KR101068074B1 - 복합절연 개폐장치 - Google Patents

Abstract

이 발명의 복합절연 개폐장치는, 다수의 차단기(Circuit Breaker)를 갖는 차단수단(120)과, 다수의 단로기(Disconnector)를 각각 갖는 제1, 제2 모선수단(130, 140)과, 다수의 조작기구를 갖는 조작반(150)을 포함하되, 차단수단은 다수의 차단기를 고체절연 물질로 각각 감싸 전압을 차단하는 다수의 제1 고체절연부(122)와, 다수의 제1 고체절연부를 포함하여 차단수단의 밀봉된 공간 내에 충진되는 N₂가스 충진실(124)을 구비하고, 제1, 제2 모선수단 각각은 3개의 모선을 고체절연 물질로 각각 감싸 전압을 차단하는 다수의 고체절연부(135, 145)와, 다수의 고체절연부의 외측 주위를 포함하여 제1, 제2 모선수단의 내부 공간 내에 충진되는 공기 충진실을 구비하도록 구성된다. 이 발명은 고체, 공기 및 N₂가스를 절연 매체로 복합적으로 사용하여 절연시키되 기존의 SF₆ 가스절연 개폐장치와 동일한 사이즈로 구현이 가능하여 SF₆ 가스절연 개폐장치를 대체할 수 있는 장점이 있다. 또한, 이 발명은 환경에 문제가 되는 SF₆ 가스를 사용하지 않으므로 친환경적이다.

Description

복합절연 개폐장치{Combined Insulated Switchgear}

이 발명은 복합절연 개폐장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 고체, 공기 및 N₂가스를 절연 매체로 복합적으로 사용하여 절연시키는 복합절연 개폐장치에 관한 것이다. 한편, 이 발명은 전력 수송 계통상 10kv ~ 42kv급 특고압 계통에 사용될 수 있는 개폐장치로서, 국내에서는 22.9kv 배전 선로 공급용으로 사용될 수 있다. 즉, 이 발명은 345kv급 변전소에서 인입을 받은 154kv의 전압을 22.9kv로 강하시켜 사용자에게 공급하는데 사용되는 154kv급 변전소의 인출측 개폐장치에 사용될 수 있다.

일반적으로 개폐장치는 절연 매체에 따라 공기절연 개폐장치(Air Insulated Switchgear), 고체절연 개폐장치(Solid Insulated Switchgear), 가스절연 개폐장치(Gas Insulated Switchgear) 등으로 대별될 수 있다.

공기절연 개폐장치는 절연 매체로 공기를 이용함에 따라 그 절연성이 떨어져 각 부품 간 이격거리를 멀리하도록 배치함에 따라 그 용량이 커지는 단점이 있다. 따라서, 공기절연 개폐장치가 갖는 문제점을 보완하기 위해 가스절연 개폐장치가 개발되었는데, 이 가스절연 개폐장치는 공기보다 절연력이 우수한 6불화 황(SF₆) 가스를 그 절연 매체로 사용함에 따라 각 부품 간 이격거리를 공기를 절연 매체로 이용하는 공기절연 개폐장치에서 보다 가깝게 위치시킬 수 있어 컴팩트한 구조를 가질 수 있다. 그런데, SF₆ 가스는 CO₂ 가스와 같이 지구온난화 등의 환경오염 물질에 해당하여 세계적으로 개폐장치의 절연 매체로 가능한 사용하지 않는 추세에 있다.

따라서, 현재에는 절연 매체로 사용되고 있는 SF₆ 가스를 대체할 수 있는 대체 절연 매체에 대한 다각적인 연구개발이 진행되고 있는데, 예를 들면 고체절연, 압축공기절연, 건조공기절연, N₂가스절연 등이 있다.

따라서, 이 발명은 앞서 설명한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 고체, 공기 및 N₂가스를 절연 매체로 복합적으로 사용하여 절연시키되 기존의 SF₆ 가스절연 개폐장치를 대체할 수 있는 컴팩트한 구조를 갖는 복합절연 개폐장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.

이 발명의 복합절연 개폐장치는, 케이블 라인을 통해 전원을 공급받되 사고로 인하여 정격전류 이상의 전류가 흐를 시에 전원을 차단시키는 다수의 차단기(Circuit Breaker)를 갖는 차단수단과; 차단수단의 다수의 차단기에 각각 접속되어 다수의 차단기를 통과한 전기를 다수 곳으로 분기시키며, 무부하 상태에서 주회로의 접속을 변경하기 위해 회로를 개폐하는 다수의 단로기(Disconnector)를 각각 갖는 제1, 제2 모선수단과; 차단수단 및 제1, 제2 모선수단과 연동하여 작동하는 다수의 조작기구를 구비하는 조작반을 포함하며, 차단수단은 제1, 제2 모선수단 및 조작반과 분리 구획되어 밀봉된 구조를 갖되, 다수의 차단기를 고체절연 물질로 각각 감싸 전압을 차단하는 다수의 제1 고체절연부와, 다수의 차단기의 출력측와 제1, 제2 모선수단의 전원의 3상 입력측을 서로 연결하는 다수의 동봉과, 다수의 동봉을 고체절연물질로 각각 감싸 전압을 차단하는 다수의 제2 고체절연부, 및 다수의 제1 고체절연부 및 다수의 제2 고체절연부의 외측 주위를 포함하여 차단수단의 밀봉된 공간 내에 충진되는 N₂가스 충진실을 구비하고, 제1, 제2 모선수단은 차단수단 및 조작반과 분리 구획된 구조를 갖되, 전원의 3상에 해당하는 3개의 모선과, 3개의 모선을 고체절연 물질로 각각 감싸 전압을 차단하는 다수의 고체절연부, 및 다수의 고체절연부의 외측 주위를 포함하여 제1, 제2 모선수단의 내부 공간 내에 충진되는 공기 충진실을 구비하는 것을 특징으로 한다.

이 발명의 차단수단의 제1 고체절연부와 제1, 제2 모선수단의 고체절연부는 별도로 각각 제작되어 차단기 또는 모선과 단로기의 둘레를 각각 감싸 고체절연하는 것이 바람직하다.

이 발명의 N₂가스 충진실은 N₂가스를 0.5kg/cm²G로 충진하여 대기압보다 압력을 높게 구성하는 것이 바람직하다.

이 발명의 복합절연 개폐장치의 사이즈는 W x H x D로 600mm x 2400mm x 2400mm이하인 것이 더 바람직하다.

이 발명은 고체, 공기 및 N₂가스를 절연 매체로 복합적으로 사용하여 절연시키되 기존의 SF₆ 가스절연 개폐장치와 동일한 사이즈로 구현이 가능하여 SF₆ 가스절연 개폐장치를 대체할 수 있는 장점이 있다.

또한, 이 발명은 환경에 문제가 되는 SF₆ 가스를 사용하지 않으므로 친환경적이다.

또한, 이 발명은 기존과 동일 유사한 구성부품에 고체, 공기 및 N₂가스와 같은 일반적인 절연 매체를 사용함에 따라 원가 상승요인이 거의 발생하지 않는 장점이 있다.

또한, 이 발명은 절연 매체가 서로 다른점을 제외하고는 기존의 개폐장치와 유사하여 운전자에 대한 별도의 특수훈련 등 교육이 불필요한 장점이 있다.

또한, 이 발명은 세계적인 기술동향에 부합되는 기술일 뿐만 아니라, 국내에서 용이하게 생산이 가능한 N₂가스를 절연 매체로 사용함에 따라 수입이 불필요하고 가격이 저렴하며 취급이 용이한 장점이 있다.

도 1은 이 발명의 한 실시예에 따른 복합절연 개폐장치의 구성관계를 도시한 정면도이고,
도 2 및 도 3은 도 1에 도시된 복합절연 개폐장치의 좌측면도 및 우측면도이다.

아래에서, 이 발명에 따른 복합절연 개폐장치의 양호한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 이 실시예에 따른 복합절연 개폐장치(100)는 케이블 라인(110)을 통해 전원을 공급받되 사고 등으로 인하여 정격전류 이상의 전류가 흐를 시에 전원을 차단시키는 차단수단(120)과, 차단수단(120)에 각각 접속되어 차단수단(120)을 통과한 전기를 다수 곳으로 분기시키는 분배기의 일종인 제1, 제2 모선수단(130, 140)과, 차단수단(120) 및 제1, 제2 모선수단(130, 140)과 연동하여 작동하는 다수의 조작기구 등을 구비하는 조작반(150) 등을 갖도록 구성된다.

차단수단(120)은 제1, 제2 모선수단(130, 140) 및 조작반(150)과 분리 구획되어 밀봉된 형태를 갖는 것으로서, 전원의 3상에 각각 접속하는 3개의 차단기(121)와, 3개의 차단기(121)를 유리관 등의 고체절연물질로 각각 감싸 전압을 차단하는 3개의 제1 고체절연부(122)와, 3개의 차단기(121)의 출력측와 제1, 제2 모선수단(130, 140)의 전원의 3상 입력측을 서로 연결하는 6개의 동봉(123)과, 6개의 동봉(123)을 고체절연물질로 각각 감싸 전압을 차단하는 6개의 제2 고체절연부(125), 및 제1, 제2 고체절연부(122, 125)의 외측 주위를 포함하여 밀봉된 공간 내에 충진되는 N₂가스 충진실(124)을 갖도록 구성된다.

이 실시예의 차단수단(120)은 차단기(121)를 고체절연 방식으로 절연하여 생산성을 제고하되, 부분방전을 최소화하기 위해 고체절연 물질로 차단기(121)를 몰딩(Molding)하지 않고 고체절연 물질로 제1 고체절연부(122)를 별도로 제작하여 차단기(121)의 둘레를 감싸 고체절연하도록 구성한 것이다. 또한, 제1, 제2 고체절연부(122, 125)의 외측 주위를 포함한 차단수단(120)의 밀봉된 내부 공간 내에 N₂가스를 충진하여 N₂가스 충진실(124)을 갖도록 구성하되, N₂가스를 0.5kg/cm²G로 충진하여 대기압에 비해 N₂가스 충진실(124)의 압력을 높게 구성함으로써, 외부의 대기공기 및 수분 등이 N₂가스 충진실(124)의 내부로 침투하지 않도록 구성한 것이다. 즉, N₂가스 충진실(124) 내부로의 외부의 수분침투를 방지하고 N₂가스 충진실(124) 내부에서의 결로 등을 방지함으로써, 차단수단(120) 내부에서의 절연파괴를 방지하도록 구성한 것이다.

제1, 제2 모선수단(130, 140)은 6개의 동봉(123)을 통해 3개의 차단기(121)에 각각 접속되어 차단수단(120)을 통과한 전기를 다수 곳으로 분기시키는 분배기의 역할을 하는 것으로서, 3개의 단로기(134, 144 ; Disconnector)를 각각 갖도록 구성된다. 여기서, 단로기(134, 144)는 부하전류를 제거한 후 회로를 격리시키는 장치로서, 송전선이나 변전소 등에서 차단기를 개로(開路) 무부하상태(無負荷狀態)에서 주회로의 접속을 변경하기 위해 회로를 개폐(開閉)하는 장치이다. 그리고, 제1, 제2 모선수단(130, 140) 각각은 차단수단(120) 및 조작반(150)과 분리 구획된 형태를 갖는다.

한편, 제1, 제2 모선수단(130, 140) 중 어느 하나의 모선수단은 스페어용이다. 즉, 제1, 제2 모선수단(130, 140)은 동일하게 구성된 것으로서, 전원의 3상에 해당하는 3개의 모선, 즉 제1상 모선(131, 141), 제2상 모선(132, 142) 및 제3상 모선(133, 143)을 각각 갖도록 구성된다. 여기서, 각각의 단로기(134, 144)를 구비하는 제1상 모선(131, 141), 제2상 모선(132, 142) 및 제3상 모선(133, 143)은 고체절연 방식으로 각각 절연하여 생산성을 제고하되, 부분방전을 최소화하기 위해 고체절연 물질로 각각의 모선을 몰딩(Molding)하지 않고 고체절연 물질로 고체절연부(135, 145)를 별도로 제작하여 각각의 모선과 단로기의 둘레를 감싸 고체절연하도록 구성한 것이다. 또한, 고체절연부(135, 145)의 외측 주위를 포함한 제1, 제2 모선수단(130, 140)의 내부 공간 내에 대기 공기를 충진하여 공기 충진실을 갖도록 구성한 것이다.

이 실시예의 복합절연 개폐장치(100)를 구성함에 있어서, 차단수단(120)의 내부는 고체절연과 N₂가스절연 방식을 채택하고, 제1, 제2 모선수단(130, 140)의 내부는 고체절연과 공기절연 방식을 채택한 것이다. 그 이유는 차단수단(120)의 경우에는 차단기(121)가 배열되고, 제1, 제2 모선수단(130, 140)의 경우에는 단로기(134, 144)가 각각 배열됨에 따른 것으로서, 차단기(Circuit Breaker)는 전기회로에 과전류 즉 정격전류 이상의 전류가 흐르는 부하상태에서 전류의 흐름을 끊는 역할을 하기 때문에 보다 큰 아크 소호능력이 요구되는 반면, 단로기(Disconnector)는 무부하상태에서 주회로의 접속을 변경하기 위해 회로를 개폐하는 역할을 하기 때문에 상대적으로 작은 아크 소호능력이 요구되기 때문이다.

이 실시예의 복합절연 개폐장치(100)는 고체, 공기 및 N₂가스를 절연 매체로 복합적으로 사용하여 절연시키도록 구성됨에 따라 그 사이즈를 컴팩트하게 구성할 수가 있다. 이 발명자들이 실제 설계하여 구현한 바에 따르면, 기존의 SF₆ 가스절연 개폐장치와 동일 유사한 사이즈로 구현이 가능함을 확인하였다. 즉, 이 실시예의 복합절연 개폐장치(100)는 그 사이즈가 W x H x D로 600mm x 2400mm x 2400mm이하로 구현이 가능하여 기존의 SF₆ 가스절연 개폐장치를 대체할 수 있고, 운반 및 설치가 용이할 뿐만 아니라 운전 및 유지보수가 아주 간단함을 확인하였다.

이상에서 이 발명의 복합절연 개폐장치에 대한 기술사항을 첨부도면과 함께 서술하였지만 이는 이 발명의 가장 양호한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 이 발명을 한정하는 것은 아니다.

또한, 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자이면 누구나 이 발명의 기술사상의 범주를 이탈하지 않고 첨부한 특허청구범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.

100 : 복합절연 개폐장치 110 : 케이블 라인
120 : 차단수단 121 : 차단기
122, 125 : 고체절연부 123 : 동봉
124 : N₂가스 충진실 130 : 제1 모선수단
131, 141 : 제1상 모선 132, 142 : 제2상 모선
133, 143 : 제3상 모선 134, 144 : 단로기
135, 145 : 고체절연부 140 : 제2 모선수단
150 : 조작반

Claims (4)

1. 케이블 라인을 통해 전원을 공급받되 사고로 인하여 정격전류 이상의 전류가 흐를 시에 전원을 차단시키는 다수의 차단기(Circuit Breaker)를 갖는 차단수단과; 상기 차단수단의 다수의 차단기에 각각 접속되어 상기 다수의 차단기를 통과한 전기를 다수 곳으로 분기시키며, 무부하 상태에서 주회로의 접속을 변경하기 위해 회로를 개폐하는 다수의 단로기(Disconnector)를 각각 갖는 제1, 제2 모선수단과; 상기 차단수단 및 상기 제1, 제2 모선수단과 연동하여 작동하는 다수의 조작기구를 구비하는 조작반을 포함하며,
   상기 차단수단은 상기 제1, 제2 모선수단 및 상기 조작반과 분리 구획되어 밀봉된 구조를 갖되, 상기 다수의 차단기를 고체절연 물질로 각각 감싸 전압을 차단하는 다수의 제1 고체절연부와, 상기 다수의 차단기의 출력측와 상기 제1, 제2 모선수단의 전원의 3상 입력측을 서로 연결하는 다수의 동봉과, 상기 다수의 동봉을 고체절연물질로 각각 감싸 전압을 차단하는 다수의 제2 고체절연부, 및 상기 다수의 제1 고체절연부 및 상기 다수의 제2 고체절연부의 외측 주위를 포함하여 상기 차단수단의 밀봉된 공간 내에 충진되는 N₂가스 충진실을 구비하고,
   상기 제1, 제2 모선수단은 상기 차단수단 및 상기 조작반과 분리 구획된 구조를 갖되, 전원의 3상에 해당하는 3개의 모선과, 상기 3개의 모선을 고체절연 물질로 각각 감싸 전압을 차단하는 다수의 고체절연부, 및 상기 다수의 고체절연부의 외측 주위를 포함하여 상기 제1, 제2 모선수단의 내부 공간 내에 충진되는 공기 충진실을 구비하는 것을 특징으로 하는 복합절연 개폐장치.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 차단수단의 제1 고체절연부와 상기 제1, 제2 모선수단의 고체절연부는 별도로 각각 제작되어 상기 차단기 또는 상기 모선과 상기 단로기의 둘레를 각각 감싸 고체절연하는 것을 특징으로 하는 복합절연 개폐장치.
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 N₂가스 충진실은 N₂가스를 0.5kg/cm²G로 충진하여 대기압보다 압력을 높게 구성하는 것을 특징으로 하는 복합절연 개폐장치.
4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 복합절연 개폐장치의 사이즈는 W x H x D로 600mm x 2400mm x 2400mm이하인 것을 특징으로 하는 복합절연 개폐장치.

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