KR101008134B1 - 케이지형 서지 어레스터 및 그 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 케이지 설계를 가진 서지 어레스터 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따라서, 2개의 단부 피팅(3)과 복수의 배리스터 블록(1) 및 적어도 하나의 강화 요소(9)를 포함하는 모듈의 압출 피복 또는 캡슐 봉입 중에, 외부 하우징(5)을 형성하기 위해서, 그의 강화 요소(9)용 제 1 관통 구멍(11)이 실리콘으로 밀봉된다. 이를 위해서, 단부 피팅(3)에 제 2 관통 구멍(15)이 제공되는데, 주조 또는 분사 중에 실리콘이 이 제 2 관통 구멍을 통과하여 외부로부터 관통 구멍(11)에 유입하여, 이렇게 해서 관통 구멍을 방수 및 방습 밀봉한다.

Description

케이지형 서지 어레스터 및 그 제조 방법{CAGE-TYPE SURGE ARRESTER AND METHOD FOR PRODUCING THE SAME}

본 발명은, 예를 들면 일본 특허 출원 62-149511 호에 공지된 것과 같은 케이지 설계를 가진 서지 어레스터 및 이러한 서지 어레스터의 제조 방법에 관한 것이다.

활선(live line)상에 과전압이 발생한 경우, 이 과전압을 접지에 분산시켜 전기 그리드 시스템의 다른 부품들을 보호하기 위해서, 전원 시스템 내의 활선과 접지 사이에 서지 어레스터가 접속되어 있다. 이와 같은 서지 어레스터는 2개의 접속 소자 또는 단부 피팅들 사이에 지지되는 배리스터 블록(varistor block)의 적층을 수용하고 있다. 이 설비는 하우징 내에 수용된다.

배리스터 블록들이 기계적 하중을 받는 경우에도 서로 양호하게 접촉하는 것을 확보하기 위해서는, 적층을 가압 상태로 결합하는 것이 필요하다. 케이지 설계를 가진 서지 어레스터의 경우에, 이것은 2개의 단부 피팅에서 장력을 가하여 지지되는 강화 요소, 일반적으로는 봉 또는 케이블, 바람직하게는 유리 섬유 강화 플라스틱 봉(GFC 봉)에 의해서 실행된다.

이와 같은 서지 어레스터의 한 가지 문제점은, 서지 어레스터가 옥외에 설치 될 때 발생하는 것과 같은 기계적 하중이 가해지는 경우에도 필요한 강도를 유지하도록, 강화 요소를 단부 피팅에 견고하게 부착하는 것이다.

상기 일본 특허 출원 62-149511 호에서는, 강화 요소가 삽입되는 단부 피팅 내에 배리스터 블록의 적층 방향으로 홈을 마련하고, 단부 피팅 내의 홈보다 직경이 더 큰 너트가 나사결합되는 스레드를 강화 요소의 단부에 설비함으로써, 본질적으로는 강화 요소를 맞물림으로 유지하는 것에 의해서, 이 문제점을 해결하였다.

유럽 특허 EP 93 915 343.3 호에 개시된 것과 같은 다른 공지 기술에 따르면, 유리 섬유 강화 플라스틱 봉은, 핀이나 스크류에 의해서 봉의 종방향에 대해 직각으로 단부 피팅상에 지지될 수 있다.

이들 2가지 공지 기술에서 발생하는 한 가지 문제점은, 너트와 스크류의 돌출 모서리가 전계 집중과 부분 방전의 원인이 된다는 것이다.

독일 특허 출원 DE 199 40 939 호는, 강화 요소를 단부 피팅에 지지하는 다른 가능한 방법을 나타내고 있다. 이를 위해서, 배리스터 블록의 적층 중앙 방향으로 원추형으로 테이퍼를 이루고 이동 측벽을 가지는 슬리브가 단부 피팅의 원추형 구멍 안에 삽입되고, 쐐기와 유사한 방식으로 클램핑 슬리브의 역할을 하여, 관련 강화 요소를 마찰 끼움이나 압력 끼움 접속으로 장력을 가하여 확고하게 지지한다.

이 기술은 스크류나 너트의 돌출 가장자리를 피하는 것은 가능하지만, 유리 섬유 강화 봉이 연장되고 클램핑 슬리브가 삽입되는 단부 피팅 내의 관통 구멍을 통해 서지 어레스터의 내부에 습기 및/또는 물이 유입될 수 있어서, 서지 어레스터 에 영구적 손상을 일으킨다는 나머지의 문제점이 있다.

따라서, 이 기술에서는, 예컨대 단부 피팅을 압출 피복하는 것에 의해서 외부 하우징의 설계 구조에 단부 피팅을 완전히 통합시키는 것이 필요하거나, 또는 상부면상의 습기의 침입에 대해 단부 피팅을 보호하기 위해서 추가의 조치를 취하는 것이 필요하였다. 이러한 공지 기술은, 전체의 단부 피팅을 압출 피복하기 위해 다량의 비교적 고가의 재료, 대체로 고 점도 실리콘이 필요하거나 추가의 시일을 끼우기 위해 추가의 공정 단계가 필요하다는 단점을 갖는다.

본 발명의 목적은, 스크류나 너트의 돌출 가장자리에 기인하는 부분 방전의 문제가 생기지 않고, 단부 피팅 내의 관통 구멍을 통한 습기의 침입에 기인하는 문제점도 발생하지 않는, 케이지 설계를 가진 서지 어레스터를 제공하는 것이다.

본 발명에 따라, 이 과제는 청구항 1에 따르는 서지 어레스터 및 청구항 7에 따르는 것과 같은 서지 어레스터의 제조 방법의 의해서 해결된다. 종속항들은 본 발명의 추가의 유리한 측면들에 관한 것이다.

첨부 도면들을 참조하여 서지 어레스터의 바람직한 실시예들을 이하의 본문에서 상세히 설명할 것이다.

도 1은 외부 하우징을 부분적으로 절단한 서지 어레스터의 전체를 도시한 도 면이다.

도 2는 본 발명에 따르는 서지 어레스터의 단부 피팅의 평면도이다.

도 3은 도 2에 도시된 단부 피팅의 단면도이다.

도 1에 도시된 케이지 설계를 갖는 서지 어레스터는 적어도 하나의 배리스터 블록(1)을 수용하고 있다. 전압 의존성 저항을 갖는 공지된 세라믹 디스크(가변 저항기)가 배리스터 블록(1)으로서 사용될 수도 있다. 저 전압에서는 실질적으로 완전한 절연체로서 작동하는 한편, 고 전압에서는 양호한 전도율을 갖는다. 상업적으로 이용가능한 배리스터 블록은 산화아연(ZnO)을 기초로 하여 제작된다. 그러나, 본 발명은 이와 같은 산화아연 서지 어레스터에 한정되지 않고, 예컨대 탄화 규소 뿐만아니라 다른 금속 산화물도 배리스터 블록에 사용될 수 있다. 또한, 배리스터 블록(1) 이외에, 이런식으로 서지 어레스터의 길이를 각 용도의 필요조건에 부합시기 위해서, 추가의 블록, 예컨대 적층으로 된 금속 블록이나 스파크 갭 블록(spark-gap block)을 사용하는 것도 가능하다.

상업적으로 이용가능한 배리스터 블록(1)은, 예컨대 직경이 5㎝이고 높이가 약 4㎝인 원형 실린더의 형태로 되어 있다. 보다 나은 접촉을 확보하기 위해서, 상세히 도시하지 않은 알루미늄 전극이 배리스터 블록(1)의 양측에 끼워진다. 접촉을 더욱 향상시키기 위해서, 역시 도시하지 않은 얇은 알루미늄 디스크나 스프링 요소를 배리스터 블록(1)들 사이에 배치하는 것도 통상적이다.

또한, 온도 변동의 경우에 접촉을 유지하는 것을 확보하기 위해, 컵 스프링 등을 배리스터 블록의 적층에 제공할 수 있다.

이러한 배리스터 블록(1)과 혹은 금속 블록을 상하로 적층함으로써 형성된 적층을, 도 1에 도시된 바와 같은 서지 어레스터(1)내의 2개의 단부 피팅(3) 사이에 지지한다. 단부 피팅은 보통 알루미늄이나 스테인레스 강으로 형성되고, 그리고 예컨대, 서지 어레스터의 외부로 돌출하여 배리스터 블록과 양호한 전기 접촉을 하는 중앙 스크류(4)에 의해서, 기존의 전기 설비 또는 전원 그리드 시스템에 용이하게 포함될 수 있도록 설계되어 있다.

이러한 서지 어레스터는, 환경으로부터 보호하기 위해서, 실리콘으로 이루어진 외부 하우징(5)으로 둘러싸여 있다. 하우징은 분사나 주조에 의해서 형성된다.

전류의 연면 거리를 연장시키기 위해서, 하우징(5)의 외부에 스크린(7)이 형성되어 있다.

옥외 환경에서 사용되는 경우, 서지 어레스터는 상당한 굽힘 모멘트를 받는다. 따라서, 비교적 큰 기계적 하중을 받는 경우에도, 배리스터 블록(1)과 단부 피팅간의 접촉을 유지하고, 2개의 인접 배리스터 블록들 사이의 내부 경사에 의해 발생하는 배리스터 블록의 가장자리의 파괴를 방지하는 것을 확보할 필요가 있다. 이것을 이루기 위해서, 2개의 단부 피팅(3) 사이에, 유리 섬유 강화 플라스틱 봉 또는 케이블(9)이 보통 클램핑된다. 이들은 배리스터 블록(1)을 2개의 단부 피팅(3) 사이에 인장 강도에 의해서 함께 지지한다.

이하의 명세서에서, 고정 요소를 봉(9)으로 언급하지만, 이는 본 발명에 대 한 어떠한 제한의 의도가 아니다.

도 2는 본 발명에 따르는 서지 어레스터용 단부 피팅의 평면도를 도시한 것이다. 본질적으로, 단부 피팅(3)은 배리스터 블록보다 직경이 더 큰 원통형 블록의 형태로 되어 있다. 배리스터 블록을 지나 돌출하는 단부 피팅의 방사상 구역에 단부 피팅의 주변을 따라 적층 방향으로 뻗은 관통 구멍(11)이 형성되어 있다. 바람직하게는 암나사를 갖는 중앙 스크류(4)용의 추가의 관통 구멍(25)이 단부 피팅의 중앙에 형성되어 있다.

본 발명에 따르는 서지 어레스트의 경우에, 유리 섬유 강화 플라스틱 봉(9)은 단부 피팅(3)을 관통하는 구멍(11)에 지지되어 있다. 유리 섬유 강화 플라스틱 봉은, 쐐기, 쐐기 슬리브, 접착제, 크림프 슬리브 등과 같은 적절한 수단으로 이들 관통 구멍에 확고하게 지지된다.

또한, 단부 피팅은 적어도 하나의 제 2 관통 구멍(15)을 갖는다. 강화 요소가 지지되지 않은 이 관통 구멍(15)은, 외부 하우징을 분사나 주조로 형성하는 동안, 단부 피팅의 양측면들 사이의 유동 연결부로서 사용된다.

또한, 도시된 단부 피팅의 경우에, 배리스터 블록의 적층으로부터 떨어진 단부 피팅의 측면에는, 제 1 및 제 2 관통 구멍(11, 15)이 개방되는 원주방향 홈 또는 채널(17)이 제공되어 있다. 이 홈은 돌출 외부 가장자리(19) 및 내부 가장자리(21)와 접하고 있다.

이 관통 구멍을 통해 외부로부터 서지 어레스트의 내부에 습기가 침투하는 것을 방지하기 위해서, 관통구멍(11)을 방수 밀봉하도록 조치를 취할 필요가 있다.

본 발명에 따르는 서지 어레스터의 경우에, 케이지는 우선 2개의 단부 피팅(3), 배리스터 블록(1) 및 단부 피팅(3)에 견고하게 결합된 유리 섬유 강화 봉(9)으로 형성된다. 그 후에, 케이지가 주형 내에 배치되어, 도 3에 도시된 바와 같이, 단부 피팅의 각 쇼울더(23)에 단단한 시일을 형성한다. 주형은 외부 하우징(5)과 동시에 스크류(7)가 실리콘으로 분사 또는 주조에 의해서 형성되도록 설계될 수 있다.

이러한 용도에 바람직한 저 점도 실리콘은 비교적 고가이다. 따라서, 도 1에 도시된 바와 같이, 하우징은 배리스터 블록(1)의 구역에서 드로잉 가공된다. 즉, 하우징은 단부 피팅(3)과의 중첩 구역에서보다 더 좁은 단면을 갖는다.

본 발명에 따라, 유리 섬유 강화 봉(9)이 수용되는 제 1 관통 구멍(11) 이외에, 단부 피팅에(3)에 제 2 관통 구멍(15)도 형성되어 있다. 서지 어레스터의 외부를 향하는 이들 관통 구멍의 단부는, 전술한 바와 같이 홈(17) 내에 통합되어 있다. 바람직하게는 복수의 제 2 관통 구멍이 제공된다. 연속 원주방향 홈(17) 대신에, 원주의 한 부분에 걸쳐서만 각각 연장되는 복수의 부분 세그먼트 홈을 제공하고, 각각의 제 1 관통 구멍(11)이 적어도 하나의 제 2 관통 구멍(15)과 함께 부분 세그먼트 홈(17) 중 하나에 개구하는 것도 가능하다.

서지 어레스터의 제조 중에, 단부 피팅(3)의 암나사(23)와 함께 중앙 구멍 내의 중앙 스크류로 플레이트(27)가 지지된다. 도 1에 도시된 플레이트(27)는 단부 피팅(3)의 가장자리에 그 가장자리(19)가 위치하는 평탄한 형태로 종결하여 시일을 형성하고, 홈(17)의 구역에는 캐비티가 잔류한다. 필요한 경우, 플레이트에 개개의 통기 구멍이 제공될 수 있다.

외부 하우징의 주조 도중에, 스크린(7) 구역에 저 점도 실리콘용의 하나 이상의 입구 개구가 보통 제공되고, 마찬가지로 스크린(7) 구역에 대응 통기 구멍이 제공된다. 실리콘이 주형 내에 침투하여, 관통 구멍(15)과 홈(17)을 통과하여 유리 섬유 강화 봉을 갖는 관통 구멍(11)에 추가로 흘러드는 과정에서, 스크린(7)을 갖는 외부 하우징(5)을 형성한다. 이에 의해서, 관통 구멍(11)이 유리 섬유 강화 플라스틱 봉(9)과 함께 외부로부터 밀폐식으로 밀봉되고, 외부 하우징의 형성과 함께 하나의 과정에서 습기로부터 보호된다.

도 2에 도시된 바와 같이, 바람직하게는 2개의 제 1 관통 구멍(11)에 대해 하나의 제 2 관통 구멍(15)이 제공될 수 있다. 이것은 절대적으로 필요한 것은 아니며, 각 제 1 관통 구멍(11)마다 하나의 제 2 관통 구멍(15)을 제공하는 것이 가능하거나, 또는 제 1 관통 구멍(11)의 전체에 대해 단일의 제 2 관통 구멍(15)이 제공될 수 있다.

제 2 관통 구멍(15)의 내경은, 주조 과정 중에 저 점도 실리콘이 제 1 관통 구멍을 통해서 흐를 수 있도록 선택될 수 있다.

도 3은 도 2의 A-A 선을 따르는 단부 피팅의 단면도를 도시한 것이다. 도시된 바와 같이, 제 2 관통 구멍(15)은 제 1 관통 구멍(11)보다 상당히 작은 단면을 갖는다.

본 발명을 바람직한 일 실시예를 참조하여 설명하였지만, 본 발명은 이 실시예에 한정되지 않으며, 당업자라면 첨부된 청구범위의 보호 범위 내에 속하는 다양 한 변형 및 수정을 인지할 것이다.

Claims (8)

1. 적어도 하나의 배리스터 블록(1);

   상기 배리스터 블록(1)의 양측에 배열되는 2개의 단부 피팅(3);

   상기 배리스터 블록(1)과 상기 단부 피팅(3)을 함께 지지하고, 상기 단부 피팅(3) 중 적어도 하나를 관통한 제 1 구멍(11)을 통과하는 적어도 하나의 강화 요소(9);

   배리스터 블록(1)과, 강화 요소(9)와, 단부 피팅(3)의 부분들의 둘레에 주조 또는 분사에 의해서 형성되는 실리콘으로 구성되는 외부 하우징(5)을 가진 서지 어레스터 있어서,

   제 2 관통 구멍(15)이 적어도 하나의 단부 피팅(3)에 형성되고, 상기 배리스터 블록(1)으로부터 먼 쪽을 향하는 단부 피팅(3)의 측면상의 홈(17) 내에 개방되며, 상기 홈(17)은 제 2 관통 구멍(15)으로부터 제 1 관통 구멍(11)까지 연장되고, 상기 제 2 관통 구멍(15), 상기 홈(17) 및 상기 제 1 관통 구멍(11)은 배리스터 블록(1)으로부터 먼 쪽을 향하는 단부 피팅(3)의 측면상에서 실리콘으로 밀봉되고,

   상기 강화 요소(9)는, 상기 단부 피팅(3) 및 상기 배리스터 블록(1)을 인장 하중으로 함께 지지하는 유리 섬유 강화 플라스틱 봉 또는 케이블인 것을 특징으로 하는 서지 어레스터.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 적어도 하나의 배리스터 블록(1)이 금속 산화물, 바람직하게는 산화 아연으로 형성되는 것을 특징으로 하는 서지 어레스터.
3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,

   상기 단부 피팅(3)이 금속, 바람직하게는 알루미늄으로 형성되는 것을 특징으로 하는 서지 어레스터.
4. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,

   상기 서지 어레스터의 하우징(5)에 스크린(7)이 구비되는 것을 특징으로 하는 서지 어레스터.
5. 삭제
6. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,

   쐐기 또는 쐐기 슬리브 형태의 고정 요소가 유리 섬유 강화 플라스틱 봉(9)을 관통 구멍(11) 내에 지지하는 것을 특징으로 하는 서지 어레스터.
7. 청구항 1에 따르는 서지 어레스터의 제조 방법에 있어서,

   제 1 단부 피팅(3) 내의 제 1 관통 구멍(11)에 적어도 하나의 강화 요소(9) 를 장착하는 단계;

   단부 피팅(3)상에 강화 요소(9)와 나란하게 배리스터 블록(1)의 적층을 배열하는 단계;

   상기 배리스터 블록(1)이 2개의 단부 피팅들(3) 사이에 위치하도록 배리스터 블록의 적층과 강화 요소(9) 위에 제 2 단부 피팅을 끼우는 단계;

   제 2 단부 피팅(3)의 제 1 관통 구멍(11)에 강화 요소(9)를 장착하는 단계; 및

   가소성 물질로 구성된 외부 하우징(5)을 형성하도록 2개의 단부 피팅(3)의 부분들과, 배리스터 블록(1)과 강화 요소(9)를 압출 피복하거나 캡슐에 넣는 단계로서, 가소성 물질은 제 2 관통 구멍(15) 및 홈(17)을 통해서 단부 피팅(3) 내로 흐르고, 제 1 관통 구멍(11)은 배리스터 블록(1)으로부터 떨어진 쪽을 향하는 단부 피팅(3)의 측면상에 밀봉되는, 압출 피복하거나 캡슐에 넣는 단계를 포함하는 서지 어레스터의 제조 방법.
8. 청구항 7의 방법에 따라 제조된 서지 어레스터.

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