KR20230060735A - 가스 절연 개폐장치의 차단기용 전동스프링 조작기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 가스 절연 개폐장치의 차단기용 전동스프링 조작기에 관한 것으로, 하우징; 이 하우징에 제자리 회전하도록 장착되고, 축 중심에서 외향 연장되면서 상호 일정 각도로 벌어지게 배치된 제1체결아암과 회전지지아암을 구비한 제1레버; 하우징에 편향되어 순방향으로 제자리 회전하도록 장착되고, 회전지지아암의 선단 부위가 둘레면에 접촉되며, 둘레면은 회전하면서 회전지지아암을 밀어 역방향으로 회전시키는 완만한 곡면 구간과, 회전지지아암이 순간 낙하하여 순방향으로 회전하여 원위치로 복귀하도록 가공된 구간을 갖는 형상의 캠; 이 캠의 중심축에 동일 회전하도록 장착되고, 둘레면에 다수의 래치가 가공된 래치휠; 제1체결아암의 선단 부위에 상단 부위가 장착된 로드; 하우징에 제자리 회전하도록 장착되고, 로드의 하단 부위가 장착되도록 축 중심에서 외향 연장된 제2체결아암과, 이 제2체결아암과 일정 각도록 벌어져 축 중심에서 외향 연장된 결합아암을 구비한 제2레버; 결합아암의 선단 부위에 일단 부위가 장착된 연결링크; 이 연결링크의 타단 부위에 일단 부위가 장착되고, 하우징에 고정된 고정부재에 타단부위가 고정된 차단스프링;을 포함하여 이루어짐으로써, 구조 및 작동이 단순해지면서 소형화되도록 한 것이다.

Description

가스 절연 개폐장치의 차단기용 전동스프링 조작기{Mechanical spring operating device of circuit breaker gas insulated switchgear}

본 발명은 가스 절연 개폐장치의 차단기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 캠의 회전에 의해 한 쌍의 레버부재가 로드에 의해 연동되어 차단스프링이 팽창 및 복귀되도록 함으로써, 구조가 단순해지면서 소형화되도록 한 가스 절연 개폐장치의 차단기용 전동스프링 조작기에 관한 것이다.

일반적으로 가스 절연 개폐장치(GIS)는 금속제 밀폐용기(탱크)에 절연성능과 소호기능이 우수한 절연용 가스(SF6)를 절연매체로 사용하여 도체와 각종 보호기기들이 수납되어 신뢰성이 향상된 수변전 설비이다. 이 가스 절연 개폐장치는 차단기(Circuit Breaker), 단로기(Disconnecting Switch), 접지개폐기(Earthing Switch) 등 여러 가지 구성들이 복합적으로 구성되어 이루어진다.

여기서, 차단기(CB)는 가스 절연 개폐장치에 대한 정상 상태의 개폐뿐만 아니라, 선로의 지락, 단락 및 사고 등과 같은 이상 상태에서도 계통 사고 전류를 차단하여 전력 시스템을 안전하게 보호하는 일련의 구성이다. 즉, 차단기는 송. 변전 계통이나 전기회로에서, 부하를 개폐하거나 접지, 단락 등의 사고가 발생할 경우에 전류를 차단하도록 구성될 수 있다. 일례로, 차단기는 모선을 통한 전원 차단이 결정되면 조작기에 의한 잠금장치의 해제와 함께 미리 압축 또는 팽창된 상태의 코일형 차단스프링이 복원되면서 링크들을 통한 연동에 의해 차단 동작이 수행될 수 있다. 또 복원된 차단스프링이 다시 압축 또는 팽창(charging)되기 위해서는 모터를 구동시켜 상호 연동되는 다수의 기어가 동작될 수 있다.

이러한 차단기는 구조가 단순하면서도 소형화하기 위한 기술 개발이 지속적으로 요구되고 있다.

대한민국 등록특허 제10-0873732호(2019.12.12 공고) 대한민국 등록특허 제10-0711915호(2007.04.27 공고)

상기된 요구에 부합하도록 안출된 본 발명의 목적은 캠에 의해 축회전하는 제1레버가 로드를 통해 제2레버와 연동하도록 설치되고, 제2레버에 의해 차단스프링이 팽창된 후 순간 복원되면서 차단기의 차단동작이 이행됨으로써, 구조가 단순해지면서 소형화되도록 한 가스 절연 개폐장치의 차단기용 전동스프링 조작기에 관한 것이다.

상술된 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 가스 절연 개폐장치의 차단기용 전동스프링 조작기는 하우징; 이 하우징에 제자리 회전하도록 장착되고, 축 중심에서 외향 연장되면서 상호 일정 각도로 벌어지게 배치된 제1체결아암과 회전지지아암을 구비한 제1레버; 하우징에 편향되어 순방향으로 제자리 회전하도록 장착되고, 회전지지아암의 선단 부위가 둘레면에 접촉되며, 둘레면은 회전하면서 회전지지아암을 밀어 역방향으로 회전시키는 완만한 곡면 구간과, 회전지지아암이 순간 낙하하여 순방향으로 회전하여 원위치로 복귀하도록 가공된 구간을 갖는 형상의 캠; 이 캠의 중심축에 동일 회전하도록 장착되고, 둘레면에 다수의 래치가 가공된 래치휠; 제1체결아암의 선단 부위에 상단 부위가 장착된 로드; 하우징에 제자리 회전하도록 장착되고, 로드의 하단 부위가 장착되도록 축 중심에서 외향 연장된 제2체결아암과, 이 제2체결아암과 일정 각도록 벌어져 축 중심에서 외향 연장된 결합아암을 구비한 제2레버; 결합아암의 선단 부위에 일단 부위가 장착된 연결링크; 이 연결링크의 타단 부위에 일단 부위가 장착되고, 하우징에 고정된 고정부재에 타단부위가 고정된 차단스프링;을 포함하여 이루어질 수 있다.

또한, 하우징에 제자리 회전하도록 장착되고, 래치휠이 회전하는 동안 래치에 걸림 작용하여 래치휠의 역방향 회전을 저지하도록 설치된 스토퍼;를 더 포함하여 이루어질 수 있다.

또한, 제1레버는 회전지지아암의 선단 부위에 캠의 둘레면과 접촉하도록 설치된 롤러를 더 구비하여 이루어질 수 있다.

그리고 캠은 태극문양의 절반인 반태극 형상일 수 있다.

전술된 바와 같이 본 발명에 따르면, 캠에 의해 축회전하는 제1레버가 로드를 통해 제2레버와 연동하도록 설치되고, 제2레버에 의해 차단스프링이 팽창된 후 급격히 복원되면서 차단동작이 수행되도록 구성됨으로써, 구조 및 작동이 단순해지면서 소형화됨은 물론 궁극적으로 차단기의 설치 공간이 감축될 수 있는 효과가 있다.

본 명세서에서 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 안 된다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 가스 절연 개폐장치의 차단기용 전동스프링 조작기가 개략적으로 도시된 내부도이다.
도 2는 도 1에서 차단스프링이 인장되기 전의 상태가 도시된 일부 구성도이다.
도 3은 도 1에서 차단스프링이 인장된 후의 상태가 도시된 일부 구성도이다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 쉽게 실시할 수 있도록 바람직한 실시 예를 상세하게 설명한다. 또한, 다양한 실시 예에서 언급된 구성들 중 각 실시 예에서 상호 유사한 구성 및 관련 구성은 대체 또는 교체되거나 추가될 수 있다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시 예에 대한 동작 원리를 상세하게 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.

<구성>

본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 가스 절연 개폐장치의 차단기용 전동스프링 조작기는 도 1과 도 2에서 보듯이, 하우징(100), 캠(200), 래치휠(300), 스토퍼(400), 제1레버(500), 로드(600), 제2레버(700), 연결링크(800)와 차단스프링(900)을 포함하여 이루어질 수 있다. 여기서, 도 2는 도 1에서 래치휠(300)과 스토퍼(400)가 도시되면서 이를 포함한 주요 구성만 발췌한 구성도이다.

먼저, 하우징(100)은 조작기의 몸체를 형성하는 부위로, 가스 절연 개폐장치의 차단기(미도시)로부터 인접한 곳에 설치될 수 있다. 이 하우징(100)의 내부에는 캠(200), 래치휠(300), 스토퍼(400), 제1레버(500), 로드(600), 제2레버(700), 연결링크(800)와 차단스프링(900)을 포함하여 설치될 수 있다.

다음으로, 캠(200)은 편향되어 회전하는 부재로, 편향된 축을 중심으로 모터(미도시)에 의해 축회전하도록 설치될 수 있다. 이 캠(200)의 둘레면은 반시계방향으로 회전하는 동안 정면상 둘레면 중 제일 낮은 위치에 접촉된 제1레버(500)의 회전지지아암(510)을 회전방향으로 천천히 밀도록 완만한 곡면이 일정 구간만큼 가공되고, 이 곡면의 마루에 다다른 회전지지아암(510)이 최초 접촉된 위치로 순간 낙하하도록 가공된 형상일 수 있다. 이러한 캠(200)은 일례로 도 1에서와 같이 태극문양의 절반인 반태극 형상일 수 있다.

따라서, 캠(200)이 모터에 의해 반시계방향으로 회전하면 캠(200)의 둘레면 중 제일 낮은 최초 위치에 접촉된 회전지지아암(510)은 완만한 곡면을 따라 천천히 시계방향으로 회전하다가 마루를 지나면 순간 낙하하여 캠(200)의 최초 접촉 위치로 복귀될 수 있다.

다음으로, 래치휠(300)은 캠(200)의 회전 중심부에서 캠(200)과 함께 회전하도록 설치될 수 있다. 이 래치휠(300)의 둘레면에는 다수의 래치(310)가 가공될 수 있다. 이때, 래치(310)는 래치휠(300)의 둘레면 전체에 가공되거나, 회전지지아암(510)이 접촉된 캠(200)의 최초 위치에서 마루까지의 구간에 위치하도록 래치휠(300)의 둘레면 일부위에 가공될 수 있다.

또한, 래치(310)는 래치휠(300)의 반시계 회전방향에 대해 반대쪽으로 경사져 가공되고, 이로 인해 스토퍼(400)가 래치(310)에 걸려 래치휠(300)의 시계방향 회전이 저지될 수 있다.

다음으로, 스토퍼(400)는 래치휠(300)의 래치(310)에 맞물려 걸림작용하도록 래치휠(300)의 근처에 설치될 수 있다. 이 스토퍼(400)는 래치(310)의 곡면을 따라 회전하다가 스프링(도시되지 않음)에 의해 항상 래치(310)에 맞물리는 위치로 복귀하도록 설치될 수 있다. 따라서, 래치휠(300)이 반시계 방향으로 회전하는 동안 래치(310)에 걸린 스토퍼(400)에 의해 래치휠(300)의 시계방향 회전이 저지될 수 있다.

다음으로, 제1레버(500)는 캠(200)에 의해 회전하면서 로드(600)를 당겨서 이동시키도록 설치될 수 있다. 이를 위해 제1레버(500)는 축을 중심으로 회전하도록 설치되고, 캠(200)의 둘레면에 접촉하도록 회전 중심에서 연장된 회전지지아암(510)과, 로드(600)의 일단부가 체결되도록 회전 중심에서 연장된 제1체결아암(520)을 구비할 수 있다. 이때, 회전지지아암(510)과 제1체결아암(520)은 상호 일정 각도로 벌어져 위치될 수 있다.

또, 제1체결아암(520)과 로드(600)의 체결은 상호 회전 가능하도록 장착될 수 있다. 이러한 제1레버(500)는 일례로 트리플 레버일 수 있고, 이외에 대략 'ㄱ'자 형상의 레버일 수 있다. 그리고 제1레버(500)는 회전지지아암(510)의 선단부에 장착되어 캠(200)의 둘레면에 접촉되도록 설치된 롤러(530)를 더 구비할 수 있다. 따라서, 캠(200)이 회전하는 동안 롤러(530)가 캠(200)의 둘레면에 접촉되므로, 캠(200)과 회전지지아암(510) 간의 마찰이 최소화될 수 있다.

이러한 제1레버(500)에는 차단기의 차단 동작을 수행하기 위한 다수의 링크와 기어가 상호 연동하도록 설치될 수 있다. 따라서, 제1레버(500)가 반시계방향으로 회전하는 동안 차단스프링(900)이 늘어나 팽창하게 되고, 이후 차단스프링(900)이 순간 복원하면서 발생한 순간 강력한 복원력에 의해 제1레버(500)가 시계방향으로 역회전하여 원위치하게 될 수 있다. 이때 발행한 제1레버(500)의 순간 강한 복원력에 의해 차단기의 차단 동작이 수행될 수 있다.

다음으로, 로드(600)는 상단 부위가 제1체결아암(520)에 장착되고, 하단 부위가 제2레버(700)의 제2체결아암(710)에 장착될 수 있다. 따라서, 제1체결아암(520)이 시계방향으로 회전하여 로드(600)가 상방으로 당겨지면 연동하는 제2체결아암(710) 즉, 제2레버(700) 역시 시계방향으로 회전하게 될 수 있다.

다음으로, 제2레버(700)는 축을 중심으로 회전하도록 설치되고, 로드(600)의 하단 부위가 장착되도록 회전 중심에서 연장된 제2체결아암(710)과, 연결링크(800)의 일단 부위가 장착되도록 회전 중심에서 연장된 결합아암(720)을 구비할 수 있다. 이때, 제2체결아암(710)과 제2체결아암(710)은 상호 일정 각도로 벌어져 위치될 수 있다. 또, 제2체결아암(710)과 로드(600)의 체결은 상호 회전 가능하도록 장착될 수 있다. 이러한 제2레버(700)는 일례로 트리플 레버일 수 있고, 이외에 'ㄱ'자 형상의 레버이거나, 제1레버(500)와 동일 또는 유사한 레버일 수 있다. 따라서, 로드(600)가 상향으로 당겨지면 제2레버(700) 자세하게는, 제2체결아암(710) 및 결합아암(720)이 시계방향으로 회전될 수 있다.

다음으로, 연결링크(800)는 일단 부위가 결합아암(720)의 선단 부위에 장착되고, 타단 부위가 차단스프링(900)의 일단 부위에 장착될 수 있다. 이때, 연결링크(800) 및 결합아암(720)과, 연결링크(800) 및 차단스프링(900)의 체결은 상호 회전 가능하도록 장착될 수 있다. 따라서, 결합아암(720)이 시계방향으로 회전하여 연결링크(800)가 당겨지면 차단스프링(900)이 늘어나 팽창(charging)될 수 있다.

끝으로, 차단스프링(900)은 차단기의 차단 동작을 위한 순간 강한 복원 탄성력을 제공하도록 설치될 수 있다. 이 차단스프링(900)의 일단 부위는 결합아암(720)의 선단 부위에 장착되고, 타단 부위는 차단기의 하우징(100)에 고정된 고정부재(910)에 장착될 수 있다. 따라서, 제2레버(700) 즉, 결합아암(720)인 시계방향으로 회전하면 연결링크(800)에 의해 차단스프링(900)은 늘어나 팽창되고, 순간 복원되면서 제2레버(700)역시 순간 최초 위치로 복귀되며, 로드(600) 및 제1레버(500) 역시 순간 복귀될 수 있다. 이에 대한 자세한 설명은 후술한다.

<작동>

이하에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 가스 절연 개폐장치의 차단기용 전동스프링 조작기의 작동에 대해 설명하기로 한다.

먼저, 차단기가 오픈(open)된 상태에서는 도 2에서처럼 차단스프링(900)이 팽창하지 않은 최초의 상태일 수 있다.

다음으로, 차단기가 최초의 오픈된 상태에서 차단(closing)이 이루어지도록 차징(charging)을 위한 동작으로, 모터가 구동되고, 모터에 의해 캠(200)이 반시계방향으로 회전될 수 있다. 이때, 모터의 동력이 캠(200)에 직접 전달될 수도 있고, 모터와 캠(200) 사이에 설치된 다수의 기어 및/또는 링크에 의해 캠(200)이 회전될 수 있다.

다음으로, 캠(200)이 반시계방향으로 회전하게 되면 완만한 둘레면에 접촉된 회전지지아암(510)이 밀리면서 제1레버(500)가 시계방향으로 회전될 수 있다. 이때, 래치휠(300)도 캠(200)과 함께 회전하게 되고, 래치휠(300)이 회전하는 동안 래치(310)마다 스토퍼(400)가 걸림 결합되어 래치휠(300) 및 캠(200)의 역방향인 반시계방향 회전이 방지될 수 있다.

다음으로, 제1레버(500)가 시계방향으로 회전하면서 로드(600)가 상향 이동하게 되면 제2레버(700)가 연동하여 시계방향으로 회전하게 된다. 이로 인해, 결합아암(720)이 시계방향으로 회전하게 되면 연결링크(800)가 차단스프링(900)을 잡아당기게 되어 팽창될 수 있다. 이때, 도 3에서처럼, 캠(200)의 마루에 회전지지아암(510)이 도달하게 되면 차단스프링(900)의 팽창력은 최고가 될 수 있다.

다음으로, 캠(200)이 한 바퀴 회전하여 회전지지아암(510)이 캠(200)의 마루를 벗어난 순간 차단스프링(900)의 복원 탄성력이 순간 강하게 제공되고, 이로 인해 도 2에서처럼 제2로드(600)가 반시계방향으로 회전하여 원위치되면 로드(600)가 하방 이동하게 될 수 있다.

끝으로, 로드(600)의 하방 이동에 의해 제1레버(500)가 반시계방향으로 회전하게 되면서 회전지지아암(510)이 캠(200)의 최저 위치인 원위치로 복귀하게 된다. 그동안 스토퍼(400)는 래치(310)와의 걸림 작용 없이 최초의 위치로 복귀된 후 래치(310)에 걸림 상태가 될 수 있다.

이러한 제1레버(500)의 반시계 방향의 순간적인 강한 회전력은 제1레버(500)에 연결된 기어 및/또는 링크를 통해 차단력으로 제공됨으로써, 차단기의 안정적인 차단이 이루어질 수 있다.

그리고 이때에는 차단기의 오픈용 스프링(미도시)의 차징(charging)이 이루어지면서 추후 차단기의 오픈 동작을 위한 복원력이 제공될 수 있다. 이러한 차단 스프링(900)의 복원에 의해 오픈용 스프링이 차징되는 동작은 기존의 차단스프링(900)과 오픈용 스프링 간의 관계와 동일하므로 상세한 설명은 생략한다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 상술한 실시 예들은 모든 면에 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 후술하는 특허등록청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허등록청구범위의 의미 및 범위 그리고 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

100:하우징
200:캠
300:래치휠
310:래치
400:스토퍼
500:제1레버
510:회전지지아암
520:제1체결아암
530:롤러
600:로드
700:제2레버
710:제2체결아암
720:결합아암
800:연결링크
900:차단스프링
910:고정부재

Claims (4)

1. 하우징(100);
   상기 하우징(100)에 제자리 회전하도록 장착되고, 축 중심에서 외향 연장되면서 상호 일정 각도로 벌어지게 배치된 제1체결아암(520)과 회전지지아암(510)을 구비한 제1레버(500);
   상기 하우징(100)에 편향되어 순방향으로 제자리 회전하도록 장착되고, 회전지지아암(510)의 선단 부위가 둘레면에 접촉되며, 둘레면은 회전하면서 회전지지아암(510)을 밀어 역방향으로 회전시키는 완만한 곡면 구간과, 회전지지아암(510)이 순간 낙하하여 순방향으로 회전하여 원위치로 복귀하도록 가공된 구간을 갖는 형상의 캠(200);
   상기 캠(200)의 중심축에 동일 회전하도록 장착되고, 둘레면에 다수의 래치(310)가 가공된 래치휠(300);
   상기 제1체결아암(520)의 선단 부위에 상단 부위가 장착된 로드(600);
   상기 하우징(100)에 제자리 회전하도록 장착되고, 로드(600)의 하단 부위가 장착되도록 축 중심에서 외향 연장된 제2체결아암(710)과, 이 제2체결아암(710)과 일정 각도록 벌어져 축 중심에서 외향 연장된 결합아암(720)을 구비한 제2레버(700);
   상기 결합아암(720)의 선단 부위에 일단 부위가 장착된 연결링크(800);
   상기 연결링크(800)의 타단 부위에 일단 부위가 장착되고, 하우징(100)에 고정된 고정부재(910)에 타단부위가 고정된 차단스프링(900);을 포함하여 이루어진 가스 절연 개폐장치의 차단기용 전동스프링 조작기.
   
2. 청구항 1에서,
   상기 하우징(100)에 제자리 회전하도록 장착되고, 래치휠(300)이 회전하는 동안 래치(310)에 걸림 작용하여 래치휠(300)의 역방향 회전을 저지하도록 설치된 스토퍼(400);를 더 포함하여 이루어진 가스 절연 개폐장치의 차단기용 전동스프링 조작기.
   
3. 청구항 1에서,
   상기 제1레버(500)는 회전지지아암(510)의 선단 부위에 캠(200)의 둘레면과 접촉하도록 설치된 롤러(530)를 더 구비하여 이루어진 가스 절연 개폐장치의 차단기용 전동스프링 조작기.
   
4. 청구항 1에서,
   상기 캠(200)은 태극문양의 절반인 반태극 형상인 것으로 하는 가스 절연 개폐장치의 차단기용 전동스프링 조작기.

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