KR860001452B1

KR860001452B1 - 진공 차단기

Info

Publication number: KR860001452B1
Application number: KR8204398A
Authority: KR
Inventors: 다가 미쓰 사노; 요시 유기 가시와기; 자와히 후미 야나기
Original assignee: 이마이 마사오; 가부시기 가이샤 메이덴샤
Priority date: 1981-10-03
Filing date: 1982-09-29
Publication date: 1986-09-25
Also published as: EP0076659A1; DE3272338D1; KR840001765A; US4471184A; EP0076659B1

Abstract

내용 없음.

Description

진공 차단기

제1도는 본 발명에 의한 진공 차단기의 종단면도이다.

제2도는 본 발명에 의한 전극의 확대사시도이다.

제3도는 본 발명에 의한 전극의 실시에의 확대사시도이다.

제4도는 본 발명에 의한 진공 차단기의 타의 실시예의 종단면도이다.

제5도는 제4도에 표시한 전극의 평면도이다.

제6도는 제4도에 있어서의 집합전극의 종단면도이다.

제7도는 제4도에 표시한 집합전극의 타의 실시예의 종단면도이다.

본 발명은 진공 차단기에 관한 것으로 특히 개폐서어지 중에서 다중 재점호 서어지(Mmulti Reignition Surge)와, 이것에 의해 유발되는 3상 동시 차단에 따르는 서어지(이하 3상 동시 차단 서어지라 한다)의 발생을 방지하는 진공 차단기의 전극에 관한 것이다.

일반적으로 진공 차단기의 전극을 구비할 조건은, 예를 들면 미국특허 명세서 제3818163호 및 제3960554호에서와 같이

1. 정적내구 전압치가 클 것

2. 차단 전류용량이 클 것

3. 통전 용량이 클 것

4. 접점표면이 용착됨이 없이 용이하게 분리될 것

5. 개폐 서어지 발생시, 이상 전압에 견딜 수 있을 것

6. 전기적 및 기계적 수명이 길 것 등이다.

그런데, 개폐 서어지의 메카니즘에 관한 연구가 진행된 결과, 개폐 서어지에는 종래부터 알려져 있는 최단 서어지 및 재점호 서어지 이외에 다중 재점호 서어지 및 3상 동시차단 서어지가 포함되어 있음이 밝혀졌다. 상기한 다중 재점호 서어지는 진공 차단기의 전류차단에 의해 회복되는 극간 절연내구력과 전류의 차단 직후에, 극의 사이로 나타나는 재기전압과의 경합에 의해 점호(Ingition)및 소멸(Extinction)을 교대로 반복하고, 그것에 의해 국간 전압이 차차로 높아지는 현상인 것이다. 상술한 서어지는 이하에 기술하는 세기의 경우에 발생한다.

첫째, 회로에 흐르는 고주파전류(상용주파전류50~60KHz에서 1000KHz의 전류까지 예를 들어 200KHz의 전류)를 그 영점에서 차단하는 고주파 소멸일 때, 둘째, 방전시간이 불충분한 상태로 전류 최단이 발생할 때, 셋째, 상용주파전류의 0점 앞 부근에서 극이 개방된 다음 그 영점에서 즉시로 소멸이 행하여질 때이다.

그리고 상기한 3상 동시차단 서어지는 3상 회로중의 1상 회로에서 다중 재점호 서어지가 발생하면 그 점호에 의해 고주파 전류가 위상간의 임피이던스를 통하여 다른 2상의 회로로 흘러서 이들 2상 회로의 상용주파전류를 상쇄하여 적어도 1상 회로에 강제적으로 전류 영점을 만들고 이들 전류 영점에 의해 3상 회로가 동시에 차단되는 현상이다.

상기한 3상 동시차단 서어지는 최단 전류보다 큰 전류 또는 상용주파 전류를 그들의 전류파 고치로써 최단한 결과 생기는 서어지와 동일한 극히 큰 서어지이다. 그런데 현재 일반적으로 상용되고 있는 진공 차단기의 접점을 위한 금속재료에 의해 구성된 접점을 포함한 전극은 그 자체로 다중재점호 서어지 및 3상 동사차단 서어지로부터 주회로를 보호할 수가 없기 때문에, 이 주회로의 보호는 진공 차단기를 갖춘 개폐 장치내에 구비된 서어지 억제 격자(Suppressor)또는 서어지 흡수기(absorber)에 의해 행해진다.

그러므로 상기한 개폐장치의 전체 형상이 대형화함과 동시에 이 개폐장치에 의한 여러가지 전력장치는 그 회로 보호의 신뢰성이 저하되고 또 개폐장치의 제조원가가 증대하는 등의 문제가 존재하고 있다. 이들 문제를 해결하기 위하여 다중 재점호 서어지 및 3상 동시차단 서어지의 발생을 방지할 수 있는 전극이 요구되고 있으며, 이에 따라 본 발명의 주요 목적은 전극의 종래 조건을 해치지 않고, 전극자체에 의한 다중 재점호 서어지 및 3상 동시차단 서어지 전압을 발생하지 않는 신규의 진공 차단기를 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 1쌍의 전극을 스윗치 온-오프 동작 가능한 진공용기내에 밀봉한 진공 차단기에 있어서 상기 전극의 적어도 한폭이 중증기압의 금속재료(비등점이 2,700K에서 3,300K(Kelu in)예를 들면 크롬 또는 적어도 90%의 크롬을 함유하는 크롬 합금에 의해 구성되어 있는 전극을 제공함에 있다.

본 발명에 의하면 전극 재료의 성질에 의해 다중 재점호 서어지 및 3상 동시 차단 서어지 전압이 발생하지 않으므로 진공 차단기를 갖춘 개폐장치내에 서어지 흡수기 등을 설치할 필요가 없게 된다. 따라서 개폐 장치의 전체 형상을 작게할 수가 있으므로 회로보호의 신뢰성을 개선할 수 있고 개폐장치의 제조 원가를 낮출 수 있게 된다.

이하 본 발명을 첨부 도면에 따라 상세히 설명한다.

제1도에 표시한 진공 차단기는 유리 또는 세라믹 등으로 된 2개의 절연통(1),(1a)를 사용한 경우를 표시한 것으로 절연통(1),(1a)의 상하단에는 각각 밀봉플랜지금구(2),(2a)가 설치되고, 양절연통(1),(1a)가 연접되는 부위에 설치되는 밀봉 플랜지(2a),(2a)는 그 사이에 시일드 지지금구(11)을 개입시킨 채로 밀봉접합된다. 이렇게 결함된 양절연통(1),(1a)의 양단측 밀봉플랜지(2),(2)에는 금속제의 엔드플레이트(3),(3a)가 밀봉 접합되어, 진공용기(4)를 구성한다.

엔드플레이트(3)의 중앙에는 고정측 전극봉(5)가 관통 고정되고, 전공용기(4)내로 위치하는 이전극봉(5)의 내단에는 고정전극(5a)가 고정 부착된다.

또한 엔드플레이트(3a)의 중앙에도 가동측 전극봉(6)이 관통설치되나, 이 가동측 전극봉(6)은 측방향으로이동 가능하게 설치되고 진공용기(4)내로 위치하는 가동측 전극봉(6)의 내단부에도 가동전극(6a)가 고정 부착된다. 진공용기(4)내에서 측방향으로 이동 가능하게 설치되는 가동측 전극봉(6)과 엔드플레이(3a)사이에는 벨조우즈(7)이 장치되어 진공용기(4)의 내부 진공도가 유지될 수 있도록 한다.

또한 고정측 전극봉(5)에는 절연통(1)의 내면에 금속증기가 부착되는 것을 방지하는 축시일드(8)이 둘러 쌓여지고, 벨로우즈(7)의 외표면에도 동일하게 동축상으로 벨로우즈 시일드(9)가 설치된다. 이 벨로우즈시일드(9)는 벨로우즈(7)의 외표면 및 절연통(1a)의 내면에 금속증기가 부착되는 것을 방지한다. 이들 축시일드(8), 벨로우즈 시일드(9) 및 전극(5a),(6a)는 진공용기(4)의 내부에서 시일드금구(11)에 의해 지지되는 원통상의 주시일드(10)으로 거의 한꺼번에 둘러 쌓여진다.

상기한 고정 및 가동전극(5a),(6a)는 소위 유도 자기 구동형으로서 제2도에 표시된 바와 같이 전체로 보아 원반상을 이루는 방전극(12)와 이 방전극(12)의 중앙부에서 표면상으로 돌출되는 링이나 원형 버튼 모양의 접점(13)으로 이루어진다. 방전극(12)는 전극봉(5),(6)의 지름보다도 적당히 큰 크기의 지름을 가지고, 또한 접점(13)의 외주부에서 장전극(12)의 외주연 축으로 향하여 2차원 스파이럴을 그리면서 연장됨과 동시에 방전극(12)의 축방향(제2도에서 상하방향)으로 절개된 여러 가닥의 스릿트(14)에 의하여 복수개의 페달(12a)이 분할 형성된다.

각 접점(13)간에 생기는 방전은 이들의 접점(13)부분을 흐르는 방전 전류에 다라 생기는 측방자계(lateral magnetic field)에 의해 방전극(12)의 방향으로 이동됨과 동시에 스릿트(14)를 따라 방전극(12)의 외주연측으로 이동된다.

상기한 전극(5a),(6a)는 적어도 1개의 접점(13)이 중증기압의 금속재료(그 비등점은 2,700내지 3,300K)에 의해 구성됨과 동시에 방전극(12)는 접점(13)의 금속재료에 대하여 이 접점(13)에서 방전극(12)의 방향으로 방전 이동이 용이한 금속재료로 구성된다.

즉, 방전극(12)의 금속재료는 접점(13)과 거의 동일한 증기압을 가진 것이거나 또는 접점(13)의 금속재료보다도 약간 높은 증기압을 가진 것으로 한다. 그리고 접점(13)을 형성하는 중증기잡의 금속재료로서 순크롬 10%미만의 동을 함유하는 크롬합금, 또는 10%이만의 은을 함유하는 크롬합금이 채용되는 한편, 방전극(12)의 금속재료로서 크롬 10%이하의 동을 함유하는 크롬합금10%미만의 은을 함유하는 크롬합금, 동, 철, 스텐레스강을 대표 예로하는 철합금, 혹은 동이나 은을 함유하는 철합금이 채용되고 있다.

상기크롬 합금음 크롬분말과 동 혹은 은분말을 진공이나 불활성 개스 분위기 중에서 소결하는 방법에 의해 제조된다. 다른 방법으로 크롬분말을 다공질상으로 소결한 후 생성된 소결크롬에 진공 또는 불활성 개스 분위기 중에서 크롬보다도 저융점의 동 또는 은을 용침시키는 방법에 의해 제조된다.

또 방전극(12)를 위한 동 또는 은을 함유하는 철합금은 동 또는 은의 분말 및 스텐레스강의 분말을 진공 중에서 소결하는 방법에 의해 제조되고, 다른 방법으로 스텐레스강의 분말을 진공 또는 불활성 개스 중에서 소결하고 이 소결체에 동 또는 은을 진공중에서 용침시키는 방법으로 제조된다.

상기한 접점(13) 또는 방전극(12)로 쓰려는 금속재료를 선정함에 있어서 전술한 각종 금속재료 이외에 티타늄 및 동·텅스텐합금에 대하여도 최단전류치, 200KHz 고주파차단 및 그외의 특성시험을 행하였다. 이 특성시험 결과는 아래의 제1표 금속재료의 대표예에 따라 나타낸 바와 같다.

[제 1 표]

전극재료의 제특성 시험

(주: 각 값은 3분의 테스트피스의 평균치, 접촉사항은 전극봉을 포함한 값이다.)

(○…좋다 △…보통 ×…낮다)

이 제1표로 밝혀진 바와 같이 철 및 스텐레스강과 같은 철합금은 티타늄 또는 동에 비교하여 최단전류치가 적으며 상용주파 전류의 차단도 가능한 것이나 고주파 전류의 차단능력이 동에 비교하여 낮고 내용착성이 나쁘며 접촉전기 저항이 크다. 따라서 철계통의 합금은 접점을 위한 금속재료로서 부적당한 것이다.

또 제1표에서 밝혀진 바와 같이 크롬은 고주파전류의 차단 능력이 동에 비교하여 낮은 것을 제외하고 전극재료 특히 접점(13)을 위한 금속재료로서의 양호한 특성을 나타낸다.

다음에 접점(13)과 방전극(12)의 금속재료를 조합시켜서 접점(13)으로부터 방전극(12)으로의 방전이동용이성에 대하여시험을 하여 본 결과는 다음 제2표에 나타난 바와 같다.

[제 2 표]

방전 이동성 시험

(○…좋다 △…보통 ×…나쁘다)

이 제2표에서 밟혀지는 바와 같이 접점(13) 및 방전극(12)는 각각의 금속재료를 어떻게 조합하는가에 따라 이동하기 쉬울 때와 방전이 이동하기 어려울 때가 존재한다. 상술한 바와 같이 전극 재료로서의 각종 금속재료에 대하여 특성 시험을 한후에 이들 각종 금속재료를 채용한 전극을 보유하는 진공차단기에 대하여 리액터 부하가 존재하는 상태에서 개폐 서어지 시험을 하였다.

이 개폐 서어지 시험의 결과, 접점(13)을 위한 금속재료로서 철, 스텐레스강, 크롬 및 20%이하의 동 또는 은을 포함하는 크롬 합금을 채용한 경우에는 재점호는 생기더라도 이 재점호가 다중재점호 및 3상 동시차단으로 이행되지 않으므로 과대한 서어지 전압이 발생하지 않는 것으로 판명되었다. 그러나 10%를 초과하여 20%까지의 동 혹은 은을 함유하는 크롬합금을 접점 재료로 사용한 경우에는 내용착성이 나쁘고 최단전류 즉, 최단서어지 전압이 증대되는 결점이 있었다. 따라서 개폐 서어지 시험의 결과 또는 제1표 및 제2표에 기재한 재측정 시험결과에서 다중 재점호 서어지 및 3상 동시차단 서어지를 발생시키지 않고 또 서상에 기재한 진공 차단기의 전전극으로서 구비해야 할 기타의 조건을 만족시키는 접점(13)의 금속재료로는 크롬, 10% 미만의 동을 함유한 크롬합금, 10%미만의 은을 함유한 크롬합금이 적당하다는 것으로 판명되었다.

접점(13)의 금속재료에 대하여 가장 적합한 방전극(12)의 금속재료로서는 접점(13)의 금속재료와 거의 같은 증기압을 가진 것, 또는 이 접점(13)의 금속재료보다도 약간 증기압이 높고 또한 이 금속재료와의 관계에서 방전 이동성이 양호한 것, 총괄적으로 말하자면 동합금, 모리브텐, 텅스텐 등의 저증기압 금속을 다량으로 함유하지 않은 동합금이나 철또는 철합금을 사용한다.

상기한 방전극(12)의 다른 실시예를 제3도로서 설명한다. 이 실시예에서는 방전극(12)를 복수개의 페달(12b)로 분할하는 여러가닥의 시릿트(14a)가, 방전극(12)의 표면에서 이면으로 향하여, 그 방전극(12)의 축방향과 비스듬히 교차하는 방향으로 절개되어, 인접하는 페달(12b)는 축방향을 따라 서로 겹쳐지는 모양으로 설치된다. 다음에 본 발명의 다른 실시예에 의한 진공 차단기를 제4도로서 설명한다.

이 실시예는 방전에 대하여 평행한 종자계를 발생하는 코일 전극을 보유한다. 본 실시예에서 상기한 실시예와 동일한 부분은 동일부호로 지칭된다. 이 진공 차단기는 진공용기(4)의 내부에 설치되는 전극봉(5),(6)각각의 내단측에 설치되어 상호 대향하는 한싸의 전극(15)를 보유한다. 각각의 전극(15)의 후방에는, 이 전극(15)와 거의 동일한 바깥지름을 갖는 종자계발생 코일 전극(27)이 배치된다.

이들 코일 전극(27)은 전극봉(5),(6)의 각각에 흐르는 종방향(제4도에서 상하방향)의 전류를 전극(15)의 뒷가장자리로 잇닿은 루우프 전류에 변경하여 방전과 평행한 종방향자계를 발생시킨다. 그것에 의해 큰 전류의 차단이 가능하게 된다.

상기한 종자계 발생코일 전극(27)의 1/3분할 턴-타입이 제5도 및 제6도에 도시되어 있다. 이들의 코일 전극(27)은 전극봉(6)에서 적당한 작은 지름을 갖는 원주상의 중심도체(16)과, 이 중심도체(16)의 외주에동심적으로 배치되어 원호상을 이루는 3개의 제1코일부(17a), (17b)및 (17c)와, 중심도체(16)의 외주를 3등분한 위치에서 상기한 제1코일부(17a), (17b)및 (17c)의 사이로 삽입관통되어 제5도의 반경방향 외측으로 잇닿는 제1방전부(18a), (18b)및 (18c)와 각 제1방전부(18a), (18b)또는 (18c)의 단부에서상기한 제1코일부(17a), (17b)또는 (17c)와 동심동호상으로 만곡된 제2코일부(19a), (19b)또는 (19c)와 각 제1방전부(18a), (18b)또는 (18c)와 원주방향의 동일 평면내에서 형행으로 이어져 각 제2코일부(19a), (19b)또는 (19c)의 단부와 각 제1코일부(17a), (17b)또는 (17c)를 접속하는 제2방전부(20a), (20b)또는 (20c)로구성된다.

상기한 종자계발생 코일전극(27)은 제1코일부(17a), (17b)또는 (17c)를 개재하여 전극봉(6)과 전기적 또는 기계적으로접속됨과 동시에 중심도체(16)을 개재하여 전극(15)에 전기적으로 접속된다. 또상기한 코일전극(27)의 제2코일부(19a), (19b)또는 (19c)는 전극봉(6)에 끼워진 세라믹 또는 고저항 금속재로된 원형상의 코일보강체(23)에 의해 보강 지지된다. 그리고, 중심도체(16)은 전극봉(6)의 내단축심부에 형성된 오목부(21)에 설치되고, 세라믹 또는 고저항 금속으로 된 원통상의 저항 스페이서(22)를 개재하여 전극봉(6)에 기계적으로 지지된다.

제6도중 미설명 부호 24는 저항스페이서(22)를 전극봉(6)에 납땜을 하기 위한 개스 배기공이다. 이 실시예에 있어서 전극(15)는 제1도 내지 제3도의 접점(13)과 동일한 재료로 구성된다.

제7도는 전극(15)의 다른 실시예를 나타낸다. 이 실시예에서는 전극(28)에는 원판상의 접점(25)가 원판상의 방전극(26)의 표면 중심부에 돌출 설치된다. 접점(25)는 제1도 내지 제3도의 접점(13)과 동일재료로 구성되어 방전극(26)을 관통한 중심도체(16)과 전기적·기계적으로 접합된다.

방전극(26)은 제1도 내지 제3도의 방전극(12)와 동일재료로 구성된다. 이 실시예에 의한 전극(28)은 소전류 영역에서의 방전 차단은 접점(25)에 의해 행해진다. 대전류 영역에 있어서의 방전 차단은 종자계 발생코일(27)에서의 자계에 의해 방전극(26)위로 분산시키르모서 행해진다. 그리고 제4도 실시예의 진공 차단기에 대하여 행한 성능시험 결과는 상기한 제1표 및 제2표로 나타난 것과 동일하였다.

Claims

(정정) 한쌍의 전극을 스윗칭 온-오프 가능한 상태로 절연진공용기내에 밀봉한 진공 차단기에 있어서 적어도 한쪽의 전극이 크롬, 또는 90%를 초과하는 크롬을 함유하는 크롬합금에 의해 구성됨을 특징으로 하는 진공 차단기.
(정정) 제1항에 있어서 상기한 크롬합금은 10%미만의 동을 함유함을 특징으로 하는 진공 차단기.
(정정) 제1항에 있어서 상기한 크롬합금은 10%미만의 은을 함유함을 특징으로 하는 진공 차단기.
(정정) 방전을 구동하기 위한 유도자계를 발생하는 1쌍의 전극을 스윗칭 온-오프 가능한 상태로 절연 진공용기내에 밀봉하고, 각 전극은 방전극과, 이 방전극 표면의 중앙에서 돌출된 접점을 포함하는 진공 차단기에 있어서, 적어도 한쪽의 전극이 크롬, 또는 90%를 초과하는 크롬을 함유한 크롬합금에의해 구성됨을 특징으로 하는 진공 차단기.
(정정) 제4항에 있어서 상기한 크롬합금은 10%미만의 동을 함유함을 특징으로 하는 진공 차단기.
(정정) 제4항에 있어서 상기한 크롬합금은 10%미만의 은을 함유함을 특징으로 하는 진공 차단기.
(정정) 전극 또는 이 전극의 배후에 설치되어 방전에 대하여 평행인 자계를 발행하는 종자계 발생코일 전극을 보유하는 1쌍의 집합전극을 가지고 이 1쌍의 집합건극이 스윗칭 온-오프 가능한 상태로 절연진공용기 내에 밀봉된 진공 차단기에 있어서, 적어도 한폭의 전극이 크롬, 또는 90%를 초과한 크롬을 함유한 크롬합금에 의해 구성됨을 특징으로 하는 진공 차단기.
(정정) 제7항에 있어서 상기한 크롬합금은 10%미만의 동을 함유함을 특징으로 하는 진공 차단기.
(정정) 제7항에 있어서 상기한 크롬합금은 10%미만의 은을 함유함을 특징으로 하는 진공 차단기.