KR880002576B1 - 진공 차단기 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

진공 차단기

제1도는 본원 발명의 실시예로서 나타낸 진공 차단기의 측단면도.

제2도는 제1도의 가동전극의 분해 사시도.

제3a도는 평행자계 분포 특성도.

제3b도는 제2도의 가동전극의 측단면도.

제4a도, 제4b도, 제4c도는 본원 발명의 다른 실시예로서 나타낸 전극의 측단면도.

제5도는 본원 발명의 다른 실시예로서 나타낸 전극의 분해 사시도.

제6도는 제5도의 전류 궤적도.

본원 발명의 전극은 진공용기의 내부에서 외부로 뻗는 적어도 한쌍의 도전봉(導電棒)과, 이들 도전봉의 선단에 부착된 개폐할 수 있는 적어도 한쌍의 주전극(主電極)과, 한쌍의 주전극이 다른쪽의 주전극과 개폐할때에 발생하는 아크에 대해서 평행의 자계를 발생하는 평행 자계발생수단과, 주전극의 중점부에 매설된 평행자계를 소거하고, 또한 도전율이 양호한 자계제어부로 구성된다.

이 구성에 의하면, 평행자계가 자계제어부를 투과하면, 자계제어부에 와전류(渦電流)가 흐른다. 와전류에 의한 자계는 평행자계에 대해서 역극성(逆極性)이 발생되므로, 평행자계를 소거할 수 있다. 이 결과, 중심부에서의 평행자계가 중심부로부터 외측의 외주부 보다 0약해지며, 아크는 자계제어부에서 외주부로 이행하기 용이하게 되므로, 자계제어부는 용손(溶損)되기 어렵다.

본원 발명은 진공용기내에 배치된 한쌍의 주전극을 개폐했을때에, 양 주전극에 발생한 아크에 대해서 평행으로 향한 자계를 발생하는 평행자계발생수단을 구비한 전극을 개량한 진공차단기에 관한 것이다.

일반적으로 진공차단기는 원통형의 진공용기내에서 진공용기의 외부로 뻗는 도전봉에 부착된 서로 대응하는 한쌍의 주전극을 배치하고 있다. 통상, 한쌍의 주전극은 서로 닫힌 상태에서 전류를 통전하고 있지만, 외주 회로에서 사고가 발생하면, 한쌍의 주전극은 기기의 손상을 방지하기 위해 서로 개방된다. 이때, 한쌍의 주전극 간에 아크가 발생하므로, 이 아크를 되도록 빨리 소호(消弧)할 필요가 있다.

아크를 소호하는 방식으로서, 아크에 대해서 평행으로 향한 자계를 인가하여, 아크를 무수한 가는 실모양 아크로 분산시켜서 소호하는 구조의 진공차단기가 예를 들어 미합중국 특허 제 3,946,179호(영국특허 제1,478,702호), 제4,196,327호(영국특허 제 1,57,350호)등의 공보에 의해 제안되어 있다. 즉, 전자의 전극은 도전봉 선단에 설치한 주전극 뒷면에 코일전극을 설치하고 있다. 코일전극은 도전봉을 중심으로 하여 반경방향으로 전류를 흐르게 하는 복수의 암부와, 암부의 전류를 도전봉을 중심으로 하는 루프형의 전류로 변경하여, 모두 같은 방향을 향한 축방향의 평행자계를 발생시키는 복수의 원주부(圓周部)로 구성되어 있다. 그리고, 반경방향의 전류에 의한 자계는 서로 소거하도록 겹쳐서 배치되어 있다. 즉, 이 코일 전극에서는 각 암부를 흐르는 전류는 전류의 크기가 같으며 방향이 반대의 상태에서 겹쳐져 있으므로, 이 부분에서 발생하는 자계는 서로 소거해 버린다. 코일 전극에서 발생하느 평행자계는 각 원주부에서 발생하는 평행자계가 된다. 각 평행자계의 방향은 서로 같은 방향이며 또한 축방향으로 인가되므로, 주전극의 중심부 부근 및 도전봉에는 각 평행자계가 모아진다. 따라서, 중심부에서 자속밀도가 높고, 중심부에서 원주부 끝으로 감에 따라서 자속밀도는 낮아진다. 그 결과, 사고전류의 파고값(坡高値)으로 주전극이 개리(開 ·)된 경우, 아크에 대해서 매우 큰 자계가 작용하게 된다. 예를 들면 사고전류가 63kA일 경우에는 중심부에 있어서의 자속밀도는 1000T에 달한다. 그 결과, 적절한 평행자계의 경우에는 중심부에서 원주부 끝으로 빨리 퍼지는 아크는 너무나 평행자계가 강하기 때문에 더 이상 원주부 까지 퍼질 수가 없고, 반대로 중심부에 축퇴(縮退)되는 현상이 생겨버린다. 그 결과, 중심부에서 현저한 용손을 초래하여 차단 실패에 이르러, 차단성능이 저해된다고 하는 결점이 있었다.

본원 발명의 목적은 평행자계에 의한 주표면의 중심부의 용손을 적게하고, 차단성능을 양호하게 한 진공 차단기를 제공하는데 있다.

본원 발명의 전극은 주전극의 주표면의 중심부에 돌출하며, 또한 도전율이 양호한 자계제어부를 설치하여, 평행자계가 자기제어부를 투과하면, 자기제어부에 흐르는 와전(渦電)에 의해 발생한 자계에 의해서, 평행자계의 일부를 소거하고, 자계제어부의 아크를 조속히 자계가 강한 자계제어부에서 회측의 주표면에 이행시켜서, 자계제어부의 용손을 적게하고, 차단성능을 양호하게 하는데 있다.

제1도에 나타낸 진공차단기(1)는 원통형의 절연통(2)의 양단을 끝판(3A),(3B)로 닫고 내부를 내밀로한 진공용기(4)를 구성한다. 진공용기내에 개폐할 수 있는 한쌍의 고정전극(5) 및 가동전극(6)을 대응 배치한다. 이들 전극의 뒷면에서 진공용기 밖으로 도전봉(7),(8)이 뻗어 있다. 한쪽의 도전봉(8)과 끝판(3B)과의 사이에 설치된 금속성의 벨로즈(9)는 도전봉(8)을 이동하여, 가동전극(6)을 고정전극(5)에 개폐 즉 캐리하는 작용을 한다. 중간실드(10)는 개리시에 발생하는 아크에 의한 금속증기가 절연통 내벽면에 부착하는 것을 방지하기 위해, 양 전극과 절연통 내벽면과의 사이에 설치되어 있다. 고정전극(5) 및 가동전극(6)의 상세한 구조는 양전극의 구조가 같으므로 가동전극(6)에 대해서 제2도에 의하여 설명한다.

가동전극(6)은 벨로즈 측의 코일전극(11)과 주전극(12)으로 구성되어 있다. 코일전극(11)은 도전봉(8)의 끝부와 한쪽면에서 접합되어 있는 중심부 0에, 중심부에서 반경방향으로 뻗는 4개의 암부(13)가, 각 암부의 타단에 모두 같은 방향으로 뻗는 원주부(14)가 각기 부착되어 있다. 원주부(14)의 타단에 형성된 주전극측으로 돌출하는 접속부(15)와 인접하는 암부(13)의 타단과의 사이에 전극(16)을 형성하고 있다. 접속부(15)는 주전극 뒷면에 형성한 접속부(17)와 접속되어 있다. 중심부 0와 주전극 뒷면과의 사이에 개재된 스페이서(18)는 중심부 0와 주전극(12)과의 사이에 흐르는 단락전류를 방지하고 있다. 따라서, 도전봉(8)으로 부터의 전류 I는 각 암부(13)를 통해서 원주부(14)에 I/4 I로 분류하고, 접속부(15),(17)에서 주전극(12)에 달한다.

주전극(12)은 와전류의 저감을 도모하기 위해 비교적 도전율이 작은 재료, 예를 들면 도전율이 20-40%IACS(International Annealed Copper Standard)정도의 Cu-Cr합금,Cu-Co 합금, Cu-Fe 합금, Cu-Ni합금 등으로 구성되어 있다. 주전극에는 와전류 저감용의 슬릿(201)이 4개 절입되어 있다. 주전극(12)의 주표면(22)의 중심부 0에는 다른쪽의 주전극측에 돌출하는 (제3b도에 나타냄) 자계제어부(23)가 매설되어 있다. 자계제어부(23)는 도전율이 양호한 재료, 예를 들면 순동을 사용하고 있다. 자계제어부(23)와 주전극(12)과의 사이의 접착은 은납으로 납땜하여 일체로 되어 있다.

다음에 자계제어부(23)의 작용에 대해 설명한다.

일반적으로 사고전류 I 가 도전봉(8)을 통해서 코일전극(11)에 흐르면, 각 원주부(14)에 흐르는 1/ 4의 전류 I에 의해 발생하는 평행자계는 주전극(12)의 중심부 0에서 집중하므로, 중심부 0에서 자계가 강하고, 중심부 0에서 우측 및 좌측의 원주끝 r, -r로 감에 따라서 약해진다. 따라서 제3a도에 나타낸 쇄선의 평행자계 분포특성 X₁을 얻는다. 제3a도의 종축은 자계의 강도 B〔mT/KA〕를 나타내고 있다.

본원 발명에서는 고정전극(5)에서 가동전극(6)이 떨어지면 양 주전극(12)사이에 아크(100)가 발생한다. 아크(100)는 돌출되어 있는 자계제어부(23)에 최초에 점호하는 동시에, 코일전극(11)에서 발생한 평행자계는 자계제어부(23)를 투과하므로, 자계제어부에 와전류가 흐른다. 와전류에 의한 자계는 역극성이 발생되므로, 평행자계의 일부를 소게하게 된다. 따라서, 자계제어부(23)의 자속밀도는 저감되며, 반대로 자계제어부보다 외측의 주표면(22)의 자계가 강해져, 제3a도에 나타낸 평행자계 분포특성 X₂으로 된다. 이 결과, 자계제어부(23)에 발생한 아크는 퍼지는데 적절한 자계로 되어, 자계제어부에서 외측의 주표면(22)으로 빨려 들어 가듯이 퍼져간다. 평행자계가 강한 주표면의 면적은 자계제어부 보다 훨씬 크므로, 아크의 프라즈마 밀도는 저하되어, 자계제어부에서의 용손은 발생되지 않는다. 그래서, 차단성능이 대폭 향상된다. 예를 들어 본원 발명자들이 실험에 의하면, 직경 136㎜ 전극으로 7.2KV,88KV(65KA)라고 하는 대전류를 차단할 수 있어 대폭적인 성능향상을 얻었다. 그리고 ()내는 종래의 차단성능을 나타낸다.

자계제어부(23)의 재료로서는 와전류에 의한 자계의 위상지연을 작게 하기 위해, 전기도전율이 양호한 재료가 바람직하다. 만약, 전기도전율이 나쁜, 즉 전기저항이 큰 부재를 사용하면 와전류의 위상지연이 크고 와전류에 의한 자계와 평행자계가 서로 어긋나서 서로 소거하기가 어려워져서, 자계제어부에서 아크가 정체하며, 자계제어부가 용손되기 때문이다. 또, 자계제어부에 전기도전율이 양호한 재료를 사용하면, 전류에 의한 발생열이 나오기 어려울 뿐만 아니라, 발생한 열도 냉각되기 쉽다. 그리고, 전기도전율이 양호한 재료로서는 순동 예를 들면 무산소동, Pb-Cu 합금등이 바람직하다.

본원 발명의 다른 실시예를 제4a도 내지 제4c도의 개략도에 의해 설명한다.

제4a도는 자계제어부(23)위에 접촉부(24)를 설치한 예이다. 이 경우, 자계제어부(23)의 재료는 순동이 아니라도 되며, 대략 순동에 가까운 도전율이 갖는 재료라면 사용할 수 있다. 자계제어부(23)는 제4b도에 나타낸 것처럼 중앙부에 오목부(25)를 형성해도 좋다. 제4c도는 접촉부를 감한 자계제어부(23)를 제4b도아 역으로 설치한 예이다.

제5도는 코일전극(11)과 주전극12 이 궤적을 표ⓧ로 하고, 차단아크에 대해 제6도에 나타낸 것처럼 4극의 평행자계 H₁,H₄를 인가하는 방식의 전극 상술한 미합중국특허 제 4,196,327호 영국특허 제1,573,350호에 있어서, 접촉부를 겸하는 자계제어부(23)를 설치한 예이다.

이 종류의 전극에서는 원리적으로 축중심의 평행자계는 0으로 되지만, 제작상의 정밀도에 의해 축중심에 다소의 평행자계가 존재할때에는 자계제어부(23)에서 평행자계를 제3a도에 나타낸 것처럼 저감할 수 있으므로 아크를 자계제어부(23)에서 각 원주끝쪽으로 이행할 수 있다. 따라서, 자계제어부(23)는 용이하게 용손되지 않는다. 그리고, 상술한 실시예에서는 진공용기내에 코일전극을 배치한 경우에 대해서 설명했지만, 진공용기의 외측에 코일을 감아서 형성한 코일전극으로도 상기와 같은 작용효과를 달성할 수 있음은 물론이다.

이상과 같이 본원 발명에서는 주전극의 중심부에 전기도전율이 양호한 자계제어부를 설치하여 자계제어부를 평행자계가 투과할때에 자계제어부에 흐르는 와전류에 의한 자계에서 평행자계를 저감시켜, 자계제어부의 아크를 자계제어부에서 외측의 주표면(22)으로 이행하도록 했으므로, 자계제어부에서의 용손은 생기지 않게 되었다. 따라서, 대폭적으로 진공차단기의 차단성능을 향상시킬 수 있다.

Claims (6)

1. 진공용기와, 진공용기내에서 외부로 뻗는 적어도 한쌍의 도전봉과, 진공용기내의 도전봉에 각기 접속된 한쌍의 주전극과, 상기 한쪽의 도전봉을 이동하고, 한쪽의 주전극에서 다른쪽의 주전극을 개리할때, 양 주전극 사이에서 발생한 아크에 평행자계를 투과해서, 아크를 소호하는 평행자계 발생수단으로 이루어지는 전극에 있어서, 서로 대응하는 주전극의 주표면의 중심부에 대응하는 주전극 측에 돌출하며, 또한 중심부 부근의 평행자계를 소거하는 자계제어부를 설치하는 것을 특징으로 하는 진공 차단기.
2. 제1항에 있어서, 자계제어부로서 순동, Pb-Cu 합금등의 도전율이 양호한 부재를 사용하는 것을 특징으로 하는 진공차단기.
3. 제1항에 있어서, 자계제어부에 무산화동을 사용하는 것을 특징으로 하는 진공차단기.
4. 진공용기와, 진공용기내에서 외부로 뻗는 적어도 한쌍의 도전봉과, 진공용기내의 도전봉에 각기 접속된 한쌍의 주전극과, 상기 한쪽의 도전봉을 이동하고, 한쪽의 주전극에서 다른쪽의 주전극을 개리할때, 양주전극 사이에서 발생한 아크에 평행자계를 투과해서, 아크를 소호하는 평행자계 발생수단으로 이루어지는 전극에 있어서, 서로 대응하는 주전극의 주표면의 중심부에 설치하고, 또한 대응하는 주전극측에 돌출하는 접촉부와, 접촉부의 주위에 설치한 평행자계를 소거하는 자계제어부로 이루어지는 것을 특징으로 하는 진공차단기.
5. 제4항에 있어서, 자계제어부로서 순동, Pb-Cu 합금등의 도전율이 양호한 부재를 사용하는 것을 특징으로 하는 진공차단기.
6. 제4항에 있어서, 자계제어부에 무산화동을 사용하는 것을 특징으로 하는 진공차단기.

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