KR900002953B1 - 파퍼식(puffer type)가스 블라스트차단기 - Google Patents

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Abstract

내용 없음.

Description

파퍼식(puffer type)가스 블라스트차단기
제 1 도는 접촉자 오프닝 스트로우크에서의 본원 발명에 의한 파퍼식 가스 블라스트 차단기의 일실시예를 나타내는 요부단면도.
제 2 도는 또 하나의 다른 접촉자 오프링 스트로우크에서의 제 1 도와 동일한 요부단면도.
제 3 도는 제 1 도 및 제 2 도에 나타낸 절연노즐의 부분확대단면도.
제 4 도는 제 2 도에 나타낸 각각의 고정 아아크 접촉자의 선단부에서의 전계강도, 가스압력 및 유전내전압(誘電耐電壓)을 나타내는 그래프.
본원 발명은 파퍼식 가스 블라스트 차단기(puffer type gas blast circuit breaker)에 관한 것이며, 특히 파퍼식 가스 블라스트 차단기용 절연노즐의 개선에 관한 것이다.
파퍼식 가스 블라스트 차단기용 절연노즐은 3개의 부분, 즉 고정아아크 접촉자와 접속 및 분리 가능한 가동 아아크 접촉자를 둘러싸는 상류 및 입구 수렴(收斂)부분과, 하류 및 출구나팔부분과, 중간 스로우트(throat)부분으로 구성된다.
하류 나팔각(divergent angle)이 큰, 바꿔 말하면, 하류 나팔부분의 정점각(vertex angle)이 큰, 예를 들면 각도가 60°인 절연노즐은 대장해(大障害) 전류차단기용으로 적합하다는 것이 알려져 있다. 왜냐하면 아아크 접촉자 사이의 아아크에 의하여 발생되는 열가스가 절연노즐을 통하여 효과적으로 배출되기 때문이다. 그러나 차단기의 차단전압은 한정되어 있다. 왜냐하면 가스유로의 단면적의 급격한 변화로 인하여 절연노즐의 하류 나팔부분에서 압축 블라스트 가스의 급격한 압력저하가 발생되어 접촉자 사이의 유전내전압(誘電耐電壓)의 급격한 일시적 감소를 일으키며, 차단 동작중에 접촉자 사이의 거리가 계속적으로 증가되어도 접촉자간의 전기파괴 또는 리이그니션(reignition)이 가끔 발생하기 때문이다. 특히, 차단기는 차단기가 소(小)용량 전류를 차단해야 할때에 가장 심한 상태에 놓여진다. 왜냐하면 접촉자 사이의 거리가 회복전압을 지탱하기에 충분하지 않은 차단동작의 개시후에 규격위상(rated phase)대 접지전압 보다 2배 또는 그 이상의 최대 회복전압이 약 0.5사이클로 접촉사 사이에 인가되기 때문이다.
하류 나팔각이 작은, 예를 들면 각도 20°인 절연노즐은 고차단전압의 차단기용으로 적합한 것으로 또한 알려져 있으나, 그 차단전류는 한정되어 있다. 왜냐하면, 접촉사 사이의 아아크에 의하여 발생된 열가스가 절연노즐을 통하여 때로는 충분히 배출되지 못하므로 특히 차단기의 대장해전류차단 동작중에 접촉자 사이의 전기파괴가 발생한다.
미합중국 특허 제3,816,684호에는 압축가스축방향 블라스트 차단기의 대장해 전류차단성을 개량하며, 수렴입구부분과 나팔출구부분과 중간 스로우트부분을 가진 노즐조립체가 개시되어 있다. 출구나팔부분은 중간 스로우트부분의 하류에 형성된 복수개의 환상홈으로 이루어지며 상기 홈의 단면상 직경은 2개의 면, 즉 내리막면 및 오르막면이 만나는 정점각으로 이루어진 대략 3각형 형태로 되어 있으며, 상기 면중의 하나를 노즐의 축에 대하여 대략 수직으로 되어 있으며, 그리고, 노즐의 출구 오리피스(orifice)에 대향하는, 즉 분해가스의 배출이 유리한 방향으로 된 오우픈 베이스를 가지며, 급냉가스 흐름과 병존하는 방향을 따라, 전기아아크로 인한 강한 가열 때문에 나팔출구부분의 벽으로부터 상기 분해가스가 발생된다. 각 환상홈의 대략 3각형의 직경 단면의 치수는 중간 스로우트부분 바로 하류의 첫번째 홈으로부터 노즐출구에 가까운 최종 홈으로 조금씩 감소하며, 인접홈 사이의 거리는 노즐출구의 방향으로 연속적 홈 사이에서 증가한다.
본원 발명의 양수인에게 양도된 "가스절연차단기"로서 1984년 8월 17일자로 출원된 유럽 특허출원 제 841,098,015호에는 대장해 전류차단성 뿐만 아니라 소용량 전류차단성의 개량을 위한 것이며, 노즐의 출구나팔부분이 중간 스로우트부분의 하류에 형성된 환상 3각형 홈을 가진 절연노즐이 개시되어 있다. 환상 3각형 홈의 하류 돌기부의 정점각 및 높이는 접촉자의 선단부의 근처에 정압(正壓)으로 향하게 되도록 선택되어, 전류차단동작중 접촉자 사이의 거리가 계속적으로 증가되어도 접촉자간의 전기파괴를 일으키는 단면적의 급격한 변화로 인한 가스압력의 일시적 감소를 방지한다.
본원 발명의 목적은 전류차단동작중에 차단기의 아아크 접촉자 사이의 거리가 증가되어도 일시적 유전내전압이 실질적으로 계속하여 증가되어 차단기의 대장해 전류차단성 뿐만 아니라 소용량 전류의 차단성도 향상되는, 비교적 하류나팔각이 큰 절연노즐을 갖춘 파퍼식 가스 블라스트 차단기를 제공하는데 있다.
본원 발명의 또 다른 목적은 전류차단동작중에 절연노즐의 하류나팔부분에서의 고정 아아크 접촉자의 선단부 근처에서의 블라스트 가스압력의 급격한 저하가 방지되는 파퍼식 가스 블라스트 차단기용 절연노즐을 제공하는데 있다.
본원 발명의 파퍼식 가스 블라스트 차단기는 고정 아아크 접촉자와, 상기 고정 아아크 접촉자와 접속 및 분리될 수 있는 가동 아아크 접촉자와, 이 가동 아아크 접촉자와 함께 움직이며, 아아크 접촉자간의 압축가스를 안내하도록 가동 아아크 접촉자를 둘러싸는 절연노즐로 이루어진다. 절연노즐은 가동 아아크 접촉자를 둘러싸는 상류 수렴부분과, 하류 나팔부분 및 중간 스로우트 부분으로 형성된다. 하류 나팔부분은 제1의 환상 3각형 홈 및 제2의 환상 3각형 홈으로 이루어진다. 제1의 환상 3각형 홈은 중간 스로우트부분이 바로 하류에 배치된다. 제2의 환상 3각형 홈은 제1의 환상 3각형 홈의 하류에 배치되며, 절연노즐의 축에 대하여 중간 스로우트부분의 하류끝부분과 제2의 환상 3각형 홈의 하류 돌기부를 연결하는 선의 각이 절연노즐의 축에 대하여 중간 스로우트부분의 하류 끝부분과 제1의 환상 3각형 홈의 하류돌기부를 연결하는 선의 각보다 작은 각도로 이루어지며, 압축 블라스트 가스의 일부분의 전계강도가 또한 높은 고정 아아크 접촉자의 선단부의 근처, 특히 정점으로부터 30°내지 70°위치로 향하게 되어 실질적으로 차단기의 전체 접촉자 오우프닝 스트로우트 기간중, 바꿔말하면 절연노즐이 고정 아아크 접촉자를 통과할 때까지 동압(動壓)을 가하고, 이에 의하여 접촉자간의 전기파괴를 일으킬 수 있는 블라스트 가스의 급격한 압력저하를 방지한다.
제 1 도 및 제 2 도에 관하여, 제 1 도는 차단동작중의 스트로우크를 나타내며, 제 2 도는 고정 아아크 접촉자(12) 및 가동 아아크 접촉자(14) 사이의 떨어진 거리가 제 1 도에 나타낸 거리보다 좀 더 떨어져 있는 차단동작중의 더한층 진행된 스트로우크를 나타낸다. 가동 아아크 접촉자(14)는 파퍼실린더(16)의 축(22)에 의하여 지지되며, 파퍼실린더(16)와 고정 파퍼피스턴(20)은 파퍼실(18)을 형성하고, 그안에서 실린더축(22)에 기계적으로 연결된 조작장치(도시되지 않음)에 의하여 파퍼실린더(16)의 운동을 통하여 압축가스가 발생된다. 테트라플루오로에틸렌 플루오로카아본 중합체로 만들어진 절연노즐(10)은 호울더(30)에 의하여 파퍼실린더(16)의 끝부분에 고착된다. 플로우 가이드(26)는 가동 아아크 접촉자(14)둘레에 설치된다. 파퍼실(18)내에 발생된 압축가스는 파퍼실린더(16)의 보어(bore)(28)를 통하여, 화살표로 나타낸 바와 같이, 절연노즐(10)의 상류 및 입구 수렴부분과 플로우 가이드(26)와의 사이에 형성된 유로내로 인도된다.
조작장치가 차단지령을 받을때에, 조작장치는 도면에서 좌측으로 파퍼실린더(16)를 움직인다. 그 결과 절연노즐(10)의 중간 스로우트 부분이 고정 아아크 접촉자(12)의 선단을 통과하기 전에 파퍼실(18)내의 소호(消弧) 가스, 바람직하게는 SF6가스는 압축되기 시작하여, 접촉자 오우프닝 동작을 개시하고, 파퍼실(18)내의 압축가스의 대부분은 가동 아아크 접촉자(14)의 중심보어와 실린더축(22)에 형성된 보어(24)를 통하여 화살표로 나타낸 바와같이 흐른다.
절연노즐(10)의 하류 출구 나팔부분의 벽에 형성된 제1의 환상 3각형 홈(34)이 고정 아아크 접촉자(12)의 선단에 도달하는, 제 1 도에 나타낸 바와같은 회로 오우푸프닝 동작이 더 한층 진행될때에는, 압축가스의 대부분은 화살표로 나타낸 바와같이 중간 스로우트부분(32)을 경유하여 흐르며, 그 일부분은 제1의 환상 3각형 홈(34)에 의하여 고정 아아크 접촉자(12)의 선단, 특히 급격한 가스압력저하 및 강한 전계가 발생하는 그 정점으로부터 30° 내지 70°위치로 흐르도록 강요된다.
절연노즐(10)의 제1의 환상 3각형 홈(34)의 하류에 형성된 제2의 환상 3각형 홈(36)이 고정 아아크 접촉자(12)의 선단에 도달하는, 제 2 도에 나타낸 바와같은 회로 오푸프닝 동작이 보다 더 진행될 때에는 제2의 환상 3각형 홈(36)에 의하여 더많은 가스 흐름이 고정 아아크 접촉자(12)의 선단으로 향하게 되고, 동압을 가하여 급격한 압력저하를 방지한다.
상기와 같은 회로 오우프닝 동작은 제2의 환상 3각형 홈(36) 하류에 배치된 제3의 환상 3각형 홈(38)에 대해서도 동일하다. 3개의 환상 3각형 홈(34), (36) 및 (38)은 절연노즐(10)의 하류나팔부분의 실질적으로 전체길이에 걸쳐 배설되기 때문에 가동 아아크 접촉자(14) 및 고정 아아크 접촉자(12)간의 거리가 접촉자간의 회복전압을 지탱하기에 충분할 때에는, 절연노즐(10)이 고정 아아크 접촉자(12)를 통과할 때까지 고정 아아크 접촉자(12)의 선단근처에서의 급격한 압력저하는 방지되므로 그 사이에서의 전기파괴가 방지된다.
제 3 도에 의하여 절연노즐(10)의 하류나팔부분의 제1, 제2 및 제3의 환상 3각형 홈(34), (36) 및 (38)의 크기에 관하여 설명한다.
절연노즐(10)의 축과 평행하는 선에 대하여 중간 스로우트부분(32)의 하류끝부분(40)과 제1의 환상 3각형 홈(34)의 하류돌기부(42)를 연결하는 선으로 이루어지는 각(P1), (예를 들면 15°)는 절연노즐(10)의 축과 평행되는 선에 대하여 상기 하류끝부분(40)과 제2의 환상 3각형 홈(36)의 하류돌기부(44)를 연결하는 선으로 이루어지는 각(P2)(예를들면 10도)보다 큰 각도로 선택되며, 또한 각(P2)는 절연노즐(10)의 축과 평행하는 선에 대하여 상기 하류끝부분(40)과 제3의 환상 3각형 홈(38)의 하류돌기부(46)를 연결하는 선으로 이루어지는 각 (P3)(예를 들면 7.5°)보다 큰 각도로 선택된다.
제 3 도의 각 θ1및 θ2는 블라스트 가스의 소용돌이의 발생에 관계되며, 그것은 절연노즐(10)의 하류나팔부분내의 가스흐름에서 방지되어야 한다.
각 θ1은 절연노즐(10)의 축에 대하여 제1, 제2 및 제3의 환상 3각형 홈(34), (36) 및 (38)의 각 저부(48), (50) 및 (52)와 각 상류돌기부(40), (42) 및 (44)를 연결하는 선에 의하여, 바꿔말하면 절연노즐(10)의 축에 대하여 제1, 제2 및 제3의 환상 3각형 홈(34), (36) 및 (38)의 내리막 면에 의하여 이루어지며, 본 실시예에서는, 예를 들면 43°가 되도록 선택된다.
각 θ2는 절연노즐(10)에 대하여 제1, 제2 및 제3의 환상 3각형 홈(34), (36) 및 (38)의 각 하류돌기부(42), (44) 및 (46)과 각 저부(48), (50) 및 (52)를 연결하는 선에 의하여, 바꿔말하면 절연노즐(10)의 축에 대하여 제1, 제2 및 제3의 환상 3각형 홈(34), (36) 및 (38)의 오르막 면에 의하여 이루어지며, 본 실시예에서는 예를 들면 28°가 되도록 선택된다.
제 4 도는 제 1 도, 제 2 도 및 제 3 도에 관하여 설명한 바와같은 절연노즐의 효과를 나타낸다.
곡선(60)은 상술한 바와같이 P1〉P2〉P3의 각도인 절연노즐이 사용되는 고정 아아크 접촉자의 각각의 선단부에서의 본원 발명의 유전내전압을 나타낸다. 고정 아아크 접촉자에 대한 절연노즐의 위치는 제 2 도에 나타낸 바와같으며, 고정 아아크 접촉자 및 가동 아아크 접촉자간의 거리는 약 80mm이다.
곡선(62)은 P1P, P俱 戮도인 비교절연노즐이 사용되고, 고정 아아크 접촉자에 대한 절연노즐의 위치가 곡선(60)과 동일한 경우에 고정 접촉자의 각각의 선단부에서의 비교차단기의 유전내전압을 나타낸다.
곡선(64)은 곡선(60)에 대하여 설명한 것과 동일한 상태인 고정 아아크 접촉자의 각 선단부에서의 본원 발명의 가스압력을 나타낸다. 곡선(66)은 곡선(62)에 대하여 설명한 것과 동일한 경우에 고정 아아크 접촉자의 각각의 선단부에서의 비교차단기의 가스압력을 나타낸다.
곡선(68)은 고정 아아크 접촉자의 각각의 선단부에서의 본원 발명 및 비교차단기의 전계강도를 나타낸다.
고정 아아크 접촉자(12)의 선단부에서의 각각의 지점은 제 4 도의 하부에 도시되어 있다.
제 4 도로부터 알 수 있는 바와같이 고정 아아크 접촉자의 각 선단점, 특히 고정 아아크 접촉자의 정점으로부터 30° 내지 70°위치의 지점에서 본원 발명의 유전내전압 및 가스압력은 크게 개선되며, 따라서 본원 발명의 파퍼식 가스 블라스트 차단기의 대장해 전류차단성 뿐만 아니라 소용량 전류차단성도 향상된다.

Claims (4)

  1. 중공실린더 축(22)을 가진 가동실린더(16)와 : 차단동작중 압축가스를 발생하도록 상기 가동실린더(16)와 연결된 고정피스턴(20)과 : 고정 아아크 접촉자(12)와 : 상기 고정 아아크 접촉자(12)와 접속 및 분리 가능하며 상기 가동실린더(16)의 중공실린더축(22)에 고착되는 가동 아아크 접촉자(14)와 : 상기 가동실린더(16)에 고착되며, 상기 고정 및 가동 아아크 접촉자(12), (14) 사이의 압축가스를 안내하도록 상기 가동 아아크 접촉자(14)를 둘러싸며, 상기 가동 아아크 접촉자(14)를 둘러싸는 상류 수렴부분, 하류 나팔부분 및 중간 스로우트부분(32)으로 형성된 절연노즐(10)로 이루어지는 파퍼식 가스 블라스트 차단기에 있어서 : 상기 절연노즐(10)의 하류 나팔부분은 중간 스로우트부분(32)의 바로 하류에 배치된 제1의 환상 3각형 홈(34)과, 상기 제1의 환상 3각형 홈(34)의 하류에 배치된 제2의 환상 3각형 홈(36)을 포함하며, 상기 절연노즐(10)의 축에 대하여 중간 스로우트부분(32)의 하류끝부분(40)과 상기 제2의 환상 3각형 홈(36)의 하류 돌기부(44)를 연결하는 선의 각(P2)이 상기 절연노즐(10)의 축에 대하여 중간 스로우트부분(32)의 하류끝부분(40)과 상기 제1의 환상 3각형 홈(34)의 하류돌기부(42)를 연결하는 선의 각(P1)보다 작은 각도로 이루어지는 것을 특징으로 하는 파퍼식 가스 블라스트 차단기.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 절연노즐(10)의 나팔부분은 상기 제2의 환상 3각형 홈(36)의 하류에 배치된제3의 환상 3각형 홈(38)을 포함하며, 상기 절연노즐(10)의 축에 대하여 중간 스로우트부분(32)의 하류 끝부분(40)과 상기 제3의 환상 3각형 홈(38)의 하류 돌기부(46)를 연결하는 선의 각(P3)이 상기 절연노즐(10)의 축에 대하여 중간 스로우트부분(32)의 하류끝부분(40)과 상기 제2의 환상 3각형 홈(36)의 하류 돌기부(44)를 연결하는 선의 각(P2)보다 작은 각도로 이루어지는 것을 특징으로 하는 파퍼식 가스 블라스트 차단기.
  3. 제 1 항에 또는 제 2 항에 있어서, 상기 절연노즐(10)의 축에 대하여 상기 제1, 제2 및 제3의 환상 3각형 홈(34), (36), (38)의 내리막면의 각(θ1) 및 오르막 면의 각(θ2)은 차단동작중에 나팔부분에서 블라스트가스의 소용돌이를 발생시키지 않도록 선택되는 것을 특징으로 하는 파퍼식 가스 블라스트 차단기
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 절연노즐(10)의 축에 대하여 상기 제1, 제2 및 제3의 환상 3각형 홈(34), (36), (38)의 내리막 면의 각(θ1) 및 오르막 면의 각 (θ2)은 각각 약 43° 및 28°로 이루어지는 것을 특징으로 하는 파퍼식 가스 블라스트 차단기.
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