KR20230069608A - 진공차단기의 진공도 감시를 위한 부분 방전 측정 센서 및 이를 적용한 진공차단기 - Google Patents

진공차단기의 진공도 감시를 위한 부분 방전 측정 센서 및 이를 적용한 진공차단기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 진공차단기의 진공도 감시를 위한 부분 방전 측정 센서 및 이를 적용한 진공차단기로서, 진공인터럽터(VI)의 내부압력 변화에 따른 부분방전을 측정하는 부분 방전 측정 센서를 진공차단기의 차단기 챔버 내부에 배치하여 진공인터럽터(VI)의 진공도를 감시할 수 있는 기술을 개시한다.

Description

진공차단기의 진공도 감시를 위한 부분 방전 측정 센서 및 이를 적용한 진공차단기{Partial discharge measuring sensor for monitoring the vacuum level of a vacuum circuit breaker and a vacuum circuit breaker to which it is applied}
본 발명은 진공차단기의 진공도 감시를 위한 부분 방전 측정 센서 및 이를 적용한 진공차단기로서, 보다 상세하게는 진공인터럽터(VI)의 내부압력 변화에 따른 부분방전을 측정하는 부분 방전 측정 센서를 진공차단기의 차단기 챔버 내부에 배치하여 진공인터럽터(VI)의 진공도를 감시할 수 있는 기술에 대한 것이다.
전기를 사용하는 전력계통에서 충전부가 단락되거나 접지되면, 큰 고장전류가 발생하게 되므로, 전력계통에서는 고장전류를 차단하거나 또는 부하에 흐르는 전류를 차단하기 위해서 차단기가 설치된다.
차단기 중 진공차단기(VCB: Vacuum Circuit Breaker)는 진공중에 접점이 존재하여, 흐르는 전류를 진공중에서 차단하는 장치로서, 진공중에서 전류를 차단하는 기능을 하는 진공인터럽터(VI: Vacuum Interrupter)를 포함한다.
진공인터럽터(VI)는 고장 전류를 차단하기 위한 진공차단기의 핵심 부품으로서 내부에 매우 높은 진공을 유지하여 고장 전류 차단시 발생하는 아크를 소호할 수 있는 구조를 갖는다.
하지만, 진공인터럽터(VI)는 제작시 또는 장기간 사용시 내부의 진공도가 점점 낮아질 수 있으며, 진공도가 낮아짐에 따라 고장 전류를 적절하게 차단하지 못하여 전력계통의 사고가 유발될 수 있다.
따라서 진공인터럽터(VI)의 내부 진공도를 모니터링하면서 진공인터럽터(VI)의 내부 진공도가 낮아짐을 감지하여 적절한 시기에 진공인터럽터(VI)를 교체하거나 유지 보수할 필요성이 있다.
진공인터럽터(VI)의 내부 진공도를 측정하기 위한 다양한 기술이 제시된 바 있는데, 일례로서 진공인터럽터의 내부 진공도를 모니터링하기 위하여 진공인터럽터에 홀을 가공하고 진공도의 변화에 따라 이동 또는 회전할 수 있는 벨로우즈를 포함한 감시센서를 부착하는 방안이 제시된 바 있다.
하지만, 이러한 종래 방안은 감시센서 장착을 위해 진공인터럽터에 홀을 가공함에 따라 진공 누기가 발생될 수 있는 문제가 있으며, 또한 진공인터럽터 제작시에 감지센서를 장착하여야 하므로, 기존 현장에 설치되어 있는 진공인터럽터에 이러한 방식을 적용하고자 하는 경우, 진공차단기에서 진공인터럽터를 분해하여 감지 센서를 부착하여야 하는 번거로움이 있다.
다른 종래 방안으로서, 진공인터럽터 아크쉴드에 전기적으로 접촉되는 세라믹 커플러를 이용하여 진공인터럽터의 접점부와 아크쉴드 사이에 걸리는 전압의 크기를 증가시켜 진공도 감지 범위를 넓히고 발생하는 부분방전 크기를 크게 증가시켜 측정감도를 향상시키는 방안이 제시된 바 있다.
허나, 이러한 종래 방안의 경우, 진공인터럽터 제작시 아크쉴드와 전기적으로 연결되는 세라믹 커플러를 조립해야하는 복잡함이 있으며, 이 또한 기존 현장에 설치되어 있는 진공인터럽터에 적용하는 경우, 진공차단기에서 진공인터럽터를 분해하여 센서를 설치해야하는 번거로움이 있다.
한국 특허공개번호 제10-2019-0054822호 한국 특허등록번호 제10-1172750호
본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 진공차단기(VCB)의 핵심 구성인 진공인터럽터(VI)의 내부 진공도를 측정하여 적절한 시기에 진공인터럽터(VI)를 교체하거나 유지 보수할 수 있도록 지원하는 진공차단기의 진공도 감시를 위한 부분 방전 측정 방안을 제시하고자 한다.
특히, 진공인터럽터(VI)는 제작시 또는 장기간 사용시 내부의 진공도가 점점 낮아짐에 따라 고장 전류를 적절하게 차단하지 못하여 전력계통의 사고가 유발되는 문제를 해결하고자 한다.
본 발명의 목적은 전술한 바에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있다.
상기의 과제 해결을 위해 본 발명에 따른 진공차단기의 진공도 감시를 위한 부분 방전 측정 센서의 일실시예는, 진공차단기의 진공인터럽터와 이격되어 차단기 챔버 내부에 배치되며, 상기 진공인터럽터의 부분방전을 측정하기 위한 감지 전극판; 상기 감지 전극판의 후면에 마련된 절연층; 및 상기 절연층의 후면에 마련된 그라운드 전극판을 포함할 수 있다.
바람직하게는 상기 감지 전극판과 전기적으로 연결된 신호 전송 로드; 및 상기 신호 전송 로드의 끝단에 배치되어 외부 장치와 상기 신호 전송 로드를 연결시키는 커넥터를 포함할 수 있다.
일례로서, 상기 신호 전송 로드는, 상기 감지 전극판의 후면에 연결되어 상기 절연층을 관통하며, 상기 그라운드 전극판과는 전기적으로 절연될 수 있다.
나아가서 상기 커넥터는, 상기 신호 전송 로드와 전기적으로 연결되는 신호 핀; 및 상기 신호 핀과 이격되어 둘레를 감싸며 전기적으로 절연되어 외부 커넥터와의 체결을 지원하는 커버를 포함할 수 있다.
바람직하게는 상기 커넥터의 상기 커버는, 접지와 연결되며, 상기 그라운드 전극판과 전기적으로 연결되어 상기 그라운드 전극판을 접지시킬 수 있다.
또한 본 발명에 따른 진공차단기의 일실시예는, 내부가 진공상태에서 가동전극과 고정전극의 접촉 여부에 따라 전류 차단 기능을 수행하는 진공인터럽터(VI); 상기 진공인터럽터가 배치되는 내부 공간을 제공하는 차단기 챔버; 및 상기 진공인터럽터와 이격되어 상기 차단기 챔버의 내부에 배치되며, 상기 진공인터럽터의 내부 부분방전을 측정하여 이를 기초로 상기 진공인터럽터의 내부 진공도 감시를 지원하는 상기의 부분 방전 측정 센서를 포함할 수 있다.
바람직하게는 상기 부분 방전 측정 센서는 상기 진공인터럽터와 이격 거리가 조절될 수 있다.
일례로서, 상기 부분 방전 측정 센서의 그라운드 전극판이 상기 차단기 챔버의 내부 벽면에 접촉 고정되며, 상기 차단기 챔버는 접지되어 상기 그라운드 전극판을 접지시킬 수 있다.
나아가서 상기 차단기 챔버는, 상기의 부분 방전 측정 센서의 커넥터가 관통되어 삽입되는 체결홀이 마련될 수 있다.
일례로서, 상기 부분 방전 측정 센서를 상기 진공인터럽터에 대응시켜 설정된 높이에서 지지하는 지지 부재를 더 포함할 수 있다.
이와 같은 본 발명에 의하면, 진공차단기(VCB)의 핵심 구성인 진공인터럽터(VI)의 내부 진공도를 측정하여 적절한 시기에 진공인터럽터(VI)를 교체하거나 유지 보수할 수 있도록 지원할 수 있다.
특히 본 발명에서 제시하는 부분 방전 측정 센서는 진공인터럽터를 분해하지 않고 진공차단기의 차단기 내부에 설치 가능하므로 기존 배치된 진공차단기에 적용이 용이하다.
나아가서 진공인터럽터와의 이격 거리를 조절하여 부분 방전 측정 센서를 배치시킴으로써 진공인터럽터의 내부 접점과 아크쉴드 사이에 걸리는 전압의 크기를 증가시켜 진공도 감지 범위를 넓힐 수 있다.
본 발명의 효과는 위에서 언급한 것들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 진공차단기의 일실시예에 대한 단면도를 도시한다.
도 2 및 도 3은 본 발명에 따른 진공차단기에 구비되는 진공도 감시를 위한 부분 방전 측정 센서의 일실시예를 도시한다.
도 4는 본 발명에 따라 진공도 감시를 위한 부분 방전 측정 센서를 구비한 진공차단기의 일실시예를 도시한다.
도 5는 본 발명에 따라 진공도 감시를 위한 부분 방전 측정 센서를 구비한 진공차단기의 다른 실시예를 도시한다.
도 6 및 도 7은 본 발명에서 진공도 감시를 위한 부분 방전 측정의 개념을 도시한다.
도 8은 본 발명에 따른 진공차단기의 부분방전 측정 센서와 진공인터럽터와의 이격 거리 조절에 따른 전계 해석 일례를 도시한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예들에 의해 한정되거나 제한되는 것은 아니다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 설명하기 위하여 이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하고 이를 참조하여 살펴본다.
먼저, 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로서, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니며, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다. 또한 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
본 발명은 진공인터럽터(VI)의 내부압력 변화에 따른 부분방전을 측정하는 부분 방전 측정 센서를 진공차단기의 차단기 챔버 내부에 배치하여 진공인터럽터(VI)의 진공도를 감시할 수 있는 기술을 제시한다.
도 1은 본 발명에 따른 진공차단기의 일실시예에 대한 단면도를 도시한다.
진공차단기(VCB)(10)는 차단기 챔버(170) 내부에 진공인터럽터(VI)(100)를 구비하며, 진공인터럽터(VI)(100)가 진공중에서 전류를 차단하는 기능을 수행할 수 있다.
진공인터럽터(100)는 세라믹 또는 유리 재질의 중공관(140)이 실린더 형상으로 만들어져 있고, 세라믹 또는 유리 재질의 중공관(140)의 상부 및 하부에 금속성 프랜지(150)가 접착되어 밀봉됨으로써, 중공관(140)내의 진공이 유지될 수 있다.
또한, 세라믹 또는 유리 재질로 된 중공관(140)의 일측 프랜지에는 내부로 관통되는 가동전극(110)이 장착되고, 타측 프랜지에는 내부로 관통되는 고정전극(120)이 장착되며, 가동전극(110) 및 고정전극(120)의 안쪽 끝단부에는 각각 접점(111,121)이 부착된다.
가동전극(110)이 관통되는 일측 프랜지의 내면에는 가동전극(110)의 움직임을 허용하는 동시에 가동전극(110)의 외경부를 감싸며 밀봉시키는 벨로우즈(미도시)가 더 장착된다.
벨로우즈(미도시)를 통해 가동전극(110)을 움직여서, 가동전극(110)의 접점(111)이 고정전극(120)의 접점(121)에 붙게 되면, 양 전극(110,120)간에 전류가 통과하는 도전 상태가 되고, 각 접점(111,121)이 떨어지면 전류가 차단되는 상태가 된다.
가동전극(110)의 접점(111)과 고정전극(120)의 접점(121)이 반복적으로 붙으면서 발생하는 금속증기가 중공관(140)의 내부 표면에 부착되면서 발생하는 연면이 절연 성능 저하를 방지하기 위하여, 중공관(140)의 내부 표면을 따라 금속성 아크쉴드(130)가 일정거리로 떨어져 이격 설치된다.
아크쉴드(130)에는 아크쉴드(130)를 중공관(140)에 고정시키기 위하여 금속성 판오링(131)의 내측단이 연결되고, 판오링(131)의 외측단은 중공관 (140)의 가운데에 삽입되어 접착된다.
이때 금속성 판오링(131)의 외측단은 중공관(140)을 통과하여 외부에 노출될 수도 있고 또는 중공관(140)의 내벽면에 삽입 고정될 수도 있다.
일반적으로 상기와 같은 구성의 진공차단기(10)의 진공인터럽터(100)는 제작 초기에 중공관(140) 내부 압력이 매우 낮아 고진공으로 유지되지만, 장시간 사용함에 따라 누기, 공기투과 등으로 인하여 중공관(140) 내부압력이 점차 상승할 수 있다.
진공인터럽터(100)의 중공관(140)내의 내부 압력이 상승하여 한계 압력 이상으로 상승하게 되면 중공관(140) 내부의 절연내력이 떨어지고 그에 따라 전류차단에 실패하여 큰 사고로 이어질 수 있다.
그러므로 전류 차단 기능을 통해 전류 차단이 원활하게 이루어질 수 있도록, 진공인터럽터(100)의 중공관(140) 내부압력을 감시하는 것은 매우 중요하다.
본 발명에서는 진공인터럽터(100)의 중공관(140) 내부압력을 측정할 수 있도록 진공차단기(10)의 차단기 챔버(170) 내부에 진공도 감시를 위한 부분 방전 측정 센서(200)가 배치된다.
여기서 부분방전이라 함은 각종 산업체 및 전력계통 변전소에 설치되는 수전설비 및 고압 배전반 등과 같은 전력기기의 어느 한 부분에 생기는 방전을 총칭하는 것으로서, 한계전압 이상에서 부분방전이 발생하며, 전압이 커지면 커질수록 부분방전의 크기도 증가하는 것으로 알려져 있다.
이에 따라 진공인터럽터(100)의 중공관(140) 내에서는 가동전극(110) 및 고정전극(120)과 아크쉴드(130) 간, 또는 아크쉴드(130)와 접지 간에서 발생하는 부분방전이 존재하게 되고, 중공관(140)의 내부압력 증가로 발생하는 부분방전 측정은 중공관(140) 내부의 전극부(110, 120)와 아크쉴드(130) 사이에 발생하는 부분방전을 측정하는 것을 말한다.
본 발명에서는 진공도 감시를 위한 부분 방전 측정 센서(200)를 통해 이러한 진공인터럽터(100)의 내부 진공도에 변환에 따른 부분방전의 변화를 측정함으로써 진공차단기(10)의 진공도, 보다 정확하게는 진공인터럽터(100)의 내부 진공도를 감시할 수 있다.
도 2 및 도 3은 본 발명에 따른 진공차단기에 구비되는 진공도 감시를 위한 부분 방전 측정 센서의 일실시예를 도시한다.
부분 방전 측정 센서(200)는 감지 전극판(210), 절연층(220), 그라운드 전극판(230), 커넥터(250) 등을 포함할 수 있다.
부분 방전 측정 센서(200)는 감지 전극판(210), 절연층(220) 및 그라운드 전극판(230)이 순차적인 순서로 적층된 구조를 가질 수 있다.
감지 전극판(210)의 일면은 진공인터럽터를 향하며 타면은 절연층(220)에 접촉되고, 절연층(220)의 일면은 감지 전극판(210)의 타면과 접촉되며 타면은 그라운드 전극판(230)과 접촉되어 순차적으로 적층된 구조로 구성될 수 있다.
감지 전극판(210)은 진공차단기의 진공인터럽터에서 전극 접점부와 아크쉴드 간의 부분방전을 측정할 수 있다.
감지 전극판(210)의 후면에는 신호 전송 로드(240)가 연결되며, 신호 전송 로드(240)는 커넥터(250)의 신호 핀(255)과 연결될 수 있다. 즉, 감지 전극판(210), 신호 전송 로드(240) 및 커넥터(250)의 신호 핀(255)은 전기적으로 서로 연결될 수 있다.
절연층(220)은 감지 전극판(210)과 그라운드 전극판(230) 간을 분리시키며 전기적으로 절연시킬 수 있다. 감지 전극판(210)에 연결된 신호 전송 로드(240)는 절연층(220)을 관통하여 커넥터(250)에 연결될 수 있다.
그라운드 전극판(230)은 절연층(220)의 후면에 접촉되며, 접지될 수 있다. 그라운드 전극판(230)는 차단기 챔버(170)를 통해 접지될 수도 있고, 또는 그라운드 전극판(230)이 외부 그라운드 라인과 전기적으로 연결되어 접지될 수도 있다.
그라운드 전극판(230)이 접지됨으로써 진공인터럽터의 내부 접점부와 아크쉴드 사이의 전압 크기를 조절하는 것이 가능하며 이를 통해 진공도 감지 범위를 넓힐 수 있는데, 이에 대해서는 이후 실시예를 통해 설명하도록 한다.
신호 전송 로드(240)는 그라운드 전극판(230)을 관통하여 커넥터(250)에 연결될 수 있으며, 그라운드 전극판(230)과 신호 전송 로드(240)는 전기적으로 절연될 수 있다. 그라운드 전극판(230)은 신호 전송 로드(240)와 전기적으로 연결되지 않도록 신호 전송 로드(240)의 직경보다 큰 직경으로 신호 전송 로드(240)가 관통하는 관통홀이 마련될 수 있다.
신호 전송 로드(240)는 외부에 노출되지 않음으로써 부분 방전 신호의 전송시 잡음이 유입되지 않게 된다.
커넥터(250)는 신호 핀(255)과 커버(251)를 포함할 수 있다.
신호 핀(255)은 신호 전송 로드(240)와 전기적으로 연결되며, 커버(251)는 신호 핀(255)과 이격되어 둘레를 감싸며 전기적으로 절연될 수 있다. 커버(251)는 외부 커넥터와의 체결을 위한 체결 수단이 구비될 수 있다.
커버(251)는 신호 핀(255)의 신호 전송에 영향을 미치지 않도록 접지될 수 있다. 일례로서, 커버(251)는 외부 그라운드 라인을 통해 접지될 수 있다. 아울러 커버(251)는 그라운드 전극판(230)과 전기적으로 연결되어 그라운드 전극판(230)을 접지시킬 수도 있다.
본 실시예에서 상대적으로 감지 전극판(210)보다 그라운드 전극판(230)을 더 크게 도시하였으나, 감지 전극판(210), 절연층(220), 그라운드 전극판(230) 등의 형태와 크기는 필요에 따라 다양하게 변형될 수 있다.
본 발명에서는 상기와 같은 부분 방전 측정 센서를 통해 진공차단기의 진공인터럽터에 대한 내부 진공도를 감시할 수 있는데, 이하에서는 본 발명에 따른 부분 방전 측정 센서가 구비된 진공차단기에 대하여 실시예를 통해 살펴보기로 한다.
앞서 상기 도 1을 참고하여 진공차단기(10)의 개략적인 구조를 설명하였으므로, 진공차단기(10)에 부분 방전 측정 센서(200)가 적용되는 구성에 집중하여 설명하도록 한다.
도 4는 본 발명에 따라 진공도 감시를 위한 부분 방전 측정 센서를 구비한 진공차단기의 일실시예를 도시한다.
진공차단기의 차단기 챔버(170) 내부에 진공인터럽터(100)에 대응되면서 이격되어 부분 방전 측정 센서(200)가 배치될 수 있다.
본 실시예에서는 차단기 챔버(170) 내부 벽면에 부분 방전 측정 센서(200)를 장착한 경우이다.
부분 방전 측정 센서(200)의 감지 전극판(210)은 진공인터럽터(100)와 이격되어 전면이 진공인터럽터(100)를 향하며, 그라운드 전극판(230)의 후면이 차단기 챔버(170) 내부 벽면에 접촉되어 고정됨으로써 부분 방전 측정 센서(200)가 차단기 챔버(170) 내부에 배치될 수 있다.
차단기 챔버(170)의 벽면에는 부분 방전 측정 센서(200)의 커넥터(250)가 관통되어 삽입 장착될 수 있는 체결홀(175)이 마련될 수 있다.
차단기 챔버(170)의 벽면은 접지될 수 있으며, 부분 방전 측정 센서(200)의 그라운드 전극판(230)은 차단기 챔버(170)의 벽면과 접촉됨으로써 접지될 수 있다.
도 5는 본 발명에 따라 진공도 감시를 위한 부분 방전 측정 센서를 구비한 진공차단기의 다른 실시예를 도시한다.
상기 도 5의 실시예를 설명함에 있어서 앞서 살펴본 상기 도 4의 실시예와 중복되는 부분에 대한 설명은 생략하도록 한다.
부분 방전 측정 센서(200)는 진공차단기의 차단기 챔버(170) 내부 공간 상에 진공인터럽터(100)에 대응되어 배치될 수 있다.
부분 방전 측정 센서(200)를 차단기 챔버(170) 내부 공간 상에 배치하기 위해 부분 방전 측정 센서(200)를 지지하는 지지 부재(270)가 구비될 수 있다.
지지 부재(270)는 부분 방전 측정 센서(200)의 절연층(220) 하단에 연결되어 부분 방전 측정 센서(200)를 지지할 수 있다. 부분 방전 측정 센서(200)의 감지 성능에 영향을 미치지 않도록 지지 부재(270)와 부분 방전 측정 센서(200)의 연결부위에는 절연부재가 구비되거나 지지 부재(270) 자체를 절연 물질로 제작할 수도 있다.
부분 방전 측정 센서(200)가 진공인터럽터(100)의 부분 방전을 적절하게 측정할 수 있도록 지지 부재(270)는 진공인터럽터(100)에 대응시켜 부분 방전 측정 센서(200)의 배치 높이를 설정할 수 있다.
또한 지지 부재(270)는 진공인터럽터(100)로부터 부분 방전 측정 센서(200)의 이격 거리를 설정할 수도 있다.
진공인터럽터와의 이격 거리를 조절하여 부분 방전 측정 센서를 배치시킴으로써 진공인터럽터의 내부 접점과 아크쉴드 사이에 걸리는 전압의 크기를 증가시켜 진공도 감지 범위를 넓힐 수 있다.
도 6 및 도 7은 본 발명에서 진공도 감시를 위한 부분 방전 측정의 개념을 도시한다.
진공인터럽터(100)의 접점부(111, 121)와 아크쉴드(130) 사이 공간은 일종의 커패시턴스 Ca로 작용하며, 아크쉴드(130)와 차단기 챔버(미도시)의 벽면 사이도 커패시턴스로 작용하는데, 이를 스트레이 커패시턴스 Cs라고 칭한다.
이러한 커패시턴스의 전압분배에 의해 진공인터럽터(100)의 접점부와 아크쉴드 사이에 걸리는 전압이 부분 방전의 개시 전압보다 높을 때 부분 방전 신호가 발생되게 된다.
진공인터럽터(100)의 내부 진공도가 높은 상태의 경우에는, 내부 절연 내력이 매우 높아 계통 전압이 진공인터럽터에 인가되어도 부분 방전이 발생되지 않는다. 일례로서 국내 배전급 22.9kV일 경우, 단상에는 약 13.2kV 전압이 인가되는데, 진공인터럽터의 내부 진공도가 일정 수준으로 유지되는 경우, 이러한 배전 전압이 진공인터럽터에 인가되더라도 부분방전이 발생하지 않는다.
허나 진공인터럽터를 장시간 사용하는 등 다양한 요인으로 인해 누기, 공기투과 등이 발생되면 진공인터럽터의 내부 진공도가 점점 감소하게 되며, 이러한 경우 파센(Paschen)의 법칙에 의헤 파센 커브와 같이 부분방전 신호가 발생된다. 여기서 부분 방전의 개시 전압은 진공인터럽터의 내부 진공도에 의존한다.
특정 진공도에서는 진공인터럽터의 부분 방전 개시 전압이 진공 차단기가 운전되는 계통 전압보다 클 수 있으며, 이러한 경우는 계통 전압에서는 부분 방전 신호를 측정할 수 없게 된다.
따라서 본 발명에서는 스트레이 커패시턴스 Cs를 조정하여 진공인터럽터의 내부 전압, 즉 접점부와 아크쉴드 사이의 전압을 증가시킴으로써 계통 전압에서 부분 방전 신호가 발생하지 않은 특정 진공도에서도 부분 방전 신호를 감지할 수 있게 된다.
상기 도 6 및 도 7을 참조하면, 진공인터럽터(100)의 접점부(111, 121)와 아크쉴드(130) 사이는 등가적으로 커패시턴스 Ca가 존재하며, 아크쉴드(130)와 차단기 챔버(미도시)의 벽면 사이는 등가적으로 스트레이 커패시턴스 Cs가 존재한다.
본 발명에서 제시하는 부분 방전 측정 센서(200)를 배치하지 않는 경우 스트레이 커패시턴스가 C1이라면, 본 발명에 따른 부분 방전 측정 센서(200)를 배치하면서 진공인터럽터(100)와 부분 방전 측정 센서(200) 간의 이격 거리를 조절함에 따라 부분 방전 측정 센서(200)의 그라운드 전극판(230)과 진공인터럽터(100) 간의 거리가 조절되어 등가적으로 커패시턴스 C2가 작용하게 된다. 이에 따라 커패시턴스 C1과 C2가 함께 고려되어 스트레이 커패시턴스 Cs가 결정되므로 진공인터럽터(100)와 부분 방전 측정 센서(200) 간의 이격 거리 D를 조절을 통해 스트레이 커패시턴스 Cs를 조절할 수 있다.
이와 같이 스트레이 커패시턴스 Cs를 조정함으로써 진공인터럽터(100)의 내부 전압을 증가시켜 계통 전압에서 부분방전 신호가 발생하지 않은 특정 진공도에서도 부분 방전 신호를 측정할 수 있게 된다.
도 8은 본 발명에 따른 진공차단기의 부분방전 측정 센서와 진공인터럽터와의 이격 거리 조절에 따른 전계 해석 일례를 도시한다.
상기 도 8의 (a)는 진공인터럽터(100)와 부분 방전 측정 센서(200) 간의 이격거리가 120mm로 조절된 경우에 전계 특성을 나타내며, 상기 도 8의 (b)는 진공인터럽터(100)와 부분 방전 측정 센서(200) 간의 이격거리가 60mm로 조절된 경우에 전계 특성을 나타내며, 상기 도 8의 (c)는 진공인터럽터(100)와 부분 방전 측정 센서(200) 간의 이격거리가 20mm로 조절된 경우에 전계 특성을 나타내며, 상기 도 8의 (d)는 진공인터럽터(100)와 부분 방전 측정 센서(200) 간의 이격거리가 5mm로 조절된 경우에 전계 특성을 나타낸다.
상기 도 8의 각 조건에서 전계가 가장 취약한 부분의 최대 전계를 측정한 결과 하기 [표 1]과 같은 결과를 얻었다.
이격 거리 최대 전계 Emax(kV/mm)
120 0.98
60 1.1
20 2.65
5 4.3
전계해석 상 아크쉴드와 진공인터럽터 내부 전류가 흐르는 도체에서 가장 가까운 부분이 전계가 가장 취약하며, 전계가 가장 취약한 부분은 진공인터럽터와 접지부의 거리에 따라 전압의 크기가 변한 것을 알 수 있다.
즉, 스트레이 커패시턴스 Cs를 조정함으로써 진공인터럽터 내부의 전압크기 값을 조정할 수 있으며, 본 발명에서 부분 방전 측정 센서(200)를 진공인터럽터(100)와의 이격 거리를 조절하여 배치함으로써 진공인터럽터의 내부 전압을 조정하여 감시할 수 있는 진공도 범위를 늘릴 수 있게 된다.
이상에서 살펴본 본 발명에 의하면, 진공차단기(VCB)의 핵심 구성인 진공인터럽터(VI)의 내부 진공도를 측정하여 적절한 시기에 진공인터럽터(VI)를 교체하거나 유지 보수할 수 있도록 지원할 수 있다.
특히 본 발명에서 제시하는 부분 방전 측정 센서는 진공인터럽터를 분해하지 않고 진공차단기의 차단기 내부에 설치 가능하므로 기존 배치된 진공차단기에 적용이 용이하다.
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 기재된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상이 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의해서 해석되어야하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10: 진공차단기 100: 진공인터럽터
110: 가동전극 120: 고정전극
130: 아크쉴드 200: 부분 방전 측정 장치
210: 감지 전극판 220: 절연층
230: 그라운드 전극판 240: 신호 전송 로드
250: 커넥터

Claims (10)

  1. 진공차단기의 진공인터럽터와 이격되어 차단기 챔버 내부에 배치되며,
    상기 진공인터럽터의 부분방전을 측정하기 위한 감지 전극판;
    상기 감지 전극판의 후면에 마련된 절연층; 및
    상기 절연층의 후면에 마련된 그라운드 전극판을 포함하는 것을 특징으로 하는 진공차단기의 진공도 감시를 위한 부분 방전 측정 센서.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 감지 전극판과 전기적으로 연결된 신호 전송 로드; 및
    상기 신호 전송 로드의 끝단에 배치되어 외부 장치와 상기 신호 전송 로드를 연결시키는 커넥터를 포함하는 것을 특징으로 하는 진공차단기의 진공도 감시를 위한 부분 방전 측정 센서.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 신호 전송 로드는,
    상기 감지 전극판의 후면에 연결되어 상기 절연층을 관통하며, 상기 그라운드 전극판과는 전기적으로 절연된 것을 특징으로 하는 진공차단기의 진공도 감시를 위한 부분 방전 측정 센서.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 커넥터는,
    상기 신호 전송 로드와 전기적으로 연결되는 신호 핀; 및
    상기 신호 핀과 이격되어 둘레를 감싸며 전기적으로 절연되어 외부 커넥터와의 체결을 지원하는 커버를 포함하는 것을 특징으로 하는 진공차단기의 진공도 감시를 위한 부분 방전 측정 센서.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 커넥터의 상기 커버는,
    접지와 연결되며, 상기 그라운드 전극판과 전기적으로 연결되어 상기 그라운드 전극판을 접지시키는 것을 특징으로 하는 진공차단기의 진공도 감시를 위한 부분 방전 측정 센서.
  6. 내부가 진공상태에서 가동전극과 고정전극의 접촉 여부에 따라 전류 차단 기능을 수행하는 진공인터럽터(VI);
    상기 진공인터럽터가 배치되는 내부 공간을 제공하는 차단기 챔버; 및
    상기 진공인터럽터와 이격되어 상기 차단기 챔버의 내부에 배치되며, 상기 진공인터럽터의 내부 부분방전을 측정하여 이를 기초로 상기 진공인터럽터의 내부 진공도 감시를 지원하는 상기 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항의 부분 방전 측정 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 진공차단기.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 부분 방전 측정 센서는 상기 진공인터럽터와 이격 거리가 조절된 것을 특징으로 하는 진공차단기.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 부분 방전 측정 센서의 그라운드 전극판이 상기 차단기 챔버의 내부 벽면에 접촉 고정되며,
    상기 차단기 챔버는 접지되어 상기 그라운드 전극판을 접지시키는 것을 특징으로 하는 진공차단기.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 차단기 챔버는,
    상기 제 2 항의 부분 방전 측정 센서의 커넥터가 관통되어 삽입되는 체결홀이 마련된 것을 특징으로 하는 진공차단기.
  10. 제 6 항에 있어서,
    상기 부분 방전 측정 센서를 상기 진공인터럽터에 대응시켜 설정된 높이에서 지지하는 지지 부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 진공차단기.
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