KR100396175B1 - 절연파괴 시험용 펄스 제너레이터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 생산단가를 현저히 낮출 수 있으며, 갭에 의해 통전되는 고정전극과 회전전극의 아크 소호성 및 내마모성이 우수하여 수명을 연장시킬 수 있도록 된 새로운 절연파괴 시험용 펄스 제너레이터에 관한 것이다.

본 발명에 따르면, 모터(10)와, 이 모터(10)의 축(12)에 연결되어 회전되는 회전전극(14)과, 이 회전전극(14) 둘레부에 소정 갭(16) 이격 형성된 다수개의 고정전극(18)을 포함하며, 상기 회전전극(14)과 고정전극(18)은 갭(16)으로써 이격된 각 단부에 텅스텐 재질의 도전팁(17)이 소정길이 연장 형성되고, 상기 고정전극(18)은 서로 대향되는 어느 두 전극에 각각 전원입력측(30)과 부하측(40)을 접속하고, 다른 두 전극에 각각 상기 부하측(40)과 접지측(50)을 접속하여 구성하며, 상기 회전전극(14)은 모터(10)에 의해 회전되어 상기 갭(16)을 통해 고정전극(18)과 주기적으로 통전되면서, 상기 입력전원(30)을 부하(40)측에 전달하거나 부하(40)측을 방전시키도록 된 것을 특징으로 하는 절연파괴 시험용 펄스 제너레이터가 제공된다.

Description

절연파괴 시험용 펄스 제너레이터{pulse generator for insulation breakdown test}

본 발명은 절연파괴 시험용 펄스 제너레이터에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 생산단가를 현저히 낮출 수 있으며, 갭에 의해 통전되는 고정전극과 회전전극의 아크 소호성 및 내마모성이 우수하여 수명을 연장시킬 수 있도록 된 새로운 절연파괴 시험용 펄스 제너레이터에 관한 것이다.

일반적으로 특고압을 수송하는 케이블과, 이 케이블을 지지하는 지지물 혹은 이 케이블을 수용하는 변압기 등의 각종 기기들 사이에는 애자가 접속되어, 상기 지지물이나 각종 기기들을 고압케이블로부터 전기적으로 절연시켜주는 역할을 하게 된다. 이때, 상기 애자는 그 절연내력이 파괴되었을 때, 매우 심각한 전기사고를 유발할 수 있으며, 경우에 따라, 인명피해도 발생시킬 수 있으므로, 매우 높은 충격전압에서도 견딜 수 있는 절연내력이 필요하게 된다. 따라서, 상기 애자는 순간적으로 고전압을 유기시키는 장치를 사용하여 애자를 강제로 절연파괴시키는 절연내력 시험을 거쳐, 높은 충격전압에도 안전하게 절연내력을 유지시킬 수 있는지를 검사해야 한다.

이때, 순간적으로 고전압을 유기시키기 위해 전압의 펄스 폭을 수십ns∼수백ns의 짧은 시간으로 줄여 전압이 순간적으로 높아지게 하는 펄스 파워 기술을 이용하게 된다. 이러한 펄스 파워를 얻기 위해서는 대용량 콘덴서 혹은 인덕터를 사용하여 전력에너지를 저장함과 더불어 저장된 전력에너지의 펄스 폭을 수십ns∼수백ns의 짧은 시간으로 줄여 전압이 순간적으로 증폭되어 매우 높은 순간 고전압을 발생시키는 펄스 제너레이터가 구비되어야 한다.

상기의 펄스 제너레이터로 최근에 많이 사용되는 것은 싸이로트론이나 싸이리스터 등이 있는데, 이러한 싸이로트론이나 싸이리스터는 그 단가가 워낙 고가이다보니 이를 구비하여 펄스 제너레이터를 구성하여 제작하는 경우 그 비용이 많이 소모되는 문제점이 있다.

한편, 상기의 펄스 파워 기술은 그 응용폭이 매우 넓으며, 그 몇가지 예를 들어보면, 환경기술 분야에서 VOC 및 Dioxin을 제거하는 장치, 디젤 자동차 등의 NOx를 제거하는 장치, 화력발전소의 탈황ㆍ탈질 장치, 저온 플라즈마 기술, 전기폭파, 대출력 레이져, 군사기술의 레일건이나 코일건, 지하자원 탐사용 충격파 발생, 신소재 제조를 위한 전자가속기 등에 사용된다.

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 생산단가를 현저히 낮출 수 있으며, 갭에 의해 통전되는 고정전극과 회전전극의 아크 소호성 및 내마모성이 우수하여 수명을 연장시킬 수 있도록 된 새로운 절연파괴 시험용 펄스 제너레이터를 제공하는 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 절연파괴 시험용 펄스 제너레이터의 단면도

도 2는 본 발명의 등가회로도

도 3은 본 발명에서 갭과 항복전압의 관계를 도시한 그래프

도 4는 본 발명의 출력 펄스를 도시한 그래프

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10. 모터 12. 축

14. 회전전극 16. 갭

17. 도전팁 18. 고정전극

20. 케이스 22. 커플러

24. 중판 30. 전원입력측

40. 부하측 50. 접지측

본 발명에 따르면, 모터(10)와, 이 모터(10)의 축(12)에 연결되어 회전되는 회전전극(14)과, 이 회전전극(14) 둘레부에 소정 갭(16) 이격 형성된 다수개의 고정전극(18)을 포함하며, 상기 회전전극(14)과 고정전극(18)은 갭(16)으로써 이격된 각 단부에 텅스텐 재질의 도전팁(17)이 소정길이 연장 형성되고, 상기 고정전극(18)은 서로 대향되는 어느 두 전극에 각각 전원입력측(30)과 부하측(40)을 접속하고, 다른 두 전극에 각각 상기 부하측(40)과 접지측(50)을 접속하여 구성하며, 상기 회전전극(14)은 모터(10)에 의해 회전되어 상기 갭(16)을 통해 고정전극(18)과 주기적으로 통전되면서, 상기 입력전원(30)을 부하(40)측에 전달하거나 부하(40)측을 방전시키도록 된 것을 특징으로 하는 절연파괴 시험용 펄스 제너레이터가 제공된다.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 상기 모터(10)와 회전전극(14) 및 고정전극(18)을 수용하는 케이스(20)와, 이 케이스(20) 중간부에 회전전극(14) 및 고정전극(18)과 모터(10)를 구획하는 중판(24)이 더 구비되며, 상기 모터(10)의 축(12)은 모터(10)에 연결된 하축(12a)과 회전전극(14)에 연결된 상축(12b)이 고무 등의 재질로 된 커플러(22)로 연결되어 구성되고, 상기 케이스(20)는 전체 또는 부분적으로 투명하게 되어, 회전전극(14)과 고정전극(18)이 갭(16)을 통해 통전되며 발생하는 스파크를 모니터링 할 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 절연파괴 시험용 펄스 제너레이터가 제공된다.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 케이스(20) 내부에는 SF6 등의 아크 소호성 가스가 충전되어, 상기 회전전극(14)이 회전하며 고정전극(18)과 상기 갭(16)을 통해 통전될 때 발생되는 아크를 소호할 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 절연파괴 시험용 펄스 제너레이터가 제공된다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 따른 절연파괴 시험용 펄스 제너레이터를 도시한 것이다. 상기 절연파괴 시험용 펄스 제너레이터는 모터(10)와, 이 모터(10)의 축(12)에 연결되어 회전되는 회전전극(14)과, 이 회전전극(14) 둘레부에 소정 갭(16) 이격 형성된 다수개의 고정전극(18)과, 이들을 수용하는 케이스(20)로 구성된다.

상기 모터(10)는 대략 원통형의 상기 케이스(20) 하부에 장착되고, 이 모터(10)의 상측으로 축(12)이 연장 형성되며, 이 축(12)은 모터(10)에 연결된 하축(12a)과 상부로 연장된 상축(12b)으로 구분되어 고무등의 절연재질로 된 커플러(22)로 연결되어진다. 그리고, 상기 상축(12b) 상단부에는 대략 원통형의 절연부재(26)가 연결되고, 이 절연부재(26)에는 그 길이방향 중앙부를 수평으로 관통하는 회전전극(14)이 결합된다. 이때, 상기 커플러(22)가 모터(10)와 회전전극(14)의 사이를 1차적으로 절연시키고, 상기 절연부재(26)가 2차적으로 절연시키는 역할을 하게 된다.

상기 회전전극(14)은 대략 막대형태로써 구리 등의 도전성이 양호한 금속으로 형성되고, 그 단부에는 텅스텐 등의 도전팁(17)이 돌출 형성된다. 이 도전팁(17)의 재료인 텅스텐은 아래의 <표 1>에 도시된 바와 같이 전기전도도가 우수한 여타 금속들과 비교해볼 때, 전기전도도가 우수하면서도 용융점이 매우 높고 강도가 뛰어난 것을 알 수 있다. 따라서, 텅스텐으로 구성된 도전팁(17)은 고온의 아크에서도 녹지 않게 되어 아크 소호성이 뛰어나며, 장기간 사용에도 마모가 잘 되지 않게 된다. 이때, 때에 따라서 높은 강도를 필요로 할 때, 구리 대신에 SUS 등의 합금을 사용하기도 한다. 이러한 회전전극(14)은 상기 모터(10)에 의해 고속으로 회전되면서, 이 회전전극(14)과 소정 갭(16) 이격 형성된 고정전극(18)과 매우 높은 고전압에 의해 갭(16)의 공기저항이 파괴되면서 주기적으로 통전되게 된다.

<표1. 금속의 물리적 성질>

원소기호	용융점[℃]	밀도[g/㎤]	0℃에서비열[J/gK]	열전도도[J/cmKs]	전기전도도[m/Ω㎟]	Young'smodulus[Mpa]
Cu	1083	8.96	0.385	0.69	60	125000
W	3410	19.3	0.134	2.01	18.2	415300
Ag	960.5	10.49	0.234	4.19	63	81600
Pt	1773.5	21.45	0.134	0.71	10.2	173200

상기 고정전극(18)은 케이스(20) 외부로 돌출 형성되며 외부의 단자들과 접속되는 단자대(28)가 구비되며, 이 단자대(28)에서 케이스(20) 내부로 구리나 SUS 등의 재질이 연장 형성되고, 상기 회전전극(14)과 갭으로 이격된 그 단부에는 텅스텐 등의 도전팁(17)이 연장 형성되어 구성된다. 이렇게 케이스(20) 내부에서 케이스(20) 외주면으로 연장 형성된 고정전극(18)은 케이스(20) 전후좌우면에 4개의 전극을 구성하게 된다.

상기 케이스(20)에는 회전전극(14)과 고정전극(18)이 구비된 상부와, 모터(10)가 구비된 하부를 구획하는 중판(24)이 구비되며, 회전전극(14)과 도전전극(18)이 구비된 상부에는 SF6 등의 아크 소호성 가스가 충전된다. 이러한 아크 소호성 가스는 회전전극(14)이 고속으로 회전하며 고정전극(18)과 그 사이에 형성된 갭(16)을 통해 통전될 때, 갭(16)에서 발생되는 아크를 소호하여 각 전극 단부에 구비된 도전팁(17)을 보호하게 된다.

도 2는 상기 절연파괴 시험용 펄스 제너레이터의 등가회로를 도시한 것이다. 상기 절연파괴 시험용 펄스 제너레이터는 상기 고정전극(18)의 어느 한 단자대(28a)에 대략 수 kV에서 수십 kV까지의 고전압 전원입력측(30)을 접속하고, 이 단자대(28a)에 대향되는 단자대(28b)와 다른 한 단자대(28c)를 별도의 점퍼선(29)으로 접속한 후, 상기 접속된 두 단자대(28b,28c)를 부하측(40)에 접속하며, 나머지 한 단자대(28d)를 접지측(50)에 접속하여 구성된다. 그리하여, 상기 회전전극(14)이 고속으로 회전하며 도 2의 (a)에서처럼 고전압을 부하측(40)에 인가시키는 것과, 도 2의 (b)에서처럼 부하측(40)을 방전시키는 것을 주기적으로 반복하여, 순간적으로 매우 높은 고전압 값을 갖는 펄스를 발생시켜서 이를 부하에 인가시키게 된다. 이때, 더욱 높은 충격전압을 원한다면, 상기 모터(10)를 빠르게 회전시켜 전압의 펄스폭을 더욱 줄어들게 함으로써, 이에 따라 원하는 만큼의 높은 충격전압을 부하(40)에 유기시킬 수 있게 된다.

이러한 절연파괴 시험용 펄스 제너레이터는 이에 인가되는 고전압에 따라 회전전극(14)과 고정전극(18)간의 갭(16)을 조정하게 되는데, 도 3은 상기 갭(16)의공기저항이 이에 인가되는 고전압에 따라 절연파괴되는 최소 간격을 그래프로써 도시한 것이다. 상기 그래프를 참조하면 전압이 3∼4kV 올라감에 따라 갭(16)의 간격이 1mm 정도씩 증가되는 것을 알 수 있으며, 이와 같이 입력되는 고전압에 따라 상기 회전전극(14)과 고정전극(18)간의 갭(16)을 조정하여 갭(16)의 통전상태를 유지하면서도 아크의 크기를 적절하게 줄일 수 있게 된다.

도 4는 상기 절연파괴 시험용 펄스 제너레이터의 출력 전압 펄스를 도시한 것이다. 상기 절연파괴 시험용 펄스 제너레이터는 sin파의 교류전원이 상기 회전전극(14)과 고정전극(18)을 거침으로써, 교류전원의 펄스를 수십ns에서 수백ns까지의 간격으로 줄여 순간적으로 높은 출력전압을 발생시키게 된다. 이렇게 순간적으로 높아진 전압은 부하(40)측에 접속된 애자 등에 인가되어, 애자가 실제로 견뎌내야 할 충격전압을 미리 시험 가능하게 하며, 때에 따라서 애자를 강제로 절연파괴시킴으로써 애자의 절연한계를 측정하게 된다.

이러한 절연파괴 시험용 펄스 제너레이터는 대전력용으로 갈수록 그 비용이 급격히 증가하는 싸이로트론이나 싸이리스터 등의 펄스 발생장치를 사용하지 않게 되어, 생산단가를 현저히 낮출 수 있는 장점이 있다.

또한, 상기 회전전극(14)과 고정전극(18)의 단부를 텅스텐 등 도전성을 가지면서도 용융점이 매우 높아서 고온의 아크에서도 녹지 않으며 내마모성이 우수한 금속재질로 구성하여 수명을 연장시킬 수 있는 장점이 있다.

한편, 상기 절연파괴 시험용 펄스 제너레이터는 주로 애자 등 절연부재(26)의 절연내력을 시험하는 용도로 사용되지만, 펄스파워 기술이 응용되는 여러 분야에 적용이 가능하여 그 응용폭이 매우 넓다고 하겠다.

이상에서와 같이 본 발명에 의하면, 싸이로트론이나 싸이리스터 등의 대전력 제어소자가 필요하지 않게 되어 생산단가를 현저히 낮출 수 있으며, 갭에 의해 통전되는 회전전극과 고정전극의 각 단부에 텅스텐 등의 아크 소호성 및 내마모성이 우수한 도전팁을 형성하므로써 수명을 연장시키도록 된 새로운 절연파괴 시험용 펄스 제너레이터를 제공할 수 있다.

Claims (3)

1. 모터(10)와, 이 모터(10)의 축(12)에 연결되어 회전되는 회전전극(14)과, 이 회전전극(14) 둘레부에 소정 갭(16) 이격 형성된 다수개의 고정전극(18)을 포함하며, 상기 회전전극(14)과 고정전극(18)은 갭(16)으로써 이격된 각 단부에 텅스텐 재질의 도전팁(17)이 소정길이 연장 형성되고, 상기 고정전극(18)은 서로 대향되는 어느 두 전극에 각각 전원입력측(30)과 부하측(40)을 접속하고, 다른 두 전극에 각각 상기 부하측(40)과 접지측(50)을 접속하여 구성하며, 상기 회전전극(14)은 모터(10)에 의해 회전되어 상기 갭(16)을 통해 고정전극(18)과 주기적으로 통전되면서, 상기 입력전원(30)을 부하(40)측에 전달하거나 부하(40)측을 방전시키도록 된 것을 특징으로 하는 절연파괴 시험용 펄스 제너레이터.
2. 제1항에 있어서, 상기 모터(10)와 회전전극(14) 및 고정전극(18)을 수용하는 케이스(20)와, 이 케이스(20) 중간부에 회전전극(14) 및 고정전극(18)과 모터(10)를 구획하는 중판(24)이 더 구비되며, 상기 모터(10)의 축(12)은 모터(10)에 연결된 하축(12a)과 회전전극(14)에 연결된 상축(12b)이 고무 등의 재질로 된 커플러(22)로 연결되어 구성되고, 상기 케이스(20)는 전체 또는 부분적으로 투명하게 되어, 회전전극(14)과 고정전극(18)이 갭(16)을 통해 통전되며 발생하는 스파크를 모니터링 할 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 절연파괴 시험용 펄스 제너레이터.
3. 제1항 내지는 제2항에 있어서, 상기 케이스(20) 내부에는 SF6 등의 아크 소호성 가스가 충전되어, 상기 회전전극(14)이 회전하며 고정전극(18)과 상기 갭(16)을 통해 통전될 때 발생되는 아크를 소호할 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 절연파괴 시험용 펄스 제너레이터.