KR102504416B1 - 전기철도용 친환경 절연개폐장치 - Google Patents

전기철도용 친환경 절연개폐장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 기존에 사용되는 절연재인 SF6 가스를 사용하지 않고 DRY- AIR가스, N2가스, 불소계 혼합가스 등을 채용한 전기철도용 모듈형 절연개폐장치에 관한 것으로, 특히 단로기와 차단기를 축소 모듈화함에 따라 이들이 차지하는 공간을 축소시켜 전기실의 공간 활용도를 높였고, 조작기와의 거리를 좁혀 조작기의 조작 동작이 정확하게 단로기와 차단기에 전달되게 하여 오동작을 줄였으며, 효율적이 배치를 통해 작업자에 의한 불의의 오작동을 방지할 수 있게 한 전기철도용 친환경 모듈형 절연개폐장치에 관한 것이다.

Description

전기철도용 친환경 절연개폐장치{Environment-friendly insulated switchgear}
본 발명은 전기철도용 모듈형 절연개폐장치에 관한 것으로 상세하게는 기존에 사용되는 절연재인 SF6 가스를 사용하지 않고 DRY- AIR가스, N2가스, 불소계 혼합가스 등을 채용한 전기철도용 친환경 모듈형 절연개폐장치에 관한 것이다.
특히 본 발명은 4차산업 기술을 적용한 디지털 트윈 기반 경년변화 예방진단 시스템에서 현장의 전기설비의 직관적이고 시각화된 설비관리로 획기적인 시스템 신뢰성을 제고할 수 있게 한 전기철도용 친환경 모듈형 절연개폐장치에 관한 것이다.
개폐 장치(switchgear)는 회로를 개폐할 목적으로 사용되는 장치로, 단로기, 차단기, 주모선(AF, TF)등으로 분리된다.
개폐장치는 발전소나 변전소에 설치되는 전력 설비에서 주 보호 장치로 사용하여 정상개폐는 물론 고장 발생 시에도 과도한 전류를 신속하게 차단시켜 전력계통을 보호하는 장치로 사용되고 있다.
이러한 개폐장치의 하나로 절연개폐장치가 있으며, 이는 절연을 필요로 하는 위치에 설치되는 것으로 통상적으로 가스를 이용하여 절연을 이루고 있으며, 이와 관련된 가스절연개폐장치와 관련된 기술에는 특허문헌 1 내지 4가 있다.
특허문헌 1은 유지보수성이 개선된 가스절연 개폐장치로서, 전력을 수전하여 제 1 모선 및 제 2 모선을 통해 공급하는 메인 베이; 제 3 모선을 갖추며, 내부 제 1 모선 및 제 2 모선을 통해 메인 베이가 제 1 모선 및 제 2 모선을 통해 공급하는 전력을 수전하여 부하측으로의 전력공급을 수행하는 피더 베이; 및 내부 제 1 모선 및 제 2 모선을 통해 메인 베이가 제 1 모선 및 제 2 모선을 통해 공급하는 전력을 수전하며, 3-way 스위치를 통해 내부 제 3 모선이 피더 베이의 제 3 모선과 연결되어 피더 베이의 급전 이상시 내부 제 1 모선 및 제 2 모선을 통해 수전한 전력을 3-way 스위치의 통전 동작에 따라 제 3 모선을 통해 피더 베이로 공급하여 피더 베이의 운전을 대체하며, 3-way 스위치의 접지 동작에 따라 즉각적인 기기 보수 작업을 가능하게 하는 바이패스 베이; 를 포함하는 유지보수성이 개선된 가스절연 개폐장치이고,
특허문헌 2는 기체절연 개폐장치에 있어서, 전력을 수전하여 모선을 통해 공급하는 메인 베이와, 모선을 통해 전력을 수전하여 부하측으로 전력 공급을 수행하는 피더 베이와 피더베이에 연결된 배전선로의 전압강하를 보상하기 위한 AT베이(Autotransformer Bay;50)를 포함하고, AT베이는 AF측부와 TF측부가 서로 나란하게 수직방향으로 배치되며, AF측부와 TF측부는 메인 베이로부터 전력이 수전되는 모선에 접속되어 선로를 통전 또는 단로시키는 스위치부(110, 210)와, 스위치부(110, 210)의 하측으로 수직 결합하여 선로를 통전 또는 차단하는 차단부를 각각 포함하며, TF측부의 모선부 탱크의 측부에는 전압 하모니 파형의 찌그러짐을 보상하는 RC뱅크측부가 더 포함되는 기체절연 개폐장치이고,
특허문헌 3은 내부에 적어도 하나의 도체를 구비하고, 상호 연결되는 제1 탱크 및 제2 탱크; 제1 탱크 및 제2 탱크의 연결부에 구비되되, 제1 탱크 및 제2 탱크에 접촉하는 연결링유닛; 및 연결링유닛에 결합 또는 분리되게 구비되고, 적어도 하나의 측정센서를 구비하는 센싱유닛을 포함하는 가스절연개폐장치이며,
특허문헌 4는 정면 패널, 측면 패널 및 후면 패널로 이루어지는 가스 절연 개폐 장치에 있어서, 부분 방전 센서와 동축 케이블로 연결되는 집합반이 후면 패널의 하부판에 설치되고, 하부판의 내면에는 제 1 플레이트와 제 1 플레이트로부터 일정 간격으로 배치되는 제 2 플레이트에 의해 공간이 형성되며, 집합반의 도어 정면에는 다수개의 커넥터 취부 단자가 설치되는 내장형 부분방전 집합반을 갖는 가스 절연 개폐 장치이다.
이와 같이 다양한 절연개폐장치가 개발되어 있고, 이들은 절연수단으로 SF6 가스를 사용하고 있으나, 이 SF6 가스는 6개 감축 대상 온실가스 중 온난화지수가 23,900 (CO2 : 1기준)으로 지구온난화에 가장 큰 영향을 미치는 가스로 판명되었다. 이에 세계 각 나라에서는 온실가스 감축 목표를 설정하여 온실가스의 감축을 위해 노력하고 있으며, 철도차량의 경우에도 2023부터 29kV 친환경 절연개폐장치를 철도에도 적용하기로 했으며, 전압레벨에 따라 72.5kV, 170kV 2 종류의 설비는 2025년부터 전면 적용할 계획이다.
이러한 시류에 반하여 절연개폐장치에는 아직 가스를 이용하는 한계가 있어 이러한 시류에 동승하지 못하는 단점이 있다.
또한 종래의 절연개폐장치는 도 1에 도시한 바와 같이 단로기(100)와 차단기(200)들이 각각 분리 구성됨에 따라 이들이 많은 공간을 차지함에 따라 전기실의 공간 확보가 어렵고, 이들과 조작기(300) 사이의 거리가 멀어 작동시 오동작의 위험이 있으며, 비효율적으로 배열(전후 배열)됨에 따라 이들을 작동시키는 작업자가 불필요한 구성요소를 오작동시키는 문제가 있다.
특허문헌 1 : 대한민국 등록특허 제10-0886588호 특허문헌 2 : 대한민국 등록특허 제10-1305102호 특허문헌 3 : 대한민국 공개특허 제10-2021-0123821호 특허문헌 4 : 대한민국 공개특허 제10-2021-0144313호
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 개발된 것으로, 기존에 사용되는 절연재인 SF6 가스를 사용하지 않고 DRY- AIR가스, N2가스, 불소계 혼합가스 등을 채용한 29kV 친환경 절연개폐장치를 철도에 적용하기로 했으며, 전기철도용 친환경 모듈형 절연개폐장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
더욱이 본 발명은 단로기와 차단기를 축소 모듈화함에 따라 이들이 차지하는 공간을 축소시켜 전기실의 공간 활용도를 높였고, 조작기와의 거리를 좁혀 조작기의 조작 동작이 정확하게 단로기와 차단기에 전달되게 하여 오동작을 줄였으며, 효율적인 배치를 통해 작업자에 의한 불의의 오작동을 방지할 수 있게 한 전기철도용 친환경 모듈형 절연개폐장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 해결하기 위한 본 발명에 따른 전기철도용 친환경 모듈형 절연개폐장치는 부하전류를 제거한 후 회로를 격리하는 단로부(10), 선로를 통전 또는 차단하는 차단부(20), 모선이 연결되는 모선부(30), 및 상기 단로부와 차단부를 작동시키는 제어부(40)를 포함하는 전기철도용 절연개폐장치에 있어서,
상기 단로부, 차단부, 모선부, 및 제어부는 일체형 단로기 및 차단기의 채용으로 축소 모듈화되고, 전면에 배치된 상기 제어부(40)의 배면에는 상기 단로부 및 차단부를 전후배치가 아닌 좌우배치로 상기 제어부(40)에 적접 연결되도록 하여 절연개폐장치가 차지하는 공간을 줄여 휴먼 에러를 줄이고, 상기 축소 모듈화에 의해 절연개폐장치의 주모선과 상기 차단부의 작동로드의 길이를 짧게하는 배열구조로 상호 분해조립을 용이하게 하는 것과, 상기 단로부, 차단부 및 모선부들 사이에는 밀착되는 플랜지부(CS-1)와 내벽이 밀착되는 통형 날개(CS-2)가 부착된 절연SPACER(CS)로 분리하는 것과, 상기 단로부 내부에는 스크류축(40s)에 의해 제어부로 직접 연결되도록 하는 접속단자(10t)를 갖는 것이다.
또한 상기 제어부는 단로부 및 차단부와 직접 결합됨에 의해 일체화되어, 단로부와 차단부의 구동을 직접 제어하였다.
또한 상기 단로부(10) 중 하부 단로부는 하단에 케이블접속부(50)를 구성하되 단로부를 좌우로 배열하여 전선이 연결되는 부분에 케이블 처리를 위한 여분의 공간을 확보하였다.
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본 발명에 따른 전기철도용 친환경 모듈형 절연개폐장치는 장치를 구성하는 각 구성요소가 모듈을 이룸에 따라 각 구성요소들 사이의 분해 결합이 용이하여 유지보수 및 설치, 시험, 점검을 용이하게 할 수 있는 효과가 있다.
기존의 절연개폐장치는 장치를 구성하는 단로부, 차단부 및 모선부가 제어기(조작기)를 중심으로 전후 방향으로 배치되어 이들이 많은 공간을 차지하고, 이들이 일체화되어 어느 하나의 구성요소를 수리할 때 다른 구성요소까지 분해하여야 함에 따라 유지 보수가 어렵지만 본 발명은 상기한 바와 같이 축소 모듈화되고, 좌우로 배열함에 따라 수리할 구성요소만을 분해하여 수리할 수 있어 휴먼 에러를 줄임과 동시에 유지 보수가 용이할 뿐만 아니라, 장치가 차지하는 공간을 줄여 유지 보수 공간을 충분히 확보할 수 있는 효과가 있다.
또한 제어기(조작기)를 단로부 및 차단부에 근접 결합하여 일체화함에 따라 제어기(조작기)의 작동 거리를 줄여 제어기의 제어에 따른 작동이 단로부 및 차단부에 전달되는 과정에서 오류가 발생하는 것을 줄일 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래 전기철도용 모듈형 절연개폐장치의 일예의 사시도
도 2는 종래 전기철도용 모듈형 절연개폐장치의 조작 상태측면도
도 3은 본 발명에 따른 전기철도용 친환경 모듈형 절연개폐장치의 일예의 배면 사시도
도 4는 본 발명에 따른 전기철도용 친환경 모듈형 절연개폐장치의 일예의 정 면 사시도
도 5는 본 발명에 따른 전기철도용 친환경 모듈형 절연개폐장치의 일예의 측면도
도 6은 본 발명에 따른 전기철도용 친환경 모듈형 절연개폐장치의 일예의 배면도
도 7은 본 발명에 따른 전기철도용 친환경 모듈형 절연개폐장치의 일예의 저면도
도 8은 본 발명에 따른 전기철도용 친환경 모듈형 절연개폐장치의 일예의 분해도
도 9는 본 발명에 따른 전기철도용 친환경 모듈형 절연개폐장치의 단로기 단면도
도 10은 본 발명에 따른 전기철도용 친환경 모듈형 절연개폐장치의 단로기의 작동상태 단면도
도 11은 본 발명에 따른 전기철도용 친환경 모듈형 절연개폐장치의 차단기 단면도
본 발명은 다양한 변경을 가하여 실시할 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고, 상세한 설명을 통해 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
본 발명은 전기철도용 친환경 모듈형 절연개폐장치를 구성하는 구성요소들 사이의 분해 결합이 용이하여 유지보수 및 설치, 시험, 점검을 용이하게 할 수 있다.
본 발명에 따른 전기철도용 친환경 모듈형 절연개폐장치는 도 3 내지 도 4에 도시한 바와 같이, 부하전류를 제거한 후 회로를 격리하는 단로부(10), 선로를 통전 또는 차단하는 차단부(20), 모선이 연결되는 모선부(30), 및 상기 단로부와 차단부의 작동시키는 제어부(40)를 포함하는 전기철도용 친환경 모듈형 절연개폐장치로, 도 3 내지 도 7에 도시한 바와 같이, 상기 단로부, 차단부, 모선부, 및 제어부는 일체형 단로기 및 차단기의 채용으로 축소 모듈화되어 개폐장치의 주모선과 차단부의 배열구조를 변경하여 상호 분해조립이 용이하게 하였다.
상기 단로기, 차단기, 모선, 및 제어부는 통상의 절연개폐장치를 구성하는 구성요소와 동일하게 작동하는 것으로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 1에 도시한 종래의 절연개폐장치가 단로부, 차단부, 모선부가 일체로 결합되어 구성됨에 따라 어느 하나에 고장이 발생하면 장치 전체를 분해하여 수리하여야 하는 데 반하여, 상기와 같이 구성된 본 발명의 친환경 모듈형 절연개폐장치는 도 8에 도시한 바와 같이, 단로부, 차단부, 모선부가 각각 축소 모듈화되어 서로 분해 조립될 수 있게 구성됨에 따라 어느 하나의 구성요소에 고장이 발생하면 해당 구성요소만을 분해하여 수리할 수 있음에 따라 유지보수를 용이하게 할 수 있다.
또한 본 발명의 친환경 모듈형 절연개폐장치는 도 3 내지 도 7에 도시한 바와 같이, 제어부(조작부)를 기준으로 단로부, 차단부, 모선부가 좌우 배치됨에 따라 장치가 차지하는 공간을 줄일 수 있다.
또한 본 발명의 전기철도용 친환경 모듈형 절연개폐장치는 도 3, 도 9 및 도 11에 도시한 바와 같이 제어부(30)를 단로부와 차단부에 적접 설치하여 제어부와 각각의 단로부 및 차단부 사이의 거리를 줄임에 따라 제어부의 제어에 따른 단로부와 차단부의 스위치 장치를 작동시키는 작동수단의 길이가 줄어 제어부에 의한 제어동작이 단로부, 차단부에 전달되는 과정에서 아류를 일으키는 것을 방지할 수 있다.
즉, 통상적으로 제어부(조작부)의 제어에 의해 단로부, 차단부의 위치를 작동시키는 작동수단은 긴 로드 형태로 이루어지고, 이러한 작동로드의 길이가 길어지면 작동 중 휘거나 뒤틀림이 발생하여 원하는 정도로 단로부와 차단부를 작동시킬 수 없으나, 본 발명은 제어부와 단로부 및 차단부 사이의 거리가 줄어 작동수단의 길이가 줄고, 이에 따라 작동과정에서 작동수단의 변형이 덜 발생함에 따라 정밀한 제어가 이루어질 수 있는 것이다.
특히, 상기 단로부(10)의 접속단자(10t)는 제어부의 구동수단에 의해 구동하는 스크류축(40s)에 의해 이동하게 하였다.(도 9 및 10 참조)
즉, 제어부(30)를 구성하는 구동모터(미도시)의 구동에 의해 상기 스크류축(40S)이 회전함에 따라 접속단자가 이동하여 도 10에 도시한 바와 같이 접지에 접속, 단선 또는 접속 위치로 이동할 수 있게 하였다.
또한 본 발명의 전기철도용 친환경 모듈형 절연개폐장치는 상기 단로부, 차단부 및 모선부들 사이에는 절연SPACER(CS)가 더 설치되어 구성요소들 사이의 분해 결합을 용이하게 함과 동시에 이들 사이의 접속부로 누수가 발생하거나 공기가 통과하여 절연이 파괴되는 것을 방지하였다.
상기 절연SPACER(CS)은 절연 소재로 만들어지고, 도시한 바와 같이 두 구성요소들의 단부에 밀착되는 플랜지부(CS-1)를 포함하고, 이 플랜지부를 중심으로 양측에 각 구성요소들의 내부로 끼워져 내벽에 밀착되는 통형 날개(CS-2)를 구비하고 있다.
또한 단로부(10) 중 하부 단로부의 하단에 케이블접속부(50)를 구성하되, 상기한 바와 같이 단로부를 좌우로 배열하여 전선이 연결되는 부분에 케이블 처리를 위한 여분의 공간을 확보할 수 있다.
더욱이 본 발명은 단로부(10), 차단부(20), 모선부(30), 및 제어부(40)의 외형 SIZE에 의한 전기실 전후면의 면적확보 및 특히 하단부 단말 CABLE 처리 공간확보로 유지보수작업에 안전성 확보가 가능하다.
10: 단로부
10t: 접속단자
20: 차단부
30: 모선부
40: 제어부
40s: 스크류축
50: 케이블접속부
CS: 절연SPACER
CS-1: 플랜지부, CS-2: 통형 날개

Claims (6)

  1. 부하전류를 제거한 후 회로를 격리하는 단로부(10), 선로를 통전 또는 차단하는 차단부(20), 모선이 연결되는 모선부(30), 및 상기 단로부와 차단부를 작동시키는 제어부(40)를 포함하는 전기철도용 절연개폐장치에 있어서,
    상기 단로부, 차단부, 모선부, 및 제어부는 일체형 단로기 및 차단기의 채용으로 축소 모듈화되고, 전면에 배치된 상기 제어부(40)의 배면에는 상기 단로부 및 차단부를 전후배치가 아닌 좌우배치로 상기 제어부에 적접 연결되도록 하여 절연개폐장치가 차지하는 공간을 줄여 휴먼 에러를 줄이고, 상기 축소 모듈화에 의해 절연개폐장치의 주모선과 상기 차단부의 작동로드의 길이를 짧게하는 배열구조로 상호 분해조립을 용이하게 하는 것과,
    상기 단로부, 차단부 및 모선부들 사이에는 밀착되는 플랜지부(CS-1)와 내벽이 밀착되는 통형 날개(CS-2)가 부착된 절연SPACER(CS)와,
    상기 단로부 내부에는 스크류축(40s)에 의해 제어부로 직접 연결되도록 하는 접속단자(10t)를 갖는 것을 특징으로 하는 전기철도용 친환경 모듈형 절연개폐 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는 단로부 및 차단부와 직접 결합됨에 의해 일체화되어, 단로부와 차단부의 구동을 직접 제어하는 것을 특징으로 하는 전기철도용 친환경 모듈형 절연개폐장치.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 단로부(10) 중 하부 단로부의 하단에 케이블접속부(50)를 구성하되 단로부를 좌우로 배열하여 전선이 연결되는 부분에 케이블 처리를 위한 여분의 공간을 확보하는 것을 특징으로 하는 전기철도용 친환경 모듈형 절연개폐장치.
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