KR20040100944A - 진공 스위치기어 - Google Patents

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KR20040100944A
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도노사키히로노리
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가부시끼가이샤 히다치 세이사꾸쇼
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Abstract

본 발명은 개폐기 본체의 용적을 크게 하는 일 없이, 차단성능의 저하를 방지하는 것이다.
바깥쪽 진공용기(10) 내에 복수의 안쪽 진공용기(70, 72, 74)를 수납하고, 각 안쪽 진공용기(70, 72, 74) 내에, 가동전극 로드(30, 32, 34)에 연결된 가동전극 (118, 120, 122)을 수납함과 동시에, 고정전극 로드(60, 62, 64)에 연결된 고정전극 (124, 126, 128)을 수납하고, 각 안쪽 진공용기(70, 72, 74)를 구성하는 가동전극측 금속판(88, 90, 92)에 각각 관통구멍(100, 102, 104)을 형성하고, 바깥쪽 진공용기 (10)의 내부와 각 안쪽 진공용기(70, 72, 74)의 내부를 동일한 진공압력으로 한다.

Description

진공 스위치기어{VACUUM SWITCH GEAR}
본 발명은 진공 스위치기어에 관한 것으로, 특히 진공용기 내에 수납된 개폐기를 구비하고, 전력계통의 수배전설비로서 사용하는 것에 적합한 진공 스위치기어에 관한 것이다.
전력계통 중 배전계통에는 수배전설비의 하나의 요소로서 스위치기어가 설치되어 있다. 종래, 이 종류의 스위치기어로서는 공기 중 절연방식의 것이 많이 채용되어 있었으나, 소형화를 도모하기 위하여 절연매체로서 SF6가스를 사용한 가스절연방식의 것이 채용되도록 되어 있다. 그런데 절연매체에 SF6가스를 사용하면 환경에 악영향을 미칠 염려가 있기 때문에, 최근 절연매체로서 진공절연을 사용한 진공절연방식의 것이 제안되어 있다.
진공절연방식의 스위치기어로서는, 예를 들면 진공용기 내에 고정전극과 가동전극이 서로 대향하여 배치된 주회로 개폐부가 복수쌍 수납되고, 가동전극이 모선측 도체에 접속되고, 고정전극이 부하측 도체에 접속되며, 각 주회로 개폐부가 아크시일드로 덮여지고, 각 모선측 도체가 가요성 도체를 거쳐 접속되도록 구성되어 있는 것이 있다(특허문헌 1 참조).
이 스위치기어에 의하면, 진공절연방식을 채용하고 있기 때문에 가스절연방식보다도 절연거리를 짧게 할 수 있어, 스위치기어를 컴팩트화할 수 있다.
[특허문헌 1]
일본국 특개2000-268685호 공보(제 3 페이지 ∼ 제 6 페이지, 도 1 ∼ 도 3)
상기 종래기술에 있어서는 각 주회로 개폐부가 아크 시일드로 덮여져 있기 때문에 단락사고시 등에 있어서 트립동작이 실행되어 가동전극과 고정전극이 떨어졌을 때에 각 전극으로부터 금속증기가 발생하여도 금속증기를 아크 시일드에 의해 차폐할 수 있게 되어 있다. 그러나 금속증기의 일부가 아크 시일드의 간극으로부터 비산하여 진공용기에 부착하는 일이 있으므로, 진공용기를 2중 구조로 하는 것이 시도되고 있다.
진공용기를 2중 구조로 할 때에 있어서는 예를 들면 개폐기 본체를 밀폐구조의 진공용기로 함과 동시에, 이 진공용기를 안쪽의 진공용기로서 스위치기어 본체의 진공용기(바깥쪽 진공용기) 내에 수납하고, 안쪽의 진공용기 내에 가동전극 로드에 유지되어 왕복운동 자유롭게 배치된 가동전극과, 이 가동전극에 서로 대향하여 배치되어 고정전극 로드에 유지된 고정전극을 수납하고, 가동전극과 고정전극의 주위를 아크 시일드로 차폐하는 구성이 채용되어 있다.
종래기술에 있어서는, 진공용기를 2중 구조로 하고 있기 때문에, 금속증기의 일부가 바깥쪽 진공용기에 부착하는 것을 방지할 수 있다.
그러나, 안쪽 진공용기를 밀폐구조로 하면, 전류차단시에 각 전극이 녹는 것에 수반하여 밀폐구조의 안쪽 진공용기 내에는 전극성분이나 전극에 함유되어 있는 가스 등이 방출되어 안쪽 진공용기의 내부의 진공압력(진공도)이 일시적으로 저하한다. 이 때문에, 차단전류가 커졌을 때에는 안쪽 진공용기의 용적을 크게 하지않으면 절연회복에 시간을 요하여 차단성능이 저하하게 된다. 또한 차단횟수가 증가하면 안쪽 진공용기의 내부의 압력이 회복되지 않아 차단성능이 저하되는 일이 있다. 한편, 차단성능을 높이기 위하여 안쪽 진공용기의 용적을 단지 크게 하였던 것으로는 스위치기어 전체를 소형화하는 것이 곤란해진다.
본 발명의 과제는, 개폐기 본체의 용적을 크게 하는 일 없이, 차단성능의 저하를 방지하는 것에 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태를 나타내는 진공 스위치기어의 주요부 단면 정면도,
도 2(a)는 안쪽 진공용기의 주요부 단면정면도,
도 2(b)는 안쪽 진공용기의 다른 실시형태를 나타내는 주요부 단면정면도이다.
※도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 바깥쪽 진공용기 12 : 상부 판재
14 : 하부 판재 30, 32, 34 : 가동전극 로드
36, 38, 40 : 벨로우즈 60, 62, 64 : 고정전극 로드
70, 72, 74 : 안쪽 진공용기
76, 78, 80, 82, 84, 86 : 절연성 시일드
88, 90, 92 : 가동전극측 금속판 94, 96, 98 : 고정전극측 금속판
100, 102, 104 : 관통구멍 106, 108, 110 : 벨로우즈
112, 114, 116 : 전극 시일드 118, 120, 122 : 가동전극
124, 126, 128 : 고정전극
상기 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 접지의 대상이 되는 바깥쪽 진공용기와, 상기 바깥쪽 진공용기 내에 수납된 안쪽 진공용기와, 상기 안쪽 진공용기 내에 배치된 개폐기를 구비하고, 상기 안쪽 진공용기에는 상기 안쪽 진공용기 내와 상기 바깥쪽 진공용기 내에 연통하는 관통구멍이 형성되어 이루어지는 진공 스위치기어를 구성한 것이다.
이하, 본 발명의 일 실시형태를 도면에 의거하여 설명한다. 도 1은 본 발명에 관한 진공 스위치기어의 일 실시형태를 나타내는 주요부 단면정면도이다. 도 1에 있어서, 진공 스위치기어는 배전계통에 있어서의 수배전설비의 일 요소로서, 스테인리스제의 바깥쪽 진공용기(10)를 구비하여 구성되어 있다. 바깥쪽 진공용기(10)는 상부 판재(12)와 하부 판재(14) 및 측부 판재(16)를 구비하고, 각 판재의 주위(가장자리)가 서로 용접에 의해 접합되어 있음과 동시에, 설비 본체와 함께 접지되어 있다.
상부 판재(12)에는 관통구멍(18, 20, 22)이 형성되어 있고, 각 관통구멍 (18, 20, 22)의 가장자리에는 고리형상의 베이스(24, 26, 28)가 각 관통구멍(18, 20, 22)을 덮도록 하여 고정되어 있다. 그리고 각 베이스(24, 26, 28)의 중앙에 형성된 원형 공간부에는 원주형상의 가동전극 로드(30, 32, 34)가 왕복운동(상하운동) 자유롭게 삽입되어 있다. 즉, 각 관통구멍(18, 20, 22)은 베이스(24, 26, 28), 가동전극 로드(30, 32, 34)에 의해 폐쇄되어 있다. 가동전극 로드(30, 32, 34)의 축방향 끝부(상부측)는 바깥쪽 진공용기(10)의 외부에 설치되는 조작기(전자조작기)에 연결되도록 되어 있다. 또 상부 판재(12)의 하부측에는 각 관통구멍(18, 20, 22)의 가장자리를 따라 벨로우즈(36, 38, 40)가 왕복운동(상하운동) 자유롭게 배치되어 있고, 각 벨로우즈(36, 38, 40)는, 축방향의 한쪽 끝측이 상부 판재(12)의 하부측에 고정되고, 축방향의 다른쪽 끝측이 각 가동전극 로드(30, 32, 34)의 바깥 둘레면에 장착되어 있다. 즉, 바깥쪽 진공용기(10)를 밀폐구조로 하기 위하여 각 관통구멍(18, 20, 22)의 가장자리에는 각 가동전극 로드(30, 32, 34)의 축방향을 따라 벨로우즈(36, 38, 40)가 배치되어 있다. 또 상부 판재(12)에는 배기관(도시생략)이 연결되고, 이 배기관을 거쳐, 바깥쪽 진공용기(10) 내가 진공 배기되도록 되어 있다.
한편, 하부 판재(14)에는 관통구멍(42, 44, 46)이 형성되어 있고, 각 관통구멍(42, 44, 46)의 가장자리에는 절연성 부싱(48, 50, 52)이 각 관통구멍(42, 44, 46)을 덮도록 하여 고정되어 있다. 각 부싱(48, 50, 52)의 바닥부측에는 고리형상의 절연성 베이스(54, 56, 58)가 고정되어 있다. 그리고 각 베이스(54, 56, 58)중앙의 원형 공간부에는 원주형상의 고정전극 로드(60, 62, 64)가 삽입되어 있다. 즉, 하부 판재(14)에 형성된 관통구멍(42, 44, 46)은 각각 부싱(48, 50, 52), 베이스(54, 56, 58), 고정전극 로드(60, 62, 64)에 의해 폐쇄되어 있다. 그리고 고정전극 로드(60, 62, 64)의 축방향 한쪽 끝측에는 바깥쪽 진공용기(10)의 외부에 배치된 케이블(배전선)에 연결되도록 되어 있다.
측부 판재(16)에는 측정용 통기구멍(66)이 형성되어 있고, 이 통기구멍(66)에는 진공압력 측정장치(68)가 고정되고, 진공압력 측정장치(68)에 의해 바깥쪽 진공용기(10) 내의 진공압력(진공도)이 측정되도록 되어 있다.
바깥쪽 진공용기(10)의 내부에는, 개폐기를 구성하는 차단기의 본체가 되는 안쪽 진공용기(70, 72, 74)가 수납되어 있고, 각 안쪽 진공용기(70, 72, 74)에는 각각 개폐기로서의 차단기가 분산하여 수납되어 있다.
안쪽 진공용기(70, 72, 74)는 원통형상으로 형성된 세라믹스제의 절연성 시일드(76, 78, 80, 82, 84, 86), 대략 원판형상으로 형성된 스테인리스제의 가동전극측 금속판(88, 90, 92), 원판형상으로 형성된 스테인리스제의 고정전극측 금속판(94, 96, 98)을 구비하여 구성되어 있고, 가동전극측 금속판(88, 90, 92)에는 각각 바깥쪽진공용기(10)와 안쪽 진공용기(70, 72, 74)에 연통하는 관통구멍(100, 102, 104)이 형성되어 있다. 또한 각 안쪽 진공용기(70, 72, 74)에는 벨로우즈(106, 108, 110), 전극 시일드(112, 114, 116)가 수납되어 있음과 동시에, 가동전극(118, 120, 122), 고정전극(124, 126, 128)이 수납되어 있다.
벨로우즈(106, 108, 110)는, 가동전극 로드(30, 32, 34)의 축방향을 따라 배치되어, 그 축방향의 한쪽 끝측이 금속판(88, 90, 92)의 바닥부측에 고정되고, 다른쪽 끝이 가동전극 로드(30, 32, 34)의 바깥 둘레면에 장착되어 있다. 전극 시일드 (112, 114, 116)는 스테인리스를 사용하여 대략 원통형상으로 형성되어 각 가동전극 (118, 120, 122), 고정전극(124, 126, 128)의 주위를 덮도록 배치되어 있고, 그 중간부 바깥 둘레측이 각각 절연성 시일드(76)와 절연성 시일드(78), 절연성 시일드(80)와 절연성 시일드(82), 절연성 시일드(84)와 절연성 시일드(86)에 의해 지지되어 있다. 즉, 전극 시일드(112, 114, 116)는 전류 차단시에 가동전극(118, 120, 122), 고정전극(124, 126, 128)으로부터 발생하는 금속증기가 안쪽 진공용기(70, 72, 74)의 외부로 비산하는 것을 방지하도록 배치되어 있다. 또 가동전극(118, 120, 122)은 각각 가동전극 로드(30, 32, 34)의 축방향 끝부에 고정되어 있고, 고정전극(124, 126, 128)은 각각 고정전극 로드(60, 62, 64)의 축방향 끝부에 고정되어 있다.
여기서, 금속판(88, 90, 92)에 관통구멍(100, 102, 104)을 형성할 때에는 전류 차단시에 각 가동전극(118∼122), 고정전극(124∼128)으로부터 금속증기가 발생하였을 때에, 이 금속증기가 바깥쪽 진공용기(10) 내로 비산하지 않을 정도의 크기로 형성함과 동시에, 전류 차단시에 각 안쪽 진공용기(70, 72, 74) 내의 진공압력(진공도)이 일시적으로 저하하여도 각 안쪽 진공용기(70, 72, 74) 내의 진공압력을 바로 회복할 수 있을 정도의 크기의 것으로 하고 있다.
또, 금속판(88, 90, 92)에 관통구멍(100, 102, 104)을 형성할 때에는 도 2(a)에 나타내는 바와 같이 전극 시일드(112∼116)로서는 가동전극(118∼122)의 바깥 둘레측 끝부(가장자리)와 관통구멍(100, 102, 104)을 연결하는 직선과, 고정전극(124∼ 128)의 바깥 둘레측 끝부(가장자리)와 관통구멍(100, 102, 104)을 연결하는 직선 사이의 영역 내에, 적어도 그 일부가 배치되도록 그 위치와 형상이 고려되어 있다. 즉, 전류 차단시에 각 전극으로부터 발생하는 금속증기나 전자가 관통구멍(100, 102, 104)으로부터 비산하지 않도록 전극 시일드(112∼116)의 위치와 형상이 결정되어 있다.
상기의 점을 고려하여 전극 시일드(112∼116)를 배치하면 전류 차단시에, 각 전극으로부터 발생하는 금속증기나 전자를 전극 시일드(112∼116)에 의해 차폐할 수 있어, 금속증기나 전자가 각 안쪽 진공용기(70, 72, 74)로부터 외부 진공용기(10) 내로 누출되는 것을 방지할 수 있다.
즉, 각 전극이 녹았을 때에 발생하는 금속증기나 전자는 진공 중에서는 거의 직진하기 때문에, 각 가동전극(118∼122)과 각 고정전극(124∼128) 사이에 형성되는 공간부(전류 차단부)와, 각 관통구멍(100, 102, 104)을 직선으로 연결하는 영역 내에 전극 시일드(112, 114, 116)를 배치함으로써 관통구멍(100, 102, 104)으로부터 금속용 증기나 전자가 누출되는 것을 방지할 수 있다.
이와 같이, 본 실시형태에 있어서는 금속판(88, 90, 92)에 관통구멍(100, 102, 104)을 형성하도록 하였기 때문에, 전류 차단시에 안쪽 진공용기(70, 72, 74) 내의 진공압력이 일시적으로 저하하여도 각 안쪽 진공용기(70, 72, 74) 내의 진공압력을 바로 회복시킬 수 있어 차단성능의 저하를 방지할 수 있다.
따라서, 차단전류가 커져도 각 안쪽 진공용기(70, 72, 74)의 용적을 크게 하는 일 없이, 차단성능을 향상시킬 수 있다. 또 바깥쪽 진공용기(10) 내의 진공압력(진공도)과 각 안쪽 진공용기(70, 72, 74) 내의 진공압력(진공도)을 같게 할 수 있음 과 동시에, 각 용기 내의 진공압력(진공도)을 진공압력 측정장치(68)에 의해 감시 및 관리할 수 있다.
또, 상기 실시형태에 있어서는, 벨로우즈(106, 108, 110)를 각 안쪽 진공용기 (70, 72, 74)의 내부에 수납하는 것에 대하여 설명하였으나, 도 2(b)에 나타내는 바와 같이 각 벨로우즈(106, 108, 110)를 안쪽 진공용기(70, 72, 74)의 외부에 배치함으로써 각 진공용기(70, 72, 74)를 작게 할 수 있어, 각 안쪽 진공용기(70, 72, 74)의 소형화에 기여할 수 있다.
또, 상기 실시형태에 있어서는, 금속판(88, 90, 92)에 관통구멍(100, 102, 104)을 형성하는 것에 대하여 설명하였으나, 고정전극측 금속판(94, 96, 98)에 관통구멍을 형성할 수도 있다.
또한 금속판(88, 90, 92)에 관통구멍(100∼104)을 형성할 때에는 각 금속판 (88∼92)의 바닥부측에 각 관통구멍(100∼104)을 차폐하기 위한 차폐판을 배치하는 구성을 채용하여도 금속증기 등이 각 관통구멍(100∼104)으로부터 누출되는 것을 방지할 수도 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면 전류 차단시에 안쪽 진공용기 내의 진공압력이 저하하여도 안쪽 진공용기 내의 진공압력을 바로 회복시킬 수 있어, 차단성능의 향상에 기여할 수 있다.

Claims (5)

  1. 접지의 대상이 되는 바깥쪽 진공용기와, 상기 바깥쪽 진공용기 내에 수납된 안쪽 진공용기와, 상기 안쪽 진공용기 내에 배치된 개폐기를 구비하고, 상기 안쪽 진공용기에는, 상기 안쪽 진공용기 내와 상기 바깥쪽 진공용기 내에 연통하는 관통구멍이 형성되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 진공 스위치기어.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 바깥쪽 진공용기 내에 수납된 안쪽 진공용기를 복수로 가지고, 상기 복수의 안쪽 진공용기 내에 각각 분산하여 복수의 개폐기가 배치되고, 상기 복수의 안쪽 진공용기에는 상기 각 안쪽 진공용기 내와 상기 바깥쪽 진공용기 내에 연통하는 연통구멍이 각각 형성되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 진공 스위치기어.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 개폐기는, 가동전극 로드에 유지되어 왕복운동 자유롭게 배치된 가동전극과, 상기 가동전극에 서로 대향하여 배치되어 고정전극 로드에 유지된 고정전극을 구비하고, 상기 가동전극 로드는, 축방향의 한쪽 끝부가 상기 바깥쪽 진공용기 밖의 조작기에 연결되고, 상기 고정전극 로드는, 축방향의 한쪽 끝부가 상기 바깥쪽 진공용기 밖의 케이블에 연결되고,
    상기 안쪽 진공용기는, 상기 가동전극과 상기 고정전극의 주위를 덮는 통형상의 절연성 시일드와, 상기 절연성 시일드 내에 배치되어 상기 가동전극과 상기 고정전극의 주위를 덮는 통형상의 전극 시일드와, 고리형상으로 형성되어 상기 절연성 시일드의 축방향 한쪽 끝측의 영역 중 상기 가동전극 로드의 주위의 영역을 덮는 가동전극측 금속판과, 고리형상으로 형성되어 상기 절연성 시일드의 축방향 다른쪽 끝측의 영역 중 상기 고정전극 로드의 주위의 영역을 덮는 고정전극측 금속판을 구비하고, 상기 가동전극측 금속판과 상기 고정전극측 금속판 중 적어도 한쪽에 상기 관통구멍이 형성되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 진공 스위치기어.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 전극 시일드는, 그 일부가 상기 가동전극의 바깥 둘레측 끝부와 상기 관통구멍을 연결하는 직선과, 상기 고정전극의 바깥 둘레측 끝부와 상기 관통구멍을 연결하는 직선 사이의 영역 내에 배치되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 진공 스위치기어.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 바깥쪽 진공용기에는, 진공압력 측정장치에 접속되는 측정용 통기구멍이 형성되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 진공 스위치기어.
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