WO2015111919A1 - 개폐장치 - Google Patents

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WO2015111919A1
WO2015111919A1 PCT/KR2015/000640 KR2015000640W WO2015111919A1 WO 2015111919 A1 WO2015111919 A1 WO 2015111919A1 KR 2015000640 W KR2015000640 W KR 2015000640W WO 2015111919 A1 WO2015111919 A1 WO 2015111919A1
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WO
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electrode
arc
extinguishing
shield
switchgear
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PCT/KR2015/000640
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English (en)
French (fr)
Inventor
임형우
황동익
Original Assignee
일진전기 주식회사
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Publication date
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Priority claimed from KR1020140009219A external-priority patent/KR101534556B1/ko
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H33/00—High-tension or heavy-current switches with arc-extinguishing or arc-preventing means
    • H01H33/70—Switches with separate means for directing, obtaining, or increasing flow of arc-extinguishing fluid
    • H01H33/76—Switches with separate means for directing, obtaining, or increasing flow of arc-extinguishing fluid wherein arc-extinguishing gas is evolved from stationary parts; Selection of material therefor
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H33/00—High-tension or heavy-current switches with arc-extinguishing or arc-preventing means
    • H01H33/70—Switches with separate means for directing, obtaining, or increasing flow of arc-extinguishing fluid
    • H01H33/98—Switches with separate means for directing, obtaining, or increasing flow of arc-extinguishing fluid the flow of arc-extinguishing fluid being initiated by an auxiliary arc or a section of the arc, without any moving parts for producing or increasing the flow
    • H01H33/982—Switches with separate means for directing, obtaining, or increasing flow of arc-extinguishing fluid the flow of arc-extinguishing fluid being initiated by an auxiliary arc or a section of the arc, without any moving parts for producing or increasing the flow in which the pressure-generating arc is rotated by a magnetic field
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H33/00—High-tension or heavy-current switches with arc-extinguishing or arc-preventing means
    • H01H33/60—Switches wherein the means for extinguishing or preventing the arc do not include separate means for obtaining or increasing flow of arc-extinguishing fluid
    • H01H33/66—Vacuum switches
    • H01H33/662—Housings or protective screens
    • H01H33/66261—Specific screen details, e.g. mounting, materials, multiple screens or specific electrical field considerations
    • H01H2033/66284—Details relating to the electrical field properties of screens in vacuum switches

Definitions

  • the present invention relates to a switchgear, and more particularly to a switchgear that can achieve a miniaturization and low cost by increasing the extinguishing performance by having a shield for the float floating with a dual structure.
  • Switch-gear is a general term for a device or device used for the construction, separation, or modification of an electric circuit. It is a bus, breaker, disconnector, grounding device, transformer, etc. Is used in a broad sense, including Gas Insulated Switchgear (GIS) and Metal Clad Switchgear (MCGS).
  • GIS Gas Insulated Switchgear
  • MCGS Metal Clad Switchgear
  • Circuit breaker is a kind of switchgear and it is a device that can open and close not only the converter in the normal state but also the abnormal state, especially the short circuit.
  • the International Standard Standard (IEC) defines "switching device designed to input, energize, and shut off current in a normal state, and to be able to supply, energize, and interrupt a certain time in a predetermined abnormal state such as a short circuit.” .
  • the breaker shall be (1) thermally and structurally resistant to abnormal conditions such as normal or short-circuit failure conditions in the closed state, and (2) phase-to-phase or earth-to-earth insulation maintained in good condition in the open state. (3) When the breaker is turned on, the rated current below or below is normally cut off without generating an abnormal voltage. (4) When opening the breaker, the circuit should be separated quickly and safely without damaging the contactor.
  • Circuit breakers are classified into direct current and alternating current according to the circuit used, and are classified into magnetic type and inertia type extinguishing method according to the SOHO method, and air circuit breaker (ACB), inflow breaker (OCB), magnetic breaker (MBB) according to the SOHO medium. ), Air breaker (ABB), vacuum breaker (VCB), gas breaker (GCB).
  • a gas circuit breaker is a circuit breaker in which the blocking of the converter uses an inert gas (hereinafter referred to as SOHO gas), which is a special gas such as sulfur hexafluoride (SF 6 ).
  • SOHO gas an inert gas
  • SF 6 sulfur hexafluoride
  • the gas circuit breaker is characterized by excellent physical, chemical and electrical properties of SOHO gas, and excellent arc extinguishing ability, so that the arc is stable and the insulation recovery is fast. Since the gas is not discharged to the outside at the time of shutoff, there is no noise pollution unlike the air breaker, and stable shutoff is possible even in the small current cutoff such as the excitation current cutoff of the transformer. Replaces inflow circuit breaker and air circuit breaker in recent years because it has less opening and closing overvoltage, and excellent insulation recovery after arc reduction. The use is increasing rapidly.
  • gas circuit breakers can be classified into a paper type, a rotary arc type, a thermal expansion type, a hybrid extinction type, etc. according to the type of arc extinguishing. have.
  • FIG. 1A to 1C are schematic cross-sectional views of a general gas insulated switchgear, and FIG. 1A shows a state in which electrodes are connected to each other, FIG. 1B shows a moment when the electrodes are spaced from each other, and FIG. 1C shows an arc shield.
  • FIG. 1A shows a state in which electrodes are connected to each other
  • FIG. 1B shows a moment when the electrodes are spaced from each other
  • FIG. 1C shows an arc shield.
  • a general gas insulated switchgear 10 includes a first electrode 11 and a second electrode 12 that is energized by being inserted into the first electrode 11 and disconnected by detachment. It is configured to include.
  • the main nozzle 13 is positioned to surround the ends of the first electrode 11 and the second electrode 12. Referring to FIG. 1B, the main nozzle 13 is fixed to the first electrode 11 side, where an arc is generated in a narrow central portion, and an arc is generated through the flow of arc extinguishing into the main nozzle 13. You are lodged.
  • the first Re-ignition may occur between the electrode 11 and the second electrode 12.
  • This re-ignition is an insulation breakdown phenomenon that occurs after a quarter or more period of time after the current zero in the commercial frequency voltage. When such a recall occurs, a large transient voltage may occur, which threatens the reliability of the system equipment. Therefore, in the gas insulated switchgear, it is important to avoid re-ignition and prevent the dielectric breakdown phenomenon.
  • the electric field generated from the first electrode 11 and the second electrode 12 is relaxed between the first electrode 11 and the second electrode 12 to increase the speed of arc extinguishing or to re-ignite. Technology to prevent this is being developed.
  • Insulated switchgear 10a has been disclosed (CYPeng et all, RESEARCH ON THE ELECTRIC FIELD CONTROLLING FOR THE ARC-CHUTE OF HIGH VOLTAGE SF 6 CIRCUIT BREAKER, 18 th International Symposium on High Voltage Engineering, p. 59, August 25-30 , 2013)
  • the present invention has been made for the above technical needs, the problem to be solved in the present invention is to provide a switchgear that can achieve a miniaturization and low cost by increasing the extinguishing performance by providing a shield for the float having a double structure floating. In providing.
  • the problem to be solved in the present invention is to provide an open and close device that can achieve a miniaturization and low cost by increasing the extinguishing performance by having a floated shield for the external appearance is formed to effectively reduce the electric field and disturb the arc. In providing.
  • the problem to be solved by the present invention by providing a paramagnetic or diamagnetic material, a conductor and floating anti-fogging shield to achieve a miniaturization and low cost by increasing the extinguishing performance, it is to provide an opening and closing device that can reduce the amount of heat generated.
  • the switchgear of this invention for solving the said subject is a switchgear which opens and closes between the said 1st electrode and the said 2nd electrode through the movement of one or more of a 1st electrode and a 2nd electrode. It is disposed to surround at least a portion of the space between the first electrode and the second electrode, and includes a floating extinguishing shield.
  • the extinguishing shield includes a central portion that is a ferromagnetic material and an outer portion that surrounds part or all of the central portion and has a higher conductivity than the central portion.
  • the flow of arc extinguishing gas for extinguishing arcs generated between the first electrode and the second electrode and further comprises a main nozzle of an insulating material.
  • the extinguishing shield is embedded in the main nozzle or located outside the main nozzle.
  • an inner surface for guiding the flow of the arc extinguishing gas for extinguishing the arc generated between the first electrode and the second electrode is formed inside the arc extinguishing shield.
  • the core is nickel, cobalt, machine steel, ferrite, permalloy, mumetal, sendust, supermalloy (supermalloy), iron, cast iron, powdered iron, transformer iron and one or more of their alloys.
  • one of the first electrode and the second electrode is a movable arc electrode, the other is a fixed arc electrode.
  • the display device may further include a first main contactor located outside the first electrode and a second main contactor located outside the second electrode.
  • the extinguishing shield is configured to be disposed inside the first main contact and inside the second main contact.
  • both the first electrode and the second electrode are movable arc electrodes.
  • the display device may further include a first main contactor located outside the first electrode and a second main contactor located outside the second electrode.
  • the extinguishing shield is configured to be disposed inside the first main contact and inside the second main contact.
  • the first main contact and the second main contact is late compared to the first electrode and the second electrode and is blocked first.
  • the central portion has a passage hole through which the first electrode or the second electrode can pass, and the passage hole is opened or closed to the side thereof.
  • the central portion is provided with one or more, when the plurality of the central portion is arranged spaced apart from each other.
  • the central portion has a through hole through which the first electrode or the second electrode can pass, and has a spirally wound shape.
  • the central portion is ring-shaped.
  • the central portion has one or more through holes.
  • the through hole is formed long along the imaginary line connecting the center of the first electrode and the second electrode.
  • the through hole is formed long to form an angle greater than 0 degrees with the imaginary line connecting the center of the first electrode and the second electrode.
  • the first electrode has a hollow into which the second electrode can be inserted. At least one slit is formed on a side surface of the first electrode. An angle formed by a line connecting one end of the slit and the center of the hollow and a line connecting the other end of the slit and the center of the hollow is greater than 0 degrees when viewed from the side where the second electrode is inserted.
  • the switch is a gas insullated switch-gear.
  • the switchgear is any one of a thermally expandable gas insulated switchgear, a puffer type gas insulated switchgear and a composite gas insulated switchgear.
  • the arc shield is a paramagnetic body or diamagnetic body and also a conductor.
  • the arc shield is a ferromagnetic material.
  • the extinguishing shield contains at least one of aluminum, copper, magnesium, tungsten, platinum, gold, tin, manganese and alloys thereof.
  • the switchgear according to the present invention it is possible to reduce the extinguishing time by increasing the arc extinguishing effect and the electric field relaxation effect by the eddy current, and to minimize the separation distance between electrodes, to further reduce the size of the equipment and to reduce the cost can do.
  • FIGS. 1A to 1C are schematic cross-sectional views of a general gas insulated switchgear.
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of the opening and closing device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a conceptual diagram for explaining the principle of arc extinguishing by the eddy current generated in the extinguishing shield.
  • Figure 4 is a schematic cross-sectional view of the opening and closing device of another embodiment of the present invention.
  • 5A and 5B are schematic cross-sectional views of an opening and closing device of another embodiment of the present invention.
  • FIGS. 6A and 6B are schematic cross-sectional views of an opening and closing device according to still another embodiment of the present invention.
  • Figure 7a is a schematic partial cross-sectional view of the opening and closing device of another embodiment of the present invention.
  • FIG. 7B is a schematic perspective view of the center of FIG. 7A.
  • Figure 8a is a schematic partial cross-sectional view of the opening and closing device of another embodiment of the present invention.
  • FIG. 8B is a schematic perspective view of the center of FIG. 8A.
  • FIG. 9A shows a modification of the central part of FIG. 7B.
  • FIG. 9B shows a modification of the central portion of FIG. 8B.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view of the first electrode in the switchgear of FIG. 2.
  • FIG. 11 is a schematic perspective view of the first electrode of FIG. 10.
  • FIG. 12 is a conceptual diagram for explaining the shape of the slit of FIG.
  • FIG. 13 is a simulation graph showing the amount of heat generated according to the material of the SOHO shield with time.
  • the switchgear of this invention is a switchgear which opens and closes between the said 1st electrode and the said 2nd electrode through the movement of one or more of a 1st electrode and a 2nd electrode. It is disposed to surround at least a portion of the space between the first electrode and the second electrode, and includes a floating extinguishing shield.
  • the extinguishing shield includes a central portion that is a ferromagnetic material and an outer portion that surrounds part or all of the central portion and has a higher conductivity than the central portion.
  • first, second, etc. are used to describe various components, these components are of course not limited by these terms. These terms are only used to distinguish one component from another. Therefore, of course, the first component mentioned below may be a second component within the technical spirit of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of the opening and closing device according to an embodiment of the present invention.
  • the opening and closing device 100 includes a first main contactor 110, a second main contactor 120, a first electrode 130, a second electrode 140, and a main body. It is comprised including the nozzle 150, the extinguishing shield 160, and the auxiliary nozzle 170. As shown in FIG.
  • the opening and closing device of the present embodiment will be described as an example applied to the opening and closing device according to the thermal expansion type (Thermal Expansion type), which is for convenience of description, limited to the opening and closing device according to the thermal expansion and arcing method of the present invention. Note that it is not built. In addition to the opening and closing device of the present embodiment, it can be applied to a paper type arcing type, a hybrid type arcing type, and the like.
  • the first main contactor 110 and the second main contactor 120 are located outside the first electrode 130, the second electrode 140, and the main nozzle 150, which will be described later, and the opening and closing device 100 of the present embodiment. Is the main contact part that energizes the main circuit.
  • the first electrode 130 functions as a moving arc contactor and the second electrode 140 also functions as a fixed stationally arc contactor. In addition, both the first electrode 130 and the second electrode 140 may function as movable arc contacts.
  • the first electrode 130 and the second electrode 140 are responsible for the arc generated in the circuit during the opening and closing operation to prevent damage to the main contacts (110, 120).
  • the first main contactor 110 and the second main contactor 120 are introduced later than the first electrode 130 and the second electrode 140 and are first blocked to prevent damage by the arc, and the arc It occurs only between the first electrode 130 and the second electrode 140.
  • the first electrode 130 has a hollow 131 therein, and may be energized by inserting and contacting a rod-shaped second electrode 140 to the hollow 131. It is to be noted that the shapes of the first electrode 130 and the second electrode 140 are exemplary and may be modified in various forms.
  • the main nozzle 150 is disposed to surround the end of the first electrode 130 and the end of the second electrode 140 to suppress arcing generated between the first electrode 130 and the second electrode 140. To guide the flow of SOHO gas.
  • the main nozzle 150 is fixed to the first electrode 110 side in the embodiment of FIG. 2.
  • the main nozzle 150 is made of an insulating material, for example, may be made of Teflon material.
  • the inner surface 151 of the main nozzle 150 is formed to have a narrow width at the arc generating portion and wider toward the first electrode 130 side and the second electrode 140 side. This is so that the flow rate of gas for extinguishing the arc is greatest in the arc generating portion.
  • the gas for extinguishing is supplied from the expansion chamber 152, which is only an example in which thermal expansion is adopted.
  • a gas can be supplied by providing a paper cylinder and a paper piston.
  • Such a gas supply method follows the well-known structure of the existing switchgear.
  • the gas for extinguishing is supplied from the expansion chamber 152 to the inside of the main nozzle 150 from the first electrode 130 side, and after extinguishing the arc, the first electrode 130 and / or the second electrode ( 140) is discharged to the side.
  • switchgear is gas-insulated switchgear, and can extinguishing gas is excellent in subheading performance and insulation gas which is used, for example, may be a SF 6 gas, SF 6 gas is 23 900 times that of carbon dioxide gas It is said to have a global warming effect.
  • a gas having a lower global warming coefficient may be used than the SF 6 gas, and the gas may include air, carbon dioxide, oxygen, nitrogen, or a mixture of these gases.
  • the first electrode 130 and the second electrode 140 when the first electrode 130 and the second electrode 140 start to be spaced apart from each other for disconnection between the first electrode 130 and the second electrode 140 when an accident occurs, the first electrode 130 is spaced apart from each other. An arc of high heat occurs between the electrode 130 and the second electrode 140. In addition, in the open state in which the first electrode 130 and the second electrode 140 are completely spaced apart, an arc may be generated when a lightning shock or the like occurs. Due to this arc, the gas around the arc expands rapidly, and the inner surface 151 of the main nozzle 150 or the electrodes 130, 140 may be partially melted.
  • a method of reducing an electric field by inserting a shield for arc extinguishing into the main nozzle is made of a material containing iron.
  • the opening and closing apparatus 100 of the present embodiment includes an arc extinguishing shield 160 having a shape as shown in FIG. 2, thereby performing more effective electric field relaxation.
  • the arc extinguishing can be performed more quickly by providing the extinguishing shield 160 having a double structure of the central portion 161 and the outer portion 165.
  • the extinguishing shield 160 is embedded in the main nozzle 150, and when the short circuit between the first electrode 130 and the second electrode 140 occurs, the first electrode 130 and the second electrode ( It is arranged to surround at least a portion of the space between the 140. That is, the extinguishing shield 160 is located outside the arc occupation space between the first electrode 130 and the second electrode 140. From such a position, the arc-shielding shield 160 relaxes the electric field of the space between the 1st electrode 130 and the 2nd electrode 140, and acquires the arc extinguishing effect by the eddy current mentioned later.
  • the extinguishing shield 160 is not electrically connected to any of the above, it is characterized in that it is floating, and may not be embedded in the main nozzle 150.
  • the extinguishing shield 160 may be located outside the main nozzle 150.
  • the extinguishing shield 160 itself may be formed of the main nozzle 150. That is, an inner surface for guiding the flow of the extinguishing gas for extinguishing the arc generated between the first electrode 130 and the second electrode 140 may be formed inside the extinguishing shield 160.
  • the main nozzle 150 is applied to a switchgear not applied, at least a part of the space between the first electrode 130 and the second electrode 140 may be enclosed and only floating.
  • the extinguishing shield 160 of the opening and closing device 100 of the present embodiment is provided with one or more, in the case of a plurality of spaced apart from each other arranged.
  • Each extinguishing shield 160 has a passage hole through which the first electrode 130 or the second electrode 140 can pass (only the second electrode 140 passes in this embodiment).
  • the extinguishing shield 160 may be ring shaped.
  • the extinguishing shield 160 has a ring shape as a whole, but is formed discontinuously, so that the through hole may be opened to the side.
  • the cross section of the arc shield 160 may be circular, as shown in FIG. 2, to facilitate generation of eddy currents and electric field relaxation, but is not limited thereto.
  • the cross-sectional shape of the shield 160 may be set in various ways such as a rectangle.
  • the material of the arc shield 160 is preferably made of a conductor while being a ferromagnetic material in terms of the electric field relaxation effect.
  • the SOHO shield 160 may be nickel, cobalt, machine steel, ferrite, permalloy, mumetal, sendust, supermalloy, Iron, cast iron, powdered iron, transformer iron, and alloys thereof.
  • the material of the extinguishing shield 160 is not limited to a ferromagnetic material, and if the conductor is a paramagnetic material or a diamagnetic material, the arc disturbance effect due to the eddy current can be obtained. Therefore, the extinguishing shield 160 is made of a material other than the ferromagnetic material. ) Can be produced.
  • the extinguishing shield 160 may contain one or more of aluminum, copper, magnesium, tungsten, platinum, gold, tin, manganese and alloys thereof.
  • the central portion 161 forms a central portion of the SOHO shield 160 and is made of a ferromagnetic material to affect the electric field.
  • the central portion 161 may be nickel, cobalt, machine steel, ferrite, permalloy, mumetal, sendust, supermalloy, iron, Cast iron, powdered iron, transformer iron, and alloys thereof.
  • the outer portion 165 is arranged to surround the central portion 161 to form the outer side of the extinguishing shield 160.
  • the outer portion 165 is disposed to surround the entirety of the central portion 161 in FIG. 2, but may be disposed to surround only a portion of the outer portion 165.
  • the outer portion 165 is made of a conductor having a higher electrical conductivity than that of the central portion 161. The higher the electrical conductivity, the larger the magnetic field caused by the eddy current. As the outer portion 165, ferromagnetic, diamagnetic and paramagnetic materials may be used as long as the conductor has a higher conductivity than that of the central portion 161.
  • the outer portion 165 for example, a non-ferrous metal having high conductivity may be used, and diamagnetic and paramagnetic materials may also be used.
  • the outer portion 165 may be configured to contain at least one of copper, magnesium, tungsten, platinum, gold, tin, manganese and alloys thereof.
  • the outer portion 165 By configuring the outer portion 165 with a material having a higher conductivity than the central portion 161, the eddy current can be generated even more, thereby increasing the arc disturbance effect due to the magnetic field. Thus, rapid arc extinguishing is possible. Details thereof will be described later with reference to FIG. 3.
  • the outer side portion 165 is preferably set so that the magnetic permeability is smaller than that of the central portion 161.
  • the central portion 161 is a ferromagnetic material, and serves to alleviate an electric field in the arc generating space, and by forming the outer portion 165 at a lower magnetic permeability than the central portion 161, such an electric field relaxation effect can be further improved.
  • the auxiliary nozzle 170 is disposed surrounding the end of the first electrode 130.
  • the auxiliary nozzle 170 serves to transfer gas to the arc generating portion through the hollow 131 of the first electrode 130, and may be made of the same insulating material as the main nozzle 150.
  • FIG. 3 is a conceptual diagram for explaining the principle of arc extinguishing by the eddy current generated in the extinguishing shield.
  • a magnetic field such as a dashed line is flowed around the accident current by the accident current. Is formed.
  • the magnetic field also affects the space occupied by the extinguishing shield 160, and the change of the magnetic field causes an eddy current to flow inside the extinguishing shield 160. This is caused by electromagnetic induction.
  • This eddy current flows in the direction of generating a magnetic field opposite to the change of the magnetic field by Faraday's law of electromagnetic induction, which resists changes in the magnetic field. According to this, the eddy current is generated so that the magnetic field is formed in the right direction opposite to the direction of the magnetic field (left direction in FIG. 3) formed by the fault current. Thus, eddy currents are formed in the direction of exiting the outer side of the extinguishing shield 160 and the direction of entering the inner side thereof (shown as ⁇ , x in FIG. 3).
  • This eddy current forms its own magnetic field around it, which affects any electrons that form an arc by the eddy current below the extinguishing shield 160 (shown in FIG.
  • the branches have a magnetic field (shown in dashed lines in FIG. 3).
  • the electrons in the arc are placed under the influence of the magnetic field due to the eddy current having the left direction as shown in FIG. 3, thereby receiving the Lorentz force.
  • the force is applied downward in the magnetic field to the left.
  • the arc is disturbed in a swirling manner rather than being formed in a linear direction, thereby obtaining an arc extinguishing effect.
  • the arc extinguishing shield 160 can alleviate arc generation by relaxing an electric field around the space where the arc is generated. Since the center portion 161 of the SOHO shield 160 is made of a ferromagnetic material, a relaxation effect of the electric field can be obtained, and if the outer portion 165 has a lower permeability than the center portion 161, an improved field relaxation effect can be obtained. .
  • the anti-shielding shield 160 by configuring the anti-shielding shield 160 with the central portion 161 and the outer portion 165, it is possible to increase the extinguishing effect by the eddy current and the electric field relaxation effect to reduce the extinguishing time, and to minimize the separation distance between electrodes In this way, the size of the equipment can be further miniaturized and the cost can be reduced.
  • the central portion 161 in various shapes, the electric field between the first electrode 130 and the second electrode 140 can be further relaxed, and the disturbance of the arc can be increased.
  • Figure 4 is a schematic cross-sectional view of the opening and closing device of another embodiment of the present invention.
  • the switchgear 200 of FIG. 4 is different from the switchgear 100 of FIG. 2 only in the configuration of the SOHO shield 260, but the other configurations are the same. Is omitted.
  • the extinguishing shield 260 of the opening and closing device 200 of the present embodiment is composed of a plurality of separated center. That is, the center part is divided into the 1st center part 261a and the 2nd center part 261b, and the 1st center part 261a and the 2nd center part 261b are surrounded by the outer side part 265. As shown in FIG. In addition, as shown in FIG. 4, the outer portion 265 may be filled between the first central portion 261a and the second central portion 261b, or may not be filled.
  • 5A and 5B are schematic cross-sectional views of an opening and closing device of another embodiment of the present invention.
  • 5a has only the configuration of the shield 360 for the extinguishing shield 360 is different from the switchgear 100 of FIG. 2, but the other configurations are the same. Is omitted.
  • At least one central portion 361 of the arc-shielding shield 360 of the opening and closing apparatus 300 is provided with one or more, and the plurality of central portions 361 are arranged to be spaced apart from each other.
  • Each central portion 361 has a passage hole through which the first electrode 330 or the second electrode 340 can pass (in this embodiment, only the second electrode 340 passes).
  • central portion 361 may be ring shaped.
  • the center portion 361 has a ring shape as a whole, but is formed discontinuously, so that the through hole may open to the side.
  • the cross section of the central portion 361 may be circular, as shown in FIG. 5A, to facilitate generation of eddy currents and electric field relaxation, but is not limited thereto.
  • the cross section may have various shapes such as a square.
  • the outer portion 365 can fill between the central portion 361 as shown in FIG. 5A, but is thinly applied to the central portion 361 as shown in FIG. 5B, and the material of the main nozzle 350 is applied between the applied outer portions 365. (Eg Teflon).
  • FIGS. 6A and 6B are schematic cross-sectional views of an opening and closing device according to still another embodiment of the present invention.
  • the opening and closing device 400 of FIG. 6A is different from the opening and closing device 300 of FIG. 5A in that only the configuration of the SOHO shield 460 is the same, and thus the configuration will be described based on differences. Is omitted.
  • the central portion 461 of the extinguishing shield 460 of the opening and closing device 400 has a passage hole through which the first electrode 410 and the second electrode 420 can pass. It has a spiral wound shape.
  • the cross section of the central portion 461 may be circular, as shown in FIG. 6A, to be advantageous for generation of eddy currents and electric field relaxation.
  • the cross section of the central portion 461 may be set in various shapes such as a square.
  • the outer portion 465 may fill between the central portion 461 as shown in FIG. 6A, but is thinly applied to the central portion 461 as shown in FIG. 6B, and the material of the main nozzle 450 is applied between the applied outer portions 465. (Eg Teflon).
  • the extinguishing shield 460 having the same shape as in the present embodiment, it is possible to adjust the arc to bend spirally by the force of the electric field and the eddy current. As a result, the arc extinguishing time is accelerated.
  • FIG. 7A is a schematic partial cross-sectional view of an opening and closing apparatus of another embodiment of the present invention
  • FIG. 7B is a schematic perspective view of the center of FIG. 7A.
  • FIG. 7A illustrates a portion of the central portion 561 exposed to the outside for convenience of description.
  • the central portion 561 employed in the opening and closing apparatus 500 of the present embodiment is lengthened along an imaginary line connecting the center of the first electrode 530 and the center of the second electrode 540.
  • At least one through hole 562 is formed.
  • the through hole 562 means a hole formed to penetrate the surface of the central portion 561.
  • the through hole 562 can increase the electric field relaxation effect of the arc shield 560, and can further increase the arc disturbance effect due to the eddy current.
  • the outer portion 565 can completely fill the space in the through hole 562, but is thinly applied to the central portion 561, the material of the main nozzle 550 (for example, Teflon between the applied outer portion 565) It can also be filled with).
  • FIG. 8A is a schematic partial cross-sectional view of a switchgear according to another embodiment of the present invention
  • FIG. 8B is a schematic perspective view of the center of FIG. 8A.
  • FIG. 8A illustrates the entirety of the central portion 661 to the outside for convenience of description.
  • the central portion 661 employed in the opening and closing device 600 of this embodiment is one or more oblique to an imaginary line connecting the center of the first electrode 630 and the center of the second electrode 640.
  • the through hole 662 is provided. That is, the through hole 662 is elongated to form an angle greater than 0 degrees with an imaginary line connecting the centers of the first electrode 630 and the second electrode 640.
  • the shape of the through hole 662 of the central portion 661 may be set in various ways such as a straight line and a curve when the central portion 661 is deployed.
  • the through hole 662 can increase the electric field relaxation effect of the arc shield 660, and can also make the movement of electrons in the space where the arc is generated spirally induced. Thus, the electric field can be more effectively alleviated, the arc is disturbed, and the arc can be more easily extinguished.
  • the outer portion 665 may completely fill the space in the through hole 662, but is thinly applied to the central portion 661, and the material of the main nozzle 650 (eg, Teflon) is applied between the applied outer portions 665. It can also be filled with).
  • Teflon e.g, Teflon
  • FIG. 9A shows a modification of the central portion of FIG. 7B
  • FIG. 9B shows a modification of the central portion of FIG. 8B.
  • a plurality of central portions 561 ′ may be provided with central portions.
  • the central portions 561 ′ are separated from each other as shown in the cross-sectional view of FIG. 4, and each of them has a through hole having a shape as shown in FIG. 7B.
  • central portions 661 ′ may be provided with central portions.
  • each central portion 661 ' is separated from each other as shown in the cross-sectional view of Figure 4, each has a through hole of the shape as shown in Figure 8b.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view illustrating the first electrode in the opening and closing device of FIG. 2 in detail.
  • FIG. 11 is a schematic perspective view of the first electrode of FIG. 10, and
  • FIG. 12 is a conceptual view for explaining the shape of the slit of FIG. 11. .
  • At least one slit is formed on the side of the first electrode 130 so that the second electrode 140 can be inserted into the hollow 131 in the first electrode 130.
  • slits are formed in parallel so as to follow an imaginary line connecting the centers of the first electrode 130 and the second electrode 140.
  • the slits 132 in the present embodiment are formed as shown in FIGS. 10 and 11 unlike the general slits. It will be described in detail below.
  • At least one slit may be formed at a side of the first electrode 130 to form an angle greater than 0 degrees with an imaginary line connecting the center of the first electrode 130 and the center of the second electrode 140.
  • 132 is formed. That is, the slit 132 is formed obliquely on an imaginary line connecting the center of the first electrode 130 and the center of the second electrode 140.
  • the shape of the slit 132 will be described in another manner.
  • 12 shows the first electrode 130 from the side where the second electrode 140 is inserted.
  • the slit 132 has one end 132a on the side of the second electrode 140 and the other end 132b on the opposite side.
  • the slit 132 is formed such that the angle a formed by the line connecting the one end 132a and the center C of the hollow 131 and the line connecting the other end 132b and the center C of the hollow 131 is greater than 0 degrees. It is preferable.
  • the slit 132 may be a straight line or a curved line when the first electrode 130 is unfolded, but is not limited thereto.
  • the size of the hollow 131 inside the first electrode 130 may be changed, and the second electrode 140 may be firmly fixed in the hollow 131.
  • the magnetic field caused by the current is projected toward the second electrode 140 side.
  • the slit 132 is formed in a general shape so as to follow an imaginary line connecting the centers of the first electrode 130 and the second electrode 140, the slits 132 are parallel along the longitudinal direction of the first electrode 130. The magnetic field due to the flowing current only affects the side surface of the first electrode 130, but does not affect the second electrode 140 side.
  • the slit 132 may be more inclined with respect to the imaginary line connecting the center of the first electrode 130 and the second electrode 140. In other words, when referring to FIG. 12, it is preferable that a value is large.
  • the inclination of the slit 132 can be variously set, for example, a may be 45 degrees, 90 degrees, 135 degrees, 180 degrees, 360 degrees, 540 degrees, 720 degrees, or more.
  • the number of slits 132 is one or more and can be set in various ways. However, the larger the number of slits 132, the greater the effect of making the current flow obliquely.
  • the extinguishing effect can be further increased, and thus, faster arc extinguishing can be expected.
  • the above-mentioned SOHO shields 160 to 660 may be applied to the above-described gas insulated switchgear 100 to 600, but are not limited thereto and may be applied to other types of gas insulated switchgear.
  • the switchgear according to the air breaker (ACB), the switchgear according to the inflow breaker (OCB), the switchgear according to the magnetic breaker (MBB), the switchgear according to the air breaker (ABB), and the vacuum breaker It can also be applied to switchgear according to (VCB).
  • expansion chambers 152 to 652 for accommodating the internal gas expanded by the arc generated while the second electrodes 140 to 640 are spaced apart and spraying the expanded internal gas into the arc generating space An inflatable gas insulated switchgear can be constructed.
  • opening and closing devices 100 to 600 described above may include a paper cylinder and a paper piston instead of the expansion chambers 152 to 652, thereby forming a puffer type gas insulated opening and closing device.
  • the above-described switchgear (100 ⁇ 600), by including the expansion chamber (152 ⁇ 652) and the popper piston as described above, it is possible to constitute a composite gas insulated switchgear.
  • the extinguishing shield 160 when constructing the extinguishing shield 160 with iron-containing SS400 material (shown in dashed lines in FIG. 13), the extinguishing shield 160 as paramagnetic and conductor aluminum. It can be seen that when forming the (shown in solid line in Fig. 13), or when forming the anti-magnetic shielding conductor 160 as a conductor and copper (shown by a dashed-dotted line in Figure 13), the amount of heat generated is small. Here, it can be seen that the heat generation amount is the smallest in the arc shield 160 as the conductive copper. In addition, the deviation of the calorific value, that is, peak-to-peak (peak-to-peak) is also reduced as shown in Figure 13 when using a paramagnetic or diamagnetic material, thereby improving the thermal performance.
  • the auxiliary nozzle 170 is disposed surrounding the end of the first electrode 130.
  • the auxiliary nozzle 170 serves to transfer gas to the arc generating portion through the hollow 131 of the first electrode 130, and may be made of the same insulating material as the main nozzle 150.

Landscapes

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  • Circuit Breakers (AREA)

Abstract

본 발명은 이중구조를 가지고 플로팅된 소호용 쉴드를 구비함으로써 소호 성능을 높여 소형화 및 저비용화를 이룰 수 있는 개폐장치에 관한 것이다. 본 발명의 개폐장치는, 제1 전극과 제2 전극 중 하나 이상의 이동을 통해, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 간의 개폐를 행하는 개폐장치이다. 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 사이의 공간의 적어도 일부를 둘러싸도록 배치되며, 플로팅 (floating) 된 소호용 쉴드를 포함한다. 상기 소호용 쉴드는, 강자성체인 중심부와, 상기 중심부의 일부 또는 전부를 둘러싸며 상기 중심부보다 도전율이 높은 도체인 외측부를 포함하여 구성된다. 본 발명의 개폐장치에 따르면, 와전류에 의한 소호 효과 및 전계 완화 효과를 증대하여 소호 시간을 줄일 수 있으며, 전극 간 이격 거리를 최소화할 수 있어, 장비의 크기를 더욱 소형화할 수 있고 저비용화를 도모할 수 있다.

Description

개폐장치
본 발명은 개폐장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 이중구조를 가지고 플로팅된 소호용 쉴드를 구비함으로써 소호 성능을 높여 소형화 및 저비용화를 이룰 수 있는 개폐장치에 관한 것이다.
개폐장치 (Switch-gear) 는 전기회로의 구성, 분리 또는 변경을 목적으로 사용되는 기구 또는 장치를 총칭하는 것으로서, 차단기, 단로기, 퓨즈와 같은 기구 뿐만 아니라 모선, 차단기, 단로기, 접지장치, 변성기 등을 금속제함에 내장시킨 가스절연 개폐장치 (GIS; Gas Insulated Switch-gear) 및 MCGS (Metal Clad Switch-gear) 를 포함한 넓은 의미로 사용한다.
차단기 (Circuit Breaker) 는 개폐장치의 한 종류로서 정상상태의 전로뿐만 아니라 이상상태 특히, 단락상태의 전로도 개폐할 수 있는 기기를 말한다. 국제표준규격 (IEC) 에서는 “정상상태의 전류를 투입, 통전, 차단하며 또한 단락과 같은 소정의 이상상태에 있어서 투입, 일정시간의 통전, 차단이 가능하도록 설계된 개폐장치를 말한다.”라고 정의한다.
차단기는, (1) 투입상태에서 양호한 도체로, 정상 또는 단락고장상태와 같은 이상조건에서도 열적, 구조적으로 견디어야 하고, (2) 개방상태에서 양호한 절연체로 상간 또는 상과 대지간 절연이 유지되어야 하고, (3) 차단기 투입시에는 이상전압 발생이 없이 정격 또는 그 이하의 발생전류를 정상적으로 차단하여야 하고, (4) 차단기 개방시에는 접촉자 손상이 없이 신속, 안전하게 회로를 분리하여야 한다.
차단기는 사용회로에 따라 직류용, 교류용으로 분류되며, 소호 방식에 따라 자력식, 타력식 소호 방식으로 구분되고, 소호 매질에 따라 기중 차단기 (ACB), 유입 차단기 (OCB), 자기 차단기 (MBB), 공기 차단기 (ABB), 진공 차단기 (VCB), 가스 차단기 (GCB) 로 분류된다.
가스 차단기는 전로의 차단이 육불화유황 (SF6) 과 같은 특수한 기체인 불활성 가스 (이하, '소호 가스') 를 소호 매질로 사용하는 차단기를 말한다. 가스 차단기의 특징은 소호 가스의 물리적, 화학적, 전기적 성질이 우수하고, 소호 능력이 우수하여 아크가 안정되고 절연회복이 빨라 고전압 대전류 차단에 적합하다. 차단시에 외부로 가스를 배출하지 않아 공기 차단기와 달리 소음공해가 없으며, 변압기의 여자전류차단과 같은 소전류차단에도 안정된 차단이 가능하다. 개폐 과전압의 발생이 적고, 아크 감소후 절연회복이 우수하여 근거리선로 고장, 탈조 차단, 이상지로 등 가혹한 조건에서도 강하며 소형으로 축소할 수 있는 장점을 갖고 있기 때문에 최근에 유입 차단기 및 공기 차단기를 대체하여 급속하게 사용이 증가되고 있다.
이러한 가스 차단기는 아크를 소호하는 방식에 따라 파퍼 소호방식 (puffer type), 로터리 아크 소호방식 (rotating type), 열팽창 소호방식 (thermal expansion type), 복합 소호방식 (hybrid extinction type) 등으로 분류될 수 있다.
도 1a 내지 도 1c는 일반적인 가스절연 개폐장치의 개략적인 단면도들로서, 도 1a는 전극들이 서로 연결된 상태를 도시한 것이며, 도 1b는 전극들이 서로 이격되는 순간을 도시한 것이고, 도 1c는 소호용 쉴드를 구비한 일반적인 가스절연 개폐장치의 개략적인 단면도이다.
도 1a 및 도 1b를 참조하면, 일반적인 가스절연 개폐장치 (10) 는, 제1 전극 (11) 과 이 제1 전극 (11) 에 삽입됨으로써 통전되고, 이탈됨으로써 단전되는 제2 전극 (12) 을 포함하여 구성된다.
제1 전극 (11) 과 제2 전극 (12) 의 단부를 감싸도록 메인 노즐 (13) 이 위치된다. 도 1b를 참조하면, 메인 노즐 (13) 은 제1 전극 (11) 측에 고정되는데, 폭이 좁은 중심부분에서 아크가 발생하게 되고, 메인 노즐 (13) 내로의 소호 가스의 흐름을 통해 아크가 소호된다.
도 1b와 같이, 제2 전극 (12) 이 제1 전극 (11) 으로부터 이탈되면, 제1 전극 (11) 과 제2 전극 (12) 사이의 메인 노즐 (13) 의 내부에는 단락 전류에 따른 아크 (A) 가 발생하며, 이 아크 (A) 는 제1 전극 (11) 측으로부터 강력하게 분사되는 소호 가스에 의해 소호된다.
또한, 제1 전극 (11) 과 제2 전극 (12) 이 이격되고 아크 (A) 가 소호된다 하여도, 제1 전극 (11) 과 제2 전극 (12) 간의 거리가 충분히 크지 않으면, 제1 전극 (11) 과 제2 전극 (12) 간에 재점호가 일어날 수 있다. 이러한 재점호는 상용 주파 전압에 있어서 전류 영점 후 4분의 1 주기 이상의 시간이 경과한 뒤에 생기는 절연 파괴 현상이다. 이러한 재점호가 일어나면 큰 과도 전압이 발생하는 경우가 있어, 계통 기기의 신뢰성을 위협한다. 그 때문에, 가스절연 개폐장치에서는, 재점호를 회피하고 절연 파괴 현상을 막는 것이 중요하다.
신속한 아크의 소호, 재점호의 방지를 위해서 제1 전극 (11) 과 제2 전극 (12) 간의 개폐 속도의 향상, 이격 거리의 증대, 소호 가스의 유속 증대 등이 필요하나, 이러한 것들은 가스절연 개폐장치의 대형화, 고비용화를 초래한다.
이에 따라, 제1 전극 (11) 과 제2 전극 (12) 사이에, 제1 전극 (11) 과 제2 전극 (12) 으로부터 발생하는 전계를 완화하여, 소호의 속도를 증대시키거나, 재점호를 방지하는 기술이 개발되고 있다.
예를 들어, 도 1c 에서와 같이, 메인 노즐 (13) 의 내부에 철 재질의 소호용 쉴드 (14) 를 삽입하여 제1 전극 (11) 과 제2 전극 (12) 사이의 전계를 완화하는 가스절연 개폐장치 (10a) 가 개시되었다 (C.Y.Peng et all, RESEARCH ON THE ELECTRIC FIELD CONTROLLING FOR THE ARC-CHUTE OF HIGH VOLTAGE SF6 CIRCUIT BREAKER, 18th International Symposium on High Voltage Engineering, p.59, August 25-30, 2013)
이와 같이 전계를 완화하는 것으로서, 아크의 소호 및 재점호를 방지하는 것에 어느 정도는 도움이 될 수 있으나, 보다 강력한 전계 완화 효과 등을 가진 구조에 의해 더욱 소호 성능 및 재점호 방지 성능이 향상됨으로써, 개폐장치가 소형화될 여지는 남아있다.
본 발명은 상기와 같은 기술적 필요를 위해 안출된 것으로서, 본 발명에서 해결하고자 하는 과제는, 이중구조를 가지고 플로팅된 소호용 쉴드를 구비함으로써 소호 성능을 높여 소형화 및 저비용화를 이룰 수 있는 개폐장치를 제공함에 있다.
또한, 본 발명에서 해결하고자 하는 과제는, 효과적으로 전계 완화를 이룰 수 있고 아크를 교란할 수 있도록 외관이 형성된 플로팅된 소호용 쉴드를 구비함으로써 소호 성능을 높여 소형화 및 저비용화를 이룰 수 있는 개폐장치를 제공함에 있다.
또한, 본 발명에서 해결하고자 하는 과제는, 상자성체 또는 반자성체이면서 도체이고 플로팅된 소호용 쉴드를 구비함으로써 소호 성능을 높여 소형화 및 저비용화를 이룰 수 있으며, 발열량을 줄일 수 있는 개폐장치를 제공함에 있다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 개폐장치는, 제1 전극과 제2 전극 중 하나 이상의 이동을 통해, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 간의 개폐를 행하는 개폐장치이다. 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 사이의 공간의 적어도 일부를 둘러싸도록 배치되며, 플로팅 (floating) 된 소호용 쉴드를 포함한다. 상기 소호용 쉴드는, 강자성체인 중심부와, 상기 중심부의 일부 또는 전부를 둘러싸며 상기 중심부보다 도전율이 높은 도체인 외측부를 포함하여 구성된다.
또한, 본 발명의 다른 특징에 따르면, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 발생하는 아크의 소호를 위한 소호 가스의 흐름을 안내하며, 절연 재질인 메인 노즐을 더 포함한다. 상기 소호용 쉴드는, 상기 메인 노즐 내에 매립되거나, 또는 상기 메인 노즐 외측에 위치한다.
또한, 본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 소호용 쉴드의 내측에는, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 발생하는 아크의 소호를 위한 소호 가스의 흐름을 안내하는 내측면이 형성된다.
또한, 본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 중심부는, 니켈, 코발트, 기계강 (machine steel), 페라이트 (ferrite), 퍼멀로이 (permalloy), 뮤메탈 (mumetal), 센더스트 (sendust), 슈퍼멀로이 (supermalloy), 철, 주철, 파우더 철 (powedered iron), 변압기 철 (transformer iron) 및 이들의 합금 중 1 이상을 함유한다.
또한, 본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 중 어느 하나는 가동 아크 전극이며, 다른 하나는 고정 아크 전극이다. 상기 제1 전극의 외측에 위치하는 제1 메인 접촉자 및 상기 제2 전극의 외측에 위치하는 제2 메인 접촉자를 더 포함한다. 상기 소호용 쉴드는 상기 제1 메인 접촉자의 내측 및 상기 제2 메인 접촉자의 내측에 배치되도록 구성된다.
또한, 본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극은 모두 가동 아크 전극이다. 상기 제1 전극의 외측에 위치하는 제1 메인 접촉자 및 상기 제2 전극의 외측에 위치하는 제2 메인 접촉자를 더 포함한다. 상기 소호용 쉴드는 상기 제1 메인 접촉자의 내측 및 상기 제2 메인 접촉자의 내측에 배치되도록 구성된다.
또한, 본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 제1 메인 접촉자와 상기 제2 메인 접촉자는 상기 제1 전극과 상기 제2 전극에 비해 늦게 투입되고 먼저 차단된다.
또한, 본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 중심부는, 상기 제1 전극 또는 상기 제2 전극이 통과될 수 있는 통과홀을 가지며, 상기 통과홀은 그 측부로 개방되거나 폐쇄된다. 상기 중심부는 1 이상 구비되며, 상기 중심부가 복수일 경우에는 서로 이격되어 배열된다.
또한, 본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 중심부는, 상기 제1 전극 또는 상기 제2 전극이 통과될 수 있는 통과홀을 가지며, 나선형으로 감겨진 형상을 가진다.
또한, 본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 중심부는 링 형상이다.
또한, 본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 중심부는 1 이상의 관통홀을 가진다.
또한, 본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 관통홀은 상기 제1 전극과 상기 제2 전극의 중심을 잇는 가상선을 따르도록 길게 형성된다.
또한, 본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 관통홀은 상기 제1 전극과 상기 제2 전극의 중심을 잇는 가상선과 0도 초과의 각을 이루도록 길게 형성된다.
*또한, 본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 제1 전극은 상기 제2 전극이 삽입될 수 있는 중공을 가진다. 상기 제1 전극의 측면으로는 슬릿 (slit) 이 1 이상 형성된다. 상기 슬릿의 일단부와 상기 중공의 중심을 잇는 선 및 상기 슬릿의 타단부와 상기 중공의 중심을 잇는 선이 이루는 각은 상기 제2 전극이 삽입되는 측으로부터 보았을 때 0도 초과이다.
또한, 본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 개폐장치는 가스절연 개폐장치 (gas insullated switch-gear) 이다.
또한, 본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 개폐장치는 열 팽창식 가스절연 개폐장치, 파퍼형 (puffer type) 가스절연 개폐장치 및 복합형 가스절연 개폐장치 중 어느 하나이다.
또한 본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 소호용 쉴드는, 상자성체 또는 반자성체이면서 도체이다.
또한 본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 소호용 쉴드는, 강자성체 재질이다.
또한 본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 소호용 쉴드는, 알루미늄, 구리, 마그네슘, 텅스텐, 백금, 금, 주석, 망간 및 그들의 합금 중 1 이상을 함유한다.
본 발명의 개폐장치에 따르면, 와전류에 의한 소호 효과 및 전계 완화 효과를 증대하여 소호 시간을 줄일 수 있으며, 전극 간 이격 거리를 최소화할 수 있어, 장비의 크기를 더욱 소형화할 수 있고 저비용화를 도모할 수 있다.
도 1a 내지 도 1c는 일반적인 가스절연 개폐장치의 개략적인 단면도들이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 개폐장치의 개략적인 단면도이다.
도 3은 소호용 쉴드에 발생하는 와전류에 의해 아크가 소호되는 원리를 설명하기 위한 개념도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예의 개폐장치의 개략적인 단면도이다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 또 다른 실시예의 개폐장치의 개략적인 단면도이다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 또 다른 실시예의 개폐장치의 개략적인 단면도이다.
도 7a은 본 발명의 또 다른 실시예의 개폐장치의 개략적인 부분단면도이다.
도 7b는 도 7a의 중심부의 개략적인 사시도이다.
도 8a는 본 발명의 또 다른 실시예의 개폐장치의 개략적인 부분단면도이다.
도 8b는 도 8a의 중심부의 개략적인 사시도이다.
도 9a는 도 7b의 중심부의 변형예를 나타낸다.
도 9b는 도 8b의 중심부의 변형예를 나타낸다.
도 10은 도 2의 개폐장치에서 제1 전극을 구체적으로 도시한 단면도이다.
도 11은 도 10의 제1 전극의 개략적인 사시도이다.
도 12는 도 11의 슬릿의 형상을 설명하기 위한 개념도이다.
도 13은 소호용 쉴드의 재질에 따른 발열량을 시간에 따라 도시한 시뮬레이션 그래프이다.
본 발명의 개폐장치는, 제1 전극과 제2 전극 중 하나 이상의 이동을 통해, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 간의 개폐를 행하는 개폐장치이다. 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 사이의 공간의 적어도 일부를 둘러싸도록 배치되며, 플로팅 (floating) 된 소호용 쉴드를 포함한다. 상기 소호용 쉴드는, 강자성체인 중심부와, 상기 중심부의 일부 또는 전부를 둘러싸며 상기 중심부보다 도전율이 높은 도체인 외측부를 포함하여 구성된다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
비록 제1, 제2 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있음은 물론이다.
본 명세서에서 도면부호를 사용함에 있어, 도면이 상이한 경우라도 동일한 구성을 도시하고 있는 경우에는 가급적 동일한 도면부호를 사용한다.
도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 도시된 것이며, 본 발명이 도시된 구성의 크기 및 두께에 반드시 한정되는 것은 아니다.
이하, 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명의 개폐장치의 실시예들에 대해 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 개폐장치의 개략적인 단면도이다.
도 2를 참조하면, 본 실시예의 개폐장치 (100) 는 제1 메인 접촉자 (110) 와, 제2 메인 접촉자 (120) 와, 제1 전극 (130) 과, 제2 전극 (140) 과, 메인 노즐 (150) 과, 소호용 쉴드 (160) 와, 보조 노즐 (170) 을 포함하여 구성된다.
참고로, 본 실시예의 개폐장치는 열팽창 소호 방식 (Thermal Expansion type) 에 따른 개폐장치에 적용된 예로 설명되나, 이는 설명의 편의를 위한 것이지, 본 발명의 계폐장치를 열팽창 소호 방식에 따른 개폐장치로 한정짓는 것은 아닌 점에 유의해야 한다. 본 실시예의 개폐장치는 이외에도 파퍼형 (puffer type) 소호 방식, 복합형 (hybrid type) 소호 방식 등에도 적용될 수 있다.
제1 메인 접촉자 (110) 와 제2 메인 접촉자 (120) 는 후술할 제1 전극 (130), 제2 전극 (140) 및 메인 노즐 (150) 의 외측에 위치하고, 본 실시예의 개폐장치 (100) 에서 주회로를 통전시키는 주접촉 부분이다.
제1 전극 (130) 은 가동 아크 접촉자 (moving arc contactor) 로서 기능하고, 또한 제2 전극 (140) 은 고정 아크 접촉자 (fixed stationally arc contactor) 로서 기능한다. 또한, 제1 전극 (130) 과 제2 전극 (140) 모두 가동 아크 접촉자로서 기능할 수도 있다. 제1 전극 (130) 및 제2 전극 (140) 은 개폐 동작시에 회로에서 발생하는 아크를 담당하여 메인 접촉자들 (110, 120) 의 손상을 예방한다.
제1 메인 접촉자 (110) 와 제2 메인 접촉자 (120) 는 제1 전극 (130) 과 제2 전극 (140) 에 비해 늦게 투입되고 먼저 차단되어, 아크에 의한 손상을 예방하게 되고, 아크는 제1 전극 (130) 과 제2 전극 (140) 사이에서만 발생하게 된다.
제1 전극 (130) 은 그 내부에 중공 (131) 을 가지며, 이러한 중공 (131) 에 봉 형상의 제2 전극 (140) 이 삽입되어 접촉함으로써 통전될 수 있다. 이러한 제1 전극 (130) 및 제2 전극 (140) 의 형상은 예시적인 것이며, 다양한 형태로 변형이 가능함에 유의해야 한다.
메인 노즐 (150) 은 제1 전극 (130) 의 단부와 제2 전극 (140) 의 단부를 둘러싸도록 배치되어, 제1 전극 (130) 과 제2 전극 (140) 사이에 발생하는 아크의 소호를 위한 소호 가스의 흐름을 안내한다. 메인 노즐 (150) 은 도 2의 실시예에서는 제1 전극 (110) 측에 고정된다. 이러한 메인 노즐 (150) 은 절연 재질로 이루어지며, 예를 들어 테프론 재질로 이루어질 수 있다.
메인 노즐 (150) 의 내면 (151) 은 아크의 발생 부분에서는 폭이 좁고, 제1 전극 (130) 측 및 제2 전극 (140) 측으로 갈수록 폭이 넓도록 형성된다. 이는 소호를 위한 가스의 흐름 속도가 아크 발생 부분에서 가장 크게 하기 위함이다.
여기서, 소호를 위한 가스는 팽창실 (152) 에서 공급되는데, 이는 열 팽창식을 채택한 경우의 예시에 불과하다. 예를 들어, 파퍼형을 채택한 경우에는 파퍼 실린더와 파퍼 피스톤을 구비하여 가스를 공급할 수 있다. 이러한 가스 공급 방식은 기존의 개폐장치의 공지의 구성을 따른다.
소호를 위한 가스는 팽창실 (152) 로부터, 즉 제1 전극 (130) 측으로부터 메인 노즐 (150) 의 내부로 공급되고, 아크를 소호한 후 제1 전극 (130) 및/또는 제2 전극 (140) 측으로 배출된다.
한편, 본 실시예의 개폐장치가 가스절연 개폐장치인 경우, 사용될 수 있는 소호 가스는 소호 성능 및 절연 성능이 우수한 가스이고, 예를 들어 SF6 가스일 수 있으나, SF6 가스는 이산화탄소 가스의 23900배의 지구 온난화 효과를 가진다고 알려져 있다. 환경보전의 관점에서, SF6 가스보다 지구 온난화 계수가 작은 가스를 이용해도 무방하며, 이러한 가스로는 공기, 이산화탄소, 산소, 질소 또는 이러한 가스들의 혼합 가스를 들 수 있다.
도 2와 같이, 사고의 발생 시에 제1 전극 (130) 과 제2 전극 (140) 간의 단전을 위해, 제1 전극 (130) 과 제2 전극 (140) 이 서로 이격되기 시작하면, 제1 전극 (130) 과 제2 전극 (140) 사이에는 고열의 아크가 발생한다. 또한, 제1 전극 (130) 과 제2 전극 (140) 이 완전히 이격된 개방 상태에서도 뇌충격 등이 발생하면 아크가 발생될 수 있다. 이러한 아크로 인하여, 아크 주변의 가스가 급격히 팽창되고, 메인 노즐 (150) 의 내면 (151) 또는 전극들 (130, 140) 이 일부 용삭될 수도 있다.
이에 따라, 신속한 아크 소호는 장치의 유지보수 측면에서 중요한 문제이다. 이러한 신속한 소호를 이루기 위해, 기존의 가스절연 개폐장치에서는, 소호 가스의 유속을 증가시키는 방식을 채택해왔다. 또한, 도 1c와 같이 철이 함유되어 있는 재질로 소호용 쉴드를 메인 노즐 내에 삽입하여 전계를 완화시키는 방식을 채택하기도 하였다.
본 실시예의 개폐장치 (100) 는, 도 2에서와 같은 형상을 가진 소호용 쉴드 (160) 를 구비함으로써, 보다 효과적인 전계 완화를 행한다. 또한 도 2에서와 같이, 중심부 (161) 와 외측부 (165) 의 이중 구조를 가진 소호용 쉴드 (160) 를 구비함으로써, 아크의 소호를 더욱 신속하게 행할 수 있다.
도 2와 같이 소호용 쉴드 (160) 는 메인 노즐 (150) 에 매립되며, 상기 제1 전극 (130) 과 상기 제2 전극 (140) 간의 단락 시에 제1 전극 (130) 과 제2 전극 (140) 사이의 공간의 적어도 일부를 둘러싸도록 배치된다. 즉, 소호용 쉴드 (160) 는 제1 전극 (130) 과 제2 전극 (140) 간의 아크 점유 공간 외측에 위치한다. 이러한 위치로부터 소호용 쉴드 (160) 는 제1 전극 (130) 과 제2 전극 (140) 간의 공간의 전계를 완화함과 함께, 후술할 와전류에 의한 소호 효과를 얻게 된다.
이러한 소호용 쉴드 (160) 는 어디와도 전기적으로 연결되지 않고, 플로팅되어 있는 것을 특징으로 하며, 메인 노즐 (150) 내에 매립되지 않아도 무방하다. 예를 들어, 소호용 쉴드 (160) 는 메인 노즐 (150) 외측에 위치하여도 무방하다. 또한, 소호용 쉴드 (160) 자체가 메인 노즐 (150) 로 형성되어도 무방하다. 즉, 소호용 쉴드 (160) 의 내측에는, 제1 전극 (130) 과 제2 전극 (140) 사이에 발생하는 아크의 소호를 위한 소호 가스의 흐름을 안내하는 내측면이 형성될 수 있다.
또한, 메인 노즐 (150) 이 적용되지 않는 개폐장치에 적용될 경우라 하더라도, 제1 전극 (130) 과 제2 전극 (140) 사이의 공간의 적어도 일부를 둘러싸되, 플로팅만 되어 있어도 된다.
본 실시예의 개폐장치 (100) 의 소호용 쉴드 (160) 는 1 이상 구비되며, 복수일 경우에는 서로 이격되어 배열된다. 각 소호용 쉴드 (160) 는 제1 전극 (130) 또는 제2 전극 (140) 이 통과될 수 있는 통과홀을 가진다 (본 실시예에서는 제2 전극 (140) 만이 통과된다). 예를 들어, 소호용 쉴드 (160) 는 링 형상일 수 있다. 그러나, 소호용 쉴드 (160) 는 전체적으로는 링 형상을 가지되, 불연속적으로 형성되어, 통과홀이 측부로 개방될 수도 있다.
또한, 소호용 쉴드 (160) 의 단면은 도 2에서와 같이 와전류의 생성 및 전계 완화에 유리하도록 원형일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 단면의 형상은 사각형 등 다양하게 설정될 수도 있다.
한편, 소호용 쉴드 (160) 의 재질은 강자성체이면서 도체로 구성되는 것이 전계 완화 효과 측면에서 바람직하다. 예를 들어, 소호용 쉴드 (160) 는 니켈, 코발트, 기계강 (machine steel), 페라이트 (ferrite), 퍼멀로이 (permalloy), 뮤메탈 (mumetal), 센더스트 (sendust), 슈퍼멀로이 (supermalloy), 철, 주철, 파우더 철 (powedered iron), 변압기 철 (transformer iron) 및 이들의 합금 중 1 이상을 함유할 수 있다.
그러나, 소호용 쉴드 (160) 의 재질은 강자성체로 한정되는 것은 아니며, 도체이면 상자성체나 반자성체를 사용하여도 와전류에 의한 아크 교란 효과를 거둘 수 있기 때문에, 강자성체 이외의 재질로도 소호용 쉴드 (160) 가 제작될 수 있다. 예를 들어, 소호용 쉴드 (160) 는 알루미늄, 구리, 마그네슘, 텅스텐, 백금, 금, 주석, 망간 및 이들의 합금 중 1 이상을 함유할 수도 있다.
구체적으로, 중심부 (161) 는 소호용 쉴드 (160) 의 중앙 부분을 이루고 있으며, 전계에 영향을 미칠 수 있도록 강자성체로 이루어진다. 예를 들어, 중심부 (161) 는 니켈, 코발트, 기계강 (machine steel), 페라이트 (ferrite), 퍼멀로이 (permalloy), 뮤메탈 (mumetal), 센더스트 (sendust), 슈퍼멀로이 (supermalloy), 철, 주철, 파우더 철 (powedered iron), 변압기 철 (transformer iron) 및 이들의 합금 중 1 이상을 함유할 수 있다.
외측부 (165) 는 소호용 쉴드 (160) 의 외측을 이루도록 중심부 (161) 를 둘러싸도록 배치된다. 외측부 (165) 는 도 2에서는 중심부 (161) 의 전부를 감싸도록 배치되나, 일부만을 둘러싸도록 배치될 수도 있다.
또한, 외측부 (165) 는 중심부 (161) 보다 도전율이 높은 도체로 이루어지며, 도전율이 높으면 높을수록 와전류에 의한 자기장을 크게 발생시킬 수 있어, 바람직하다. 외측부 (165) 로는 중심부 (161) 보다 도전율이 높은 도체라면 강자성체, 반자성체 및 상자성체가 모두 사용될 수 있다.
외측부 (165) 로는 예를 들어, 도전율이 높은 비철 금속이 사용될 수 있으며, 반자성체 및 상자성체도 사용될 수 있다. 예를 들어, 구리, 마그네슘, 텅스텐, 백금, 금, 주석, 망간 및 이들의 합금 중 1 이상을 함유하도록 외측부 (165) 를 구성할 수도 있다.
외측부 (165) 를 중심부 (161) 보다 도전율이 큰 재질로 구성함으로써, 와전류를 더욱 크게 발생시킬 수 있어, 이에 따른 자기장에 의한 아크 교란 효과가 증대된다. 따라서, 신속한 아크 소호가 가능하다. 이에 대한 자세한 것은 도 3을 참조로 하여 후술된다.
또한, 외측부 (165) 는 중심부 (161) 에 비해 투자율이 작도록 설정되는 것이 바람직하다. 중심부 (161) 는 강자성체로서, 아크 발생 공간 내의 전계를 완화시키는 역할을 하는데, 외측부 (165) 를 중심부 (161) 보다 낮은 투자율로 구성함으로써, 이러한 전계 완화 효과를 더욱 향상시킬 수 있다.
보조 노즐 (170) 은 제1 전극 (130) 의 단부를 둘러싸면서 배치된다. 보조 노즐 (170) 은 제1 전극 (130) 의 중공 (131) 을 통해 가스를 아크 발생 부분으로 전달하는 역할을 하며, 메인 노즐 (150) 과 동일한 절연 재질로 제작될 수 있다.
도 3은 소호용 쉴드에 발생하는 와전류에 의해 아크가 소호되는 원리를 설명하기 위한 개념도이다.
도 3을 참조하면, 제1 전극 (130) 측으로부터 제2 전극 (140) 측으로 사고 전류가 메인 노즐 (150) 내의 공간으로 흐르면, 이러한 사고 전류에 의해 사고 전류가 흐르는 주변에 일점쇄선과 같은 자기장이 형성된다. 이러한 자기장은 소호용 쉴드 (160) 가 점유하는 공간에도 영향을 미치게 되며, 자기장의 변화는 소호용 쉴드 (160) 내부에 와전류 (eddy current) 를 흐르게 한다. 이는 전자기 유도에 의해 발생되는 것이다.
이러한 와전류는 자기장의 변화에 저항한다는 패러데이의 전자기 유도법칙에 의해, 자기장의 변화에 반대되는 자기장을 생성하는 방향으로 흐른다. 이에 따르면, 사고전류에 의해 형성되는 자기장의 방향 (도 3에서 왼쪽 방향) 에 반대 방향인 오른쪽 방향으로 자기장이 형성되도록 와전류가 발생한다. 따라서, 소호용 쉴드 (160) 의 상측은 외측으로 나오는 방향, 하측은 내측으로 들어가는 방향으로 와전류가 형성된다 (도 3에서는 ⊙,ⓧ로 도시됨).
한편, 이러한 와전류는 그 자체의 자기장을 주변에 형성하는데, 소호용 쉴드 (160) 의 하측의 와전류 (도 3에서 로 도시된 부분) 에 의해 아크를 형성하는 임의의 전자에 영향을 미치며 반경 R를 가지는 자기장 (도 3에서 점선으로 도시됨) 이 형성된다. 자기장 내에서 전자가 이동을 할 경우 F=qν×B 의 로렌츠의 법칙에 의해 아크 내에서 이동하는 전자가 힘을 받아 방향이 변화된다. 다시 말해서, 아크 내의 전자는 도 3에서와 같이 왼쪽 방향을 가지는 와전류에 의한 자기장의 영향 하에 놓이게 되고, 이로 인하여 로렌츠의 힘을 받게 된다. 구체적으로는 전자는 전류의 방향과 반대 방향으로 이동되므로, 왼쪽으로의 자기장 하에서는 아래 방향으로 힘이 작용되게 된다.
아크를 형성하는 전자에 작용하는 힘 (즉, 다시 말하면 로렌츠의 힘) 에 의해, 아크는 직선 방향으로 형성되지 않고 소용돌이치게 되는 방식으로 교란되며, 이에 따라 소호 효과를 얻을 수 있게 된다.
이러한 와전류에 의한 소호 효과를, 외측부 (165) 를 도전율이 높은 도체로 형성함으로써 증대시키는 것이 가능하며, 도전율이 높을수록 더 큰 와전류를 얻을 수 있어서 바람직하다.
또한, 와전류에 의한 소호 효과 이외에도 소호용 쉴드 (160) 는 아크가 발생하는 공간 주변의 전계를 완화시킴으로써, 아크 발생을 완화시킬 수 있다. 소호용 쉴드 (160) 의 중심부 (161) 가 강자성체로 이루어짐으로써, 전계의 완화 효과를 얻을 수 있으며, 외측부 (165) 를 중심부 (161) 보다 낮은 투자율로 구성한다면 더 향상된 전계 완화 효과를 얻을 수 있다.
상술한 바와 같이, 소호용 쉴드 (160) 를 중심부 (161) 와 외측부 (165) 로 구성함으로써, 와전류에 의한 소호 효과 및 전계 완화 효과를 증대하여 소호 시간을 줄일 수 있고, 전극 간 이격 거리를 최소화할 수 있어, 장비의 크기를 더욱 소형화할 수 있고 저비용화를 도모할 수 있다.
한편, 중심부 (161) 의 형상을 다양하게 구성함으로써, 제1 전극 (130) 과 제2 전극 (140) 사이의 전계를 더욱 완화시키고, 또한 아크의 교란을 증대시킬 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예의 개폐장치의 개략적인 단면도이다.
도 4의 개폐장치 (200) 는 소호용 쉴드 (260) 의 구성 만이 도 2의 개폐장치 (100) 와 차이가 있을 뿐 다른 구성은 동일하므로, 차이점을 중심으로 설명하며, 여타의 구성에 대한 설명은 생략한다.
도 4를 참조하면, 본 실시예의 개폐장치 (200) 의 소호용 쉴드 (260) 는 중심부가 분리되어 복수 개로 구성된다. 즉, 중심부가 제1 중심부 (261a) 와 제2 중심부 (261b) 로 분할되어 이루어져 있으며, 제1 중심부 (261a) 와 제2 중심부 (261b) 는 외측부 (265) 에 의해 둘러싸여 있다. 또한, 도 4와 같이 외측부 (265) 는 제1 중심부 (261a) 와 제2 중심부 (261b) 사이에도 충진될 수도 있으며, 충진되지 않을 수도 있다.
본 실시예와 같이 중심부가 분리된 소호용 쉴드 (260) 를 구비하면, 도 2의 소호용 쉴드 (160) 에 비해 내부의 전계 변동 폭을 줄이는 효과 (평등 전계효과) 를 더 기대할 수 있어, 바람직하다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 또 다른 실시예의 개폐장치의 개략적인 단면도이다.
도 5a의 개폐장치 (300) 는 소호용 쉴드 (360) 의 구성 만이 도 2의 개폐장치 (100) 와 차이가 있을 뿐 다른 구성은 동일하므로, 차이점을 중심으로 설명하며, 여타의 구성에 대한 설명은 생략한다.
도 5a를 참조하면, 본 실시예의 개폐장치 (300) 의 소호용 쉴드 (360) 의 중심부 (361) 는 1 이상 구비되며, 중심부 (361) 가 도 5a와 같이 복수일 경우에는 서로 이격되어 배열된다. 각 중심부 (361) 는 제1 전극 (330) 또는 제2 전극 (340) 이 통과될 수 있는 통과홀을 가진다 (본 실시예에서는 제2 전극 (340) 만이 통과된다). 예를 들어, 중심부 (361) 는 링 형상일 수 있다. 그러나, 중심부 (361) 는 전체적으로는 링 형상을 가지되, 불연속적으로 형성되어, 통과홀이 측부로 개방될 수도 있다.
또한, 중심부 (361) 의 단면은 도 5a에서와 같이 와전류의 생성 및 전계 완화에 유리하도록 원형일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 단면의 형상은 사각형 등 다양하게 설정될 수도 있다.
한편, 외측부 (365) 는 도 5a에서와 같이 중심부 (361) 사이를 채울 수 있으나, 도 5b와 같이 중심부 (361) 에 얇게 도포되고, 도포된 외측부 (365) 사이에는 메인 노즐 (350) 의 재료 (예를 들어, 테프론) 로 충진될 수도 있다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 또 다른 실시예의 개폐장치의 개략적인 단면도이다.
도 6a의 개폐장치 (400) 는 소호용 쉴드 (460) 의 구성 만이 도 5a의 개폐장치 (300) 와 차이가 있을 뿐 다른 구성은 동일하므로, 차이점을 중심으로 설명하며, 여타의 구성에 대한 설명은 생략한다.
도 6a를 참조하면, 본 실시예의 개폐장치 (400) 의 소호용 쉴드 (460) 의 중심부 (461) 는 제1 전극 (410) 및 제2 전극 (420) 이 통과될 수 있는 통과홀을 가지며, 나선형으로 감겨진 형상을 가진다.
또한, 중심부 (461) 의 단면은 도 6a에서와 같이 와전류의 생성 및 전계 완화에 유리하도록 원형일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 단면의 형상은 사각형 등 다양하게 설정될 수도 있다.
한편, 외측부 (465) 는 도 6a에서와 같이 중심부 (461) 사이를 채울 수 있으나, 도 6b와 같이 중심부 (461) 에 얇게 도포되고, 도포된 외측부 (465) 사이에는 메인 노즐 (450) 의 재료 (예를 들어, 테프론) 로 충진될 수도 있다.
본 실시예와 같은 형상의 소호용 쉴드 (460) 를 채택하면, 전계 및 와전류에 의한 힘에 의해 아크가 나선형으로 휘어지도록 조정이 가능하다. 이에 따라 아크의 소호 시점이 빨라지게 된다.
도 7a은 본 발명의 또 다른 실시예의 개폐장치의 개략적인 부분단면도이며, 도 7b는 도 7a의 중심부의 개략적인 사시도이다. 참고로, 설명의 편의를 위해 도 7a는 중심부 (561) 의 일부를 외부로 노출시켜 도시한 것이다.
도 7a의 개폐장치 (500) 는 소호용 쉴드 (560) 의 구성 만이 도 2의 개폐장치 (100) 와 차이가 있을 뿐 다른 구성은 동일하므로, 차이점을 중심으로 설명하며, 여타의 구성에 대한 설명은 생략한다.
도 7a 및 도 7b를 참조하면, 본 실시예의 개폐장치 (500) 에 채용된 중심부 (561) 는 제1 전극 (530) 의 중심과 제2 전극 (540) 의 중심을 잇는 가상선을 따르도록 길게 형성된 1 이상의 관통홀 (562) 을 구비한다. 여기서, 관통홀 (562) 이란 중심부 (561) 의 표면을 관통하도록 형성된 구멍을 의미한다.
이러한 관통홀 (562) 에 의해 소호용 쉴드 (560) 의 전계 완화 효과를 증대할 수도 있고, 또한 와전류에 의한 아크 교란 효과를 더욱 증대할 수 있다.
한편, 외측부 (565) 는 관통홀 (562) 내의 공간을 완전히 채울 수 있으나, 중심부 (561) 에 얇게 도포되고, 도포된 외측부 (565) 사이에는 메인 노즐 (550) 의 재료 (예를 들어, 테프론) 로 충진될 수도 있다.
도 8a는 본 발명의 또 다른 실시예의 개폐장치의 개략적인 부분단면도이며, 도 8b는 도 8a의 중심부의 개략적인 사시도이다. 참고로, 설명의 편의를 위해 도 8a는 중심부 (661) 의 전부를 외부로 노출시켜 도시한 것이다.
도 8a 및 도 8b를 참조하면, 본 실시예의 개폐장치 (600) 에 채용된 중심부 (661) 는 제1 전극 (630) 의 중심과 제2 전극 (640) 의 중심을 잇는 가상선에 비스듬한 1 이상의 관통홀 (662) 을 구비한다. 즉, 관통홀 (662) 은 제1 전극 (630) 과 제2 전극 (640) 의 중심을 잇는 가상선과 0도 초과의 각을 이루도록 길게 형성된다.
여기서, 중심부 (661) 의 관통홀 (662) 의 형상은, 중심부 (661) 를 전개하였을 때, 직선, 곡선 등 다양하게 설정될 수 있다.
이러한 관통홀 (662) 에 의해 소호용 쉴드 (660) 의 전계 완화 효과를 증대할 수도 있고, 또한 아크가 발생하는 공간 내의 전자의 이동을 나선형으로 유도되도록 만들 수 있다. 이에 따라, 전계를 더욱 효과적으로 완화하고, 아크가 교란되어, 아크를 더욱 쉽게 소호할 수 있다.
한편, 외측부 (665) 는 관통홀 (662) 내의 공간을 완전히 채울 수 있으나, 중심부 (661) 에 얇게 도포되고, 도포된 외측부 (665) 사이에는 메인 노즐 (650) 의 재료 (예를 들어, 테프론) 로 충진될 수도 있다.
도 9a는 도 7b의 중심부의 변형예를 나타내고, 도 9b는 도 8b의 중심부의 변형예를 나타낸다.
도 9a와 같이 복수의 중심부 (561') 로서 중심부를 구비하여도 된다. 여기서, 각 중심부 (561') 는 도 4의 단면도와 같이 서로 분리되고, 그 각각은 도 7b와 같은 형상의 관통홀을 가진다.
또한, 도 9b와 같이 복수의 중심부 (661') 로서 중심부를 구비하여도 된다. 여기서, 각 중심부 (661') 는 도 4의 단면도와 같이 서로 분리되고, 그 각각은 도 8b와 같은 형상의 관통홀을 가진다.
도 10은 도 2의 개폐장치에서 제1 전극을 구체적으로 도시한 단면도이며, 도 11은 도 10의 제1 전극의 개략적인 사시도이고, 도 12는 도 11의 슬릿의 형상을 설명하기 위한 개념도이다.
제1 전극 (130) 내의 중공 (131) 으로 제2 전극 (140) 이 삽입될 수 있도록 제1 전극 (130) 의 측면으로 슬릿 (slit) 이 1 이상 형성된다. 일반적으로는 제1 전극 (130) 과 제2 전극 (140) 의 중심을 잇는 가상선을 따르도록 평행하게 슬릿이 형성된다.
본 실시예에서의 슬릿 (132) 은 일반적인 슬릿과 달리 도 10 및 도 11과 같이 형성된다. 이하에서 자세히 설명한다.
도 10 및 도 11을 참조하면, 제1 전극 (130) 의 측면에는 제1 전극 (130) 의 중심과 제2 전극 (140) 의 중심을 잇는 가상선과 0도 초과의 각을 이루도록 1 이상의 슬릿 (132) 이 형성된다. 즉, 슬릿 (132) 은 제1 전극 (130) 의 중심과 제2 전극 (140) 의 중심을 잇는 가상선에 비스듬하게 형성된다.
도 12를 참조하여, 슬릿 (132) 의 형상을 다른 방식으로 설명한다. 도 12는 제2 전극 (140) 이 삽입되는 측에서 제1 전극 (130) 을 본 것이다. 슬릿 (132) 은 제2 전극 (140) 측의 일단부 (132a) 와 그 반대측의 타단부 (132b) 를 가진다. 이 일단부 (132a) 와 중공 (131) 의 중심 C 를 잇는 선 및 타단부 (132b) 와 중공 (131) 의 중심 C 를 잇는 선이 이루는 각 a가 0도 초과이도록 슬릿 (132) 이 형성되는 것이 바람직하다.
슬릿 (132) 은 제1 전극 (130) 을 전개하여 보았을 때, 직선 또는 곡선일 수도 있으나, 이에 국한되는 것은 아니다.
이러한 슬릿 (132) 으로 인하여 제1 전극 (130) 내부의 중공 (131) 의 크기를 변화시킬 수 있어, 강고하게 제2 전극 (140) 을 중공 (131) 내부에서 고정시킬 수 있다. 또한, 이와 더불어, 제1 전극 (130) 의 길이 방향을 따라 흐르는 전류를 비스듬하게 흐르게 함으로써, 이 전류에 의한 자기장이 제2 전극 (140) 측으로 돌출되게 한다. 대조적으로, 슬릿 (132) 이 제1 전극 (130) 과 제2 전극 (140) 의 중심을 잇는 가상선을 따르도록 일반적인 형태로 형성될 경우, 제1 전극 (130) 의 길이 방향을 따라 평행하게 흐르는 전류에 의한 자기장은 제1 전극 (130) 의 측면에만 영향을 미칠 뿐, 제2 전극 (140) 측으로는 영향을 미치지 않는다.
제2 전극 (140) 측으로 돌출된 자기장을 효과적으로 형성하기 위해서는 슬릿 (132) 이 제1 전극 (130) 과 제2 전극 (140) 의 중심을 잇는 가상선에 대해 많이 기울어질수록 좋다. 다르게 말하면, 도 12를 참조할 때, a 값이 큰 것이 바람직하다. 이러한 슬릿 (132) 의 기울기는 다양하게 설정가능하며, 예를 들어 a는 45도, 90도, 135도, 180도, 360도, 540도, 720도 또는 그 이상일 수 있다.
슬릿 (132) 의 개수는 1 이상이고, 다양하게 설정 가능하나, 많이 형성할수록 전류를 비스듬하게 흐르게 하는 효과가 크게 되므로, 바람직하다.
슬릿 (132) 에 의해, 제1 전극 (130) 에서 제2 전극 (140) 측으로 자기장이 발생하고, 이에 따라 이 공간을 점유하게 되는 아크의 음전하는 로렌츠의 힘을 받게 되어, 아크가 제2 전극 (140) 을 직접 향하지 않고, 교란되게 된다.
이러한 슬릿 (132) 은 상술한 소호용 쉴드 (160~660) 와 동시에 사용될 경우 소호 효과를 더욱 크게 할 수 있어, 더욱 신속한 아크 소호를 기대할 수 있다.
상술한 소호용 쉴드 (160~660) 는 상술한 가스절연 개폐장치들 (100~600) 에 적용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 여타의 형태의 가스절연 개폐장치에도 적용 가능하다. 또한, 가스절연 개폐장치 이외에도, 기중 차단기 (ACB) 에 따른 개폐장치, 유입 차단기 (OCB) 에 따른 개폐장치, 자기 차단기 (MBB) 에 따른 개폐장치, 공기 차단기 (ABB) 에 따른 개폐장치, 진공 차단기 (VCB) 에 따른 개폐장치 등에도 적용될 수 있다.
구체적으로, 상술한 개폐장치들 (100~600) 은, 제1 전극 (130~630) 및 제2 전극 (140~640) 중 하나 이상을 이동시키는 이동장치 및 제1 전극 (130~630) 과 제2 전극 (140~640) 이 이격되면서 발생하는 아크에 의해 팽창하는 내부 가스를 수용하였다가 팽창된 내부 가스를 아크가 발생하는 공간에 분사하는 팽창실 (152~652) 을 더 구비함으로써, 열 팽창식 가스절연 개폐장치를 구성할 수 있다.
또한, 상술한 개폐장치들 (100~600) 은, 팽창실 (152~652) 대신에 파퍼 실린더와 파퍼 피스톤을 구비함으로써, 파퍼형 (puffer type) 가스절연 개폐장치를 구성할 수도 있다.
또한, 상술한 개폐장치들 (100~600) 은, 상술한 팽창실 (152~652) 과 파퍼 피스톤을 같이 구비함으로써, 복합형 가스절연 개폐장치를 구성할 수도 있다.
도 13 및 도 2를 참조하면, 철을 함유하는 SS400 재질로서 소호용 쉴드 (160) 를 구성할 때 (도 13에서 점선으로 도시됨) 에 비해, 상자성체이면서 도체인 알루미늄으로서 소호용 쉴드 (160) 를 구성하거나 (도 13에서 실선으로 도시됨), 반자성체이면서 도체인 구리로서 소호용 쉴드 (160) 를 구성하는 경우 (도 13에서 일점 쇄선으로 도시됨), 발열량이 작음을 알 수 있다. 여기서, 도전성이 강한 구리로서 소호용 쉴드 (160) 를 구성하는 것이 발열량이 가장 작음을 알 수 있다. 또한, 이와 더불어, 발열량의 편차, 즉 피크-투-피크 (peak-to-peak) 도 상자성체 또는 반자성체를 사용할 경우 도 13과 같이 감소되어, 열적 성능이 향상된다.
참고로, 위와 같은 시뮬레이션 결과는, FLUX 시뮬레이션 프로그램을 사용하여 얻어졌으며, 40kA의 차단전류를 인가한 조건으로 행하여졌다.
보조 노즐 (170) 은 제1 전극 (130) 의 단부를 둘러싸면서 배치된다. 보조 노즐 (170) 은 제1 전극 (130) 의 중공 (131) 을 통해 가스를 아크 발생 부분으로 전달하는 역할을 하며, 메인 노즐 (150) 과 동일한 절연 재질로 제작될 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

Claims (19)

  1. 제1 전극과 제2 전극 중 하나 이상의 이동을 통해, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 간의 개폐를 행하는 개폐장치에 있어서,
    상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 사이의 공간의 적어도 일부를 둘러싸도록 배치되며, 플로팅 (floating) 된 소호용 쉴드를 포함하며,
    상기 소호용 쉴드는, 강자성체인 중심부와, 상기 중심부의 일부 또는 전부를 둘러싸며 상기 중심부보다 도전율이 높은 도체인 외측부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는, 개폐장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 발생하는 아크의 소호를 위한 소호 가스의 흐름을 안내하며, 절연 재질인 메인 노즐을 더 포함하며,
    상기 소호용 쉴드는, 상기 메인 노즐 내에 매립되거나, 또는 상기 메인 노즐 외측에 위치하는 것을 특징으로 하는, 개폐장치.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 소호용 쉴드의 내측에는, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 발생하는 아크의 소호를 위한 소호 가스의 흐름을 안내하는 내측면이 형성되는 것을 특징으로 하는, 개폐장치.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 중심부는, 니켈, 코발트, 기계강 (machine steel), 페라이트 (ferrite), 퍼멀로이 (permalloy), 뮤메탈 (mumetal), 센더스트 (sendust), 슈퍼멀로이 (supermalloy), 철, 주철, 파우더 철 (powedered iron), 변압기 철 (transformer iron) 및 이들의 합금 중 1 이상을 함유하는 것을 특징으로 하는, 개폐장치.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 전극과 상기 제2 전극 중 어느 하나는 가동 아크 전극이며, 다른 하나는 고정 아크 전극이며,
    상기 제1 전극의 외측에 위치하는 제1 메인 접촉자 및 상기 제2 전극의 외측에 위치하는 제2 메인 접촉자를 더 포함하며,
    상기 소호용 쉴드는 상기 제1 메인 접촉자의 내측 및 상기 제2 메인 접촉자의 내측에 배치되도록 구성되는 것을 특징으로 하는, 개폐장치.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 전극과 상기 제2 전극은 모두 가동 아크 전극이며,
    상기 제1 전극의 외측에 위치하는 제1 메인 접촉자 및 상기 제2 전극의 외측에 위치하는 제2 메인 접촉자를 더 포함하며,
    상기 소호용 쉴드는 상기 제1 메인 접촉자의 내측 및 상기 제2 메인 접촉자의 내측에 배치되도록 구성되는 것을 특징으로 하는, 개폐장치.
  7. 제5 항 또는 제6 항에 있어서,
    상기 제1 메인 접촉자와 상기 제2 메인 접촉자는 상기 제1 전극과 상기 제2 전극에 비해 늦게 투입되고 먼저 차단되는 것을 특징으로 하는, 개폐장치.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 중심부는, 상기 제1 전극 또는 상기 제2 전극이 통과될 수 있는 통과홀을 가지며, 상기 통과홀은 그 측부로 개방되거나 폐쇄되고,
    상기 중심부는 1 이상 구비되며, 상기 중심부가 복수일 경우에는 서로 이격되어 배열되는 것을 것을 특징으로 하는, 개폐장치.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 중심부는, 상기 제1 전극 또는 상기 제2 전극이 통과될 수 있는 통과홀을 가지며, 나선형으로 감겨진 형상을 가진 것을 특징으로 하는, 개폐장치.
  10. 제8 항 또는 제9 항에 있어서,
    상기 중심부는 링 형상인 것을 특징으로 하는, 개폐장치.
  11. 제1 항에 있어서,
    상기 중심부는 1 이상의 관통홀을 가지는 것을 특징으로 하는, 개폐장치.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 관통홀은 상기 제1 전극과 상기 제2 전극의 중심을 잇는 가상선을 따르도록 길게 형성되는 것을 특징으로 하는, 개폐장치.
  13. 제11 항에 있어서,
    상기 관통홀은 상기 제1 전극과 상기 제2 전극의 중심을 잇는 가상선과 0도 초과의 각을 이루도록 길게 형성되는 것을 특징으로 하는, 개폐장치.
  14. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 전극은 상기 제2 전극이 삽입될 수 있는 중공을 가지고,
    상기 제1 전극의 측면으로는 슬릿 (slit) 이 1 이상 형성되며,
    상기 슬릿의 일단부와 상기 중공의 중심을 잇는 선 및 상기 슬릿의 타단부와 상기 중공의 중심을 잇는 선이 이루는 각은 상기 제2 전극이 삽입되는 측으로부터 보았을 때 0도 초과인 것을 특징으로 하는, 개폐장치.
  15. 제1 항에 있어서,
    상기 개폐장치는 가스절연 개폐장치 (gas insullated switch-gear) 인 것을 특징으로 하는, 개폐장치.
  16. 제15 항에 있어서,
    상기 개폐장치는 열 팽창식 가스절연 개폐장치, 파퍼형 (puffer type) 가스절연 개폐장치 및 복합형 가스절연 개폐장치 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는, 개폐장치.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 소호용 쉴드는, 상자성체 또는 반자성체이면서 도체인 것을 특징으로 하는, 개폐장치.
  18. 제1항에 있어서,
    상기 소호용 쉴드는, 강자성체 재질인 것을 특징으로 하는 개폐장치.
  19. 제1항에 있어서,
    상기 소호용 쉴드는, 알루미늄, 구리, 마그네슘, 텅스텐, 백금, 금, 주석, 망간 및 그들의 합금 중 1 이상을 함유하는 것을 특징으로 하는, 개폐장치.
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