위칭 디바이스 - Google Patents

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안드레아스 글라우에
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안드레아스 클라인슈미트
마르크 쿠쉘
베른하르트 루츠
잉고 조이버트
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지멘스 에너지 글로벌 게엠베하 운트 코. 카게
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Abstract

본 발명은 전기 접속의 제공 및 차단을 위한, 스위칭 챔버(12)를 구비한 전기 스위칭 디바이스에 관한 것으로, 스위칭 챔버(12) 내에 직접 또는 스위칭 챔버(12) 내에 배치되어 상기 스위칭 챔버(12)에 대해 기밀 방식으로 설계된 캡슐화 하우징 내에 2개의 접촉편(14, 16)이 배치되고, 상기 접촉편(14, 16)은 스위칭 동작을 야기하도록 서로 상대 운동이 가능하며, 스위칭 챔버(12) 내에 또는 이 스위칭 챔버(12)와 연결될 수 있는 저장 체적(28) 내에 배치된 유체 절연 매체(30)가 더 제공되고, 이때 스위칭 챔버(12) 또는 저장 체적(28)은 유체 절연 매체(30)를 방출하기 위한 출구(22, 32)를 가지며, 상기 출구(22, 32)에 또는 그에 인접하여 필터(36, 38)가 제공되고, 상기 필터는 출구(22, 32)를 통해 안내된 절연 매체(30)의 기체 성분들 또는 그의 반응 생성물을 여과하도록 설계된다.

Description

전기 스위칭 디바이스
본 발명은 절연 매체의 방출이 개선된 전기 스위칭 디바이스, 특히 가스 절연 스위칭 디바이스(gas-insulated switching device)에 관한 것이다. 본 발명은 또한 전기 스위칭 디바이스, 특히 가스 절연 스위칭 디바이스로부터 절연 매체를 제거하기 위한 방법에 관한 것이다.
SF6-free 절연 가스에 기반한 가스 절연 스위칭 디바이스는 주로 하나 이상의 캐리어 가스와 특수 첨가제 물질로 구성된 가스 혼합물로 작동된다. 첨가제 물질은 예를 들어, 가스 혼합물의 유전 특성에 특정 방식으로 영향을 미치는 플루오르화 화합물이다. 캐리어 가스는 일반적으로, 주로 특정 비율의 이산화탄소, 질소 및 산소로 구성된 혼합물이다. 디바이스의 작동 중에 방전 과정들에 의해, 독성이 있을 가능성 때문에 주변 환경 내로 방출되어서는 안 되는 분해 생성물(breakdown products)이 발생할 수 있다. 가스 혼합물 내에 함유된 플루오르화 화합물도 건강, 환경 또는 기후에 유해할 수 있으므로 환경에 유입되어서는 안 된다. 그러나 상황에 따라, 예를 들어 작동 고장 이후, 수리 시, 또는 예정된 검사(scheduled overhaul) 시에는 스위칭 디바이스를 비워야 한다.
문헌 WO 2017/029338 A1호는 예를 들어, 전기 에너지의 발생, 전송, 분배 및/또는 이용을 위해 전기 장치의 절연 매체로부터 물질을 회수하기 위한 방법을 기술하고 있는데, 여기서 절연 매체는 플루오르화 유기 화합물 및 그 외 다른 기상(gaseous phase) 성분을 포함한다. 상기 방법은 다음과 같은 순차적 단계: a) 전기 디바이스의 절연 공간으로부터 물질 회수 장치로 플루오르화 유기 화합물 및 절연 매체의 적어도 하나의 또 다른 성분을 함유하는 출력 가스 혼합물을 운반하는 단계, b) 물질 회수 장치 내의 플루오르화 유기 화합물의 액화 단계로서, b1) 초기 가스 혼합물을 압축하고, b2) 플루오르화 유기 화합물이 액화되는 온도로 압축 초기 가스 혼합물을 냉각하는 단계, 및 c) 초기 가스 혼합물의 적어도 하나의 잔류 성분을 함유하는 잔류 가스로부터 액화 플루오르화 유기 화합물을 분리하는 단계를 포함한다.
그러나 종래 기술로부터 공지된 이러한 유형의 해결책은 특히, 스위칭 디바이스로부터 가스 혼합물을 간단하고 신뢰성 있게 방출하는 점과 관련하여, 상당한 개선의 여지가 있다.
본 발명의 과제는 종래 기술의 공지된 단점을 적어도 부분적으로 극복하는 것이다. 특히, 본 발명의 과제는, 간단하고 환경 친화적인 방식으로 가스 절연 매체를 스위칭 디바이스로부터 방출할 수 있는 해결책을 제공하는 것이다.
상기 과제는 본 발명에 따라 청구항 1의 특징을 갖는 스위칭 디바이스에 의해 해결된다. 또한, 상기 과제는 본 발명에 따라 청구항 10의 특징을 갖는 방법에 의해 해결된다. 본 발명의 바람직한 구성들은 종속항, 상세한 설명 또는 도면부에 기술되어 있으며, 이때 종속항들 또는 상세한 설명 또는 도면부에 기술되거나 도시된 추가 특징들은, 문맥상 명시적으로 반대되는 내용이 지시되지 않는 한, 개별적으로 또는 임의의 조합으로 본 발명의 대상을 형성할 수 있다.
전기 접속의 제공 및 차단을 위한 전기 스위칭 디바이스가 제안되며, 이 전기 스위칭 디바이스는 스위칭 챔버를 구비하고, 이 스위칭 챔버 내에 직접 또는 이 스위칭 챔버 내에 배치되어 스위칭 챔버에 대해 기밀 방식으로 설계된 캡슐화 하우징 내에 2개의 접촉편이 배열되며, 이들 접촉편은 스위칭 동작을 야기하도록 서로 상대 운동이 가능하고, 이때 스위칭 챔버 내에 또는 이 스위칭 챔버와 연결될 수 있는 저장 체적 내에 배치된 유체, 특히 기체 상태의 가스 절연 매체가 더 제공되며, 스위칭 챔버 또는 저장 체적은 유체 절연 매체를 방출하기 위한 출구를 가지며, 상기 출구에 또는 그에 인접하여, 상기 출구를 통해 안내되는 절연 매체의 기체 성분들 또는 그의 반응 생성물을 여과하도록 설계된 필터가 제공된다.
이러한 유형의 스위칭 디바이스는 특히 유리한 방식으로, 스위칭 디바이스로부터 가스 절연 매체의 간단하고 환경 친화적인 방출을 위한 해결책을 제공한다.
따라서, 본 발명은 전기 스위칭 디바이스에 관한 것이다. 이러한 유형의 스위칭 디바이스는 본래 공지되어 있고, 특히 높은 전류가 흐르는 전기 라인을 분리하는 데 이용된다. 따라서 스위칭 디바이스는 전기 접속의 제공 및 차단에 이용된다.
전기 스위칭 디바이스는, 예를 들어 기본적으로 종래 기술로부터 공지되어 있는 전력 스위치, 회로 차단기, 접지 스위치, 차단 접지 복합 스위치 등을 포함한다.
예를 들어, 스위칭 디바이스는 전력 스위치와 같은 고전압 스위치이다. 이러한 유형의 스위칭 디바이스는 고전류의 전도 또는 고전압의 인가를 위해 적합할 수 있고, 이 경우 회로 차단 시 아크가 발생할 수 있다.
고전압 스위치의 전력 회로 차단기에 의해 차단될 수 있는 예시적인 전류는 최대 80,000A의 범위 이내일 수 있다. 또한, 스위칭 디바이스 상에 최대 800,000V 이하 범위 이내의 전압이 인가될 수 있다.
따라서 스위칭 디바이스가 스위칭 챔버를 갖는 구성이 제공된다. 스위칭 챔버는 예를 들어 환경에 대해 기밀 방식으로 구성될 수 있거나 캡슐화될 수 있다. 이 경우, 스위칭 챔버는 스위칭 디바이스 내의 다른 공간들에 대해서도 기밀 방식으로 밀폐되거나 캡슐화될 수 있다.
스위칭 챔버 내에 직접 또는 스위칭 챔버 내에 배치되어 이 스위칭 챔버에 대해 기밀 방식으로 설계된 캡슐화 하우징 내에 2개의 접촉편이 배치되고, 이들 접촉편은 스위칭 동작을 야기하도록 서로 상대 운동이 가능하다. 이에 상응하게 접촉편들은, 결과적으로 전기 접속을 형성할 수 있게 서로 접촉할 수 있도록 구성된다. 나아가 상기 접촉편들은, 이들이 서로 접촉하지 않아 고전압에서도 전류가 흐를 수 없으며, 오히려 접촉편들 사이에 절연 갭이 제공되도록, 서로에 대해 정렬될 수 있다.
이에 상응하게 전기 스위칭 디바이스는 예를 들어 제1 및 제2 스위칭 상태, 예를 들어 폐쇄 상태 및 개방 상태를 취할 수 있다. 제1 스위칭 상태에서는 접촉편들이 서로 접촉하고, 제2 스위칭 상태에서는 접촉편들 사이에 절연 갭이 형성된다.
이때 접촉 요소들이 예를 들어 스위칭 챔버 내에 직접, 즉, 스위칭 챔버의 분위기 내에 존재할 수 있다. 대안적으로, 접촉편이 배치되어 있는 스위칭 챔버 내에 캡슐화 하우징이 존재할 수 있다. 예를 들어, 이 캡슐화 하우징은 접촉편들과 함께 진공 스위치를 형성할 수 있다.
전기 스위칭 디바이스에서는 나아가 유체, 특히 가스 절연 매체가 제공된다. 절연 매체는, 예를 들어 접촉편을 따라 고전류가 흐를 때 상기 접촉편들이 분리되는 경우, 아크 발생을 방지하거나 감소시키는 역할을 하며, 그 결과 분리를 통해 접촉편들의 손상이 방지되거나, 적어도 상당히 감소할 수 있다. 특히 절연 매체는, 예를 들어 고전압 스위치로서 형성된 스위칭 디바이스에서, 특히 접촉 요소들의 분리 시 발생할 수 있는 아크를 소거하는 역할을 한다. 또한, 절연 매체는, 스위칭 디바이스의 제2 스위칭 상태에서, 확실하고 신뢰성 있는 방식으로 접촉편들 간의 절연 갭의 기능을 보장할 수 있게 하는 역할을 할 수 있다. 나아가, 예컨대 캡슐화 하우징과 스위칭 챔버 하우징 사이의 절연이 가능할 수 있다.
한 바람직한 기능을 위해, 절연 매체는 특히 유체이다. 절연 매체가 가스인 것이 특히 바람직하다. 이 경우, 절연 매체는 예를 들어 스위칭 디바이스의 작동 조건들에서, 초과압 조건에서든 또는 무압력 조건에서든, 기체 상태로 존재할 수 있다. 절연 매체는 전기 스위칭 디바이스로부터의 방출 시, 즉, 예를 들어 약 1바아의 주위 압력에서, 가스로서 존재할 수 있다.
가스 절연 매체의 제공에 의해, 절연 매체가 특히 간단한 방식으로 스위칭 챔버로도 지칭되는 스위칭 디바이스의 절연 공간으로 유입되어 그곳에 머무를 수 있다. 그 결과, 절연 매체는 접촉 요소 또는 접촉편을 완전히 둘러쌀 수 있고, 이들 사이에서 분리 시 아크가 발생할 수 있으며, 또는 절연 매체가 경우에 따라 캡슐화 하우징을 둘러쌀 수 있다. 따라서, 기본적으로 아크의 발생이 상쇄될 수 있고, 아크의 소거가 효과적으로 지원될 수 있으며, 또는 캡슐화 하우징과 스위칭 챔버 하우징 사이의 효과적인 절연이 허용될 수 있다.
기본적으로 가스 절연 매체의 제공을 통해, 예를 들어 절연 공간으로서 형성된 스위칭 챔버 내로 유입될 때, 스위칭 챔버 내에 보유될 때, 그리고 경우에 따라 교체될 때, 용이한 취급이 가능해진다.
결과적으로, 특히 가스 절연 매체의 경우, 스위칭 챔버 내에 적절한 초과압이 형성됨으로써, 절연 공간 내에 존재하는 절연 매체의 양이 간단한 방식으로 조정될 수 있고, 그렇게 해서 원하는 적용 분야에 절연 능력을 맞출 수 있다.
이 경우, 절연 매체는 기본적으로 종래 기술로부터 공지된 것처럼 구성될 수 있다. 특히, 절연 매체는 이하에서 더 상세히 기술되는 바와 같이, 불소계 화합물 또는 플루오르화 화합물을 포함할 수 있다. 불소계 화합물 또는 플루오르화 화합물은 본래 공지된 바에 따라, 분자 구조상 적어도 하나의 불소 원자를 갖는 유형의 화합물로서 이해될 수 있다.
따라서, 절연 매체는 예를 들어 스위칭 챔버 내에 직접 존재할 수 있으며, 그 결과 접촉편을 직접 둘러싸는 방식으로 존재하거나 배치된다. 이는 의도된 또는 원하는 동작 중에도, 전기 접속의 분리 시, 그리고 접촉편들 상호 간의 이격 시 즉각 접촉편들 사이에 형성된 절연 갭이 채워질 수 있도록 하는 경우일 수 있다.
대안적으로 또는 부가적으로, 절연 매체가 스위칭 챔버에 연결 가능한 저장 체적 내에 배치되는 구성이 제공될 수 있다. 이러한 구성에서, 표준 작동 또는 의도된 작동 시, 따라서 특히 접촉편들이 상호 접촉되어 있을 때, 절연 매체는 스위칭 챔버에 대해 배타적으로 또는 부가적으로 존재할 수 있다. 이 경우, 차단된 스위칭 상태로의 스위칭 과정이 수행되어야 하거나 수행되는 경우에 절연 매체가 저장 체적으로부터 스위칭 챔버 내로 이송될 수 있다. 이 구성에서도, 접촉편들의 분리를 위한 스위칭 과정에서 접촉편들이 절연 매체로 둘러싸이는 점이 보장될 수 있다.
본 명세서에 기술된 스위칭 디바이스는 스위칭 챔버 또는 저장 체적이 절연 매체의 방출을 위한 출구를 더 포함한다. 이러한 유형의 출구는 예를 들어, 스위칭 디바이스를 비우거나, 스위칭 디바이스로부터, 특히 스위칭 챔버 또는 저장 체적으로부터 절연 매체를 방출하는 데 유리할 수 있다. 이는, 상황에 따라 예를 들어 작동 고장 이후에, 수리 시, 또는 예정된 검사 시 스위칭 디바이스를 비워야 할 필요가 있기 때문에, 매우 유리할 수 있다. 따라서, 출구는 절연 매체의 예정된 방출을 허용해야 한다. 이 경우, 스위칭 챔버만, 또는 스위칭 챔버와 부가적으로 저장 체적도 상응하는 출구를 가질 수 있다는 점은 자명하다.
나아가, 출구와 관련하여 상기 출구에 또는 그에 인접하여, 절연 매체의 기체 성분들 또는 그 반응 생성물을 여과하도록 설계된 필터가 제공된다.
달리 말하면, 출구에 또는 그에 인접하여, 그리고 그에 따라 출구 또는 스위칭 디바이스의 출구 구간 내에 필터가 제공된다. 필터는 절연 매체의 기체 성분 또는 그 반응 생성물을 여과하는 역할을 한다. 특히, 필터는 필터를 통한 절연 매체의 통과 시, 플루오르화 성분 또는 그 반응 생성물을 예를 들어 흡수 또는 흡착하는 등 선택적으로 억류하는 역할을 한다. 따라서 출구는, 필터를 빠져나가는 매체가 주변 환경 내로 배출될 수 있게 하기 위해, 주변 환경으로 통할 수 있다.
이는, SF6-free 절연 가스가 주로 하나 이상의 캐리어 가스와 특수 첨가 물질로 구성된 가스 혼합물로 작동되기 때문에 유리할 수 있다. 첨가제 물질은 예를 들어, 가스 혼합물의 유전 특성에 특정 방식으로 영향을 미치는 플루오르화 화합물이다. 캐리어 가스는 일반적으로, 대부분 특정 비율의 이산화탄소, 질소 및 산소로 구성된 혼합물이다. 디바이스의 작동 중에 방전 과정들에 의해, 독성이 있을 가능성 때문에 환경으로 배출되어서는 안 되는 분해 생성물이 발생한다. 가스 혼합물 내에 함유된 플루오르화 화합물도 건강, 환경 또는 기후에 유해할 수 있으므로 환경에 유입되어서는 안 된다. 따라서, 절연 매체 통과 시 이들 유해 성분이 억류되는 해결책을 제공하는 것이 바람직하다.
이 경우, 필터를 통과하는 물질은 환경에 유해하지 않거나 적어도 플루오르화 물질보다 훨씬 덜 유해하므로, 절연 매체의 방출이 간단하게 구현될 수 있다. 이를 통해, 필터로부터 배출된 혼합물이 환경 친화적인 방식으로 환경 내로 방출될 수 있게 된다.
따라서, 전술한 스위칭 디바이스는 예를 들어 정밀 검사 또는 유시 보수 시, 또는 다른 상황들에서, 스위칭 디바이스로부터 절연 매체를 제거하거나 방출하기 위한 특히 간단한 가능성을 제공한다.
특히, 복잡한 프로세스 또는 장비의 필요성 없이, 절연 매체가 필터를 통해 간단한 방식으로 유도되는 것이 가능하다.
특히, 전술한 스위칭 디바이스에서는, 종래 기술로부터 공지된 것처럼 압력 용기를 이용하여 폐기를 실행할 필요가 없다. 이와 관련하여, 종래 기술의 해결책에 따르면, 스위칭 디바이스의 충전 가스는 압력 용기 내로 펌핑되어 적합한 폐기 시설로 공급된다. 특정 상황에서는, 가스가 정화(scrubbing)되어 재사용될 수 있다.
반대로, 본 발명에 따른 해결책은 상당한 장점을 제공한다. 스위칭 디바이스를 비워야 하는 경우, 특히 가스와 같은 절연 매체를 더 이상 압력 용기에 저장하여 운반할 필요가 없다. 오히려 절연 매체는 필터를 통해 현장에서 직접 방출될 수 있다. 예를 들어 적재된 필터 카트리지와 같은 적재된 필터의 운반 및 폐기가 압력 용기를 취급하는 것보다 훨씬 덜 번거롭다.
절연 매체와 관련하여 스위칭 디바이스를 비우기 위해, 출구에 진공 펌프가 제공되는 것이 더 바람직할 수 있다. 이로써, 절연 가스 잔류물이 스위칭 챔버 내에 또는 저장 체적 내에 남아있지 않는 점이 보장될 수 있다. 이는 대안적으로, 절연 매체의 잔류물이 플러싱 프로세스를 통해 제거되도록 하기 위해, 예를 들어 공기 또는 질소가 스위칭 디바이스 내로 유입될 때 통과할 수 있는 포트에 의해 실현될 수 있다.
바람직하게는 필터가 활성탄, 알루미늄 산화물 및 제올라이트 물질로 구성된 그룹으로부터 선택된 물질을 포함할 수 있다. 특히 전술한 물질은, 스위칭 과정에서 아크의 고온에 기인하여 발생할 수 있는, 특히 플루오르화 물질 또는 그의 반응 생성물과 같은 환경에 유해한 물질을 예를 들어 흡수 또는 흡착을 통해 억류하고, 이때 환경에 덜 유해한 물질은 이들 물질이 환경 내로 방출될 수 있도록 통과시킬 수 있게 하는 데 적합할 수 있는 것으로 밝혀졌다. 특히, 전술한 물질은 불소계 또는 플루오르화 물질은 억류하는 반면, 예를 들어 산소와 질소는 통과시킬 수 있다. 더욱이, 전술한 물질은 예를 들어 플루오르화 물질의 임의의 반응 생성물을 여과할 수 있고, 이는 매우 높은 효용성을 허용할 수 있다. 따라서, 전술한 물질들은 본 발명의 과제를 해결하기 위해 유리하게 이용될 수 있다.
더욱이, 전술한 물질은 절연 매체의 방출과 시 경우에 따라 발생하는 압력에서도 안정적일 수 있고, 그 효과를 발휘할 수 있다.
마지막으로, 전술한 물질은 용이하게 입수 가능하며, 비용 효율적으로 사용될 수 있다.
전술한 물질 중에서 특히 활성탄이 유리할 수 있는 데, 그 이유는 이 물질이 특히 비용 효율적으로 입수 가능하고, 필터의 후속 폐기 시에도 문제를 일으키지 않기 때문이다. 이에 따라, 활성탄은 환경 내로의 절연 매체의 문제 없는 방출을 위해 특히 적절할 수 있고, 사용 후 비용 효율적으로 교체될 수 있다. 활성탄은 불소계 물질과 임의의 분해 생성물의 결합을 허용한다. 적재된 활성탄은 무압력 하에 운반될 수 있고, 소각 폐기될 수 있다.
제올라이트와 관련하여, 비한정적인 방식으로, 예를 들어 SiO2/Al2O3를 기반으로 하고, 경우에 따라 SiO2/Al2O3 비("modulus")가 적어도 80이며 기공 직경이 4 내지 7 Å(0.4 내지 0.7 nm)인 유형으로 존재할 수 있다.
필터가 멤브레인, 특히 반투과성 멤브레인으로서 형성된 경우, 마찬가지로 전술한 장점이 구현될 수 있다. 이러한 유형의 멤브레인의 제공에 의해, 특히 높은 선택도가 허용될 수 있어, 멤브레인 또는 필터가 매우 순응적으로 각각의 특수 적용 분야에 매칭될 수 있게 된다. 특히, 멤브레인 또는 필터는 매우 효과적으로 절연 매체 및 그 성분들에, 그리고 나아가 경우에 따라 잠재적으로 발생하는 반응 생성물에도 매칭될 수 있다.
적합한 멤브레인은 예를 들어 종래 기술로부터 공지된 유형의 폴리머 멤브레인, 제올라이트 멤브레인, 다공성 멤브레인 및 세라믹 멤브레인이다.
따라서, 멤브레인을 사용해서도 환경 내로의 절연 매체의 신뢰성 있고 안전한 방출이 달성될 수 있다.
또한, 절연 매체가 적어도 하나의 불소계 내지는 플루오르화 화합물 및 합성 공기로 구성되는 것이 바람직할 수 있다. 특히 이러한 구성에서는, 상응하는 절연 매체 및 필터의 사용에 의해 매우 유리한 시너지 효과가 달성될 수 있다.
절연 매체의 방출 시, 예를 들어 불소계 화합물 및 예를 들어 그 반응 생성물은 억류하고 합성 공기만 통과시키는 필터의 제공에 의해, 환경 유해 물질이 환경에 도달하는 것을 방지할 수 있다. 이는 예를 들어 전술한 필터 물질, 특히 활성탄에 의해 가능하다. 더욱이, 절연 매체가 불소 화합물 외에 합성 공기만을 성분으로 함유함으로써, 필터를 통과하는 물질은 환경에 완전히 무해하다. 이는 특히, 합성 공기가 실질적으로 오로지, 예를 들어 99 중량% 이상이, 산소와 질소로만 구성되어 있고, 이들 물질이 부정적인 효과를 갖지 않는 점이 자명하기 때문이다.
합성 공기는 특히, 99 중량% 이상, 예컨대 99.9 중량% 이상이 산소 및 질소로만 구성된 가스 혼합물로서 이해될 수 있으며, 이때 산소는 20 중량%의 비율(+/-5 중량%의 허용오차)을 갖고, 나머지는 질소와 1 중량% 이하의, 바람직하게는 0.1 중량% 이하의 불순물로 형성될 수 있다.
나아가 본 구성에서는, 합성 공기가 80 중량% 이상 95 중량% 이하의 비율로 존재할 수 있으며, 나머지는 플루오르화 화합물과 1 중량% 이하의, 바람직하게는 0.5 중량% 이하의 불순물로 형성될 수 있다.
특히, 필터를 통한 절연 매체의 방출 시, 예를 들어 플루오르화 화합물을 위한 선택적 필터는 통과함에도 예를 들어 이산화탄소와 같은 유해한 영향을 가하는 물질이 환경으로 유입되는 것을 방지할 수 있다. 이 가스는 예를 들어, 상기 유형의 절연 매체의 성분으로서 공지되어 있지만, 온실 효과에 의해 환경에 부정적인 영향을 미칠 수 있다.
특히, 플루오르화 화합물은 플루오로케톤 및 플루오로니트릴 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 특히 이들 화합물은 각각 단독으로 또는 조합되어 절연 매체로서 매우 효과적이고 신뢰성 있게 작용할 수 있지만, 절연 매체의 방출 시 전술한 유형의 필터에 의해 확실하고 효과적으로 억류될 수 있는 것으로 나타났다. 따라서 특히 상기 물질은 본 발명에 따른 전기 스위칭 디바이스용 절연 매체로서 매우 효과적일 수 있다.
또한, 필터가 교체 가능한 카트리지의 형태로 구성되는 것이 바람직할 수 있다. 이 구성에서, 유지보수 또는 수리 작업이 매우 간단하고 문제없이 가능할 수 있는데, 이는 절연 매체의 방출이 간단한 방식으로 가능할 뿐만 아니라, 절연 매체의 방출 후에도, 교체 가능한 카트리지로서 구성된 필터가 문제없이 교체될 수 있기 때문이다. 이는 사용된 필터의 제거 및 새로운 필터 또는 새로운 카트리지의 장착에 의해 간단한 방식으로 실시될 수 있다. 이때, 교체 가능한 카트리지는 특히, 출구로부터 제거 가능하고 동일한 위치에 상응하는 새 카트리지가 배치될 수 있는 것을 특징으로 할 수 있다.
특히, 이러한 구성에서는, 절연 매체의 방출 이후에 전기 스위칭 설비가 방출된 절연 매체와는 상이한 절연 매체를 구비하는 것이 문제없이 가능하다. 교체 카트리지는 간단한 방식으로 또 다른 특정 필터 물질을 구비할 수 있고, 그 결과 필터는 다시 매우 간단한 방식으로 특정 사용 절연 매체에 매칭될 수 있다.
또한, 방출될 절연 매체의 유동 방향으로 필터의 상류 또는 하류에, 절연 매체의 적어도 하나의 기체 성분의 응축을 위한 냉각 구간이 제공되는 것이 바람직할 수 있다. 따라서, 전술한 필터에 추가하여, 가스 스트림이 냉각 트랩(cold trap) 또는 응축기를 통해서도 유도되는 것이 유리할 수 있다. 이로써, 캐리어 가스 혼합물보다 더 높은 비등점 또는 승화점을 갖는 가스 혼합물 성분이 분리될 수 있다. 이는 일반적으로 불소계 물질에 적용된다. 이 경우, 원칙적으로 이렇게 분리된 물질을 처리하고 재사용할 수 있는 가능성이 있다.
따라서, 절연 매체의 유동 방향으로 상기 절연 매체가 먼저 냉각 구간을 통과한 후에 필터를 통과하는 것이 특히 유리할 수 있다. 이렇게 해서 분리될 물질의 대부분이 냉각 트랩 또는 응축기 내에 수집되어 재사용될 수 있고, 필터는 냉각 구간을 통과하여 제거될 물질을 억류하는 데에만 이용될 수 있다.
따라서 상기 구성에서, 플루오르화 물질 또는 그 반응 생성물의 분리의 매우 높은 효용성이 매우 경제적인 방법과 조합될 수 있다.
스위칭 디바이스의 또 다른 장점 및 기술적 특징과 관련하여, 방법의 설명, 도면 및 도면의 설명을 참조할 수 있으며, 그 반대의 경우도 마찬가지이다.
본 발명의 또 다른 대상은 전술한 유형의 스위칭 디바이스로부터 유체 절연 매체를 방출하기 위한 방법이며, 이하의 방법 단계:
a) 전술한 유형의 스위칭 디바이스를 제공하는 단계;
b) 출구를 통해, 그리고 이로써 필터를 통해 절연 매체를 안내하는 단계; 및
c) 필터를 빠져나가는 매체를 환경으로 안내하는 단계;를 포함한다.
따라서, 여기에 기술된 방법은, 매우 간단한 방식으로 스위칭 디바이스로부터 절연 매체, 특히 불소계 물질 및/또는 그 반응 생성물을 함유하는 가스 혼합물을 제거할 수 있게 한다. 이 경우, 상기 방법은 예를 들어 유지보수, 정밀 검사 또는 스위칭 디바이스로부터 절연 매체가 제거되어야 하는 여타의 프로세스들의 구성요소일 수 있다.
방법 단계 a)에 따라, 먼저 전술한 설명에 따른 스위칭 디바이스가 제공된다. 이와 관련하여 전술한 설명들을 참조한다.
방법 단계 b)에 따라, 출구를 통해 필터 내로의 절연 매체의 안내 및 이와 더불어 필터를 통한 절연 매체의 성분들의 안내가 수행되며, 절연 매체 성분들의 안내는 편의상 필터를 통한 절연 매체의 안내라고도 지칭될 수 있다. 이에 따라, 본 방법 단계에서, 절연 매체는 필터를 통해, 그리고 이로써 출구를 통해 안내되며, 그 결과 상응하는 환경 유해 물질이 필터에 의해 억류된다.
절연 매체, 그리고 특히 스위칭 디바이스 내의 가스 혼합물은 주로 무해하고 환경 내로 방출될 수 있는 가스로 구성되기 때문에, 본원 방법은 독성이 있는, 환경 또는 기후에 유해한 성분이 스크러빙 또는 여과 프로세스에 의해 분리될 수 있게 한다. 이는 절연 매체를 필터, 예를 들어 활성탄 필터를 통과시킴으로써 수행된다. 이러한 유형의 가스 스크러빙 필터 장치는 다른 분야로부터 공지되어 있고, 예를 들어 필터 카트리지 또는 교체 가능한 필터 카트리지로서 구현될 수 있다.
예를 들어, 절연 매체는 필터 통과 전에, 예를 들어 분리될 대부분의 물질의 대부분을 분리하고 필요 시 재사용할 수 있도록, 냉각 구간을 통과할 수 있다. 그런 다음, 냉각 구간에 의해 여과되지 않은 물질은 필터에 의해 억류될 수 있다.
상기에 추가하여, 본원 방법은 간단한 방식으로, 방법 단계 c)를 가능케 하며, 이로써 필터를 빠져나가는 매체, 특히 가스가 주변 및 이에 따라 스위칭 디바이스를 둘러싸는 환경 내로 안내될 수 있게 한다. 이때, 필터를 빠져나가는 매체는 특히 여과된 물질을 제외한 절연 매체이고, 예를 들어 합성 공기로 구성될 수 있다. 그로 인해, 앞서 상세히 설명한 것처럼, 환경에 중대한 악영향을 미치지 않는다.
본원 방법의 또 다른 장점 및 기술적 특징과 관련하여, 스위칭 디바이스의 설명, 도면 및 도면 설명을 참조하고, 그 반대의 경우도 마찬가지이다.
본 발명의 대상의 추가 세부사항, 특징 및 장점은 종속항들 및 후속하는 도면 설명과 관련 실시예에 명시되어 있다.
도 1은 본 발명에 따른 전기 스위칭 디바이스의 일 구성의 개략도이다.
도 2는 본 발명에 따른 전기 스위칭 디바이스의 또 다른 구성의 개략적인 세부도이다.
도 1은 전기 스위칭 디바이스(10)의 일 구성의 개략도를 도시하고 있다. 스위칭 디바이스(10)의 기능은 전기 접속의 제공 및 차단이다.
스위칭 디바이스(10)는, 스위칭 동작을 야기하도록 화살표(18, 20)로 지시된 바와 같이 서로 상대 운동이 가능한 2개의 접촉편(14, 16)이 직접 배치되어 있는 스위칭 챔버(12)를 갖는다. 이에 상응하여 스위칭 디바이스(10)는 2가지 스위칭 상태를 갖는다. 제1 스위칭 상태는 도 1에 도시되어 있고, 전기 접속을 나타낸다. 이 스위칭 상태에서는 접촉편들(14, 16)이 상호 접촉되어 있다. 도시되지 않은 한 스위칭 상태에서는, 접촉편들(14, 16)이 서로 분리되어, 그들 사이에 절연 갭이 존재하게 된다.
또한, 유체, 특히 가스 절연 매체(30)가 제공되며, 이는 바람직하게 스위칭 챔버(12) 내에 존재할 수 있고 접촉편(14, 16)을 에워쌀 수 있다. 절연 매체(30)는 예를 들어 적어도 하나의 불소계 화합물 및 합성 공기로 구성될 수 있고, 이때 불소계 화합물은 플루오로케톤 또는 플루오로니트릴을 포함할 수 있다.
스위칭 챔버(12)는, 절연 매체(30)를 스위칭 요소(10)로부터 방출하는 데 이용될 수 있는 출구(22)를 포함한다. 이를 위해, 출구(22)는 밸브(24)를 가지며, 이 밸브에 의해 출구(22)가 개방 또는 폐쇄될 수 있다. 또한, 스위칭 디바이스 내에 절연 매체(30)가 전혀 또는 많이 남아 있지 않도록 하는 점을 보장하는 진공 펌프(44)가 도시되어 있다.
또한, 밸브(26)를 통해 스위칭 챔버(12)에 연결 가능한 저장 체적(28)이 제공될 수 있다. 이 경우, 절연 매체(30)가 스위칭 챔버(12)에 부가적으로 또는 대안적으로 저장 체적(28)에도 존재하고, 예를 들어 스위칭 과정에서만 밸브(26)의 개방에 의해 스위칭 챔버(12) 내로 유동하는 구성이 제공될 수 있다.
저장 체적(28)도, 절연 매체(30)를 저장 체적(28)으로부터 방출하는 데 이용될 수 있는 출구(32)를 포함한다. 이를 위해, 출구(32)는 밸브(34)를 구비하며, 이 밸브에 의해 출구(32)가 개방 또는 폐쇄될 수 있다. 마찬가지로 진공 펌프(44)가 출구(32) 내에 도시되어 있다.
스위칭 챔버(12)의 출구(22) 및 저장 체적(28)의 출구(32) 모두에, 예를 들어 교체 가능한 카트리지로서 구성된 필터(36, 38)가 각각 제공되어 있는 것도 확인된다. 필터(36, 38)는 절연 매체(30)의 기체 성분들 또는 그 반응 생성물을 여과하도록 설계된다. 특히, 필터는 불소계 성분 또는 그 반응 생성물을 선택적으로 억류할 수 있고, 그럼으로써 흡수 또는 흡착할 수 있다.
특히, 필터(36, 38)는 활성탄, 알루미늄 산화물 또는 제올라이트 물질을 포함한다. 대안적으로, 필터(36, 38)는 멤브레인으로서 구성될 수 있다.
이러한 유형의 구성은, 예를 들어 수리 또는 정밀 검사 시, 절연 매체(30) 또는 필터(36, 38)를 빠져나가는 가스가 간단하고 환경 친화적인 방식으로 환경(40) 내로 방출될 수 있게 한다.
도 2는 스위칭 디바이스(10)의 또 다른 구성의 세부도를 도시하고 있다. 밸브(24), 진공 펌프(44) 및 필터(36)를 구비한 스위칭 챔버(12)의 출구(22)가 상세히 도시되어 있다. 방출될 가스 절연 매체(30)의 유동 방향으로 필터(36)의 상류에, 예를 들어 냉각 트랩 또는 응축기로서 구성된 냉각 구간(42)이 적어도 하나의 기체 성분의 응축을 위해 제공된 것이 확인된다. 이는 예를 들어 분리될 물질의 대부분이, 필요 시 재사용하기 위해, 냉각 구간(42)에서 분리될 수 있게 한다. 그런 다음, 냉각 구간(42)에 의해 여과되지 않은 물질은 필터(36)에 의해 억류될 수 있다.
전술한 도 2에 따른 구성은 저장 체적(28)의 출구(32)에도 상응하게 적용된다.
구성요소들의 개별 조합들 및 전술한 실시예들의 특징들은 예시적인 것이며; 상기 사상을 본 명세서 및 인용 문헌들에도 포함된 다른 사상으로 대체하고 치환하는 것도 명시적으로 고려된다. 통상의 기술자는 여기에 기술되는 변형, 수정 및 다른 구현들도 마찬가지로 본 발명의 사상 및 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 발생할 수 있음을 인식할 것이다.
그에 상응하여, 전술한 설명은 예시적인 것일 뿐, 한정하는 것으로 간주되어서는 안 된다. 청구범위에서 사용된 "포함한다"라는 표현은 또 다른 구성요소 또는 단계를 배제하지 않는다. 부정 관사 "a(an)"는 복수의 의미를 배제하지 않는다. 특정 조치가 서로 다른 청구범위에 언급되어 있다는 단순한 사실이 이들 조치의 조합이 유리하게 이용될 수 없음을 의미하지는 않는다. 본 발명의 범위는 이하의 청구범위 및 그 등가물에서 정의된다.

Claims (10)

  1. 전기 접속의 제공 및 차단을 위한, 스위칭 챔버(12)를 구비한 전기 스위칭 디바이스로서, 스위칭 챔버(12) 내에 직접 또는 스위칭 챔버(12) 내에 배치되어 상기 스위칭 챔버(12)에 대해 기밀 방식으로 설계된 캡슐화 하우징 내에 2개의 접촉편(14, 16)이 배치되고, 상기 접촉편(14, 16)은 스위칭 동작을 야기하도록 서로 상대 운동이 가능하며, 스위칭 챔버(12) 내에 또는 이 스위칭 챔버(12)와 연결될 수 있는 저장 체적(28) 내에 유체 절연 매체(30)가 더 제공되고, 이때 스위칭 챔버(12) 또는 저장 체적(28)은 유체 절연 매체(30)를 방출하기 위한 출구(22, 32)를 갖는, 전기 스위칭 디바이스에 있어서,
    상기 출구(22, 32) 상에 또는 그에 인접하여, 출구(22, 32)를 통해 안내되는 절연 매체(30)의 기체 성분들 또는 그 반응 생성물을 여과하도록 설계된 필터(36, 38)가 제공되는 것을 특징으로 하는, 전기 스위칭 디바이스.
  2. 제1항에 있어서, 필터(36, 38)는 활성탄, 알루미늄 산화물 및 제올라이트 물질로 구성된 그룹으로부터 선택된 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는, 전기 스위칭 디바이스.
  3. 제2항에 있어서, 필터(36, 38)는 활성탄을 포함하는 것을 특징으로 하는, 전기 스위칭 디바이스.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 필터(36, 38)는 멤브레인으로서 구성되는 것을 특징으로 하는, 전기 스위칭 디바이스.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 절연 매체(30)는 적어도 하나의 플루오르화 화합물 및 합성 공기로 구성되는 것을 특징으로 하는, 전기 스위칭 디바이스.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 플루오르화 화합물은 플루오로케톤 및 플루오로니트릴 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는, 전기 스위칭 디바이스.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 필터(36, 38)는 교체 가능한 카트리지로서 구성되는 것을 특징으로 하는, 전기 스위칭 디바이스.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 방출될 절연 매체(30)의 유동 방향으로 필터(36, 38)의 상류 또는 하류에, 절연 매체(30)의 적어도 하나의 기체 성분의 응축을 위한 냉각 구간(42)이 제공되는 것을 특징으로 하는, 전기 스위칭 디바이스.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 필터(36, 38)를 빠져나가는 매체가 주변 환경(40)으로 방출될 수 있는 것을 특징으로 하는, 전기 스위칭 디바이스.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 스위칭 디바이스(10)로부터 유체 절연 매체(30)를 방출하기 위한 방법으로서,
    a) 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 스위칭 디바이스(10)를 제공하는 단계;
    b) 출구(22, 32)를 통해 절연 매체(30)를 안내하는 단계; 및
    c) 필터(36, 38)를 빠져나가는 매체를 주변 환경(40)으로 안내하는 단계;를 포함하는, 유체 절연 매체 방출 방법.
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