각각의 폴의 부싱 상단들에 걸쳐 접속된 서지 어레스터를 갖는 데드 탱크형 회로 차단기

각각의 폴의 부싱 상단들에 걸쳐 접속된 서지 어레스터를 갖는 데드 탱크형 회로 차단기{DEAD TANK CIRCUIT BREAKER WITH SURGE ARRESTER CONNECTED ACROSS THE BUSHING TOPS OF EACH POLE}

본 발명은 고전압의 데드 탱크형 회로 차단기(dead tank circuit breaker)에 관한 것이며, 특히 수평 또는 수직 구성들로 각각의 폴(pole)의 상단들에 걸쳐 접속된 서지 어레스터(surge arrester)에 관한 것이다.

회로 차단기들은 통상 변전소들에서 발견되며, 전기 접속들을 선택적으로 개방하거나 연결하도록 동작한다. 전형적인 데드 탱크형 회로 차단기들은 연관된 부싱(bushing) 내에 제 1 및 제 2 전기 도체들을 포함하는 폴 어셈블리(pole assemblie)를 갖는다. 당 기술 분야에 공지된 바와 같이, 전력선들은 제 1 및 제 2 전기 도체들에 결합되며, 회로 차단기들은 그들 사이의 전기적 접속을 선택적으로 개방하거나 연결한다.

낙뢰 충격 보호를 위해 서지 어레스터가 해당 산업에서 통상 사용되며, 이들은 별개의 받침대 상에서 보호되고 있는 장비에 근접하게 선로 접지로 접속된다. 서지 어레스터 응용은 낙뢰 보호를 위해 가공선(overhead line)에서 지면으로 접속되는 전송선 보호로서 매우 일반적인 것이다.

리액터 동력 차단(reactor de-energizing)은 어떠한 고전압 회로 차단기에 대해서도 엄격한 스위칭 듀티가 된다. 리액터들은 보상 목적으로 사용되며, 거의 날마다 스위칭된다. 리액터 동력 차단은 과전압 및 재발화(re-ignition)를 일으킬 수 있으며, 그에 따라 인터럽터(interrupter)의 열적/유전적 결함을 일으킬 수 있다. 재발화는 전류가 다시 흐르기 시작하면 차단기에 대해 파손될 가능성을 갖게 한다.

리액터 스위칭 응용과 같은 특정의 스위칭 응용들에서 과전압 보호를 위해 회로 차단기 접촉부들에 걸쳐 전기적으로 및 물리적으로 접속된 서지 어레스터 구조체를 제공할 필요가 있다.

본 발명의 한 목적은 상기에서 언급된 필요성을 이행하는 것이다. 본 실시예들의 원리에 따라, 이러한 목적은 데드 탱크형 회로 차단기에 대한 서지 어레스터 구조체를 제공함으로써 얻어진다. 회로 차단기는 제 1 부싱 내에 갖춰진 제 1 전기 단자 및 제 2 부싱 내에 갖춰진 제 2 전기 단자를 갖는 폴 어셈블리(pole assembly)를 갖는다. 상기 제 1 전기 단자는 상기 폴 어셈블리 내에서 이동하지 못하게 고정된 고정 접촉부에 전기적으로 접속되고, 상기 제 2 전기 단자는 폴 어셈블리 내에서 슬라이드 가능한(slidable) 이동가능 접촉부에 전기적으로 접속된다. 상기 서지 어레스터 구조체는 제 1 및 제 2 대향하는 단부들을 갖는 서지 어레스터를 포함한다. 제 1 도체 구조체가 상기 서지 어레스터의 제 1 단부를 상기 제 1 전기 단자의 단부와 전기적 및 기계적으로 접속하도록 구성되어 배열된다. 제 2 도체 구조체가 상기 서지 어레스터의 제 2 단부를 상기 제 2 전기 단자의 단부와 전기적 및 기계적으로 접속하도록 구성되어 배열된다. 상기 서지 어레스터는 상기 고정 및 이동가능 접촉부들에 대해 병렬로 전기적으로 접속되어, 상기 접촉부들이 개방될 때 상기 서지 어레스터가 상기 접촉부들 양단에 일어나는 일시적인 과전압을 제한할 수 있게 된다.

개시된 실시예의 다른 양태에 따른 방법은 접촉부들이 개방될 때 회로 차단기의 제 1 및 제 2 접촉부들 양단에서 일어나는 일시적인 과전압을 제한한다. 상기 방법은 제 1 부싱 내에 갖춰진 제 1 전기 단자 및 제 2 부싱 내에 갖춰진 제 2 전기 단자를 갖는 적어도 하나의 폴 어셈블리를 갖는 회로 차단기를 제공한다. 상기 제 1 전기 단자는 제 1 접촉부에 전기적으로 접속되고, 상기 제 2 전기 단자는 제 2 접촉부에 전기적으로 접속된다. 서지 어레스터의 제 1 단부가 상기 제 1 전기 단자의 단부와 전기적 및 기계적으로 접속된다. 상기 서지 어레스터의 제 2 단부가 상기 제 2 전기 단자의 단부와 전기적 및 기계적으로 접속되어, 그에 따라 상기 접촉부들이 개방될 때 상기 서지 어레스터가 상기 접촉부들 양단에 일어나는 일시적인 과전압을 제한할 수 있도록 상기 서지 어레스터를 상기 접촉부들에 대해 병렬로 전기적으로 접속한다.

본 발명의 다른 목적, 특징 및 특성은 물론 동작 방법들과 구조체의 관련 소자들의 기능들, 부품들의 조합 및 제조 환경은 본 명세서의 부분들을 형성하는 첨부된 도면들을 참조한 다음의 상세한 설명과 첨부된 청구범위를 고려할 때 더욱 명백하게 될 것이다.

본 발명은 첨부된 도면들과 함께 설명되는 그 적절한 실시예들의 다음의 상세한 설명으로부터 더욱 용이하게 이해될 것이며, 유사한 참조 부호들은 유사한 부분들을 나타낸다.
도 1은 설치된 서지 어레스터 구조체가 도시되지 않는 한 실시예에 따라 제공된 고전압의 데드 탱크형 회로 차단기를 도시한 도면.
도 2는 도 1의 회로 차단기의 차단기 폴의 내부에 대한 구성을 도시하며, 여기서 전기 접촉부들이 개방되어 있는 도면.
도 3은 한 실시예에 따라 도 1의 회로 차단기의 폴의 부싱 상단들에 걸쳐 수평 구성으로 접속된 서지 어레스터 구조체의 측면을 도시하는 도면.
도 4는 도 3의 서지 어레스터 구조체의 단면을 도시하는 도면.
도 5는 다른 실시예에 따라 데드 탱크형 회로 차단기의 폴의 부싱 상단들에 걸쳐 수직 구성으로 접속된 서지 어레스터 구조체를 갖는 고전압의 데드 탱크형 회로 차단기의 측면을 도시하는 도면.

도 1을 참조하면, 고전압의 데드 탱크형 회로 차단기가 도시되며, 개괄적으로 10으로 표시한다. 회로 차단기(10)는 3상 회로 차단기가 바람직하며, 그에 따라 세 개의 폴 어셈블리들(12a, 12b, 및 12c)을 포함한다. 각각의 폴 어셈블리(12)는 제 1 부싱(16) 내에 갖춰진 제 1 전기 단자(14) 및 제 2 부싱(20) 내에 갖춰진 제 2 전기 단자(18)를 포함한다. 상기 부싱들(16 및 20)은 일반적으로 수직으로 연장된다. 전력선들이 상기 제 1 및 제 2 전기 단자들에 결합되고, 상기 회로 차단기(10)는 그들 사이의 전기 접속을 선택적으로 개방 또는 연결한다. 폴 어셈블리(12)의 수는 원하는 응용에 대해 선택될 수 있으며 세 개로 제한되지 않는다는 것을 인정해야 한다.

도 2를 참조하면, 폴 어셈블리(12)의 내부에 대한 간략화된 도면이 도시되며, 여기에서 제 1 전기 단자(14)는 폴 어셈블리(12) 내에 움직이지 않게 고정된 고정 접촉부(22)에 전기적으로 접속된다. 제 2 전기 단자(18)는 길이방향 이동을 가능하게 하는 방식으로 폴 어셈블리(12) 내에 갖춰진 이동가능 접촉부(24)에 전기적으로 접속된다. 그에 따라, 제 1 위치에서, 이동가능 접촉부(24)는 제 1 전기 단자(14)와 제 2 전기 단자(18) 사이에 전기 접속을 차단하도록 위치될 수 있다. 제 2 위치에서, 상기 이동가능 접촉부(24)는 제 1 전기 단자(14)와 제 2 전기 단자(18)를 전기적으로 접속하도록 고정 접촉부(22)와 접촉되어질 수 있다. 폴 어셈블리들(12)의 내부 공간은 밀폐될 수 있으며, 통상적으로 고정 접촉부(22)와 이동가능 접촉부(24) 사이에 아크를 최소화하도록 채택될 수 있다. 폴 어셈블리(12)의 내부 볼륨은 유전체 물질로 채워질 수 있으며, 유전체 물질은 SF6, 건조 공기, 건조 질소, CO ₂ 또는 오일을 포함하는 것이 바람직하다. 대안적으로, 진공형 인터럽터가 언급된 유전체 물질에 의해 에워싸인 탱크 볼륨 내에 채용될 수 있다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 서지 어레스터 구조가 도시되며, 개략적으로 26으로 표시되고, 실시예에 따라 각 부싱들(16 및 20)의 단자들(14 및 18)의 상단 위치들 사이에서 대체로 수평적으로 장착된다. 따라서, 서지 어레스터 구조체(26)는 회로 차단기 접촉부들(22 및 24)에 걸쳐 전기적으로 및 기계적으로 접속된다. 서지 어레스터 구조체(26)가 하나의 폴(12a)에 대해서만 도시되고 있지만, 서지 어레스터 구조체(26)는 도 3에 도시된 것과 유사한 방식으로 회로 차단기(10)의 각각의 폴(12a, 12b, 및 12c)에 제공될 수 있다.

서지 어레스터 구조체(26)는 제 1 및 제 2 반대측 단부들(30 및 32)을 각각 갖는 실리콘 내장 서지 어레스터(28)를 포함한다. 제 1 단부(30)는 개괄적으로 34로 표시된 제 1 도체 구조체를 통하여 단자(14)에 전기적으로 및 기계적으로 접속되고, 제 2 단부(32)는 개괄적으로 36으로 표시된 제 2 도체 구조체를 통하여 단자(18)에 전기적으로 및 기계적으로 접속된다. 도체 구조체들(34 및 36)의 각각은, 상기 어레스터(28)의 단부(30, 32)와 단자(14, 18) 사이의 각각의 전기적 및 기계적 접속을 제공하기 위해 일반적으로 수평적으로 배치된 라인 단자(37)와 이와 결합되는 일반적으로 수직으로 배치된 라인 단자(38)를 포함한다. 그에 따라, 서지 어레스터(28)는 상기 부싱들(16 및 20) 사이에서 일반적으로 수평적으로 장착된다.

서지 어레스터(28)는 그 안에 내장되고 고 에너지 능력, 우수한 저 레벨 보호 특성 및 긴 수명에 대해 확인된 통상의 금속 산화물 디스크(도시되지 않음)를 포함한다. 통상의 그레이딩 링(grading ring)(40)이 어레스터(28)의 각각의 단부(30, 32)에 결합된다.

상기한 바와 같이, 상기 서지 어레스터 구조체(26)는 회로 차단기 접촉부들(22 및 24)에 걸쳐 전기적으로 접속한다. 상기 서지 어레스터 구조체(26)는 회로 차단기(10)가 연결될 때 바이패스된다. 고속으로 작동하는 서지 어레스터 구조체(26)는 회로 차단기(10)의 양단에 나타나는 그 보호 레벨을 초과하는 과전압을 클램핑함으로써 개방 동작 또는 전원 단절 동안 상기 회로 차단기(10)를 보호한다. 그에 따라, 상기 서지 어레스터 구조체(26)는 허용할 수 없는 과전압 서지들의 압박에 대해 고 전압 장치의 내부 유전체를 보호하는 보호 디바이스가 된다. 상기 서지 어레스터 구조체(26)는 따라서 리액터 스위칭 응용과 같은 스위칭 동작들에 기인하여 일어나는 서지들로부터 보호한다.

도 5를 참조하면, 개괄적으로 26'로 나타내고, 바람직하게는 345 kV 위의 응용들에서 사용하기 위한 서지 어레스터 구조체의 다른 실시예가 도시된다. 이러한 실시예에서, 서지 어레스터 구조체(26')는 부싱들(16 및 20) 사이에 일반적으로 수직으로 장착된다. 서지 어레스터 구조체(26')는 제 1 및 제 2 반대측 단부들(42 및 44)을 각각 갖는 실리콘 내장된 서지 어레스터(28')를 포함한다. 제 1 단부(42)는 도체 구조체(46)를 통하여 단자(18)의 상단 및 단부에 전기적으로 접속된다. 제 2 단부(44)는 바람직하게는 가용성의 브레이크어웨이 접속(fusible breakaway connection)으로 도체 구조체(48)를 통해 단자(14)의 상단 또는 단부에 전기적으로 접속된다. 도체 구조체들(46, 48)은 전기 배선들이 될 수 있다. 서지 어레스터(28')는 또한 바람직하게는 수직으로 장착되는 고정 포스트 절연체(50) 및 독립형 받침대(52) 상에 수직으로 장착된다. 도 3의 서지 어레스터 구조체(26)와 유사하게, 서지 어레스터 구조체(26')는 회로 차단기 접촉부들(22 및 24)에 걸쳐 전기적으로 접속하고, 그에 따라 상기 기술된 바와 유사한 방식으로 기능한다.

ABB의 EXCOUNT와 같은 선택적 서지 어레스터 카운터(54)가 서지 어레스터(28')에 장착되고 방전의 수를 카운트한다. 상기 카운터(54)는 또한 상기 서지들의 진폭을 그 일자 및 시간과 함께 기록하고, 전체 누설 전류를 측정하고 상기 어레스터(28')를 통해 저항성 전류를 (선택적으로) 측정한다. 상기 측정치들은 EXCOUNT 센서에 저장되고, 핸드헬드 무선 송수신기(도시되지 않음)를 사용하여 편리할 때 수집될 수 있다.

통상의 서지 어레스터들은 리액터 스위칭 응용들과 같은 특정의 스위칭 응용들에서의 과전압 보호를 위한 회로 차단기에 걸쳐 전기적으로/물리적으로 접속된다. 통상의 서지 어레스터들은 일반적으로 낙뢰 임펄스 보호를 위한 해당 산업에 사용되고 있으며, 이들은 개별 받침대 상에서 보호되고 있는 장비에 근접하게 선로 접지로 접속된다. 여기서 개시된 실시예들은 전원이 단절되는 리액터와 같은 엄격한 스위칭 듀티들에 의해 야기된 회로 차단기 개방 접촉부들에 걸쳐 나타나는 일시적인 과전압들을 제한하는데 사용된다. 서지 어레스터 구조체(26, 26')는 부싱 상단 단자(14, 18)에서 상기 회로 차단기 외부로 병렬로 접속한다. 상기 서지 어레스터 구조체(26)를 회로 차단기 접촉부들과 병렬로 전기적으로 접속함으로써, 회로 차단기 개방 접촉부들(22 및 24)에 걸쳐 나타나는 전압은 클램프될 것이다. 전압 클램핑은 상기 서지 어레스터 구조체(26, 26')의 보호 레벨에 의해 결정된다.

상기 서지 어레스터 구조체(26, 26')는 상기 차단기의 유전체 등급(dielectric ratings)에 영향을 주지 않고서 외부적으로 기존의 회로 차단기들 상에 설치될 수 있다. 회로 차단기 부싱 상단 단자들(14, 18)에 직접 접속된 서지 어레스터 구조체(26)는 서지 어레스터 설치를 위해 별개의 하부구조를 필요로하지 않을 것이다. 상기 회로 차단기 접촉부들에 아주 근접하게 장착된 상기 서지 어레스터 구조체(26, 26')는 고속으로 상승하는 일시적인 과전압에 매우 효과적이다.

서지 어레스터 구조체(26, 26')는 인터럽터 개방 접촉부들에 걸쳐 과전압이 진행하는 것을 방지하며, 그에 따라 리액터에 전원이 공급되지 않게 된 후 내부 플래시오버의 가능성을 감소시킨다. 내부 그레이딩 커패시터들 상의 전압 스트레스 레벨이 멀티-브레이크 인터럽터 챔버의 경우에 서지 어레스터 구조체(26, 26')의 병렬 접속으로 인해 감소하게 된다.

전술한 적절한 실시예들은 본 발명의 구조 및 기능적 원리들을 설명할 목적으로 도시되었고 기재되었으며, 적절한 실시예들을 활용하는 방법들은 그러한 원리들을 벗어나지 않고서 변경될 수 있다. 따라서, 본 발명은 다음의 청구범위의 정신 내에 포함되는 모든 수정들을 포함한다.