KR20220046124A

KR20220046124A - 복합 소호형 가스 차단기

Info

Publication number: KR20220046124A
Application number: KR1020200129185A
Authority: KR
Inventors: 피수 프란체스코; 드 루시 베누아; 예 시앙양; 서덜랜드 티모시
Original assignee: 현대일렉트릭앤에너지시스템(주)
Priority date: 2020-10-07
Filing date: 2020-10-07
Publication date: 2022-04-14
Also published as: KR102484701B1

Abstract

본 발명은 압축실에서 기계적인 압축 대신에 아크로부터의 에너지에 의해 압축이 발생하도록 된 복합 소호형 가스 차단기에 관한 것으로, 이는 제1 아크접점; 상기 제1 아크접점에 대향하도록 배치되어, 상기 제1 아크접점에 연결 또는 분리되는 제2 아크접점; 일단에 상기 제1 아크접점이 연결되고, 타단은 폐쇄되어 있으며, 타단에 인접하여 가스 배출홀이 형성된 배기관; 상기 배기관을 둘러싸면서 상기 배기관에 고정되고, 상기 제1 아크접점을 둘러싼 노즐을 일단에 갖춘 실린더; 및 상기 배기관과 상기 실린더 사이에 배치되고 이동가능한 이동판을 포함할 수 있다.

Description

복합 소호형 가스 차단기 {SELF-BLAST TYPE GAS CIRCUIT BREAKER}

본 발명은, 압축실에서 기계적인 압축 대신에 아크로부터의 에너지에 의해 압축이 발생하도록 된 복합 소호형 가스 차단기에 관한 것이다.

초고전압 전력계통에서 고장 발생시 고장전류 차단 및 전력계통 설비 보호를 위하여 가스 차단기가 사용되고 있다. 가스 차단기에서 아크를 소호하는 방식에 따라 크게 퍼퍼(Puffer) 방식과 복합 소호(Self-Blast) 방식으로 나뉜다.

복합 소호형 가스 차단기는 가동부에 압축실과 열팽창실로 분리된 2개의 챔버를 포함하여, 고장전류에 의한 아크를 소호할 수 있다.

여기서, 압축실은 강력한 힘으로 압축된 가스를 토출시킬 수 있도록 마련되어 있으므로, 종래의 복합 소호형 가스 차단기는 그 동작을 위해 상당한 양의 기계적인 에너지가 여전히 필요하고, 이에 따라 효율적으로 고장전류를 차단하는 데에 한계가 있다.

이를 해소하기 위해, 과압 밸브를 사용하는 것이 제안되었으나, 이러한 과압 밸브의 영향은 종종 개방 속도와 밸브공 면적에 의해 제한된다.

(특허문헌 1) KR1763451 B1

이에 본 발명은 압축실에서 기계적인 압축 대신에 아크로부터의 에너지에 의해 압축이 발생하도록 된 복합 소호형 가스 차단기를 제공하는 데에 그 목적이 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 복합 소호형 가스 차단기는, 제1 아크접점; 상기 제1 아크접점에 대향하도록 배치되어, 상기 제1 아크접점에 연결 또는 분리되는 제2 아크접점; 일단에 상기 제1 아크접점이 연결되고, 타단은 폐쇄되어 있으며, 타단에 인접하여 가스 배출홀이 형성된 배기관; 상기 배기관을 둘러싸면서 상기 배기관에 고정되고, 상기 제1 아크접점을 둘러싼 노즐을 일단에 갖춘 실린더; 및 상기 배기관과 상기 실린더 사이에 배치되고 이동가능한 이동판을 포함할 수 있다.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 고장전류의 차단시 차단성능에 따른 신뢰성을 향상시킬 수 있으며, 구동 에너지를 줄일 수 있어 효율적인 차단을 제공하는 효과를 얻을 수 있게 된다.

도 1 내지 도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 복합 소호형 가스 차단기의 차단 작동을 도시한 단면도들이다.
도 4는 개폐 밸브를 도시한 사시도이다.
도 5는 배기 밸브를 확대하여 도시한 단면도이다.
도 6은 배기 밸브의 플레이트를 도시한 정면도이다.
도 7 내지 도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 복합 소호형 가스 차단기의 차단 작동을 도시한 단면도들이다.
도 10은 밸브판을 도시한 정면도이다.
도 11은 배기 밸브를 확대하여 도시한 단면도이다.

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 1 내지 도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 복합 소호형 가스 차단기의 차단 작동을 도시한 단면도들이다.

도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 복합 소호형 가스 차단기는 제1 아크접점(10), 제2 아크접점(20), 배기관(30), 실린더(40), 이동판(50)을 포함할 수 있다.

제1 아크접점(10)과 제2 아크접점(20)은 서로 대향되게 배치되며, 서로의 일단이 연결 또는 분리될 수 있다. 이들 아크접점은 가스 차단기의 폐쇄 및 개방시 극간에서 발생하는 아크의 통전경로를 구성할 수 있다.

배기관(30)은 중공부를 가진 관형상의 부재로서, 일단에는 제1 아크접점(10)이 장착되고, 타단은 폐쇄되어 있다. 배기관의 타단에 인접하여 가스 배출홀(31)이 형성될 수 있다.

가스 배출홀(31)은 대략 타원형 단면의 장홀로 형성될 수 있으며, 배기관(30)의 방사상 양측에 하나씩 서로 마주보게 배치될 수 있다. 하지만, 가스 배출홀의 형상과 갯수, 배치는 반드시 이에 한정되지 않는다.

도 4는 개폐 밸브를 도시한 사시도이다.

본 발명의 제1 실시예에 따른 복합 소호형 가스 차단기는, 배기관(30)에 설치되어 배기관의 가스 배출홀(31)을 개폐하는 개폐 밸브(32)를 더 포함할 수 있다.

개폐 밸브(32)는, 가스 배출홀(31)의 주변에서 배기관(30)에 대략 직립하게 설치된 한 쌍의 지지로드(33); 및 이들 지지로드가 관통하는 한 쌍의 관통공(36)이 형성되고 가스 배출홀을 덮어씌우는 플레이트(35)를 포함할 수 있다.

지지로드(33)의 단부에는 플레이트(35)의 관통공(36)보다 큰 면적의 스토퍼(34)가 형성되어 플레이트의 이동을 제한할 수 있다.

플레이트(35)는 가스 배출홀(31)을 덮어씌우기 위해 가스 배출홀의 형상과 유사한 대략 타원형 형상으로 형성될 수 있으며, 가스 배출홀보다 큰 면적을 갖는다. 또한, 플레이트는 배기관(30)의 외주면이 갖는 곡률과 유사한 곡률을 가져 만곡되는 것이 좋다.

이와 같이 구성된 개폐 밸브(32)는, 배기관(30) 안팎의 압력차에 의해 플레이트(35)가 지지로드(33)를 따라 이동할 수 있다. 다시 말해, 플레이트는 지지로드 상의 임의의 위치에 놓일 수 있으며, 배기관 안팎으로 가스의 압력이 변동되면 이에 대응하여 지지로드의 어느 일측으로 이동할 수 있다.

예컨대, 제1 아크접점(10)과 제2 아크접점(20)이 분리되면서 고온의 가스가 발생하면, 가스는 배기관(30)의 내부를 지나 가스 배출홀(31)에 도달하고, 이어서 개폐 밸브(32)의 플레이트(35)를 밀어붙여 개폐 밸브를 개방시킨 후 가스 배출홀을 통해 배기관의 외부로 유출될 수 있다.

다시 도 1 내지 도 3을 참조하면, 실린더(40)는 배기관(30)을 둘러싸면서 배기관에 고정된다. 이 실린더는 배기관과 동일한 축방향 길이를 갖도록 연장할 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

실린더(40)의 축방향 일측 측벽에는 제1 관통홀(41)이 형성되고, 축방향 타측 측벽에는 제2 관통홀(42)이 형성될 수 있다.

또한, 실린더(40)의 일단, 즉 축방향 일측 측벽의 외면에는 제1 아크접점(10)을 둘러싸고 제1 관통홀(41)에 연통되는 노즐(43)이 장착될 수 있다. 더불어, 제1 아크접점과 노즐 사이에 보조 노즐(44)이 설치될 수 있다.

노즐(43)과 보조 노즐(44) 사이에 채널(45)이 형성되고, 이에 따라 실린더(40)의 내부로부터 제1 관통홀(41), 채널(45), 노즐(43) 내 아크영역으로 이어지는 가스 유로가 구성될 수 있다.

본 발명의 제1 실시예에 따른 복합 소호형 가스 차단기는, 서로 고정된 배기관(30) 및 실린더(40)의 조립체를 구동시키도록 조립체에 연결된 구동유닛(49)을 포함할 수 있다. 이로써, 제1 아크접점(10), 배기관(30), 실린더(40), 노즐(43) 및 보조 노즐(44)이 구동유닛의 작동에 따라 이동될 수 있다.

한편, 제2 아크접점(20)은 위치가 변동되지 않도록 고정될 수 있지만, 반드시 이에 한정되지 않고, 예를 들어 배기관(30) 및 실린더(40)의 조립체에 연동하여 이 조립체의 이동방향과 반대방향으로 이동 가능하게 구성될 수도 있다.

도 5는 배기 밸브를 확대하여 도시한 단면도이고, 도 6은 배기 밸브의 플레이트를 도시한 정면도이다

본 발명의 제1 실시예에 따른 복합 소호형 가스 차단기는, 실린더(40)의 타단, 즉 축방향 타측 측벽의 내면에 설치되어 실린더의 제2 관통홀(42)을 개폐하는 배기 밸브(52)를 더 포함할 수 있다.

배기 밸브(52)는, 제2 관통홀(42)의 주변에서 실린더(40)의 타측 측벽에 대략 직립하게 설치된 복수의 지지로드(53); 및 이들 지지로드가 관통하는 복수의 관통공(56)이 형성되고 제2 관통홀을 덮어씌우는 플레이트(55)를 포함할 수 있다.

지지로드(53)의 단부에는 플레이트(55)의 관통공(56)보다 큰 면적의 스토퍼(54)가 형성되어 플레이트의 이동을 제한할 수 있다.

플레이트(55)는 제2 관통홀(42)을 차폐할 수 있는 형상으로 형성될 수 있으며, 제2 관통홀보다 큰 면적을 갖는다. 예컨대, 플레이트는 도 5에 도시된 바와 같이 환형상으로 형성되어 폐쇄 동작시 제2 관통홀은 폐쇄하는 한편, 개방 동작시에는 가운데 개구부(57)를 통해 원활한 가스의 유동을 구현할 수 있다.

배기 밸브(52)의 개방을 위해, 본 발명의 제1 실시예에 따른 복합 소호형 가스 차단기는, 복합 소호형 가스 차단기를 수용하는 탱크(미도시)에 설치된 트리거 부재(59)를 더 포함할 수 있다.

트리거 부재(59)는 예컨대 탱크의 일부인 플랜지(60)에 장착된 돌출부로서, 이 트리거 부재는 배기관(30) 및 실린더(40)의 조립체가 이동하여 근접하게 될 때 실린더의 제2 관통홀(42)에 삽입되고 배기 밸브(52)의 플레이트(55)를 밀어붙여 배기 밸브를 개방할 수 있다.

플레이트(55)는 실린더(40) 내 가스의 압력에 의해 지지로드(53)를 따라 이동하여 제2 관통홀(42)을 폐쇄할 수 있으며, 트리거 부재(59)와 접촉함으로써 지지로드를 따라 스토퍼(54)와 만날 때까지 이동하여 제2 관통홀을 개방하게 되는 것이다.

이러한 배기 밸브(52)는 트리거 부재(59)와 접촉하여 개방됨으로써, 실린더(40) 내에 생성된 불필요한 압력을 제거하도록 실린더 내 가스를 배출할 수 있다.

다시 도 1 내지 도 3을 참조하면, 이동판(50)은 대략 환형상의 부재로서, 배기관(30)과 실린더(40) 사이에서 배기관 및 실린더와 동심으로 배치될 수 있다. 이로써, 이동판은 실린더의 내부를 2개의 공간으로 구획하게 된다.

예를 들면, 이동판(50)에 의해, 상대적으로 노즐(43)에 인접한 공간에 압축실(47)이 구획되고, 상대적으로 노즐로부터 멀리 떨어진 공간에 가열실(46)이 구획될 수 있다. 더욱이, 실린더(40)에서 제2 관통홀(42)이 있는 축방향 일측 측벽과 이동판 및 배기관(3)에 의해 가열실(46)이 구획될 수 있다.

이때, 실린더(40)의 내부, 즉 압축실과 가열실의 내부에는 절연가스 등과 같은 가스가 채워져 있다.

본 발명의 제1 실시예에 따른 복합 소호형 가스 차단기에서는, 이동판(50)의 존재로 인하여 구동유닛에 의해 기계적으로 구동되는 압축실 대신에, 실린더(40)의 내부를 아크의 에너지에 의해 구동되는 압축실(47)과, 아크의 에너지에 의해 가열되는 가열실(46)로 나눌 수 있게 된다. 실린더 내 압축실과 가열실의 체적은 이동판의 이동 및 가스 차단기의 정격에 따라 가변될 수 있다.

예를 들어, 전술한 바와 같이, 제1 아크접점(10)과 제2 아크접점(20)이 분리되면서 고온의 가스가 발생하면, 가스는 배기관(30)의 내부를 지나 가스 배출홀(31)에 도달하고, 이어서 개폐 밸브(32)의 플레이트(35)를 밀어붙여 개폐 밸브를 개방시킨 후 가스 배출홀을 통해 실린더(40) 내 가열실(46)로 유입될 수 있다.

이로 인해, 가열실(46) 내에 압력이 축적되어 이동판(50)은 압축실(47) 쪽으로 이동할 수 있게 된다. 한편, 가열실 내 가스는 개폐 밸브(32)에 의해 배기관(30)으로 역류할 수 없다.

본 발명의 제1 실시예에 따른 복합 소호형 가스 차단기는, 이동판(50)을 원래 위치로 복귀시키는 제1 탄성부재(58a)를 포함할 수 있다. 이 제1 탄성부재의 일단은 이동판에 고정되고, 타단은 실린더(40)의 축방향 일측 측벽에 고정될 수 있다.

도 1 내지 도 3에서 제1 탄성부재(58a)는 스프링인 것으로 도시되어 있지만, 탄성부재의 형태는 반드시 이에 한정되지 않는다.

또한, 이동판(50)의 기밀한 이동을 위해, 이동판의 내경 단부와 배기관(30)의 외주면 사이, 그리고 이동판의 외경 단부와 실린더(40)의 내주면 사이에는 밀봉부재(미도시)가 설치될 수 있다.

이하에서는 본 발명의 제1 실시예에 따른 복합 소호형 가스 차단기의 차단 작동 및 효과를 설명한다.

도 1에는 가스 차단기가 폐쇄 위치에 있는 상태를 도시하고 있다.

제1 아크접점(10)과 제2 아크접점(20)은 서로 접촉하여 전기적으로 서로 연결되어 통전경로를 형성한다.

이동판(50)에 의해, 실린더(40)는 압축실(47)과 가열실(46)로 구획되고, 압축실과 가열실의 내부에는 절연가스 등의 가스가 채워져 있다.

전력계통에서 고장 발생시, 구동유닛(49)의 구동력에 의해, 서로 고정된 배기관(30) 및 실린더(40)의 조립체가 축방향으로, 예를 들면 도 1의 우에서 좌로 이동될 수 있으며, 이에 따라 배기관(30)의 일단에 장착된 제1 아크접점(10)이 제2 아크접점(20)으로부터 분리되기 시작한다.

도 2에는 가스 차단기의 아크접점들 간 분리에 의해 아크가 발생하는 상태를 도시하고 있다.

분리 후에 제1 아크접점(10)과 제2 아크접접(20) 사이에서 아크가 점화되고, 노즐(43) 내에서 극간에 존재하는 가스의 온도가 급격히 상승하여 압력이 높아지게 된다.

고온의 가스가 배기관(30)을 통해 흐르고 개폐 밸브(32)가 개방되게 된다. 이로써, 고온의 가스는 증가된 에너지로 인해 가열실(46)로 유입되어 가열실 내에 압력이 축적된다. 이때, 배기 밸브(52)는 가열실 내 압력에 의해 폐쇄 위치에 놓일 수 있다.

또한, 발생한 아크의 에너지가 크기 때문에, 노즐(43) 내 아크영역으로부터 주위의 가스가 팽창되면서 고온의 가스 일부가 채널(45)과 제1 관통홀(41)을 거쳐 압축실(47)로 역류될 수 있다. 계속해서, 압축실(47)로 역류한 고온의 가스는 압축실 내에 있는 저온의 가스와 섞이면서 냉각된다.

압축실(47)로 향한 가스 유로의 유동 저항이 가열실(46)에 대한 유동 저항보다 훨씬 높도록 설계되어, 가열실이 압축실보다 빠르게 더 높은 압력을 갖게 된다.

이로 인해 이동판(50)은 제1 탄성부재(58a)의 탄성력을 극복하여 압축실(47) 쪽으로 이동하고, 이러한 이동은 압축실이 압축되게 하여 압축실의 압력이 증가한다. 여기서, 가스의 압력은 예컨대 1 bar를 초과하면 제1 탄성부재의 탄성력을 극복할 수 있다.

이후, 분리가 지속되는 동안 전류의 크기가 영점(Zero)이 되면, 압축실(47)에 충분히 축적된 압력은 상대적으로 저압 상태인 극간의 아크영역을 향해 급속히 저온의 가스를 불어넣어 아크를 냉각시키고 전류가 차단되게 한다.

따라서, 본 발명의 제1 실시예에 따른 복합 소호형 가스 차단기는 소전류의 차단을 위한 최소 가스 흐름이 보장되게 할 수 있다.

도 3에는 가스 차단기가 완전 개방 위치에 있는 상태를 도시하고 있다.

구동유닛(49)의 작동에 따라 배기관(30) 및 실린더(40)의 조립체가 이동하여 근접하게 될 때 트리거 부재(59)는 실린더의 제2 관통홀(42)에 삽입되고 가열실(46) 내에 있는 배기 밸브(52)의 플레이트(55)를 밀어붙여 배기 밸브를 개방되게 한다.

이로써, 가열실(46) 내에 잔류한 고온의 가스는 배기 밸브(52)를 통해 실린더(40) 및 가스 차단기의 외부로 유출될 수 있다. 이에 따라, 가열실의 압력이 감소하고, 이동판(50)은 제1 탄성부재(58a)의 탄성력에 의해 가열실 쪽으로 이동하여, 가스 차단기의 차단 작동이 시작되기 전의 위치로 복귀될 수 있다.

이와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 복합 소호형 가스 차단기에서는, 극간의 아크로 생성된 고온의 가스가 실린더(40) 내 가열실(46)로 유입되어 아크의 에너지에 의해 압축실(47)을 구동함으로써 압축실 내 저온의 가스를 아크영역으로 불어넣을 수 있기 때문에, 구동유닛(49)은 작은 구동력으로 가스 차단기를 원활하게 작동시킬 수 있을 뿐만 아니라, 작은 구동력으로도 작동이 가능하므로 구동유닛의 크기를 줄일 수 있는 장점이 있게 된다.

도 7 내지 도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 복합 소호형 가스 차단기의 차단 작동을 도시한 단면도들이다.

도 7 내지 도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 복합 소호형 가스 차단기는 제1 아크접점(10), 제2 아크접점(20), 배기관(30), 실린더(40), 이동판(50)을 포함할 수 있다.

본 발명의 제2 실시예에 따른 복합 소호형 가스 차단기에서는, 전술한 제1 실시예와 달리, 가스 배출홀을 개폐하는 개폐 밸브를 생략할 수 있다.

예컨대, 제1 아크접점(10)과 제2 아크접점(20)이 분리되면서 고온의 가스가 발생하면, 가스는 배기관(30)의 내부를 지나 가스 배출홀(31)을 통해 배기관의 외부로 유출될 수 있다.

실린더(40)는 배기관(30)을 둘러싸면서 배기관에 고정된다. 이 실린더는 배기관과 동일한 축방향 길이를 갖도록 연장할 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

노즐(43)과 보조 노즐(44) 사이에 채널(45)이 형성되고, 이에 따라 실린더(40)의 내부로부터 제1 관통홀(41), 채널(45), 노즐(43) 내 아크영역으로 이어지는 가스 유로가 이루어질 수 있다.

추가로, 실린더(40)는 그 내주면에서 중심을 향해 연장한 격벽(39)을 포함할 수 있다. 이 격벽은 배기관(30)으로부터 이격될 수 있고, 이로써 격벽과 배기관 사이에 가스 이동홀(37)이 형성될 수 있다.

가스 이동홀(37)은 환형상의 단일한 구멍으로 형성될 수 있다. 하지만, 가스 이동홀의 형상과 갯수, 배치는 반드시 이에 한정되지 않는다.

도 10은 밸브판을 도시한 단면도이다.

본 발명의 제2 실시예에 따른 복합 소호형 가스 차단기는, 배기관(30)의 외주 상에 이동 가능하게 설치되어 실린더(40)의 격벽(39)과 배기관 사이의 가스 이동홀(37)을 개폐하는 밸브판(51)을 더 포함할 수 있다.

배기관(30)의 외주 상에는 가스 이동홀(37)로부터 소정 거리로 이격되어 고정된 스토퍼(38)가 형성되어 밸브판(51)의 이동을 제한할 수 있다.

밸브판(51)은 가스 이동홀(37)을 덮어씌우기 위해 가스 이동홀의 형상과 유사하게 대략 환형상으로 형성될 수 있으며, 가스 이동홀보다 큰 면적을 갖는다.

이와 같이 구성된 밸브판(51)은 격벽(39) 양측의 압력차에 의해 배기관(30)을 따라 이동할 수 있다.

격벽(39) 및 밸브판(51)에 의해, 실린더(40) 내에는 압축실(47)과 열팽창실(48)이 구획될 수 있으며, 상대적으로 노즐에 인접하여 열팽창실이 배치될 수 있다.

다시 도 7 내지 도 9를 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 복합 소호형 가스 차단기는, 제2 아크접점(20)을 구동시키도록 제2 아크접점에 연결된 구동유닛(29)을 포함할 수 있다. 이로써, 제2 아크접점이 구동유닛의 작동에 따라 이동될 수 있다.

도 11은 배기 밸브를 확대하여 도시한 단면도이다.

본 발명의 제2 실시예에 따른 복합 소호형 가스 차단기는, 실린더(40)의 타단, 즉 축방향 타측 측벽의 내면에 설치되어 실린더의 제2 관통홀(42)을 개폐하는 배기 밸브(52)를 더 포함할 수 있다.

배기 밸브(52)는, 제2 관통홀(42)의 주변에서 실린더(40)의 타측 측벽에 대략 직립하게 설치되고 단부에 스토퍼(54)가 형성된 복수의 지지로드(53); 이들 지지로드가 관통하는 복수의 관통공(56)이 형성되고 제2 관통홀을 덮어씌우는 플레이트(55); 및 플레이트와 지지로드의 스토퍼 사이에 개재된 제2 탄성부재(58b)를 포함할 수 있다.

플레이트(55)는 제2 관통홀(42)을 차폐할 수 있는 형상으로 형성될 수 있으며, 제2 관통홀보다 큰 면적을 갖는다. 예컨대, 플레이트는 도 10에 도시된 바와 같이 환형상으로 형성되어 폐쇄 동작시 제2 관통홀은 폐쇄하는 한편, 개방 동작시에는 가운데 개구부(57)를 통해 원활한 가스의 유동을 구현할 수 있다.

제2 탄성부재(58b)는 배기 밸브(52)의 개방을 위한 부재로서, 일단은 플레이트(55)에 고정되고 타단은 지지로드(53)의 스토퍼(54)에 고정되어 플레이트와 스토퍼 사이에 당김력을 제공할 수 있다. 이로써, 제2 탄성부재는 배기 밸브의 플레이트를 스토퍼 쪽으로 당겨 배기 밸브를 개방할 수 있다.

플레이트(55)는 실린더(40) 내 가스의 압력에 의해 제2 탄성부재(58b)의 탄성력을 극복하여 지지로드(53)를 따라 이동함으로써 제2 관통홀(42)을 폐쇄할 수 있으며, 실린더 내 가스의 압력이 해제되면 제2 탄성부재의 당김력에 의해 지지로드를 따라 이동하여 제2 관통홀을 개방하게 되는 것이다. 여기서, 가스의 압력은 예컨대 1 bar를 초과하면 제2 탄성부재의 탄성력을 극복할 수 있다.

이러한 배기 밸브(52)는 제2 탄성부재(58b)에 의해 개방됨으로써, 실린더(40) 내에 생성된 불필요한 압력을 제거하도록 실린더 내 가스를 배출할 수 있다.

다시 도 7 내지 도 9를 참조하면, 이동판(50)은 대략 환형상의 부재로서, 배기관(30)과 실린더(40) 사이에서 배기관 및 실린더와 동심으로 배치될 수 있다. 이로써, 이동판은 실린더의 내부를 2개의 공간으로 구획하게 된다.

예를 들면, 이동판(50)에 의해, 상대적으로 노즐(43)에 인접한 공간에 압축실(47)이 구획되고, 상대적으로 노즐로부터 멀리 떨어진 공간에 가열실(46)이 구획될 수 있다. 압축실은 실린더(40)의 격벽(39) 및 밸브판(51)에 의해 구획된 열팽창실(48)에 접하여 위치될 수 있다. 더욱이, 실린더(40)에서 제2 관통홀(42)이 있는 축방향 일측 측벽과 이동판 및 배기관(30)에 의해 가열실(46)이 구획될 수 있다.

이에 따라, 노즐(43)에 인접한 순서대로 실린더(40) 내에 열팽창실(48)과 압축실(47) 및 가열실(46)이 형성될 수 있다. 이때, 실린더의 내부, 즉 열팽창실과 압축실 및 가열실의 내부에는 절연가스 등의 가스가 채워져 있다.

본 발명의 제2 실시예에 따른 복합 소호형 가스 차단기에서는, 이동판(50)의 존재로 인하여 구동유닛에 의해 기계적으로 구동되는 압축실 대신에, 실린더(40)의 내부를 아크의 에너지에 의해 구동되는 압축실(47)과, 아크의 에너지에 의해 가열되는 가열실(46)로 나눌 수 있게 된다. 실린더 내 압축실과 가열실의 체적은 이동판의 이동에 따라 가변될 수 있다.

예를 들어, 전술한 바와 같이, 제1 아크접점(10)과 제2 아크접점(20)이 분리되면서 고온의 가스가 발생하면, 가스는 배기관(30)의 내부를 지나 가스 배출홀(31)을 통해 실린더(40) 내 가열실(46)로 유입될 수 있다.

이로 인해, 가열실(46) 내에 압력이 축적되어 이동판(50)은 압축실(47) 쪽으로 이동할 수 있게 된다. 또한, 열팽창실(48)의 압력이 압축실의 압력보다 낮아지면 밸브판(51)에 의해 가스 이동홀(37)이 개방되면서 가스가 압축실로부터 열팽창실로 유동할 수 있게 된다.

본 발명의 제2 실시예에 따른 복합 소호형 가스 차단기는, 이동판(50)을 원래 위치로 복귀시키는 제1 탄성부재(58a)를 포함할 수 있다. 이 제1 탄성부재의 일단은 이동판에 고정되고, 타단은 실린더(40)의 격벽(39)에 고정될 수 있다.

도 7 내지 도 9에서 제1 탄성부재(58a)는 스프링인 것으로 도시되어 있지만, 탄성부재의 형태는 반드시 이에 한정되지 않는다.

이동판(50)의 기밀한 이동을 위해, 이동판의 내경 단부와 배기관(30)의 외주면 사이, 그리고 이동판의 외경 단부와 실린더(40)의 내주면 사이에는 밀봉부재(미도시)가 설치될 수 있다.

이하에서는 본 발명의 제2 실시예에 따른 복합 소호형 가스 차단기의 차단 작동 및 효과를 설명한다.

도 7에는 가스 차단기가 폐쇄 위치에 있는 상태를 도시하고 있다.

본 발명의 제2 실시예에 따른 복합 소호형 가스 차단기에서는, 제1 실시예와 달리, 제1 아크접점(10), 배기관(30), 실린더(40), 노즐(43) 및 보조 노즐(44)이 고정되게 설치된다.

이동판(50)에 의해, 실린더(40)는 압축실(47)과 가열실(46)로 구획되고, 압축실은 실린더의 격벽(39) 및 밸브판(51)에 의해 구획된 열팽창실(48)에 접하여 위치된다. 열팽창실과 압축실 및 가열실의 내부에는 절연가스 등의 가스가 채워져 있다.

전력계통에서 고장 발생시, 구동유닛(29)의 구동력에 의해 제2 아크접점(20)이 축방향으로, 예를 들면 도 7의 좌에서 우로 이동될 수 있으며, 이에 따라 제2 아크접점(20)이 배기관(30)의 일단에 장착된 제1 아크접점(10)으로부터 분리되기 시작한다.

도 8에는 가스 차단기의 아크접점들 간 분리에 의해 아크가 발생하는 상태를 도시하고 있다.

고온의 가스가 배기관(30)을 통해 흐르고, 증가된 에너지로 인해 상대적으로 저압 상태인 가열실(46)로 유입되어 가열실 내에 압력이 축적된다. 이때, 배기 밸브(52)는 가열실 내 압력에 의해 폐쇄 위치에 놓일 수 있다.

또한, 발생한 아크의 에너지가 크기 때문에, 노즐(43) 내 아크영역으로부터 주위의 가스가 팽창되면서 고온의 가스 일부가 채널(45)과 제1 관통홀(41)을 거쳐 열팽창실(48)로 역류될 수 있다.

이로써, 열팽창실(48)이 압축실(47)보다 더 높은 압력을 갖게 되어 밸브판(51)이 실린더(40)의 격벽(39)과 배기관(30) 사이의 가스 이동홀(37)을 폐쇄한다. 계속해서, 열팽창실(48)로 역류한 고온의 가스는 열팽창실 내의 저온의 가스와 섞이면서 냉각된다.

빠르게 축적된 가열실(46)의 압력으로 인해 이동판(50)은 제1 탄성부재(58a)의 탄성력을 극복하여 압축실(47) 쪽으로 이동하고, 이러한 이동은 압축실이 압축되게 하여 압축실의 압력이 증가한다.

이후, 분리가 지속되는 동안 전류의 크기가 영점이 되면, 열팽창실(48)의 높은 압력은 상대적으로 저압 상태인 극간의 아크영역을 향해 급속히 저온의 가스를 불어넣어 아크를 냉각시키고 전류가 차단되게 한다.

열팽창실(48)의 압력이 압축실(47)의 압력보다 낮아지면 밸브판(51)에 의해 가스 이동홀(37)이 개방되면서 압축실 내 차가운 가스가 열팽창실로 유동할 수 있게 된다. 더 나아가, 차가운 가스는 극간의 아크영역으로 흘러 아크영역에 있던 고온의 가스를 아크영역으로부터 가스 차단기의 외부로 멀리 이송한다.

따라서, 본 발명의 제2 실시예에 따른 복합 소호형 가스 차단기는 소전류의 차단을 위한 최소 가스 흐름이 보장되게 할 수 있다.

도 9에는 가스 차단기가 완전 개방 위치에 있는 상태를 도시하고 있다.

실린더(30) 내의 압력이 감소하고, 배기 밸브(52)의 제2 탄성부재(58b)는 플레이트(55)를 당겨 배기 밸브가 개방되게 된다.

이로써, 가열실(46) 내에 잔류한 고온의 가스가 배기 밸브(52)를 통해 실린더(40) 및 가스 차단기의 외부로 유출될 수 있다. 이에 따라, 가열실의 압력이 감소하고, 이동판(50)은 제1 탄성부재(58a)의 탄성력에 의해 가열실 쪽으로 이동하여, 가스 차단기의 차단 작동이 시작되기 전의 위치로 복귀될 수 있다.

이와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 복합 소호형 가스 차단기에서는, 극간의 아크로 생성된 고온의 가스가 실린더(40) 내 가열실(46)로 유입되어 아크의 에너지에 의해 압축실(47)을 구동함으로써, 압축실 내 저온의 가스를 아크영역으로 불어넣을 수 있기 때문에, 구동유닛(29)은 작은 구동력으로 가스 차단기를 원활하게 작동시킬 수 있을 뿐만 아니라, 작은 구동력으로도 작동이 가능하므로 구동유닛의 크기를 줄일 수 있는 장점이 있게 된다.

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: 제1 아크접점 20: 제2 아크접점
21: 피스톤 22: 가스 출입구
29, 49: 구동유닛 30: 배기관
31: 가스 배출홀 32: 개폐 밸브
33, 52: 지지로드 34, 38, 54: 스토퍼
35, 55: 플레이트 36, 56: 관통공
37: 가스 이동홀 39: 격벽
40: 실린더 41: 제1 관통홀
42: 제2 관통홀 43: 노즐
44: 보조 노즐 45: 채널
46: 가열실 47: 압축실
48: 열팽창실 50: 이동판
51: 밸브판 52: 배기 밸브
57: 개구부 58a: 제1 탄성부재
58b: 제2 탄성부재 59: 트리거 부재
60: 플랜지

Claims

제1 아크접점;
상기 제1 아크접점에 대향하도록 배치되어, 상기 제1 아크접점에 연결 또는 분리되는 제2 아크접점;
일단에 상기 제1 아크접점이 연결되고, 타단은 폐쇄되어 있으며, 타단에 인접하여 가스 배출홀이 형성된 배기관;
상기 배기관을 둘러싸면서 상기 배기관에 고정되고, 상기 제1 아크접점을 둘러싼 노즐을 일단에 갖춘 실린더; 및
상기 배기관과 상기 실린더 사이에 배치되고 이동가능한 이동판
을 포함하는 복합 소호형 가스 차단기.
제1항에 있어서,
상기 배기관에 설치되어 상기 가스 배출홀을 개폐하는 개폐 밸브를 더 포함하는 복합 소호형 가스 차단기.
제2항에 있어서,
상기 개폐 밸브는,
상기 가스 배출홀의 주변에서 상기 배기관에 설치된 한 쌍의 지지로드; 및
상기 지지로드가 관통하는 한 쌍의 관통공이 형성되고, 상기 가스 배출홀을 덮어씌우는 플레이트
를 포함하고,
상기 지지로드의 단부에는 스토퍼가 형성되어 상기 플레이트의 이동을 제한하는 복합 소호형 가스 차단기.
제1항에 있어서,
상기 실린더의 축방향 일측 측벽에는 제1 관통홀이 형성되고, 축방향 타측 측벽에는 제2 관통홀이 형성되며,
상기 제1 관통홀과 상기 노즐 내 아크영역은 연통되는 복합 소호형 가스 차단기.
제4항에 있어서,
상기 이동판에 의해, 상기 실린더 내에서 상대적으로 상기 노즐에 인접한 공간에 압축실이 구획되고, 상대적으로 상기 노즐로부터 떨어진 상기 축방향 타측 측벽과 상기 이동판 사이에 가열실이 구획되며,
상기 실린더 내 압축실과 가열실의 체적은 상기 이동판의 이동에 따라 가변되는 복합 소호형 가스 차단기.
제5항에 있어서,
상기 제1 아크접점과 상기 제2 아크접접 사이에서 점화된 아크에 의해 팽창된 가스가 상기 배기관의 내부를 지나 상기 가스 배출홀을 통해 상기 실린더 내 가열실로 유입되고, 가스의 유입으로 축적된 압력에 의해 상기 이동판이 이동하여 상기 압축실을 압축하는 복합 소호형 가스 차단기.
제6항에 있어서,
상기 배기관 및 상기 실린더의 조립체를 구동시키도록 상기 조립체에 연결된 구동유닛을 포함하는 복합 소호형 가스 차단기.
제7항에 있어서,
상기 실린더의 제2 관통홀을 개폐하는 배기 밸브를 더 포함하는 복합 소호형 가스 차단기.
제8항에 있어서,
상기 배기 밸브는,
상기 제2 관통홀의 주변에서 상기 실린더의 타측 측벽에 설치된 복수의 지지로드; 및
상기 지지로드가 관통하는 복수의 관통공이 형성되고, 상기 제2 관통홀을 덮어씌우는 플레이트
를 포함하고,
상기 지지로드의 단부에는 스토퍼가 형성되어 상기 플레이트의 이동을 제한하는 복합 소호형 가스 차단기.
제9항에 있어서,
상기 배기 밸브의 개방을 위한 트리거 부재를 더 포함하고,
상기 트리거 부재는, 상기 배기관 및 상기 실린더의 조립체가 이동하여 근접할 때 상기 실린더의 제2 관통홀에 삽입되고 상기 플레이트를 밀어붙여 상기 배기 밸브를 개방하는 복합 소호형 가스 차단기.
제8항에 있어서,
상기 이동판을 복귀시키는 제1 탄성부재를 포함하고,
상기 제1 탄성부재의 일단은 상기 이동판에 고정되고, 타단은 상기 실린더의 축방향 일측 측벽에 고정된 복합 소호형 가스 차단기.
제6항에 있어서,
상기 실린더는 내주면에서 중심을 향해 연장한 격벽을 포함하고,
상기 격벽은 상기 배기관으로부터 이격되어, 상기 격벽과 상기 배기관 사이에 가스 이동홀이 형성된 복합 소호형 가스 차단기.
제12항에 있어서,
상기 배기관의 외주 상에 이동 가능하게 설치되어, 상기 가스 이동홀을 개폐하는 밸브판; 및
상기 가스 이동홀로부터 소정 거리로 이격되어 상기 배기관에 고정된 스토퍼
를 더 포함하는 복합 소호형 가스 차단기.
제13항에 있어서,
상기 격벽 및 상기 밸브판에 의해, 상기 실린더 내에는 상기 압축실과 열팽창실이 구획되고,
상기 밸브판은 상기 격벽 양측의 압력차에 의해 상기 배기관을 따라 이동하는 복합 소호형 가스 차단기.
제12항에 있어서,
상기 이동판을 복귀시키는 제1 탄성부재를 포함하고,
상기 제1 탄성부재의 일단은 상기 이동판에 고정되고, 타단은 상기 격벽에 고정된 복합 소호형 가스 차단기.
제6항에 있어서,
상기 제2 아크접점을 구동시키도록 상기 제2 아크접점에 연결된 구동유닛을 포함하는 복합 소호형 가스 차단기.
제16항에 있어서,
상기 실린더의 제2 관통홀을 개폐하는 배기 밸브를 더 포함하는 복합 소호형 가스 차단기.
제17항에 있어서,
상기 배기 밸브는,
상기 제2 관통홀의 주변에서 상기 실린더의 타측 측벽에 설치되고, 단부에 스토퍼가 형성된 복수의 지지로드;
상기 지지로드가 관통하는 복수의 관통공이 형성되고, 상기 제2 관통홀을 덮어씌우는 플레이트; 및
상기 플레이트와 상기 지지로드의 스토퍼 사이에 개재된 제2 탄성부재
를 포함하는 복합 소호형 가스 차단기.
제18항에 있어서,
상기 제2 탄성부재는, 일단이 상기 플레이트에 고정되고 타단은 상기 지지로드의 스토퍼에 고정되어 상기 플레이트와 상기 스토퍼 사이에 당김력을 제공하는 복합 소호형 가스 차단기.