WO2015102310A1 - 가스절연 개폐장치의 가스차단기 - Google Patents

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gas
fixed
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서경보
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주식회사 효성
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    • H01H33/70—Switches with separate means for directing, obtaining, or increasing flow of arc-extinguishing fluid
    • H01H33/88—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
    • 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
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    • H01H2033/908—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 using valves for regulating communication between, e.g. arc space, hot volume, compression volume, surrounding volume

Definitions

  • the present invention relates to a gas circuit breaker of a gas insulated switchgear, and more particularly, to a gas circuit breaker of a gas insulated switchgear having a thermal papillae and a movable piston for extinguishing arcs.
  • 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, and according to the arc arcing method, the gas circuit breaker is a popper type and a rotary arc. It is classified into extinguishing method, thermal expansion extinguishing method, compound extinguishing method. As a high voltage breaker of 72.5kV or more, a circuit breaker of a paper extinguishing method using an insulating gas (SF 6 ) as the extinguishing medium and the 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.
  • shut-off operation in the gas circuit breaker requires a quick operation of the pre-sec unit, for this purpose it is necessary to minimize the weight of the movable part. This is because the heavier the weight of the movable part is, the more energy is needed to operate the movable part, and the faster the operation is difficult.
  • An object of the present invention is to solve the conventional problems as described above, to reduce the weight and size of the movable portion of the gas circuit breaker.
  • Another object of the present invention is to extinguish the arc by distributing the gas used in the gas circuit breaker as efficiently as possible.
  • Still another object of the present invention is to extinguish an arc efficiently in various situations by performing the extinguishing operation well even when the magnitude of the extinguishing current is changed in the gas circuit breaker.
  • 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
  • the movable body is provided with a main nozzle for injecting gas and having a main movable electrode and a movable arc electrode on a fixed body which is located inside the fixed body of the fixed body and is operated by an operating rod operated by a driving source.
  • a fixed electrode installed in the tank and having a main fixed electrode coupled to and separated from the main movable electrode and a fixed arc electrode coupled to and separated from the movable arc electrode, and formed between the fixed body and the movable body.
  • Heat for supplying a gas arc extinguishing between the movable arc electrode and the fixed arc electrode to the main nozzle It is possible to position and move the Persil, between the fixed body and the movable body moves according to the movement of the movable portion or according to the pressure of the heat wave Persil includes a movable piston for setting the volume of the heat wave Persil.
  • a stop end is formed on an inner surface of the fixed body to regulate the movement stroke of the movable piston, and an interlocking jaw for moving the movable piston to a closed state is formed on the outer surface of the movable body.
  • a portion at which the main fixed electrode provided on the movable body is formed is provided with an interlocking end for moving the movable piston together when the movable portion moves.
  • the moving body is provided with an auxiliary nozzle which sends gas to the moving body space formed inside the moving body by injecting gas in a direction opposite to the injection direction of the main nozzle.
  • the movable arc electrode and the fixed arc electrode are coupled before the main fixed electrode and the main movable electrode are coupled and separated before the main fixed electrode and the main movable electrode are separated.
  • a gas control valve is installed in the movable body space formed inside the movable body, and the gas is opened when the pressure of the gas discharged from the heat pap chamber becomes a predetermined value or more, thereby discharging the gas.
  • the thermal paper chamber is formed by the movable body and the main movable electrode to move the movable portion for blocking the converter. Therefore, since the compression papilla does not have to be formed in addition to the thermal papilla in the movable section, the configuration is simplified, and the weight of the movable section is relatively reduced. As a result, the weight and size of the movable part are reduced, so that the movable part is more easily moved, so that the design of the manipulator for the movable part can be easily obtained.
  • the moving body space formed inside the fixed body is not directly communicated with the outside, that is, the fixed body space side is communicated only by a predetermined pressure or more by the gas control valve, the gas is initially controlled by the gas control valve of the moving body space. Since it is not discharged through, it is possible to obtain the effect that the extinguishing action in the small current blocking is more sure.
  • the movable piston is moved in accordance with the pressure inside the thermal paper chamber. Therefore, the movable piston keeps the pressure inside the thermal paper chamber constant and, if necessary, increases the volume of the thermal paper chamber so that the arc caused by the small current and the arc caused by the large current can be properly extinguished. There is also the effect of being able to work properly.
  • 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.
  • Figure 2 is an enlarged cross-sectional view showing the configuration of the important part of the embodiment of the present invention.
  • Figure 3 is a cross-sectional view showing the configuration around the gas control valve constituting an embodiment of the present invention.
  • Figure 4 is a state diagram showing the operation of the gas circuit breaker according to the embodiment of the present invention sequentially open operation under no load.
  • Figure 5 is an operational state showing sequentially the closing operation of the gas circuit breaker in the embodiment of the present invention at no load.
  • Figure 6 is an operational state diagram showing that the gas circuit breaker according to the embodiment of the present invention sequentially open operation when the load.
  • the gas circuit breaker of the present embodiment is fixedly installed in the tank (not shown) the fixed body 10 constituting the appearance of the gas circuit breaker.
  • the fixed body 10 is cylindrical in this embodiment.
  • the fixed body space 12 is formed inside the fixed body 10.
  • One end of the fixed body 12 corresponding to the inner surface of the fixed body space 12 is formed to protrude a stop end (14).
  • the inner diameter of the fixed body space 12 is different based on the stop end 14.
  • the stop end 14 is a portion on which the movable piston 36 to be described below is walked, and serves to regulate the movement of the movable piston 36.
  • the stop end 14 is formed around the inner surface of the fixed body space 12 in this embodiment.
  • the manipulation rod 16 is a portion for transmitting power for driving the movable portion 18 to be described below.
  • the manipulation rod 16 extends to the outside of the tank to receive the driving force from the driving source.
  • the movable part 18 is installed inside the fixed body 10.
  • the movable part 18 is moved by the operation rod 16, between the main movable electrode 28 and the main fixed electrode 42 and the movable arc electrode 30 and the fixed arc electrode 44 which will be described below. It connects and separates them.
  • the movable body 20 forms the skeleton of the movable part 18.
  • the movable body 20 is cylindrical in this embodiment.
  • the movable body 20 does not necessarily have to be cylindrical, but it is advantageous in manufacturing to be cylindrical. That is, both the fixed body 10 and the moving body 20 is preferably cylindrical.
  • a ring-shaped gap is formed between the outer surface of the movable body 20 and the inner surface of the fixed body 10 so that the movable piston 36 to be described below is located.
  • the space between the outer surface of the movable body 20 and the inner surface of the fixed body 10 becomes a thermal paper chamber 38 to be described below, and a space in which the movable piston 36 moves.
  • the interlocking jaw 24 On one side of the outer surface of the movable body 20, the interlocking jaw 24 is formed to protrude.
  • the linkage jaw 24 serves to link the movable piston 36 and the movable unit 20 to be described below. That is, the main movable electrode 28, the main fixed electrode 42, and the movable arc electrode 30 and the fixed arc electrode 44 serve to move the movable piston 36 in a closed state coupled to each other.
  • the gas control valve 26 is installed in the movable body space 22 inside the movable body 20.
  • the gas control valve 26 serves to control the movement of the gas through the moving body space 22. In other words, if the pressure of the gas does not exceed a predetermined level, the gas is not discharged from the moving body space 22 through the gas control valve 26. By doing in this way, the gas for extinguishing an arc can be prevented from wasting.
  • the main movable electrode 28 is installed at the front end of the movable body 20.
  • the main movable electrode 28 is a portion to which the main fixed electrode 42 to be described below is coupled and electrically connected.
  • the main movable electrode 28 has a cylindrical shape.
  • a portion where the main movable electrode 28 is formed also becomes a cylindrical shape as a whole, and an outer surface thereof can be moved in close contact with an inner surface of the fixed body 10.
  • the interlocking end 29 is a part for pushing the movable piston 36 to be described below.
  • a detailed description of the portion where the main movable electrode 28 and the interlocking end 29 are formed will be omitted.
  • the movable arc electrode 30 is located at a portion of the front end of the movable body 20 that is inside the main movable electrode 28.
  • the movable arc electrode 30 also has a substantially cylindrical shape.
  • the movable arc electrode 30 is a portion electrically connected to the fixed arc electrode 44 to be described below.
  • the movable arc electrode 30 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 28 and the main movable electrode 28 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 30 and the fixed arc electrode (44).
  • the main nozzle 32 is installed between the main movable electrode 28 and the movable arc electrode 30.
  • the main nozzle 32 is elongated to accommodate the fixed arc electrode 44 to be described below.
  • 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 of the main nozzle 32 is formed between the inner surface of the main nozzle 32 and the outer surface of the movable arc electrode 30.
  • 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.
  • a portion of the movable arc electrode 30 facing the movable body space 22 is the auxiliary nozzle 34. Gas is injected into the moving body space 22 through the auxiliary nozzle 34.
  • a fixed arc electrode 44 to be described below is located at the time of closing.
  • a movable piston 36 is installed between the inner surface of the fixed body 10 and the outer surface of the movable body 20.
  • the movable piston 36 is ring-shaped in this embodiment and is moved along the fixed body 10 and the movable body 20.
  • the movement of the movable piston 36 is performed when the pressure of the thermal paper chamber 38, which will be described below, becomes greater than or equal to a predetermined time during load, and may be performed by the interlocking end 29 at no load or under load.
  • the movable piston 36 has a check valve (not shown). The check valve is closed when the pressure of the thermal paper chamber 38, which will be described below, is higher than the external pressure, and open in the opposite case, so that the cold gas can be introduced into the thermal paper chamber 38 from the outside.
  • the thermal paper chamber 38 is formed in the fixed body space 12 of the fixed body 10.
  • the thermal paper chamber 38 is a space partitioned by an outer surface of the movable body 20, an inner surface of the main movable electrode 28, an inner surface of the fixed body 10, and a movable piston 36 to be described below.
  • the thermal paper seal 38 is in communication with the outside through the nozzle passage 33 of the main nozzle (32). The gas heated by the heat provided by the arc enters the thermal paper chamber 38, and the original gas and the heated gas are mixed and discharged from the thermal paper chamber 38 to the outside through the nozzle passage 33 again.
  • the fixed electrode 40 is fixed to face the front end of the movable part 20.
  • 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 30.
  • the fixed arc electrode 44 has a bar shape and is inserted into the movable arc electrode 30.
  • the fixed arc electrode 44 protrudes more than the main fixed electrode 42. This is coupled to the movable arc electrode 30 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).
  • the open operation occurs at no load.
  • the no-load is not actually a gas circuit breaker but a check of the operation state of the circuit breaker before use.
  • the energization of the breaker is performed in a state in which the main movable electrode 28, the main fixed electrode 42, and the movable arc electrode 30 and the fixed arc electrode 44 are coupled to each other.
  • the movable part 18 is moved in the left direction with reference to the drawings. As the movable part 18 moves to the left direction, the volume of the thermal paper seal 38 decreases. This is because the movable piston 36 is not moving. When the movable part 18 is moved to some extent and the interlocking end 29 pushes the movable piston 36, the movable piston 36 moves together with the movable part 18 while the volume of the thermal papilla 38 is constant. maintain.
  • the gas from the thermal papilla 38 is discharged through the main nozzle 32 and the auxiliary nozzle 34, and when the pressure of the gas discharged through the auxiliary nozzle 34 becomes a predetermined value or more, the gas is discharged.
  • the control valve 26 is opened, gas is discharged to the outside from the movable body space 22. This state is shown in Fig. 4B.
  • the movement of the movable piston 36 by the movable portion 20 proceeds until the movable piston 36 is caught by the stop end 14 of the fixed body 10.
  • the movable portion 18 continues to move, so that the volume of the thermal paper chamber 38 continues to decrease, and thus to the thermal paper chamber 38.
  • the gas may be continuously discharged through the main nozzle 32 and the auxiliary nozzle 34. This state is shown in Fig. 4C.
  • FIG. 5 it is sequentially described that the closing operation of the gas operator occurs at no load.
  • the movable unit 18 may move in the reverse direction.
  • the operation of the movable portion 18 is made by the operation rod 16. This state is shown in Fig. 5A.
  • the heat is transferred to the surrounding air while the air heated through the nozzle passage 33 rapidly enters the heat pap chamber 38.
  • the pressure of the thermal paper chamber 38 is increased.
  • the air entering the thermal paper chamber 38 is mixed with the air in the conventional thermal paper chamber 38, and the main nozzle 32 and the auxiliary nozzle 34 are passed through the nozzle passage 33 again in a relatively low temperature state. Delivered and sprayed.
  • the gas injected through the main nozzle 32 serves to extinguish the arc.
  • the movable piston 36 moves in accordance with the pressure of the thermal paper chamber 38. For example, if the pressure of the thermal papilla 38 cannot move the movable piston 36, the movable piston 36 is not moved. If the pressure is greater than a predetermined pressure, the movable piston 36 moves to the left. Such movement of the movable piston 36 may be made to the position of the stop end 14. Of course, if the pressure of the thermal paper chamber 38 is less than or equal to the predetermined pressure, the movable piston 36 is fixed and then pushed by the interlocking end 29 to be moved. This operation of the movable piston 36 allows the pressure of the thermal papilla 38 to be kept constant, and the injection of gas for arc extinguishing is made constant under any circumstances.
  • the movable arc electrode 30 and the fixed arc electrode 44 are also completely separated, and the movable piston 36 is caught by the stop end 14.
  • an arc is generated between the movable arc electrode 30 and the fixed arc electrode 44.
  • the gas is continuously discharged from the thermal copper chamber 38 through the nozzle passage 33 to be used for extinguishing arcs. Can be.
  • the gas regulating valve 26 is opened to control the pressure. The gas control valve 26 is not opened until now so that the gas coming out of the thermal paper chamber 38 can be used to extinguish the arc.
  • FIG. 6C shows that the movable portion 18 continues to move while the movable piston 36 is locked to the stop end 14.
  • the volume of the thermal paper chamber 38 is reduced. Even though the pressure of the thermal paper chamber 38 is low, the injection of the gas through the nozzle passage 33 is kept constant. In other words, the volume of the thermal papilla 38 is reduced so that the injection of gas is not reduced.
  • the excessively high pressure as the volume of the thermal papilla 38 decreases can be controlled by discharging the gas through the gas control valve 26.
  • the gas control valve 26 is not necessarily used, and may be employed only when it is necessary to prevent waste of gas at the beginning of the extinguishing operation.

Abstract

본 발명은 가스절연 개폐장치의 가스차단기에 관한 것이다. 본 발명에서는 고정몸체(10)의 내부에 가동부(18)가 구비되고 상기 가동부(18)에는 메인가동전극(28)과 가동아크전극(30)이 있다. 상기 가동부(18)의 골격을 이동몸체(20)가 형성하는데, 상기 이동몸체(20)의 내부에는 이동몸체공간(22)이 형성되고, 상기 이동몸체공간(22)에는 가스조절밸브(26)가 설치된다. 상기 메인가동전극(28)과 결합되고 분리되는 메인고정전극(42)과 상기 가동아크전극(30)과 결합되고 분리되는 고정아크전극(44)이 고정전극(40)에 설치되어 가스차단기 내의 탱크에 위치된다. 상기 이동몸체(20)에는 상기 가동아크전극(30)과 고정아크전극(44)의 분리시에 발생하는 아크를 소호하기 위한 가스를 분사하는 주노즐(32)과 보조노즐(34)이 구비된다. 상기 주노즐(32)과 보조노즐(34)로는 상기 고정몸체(10)와 이동몸체(20)에 의해 형성되는 열파퍼실(38)에서 가스가 전달되어 아크에 분사된다. 상기 열파퍼실(38)의 체적이 가변되도록 가동피스톤(36)이 상기 고정몸체(10)의 내면과 이동몸체(20)의 외면 사이에 설치된다. 본 발명에 의하면 가동부(18)의 구성이 간단하게 되어 전체적으로 가스차단기를 경박단소화할 수 있고, 가동피스톤(36)의 동작에 의해 소호동작 초기에 열파퍼실(38)의 압력을 일정하게 유지할 수 있으며 가스차단기의 동작이 효과적으로 이루어질 수 있게 된다.

Description

가스절연 개폐장치의 가스차단기
본 발명은 가스절연 개폐장치의 가스차단기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 열파퍼실과 이동가능한 피스톤을 두어 아크에 대한 소호작용을 수행하는 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 여러 가지 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 파퍼 소호방식(puffer type)과 로터리 아크 소호방식, 열팽창 소호방식, 복합 소호방식 등으로 분류된다. 72.5kV급 이상의 초고압 차단기로는 절연성 가스(SF6)를 소호 및 절연 매질로 사용하는 파퍼 소호방식의 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.
한편, 가스차단기에서의 차단동작은 미리세크단위의 신속한 동작이 필요한데, 이를 위해서 가동부의 무게를 최소할 필요가 있다. 가동부의 무게가 무거워질수록 가동부를 동작시키기 위한 에너지가 많이 들고, 신속한 동작이 어렵기 때문이다.
그리고, 가스차단기에서는 가스를 사용하여 아크를 소호하기 위해서 파퍼실에 있는 가스를 압력손실없이 사용하는 것이 중요하다. 하지만, 종래에는 가스차단기의 동작초기에 파퍼실에서 나온 가스가 주노즐 이외에 이동몸체 내부로 빠져나가면서 일정량의 가스압력 손실이 발생되어 아크를 소호하는 영역에서의 소호성능에 악영향을 주는 문제점이 있다.
또한, 가스차단기에서는 소전류를 차단해야 하는 경우와 대전류를 차단해야 하는 경우가 있는데, 차단해야할 전류의 크기에 따라서 필요한 가스의 양이 달라지는데, 종래 기술의 가스차단기에서는 전류의 크기에 따른 차이없이 소호를 진행하므로 최적의 소호성능이 발휘되지 못하는 문제점도 있다.
본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 가스차단기의 가동부의 무게와 크기를 줄이는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 가스차단기에서 사용되는 가스를 최대한 효율적으로 배분하여 아크를 소호시키기 위한 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 가스차단기에서 소호전류의 크기가 달라지더라도 소호동작이 잘 일어나도록 하여 다양한 상황에서 효율적으로 아크를 소호시키도록 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 구비하며 가스를 분사하는 주노즐이 구비되는 가동부와, 상기 메인가동전극과 결합되고 분리되는 메인고정전극과 상기 가동아크전극과 결합되고 분리되는 고정아크전극을 구비하며 상기 탱크내에 설치되는 고정전극과, 상기 고정몸체와 이동몸체의 사이에 형성되어 상기 가동아크전극과 고정아크전극 사이에서 발생하는 아크를 소호하는 가스를 상기 주노즐로 공급하는 열파퍼실과, 상기 고정몸체와 이동몸체의 사이에 이동가능하게 위치되어 상기 열파퍼실의 압력에 따라 또는 상기 가동부의 이동에 따라 이동하면서 열파퍼실의 체적을 설정하는 가동피스톤을 포함한다.
상기 고정몸체의 내면에는 스톱단이 형성되어 상기 가동피스톤의 이동행정을 규제하고, 상기 이동몸체의 외면에는 클로즈상태로 되도록 상기 가동피스톤을 이동시키는 연동턱이 형성된다.
상기 이동몸체에 구비되는 메인고정전극이 형성된 부분에는 상기 가동피스톤을 상기 가동부의 이동시에 함께 이동시킬 수 있는 연동단이 구비된다.
상기 이동몸체에는 주노즐의 분사방향과 반대방향으로 가스를 분사하여 상기 이동몸체의 내부에 형성되는 이동몸체공간으로 가스를 보내는 보조노즐이 구비된다.
상기 가동아크전극과 고정아크전극은 상기 메인고정전극과 메인가동전극이 결합되기 전에 결합되고 상기 메인고정전극과 메인가동전극이 분리되기 전에 분리된다.
상기 이동몸체의 내부에 형성되는 이동몸체공간에는 가스조절밸브가 설치되어 상기 열파퍼실에서 나온 가스의 압력이 일정 이상의 값이 되면 개방되어 가스를 배출한다.
본 발명에 의한 가스절연 개폐장치의 가스차단기에서는 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.
본 발명에서는 전로의 차단을 위해서 이동되는 가동부에 이동몸체와 메인가동전극에 의해서 열파퍼실이 형성된다. 따라서, 가동부에 열파퍼실 외에 압축파퍼실을 형성하지 않아도 되므로 구성이 간소화되어 가동부의 무게가 상대적으로 줄어들게 된다. 결국 가동부의 무게와 크기가 줄어들게 되어 가동부의 이동이 보다 용이하게 되므로 가동부의 이동을 위한 조작기의 설계가 용이하게 되는 등의 효과를 얻을 수 있다.
본 발명에서는 고정몸체의 내부에 형성되는 이동몸체공간이 외부, 즉 고정몸체공간 측과 바로 연통되지 않고 가스조절밸브에 의해 일정 이상의 압력에서만 연통되므로 소호작용 초기에는 가스가 이동몸체공간의 가스조절밸브를 통해 배출되지 않으므로 소전류 차단에서의 소호작용이 보다 확실하게 이루어지는 효과를 얻을 수 있다.
다음으로, 본 발명에서는 가동피스톤이 열파퍼실 내부의 압력에 따라 이동되도록 되어 있다. 따라서, 열파퍼실 내부의 압력을 가동피스톤이 일정하게 유지해줌과 동시에 필요한 경우에는 열파퍼실의 체적이 늘어나도록 하여 소전류에 의한 아크와 대전류에 의한 아크를 적절하게 소호할 수 있도록 하므로, 다양한 상황에서 적절하게 소호작용을 할 수 있게 되는 효과도 있다.
도 1은 본 발명에 의한 가스절연 개폐장치의 가스차단기의 바람직한 실시례의 구성을 보인 개략단면도.
도 2는 본 발명 실시례의 중요부의 구성을 확대하여 보인 단면도.
도 3은 본 발명 실시례를 구성하는 가스조절밸브 주변의 구성을 보인 단면도.
도 4는 본 발명 실시례의 가스차단기가 무부하시에 오픈동작되는 것을 순차적으로 보인 동작상태도.
도 5는 본 발명 실시례의 가스차단기가 무부하시에 클로즈동작되는 것을 순차적으로 보인 동작상태도.
도 6은 본 발명 실시례의 가스차단기가 유부하 시에 오픈동작되는 것을 순차적으로 보인 동작상태도.
이하 본 발명에 의한 가스절연 개폐장치의 가스차단기의 바람직한 실시례를 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.
도면들에 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)의 내면에 해당되는 고정몸체(12)의 일측에는 스톱단(14)이 돌출되어 형성된다. 본 실시례에서는 상기 스톱단(14)을 기준으로 상기 고정몸체공간(12)의 내경이 다르게 되어 있다. 상기 스톱단(14)은 아래에서 설명될 가동피스톤(36)이 걸어지는 부분으로, 가동피스톤(36)의 이동행정을 규제하는 역할을 한다. 상기 스톱단(14)은 본 실시례에서는 상기 고정몸체공간(12)의 내면을 둘러 형성되어 있다.
상기 고정몸체(10)의 외부에서 상기 고정몸체공간(12)으로 연장되어 조작로드(16)가 있다. 상기 조작로드(16)는 아래에서 설명될 가동부(18)의 구동을 위한 동력을 전달하는 부분이다. 상기 조작로드(16)는 상기 탱크의 외부로 연장되어 구동원으로부터 구동력을 전달받는다.
상기 고정몸체(10)의 내부에는 가동부(18)가 설치된다. 상기 가동부(18)는 상기 조작로드(16)에 의해 이동되는 것으로, 아래에서 설명될 메인가동전극(28)과 메인고정전극(42) 사이 그리고 가동아크전극(30)과 고정아크전극(44) 사이를 연결하고 분리하는 역할을 한다.
상기 가동부(18)의 골격을 이동몸체(20)가 형성한다. 상기 이동몸체(20)는 본 실시례에서 원통형상으로 된다. 물론, 상기 이동몸체(20)가 반드시 원통형상이어야 하는 것은 아니나, 원통형상으로 되는 것이 제작상 유리하다. 즉, 상기 고정몸체(10)와 이동몸체(20) 모두가 원통형상으로 되는 것이 좋다.
상기 이동몸체(20)의 외면과 상기 고정몸체(10)의 내면 사이에는 링형상의 간격이 형성되어 아래에서 설명될 가동피스톤(36)이 위치된다. 상기 이동몸체(20)의 외면과 고정몸체(10)의 내면 사이 공간은 아래에서 설명될 열파퍼실(38)이 되고 가동피스톤(36)이 이동하는 공간이 된다.
상기 이동몸체(20)의 외면 일측에는 연동턱(24)이 돌출되어 형성된다. 상기 연동턱(24)은 아래에서 설명될 가동피스톤(36)과 가동부(20)가 연동되도록 하는 역할을 한다. 즉, 상기 메인가동전극(28)과 메인고정전극(42) 그리고 가동아크전극(30)과 고정아크전극(44)이 서로 결합된 클로즈상태로 가동피스톤(36)을 이동시키는 역할을 한다.
상기 이동몸체(20)의 내부에 있는 이동몸체공간(22)에는 가스조절밸브(26)가 설치된다. 상기 가스조절밸브(26)는 상기 이동몸체공간(22)을 통한 가스의 이동을 제어하는 역할을 한다. 즉, 가스의 압력이 일정 이상이 되지 않으면 상기 가스조절밸브(26)를 통해서 이동몸체공간(22)에서 가스가 배출되지 않도록 한다. 이와 같이 함에 의해 아크를 소호하기 위한 가스가 허비되는 것을 방지할 수 있다.
상기 이동몸체(20)의 선단에는 메인가동전극(28)이 설치된다. 상기 메인가동전극(28)은 아래에서 설명될 메인고정전극(42)가 결합되어 전기적으로 연결되는 부분이다. 본 실시례에서는 상기 메인가동전극(28)은 원통형상으로 된다. 상기 메인가동전극(28)이 형성된 부분도 전체적으로 원통형상으로 되는데, 그 외면이 상기 고정몸체(10)의 내면에 밀착되어 이동될 수 있다. 상기 메인가동전극(28)이 형성된 부분의 후단에는 연동단(29)이 있다. 상기 연동단(29)은 아래에서 설명될 가동피스톤(36)을 밀어주는 부분이다. 여기서 상기 메인가동전극(28)과 연동단(29)이 형성되는 부분에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
상기 이동몸체(20)의 선단중 상기 메인가동전극(28)의 내측에 해당되는 부분에는 가동아크전극(30)이 있다. 상기 가동아크전극(30)도 대략 원통형상으로 된다. 상기 가동아크전극(30)은 아래에서 설명될 고정아크전극(44)과 전기적으로 연결되는 부분이다. 여기서 가동아크전극(30)과 고정아크전극(44)은 상기 메인가동전극(28)과 메인고정전극(42)이 서로 결합되는 것보다 먼저 결합되고, 분리시에는 상기 메인가동전극(28)과 메인고정전극(42)이 분리되는 것보다 나중에 분리된다. 이는 아크가 상기 가동아크전극(30)과 고정아크전극(44)에서만 발생하도록 하기 위함이다.
상기 메인가동전극(28)과 가동아크전극(30)의 사이에 해당되는 부분에는 주노즐(32)이 설치된다. 상기 주노즐(32)은 그 내부에 아래에서 설명될 고정아크전극(44)이 수납되도록 길게 형성된다. 상기 주노즐(32)의 내부에 형성되는 노즐유로(33) 내에 클로즈시에는 고정아크전극(44)이 위치된다. 상기 주노즐(32)의 노즐유로(33)는 상기 주노즐(32)의 내면과 상기 가동아크전극(30)의 외면 사이에 형성된다.
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 가동아크전극(30)에서 상기 이동몸체공간(22)을 향하는 부분이 보조노즐(34)이다. 상기 보조노즐(34)을 통해서는 상기 이동몸체공간(22)의 내부로 가스가 분사된다. 상기 보조노즐(34) 내에 클로즈시에 아래에서 설명될 고정아크전극(44)이 위치된다.
*상기 고정몸체(10)의 내면과 상기 이동몸체(20)의 외면 사이에는 가동피스톤(36)이 설치된다. 상기 가동피스톤(36)은 본 실시례에서는 링형상으로 되어 상기 고정몸체(10)와 이동몸체(20)를 따라 이동된다. 상기 가동피스톤(36)의 이동은 부하시에는 아래에서 설명될 열파퍼실(38)의 압력이 일정 이상으로 될 경우에 이루어지고, 무부하시나 부하시에 상기 연동단(29)에 의해 이루어질 수 있다. 상기 가동피스톤(36)에는 역지밸브(도면부호 부여 않음)가 있다. 상기 역지밸브는 아래에서 설명될 열파퍼실(38)의 압력이 외부의 압력보다 높은 경우에는 닫히고 반대의 경우에는 열려서 외부에서 열파퍼실(38)로 냉가스가 유입될 수 있도록 한다.
상기 고정몸체(10)의 고정몸체공간(12)에는 열파퍼실(38)이 형성된다. 상기 열파퍼실(38)은 상기 이동몸체(20)의 외면, 메인가동전극(28)의 내면, 고정몸체(10)의 내면 및 아래에서 설명될 가동피스톤(36)에 의해 구획되는 공간이다. 상기 열파퍼실(38)은 상기 주노즐(32)의 노즐유로(33)를 통해 외부와 연통된다. 상기 열파퍼실(38)에는 아크에서 제공되는 열에 의해 가열된 가스가 진입하고, 원래 있던 가스와 가열된 가스가 혼합되어 열파퍼실(38)에서 다시 상기 노즐유로(33)를 통해 외부로 배출된다.
상기 가동부(20)의 메인가동전극(28) 및 가동아크전극(30)과 결합되어 통전을 수행하는 고정전극(40)이 있다. 상기 고정전극(40)은 상기 가동부(20)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(30)과 결합되는 것이다. 상기 고정아크전극(44)은 바아형상으로 되어 상기 가동아크전극(30)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(30)과 결합되고, 상기 메인가동전극(28)과 메인고정전극(42)의 분리보다 먼저 가동아크전극(30)과 분리되도록 하기 위함이다.
이하 상기한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 가스절연 개폐장치의 가스차단기가 동작되는 것을 상세하게 설명한다.
먼저 무부하시에 오픈동작이 일어나는 것을 설명한다. 여기서 무부하시라는 것은 실제로 가스차단기가 사용되는 것이 아니고 사용 전에 차단기의 동작상태를 확인하는 것이라고 볼 수 있다.
차단기에서의 통전은 상기 메인가동전극(28)과 메인고정전극(42) 그리고 가동아크전극(30)과 고정아크전극(44)이 결합된 상태에서 이루어진다.
이 상태에서 구동원에서 상기 조작로드(16)를 구동시키면 상기 가동부(18)가 도면을 기준으로 좌측 방향으로 이동하게 된다. 상기 가동부(18)가 좌측방향으로 이동하면서 상기 열파퍼실(38)의 체적은 줄어들게 된다. 이는 상기 가동피스톤(36)이 이동하지 않고 있기 때문이다. 상기 가동부(18)가 어느 정도 이동하여 상기 연동단(29)이 상기 가동피스톤(36)을 밀게 되면 가동피스톤(36)이 가동부(18)와 함께 이동하면서 열파퍼실(38)의 체적이 일정하게 유지된다. 이 과정에서 상기 열파퍼실(38)에서 나온 가스는 상기 주노즐(32)과 보조노즐(34)을 통해 배출되고, 상기 보조노즐(34)을 통해 배출되는 가스의 압력이 일정 이상이 되면 상기 가스조절밸브(26)가 열리면서 상기 이동몸체공간(22)에서 가스가 외부로 배출된다. 이와 같은 상태가 도 4의 (b)에 도시되어 있다.
상기 가동부(20)에 의한 가동피스톤(36)의 이동은 상기 가동피스톤(36)이 상기 고정몸체(10)의 스톱단(14)에 걸릴 때까지 진행된다. 그리고 상기 가동피스톤(36)이 상기 스톱단(14)에 걸린 상태에서 상기 가동부(18)는 계속하여 이동을 하고, 따라서 열파퍼실(38)의 체적은 계속해서 작아지면서, 열파퍼실(38)에 있는 가스가 상기 주노즐(32)과 보조노즐(34)을 통해 계속해서 배출될 수 있다. 이와 같은 상태가 도 4의 (c)에 도시되어 있다.
다음으로 무부하시 클로즈동작이 이루어지는 것을 설명한다. 도 5에는 무부하시에 가스조작기의 클로즈동작이 일어나는 것이 순차적으로 설명되어 있다. 위에서 설명된 바와 같이 오픈이 이루어진 상태에서 다시 클로즈동작이 진행되는 것은 상기 가동부(18)가 역방향으로 이동하면 된다. 상기 가동부(18)의 동작은 상기 조작로드(16)에 의해 이루어진다. 이와 같은 상태가 도 5의 (a)에 도시되어 있다.
상기 가동부(18)가 이동하다가 상기 스톱단(14)에 걸려 있는 가동피스톤(28)에 연동턱(24)이 걸리게 되면 상기 가동피스톤(28)과 가동부(18)가 함께 이동하게 된다. 이와 같은 상태가 도 5의 (b)에 도시되어 있다. 참고로, 이 과정에서 상기 가동피스톤(36)의 역지밸브가 열려서 상기 열파퍼실(38)의 내부로 냉가스가 유입되어 채워지게 된다.
상기 가동부(18)가 계속하여 이동하면 상기 가동아크전극(30)과 고정아크전극(44)이 먼저 결합되고, 다음으로 상기 메인가동전극(28)과 메인고정전극(42)이 결합되어 도 5의 (c)에 도시된 상태가 되어 통전이 이루어지게 된다.
한편, 유부하시에 오픈동작이 이루어지는 것을 도 6을 참고하여 설명한다. 과부하가 걸려 동작신호가 구동부에 가해지면 구동부가 상기 조작로드(16)를 구동하여 상기 가동부(18)가 도면을 기준으로 좌측방향으로 이동되게 한다. 상기 가동부(18)의 이동은 먼저 상기 메인가동전극(28)과 메인고정전극(42)의 분리가 일어나게 한다. 하지만, 상기 메인아크전극(30)과 고정아크전극(44)이 분리되지 않으면 아크가 발생하지 않는다. 도 6의 (a))에는 메인아크전극(30)과 고정아크전극(44)이 막 분리된 상태가 도시되어 있다. 따라서, 이 상태에서는 아크가 상기 메인아크전극(30)과 고정아크전극(44) 사이에서 발생하게 된다.
아크가 발생하면 열이 주변의 공기에 전달되면서 상기 노즐유로(33)를 통해 가열된 공기가 열파퍼실(38)로 급격하게 들어간다. 이와 같은 동작에 의해서 상기 열파퍼실(38)의 압력은 높아지게 된다. 상기 열파퍼실(38)로 들어간 공기는 기존의 열파퍼실(38)에 있던 공기와 섞여서 상대적으로 온도가 낮아진 상태로 다시 상기 노즐유로(33)를 통해 상기 주노즐(32)과 보조노즐(34)로 전달되어 분사된다. 상기 주노즐(32)을 통해 분사된 가스는 아크를 소호하는 작용을 하게 된다.
여기서, 상기 가동피스톤(36)은 상기 열파퍼실(38)의 압력에 따라 이동하게 된다. 예를 들어 열파퍼실(38)의 압력이 가동피스톤(36)을 이동시킬 수 없을 정도라면 이동되지 않고 있고, 정해진 압력이상으로 되면 상기 가동피스톤(36)이 좌측방향으로 이동하게 된다. 이와 같은 가동피스톤(36)의 이동은 상기 스톱단(14)의 위치까지 이루어질 수 있다. 물론, 상기 열파퍼실(38)의 압력이 정해진 압력 이하이면 상기 가동피스톤(36)은 고정되어 있다가 상기 연동단(29)에 의해 밀려서 이동된다. 이와같은 가동피스톤(36)의 동작은 상기 열파퍼실(38)의 압력이 일정하게 유지될 수 있도록 하고, 아크의 소호작용을 위한 가스의 분사가 어떠한 상황에서도 일정하게 이루어지도록 한다.
도 6의 (b)에는 상기 가동아크전극(30)과 고정아크전극(44)도 완전히 분리되고 상기 가동피스톤(36)이 상기 스톱단(14)에 걸려진 상태가 도시되어 있다. 하지만, 아크는 상기 가동아크전극(30)과 고정아크전극(44)사이에서 발생하여 있다. 이 상태에서 상기 가동부(18)가 계속하여 이동되면 열파퍼실(38)의 체적이 줄어들게 되는데, 따라서 열파퍼실(38)에서 계속해서 가스가 상기 노즐유로(33)를 통해서 배출되어 아크의 소호에 사용될 수 있다. 이 때, 상기 열파퍼실(38)에서 배출되는 가스의 압력이 높으면 상기 가스조절밸브(26)가 개방되면서 압력이 조절되도록 한다. 상기 가스조절밸브(26)는 이 전까지는 개방되지 않아 상기 열파퍼실(38)에서 나오는 가스가 아크를 소호하는데 모두 사용될 수 있도록 한다.
도 6의 (c)에는 상기 가동부(18)가 상기 가동피스톤(36)이 스톱단(14)에 걸려 있는 상태에서 계속하여 이동하는 것이 도시되어 있다. 이와 같이 되면 상기 열파퍼실(38)의 체적이 줄어들게 되는데, 상기 열파퍼실(38)의 압력이 낮더라도 노즐유로(33)를 통한 가스의 분사가 일정하게 유지되게 한다. 즉, 열파퍼실(38)의 체적을 줄여주어 가스가 분사되는 것이 줄어들지 않도록 하는 것이다. 물론, 열파퍼실(38)의 체적이 줄어들면서 압력이 지나치게 높아지는 것은 상기 가스조절밸브(26)를 통해 가스를 배출함에 의해 조절할 수 있게 된다.
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, 상기 가스조절밸브(26)는 반드시 사용되어야 하는 것은 아니고, 소호동작 초기에 가스의 낭비를 방지할 필요가 있는 경우에만 채용하면 된다.

Claims (6)

  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 구비하며 가스를 분사하는 주노즐이 구비되는 가동부와,
    상기 메인가동전극과 결합되고 분리되는 메인고정전극과 상기 가동아크전극과 결합되고 분리되는 고정아크전극을 구비하며 상기 탱크내에 설치되는 고정전극과,
    상기 고정몸체와 이동몸체의 사이에 형성되어 상기 가동아크전극과 고정아크전극 사이에서 발생하는 아크를 소호하는 가스를 상기 주노즐로 공급하는 열파퍼실과,
    상기 고정몸체와 이동몸체의 사이에 이동가능하게 위치되어 상기 열파퍼실의 압력에 따라 또는 상기 가동부의 이동에 따라 이동하면서 열파퍼실의 체적을 설정하는 가동피스톤을 포함하는 가스절연 개폐장치의 가스차단기.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 고정몸체의 내면에는 스톱단이 형성되어 상기 가동피스톤의 이동행정을 규제하고, 상기 이동몸체의 외면에는 클로즈상태로 되도록 상기 가동피스톤을 이동시키는 연동턱이 형성되는 가스절연 개폐장치의 가스차단기.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 이동몸체에 구비되는 메인고정전극이 형성된 부분에는 상기 가동피스톤을 상기 가동부의 이동시에 함께 이동시킬 수 있는 연동단이 구비되는 가스절연 개폐장치의 가스차단기.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 이동몸체에는 주노즐의 분사방향과 반대방향으로 가스를 분사하여 상기 이동몸체의 내부에 형성되는 이동몸체공간으로 가스를 보내는 보조노즐이 구비되는 가스절연 개폐장치의 가스차단기.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 가동아크전극과 고정아크전극은 상기 메인고정전극과 메인가동전극이 결합되기 전에 결합되고 상기 메인고정전극과 메인가동전극이 분리되기 전에 분리되는 가스절연 개폐장치의 가스차단기.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 이동몸체의 내부에 형성되는 이동몸체공간에는 가스조절밸브가 설치되어 상기 열파퍼실에서 나온 가스의 압력이 일정 이상의 값이 되면 개방되어 가스를 배출하는 가스절연 개폐장치의 가스차단기.
PCT/KR2014/012865 2013-12-31 2014-12-24 가스절연 개폐장치의 가스차단기 WO2015102310A1 (ko)

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KR1020130167997A KR101595110B1 (ko) 2013-12-31 2013-12-31 가스절연 개폐장치의 가스차단기
KR10-2013-0167997 2013-12-31

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