KR20170044663A - 상대적 이중 운동 접촉 시스템을 가진 인터럽터 디바이스 - Google Patents

상대적 이중 운동 접촉 시스템을 가진 인터럽터 디바이스 Download PDF

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만다바 모하나 라오 닥터.
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바라트 헤비 일렉트리컬스 리미티드
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Abstract

고전압 회로 브레이커의 차단 성능 향상을 위한 인터럽터 디바이스에 있어서, 절연 덮개(3)에 의하여 둘러싸이고, 서포트 또는 보호 공간(2) 및 동적 전류 유지 접촉(CC) 조립체(4) 위에 유지되는 소켓(1)을 포함하는 제1 이동 가능한 접촉 조립체, 동적 필드 제어 전극(7) 내부에 배치되고, 배열이 정적 전류 유지 접촉체(8) 및 정적 전류 유지 접촉 차폐체(9)를 포함하는 정적 전류 유지 접촉 조립체의 내부에 위치하는 제2 이동 가능한 접촉 조립체(6), 및 차단 시간에 일정한 기체 흐름 속력을 발생시키는 3개의 동일 체적 공간을 포함하고, 상기 소켓 접촉 조립체(1, 2, 3) 및 상기 동적 전류 유지 접촉 조립체(4)는 노즐(5)에 의하여 결합되고, 제3 공간(15)은 상기 보호 공간(2)과 직렬로 결합되고, 메인 드라이버가 상대 이동 접촉체 시스템을 실행하기 위하여 동적 필드 제어 전극에 연결된다.

Description

상대적 이중 운동 접촉 시스템을 가진 인터럽터 디바이스{INTERRUPTER DEVICE WITH RELATIVE DUAL MOTION CONTACT SYSTEM}
본 발명은 개선된 기체 인터럽터 디바이스에 관한 것이다. 구체적으로 본 발명은 이중 운동 접촉 시스템을 가진 인터럽터에 관한 것이다.
오류 전류가 회로 브레이커에 의하여 차단되는 경우, 아크가 아크 접촉체들 사이에 발생한다. 아크의 에너지의 양은 전류 양, 아크의 지속 시간 및 유사한 다른 매개변수에 의존한다. 아크의 온도가 상당히 높은 경우, 아크는 절연 매개체(기체)를 분해하고, 소재가 아크에 노출된다. 또한 상승된 온도에서 화학 반응의 부산물이 절연체를 불안전하게 만들면서 주변에 축적되고, 차후 차단을 위한 상호-전극 갭의 유전 특성을 유지하기 위하여 제거될 것이다.
공지의 인터럽터에서, 두 개의 접촉체 중 하나가 고정되고, 이동 접촉체가 작동 메커니즘에 의하여 구동되고, 아크가 접촉 분리체 위에 가해진다(도 1(a) 참조). 전류-제로 상태에서 아크는 진행된 상호-전극 갭을 시스템에 노출시키고, 과도 회복 전압이 되면서 자연적으로 꺼지게 된다. 갭이 다시 점화하거나 또는 아크가 덮개에 다시 가해지면, 갭은 이러한 전압을 견디지 못한다. 기계적인 제한으로 인하여, 제한된 단지 상호-전극 갭만이 공지의 인터럽터에 발생될 수 있고, EHV 회로 브레이커를 위한 다중 브레이크의 사용을 촉진시킨다. 245kV에 이르도록하는 단일-브레이크 회로 브레이커 설계가 일반적이고, 이러한 범위를 벗어나는 경우 두 개 또는 그 이상의 브레이크가 회로 브레이커를 형성하기 위하여 직렬로 사용된다. 다중 브레이크는 예를 들어 회로 브레이커의 신뢰성 및 비용에 영향을 미치는 높은 수준의 커패시터와 같은 전압 균일 디바이스를 필요로 한다.
추가로 공지의 인터럽터는 접촉체가 분리되면서 다양한 필드 집중에 이르도록 하는 정적 필드 프로파일링 전극을 사용한다. 보다 명확하게 차폐체가 고정되는 경우, 상호-전극 갭의 전극 필드 및 전압 항복 강도가 제한된다. 이러한 제한을 극복하고, 요구되는 성능을 달성하기 위하여 가스의 추가 양 및 보다 차별성을 가지는 압력이 설계자에 의하여 채용되어야 한다.
이러한 주요 문제와 관련된 몇몇 특허 발명은 US 20080257866A1, US 4937406 및 US 5739495가 된다.
US 20080257866A1은 구동 부재에 결합된 구동 바(70) 및 구동 바(70)와 마주보면서 두 개의 접촉체(3, 4)를 가지는 회로-차단 챔버(2)를 가지고, 각각의 접촉체(3, 4)는 메인 접촉체(각각 30, 40) 및 아크 접촉체(각각 31, 41)를 포함하고, 두 개의 접촉체 중 하나(3)는 블라스터(blast) 또는 소화 노즐(32)에 고정되는 형태의 고전압 또는 중전압을 위한 회로 브레이커(1)에 관한 것이다. 상기 발명에 따르면, 제2 접촉체(4) 및 구동 바(70)는 이들이 함께 동일한 방향으로 이동하는 방법으로 결합 수단(6)에 의하여 함께 결합되고, 전달 수단(5)이 구동 바(70)에 인접하는 챔버(2)의 측면(21)에 배치되고, 구동 제2 접촉체(4)의 이동을 제1 접촉체(3)로 전달하도록 만들어진다.
US 4937406은 메인 회로를 닫거나 또는 분리시키는 이동 가능한 접촉체 및 정지 접촉체와 절두체-원뿔(frustoconical) 형상의 소호실(arc extinguish chamber)가 형성된 절연 튜브를 가지는 절연체-타입 기체 회로 인터럽터를 개시한다. 이동 가능한 접촉체는 절두체 원뿔의 소화 챔버의 보다 작은 내부 직경 측에 배치되고, 정지 접촉체는 절두체 원뿔 형상의 소호실의 보다 큰 내부 직경 측에 배치된다. 전기적으로 절연된 기체가 절두체 원뿔의 소호실 내부에서 밀폐가 된다.
US 5739495는 1996년 5월 8일에 PCT에 출원된 PCT 번호 PCT/DE95/00631 sec.371, Date 11.26, 1996 Sec.102(e) Date 11.26, 1995, PCT 공개번호 WO 95/33274 PCT 공개일 12.7, 1995 에 대하여 개시하고, 압축-가스 회로 브레이커에 서로 마주보도록 동일 축으로 배열된 두 개의 접촉체가 제공되고, 적어도 하나는 축 방향으로 이동하도록 구동된다. 두 개의 접촉체는 차단된 상태에서 접촉 갭을 형성한다. 또한 회로 브레이커는 구동된 접촉체에 연결되고, 접촉 갭의 적어도 일부를 둘러싸고, 절연 소재로 만들어진 노즐을 가진다. 상기 발명은 아크-소화 기체 압력의 증가의 결과로 노즐이 반지름 방향으로 팽창하는 것을 방지하기 위하여 절연 노즐의 외부에 대하여 동일 축으로 인접하는 고강도 플라스틱 튜브를 필요로 한다.
그러므로 본 발명의 목적은 이동 가능한 차폐체 메커니즘을 가진 향상된 인터럽터 디바이스를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 제2 이동 가능한 접촉체에 가장 낮은 전기적 스트레스 수준을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 전류 차단 과정에서 아크 형태의 기체가 배출되도록 하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 새로운 궤적 플레이트를 통하여 동적 필드 전극의 특징을 가지는 미리 결정된 이동 속력을 성취하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 특별히 보다 큰 오류 전류를 위하여 스트로크의 끝 부분에서 매우 높은 압력을 제한하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 뜨거운/전도 기체 오염으로부터 상호-전극 갭(전류 전달 접촉 시스템)의 보호를 제공하는 것이다.
성공적인 차단을 위하여 주요 설계 사양은 충분한 상호-전극 갭; 기체의 최적 유전 특성 및 상호-전극 갭의 필드 균일성이 된다. 이러한 몇몇의 사양을 전달하기 위하여 이동 가능한 차폐체 접근이 혁신적으로 만들어졌다. 따라서 동적 필드 제어 전극에 의하여 둘러싸이고, 상대적 운동 접촉 시스템을 갖춘 핀을 포함하는 인터럽터 디바이스가 제공된다. 본 발명에 따르면, 노즐은 차례대로 동적 필드 제어 전극의 이동을 제어는 충전 링크로 알려진 적합한 커플러를 통하여 궤적 플레이트에 결합된다. 추가로 본 발명은 차단 시 효과적인 기체 흐름 속력을 실행하도록 3개의 전략적으로 결합된 공간을 가진 이중 운동 접촉 시스템을 포함하는 인터럽터 디바이스를 제공한다. 전체 접촉 시스템은 예를 들어 육불화황(Sulphur Hexafluoride: SF6) 또는 다른 절연 기체 또는 이와 동등한 기체와 SF6의 혼합 기체와 같은 가압된 기체에 의하여 둘러싸인다. 추가로 궤적 플레이트의 프로파일이 접촉체 사이의 동적 필드의 위치가 최고의 이득을 위하여 조절될 수 있는 방법으로 설계되고, 접촉 시스템의 상호-전극 갭에서 뜨거운 기체의 정체/점유가 방지된다. 추가로 본 발명의 목적 및 권리는 전류 차단 과정 동안 핀이 그 자신에 대하여 작동하는 상대적 운동 시스템에 관한 것이다. 이러한 이동을 위하여 요구되는 필요한 에너지는 닫힘 작동을 진행하는 동안 저장되고/획득된다. 핀이 주요 구동 시스템에 의하여 다시 제어되고, 접촉 시스템의 적절한 닫힘 및 열림이 보장되는 것은 새로운 설계가 된다. 본 발명의 인터럽터는 추가로 인터럽터를 위한 작동 에너지가 감소되는 특징을 포함한다. 본 발명의 다른 실시 예는 궤적 플레이트를 수용하고, 이중 운동 기계 구조, 궤적 플레이트, 하전 링크 및 가이드 로드를 덮고, 균일 전계 필드를 제공하는 천정 둠이 된다. 가위 형태 지렛대 배열이 동적 필드 제어 전극의 작동을 위하여 노즐을 동적 필드 제어 전극에 연결하는 본 발명에서 사용된다. 또한 본 발명은 전류 차단에 의하여 생성된 에너지로 인하여 이동 가능한 접촉체로 추가적 이동을 제공한다.
본 발명에 따른 인터럽터 디바이스는 차단 과정에서 작동 에너지가 감소하도록 하면서 다수 개의 공간에 의하여 차단이 효과적으로 이루어지도록 한다.
도 1은 이중 운동 메커니즘을 가진 공지의 인터럽터를 도시한 것이다.
도 2는 공지의 인터럽터 하우징을 도시한 것이다.
도 3은 공지의 절연 노즐을 도시한 것이다.
도 4는 제1 이동성 접촉 조립체를 도시한 것이다.
도 5는 동적 필드 제어 전극 조립체를 도시한 것이다.
도 6은 노즐을 동적 필드 제어 전극에 결합하는 가위 형태 지렛대 배열을 도시한 것이다.
도 7은 본 발명에 따른 절연 노즐 조립체를 도시한 것이다.
도 8은 본 발명에 따른 신축성 커플링을 도시한 것이다.
도 9는 본 발명에 따른 제시된 설계 특징을 가진 회로 브레이커를 도시한 것이다.
일반적으로 차단 과정에서 접촉체 사이에 나타나는 전압을 제한하기 위하여 다수 브레이크가 선호된다. 다수 브레이크 시스템은 동일한 구동으로 작동하기 위하여 보다 높은 에너지를 요구한다. 이러한 문제를 해결하기 위하여 이중 접촉 시스템이 대안적인 해결책으로 확인되었다(도 1(b)). 그러나 이러한 모든 시스템에서, 제2 이동 가능한 접촉체, 즉 주요 이동 가능한 접촉체가 아닌 다른 이동 가능한 접촉체는 작동 메커니즘으로부터 에너지의 충분한 부분을 차지한다. 몇몇 공지의 브레이커에 있어서, 그러한 시스템은 상대적으로 높은 에너지를 요구하며, 낮은 에너지 메커니즘으로 작동하기 어렵다(참조: US 20080257866A1).
이동 가능한 접촉체 및 고정된 접촉체 사이의 정적 전계 필드는 접촉체의 전극 프로파일 및 상대적인 위치와 같은 다양한 이유로 인하여 균일하지 않다. 전계 집중은 기체 갭의 전압 항복 강도에 부정적으로 영향을 미친다.
뜨거우면서 전도성을 가지는 기체의 이용은 성공적 차단을 방지하는 상황을 더 복잡하게 한다. 대부분의 인터럽터에 있어서, 노즐을 벗어난 후 아크화가 된 기체는 적절하지 않은 채널링으로 인하여 접촉체 시스템 내부로 흐를 수 있고, 이것은 열 파손에 이르도록 할 수 있다. 전류 차단 과정에서 시간의 특별한 순간을 넘어, 최소 아크화 시간은 아크화가 된 기체가 상호-전극 기체 갭 사이에 제거되는 효과 및 아크화가 된 접촉체 사이에 정적 전계 필드의 균일성에 의하여 결정된다. 이러한 문제를 해결하기 위하여, 노즐의 표면 전도 길이가 다른 방법에 의하여 증가되어야 한다. 그럼에도 불구하고 시스템의 성능은 제한되고, 인터럽터의 어떤 것도 충분한 성능으로 이용될 수 없다. 몇몇 현존하는 설계에서, 접촉체 시스템이 아크화 챔버 조립체가 없는 상태에서 금속 엔클로저에 배열된다. 이러한 배열은 아크화가 된 기체가 포함되지 않고, 금속 엔클로저와 직접 접촉될 수 있으므로 전류 차단의 과정에서 이른 시기에 오작동을 발생시킬 수 있다(도 2(a) 참조). 절연된 아크화 챔버의 공지의 설계에서, 접촉체가 열린 조건에 있는 경우, 절연체 사이의 정적 전계 필드는 균일한 값에 근접할 수 있다. 절연된 아크화 챔버에 결합된 차폐체가 없는 경우, 표면 스트레스가 아크화 및 전류 유지 접촉 차폐체에 의하여 요구되는 범위에 이르도록 제어될 수 없다(US 4937406 참조). 그러나 열림 작동 과정에서(즉 닫힌 상태로부터 열린 상태로), 아크화 접촉체가 그들의 차폐체 외부에 있고, 접촉 시스템 및 절연된 아크화 챔버 사이의 정적 전계 스트레스가 매우 크게 증가하고, 보다 낮은 회복 전압에서 플래시오버를 발생시킬 수 있다(도 2(b) 참조).
상호-전극 갭의 유전 강도는 아크화가 된 기체의 효과적인 제거를 비롯하여 아크화가 된 기체 영역을 차지하는 신선 기체의 밀도에 의존한다. 공지의 인터럽터에 있어서, 일단 기체가 쓰로트(throat)로부터 분산 영역으로 방출되면, 기체의 갑작스런 팽창으로 인하여 마하 수(mach number)가 1(one) 이상일 가능성이 존재한다(참조: US 5739495). 증가된 마하 수(mach number)로 인하여, 쓰로트 영역 근처의 기체 압력 상승이 급격하게 떨어지고, 가끔 음의 값이 된다(도 3 참조).
이것은 차례로 낮은 가스 밀도 영역을 생성하므로 전류 차단 과정에서 항복 과도 회복(withstanding transient recovery)에 있어서 중요하다.
본 발명에 따르면, 높은 전도성 및 낮은 부식성 소재로 만들어진 소켓(1)이 소켓 지지 또는 보호 공간(2)에 유지된다. 소켓은 낮은 부식 절연 소재로 만들어진 절연 덮개(3)에 의하여 덮인다. 노즐(5)은 동적 전류 유지(current carrying: CC) 접촉체(4) 및 소켓 접촉 조립체에 고정된다. 소켓(1), 절연 덮개(3) 및 동적 전류 유지 접촉체(4)는 소켓 접촉 조립체를 형성한다. 도 4는 제1 이동 가능한 접촉 조립체를 제시한 것이다.
완전히 열린 조건의 인터럽터에서, 핀(6)이 동적 필드 제어 전극(7)에 의하여 둘러싸인다. 핀은 동적 전계 전극 내부에 위치되고, 이러한 배열은 다시 정지 전류 유지(CC) 접촉 조립체 내부에 위치한다. 핀은 두 개의 접촉체 사이에 균일한 정적 전계 필드를 향상시키는 크기로 만들어진다. 또한 핀의 크기는 차단되는 오류 전류, 모든 가능한 시험 듀티를 차단하기 위하여 요구되는 압력 윈도우에 의하여 결정된다. 정적 전류 유지 접촉 조립체는 정적 전류 유지(CC) 접촉체(8) 및 정적 전류 유지 접촉 차폐체(9)를 포함한다. 아크화 접촉체 시스템 및 전류 유지 접촉체 시스템은 절연된 아크화 챔버 조립체(10)에 배치된다. 절연된 아크화 챔버 조립체는 어느 하나의 측면에 절연된 아크화 챔버에 결합된 HT 차폐체 I(11) 및 HT 차폐체 II(12)(차폐 전극)으로 구성된다. 절연된 챔버는 진공/가압에서 감겨지고 에폭시 수지로 침지된 아라미드/케블라, 이들 섬유의 혼합물 또는 균등 소재로 만들어진다. 절연된 챔버의 내부 및 외부 표면은 아크화 SF6 기체에 대하여 저항성을 가진다. HT 차폐체의 프로파일은 아크화 접촉 시스템 및 전류 유지 접촉체 시스템 사이에 균일한 E-필드를 유지하는 것이다.
본 발명에 따른 디바이스는 세 개의 전략적으로 결합된 공간에 의하여 형성된다. 이러한 배열의 목적은 차단 시 효과적인 기체 흐름 속력을 이루기 위한 것이다. 제1 공간은 압축 공간(13)이 되고, 상기 공간에서 피스톤-실린더 배열이 작동 기계 구조/구동에 공지의 방법에 따라 결합된 피스톤의 이동에 의하여 차단 과정에서 차가운 기체의 저장 및 기체의 압축을 허용한다. 신선한 기체는 닫힘 작동 과정에서, 상기 공간에 수집되고 유지된다. 제2 공간은 팽창 공간(15)이 되고, 상기 공간에서 이용 가능한 기체가 접촉 분리/아크화 과정에서 아크에 직접적으로 노출된다. 제3 공간은 중간 공간(14)이 되고, 상기 공간에서 저장된 기체가 팽창 공간(15) 기체에 의하여 압축이 되며, 기체 압력이 팽창 공간의 압축 및 혼합으로 인하여 아크 과정에서 상승한다. 보호 공간(2)으로 지칭되는 압축 공간에 연결된 추가 공간이 존재한다. 열림 작동 과정 동안 충격의 끝 부분에서 이러한 공간은 과도한 기체 압력의 발생을 방지하는 것을 돕고, 기계 구조에 부하를 가하지 않을 것이다. 백-업 공간을 압축 공간(13)에 제공하는 브레이커의 추가 목적은 압축 공간(13)에서의 압력 증강이 두 개의 단계적인 블라스트 차단에서 보다 높아짐에 따라 보다 높은 아크화 과정에서 극단적으로 높은 압력을 제한하는 것이다. 이러한 보호 공간(2)은 무-부하/저-부하 조건 동안 차단이 영향을 받지 않도록 최적화가 될 수 있다.
열린 상태의 인터럽터에서, 동적 필드 제어 전극(7)은 정적 전류 유지 접촉 차폐체(9)로부터 밖으로 나오고, 동적 필드 제어 전극(7)과 동적 전류 유지 접촉체(4) 사이의 기체 갭은 항복 저항을 결정한다. 도 5는 동적 필드 제어 전극 시스템을 도시한 것이다. 전체 접촉체 시스템은 설계 밀도에서 SF6 기체에 의하여 둘러싸인다. 소켓은 설계 거리에 의하여 정적 전류 유지 접촉 차폐체로부터 분리되고, 설계 거리는 시스템 전압 및 SF6 기체 밀도에 비례한다.
열림 작동 상태에서, 동적 필드 제어 전극(7)은 예상되는 최소 아크 시간에 및 핀(6)이 동적 필드 제어 전극(7)을 가로질러 접촉하는 시간에 따라 미리 결정된 작동 시간에 아래쪽 방향으로 이동한다. 보다 명확하게, 전류-제로 상태에서, 접촉체 사이의 전압 항복 성능이 동적 필드 제어 전극(7)의 존재에 의하여 향상된다. 소켓 조립체는 궤적 플레이트(16)에 의하여 노즐(5)을 통하여 동적 필드 제어 전극(7)에 결합된다. 궤적 플레이트(16)의 프로파일이 접촉체 사이의 동적 전계 전극의 위치가 최대 이익을 위하여 조절되는 방법으로 설계된다. 소켓 접촉 시스템, 동적 전계 제어 전극(7) 및 결합 시스템이 제1 전류-제로 상태에서 뜨거운 기체가 접촉 시스템의 상호-전극 갭에서 뜨거운 기체의 체류/점유를 방지하면서 부피를 유지하기 위하여 노즐(5)을 통하여 분출되도록 배열된다. 궤적 플레이트(16)는 아래의 매개변수를 결정하는 방법으로 프로파일이 된다.
1. 동적 필드 제어 전극(7)의 속력 특성
2. 동적 필드 제어 전극(7)의 마찰력이 없는 작동
3. 동적 필드 제어 전극(7)과 동적 전류 유지 접촉체(4) 사이의 기체 갭
본 발명의 하나의 실시 예에서 노즐(5)은 차례로 동적 필드 제어 전극(7)의 이동을 조절하는 충전 링크(17)로 알려진 적절한 커플러를 통하여 궤적 플레이트(16)에 연결된다. 동적 필드 전극은 가이드 로드(18)에 의하여 궤적 플레이트(16)에 연결된다. 충전 링크(17)는 브레이커의 스트로크 및 핀(6)이 이동하는 거리에 의하여 설계되는 구성의 가이드 슬롯을 가진다. 도 5는 동적 필드 전극을 가진 인터럽터를 도시한 것이다. CB가 열린 상태가 되는 경우 핀(6)이 댐퍼(19) 힘에 대항하여 압축되고 전류 컬렉터(20)에 의하여 유도된다. 핀(6)은 기계적 배열(21)을 통하여 충전 링크(17)에 연결된다. 이러한 배열은 핀(6)이 소켓 조립체와 영구적으로 결합하는 것을 돕고, 핀(6)이 독립적으로 운동하는 것을 허용하지 않는다. 닫힘 작동의 특별한 상태에서, 기계적 배열(21)은 작동 상태가 되고, 댐퍼(19)에 의하여 유도된 압축된 상태로 된다. 이것은 차례로 핀(6)의 이동 및 댐퍼(19)에 스프링 에너지의 저장을 발생시킨다. 일단 브레이커가 닫히면, 기계적 배열(21)과 충전 링크(17) 사이의 토글이 핀 위치를 보장하고; 토글은 인터럽터의 개방 명령에 의하여 다시 활성화가 된다. 열림 작동 과정에서, 핀(6)은 초기에 소켓 및 핀(6)과 소켓(1) 사이의 마찰에 의하여 유지된다. 소켓(1)으로부터 방출 상태에서 핀(6)은 저장된 에너지, 핀(6)의 무게 및 전류 컬렉터(20)에 의하여 제공된 마찰에 의하여 결정된 속력으로 이동한다. 핀(6)의 이동이 제어된 상태에서 핀(6)은 이러한 이동을 넘어 정적 접촉체로 작동을 한다. 핀(6)이 이동되는 거리는 기계적 배열(21)의 설계 매개변수를 수정하는 것에 의하여 조절될 수 있다. 일단 열림 작동이 끝나면, 핀은 도 5에서 자체적으로 작동할 수 없는 방법으로 기계적 배열을 통하여 충전 링크에 결합된다. 도 5는 상대적 이동 접촉 시스템 접근을 가진 본 발명에 따른 인터럽터를 도시한 것이다. 기계적 배열(21)은 부하 베어링을 통하여 베어링 하우징에 의하여 어느 하나의 끝에서 지지되는 회전 샤프트(21A)를 구성한다. 적절한 레버(21B)가 회전 샤프트(21A) 및 이동 가능한 아크 접촉체(핀)(6)를 결합시키기 위하여 사용된다. 레버(21B)의 크기 및 회전의 각도는 스트로크 및 제2 이동 가능한 핀(6)의 속력에 의하여 결정된다. 제2 이동 가능한 핀(6)의 속력은 최소 아크화 시간에서 인터럽터의 유전 회복 사양에 기초하여 설계된다. 동적 필드 제어 전극(7)의 궤적은 접촉체 분리 이후 순간 시간과 관련하여 위치에 기초하여 설계된다.
본 발명은 핀(6)이 전류 차단 과정에서 자체적으로 작동하는 상대 운동 시스템 구현을 목적으로 하며 이를 청구한다. 이러한 이동을 위하여 요구되는 필요한 에너지가 닫힘 작동이 진행하는 동안 저장되고/획득된다. 핀(6)이 주요 구동 시스템의 제어 아래 그리고 접촉 시스템의 적절한 닫힘 및 열림이 보장되는 설계는 신규하다. 본 발명에 따른 인터럽터는 추가로 인터럽터를 위한 작동 에너지의 감소를 특징으로 한다.
주요 구동이 노즐(5), 궤적 플레이트(16) 및 가위 지렛대(22)를 통하여 동적 필드 제어 전극(7)에 결합된다. 궤적 플레이트(16)는 조립체의 천정 돔(23)에 고정된다. 본 발명의 다른 목적은 궤적 플레이트(16)를 위한 하우징으로서, 이중 이동 기계 구조, 궤적 플레이트(16) 및 충전 링크(17) 및 가이드 로드(18)를 덮고, 균일한 전기 필드를 제공하는 천정 돔(23)의 설계이다. 천정 돔(23)은 얇은 시트로 만들어진 구 형상이 되고, 멤버(23A)가 궤적 플레이트(16)에 결합하기 위하여 청정 돔(23)에 결합된다. 천정 돔(23)은 이중 운동 기계 구조 하우징(24)에 기계적으로 결합하는 준비체를 가지고, 이중 운동 기계 구조 하우징(24)은 기계적 배열(21)을 유지한다. 가이드 로드(18)가 차례로 궤적 플레이트(16)에 결합되는 이동 소자(25)에 연결된다. 노즐(5)로부터 충전 링크(17)는 가위 지렛대 배열(26)을 통하여 궤적 플레이트(16)에 연결된다. 가위 지렛대 배열(26)은 각각의 충전 링크(17)로부터 두 개의 지렛대로 구성된다. 각각의 충전 링크(17)로부터 일련의 지렛대(22)가 이동 소자(25)를 통하여 다른 일련의 다른 지렛대에 연결된다. 적절한 유도 소자 및 스페이스가 동적 필드 제어 전극(7)의 유연한 작동을 보장하기 위하여 지렛대(levers) 사이에 제공된다.
본 발명의 다른 목적은 전류 차단 과정 동안 아크화 기체의 분출을 유도하는 것이다. 제안된 모델은 전류 차단 과정에서 상호-전극 갭의 뜨거운/아크화 기체 오염을 방지한다. 이러한 목적을 위하여 적절한 내부 가이드 링(28)을 가진 노즐 홀더(27)가 금속 튜브(29) 내부에 유지된다. 금속 튜브는 동적 필드 제어 전극(7)과 통합된다. 동적 필드 제어 전극(7)이 정적 전류 유지(CC) 접촉체(8)에 위치하는 외부 가이드 링(30)에 의하여 유도될 것이다. 노즐로부터 배출되는 아크화 기체는 내부 및 외부 가이드 링(28, 30)으로 인하여 접촉 시스템 내부로 누설을 허용하지 않을 것이다. 도 6은 가위 지렛대 배열이 동적 필드 제어 전극에 노즐을 연결하기 위한 본 발명에서 사용되는 것을 도시한 것이다.
노즐(5)의 제2 터미널이 기계적 배열(21) 및 에너지 저장 디바이스를 통하여 핀(6)에 결합된다. 노즐(5)의 제2 단자가 몇몇 공지의 시스템과 같이 부유 전위(floating potential)보다는 고정 전위(fixed potential)가 된다. 노즐(5) 설계는 기계적, 열적, 전기적 및 흐름 매개변수를 고려하는 것에 의하여 최적화가 된다. 노즐(5)은 아크화 현상 동안 증가하는 가스 압력 및 구동에 의하여 제공된 기계적 힘에 저항할 것이다. 설계는 노즐 표면 및 효과 질량(가압 기체) 이송을 가로질러 균일 정전 필드(electrostatic field)를 위하여 적합하다. 제안된 노즐(5)의 전체 프로파일은 다섯 개의 영역으로 나누어진다.
이러한 영역은 수렴 영역 CZ1(31), 선형 영역 또는 쓰로트 영역 SZ1(32), 제1 분산 영역 DZ1(33), 제2 분산 영역 DZ2(34) 및 제3 분산 영역 DZ3(35)로 규정된다. 각각의 영역은 기체 흐름에서 중요성을 가지고, 전류 차단 과정에서 회로 브레이커의 실행을 결정한다. CZ1(31)은 중간 공간(12)과 쓰로트 영역을 연결하는 수렴 영역이 된다. SZ1(32)은 선형 영역 또는 쓰로트 영역이 되고, 수렴 영역을 노즐의 분산 영역의 일부에 연결한다. 그것이 차지하는 거리는 이동 접촉체 시스템의 속력에 주로 의존한다. 쓰로트 영역의 지름은 차단되는 오류 전류에 의존한다. 만약 쓰로트 영역(32)이 요구되는 입력에 비하여 작다면, 열적 공간으로부터 압력이 접촉체 시스템을 가로지르는 기체를 위하여 필요한 밀도를 발달시킬 정도로 충분하지 않을 것이다. 분산 영역(DZ1, DZ2 및 DZ3)은 각각으로부터 서로 다르다. DZ1(33)의 분산의 각도는 약 40 내지 60도가 된다. 이러한 영역이 차지하는 거리는 쓰로트/고정 접촉체/고정 이동 가능한 접촉체의 지름에 의존한다. 이러한 프로파일은 전류 제로 시간 동안 SZ1 영역(32) 및 DZ1 영역(33)에서 기체의 밀도를 결정한다.
달리 말하면, DZ1 프로파일은 전류 제로 상태에서 과도 회복 전압을 위한 브레이커의 저항 특성을 결정한다. 만약 프로파일이 급격한 팽창을 허용하면, 1(one)에 비하여 큰 마하 수(Mach number)의 가능성이 존재하고, 음 압력이 SZ1 영역(32) 및 분산 영역 DZ1(33)에서 우세해진다. 이러한 영역에서 높은 마하 수는 낮은 기체 밀도 영역을 발생시키고, 상호-전극 시스템을 가로질러(아크화 접촉체/노즐의 내부 표면을 가로질러) 기체의 유전 강도를 감소시킨다. DZ2(34)의 분산 각도는 약 2 내지 5도가 된다. 이러한 영역이 차지하는 거리는 이동 접촉체/고정 접촉체(이중 운동) 및 브레이커의 아크화 시간의 속력에 의존한다. 아크 채널을 가로지르는 기체 흐름 속력은 전류 제로 주위로 아크를 소화할(quench) 수 있을 정도로 충분할 것이다. 만약 DZ2 영역(34)의 각도가 작다면, 접촉체 시스템은 충분한 기체 흐름을 얻기 위하여 보다 큰 거리를 이동하고, 아크화 시간을 증가시킬 것이다. DZ3(35) 영역의 분산 각도는 약 40도 또는 그 이상이 된다. 그것이 차지하는 거리는 아크화 접촉체(이동 접촉체 및 이동 가능한 고정 접촉체) 사이의 분리를 확립하는 시간 및 최대 아크화 시간 사이의 차이에 의존한다. 이러한 영역은 아크화가 된 기체가 전류 유지 접촉체 시스템의 영역 내부로 분출하지 않고 효과적으로 배출되도록 유도하는 것을 돕는다. 도 7은 본 발명에 따른 노즐을 도시한 것이다.
설계의 또 다른 목적은 아크화 에너지를 사용하여 제2 이동 가능한 핀(6)의 작동 속력을 증가시키는 것이다. 노즐 설계가 노즐 막힘(clogging) 동안 팽창 공간(15)에서 압력이 제2 이동 가능한 핀(6)의 개방 속력을 증가시키는 것을 증가시킨다. 팽창 공간(15)의 기체 압력은 오류 전류의 증가와 함께 증가한다. 가벼운 부하 조건에서 유일한 댐퍼(19) 에너지는 제2 이동 가능한 핀(6)을 열기 위하여 사용될 것이다. 노즐 막힘이 차지하는 시간은 압력 형성 및 제2 이동 가능한 핀(6)의 속력을 결정한다.
본 발명의 다른 목적은 브레이커(37)가 선형 그리고 각도 정밀성을 이루도록 높은 질적 제작을 요구하는 것처럼 브레이커 폴(pole)로부터 브레이커(37)의 터미널에 이르도록 조절 가능한 커플링 소자(36)를 제공하는 것이다. 제안된 커플링 소자(36)는 양쪽 방향으로 조절 가능하고, 전류를 회로 브레이크 폴로부터/이르도록 효과적으로 이동시킨다. 이것은 커플링 소자의 어느 한쪽에 조절 가능한 스페이서(38)를 사용하는 것에 의하여 이루어진다. 도 8은 유연성 조절 가능한 커플링 소자를 도시한 것이다. 이러한 커플링은 수십 K암페어의 보다 높은 오류 전류 및 수천 암페어의 보다 높은 이동 전류(rated currents)를 위하여 효과적이다. 이러한 커플링 소자(36)는 전류 이동 접촉체(39)를 가지는 회전 가능한 형태의 실린더형 소자로 구성된다. 이러한 커플링은 이중 이동 기계 구조 하우징(24)으로부터 회로 브레이커 터미널(37)로 전류를 이동시킨다. 상기 메커니즘의 하우징은 정적 전류 유지(CC) 접촉체(8)로부터 커플링 소자(36)로 전류를 이동시킨다. 브레이커 터미널(37)은 서포트 절연체(40)를 통하여 다음 GIS 모듈로 전류를 이동시킨다. 회로 브레이커 폴은 접지된 금속 엔클로저(41) 내에 위치한다. 도 9는 닫힘 조건에서 기체 인터럽터를 위한 상대 이동 접촉 시스템 및 동적 필드 제어 전극을 가진 본 발명에 따른 인터럽터를 도시한 것이다.
1: 소켓 2: 보호 공간
3: 절연 덮개 4: 동적 전류 유지 접촉체
5: 노즐 6: 핀
7: 동적 필드 제어 전극 8: 정적 전류 유지 접촉체
9: 정적 전류 유지 접촉 차폐체 10: 아크화 챔버 조립체
11: HT 차폐체 I 12: HT 차페체 II
13: 압축 공간 14: 중간 공간
15: 팽창 공간 16: 궤적 플레이트
17: 충전 링크 18: 가이드 로드
19: 댐퍼 20: 전류 컬렉터
21: 기계적 배열 21A: 회전 샤프트
21B: 레버 22: 가위 지렛대
23: 천정 돔 23A: 멤버
24: 이중 운동 기계 구조 하우징 25: 이동 소자
26: 가위 지렛대 배열 27: 노즐 홀더
28: 내부 가이드 링 29: 금속 튜브
30: 외부 가이드 링 31: 수렴 영역 CZ1
32: 선형 영역 또는 쓰로트 영역 SZ1
33: 제1 분산 영역 DZ1 34: 제2 분산 영역 DZ2
35: 제3 분산 영역 DZ3 36: 커플링 소자
37: 브레이커 38: 스페이서
39: 전류 이동 접촉체 40: 서포트 절연체
41: 금속 엔클로저

Claims (4)

  1. 고전압 회로 브레이커의 차단 성능 향상을 위한 인터럽터 디바이스에 있어서,
    - 절연 덮개(3)에 의하여 둘러싸이고, 서포트 또는 보호 공간(2) 및 동적 전류 유지 접촉(CC) 조립체(4) 위에 유지되는 소켓(1)을 포함하는 제1 이동 가능한 접촉 조립체;
    - 동적 필드 제어 전극(7) 내부에 배치되고, 배열이 정적 전류 유지 접촉체(8) 및 정적 전류 유지 접촉 차폐체(9)를 포함하는 정적 전류 유지 접촉 조립체의 내부에 위치하는 제2 이동 가능한 접촉 조립체(6); 및
    - 차단 시간에 일정한 기체 흐름 속력을 발생시키는 3개의 동일 체적 공간을 포함하고,
    상기 소켓 접촉 조립체(1, 2, 3) 및 상기 동적 전류 유지 접촉 조립체(4)는 노즐(5)에 의하여 결합되고, 제3 공간(15)은 상기 보호 공간(2)과 직렬로 결합되고, 메인 드라이버가 상대 이동 접촉체 시스템을 실행하기 위하여 동적 필드 제어 전극에 연결되는 것을 특징으로 하는 인터럽터 디바이스.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 소켓 조립체 및 동적 필드 제어 전극(7)은 궤적 플레이트(16)에 의하여 결합되는 것을 특징으로 하는 인터럽터 디바이스.
  3. 청구항 2에 있어서, 궤적 플레이트(16)는 가위 지렛대 배열(26)에 의하여 노즐(5)에 결합되는 것을 특징으로 하는 인터럽터 디바이스.
  4. 인터럽터 디바이스에 위치하는 이중 운동 접촉체 시스템에 있어서,
    - 절연 덮개 및 동적 전류 유지 접촉체에 의하여 보호되는 소켓을 포함하는 제1 이동 가능한 접촉 조립체; 및
    정적 CC 접촉 조립체 내부에 위치하는 동적 필드 전극 내부에 배치되는 제2 이동 가능한 접촉체를 포함하고,
    상기 소켓은 서포트 수단 위에 배치되고, 상기 제2 이동 가능한 접촉체는 주요 구동 시스템에 의하여 제어되고, 상기 이동 가능한 접촉체의 적어도 하나는 전류 차단 과정에서 서로 독립적으로 작동하는 것을 특징으로 하는 이중 운동 접촉체 시스템.
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