KR20240018964A - 진공 인터럽터 및 이를 포함하는 진공 차단기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 진공 인터럽터 및 이를 포함하는 진공 차단기에 관한 것으로, 중공 형상의 몸체와, 상기 몸체의 일측의 개구된 부분을 덮도록 단부에 설치되며 중앙에 관통홀이 형성된 가동측 플랜지와, 상기 관통홀에 삽입되고 단부에는 가동접점이 배치된 가동로드와, 상기 몸체의 타측의 개구된 부분을 덮도록 단부에 설치되며 중앙에 고정홀이 형성된 고정측 플랜지와, 상기 고정홀에 삽입되고 단부에는 고정접점이 배치된 고정로드와, 상기 몸체의 내부에 배치되고 상기 가동접점과 상기 고정접점의 접점시 발생하는 아크의 증기인 전극물질을 흡착하는 쉴드와, 상기 가동측 플랜지와 상기 가동로드 사이에 배치되고, 상기 몸체의 내부를 밀폐하는 벨로우즈 및, 상기 벨로우즈와 상기 가동로드 사이에 배치되고 상기 가동로드의 좌굴 현상을 방지하는 가이드조립체를 포함할 수 있다.

Description

진공 인터럽터 및 이를 포함하는 진공 차단기{VACCUM INTERRUPTER AND VACCUM CIRCUIT BREAKER HAVING THE SAME}

본 발명은 진공 인터럽터 및 이를 포함하는 진공차단기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 벨로우즈가 받는 하중을 분산시켜 벨로우즈가 좌굴(buckling)되거나 크랙(crack)이 발생하는 것을 방지할 수 있는 진공 인터럽터 및 이를 포함하는 진공차단기에 관한 것이다.

일반적으로, 차단기는 전기회로에 있어서 발생 가능한 단락이나 지락 등의 사고시에 이러한 사고전류로부터 부하기기 및 선로를 보호하는 전기 보호기기이다.

차단기는 소호 매질에 따라 기름을 소호 매질로 사용하는 유입 차단기, 불활성기체인 육불화황(SF6) 가스를 이용한 가스 차단기, 공기를 소호 매질로 이용한 기중 차단기, 자기를 이용한 차단기, 진공의 절연내력을 이용한 진공 차단기 등으로 구분된다.

현재 대부분의 전력기기 제품은 아크 소호 및 절연 성능이 우수한 육불화황 가스를 절연매질로 사용하고 있는 실정이다. 그러나, 육불화황 가스는 온실효과가 이산화탄소의 23900배에 달해 교토 의정서에 의해 지구 온난화 가스로 지정되어 전세계적으로 사용 규제가 이루어지고 있는 추세이다. 국내 또한 이러한 육불화황 가스를 대체할 수 있는 환경 친화적 전력기기 제품 개발이 활발히 이루어지고 있으며 이러한 환경 친화적 전력기기 제품의하나로 진공 차단기의 수요가 급증하고 있는 실정이다.

특히 전력기기의 친환경화에 맞물려 초고압 차단기 및 개폐장치 분야에도 진공차단기술을 이용한 제품이 상용화되고 있으며, 향후 170kV급 차단부까지 진공인터럽터를 적용한 차단기의 사용이 확대될 전망이다.

일반적으로 진공 차단기(vacuum circuit breaker)는 정상부하시 회로를 개폐하거나 또는 고장전류 발생시 회로를 차단하여 회로를 보호하는 기기로서, 차단 동작에서 발생하는 아크를 진공용기 내에서 소호시켜 신속하게 회로를 분리시키는 회로 및 기기 보호용 기기이다. 진공차단기는 내부에 진공 인터럽터를 구비하며, 상기 진공 인터럽터의 내부는 진공이다.

최근에는 진공 차단기의 용량이 증가하면서 진공 인터럽터의 사이즈 및 가동부의 스트로크가 매우 길어지게 된다. 이때, 고용량의 매우 긴 벨로우즈를 사용하게 되면 좌굴 현상 즉, 버클링 현상이나 크렉이 발생할 수 있고, 고진공 상태인 진공 인터럽터 내부 압력에 의해 벨로우즈가 외측으로 팽창하는 현상이 발생할 수 있다.

한국특허등록번호 제10-2340481호

본 발명은 상기와 같이 관련 기술분야의 과제를 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 벨로우즈가 받는 하중을 분산시켜 벨로우즈가 좌굴(buckling)되거나 크랙(crack)이 발생하는 것을 방지할 수 있는 진공 인터럽터 및 이를 포함하는 진공차단기를 제공하는 데에 있다.

상기와 같은 목적들을 달성하기 위한 본 발명은 진공차단기에 관한 것으로, 중공 형상의 몸체; 상기 몸체의 일측의 개구된 부분을 덮도록 단부에 설치되며, 중앙에 관통홀이 형성된 가동측 플랜지; 상기 관통홀에 삽입되고 단부에는 가동접점이 배치된 가동로드; 상기 몸체의 타측의 개구된 부분을 덮도록 단부에 설치되며, 중앙에 고정홀이 형성된 고정측 플랜지; 상기 고정홀에 삽입되고 단부에는 고정접점이 배치된 고정로드; 상기 몸체의 내부에 배치되고, 상기 가동접점과 상기 고정접점의 접점시 발생하는 아크의 증기인 전극물질을 흡착하는 쉴드; 상기 가동측 플랜지와 상기 가동로드 사이에 배치되고, 상기 몸체의 내부를 밀폐하는 벨로우즈; 및 상기 벨로우즈와 상기 가동로드 사이에 배치되고, 상기 가동로드의 좌굴 현상을 방지하는 가이드조립체;를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에서는 상기 가이드조립체는, 상기 벨로우즈와 상기 가동로드 사이에 배치되고, 상기 가동로드에 복원력을 인가하는 탄성체;를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에서는 상기 가이드조립체는, 상기 탄성체에 연결되고, 상기 가동로드의 외측 둘레를 감싸며 배치되는 가이드바디; 및 상기 가이드바디의 내측에 형성되고, 상기 가동로드가 관통하며 배치되는 센터홀;을 더 포함하되,상기 탄성체는 상기 가이드바디에 복원력을 인가할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에서는 상기 가이드조립체는, 상기 센터홀의 내측 둘레에 복수개가 배치되고, 상기 가동로드의 승강이동시 상기 센터홀과 상기 가동로드간의 마찰을 방지하는 구름볼;을 더 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에서는 상기 가이드조립체는, 상기 벨로우즈와 상기 가동로드 사이에 소정 간격을 두고 복수개가 배치될 수 있다.

본 발명은 진공 차단기에 관한 것으로, 절연 매체가 충전된 접지 탱크; 상기 접지 탱크의 내부에 수납되는 상기 진공 인터럽터; 및 상기 진공 인터럽터의 고정로드에 연결되는 고정측 도체; 상기 진공 인터럽터의 가동로드에 연결되는 가동측 도체; 상기 가동로드와 절연로드를 통해 연결되고, 상기 가동로드를 승강시키는 구동부; 및 상기 접지 탱크의 내측에서 돌출 형성되어 상기 가동로드의 외측면에 접촉되며, 상기 가동로드의 위치를 고정하는 위치고정부재;를 포함할 수 있다.

본 발명에 따르면, 진공 인터럽터에 있어서 가동리드와 벨로우즈간에 탄성체를 배치함으로써, 진공차단기 작동 중 벨로우즈가 받는 하중을 분산시켜 벨로우즈가 좌굴되거나 또는 크랙이 발생되는 것을 완화할 수 있다.

또한 이는 고진공 상태인 진공 인터럽터의 내부 압력에 의해 벨로우즈가 진공차단기의 외측으로 팽창하는 현상 또한 완화할 수 있다.

이는 궁극적으로 진공차단기의 사용연한을 향상하고 유지/보수 기간을 연장하는 효과를 기대할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 진공 인터럽터의 구조를 나타낸 측단면도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 가이드조립체의 구조를 나타낸 측단면도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 진공 차단기의 구조를 나타낸 측단면도.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

본 발명의 실시예를 설명하기 위한 도면에 개시된 형상, 크기, 비율, 각도, 개수 등은 예시적인 것이므로 본 발명이 도시된 사항에 한정되는 것은 아니다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다. 본 명세서 상에서 언급된 '포함한다', '갖는다', '이루어진다' 등이 사용되는 경우 '~만'이 사용되지 않는 이상 다른 부분이 추가될 수 있다. 구성 요소를 단수로 표현한 경우에 특별히 명시적인 기재 사항이 없는 한 복수를 포함하는 경우를 포함한다.

구성 요소를 해석함에 있어서, 별도의 명시적 기재가 없더라도 오차 범위를 포함하는 것으로 해석한다.

위치 관계에 대한 설명일 경우, 예를 들면, '~상에', '~상부에', '~하부에', '~옆에' 등으로 두 부분의 위치 관계가 설명되는 경우, '바로' 또는 '직접'이 사용되지 않는 이상 두 부분 사이에 하나 이상의 다른 부분이 위치할 수도 있다.

비록 제1, 제2 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않는다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있다.

명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 도시된 것이며, 본 발명이 도시된 구성의 크기 및 두께에 반드시 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 여러 실시예들의 각각 특징들이 부분적으로 또는 전체적으로 서로 결합 또는 조합 가능하며, 당업자가 충분히 이해할 수 있듯이 기술적으로 다양한 연동 및 구동이 가능하며, 각 실시예들이 서로에 대하여 독립적으로 실시 가능할 수도 있고 연관 관계로 함께 실시 가능할 수도 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시 예를 상세하게 설명하기로 한다. 이하에서 설명하는 복수의 실시예들은 서로 상충되지 않는 한 중복하여 적용될 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 따른 진공 인터럽터 및 이를 포함하는 진공차단기의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하도록 한다.

도 1을 참고하면, 본 발명의 진공 인터럽터(100)는 몸체(110), 가동측 플랜지(120), 고정측 플랜지(140), 가동로드(130), 고정로드(150), 벨로우즈(180) 및 가이드조립체(170)를 포함할 수 있다.

몸체(110)는 중공 형상으로 형성되어 양측이 개구되고, 내부에는 고정접점(151)을 갖는 고정로드(150)와 가동접점(131)을 갖는 가동로드(130)가 배치되고, 진공 상태를 유지할 수 있는 절연체 용기로 구성된다.

특히, 몸체(110)는 전기절연성 및 내열성이 우수한 세라믹 등의 재료를 이용하여 원통형으로 형성될 수 있다.

몸체(110)의 개구된 양측에는 각각 가동측 플랜지(120)와 고정측 플랜지(140)가 결합되어 밀폐되어 내부가 진공상태로 유지되고, 몸체(110)의 내측에는 내측 중앙에 아크의 증기인 전극물질을 흡착하기 위한 쉴드(111)가 설치될 수 있다.

쉴드(111)는 고정접점(151)과 가동접점(131)이 이격될 때 고정접점(151)과 가동접점(131) 간에 발생하는 아크의 증기를 흡착하여 소호시킴으로써 아크가 몸체(110)로 전이되는 것을 차단한다.

또한 몸체(110)의 일측을 덮는 고정측 플랜지(140)와 타측을 덮는 가동측 플랜지(120)가 각각 마련되어 몸체(110)에 결합되어 밀폐시킨다.

이러한 고정측 플랜지(140)는 중앙에 고정로드(150)가 삽입되어 고정되는 고정홀(141)이 형성되고, 가동측 플랜지(120)는 중앙에 가동로드(130)가 삽입되어 관통하는 관통홀(121)이 형성된다.

고정로드(150)는 단부에 고정접점(151)이 마련되고, 후술할 고정측 도체(220)와 연결되어 통전 경로를 제공받으며, 고정측 플랜지(140)의 고정홀(141)에 삽입되며 몸체(110)에 고정되어 고정된 상태를 유지한다.

가동로드(130)는 단부에 고정접점(151)과 마주보는 가동접점(131)이 마련되고, 후술할 가동측 도체(230)와 연결되어 통전 경로를 제공받으며, 가동측 플랜지(120)의 관통홀(121)에 삽입되어 몸체(110)의 길이방향으로 작동한다.

이러한 가동로드(130)가 몸체(110)의 길이방향으로 작동하여 고정접점(151)에 가동접점(131)이 접촉되거나 비접촉되어 전기적으로 통전되거나 차단된다.

즉, 가동로드(130)가 몸체(110)의 길이방향으로 작동하여 고정접점(151) 측으로 이동하여 고정접점(151)에 가동접점(131)이 접촉하는 위치가 진공 인터럽터(100)의 '폐로 위치'이며, 가동로드(130)가 몸체(110)의 길이방향으로 작동하여 고정접점(151)측의 반대측으로 이동하여 고정접점(151)에서 가동접점(131)이 이격되는 위치가 진공 인터럽터(100)의 '개로 위치'이다.

벨로우즈(180)는, 가동로드(130)의 외주면에서 가동측 플랜지(120)의 몸체(110)측 면인 내측면 사이에 삽입 고정되어 가동로드(130)의 작동에 따라 접혔다 펼쳐질 수 있다.

이러한 벨로우즈(180)는 가동로드(130)와 가동측 플랜지(120) 사이를 기밀하게 연결하는 동시에 가동로드(130)의 몸체(110)의 길이방향 이동을 허용한다.

도면으로 도시하지는 않았으나, 본 발명에서는 가동로드(130)에 결합되어 벨로우즈(180)를 보호하기 위해 마련되는 벨로우즈 쉴드도 구비될 수 있다.

이러한 벨로우즈 쉴드는 벨로우즈(180)의 외측에서 이격된 위치에 구비되며, 전류차단 시에 발생하는 금속 용융물로부터 벨로우즈(180)를 보호하기 위해 마련될 수 있다.

도 1 및 도 2를 참고하면, 가이드조립체(170)는 벨로우즈(180)와 가동로드(130) 사이에 배치되며, 벨로우즈(180)가 좌굴되는 현상을 방지할 수 있다.

이러한 가이드조립체(170)는 탄성체(171), 가이드바디(172), 센터홀(173) 및 구름볼(174)을 포함할 수 있다.

가이드바디(172)는 링 형상일 수 있으며, 내측에는 가동로드(130)가 관통하며 배치될 수 있도록 센터홀(173)이 형성될 수 있다.

구름볼(174)은 센터홀(173)의 내측 둘레에 배치될 수 있으며, 구름볼(174)은 가동로드(130)가 승강할 때, 가이드바디(172)와 가동로드(130)간의 마찰을 방지하고, 가동로드(130)의 상하이동을 원활하게 할 수 있다.

탄성체(171)는 가이드바디(172)의 외측 둘레와 벨로우즈(180)간에 연결되며 배치될 수 있다. 본 발명의 실시예에서 탄성체(171)는 코일스프링일 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

여기서 가이드바디(172)는 복수개가 배치될 수 있으며, 각각의 가이드바디(172)는 탄성체(171)에 의해 벨로우즈(180)에 연결될 수 있다.

가동로드(130)가 승강할 때, 벨로우즈(180)는 접혔다 펼쳐졌다 할 수 있는데, 복수개의 가이드바디(172)는 서로 소정간격으로 이격되어 있으므로, 벨로우즈(180)가 접혀지더라도 서로 간섭되지 않는다.

상기와 같이, 가이드바디(172)가 가동로드(130)의 외측 둘레를 감싸고 있는 상태에서 탄성체(171)가 가이드바디(172)에 복원력을 인가하므로, 가동로드(130)가 좌굴되는 현상을 방지할 수 있다.

도 3를 참고하여 진공 인터럽터(100)를 포함하는 진공 차단기(200)에 대해 아래에 후술한다.

진공 차단기(200)는 접지 탱크(210), 진공 인터럽터(100), 고정측 도체(220), 가동측 도체(230), 구동부(240)로 구성된다.

접지 탱크(210)는 진공 인터럽터(100)를 수납하는 용기이며, 내부에는 절연 가스가 충전된다.

접지 탱크(210)의 일측에는 고정측 지지 애자가 지지되며 타측에는 가동 측 지지 애관이 구비되어 접지 탱크(210)와 진공 인터럽터(100) 사이가 절연되도록 한다.

고정측 도체(220)는 고정로드(150)와 연결되어, 고정로드(150)를 통해 고정접점(151)으로 흐르는 전류 또는 고정접점(151)으로부터 고정로드(150)를 통해 흘러나오는 전류가 통전하는 통전경로를 제공한다.

가동측 도체(230)는 가동로드(130)와 연결되어, 가동로드(130)를 통해 가동접점(131)으로 흐르는 전류 또는 가동접점(131)으로부터 가동로드(130)를 통해 흘러나오는 전류가 통전하는 통전경로를 제공한다.

구동부(240)는 가동로드(130)와 절연로드(250)를 매개로 연결되어 가동로드(130)와 가동접점(131)을 몸체(110)의 길이방향으로 운동시켜 고정접점(151)과 가동접점(131)이 접촉되거나 분리되어 전기적 통전 및 차단되도록 구동된다.

진공 인터럽터(100)는 상술한 구조로 접지 탱크(210) 내부에 수납되고 고정로드(150)와 고정측 플랜지(140)가 고정측 도체(220)와 연결되며 지지애자를 매개로 접지 탱크(210)에 고정된다.

특히, 도시된 진공 인터럽터(100)는 고용량의 차단을 위해 가동로드(130)의 길이가 보다 길게 형성되어 충분한 접점 간의 간격을 확보하며 수평으로 배치되는 초고압용 진공 인터럽터(100)일 수 있다.

이러한 구조로 인하여 진공 인터럽터(100)가 자중으로 인해 처짐 현상이 생길 수 있어서, 접지 탱크(210)에는 진공 인터럽터(100)를 지지해주기 위한 위치고정부재(260)가 마련될 수 있다.

위치고정부재(260)는 접지 탱크(210)의 내측에서 돌출 형성되고 관통부(261)가 형성되어, 관통부(261)를 통해 가동로드(130)가 상하로 관통되며 배치될 수 있다. 이를 통해 가동로드(130)의 외주면을 지지할 수 있다. 이때 위치고정부재(260)는 절연 처리될 수 있다.

이상의 사항은 진공 인터럽터 및 이를 포함하는 진공차단기의 특정한 실시예를 나타낸 것에 불과하다.

따라서 이하의 청구범위에 기재된 본 발명의 취지를 벗어나지 않는 한도내에서 본 발명이 다양한 형태로 치환, 변형될 수 있음을 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 용이하게 파악할 수 있다는 점을 밝혀 두고자 한다.

100:진공 인터럽터
110:몸체 111:쉴드
120:가동측 플랜지 121:관통홀
130:가동로드 131:가동접점
140:고정측 플랜지 141:고정홀
150:고정로드 151:고정접점
170:가이드조립체 171:탄성체
172:가이드바디 173:센터홀
174:구름볼 180: 벨로우즈
200:진공 차단기 210:접지 탱크
220:고정측 도체 230:가동측 도체
240:구동부 250:절연로드
260:위치고정부재

Claims (6)

1. 중공 형상의 몸체;
   상기 몸체의 일측의 개구된 부분을 덮도록 단부에 설치되며, 중앙에 관통홀이 형성된 가동측 플랜지;
   상기 관통홀에 삽입되고 단부에는 가동접점이 배치된 가동로드;
   상기 몸체의 타측의 개구된 부분을 덮도록 단부에 설치되며, 중앙에 고정홀이 형성된 고정측 플랜지;
   상기 고정홀에 삽입되고 단부에는 고정접점이 배치된 고정로드;
   상기 몸체의 내부에 배치되고, 상기 가동접점과 상기 고정접점의 접점시 발생하는 아크의 증기인 전극물질을 흡착하는 쉴드;
   상기 가동측 플랜지와 상기 가동로드 사이에 배치되고, 상기 몸체의 내부를 밀폐하는 벨로우즈; 및
   상기 벨로우즈와 상기 가동로드 사이에 배치되고, 상기 가동로드의 좌굴 현상을 방지하는 가이드조립체;
   를 포함하는, 진공 인터럽터.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 가이드조립체는,
   상기 벨로우즈와 상기 가동로드 사이에 배치되고, 상기 가동로드에 복원력을 인가하는 탄성체;
   를 포함하는, 진공 인터럽터
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 가이드조립체는,
   상기 탄성체에 연결되고, 상기 가동로드의 외측 둘레를 감싸며 배치되는 가이드바디; 및
   상기 가이드바디의 내측에 형성되고, 상기 가동로드가 관통하며 배치되는 센터홀;을 더 포함하되,
   상기 탄성체는 상기 가이드바디에 복원력을 인가하는, 진공 인터럽터.
   
4. 제3항에 있어서,
   상기 가이드조립체는,
   상기 센터홀의 내측 둘레에 복수개가 배치되고, 상기 가동로드의 승강이동시 상기 센터홀과 상기 가동로드간의 마찰을 방지하는 구름볼;
   을 더 포함하는, 진공 인터럽터.
   
5. 제4항에 있어서,
   상기 가이드조립체는, 상기 벨로우즈와 상기 가동로드 사이에 소정 간격을 두고 복수개가 배치되는, 진공 인터럽터.
   
6. 절연 매체가 충전된 접지 탱크;
   상기 접지 탱크의 내부에 수납되는 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항의 진공 인터럽터; 및
   상기 진공 인터럽터의 고정로드에 연결되는 고정측 도체;
   상기 진공 인터럽터의 가동로드에 연결되는 가동측 도체;
   상기 가동로드와 절연로드를 통해 연결되고, 상기 가동로드를 승강시키는 구동부; 및
   상기 접지 탱크의 내측에서 돌출 형성되어 상기 가동로드의 외측면에 접촉되며, 상기 가동로드의 위치를 고정하는 위치고정부재;
   를 포함하는 진공 차단기.