아크 챔버 시스템{ELECTRIC ARC EXPLOSION CHAMBER SYSTEM}
본 발명은 특히 직류 스위치 장치에 사용할 수도 있는 아크 챔버 시스템(arcing chamber system)에 관한 것이다.
교류 네트워크에서와는 달리, 직류에 있어서는 자연적으로 전류가 0이 되는 경우가 없다. 직류 스위치 장치 내의 아크 챔버는 작동 전압보다 높은 아크 전압을 생성시켜 전류가 0이 되도록 강제하고 네트워크에 저장된 에너지를 소모시킨다. 본 발명은 다수의 양극, 음극 및 코어 전압 강하의 총합으로 인해 발생되는 다수의 부분 아크로 아크가 분할되는 차단 플레이트 챔버의 시스템에 관한 것이다. 그리하여, 아크 전압은 작동 전압보다 훨씬 높다. 작동 전압이 500V일 때, 아크 전압은 800V로 예상된다. 그러나, 네트워크에서의 현재의 절연 능력으로 인해 아크 전압은 최대값으로 한정되어야 한다. 따라서, 서로 다른 작동 전압은 서로 다른 아크 챔버를 필요로 한다. 지금까지는 서로 다른 작동 전압과 서로 다른 스위치 특성을 위하여 직류 급속 반응 스위치 장치에서 구조가 크게 다른 아크 챔버가 사용되어 왔다. 이로 인해 제조비가 높을 뿐만 아니라 구조도 매우 복잡하였다. 이와는 달리, 본 발명의 목적은 임의의 소망하는 콘택트 레이팅(contact rating)과 모든 소망의 작동 전압에 간단한 방법으로 적용할 수 있는 아크 챔버 시스템을 제공하는 것이다. 이 목적은 특히 청구항 1에 제시된 특징부를 갖는 아크 챔버 시스템에 의해 유익한 방식으로 성취될 수 있다. 본 발명의 유익한 개량사항은 종속항에 제시된다. 발명의 요약 아크 챔버 시스템의 구성요소로는 챔버 본체와 아크 챔버 모듈이 있다. 소망하는 작동 전압에 따라서 대응하는 수의 아크 챔버 모듈을 챔버 본체에 사용한다. 챔버 본체의 사이즈가 네트워크의 작동 전압을 고려하여 충분하지 않다면, 다수의 챔버 본체를 직렬로 연결할 수 있어서 필요한 수의 아크 챔버 모듈을 항상 사용할 수 있다. 또한, 적절한 아크 챔버 모듈을 선택함으로써, 취급할 콘택트 레이팅에 적합하게 할 수 있다. 챔버 본체는 넓은 아크 챔버 모듈 뿐만 아니라 좁은 아크 챔버 모듈도 수용할 수 있도록 설계된다. 이를 위하여, 취급될 콘택트 레이팅에 따라 아크 챔버 모듈이 두 개의 이웃하는 그루브의 N(양수)배에 해당하는 폭을 가지며, 등간격으로 이격된 다수의 그루브가 챔버 본체의 서로 대향하는 2개의 내면에 제공된다. 본 발명은 예로서 아래에 자세하게 설명한다.
도 1은 두 개의 상이한 아크 챔버 모듈 뿐만 아니라 챔버 본체를 도시하는 사시도, 도 2 내지 도 6은 다양한 콘택트 레이팅 및 다양한 작동 전압의 각종 조합의 가능성을 보여주는 도면.
도 1에 도시된 바와 같이, 챔버 본체가 참조부호(1)로 표시되어 있다. 참조부호(2)는 챔버 본체의 벽의 내측에 배열된 그루브를 나타낸다. 등간격으로 이격된 다수의 그루브가 챔버 본체의 서로 대향하는 2개의 내면에 제공되며, 에지 영역의 그루브는 내측에 배열된 나머지 그루브의 폭의 절반에 해당하는 폭을 가진다. 챔버 본체(1)의 하부에 있어서는, 아크를 챔버 본체로 유도하는 아크 프로브(3)들이 2개의 서로 대향하는 벽부의 외측 표면의 에지 영역에 배치되고, 각각의 아크 챔버 모듈은 아크 프로브(도시되지 않음)에 의해 서로 연결된다. 또한, 소형 아크 챔버 모듈(4)과 대형 아크 챔버 모듈(5)이 도 1에 도시되어 있다. 2개의 모듈(4, 5)은 각각 2개의 측부(9)를 구비하며, 상기 2개의 측부(9) 사이에는 다수의 차단 플레이트(8)와, 이 플레이트(8) 위에 배열된 절연부(7)가 제공되어 있다. 챔버 본체(1), 측부(9), 아크 챔버 모듈(4, 5) 및 절연부(7)는 아크의 에너지를 잘 흡수하여 아크를 억제할 수 있도록 하기 위해서 높은 열용량을 갖는 전기 적으로 절연되고 열적으로 안정된 물질로 구성된다. 챔버 본체(1)는 40㎝의 높이, 20㎝의 폭 및 40㎝의 깊이를 가질 수 있다. 이러한 치수의 비율에서, 2개의 아크 챔버 모듈(4, 5)은 500V의 작동 전압을 제공한다. 대형 모듈(5)은 소형 모듈(4)의 2배의 레이팅(rating)을 제공한다. 본 발명의 아크 챔버 시스템의 전류는 100kA의 영역내에 존재할 수도 있다. 차단 플레이트(8)와 절연부(7)는 측부(9)들 사이에 배치되며, 측부(9)는 전후방 단부에서 차단 플레이트(8)와 절연부(7)에 대하여 돌출한다. 그 결과, 돌출하는 부분(6)은 모듈(4, 5)을 챔버 본체(1)에 고정하기 위하여 해당하는 챔버 본체(1)의 그루브(2)내로 활주 삽입될 수 있는 안내 요소의 역할을 한다. 이 실시예에서, 챔버 본체(1)의 그루브의 수와 아크 챔버 모듈(4, 5)의 폭은 4개의 소형 모듈(4) 또는 2개의 대형 모듈(5) 또는 2개의 소형 모듈(4)과 하나의 대형 모듈(5)이 하나의 아크 챔버 본체에 활주 삽입될 수 있도록 선택된다. 그러나, 본 발명이 이 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 챔버 본체(1)의 폭은 더 크게 선택될 수도 있어서, 보다 많은 수의 그루브(2)가 챔버 본체 내에 배열될 수 있다. 즉, 아크 챔버 모듈은 더 크거나 작은 것일 수도 있다. 선택적으로, 단지 3개의 그루브 뿐만 아니라 4개 또는 그 이상의 그루브 상으로 연장되어서 더 큰 콘택트 레이팅(contact rating)에 적당한 더 큰 대형 아크 챔버 모듈(5)이 제공될 수도 있다. 도 2 내지 도 4는 한 개의 챔버 본체(1)를 구비하는 아크 챔버 시스템을 도시하고 있다. 여기서, 도 2의 챔버 본체(1)에는 2개의 대형 모듈(5)이 장착되어 있고, 도 4에 도시된 챔버 본체(1)에는 4개의 소형 모듈(4)이 장착되어 있다. 도 3에 도시된 챔버 본체(1)에는 2개의 소형 모듈(4)과 1개의 대형 모듈(5)이 장착되어 있다. 도 5 및 도 6에 도시된 아크 챔버 시스템은 각각 2개 및 3개의 챔버 본체를 구비하고 있으며, 각 본체는 각각의 경우에 직렬로 연결되어 있다. 도 5 및 도 6에 도시된 챔버 본체 각각은 2개의 대형 모듈을 포함하고 있다. 상술한 바와 같이, 치수가 지정된 경우에는, 500V의 작동 전압과 800V의 아크 전압에 대해서는 한 개의 모듈이 제공한다. 따라서, 도 2에 도시된 시스템은 1,000V의 작동 전압에 적합하며, 도 3에 도시된 시스템은 1,500V의 작동 전압에 적합하고, 도 4 및 도 5에 도시된 시스템은 2,000V의 작동 전압에 적합하며, 도 6에 도시된 시스템은 3,000V의 작동 전압에 적합하다. 도 4에 도시된 아크 챔버 시스템은 오로지 작은 모듈만 구비하고 있으며, 그에 따라 낮은 콘택트 레이팅용으로만 적합하다. 반면에, 도 2, 도 5 및 도 6에 도시된 시스템은 오로지 대형 모듈만 구비하여 높은 레이팅용으로 적합하다. 도 3에 도시된 시스템은 대형 아크 챔버 모듈(4, 5) 뿐만 아니라 소형 아크 챔버 모듈도 구비하여 낮은 콘택트 레이팅보다 더 높은 콘택트 레이팅용으로 적합하다. 그러나, 본 발명이 도시된 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 다수의 아크 챔버를 직렬로 연결하여 아크 챔버 시스템이 작동 전압과 필요한 콘택트 레이팅에 적합하게 할 수 있으며, 한편 서로 다른 요소의 세트를 포함할 수도 있는 만능의 챔버 본체(universal chamber body)의 설비를 이용하여 도시된 모든 아크 챔버 시스템에 공통 적용되도록 할 수 있다. 챔버 본체의 규격과 차단 플레이트의 폭에 관계없이 각 아크 챔버는 서로 다른 수의 모듈을 장착할 수 있으며, 다수의 아크 챔버를 추가하면 작동 전압을 적절하게 증대시키는 것이 가능하다. 여러가지 중에서도 특히, 아크 챔버 시스템 전체에 의한 에너지 흡수 용량과 시스템 전체의 열용량에 의해 스위치 특성이 결정되기 때문에, 아크 챔버 시스템은 그 콘택트 레이팅에 대하여 선택적으로 변경될 수 있다. 예를 들면, 2000V의 작동 전압이 도 5의 예에서 뿐만 아니라 도 4의 예에서도 확보되지만, 반면에 도 4의 예에서는 콘택트 레이팅이 도 5의 예에서보다 낮다. 따라서, 도시된 아크 챔버 시스템은 다수의 서로 다른 작동 전압과 다수의 서로 다른 콘택트 레이팅에 적합할 수 있다. 또한, 도시된 아크 챔버 시스템은 직류 스위치 장치에 사용되는 것으로 한정되는 것은 아니며, 이와 동등한 형태의 교류 스위치 장치에서 사용할 수도 있다. |
