KR100910417B1

KR100910417B1 - 내열 강화 유리 애자 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR100910417B1
Application number: KR1020080013316A
Authority: KR
Inventors: 윤원식
Original assignee: 삼광유리공업주식회사
Priority date: 2008-02-14
Filing date: 2008-02-14
Publication date: 2009-08-04

Abstract

본 발명은 전주나 철탑 등과 같은 고정구조물에 송전선이 지나가는 형태로 매달리게 될 때, 고정구조물과 송전선 간에 전기적인 절연뿐만 아니라 송전선을 지지하기 위해 사용되는 애자를 내열 강화유리로 성형 제조하고, 균일한 압축 응력 층을 형성시킬 수 있도록 새로운 타입으로 개선함으로써, 내 충격강도와 열 충격강도에 대해 높은 강성을 발휘하여 기상 조건이나 기온의 급격한 변화에 의한 내구성, 내습성이 더욱 뛰어나도록 한다. 또한 현장으로 운송 및 설치 시에 취급이 용이한 편의를 제공받을 수 있고, 그와 더불어 사용 수명의 연장은 물론, 유지 보수비용을 절감할 수 있도록 한다.

애자, 내열, 강화, 유리, 절연

Description

내열 강화 유리 애자 및 그 제조방법{Tempered Glass Insulator and Method of Manufacturing The Same}

본 발명은 내열 강화 유리 애자 및 그 제조방법에 관한 것으로 보다 상세하게는 송전선을 지지하기 위해 사용되는 애자를 내열 강화유리로 성형 제조하면서 균일한 압축 응력 층을 형성하도록 함으로써, 내 충격강도와 열 충격강도에 대하여 높은 강성을 지니도록 하고, 그와 함께 취급이 용이한 편의를 제공받을 수 있도록 하며, 사용 수명을 연장할 수 있도록 한 것이다.

일반적으로 발전소로부터 송전되는 전력은 배선 선로 상의 송전선을 통해 산업 현장이나 가정으로 분배 공급된다. 이러한 송전선은 통상 지하에 매설되거나 또는 콘크리트 전주 혹은 철탑 등과 같은 고정구조물에 매달리는 형태로 설치되게 된다.

상기 송전선이 고정구조물에 설치될 경우, 송전선과 고정구조물 간에 전기적인 절연과, 송전선이 보다 안정적으로 지지 및 고정될 수 있도록 애자가 필수적으 로 사용되고 있다.

일반적으로 사용되고 있는 애자는 점토, 석영, 장석을 적절히 배합시킨 경질자기 또는 합성수지를 사용하여 성형 제작된다.

경질자기로 이루어진 애자는, 기온의 급격한 변화나 고온 및 저온에서 높은 강성을 가지지만 강도가 매우 약한 취약성을 가진다. 이에 따라 우박과 같은 기상 조건이나 설치 현장으로 운송 및 조립설치 시에 약한 접촉 충격으로도 깨짐이 쉽게 발생하게 된다. 이러한 취약성 때문에 우박과 같은 기상 조건에서 막대한 파손 피해와 그로 인한 전력 사고가 빈번하게 발생하게 되고, 운송 및 조립설치 상에 세심한 취급이 요구되어 운송비의 상승은 물론, 조립설치 상에 많은 어려움이 있다. 특히 경질자기는 특성상 파손된 것은 재생이 불가능하여 폐기처분에 대한 처리비용을 상승시키는 원인이 된다.

위와 같이 기상 조건과 운송 및 조립설치 상에 깨짐을 해결하기 위하여 최근에는 합성수지로 사출 성형시킨 합성수지 애자가 주로 사용되고 있는 추세이다.

이러한 상기 합성수지 애자는 앞서 언급된 자기 애자와 달리 접촉 충격에 의한 깨짐이 없고, 기상 조건이나 운송 및 조립설치 상에 취급이 용이하며 특히, 파손된 것에 대해 재생 가능한 장점 때문에 널리 사용되고 있으나, 계절에 따른 온도 변화가 심한 우리나라에서는 수축과 팽창이 반복되면서 잦은 변형을 일으키게 되고, 시간이 지남에 따라 점차 그 변형 부위에서 미세한 균열이 발생하게 된다. 특히 균열을 통해 빗물이나 수분이 침투하게 될 경우, 송전선으로부터 누설되는 전력이 흐르게 되어, 감전 또는 합선에 의한 전력 사고가 발생하게 된다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 제반 문제점을 해소하기 위해 개발된 것으로, 송전선을 지지하기 위해 사용되는 애자를 내열 강화유리로 성형 제조하면서 균일한 압축 응력 층을 지니도록 형성함으로써, 내 충격강도와 열 충격강도에 대하여 높은 강성을 지니도록 하고, 그와 함께 취급상 용이함과, 사용 수명 연장을 보장할 수 있도록 한 내열 강화 유리 애자 및 그 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는 전기적으로 절연시키고 송전선을 지지 및 고정하기 위한 애자로서, 내열 강화유리로 제작되는 애자 몸체; 상기 애자 몸체의 상면에 연결 캡이 구비될 수 있도록 솟은 형태로 돌출되는 돌출부; 상기 돌출부의 내부에 연결 핀이 일부 삽입되는 상태로 결합될 수 있도록 형성되는 수용홈; 으로 구성되는 내열 강화유리 애자가 제공된다.

또한 상기에서, 돌출부의 외면과 내면에는 면 둘레를 따라 감싸져 형성되는 돌기가 하나 이상 형성되는 것이 바람직할 것이다.

또한, 상기에서 애자 몸체의 저면에는 서로 다른 직경을 형성하는 리브가 하부를 향해 길이를 가지고 형성된다.

또한, 상기에서 리브 간에 형성되는 홈부의 상단 면은 기초원의 일부를 절단한 곡면으로 이루어지며, 곡면과 리브가 만나는 모서리 지점은 기초원이 매끄럽게 연속하는 형태로 만나도록 처리되는 것이 바람직하다.

한편, 소다석회유리인 원재료를 용융하는 단계와; 용융된 원재료에 성형 압력을 가하여 유리 애자 몸체를 성형하는 단계와; 애자 몸체가 조온 로를 지나가면서 연화 직전인 600℃~650℃의 온도 범위에서 조온 시간을 가지도록 하여 애자 몸체의 표면에 형성되는 스트레스 해소와 함께 깨짐을 방지하는 조온 단계와; 15℃~30℃의 온도를 형성하는 냉각 풍을 애자 몸체의 내부 및 외부 표면에 분사시켜 애자 몸체의 표면 압축 응력 치가 250 ~ 650Kg/㎠ 를 형성하도록 하여 내 충격강도와, 열 충격강도를 가지도록 하는 냉각처리 단계; 로 이루어진 내열 강화 유리 애자 제조방법이 제공된다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 전기적인 절연뿐만 아니라 송전선을 지지하기 위해 사용되는 애자가 내열 강화유리로 성형 제조되면서 특히, 균일한 압축 응력 층을 형성할 수 있도록 하여 내 충격강도와 열 충격강도에 대해 높은 강성을 발휘하도록 한 효과를 기대할 수 있다.

또한, 내열 강화유리로 제조된 애자를 사용하게 되면, 기상 조건이나 기온의 급격한 변화에 의해 내구성, 부식성, 내습성이 더욱 뛰어난 효과와 함께 현장으로 운송 및 설치 시에 취급이 용이한 편의를 제공받고, 아울러 경질자기 또는 합성수지로 제조된 애자에 비해 사용 수명의 연장은 물론, 유지 보수비용을 절감할 수 있다.

이하 첨부된 예시도면을 참조하여 본 고안의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

[실시예 1]

도 1에서는 본 발명의 실시예1에 따른 내열 강화 유리 애자(10)를 나타낸 단면도가 도시되어 있다.

도면에서 보듯이 내열 강화 유리로 제조되는 애자(10)는 애자 몸체(12)와, 상기 애자 몸체(12)의 상면에 솟은 형태로 돌출되는 돌출부(14)와, 애자 몸체(12)의 저면에 서로 다른 직경을 가지고 구비하는 복수 개의 리브(16)로 구성된다.

구체적으로, 상기 애자 몸체(12)는 삿갓 모양을 형성하고 있으며, 그 저면에 서로 다른 직경을 가진 복수 개의 리브(16)가 하부를 향해 길이를 가지고 형성되어 있다.

위와 같이 형성되는 리브(16)에 의하여 리브(16)간에는 홈부(18)가 깊이를 가지고 형성되는데, 이때 상기 홈부(18)의 상단 면은 기초원(20)의 일부를 절단한 곡면(22) 형태로 이루어지며, 곡면(22)과 리브(16)가 만나는 모서리 지점(P)에 대해서는 기초원(20)이 매끄럽게 연속하는 형태로 만나도록 처리된다.

이에 따라 냉각 풍이 상기 홈부(18) 내에 정체 혹은 지체하지 않고 원활한 흐름이 이루어지게 되며, 냉각 풍의 원활한 흐름에 의해 리브(16)는 물론, 곡면(22)과 리브(16)가 접하는 모서리 지점(P)에 대해 강화 처리가 완벽하게 이루어질 수 있게 된다.

도 2에서는 도 1에 따른 내열 강화 유리 애자(10)에 연결 캡(24)과, 연결 핀(28)이 구비되고 송전선(30)이 설치된 사용 상태를 나타낸 단면도가 도시되어 있고, 도 3에는 도 2의 A-A선을 따라 절개한 단면도가 도시되어 있다.

도면에서 보듯이, 애자(10)에 형성되는 돌출부(14)의 외면에는 연결 캡(24)이 씌워지는 구조로 구비되며, 돌출부(14)와 연결 캡(24) 사이에 충진(充塡)되는 접착물(26)의 접착력으로 연결 캡(24)은 돌출부(14)로부터 분리되지 않도록 견고하게 고정된다. 이러한 상기 연결 캡(24)의 상면에는 고정구조물과의 연결을 위한 연결자재가 결합될 수 있는 요홈(34)이 형성되어 있다.

상기 돌출부(14)의 내부에는 수용홈(36)이 형성되어 있으며, 이 수용홈(36)에 접착물(32)이 채워지고 연결 핀(28)의 상단이 일부 삽입되는 상태로 접착되어 고정된다.

이와 같이 고정되게 되는 상기 연결 핀(28)의 하단에는 일반적으로 사용되고 있는 현수 클램프(38)가 볼트와 너트인 체결부재(40)에 의해 체결되고, 송전선(30)이 현수 클램프(38)의 내부를 통과하는 상태로 지지 및 고정된다.

[실시예 2]

앞서 설명한 실시예1은 애자(10)의 돌출부(14) 외면이 밋밋하게 형성된 것이고, 실시예2는 돌출부(14)의 외면과 내면에 돌기(50, 52)가 각각 형성되어, 연결 캡(24) 및 연결 핀(28)의 결합력을 더욱 강화하는 구성을 가진다.

도 4에서는 본 발명의 실시예2에 따른 내열 강화 유리 애자(54)를 나타낸 단 면도가 도시되어 있고, 도 5에서는 도 4에 따른 내열 강화 유리 애자(54)에 연결 캡(24)과, 연결 핀(28)이 구비되고, 송전선(30)이 설치된 사용 상태를 나타낸 단면도가 도시되어 있다.

도면에 도시된 바와 같이 애자(54)에 형성되는 돌출부(14)의 외면과 내면에는 면 둘레를 따라 돌기(50, 52)가 각각 돌출되는 상태로 형성된다. 이러한 돌기(50, 52)는 돌출부(14)의 길이 방향을 따라 하나 이상 간격을 가지고 각각 개별적으로 형성된다.

위와 같이 형성되는 돌기(50, 52)에 의하여 돌출부(14)와 연결 캡(24), 및 돌출부(14)와 연결 핀(28) 사이에 채워지게 되는 접착물(26, 32)의 접착 면적이 더 넓어지게 된다. 아울러 돌기(50) 및 돌기(52) 사이에 접착물(26, 32)이 채워지게 되는 매립에 의하여 접착물(26, 32)의 고정력이 더욱 증진되고, 그에 따라 연결 캡(24)과 연결 핀(28)은 더욱 강력하게 결합된다.

도면에 도시된 실시예에서는, 상기 돌기(50, 52)가 돌출부(14)의 길이 방향을 따라 개별적으로 형성되는 구조를 설명하였으나, 돌기(50, 52)가 반드시 이에 한정되지 아니하며 돌출부(14)의 길이 방향을 따라서 나선으로 형성되어도 무방하다. 이와 같이 돌기(50, 52)가 나선형으로 형성되게 될 경우, 필요에 따라서 연결 캡(24)과 연결 핀(28)에 나선 홈을 대응되게 형성시켜 서로 체결하여 연결하는 것도 가능할 것이다.

실시예2의 기타 구성은 앞서 설명한 실시예1과 동일하므로, 동일한 부재 번호를 사용하고 기타 설명은 생략한다.

한편, 위에서 설명된 본 발명에 따른 애자(10, 54)는 하나 사용되는 것으로 설명하였으나 반드시 이러한 구조로 한정되지 않는다. 하나 이상 서로 연결할 수 있는데, 이 경우에는 여러 개의 애자(10, 54)를 직렬로 배치하고, 애자(10, 54)의 연결 핀(28)을 대응하는 애자의 연결 캡의 요홈에 삽입시켜 압착하여 연결할 수 있다.

상기 애자(10, 54)의 구체적인 연결 개수와, 애자(10, 54)에 형성되는 리브(16)의 개수 및 길이는 송전선(30)의 전압 특성과 전력 누설에 따른 절연 보장에 맞추어 결정되는 설계 사항이다. 또한 상기 연결 캡(24)과 연결 핀(28)도 송전선(30)의 전압 특성과 하중에 따라 맞추어 결정되는 설계 사항이며, 그 설계 사양에 따라 그 종류도 매우 다양하므로 반드시 도시된 도면으로 한정되지 아니한다.

도 6에서는 본 발명에 따른 내열 강화 유리 애자의 제조방법을 단계별로 나타낸 순서도가 도시되어 있다.

도시된 도면에서 보듯이 본 발명에 따른 내열 강화 유리 애자의 제조방법은, 규사, 석회석, 소다회, 파유리(破琉璃)를 배합한 소다석회유리인 원재료를 용융시키는 단계(A)와; 용융된 원재료를 성형기에서 애자 몸체(12)를 성형하는 단계(B)와; 연화 직전까지의 온도로 조온 시간을 가지도록 하여 애자 몸체(12)의 표면에 형성되는 스트레스를 해소하는 조온 단계(C)와; 냉각 풍을 이용하여 애자 몸체(12)를 냉각시키는 냉각처리 단계(D)와; 내열 강화된 애자 몸체(12)에 대하여 내 충격강도 및 열 충격강도를 시험하는 검사 단계(E);로 이루어진다.

아래에서는 위에서 단계별로 살펴본 내열 강화 애자의 제조방법에 대해 도 1 내지 도 5를 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.

상기 원재료를 용융하는 단계(A)에서는, 규사, 석회석, 소다회, 파유리(破琉璃)를 배합한 소다석회유리인 원재료를 용융로에서 1500℃이상으로 가열하여 용융시키게 된다.

상기 애자 몸체(12)의 형상으로 성형하는 단계(B)에서는, 성형기에서 용융된 1100℃ ~1200℃의 원재료에 2.8Kg/㎠ ~ 4.3Kg/㎠의 압력을 가하여 크기와 형상을 가지는 애자 몸체(12)를 성형하게 된다. 이때, 성형 직후 애자 몸체(12)의 온도는 600℃~650℃를 형성하게 된다.

위에서 애자 몸체(12)를 성형하게 될 때, 리브(16)간에 형성되는 홈부(18)의 상단 면은 곡면(22)으로 처리된다. 그 이유로 후술하는 냉각처리 단계(D)에서, 홈부(18)에 대한 냉각 풍의 출입이 원활하도록 하여 균일한 냉각 처리가 이루어지도록 함으로써, 250Kg/㎠ ~ 650Kg/㎠ 압축 응력 치를 가지는 응력 층이 곡면(22)은 물론, 곡면(22)과 리브(16)가 접하는 모서리 지점(P)에 형성되도록 하기 위함이다.

상기 조온 단계(C)에서는, 성형 직후 600℃~650℃를 형성하는 애자 몸체(12)가 조온 로를 지나가면서 연화 직전까지의 온도 약 600℃~650℃로 유지하는 조온 시간을 가지게 된다.

상기 조온 시간은 약 10초 ~ 180초가 바람직할 것이다. 조온 시간이 설정 시간 이하일 경우 스트레스 해소가 미흡하게 되고, 설정 시간 이상일 경우 변형이 발생하게 된다.

위와 같이 상기 조온 단계(C)를 수행함으로써, 성형 직후 애자 몸체(12)의 표면에 형성되는 스트레스를 해소하고, 그와 함께 급격한 온도 상승에 의한 애자 몸체(12)의 변형, 균열 및 파손이 발생하게 되는 것을 사전에 방지할 수 있게 된다.

상기 냉각처리 단계(D)에서는, 조온 로를 통과한 애자 몸체(12)가 냉각 수단에서 분사되는 냉각 풍에 의해 급 냉각된다.

그에 따라 애자 몸체(12)는 물론, 리브(16) 및 곡면(22)에 250Kg/㎠ ~650Kg/㎠ 압축 응력 치를 가지는 압력 응력 층이 형성되며, 이와 같이 형성되는 압력 응력 층에 의해 내 충격강도와 내열 강도가 더욱 강화되게 된다. 이때 상기 냉각 풍은 15℃ ~30℃를 형성하고, 400mmAQ~1000mmAQ의 분사 압력으로 약 10초 ~50초간 애자 몸체(12)의 내면 및 외면 전체에 균일하게 분사된다. 특히 상기 리브(16)와 곡면(22)에 대한 냉각처리 시에 분사되는 냉각 풍이 애자 몸체(12)를 이송시키기 위한 이송 수단에 의해 저지되거나, 혹은 반사 흐름을 통해 유입되지 않도록 주의를 한다.

상기 내 충격강도 및 열 충격강도를 시험하는 단계(E)에서는, 충격강도와 내열 강도를 가지는 애자 몸체(12)에 대하여 시험 항목별로 시험을 하게 되며, 시험 항목으로는 줄긋기, 충격강도, 열 충격이 있다.

상기 줄긋기 시험에서는, 냉각 처리를 거친 애자 몸체(12)의 표면에 대하여 균일한 압력 응력 층의 형성 여부를 알아보기 위한 것으로서, 애자 몸체(12)의 내면 및 외면에 다이아몬드 커터로 줄긋기를 수행하게 된다. 이때 앞서 언급된 바와 같이 250Kg/㎠ ~650Kg/㎠ 압축 응력을 형성하게 될 경우, 균열이나 손상이 발생 하지 않는다.

상기 충격강도 시험에서는, 일반적으로 사용되고 있는 임팩트 테스트기를 사용하여 충격강도를 시험하게 된다. 이때, 경질자기로 성형된 일반 애자 몸체는 평균 0.8J에서 파손되나, 내열 강화 처리된 애자 몸체(12)는 최소 2.OJ에서도 파손되지 않는다.

또한, 상기 열 충격 시험에서는, 137℃를 형성하는 오븐에 약 30분간 유지한 후, 17℃를 형성하는 찬물에 냉각시켜도 균열이나 깨짐이 발생하지 않는다.

위와 같은 제조방법에 의해 애자 몸체(12)가 성형 제조되게 되면, 송전선(30)의 전압 특성과 전력 누설에 따른 절연 보장 및 송전선(30)의 하중에 따라 결정되는 연결 캡(24) 및 연결 핀(28)이 결합되는 것으로 최종 제품이 완료된다.

따라서 본 발명에 따른 내열 강화 유리 애자를 사용하게 되면, 기온의 급격한 변화에 의한 변형과 균열이 근본적으로 방지되어 빗물이나 수분의 침투로 인하여 발생하게 되는 전력 사고를 완벽하게 차단할 수 있게 된다.

또한, 우박과 같은 기상 조건이나 공장에서 설치 현장으로 운송 및 설치 시에 접촉 및 충격이 발생하더라도 깨짐이 방지되고, 특히 취급이 용이한 편의성을 제공받게 된다. 아울러 파손되더라도 원재료의 재사용이 가능하여 폐기처분에 대한 처리비용도 절감할 수 있게 된다.

도 1은 본 발명의 실시예1에 따른 내열 강화 유리 애자를 나타낸 단면도이다.

도 2는 도 1에 따른 내열 강화 유리 애자에 연결 캡과 연결 핀이 구비되고, 송전선이 설치된 사용 상태를 나타낸 단면도이다.

도 3은 도 2의 A-A선을 따라 절개한 단면도이다.

도 4는 본 발명의 실시예2에 따른 내열 강화 유리 애자를 나타낸 단면도이다.

도 5는 도 4에 따른 내열 강화 유리 애자에 연결 캡과 연결 핀이 구비되고, 송전선이 설치된 사용 상태를 나타낸 단면도이다.

도 6은 본 발명에 따른 내열 강화 유리 애자 제조방법을 단계별로 나타낸 순서도이다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

10 : 애자 12 : 애자 몸체

14 : 돌출부 16 : 리브

18 : 홈부 20 : 기초원

22 : 곡면 24 : 연결 캡

26,32 : 접착물 28 : 연결 핀

30 : 송전선 34 : 요홈

36 : 수용홈 38 : 현수 클램프

50,52 : 돌기

Claims

전기적으로 절연시키고 송전선(32)을 지지 및 고정하기 위한 애자(10, 54)로서, 내열 강화유리로 제작되는 애자 몸체(12);

상기 애자 몸체(12)의 상면에 연결 캡(24)이 구비될 수 있도록 솟은 형태로 돌출되는 돌출부(14);

상기 돌출부(14)의 내부에 연결 핀(28)이 일부 삽입되는 상태로 결합될 수 있도록 형성되는 수용홈(36);으로 구성되는 것을 특징으로 하는 내열 강화유리 애자.
제 1항에 있어서,

상기 돌출부(14)의 외면과 내면에는 면 둘레를 따라 감싸져 형성되는 돌기(50, 52)가 하나 이상 형성되는 것을 특징으로 하는 내열 강화유리 애자.
제 1항에 있어서,

상기 애자 몸체(12)의 저면에는 서로 다른 직경을 형성하는 리브(16)가 하부를 향해 길이를 가지고 형성되는 것을 특징으로 하는 내열 강화유리 애자.
제 3항에 있어서,

상기 리브(16)간에 형성되는 홈부(18)의 상단 면은 기초원(20)의 일부를 절단한 곡면(22)으로 이루어지며, 곡면(22)과 리브(16)가 만나는 모서리 지점(P)은 기초원(20)이 매끄럽게 연속하는 형태로 만나도록 처리된 것을 특징으로 하는 내열 강화유리 애자.
소다석회유리인 원재료를 용융하는 단계(A)와;

이 단계(A) 이후, 용융된 원재료에 성형 압력을 가하여 유리 애자 몸체(12)를 성형하는 단계(B)와;

이 단계(B) 이후, 애자 몸체(12)가 조온 로를 지나가면서 연화 직전인 600℃~650℃의 온도 범위에서 조온 시간을 가지도록 하여 애자 몸체(12)의 표면에 형성되는 스트레스 해소와 함께 깨짐을 방지하는 조온 단계(C)와;

이 단계(C) 이후, 15℃~30℃의 온도를 형성하는 냉각 풍을 애자 몸체(12)의 내부 및 외부 표면에 분사시켜 애자 몸체(12)의 표면 압축 응력 치가 250Kg/㎠ ~ 650Kg/㎠를 형성하도록 하여 내 충격강도와, 열 충격강도를 가지도록 하는 냉각 처리 단계(D);로 이루어진 것을 특징으로 하는 내열 강화 유리 애자 제조방법.
제 5항에 있어서,

상기 단계(A)에서는, 용융된 원재료에 2.8Kgf/㎠ ~ 4.3Kgf/㎠의 성형 압력을 가하는 것을 특징으로 하는 내열 강화 애자 제조방법.
제 5항에 있어서,

상기 단계(C)에서는, 조온 온도가 600℃~650℃를 형성하도록 하여 애자 몸체(12)가 연화되지 않도록 하는 것을 특징으로 하는 내열 강화 유리 애자 제조방법.
제 5항에 있어서,

상기 단계(D)에서는, 냉각 풍이 400mmAQ~1000mmAQ의 분사 압력을 가지고 10초 ~ 50초 동안 분사되는 것을 특징으로 하는 내열 강화 유리 애자 제조방법.