KR102241438B1 - 전력기기용 가스 절연 개폐장치용 소염 배기장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 아크 폭발에 의한 화염 및 불티를 동시에 잡을 수 있는 소염장치를 제안한다. 본 발명의 소염 배기장치는, 럽쳐디스크가 설치된 연결배관이 내부로 연결되고, 다수의 구멍이 균일하게 분포된 타공원통(40)과, 상기 타공원통의 내측에 다단으로 설치되는 다수 개로 구성되고, 중앙에 형성된 통기공와 상기 통기공의 외측에서 상부로 높은 경사를 가지는 경사면을 구비하는 접시형의 분산장치(50)를 가진다. 이러한 타공원통의 외측에는 원통형의 소염소자(30)가 설치될 수 있다.

Description

전력기기용 가스 절연 개폐장치용 소염 배기장치{Flameless venting device having rupture disc}

본 발명은 전력기기용 가스 절연 개폐장치에 사용되는 소염 배기장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전력기기 가스차단기에서 발생하는 아크 폭발에 의하여 화염과 같이 불티가 외부로 배출되는 것을 방지할 수 있는 소염 배기장치에 관한 것이다.

소염 배기장치는 폭발이 발생한 경우, 화염의 외부 유출을 방지하면서 고압의 가스를 배기시키기 위한 장치라고 할 수 있다. 이러한 소염 배기장치에서는, 금속으로 만들어지는 메쉬와 같은 소염소자가 가스는 통과시키고 화염은 통과하지 못하도록 하는 소염 배기의 기능을 가지고 있다.

이러한 소염 배기장치가 적용되는 내부공간(예를 들면 특정 체적의 탱크)에서 폭발이 발생하게 되면 순간적으로 압력이 높아진다. 그리고 이렇게 높아진 압력에 의하여 럽쳐 디스크가 파열되면서 내부의 화염과 고압의 가스가 외부로 배출된다. 이러한 화염과 고압의 가스는 소염 배기장치를 통과하면서 가스만 외부로 배출되고 화염은 배출되지 않음으로써 화염에 의한 문제를 방지하게 되는 것이다.

그리고 예를 들면 전력기기용 가스절연 개폐장치는, 아크 절연을 위하여 내부에 절연 가스를 충진하여 사용되고 있다. 이러한 개폐장치에서 이상 전류에 기인하여 아크 폭발이 일어날 수 있는데, 이러한 아크 폭발은 화염 뿐만 아니라 아크 폭발에 기인하는 불티가 발생한다. 따라서 이러한 개폐장치용 소염 배기장치는 화염뿐만 아니라 불티도 완벽하게 제거되어야 함을 알 수 있다.

또한 소염 배기장치는 내부의 폭발에 의한 고압의 문제를 해결하기 위하여 가스는 가능한 신속하게 배출되는 것이 필요한데, 이는 내부의 압력을 신속하게 낮추는 것이 필요하다는 의미라고 할 수 있다. 그리고 이를 위해서는 소염 배기장치의 체적이 큰 것이 유리하다고 할 수 있다. 그러나 소염 배기장치의 크기가 커지는 것은 여러 가지 단점이 뒤따르기 때문에, 소염 배기장치의 크기는 작게 하고 가스의 배출 능력은 최대화시킬 수 있는 것이 가장 바람직하다고 할 수 있다.

본 발명의 목적은 아크 폭발에 기인하여 발생하는 화염 및 불티를 충분히 제거할 수 있는 소염 배기장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 크기는 최대한 작게 하면서도 소염 능력 및 가스의 배출 능력을 최대화시킬 수 있는 소염 배기장치를 제공하는 것이라고 할 수 있다.

본 발명의 소염 배기장치는, 럽쳐디스크가 설치되는 연결배관이 내부로 연결되고 다수의 구멍이 성형된 타공원통, 그리고 타공원통의 내측에 다단으로 설치되는 다수 개의 접시형 분산장치를 포함하여 구성된다. 여기서 다수의 분산장치는, 중앙에 형성된 통기공과, 상기 통기공의 외측에서 상부가 높은 경사를 가지는 경사면을 각각 구비한다. 그리고 분산장치의 통기공은 폭발가스의 일부를 상방으로 통과시키고, 분산장치의 경사면은 폭발가스의 다른 일부를 타공원통을 통과하는 외측으로 안내함으로써 압력을 분산시킨다. 또한 분산장치의 통기공은 위로 갈수록 작아지도록 성형된다.

이상과 같은 본 발명에 의하면 아크 폭발에 의하여 발생한 고압의 가스는, 타공원통의 내부에서 분산장치에 의하여 타공원통 전체적으로 분산되어 외부로 빠져나가게 된다. 이때 타공원통은 물론이고, 그 외측에 설치된 금속재 메쉬층은 화염을 제거하고 가스만이 배기될 수 있도록 할 것이다.

도 1은 본 발명 소염 배기장치의 사시도.
도 2는 본 발명 소염 배기장치를 부분적인 단면으로 보인 설명도.
도 3은 본 발명 소염 배기장치의 원통형 소염부의 예시도.

다음에는 도면에 도시한 실시 예에 기초하면서 본 발명에 대하여 더욱 상세하게 살펴보기로 한다.

도 1 내지 도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명 소염 배기장치는, 프레임(20)에 의하여 지지되는 소염 기능을 가지는 원통형상의 소염소자(30)를 포함하고 있다. 여기서 본 발명의 소염소자(30)는 일반적인 화염을 제거할 수 있는 기능을 가지는 금속성 메쉬층은 물론이고, 아크 폭발에 의하여 발생하는 불티도 제거할 수 있는 섬유질의 고온 단열재층을 구비한다.

본 발명에서 프레임(20)은 원통형상의 소염소자(30)를 상부 및 하부에서 각각 지지하기 위한 프레임상부(22) 및 프레임하부(26)를 포함하고 있다. 그리고 프레임상부(22)와 프레임하부(26)는 각각 링형상을 가지고 있으며 다수의 프레임연결부(24)에 의하여 서로 연결되며, 이들은 폭발에 견디는 강도를 가지는 금속재로 만들어진다. 그리고 도 2에 도시한 바와 같이, 프레임상부(22)의 저면에는 소염소자(30)의 상부를 지지하기 위하여, 일정한 간격을 가지는 외측벽(22a)과 내측벽(22b)이 설치되어 있다.

그리고 프레임하부(26)의 상면에도, 소염소자(30)의 하부를 지지하기 위한 외측벽(26a) 및 내측벽(26b)이 성형되어 있다. 따라서 원통형 소염소자(30)는 이와 같은 프레임상부(22) 및 프레임하부(26)에 의하여 지지되고 있음을 알 수 있다. 그리고 소염소자(30)는 외측면은 프레임연결부(24)에 의해서도 지지되고 있다.

이러한 프레임(10)의 상부에는 충분한 강도를 가지는 금속재로 만들어지는 상부커버(12)가 고정되어 있어서, 폭발에 의한 충격을 견딜 수 있도록 구성하고 있다. 상부커버(12)는 프레임(20)의 상부를 막아서 폭발가스가 방사상으로 나가도록 하여, 후술하는 소염소자(30)를 통과하도록 한다.

그리고 상부커버(12)의 상부에는 다수의 보강부재(14)가 지름방향으로 배치되어 있음을 알 수 있다. 이러한 보강구조는, 하부에서 폭발에 일어나면 상부커버(12)의 중앙 부분에 가장 큰 압력이 걸리는데, 이를 보강하기 위한 것이다. 이러한 상부커버(12)는 프레임(10)과 볼트 등으로 연결되는데, 도시한 실시 예에서는 프레임 연결부(24)와 연결되어 있다.

이와 같은 금속재로 만들어지는 프레임(20:22,24,26)에 의하여 원통 형상의 소염소자(30)가 지지된다. 그리고 소염소자(30)의 내측에는 다수의 구멍(42)이 형성되어 있는 타공원통(40)이 설치되어 있다. 이러한 타공원통(40)은 충분한 두께를 가지는 금속재로 성형되고, 구멍(42)이 전체적으로 균일하게 성형되어 있다.

이러한 타공원통(40)은 상술한 바와 같은 프레임(20)에 의하여 지지될 수 있다. 이러한 타공원통(40)의 내부에는 상하로 일정한 간격을 가지도록 다수의 분산장치(50)가 설치되어 있다. 이러한 분산장치(50)는, 중앙에 통기공(54)이 성형되고, 이러한 통기공(54) 주변은 상부가 높은 경사면(52)을 가지는 접시 형상으로 만들어진다. 이러한 분산장치(50)는 폭발 가스를 분할함과 동시에 각 단에서 분할된 일부의 폭발 가스를 외측(방사상의 소염소자 방향)으로 안내하는 기능을 가지고 있다.

그리고 도 2에서 연결배관(17)은 전력기기용 가스 절연 개폐장치의 내부와 연결된 것인데, 개폐장치와는 플랜지(18)를 통하여 연결된다. 본 발명의 소염소자(30)에 대하여 살펴보면, 도 3에 도시한 바와 같이, 가장 내측에는 원통형상의 내부지지부(32)가 구비된다. 이러한 내부지지부(32)는 그 외측면에 배치되는 다수의 구성 요소를 지지하기 위한 것인데, 예를 들면 다수의 공기공이 성형된 원통으로 구성될 수 있거나 강도가 충분한 메쉬을 이용하여 만든 원통으로 구성될 수 있다.

이러한 내부지지부(32)의 외측에는, 불티가 외부로 빠져나가는 것을 방지하기 위한 원통형상을 가지는 섬유질의 고온 단열재층(34)이 설치되어 있다. 이러한 섬유질의 고온 단열재층(34)은 미립자 아크 불티를 잡을 수 있도록 설치되는 것이고, 그 자체는 현재 사용되고 있는 요소라고 할 수 있다. 이러한 섬유질의 고온 단열재층(34)의 외측에는 금속재 메쉬층(36)이 설치된다. 이러한 금속재 메쉬층(36)은 메쉬의 크기에 관계 없이 한 개 이상의 층으로 구성될 수 있다.

예를 들면 메쉬층(36)은 큰 메쉬망 또는 중간 크기의 메쉬망 등으로 다수 층으로 구성할 수 있을 것인데, 기본적으로 큰 메쉬망이 더 내측에 설치되는 것이 바람직하다. 즉 공기투과율이 가장 큰 제1메쉬, 그리고 공기투과율이 상대적으로 작은 제2메쉬, 그리고 공기투과율이 가장 작은 제3메쉬 등으로 구성될 수 있다. 즉 본 발명의 메쉬층(36)은 적어도 하나 이상이 금속재 메쉬로 만들어지는 것임을 알 수 있다.

따라서 화염은 이러한 다수의 메쉬를 통과하면서 화염이 충분히 제거될 수 있을 것으로 기대된다. 그리고 이러한 메쉬층(36)의 최외측에는 가장 작은 메쉬를 가지는 외측메쉬층(36a)이 포함된다. 이러한 외측메쉬층(36a)은 가장 작은 크기의 메쉬를 가지고 있기 때문에, 공기의 외부 통과가 용이하지 않을 수 있다. 따라서 본 발명에서는 폭발에 의한 가스를 최대한 신속하게 외측으로 배기시킬 수 있도록, 외측메쉬층(36a)을 넓은 표면적을 가지도록 하고 있다. 예를 들어 동일한 공기투과율을 가진다고 하더라도, 면적이 넓으면 통과하는 공기의 절대량은 많은 것은 사실이다.

따라서 본 발명에서는 외측메쉬층(36a)를 도시한 바와 같이 평면도에서 볼 때 웨이브 형상을 가지도록 가공하고 있는 것이다. 이와 같이 외측메쉬층(36a)를 웨이브 형상을 가지도록 성형하게 되면, 실질적으로 평면 형상의 것에 비하여 표면적이 현저하게 넓어지게 된다. 그리고 외측메쉬층(36a)의 표면적이 넓어진다는 것은 실질적으로 동일한 공기투과율에 대해서도 폭발 가스가 통과할 수 있는 양이 많다는 것을 의미한다고 할 수 있다.

그리고 외측메쉬층(36a)을 웨이브 형상을 가지도록 형성하게 되면, 외측메쉬층(36a)의 외측에 설치되는 외부지지부(38)와 접촉하는 면적이 현저하게 줄어들게 된다. 이와 같이 접촉 면적이 줄어든다는 것은 실질적으로 메쉬끼리의 직접적인 열전도율을 낮출 수 있는 효과도 기대할 수 있다고 생각된다. 그리고 폭발이 발생하게 되면 내부에서는 소음이 발생하게 되는데, 이러한 소음은 웨이브 형상의 외측메쉬층(36a)의 내측에서 더욱 많은 반사가 일어나게 되기 때문에 소음 감소의 측면에서도 유리할 것으로 기대된다.

위에서 설명한 바와 같이, 외측메쉬층(36a)의 공기 배출량이 많다는 것은 궁극적으로 내부 폭발로 발생한 고압의 가스를 가장 빨리 외부로 배출할 수 있다는 것을 의미한다. 그리고 이러한 점은 소염 배기장치의 전체 크기를 크게 하지 않으면서도 신속한 배출을 통하여 내부의 압력을 빨리 낮출 수 있다는 것과 동일한 의미를 가진다. 즉, 본 발명을 적용함으로써 작은 크기의 소염 배기장치를 이용하면서도 충분한 효율을 기대할 수 있을 것이다.

이러한 외측메쉬층(36a)의 외측에는 외부지지부(38)가 설치되어, 웨이브형상의 외측메쉬층(36a)를 견고하게 지지하게 된다. 이러한 외부지지부(38)는 예를 들면 중간크기의 메쉬망으로 구성하는 것도 가능한데, 이는 공기의 통과를 효율적으로 하기 위한 것이라고 할 수 있다.

다음에는 본 발명의 소염장치의 동작에 대하여 간단하게 살펴보기로 한다. 상술한 바와 같이, 전력기기용 가스 절연 개폐장치 내부의 원인에 의하여 아크 폭발이 발생하면, 이러한 폭발력은 가스는 상술한 플랜지(18)의 내측에 설치되어 있는 럽쳐디스크를 손상시키고 연결배관(17)을 통하여 타공원통(40)의 내부로 유입된다.

여기서 타공원통(40)의 내부에서, 폭발 가스의 일부는 타공원통(40)의 내부에 설치된 다수의 분산장치(50)의 중앙에 성형된 통기공(54)을 통하여 상부로 상승하고, 경사면(52)에 부딪힌 폭발 가스는 외측의 타공원통(40) 측으로 안내된다. 타공원통(40)은 고온에 대하여 충분히 견딜 수 있고, 최대한 화염이 외부로 나가는 것도 억제하게 되고, 불티에 대해서도 적어도 일부는 외부 유출을 억제한다.

그리고 분산장치(50)는, 다수 개가 상하에 걸쳐 설치되어 있고, 각각의 통기공은 위로 갈수록 작아지기 때문에, 실질적으로 타공원통(40)의 내부로 들어오는 폭발 가스를 전체적으로 분산시키면서 외측의 타공원통(40)을 통과시키는 작용을 가지게 됨을 이해할 수 있을 것이다. 여기서 타공원통(40)의 상부에는 상부커버(12)가 설치되어 있어서, 결국 모든 폭발 가스 등은 타공원통(40)을 통하여 그 외부의 원통형 소염소자(30)를 통과하게 된다.

본 발명에 의하면, 원통형의 소염소자(30)에는 불티의 외부 유출을 방지하는 섬유질의 고온 단열재층(34)이 포함되어 있어서, 궁극적으로 아크 폭발에 의하여 발생한 불티가 외부로 유출되지 않도록 설계되어 있다. 그리고 그 외측에 설치되는 금속재매쉬층(36)은 화염을 외부 유출을 억제하고, 더욱 이 그 중에서도 외측메쉬층(36a)를 웨이브 형상으로 형성하게 되면, 상술한 바와 같이, 폭발가스의 신속한 배기 및 열전도 억제 등과 같은 장점도 기대할 수 있다.

이상에서 살펴본 바와 같은 본 발명이 기본적인 기술적 사상의 범주 내에서 당업계의 통상의 기술자에게 있어서는 다른 여러 가지 변형이 가능함은 물론이고, 본 발명의 보호범위는 특허청구범위에 기재된 바에 기초하여 해석되어야 할 것임도 특허법의 규정 취지상 당연하다고 할 수 있다.

12 ...... 상부커버
22 ..... 프레임상부
24 ..... 프레임연결부
26 ..... 프레임하부
30 ..... 원통형 소염소자
32 ..... 내부지지부
34 ..... 섬유질의 고온 단열재층
36 ..... 금속재 메쉬층
36a ..... 외측 메쉬층
40 ..... 타공원판
50 ..... 분산장치
52 ..... 경사면
54 ..... 통기공

Claims (1)

1. 럽쳐디스크가 설치되는 연결배관이 내부로 연결되고 다수의 구멍이 성형된 타공원통(40), 그리고 타공원통(40)의 내측에 다단으로 설치되는 다수 개의 접시형 분산장치(50)를 포함하여 구성되고;
   다수의 분산장치(50)는, 중앙에 형성된 통기공(54)과, 상기 통기공(54)의 외측에서 상부가 높은 경사를 가지는 경사면(52)을 각각 구비하고;
   분산장치(50)의 통기공(54)은 폭발가스의 일부를 상방으로 통과시키고, 분산장치(50)의 경사면(52)은 폭발가스의 다른 일부를 타공원통(40)을 통과하는 외측으로 안내하며;
   분산장치(50)의 통기공(54)은 위로 갈수록 작아지도록 성형되는 것을 특징으로 하는 전력기기용 가스 절연 개폐장치에 사용되는 소염 배기장치.
   
   

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