WO2015099474A1 - 가스절연 개폐장치의 가스차단기 - Google Patents

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WO2015099474A1
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하만준
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    • H01H33/90—Switches with separate means for directing, obtaining, or increasing flow of arc-extinguishing fluid the flow of arc-extinguishing fluid being produced or increased by movement of pistons or other pressure-producing parts this movement being effected by or in conjunction with the contact-operating mechanism
    • H01H33/901—Switches with separate means for directing, obtaining, or increasing flow of arc-extinguishing fluid the flow of arc-extinguishing fluid being produced or increased by movement of pistons or other pressure-producing parts this movement being effected by or in conjunction with the contact-operating mechanism making use of the energy of the arc or an auxiliary arc

Definitions

  • the present invention relates to a gas circuit breaker of a gas insulated switchgear, and more particularly, to a gas insulated switchgear which allows a gas heated by arc heat to quickly enter a heat packer chamber and a gas is quickly transferred from the heat packer chamber to a nozzle. It relates to a gas circuit breaker.
  • GIS Gas Insulated Switchgear
  • a device that blocks the fault current is called a circuit breaker, and is classified into a vacuum circuit breaker, an oil circuit breaker, and a gas circuit breaker according to the arc and insulation medium. Breaking the fault current means that the breaker interrupts the arc that occurs between the two contacts when the fault current is interrupted. It is classified into extinguishing method, thermal expansion extinguishing method, and compound extinguishing method. As an ultra-high voltage breaker of 72.5kV or more, a paper breaker-type gas circuit breaker that uses insulating gas (SF 6 ) as the extinguishing and insulating medium is mainly used.
  • SF 6 insulating gas
  • the fault current is interrupted.
  • an arc is generated when the electrode is separated.
  • a separate fixed arc electrode and a movable arc electrode are provided so that the arc occurs only at the fixed arc electrode and the movable arc electrode. That is, the arc is concentrated in one place so that it can be easily extinguished.
  • the gas in the nozzle When an arc occurs between the movable arc electrode and the fixed arc electrode in the gas insulated switchgear, the gas in the nozzle is heated by the heat of the arc, and the heated gas enters the inside of the thermal paper chamber. In order to extinguish the arc, the gas in the heat pap chamber must be discharged through the nozzle to extinguish the arc. However, since the gas heated by the heat of the arc must enter the thermal papilla through the nozzle passage, the arc cannot be extinguished during that time.
  • the gas heated by the heat of the arc does not mix into the inside of the thermal papilla, the gas may be discharged through the nozzle as it is at a high temperature, so that the extinguishing performance is deteriorated.
  • An object of the present invention is to solve the conventional problems as described above, to enable the gas heated by the heat of the arc to quickly enter the inside of the thermal paper chamber.
  • the present invention is a gas circuit breaker of the gas insulated switchgear is installed in the tank with the insulating gas to perform the opening and closing of the converter, a fixed body space is formed therein
  • a movable body having a main movable electrode and a movable arc electrode on a fixed body which is positioned inside the fixed body of the fixed body and is operated by an operation rod operated by a driving source and is coupled to the main movable electrode.
  • a fixed electrode electrode coupled to and separated from the main fixed electrode and the movable arc electrode, the fixed electrode being installed in the tank, and formed between the fixed body and the movable body, between the movable arc electrode and the fixed arc electrode.
  • the heat wave chamber for supplying gas arc extinguishing in the arc and the gas in the heat wave chamber before the movable arc A nozzle flow path is formed by spraying and extinguishing an arc generated during separation of the pole and the fixed arc electrode, and a nozzle flow path is formed between a position where the thermal paper chamber and the arc are formed. It includes a nozzle that is formed to narrow and go back to the position where is formed.
  • Guide nozzles are formed in the nozzle flow path to set the flow cross-sectional area within the nozzle flow path.
  • the guide protrusions protrude from the apex first when the apex is most protruded and extends from the heat-paper chamber to the apex for the first oil.
  • the surface extending toward the portion is the inner surface during the second oil, wherein the first and second flow guide surface is a planar or quadratic curved surface having a predetermined slope.
  • the guide protrusion is formed only on one side of the inner surfaces of the nozzle passage facing each other.
  • the guide protrusions are formed to face both sides of the inner surfaces of the nozzle passage facing each other.
  • the flow cross-sectional area of the nozzle passage between the thermal papilla and the nozzle is configured to gradually decrease and then expand again from one end to the other end, the gas flowing along the nozzle passage can be moved at supersonic speed by the heat of the arc. There is an effect that the heated gas is quickly moved to the heat paper chamber.
  • the gas mixing in the thermal paper chamber occurs more quickly, and the gas heated by the arc heat is mixed with the gas in the thermal paper chamber in a short time to lower the temperature, thereby lowering the temperature of the gas injected through the nozzle. Since it becomes possible to carry out the arc action more smoothly has the effect.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of a preferred embodiment of a gas circuit breaker of a gas insulated switchgear according to the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing the configuration of important parts of the embodiment shown in FIG.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view showing the configuration of an important part of another embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view showing the configuration of an important part of another embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is an operational state diagram showing sequentially the embodiment shown in FIG.
  • Figure 6 (a) is a state diagram showing the gas flow in the conventional gas circuit breaker, (b) is a state diagram showing the gas flow in the gas circuit breaker of the present invention.
  • the gas circuit breaker of this embodiment is fixed to the inside of the tank (not shown) that the fixed body 10 constitutes the appearance of the gas circuit breaker is installed.
  • the fixed body 10 is cylindrical in this embodiment.
  • the fixed body space 12 is formed inside the fixed body 10.
  • the piston 13 is installed in the fixed body space 12.
  • the piston 13 is located between the inner surface of the fixed body space 12 and the outer surface of the moving body 18 to be described below to set the volume of the pressure puffer chamber 26 to be described below.
  • the manipulation rod 14 is a portion for transmitting power for driving the movable portion 16 to be described below.
  • the operation rod 14 extends to the outside of the tank to receive a driving force from a driving source.
  • the movable part 16 is installed in the fixed body 10.
  • the movable part 16 is moved by the operation rod 14, and is described below, between the main movable electrode 28 and the main fixed electrode 42 and the movable arc electrode 29 and the fixed arc electrode 44. It connects and separates them.
  • the movable body 18 forms the skeleton of the movable part 16.
  • the movable body 18 is cylindrical in this embodiment.
  • the movable body 18 does not necessarily have to be cylindrical, but it is advantageous in manufacturing to be cylindrical. That is, it is preferable that both the fixed body 10 and the movable body 18 are cylindrical.
  • the moving body space 20 is formed inside the moving body 18.
  • the movable cylinder 22 is installed in the movable body 18.
  • the movable cylinder 22 cooperates with the movable body 18 to sequentially form a thermal paper chamber 24 and a pressure paper chamber 26 therein.
  • a gas for extinguishing arcs is located in the thermal paper chamber 24 and the pressure paper chamber 26 in the thermal paper chamber 24 and the pressure paper chamber 26, a gas for extinguishing arcs is located in the thermal paper chamber 24 and the pressure paper chamber 26 are communicated with each other by the communication hole 27, the check valve may be installed in the communication hole (27).
  • the main movable electrode 28 is formed at the tip of the movable cylinder 22.
  • the main movable electrode 28 is a part which is coupled to and electrically connected to the main fixed electrode ?? 42 to be described below.
  • the main movable electrode 28 has a cylindrical shape.
  • the movable cylinder 22 in which the main movable electrode 28 is formed also has a cylindrical shape, and an outer surface thereof can be moved in close contact with an inner surface of the fixed body 10.
  • a movable arc electrode 29 is located at a portion of the front end of the movable body 18 that corresponds to the inner side of the main movable electrode 28.
  • the movable arc electrode 29 also has a substantially cylindrical shape.
  • the movable arc electrode 29 is a portion electrically connected to the fixed arc electrode 44 to be described below.
  • the movable arc electrode 29 and the fixed arc electrode 44 are coupled before the main movable electrode 28 and the main fixed electrode 42 are coupled to each other, and the main movable electrode 29 and the main movable electrode 29 are separated from each other.
  • the main fixed electrode 42 is separated later than the main fixed electrode 42 is separated. This is for the arc to occur only in the movable arc electrode 29 and the fixed arc electrode 44.
  • the nozzle 30 is installed between the main movable electrode 28 and the movable arc electrode 29.
  • the nozzle 30 is elongated to accommodate the fixed arc electrode 44 to be described below.
  • the nozzle body 32 forms a skeleton of the nozzle 30, and a nozzle passage 33 is formed inside the nozzle body 32.
  • the nozzle body 32 in which the nozzle passage 33 is formed may be separately formed in a part installed in the movable cylinder 22 and a part installed in the movable body 18.
  • the nozzle flow path 33 is a flow path through which gas for arc extinguishing flows, and a cross sectional area of the nozzle flows gradually decreases and then gradually increases.
  • guide protrusions 34 are formed on the inner surface of the nozzle passage 33.
  • the guide protrusion 34 is formed so that the most protruding portion is a vertex portion 34 'and gradually protrudes toward the vertex portion 34'.
  • the flow path area of the nozzle flow path 33 gradually decreases, starting with the thermal paper chamber 24, and then gradually increases the flow cross-sectional area from the peak part 34 ′.
  • the shape of the nozzle channel 33 as described above makes the speed of the gas passing through the nozzle channel 33 faster.
  • the surface of the guide protrusion 34 starting from the side of the heat waveguide chamber 24 to the apex portion 34 ' is referred to as the inner surface 36 during the first oil, and the surface opposite to the guide protrusion 34 is the second flow. It is called guide surface 37.
  • the first oil inner surface 36 and the second oil inner surface 37 may be inclined surfaces having a predetermined slope or curved surfaces having a secondary curve.
  • a main nozzle hole 38 is formed at the end of the nozzle passage 33 in the nozzle body 32, and an auxiliary nozzle hole 39 is formed at the opposite side of the main nozzle hole 38.
  • the auxiliary nozzle hole 39 is to inject gas into the moving body space 20 of the moving body 18.
  • the fixed arc electrode 44 is positioned at the time of closing in the nozzle flow path 33 formed in the main nozzle 32.
  • the nozzle passage 33 is an upstream field of the nozzle passage 33 up to a position corresponding to the tip of the movable arc electrode 30, and a section after the tip of the fixed arc electrode 44 is a downstream field.
  • the nozzle passage 33 is formed to be bent at the tip portion of the movable arc electrode 30.
  • the fixed electrode 40 is fixed to face the tip of the movable portion 16.
  • the main fixed electrode 42 is formed around the edge of the high electrode 40.
  • the main fixed electrode 42 is coupled to the main movable electrode 28. Therefore, the shapes of the main fixed electrode 42 and the main movable electrode 28 are configured to correspond to each other.
  • the fixed arc electrode 44 is located at the center of the fixed electrode 40.
  • the fixed arc electrode 44 is coupled to the movable arc electrode 29.
  • the fixed arc electrode 44 has a bar shape and is inserted into the movable arc electrode 29.
  • the fixed arc electrode 44 protrudes more than the main fixed electrode 42. This is coupled with the movable arc electrode 29 prior to the combination of the main movable electrode 28 and the main fixed electrode 42, and the movable arc electrode before the separation of the main movable electrode 28 and the main fixed electrode 42. To be separated from the (30).
  • FIG. 3 shows another embodiment of the present invention.
  • the guide protrusions 34 for changing the flow cross-sectional area of the nozzle passage 33 are formed to face each other on the inner surface of the nozzle passage 33. That is, the cross section of the nozzle passage 33 is made into a ring shape, the surface of the nozzle passage 33 forming an inner circle in the ring-shaped portion and the surface of the nozzle passage 33 forming an outer circle. Guide protrusions 34 are formed in each.
  • the guide protrusions 34 are formed to face each other in the nozzle passage 33 so that the flow cross-sectional area of the nozzle passage 33 gradually narrows, and the flow cross-sectional area gradually widens again from the apex 34 '.
  • the guide protrusion 34 for changing the flow cross-sectional area of the nozzle passage 33 is formed on the inner surface of the nozzle passage 33 corresponding to the moving body 18 side from the nozzle body 32. . This is in contrast to the embodiment shown in FIG.
  • the operation rod 14 When the operation signal is provided by the overload in the gas insulated switchgear, the operation rod 14 is driven by a drive source to move the movable portion 16 to the left side in the drawing.
  • the movement of the movable part 16 causes the main movable electrode 28 and the main fixed electrode 42 to be separated first. However, if the main arc electrode 29 and the fixed arc electrode 44 are not separated, an arc does not occur. Such a state is shown in FIG.
  • FIG. An arc A occurs as shown in FIG.
  • the arc A is formed to connect between the main arc electrode 29 and the fixed arc electrode 44.
  • the cold gas in the thermal paper chamber 24 is mixed while stirring. Therefore, the gas delivered to the thermal paper chamber 24 at a high temperature is supplied with heat to the gas in the thermal paper chamber 24 so that the temperature is lowered and mixed with the gas in the thermal paper chamber 24.
  • the gas that was subsonic while passing through the nozzle passage 33 in which the guide protrusion 34 is formed becomes supersonic and enters the thermal papper chamber 24, and is better mixed with the gas in the thermal papper chamber 24. This state is shown in FIG.
  • FIG. 6 (a) shows that the gas heated by the arc (A) enters and mixes inside the thermal papillary chamber 24 when there is no guide protrusion 34 in the nozzle passage 33.
  • the gas heated by the arc A and what is shown by the dotted area is the cold gas which existed in the inside of the heat-paper chamber 24.
  • the mixing in the heat papillary 24 is relatively poor.
  • FIG. 6B the gas heated by the arc A enters deeply into the thermal paper chamber 24 and exists in many regions of the thermal paper chamber 24. This shows that the gas flows into the thermal paper chamber 24 at high speed and mixes with the gas in the thermal paper chamber 24.
  • 5C and 5D show the state in which the arc A generated between the movable arc electrode 29 and the fixed arc electrode 44 is continuously maintained while the movable part 16 is moved. Giving. Of course, since the movable arc electrode 29 continues to move, it can be seen that the arc A extends as the distance from the fixed arc electrode 44 increases.
  • the gas of the thermal paper chamber 24 is discharged through the nozzle 30 to extinguish the arc A. It will be described that the gas of the thermal paper chamber 24 is injected through the nozzle 30 through the nozzle 30.
  • the gas of the thermal paper chamber 24 is transferred to the nozzle passage 33 of the nozzle 30 and flows, it is discharged through the guide protrusion 34.
  • the guide protrusion 34 is first guided along the inner surface 36 during the first oil, and then guided along the inner surface 37 during the second oil passage 34 '.
  • 5E illustrates a state in which the movable arc electrode 29 and the fixed arc electrode 44 are completely separated, and the arc A is completely removed by gas injection through the nozzle 30. have.
  • the gas circuit breaker with the thermal paper chamber 24 includes: Mostly applicable.

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Abstract

본 발명은 가스절연 개폐장치의 가스차단기에 관한 것이다. 본 발명에서는 고정몸체(10)의 내부에 가동부(16)가 구비되고 상기 가동부(16)에는 메인가동전극(28)과 가동아크전극(29)이 있다. 상기 가동부(16)의 골격을 이동몸체(18)가 형성하는데, 상기 이동몸체(18)의 내부에는 이동몸체공간(20)이 형성된다. 상기 이동몸체(18)의 선단에는 노즐(30)이 설치되어 상기 가동아크전극(29)과 결합되고 분리되는 고정아크전극(44)과 상기 가동아크전극(29)사이에서 발생하는 아크를 소호하는 가스를 분사하게 된다. 상기 노즐(30)의 내부에는 노즐유로(33)가 형성되는데, 상기 노즐유로(33)에는 안내돌부(34)가 형성되어 유동단면적이 점차 좁아지다가 다시 넓어지도록 형성된다. 상기 안내돌부(340)는 상기 노즐유로(33)의 내부에서 정점부(34')가 가장 돌출되고 상기 정점부(34')를 기준으로 양측으로 가면서 소정의 경사를 가진 평면 또는 2차곡선으로 된 곡면으로 된 제1유동안내면(36)과 제2유동안내면(37)으로 구성된다. 이와 같은 본 발명에 의하면 아크에 의해 가열된 가스가 노즐유로(33)를 통과하여 열파퍼실(24)로 전달되면서 속도가 증가하여 열파퍼실(24) 내부의 가스혼합이 잘 이루어지게 도와주어 소호성능을 향상시키는 이점이 있다.

Description

가스절연 개폐장치의 가스차단기
본 발명은 가스절연 개폐장치의 가스차단기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 아크의 열에 의해 가열된 가스가 열파퍼실로 신속하게 진입하고 열파퍼실에서 가스가 노즐로 신속하게 전달되도록 하는 가스절연 개폐장치의 가스차단기에 관한 것이다.
가스절연 개폐장치(GIS: Gas Insulated Switchgear)는 금속제 밀폐용기에 절연성능과 소호기능이 우수한 절연용 가스를 절연매체로 사용하여 도체와 각종 보호기기들을 수납시켜 신뢰성을 향상시킨 수변전 설비이며, 차단기, 단로기, 접지개폐기 등 여러가지 구성들이 복합적으로 있다.
전력계통에서 고장이 발생하는 경우, 계통 및 각종 전력기기를 보호하기 위해서는 고장 전류를 신속하고 안전하게 차단해야 한다. 고장전류를 차단하는 장치를 차단기라고 하는데, 소호 및 절연 매질에 따라 진공차단기, 오일차단기, 가스차단기 등으로 분류된다. 차단기가 고장전류를 차단한다는 것은 고장전류 차단시에 두 접점 사이에서 발생하는 아크(arc)를 소호한다는 것을 의미하며, 아크를 소호하는 방식에 따라 가스차단기는 파퍼소호방식(puffer type)과 로터리 아크 소호방식, 열팽창 소호방식, 복합소호방식 등으로 분류된다. 72.5kV급 이상의 초고압 차단기로는 절연성 가스(SF6)를 소호 및 절연 매질로 사용하는 파퍼소호방식의 가스차단기가 주로 사용되고 있다.
차단기에서는 고장전류의 차단을 수행한다. 전로에서 고전압이 흐르는 경우에는 전극이 분리될 때, 아크가 발생하는데, 차단기에서는 별도의 고정아크전극과 가동아크전극을 두어 이들 고정아크전극과 가동아크전극에서만 아크가 발생하도록 한다. 즉, 아크가 한 곳에서 집중되어 발생하도록 하여 이를 쉽게 소호시킬 수 있도록 하는 것이다.
가스절연 개폐장치에서 가동아크전극과 고정아크전극 사이에서 아크가 발생했을 때, 아크의 열에 의해서 노즐에 있는 가스가 가열되고, 이 가열된 가스가 열파퍼실의 내부로 들어가게 된다. 아크를 소호시키기 위해서는 열파퍼실의 가스가 노즐을 통해 배출되어 아크를 소호하여야 한다. 하지만, 아크의 열에 의해 가열된 가스가 노즐유로를 통해 열파퍼실로 들어가야 하므로 그 동안에는 아크를 소호시킬 수 없다.
그리고, 아크의 열에 의해 가열된 가스가 열파퍼실의 내부로 들어가서 섞이지 않으면 고온 상태 그대로 노즐을 통해 배출될 수 있어 소호성능이 떨어지게 되는 문제점이 있다.
본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 아크의 열에 의해 가열된 가스가 신속하게 열파퍼실의 내부로 들어갈 수 있도록 하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명은 절연가스가 있는 탱크 내에 설치되어 전로의 개폐를 수행하는 가스절연 개폐장치의 가스차단기에 있어서, 내부에 고정몸체공간이 형성되는 고정몸체와, 상기 고정몸체의 고정몸체공간 내부에 위치되고 구동원에 의해 동작되는 조작로드에 의해 동작되는 이동몸체에 메인가동전극과 가동아크전극을 구비하는 가동부와, 상기 메인가동전극과 결합되고 분리되는 메인고정전극과 상기 가동아크전극과 결합되고 분리되는 고정아크전극을 구비하며 상기 탱크 내에 설치되는 고정전극과, 상기 고정몸체와 이동몸체의 사이에 형성되어 상기 가동아크전극과 고정아크전극 사이에서 발생하는 아크를 소호하는 가스를 공급하는 열파퍼실과, 상기 열파퍼실의 가스를 상기 가동아크전극과 고정아크전극의 분리시에 발생하는 아크에 분사하여 소호하는 것으로 상기 열파퍼실과 아크가 형성되는 위치 사이에 노즐유로가 형성되고 상기 노즐유로 내부의 유동단면적이 상기 열파퍼실 쪽에서 시작해서 상기 아크가 형성되는 위치로 가면서 좁아지다가 다시 넓어지도록 형성되는 노즐을 포함한다.
상기 노즐유로에는 안내돌부가 형성되어 노즐유로 내의 유동단면적을 설정하는데, 상기 안내돌부는 정점부가 가장 돌출되고 상기 열파퍼실 쪽에서 상기 정점부까지를 제1유동안내면, 상기 정점부에서 시작해서 아크가 발생하는 부분쪽으로 연장되는 면이 제2유동안내면인데, 상기 제1 및 제2 유동안내면은 소정의 경사를 가지는 평면이거나 2차곡선으로 되는 곡면이다.
상기 안내돌부는 상기 노즐유로의 서로 마주보는 내면의 일측에만 형성된다.
상기 안내돌부는 상기 노즐유로의 서로 마주보는 내면의 양측에 마주보게 형성된다.
본 발명에 의한 가스절연 개폐장치의 가스차단기에서는 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.
먼저, 본 발명에서는 열파퍼실과 노즐 사이의 노즐유로의 유동단면적이 일측 단부에서 타측 단부로 가면서 점차 축소되다가 다시 확대되도록 구성되었으므로 노즐유로를 따라 유동되는 가스가 초음속으로 이동될 수 있어 아크의 열에 의해 가열된 가스가 열파퍼실로 신속하게 이동하는 효과가 있다.
따라서, 본 발명에서는 열파퍼실 내에서의 가스 혼합이 보다 신속하게 일어나게 되어 아크열에 의해 가열된 가스가 짧은 시간에 열파퍼실 내의 가스와 혼합되어 온도가 낮아지게 되어 노즐을 통해 분사되는 가스의 온도를 낮출 수 있게 되므로 소호동작이 보다 원활하게 이루어지는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 의한 가스절연 개폐장치의 가스차단기의 바람직한 실시례의 구성을 보인 개략단면도.
도 2는 도 1에 도시된 실시례의 중요부 구성을 보인 단면도.
도 3은 본 발명의 다른 실시례의 중요부 구성을 보인 단면도.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시례의 중요부 구성을 보인 단면도.
도 5는 도 1에 도시된 실시례가 동작되는 것을 순차적으로 보인 동작상태도.
도 6의 (a)는 종래의 가스차단기에서 가스가 유동되는 것을 보인 동작상태도이고, (b)는 본 발명의 가스차단기에서 가스가 유동되는 것을 보인 동작상태도.
이하 본 발명에 의한 가스절연 개폐장치의 가스차단기의 바람직한 실시례를 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.
도 1 및 도 2에 도시된 바에 따르면, 본 실시례의 가스차단기는 고정몸체(10)가 가스차단기의 외관을 구성하는 탱크(도시되지 않음) 내부에 고정되어 설치된다. 상기 고정몸체(10)는 본 실시례에서는 원통형으로 된다. 상기 고정몸체(10)의 내부에는 고정몸체공간(12)이 형성된다.
상기 고정몸체공간(12)에는 피스톤(13)이 설치된다. 상기 피스톤(13)은 상기 고정몸체공간(12)의 내면과 아래에서 설명될 이동몸체(18)의 외면 사이에 위치되어 아래에서 설명될 압력퍼퍼실(26)의 체적을 설정하는 역할을 한다.
상기 고정몸체(10)의 외부에서 상기 고정몸체공간(12)으로 연장되어 조작로드(14)가 있다. 상기 조작로드(14)는 아래에서 설명될 가동부(16)의 구동을 위한 동력을 전달하는 부분이다. 상기 조작로드(14)는 상기 탱크의 외부로 연장되어 구동원으로부터 구동력을 전달받는다.
상기 고정몸체(10)의 내부에는 가동부(16)가 설치된다. 상기 가동부(16)는 상기 조작로드(14)에 의해 이동되는 것으로, 아래에서 설명될 메인가동전극(28)과 메인고정전극(42) 사이 그리고 가동아크전극(29)과 고정아크전극(44) 사이를 연결하고 분리하는 역할을 한다.
상기 가동부(16)의 골격을 이동몸체(18)가 형성한다. 상기 이동몸체(18)는 본 실시례에서 원통형상으로 된다. 물론, 상기 이동몸체(18)가 반드시 원통형상이어야 하는 것은 아니나, 원통형상으로 되는 것이 제작상 유리하다. 즉, 상기 고정몸체(10)와 이동몸체(18) 모두가 원통형상으로 되는 것이 좋다. 상기 이동몸체(18)의 내부에는 이동몸체공간(20)이 형성된다.
상기 이동몸체(18)에는 가동실린더(22)가 설치된다. 상기 가동실린더(22)는 상기 이동몸체(18)와 협력하여 내부에 열파퍼실(24)과 압력파퍼실(26)을 차례로 형성한다. 상기 열파퍼실(24)과 압력파퍼실(26)에는 아크의 소호를 위한 가스가 위치된다. 상기 열파퍼실(24)과 압력파퍼실(26)은 연통공(27)에 의해 서로 연통되는데, 상기 연통공(27)에 역지밸브가 설치될 수도 있다.
상기 가동실린더(22)의 선단에는 메인가동전극(28)이 형성된다. 상기 메인가동전극(28)은 아래에서 설명될 메인고정전극(??42)과 결합되어 전기적으로 연결되는 부분이다. 본 실시례에서는 상기 메인가동전극(28)은 원통형상으로 된다. 상기 메인가동전극(28)이 형성된 상기 가동실린더(22)도 전체적으로 원통형상으로 되는데, 그 외면이 상기 고정몸체(10)의 내면에 밀착되어 이동될 수 있다.
상기 이동몸체(18)의 선단중 상기 메인가동전극(28)의 내측에 해당되는 부분에는 가동아크전극(29)이 있다. 상기 가동아크전극(29)도 대략 원통형상으로 된다. 상기 가동아크전극(29)은 아래에서 설명될 고정아크전극(44)과 전기적으로 연결되는 부분이다. 여기서 가동아크전극(29)과 고정아크전극(44)은 상기 메인가동전극(28)과 메인고정전극(42)이 서로 결합되는 것보다 먼저 결합되고, 분리시에는 상기 메인가동전극(29)과 메인고정전극(42)이 분리되는 것보다 나중에 분리된다. 이는 아크가 상기 가동아크전극(29)과 고정아크전극(44)에서만 발생하도록 하기 위함이다.
상기 메인가동전극(28)과 가동아크전극(29)의 사이에 해당되는 부분에는 노즐(30)이 설치된다. 상기 노즐(30)은 그 내부에 아래에서 설명될 고정아크전극(44)이 수납되도록 길게 형성된다. 상기 노즐(30)의 골격을 노즐몸체(32)가 형성하는데, 상기 노즐몸체(32)의 내부에는 노즐유로(33)가 형성된다. 상기 노즐유로(33)가 형성되는 상기 노즐몸체(32)는 상기 가동실린더(22)에 설치되는 부분과 상기 이동몸체(18)에 설치되는 부분이 별도로 만들어질 수 있다.
상기 노즐유로(33)는 아크의 소호를 위한 가스가 유동되는 유로인데, 그 내부의 유동단면적이 점차 줄어들다가 다시 점차 늘어나는 형태로 만들어진다. 이를 위해 상기 노즐유로(33)의 내면에는 안내돌부(34)가 형성된다. 상기 안내돌부(34)는 가장 돌출된 부분이 정점부(34')이고 상기 정점부(34')를 향해 점차 돌출되게 형성된다. 이와 같은 안내돌부(34)에 의해 상기 노즐유로(33)는 유동단면적이 상기 열파퍼실(24)에서 시작해서 점차 줄어들다가 정점부(34')에서부터 다시 유동단면적이 점차 늘어나도록 된다. 이와 같은 노즐유로(33)의 형상은 노즐유로(33)를 통과하는 가스의 속도가 빨라지도록 만든다.
여기서, 상기 열파퍼실(24)쪽에서 시작해서 상기 정점부(34')까지의 안내돌부(34)의 표면을 제1유동안내면(36)이라고 하고, 안내돌부(34)의 반대쪽 표면을 제2유동안내면(37)이라고 한다. 여기서 상기 제1유동안내면(36)과 제2유동안내면(37)은 소정의 경사를 가지는 경사면이나 2차곡선을 가지는 곡면으로 될 수 있다.
상기 노즐몸체(32)에서 상기 노즐유로(33)의 끝부분에는 주노즐공(38)이 형성되고, 상기 주노즐공(38)의 반대쪽으로는 보조노즐공(39)이 형성된다. 상기 보조노즐공(39)은 상기 이동몸체(18)의 이동몸체공간(20)으로 가스를 분사하게 된다.
상기 주노즐(32)의 내부에 형성되는 노즐유로(33) 내에 클로즈시에는 고정아크전극(44)이 위치된다. 여기서 상기 노즐유로(33)는 상기 가동아크전극(30) 선단과 대응되는 위치까지가 노즐유로(33)의 상류장이고, 고정아크전극(44)의 선단에서부터 이후의 구간이 하류장이다. 상기 노즐유로(33)는 상기 가동아크전극(30)의 선단 부분에서 굴곡지게 형성된다.
상기 가동부(16)의 메인가동전극(28) 및 가동아크전극(29)과 결합되어 통전을 수행하는 고정전극(40)이 있다. 상기 고정전극(40)은 상기 가동부(16)의 선단과 마주보게 고정되어 있다. 상기 고전전극(40)에는 메인고정전극(42)이 가장자리를 둘러 형성된다. 상기 메인고정전극(42)은 상기 메인가동전극(28)과 결합되는 부분이다. 따라서, 상기 메인고정전극(42)과 메인가동전극(28)의 형상은 서로 대응되게 구성된다.
상기 고정전극(40)의 중앙에는 고정아크전극(44)이 있다. 상기 고정아크전극(44)은 상기 가동아크전극(29)과 결합되는 것이다. 상기 고정아크전극(44)은 바아형상으로 되어 상기 가동아크전극(29)의 내부에 삽입된다. 상기 고정아크전극(44)은 상기 메인고정전극(42)보다는 더 돌출되어 있다. 이는 상기 메인가동전극(28)과 메인고정전극(42)의 결합보다 먼저 가동아크전극(29)과 결합되고, 상기 메인가동전극(28)과 메인고정전극(42)의 분리보다 먼저 가동아크전극(30)과 분리되도록 하기 위함이다.
한편, 도 3에는 본 발명의 다른 실시례가 도시되어 있다. 편의상 본 실시례에서는 도면부호를 위의 실시례의 것과 동일하게 부여한다. 본 실시례에서는 노즐유로(33)의 유동단면적에 변화를 주기 위한 안내돌부(34)가 상기 노즐유로(33)의 내면에 서로 마주보게 형성된다. 즉, 상기 노즐유로(33)는 그 횡단면이 링형상으로 만들어지는데, 상기 링형상으로 된 부분에서 내측 원을 형성하는 노즐유로(33)의 면과 외측 원을 형성하는 노즐유로(33)의 면에 각각 안내돌부(34)를 형성하는 것이다. 즉, 상기 안내돌부(34)가 노즐유로(33)에서 서로 마주보게 형성되어 노즐유로(33)의 유동단면적이 점차 좁아지다가 정점부(34')를 기점으로 다시 유동단면적이 점차 넓어지도록 된다.
그리고, 도 4에는 본 발명의 또 다른 실시례가 도시되어 있다. 여기서도 도면부호를 앞의 실시례들과 같이 부여한다. 본 실시례에서는 노즐유로(33)의 유동단면적에 변화를 주기 위한 안내돌부(34)가 상기 노즐몸체(32)에서 상기 이동몸체(18)측에 해당되는 노즐유로(33)의 내면에 형성된다. 이는 도 1에 도시된 실시례와는 반대로 되는 것이다.
이하 상기한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 가스절연 개폐장치의 가스차단기가 동작되는 것을 상세하게 설명한다.
가스절연 개폐장치에서 과부하에 의해 조작신호가 제공되면, 상기 조작로드(14)가 구동원에 의해 구동되어 상기 가동부(16)가 도면 상의 좌측으로 이동하게 된다. 상기 가동부(16)의 이동은 먼저 상기 메인가동전극(28)과 메인고정전극(42)의 분리가 일어나게 한다. 하지만, 상기 메인아크전극(29)과 고정아크전극(44)이 분리되지 않으면 아크가 발생하지 않는다. 도 5의 (a)에는 이와 같은 상태가 도시되어 있다.
상기 가동부(16)에 이동에 의해 상기 메인가동전극(28)과 메인고정전극(42)이 분리되고, 상기 메인아크전극(29)과 고정아크전극(44)이 분리되면 도 5의 (b)에 도시된 바와 같이 아크(A)가 발생한다. 상기 아크(A)는 상기 메인아크전극(29)과 고정아크전극(44) 사이를 연결하도록 형성된다.
이와 같이 아크(A)가 발생하면, 아크(A)의 열에 의해 노즐유로(33)에 있던 가스가 가열되고, 이와 같이 가열된 가스는 아크(A)가 발생하는 힘에 의해 상기 노즐유로(33)를 역류하여 상기 열파퍼실(24)로 전달된다. 상기 열파퍼실(24)로 전달되는 가스는 상기 노즐유로(33)를 통과한다. 이때, 상기 안내돌부(34)에 의해 유동단면적이 좁아졌다가 다시 넓어지게 되므로 가속이 되어 상기 열파퍼실(24)로 들어가게 된다.
고온의 가스가 열파퍼실(24)로 들어가게 되면 상기 열파퍼실(24) 내의 냉가스가 휘저어지면서 혼합된다. 따라서, 고온으로 되어 열파퍼실(24)로 전달된 가스는 상기 열파퍼실(24) 내의 가스에 열을 제공하여 온도가 낮아지게 되고, 열파퍼실(24)에 있던 가스와 혼합된다. 특히, 상기 안내돌부(34)가 형성된 노즐유로(33)를 통과하면서 아음속이던 가스는 초음속으로 되어 상기 열파퍼실(24)로 들어가게 되면서, 열파퍼실(24) 내의 가스와 보다 잘 혼합된다. 이와 같은 상태가 도 6에 도시되어 있다.
도 6의 (a)는 노즐유로(33)에 안내돌부(34)가 없는 경우에 아크(A)에 의해 가열된 가스가 열파퍼실(24)의 내부로 들어가 섞이는 것을 보여주고 있는데, 격자무늬로 표시된 것이 아크(A)에 의해 가열된 가스이고, 점이 찍힌 영역으로 표시된 것이 열파퍼실(24)내부에 있던 냉가스이다. 여기서는 상대적으로 열파퍼실(24)에서의 혼합이 제대로 되지 않은 것을 볼 수 있다.
한편, 도 6의 (b)에는 아크(A)에 의해 가열된 가스가 열파퍼실(24)의 내부까지 깊이 들어가서 열파퍼실(24)의 많은 영역에 존재하고 있다. 이는 빠른 속도로 열파퍼실(24)로 가스가 유동되어 열파퍼실(24)에 있던 가스와 섞이는 것을 보여주는 것이다.
도 5의 (c)와 (d)에는 상기 가동아크전극(29)과 고정아크전극(44)사이에 발생된 아크(A)가 상기 가동부(16)가 이동하는 동안에 계속하여 유지되는 상태를 보여주고 있다. 물론 상기 가동아크전극(29)이 계속하여 이동하므로 고정아크전극(44)과의 거리가 멀어지면서 아크(A)도 길게 연장되어 있음을 볼 수 있다.
이와 같은 과정에서는 상기 열파퍼실(24)의 가스가 상기 노즐(30)을 통해 배출되면서 상기 아크(A)를 소호하게 된다. 상기 노즐(30)을 통해서 상기 열파퍼실(24)의 가스가 상기 노즐(30)을 통해 분사되는 것을 설명한다. 상기 노즐(30)의 노즐유로(33)로 상기 열파퍼실(24)의 가스가 전달되어 유동되면 상기 안내돌부(34)를 지나 배출된다. 이 경우에는 상기 안내돌부(34)의 제1유동안내면(36)을 따라 먼저 안내되고, 상기 정점부(34')를 통과하여 제2유동안내면(37)을 따라서 안내된다.
도 5의 (e)에는 상기 가동아크전극(29)과 상기 고정아크전극(44)이 완전히 분리되고, 상기 노즐(30)을 통한 가스분사에 의해 아크(A)가 완전히 제거된 상태가 도시되어 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 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.
참고로, 도시된 실시례에서는 열파퍼실(24)과 압력파퍼실(36) 모두가 있으나, 예를 들면, 상기 압력파퍼실(36)이 반드시 있어야 하는 것은 아니다. 즉, 다른 구성에 상관없이 열파퍼실(24)로 아크(A)에 의해 가열된 가스가 공급되고, 열파퍼실(24) 내의 가스가 다시 배출되는 것에 관련된 것이므로 열파퍼실(24)이 있는 가스차단기에는 대부분 적용될 수 있다.

Claims (4)

  1. 절연가스가 있는 탱크 내에 설치되어 전로의 개폐를 수행하는 가스절연 개폐장치의 가스차단기에 있어서,
    내부에 고정몸체공간이 형성되는 고정몸체와,
    상기 고정몸체의 고정몸체공간 내부에 위치되고 구동원에 의해 동작되는 조작로드에 의해 동작되는 이동몸체에 메인가동전극과 가동아크전극을 구비하는 가동부와,
    상기 메인가동전극과 결합되고 분리되는 메인고정전극과 상기 가동아크전극과 결합되고 분리되는 고정아크전극을 구비하며 상기 탱크 내에 설치되는 고정전극과,
    상기 고정몸체와 이동몸체의 사이에 형성되어 상기 가동아크전극과 고정아크전극 사이에서 발생하는 아크를 소호하는 가스를 공급하는 열파퍼실과,
    상기 열파퍼실의 가스를 상기 가동아크전극과 고정아크전극의 분리시에 발생하는 아크에 분사하여 소호하는 것으로 상기 열파퍼실과 아크가 형성되는 위치 사이에 노즐유로가 형성되고 상기 노즐유로 내부의 유동단면적이 상기 열파퍼실 쪽에서 시작해서 상기 아크가 형성되는 위치로 가면서 좁아지다가 다시 넓어지도록 형성되는 노즐을 포함하는 가스절연 개폐장치의 가스차단기.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 노즐유로에는 안내돌부가 형성되어 노즐유로 내의 유동단면적을 설정하는데, 상기 안내돌부는 정점부가 가장 돌출되고 상기 열파퍼실 쪽에서 상기 정점부까지를 제1유동안내면, 상기 정점부에서 시작해서 아크가 발생하는 부분쪽으로 연장되는 면이 제2유동안내면인데, 상기 제1 및 제2 유동안내면은 소정의 경사를 가지는 평면이거나 2차곡선으로 되는 곡면인 가스절연 개폐장치의 가스차단기.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 안내돌부는 상기 노즐유로의 서로 마주보는 내면의 일측에만 형성되는 가스절연 개폐장치의 가스차단기.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 안내돌부는 상기 노즐유로의 서로 마주보는 내면의 양측에 마주보게 형성되는 가스절연 개폐장치의 가스차단기.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07335097A (ja) * 1994-06-10 1995-12-22 Meidensha Corp パッファ形ガス遮断器
KR20110123261A (ko) * 2009-02-13 2011-11-14 지멘스 악티엔게젤샤프트 접촉 갭을 갖는 스위칭 장치
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