KR20020017737A - 양방향 구동형 가스 차단기 - Google Patents

양방향 구동형 가스 차단기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 고장 전류 차단시의 개극속도 및 극간거리를 증대시킬 수 있는 양방향 구동형 가스 차단기를 제공하고자 한다.
본 발명에 따른 양방향 구동형 가스 차단기는, 고장 전류의 발생시 그를 차단 하기 위한 것으로 고정 아크 접점부, 가동 아크 접점부, 파퍼 실린더, 노즐 및 피스톤을 갖는 차단부와, 상기 차단부를 조작하기 위한 조작기를 구비하는 가스 차단기에 있어서, 상기 노즐의 단부에는 소정 길이의 연결대가 마련되어 노즐의 이동시 함께 이동되도록 결합되고, 상기 고정 아크 접점부의 일측 단부에는 상기 연결대의 이동시 그 이동력을 이용하여 연결대의 이동방향과 반대방향으로 고정 아크 접점부를 이동시키기 위한 고정 아크 접점부 이동수단이 마련된다.
이와 같은 본 발명에 의하면, 차단부의 실린더 로드의 스트로크에 따라 고정 아크 접점부(제2 가동 아크 접점부)를 가동 아크 접점부와 동일한 속도로 반대 방향으로 이동시킴으로써 개극속도 및 극간거리를 상대적으로 증가시켜 고장전류 차단 및 절연회복 성능을 한층 향상시킬 수 있다.

Description

양방향 구동형 가스 차단기{BIDIRECTIONAL OPERATION TYPE GAS CIRCUIT BREAKER}
본 발명은 양방향 구동형 가스 차단기에 관한 것으로서, 특히 차단부의 실린더 로드의 행정(stroke)에 따라 고정 아크 접점부를 가동 아크 접점부와 동일한 속도로 반대 방향으로 이동시킴으로써 개극속도 및 극간거리를 상대적으로 증가시켜 고장전류 차단 및 절연회복 성능을 한층 향상시킬 수 있는 양방향 구동형 가스 차단기에 관한 것이다.
일반적으로, 전력 계통에서 고장이 발생하는 경우 계통 및 각종 전력기기를 보호하기 위해서는 고장 전류를 차단해야 한다. 이와 같은 고장 전류를 차단하는 장치를 차단기라 하며, 소호/절연 매질에 따라 진공 차단기(VCB:Vacuum Circuit Breaker), 오일 차단기(OCB:Oil Circuit Breaker), 가스 차단기(GCB:Gas Circuit Breaker) 등으로 분류된다. 차단기가 고장 전류를 차단한다는 것은 고장 전류 차단 시에 두 접점 사이에서 발생하는 아크(arc)를 소호(extinction)한다는 것을 의미하며, 아크를 소호하는 방식에 따라 가스 차단기는 다시 파퍼 소호방식(puffer type), 로터리 아크 소호방식(rotating arc type), 열팽창 소호방식(thermal expansion type), 복합 소호방식(hybrid extinction type) 등으로 분류된다. 현재, 초고압급(72.5kV급이상) 차단기로는 SF6가스를 소호/절연 매질로 하는 파퍼 소호방식의 차단기가 주로 사용되고 있다.
파퍼 소호방식 가스 차단기는 도 1에 도시된 바와 같이, 고장 전류를 차단하기 위한 차단부(101)와, 차단부(101)의 조작을 위한 조작기(109)로 크게 구성되어있다. 그리고, 차단부(101)는 고정 아크 접점부(102), 가동 아크 접점부(103), 파퍼 실린더(104), 노즐(105), 피스톤(106) 및 그들을 전체적으로 감싸서 보호하는 것으로 그 내부에는 SF6가스가 충전(充塡)되어 있는 원통형의 금속용기(107)로 구성되어 있다. 참조번호 108은 차단부(101)와 조작기(109)를 연결하는 조작기 로드를 나타낸다.
이상과 같은 구성의 파퍼 소호방식 가스 차단기에 있어서, 차단부(101)는 정상 상태에서는 도 2a에 도시된 것처럼, 닫혀 있는 상태를 유지하면서 정상 전류를 흘리게 된다. 그러나, 일단 전력 계통에 이상이 발생하여 정상 전류의 수배(예컨대, 약 10배)에 달하는 고장 전류가 흐르게 되면, 조작기의 구동 코일이 고장 전류에 의해 여자(勵磁)되고, 코일에서 발생한 전자력(電磁力)에 의해 조작기의 스위치(미도시)가 동작하여 도 2b에 도시된 바와 같이 차단부(101)의 가동부(파퍼 실린더, 노즐, 가동 아크 접점부 등)를 잡아 당기게(도면상에서는 우측에서 좌측으로) 된다. 그러면, 파퍼 실린더(104) 내부의 SF6가스는 피스톤(106)에 의해 압축되고, 가동부가 이동함에 따라 가동 아크 접점부(103)와 고정 아크 접점부(102)가 상호 분리된다. 이에 따라 가동 아크 접점부(103)와 고정 아크 접점부(102) 사이에는 아크가 발생된다. 이때, 발생된 아크는 도 2c에서와 같이 파퍼 실린더(104)에서 압축된 SF6가스로 불어서 소호(消弧)하고, 차단기는 비로소 고장 전류 차단에 성공하게 된다(실제로는 아크 소호 후에도 극간 사이의 열적 회복과 절연 회복에 성공한 경우에만 차단에 성공했다고 한다).
한편, 이상과 같은 차단기가 고장전류를 차단하고 극간의 절연을 신속하게 회복하기 위해서는 고속으로 동작함과 동시에 극간의 거리가 충분히 떨어져야 한다. 이때, 극간의 절연회복을 높이기 위하여 극간 거리를 길게 하면, 필연적으로 행정거리가 길어진다. 행정거리가 길어지면 파퍼 실린더(104)의 체적도 커지게 되고, 동일한 조작력으로 차단부가 동작할 경우 파퍼 실린더(104) 내의 압력상승이 저하되어 결국 고장 전류 차단성능이 떨어지는 결과를 초래한다.
한편, 압력상승의 저하를 방지하기 위해서는 개극속도가 높여야 하는데, 개극속도를 높이기 위해서는 조작기의 조작력을 크게 증대시켜야 하는 문제가 있다. 하지만, 일반적으로 조작기의 조작력을 증대시키는 데는 한계가 있다. 예를 들면, 단일 조작기 내에서의 조작력의 증대는 30% 이내에서 행해지고 있다. 따라서, 차단용량이 증대될수록 차단부 뿐만이 아니라 조작기도 커질 수 밖에 없다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 창출된 것으로서, 조작기의 외형적인 크기 변경이나 조작력의 변경없이 개극속도를 증가시키고, 차단부의 크기의 증대없이 스트로크와 극간거리를 증대시킬 수 있는 양방향 구동형 가스 차단기를 제공함에 그 목적이 있다.
도 1은 종래 파퍼 소호방식 가스 차단기의 개략적인 구성도.
도 2a 내지 도 2c는 파퍼 소호방식 가스 차단기의 아크 소호 과정을 보여주는 도면.
도 3은 본 발명에 따른 양방향 구동형 가스 차단기의 차단부의 개략적인 구성도.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명에 따른 양방향 구동형 가스 차단기의 차단 동작과정을 보여주는 도면.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
101,301...차단부 102...고정 아크 접점부
103,303...가동 아크 접점부 104,304...파퍼 실린더
105,305...노즐 106,306...피스톤
302...제2 가동 아크 접점부 307...연결대
308...제1 기어결합부 309...회전기어
310...고정지지대 311...제2 기어결합부
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 양방향 구동형 가스 차단기는, 고장 전류의 발생시 그를 차단 하기 위한 것으로 고정 아크 접점부, 가동 아크 접점부, 파퍼 실린더, 노즐 및 피스톤을 갖는 차단부와, 상기 차단부를 조작하기위한 조작기를 구비하는 가스 차단기에 있어서,
상기 노즐의 단부에는 소정 길이의 연결대가 마련되어 노즐의 이동시 함께 이동되도록 결합되고, 상기 고정 아크 접점부의 일측 단부에는 상기 연결대의 이동시 그 이동력을 이용하여 연결대의 이동방향과 반대방향으로 고정 아크 접점부를 이동시키기 위한 고정 아크 접점부 이동수단이 마련되어 있는 점에 그 특징이 있다.
여기서, 상기 고정 아크 접점부 이동수단은 상기 연결대의 단부에 취부되는 제1 기어결합부와, 그 제1 기어결합부와 맞물림 결합되어 연결대의 직선운동력을 회전운동력으로 변환하는 회전기어와, 상기 회전기어를 고정하는 고정지지대와, 그 고정지지대 내에 상기 회전기어와 맞물림 결합 가능하게 설치되어, 회전기어의 회전운동력을 다시 직선운동력으로 변환하는 제2 기어결합부로 구성된다.
이와 같은 본 발명에 의하면, 차단부의 실린더 로드의 스트로크에 따라 고정 아크 접점부(제2 가동 아크 접점부)를 가동 아크 접점부와 동일한 속도로 반대 방향으로 이동시킴으로써 개극속도 및 극간거리를 상대적으로 증가시킬 수 있다.
이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명에 따른 양방향 구동형 가스 차단기의 차단부의 개략적인 구성도이다.
본 발명에 따른 양방향 구동형 가스 차단기는 일반적인 가스 차단기와 마찬가지로 고장 전류를 차단하기 위한 차단부와, 차단부를 조작하기 위한 조작기(미도시)로 크게 구성된다. 도 3에 도시된 바와 같이, 차단부(301)는 고정 아크 접점부(302)(종래의 차단부의 구성요소를 그대로 가지고 있다는 것을 설명하기 위해 이와 같이 '고정 아크 접점부'라고 표현했으나, 이하에서는 제2 가동 아크 접점부로 지칭한다. 왜냐하면, 본 발명에서는 종래의 이 고정 아크 접점부가 종래와는 달리 가동되기 때문이다. 이에 대해서는 후술됨.), 가동 아크 접점부(303), 파퍼 실린더 (304), 노즐(305) 및 피스톤(306)을 기본적으로 구비한다.
그리고, 상기 노즐의 단부에는 소정 길이의 연결대(307)가 마련되어 노즐의 이동시 함께 이동되도록 결합되고, 상기 제2 가동 아크 접점부(302)의 일측 단부에는 상기 연결대(307)의 이동시 그 이동력을 이용하여 연결대(307)의 이동방향과 반대방향으로 제2 가동 아크 접점부(302)를 이동시키기 위한 제2 가동 아크 접점부 이동수단이 마련된다.
여기서, 상기 제2 가동 아크 접점부 이동수단은 상기 연결대(307)의 단부에 취부되는 제1 기어결합부(308)와, 그 제1 기어결합부(308)와 맞물림 결합되어 연결대의 직선운동력을 회전운동력으로 변환하는 회전기어(309)와, 그 회전기어(309)를 고정하는 고정지지대(310)와, 그 고정지지대(310) 내에 상기 회전기어(309)와 맞물림 결합 가능하게 설치되어, 회전기어(309)의 회전운동력을 다시 직선운동력으로 변환하는 제2 기어결합부(311)로 구성된다.
그러면, 이상과 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 양방향 구동형 가스 차단기의 동작에 대해 간략히 설명해 보기로 한다.
차단부(301)는 정상 상태에서는 도 4a에 도시된 것처럼, 닫혀 있는 상태를 유지하면서 정상 전류를 흘리게 된다. 그러나, 일단 전력 계통에 이상이 발생하여정상 전류의 수배에 달하는 고장 전류가 흐르게 되면, 조작기(미도시)가 동작하여 도 4b에 도시된 바와 같이 차단부(301)의 1차 가동부, 즉 파퍼 실린더(304), 노즐 (305), 가동 아크 접점부(303)를 잡아 당기게(도면상에서는 우측에서 좌측으로) 된다. 그러면, 파퍼 실린더(304) 내부의 SF6가스는 피스톤(306)에 의해 압축되고, 1차 가동부가 이동함에 따라 가동 아크 접점부(303)와 제2 가동 아크 접점부(302)가 도 4c에 도시된 바와 같이 상호 분리된다. 이에 따라 가동 아크 접점부(303)와 제2 가동 아크 접점부(302) 사이에는 아크가 발생된다. 이때, 발생된 아크는 파퍼 실린더(304)에서 압축된 SF6가스로 불어서 소호(消弧)하고, 차단기는 비로소 고장 전류 차단에 성공하게 된다.
이상과 같은 일련의 과정에 있어서, 상기 1차 가동부가 이동할 시 노즐 (305)에 결합되어 있는 연결대(307)도 함께 이동(좌측에서 우측으로)하게 되며, 이에 따라 연결대(307) 단부에 취부되어 있는 제1 기어결합부(308)가 이동하여, 도 4b에 도시된 바와 같이 회전기어(309)와 맞물림 결합된다. 따라서, 회전기어(309)는 회전하게 되고, 그 결과 회전기어(309)와 맞물림 결합되어 있는 제2 기어결합부 (311)가 좌측에서 우측으로 직선 이동하게 된다. 그에 따라 제2 기어결합부(311)에 고정 결합되어 있는 제2 가동 아크 접점부(302)도 동시에 좌측에서 우측으로 직선 이동하게 되며, 그 결과 제2 가동 아크 접점부(302)와 가동 아크 접점부(303)의 분리(개극) 속도는 종래에 비해 2배로 증가하게 되고, 극간 거리도 2배로 증가하게 된다.
이상의 설명에서와 같이 본 발명에 따른 양방향 구동형 가스 차단기는, 차단부의 실린더 로드의 스트로크에 따라 고정 아크 접점부(제2 가동 아크 접점부)를 가동 아크 접점부와 동일한 속도로 반대 방향으로 이동시킴으로써 개극속도 및 극간거리를 상대적으로 증가시켜 고장전류 차단 및 절연회복 성능을 한층 향상시킬 수 있다.

Claims (2)

  1. 고장 전류의 발생시 그를 차단 하기 위한 것으로 고정 아크 접점부, 가동 아크 접점부, 파퍼 실린더, 노즐 및 피스톤을 갖는 차단부와, 상기 차단부를 조작하기 위한 조작기를 구비하는 가스 차단기에 있어서,
    상기 노즐의 단부에는 소정 길이의 연결대가 마련되어 노즐의 이동시 함께 이동되도록 결합되고, 상기 고정 아크 접점부의 일측 단부에는 상기 연결대의 이동시 그 이동력을 이용하여 연결대의 이동방향과 반대방향으로 고정 아크 접점부를 이동시키기 위한 고정 아크 접점부 이동수단이 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 양방향 구동형 가스 차단기.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 고정 아크 접점부 이동수단은 상기 연결대의 단부에 취부되는 제1 기어결합부와, 그 제1 기어결합부와 맞물림 결합되어 연결대의 직선운동력을 회전운동력으로 변환하는 회전기어와, 상기 회전기어를 고정하는 고정지지대와, 그 고정지지대 내에 상기 회전기어와 맞물림 결합 가능하게 설치되어, 회전기어의 회전운동력을 다시 직선운동력으로 변환하는 제2 기어결합부로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 양방향 구동형 가스 차단기.
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