KR101732345B1 - 선택적 인캡슐레이션을 갖는 소형 진공 차단기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 축 방향으로 이격된 관계로 배치된 고정 콘택트 및 가동 콘택트를 포함하는 진공 차단기를 제공한다. 또한, 진공 차단기는 각각 고정 콘택트 및 가동 콘택트를 둘러싸는 2 개의 세라믹 절연체 실린더들; 상기 세라믹 실린더들 내에 위치되고, 2 개의 세라믹 실린더들 사이에 배치되고 외부 분위기에 노출된 플로팅 전위 플랜지를 갖는 플로팅 실드를 포함한다. 진공 차단기는 또한 인캡슐레이팅 재료로 인캡슐레이션이 제공된다. 이것은 대응하는 상기 콘택트들의 금속 단부 캡 (metallic end cap) 으로부터 연장되고, 중첩하는 거리 만큼 각각의 상기 세라믹 실린더를 커버하는, 적어도 하나의 콘택트 단자에 대한 인캡슐레이션을 포함한다. 본 발명은 또한 본 발명에 따른 진공 차단기의 전압 내력을 향상시키는 방법을 제공한다.

Description

선택적 인캡슐레이션을 갖는 소형 진공 차단기{COMPACT VACUUM INTERRUPTER WITH SELECTIVE ENCAPSULATION}

본 발명은 배전 시스템에서의 전류 차단 디바이스에 관한 것이며, 특히 중간 전압 인가를 위한 소형 진공 차단기에 관한 것이다.

일반적으로, 진공 차단기들은 배전 시스템에서의 부하 차단 및 고장 전류의 신뢰성 있는 차단을 위해 사용된다. 진공 차단기들은 그의 신뢰성 및 소형성 때문에 공기, 오일, 또는 SF6 로 충전된 전류 차단 디바이스들에 비해 중요성을 획득했다. 진공 차단기들은 개선된 성능, 소형성 및 더 양호한 절연 내력을 갖기 위해 인캡슐레이트된다. 여기서, 진공 차단기의 인캡슐레이션은 실리콘 고무와 같은 인캡슐레이팅 재료로의 진공 차단기의 캐스팅 또는 포팅 (potting) 을 지칭한다.

진공 차단기들은 실내 회로 차단기들의 폴 (pole) 을 형성하기 위해 에폭시 수지에 임베딩된다. 그러나, 옥외 회로 차단기들의 경우, 진공 차단기들은 자기 또는 세라믹 하우징 내에 조립된다. 진공 차단기의 외부 유전체 크리피지 (creepage) 요건은 진공 차단기 전체에 걸쳐 절연 재료의 층을 인캡슐레이트함으로써 극복된다. 인캡슐레이션은 높은 전위, 또는 플로팅 전위 또는 대지 전위에 있는 금속 부분들이 마스킹되는 방식으로 행해진다. 접착제가 적절한 접착을 위해 세라믹과 절연 재료 사이에 사용된다.

진공 차단기들은 크리피지 거리 및 클리어런스를 증가시키는 것으로부터 도출되며, 높은 응력 구역들 및 불균일한 응력 구역들을 감소시키는 것으로부터 도출되는 이점들을 달성하기 위해 인캡슐레이트된다. 이들은 진공 차단기들을 인캡슐레이트하는 동안 설명되는 주요한 고려들 중 일부이다. 그러나, 상기의 것을 달성하려는 시도를 갖는 현재의 실시에서, 진공 차단기 전체가 인캡슐레이트되며, 이로 인해 비용 및 인캡슐레이션 과정 동안 직면하는 다른 양태들에서의 증가 외에 진공 차단기의 중량이 증가한다. 게다가, 전계 강도가 증가하고 이로 인해 폴 톱 단자 (pole top terminal) 로부터 진공 차단기의 세라믹 하우징의 저부까지 응력 영역이 연속적이다. 옥외 진공 회로 차단기의 자기/세라믹 하우징의 내부 표면 상에 있는 이러한 연속적인 응력 영역은 표면 절연 고장을 초래한다.

상술한 것으로 인해, 결국 진공 차단기를 인캡슐레이트하기 위한 솔루션을 제공하는 더 양호한 설계를 통한 진공 차단기의 인캡슐레이션을 가지며 상술된 그러한 인캡슐레이션의 특정의 이점들을 제공할 필요가 있다.

본 발명의 목적은 소형인 진공 차단기를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 베어 (bare) 진공 차단기에 비해 더 높은 크리피지 및 클리어런스 거리를 갖고 완전히 커버된 진공 차단기에 비해 더 작은 고응력 구역들 및 불균일 응력 구역들을 갖는 장점들을 갖는 진공 차단기를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 더 높은 전압 용량 정격으로 업그레이드될 수 있는 진공 차단기를 제공하는 것이다.

이에 따라, 본 발명은 고정 콘택트 및 가동 콘택트를 포함하는 진공 차단기를 제공한다. 고정 및 가동 콘택트들은 축 방향으로 이격된 관계로 배치된다. 베어 진공 차단기는 또한 2 개의 세라믹 절연체 실린더들을 포함한다. 각각의 세라믹 실린더는 고정 콘택트 및 가동 콘택트를 둘러싼다.

또한, 상기 세라믹 실린더들 내에 위치된 플로팅 실드 (floating shield) 가 제공된다. 플로팅 실드는 2 개의 상기 세라믹 실린더들 사이에 배치되고 외부 분위기에 노출된 플로팅 전위 플랜지를 갖는다. 외부 분위기는 제어된 압력 또는 대기 압력 하에 있다. 진공 차단기는 하우징 내에 인클로징된다. 하우징은 공기 또는 오일 또는 가스로 적절하거나 적당하게 충전된다. 또한, 인캡슐레이팅 재료로 진공 차단기에 인캡슐레이션이 제공된다. 인캡슐레이션은 중첩 하는 거리 만큼 각각의 상기 세라믹 실린더를 커버하고 대응하는 상기 콘택트들의 금속 단부 캡 (metallic end cap) 으로부터 연장되는 적어도 하나의 콘택트 단자에 제공되는 인캡슐레이션을 포함한다. 중첩하는 거리 만큼 세라믹 실린더를 커버하고 플로팅 전위 플랜지를 외부 분위기에 노출시키는 그러한 인캡슐레이션은 선택적 인캡슐레이션으로 불린다. 인캡슐레이팅 재료는 실리콘 고무와 같은 고체 절연체이다. 여기에 언급된 중첩하는 거리는 대략 12 내지 18 mm 이다. 노출된 플로팅 전위 플랜지 부분은 인캡슐레이션으로부터 자유롭다. 본 발명의 진공 차단기는 적절한 변경을 통해 40.5 kV 까지의 상이한 전압 정격을 위해 사용될 수 있다.

이에 따라, 본 발명은 또한 본 발명의 진공 차단기에 따른, 베어 및 완전히 인캡슐레이트된 진공 차단기에 비해 진공 차단기의 전압 내력 (voltage withstandability) 을 향상하는 방법을 제공한다. 본 발명의 방법은 a) 진공 차단기를 인캡슐레이트하는 단계로서, 중첩하는 거리 만큼 각각의 세라믹 실린더를 커버하고 대응하는 상기 콘택트의 금속 단부 캡으로부터 적어도 하나의 콘택트 단자를 인캡슐레이트하는 단계를 포함하는, 상기 인캡슐레이트하는 단계, 및 b) 플로팅 전위 플랜지를 갖는, 인캡슐레이션으로부터 자유로운 부분을 외부 분위기에 노출시키는 단계를 포함한다.

첨부하는 도면을 참조하여:
도 1 은 현재의 실시에 따른 하우징 내의 진공 차단기의 수직 단면도를 나타낸다.
도 2 는 본 발명에 따른 하우징 내의 진공 차단기의 수직 단면도를 나타낸다.
도 3 은 도 2 의 진공 차단기의 수직 단면도를 나타낸다.

도 1 에 따르면, 진공 차단기는 고정 콘택트 (1) 및 가동 콘택트 (2) 를 갖는다. 고정 및 가동 콘택트들은 절연의 목적으로 각각 그들의 대응하는 세라믹 실린더들 (3, 4) 내부에 있다.

고전압 전위 또는 대지 전위에 직접 연결되지 않은 플로팅 전위 플랜지 (6) 를 갖는 플로팅 실드 (5) 가 존재한다. 플로팅 전위 플랜지 (6) 는 2 개의 세라믹 실린더들 (3, 4) 사이에 배치되며, 등거리에 있을 수 있고, 이 경우, 그것은 높은 전압 전위의 절반에 더 가까운 전위에 있다. 이러한 전위는 플로팅 전위로 불린다.

벨로우즈 (7) 는 진공 차단기의 가동 콘택트 (2) 의 이동을 용이하게 하기 위해 제공되고, 차단기 내부에 진공을 항상 유지하며, 벨로우즈 위에는 벨로우즈 실드 (8) 가 배치되어 있다.

진공 차단기의 전체 구성은 실리콘 고무와 같은 고체 절연체인 적절한 인캡슐레이팅 재료로 인캡슐레이트된다. 이러한 인캡슐레이션 (9) 은 높은 전위 또는 플로팅 전위 또는 대지 전위에 있는 금속 부분들을 마스킹하는 것이다. 인캡슐레이팅 재료는 세라믹 표면에의 인캡슐레이팅 재료의 적절한 부착을 위한 접착제에 의해 세라믹 실린더들의 표면에 접착된다. 인캡슐레이트된 진공 차단기는 진공 회로 차단기의 자기 하우징 (10) 내부에 배치된다. 하우징 (10) 은 제어된 압력 또는 대기 압력 하에 있는 공기 또는 오일 또는 가스를 인클로징한다.

이러한 타입의 진공 차단기 구성은 자기 피복 옥외 회로 차단기들에 적합하다. 외부 유전체 크리피지 제한들은 여기에 상술된 인캡슐레이션을 통해 극복된다.

그러나, 상술된 진공 차단기에서, 정전기장은 전체 세라믹 표면을 커버하는 인캡슐레이팅 재료로 인해 강화된다. 응력 영역은 톱 단자 (top terminal) 의 폴로부터 자기 하우징의 저부까지 연속적이다. 이러한 연속적인 응력 영역은 자기의 내부 표면에 있다. 연속적인 응력 영역으로 인해, 서비스 동안 자기 하우징과 진공 차단기 사이의 캐비티에서의 이온화의 가속화로 인해 발생하는 표면 절연 고장의 기회가 존재한다.

상술한 것을 고려하면, 더 적은 고응력 구역들을 갖는 진공 차단기를 갖고, 불균일한 응력 구역들을 회피하고, 더 많은 크리피지 및 클리어런스 거리를 더할 필요가 느껴진다. 그러나, 이것은 더 많은 크리피지 및 클리어런스 거리와 연관되고 더 적은 고응력 구역들 및 불균일 응력 구역들을 갖는 장점을 제공하는 진공 차단기의 특정의 설계를 요구한다. 이외에도, 진공 차단기는 증가된 성능을 갖고 더 작은 중량을 가지며, 비교적 낮은 비용으로 이용가능하게 되어야 한다. 또한, 그것은 적절하고 적용가능하게 적합한 변경을 통해 진공 차단기의 전압 정격을 업그레이드하는 것을 수용해야 한다.

본 발명이 도 2 및 도 3 을 참조하여 더 설명된다. 여기서, 인캡슐레이션 (9) 은 위에서 주장한 바와 같이 진공 차단기 전체에 대해 행해지지 않는다. 인캡슐레이팅 재료로의 적어도 하나의 콘택트 단자 (11, 12) 의 인캡슐레이션 (9) 은 대응하는 고정 또는 가동 콘택트에 속하는 금속 단부 캡들로부터 세라믹 실린더의 표면에 중첩하는 거리까지이다. 여기의 중첩의 거리는 요구되는 업그레이드의 양에 따라 대략 12 내지 18 mm 일 수 있다.

플로팅 전위 플랜지 (6) 는 제어된 압력 또는 대기 압력 하에 있는 외부 분위기에 노출되고, 그것은 완전한 인캡슐레이션이 수행되었을 때 상술한 바와 같이 자기 하우징 (10) 내에 인클로징된 공기 또는 오일 또는 가스일 수 있다. 여기서, 플로팅 전위 플랜지 (6) 를 갖는 부분은 인캡슐레이트되지 않고, 비인캡슐레이션의 영역은 단지 12-18 mm 의 중첩이 세라믹 절연체들 상에 유지될 정도까지 증가되어, 그것을 외부 분위기에 노출시킨다. 세라믹 영역이 더 길면 길수록, 인캡슐레이션 프리 영역은 더 많아진다. 이것은 자기 하우징 (10) 의 내부 표면 상의 고응력 구역들 및 불균일 응력 구역들을 효과적으로 감소시킨다. 또한, 나타난 응력 영역은 연속적이지 않고, 이것은 상술된 진공 차단기의 외경 및 자기의 내경 근처의 표면 절연 고장을 제거한다.

진공 차단기의 전압 정격이 40.5 kV 까지 증가되며, 선택적 인캡슐레이션에 의해 진공 차단기의 전압 정격을 업그레이드하는 좋은 예를 보여준다. 이것은 현존하는 진공 차단기들에서는 가능하지 않다.

또한, 진공 차단기의 중량이 인캡슐레이션이 없는 부분으로 인해 감소된다. 인캡슐레이션과 연관된 결함들이 감소된다. 비용은 비교적 낮게 된다.

본 발명의 일부 양태들은 특정적으로 기술되지 않고 통상의 기술자에게 잘 이해된다. 본 발명에서의 소정의 다른 변경들 또는 변형들이 본 발명의 범위 내에 있는 것으로 해석된다.

Claims (10)

1. 진공 차단기로서,
   축 방향으로 이격된 관계로 배치된 고정 콘택트 및 가동 콘택트;
   각각 상기 고정 콘택트 및 상기 가동 콘택트를 둘러싸는 2 개의 세라믹 절연체 실린더들;
   인캡슐레이팅 재료로 상기 진공 차단기에 인캡슐레이션이 제공되며,
   상기 인캡슐레이션은 대응하는 상기 콘택트들의 금속 단부 캡 (metallic end cap) 으로부터 연장되고 중첩하는 거리 만큼 각각의 상기 세라믹 절연체 실린더를 커버하는, 적어도 하나의 콘택트 단자에 대한 인캡슐레이션을 포함하고,
   상기 세라믹 절연체 실린더들 내에 위치되고, 2 개의 상기 세라믹 절연체 실린더들 사이에 배치되고 외부 분위기에 노출되는 플로팅 전위 플랜지를 갖는 플로팅 실드를 포함하고, 상기 2 개의 상기 세라믹 절연체 실린더들 사이에 배치된, 노출되는 플로팅 전위 플랜지 부분은 상기 진공 차단기의 자기 하우징 내부 표면 상의 응력을 감소시키기 위해 인캡슐레이션으로부터 자유로운, 진공 차단기.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 인캡슐레이팅 재료는 실리콘 고무와 같은 고체 절연체인, 진공 차단기.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 중첩하는 거리는 12 내지 18 mm 인, 진공 차단기.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 진공 차단기는 공기 또는 오일 또는 가스로 충전된 하우징 내에 인클로징되는, 진공 차단기.
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 외부 분위기는 제어된 압력 또는 대기 압력 하에 있는, 진공 차단기.
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 진공 차단기의 전압 정격은 40.5 kV 까지인, 진공 차단기.
7. 삭제
8. 제 1 항에 있어서,
   상기 진공 차단기는 소형이고, 더 적은 중량 및 결함들을 가지며, 더 적은 비용의 것인, 진공 차단기.
9. 제 1 항 내지 제 6 항, 제 8 항 중 어느 한 항에 기재된 진공 차단기의 전압 내력을 향상시키는 방법으로서,
   상기 진공 차단기를 인캡슐레이팅 재료로 인캡슐레이트하는 단계로서, 대응하는 상기 콘택트의 금속 단부 캡으로부터 적어도 하나의 콘택트 단자를 인캡슐레이트하는 단계와 중첩하는 거리 만큼 각각의 상기 세라믹 절연체 실린더를 커버하는 단계를 포함하는, 상기 인캡슐레이트하는 단계, 및
   플로팅 전위 플랜지를 갖는 부분을 외부 분위기에 노출시켜 인캡슐레이션으로부터 자유롭게 하는 단계를 포함하는, 전압 내력을 향상시키는 방법.
10. 제 9 항에 있어서,
    상기 인캡슐레이트하는 단계는,
    상기 인캡슐레이팅 재료의 상기 세라믹 절연체 실린더들의 표면에의 부착을 위해 접착제에 의해 상기 세라믹 절연체 실린더들의 표면에 상기 인캡슐레이팅 재료를 접착하는 단계를 더 포함하는, 전압 내력을 향상시키는 방법.

Images