KR20220037694A - 가스절연 차단기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 낮은 기계적 에너지를 사용하면서, 동작 특성에 유연성을 부여할 수 있는 가스절연 차단기에 관한 것으로, 이는 통전경로를 구성하는 고정부; 상기 고정부에 대향하도록 배치되며, 상기 고정부에 연결 또는 분리되도록 이동 가능한 가동부; 상기 가동부에 구비되며, 상기 가동부의 이동과 일치되어 동작하는 구동측 아크접점; 상기 고정부 내에서 상기 구동측 아크접점에 대향하도록 배치되며, 상기 가동부의 이동방향의 반대방향으로 동작하여 일단이 상기 구동측 아크접점에 연결 또는 분리 가능한 종동측 아크접점; 상기 가동부에 연결되어 구동력을 전달받는 랙기어; 상기 고정부에 설치된 회전축을 구비하며, 상기 랙기어에 맞물려 회전하는 제1 피니언기어; 및 상기 회전축에 연결되어 회전하고, 상기 종동측 아크접점에 접촉하도록 설치되어 상기 종동측 아크접점을 동작시키는 캠부재를 포함할 수 있다.

Description

가스절연 차단기 {Gas Insulated Circuit Breaker}

본 발명은 낮은 기계적 에너지를 사용하면서, 성능을 정의하는 동작 특성에 완전한 유연성을 부여할 수 있는 가스절연 차단기에 관한 것이다.

고전압 가스절연 차단기에서 듀얼 모션(Dual Motion) 차단기는, 가동부의 동작에 연동하여 고정부의 종동측 아크접점이 가동부의 이동방향과 반대방향으로 이동하도록 구성되어, 아크접점 간 개리(開離) 간격을 증대시킴으로써 아크 소호 성능 및 차단 성능이 향상된 가스절연 차단기이다.

이러한 듀얼 모션 차단기 중에는, 통상 링크와 레버를 사용하여 듀얼 모션을 구현하는 차단기가 있다. 이와 같은 링크와 레버 구조는 설계가 복잡하고, 이로 인해 종동측 아크접점의 이동 속도 및 동작 유형 등과 같은 차단기의 동작 특성을 차단기의 사양에 맞추어 변경하기 어렵다는 단점이 있다.

또한, 링크와 레버 구조는 고정부의 내부에 넓은 공간을 필요로 하고, 링크와 레버 및 도체 간 간섭이 발생하여 안정적인 동작을 수행하지 못하는 경우가 발생할 수 있으며, 진동이 심해 부품 파손의 위험도 있다.

한편, 가스절연 차단기는, 작은 구동력으로 원하는 이동 속도를 구현하는 것이 요구되며, 차단 및 투입 동작시 접점이 분리되거나 접촉하는 순간에 빠른 속도로 접점이 이동하는 것이 아크 소호 성능에 유리하고, 접점이 완전히 분리된 이후나 접점이 완전히 접촉된 이후에는 접점의 이동 속도를 감속하여 부품 간 충격을 완화시키는 것이 제품 수명에 이롭다.

(특허문헌 1) KR 1207497 B1

이에 본 발명은 낮은 기계적 에너지를 사용하면서, 성능을 정의하는 동작 특성에 완전한 유연성을 부여할 수 있는 가스절연 차단기를 제공하는 데에 그 목적이 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 가스절연 차단기는, 통전경로를 구성하는 고정부; 상기 고정부에 대향하도록 배치되며, 상기 고정부에 연결 또는 분리되도록 이동 가능한 가동부; 상기 가동부에 구비되며, 상기 가동부의 이동과 일치되어 동작하는 구동측 아크접점; 상기 고정부 내에서 상기 구동측 아크접점에 대향하도록 배치되며, 상기 가동부의 이동방향의 반대방향으로 동작하여 일단이 상기 구동측 아크접점에 연결 또는 분리 가능한 종동측 아크접점; 상기 가동부에 연결되어 구동력을 전달받는 랙기어; 상기 고정부에 설치된 회전축을 구비하며, 상기 랙기어에 맞물려 회전하는 제1 피니언기어; 및 상기 회전축에 연결되어 회전하고, 상기 종동측 아크접점에 접촉하도록 설치되어 상기 종동측 아크접점을 동작시키는 캠부재를 포함할 수 있다.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 듀얼 모션을 구현하는 구조가 간단하기 때문에, 가스절연 차단기는 낮은 기계적 에너지를 사용하여 동작 가능하며, 그 동작 특성에 유연성을 부여할 수 있어 설계 변경이 용이한 효과를 얻을 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스절연 차단기를 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 가스절연 차단기의 요부를 도시한 사시도이다.
도 3은 도 1 및 도 2에 도시된 커플러를 확대하여 도시한 평면도이다.
도 4 내지 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스절연 차단기 중 종동측 아크접점의 동작 상태를 도시한 도면들이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스절연 차단기의 구동측 아크접점과 종동측 아크접점의 이동거리 및 시간을 개략적으로 나타낸 그래프이다.

이하, 본 발명이 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명된다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스절연 차단기를 도시한 단면도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 가스절연 차단기의 요부를 도시한 사시도이며, 도 3은 도 1 및 도 2에 도시된 커플러를 확대하여 도시한 평면도이다.

도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 가스절연 차단기는, 고정부(10). 가동부(20), 구동측 아크접점(21), 종동측 아크접점(11), 랙기어(30), 제1 피니언기어(41), 캠부재(50)를 포함할 수 있다.

고정부(10)는 내부 공간을 구비하고 주전류가 통전되는 실린더 형태의 도체로서, 고정부의 내부 공간에는 종동측 아크접점(11), 랙기어(30) 등이 설치될 수 있다.

또한, 고정부(10)의 일측 단부에는 가동부(20)에 구비되는 가동측 메인접점(22)에 연결되어 주전류가 통전되는 고정측 메인접점(12)이 구비될 수 있다.

가동부(20)는 내부 공간을 구비하고 주전류가 통전되는 실린더 형태의 도체이다. 가동부의 내부 공간에는, 차단기의 대전류 차단시 극간에서 발생하는 고온의 절연가스가 수용되는 열팽창실(23)과, 차단기의 소전류 차단시 가동부의 후진 동작에 연동하여 그 체적이 감소하고 내부에 저장한 절연가스를 열팽창실로 공급하는 퍼퍼실(24)이 마련될 수 있다.

여기서, 열팽창실(23)의 내부 공간은 구동측 아크접점(21)과 가스 유동이 가능하도록 연통되어, 차단기가 전류를 차단하는 경우에 극간에서 발생하는 아크에 의해 생성된 고온의 절연가스가 열팽창실에 고압으로 유입 및 축적될 수 있다.

가동부(20)의 일측 단부에는 전술한 바와 같이 고정측 메인접점(12)에 연결 또는 분리되는 가동측 메인접점(22)이 구비될 수 있다.

또한, 가동부(20)는 이 가동부에 연결되어 가동부와 함께 이동하는 작동로드(28)를 포함할 수 있다. 작동로드의 일단에는 구동측 아크접점(21)이 구비되고, 타단에는 구동유닛(29)이 연결된다.

이러한 가동부(20)는 고정부(10)에 대향하도록 배치되며, 구동유닛(29)의 구동력에 의해 전진하여 고정부(10)에 연결되거나, 후진하여 고정부로부터 분리될 수 있다. 이로써, 차단기는 폐쇄 및 개방 동작을 수행할 수 있다.

가동부(20)가 고정부(10)에 연결되는 경우에, 가동부는 고정부와 함께 주전류의 통전경로를 구성한다.

구동측 아크접점(21)은 가동부(20)의 일측 단부에 구비되어, 가동부의 이동과 일치되어 동작할 수 있다. 구동측 아크접점은 종동측 아크접점(11)의 일단과 연결 또는 분리될 수 있으며, 차단기의 폐쇄 및 개방시 극간에서 발생하는 아크가 흐르는 경로를 구성할 수 있다.

추가로, 가동부(20)는 그 일측 단부에 가동측 메인접점(22) 및 구동측 아크접점(21)과 함께 노즐(26)이 설치될 수 있다. 노즐은 절연체로 형성되고, 구동측 아크접점(21)을 둘러싸도록 고정되어, 가동부의 이동과 일치되게 동작할 수 있다.

이러한 노즐(26)은, 열팽창실(23)과 극간(구동측 및 종동측 아크접점 사이) 사이에서 가스가 유동하는 경로를 구성할 수 있다. 즉, 노즐은 극간에서 발생한 절연가스가 열팽창실로 유입되는 경로를 구성함과 더불어, 열팽창실의 절연가스가 극간으로 분사되는 경로를 구성한다.

종동측 아크접점(11)은 고정부(10)의 내부 공간에 배치되어, 전술한 바와 같이 가동부(20)에 구비되는 구동측 아크접점(21)과 그 일단이 연결 또는 분리될 수 있으며, 차단기의 폐쇄 및 개방시 극간에서 발생하는 아크의 통전경로를 구성할 수 있다.

이러한 종동측 아크접점(11)은 차단기의 폐쇄, 즉 가동부(20)의 전진 동작시 고정측 메인접점(12)과 가동측 메인접점(22) 간의 연결보다 먼저 구동측 아크접점(21)에 연결되는 한편, 차단기의 개방, 즉 가동부의 후진 동작시 고정측 메인접점과 가동측 메인접점 간의 분리보다 늦게 구동측 아크접점과 분리됨으로써, 극간에서 발생하는 아크의 통전경로를 구성하게 되고, 이에 따라 아크가 고정측 메인접점과 가동측 메인접점으로 전도되는 것을 방지할 수 있다.

구체적으로, 종동측 아크접점(11)은 가동부(20)의 전진 또는 후진 동작에 연동하여 가동부의 이동방향의 반대방향으로 동작하여 구동측 아크접점(21)에 연결 또는 분리될 수 있다. 따라서, 종동측 아크접점은 가동부의 동작에 연동하는 듀얼 모션으로 동작할 수 있다.

다시 말해, 본 발명의 일 실시예에 따른 가스절연 차단기에서는 가동부(20)의 구동력을 종동측 아크접점(11)에 전달하여 종동측 아크접점을 이동시킬 수 있다.

이러한 듀얼 모션을 위해, 랙기어(30)는 가동부(20)에 연결되어 구동력을 전달받을 수 있다. 또, 랙기어는 고정부(10)에 설치된 제1 피니언기어(41)에 맞물려 제1 피니언기어를 회전시킬 수 있다. 이로써, 랙기어의 선형 왕복운동이 제1 피니언기어의 회전운동으로 변환될 수 있다.

또한, 랙기어(30)는 주전류 및 아크에 의한 영향이 최소화되도록 노즐(26)의 끝단에 그 일단이 고정되게 결합될 수 있다. 선택적으로, 랙기어의 일단은 노즐의 끝단에 장착된 링부재(27)를 매개로 하여 노즐에 결합될 수 있다.

랙기어(30)는 고정부(10)의 내부 공간을 관통하며 종동측 아크접점(11)과 평행하게 연장된 대략 바아(Bar) 형상을 가질 수 있다. 복수의 기어치가 바아의 일측면에서 바아의 길이방향을 따라 형성될 수 있다.

도 2에 도시된 바와 같이, 랙기어(30)는 종동측 아크접점(11)을 편향되지 않고 안정적으로 동작시킬 수 있도록 쌍으로 구비되어 종동측 아크접점의 양측으로 대칭되게 배치될 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

제1 피니언기어(41)는 회전축(40)을 포함할 수 있는데, 제1 피니언기어가 회전축에 고정되게 결합하거나, 제1 피니언기어가 회전축의 외주면 상에 일체로 형성될 수 있다.

이러한 제1 피니언기어(41)는, 고정부(10)의 타측 단부에 장착된 프레임(13)에 회전축(40)이 회전 가능하게 설치됨으로써 그 위치가 고정되고 지지될 수 있다.

도 2에 도시된 바와 같이, 랙기어(30)가 쌍으로 구비된 경우에는 제1 피니언기어(41)도 쌍으로 구비되고 대칭되게 배치되어야 함은 당연하다. 이때, 한 쌍의 제1 피니언기어는 하나의 회전축(40)에 동축으로 배치될 수 있으며, 이에 따라 한 쌍의 제1 피니언기어는 서로 동일한 회전수로 일치되게 회전할 수 있다.

캠부재(50)는 제1 피니언기어(41)의 회전축(40)에 연결되어 회전 가능하고, 종동측 아크접점(11)의 타단에 접촉하도록 설치되어 종동측 아크접점을 이동시킬 수 있다. 이로써, 캠부재의 회전운동이 종동측 아크접점의 선형 왕복운동으로 변환될 수 있다.

다시 말해, 종동측 아크접점(11)은 캠부재(50)에 접촉되고 지지되어 캠부재의 회전에 따라 선형으로 이동할 수 있다.

제1 피니언기어(41)의 회전축(40)이 고정부(10)의 타측 단부에 장착된 프레임(13)에 회전 가능하게 설치되기 때문에, 캠부재(50)는 고정부의 외부에 회전 가능하게 배치될 수 있다.

이러한 캠부재(50)는, 구동유닛(29)의 구동력에 의한 가동부(20)의 전진 또는 후진 동작, 가동부에 연결된 랙기어(30)의 이동, 랙기어에 맞물려 있는 제1 피니언기어(41)의 회전, 그리고 제1 피니언기어의 회전축(40)에 연결되어 회전축의 회전에 따라, 시계방향 또는 반시계방향으로 회전될 수 있다. 근본적으로, 캠부재는 구동유닛에 의해 피동적으로 회전될 수 있다.

선택적으로, 캠부재(50)는 캠부재의 일측에 편심되게 형성되고 제1 피니언기어(41)의 회전축(40)이 삽입된 관통공(51); 이 관통공의 내주면에 원주 방향을 따라 등간격으로 형성된 복수의 기어치를 가진 내접기어(52); 및 관통공에 삽입된 회전축의 외주면에 원주 방향을 따라 등간격으로 형성된 복수의 기어치를 갖고서 내접기어에 맞물리는 제2 피니언기어(42)를 포함할 수 있다.

이 경우에, 제1 피니언기어(41)의 회전축(40)이 회전함에 따라 이 회전축에 구비된 제2 피니언기어(42)가 회전하게 되고, 제2 피니언기어의 회전이 내접기어 (52)에 전달됨으로써, 내접기어와 일체로 된 캠부재(50)는 회전될 수 있다.

여기서, 내접기어(52)의 기어치 갯수와 제2 피니언기어(42)의 기어치 갯수를 상이하게 함으로써, 출력 회전수에 대한 입력 회전수를 나타내는 감속비를 결정할 수 있다.

이로써, 외접기어 등을 구비한 감속기를 적용한 경우보다 장치 전체의 크기를 크게 하지 않고서도 감속기를 제공할 수 있다. 이 감속기는 제1 피니언기어(41) 또는 제2 피니언기어(42)의 회전축(40)에 비해 캠부재(50)의 회전 속도를 줄여 감속비에 비례한 토크를 출력할 수 있으며, 이에 따라 작은 구동력으로 종동측 아크접점(11)의 원하는 이동 속도를 구현할 수 있게 되는 것이다.

또한, 내접기어(52)와 제2 피니언기어(42)의 기어치들이 서로 맞물리게 설치됨으로써, 회전하는 구성요소들의 표면 간 미끄럼을 방지하고, 이로써 회전운동을 정확하고 신뢰성 있게 전달하면서 변환시킬 수 있다.

도 2에 도시된 바와 같이, 랙기어(30)와 제1 피니언기어(41)가 쌍으로 구비되고 대칭되게 배치됨과 더불어, 이들 쌍의 중간에 캠부재(50) 및 내접기어(52)와 제2 피니언기어(42)가 배치됨으로써, 본 발명의 일 실시예에 따른 가스절연 차단기는 그 장치의 균형을 잡을 수 있어 횡력(Side Force)을 최소화할 수 있으며, 이는 작동시 차단기의 진동을 줄일 수 있는 장점을 얻을 수 있게 한다.

선택적으로, 캠부재(50)는 종동측 아크접점(11)과의 안정적인 접촉을 위해 외주 단부에서 캠부재의 두께방향으로 연장한 플랜지(53)를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 가스절연 차단기는, 종동측 아크접점(11)의 타단에서 캠부재(50)와의 연결을 유지하고 캠부재를 지지할 수 있도록 설치된 커플러(60)를 더 포함할 수 있다.

커플러(60)는, 종동측 아크접점(11)의 타단에 결합된 브라켓(61); 이 브라켓에서 상대적으로 종동측 아크접점(11)에 인접하여 회전 가능하게 설치된 제1 롤러부재(62); 및 브라켓에서 제1 롤러부재보다 상대적으로 종동측 아크접점으로부터 멀리 떨어져 회전 가능하게 설치된 제2 롤러부재(63)를 포함할 수 있다.

캠부재(50)의 플랜지(53)가 커플러(60)의 브라켓(61)을 지나갈 수 있는데, 플랜지는 제1 롤러부재(62)와 제2 롤러부재(63)의 사이로 통과할 수 있다. 제1 롤러부재가 플랜지의 외주면(캠부재의 방사상 바깥쪽을 향해 위치한 표면)과 구름 접촉한다. 제2 롤러부재가 플랜지의 내주면(캠부재의 방사상 안쪽을 향해 위치한 표면)과 구름 접촉한다.

도 3에는, 한 쌍의 연장부(64)가 형성되어 위에서 볼 때 대략 ㄷ자 형상을 가진 브라켓(61)과, 각 연장부에 배치된 2개의 제1 롤러부재(62) 및 2개의 제2 롤러부재(63)를 포함한 커플러(60)가 예시되어 있다. 이때, 캠부재(50)의 플랜지(53)는 캠부재의 두께방향 양측으로 뻗어 있다.

또한, 선택적으로, 커플러(60)의 브라켓(61)에는 자유로이 회전 가능하게 회전판(65)이 설치되고, 이 회전판 상에 제1 롤러부재(62)와 제2 롤러부재(63)가 서로 이격되게 장착될 수 있다. 브라켓에 한 쌍의 연장부(64)가 형성된 경우에는 각 연장부에 회전판이 회전 가능하게 설치될 수 있다.

커플러(60)가, 브라켓(61) 내에서 자유롭게 회전 가능한 회전판(65)을 구비함으로써, 제1 롤러부재(62)와 제2 롤러부재(63)의 위치가 캠부재(50)의 형상에 따라 조절될 수 있다. 제1 롤러부재와 제2 롤러부재가 캠부재(50)의 플랜지(53)를 밀접하게 타고 따라갈 수 있다.

이러한 제1 롤러부재(62)와 제2 롤러부재(63)는 각각 캠부재(50)의 회전력이 종동측 아크접점(11)의 선형 왕복운동을 위한 구동력으로 원활하게 전달되도록 캠부재와 종동측 아크접점 간의 마찰력을 감소시키는 기능을 수행할 수 있다.

뿐만 아니라, 제1 롤러부재(62)는 종동측 아크접점(11)에 대해 캠부재(50)로부터 미는 힘을 가할 수 있고, 제2 롤러부재(63)는 종동측 아크접점에 대해 캠부재 쪽으로 당기는 힘을 가할 수 있다.

예를 들어, 차단기의 개방을 위해 가동부(20)와 고정부(10)의 분리가 가속되는 중에는, 캠부재(50)의 플랜지(53)는 그 내주면이 상대적으로 제2 롤러부재(63)와 밀접하게 접촉하여 제2 롤러부재에 캠부재의 방사상 안쪽으로 당기는 힘을 가하고, 이로써 커플러(60)와 함께 종동측 아크접점(11)에 당기는 힘을 가할 수 있다.

이에 따라, 종동측 아크접점(11)은 캠부재(50)와 접촉되는 것이 항상 유지될 수 있어 캠부재의 회전에 따라 종동측 아크접점이 선형 왕복운동할 수 있다.

이와 같은 구성으로 인해, 본 발명의 일 실시예에 따른 가스절연 차단기에서는 종동측 아크접점(11)이 가동부(20)의 동작에 연동하여 동작하도록 할 수 있으며, 이에 따라 듀얼 모션이 구현될 수 있게 되는 것이다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 가스절연 차단기의 구성에서, 랙기어(30), 제1 피니언기어(41), 제2 피니언기어(42), 캠부재(50) 및 커플러(60)는 전류가 통전되지 않는 절연체로 만들어질 수 있다. 이 경우에, 주전류는 도시되지 않은 별도의 수단을 통해 종동측 아크접점(11)으로부터 고정부(10)로 흐를 수 있다.

또한, 도시되지 않은 보호하우징이 고정부(10)에 결합하여, 랙기어(30), 제1 피니언기어(41), 제2 피니언기어(42), 캠부재(50) 및 커플러(60)를 둘러싸고 이들 구성요소를 보호하도록 구성할 수도 있다.

도 4 내지 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스절연 차단기 중 종동측 아크접점의 동작 상태를 도시한 도면들이고, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스절연 차단기의 구동측 아크접점과 종동측 아크접점의 이동거리 및 시간을 개략적으로 나타낸 그래프이다.

도 4 내지 도 7을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 가스절연 차단기의 동작 상태에 대해 설명한다. 예컨대 가동부(20)와 고정부(10)가 서로 분리되는 경우를 위주로 하여 설명하지만, 필요에 따라 가동부와 고정부가 서로 연결되게 하는 동작의 경우에 관한 설명도 포함될 수 있다.

도 4에는 차단기의 폐쇄상태일 때 종동측 아크접점(11)의 위치가 도시되어 있다.

구동유닛(29)의 구동력에 의해 가동부(20)는 고정부(10)와 분리되도록 후진하기 시작하고 계속하여 후진한다.

랙기어(30)는 그 일단이 링부재(27)를 매개로 하여 가동부(20)의 노즐(26)에 연결되어 있기 때문에, 랙기어는 가동부와 함께 가동부의 이동방향과 동일한 방향을 향해 계속 이동한다. 또, 랙기어는 고정부(10)에 설치된 제1 피니언기어(41)에 맞물려 제1 피니언기어를 회전시킨다.

따라서, 가동부(20)가 고정부(10)와 분리되도록 후진하게 되면, 가동부에 연결된 랙기어(30)가 가동부의 이동방향과 동일한 방향으로 이동하여 제1 피니언기어(41)를 회전시키고, 회전되는 제1 피니언기어가 이 제1 피니언기어의 회전축(40)에 연결된 캠부재(50)를 예컨대 반시계방향으로 회전시킬 수 있다.

가동부(20)와 함께 랙기어(30)가 이동하고 있음에도 불구하고, 종동측 아크접점(11)은 일정 시간 동안 이동되지 않아 차단기는 폐쇄상태가 유지될 수 있다. 이를 위해 캠부재(50)에는 제1 아이들(Idle) 구간(A)이 형성될 수 있다. 제1 아이들 구간은 가동부 및 랙기어에 대하여 종동측 아크접점의 시간차 이동 동작을 구현하기 위한 것이다.

도 4에 도시된 바와 같이 제1 아이들 구간(A)은 캠부재(50)의 회전에 의해 종동측 아크접점(11)을 이동시키지 않도록 캠부재의 회전중심에서 최대 거리로 이격된 캠면을 소정의 회전각도만큼 형성한 구간으로 이루어질 수 있다.

예를 들어, 캠부재(50)가 제1 피니언기어(41)의 회전축(40)에 직접 연결된 경우에는 이 회전축의 원형 단면의 중심이 캠부재의 회전중심으로 될 수 있다.

캠부재(50)가 관통공(51) 내에 내접기어(52)를 구비하고 이 내접기어에 맞물리는 제2 피니언기어(42)가 제1 피니언기어(41)의 회전축(40)에 연결된 경우에는 관통공의 중심이 캠부재의 회전중심으로 될 수 있다.

제1 아이들 구간(A)은 캠부재(50)가 설정된 회전각도까지 회전하는 동안 캠부재의 회전중심으로부터 종동측 아크접점(11)과 접촉하는 지점까지의 거리가 일정하여 종동측 아크접점의 이동 동작을 억제하도록 마련된다.

이로써, 제1 아이들 구간(A)에서는 가동부(20)의 후진이 시작됨과 동시에 종동측 아크접점(11)이 이동되지 못하고, 가동부가 설정된 거리만큼 후진하는 동안 종동측 아크접점은 위치가 고정된 후에 가동부와 시간차를 두고 이동될 수 있다.

만약, 종동측 아크접점(11)이 가동부(20)의 후진 동작과 동시에 이동하게 되면, 종동측 아크접점(11)과 구동측 아크접점(21)이 과도하게 빨리 분리되어, 극간에서 발생하는 아크가 가동측 메인접점(22) 및 고정측 메인접점(12)으로 유도됨으로써 접점의 손상이 발생할 수 있고, 아크 발생 시간이 짧아서 아크에 의해 생성되는 절연가스의 압력이 낮게 되므로 대전류 차단시 2차 차단에 사용되는 열팽창실(23)의 가스 압력이 부족하여 아크 소호 성능 및 차단 성능이 저하되는 문제가 발생할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 가스절연 차단기에서는 종동측 아크접점(11)이 가동부(20)와 시간차를 두고 이동하도록 구성되어 있어, 차단기의 개방시 극간에서 발생하는 아크가 가동측 메인접점(22) 및 고정측 메인접점(12)으로 유도되는 것을 최소화할 수 있고, 열팽창실(23)에 충분한 압력의 절연가스가 저장되게 할 수 있다.

도 5에는 차단기에서 아크가 발생할 때 종동측 아크접점(11)의 위치가 도시되어 있다.

마찬가지로, 가동부(20)는 계속 후진하면서, 가동부에 연결된 랙기어(30)가 가동부의 이동방향과 동일한 방향으로 이동하여 제1 피니언기어(41)를 회전시키고, 회전되는 제1 피니언기어가 그 회전축에 연결된 캠부재(50)를 예컨대 반시계방향으로 회전시킬 수 있다.

종동측 아크접점(11)이 이동하기 시작하고, 이를 위해 캠부재(50)에는 가변 구간(B)이 형성될 수 있다. 이 가변 구간은 캠부재의 회전운동을 종동측 아크접점의 선형 왕복운동으로 전환하기 위한 것이다. 가변 구간은 제1 아이들 구간(A)에 이어서 형성될 수 있다.

도 5에 도시된 바와 같이 가변 구간(B)은 캠부재(50)의 회전에 의해 종동측 아크접점(11)이 가동부(20)의 이동방향과 반대방향으로 이동될 수 있도록 캠부재의 회전중심에서 캠면까지의 거리가 가변되는 구간으로 형성될 수 있다.

가변 구간(B)에서 캠부재(50)가 설정된 회전각도까지 회전하는 동안 캠부재의 회전중심으로부터 종동측 아크접점(11)과 접촉하는 지점까지의 거리가 가변되고 있기 때문에, 종동측 아크접점은 커플러(60)의 롤러부재(62 또는 63)가 캠부재의 회전에 따라 가변 구간에 있는 캠부재의 플랜지(53)를 타고 구르면서 캠부재의 회전방향에 따라 이동 동작할 수 있다.

이와 같이, 캠부재(50)가 예컨대 반시계방향으로 회전되면, 종동측 아크접점(11)이 가변 구간(A)에 의해 가동부(20)의 이동방향과 반대방향으로 가압되어 이동함으로써, 종동측 아크접점(11)과 구동측 아크접점(21)이 서로 분리될 수 있다.

도 6에는 차단기가 개방상태일 때 종동측 아크접점(11)의 위치가 도시되어 있다.

가동부(20)는 계속 후진하면서, 가동부에 연결된 랙기어(30)가 가동부의 이동방향과 동일한 방향으로 이동하여 제1 피니언기어(41)를 회전시키고, 회전되는 제1 피니언기어가 그 회전축(40)에 연결된 캠부재(50)를 예컨대 반시계방향으로 회전시킬 수 있다.

가동부(20)와 함께 랙기어(30)가 이동하고 있음에도 불구하고, 종동측 아크접점(11)은 이동되지 않아 차단기는 개방상태로 유지될 수 있다. 이를 위해 캠부재(50)에는 제2 아이들 구간(C)이 형성될 수 있다. 제2 아이들 구간은 가동부 및 랙기어에 대하여 종동측 아크접점의 시간차 정지 동작을 구현하기 위한 것이다. 제2 아이들 구간은 가변 구간(B)에 이어서 형성될 수 있다.

도 6에 도시된 바와 같이 제2 아이들 구간(C)은 캠부재(50)의 회전에 의해 종동측 아크접점(11)을 이동시키지 않도록 캠부재의 회전중심에서 최소 거리로 이격된 캠면을 소정의 회전각도만큼 형성한 구간으로 이루어질 수 있다.

제2 아이들 구간(C)은 캠부재(50)가 설정된 회전각도까지 회전하는 동안 캠부재의 회전중심으로부터 종동측 아크접점(11)과 접촉하는 지점까지의 거리가 일정하여 종동측 아크접점의 이동 동작을 억제하도록 마련된다.

이로써, 제2 아이들 구간(C)에서는 가동부(20)의 후진이 완료되기 전에 종동측 아크접점(11)의 이동 속도가 감소되어 가동부와 시간차를 두고 정지될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 가스절연 차단기에서 종동측 아크접점(11)은 가동부(20)와 시간차를 두고 먼저 정지하도록 구성되어 있어, 이동 종료 지점에서 종동측 아크접점은 충격이 완화되면서 안정적으로 원하는 위치에 놓일 수 있게 된다.

또한, 차단기의 개방시 극간에서 발생하는 아크의 소호 완료 시점이 연장되어 극간에서 생성되는 절연가스의 압력이 증대됨으로써, 열팽창실(23)에 충분한 압력의 절연가스가 저장될 수 있다.

차단기의 개방이 완료되면, 종동측 아크접점(11)은 이동 종료 지점에 계속 정지되어 구동측 아크접점(21)과 분리된 상태를 유지할 수 있다.

가동부(20)와 고정부(10)가 서로 연결되는 경우에는 전술한 과정의 역순 및 역방향으로 진행될 수 있다. 다만, 제2 아이들 구간(C)에서 가동부가 설정된 거리만큼 전진하는 동안 종동측 아크접점(11)은 위치가 고정된 후에 가동부와 시간차를 두고 이동될 수 있으며, 제1 아이들 구간(A)에서는 종동측 아크접점은 가동부와 시간차를 두고 먼저 정지될 수 있다.

이와 같이, 본 발명에서는 캠부재의 구간별 형상 차이를 이용하여 종동측 아크접점(11)의 이동 속도가 구간별로 변경될 수 있게 된다.

도 7을 참조하면, 가동부(20; 그리고 랙기어(30))는 거의 일정한 속도로 이동하고 있음을 볼 수 있다. 이에 반해 종동측 아크접점(11)은 각 아이들 구간(A, C)에서 정지되어 있고, 가변 구간(B)에서는 변곡되는 곡선 형태로 이동 속도가 가변되고 있다.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 듀얼 모션을 캠부재 및 기어로 간단히 구현할 수 있어 제작이 용이하며, 종래의 링크와 레버 구조보다 듀얼 모션의 유연성을 얻기가 쉽고 동작 신뢰성이 높다는 장점이 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 가동부의 구동측 아크접점과 종동측 아크접점이 서로 연동되면서도 특정한 형태로 독립되게 이동할 수 있어, 동작 특성에 완전한 유연성을 부여할 수 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 분리되거나 접촉하는 도중에 작은 구동력으로 원하는 이동 속도를 얻을 수 있으며, 이에 따라 전체 차단기의 비용을 줄일 수 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 기어를 채용함으로써, 미끄럼 없는 기계적 안정성을 보장함은 물론, 공간이 작은 소형의 차단기를 제공할 수 있게 한다. 더구나, 소형의 차단기는 노즐을 통한 아크 영역의 보다 우수한 유출을 허용할 수 있다.

또, 본 발명에 의하면, 캠부재의 교환이나 가공 등을 통해 차단기의 동작 특성을 간단하게 변경할 수 있는 효과도 있다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 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 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

10: 고정부 11: 종동측 아크접점
12: 고정측 메인접점 13: 프레임
20: 가동부 21: 구동측 아크접점
22: 가동측 메인접점 26: 노즐
27: 링부재 29: 구동유닛
30: 랙기어 40: 회전축
41: 제1 피니언기어 42: 제2 피니언기어
50: 캠부재 51: 관통공
52: 내접기어 53: 플랜지
60: 커플러 61: 브라켓
62: 제1 롤러부재 63: 제2 롤러부재
64: 연장부 65: 회전판
A: 제1 아이들 구간 B: 가변 구간
C: 제2 아이들 구간

Claims (11)

1. 통전경로를 구성하는 고정부;
   상기 고정부에 대향하도록 배치되며, 상기 고정부에 연결 또는 분리되도록 이동 가능한 가동부;
   상기 가동부에 구비되며, 상기 가동부의 이동과 일치되어 동작하는 구동측 아크접점;
   상기 고정부 내에서 상기 구동측 아크접점에 대향하도록 배치되며, 상기 가동부의 이동방향의 반대방향으로 동작하여 일단이 상기 구동측 아크접점에 연결 또는 분리 가능한 종동측 아크접점;
   상기 가동부에 연결되어 구동력을 전달받는 랙기어;
   상기 고정부에 설치된 회전축을 구비하며, 상기 랙기어에 맞물려 회전하는 제1 피니언기어; 및
   상기 회전축에 연결되어 회전하고, 상기 종동측 아크접점에 접촉하도록 설치되어 상기 종동측 아크접점을 동작시키는 캠부재
   를 포함하는 가스절연 차단기.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 가동부는 일측 단부에 상기 구동측 아크접점을 둘러싸도록 고정된 노즐을 포함하고,
   상기 랙기어의 일단은 상기 노즐의 끝단에 장착된 링부재를 매개로 하여 상기 노즐에 결합된 가스절연 차단기.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 캠부재는,
   상기 캠부재의 일측에 편심되게 형성되고 상기 제1 피니언기어의 회전축이 삽입된 관통공;
   상기 관통공의 내주면에 형성된 내접기어; 및
   상기 관통공에 삽입된 회전축의 외주면에 형성되어 상기 내접기어에 맞물리는 제2 피니언기어
   를 포함하는 가스절연 차단기.
   
4. 제3항에 있어서,
   상기 캠부재는, 상기 캠부재의 두께방향으로 연장한 플랜지를 포함하는 가스절연 차단기.
   
5. 제4항에 있어서,
   상기 종동측 아크접점의 타단에서, 상기 캠부재와의 연결을 유지하고 상기 캠부재를 지지할 수 있도록 설치된 커플러를 더 포함하는 가스절연 차단기.
   
6. 제5항에 있어서,
   상기 커플러는,
   상기 종동측 아크접점의 타단에 결합된 브라켓;
   상기 브라켓에서 상대적으로 상기 종동측 아크접점에 인접하여 회전 가능하게 설치된 제1 롤러부재; 및
   상기 브라켓에서 상기 제1 롤러부재보다 상대적으로 상기 종동측 아크접점으로부터 멀리 떨어져 회전 가능하게 설치된 제2 롤러부재
   를 포함하는 가스절연 차단기.
   
7. 제6항에 있어서,
   상기 캠부재의 플랜지는 상기 제1 롤러부재와 상기 제2 롤러부재의 사이로 통과하고,
   상기 제1 롤러부재가 상기 플랜지의 외주면과 구름 접촉하며,
   상기 제2 롤러부재가 상기 플랜지의 내주면과 구름 접촉하는 가스절연 차단기.
   
8. 제6항에 있어서,
   상기 브라켓에는 자유로이 회전 가능하게 회전판이 설치되고,
   상기 회전판 상에 상기 제1 롤러부재와 상기 제2 롤러부재가 서로 이격되게 장착된 가스절연 차단기.
   
9. 제1항에 있어서,
   상기 가동부와 상기 가동부에 연결된 랙기어가 이동할 때, 상기 종동측 아크접점은 상기 가동부와 상기 랙기어에 대해 시간차를 두고 이동하고 정지하는 가스절연 차단기.
   
10. 제9항에 있어서,
    상기 캠부재에는,
    상기 가동부 및 상기 랙기어에 대하여 상기 종동측 아크접점의 시간차 이동 동작을 구현하도록 형성된 제1 아이들 구간;
    상기 제1 아이들 구간에 이어서, 상기 캠부재의 회전운동을 상기 종동측 아크접점의 선형 왕복운동으로 전환하도록 형성된 가변 구간; 및
    상기 가변 구간에 이어서, 상기 가동부 및 상기 랙기어에 대하여 상기 종동측 아크접점의 시간차 정지 동작을 구현하도록 형성된 제2 아이들 구간
    을 포함하는 가스절연 차단기.
    
11. 제10항에 있어서,
    상기 제1 아이들 구간은 상기 캠부재의 회전중심에서 최대 거리로 이격된 캠면을 소정의 회전각도만큼 형성한 구간이고,
    상기 가변 구간은 상기 캠부재의 회전중심에서 캠면까지의 거리가 가변되는 구간이며,
    상기 제2 아이들 구간은 상기 캠부재의 회전중심에서 최소 거리로 이격된 캠면을 소정의 회전각도만큼 형성한 구간인 가스절연 차단기.
    

Images