KR101622422B1 - 가스 절연 차단기 - Google Patents

Abstract

본 발명의 실시예에 따른 가스 절연 차단기는, 고정 아크 접점과 제 1 고정 접촉자를 포함하는 고정부; 상기 고정 아크 접점과 선택적으로 접촉하는 가동 아크 접점과, 상기 가동 아크 접점이 수용되는 실린더와, 상기 실린더의 이동을 가이드하는 제 2 고정 접촉자를 포함하는 가동부; 상기 제 2 고정 접촉자의 내부에 배치되는 피스톤; 및 상기 제 2 고정 접촉자의 내부에서 상기 피스톤의 일측에 적어도 일부분이 회동 가능하게 연결되는 이중 압축 구조를 포함하고, 사고 전류 차단을 위하여 상기 고정 아크 접점이 상기 가동 아크 접점으로부터 분리되는 방향으로 상기 가동부가 이동할 때, 상기 이중 압축 구조는 상기 피스톤을 상기 가동부의 이동 방향과 반대 방향으로 이동시키는 것을 특징으로 한다.

Description

가스 절연 차단기{Gas Circuit Breaker}

본 발명은 가스 절연 차단기에 관한 것이다.

일반적으로 가스 절연 차단기는, 송전선로 상에 설치되어 송전선로가 정상 상태에서는 기기 및 선로를 점검을 위한 개폐 동작을 하고, 이상 상태에서는 고장 전류를 차단하여 선로 및 부하 기기를 안전하게 보호하는 역할을 수행한다. 특히, 초고압 전력 계통에서는 지락/단락 등 이상 상태에서의 사고 전류를 안전하게 차단함으로써 계통 보호를 하는 기기이다. 즉, 가혹한 전류 차단 조건인 이상 상태에서, 사고 전류 차단을 위해서 절연력이 우수한 소호 가스를 압축하고 전류 차단시 발생하는 아크 소호를 위해 높은 압력으로 노즐을 통해 분사된다.

복합 소호형 차단기는 사고 전류를 차단하기 위하여 사고 전류의 아크 에너지를 이용하여 전류 차단 에너지원인 팽창실의 에너지를 팽창시키며, 이를 위해서는 사고 전류 차단을 위한 차단기 초기 이동시 압축실로부터 팽창실로 많은 양의 가스를 이동시켜야 하는 필요성이 존재한다.

도 1은 종래의 가스 절연 차단기의 투입 상태를 보여주는 단면도이고, 도 2는 상기 가스 차단기의 개로 상태를 보여주는 단면도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 종래의 가스 절연 차단기는, 사고 전류가 발생한 경우 차단 작용을 수행하는 차단부가 고정부와 가동부로 이루어진다.

상세히, 상기 고정부는 전류 차단시 움직이지 않는 부분이고, 상기 가동부는 전류 차단시 움직이는 부분이라 할 수 있다.

더욱 상세히, 상기 고정부는, 고정 아크 접점(1)과, 고정 주접점(3)을 포함하고, 상기 가동부는, 노즐(2)과, 가동 아크 접점(4)과, 실린더(5)와, 팽창실(6)과, 압축실(7) 및 조작기 연결부(8)를 포함한다.

전류 차단을 위하여 조작 장치의 에너지에 의하여 가동부 전체가 움직이고, 이때 상기 압축실(7)이 압축되어 높은 압력의 기체가 상기 팽창실(6)을 통해 노즐(2)로 분사됨으로써 높은 사고 전류를 차단하게 된다. 그리고, 접촉하고 있는 접점이 개방되는 순간에 발생하는 아크, 즉 고정 아크 접점(1)과 가동 아크 접점(4) 사이에 발생하는 아크는 상기 압축실(7)에서 분사되는 기체에 의하여 소호된다.

상기와 같은 구조를 이루는 기존의 가스 절연 차단기(Gas Circuit Breaker) 소호부는, 사고 전류 차단을 위해 아크 에너지를 이용하도록 압축실과 팽창실로 구분되어지는 소호부를 가진 경우, 사고 전류 차단을 위한 충분한 팽창 에너지 발생을 위해 초기 차단기 이동시 압축실 내부에 있는 많은 양의 SF₆ 가스를 팽창실 방향으로 이동시켜 팽창실 내부에 높은 가스 압력을 유지시켜야 한다.

그러나, 짧은 차단기 이동에 의해 많은 양의 압축실 압축 가스를 팽창실 내부로 이동시키기 위해서는 압축실의 단면적이 넓어지는 등의 문제점을 안고 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위하여 제안된 것으로서, 사고 전류 차단을 위해 기존의 일방향 운동에 의해 압축실을 압축하는 구조를 개선하여 초기 이동시에만 이중 압축함으로써 사고 전류 차단을 위한 소요 조작 에너지를 줄일 수 있는 가스 절연 차단기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 가스 절연 차단기는, 고정 아크 접점과 제 1 고정 접촉자를 포함하는 고정부; 상기 고정 아크 접점과 선택적으로 접촉하는 가동 아크 접점과, 상기 가동 아크 접점이 수용되는 실린더와, 상기 실린더의 이동을 가이드하는 제 2 고정 접촉자를 포함하는 가동부; 상기 제 2 고정 접촉자의 내부에 배치되는 피스톤; 및 상기 제 2 고정 접촉자의 내부에서 상기 피스톤의 일측에 적어도 일부분이 회동 가능하게 연결되는 이중 압축 구조를 포함하고, 사고 전류 차단을 위하여 상기 고정 아크 접점이 상기 가동 아크 접점으로부터 분리되는 방향으로 상기 가동부가 이동할 때, 상기 이중 압축 구조는 상기 피스톤을 상기 가동부의 이동 방향과 반대 방향으로 이동시키는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 구성을 이루는 본 발명의 실시예에 따른 가스 차단기에 의하면, 사고 전류 차단을 위해 기존의 일방향 운동에 의해 압축실을 압축하는 구조에서 롤러와 이동 가능한 압축실 지지대를 채용하여 압축실을 이중으로 압축할 수 있는 장점이 있다. 따라서, 압축실을 이중 압축함으로써, 압축실에서 팽창실로 이동하는 가스량은 기존의 가동측이 동일 거리만큼 이동하였을 때보다 훨씬 증가하게 되는 장점이 있다. 나아가, 사고 전류 차단시 아크 에너지에 의해 팽창실의 가스량을 팽창시키는 복합 소호 구조의 차단기의 경우, 초기보다 높은 가스량을 가지고 있으므로, 사고 전류 차단의 효과를 증대시킬 수 있다.

또한, 초기 이동시에만 이중 압축함으로써 사고 전류 차단을 위한 소요 조작 에너지를 줄일 수 있는 효과가 있다. 즉, 동작 초기에만 압축실 공간을 이중 압축하고, 그 이후에 가동측 이동에서는 일방향 압축만을 구현하므로, 사고전류 차단시에는 소요 조작 에너지가 증가하지 않게 된다.

도 1은 종래의 가스 절연 차단기의 투입 상태를 보여주는 단면도.
도 2는 상기 가스 차단기의 개로 상태를 보여주는 단면도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 가스 절연 차단기의 투입 상태를 보여주는 단면도.
도 4는 상기 가스 절연 차단기의 과도 상태를 보여주는 단면도.
도 5는 상기 가스 절연 차단기의 개로 상태를 보여주는 단면도.

이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 가스 절연 차단기의 구조와 동작에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 가스 절연 차단기의 투입 상태를 보여주는 단면도이고, 도 4는 상기 가스 절연 차단기의 과도 상태를 보여주는 단면도이며, 도 5는 상기 가스 절연 차단기의 개로 상태를 보여주는 단면도이다.

도 3 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 가스 절연 차단기(10)는, 기존의 가스 절연 차단기와 마찬가지로 고정부와 가동부로 구성된다.

상세히, 상기 고정부는, 고정 아크 접점(11)과, 상기 고정 아크 접점(11)이 수용되는 제 1 고정 접촉자(12)를 포함한다. 그리고, 상기 가동부는, 상기 고정 아크 접점(11)이 삽입되는 제 1 노즐(13)과, 상기 제 1 노즐(13)의 단부에 연결되는 실린더(22)와, 상기 실린더(22)가 이동 가능하게 수용되는 제 2 고정 접촉자(21)와, 상기 제 2 고정 접촉자(21)의 내부에서 이동 가능하게 설치되는 피스톤(18)을 포함한다.

더욱 상세히, 상기 실린더(22)의 내부는 구획벽(221)에 의하여 팽창실(16)과 압축실(17)이 구획되어 형성되고, 상기 구획벽(221)의 중심으로부터 조작기 연결부(222)가 연장되며, 상기 조작기 연결부(222)는 상기 압축실(17)을 통과하여 상기 피스톤(18)을 관통한다. 그리고, 상기 구획벽(221)에는 상기 팽창실(16)과 압축실(17)이 상호 연통되도록 하는 연통홀(223)이 형성된다.

상기 실린더(22)의 일측 단부에는 상기 제 1 노즐(13)의 일측 단부가 연결되고, 상기 구획벽(221)에는 제 2 노즐(14)이 상기 제 1 노즐(13) 쪽으로 연장된다. 그리고, 상기 제 2 노즐(14)의 내측에는 가동 아크 접점(15)이 형성되며, 상기 가동 아크 접점(15)도 상기 실린더(22)의 구획벽(221)으로부터 연장되어 상기 제 2 노즐(14)의 내측벽에 근접하게 형성된다. 그리고, 투입 상태에서는, 상기 고정 아크 접점(11)이 상기 제 1 노즐(13)과 상기 제 2 노즐(14)을 관통하여 상기 가동 아크 접점(15)과 접촉된 상태를 유지한다.

또한, 상기 피스톤(18)의 일측 단부와 상기 조작기 연결부(222)는 이중 압축 구조(19)에 의하여 서로 연결된다.

상세히, 상기 이중 압축 구조(19)는, 상기 조작기 연결부(222)의 일면에 돌출되는 핀(191)과, 상기 피스톤(18)의 일단에 힌지축(192)에 의하여 회동 가능하게 연결되는 롤러(193)와, 상기 롤러(193)가 상기 제 2 고정 접촉자(21)의 내주면에 회동 가능하게 연결되도록 하는 회전축(194)을 포함한다. 상기 회전축(194)에 의하여 상기 롤러(193)는 상기 제 2 고정 접촉자(21)의 내부 공간에서 회동 가능하게 유지된다. 그리고, 상기 롤러(193)의 내부에는 가이드부(195)가 형성되어 상기 핀(191)의 이동을 가이드한다. 여기서, 상기 가이드부(195)는 상기 롤러(193)에 형성되는 홈 또는 홀의 형태일 수 있다.

이하에서는 상기와 같은 구조를 이루는 가스 절연 차단기(10)의 작동에 대하여 설명한다.

먼저, 차단부 투입 상태(도 3)에서 차단기 조작 장치의 에너지에 의해 상기 가동부가 상기 고정부로부터 멀어지는 방향으로 이동하여, 도 4의 과도 상태를 거쳐 도 5의 개로 상태가 된다.

상세히, 상기 차단기 조작 장치의 에너지에 의해 상기 가동부가 이동하면, 상기 제 1 노즐(13)은 도면에서 우측 방향으로 이동하게 되고, 상기 고정 아크 접점(11)은 상기 가동 아크 접점(15)과 분리되면서 고압의 아크 에너지를 발생시킨다. 이와 동시에 투입 상태에서 과도 상태로 넘어가는 과정에서 상기 가동부가 이동하면, 상기 조작기 연결부(222)도 도면상에서 우측으로 이동하게 된다. 그러면, 상기 압축실(17)의 체적이 감소하면서 압력이 높아지게 된다. 그리고, 상기 조작기 연결부(222)의 일면에 형성된 상기 핀(191)이 우측으로 이동하면서 상기 롤러(193)를 도면상에서 시계 방향으로 회전시키게 된다. 그리고, 상기 롤러(193)가 시계 방향으로 회전하는 것에 의하여 상기 피스톤(18)은 좌측으로 전진하게 된다.

더욱 상세히, 상기 실린더(22)가 우측으로 이동하는 것에 의하여 상기 압축실(17)이 압축되고, 이와 동시에 상기 롤러(193)의 회전에 의하여 상기 피스톤(18)이 좌측으로 이동하면서 상기 압축실(17)을 압축하게 된다. 즉, 상기 이중 압축 구조(19)의 작동에 의하여 상기 압축실(17)이 2중으로 압축된다.

따라서, 상기 가동부가 소정 거리만큼 이동할 때, 상기 이중 압축 구조(19)의 작동에 의하여 상기 압축실(17)은 기존에 비하여 두 배로 압축된다. 즉, 기존에 비하여 2배 많은 양의 가스가 상기 연통홀(223)을 통하여 상기 팽창실(16)로 이동하게 된다. 따라서, 상기 고정 아크 접점(11)을 밀어내는 힘이 기존에 비하여 2배로 증가하게 되므로, 상기 고정 아크 접점(11)이 상기 가동 아크 접점(15)으로부터 더욱 빠른 속도로 분리된다. 그 결과, 사고 전류를 신속하게 차단할 수 있는 장점이 있다.

한편, 상기 고정 아크 접점(11)이 상기 가동 아크 접점(15)으로부터 분리되면서 아크 에너지에 의하여 상기 팽창실(16)의 압력이 상기 압축실(17)의 압력보다 높아지는 시점에서는, 상기 이중 압축 구조(19)가 작동하지 않는다. 이는, 과도 상태를 넘어서면 상기 핀(191)이 상기 롤러(193)에 형성된 가이드부(195)로부터 완전히 분리되므로, 상기 조작기 연결부(222)가 우측으로 더 이동하더라도 상기 피스톤(18)을 좌측으로 더이상 밀어내지 못하기 때문이다. 따라서, 팽창실(16)의 압력이 압축실(17)보다 높아지는 사고 전류 차단 구간에서는 상기 압축실(17)이 이중 압축되지 않고 단방향으로 압축되므로, 가동부를 동작시키기 위해 소요되는 조작 에너지지가 증가하지 않는 장점이 있다.

도 5에 도시된 바와 같이, 개로 상태에서는, 상기 고정 아크 접점(11)이 상기 가동 아크 접점(15)으로부터 완전히 분리되어 상기 제 1 노즐(13) 내부와 상기 팽창실(16)이 연통하게 된다. 따라서, 상기 고정 아크 접점(11)과 가동 아크 접점(15)이 분리되면서 발생하는 고압의 아크는 상기 팽창실(16)로 보내진 고압의 소호 가스에 의하여 신속하게 소호된다. 즉, 상기 팽창실(16) 내부의 소호 가스가 상기 제 1 노즐(13)의 일측 단부 내측 공간과 상기 제 2 노즐(14) 사이에 형성되는 이동 통로를 따라 토출된다. 그리고, 상기 팽창실(16)로부터 토출되는 소호 가스는 고압 및 고속으로 토출되면서 상기 아크 접점의 분리 시에 발생하는 아크를 신속하게 소호시킨다. 그 결과, 아크가 신속하게 소호될 뿐 아니라, 아크 에너지가 상기 팽창실(16)로 유입되는 현상을 방지하는 장점이 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 이중 압축 구조에 의하면, 압축실의 내부 단면적이 증가하지 않더라도, 짧은 차단기 이동 시간 동안 많은 양의 압축실 압축 가스를 팽창실 내부로 이동시킬 수 있는 장점이 있다.

Claims (10)

1. 고정 아크 접점과 제 1 고정 접촉자를 포함하는 고정부;
   상기 고정 아크 접점과 선택적으로 접촉하는 가동 아크 접점과, 상기 가동 아크 접점이 수용되는 실린더와, 상기 실린더의 이동을 가이드하는 제 2 고정 접촉자를 포함하는 가동부;
   상기 제 2 고정 접촉자의 내부에 배치되는 피스톤; 및
   상기 제 2 고정 접촉자의 내부에서 상기 피스톤의 일측에 적어도 일부분이 회동 가능하게 연결되는 이중 압축 구조를 포함하고,
   상기 실린더의 내부 공간을 압축실과 팽창실로 구획하는 구획벽과,
   상기 구획벽의 일측면으로부터 연장되어 상기 피스톤을 관통하는 조작기 연결부를 더 포함하고,
   상기 가동 아크 접점은 상기 구획벽의 타측면으로부터 연장되어 상기 팽창실 내부에 수용되고,
   상기 이중 압축 구조는 사고 전류 차단을 위하여 상기 고정 아크 접점이 상기 가동 아크 접점으로부터 분리되는 방향으로 상기 가동부가 이동할 때, 상기 피스톤을 상기 가동부의 이동 방향과 반대 방향으로 이동시키고,
   상기 이중 압축 구조는
   상기 조작기 연결부의 일면에 돌출되는 핀과,
   일측 단부가 상기 피스톤에 회동 가능하게 연결되고 타측 단부에 상기 핀이 걸리도록 하는 가이드부가 형성된 롤러와,
   상기 롤러가 상기 제 2 고정 접촉자의 내부에 회동 가능하게 배치되도록 하는 회전축을 포함하고,
   상기 조작기 연결부가 이동하는 과정에서 상기 핀은 상기 롤러의 타측 단부를 밀어서 회전시키고,
   상기 롤러의 회전에 의하여 상기 피스톤은 상기 조작기 연결부의 이동 방향과 반대 방향으로 이동되는 가스 절연 차단기.
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 가동 아크 접점을 감싸는 노즐을 더 포함하는 가스 절연 차단기.
4. 삭제
5. 삭제
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 가이드부는 상기 핀이 걸리는 홈 또는 홀인 것을 특징으로 하는 가스 절연 차단기.
7. 삭제
8. 제 1 항에 있어서,
   적어도 상기 고정 아크 접점이 상기 가동 아크 접점으로부터 분리되는 시점까지만 상기 핀에 의하여 상기 롤러가 회전되는 것을 특징으로 하는 가스 절연 차단기.
9. 제 1 항에 있어서,
   적어도 상기 고정 아크 접점이 상기 가동 아크 접점으로부터 분리된 이후에는 상기 핀이 상기 롤러로부터 벗어난 지점에 위치하는 것을 특징으로 하는 가스 절연 차단기.
10. 제 1 항에 있어서,
    상기 이중 압축 구조는 사고 전류 차단 과정 중 일부 구간에서만 상기 피스톤을 이동시키는 것을 특징으로 하는 가스 절연 차단기.

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