KR20150134206A - 가스절연 개폐장치의 가스차단기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 가스절연 개폐장치의 가스차단기에 관한 것이다. 본 발명에서는 고정측 아크전극(20)이 내부에 설치되는 고정측 도체몸체(12)의 내부공간(14)과 외부가 배기홀(40)에 의해 연통된다. 상기 배기홀(40)의 위치는 상기 내부공간(14)중 노즐(30)이 입출되는 단부의 반대쪽 단부이다. 이는 상기 노즐(30)에서 나온 가스가 상기 배기홀(40)로 직진할 수 있도록 하기 위함이다. 그리고, 상기 배기홀(40)에 인접하여서는 상기 내부공간(14)을 구획하면서 연통공(39)으로 연통시키는 격벽(38)이 형성된다. 상기 격벽(38)은 대전류 차단시에 상대적으로 고속으로 유동되는 가스가 내부공간(14)의 내부에서 잠시 지체되도록 하여 가스의 온도가 충분히 조절될 수 있도록 한다. 상기 격벽(38)은 상기 고정측 도체몸체(12)에 일체로 형성되어 전체적으로 부품수가 줄어들게 함과 동시에 가스의 유동을 제어하여 가스차단기의 동작특성을 좋게 하는 이점이 있다.

Description

가스절연 개폐장치의 가스차단기{Gas circuit breaker for gas insulated switchgear}

본 발명은 가스절연 개폐장치의 가스차단기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 아크의 열에 의해 가열된 가스가 고정측 도체의 외부로 원활하게 전달하도록 구성된 가스절연 개폐장치의 가스차단기에 관한 것이다.

가스절연 개폐장치(GIS: Gas Insulated Switchgear)는 금속제 밀폐용기에 절연성능과 소호기능이 우수한 절연용 가스를 절연매체로 사용하여 도체와 각종 보호기기들을 수납시켜 신뢰성을 향상시킨 수변전 설비이며, 차단기, 단로기, 접지개폐기 등 여러가지 구성들이 복합적으로 있다.

전력계통에서 고장이 발생하는 경우, 계통 및 각종 전력기기를 보호하기 위해서는 고장 전류를 신속하고 안전하게 차단해야 한다. 고장전류를 차단하는 장치를 차단기라고 하는데, 소호 및 절연 매질에 따라 진공차단기, 오일차단기, 가스차단기 등으로 분류된다. 차단기가 고장전류를 차단한다는 것은 고장전류 차단시에 두 접점 사이에서 발생하는 아크(arc)를 소호한다는 것을 의미하며, 아크를 소호하는 방식에 따라 가스차단기는 파퍼소호방식(puffer type) 및 복합소호방식으로 분류된다. 72.5kV급 이상의 초고압 차단기로는 절연성 가스(SF₆)를 소호 및 절연 매질로 사용하는 파퍼소호방식의 가스차단기가 주로 사용되고 있다.

차단기에서는 고장전류의 차단을 수행한다. 전로에서 고전압이 흐르는 경우에는 전극이 분리될 때, 아크가 발생하는데, 차단기에서는 별도의 고정측 아크전극과 가동측 아크전극을 두어 이들 고정측 아크전극과 가동측 아크전극에서만 아크가 발생하도록 한다. 즉, 아크가 한 곳에서 집중되어 발생하도록 하여 이를 쉽게 소호시킬 수 있도록 하는 것이다.

가스절연 개폐장치에서 가동측 아크전극과 고정측 아크전극 사이에서 아크가 발생했을 때, 아크의 열에 의해서 노즐에 있는 가스가 가열되고, 이 가열된 가스가 열파퍼실의 내부로 들어가게 된다. 아크를 소호시키기 위해서는 열파퍼실의 가스가 노즐을 통해 배출된다. 이와 같이 배출된 가스는 고정측의 고정측 도체 내부를 유동하여 고정측 도체 외부로 배출되는데, 그 밀도가 높아져야 전계강도가 높아지면서 지락이 발생하는 것을 방지할 수 있다.

하지만, 가스절연 개폐장치에서 전류 차단시에 대전류차단인 경우와 저전류차단인 경우에 가스의 속도가 달라, 특히 저전류차단인 경우에 외부로 가스가 원활하게 배출되지 못하는 문제점이 있다. 즉, 고정측의 고정측 도체 내부에는 가스가 유동되는 경로가 원통형의 유로가이드에 의해 형성된다. 따라서, 고정측 도체 내부의 유로가이드 내부를 통해 유동된 가스가 유로가이드의 외면과 고정측 도체의 내면 사이에 형성된 유로를 통해 고정측 도체의 반대쪽으로 유동된다. 이와 같은 구조는 대전류 차단시의 고속으로 유동되는 가스에는 적합하나, 저전류 차단시의 저속으로 유동되는 가스에는 적합하지 않다. 즉, 저전류 차단시의 저속으로 유동되는 가스는 상기 고정측 도체를 빠져나가지 못해 극간차단 성능에 영향을 미치게 되는 것이다.

대한민국 등록특허 제10-0584870호

본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 가스절연 개폐장치의 가스차단기에서 아크의 소호를 위한 가스가 고정측 도체의 외부로 어떠한 경우에도 원활하게 빠져나갈 수 있도록 하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 가스절연 개폐장치의 가스차단기에서 고정측의 구성을 위한 부품을 최소화하는 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명은 고정측 도체와 가동측 도체 사이의 전기적 연결을 가동측 메인전극과 고정측 메인전극이 수행하고 상기 가동측 도체에 있는 가동측 아크전극과 상기 고정측 도체에 있는 고정측 아크전극이 상기 가동측 메인전극과 고정측 메인전극보다 나중에 분리되면서 노즐에서 분사되는 가스를 통해 상기 가동측 아크전극과 고정측 아크전극 사이에서 발생하는 아크를 소호하는 가스절연 개폐장치의 가스차단기에 있어서, 상기 고정측 도체의 골격을 형성하는 고정측 도체몸체의 내부에 형성된 내부공간에서 상기 고정측 도체몸체의 일단부로는 상기 노즐이 입출되고 상기 노즐이 입출되는 반대쪽 단부에 상기 내부공간에서 상기 가스가 외부로 배출되는 배기홀이 형성되는데, 상기 배기홀은 상기 고정측 도체몸체의 외주면을 둘러 다수개가 형성된다.

상기 배기홀 옆에 위치하도록 상기 내부공간의 내면을 둘러서는 격벽이 형성되는데, 상기 격벽은 상기 내부공간의 내면을 둘러서 링형상으로 만들어지는데, 상기 내부공간의 내면에서 소정 높이만큼 돌출되게 형성된다.

상기 격벽은 상기 내부공간의 내면에서 소정 높이만큼 돌출되면서 연통공을 형성하는데, 상기 연통공은 격벽에 의해 구획되어 있는 내부공간의 양측을 연통시키는 역할을 한다.

상기 노즐과 상기 고정측 아크전극은 다수개의 링크를 통해 서로 연결되어 상기 노즐측의 가동측 아크전극과 상기 고정측 아크전극이 결합되고 분리되는 동작이 연동된다.

상기 고정측 아크전극에는 연결구가 설치되고 상기 연결구에는 링크1의 일단부가 상대 회전되게 연결되고 상기 링크1의 타단부에는 상기 고정측 도체몸체에 중심핀을 중심으로 회전가능하게 설치된 링크2의 일단부가 상대회전가능하게 연결되고 상기 링크2의 타단부에는 링크3의 일단부가 연결되고 상기 링크3의 타단부는 상기 노즐에 상대 회전가능하게 연결된다.

본 발명에 의한 가스절연 개폐장치의 가스차단기에서는 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.

먼저, 본 발명에서는 가스차단기에서 노즐을 통해 배출되는 가스가 고정측 도체의 일단부쪽에서 타단부쪽으로 직선이동하여 외부로 배출되도록 유로를 형성하였으므로 고속의 가스는 물론이고 저속의 가스도 쉽게 고정측 도체의 외부로 배출될 수 있어 가스차단기의 극간차단성능 및 대지간 절연성능이 향상되는 효과가 있다.

그리고, 본 발명에서는 고정측 도체의 내부에 일체로 격벽을 형성하였으므로 가스차단기의 고정측을 구성하는 부품수가 상대적으로 줄어들게 되고 고정측 도체의 내부공간의 활용자유도가 높아지고 조립공정 등이 줄어들게 되는 효과도 있다.

또한, 상기 격벽은 상기 내부공간 내에서의 가스의 유동을 제어하는 작용을 하는데, 특히 대전류 차단시의 고온의 가스가 내부공간에 보다 오래 머무르도록 하면서 열교환이 된 상태로 배기홀을 통해 배출되도록 하여 대지간 절연성능이 향상되도록 하는 효과를 가진다.

도 1은 본 발명에 의한 가스절연 개폐장치의 가스차단기의 바람직한 실시례의 구성을 보인 개략단면도.
도 2는 도 1에 도시된 실시례를 구성하는 고정측 도체몸체의 구성을 보인 단면도.
도 3은 본 발명 실시례에서 오픈상태를 보인 개략단면도.
도 4는 본 발명 실시례의 가스차단기가 오픈된 상태에서 가스가 유동되는 것을 보인 동작상태도.

이하 본 발명에 의한 가스절연 개폐장치의 가스차단기의 바람직한 실시례를 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.

본 명세서에서는 도 1 및 도 2를 참고하여 가스차단기의 구조를 설명하는데, 이들 도면에 가스차단기 전체의 구성이 개시되어 있지는 않으므로 간략하게 전체 구성을 먼저 설명한다.

가스차단기는 고정몸체(도시되지 않음)에 설치되어 고정몸체의 내외부로 이동되는 가동측 도체(도시되지 않음)가 있고, 상기 가동측 도체와 일체로 노즐(30)이 구비되어 아크를 소호하기 위한 가스를 배출하게 된다. 상기 가동측 도체는 상기 고정몸체의 일단부를 통해 연장되어 연결된 조작로드의 동작에 의해 이동하게 된다.

한편, 상기 가동측 도체와 전기적으로 연결되고 분리되는 고정측 도체(10)가 도 1에 개시된다. 상기 고정측 도체(10)는 아래에서 설명될 결합구(44)에 의해 일종의 절연물인 스페이서에 고정된다. 상기 고정측 도체(10)의 골격과 외관을 고정측 도체몸체(12)가 형성한다. 상기 고정측 도체몸체(12)는 도 2에서 알 수 있는 바와 같이 원통형상으로 만들어져서 내부에 내부공간(14)이 형성된다. 상기 내부공간(14)에는 아래에서 설명될 고정측 아크전극(20) 등의 부품이 설치된다.

상기 고정측 도체몸체(12)의 내부공간(14)은 양단부로 개방되어 있는데, 일측 단부를 통해서는 아래에서 설명될 노즐(30)이 입출되고, 타측 단부에는 결합구(44)가 설치되어 폐쇄된다.

상기 고정측 도체몸체(12)의 일측 단부는 고정측 메인전극(18)을 형성한다. 상기 고정측 메인전극(18)은 상기 가동측 메인전극과 물리적으로 결합되어 전류가 흐르도록 한다.

상기 고정측 도체몸체(12)의 내부공간(14)에는 고정측 아크전극(20)이 있다. 상기 고정측 아크전극(20)은 가동측 도체의 노즐(30)에 구비된 가동측 아크전극과 물리적으로 결합되고 분리되어 아크가 발생하더라도 아크전극(20) 사이에서 발생하도록 한다. 상기 고정측 아크전극(20)은 본 실시례에서는 원기둥형상이다.

상기 고정측 아크전극(20)에서 상기 고정측 도체몸체(12)의 내부공간(14)쪽에 들어 있는 단부에는 연결구(22)가 연결되고, 상기 연결구(22)에는 링크1(24), 링크2(26) 및 링크3(28)이 차례로 연결되어 있다. 상기 링크2(26)는 상기 고정측 도체몸체(12)의 일측에 중심핀(27)을 중심으로 회전되게 설치된다. 상기 링크1(24)과 링크2(26), 링크2(26)와 링크3(28) 사이는 각각 핀으로 연결되어 상대 운동이 가능하도록 되어 있다. 상기 링크3(28)은 아래에서 설명될 노즐(30) 측에 연결되어 노즐(30)의 운동에 따라 상기 고정측 아크전극(20)의 이동을 만들어내도록 한다.

한편, 노즐(30)은 고정측 도체(10)와 대응되는 가동측 도체에 설치된다. 노즐(30)은 고정되어 설치된 가동측 도체의 내외부로 이동할 수 있게 된다. 상기 노즐(30)을 통해서는 상기 고정측 아크전극(20)과 가동측 아크전극 사이에서 발생하는 아크를 소호하기 위한 가스가 배출된다. 상기 가스는 상기 가동측 도체의 내부에 형성된 파퍼실(도시되지 않음) 등에서 제공된다.

상기 노즐(30)의 노즐공(32)은 도 1에 도시된 바와 같은 클로우즈 상태에서는 상기 고정측 아크전극(20)에 의해 거의 막혀 있는 상태로 되고 노즐(30)과 고정측 아크전극(20)이 분리되어 개방되면 이를 통해 파퍼실 및 열파퍼실에서 나오는 가스가 배출되어 상기 고정측 아크전극(20)과 가동측 아크전극 사이에 발생한 아크를 소호한다. 상기 노즐(30)의 선단에는 어태치먼트(34)가 장착되어 있다. 상기 어태치먼트(34)에는 상기 링크3(28)이 상대 회전가능하게 연결되어 있다. 즉, 도시되지 않은 핀과 같은 구조를 사용하여 어태치먼트(34)에 상기 링크3(28)가 연결되어 노즐(30)의 이동에 대해 링크3(28)가 함께 이동되면서 링크2(26)를 회전시키게 된다. 도면부호 36은 전계 완화를 위한 쉴드이다.

한편, 상기 고정측 도체몸체(12)의 내부공간(14)에는 격벽(38)이 형성되어 있다. 상기 격벽(38)은 상기 노즐(30)이 입출되는 단부와 반대쪽 단부측의 내면을 둘러서 형성된다. 상기 격벽(38)은 상기 내부공간(14)의 내면을 둘러서 링형상으로 만들어지는데, 내부공간(14)의 내면에서 소정 높이만큼 돌출되게 형성된다. 상기 격벽(38)이 내부공간(14)의 내면에서 소정 높이만큼 돌출되면서 연통공(39)이 형성되는데, 상기 연통공(39)은 격벽(38)에 의해 구획되어 있는 내부공간(14)의 양측을 연통시키는 역할을 한다.

상기 격벽(38)의 위치는 상기 내부공간(14)중에서 상기 고정측 도체몸체(12)의 거의 끝부분으로서 배기홀(40)의 옆에 있다. 상기 배기홀(40)은 상기 고정측 도체몸체(12)에서 상기 노즐(30)이 입출되는 단부의 반대쪽 단부에 해당되는 ㄱ고정측 도체몸체(12)의 외주면을 둘러 형성된다. 상기 배기홀(40)은 상기 고정측 도체몸체(12)의 외면을 둘러 다수개가 형성된다. 이는 도 2에 잘 도시되어 있다. 상기 배기홀(40)이 있음으로 해서 상기 연통공(39)을 통과한 가스가 상기 내부공간(14)의 외부로 배출되는 것이다.

특히, 상기 배기홀(40)의 위치가 상기 노즐(30)의 진입하는 단부의 반대쪽 단부에 형성되므로 인해, 노즐(30)에서 분사된 가스가 내부공간(14)의 일측 단부에서 타측 단부로 거의 일직선으로 유동될 수 있다. 이와 같이 가스가 유동하도록 되면 저전류 차단시의 저속가스도 일직선으로 유동되면서 내부공간(14)에서 상기 배기홀(40)로 원활하게 유동될 수 있다.

상기 배기홀(40)이 형성되어 있는 쪽 단부에는 상기 고정측 도체몸체(12)에 결합공(42)이 형성되어 있다. 상기 결합공(42)의 내면에는 나사부가 형성되어 결합구(44)가 체결된다. 상기 결합구(44)는 고정측 도체몸체(12)를 고정하기 위한 것이다.

이하 상기한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 가스절연 개폐장치의 가스차단기가 동작되는 것을 상세하게 설명한다.

가스절연 개폐장치에서 과부하에 의해 조작신호가 제공되면, 상기 조작로드가 구동원에 의해 구동되어 상기 노즐(30)을 포함하는 가동측 도체가 도면 상의 좌측으로 이동하게 된다. 상기 가동측 도체의 이동은 가동측 도체의 가동측 메인전극과 고정측 도체(10)의 고정측 메인전극(18)의 분리가 일어나게 한다. 하지만, 상기 가동측 아크전극과 고정측 아크전극(20)이 분리되지 않으면 아크가 발생하지 않는다.

상기 가동측 도체의 이동에 의해 상기 가동측 메인전극과 고정측 메인전극(18)이 분리되고, 상기 가동측 아크전극과 고정측 아크전극(20)이 분리되면 도 4에 도시된 바와 같이 아크(A)가 발생한다. 상기 아크(A)는 상기 가동측 아크전극과 고정측 아크전극(20) 사이를 연결하도록 형성된다.

이와 같이 아크(A)가 발생하면, 아크(A)의 열에 의해 노즐(30) 등에 있던 가스가 가열되고, 이와 같이 가열된 가스는 아크(A)가 발생하는 힘에 의해 노즐유로를 역류하여 열파퍼실로 전달된다. 고온의 가스가 열파퍼실로 들어가게 되면 열파퍼실 내의 냉가스가 휘저어지면서 혼합된다. 이 가스는 열파퍼실 내에서 휘저어지면서 혼합되면 열파퍼실의 압력을 높이게 된다. 이 압력에 의해 상기 열파퍼실에서 나와서 상기 노즐(30)을 통해 노즐공(32)에서 배출된다.

이와 같은 동작에서 상기 가스가 상기 아크(A)를 소호하게 된다. 상기 노즐(30)을 통해서 상기 가스가 분사되어 아크(A)를 소호하고 상기 내부공간(14)에서 유동되는 것을 도 4에 화살표로 표시하고 있다.

한편, 상기 노즐(30)이 도면을 기준으로 좌측으로 이동하게 되면 상기 링크3(28)가 상기 노즐(30)과 함께 좌측으로 이동하게 되는데, 상기 링크3(28)의 이동은 상기 링크2(26)의 시계방향 회전을 만들어낸다. 상기 링크2(26)의 시계방향 회전은 상기 링크1(24)이 도면을 기준으로 우측방향으로 이동되게 하면서 상기 고정측 아크전극(20)을 우측방향으로 이동되게 한다. 이와 같은 동작은 상기 노즐(30)의 이동에 의해 상기 고정측 아크전극(20)과 가동측 아크전극이 보다 신속하게 분리되도록 하게 된다.

상기 노즐(30)의 노즐공(32)을 통해 분사된 가스는 상기 내부공간(14)을 따라 이동되는데, 대전류 차단시에는 가스가 고속으로 이동하게 되고, 저전류 차단시에는 상대적으로 느린 속도로 가스가 이동하게 된다. 저전류 차단시에 상대적으로 가스가 느린 속도로 이동하더라도 상기 내부공간(14) 내에서의 유동의 방향이 일정하게 유지되므로 상기 연통공(39)을 통과하여 상기 배기홀(40)로 쉽게 전달될 수 있다. 상기 노즐공(32)에서 상대적으로 느린 속도로 분사된 가스는 대부분 상기 내부공간(14)의 내면까지 유동되지 않고 상기 내부공간(14)의 중앙을 따라 이동되어 상기 격벽(38)에 형성된 연통공(39)을 거쳐 상기 배기홀(40)을 통해 빠져나간다.

하지만, 대전류 차단시에는 가스의 온도가 저전류 차단시보다 높아지고 고속으로 노즐공(32)에서 배출되는데, 상기 노즐(30)에서 분사될 때, 가스가 고속으로 나오면서 내부공간(14)의 내면을 향해서도 많은 양이 분사된다. 상기 내부공간(14)의 내면을 향해 분사된 가스는 내부공간(14)의 내면을 따라 이동하다가 상기 격벽(38)에 막혀 유동이 약간 지체되다가 상기 연통공(39)을 통과해서 상기 배기홀(40)을 통해 배출된다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

10: 고정측 도체 12: 고정측 도체몸체
14: 내부공간 18: 고정측 메인전극
20: 고정측 아크전극 22: 연결구
24: 링크1 26: 링크2
27:중심핀 28: 링크3
30: 노즐 32; 노즐공
34: 어태치먼트 36: 쉴드
38: 격벽 39: 연통공
40: 배기홀 42: 결합공
44: 결합구 A: 아크

Claims (5)

1. 고정측 도체와 가동측 도체 사이의 전기적 연결을 가동측 메인전극과 고정측 메인전극이 수행하고 상기 가동측 도체에 있는 가동측 아크전극과 상기 고정측 도체에 있는 고정측 아크전극이 상기 가동측 메인전극과 고정측 메인전극보다 나중에 분리되면서 노즐에서 분사되는 가스를 통해 상기 가동측 아크전극과 고정측 아크전극 사이에서 발생하는 아크를 소호하는 가스절연 개폐장치의 가스차단기에 있어서,
   상기 고정측 도체의 골격을 형성하는 고정측 도체몸체의 내부에 형성된 내부공간에서 상기 고정측 도체몸체의 일단부로는 상기 노즐이 입출되고 상기 노즐이 입출되는 반대쪽 단부에 상기 내부공간에서 상기 가스가 외부로 배출되는 배기홀이 형성되는데, 상기 배기홀은 상기 고정측 도체몸체의 외주면을 둘러 다수개가 형성되는 가스절연 개폐장치의 가스차단기.
   
2. 제 1 항에 있어서, 상기 배기홀 옆에 위치하도록 상기 내부공간의 내면을 둘러서는 격벽이 형성되는데, 상기 격벽은 상기 내부공간의 내면을 둘러서 링형상으로 만들어지는데, 상기 내부공간의 내면에서 소정 높이만큼 돌출되게 형성되는 가스절연 개폐장치의 가스차단기.
   
3. 제 2 항에 있어서, 상기 격벽은 상기 내부공간의 내면에서 소정 높이만큼 돌출되면서 연통공을 형성하는데, 상기 연통공은 격벽에 의해 구획되어 있는 내부공간의 양측을 연통시키는 역할을 하는 가스절연 개폐장치의 가스차단기.
   
4. 제 1 항 내지 제 3 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 노즐과 상기 고정측 아크전극은 다수개의 링크를 통해 서로 연결되어 상기 노즐측의 가동측 아크전극과 상기 고정측 아크전극이 결합되고 분리되는 동작이 연동되는 가스절연 개폐장치의 가스차단기.
   
5. 제 4 항에 있어서, 상기 고정측 아크전극에는 연결구가 설치되고 상기 연결구에는 링크1의 일단부가 상대 회전되게 연결되고 상기 링크1의 타단부에는 상기 고정측 도체몸체에 중심핀을 중심으로 회전가능하게 설치된 링크2의 일단부가 상대회전가능하게 연결되고 상기 링크2의 타단부에는 링크3의 일단부가 연결되고 상기 링크3의 타단부는 상기 노즐에 상대 회전가능하게 연결되는 가스절연 개폐장치의 가스차단기.

Images