KR100322175B1 - Insulation and gas-insulated high voltage devices with insulation - Google Patents
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Abstract
가스절연 고전압 전기장치는 SF6와 같은 절연가스로 채워진 탱크(1), 컨테이너 내부의 고전압 전도체(2, 10, 12) 그리고 상기 전도체와 연결된 적연물(3, 4, 20, 30)을 구비하고 있다. 상기 절연물은 상기 절연가스가 노출된 표면상에서 전기적으로 전도성 또는 반전도성 물질의 박막을 갖는 절연체 본체로 이루어지고 있다. 상기 박막은 절연체 표면상에서 대전하는 경향이 있는 전하를 분산시키고 상기 절연체 본체의 절연체 물질로 형성된 같은 두께 박막의 표면 저항력 보다 더 작은 표면저항력을 갖는다. 상기 박막은 전형적으로 108~5 x 1016Ω의 표면저항력을 갖고 1㎛ 이하의 두께를 갖는다. 그것에는, 예를 들어, Cu, Cr, Al, Fe와 같은 금속과 Cu2O, Cr2O3, Fe2O3와 같은 산화물이 쓰인다.The gas insulated high voltage electrical apparatus has a tank (1) filled with an insulated gas such as SF 6 , a high voltage conductor (2, 10, 12) inside the container and a red smoke (3, 4, 20, 30) connected to the conductor, have. The insulator is composed of an insulator body having a thin film of electrically conductive or semiconducting material on the exposed surface of the insulator gas. The thin film disperses the charge that tends to charge on the insulator surface and has a surface resistivity less than that of the same thickness thin film formed of the insulator material of the insulator body. The thin film is typically 10 8 ~ 5 x 10 16 Ω has a surface resistivity in a thickness of less than 1㎛. It has, for example, used are oxides, such as metal and the Cu 2 O, Cr 2 O 3 , Fe 2 O 3 , such as Cu, Cr, Al, Fe.
Description
본 발명은 가스절연 고전압 전기장치용 절연물 및 절연물을 포함한 장치에 관한 것으로서, 특히 SF6와 같은 절연가스가 채워진 컨테이너와, 직류전위가 인가되는 전도체를 포함하며, 예를 들어 도체를 지지하기 위해 도체에 절연물이 연결되어 있는 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a device comprising an insulator and an insulator for a gas insulated high voltage electric device, and in particular, to a container filled with an insulating gas such as SF 6, and a conductor to which a direct current potential is applied, for example, to support a conductor. To a device having an insulator connected thereto.
가스절연 장치에서 절연특성 중 하나인 표면방전 또는 표면 플래시오버는 교류 및 직류 전압간에 큰 차이가 있다. 가스 중에서 직류 표면 방전 특성은 예를들면 전기학회 기술보고(II부) 제397호 17∼23쪽 "가스절연 개폐장치의 직류절연"(1991년 12월)에 상세히 나타나 있다. 이러한 예에서, 직류 전압상태하의 절연물의 절연특성은 절연물 표면의 대전에 영향을 받고, 절연물의 표면 파괴 전압은 대전 전하량에 의해 변화하는 것도 보고된다. 본 명세서에 첨부된 도면중 제4도에는 일 예가 도시되어 있고, 대전 전하량이 증가할 때에 파괴 전압이 저하하는 경향이 있는 것을 나타내고 있다.Surface discharge or surface flashover, which is one of the insulating properties in gas insulator, has a big difference between AC and DC voltage. The characteristics of direct-current surface discharges in gases are described in detail in, for example, Technical Report (Part II) 397, pp. 17-23, "DC Insulation of Gas-Insulated Switchgear" (December 1991). In this example, it is also reported that the insulating properties of the insulator under the direct current voltage state are affected by the charging of the insulator surface, and the surface breakdown voltage of the insulator is changed by the amount of charge charge. An example is shown in FIG. 4 of the drawings attached to this specification, indicating that the breakdown voltage tends to decrease when the amount of charged charge increases.
종래의 문제점의 대책으로는, 문헌에 나타난 바와 같이, 절연물 형상을 선택할 때, 쉽게 대전되지 않는 형태로 하는 방식(예를 들면 절연물 표면에 주름모양을 만든다거나)이 행해져 왔다.As a countermeasure of the conventional problem, as shown in the literature, when selecting an insulator shape, a method (for example, making wrinkles on the surface of the insulator) has been performed in a form that is not easily charged.
절연물 표면상의 전하축적은 몇몇 원인들의 어느 하나, 구체적으로는 절연체에서의 전도, 절연물 표면에서의 전도, 기기의 다른 물질의 분진 또는 입자의 절연체 표면과의 접촉, 기기의 가스 분자(moleculates)로부터 이온의 생산, 그리고 우주선 또는 X선에 의한 이온화에 기인한다라는 것을 본 발명자는 주장하고 있다. 특히 진공 개폐장치에 있어서는, 절연체 표면으로부터 제2차 전자방출을 야기하는 음극에서 방출된 전자에 의해 절연체 표면의 충격 문제가 있다. 이것은 가스가 꽉찬 기기에서는 중요한 문제가 되지 않고, 그 안에서 어느 정도 방출된 전자의 에너지는 무척 감소되는데, 예를 들면 가스분자의 이온화에 의해 많이 감소된다. 때문에 제2차 전자는 생성되지 않는다.Charge accumulation on the surface of an insulator can be caused by one of several causes, specifically conduction at the insulator, conduction at the insulator surface, dust or other particles of the device in contact with the insulator surface, ions from gas molecules of the device. The inventors claim that this is due to the production of and the ionization by spacecraft or X-rays. In particular, in the vacuum switch, there is a problem of impact on the surface of the insulator due to electrons emitted from the cathode causing secondary electron emission from the surface of the insulator. This is not a major problem for gas-filled devices, and the energy of electrons released to some extent is greatly reduced, for example by ionization of gas molecules. Therefore, no secondary electrons are generated.
상기에서와 같이, 문제점의 대책은 표면통로 길이를 증가시키기 위한 절연체의 표면 형상에 있다. 제시된 다른 대책은 전자 또는 다른 전하 입자에 의해 표면충격을 감소시키기 위해 전기장 선과 일치할 의도로 절연체를 볼록하게 굽은 표면으로 만든다. 제시된 다른 대첵은 워터 제트(water jet) 마멸에 의해 절연체 표면을 처리하는 것이다.As mentioned above, the countermeasure against the problem lies in the surface shape of the insulator for increasing the surface passage length. Other measures presented make the insulator convexly curved surface with the intention of matching the electric field lines to reduce the surface impact by electrons or other charged particles. Another alternative presented is to treat the insulator surface by water jet wear.
절연체 표면을 덮은 아산화구리(Cu2O) 또는 산화크롬(Cr2O3)사용에 의해 진공중에서 절연체의 표면 플래시오버를 감소시키는 것이 두 연구자(크로스(Cross)와 수다샨(Sudarshan))에 의해 주장되고 있다(전기 절연상 IEEE보고서 제EI-9권 4호 1974년 12월, 146∼150쪽 및 제EI-11권 1호 1976년 3월, 32∼35쪽) 크로스와 수다샨은 산화 알루미늄 상태에서 아산화구리 코팅(coating)을 하면 직류 및 교류 전압하에서 코팅되지 않은 절연체의 경우에 관찰된 조절 효과를 제거할 수 있는 것을 발견했다. 조절효과는 플래시오버 수가 적용된 상태하에서 절연체 플래시오버 전압을 점진적으로 증가시킨다. 이 경우 Cu2O 코팅은 커디셔닝 후에 플래시오버 전압의 증가를 야기하지 않는다. 산화 크롬 코팅의 경우에는 플래시오버 전압이 상당히 증가하고 조절 효과는 감소하는데 이것은 산화크롬 층의 사용에 기인한다. 크로스나 수다샨(the authors)은 양의 표면 전하의 제거가 이러한 효과들을 가져왔다고 주장하는데, 그것은 코팅이 절연체 표면의 제2차 전자방출을 상당히 감소시켰기 때문이다. 제2차 전자 방출의 결과로서, 절연체 표면상에 매우 빠르게 대전되는 전하들과 관련되어 있다는 것이 명백하게 나타나 있다. 또한 절연체의 저항열 효과를 피하는것과도 관련되어 있고, 그 결과 낮은 제2차 전자계수와 연결된 고저항을 구비하고 있는 코팅을 제시하고 있다. 아산화구리에서 20∼200nm의 코팅 두께는 진공증착에 의해 구리로 절연체를 코팅함으로써 만들어지고 그 다음에 봉합관에서 가열된다. 산화크롬의 경우에 이것은 수성액으로부터 증착된다.Reducing the surface flashover of an insulator in vacuum by the use of cuprous oxide (Cu 2 O) or chromium oxide (Cr 2 O 3 ) covering the surface of the insulator by two researchers (Cross and Sudarshan). (Electrical Insulation Award IEEE Report EI-9, No. 4, December 1974, pp. 146–150, and EI-11, No. 1, March 1976, pp. 32–35). It has been found that the coating of nitrous oxide in the state can eliminate the control effects observed in the case of insulators which are not coated under direct and alternating voltage. The regulating effect gradually increases the insulator flashover voltage with the number of flashovers applied. In this case the Cu 2 O coating does not cause an increase in flashover voltage after conditioning. In the case of chromium oxide coatings, the flashover voltage increases considerably and the control effect decreases due to the use of chromium oxide layers. Kros and the authors argue that the removal of positive surface charges has had these effects because the coating significantly reduced the secondary electron emission of the insulator surface. As a result of the secondary electron emission, it is clearly shown that it is associated with charges that charge very quickly on the insulator surface. It is also associated with avoiding the resistive thermal effects of insulators, which results in coatings with high resistances associated with low secondary electron coefficients. In cuprous oxide, a coating thickness of 20-200 nm is made by coating the insulator with copper by vacuum deposition and then heated in a suture tube. In the case of chromium oxide it is deposited from an aqueous solution.
상기에서와 같이, 제 2차 전자방출은 가스전연 시스템에서는 문제점이 없다. 절연체 표면상의 전하의 증가는 진공시스템(수분의 일초)에서 보다는 가스절연 시스템(수시간의 문제)에서 훨씬 더 적어지며, 전자에너지가 SF6와 같은 절연가스에 의해서 훨씬 더 낮아지기 때문에 음극으로부터의 전자충돌은 문제되지 않는다. 그러므로 크로스와 수다샨에 의한 제안은 가스절연 시스템에서 명백히 적용되어지지 않는다. 크로스와 수다샨은 전도성 있게 전하를 형성하는 것만큼 빠르게 제거한다는 것이 불가능하다는 것을 주장하고 있다. 그것은 필요전류가 진공중에서 표면의 심한 가열을 야기시키기 때문이다.As above, the secondary electron emission is not a problem in the gas station system. The increase in charge on the insulator surface is much less in a gas insulation system (a matter of hours) than in a vacuum system (a few minutes) and the electrons from the cathode because the electron energy is much lower by an insulating gas such as SF 6. Collision is not a problem. Therefore, the proposals by Cross and Sudashan are not explicitly applied in gas insulation systems. Cross and Sudashan insist that it is impossible to remove them as quickly as they form conductive charges. This is because the required current causes severe heating of the surface in vacuum.
가스절연 고전압 전기 장치용 절연물을 제공하고, 또 그 안에서 절연물 표면상의 대전전하에 의한 표면 플래시오버 감소문제가 감소 또는 제거되는 것이 본 발명의 목적이다. 또한 그러한 절연물을 구비하고 있는 가스절연 고전압 전기장치를 제공하는 것이 또하나의 목적이다.It is an object of the present invention to provide an insulator for a gas insulated high voltage electrical device, wherein the problem of reducing surface flashover by charge charges on the surface of the insulator is reduced or eliminated. It is also another object to provide a gas insulated high voltage electrical device having such an insulator.
가스절연 고전압 장치에서 절연물체의 물질에 비하여 저항도가 감소된 코팅제는 저항전류 흐름을 증가시키지 않으면서 성공적으로 절연체 표면상 대전 경향이 있는 전하를 사라지게 한다는 것을 본 발명의 발명자가 발견하고 있다. 본 발명에사용되는 코팅은 크로스와 수다샨에 의해 발명된 코팅이 적당하지만, 그것들은 다른 장치들에서 예를 들면, 공기보다는 절연가스로 꽉 차 있고, 제2차 전자방출 예방보다는 전하 전도 등이 중요하게 다른 기능을 구비하고 있는 장치들에서 사용되어지고 있다.The inventors of the present invention find that coatings with reduced resistivity compared to the material of an insulator in gas insulated high voltage devices successfully dissipate a charge that tends to charge on the insulator surface without increasing the resistive current flow. The coatings used in the present invention are suitable for coatings invented by Cross and Sudashan, but they are, for example, filled with insulating gas rather than air, and conduction of charge rather than secondary electron emission prevention in other devices. It is importantly used in devices with different functions.
이러한 본 발명은 예를 들어 20∼40% 범위 안에서 플래시오버 전압 증가를 나타내고 그리고 종전 기술의 절연체와 같은 플래시오버 전압을 가지는 더 작은 절연체의 사용을 나타낸다. 그것에 관한 본 발명 또는 실시예의 여러 가지 이점들을 아래에 기술하고 있다.This invention shows the use of smaller insulators that exhibit a flashover voltage increase in the range of, for example, 20-40% and have a flashover voltage, such as insulators of the prior art. Various advantages of the present invention or embodiments thereof are described below.
본 발명의 일면에서는 절연물질의 절연체를 구비한 가스 절연 고전압 전기장치용 절연물을 나타내고 있다. 그 절연체는 물체상 전기전하를 분산하기 위해 전기적으로 전도성 또는 반전도성 물질의 박막을 적어도 일부표면에 갖고 있다. 그 박막의 표면 저항력은 절연체의 절연물로 만든 동일한 두께, 예를 들어, 나중 값의 1/10까지를 구비한 박막의 표면 저항력 보다 일반적으로 더 적다. 상기 박막은 108∼5 × 1016Ω범위의 표면저항력을 갖는 것이 바람직하다. 에폭시 수지 절연체로는 103∼3 x 1016Ω의 표면저항력을 얻을 수 있었지만, 108∼1012Ω등의 낮은 값도 역시 적당하다. 박막의 두께는 1㎛보다 적은 것이 적당하고, 20∼200nm 범위에서는 더욱 바람직하다.In one aspect of the present invention, an insulator for a gas insulated high voltage electric device having an insulator of an insulating material is shown. The insulator has at least a portion of a thin film of electrically conductive or semiconducting material to dissipate the electrical charge on the object. The surface resistivity of the thin film is generally less than the surface resistivity of the thin film with the same thickness made of the insulator's insulator, for example up to 1/10 of its later value. The thin film preferably has a surface resistivity in the range of 10 8 to 5 x 10 16 Ω. As the epoxy resin insulator, a surface resistivity of 10 3 to 3 x 10 16 Ω was obtained, but low values such as 10 8 to 10 12 Ω are also suitable. The thickness of the thin film is preferably less than 1 µm, more preferably in the range of 20 to 200 nm.
그 박막은 1014∼1016Ω범위에서 표면 저항력을 갖는 적당한 절연체로 사용된다.The thin film is used as a suitable insulator having surface resistance in the range of 10 14 to 10 16 Ω.
효과적인 전기 전하 분산용 전도통로를 만들기 위해, 절연체 표면상의 박막이 절연물의 한쪽 또는 양쪽에서 전극 또는 다른 전도체에 접촉하고 있다.In order to make an effective conductive path for electric charge distribution, a thin film on the surface of the insulator is in contact with an electrode or other conductor on one or both sides of the insulator.
원칙적으로 적당한 전도성 또는 반전도성 물질은 절연체상의 표면 박막을 만들 수 있고, 그러한 박막은 표면과 알맞게 접착해야 할 수 있어야 하며 상기에 나타난 바람직한 표면 저항력을 제공해야 한다. 박막 형성의 바람직한 방법들은, 예를 들어, 화학적 기상증착법, 물리기상증착, 스퍼터링 및 진공증착이 있다. 그 박막은 가스절연 장치의 절연가스에 노출되는 모든 부분에 균일하게 붙어 있는 것이 바람직하다.In principle, a suitable conductive or semiconducting material can make a surface thin film on an insulator, which should be able to adhere appropriately to the surface and provide the desired surface resistance shown above. Preferred methods of thin film formation are, for example, chemical vapor deposition, physical vapor deposition, sputtering and vacuum deposition. The thin film is preferably uniformly attached to all parts exposed to the insulating gas of the gas insulating device.
본 발명에서 사용된 전하분산 박막은 표면전하가 절연체를 따라 통과하도록 허용하는 기능들을 갖고, 그것에 의해 전하가 분산된다. 더욱이 박막이 절연체의 표면저항의 균일성을 증가시키는 경향이 있고, 특히 그에 따라 전하가 한 곳에 축적되지 않게 한다는 잇점이 있다. 또한 상기 코팅은 그것의 전도성으로 인하여 외부 금속입자가 절연체 표면에 달라붙어서 플래시오버를 발생시키는 경향을 감소시키는 또 다른 이점이 있다. 대전된 금속 입자가 절연체 표면에 부착된다면, 전하는 박막에 의해 빠르게 분산됨으로써 입자가 빠르게 떨어지고, 정전기 인력에 의해 더이상 보류되지 않게 된다.The charge dispersing thin film used in the present invention has functions to allow surface charge to pass along the insulator, whereby the charge is dispersed. Moreover, the thin film tends to increase the uniformity of the surface resistance of the insulator, and in particular has the advantage that the charge does not accumulate in one place. The coating also has another advantage of reducing the tendency of external metal particles to stick to the insulator surface causing flashover due to its conductivity. If charged metal particles adhere to the surface of the insulator, the charge is quickly dispersed by the thin film, causing the particles to drop quickly and no longer be held back by electrostatic attraction.
수송의 편이 및 절연체를 손으로 처리할 수 있기 때문에 다루기가 좋고 절연체 표면에 오염되는 문제가 적은, 그러한 이점도 있다. 과거에는 가스절연 시스템에서 그러한 절연체를 손으로 처리할 수 없다고 여겨졌다. 더 큰 이점은 개인적으로 계속 수행하는 동안에 안전성이 증가한다는 것이다. 절연체상의 대전 전하가 빠르게 분산됨에도 불구하고 종전 기술장치에서는 표면전하가 긴 시간주기 동안 절연체에 남아 있고, 심지어는 며칠동안 남아있어 유지를 위한 인원이 필요한 위험을 발생시킨다.There are also advantages such as ease of transportation and handling of the insulator by hand, which makes it easier to handle and less contaminated on the insulator surface. In the past, it was considered impossible to treat such insulators by hand in gas insulation systems. A bigger advantage is the increased safety while continuing to perform personally. In spite of the rapid dissipation of the charge on the insulator, in the prior art, surface charges remain in the insulator for a long period of time, and even for several days, creating the risk of requiring personnel for maintenance.
물에 의한 절연체 접촉을 포함하는 박막의 적용과 크로스와 수다샨에 의해 제시된 용액에서 산화크롬의 증착과 같은 방법은 바람직하지 못하다. 그리고 적은양의 나머지 물이 절연체상에 또는 내에 남아있어도, 이러한 물은 가스절연 탱크내부에서 증발한다. 또한 SF6는 부분적으로 예를 들어 그러한 장치의 방해물 동작상에서 분해되고, 물을 구성하고 있는 분해반응의 결과는 부식시키는 HF로 나타난다.Methods such as the application of thin films comprising insulator contact with water and the deposition of chromium oxide in the solutions presented by Cross and Sudashan are undesirable. And even if a small amount of remaining water remains on or in the insulator, this water evaporates inside the gas insulated tank. SF 6 also partially decomposes, for example, on the obstruction of such a device, and the result of the decomposition reactions constituting water results in corrosive HF.
본 발명의 바람직한 코팅 박막용 물질은 Cu, Cr, Al, Fe, 아산화구리, 산화크롬, 그리고 산화 제2철(Fe2O3)이다.Preferred coating thin film materials of the present invention are Cu, Cr, Al, Fe, cuprous oxide, chromium oxide, and ferric oxide (Fe 2 O 3 ).
가스절연 고전압 전기시스템에서는 합성수지, 특히 에폭시 수지로 제조된 절연체를 사용한다는 것이 알려져 있다. 에폭시 수지는 그러한 아루미나(alumina)에서 특정한 충전재(filler)를 포함하고, 그리고 본 발명에 의하면 그러한 수지의 사용은 바람직하다. 본 발명에서 사용된 박막은 이 경우에 특별한 이점을 제시하는데, 이것은 이렇게 가득찬 에폭시 수지가 충전재 입자에 의해 그것의 표면 저항력이 고르지 못하기 때문이다. 적용된 박막은 표면저항력의 균일성을 향상시킨다. 또한 상태감소가 수다샨과 크로스에 의하여 장점으로 기술된, 조절(예를 들면 플래시오버 전압을 향상시키기 위한 플래시오버 수의 적용)은 에폭시 수지 절연체를 필요로 하지 않고 매우 불리하게 된다. 그것은 조절효과에 필요는 플래시오버가 에폭시 수지물질을 융해시키기 때문이다. 반면, 플래시오버가 본 발명의 절연물이 사용되는 동안에 발생되면 표면 박막은 플래시오버의 영향으로부터 에폭시 수지를 보호하려는 경향이 있다.It is known that gas insulated high voltage electrical systems use insulators made of synthetic resins, in particular epoxy resins. Epoxy resins comprise a specific filler in such alumina, and according to the invention the use of such resins is preferred. The thin film used in the present invention presents a particular advantage in this case, since this filled epoxy resin is uneven in its surface resistance by the filler particles. The applied thin film improves the uniformity of surface resistivity. In addition, the regulation (e.g. application of the flashover number to improve the flashover voltage), in which state reduction is described as an advantage by Sudashan and Cross, does not require an epoxy resin insulator and is very disadvantageous. It is necessary for the control effect because flashover melts the epoxy resin material. On the other hand, if a flashover occurs while the insulator of the present invention is used, the surface thin film tends to protect the epoxy resin from the effects of the flashover.
본 발명의 다른 면에 의하면, 절연가스가 채워진 상기 컨테이너 내부의 고전압 전도체 및 상기 전도체에 연결된 절연물이 제공된다. 절연물은 절연가스에 노출되는 표면의 적어도 한 부분에 전기적으로 전도성 및 반전도성 물질로부터 선택된 물질의 박막을 구비한 절연체 물질로 제조된 절연체를 갖고 있다. 그 박막은 절연체의 절연물로 제조된 같은 두께의 박막의 표면 저항력 보다 더 작은 표면 저항력을 갖고 있다. 그러면 발명의 다른 면에서는, 절연가스로 꽉 채워진 컨테이너, 상기 컨테이너 내의 고전압 전도체 및 상기 전도체와 연결된 절연물을 구비하고 있고, 절연물은 상기 절연가스에 노출되는 표면의 적어도 한 부분에 전기전도성을 갖는 물질의 박막을 구비하고 있어서, 상기 박막이 상기 절연물질애 축적된 전하를 전도적으로 분산시키기에 적합한 가스절연 고전압 전기장치를 볼 수 있다.According to another aspect of the present invention, there is provided a high voltage conductor inside the container filled with insulating gas and an insulator connected to the conductor. The insulator has an insulator made of an insulator material having a thin film of material selected from electrically conductive and semiconducting materials on at least one portion of the surface exposed to the insulating gas. The thin film has a smaller surface resistivity than that of thin films of the same thickness made of an insulator insulator. In another aspect of the invention, there is provided a container filled with an insulating gas, a high voltage conductor in the container, and an insulator connected to the conductor, wherein the insulator is made of a material having electrical conductivity on at least a portion of the surface exposed to the insulating gas. With a thin film, a gas insulated high voltage electrical device suitable for conducting the thin film conductively dissipates the charge accumulated in the insulating material can be seen.
본 발명은 특히 전도체에 직류전압, 특히 500kv 이상의 고전압이 인가되는 가스절연 고전압 전기장치에 사용될 수 있다.The invention can be used in particular in gas insulated high voltage electrical devices in which a direct current voltage is applied to the conductor, in particular a high voltage of 500 kv or more.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예가 설명되나, 본 발명의 범위가 이들로 제한되는 것은 아니다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings, but the scope of the present invention is not limited thereto.
제1도의 가스절연장치는 밀폐 접지탱크(1), 전도체(2), 가동성 전극(12)을 포함한 차단장치(50), 상기 가동성 전극(12)용 지지전도체(11) 및 고정전극(10)으로 구성되어 있다. 여러 가지 절연물은 이러한 고전압 전도체 부분, 특히 절연 스페이서(3)를 정하는 가스 칸막이, 전도체 지지 포스트형 스페이서(4), 전도체(11)지지용 절연지지 튜브(20), 절연방식으로 동작유닛(35)과 연결되어 있는 가동성 전극(12) 구동용 절연 동작 로드(rod, 30)를 지지하고 있다. 일반적으로 이것은 종래의 구성이고, 통상의 방법에서 탱크(1)에 채운 압력하에서 절연가스는 SF6이다.The gas insulator of FIG. 1 includes a sealed ground tank 1, a conductor 2, a blocking device 50 including a movable electrode 12, a support conductor 11 for the movable electrode 12, and a fixed electrode 10. It consists of. The various insulators are provided with such high voltage conductor parts, in particular gas compartments defining the insulating spacers 3, conductor supporting post-shaped spacers 4, insulating supporting tubes 20 for supporting the conductors 11, and operating units 35 in an insulating manner. And an insulating operation rod 30 for driving the movable electrode 12 connected thereto. In general, this is a conventional configuration, and the insulating gas is SF 6 under the pressure filled in the tank 1 in a conventional method.
상기 기술된 장치를 갖는 가스절연 장치에 있어서, 본 발명에 의한 절연물은 각각의 절연 스페이서(3), 포스트형 스페이서(4), 절연 지지 튜브(20) 및 절연동작로드(30)로서 사용된다, 스퍼터링된 금속 또는 산화물의 박막이 절연가스와 접촉하는 하나의 또는 복수의 이들 절연물의 적어도 전체 표면상에 형성된다.In the gas insulation device having the device described above, the insulator according to the present invention is used as each of the insulation spacer 3, the post spacer 4, the insulation support tube 20 and the insulation operation rod 30, A thin film of sputtered metal or oxide is formed on at least the entire surface of one or a plurality of these insulators in contact with the insulator gas.
이러한 가스절연장치에서 사용된 포스트형 스페이서(4)는 제2도에 상세히 도시되어 있다. 포스트형 스페이서(4)는 알루미나 충전재 입자를 포함한 에폭시계 수지 본체(40) 및 포스트형 스페이서(4)를 설치하고 전기장 세기를 경감시킬 목적으로 에폭시계 수지 본체(40)의 대면하는 단면부에 설치된 전극들(41)을 구비하고 있다. 박막(45)은 감속입자의 증발 또는 스퍼터링에 의해 수지 본체(40)의 표면상에 형성된다. 박막(45)은 절연체의 전기적인 양측면에 있는 전극(41)과 접속한다. 박막(45)의 두께(t)는 요구되는 절연 저항값에 달려있지만, 본 발명의 효과와 이익을 이루기 위해서는 대략 20∼200nm에서 선택하는 것이 바람직하다. 박막의 표면 저항력은 본체(40)의 에폭시계 물질과 등가인 박막(동일두께의)의 표면 저항력 보다 대체로 더 작다.The post spacer 4 used in this gas insulator is shown in detail in FIG. The post spacer 4 is provided with an epoxy resin main body 40 including alumina filler particles and a post spacer 4 and provided in an end surface facing the epoxy resin main body 40 for the purpose of reducing electric field strength. Electrodes 41 are provided. The thin film 45 is formed on the surface of the resin main body 40 by evaporation or sputtering of the deceleration particles. The thin film 45 is connected to the electrodes 41 on both electrical sides of the insulator. The thickness t of the thin film 45 depends on the required insulation resistance value, but in order to achieve the effects and advantages of the present invention, it is preferable to select from approximately 20 to 200 nm. The surface resistivity of the thin film is generally smaller than the surface resistivity of the thin film (of the same thickness) equivalent to the epoxy-based material of the body 40.
박막(45)용의 바람직한 물질은 Cu, Cr, Al 또는 Fe 그리고 산화물 Cu2O, Cr2O3및 Fe2O3가 있다.Preferred materials for thin film 45 are Cu, Cr, Al or Fe and oxides Cu 2 O, Cr 2 O 3 and Fe 2 O 3 .
제3도에는 스페이서의 표면 저항력 및 스페이서의 표면상에서 대전전하량을 개념적으로 도시하고 있다. 1014∼1016Ω의 표면저항값을 가지는 보통의 코팅되지 않은 스페이서 A에 비유하여, 본 발명에 의한 스페이서 B의 표면저항력 값은 108∼1012Ω으로 낮아진다. 그것에 의하여 절연체 표면상의 대전 전차랑은 감소하게 된다. 본 발명의 하나의 실시예에서는 직류전압용 액면 저항 전압치를 20∼40%만큼 향상시키는 것이 가능하다.3 conceptually illustrates the surface resistivity of the spacer and the amount of charge on the surface of the spacer. Compared to the normal uncoated spacer A having a surface resistance value of 10 14 to 10 16 Ω, the surface resistivity value of the spacer B according to the present invention is lowered to 10 8 to 10 12 Ω. This reduces the charge on the surface of the insulator. In one embodiment of the present invention, it is possible to improve the liquid level resistance voltage value for DC voltage by 20 to 40%.
부수적으로, 표면 박막을 갖는 절연물은 표면 저항력에서 다뤄기지 않은 절연물과는 크게 다르기 때문에, 전자 및 후자 절연물의 표면 색깔은 시각적으로 구별되기 위해 다르게 제조되는 것이 바람직하다.Incidentally, since the insulator having the surface thin film is greatly different from the insulators not dealt with in the surface resistivity, the surface color of the former and the latter insulators is preferably made differently to visually distinguish.
상기 기술된 본 발명에 의하면, 절연물의 내압을 높이는 것이 가능하다. 결과적으로, 가스 절연장치의 절연 신뢰도를 증가시키는 것이 가능하고 또한 장치의 크기와 무게를 감소시킬 수도 있다.According to the present invention described above, it is possible to increase the internal pressure of the insulator. As a result, it is possible to increase the insulation reliability of the gas insulator and also reduce the size and weight of the device.
스퍼터링에 의해 절연체 표면상에 박막을 형성하는 방법중의 하나가 다음에 기술되어 있다.One of the methods for forming a thin film on an insulator surface by sputtering is described next.
에폭시 수지 절연체는 구리로 제조된 고전압 전극 및 접지 전극 사이의 위치에 일정 간격을 두고 놓여 있다. 그리고 그것들은 공기를 빼낸 후 낮은 압력에서아르곤으로 꽉 채워진 진공실에 밀폐되어 있다. 반파 정류된 50Hz 교류전압이 전극들 간에 인가된다. 고전압 전극과 접지전극간에 방전함으로써 Ar 이온들이 고전압 전극에 충돌하여 금속제 구리를 스퍼터한다. 그후 스퍼터링된 구리는 에폭시 수지 견본에 이르러 축적되고 구리 박막을 형성한다. 에폭시 수지 견본상의 스퍼터 박막을 형성하기 위한 스퍼터링 상태는 다음과 같다:Epoxy resin insulators are placed at regular intervals between the high voltage electrode and the ground electrode made of copper. And they are sealed in a vacuum chamber filled with argon at low pressure after bleeding air. Half-wave rectified 50 Hz alternating voltage is applied between the electrodes. By discharging between the high voltage electrode and the ground electrode, Ar ions collide with the high voltage electrode to sputter metallic copper. The sputtered copper then accumulates in the epoxy resin sample and forms a thin copper film. The sputtering state for forming the sputter thin film on the epoxy resin sample is as follows:
전압공금 2000VVoltage supply 2000V
전류 12mACurrent 12mA
아르곤 가스압력 약 0.04토르Argon Gas Pressure Approx.0.04 Torr
스퍼터링 시간 10분10 minutes sputtering time
균일한 두께의 박막을 얻기 위해서는, 에폭시 수지 견본은 대략 분당 30회 회전한다. 이렇게 형성된 스퍼터 박막을 갖는 에폭시 수지 견본의 표면 저항력은 대략 1 x 1015Ω로 얻어지고, 가공되지 않는 에폭시수지 견본의 저항력은 5 x 1016Ω이었으므로, 스퍼터 박막에 의해 그 값이 1/50로 감소된 셈이다.To obtain a thin film of uniform thickness, the epoxy resin sample was rotated approximately 30 times per minute. The surface resistivity of the epoxy resin specimen having the sputter thin film thus formed was approximately 1 × 10 15 Ω, and the resistivity of the raw epoxy resin specimen was 5 × 10 16 Ω, so that the value was 1/50 by the sputter thin film. It is reduced.
더욱이, 인가전압을 2000V로 둔채 Ar의 압력을 0.02∼0.05토르 범위로 변화시키면 스퍼터 처리된 박막 두께는 예를 들어 표면 저항력이 3×1016∼1 ×1013Ω의 범위가 되도록 변화시킬 수 있어 바람직하다.Furthermore, if the pressure of Ar is changed in the range of 0.02 to 0.05 Torr with the applied voltage at 2000 V, the thickness of the sputtered thin film can be changed so that the surface resistivity is in the range of 3 x 10 16 to 1 x 10 13 Ω, for example. desirable.
40mm길이와 50mm 직경의 에폭시 수지 견본상에서는, 전술한 방법에 의해 표면 저항력이 감소되도록 스퍼터링된 구리박막이 형성된다. 이런 경우에 있어서, 표면저항력은 약 2×1016내지 약 3×1014Ω로 감소된다.On the epoxy resin specimen of 40 mm length and 50 mm diameter, a sputtered copper thin film is formed by the above-described method so that the surface resistivity is reduced. In this case, the surface resistivity is reduced to about 2 × 10 16 to about 3 × 10 14 Ω.
직류 200kV에서 압축응력(prestressing)한 후에 이 절연체의 극성을 바꾸어 측정된 플래시오버 전압은 450kV였다. 압축응력하지 않고(극성을 바꾸지 않고) 순수한 에폭시 수지 견본용 플래시오버 전압은 380kV였다. 극성을 바꾸지 않은 순수한 견본의 경우와 비교하여 Cu 박막에 의해 내압이 약 20%만큼 증가된다. 그리고 지금까지는 일반적으로 극성의 반전이 플래시오버 전압을 감소시킨다고 여겨진다. 그러나 스퍼터 처리된 박막의 형성은 이러한 감소를 방지하고 있다.After prestressing at 200kV dc, the polarity of the insulator was changed and the flashover voltage measured was 450kV. The flashover voltage for pure epoxy resin specimens without compressive stress (without changing polarity) was 380 kV. The internal pressure is increased by about 20% by the Cu thin film as compared to the case of pure specimens with no change in polarity. And so far it is generally believed that inversion of polarity reduces the flashover voltage. However, the formation of sputtered thin films prevents this reduction.
이러한 플래시 오버 검사를 받고 있는 에폭시 수지 본체의 구조가 제5도에 도시되어 있다. 에폭시 수지 본체(40)는 삽입된 알루미늄 전극(41) 하나를 갖고 있고 전극들(42) 사이에 위치하고 있다. 본체(40)는 높이 40mm, 직경 50mm의 실린더이며, 전극(41)은 높이 15mm, 직경 40mm이다.The structure of the epoxy resin body under such flashover inspection is shown in FIG. The epoxy resin body 40 has one aluminum electrode 41 inserted therebetween and is located between the electrodes 42. The main body 40 is a cylinder of 40 mm in height and 50 mm in diameter, and the electrode 41 is 15 mm in height and 40 mm in diameter.
절연체의 표면 저항력의 바람직한 측정방법은 본 발명에 의해 제공된 전도성박막을 갖고 있든지 그렇지 않든간에 제6도에 도시되어 있다.A preferred method of measuring the surface resistivity of an insulator is shown in FIG. 6 with or without the conductive thin film provided by the present invention.
너비 5mm의 세개의 구리 테이프(46)는 제1도에 도시된 바와 같이 5mm의 간격으로 시료를 감고 있고, 도시된 500V 직류전압원 및 전류계를 포함한 회로와 연결되어 있다. 상부 및 하부 구리 테이프(46)는 가아드(guard) 전극으로 역하하며 중심 구리 테이프(46)는 고전압 전극으로 역할한다. 그런 후 시료는 20℃ 상태의 봉합(shield) 상자에 놓인다. 그리고 1 내지 2분 후에, 전압이 인가되고 그런 후 2분 후에 측정치는 읽히고, 이것으로부터 표면저항력이 계산되어 진다.Three copper tapes 46 having a width of 5 mm are wound around the sample at intervals of 5 mm, as shown in FIG. 1, and are connected to a circuit including the illustrated 500 V DC voltage source and an ammeter. The upper and lower copper tapes 46 serve as guard electrodes and the central copper tapes 46 serve as high voltage electrodes. The sample is then placed in a shield box at 20 ° C. After 1 to 2 minutes, a voltage is applied and after 2 minutes the readings are read, from which the surface resistivity is calculated.
제 1도는 본 발명의 제 1실시예를 도시한 가스 절연기기의 단면도;1 is a cross-sectional view of a gas insulator device showing a first embodiment of the present invention;
제 2도는 제 1도의 기기에 실시된 본 발명의 실시예를 도시한 절연물을 형성하는 기둥형 스페이서(spacer)의 단면도;FIG. 2 is a cross-sectional view of a columnar spacer forming an insulator showing an embodiment of the invention implemented in the apparatus of FIG. 1;
제 3도는 본 발명의 효과의 일 예를 도시한 그래프;3 is a graph showing an example of the effects of the present invention;
제 4도는 절연물 표면의 전하량 증가에 대한 플래시오버(flashover) 전압감소를 도시한 그래프;4 is a graph showing flashover voltage reduction with increasing charge amount on an insulator surface;
제 5도는 플래시오버 검사하의 절연물의 설명도;5 is an explanatory diagram of an insulator under the flashover test;
제 6도는 표면 저항 측정법의 선도이다.6 is a diagram of the surface resistance measurement method.
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KR870004542A (en) * | 1985-10-04 | 1987-05-11 | 미다 가쓰시게 | Conductor Support Device for Gas Insulation Equipment |
KR910013486A (en) * | 1989-12-05 | 1991-08-08 | 프레데릭 얀 스미트 | Defect-free single crystal thin film manufacturing method |
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1993
- 1993-07-01 KR KR1019930012264A patent/KR100322175B1/en not_active IP Right Cessation
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