KR101200252B1 - 다중 압축실형 가스 차단기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 압축실을 적어도 2개 이상으로 분할하여 동일한 조작력으로 2배 이상의 압력 상승을 유도함으로써, 고장전류의 차단 성능을 향상시킬 수 있는 다중 압축실형 가스 차단기를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 다중 압축실형 가스 차단기는 분리벽에서 피스톤 방향으로 실린더로드와 평행하게 형성되어, 상기 압축실을 동심원상으로 구획하는 구획벽을 포함하고, 상기 구획벽에 의한 압축실의 분할로 압축실의 가스 압축시 가스의 압력상승을 유도하고, 압축실의 압력상승을 극대화시켜 고장전류의 차단성능을 향상시킬 수 있는 것을 특징으로 한다.

Description

다중 압축실형 가스 차단기{Multi-compress chamber type of gas circuit breaker}

본 발명은 다중 압축실형 가스 차단기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 고장전류의 차단 성능을 향상시킬 수 있는 다중 압축실형 가스 차단기에 관한 것이다.

일반적으로 전력계통에서 고장이 발생한 경우, 고장전류를 차단하고 전력설비를 보호하기 위하여 차단기(Circuit Breaker)가 사용된다.

이러한 차단기는 보통 냉가스를 수용하며 조작기의 조작을 통해 냉가스를 압축하는 압축실(compress chamber)과 아크에 의해 아크 주위에서 가열 및 팽창된 열가스를 수용하는 열팽창실(thermal chamber) 등 2개의 챔버(chamber)를 포함하여 구성된다.

차단기는 정상 상태에서는 정격전류를 통전시키면서 전기를 전달하고, 전력계통에 고장 또는 사고가 발생하여 정상전류의 약 10배 이상에 달하는 고장전류가 흐르게 되면 압축실의 압축 가스와 열팽창실의 열가스를 이용하여 고장전류를 차단하게 된다.

통상적으로 차단기의 압축실의 냉가스는 소전류 차단에 이용되고, 열팽창실의 열가스는 대전류 차단에 이용된다.

도 1은 종래기술에 따른 가스 차단기의 구조를 개략적으로 보여주는 단면도로서, 도 1을 참조하여 종래의 차단기 구조 및 작동상태를 설명하기로 한다.

도 1에 도시한 바와 같이, 가스 차단기는 내부에 고정아크접점(10)을 가지는 고정부와, 내부에 가동아크접점(20), 실린더로드(13), 제1노즐(19), 제2노즐(21), 분리벽(14), 체크밸브(18), 피스톤(23), 감압밸브(24)를 가지는 가동부(11)를 포함한다.

가동부(11)는 실린더로드(13)의 연결고리(22)를 통해 연결되는 조작기에 의해 작동되고, 가동아크접점(20)은 가동부(11)의 작동으로 고정아크접점(10)으로부터 분리되는 경우에 아크를 발생시킨다.

실린더로드(13)는 가동부(11)의 내부에 축방향으로 길게 배치되어 피스톤(23)을 제외한 가동부(11)를 움직이기 위한 중심축 역할을 하고, 제1노즐(19)은 고정아크접점(10)이 출입가능하게 노즐목을 가지며, 제2노즐(21)은 가동아크접점(20)을 감싸는 구조로 실린더로드(13)의 단부에 설치되어 있다.

분리벽(14)은 가동부하우징(12)와 실린더로드(13) 사이를 연결하도록 판 구조로 이루어져서 열팽창실(15)과 압축실(16)을 구분하고, 분리벽(14)에 형성된 유체홀(17)을 통해 열팽창실(15)과 압축실(16)의 유체가 유동가능하다.

상기 분리벽(14)은 유체홀(17)은 체크밸브(18)에 의해 개폐되며, 체크밸브(18)는 열팽창실(15)과 압축실(16)의 압력차이에 따라 작동된다.

피스톤(23)은 가동부(11)의 동작시 가동부(11)의 내측 단부에 정지됨으로써 압축실(16)을 압축시키는 역할을 한다.

감압밸브(24)는 피스톤(23)에 설치되어 필요시 압축실(16)을 압력을 떨어뜨리는 역할을 한다.

이와 같이 구성된 가스 차단기의 작동상태를 설명하면 다음과 같다.

전력계통에 고장이 발생하면 가동부(11) 중 피스톤(23)을 제외한 나머지 모두가 연결고리(22)를 통해 조작기(미 도시)에 의해 도 1을 기준으로 좌측에서 우측으로 이동하고, 가동부(11)가 이동하는 과정에서 압축실(16)의 가스가 피스톤(23)에 의해 자동적으로 압축된다.

또한, 가동부(11)가 이동함에 따라 가동아크접점(20)과 고정아크접점(10)이 분리되고, 두 아크접점(1,2) 사이에는 아크가 발생하게 된다.

상기 압축실(16)의 가스압력이 열팽창실(15)의 가스압력보다 높으면 분리벽(14)의 체크밸브(18)가 열리게 되고, 압축실(16)에서 압축된 가스가 체크밸브(18)를 통해 열팽창실(15)을 거쳐 고정아크접점(10)과 가동아크접점(20) 사이의 아크영역으로 분사됨으로써, 두 아크접점(1,2) 사이에서 발생한 아크를 소호(소멸)시켜 고장전류를 차단한다.

상기와 같은 고장전류의 차단은 전력계통에서 발생한 고장전류가 작은 경우에만 가능한 작동으로서, 분사된 가스가 고정아크접점(10)과 가동아크접점(20) 사이에서 발생한 아크에 의해 팽창하여 열팽창실(15)로 역류하지 않을 경우에만 가능한 현상이다.

차단해야 할 고장전류가 큰 경우, 고정아크접접(1)과 가동아크접점(20) 사이에서 발생한 아크에너지가 크게 되므로 아크주위의 가스가 가열 및 팽창되어 열팽창실(15)로 역류된다.

역류된 가스에 의해 열팽창실(15)의 압력은 압축실(16)보다 높아지게 되고, 이에 따라 체크밸브(18)가 닫히게 된다.

열팽창실(15)로 역류한 가스는 열팽창실(15)에서 냉각되어 다시 고정아크접점(10)과 가동아크접점(20) 사이의 아크영역으로 분사되어 아크를 소호하게 된다.

이때 열팽창실(15)의 열가스가 제1노즐목을 통해 분출되면서 열팽창실(15)의 압력이 낮아짐으로써 닫혔던 체크밸브(18)는 열리고 압축실(16)에서 압축된 가스가 팽창실(10)의 가스를 밀면서 같이 아크로 분사된다.

즉, 압축실(16)의 가스 압력이 높으면 높을수록 아크로 분사되는 힘이 커져서 아크를 소호하고 절연회복에 유리하게 되어 차단성능이 향상된다.

다시 말해서, 고장전류의 크기가 작은 경우는 압축실(16)의 압축된 가스로 아크를 소호하여 고장전류를 차단하게 되고, 고장전류가 큰 경우에는 고정아크접점(10)과 가동아크접점(20) 사이에서 발생한 아크에너지를 이용하여 주위의 가스를 팽창시켜 열팽창실(15)로 역류시킨 다음, 역류되어 열팽창실(15)에서 냉각된 가스와 압축실(16)에서 압축된 가스를 다시 아크영역으로 분사하여 아크를 소호시키고 고장전류를 차단하는 것이다.

그런데, 차단기가 차단해야 할 고장전류의 크기는 수 100A에서 수10kA로 다양하다.

국제규격에서 정한 고장전류의 크기만 하더라도 수 100A의 소전류, 정격차단전류의 10%인 T10, 30%인 T30, 60%인 T60, 90%인 SLF90, 100%인 T100s 및 100%에 DC분이 실린 T100a 등이 있으며, 이 중에서 하나라도 실패하면 차단기로서의 기능을 인정받을 수 없게 된다.

보통 소전류, T10, T30은 전류크기 즉, 아크에너지가 작아서 가스의 팽창에 의한 열팽창실(15)에서의 압력상승을 기대할 수 없기 때문에 압축실(16)의 압축된 가스로 차단하고, 나머지 대전류는 아크에너지를 이용하여 열팽창실(15)의 팽창된 가스와 압축실(16)의 압축된 가스로 차단한다.

그러나 압축실(16)의 가스 압력이 낮을 경우 소전류, T10, T30에 있어서 아크로 분사되는 가스 유동이 미약하여 차단에 실패할 수 있고, T60 이상에서는 열팽창실(15)의 가스를 냉각시키지 못하고 아크로 분사시키는 힘이 약하여 차단에 실패하는 경우가 빈번하게 발생한다.

특히, 차단기의 정격전압이 증가할수록 절연거리를 확보하기 위해 차단기의 동작거리 즉, 닫혀 있던 상태에서 움직이기 시작하여 완전히 열린 동작이 완료되는 거리(이것을 스트로크(stroke)라 함)가 증가하게 되고, 스트로크가 증가함에 따라 압축실(16)의 길이도 증가하게 된다.

이와 같이 압축실(16)의 길이가 증가하는 경우 압축실(16)의 가스 압력을 높이는 것은 매우 어려운 문제로 작용하게 된다.

이러한 경우 보통 조작기의 조작속도를 높여 압축실(16)의 가스 압력을 높이지만, 조작기의 조작력에는 한계가 있고, 조작속도가 너무 빠르면 열팽창실(15)의 가스가 팽창되어 압력이 상승할 시간적 여유가 없기 때문에, 즉 가스의 팽창이 일어나 열팽창실(15)로 역류하여 가스압력이 상승하기 전에 고정아크접점(10)이 제1노즐목에서 빠져나오기 때문에 오히려 차단성능이 저하되는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명한 것으로서, 압축실을 적어도 2개 이상으로 분할하여 동일한 조작력으로 2배 이상의 압력 상승을 유도함으로써, 고장전류의 차단 성능을 향상시킬 수 있는 다중 압축실형 가스 차단기를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 다중 압축실형 가스 차단기는 분리벽에서 피스톤 방향으로 실린더로드와 평행하게 형성되어, 상기 압축실을 동심원상으로 구획하는 구획벽을 포함하고, 상기 구획벽에 의한 압축실의 분할로 압축실의 가스 압축시 가스의 압력상승을 유도하고, 압축실의 압력상승을 극대화시켜 고장전류의 차단성능을 향상시킬 수 있는 것을 특징으로 한다.

상기 구획된 압축실마다 체크밸브와 감압밸브가 별개로 설치되어, 차단기의 동작을 원활하게 유지할 있는 것을 특징으로 한다.

상기 구획벽은 압축실의 분할 갯수에 비례하여 압력이 증가되도록 설치되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 다중 압축실형 가스 차단기의 장점을 설명하면 다음과 같다.

1. 압축실의 체적 분할로 압축실의 가스압력 상승을 유도하여 조작력을 증가시키지 않고 동일한 조작속도에서 압축실의 가스 압력을 증가시킴으로써, 소전류 차단에서 아크를 높은 압력으로 차단 및 절연회복에 유리한 조건을 만들 수 있고, 대전류 차단에 있어서 열팽창실에서 팽창된 가스를 보다 높은 압력으로 아크영역을 향해 미는 힘을 발생시켜 대전류 차단 성능도 향상시킬 수 있다.

2. 압축실을 2개 이상 분할하여 동일한 조작력으로 2배 이상의 압력 상승을 유도함으로써, 소전류 차단 성능과 책무(duty test) 항목 T10, T30, T60의 차단성능을 향상시키고, SLF90 및 100% 정격차단시험 T100s, T100a의 시험에서 아크영역으로의 가스 분출력을 향상시킬 수 있다.

도 1은 종래기술에 따른 단일 압축실형 가스 차단기를 보여주는 단면도
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 다중 압축실형 가스 차단기를 보여주는 단면도

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세하게 설명하기로 한다.

첨부한 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 다중 압축실형 가스 차단기를 보여주는 단면도이다.

본 발명은 조작기의 조작력을 증대시키지 않고 동일한 조작속도에서 압축실(54)의 가스압력을 증가시킴으로써 고장전류의 차단 성능을 향상시킬 수 있는 다중 압축실형 가스 차단기에 관한 것이다.

본 발명은 조작기의 조작력을 증대시키지 않고 동일한 조작속도에서 압축실(54)의 가스압력을 증가시키기 위해 기존의 가스 차단기에서 압축실(54)을 동심원 상으로 분할한다.

예를 들어, 압축실(54)을 2개, 즉 제1 및 제2압축실(54a,54b)로 분할하는 경우에 제1압축실(54a)과 제2압축실(54b)은 구획벽(53)에 의해 동심원상으로 구획될 수 있다.

이때, 제1압축실(54a)은 실린더로드(13)와 접하는 안쪽에 위치하고, 제2압축실(54b)은 가동부하우징(12)의 안쪽벽에 접하는 바깥쪽에 위치한다.

상기 구획벽(53)은 분리벽(50)에서 피스톤(55) 방향으로 실린더로드(13)와 평행하게 연장되며, 압축실(54)이 원형인 경우 구획벽(53)이 원주방향을 따라 연속해서 형성될 수 있다.

분리벽(50)의 반대쪽에 위치하는 구획벽(53)의 단부는 피스톤(55)을 관통하여 슬라이딩 가능하게 지지된다.

상기 구획벽(53)에 의해 구획된 제1압축실(54a)과 제2압축실(54b)은 서로 별개의 공간으로 이루어져서, 제1압축실(54a)의 가스와 제2압축실(54b)의 가스는 서로 섞이지 않는다.

분리벽(50)은 제1압축실(54a)과 제2압축실(54b)을 열팽창실(15)과 각각 연통시키기 위해 반경방향으로 간격을 두고 제1 및 제2유체홀(51)을 가지며, 제1 및 제2유체홀(51)을 통해 제1 및 제2압축실(54a,54b)의 냉가스가 열팽창실(15)로 각각 유입될 수 있다.

상기 제1 및 제2유체홀(51)을 각각 개폐하기 위해 제1 및 제2체크밸브(52)가 분리벽(50)에 설치되고, 제1 및 제2체크밸브(52)는 열팽창실(15)과 제1압축실(54a) 그리고 열팽창실(15)과 제2압축실(54b) 사이의 압력차이에 따라 별개로 작동한다.

또한, 피스톤(55)에 설치되는 감압밸브(56)도 체크밸브(52)처럼 압축실(54)의 분할 갯수와 동일하게 각각 설치될 수 있다.

상기와 같이 압축실(54)은 2개로 분할할 수 있지만, 3개, 4개, ... 또는 n개 로도 분할 가능하다.

여기서, 상기 구획벽(53)에 의해 분할된 압축실(54) 마다 체크밸브(52)와 감압밸브(56)를 설치하여 차단부의 동작을 원활하게 유지할 수 있다.

상기와 같은 구성에 의한 본 발명의 작용 및 효과를 설명하면 다음과 같다.

압축실(54)이 분할됨에 따라 압축실(54)의 체적이 줄어들기 때문에 동일한 조작속도(조작력)로 차단기를 구동하는 경우 기존의 압축실(54)에 비해 체적이 줄어든 만큼 압축실(54)의 압력 상승을 유도할 수 있다.

예를 들면, 압축실(54)을 2개로 분할하여 이론적으로 2배의 압력상승을 얻고자 할 경우에 도 2에서 B의 크기(반경)는 다음 식에 의해 결정된다.

식 1)

이때, A는 가동부하우징(12)의 반지름이고, B는 구획벽(53)의 반지름이고, C는 실린더로드(13)의 반지름이다.

차단기의 정격전압 증가로 절연거리를 확보하기 위해 압축실(54)의 길이를 증가시켜 차단기의 동작거리(스트로크)를 증가시켜야 하는 경우, 압축실(54)을 2, 3, 4개...로 분할함으로써 가스의 압력상승을 유도할 수 있다.

따라서, 본 발명에 의하면 압축실(54)의 체적 분할로 압축실(54)의 가스압력 상승을 유도하여 조작력을 증가시키지 않고 동일한 조작속도에서 압축실(54)의 가스 압력을 증가시킴으로써, 소전류 차단에서 아크를 높은 압력으로 차단 및 절연회복에 유리한 조건을 만들 수 있고, 대전류 차단에 있어서 열팽창실(15)에서 팽창된 가스를 보다 높은 압력으로 아크영역을 향해 미는 힘을 발생시켜 대전류 차단 성능도 향상시킬 수 있다.

또한, 압축실(54)을 2개 이상 분할하여 동일한 조작력으로 2배 이상의 압력 상승을 유도함으로써, 소전류 차단 성능과 책무(duty test) 항목 T10, T30, T60의 차단성능을 향상시키고, SLF90 및 100% 정격차단시험 T100s, T100a의 시험에서 아크영역으로의 가스 분출력을 향상시킬 수 있다.

10 : 고정아크접점 11 : 가동부
12 : 가동부하우징 13 : 실린더로드
15 : 열팽창실 16 : 압축실
19 : 제1노즐 20 : 가동아크접점
21 : 제2노즐 22 : 연결고리
50 : 분리벽 51 : 유체홀
52 : 체크밸브 53 : 구획벽
54 : 압축실 54a : 제1압축실
54b : 제2압축실 55 : 피스톤
56 : 감압밸브

Claims (3)

1. 전력 계통에서 고장 전류 발생시 압축실(54)의 압축 가스를 아크 영역에 공급하여 고장 전류를 차단하는 가스 차단기에 있어서,
   분리벽(50)에서 피스톤(55) 방향으로 실린더로드(13)와 평행하게 형성되어, 상기 압축실(54)을 동심원상으로 구획하는 구획벽(53)을 포함하고, 상기 구획벽(53)에 의한 압축실(54)의 분할로 압축실(54)의 가스 압축시 가스의 압력상승을 유도하며,
   상기 구획된 압축실(54)마다 체크밸브(52)와 감압밸브(56)가 별개로 설치되는 것을 특징으로 하는 다중 압축실형 가스 차단기.
   
2. 삭제
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 구획벽(53)은 압축실(54)의 분할 갯수에 비례하여 압력이 증가되도록 설치되는 것을 특징으로 하는 다중 압축실형 가스 차단기.
   
   

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