KR101476580B1

KR101476580B1 - 과전압 차단기

Info

Publication number: KR101476580B1
Application number: KR1020137032345A
Authority: KR
Inventors: 디르크 슈프링보른; 에어하르트 핍페르트
Original assignee: 지멘스 악티엔게젤샤프트
Priority date: 2011-06-10
Filing date: 2012-05-29
Publication date: 2014-12-24
Also published as: DE102011077394A1; JP5702022B2; WO2012168112A1; EP2702597B1; CN103608874A; EP2702597A1; KR20140012164A; JP2014523639A

Abstract

본 발명은 방전 부재(20)와, 상기 방전 부재(20)와 전기 접속된 제어 카울부(40)와, 내부에 방전 부재(20) 및 제어 카울부(40)가 배치되고 하우징(2)의 외부와 내부를 각각 전기 접속하는 2개의 접점(7, 8)을 구비한 액밀형 하우징(2)을 포함하는 과전압 차단기(1)에 관한 것이다. 방전 부재(20)와 제어 카울부(40)가 서로에 대해 상대적으로 이동 가능하게 형성되고, 상대 이동을 통해, 접점들 중 일측의 접점(7, 8)에서 방전 부재(20)를 거쳐 접점들 중 타측의 접점(8, 7)에 대해 전기 접속이 형성되거나 단속될 수 있게 됨으로써, 전기 접속의 구조적으로 간단한 형성 또는 단속을 가능하게 하는 과전압 차단기가 제공된다.

Description

과전압 차단기{SURGE ARRESTOR}

본 발명은 특허청구범위 제1항의 전제부에 따르는 과전압 차단기에 관한 것이다.

과전압 차단기들은 예컨대 낙뢰 또는 다른 부분 시스템들의 고장을 통해 과전압이 발생할 경우 상기 과전압을 접지 쪽으로 방전시킴으로써 스위칭 시스템의 다른 구성품들을 보호하는, 스위칭 시스템들을 위한 보호 시스템들이다.

상기 유형의 과전압 차단기는, 마찬가지로 원통형인 개별 배리스터 부재들(varistor element)로 구성된 배리스터 칼럼을 구비한 하나 이상의 원통형 방전 부재를 포함한다. 배리스터 부재들은 전압에 따르는 저항을 특징으로 한다. 전압이 낮은 경우, 배리스터 부재들은 절연체로서 기능한다. 재료에 좌우되는 특정 임계 전압부터, 배리스터 부재들은 우수한 전도성을 나타낸다. 보통, 배리스터 부재들은 산화아연과 같은 금속 산화물로 제조된다. 방전 부재는, 스위칭 시스템 및 접지에 대한 전기 접점을 형성하는 엔드 피팅(end fitting)의 양단부에서 제한된다. 기계적 부하 하에서도 우수한 전기 접점을 보장하기 위해, 배리스터 칼럼은 압력 하에 결속되어야 한다. 이는, 인장 부재들, 예컨대 바람직하게는 유리 섬유 강화 플라스틱 소재인 로프들 또는 로드들이 엔드 피팅들 내로 인장 하에 고정됨으로써 수행될 수 있다. 이 경우, 인장 부재들은 배리스터 칼럼을 둘러싸서, 배리스터 칼럼의 둘레에 케이지(cage)를 형성한다.

과전압 차단기는, 가스 절연형 스위칭 시스템들에서의 이용을 위해, 방전 부재를 둘러싸는 액밀형 하우징을 포함한다. 이 경우, 하우징은 절연 강도의 증대를 위해 유체, 대개는 육불화황으로 채워진다. 하우징은 대개 금속으로 구성되어 전기 접지된다. 방전 칼럼의 일측 엔드 피팅은 하우징을 통과하여 안내되는 접점을 통해 접지된다. 타측 엔드 피팅은 피드스루(feed-through)를 통해, 하우징의 외면에 위치하여 스위칭 시스템들에 대한 접속부의 역할을 하는 접점과 전기 접속된다. 특히 더욱 대형인 과전압 차단기는 보통 고전압 측 단부에 제어 카울부(control cowl)를 포함하고, 상기 제어 카울부는 일측이 밀폐된 실린더로서 방전 칼럼의 단부에 걸쳐 씌워진다. 개별 배리스터 부재들은 접지 전위에 대해 높은 정전용량을 보유하지만, 개별 배리스터 부재들의 직렬 회로는 매우 작은 종방향 정전용량을 초래하는데, 이는 배리스터 칼럼의 소정의 설치 길이부터 불균일한 전압 분배를 야기한다. 그러므로 배리스터 부재들은 접지 전위로부터 더 먼 배리스터 칼럼의 부분에서 전압에 따라 상대적으로 더 높은 부하를 받으며, 이는 저항 작용과 함께 의도하지 않은 가열을 초래할 수 있다. 한편, 제어 카울부는 배리스터 칼럼의 길이를 따라 전압 분배를 균일화하기 위해 이용된다.

스위칭 시스템에 대해 전기 검사를 해야 한다면, 이때 발생하는 높은 전압 때문에 과전압 차단기는 스위칭 시스템으로부터 분리되어야 한다. 그렇지 않으면, 과전압 차단기는 전압을 접지로 방전시킬 수도 있고, 측정 결과는 왜곡될 수도 있다.

지금까지, 분리 위치를 포함하는 과전압 차단기가 공지되어 있으며, 이로써 과전압 차단기는 스위칭 시스템으로부터 분리될 수 있다. 상기 분리 위치의 작동을 위해, 하우징은 개방해야 하므로, 육불화황이 유출될 수 있게 된다. 육불화황은 유해한 온실가스이기 때문에, 이의 유출은 가장 원하지 않는 사항이므로, 바람직하지 못하다.

JP 10322822-A로부터는, 방전 칼럼과 제어 카울부로 이루어진 어셈블리가 함께 이동됨으로써 전기 접속이 형성되거나 단속됨으로써 방전 칼럼이 스위칭 시스템에서 분리되는 일반적인 과전압 차단기가 공지되어 있다. 이 경우, 작동을 위해, 하우징 벽부를 통과하여 기밀하게 선형 이동이 실행된다.

본 발명의 과제는, 서두에 언급된 유형의 과전압 차단기에 있어서, 전기 접속을 구조적으로 간단하게 형성 또는 단속하는 과전압 차단기를 제공하는 것이다.

상기 과제는 청구범위 제1항의 특징부에 명시된 특징들을 포함하는 일반적인 과전압 차단기를 통해 해결된다.

이 경우, 본 발명에 따라서, 방전 부재와, 상기 방전 부재와 전기 접속된 제어 카울부와, 내부에 방전 부재 및 제어 카울부가 배치되고 하우징의 외부와 내부를 각각 전기 접속하는 2개의 접점을 구비한 액밀형 하우징을 포함하는 과전압 차단기가 제공된다. 그와 동시에, 방전 부재와 제어 카울부는 서로에 대해 상대적으로 이동 가능하게 형성되고, 상대 이동을 통해 접점들 중 일측의 접점에서 방전 부재를 거쳐 접점들 중 타측의 접점에 대해 전기 접속이 형성되거나 단속될 수 있다. 제어 카울부 및 방전 부재의 상대 이동을 통해, 특히 간단한 방식으로 스위칭 시스템에 대해 전기 접속이 형성되거나 단속될 수 있다. 예컨대 제어 카울부 및 방전 부재는 함께 예를 들어 여러 방향으로 이동될 수 있다. 대안적으로, 제어 카울부는 고정 안착될 수 있고, 방전 부재만이 이동될 수도 있다. 어느 경우든, 이동되는 질량은 종래 기술에서보다 더 작으므로, 이동을 위해 필요한 기계적 부재들은 구조적으로 간단하게 구현될 수 있다.

본 발명에 따른 과전압 차단기의 한 바람직한 구현예에 따라서, 방전 부재는 하우징의 종축을 따라 배치되고 제어 카울부는 상기 종축 방향으로 변위 가능하게 배치된다. 이를 통해, 특히 콤팩트한 배치가 제공된다. 종축을 따르는 제어 카울부의 변위성에 의해, 요구되는 절연 간격의 준수 및 공간 활용을 최대로 가능하게 되면서 스위칭 시스템에 대한 전기 접속의 형성 및 종결이 가능하게 된다.

본 발명에 따른 과전압 차단기의 한 추가의 바람직한 구현예에 따라, 제어 카울부는 액밀형 하우징의 외부로부터 작동할 수 있는 변위 장치에 의해 변위될 수 있다. 이로써, 바람직하게는 하우징이 폐쇄된 조건에서 스위칭 시스템에 대해 방전 부재의 전기 접속이 형성되고 단속될 수 있다. 따라서 하우징의 개방과 이와 결부된 가스 손실이 방지될 수 있다.

특히 바람직하게는, 본 발명에 따른 과전압 차단기는, 변위 장치가 회전 운동을 통해 작동될 수 있는 샤프트와, 제어 카울부와 연결된 푸시로드와, 샤프트의 회전 운동을 푸시로드의 병진운동으로 변환하는 기어 장치를 포함하는 것을 통해 형성될 수 있다. 상기 변위 장치는 특히 콤팩트하게 구성되고, 간단한 조작을 허용한다. 하우징 안쪽으로 안내되는 샤프트의 회전 운동부는 관련 조치를 통해 간단히 밀봉된다.

본 발명에 따른 과전압 차단기의 또 다른 바람직한 구현예에 따라, 푸시로드는 적어도 부분적으로 전기 절연성 재료로 구성된다. 이는 예컨대 유리 섬유 강화 플라스틱일 수 있다. 따라서, 바람직하게 절연 강도가 보장되는데, 그 이유는 푸시로드와 하우징 사이에서 섬락(flash-over)이 방지되기 때문이다.

본 발명에 따른 과전압 차단기의 한 추가 구현예에 따라, 샤프트는 액밀 방식으로 하우징의 내부로부터 외부로 안내된다. 이를 통해, 하우징으로부터 유체의 유출이 방지된다. 따라서 유체를 통한 유해한 환경 영향이 방지된다. 그 외에도 내전압성이 유지되고, 그에 따라 과전압 차단기에 대한 유지보수도 덜 요구된다.

또한 본 발명의 한 바람직한 구현예에 따라, 방전 부재의 일측 단부는 접점들 중 일측 접점과 전기 접속되고 방전 부재의 타측 단부는 제어 카울부와 전기 접속되며, 제어 카울부의 변위를 통해, 접점들 중 타측 접점에 대해 전기 접속이 형성되거나 단속될 수 있다. 이는 접속의 형성 및 단속을 위해 제어 카울부만을 이동시키는 것을 허용한다. 제어 카울부는 방전 부재에 비해 상대적으로 가볍다. 그러므로 제어 카울부의 이동에 기계적 복잡성이 덜 요구된다.

본 발명에 따른 과전압 차단기의 한 추가의 바람직한 구현예에 따라서, 제어 카울부와 접접들 중 타측 접점은 전기 접속이 형성된 경우, 종축과 관련하여 반경 방향으로 고정되는 방식으로, 형태 결합 방식으로 서로 맞물린다. 이를 통해, 제어 카울부와 접점이 접점 폐쇄 시 서로에 대해 센터링하고 기울어지지 않게 된다. 제어 카울부와 접점을 반사 대칭으로 형성하는 것을 통해, 제어 카울부와 접점 사이에 최대한 큰 접촉면이 생성될 수 있다. 그럼으로써 접점의 고전압 전위에 대한 제어 카울부의 확실한 접속이 보장된다.

또한, 바람직하게는, 제어 카울부는 종축 방향의 변위성을 위해 미끄럼 베어링들을 통해 방전 부재와 연결될 수 있다. 바람직하게는, 미끄럼 베어링들은 측면에서 엔드 전극들에 장착되어, 종축과 관련하여 반경 방향으로 제어 카울부를 안내하고 고정한다. 또한, 전기 접속이 형성된 경우, 제어 카울부는 접점을 통해 반경 방향으로 고정된다. 또한, 방전 부재의 접지 측 단부가 예컨대 하우징 덮개와 접지 측 엔드 전극의 고정 결합을 통해 반경 방향으로 고정되면, 방전 부재와 제어 카울부는 하우징에 대해 서로 고정됨으로써, 예컨대 운송 또는 지진 시 진동에 대해 둔감해진다.

하기에서 본 발명은 도면에 따라 더 상세하게 설명된다.
도 1은 전기 접속이 단속된 상태의 과전압 차단기를 도시한 단면도이다.
도 2는 전기 접속이 형성된 상태의 과전압 차단기를 도시한 단면도이다.
도 3은 도 2의 일부분을 도시한 단면 사시도이다.

모든 도면에서 서로 상응하는 부재들은 동일한 도면 부호로 표시된다.

도 1과 도 2에는, 과전압 차단기(1)가 단면도로 도시되어 있다. 액밀형 하우징(2) 내에는 방전 부재(20)가 배치된다. 상기 방전 부재(20)는 원통형 배리스터 칼럼(25)과, 상부 엔드 피팅(22)과, 하부 엔드 피팅(21)과, 복수의 인장 수단(23)을 포함한다. 배리스터 칼럼(25)은 마찬가지로 원통형인 개별 배리스터 블록들로 구성된다. 배리스터 칼럼(25)의 양단부에는 엔드 피팅들(21 및 22)이 안착되며, 이들 중 도 1과 도 2에서는 하부 엔드 피팅(21)만을 확인할 수 있다. 엔드 피팅들(21, 22)은 대개 전기 전도성 재료로 구성된다. 인장 부재들(23)은 인장 하에 엔드 피팅들(21, 22) 내로 압착되고 그에 따라 배리스터 칼럼(25)을 결속한다. 배리스터 칼럼(25) 내로는 구멍들을 포함한 파지 디스크들(24)이 끼워지며, 상기 구멍들을 통해 인장 부재들(23)이 안내되고 그에 따라 방전 부재(20)를 추가로 안정화시킨다.

하우징(2)은 실질적으로 원통형이다. 종축(50)은 원통 축을 따라 연장된다. 방전 부재(20)는 상기 종축(50)을 따라 배향된다. 하우징(2)은 양 덮개면에서 액밀 방식으로 밀폐된다.

방전 부재(20)의 접지 접속 측에서 하우징(2)의 덮개면은 단순한 하우징 덮개(4)로 밀폐된다. 접점(8)은 상기 하우징 덮개(4)를 통해 전기 절연되어 하우징(2)의 내부로부터 외부로 안내되고, 접지 접속부로 이용된다. 하우징(2)의 내부에서, 상기 접점(8)은 방전 부재(20)와 전기 전도 방식으로 예컨대 케이블(15)과 접속된다. 여기서 접속은 전도성 연결판(13)을 통해 수행된다. 상기 연결판과 하부 엔드 피팅(21) 사이에는 절연성 연결편(14)이 위치한다. 케이블(15)의 연결은 대안적으로 하부 엔드 피팅(21)에 직접 수행될 수 있으며, 이 경우 절연성 연결편(14)은 생략된다. 방전 부재(20)의 엔드 피팅(21)은 하우징 덮개(4)에 고정된다. 하우징 덮개(4)는 배리스터 칼럼(25)에 대해 전기 절연된다. 여기서 절연은 연결편(14)을 통해 수행된다. 대안적으로, 하부 엔드 피팅(21)과 하우징 덮개(4) 사이에 절연층을 끼울 수 있다. 대개 하우징 덮개(4)는 도면에 미도시된 포트를 포함하며, 상기 포트를 통해 유체, 특히 육불화황을 하우징(2) 내에 채우거나 그로부터 배출할 수 있다.

방전 부재(20)의 고압 연결 측에서 하우징(2)의 덮개면에는, 고전압과 접지된 하우징(2) 사이의 섬락의 위험 없이 전기 고전압 전위를 외부에서 하우징(2) 안쪽으로 안내하기 위해, 고전압 피드스루(5)가 제공된다. 피드스루(5)는 파지 링(12)과, 절연체(6)와, 여기서는 플러그인 접점으로서 구현된 접점(7)을 포함한다. 과전압 차단기(1)는 접점(7)을 통해 도면에는 미도시된 가스 절연형 스위칭 시스템에 연결될 수 있다. 하우징(2)의 내부에서, 접점(7)에는 전기 전도성 피팅(9)이 구비된다. 하우징(2) 및 스위칭 시스템에 대해 접촉면들에서 피드스루에는 밀봉 링들(10)이 구비된다.

실질적으로 원통형이고 일측 단부가 폐쇄된 제어 카울부(40)는 방전 부재(20)의 고전압 측 단부에 걸쳐 씌워진다. 제어 카울부(20)는 변위 장치(30)와 연결되며, 상기 변위 장치는 푸시로드(33)와, 예컨대 사다리꼴 웜 기어로서 구현될 수 있는 기어 장치(32)와, 액밀 방식으로 하우징 덮개(4)를 통과하여 안내되는 샤프트(31)와, 하우징(2)의 외부에서 상기 샤프트(31)와 연결된 작동 부재(34)를 포함한다. 추가로, 작동 부재(34)에는, 전기 접속이 형성되거나 단속되는지의 여부를 표시하는 표시 장치(35)가 장착될 수 있다.

샤프트(31)는, 도면에 핸드 휠로서 도시된 작동 부재(34)를 통해, 회전 운동으로 전환될 수 있다. 상기 회전 운동은 기어 장치(32)를 통해 종축(50) 방향으로 푸시로드(33)의 선형 운동으로 변환된다. 푸시로드(33)는 다시 상기 선형 운동을 제어 카울부(40)로 전달한다. 푸시로드(33)의 더 양호한 안내를 위해, 푸시로드는 파지 디스크들(24) 내 구멍들을 통과하여 안내된다. 따라서 제어 카울부(40)는 종축(50) 방향으로 접점(7) 쪽으로 접근 이동되거나, 상기 접점으로부터 멀어지게 이동될 수 있으며, 이로써 전기 접속이 형성되거나 단속될 수 있다. 도 1에는 전기 접속이 단속된 상태가 도시되어 있다.

도 2에서, 제어 카울부와 접점이 접촉할 때까지 제어 카울부(40)가 접점(7) 쪽으로 접근 이동된다. 그에 따라, 전기 접속이 형성된다. 따라서, 하우징(2)의 고압 측 외면에서부터, 접점(7), 제어 카울부(40), 상기 제어 카울부(40)와 전기 접속된 방전 부재(20), 그리고 마지막으로 방전 부재(20)와 전기 접속된 접점(8)을 거쳐 하우징(2)의 접지 측 외면까지 연속적인 전기 접속이 존재한다.

도 3에는, 과전압 차단기(1)의 고압 측 단부의 일부분이 단면도로 도시되어 있다. 여기서는 전기 접속이 형성된다. 제어 카울부(40)는 접점(7)의 피팅(9)에 인접한다. 제어 카울부(40)와 피팅(9)은, 피팅(9)의 돌출부가 제어 카울부(40)의 폐쇄된 단부의 상응하는 함몰부 내로 맞물리도록 형성된다. 따라서 제어 카울부(40)는 종축(50)과 관련하여 반경 방향으로 고정된다.

엔드 피팅(22)은 미끄럼 베어링들(41)을 포함하며, 이들 미끄럼 베어링은 종축(50)과 관련하여 반경 방향으로 제어 카울부(40)를 고정하여 종축(50) 방향으로 변위 시에 제어 카울부(40)를 안내한다. 미끄럼 베어링들(41)은 전기 전도성으로 구현될 수 있어서, 동시에 엔드 피팅(22)과 제어 카울부(40)의 전기 접속을 위해 이용될 수 있지만, 미끄럼 베어링들은 플라스틱과 같은 비전도성 재료로도 제조될 수 있다. 그러면, 제어 카울부(40)와 엔드 피팅(22)의 전기 접속은 예컨대 가요성 스트립 도체를 통해 수행될 수 있다.

Claims

방전 부재(20)와, 상기 방전 부재(20)와 전기 접속된 제어 카울부(40)와, 내부에 방전 부재(20) 및 제어 카울부(40)가 배치되고 하우징(2)의 외부와 내부를 각각 전기 접속하는 2개의 접점(7, 8)을 구비한 액밀형 하우징(2)을 포함하는 과전압 차단기(1)에 있어서,
방전 부재(20)와 제어 카울부(40)는 서로에 대해 상대적으로 이동 가능하게 형성되며, 상대 이동을 통해 접점들 중 일측 접점(7, 8)에서 방전 부재(20)를 거쳐 접점들 중 타측 접점(8, 7)에 대해 전기 접속이 형성되거나 단속될 수 있는 것을 특징으로 하는, 과전압 차단기(1).
제1항에 있어서, 방전 부재(20)는 하우징의 종축(50)을 따라 배치되고, 제어 카울부(40)는 상기 종축(50) 방향으로 변위 가능하게 배치되는 것을 특징으로 하는, 과전압 차단기(1).
제2항에 있어서, 제어 카울부(40)는 액밀형 하우징(2)의 외부로부터 작동될 수 있는 변위 장치(30)에 의해 변위될 수 있는 것을 특징으로 하는, 과전압 차단기(1).
제3항에 있어서, 변위 장치(30)는 회전 운동을 통해 작동될 수 있는 샤프트(31)와, 제어 카울부(40)와 연결된 푸시로드(33)와, 샤프트(31)의 회전운동을 푸시로드(33)의 병진운동으로 변환하는 기어 장치(32)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 과전압 차단기(1).
제4항에 있어서, 푸시로드(33)는 적어도 부분적으로 전기 절연성 재료로 구성되는 것을 특징으로 하는, 과전압 차단기(1).
제4항 또는 제5항에 있어서, 샤프트(31)는 액밀 방식으로 하우징(2)의 내부로부터 외부로 안내되는 것을 특징으로 하는, 과전압 차단기(1).
제2항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 방전 부재(20)의 일측 단부는 접점들 중 일측 접점(7, 8)과 전기 접속되고 방전 부재(20)의 타측 단부는 제어 카울부(40)와 전기 접속되며, 제어 카울부(40)의 변위를 통해 접점들 중 타측 접점(8, 7)에 대해 전기 접속이 형성되거나 단속될 수 있는 것을 특징으로 하는, 과전압 차단기(1).
제7항에 있어서, 제어 카울부(40)와 접점들 중 타측 접점(8, 7)은, 전기 접속이 형성될 때 종축과 관련하여 반경 방향으로 고정되는 방식으로, 형태 결합 방식으로 서로 맞물리는 것을 특징으로 하는, 과전압 차단기(1).
제8항에 있어서, 제어 카울부(40)는 종축 방향의 변위성을 위해 미끄럼 베어링들(41)을 통해 방전 부재(20)와 연결되는 것을 특징으로 하는, 과전압 차단기(1).