KR930011829B1

KR930011829B1 - 진공 차단기

Info

Publication number: KR930011829B1
Application number: KR1019860004127A
Authority: KR
Inventors: 신크 사꾸마; 노부아끼 다마끼; 히데오 가와까미
Original assignee: 가부시끼가이샤 메이덴샤; 이노구마도끼히사
Priority date: 1985-05-28
Filing date: 1986-05-27
Publication date: 1993-12-21
Also published as: CN86103785A; EP0204262A1; CA1283151C; KR860009454A; US4661666A; DE3677640D1; EP0204262B1; IN165658B

Abstract

내용 없음.

Description

진공 차단기

제1도는 축방향 자계 발생 코일이 한 접점 뒤에 배치되어 있는 종래의 진공 차단기의 종단면도.

제2도는 축방향 자계 발생 코일이 진공 엔벨로프의 원통부를 둘러싸고 있는 다른 종래의 진공 차단기의 종단면도.

제3도는 제2도의 진공 차단기내의 다수의 물질로 제조된 접점의 직경과 차단 전류 사이의 관계를 도시한 그래프.

제4도는 제2도의 진공 차단기의 다수의 물질로 제조된 접점들 사이의 아킹 갭과 임펄스 절연 내력 사이의 관계를 도시한 그래프.

제5도는 본 발명의 제1실시예에 따른 진공 차단기의 주요부의 종단면도.

제6도는 고정전극과 고정측 금속 단부판 사이의 여유 간격과 제1실시예에 따른 진공 차단기내의 정규화 차단 전류 사이의 관계를 도시한 그래프.

제7도는 본 발명의 제2실시예에 따른 진공 차단기의 주요부의 종단면도.

제8도는 본 발명의 제3실시예에 다른 조절 차폐물과 직경이 확대된 가동 접점의 효과를 도시한 도면.

제9도는 본 발명의 제3실시예에 따른 진공 차단기의 주요부의 종단면도.

제10도는 제6도의 그래프와 유사한 제3실시예의 그래프.

제11a도는 제9도의 조절 차폐물의 변형예의 종단면도.

제11b도는 제9도의 조절 차폐물의 제2변형예의 종단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 진공 엔벨로프 2 : 전기 절연 실린더

4, 534 : 단부판 6, 7 : 전기 리드 부재

8, 9, 28, 29, 39 : 접점 10 : 코일

12 : 증기 차폐물 13, 35 : 벨로우즈

40, 41, 42 : 차폐물

본 발명은 주로 송 배전 장치에 사용되는 것과 같은 진공 차단기에 관한 것이다. 더욱 상세하게 말하자면, 본 발명은 전류 차단 중에 분리된 접점들 사이에 설정된 아크(arc) 전류 통로에 평행하게 축방향 자계를 인가시키는 코일을 가진 진공 차단기에 관한 것이다.

통상적인 진공 차단기들은 코일이 전류 차단 중에 분리된 접점들 사이에 설정된 아크 전류 통로에 평행하게 축방향 자계를 인가시키는 형태로 되어 있다. 이 축방향 자계는 진공 차단기의 차단 성능(즉, 전류 차단 능력 및 절연 내력)을 향상시킨다.

축방향 자계형 진공 차단기들은 두가지 형태로 분류된다. 한 형태(US-A-4,115,672 또는 UK-A-1,529,669 참조)는 코일이 진공 차단기의 원통형 엔벨로프의 외측을 둘러싸는 형태이고, 다른 형태(US-A-3,946,179 또는 UK-A-1,478,702 참조)는 자계 발생 코일이 차단기의 진공 엔벨로프내의 한 접점 뒤에 놓여 있는 형태이다. 전자의 진공 차단기는 코일로부터의 열소모가 양호하다는 장점을 갖는 반면에, 코일이 진공 차단기의 원통형 엔벨로프의 외측을 둘러싸기 때문에 외부 직경이 크다는 단점을 갖는다. 후자의 진공 차단기는 진공 엔벨로프내에 소형 축방향 자계 발생 코일을 갖기 때문에 유리하게 소형인 반면에, 코일이 진공 엔벨로프내에 배치되기 때문에 코일로부터의 열소모가 감소된다는 단점을 갖는다. 또한, 후자의 진공 차단기는 회로 폐쇄시에 접점들의 충격이 코일에 작용하기 때문에 내구성에 관련된 단점을 갖는다.

그러므로, 코일이 한 접점 뒤, 및 진공 차단기의 엔벨로프 외측에, 즉 진공 엔벨로프부를 구성하는 원형 금속 단부판의 외부 표면에 대향하여 배치되는 축방향 자계형 진공 차단기가 최근에 개발되었다.

제1도는 이 종래의 진공 차단기를 도시한 것이다. 진공 엔벨로프(1)의 주요부는 알루미나 세라믹으로 제조된 전기 절연 실린더(2), Fe-Ni-Co 합금[예를 들어, 코발(Koval)]로 제조되고 절연 실린더(2)에 동축용접 밀폐된 금속 실린더(3), 및 금속 단부판(4 및 5)로 구성되는데, 고정측 단부판(4)는 오오스테나이트 스테인레스 스틸(austenitic stainless steel)(예를 들어, SUS 304L)로 제조되고 금속 실린더(3)의 외연부에 용접 밀폐되어 있으며, 가동측 단부판(5)는 Fe-Ni-Co 합금(예를 들어, 코발)로 제조되고 절연 실린더(2)의 외연부에 용접 밀폐되어 있다. 고정 리드 로드(lead rod,6)은 단부판(4)를 통해 연장되고, 가동 리드 로드(7)은 단부판(5)를 통해 연장된다. 가동 리드 로드(7)은 고정 리드 로드(6)을 향해 이동할 수 있고 이 고정 리드 로드(6)으로부터 떨어져 이동할 수 있다. 고정 리드 로드(6)의 내부 단부는 단부판(4)의 내부 표면과 접촉해 있는 디스크형 고정 접점(8)을 갖고 있다. 가동 리드 로드(7)의 내부 단부는 접점(8)에 대향한 디스크형 가동 접점(9)를 갖고 있다. 접점(8 및 9)는 Cu, Mo 및 Cr의 성분들로 구성되는 합성 물질, 예를 들어 중량%로 표시되고 분말 야금학적으로 생성된 Cu-25Mo-7Cr(Cu-25Mo-7Cr 합성 물질로 언급됨)로 제조된다. EP-A-0101024에는 분말 야금학적으로 생성된 합성 물질, 예를 들어 Cu-Mo-Cr이 진공차단기의 차단 성능을 향상시키게 된다는 것이 기술되어 있다.

축방향 자계 발생 코일(10)은 진공 엔벨로프(1) 외부에서 접점(8)에 밀접하게 뒤에 배치된다. 코일(10)의 한 단부는 고정 리드 로드(6)에 전기적으로 접속되고, 코일(10)의 다른 단부는 관련된 전력 회로의 단자(11)에 전기적으로 접속된다. SUS 304L로 제조된 원통형 차폐물(12)의 플랜지는 절연 실린더(2)와 동축으로 금속 실린더(3)의 내부 표면상에 장착된다. 이 차폐물(12)는 고정 접점(8)과 등전위로 있는다. 벨로우즈(13)은 가동 리드 로드(7)을 단부판(5)에 밀폐 접속시킨다. 벨로우즈 차폐물(14)는 벨로우즈(13)의 내부 단부 전방에서 가동 리드 로드(7)상에 장착된다.

제1도의 진공 차단기는 방열성, 내구성 및 소형화가 양호한 장점을 갖고 있다.

그러나, 제1도의 진공 차단기는 이 제1도의 예와 유사하지만 Cu-0.5Bi 합금으로 제조된 한 쌍의 접점을 갖고 있는 진공 차단기보다 낮은 차단 성능을 나타내었다. 제1도의 진공 차단기를 분해하여 상세히 검사한 결과, 본 발명의 발명자들은 전기 아크가 가동 접점(9)와 고정 접점(8)상에 장착된 고정측 단부판(4)의 내부 표면적 사이에서 생긴 마식 흔적을 발견하였다. 본 발명의 발명자들은 상기 검사로부터, 고정 접점(8) 및 고정측 단부판(4)용으로 적합한 금속 결합물, 및 고정 접점(8)과 진공 엔벨로프의 고정측 단부판(4)사이의 여유 간격이 아킹 마식을 감쇠시키게 되어, 제1도에 도시한 진공 차단기의 차단 성능을 양호하게 향상시키게 된다고 결론을 얻었다.

상술한 물질의 결합물 및 상술한 여유 간격은 제1도의 진공 차단기내에서 해결될 문제점의 주요부를 구성한다. 그러나, 제1도의 진공 차단기의 차단 성능내의 극성 효과는 이후에 설명한 이 문제점의 종속부를 구성한다.

제1도의 진공 차단기 내에서, 코일(10)에 의해 발생된 자력선(F)는 가동 접점(9)와 코일(10) 사이의 큰 간격으로 인해 가동 접점(9)의 내부로부터 가동 접점(9)의 외부로 편향하는 경향이 있으므로, 극성 효과가 진공 차단기의 차단 성능에 영향을 준다. 특히, 교류 차단 중에, 고정 접점(8)의 전위가 부(-)일 때, 이 극성 효과는 고정 접점(8)의 전위가 정(+)일 때 보다 낮은 레벨로 감소한다. 상세하게 말하자면, 하전 입자들이 가동 접점(9)로부터 방출되면, 이 하전 입자들은 자력선(F)를 따라 고정 접점(8)로 효율적으로 보내진다. 한편, 하전 입자들이 고정 접점(8)로부터 방출되면, 고정 접점(8)의 주변 근처의 내부 영역내의 약간의 하전 입자들은 가동 접점(9)에 도달하지 못하고 자력선(F)를 따라 진공 엔벨로프(1)내로 분산된다.

이 극성 효과를 고려하여, 가동 접점(39, 제8도)의 직경은 고정 접점(8)의 직경보다 크게 선택되었다. 이 확대된 가동 접점(39)를 갖고 있지만 제1도의 예와 유사한 진공 차단기의 차단 성능 검사가 행해졌다. 고정 접점(8)과 가동 접점(9)의 직경이 동일한 제1도의 진공 차단기 내에서, 정(+)전위 전류가 고정 전극(8)에 인가되면, 차단 성능은 값 100%로 지정되고, 부(-) 전위 전류가 고정 접점(8)에 인가되면, 동일한 진공 차단기의 차단 성능은 80%로 된다.

한편, 제1도의 예와 유사하지만 가동 접점(39)이 직경이 고정 접점(8)의 직경보다 10% 더 큰 진공 차단기의 대응 차단 성능은 110% 및 90%로 된다. 이 결과들은 가동 접점(39)의 확대된 직경이 차단 성능에 대한 극성 효과를 보정한다는 것을 나타내는데, 그 이유는 고정 접점(8)로 부터 발생된 하전 입자들이 자력선(F)의 만곡에도 불구하고 가동 접점(39)에 도달하기 때문이다.

그러나, 가동 접점(39)의 직경이 확대되었을 때 새로운 문제점들이 대두되었다. 상세하게 말하자면, 가동접점(39)의 주변부에서의 전계 강도가 현저하게 증가하는데, 그 이유는 가동 접점(39)의 직경이 증가할 때 가동 접점(39)의 주변부와 고정 접점(8)과 등전위인 차폐물(12) 사이의 갭이 감소하기 때문이다. 그러므로, 진공 차단기의 절연 내력은 감소되어, 가동 접점(39)의 주변부와 차폐물 사이의 갭은 전류 차단 직후의 과도 재기 전압에 견딜 수 없다. 이 문제점은 제1도에 도시한 차단기의 경우에 매우 심각한데, 그 이유는 가동 접점(39)를 둘러싸는 차폐물(12)가 고정 접점(8)과 등전위이고, 차폐물(12)와 접점(9) 사이의 전위차가 디스크형 고정 접점(21)과 가동 접점(22)를 둘러싸는 차폐물(23)이 중간 전위에 있는 제2도의 진공 차단기의 경우보다 더 많이 증가하기 때문이다.

이 문제점을 해결하기 위해서, 본 발명의 발명자들은 제1도의 예와 유사한 제8도에 도시한 바와 같은 진공 차단기를 발명하였다. 제8도에 도시한 바와 같이, 가동 접점(39)의 직경은 고정 접점(8)의 직경보다 10% 더 크다. 가동 접점(39)는 축방향 자계 발생 코일을 갖지 않고, 축방향 자계 발생 호일은 고정 접점(8) 뒤에 있다. 오오스테나이트 스테인레스 스틸(예를 들어,SUS 304L)로 제조된 원추형 조절 차폐물(40)은 가동 접점(39)의 주변부 근처에서 전계 집중을 조절하기 위해서 가동 접점(39) 바로 뒤의 가동 리드 로드(7), 즉 고정 접점(8)과 가동 접점(39) 사이의 아킹 캡(arcing gap)으로부터 떨어진 가동 접점(39)측에 장착되고 이 가동 리드 로드(7)을 둘러싼다.

점선으로 도시한 등전위 선(E)는 차폐물(40)이 증기 차폐물(12)와 가동 접점(39) 사이의 전계 집중을 조절하는 것을 나타낸다.

조절 차폐물(40)의 확대된 기부는 조절 차폐물(40)의 내부내로 만곡된 환상 만곡부(40a)를 갖는다. 조절 차폐물의 이 환상 만곡부(40a)는 가동 접점(39)의 배면 주변부에 대향한다. 환상 만곡부(40a)의 최대 외경은 가동 접점(39)의 직경과 거의 동일하다. 환상 만곡부(40a)의 최대 외경이 가동 접점(39)의 직경보다 크면, 고정 접점(8)과 가동 접점(39) 사이의 아킹 갭 내에서 발생된 전기 아크의 기부는 가동 접점(39)에 있지 않고 환성 만곡부(40a)에 있게 되므로, 진공 차단기의 차단 성능을 감소시키게 된다.

한편, 환상 만곡부(40a)의 최대 외경이 가동 접점(39)의 직경보다 작으면, 조절 차폐물(40)은 효과가 전혀 없어, 가동 접점(39)의 주변부 근처의 외부 영역내의 전계 강도가 과도 상태로 되므로, 진공 차단기의 차단 성능을 감소시키게 된다. 조절 차폐물(40)의 원형 정점(40c)는 가동 리드 로드(7)이 통과하는 애퍼츄어(40b)를 갖는다. 그러므로, 조절 차폐물(40)은 환상 만곡부(40a)로부터 원형 정점(40c)까지 연장되는 적절히 만곡된 외부 표면을 나타낸다.

그러나, 제8도의 진공 차단기는 차단 성능을 예상한 만큼 향상시키지 못했다. 제8도의 진공 차단기를 분해하여 상세히 검사한 결과, 본 발명의 발명자들은 가동 접점(39)와 고정 접점(8)을 둘러싸는 단부판(4)의 내부 표면적 사이의 전기 아킹으로 인한 마식 흔적을 발견하였다. 이것은 가동 접점(39)의 직경을 확대함으로써 전기 아크의 기부가 고정 접점(8)로부터 단부판(4)로 이송되는 것을 방지할 수 없으므로, 가동 접점(39)로부터 방출된 이온화 증기가 항상 코일(10)의 자력선(F)를 따라 고정 접점(8)에 도달하지 못하게 된다는 결론을 얻게 하였다. 본 발명의 발명자들은 상기 검사로부터 고정 접점(8) 및 고정측 단부판(4)용 물질의 적합한 결합물 뿐만 아니라 고정 접점과 진공 엔벨로프의 고정측 금속 단부판 사이의 여유 간격이 제8도에 도시한 바와 같이 진공 차단기의 차단 성능을 향상시키게 된다는 결론을 얻었다.

본 발명의 목적은 진공 차단기의 접점들 사이의 아킹 갭내에서 발생된 아크의 통로에 평행하게 배치된 축방향 자계를 발생시키는 코일를 갖고 있는 고 차단 성능의 진공 차단기를 제공하기 위한 것이다. 이 목적을 달성하기 위해서, 전기 절연 실린더를 포함하는 진공 엔벨로프, 이 진공 엔벨로프의 일부분을 구성하고 절연 실린더의 대향 개방 단부에 용접 밀폐되는 1쌍의 금속 고정측 단부판 및 가동측 단부판, 진공 엔벨로프내에 지지된 1쌍의 상대 이동가능한 디스크형 접점, 각각 대응 접점을 지지하고 이 대응 접점에 전기적으로 접속된 1쌍의 전기 리드 부재, 및 아킹 갭 내의 아크의 통로에 평행하게 축방향 자계를 발생시키기 위해 진공 엔벨로프 외부 및 코일측 단부판 근체에 배치된 코일로 구성되고, 단부판들 중 한 단부판이 코일측 단부판으로 되며, 가동 접점이 고정 접점과 전도성 결합 상태로 폐쇄 위치로부터 벨로우즈에 의해 이동할 수 있고, 개방 위치에서 가동 접점이 회로 차단중에 아크가 형성되는 아킹 갭만큼 고정 접점으로부터 분리되며, 접점들 중 한 접점이 코일측 접점인 진공 차단기에 있어서, 코일측 접점이 코일측 단부판 보다 차단 성능이 우수한 물질로 제조되고, 코일측 접점이 최소한 2mm이고 최대한 코일측 접점의 직경의 30%인 여유 간격으로 코일측 단부판에 장착되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 회로 차단 중에 접점들 사이의 아킹 갭내에서 발생된 아크는 코일측 접점으로부터 코일측 단부판까지 이송되지 못하므로 코일의 축방향 자계 효과를 감소시키지 않으므로, 진공 차단기의 차단 성능을 향상시킨다.

본 발명의 한 형태에 따르면, 코일측 접점은 코일측 단부판보다 차단 성능이 우수한 물질로 제조된다.

본 발명의 다른 형태에 따르면, 차단기는 아킹 갭내의 아크 통로에 평행하게 축방향 자계를 발생시키기 위한 코일을 포함하는데, 이 코일은 진공 엔벨로프 외부 및 코일측 접점에 밀접하게 배치된다. 다른 접점의 직경은 상술한 극성 효과를 방지하기 위해서 코일측 접점의 직경보다 크다. 절연 실린더 내에는 다른 접점의 전위와 상이한 전위의 증기 차폐물이 제공된다. 다른 접점의 외부에서의 전계의 집중을 감쇠시키기 위해 다른 접점과 증기 차폐물 사이의 갭내에 차폐물이 제공된다.

이제부터, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 양호한 실시예에 대해서 상세하게 기술하겠다.

접점과 금속 단부판용 물질들의 양호한 결합물을 발견하기 위해 접점과 금속 단부판용 물질의 진공 차단기의 차단 성능에 대한 기여도를 조사하기 위한 검사를 실행하였다. 접점들이 다수의 물질로 제조되어 있는 제2도의 진공 차단기를 이 검사에 사용하였다.

제2도의 진공 차단기는 진공 엔벨로프(15)를 포함한다. 이 진공 엔벨로프(15)의 주요부는 알루미나 세라믹으로 제조되고 단부끼리 결합된 한 쌍의 절연 실린더(16)과 이 절연 실린더(16)의 한 단부면을 각각 밀폐시키는 2개의 금속 단부판(17 및 18)로 구성된다. 고정 리드 로드(19)는 단부판(17)을 통해 진공 엔벨로프(15)의 중심으로 연장되고, 가동 리드 로드(20)는 다른 단부판(18)을 통해 진공 엔벨로프(15)의 중심으로 유사하게 연장된다. 리드 로드(19 및 20)은 디스크형 고정 접점(21)과 디스크형 가동 접점(22)에서 각각 종단된다. 금속으로 제조된 원통형 중간 전위 차폐물(23)은 접점(21 및 22)를 둘러싸고, 절연 실린더(16)에 의해 지지된다. 벨로우즈(24)는 가동 리드 로드(20)을 단부판(18)에 밀폐 접속시킨다. 벨로우즈 차폐물(25)는 벨로우즈(24)의 내부 단부 전방에서 가동 리드 로드(20)에 장착된다. 축방향 자계 발생 코일(26)은 접합부에서 절연 실린더(16)을 둘러싼다. 축방향 자계 발생 코일(26)은 고정 리드 로드(19)에 직렬 접속된다. 접점(21 및 22)의 직경(D)는 제3도에서는 변수이고 제4도에서는 50mm이다. 접점(21 및 22)의 두께(h)는 5mm이다. 접점(21 및 22)사이의 아킹 갭(i)는 제3도에서는 12mm이고 제4도에서는 변수이다.

제3도는 접점(21 및 22)용의 상이한 물질에 대해, 제2도의 검사된 진공 차단기의 접점 직경과 차단 전류 사이의 관계를 도시한 것이다. 제3도에서, 직선(Ia)는 접점(21 및 22)가 Cu-25Mo-7Cr 합성 물질로 제조된 경우를 나타내고, 직선(IIa)는 접점(21 및 22)가 SUS 304L로 제조된 경우를 나타내며, 직선(IIIa)는 접점(21 및 22)가 Fe-Ni-Co 합금으로 제조된 경우를 나타내고, 직선(IVa)는 접점(21 및 22)가 Cu로 제조된 경우를 나타낸다. SUS 304L, Fe-Ni-Co 합금 및 Cu는 진공 엔벨로프의 금속 단부판용으로 통상적으로 사용된 물질들이다. 검사 전류의 전압은 12KV(r.m.s)였다. 접점(21과 22) 사이의 아킹 갭은 12mm였다.

제4도는 진공 차단기가 12KV(r.m.s)에서의 25KA 전류를 10회 차단한 후의 검사된 제2도의 진공 차단기의 접점들 사이의 아킹 갭과 절연 내력 사이의 관계를 도시한 것이다. 제3도와 동일한 물질이 접점(21 및 22)내에 사용되었다. 제4도에서, 직선(Ib)는 접점(21 및 22)가 제3도내의 직선(Ia)의 경우와 동일한 물질로 제조된 경우를 나타내고, 직선(IIb,IIIb 및 IVb)는 각각 접점(21 및 22)가 제3도내의 직선(IIa,IIIa 및 IVa)의 경우와 동일한 물질로 제조된 경우를 나타낸다.

제3도 및 제4도로부터 명백히 알 수 있는 바와 같이, Cu-25Mo-7Cr 물질은 오오스테나이트 스테인레스 스틸(SUS 304L), Fe-No-Co 합금 및 Cu보다 크게 진공 차단기의 전류 차단 능력 및 절연 내력에 기여한다. 부수적으로, 이 검사들로부터, 오오스테나이트 스테인레스 스틸(SUS 304L)은 일반적으로 진공 차단기의 절연 내력을 높힌다고 알려져 있지만, 이 오오스테나이트 스테인레스 스틸은 회로 차단 직후에 진공 차단기의 절연 내력을 낮추게 하는 것이 판명되었다.

제1도의 진공 차단기는 제2도의 진공 차단기에 실시된 검사 결과로부터 검사되었다. 접점(8 및 9)가 Cu-25Mo-7Cr 합성 물질로 제조되었고 단부판(4)가 SUS 304L로 제조되었기 때문에, 접점(8 및 9)의 Cu-25Mo-7Cr보다 진공 차단기의 전류 차단 능력 및 절연 내력에 덜 기여하는 물질(즉, 오오스테나이트 스테인레스 스틸)이 고정 접점(8) 바로 뒤에 제공된다는 것을 알게 되었다. 부수적으로, 고정 접점(8) 및 단부판(4)가 동축으로 배열되고 단부판(4)의 표면적이 고정 접점(8)의 표면적보다 크기 때문에, 단부판(4)의 특성은 접점(8과 9) 사이에서 발생된 전기 아크의 기부가 접점(8)의 주변부로부터 단부판(4)로 이송될 수 있는 진공 차단기의 전류 차단 능력 및 절연 내력에 영향을 미칠 수 있다는 것을 알게 되었다.

마지막으로, 본 발명의 발명자들은 접점들 사이의 아킹 갭내의 전기 아크가, 접점으로부터 단부판으로 이송되는 것을 방지하여 코일(10)의 축방향 자계의 효과를 감소시키기 위해 고정 접점과 이 고정 접점에 장착되는 고정측 금속 단부판 사이의 여유 간격이 어느 정도 필요한지를 검사했다. 이 검사에서, 본 발명의 제1실시예에 따른 진공 차단기의 차단 성능은 고정 접점(8)과 고정측 단부판(4) 사이의 여유 간격(t)가 변할 때 검사되었다. 제1실시예의 진공 차단기의 주요부는 제5도에 도시되어 있다. 제1실시예의 진공 차단기의 다른 부분은 제1도의 예에서와 동일하다. 제5도내에서, 축방향 자계 발생 코일(10)은 절연 물질로 제조되고 단부판(4)의 외부 표면에 고정된 환상 지지체(27)에 의해 지지된다. 본 발명의 제1실시예에 따른 검사된 진공 차단기의 부분들의 크기는 다음과 같다.

[표 1]

표 1에서, 금속 실린더(3)의 내경은 고정 접점(8)의 직경(D)가 50mm인 경우에 (D+55)mm이고, 고정 접점(8)의 직경(D)가 60mm인 경우에 (D+45)mm이다. 가동 접점(8)의 직경은 고정 접점(8)의 직경(D)와 동일하다. 코일(10)의 내경(C)는 고정 접점(8)의 직경(D) 이상이므로 (즉,C

D), 코일(10)에 의해 발생된 축방향 자계는 고정 접점(8)과 가동 접점(9)상에 작용할 수 있다.

검사된 진공 차단기는 고정 접점(8)의 직경 50mm인 경우에 12KV r.m.s에서의 30KA의 전류를 일정하게 차단하였다. 또한, 이 진공 차단기는 고정 접점(8)의 직경(D)가 60mm인 경우에 12KV r.m.s에서의 35KA의 전류를 일정하게 차단하였다. 이 차단 성능 레벨들은 나중에 설명할 제6도에 100%로 도시되어 있다.

제6도는 고정 접점(8)과 고정측 단부판(4) 사이의 다수의 여유 간격(t)에 대한 차단 전류의 암페어수의 정규화 값을 도시한 것이다. 이 정규화 값들은 접점(8 및 9)가 Cu-25Mo-7Cr 합성 물질로 제조되고 단부판(4)가 SUS 304L로 제조되는 제5도의 진공 차단기의 차단 전류의 퍼센테이지로 표시되어 있다. 실선으로 도시한 곡선 V는 고정 접점(8)의 직경(D)가 60mm이고, 단부판(4)가 SUS 304L로 제조되는 경우를 나타낸다. ×로 도시한 곡선 VI는 고정 접점(8)의 직경(D)가 50mm이고, 단부판(4)가 SUS 304L로 제조되는 경우를 나타낸다. △로 도시한 곡선 VII는 고정 접점(8)의 직경(D)가 60mm이고 단부판(4)가 Cu로 제조되는 경우를 나타낸다. ○으로 도시한 곡선 VIII는 고정 접점(8)의 직경(D)가 50mm이고 단부판(4)가 Cu로 제조되는 경우를 나타낸다. 모든 경우에, 접점(8 및 9)는 Cu-25Mo-7Cr 합성 물질로 제조된다.

곡선 VIII의 경우에, 범위 P1(t

약 5mm)내에서, 진공 차단기의 전류 차단 능력은 감소되는데, 그 이유는 고정 접점(8)과 고정측 단부판(4) 사이의 감소된 여유 간격(t)가 고정 접점(8) 상의 전기 아크의 기부를 단부판(4)로 이송시키기 때문이다. 범위 Q1(약 5mm

t

약 15mm)내에서, 진공 차단기는 전(full) 전류 차단 능력으로 동작한다. 범위 R1(t

약 15mm)내에서, 진공 차단기의 전류 차단 능력은 감소되는데, 그 이유는 고정 접점(8)과 고정측 단부판(4) 사이의 증가된 여유 간격(t)가 코일(10)의 축방향 자계의 효과를 감소시키기 때문이다.

곡선 V의 경우에, 범위 P2(t

약 2mm)는 범위 P1에 대응하고, 범위 Q2(약 2mm

t

약 20mm)는 범위 Q1에 대응하여, 범위 R2(t

약 20mm)는 범위 R1에 대응한다.

곡선 V와 VI 그룹 및 곡선 VII와 VIII 그룹의 비교 결과로부터 명백히 알 수 있는 바와 같이, 전류 차단 능력의 크기는 여유 간격(t)가 비교적 작은 범위내에서 고정측 단부판(4)의 물질의 특성에 따라 현저하게 변하는 반면에, 여유 간격(t)가 큰 범위내에서는 고정측 단부판(4) 물질의 특성에 따라서 덜 변한다. 큰 여유 간격(t)에서, 코일(10)의 축방향 자계의 세기는 전류 차단 능력을 지배한다.

곡선 V와 VII 그룹 및 곡선 VI와 VIII 그룹의 비교 결과로부터 명백히 알 수 있는 바와 같이, 고정 접점(8)의 직경(D)가 증가하면 코일(10)의 축방향 자계 범위가 증가하기 때문에 여유 간격(t)가 약간 증가되더라도, 진공 차단기는 전전류 차단 능력으로 동작할 수 있다.

제1실시예의 진공 차단기가 전전류 차단 능력으로 동작하는 범위 Q1 및 Q2의 값들은 다음 표 2에 도시되어 있다.

[표 2]

제6도 및 표 2로부터 명백히 알 수 있는 바와 같이, 여유 간격(t)의 상한값은 고정 접점(8)의 직경(D)에 따라 변하는데, 그 이유는 단일 코일(10)이 축방향 자계를 발생시키기 위해 사용되기 때문이다. 여유 간격(t)의 상한값은 고정 접점(8)의 직경(D)가 50mm인 경우에 0.3D이고, 고정 접점(8)의 직경(D)가 60mm인 경우에 약 0.3D이다.

그러므로, 단부판(4)가 SUS 304L로 제조되는 경우에 2mm

t

0.3D이면, 제1실시예의 진공 차단기는 전전류 차단 능력을 나타낸다. 한편, 단부판(4)가 Cu로 제조되는 경우에 5mm

t

0.3D이면, 제1실시예의 진공 차단기는 전전류 차단 능력을 나타낸다.

차단 성능 검사는 고정 접점(8)의 직경(D)가 30 내지 80mm였고, 금속 실린더(3)의 내부 직경이 (D+25)mm 내지 (D+70)mm인 샘플에서 실행되었다. 이 검사 결과는 고정 접점(8)의 직경(D)가 50 또는 60mm이고 금속 실린더(3)의 내부 직경이 105mm인 경우의 검사 결과와 유사하였다.

제7도는 본 발명의 제2실시예에 따른 진공 차단기의 주요부를 도시한 것이다. 제1실시예의 진공 차단기의 부분들과 동일한 제2실시예의 진공 차단기의 부분들에는 동일한 참조번호를 붙였다. 제2실시예의 진공 차단기의 다른 부분은 제1도의 예에 도시한 것과 거의 동일하다. 제1도의 예와 상이한 점들에 관해서는 나중에 설명하겠다. 가동 접점(29)는 축방향 자계 발생 코일(10) 근처의 코일측 접점을 구성하고, 고정 접점(28)은 코일(10)으로부터 떨어진 접점을 구성한다. 이 가동 접점(29)와 고정 접점(28)은 본 발명의 제1실시예내의 고정 접점(8)과 동일한 Cu-25Mo-7Cr 합성 물질로 제조된다. 고정 접점(28)의 직경은 가동 접점(29)의 직경과 동일하다. 가동측 단부판(34)는 오오스테나이트 스테인레스 스틸(예를 들어, SUS 304L)로 제조되고, 도시하지 않은 고정측 단부판은 Fe-Ni-Co 합금(예를 들어, 코발)로 제조된다. 가동 리드 로드(7)은 가동측 단부판(34)를 통해 연장된다. 가동 리드 로드(7)의 원통형 표면을 코일(10)의 한 단자에 전기적으로 접속되는 활강 접점(36)과 활강가능하게 접속되어 있다. 금속 실린더(3)의 외부에 배치되는 벨로우즈(35)는 가동 리드 로드(7)을 가동측 단부판(34)에 밀폐 접속시킨다. 고정 접점(28)을 갖고 있는 고정 리드 로드(6)은 제1도의 벨로우즈(13)이 없이 고정측 단부판을 통해 연장된다.

제1실시예의 진공 차단기와 동일한 방식으로, 본 발명의 발명자들은 접점들 사이의 아킹 갭내의 전기 아크가 가동 접점으로부터 가동측 단부판으로 이송되지 못하게 하기 위해 가동 접점과 이 가동 접점을 장착시키는 가동측 금속 단부판 사이의 여유 간격이 어느 정도 필요한지를 검사하였다. 본 발명의 제2실시예에 따른 검사된 진공 차단기의 부분들의 크기는 본 발명의 제1실시예에 따른 검사된 진공 차단기의 부분들의 크기와 동일하다. 여유 간격(t)는 접점(28과 29) 사이의 아킹 갭이 제7도에 도시한 바와 같이 완전히 개방되어 있는 상태에서 결정된다. 이 검사 결과는 제1실시예의 진공 차단기내에서의 검사 결과와 동일했다.

제9도는 본 발명의 제3실시예에 따른 진공 차단기의 주요부를 도시한 것이다. 제3실시예의 진공 차단기의 다른 부분들은 제1도의 예내에서와 동일하다. 제1실시예의 진공 차단기와 동일한 제3실시예 진공 차단기의 부분에는 동일한 참조번호를 붙였다. 가동 접점(39)는 본 발명의 제1실시예내의 가동 접점(9)와 동일한 Cu-25Mo-7Cr 합성 물질로 제조된다.

제1실시예의 진공 차단기와 동일한 방식으로, 본 발명자들은 접점들 사이의 아킹 갭내의 전기 아크가 고정 접점으로부터 고정측 단부판으로 이송되는 것을 방지하여 코일(10)의 축방향 자계의 영향을 감소시키기 위해 고정 접점과 이 고정 접점에 장착되는 고정측 금속 단부판 사이의 여유 간격이 어느 정도 필요한지를 검사하였다. 본 발명의 제3실시예에 따른 검사된 진공 차단기의 부분들의 크기는 가동 접점(39)의 직경이 1.1×D(mm)라는 것을 제외하면 본 발명의 제1실시예에 따른 검사된 진공 차단기의 부분들의 크기와 동일하다.

검사된 진공 차단기는 고정 접점(8)의 직경(D)가 50mm이고 가동 접점(39)의 직경이 50mm인 경우에 12KV r.m.s 에서의 34KA의 전류를 일정하게 차단하였다. 또한, 이 진공 차단기는 고정 접점(8)의 직경(D)가 60mm이고 가동 접점(39)의 직경이 66mm인 경우에 12KV r.m.s에서의 39KA의 전류를 일정하게 차단하였다.

제10도는 제6도와 유사한 것으로, 고정 접점(8)과 고정측 단부판(4) 사이의 다수의 여유 간격(t)에 대한 차단 전류의 암페어수의 정규값을 도시한 것이다. ○으로 표시된 곡선 IX는 고정 접점(8)의 직경(D)가 60mm이고, 단부판(4)가 SUS 304L로 제조되는 경우를 나타낸다. △로 도시한 곡선 X는 고정 접점(8)의 직경(D)가 50mm이고, 단부판(4)가 SUS 304L로 제조되는 경우를 도시한 것이다.

제3실시예의 진공 차단기가 전전류 차단 능력으로 동작하는 범위 Q1 및 Q2의 값들은 다음 표 3에 도시되어 있다.

[표 3]

제10도 및 표 3으로 부터 명백히 알 수 있는 바와 같이, 2mm

t

0.3D이면, 제3실시예의 진공 차단기는 고정 접점(8)의 직경(D)의 두가지 값에서 전전류 차단 특성을 나타낸다.

차단 성능 검사는 고정 접점(8)의 직경(D)가 30 내지 80mm이고, 금속 실린더(3)의 내경이 (D+25)mm 내지 (D+70)mm인 예에서 실행되었다. 이 검사 결과는 고정 접점(8)의 직경이 50 또는 60mm이고 금속 실린더(3)의 내경이 105mm인 경우의 검사결과와 유사하였다.

본 발명의 제3실시예내에서, 단부판(4)는 Cu 또는 Fe-Ni-Co 합금으로 선택적으로 제조될 수 있으므로, 단부판(4)가 SUS 304L로 제조되는 경우의 장점과 유사한 장점들을 얻을 수 있다.

제11a도는 조절 차폐물의 제1변형에 따른 조절 차폐물(41)을 도시한 것이다. 이 조절 차폐물(41)은 원추형태를 갖는다. 조절 차폐물(41)의 디스크형 기부(41a)는 가동 접점(39)의 배면에 대향하고, 가동 리드 로드(7)이 통과하는 중심 애퍼츄어(41c)를 갖는다. 조절 차폐물(41)의 애퍼츄어 정점은 환상 만곡부(41b)를 갖는다. 조절 차폐물(41)은 애퍼츄어(41c)에서 가동 리드 로드(7)에 장착된다. 조절 차폐물(41)의 외측 표면은 불록하다.

제11b도는 조절 차폐물(40)의 제2변형에 따른 조절 차폐물(42)를 도시한 것이다. 이 조절 차폐물(42)는 일반적으로 바닥을 갖고 있는 원통형 셀(shell)이다. 조절 차폐물(42)의 개방 단부는 가동 접점(39)의 배면에 대향하고, 조절 차폐물(42) 내부내로 만곡되는 환상 만곡부(42a)를 갖는다. 환상 만곡부(42a)의 외경은 가동 접점(39)의 외경과 거의 동일하다. 조절 차폐물(42)의 밀폐 단부는 가동 리드 로드(7)이 통과하는 중심 애퍼츄어(42b)를 갖고 있는 디스크형 바닥(42c)를 갖는다. 조절 차폐물(42)는 애퍼츄어(42b)에서 가동 리드 로드(7)에 장착된다.

본 발명의 제1, 제2 및 제3실시예 내에서, 접점(8,9 및 39)는 합성물 Cu-Mo-Cr을 갖고 있는 분말 야금학적으로 생성된 합성 물질로 제조된다. 선택적으로 W 및 Nb가 Mo 대신에 사용될 수 있고, 최소한 Fe, Ni 및 Co가 Cr 대신에 사용될 수 있지만, 발생 효과는 상술한 본 발명의 제1, 제2 및 제3실시예의 발생 효과와 유사하다.

Cu, 내화 금속 원소 및 철-그룹 금속 원소의 비율은 접점 물질에 대한 필요조건을 고려하여 결정된다. 양호하게도, Cu의 비율은 20 내지 80중량%이고, 내화 금속 원소는 5 내지 45중량%이며, 철-그룹 금속 원소는 5 내지 45중량%이다.

20중량% 이하의 구리는 점점의 전기 전도율을 상당히 감소시키고 접점의 전기 접촉 저항을 상당히 증가시킨다. 한편, 80중량% 이상의 구리는 전류 쵸핑(current chopping) 레벨을 상당히 증가시키고, 접점의 항-용접 능력 및 절연 내력을 상당히 감소시킨다.

5중량% 이하의 내화 금속 함량은 접점의 절연 내력을 상당히 감소시킨다. 한편, 45중량% 이상의 내화 금속 함량은 접점의 기계 강도를 상당히 감소시키고 전류 쵸핑 레벨을 상당히 증가시킨다.

5중량% 이하의 철-그룹 금속 함량은 접점의 절연 내력을 상당히 감소시킨다. 한편, 45중량% 이상의 철-그룹 금속 함량은 접점의 전기 전도율을 상당히 감소시킨다.

Claims

전기 절연 실린더(2)를 포함하는 진공 엔벨로프(1), 이 진공 엔벨로프(1)의 일부분을 구성하고 절연 실린더(2)의 대향 개방 단부들에 용접 밀폐된 1쌍의 금속 고정축 단부판 및 가동측 단부판(4,5,34), 진공 엔벨로프(1)내에 지지된 1쌍의 상대 이동가능한 디스크형 접점(8,9,28,29,30), 각각 대응 접점(8,9,28,29,39)을 지지하고 이 대응 접점에 전기적으로 접속된 1쌍의 전기 리드 부재(6,7), 및 아킹 갭내의 아크의 통로에 평행하게 축방향 자계를 발생시키기 위해 진공 엔벨로프(1) 외부 및 코일측 단부판(4,34) 근처에 배치된 코일(10)로 구성되고, 단부판(4,5,34)들 중 한 단부판이 코일측 단부판(4,34)으로 되며, 가동 접점(9,29,39)가 고정 접점(8,28)과 전도성 결합 상태로 폐쇄 위치로부터 벨로우즈(13,35)에 의해 이동할 수 있고, 개방 위치에서 가동 접점(9,29,39)가 회로 차단 중에 아크가 형성되는 아킹 갭만큼 고정 접점(8,28)으로부터 분리되며, 접점(8,9,28,29,39)들 중 한 접점이 코일측 접점(8,29)로 되는 진공 차단기에 있어서, 코일측 접점(8,29)가 코일측 단부판(4,34) 보다 차단 성능이 우수한 물질로 제조되고, 코일측 접점(8,29)가 최소한 2mm이고 최대한 코일측 접점(8,29)의 직경의 30%인 여유 간격으로 코일측 단부판(4,34)에 장착되는 것을 특징으로 하는 진공 차단기.
제1항에 있어서, 코일측 단부판(4,34)가 오오스테나이트 스테인레스 스틸로 제조되는 것을 특징으로 하는 진공 차단기.
제1항에 있어서, 코일측 단부판(4,34)가 Cu로 제조되고, 여유 간격이 최소한 5mm인 것을 특징으로 하는 진공 차단기.
제1항에 있어서, 코일측 접점(8,29)가 Cu와, Mo, W 및 No중 최소한 1개와, Cr, Fe, Ni 및 Co중 최소한 1개를 함유하는 합성 물질로 제조되는 것을 특징으로 하는 진공 차단기.
제1항에 있어서, 코일측 접점(8,29)가 20 내지 80중량%의 Cu, 5 내지 45중량% Mo, 및 5 내지 45중량%의 Cr를 함유하는 합성 물질로 제조되는 것을 특징으로 하는 진공 차단기.
제1항에 의하여, 코일측 접점(8)이 고정 접점인 것을 특징으로 하는 진공 차단기.
제1항에 있어서, 코일측 접점(29)가 가동 접점이고, 벨로우즈(35)의 내부 표면에 의해 진공 엔벨로프(1) 내부에 진공이 가해지도록 배치되는 것을 특징으로 하는 진공 차단기.
전기 절연 실린더(2)를 포함하는 진공 엔벨로프(1), 이 진공 엔벨로프(1)의 일부분을 구성하고 절연 실린더(2)의 대향 개방 단부에 용접 밀폐된 1쌍의 금속 고정측 단부판 및 가동측 단부판(4,5), 진공 엔벨로프(1)내에 지지된 1쌍의 상대 이동가능한 디스크형 접점(8,39), 각각 대응 접점(8,39)을 지지하고 이 대응 접점에 전기적으로 접속된 1쌍의 전기 리드 부재(6,7), 아킹 갭내의 아크의 통로에 평행하게 축방향 자계를 발생시키기 위해 진공 엔벨로프(1) 외부 및 코일측 단부판(4,) 근처에 배치된 코일(10), 및 다른 접점(39)의 전위와 상이한 전위를 갖고 있고 절연 실린더(2)내에 비치된 증기 차폐물(12)로 구성되고, 단부판(4,5)들 중 한 단부판이 코일측 단부판(4)로 되며, 가동 접점(39)가 고정 접점(8)과 전도성 결합 상태로 폐쇄 위치로부터 벨로우즈(13)에 으이해 이동할 수 있고, 개방 위치에서 가동접점(39)가 회로 차단 중에 아크가 형성되는 아크 갭만큼 고정 접점(8)로부터 분리되며, 접점(8,39)들 중 한 접점이 코일측 접점(8)로 되는 진공 차단기에 있어서, 코일측 접점(8)이 코일측 단부판(4) 보다 차단 성능이 우수한 물질로 제조되고, 코일측 접점(8,29)가 최소한 2mm이고 최대한 코일측 접점(8)의 직경이 30%인 여유 간격으로 코일측 단부판(4,34)에 장착되며, 다른 접점(39)의 직경이 코일측 접점(8)의 직경보다 크고, 진공 차단기가 다른 접점(9)와 증기 차폐물(12) 사이의 갭내의 다른 접점(9)의 외부에서 발생된 전계의 집중을 조절하는 차폐물(40,41,42)를 갖고 있는 것을 특징으로 하는 진공 차단기.
제8항에 있어서, 코일측 단부판(4)가 오오스테나이트 스테인레스 스틸로 제조되는 특징으로 하는 진공차단기.
제8항에 있어서, 코일측 단부판(4)가 Cu로 제조되고, 여유 간격이 최소한 5mm인 것을 특징으로 하는 진공 차단기.
제8항에 있어서, 코일측 접점(8)이 Cu와, Mo, W 및 No중 최소한 1개와, Cr, Fe, Ni 및 Co중 최소한 1개를 함유하는 합성 물질로 제조되는 것을 특징으로 하는 진공 차단기.
제8항에 있어서, 코일측 접점(8)이 20 내지 80중량%의 Cu, 5 내지 45중량% Mo, 및 5 내지 45중량 %의 Cr을 함유하는 합성 물질로 제조되는 것을 특징으로 하는 진공 차단기.
제8항에 있어서, 다른 접점(39)가 고정 접점인 것을 특징으로 하는 진공 차단기.
제8항에 있어서, 다른 접점(39)가 가동 접점인 것을 특징으로 하는 진공 차단기.
제8항에 있어서, 조절 차폐물(40,41)이 원추형이고, 이 조절 차폐물(40,41)의큰 단부가 다른 접점(39)의 배면에 대향하는 것을 특징으로 하는 진공 차단기.
제8항에 있어서, 조절 차폐물(42)가 원통형이고, 이 조절 차폐물(42)의 한 단부가 다른 접점(39)의 배면에 대향하는 것을 특징으로 하는 진공 차단기.