KR20230130430A - 고속 투입 스위치와 이의 제어 방법 - Google Patents

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KR20230130430A
KR20230130430A KR1020220027609A KR20220027609A KR20230130430A KR 20230130430 A KR20230130430 A KR 20230130430A KR 1020220027609 A KR1020220027609 A KR 1020220027609A KR 20220027609 A KR20220027609 A KR 20220027609A KR 20230130430 A KR20230130430 A KR 20230130430A
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류재섭
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엘에스일렉트릭(주)
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Abstract

본 발명은 고속 투입 스위치와 이의 제어 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 보조 전극을 활용하여 기계적 투입 이전에도 전기적 투입이 가능하도록 하는 고속 투입 스위치 및 이의 제어 방법에 관한 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 고속 투입 스위치는 외함; 상기 외함 내부에 설치되는 제1 전극; 상기 외함 내부에 이동 가능하게 설치되어, 구동부의 동력을 받아 상기 제1 전극에 접촉 또는 분리되는 제2 전극; 상기 제2 전극의 일부에 구비되는 보조 전극; 및 상기 보조 전극에 고전압을 제공하는 고전압 발생 장치;를 포함한다.

Description

고속 투입 스위치와 이의 제어 방법 {High Speed Closing Switch And Controlling Method Of The Same}
본 발명은 고속 투입 스위치와 이의 제어 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 보조 전극을 활용하여 기계적 투입 이전에도 전기적 투입이 가능하도록 하는 고속 투입 스위치 및 이의 제어 방법에 관한 것이다.
일반적으로 고속 투입 스위치는 전력계통에서 발생하는 사고 전류를 효과적으로 제어하기 위한 전력기기로서 한류저항기(限流抵抗器; Current Limiting Resister) 등과 병렬로 연결되어 있으며 사고 전류 발생시 빠른 시간 내에 사고 전류를 한류저항기로 우회시켜 전력계통을 보호하는 역할을 하는 개폐기구이다.
이와 같은 고속 투입 스위치의 예로서 고속 접지 스위치 또는 바이패스 스위치가 있다.
먼저, 고속 접지 스위치가 적용되는 예로 가스 절연 개폐기의 고속 접지 스위치{High Speed Earthing Switch of Gas Insulated Switchgear}를 예로 들어보기로 한다.
일반적으로 가스 절연 개폐기(Gas Insulated Swichgear)는 전기계통의 전원측과 부하측 간의 회로 사이에 설치되어 정상적인 전류 상태에서 인위적으로 회로를 개폐할 때 또는 회로상에 지락이나 단락 등 이상 전류가 발생하였을 때 전류를 안전하게 차단하여 전력계통 및 부하기기를 보호하는 전기기기이다.
이러한 가스 절연 개폐기(GIS)는 일반적으로 고압전원으로부터 수전하는 부싱(Bushing Unit), 가스 회로 차단기(Gas Circuit Breaker, CB), 단로기(Disconnector Switch) 접지 스위치(Earthing Switch), 가동부, 제어부 등으로 구성되어 있다.
여기서, 접지 스위치(Earthing Switch)는 차단기 양단에 설치되어 보수 점검 시 수동으로 주회로를 접지하는 역할을 하며, 기기 보수나 점검시 도체에 잔류되어 있는 전류를 제거하는 기기이다.
도 1에 종래기술에 따른 가스 절연 개폐기의 내부 구조가 나타나 있다.
가스 절연 개폐기의 외함(1) 내부에 단로기/접지 스위치(DS/ES)(2)와 고속 접지 스위치(HSES;High Speed Earthing Switch)(A)가 설치된 것이 나타나 있다. 외함(1)의 외부에는 구동부 혹은 조작부(3)가 마련된다.
고속 접지 스위치(A)는 고정부와 가동부로 크게 구분된다.
외함(1) 내부에 마련되는 도체(4)에 고정부가 마련된다. 고정부에는 고정 접점(5)이 구비된다.
가동부는 구동부(3)에 연결되어 회전하는 가동축(6), 가동축(6)에 크랭크 연결되는 커넥터(7), 외함(1)의 내부에 고정 설치되는 가동 접점 홀더(8)와 가동 접점(9), 커넥터(7)에 연결되어 전,후진 운동하면서 가동 접점(9)과 고정 접점(5)을 연결 또는 분리하는 가동자(10) 등으로 구성된다. 또한, 가동부와 접지 단자(12)를 연결하기 위한 버스바(11)가 구비된다. 버스바(11)는 가동 접점 홀더(8)와 접지 단자(12)를 연결한다.
도 2와 도 3에는 종래기술에 따른 가스 절연 개폐기의 고속 접지 스위치의 작용도가 도시되어 있다. 도 2는 개방 상태를 나타내고, 도 3은 투입 상태(접지 상태)를 나타낸다.
주회로 통전시 접지 스위치는 도 2와 같은 개방 상태에 있다. 만일, 선로에 고장이 발생하면 회로에 연결된 전력 계통과 부하 기기를 보호하기 위하여 고속 접지 스위치가 작동하게 된다. 구동부(3)에서 전달되는 동력에 의해 가동축(6)이 회전하고 이 힘은 커넥터(7)를 거쳐 가동자(10)에 전달된다. 가동자(10)가 전진운동하여 고정 접점(5)에 투입된다(도 3 참조). 이에 따라, 전류는 도체(4)로부터 고정 접점(5), 가동자(10), 가동 접점(9), 가동 접점 홀더(8), 버스바(11), 접지 단자(12)를 거쳐 외부로 빠져나가게 된다.
그런데, 종래의 고속 접지 스위치는 가동부에 가동 접점(9)이나 가동 접점 홀더(8), 가동 접점 홀더(8)에 고정되는 버스바(11) 등 많은 구성 부품이 소요된다.
따라서, 기계식 조작기에 의한 투입 시간은 조작기에 신호가 인가되는 시간부터 고속 접지 스위치가 실제로 동작하여 투입 동작을 수행하기까지 물리적으로 필요한 시간이 있어 고속 동작에 필요한 동작 속도를 충족시키기 어렵다.
다음으로 고압 직류 송전에 적용되는 바이패스 스위치의 예를 들어보기로 한다.
일반적으로 고압 직류 송전(HVDC; High Voltage Direct Current)은 발전소에서 생산되는 교류 전력을 송전소에서 직류 전력으로 변환시켜서 송전한 후 수전소에서 교류로 재변환시켜 전력을 공급하는 송전 설비이다. 직류 송전 방식을 적용하면 교류 송전보다 송전 손실이 크게 감소하는 이점이 있다.
고압 직류 송전 시스템에는 전기를 교류에서 직류로 전환하거나 또는 직류에서 교류로 전환하기 위해서 컨버터가 필요하며, 이러한 컨버터들은 복수 개의 서브 모듈로 구성된다.
한편, 이러한 복수의 서브 모듈 중에서 일부에 고장이 발생하는 경우 정상적인 송전을 위해 고장난 서브 모듈을 송전 계통으로부터 배제하기 위한 구성 또는 장치가 필요하다.
이러한 용도로 사용되는 장치 중의 하나가 바로 바이패스 스위치이다. 바이패스 스위치는 고압 직류 송전에 사용되는 컨버터(Converter)에 구비되거나, 정지형 동기 보상기(STATCOM; Static Synchronous Compensator) 또는 무효전력 보상장치(SVC; Static Var Compensator) 등에 구비되어, 일부 부품의 고장시 고속으로 단락되도록 하는 고속 단락 바이패스 스위치로 사용된다.
즉, 바이패스 스위치는 복수의 서브 모듈의 조합으로 이루어진 컨버터에 구비되어, 어느 서브 모듈의 고장 등 이상이 감지되면 고장이 발생한 서브 모듈을 단락시켜 인접한 다른 서브 모듈에 고장에 의한 영향이 전파되는 것을 방지하는 장치이다.
도 4 및 도 5에 종래기술에 따른 바이패스 스위치의 구성 및 작용도가 나타나 있다. 도 4는 개방 상태(open state)를 나타내고, 도 5는 닫힌 상태(closed state)를 나타낸다.
바이패스 스위치는 이격 설치되는 제1 버스바(26)와 제2 버스바(27), 상기 제1 버스바(26)와 제2 버스바(27) 사이에 구비되는 케이스(21)로 외형이 구성된다.
케이스(21) 내에는 제1 버스바(26)에 연결되는 고정 접점(fixed contact)(23)과 제2 버스바(27)에 연결되어 상기 고정 접점(23)에 접촉 또는 분리되는 가동 접점(moving contact)(24)이 설치된다. 여기서, 고정 접점(23)과 가동 접점(24)은 진공 인터럽터(22)의 구성 부품이다.
상기 가동 접점(24)에 작용하는 구동원으로서 액추에이터(인플레이터)(52)가 구비된다. 액추에이터(52)는 전기 신호에 의해 폭발하면서 가동 접점(24)을 움직이는 동력을 제공한다. 액추에이터(52)는 핀(33), 래치 플레이트(32), 상기 래치 플레이트(32)를 탄성 지지하는 스프링(48) 및 가동부 연장 로드(31)를 거쳐 가동 접점(24)에 연결된다.
전술한 바와 같이, 고속 바이패스 스위치는 다수의 서브 모듈의 직렬조합으로 이뤄진 고압 직류 송전 시스템에서 서브 모듈의 내부 고장 등 이상이 감지되면 시스템의 지속적인 정상 동작을 위해 신속하게 고장난 서브 모듈을 분리시켜 인접한 타 서브 모듈로의 고장 전파를 방지하여 시스템을 유지하고 보호하는데 그 목적이 있다. 이러한 고속 바이패스 스위치는 정상 상태에서 개방 상태를 유지하고 있다가 어느 서브 모듈의 사고 시 신속히 투입(폐쇄)되어 해당 서브 모듈에 대한 우회로를 제공한다.
고속 바이패스 스위치에 있어서, 개방 상태의 유지는 영구자석(45)의 자기력에 의해 이루어진다. 액추에이터(52)에 인접하여 설치되는 영구자석(45)의 자기력에 의하여 래치 플레이트(32)가 스프링(48)의 힘을 이기고 영구자석(45)에 흡인되어 가동 접점(21)은 고정 접점(22)과 분리된 개방 상태를 유지하게 된다. 래치 플레이트(32)는 가동부 연장 로드(31)를 거쳐 가동 접점(21)에 결합되어 있으므로, 래치 플레이트(32)가 영구자석(45)에 흡인되면 가동 접점(21)도 이동하여 고정 접점(22)으로부터 분리된다. 즉, 고속 바이패스 스위치는 개방 상태를 유지한다.
서브 모듈이 고장나는 경우, 액추에이터(52)는 외부의 점호 신호(전기 신호)를 받아 마이크로 가스 제너레이터가 작동하면서 고압의 가스가 방출되고, 이 고압의 가스가 액츄에이터 내부에 장착된 피스톤(51)을 밀어냄으로써 래치 플레이트(32)를 영구자석(45)이 고정된 마그네트 홀더(41)로부터 분리시키게 된다. 이때 래치 플레이트(32)와 연결되어 있는 가동부 연장 로드(31) 및 진공 인터럽터(2)의 가동 접점(21)이 같이 움직이게 되며 최종적으로 진공 인터럽터(2)의 가동 접점(21)과 고정 접점(22)이 접촉하여 전류 통전이 이루어진다. 즉, 접지 회로(또는 바이패스 회로)가 연결되어 접지 상태(또는 바이패스 상태)에 이른다. 도 2에 전류(i)의 통전 경로가 나타나 있다.
그런데, 폭약을 이용한 스위치의 경우에는 폭약 폭발 후 부품이 파손되어 반복적인 동작을 수행하기 어렵다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하고자 안출된 것으로, 그 목적은 신속한 작동 시간을 보장하는 고속 투입 스위치 및 이의 제어 방법을 제공하는 것이다.
또한, 반복적 사용이 가능한 고속 투입 스위치 및 이의 제어 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 고속 투입 스위치는 외함; 상기 외함 내부에 설치되는 제1 전극; 상기 외함 내부에 이동 가능하게 설치되어, 구동부의 동력을 받아 상기 제1 전극에 접촉 또는 분리되는 제2 전극; 상기 제1 전극 또는 제2 전극 중에서 어느 하나의 전극에 구비되는 보조 전극; 및 상기 보조 전극에 고전압을 제공하는 고전압 발생 장치;를 포함한다..
여기서, 상기 구동부와 제2 전극 사이에는 가동 접점 로드가 구비되고, 상기 가동 접점 로드에는 상기 보조 전극이 삽입되는 보조 전극 로드 관통홀이 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제2 전극은 서로 면결합되는 가동 접점과 가동 아크 접점을 포함하고, 상기 구동부가 연결되는 상기 가동 접점에는 상기 보조 전극이 삽입되는 보조 전극 제1 관통홀이 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 가동 아크 접점에는 상기 보조 전극이 삽입되는 보조 전극 제2 관통홀이 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 보조 전극 제1 관통홀 또는 보조 전극 제2 관통홀에는 상기 보조 전극을 지지하는 보조 전극 지지대가 구비되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 보조 전극 지지대는 절연 재질로 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 보조 전극은 상기 가동 아크 접점의 외부로 돌출되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1 전극은 서로 면결합되는 고정 접점과 고정 아크 접점을 포함하고, 상기 가동 아크 접점에 대향 배치되는 상기 고정 아크 접점에는 상기 보조 전극이 삽입 가능한 유격홈이 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 외함은 진공으로 충전되는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 보조 전극은 침 전극인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 측면에 따른 고속 투입 스위치의 제어 방법은 사고 전류 감지부가 주회로 내의 사고 전류를 감지하는 단계 (S10); 상기 사고 전류 감지부가 트립 구동부 및 고전압 신호 발생부에 기계적 신호 및 전기적 신호를 전달하는 단계 (S20); 상기 고전압 신호 발생부의 전기적 신호에 의해 진공 인터럽터의 제2 전극에 구비된 보조 전극에 고전압이 발생하는 단계 (S30); 및 상기 사고 전류 감지부의 기계적 신호에 의해 상기 진공 인터럽터의 제2 전극이 움직여 상기 진공 인터럽터의 제1 전극에 접촉하는 단계 (S40);를 포함한다.
여기서, 상기 보조 전극에 고전압이 발생하는 단계 (S30)는 상기 진공 인터럽터의 제2 전극과 제1 전극 사이의 절연이 파괴되어 전류가 흐르는 단계를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 고속 접지 스위치에 의하면, 제2 전극의 일부에 보조 전극이 마련되어 제2 전극과 제1 전극이 기계적으로 접촉하기 이전에 전기적으로 연결되는 접지 경로를 형성한다. 따라서, 보다 신속하게 사고 전류의 배출이 가능하다.
도 1은 종래기술에 따른 가스 절연 개폐기의 내부 구조도이다.
도 2와 도 3에는 종래기술에 따른 가스 절연 개폐기의 고속 접지 스위치의 작용도가 도시되어 있다. 도 2는 개방 상태(open state)를 나타내고, 도 3은 투입 상태(closed state)(접지 상태)를 나타낸다.
도 4 및 도 5에 종래기술에 따른 바이패스 스위치의 구성 및 작용도가 나타나 있다. 도 4는 개방 상태를 나타내고, 도 5는 닫힌 상태를 나타낸다.
도 6에는 본 발명의 일 실시예에 따른 고속 투입 스위치가 적용되는 접지 유닛의 예가 도시되어 있다.
도 7 내지 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 고속 투입 스위치의 접점부의 상세도이다. 도 7은 개방 상태이고, 도 8은 투입 초기 상태 (전기적 연결 상태), 도 9는 투입 완료 상태 (기계적 연결 상태)이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 고속 투입 스위치의 시스템 블럭도이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 고속 투입 스위치의 진공 인터럽터가 도시되어 있다.
도 11에는 본 발명의 일 실시예에 따른 고속 투입 스위치 시스템의 블럭도가 도시되어 있다.
도 12에는 본 발명의 일 실시예에 따른 고속 투입 스위치의 제어 방법의 순서도가 도시되어 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 설명한다. 그러나, 이는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세하게 설명하기 위한 것이며, 이들 도면에 의하여 본 발명의 기술적인 사상 및 범주가 한정되는 것을 의미하는 것은 아니다.
본 발명에서 사용된 "부재" 또는 "부"라는 용어는 어떤 한정적 목적을 위하여 사용된 것이 아니며, 생략하여도 무방하다.
도 6에는 본 발명의 일 실시예에 따른 고속 투입 스위치가 적용되는 접지 유닛의 예가 도시되어 있다. 도 7 내지 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 고속 투입 스위치의 접점부의 상세도이다. 도 7은 개방 상태이고, 도 8은 투입 초기 상태 (전기적 연결 상태), 도 9는 투입 완료 상태(기계적 연결 상태)이다.
도면을 참조하여 본 발명의 각 실시예에 따른 고속 투입 스위치에 대하여 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 고속 투입 스위치는, 외함(111); 상기 외함(111) 내부에 설치되는 제1 전극(140); 상기 외함(111) 내부에 이동 가능하게 설치되어, 상기 제1 전극(140)에 접촉 또는 분리되는 제2 전극(130); 상기 제1 전극(140) 또는 제2 전극(130) 중에서 어느 하나의 전극에 구비되는 보조 전극(160); 및 상기 보조 전극(160)에 고전압을 제공하는 고전압 발생 장치(200);를 포함한다.
도 6 내지 도 8에는 본 발명의 일 실시예에 따른 고속 투입 스위치의 예가 도시되어 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 고속 투입 스위치는 진공 인터럽터를 사용한다. 여기서는, 진공 인터럽터(110)가 적용되는 접지 유닛(100)(또는 바이패스 유닛)을 예로 들어 설명한다.
도 6에는 진공 인터럽터(110)가 적용되는 접지 유닛(100)의 단면도가 도시되어 있다. 또한, 도 7 내지 도 9에는 진공 인터럽터 부분의 상세도가 도시되어 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 진공 인터럽터(110)는 서로 대향하도록 배치되는 2개의 전극(130,140)을 포함한다. 여기서 전극(130,140)은 서로 대향하도록 배치되어 있는 상대 아크 접점(145,135)에 접촉 또는 분리되는 아크 접점(135,145), 상기 아크 접점(135,145)에 각각 결합되는 접점(131,141)을 포함한다.
접지 유닛(100)이 도시되어 있다. 접지 유닛(100)은 전력 설비의 일부로서 주회로에 연결된다. 이러한 전력 설비로는 변전소나 배전반일 수 있다. 또한, 이러한 접지 유닛은 초고압 차단기 또는 GIS(Gas Insulated Switchgear)의 일부일 수 있다. 접지 유닛(100)은 접지 외함(101)으로 밀폐된 탱크 안에 구비될 수 있다. 한편, 접지 유닛(100)은 차단기 유닛과 일체로 구성될 수 있다.
도시된 예는, 3상 회로로 구성된 전력 설비에 구비된 접지 유닛이다. 각각 R상, S상, T상에 연결될 수 있다. 각 상에는 접지 기구로서 진공 인터럽터(VI; Vacuum Interrupter)가 포함된다.
어느 하나의 진공 인터럽터(110)를 살펴보기로 한다.
진공 인터럽터(110)의 가동부 측은 가동부 도체(105)에 결합되고, 진공 인터럽터(110)의 고정부 측은 고정부 도체(108)에 결합된다. 여기서, 가동부 도체(105) 및 고정부 도체(108)는 각각 주회로 및 접지회로에 연결되는 회로의 일부분이라고 볼 수 있다. 예를 들면, 가동부 도체(105)는 주회로에 연결되고, 고정부 도체(108)는 접지회로에 연결될 수 있다.
진공 인터럽터 외함(111)은 진공 인터럽터(110)의 외형을 이룬다. 진공 인터럽터 외함(111)은 원관 형태로 형성될 수 있으며, 절연재료로 이루어지는 것이 바람직하다. 이러한 절연재료로는 내열, 내압성이 우수한 세라믹 등이 사용될 수 있다.
진공 인터럽터(110)의 외함(111)은 세라믹 등 고온, 고열에 견딜 수 있고 전기 절연 성능이 우수한 재질로 형성된다. 진공 인터럽터(110)의 진공 인터럽터 외함(111)은 관 형태로 형성될 수 있다. 진공 인터럽터(110)의 외함(111) 내부는 진공으로 충전된다.
실시예에 따라서는 진공 인터럽터 외함(111)은 상부 용기(예를 들면, 가동부측 용기, 좁은 의미에서의 111)와 하부 용기(예를 들면. 고정부측 용기, 112)로 나누어질 수 있다. 진공 인터럽터 외함(111) 내부에 제1 전극(140)과 제2 전극(130)을 수용하게 된다.
진공 인터럽터(110)의 고정부를 설명하기로 한다.
진공 인터럽터 외함(111)의 하단부에는 고정부 엔드 플레이트(151)가 결합되고, 진공 인터럽터 외함(111)의 상단부에는 가동부 엔드 플레이트(121)가 결합된다. 진공 인터럽터는 진공 인터럽터 외함(111), 고정부 엔트 플레이트(151), 가동부 엔드 플레이트(121)에 의해 밀폐공간을 이루게 된다. 이 밀폐공간의 내부는 진공을 유지하게 된다.
진공 인터럽터(110)의 고정부 외함(112) 측에는 축방향으로 따라 고정 접점 로드(152)가 구비된다. 고정 접점 로드(152)는 일단이 제1 전극(140)에 결합되고, 타단이 고정부 도체(108)에 연결된다.
고정부 엔드 플레이트(151)와 고정부 외함(112) 사이에 고정부 쉴드(153)가 마련될 수 있다.
고정 접점 로드(152)는 일단부에 제1 전극(140)이 접합되며, 타단부는 고정부 도체(108)에 연결된다.
제1 전극(140)이 마련된다. 제1 전극(140)은 고정 접점(141)과 고정 아크 접점(145)으로 구성될 수 있다. 여기서, 제1 전극은 일례로 고정 전극이라고도 할 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니다.
고정 접점(141)은 디스크 형상으로 형성되어 고정부 로드(152)에 결합되어 접지측에 연결될 수 있다. 고정 접점(141)은 도전성 재료로 형성되며, 바람직하게는 무산소동(Oxygen-free Copper)으로 형성될 수 있다.
고정 아크 접점(145)은 제1 전극(141)의 단부에 형성된다. 고정 아크 접점(145)은 크롬동(Cu-Cr)으로 형성될 수 있다. 고정 아크 접점(145)은 가동 아크 접점(135)에 접촉 또는 분리되는 부분이다.
진공 인터럽터(110)의 가동부를 설명하기로 한다.
진공 인터럽터 외함(111)의 가동부 측에는 가동부 엔드 플레이트(121)가 설치된다.
진공 인터럽터(110)의 가동부 측에는 축방향으로 따라 가동 접점 로드(122)가 구비된다. 가동 접점 로드(122)는 일단이 제2 전극(130)에 결합되고, 타단이 가동부 로드(107)에 연결된다. 조작부 또는 구동부(103)의 힘을 받아 가동 접점 로드(122)가 움직이면 제2 전극(130)은 가동 접점 로드(122)와 함께 직선 이동한다.
가동 접점 로드(122)에는 종축 방향을 따라 보조 전극(160)이 삽입될 수 있는 보조 전극 로드 관통홀(124)이 형성된다.
제2 전극(130)이 제1 전극(140)에 접촉하면 회로가 통전된다. 즉, 접지 회로에 연결된다. 제2 전극(130)이 제1 전극(140)으로부터 분리되면 접지 회로는 차단된다.
가동부 엔드 플레이트(121)와 진공 인터럽터 외함(111) 사이에 가동부 쉴드(123)가 마련될 수 있다. 가동부 쉴드(123)는 진공 인터럽터(110)의 내부 기밀성을 유지하고 절연 파괴를 방지하도록 한다.
가동부 엔드 플레이트(121)의 중앙부에는 관통홀이 형성되어, 가동 접점 로드(122) 및 벨로우즈 가이드(126)가 삽입될 수 있다.
가동 접점 로드(122)는 일단부에 가동 접점(131)이 접합되며, 타단부는 가동부 로드(107)에 연결된다. 가동 접점 로드(122)는 구동부(103)의 구동력을 받아 상하 운동하며 제2 전극(130)을 제1 전극(140)에 접촉 또는 분리시키게 된다.
벨로우즈(125)가 가동 접점 로드(122)의 주변에 설치된다. 벨로우즈(125)의 일단은 가동부 엔드 플레이트(121)에 고정적으로 결합되며, 벨로우즈(125)의 타단은 가동 접점 로드(122)에 결합되어 가동 접점 로드(122)와 함께 움직이게 된다. 벨로우즈(125)에 의해 진공 인터럽터 내부의 진공 밀폐성이 유지된다. 즉, 가동 접점 로드(122)의 움직임에 따라서 가동 접점 로드(122)와 가동부 엔드 플레이트(121) 사이에 진공이 파괴더더라도 벨로우즈(125)에 의해 차폐되므로 진공 인터럽터의 내부는 진공이 유지된다.
가동 접점 로드(122)에는 벨로우즈(125)를 일부 감싸는 벨로우즈 쉴드(127)가 구비될 수 있다. 벨로우즈 쉴드(127)가 벨로우즈(125) 주변에 설치될 수 있다. 벨로우즈 쉴드(127)는 차단시 발생하는 금속증기로부터 벨로우즈(125)을 보호하게 된다.
벨로우즈 가이드(126)가 가동부 엔드 플레이트(121)의 중심부 관통홀에 삽입 설치된다. 벨로우즈 가이드(126)는 플랜지형 관체로 형성될 수 있다. 즉, 벨로우즈 가이드(126)는 플랜지부와 몸체부로 구성될 수 있다.
벨로우즈 가이드(126)의 플랜지부와 몸체부의 내주면은 단일하게 형성될 수 있다. 벨로우즈 가이드(126)의 플랜지부는 가동부 엔드 플레이트(121)의 관통홀 외측면에 접촉하도록 설치된다. 벨로우즈 가이드(126)의 몸체부는 가동부 엔드 플레이트(121)의 관통홀 내부로 삽입되어 가동 접점 로드(122)를 감싸도록 설치된다.
제2 전극(130)이 마련된다. 제2 전극(130)은 가동 접점(131)과 가동 아크 접점(135)으로 구성될 수 있다. 여기서, 제2 전극은 일례로 가동 전극이라고도 할 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니다.
가동 접점(131)의 중앙부에는 가동부 측으로 로드 결합홀(132)이 소정 길이(깊이)로 형성된다. 로드 결합홀(132)은 가동부 로드(122)가 결합될 수 있는 직경으로 형성된다.
가동 접점(131)의 중앙부에는 중앙부에 보조 전극 제1 관통홀(133)이 소정 길이로 형성된다. 보조 전극 제1 관통홀(133)은 로드 결합홀(132)로부터 타단부(가동 아크 접점이 결합되는 면)까지 이어지는 길이로 형성된다.
가동 접점(131)의 고정부 측에는 가동 아크 접점(135)이 결합된다. 가동 아크 접점(135)은 크롬-동(Cu-Cr)으로 형성될 수 있다. 가동 아크 접점(135)은 고정 아크 접점(145)에 접촉 또는 분리되는 부분이다.
가동 아크 접점(135)의 중앙부에는 보조 전극 제2 관통홀(136)이 형성된다. 보조 전극 제2 관통홀(136)은 보조 전극 제1 관통홀(133)으로부터 연통된다.
보조 전극 제1 관통홀(133) 또는 보조 전극 제2 관통홀(136) 내에는 보조 전극 지지대(165)가 구비된다. 보조 전극 지지대(165)는 절연 재질로 형성되는 것이 바람직하다. 보조 전극 지지대(165)는 보조 전극(160)을 고정 지지한다.
제2 전극(130)에 보조 전극(160)이 구비된다. 여기서, 보조 전극은 침 전극(針電極; needle electrode)으로 구성될 수 있다. 보조 전극(160)은 텅스텐 등 순간적인 전압 발생이 유리한 재질로 제작되는 것이 바람직하다. 보조 전극(160)은 고전압 신호 발생부(200)로부터 전류 신호(current signal)를 받아 순간적으로 고전압을 발생시킨다.
이에 따라, 가동 아크 접점(135)과 고정 아크 접점(145) 사이에 전류가 흐른다. 이는 가동 아크 접점(135)과 고정 아크 접점(145)이 기계적으로 접촉하기 이전에 제2 전극(130)과 제1 전극(140)이 전류적으로 연결되도록 한다. 따라서, 사고 전류는 제2 전극(130) 및 제1 전극(140)을 거쳐 접지부(300)로 빠져나가게 된다. 도 8에 이러한 상태가 잘 나타나 있다.
도 9에는 전통적인 방식에 따라 제2 전극(130)이 제1 전극(140)에 접촉하여 투입이 된 상태가 나타나 있다. 진공 인터럽터(110)의 접점부의 기계적 투입이 완료되어 접지 회로에는 전류가 더 빠르게 빠져나간다.
도 11에는 본 발명의 일 실시예에 따른 고속 투입 스위치 시스템의 블럭도가 도시되어 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 고속 투입 스위치 시스템의 작용 과정을 설명하기로 한다.
사고 전류 감지부(180)가 마련된다. 이는 종래 차단기나 GIS 등에 적용되는 사고 전류 검출 유닛이 적용될 수 있다. 이러한 사고 전류 검출 유닛은 열감지 방식이나 유도 전류 감지 방식 등이 적용될 수 있다.
사고 전류 감지부(180)는 사고 전류가 검출되는 경우, 트립 구동부(102) 및 고전압 신호 발생부(200)에 기계적 신호 또는 전기적 신호를 보낸다.
트립 구동부(102)가 마련된다. 트립 구동부(102)는 사고 전류 감지부(180)의 작용에 따라 연동하여 움직이며 가동부를 동작시켜 종국적으로는 제2 전극(130)을 제1 전극(140) 방향으로 이동시킨다.
고전압 신호 발생부(200)가 마련된다. 고전압 신호 발생부(200)는 사고 전류 감지부(180)의 신호를 받아 매우 짧은 펄스의 고전압 신호를 발생시킨다.
고전압 신호 발생부(200)는 보조 전극(160)에 고전압이 발생하도록 하여, 제2 전극(130)과 제1 전극(140) 사이에 절연이 파괴되어 전류가 흐르도록 한다. 이에 따라, 사고 전류는 가동 아크 접점(135)과 고정 아크 접점(145)이 기계적으로 접촉하기 이전에 먼저 전기적으로 연결되어 사고 전류 배출 경로(접지 경로)를 만든다.
본 발명의 일 실시예에 따른 고속 접지 스위치에 의하면, 보조 전극이 마련되어 제2 전극과 제1 전극이 기계적으로 접촉하기 이전에 전기적으로 연결되는 접지 경로를 형성한다. 따라서, 보다 신속하게 사고 전류의 배출이 가능하다.
한편, 별도로 도시하지는 않았으나, 본 발명의 다른 실시예로 보조 전극이 제2 전극에 설치될 수도 있다.
도 10에 본 발명의 다른 실시예에 따른 고속 투입 스위치의 진공 인터럽터가 도시되어 있다.
이전 실시예와 동일한 부분에 대해서는 설명을 생략하기로 한다.
이 실시예에서, 보조 전극(160)은 가동 아크 접점(135)의 상부면(접촉면)으로부터 돌출 연장된다. 이는 보조 전극(160)이 고정 아크 접점(145)에 대한 전압 발생을 유리하게 하도록 한다.
고정 아크 접점(145)의 중앙부에는 유격홈(146)이 형성된다. 유격홈(146)이 형성되므로, 가동 아크 접점(135)이 고정 아크 접점(145)에 접촉하더라도 가동 아크 접점(135)으로부터 돌출되어 있는 보조 전극(160)은 고정 아크 접점(145)에 충돌하지 않는다. 이를 위해, 유격홈(146)의 깊이는 보조 전극(160)의 돌출된 길이보다 깊게 형성되는 것이 바람직하다.
도 11에는 본 발명의 일 실시예에 따른 고속 투입 스위치 시스템의 블럭도가 도시되어 있다. 도 12에는 본 발명의 일 실시예에 따른 고속 투입 스위치의 제어 방법의 순서도가 도시되어 있다. 도 6 내지 12를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 고속 투입 스위치의 제어 방법을 설명하기로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 고속 투입 스위치의 제어 방법은 사고 전류 감지부(180)가 주회로 내의 사고 전류를 감지하는 단계 (S10); 상기 사고 전류 감지부(180)가 트립 구동부(102) 및 고전압 신호 발생부(200)에 기계적 신호 및 전기적 신호를 전달하는 단계 (S20); 상기 고전압 신호 발생부(200)의 전기적 신호에 의해 보조 전극(160)에 고전압이 발생하는 단계 (S30); 및 사고 전류 감지부(180)의 기계적 신호에 의해 진공 인터럽터(110)의 제2 전극(130)이 움직여 제1 전극(140)에 접촉하는 단계 (S40);를 포함한다.
사고 전류 감지부(180)가 주회로 내의 사고 전류를 감지하는 단계 (S10)는 주회로 내에 사고 전류가 발생하는 경우 사고 전류를 검출하는 단계이다.
사고 전류 감지부(180)는 종래 차단기나 GIS 등에 적용되는 사고 전류 검출 유닛이 적용될 수 있다. 이러한 사고 전류 검출 유닛은 열감지 방식이나 유도 전류 감지 방식 등이 적용될 수 있다.
사고 전류 감지부(180)가 트립 구동부(102) 및 고전압 신호 발생부(200)에 기계적 신호 및 전기적 신호를 전달하는 단계 (S20)에서는, 사고 전류 감지부(180)가 트립 구동부(102)에 기계적 트립 작동 신호를 보내고, 고전압 신호 발생부(200)에 전기적 신호를 보낸다.
상기 고전압 신호 발생부(200)의 전기적 신호에 의해 보조 전극(160)에 고전압이 발생하는 단계 (S30)에서는 고전압 신호 발생부(200)에서 보조 전극(160)에 매우 짧은 펄스의 전기적 신호를 보낸다. 이에 의해, 보조 전극(160)에는 고전압 전류가 발생한다. 이에 따라, 가동 아크 접점(135)과 고정 아크 접점(145) 사이에 절연이 파괴되고 전류가 흐르게 된다. 즉, 사고 전류는 가동 아크 접점(135)과 고정 아크 접점(145)이 기계적으로 접촉하기 이전에 먼저 전기적으로 연결되어 사고 전류 배출 경로(접지 경로)를 만든다.
상기 사고 전류 감지부(180)의 기계적 신호에 의해 진공 인터럽터(110)의 제2 전극(130)이 움직여 제1 전극(140)에 접촉하는 단계 (S40)에서는 사고 전류 감지부(180)가 트립 구동부(102)에 기계적 신호를 보낸다. 트립 구동부(102)가 작동하여 진공 인터럽터(110)의 제2 전극(130)이 움직여서 제1 전극(140)에 접촉한다. 진공 인터럽터(110)는 전통적인 방식으로 전극 상이에 기계적 접촉이 일어나 사고 전류를 접지부(300)로 내보낸다.
이상에서 설명한 실시예들은 본 발명을 구현하기 위한 최선의 실시 상태를 예시하고 있는 것들로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서 이들 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것들에 지나지 않는다. 그러므로 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니라는 사실을 이해하여햐 한다. 즉, 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.
100 접지 유닛
101 접지 외함
102 트립 구동부
105 가동부 도체
108 고정부 도체
110 진공 인터럽터
111 외함
122 가동 접점 로드
124 보조 전극 로드 관통홀
130 제2 전극
131 가동 접점
132 로드 결합홀
133 보조 전극 제1 관통홀
135 가동 아크 접점
136 보조 전극 제2 관통홀
140 제1 전극
141 고정 접점
145 고정 아크 접점
160 보조 전극
165 보조 전극 지지대
180 사고 전류 감지부
200 고전압 신호 발생부
300 접지부

Claims (12)

  1. 외함;
    상기 외함 내부에 설치되는 제1 전극;
    상기 외함 내부에 이동 가능하게 설치되어, 구동부의 동력을 받아 상기 제1 전극에 접촉 또는 분리되는 제2 전극;
    상기 제1 전극 또는 제2 전극 중에서 어느 하나의 전극에 구비되는 보조 전극; 및
    상기 보조 전극에 고전압을 제공하는 고전압 발생 장치;를 포함하는 고속 투입 스위치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 구동부와 제2 전극 사이에는 가동 접점 로드가 구비되고, 상기 가동 접점 로드에는 상기 보조 전극이 삽입되는 보조 전극 로드 관통홀이 형성되는 것을 특징으로 하는 고속 투입 스위치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제2 전극은 서로 면결합되는 가동 접점과 가동 아크 접점을 포함하고, 상기 구동부가 연결되는 상기 가동 접점에는 상기 보조 전극이 삽입되는 보조 전극 제1 관통홀이 형성되는 것을 특징으로 하는 고속 투입 스위치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 가동 아크 접점에는 상기 보조 전극이 삽입되는 보조 전극 제2 관통홀이 형성되는 것을 특징으로 하는 고속 투입 스위치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 보조 전극 제1 관통홀 또는 보조 전극 제2 관통홀에는 상기 보조 전극을 지지하는 보조 전극 지지대가 구비되는 것을 특징으로 하는 고속 투입 스위치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 보조 전극 지지대는 절연 재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 고속 투입 스위치.
  7. 제3항에 있어서, 상기 보조 전극은 상기 가동 아크 접점의 외부로 돌출되는 것을 특징으로 하는 고속 투입 스위치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 제1 전극은 서로 면결합되는 고정 접점과 고정 아크 접점을 포함하고, 상기 가동 아크 접점에 대향 배치되는 상기 고정 아크 접점에는 상기 보조 전극이 삽입 가능한 유격홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 고속 투입 스위치.
  9. 제1항에 있어서, 상기 외함은 진공으로 충전되는 것을 특징으로 하는 고속 투입 스위치.
  10. 제1항에 있어서, 상기 보조 전극은 침 전극인 것을 특징으로 하는 고속 투입 스위치.
  11. 사고 전류 감지부가 주회로 내의 사고 전류를 감지하는 단계;
    상기 사고 전류 감지부가 트립 구동부 및 고전압 신호 발생부에 기계적 신호 및 전기적 신호를 전달하는 단계;
    상기 고전압 신호 발생부의 전기적 신호에 의해 진공 인터럽터의 제2 전극에 구비된 보조 전극에 고전압이 발생하는 단계; 및
    상기 사고 전류 감지부의 기계적 신호에 의해 상기 진공 인터럽터의 제2 전극이 움직여 상기 진공 인터럽터의 제1 전극에 접촉하는 단계를 포함하는 고속 투입 스위치의 제어 방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 보조 전극에 고전압이 발생하는 단계는 상기 진공 인터럽터의 제2 전극과 제1 전극 사이의 절연이 파괴되어 전류가 흐르는 단계를 포함하는 고속 투입 스위치의 제어 방법.
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