가스 절연 개폐장치용 양방향 구동식 가스 차단기 document_id A220623112383

일반적으로 가스 절연 개폐장치(GIS;Gas Insulation switchgear)는 금속제 밀폐용기(탱크)에 절연성능과 소호기능이 우수한 절연용 가스(SF6)를 절연매체로 사용하여 도체와 각종 보호기기들을 수납시켜 신뢰성을 향상시킨 수변전 설비이며, 차단기(Circuit Breaker), 단로기(Disconnecting Switch), 접지개폐기(Earthing Switch) 등 여러 가지 구성들이 복합적으로 구성되어 이루어진다. 상기한 가스 절연 개폐장치의 차단기는 정상상태의 선로의 개폐뿐만 아니라, 선로의 지락, 단락 및 부하의사고 등 이상상태에서도 사고전류를 차단하여 전력 시스템을 안전하게 보호하는 주 보호기기이다. 이러한 차단기는 차단기의 구동 장치인 유압, 공압 혹은 모터에 의해 차징(charging)되는 전동스프링과 같은 액튜에이터(actuator)에서 발생되는 구동력에 의해 실린더에 연결된 실린더 로드(Cylinder Rod)를 트립위치로 이동시키고, 실린더로드의 이동으로 압축실내 절연 소호가스가 압축되면 압축된 고압의 소호가스를 아크에 분사하여 사고전류를 냉각 소호시켜 전류를 차단하게 된다. 따라서 사고전류 차단을 위한 트립동작시는 투입동작시보다 고출력이 요구된다. 상기한 차단기의 트립 동작을 위한 구조는 크게 단방향 구동 방식 및 양방향 구동방식으로 구분된다. 이때, 상기 단방향 구동 방식이라 함은 고정부는 고정된 상태를 유지하고 가동측만이 후퇴 동작함으로써 고정부의 고정 아크 접촉자로부터 가동부의 가동 아크 접촉자가 단락되도록 구성되는 구조이다. 또한, 상기 양방향 구동 방식이라 함은 상기 가동부의 가동 아크 접촉자와 상기 고정부의 고정 아크 접촉자가 서로 연동되도록 구성하여 고장전류가 흘러 회로를 차단하고자 할 경우 상기 가동 아크 접촉자 및 고정 아크 접촉자가 동시에 서로 간으로부터 이탈되도록 이동됨으로써 단락되도록 구성되는 구조이다. 상기한 두 구조의 구동 방식 중 양방향 구동 방식은 상대적으로 큰 전류를 차단할 수 있을 뿐 아니라 조작력도 줄일 수 있다는 장점이 있으나, 기구 구성이 복잡하고 경제적 설계를 고려해야 하는 문제가 있었다. 이에 종래에는 다양한 구조의 양방향 구동 방식을 적용한 가스 절연 개폐장치의 가스 차단기를 개발하였으며, 국내 등록특허 제10-0618605호, 제10-0675984호, 국내 등록실용신안 제20-0438667호 등이 이에 해당된다. 통상의 트립 동작시에는 가동 아크 접촉자와 피동 아크 접촉자가 서로 분리되기 시작되는 시점(서로 간의 이격은 이루어지지 않은 상태)에서는 상대적으로 작은 힘으로도 동작이 가능하지만 상기 두 아크 접촉자가 서로 이격되는 시점인 아크가 발생될 때 상대적으로 큰 힘이 필요하다. 하지만, 전술한 종래의 양방향 구동 방식을 적용한 가스 절연 개폐 장치의 가스 차단기에 대한 구조들은 트립 동작시 가동 아크 접촉자와 피동 아크 접촉자가 서로 반대의 방향을 향해 이격되도록 동작되는 과정이 모든 시점에서 동일한 힘을 제공하도록 구성됨에 따라 실질적으로 큰 힘이 필요시되는 아크 발생시에는 빠른 이탈이 이루어지지 못하여 아크 소호성능이 떨어질 수 밖에 없었고, 특히 빠른 아크 차단 속도를 요구하는 소전류 차단을 위한 구조에는 그 적용이 어렵다는 문제점이 있다. 물론, 국내 등록특허 제10-0548772호, 제10-0631006호, 제10-0631007호의 경우 트립 동작시 아크 발생시점에 빠른 이탈이 이루어지도록 하는 기술적 구성이 제공되고 있다. 하지만, 상기한 기술들은 동작이 연속적인 상태로 특정 시점에 급격히 빨라지도록 구성되지 못하고 비연속적인 상태로 특정 시점에 순간적으로만 빨라지도록 구성됨으로써 동작력 전달의 끊김에 의한 원활한 동작이 이루어지지 못하였던 문제점을 가지고 있을 뿐 아니라 상기 특정 시점에 빨리 동작될 수 있도록 하기 위해 큰 조작력의 제공이 이루어져야만 한다는 문제점을 가지고 있다.