KR101053214B1 - 버스바로 사용되는 고압 대전류용 이중표면도체 - Google Patents

Abstract

본 발명은 버스바로 사용되는 고압 대전류용 이중표면도체에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전원이 인가되는 버스바의 도체에 있어서, 원통 또는 사각통 형상의 표면도체를, 내부에 원형 또는 사각단면을 가지는 관통홀을 길이방향으로 천공형성하고, 상기 관통홀 내부에 경화성 절연물을 채워 이중표면의 도체를 구성함으로써, 표면도체의 표면적은 증가하되, 단면적은 감소하고, 두께는 얇아져, 전류밀도가 높아져 허용 전류치가 증가하게 되는 버스바로 사용되는 고압 대전류용 이중표면도체에 관한 것이다.

Description

버스바로 사용되는 고압 대전류용 이중표면도체{Dual Surface Conductor for Busbar}

본 발명은 전원공급시 발생되는 전자기 현상인 표피효과현상을 응용하여, 표면적이 확대되고, 전류밀도가 높아 고압 대전류용의 버스바로 사용할 수 있는 이중표면도체에 관한 것이다.

일반적으로, 전기 에너지를 전달하는 매개체로 최근에는 버스바(bus bar)가 많이 사용되고 있다. 이중, 상기 버스바(bus bar)는 케이블과 같은 도체이지만 많은 양의 전기 에너지를 전달할 때 유리한 장점이 있다.

예전에 비해서 지금의 건축물의 시스템은 점점 크고 다양한 용량의 에너지를 필요로 하고 있고, 이러한 추세에 맞추어 안전하고 에너지 손실이 적은 버스바의 장점이 인식되면서 급속하게 사용이 증가되고 있다.

예컨대, 버스바는 공장, 빌딩, 아파트, 대형 할인마트, 오피스텔, 연구단지, 백화점, 골프장, 터널 반도체, LCD공장, 화학, 정유, 제철, 초고층빌딩, 초고압 변전소, LNG인수기지, 신공항, 항만 등에 다양한 분야에 다각도로 공급되고 있으며, 이러한 버스바는 통상적으로, 고압의 전류가 흐르기 때문에, 소정크기의 부스덕트안에 구비된다.

이렇게 부스덕트안에 구비되는 도체인 버스바에 전류를 통전시킬 경우, 주울열(joule heating)(Q=I²R, I는 전류, R은 저항)이 발생하고, 이 열로 인해 온도가 상승하며, 전류의 통전용량과 도체인 버스바의 사이즈는 버스바를 감싸고 있는 절연체 또는 버스바를 감싸고 있는 어떠한 구조물의 허용온도 영역내에서 제한을 받아 결정된다.

따라서, 사용되는 버스바의 사이즈를 줄이기 위해서 전류통전시 발생되는 열을 효과적으로 발산시켜야 하며, 이를 위해서 주로 저압의 경우, 버스바를 금속재의 하우징안에 밀착시켜서 샌드위치 시키거나, 또는 공기절연 방식으로 방열효과를 극대화하는 구조로 설치된다.

한편, 대전류용 버스바를 비롯한 부스덕트 또한 대전류가 흐르는 제품이기 때문에, 절연사고로 인해 버스바 상호간에 단락사고가 발생할 경우, 흐르는 대전류에 의해 매우 큰 단락전자력이 발생하게 되어 제품 자체를 파괴시키는 경우도 있다. 따라서, 이때 사용되는 도체인 버스바들도 단지 전기적 특성이 양호한 것 외에 기계적 강도도 안정성이 확보되어야 한다.

더불어, 우리나라의 상용주파수인 60Hz는 저주파 전원계통일지라도 표피효과에 의해, 버스바의 도체 표면에 전류밀도(A/㎟)가 가장 많이 분포되고, 도체의 중심부로 들어갈수록 전류 밀도가 현저히 떨어진다. 즉, 단면적(㎟)이 큰 도체일수록 표면에서 침투깊이(Skin Depth)까지만 전기가 흐리기 때문에 단면적 전류밀도가 매우 낮아지며, 침투깊이는 주파수에 따라 많은 차이가 있다.

(상기 표피효과(Skin Effect)에 대해 설명하면, 도체 내의 전류 또는 자계분포는 주파수와 도체의 도전율 및 투자율에 의해 정해지는데, 주파수가 높아질수록 도전율이 클수록 전류 및 자계는 도체 내부에 존재하지 못하고 표면으로 집중되어 흐르는 현상을 말한다. 특히 고주파수 교류의 경우에는 거의 도체의 표면으로만 전류가 흐른다.

이러한, 표피효과의 발생원인을 살펴보면, 1, 도체 단면적 내의 중심부일수록 자속 쇄교수가 커져 인덕턴스가 증가하여 버스바 도체 중심부에는 전류가 흐리기 어렵고, 2. 직류(Direct Current)의 경우에도 도체의 중심부에 쇄교자속이 증대되는 현상은 동일하며, 3. 동일한 방향으로 흐르는 전하(Electric Charge)간에는 자기장이 서로 밀어내는 방향으로 작용하기 때문에 전하들이 서로 밀어내면서 표피효과가 더 많이 발생하며, 4. 와류손(Eddy Current) 때문에 도체 내부의 인덕턴스가 커져서 교류전류의 흐름을 방해한다.

상기의 표피효과의 영향을 살펴보면, 1. 교류(Alternating Current)의 경우 버스바 도체 내부로 들어갈수록 전류밀도가 급격히 감소하고, 2. 전류가 버스바 도체 표면으로 집중되고, 3. 전력손실이 증가되어 송전 용량은 감소하며, 4. 버스바 도체 중심부일수록 열발산이 어려워 상대적으로 저항이 더 커짐과 동시에, 5. 버스바 도체의 단면적이 클수록, 도전율과 투자율이 클수록 표피효과는 커지는 큰 문제점이 발생하게 된다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 버스바 도체에 발생되는 표피효과를 반대로 응용하여, 버스바에 사용되는 도체에 있어서, 표면도체의 내부를 길이방향으로 천공하여 관통홀을 형성하고, 상기 관통홀에 절연물을 채움으로써, 단면적을 감소시키고, 표면적을 넓히고 두께가 얇은 이중표면의 도체를 제공함으로써, 기존의 버스바에 비해 표피효과가 발생되지 않아 전류밀도가 높아져 허용 전류치가 커지는 버스바로 사용되는 고압 대전류용 이중표면도체를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기에 설명될 것이며, 본 발명의 실시예에 의해 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허청구범위에 나타낸 수단 및 조합에 의해 실현될 수 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 수단으로서, 버스바로 사용되는 고압 대전류용 이중표면도체에 있어서, 내부 중심을 길이방향으로 관통하는 원형 또는 사각형 단면의 관통홀(11)이 천공형성되어 원통 또는 사각통의 형상을 가지며, 사각통 형상인 경우 모서리가 완만한 곡선을 이루도록 모따기가 되어 있는 표면도체(10); 상기 표면도체(10)가 수축되지 않고, 외부충격에도 찌그러지는 않으며, 수축되지 않도록 하기 위해, 상기 표면도체(10)의 관통홀(11)에 채워지는 경화성 절연물(20); 로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 경화성 절연물(20)은 상기 표면도체(10)에 인가되는 전압이 600V 이상인 경우, 가교 폴리에틸렌의 재질이 사용되고, 600V 이하인 경우, 폴리에틸렌의 재질이 사용되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 표면도체(10)는 외주연에 절연피복층(40)이 형성되는 것을 특징으로 한다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 도체의 단면적이 동일할 경우, 본 발명의 이중표면도체는 기존의 단일표면도체에 비해, 도체의 표면적이 약 1.8배 늘어나고, 도체의 두께가 얇아지기 때문에 전류밀도가 높아져 허용전류가 증대되는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 이중표면도체는 대전류용 단일 도체로 제작이 가능한 효과 가 있다.

또한, 본 발명의 이중표면도체는 버스바의 설치면적 및 전력손실을 줄일 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 이중표면도체는 기존의 단일표면도체에 비해, 원자재인 동의 사용량이 줄어들어서, 국가의 귀중한 동 자원을 대폭 절감할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 버스바에 사용되는 도체의 경량화로 운송 및 취급이 용이하고, 사용자측에서 구매원가 절약이 가능하며, 직류/교류 등 다양한 분야에 적용이 가능한 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 이중표면도체를 버스바로 사용함을 나타낸 일실시예의 사시도.
도 2는 본 발명에 따른 이중표면도체의 내부 구성을 나타낸 일실시예의 단면도.
도 3은 본 발명에 따른 이중표면도체에 절연피복층이 형성됨을 나타낸 일실시예의 사시도.

본 발명의 여러 실시예들을 상세히 설명하기 전에, 다음의 상세한 설명에 기재되거나 도면에 도시된 구성요소들의 구성 및 배열들의 상세로 그 응용이 제한되는 것이 아니라는 것을 알 수 있을 것이다. 본 발명은 다른 실시예들로 구현되고 실시될 수 있고 다양한 방법으로 수행될 수 있다. 또, 장치 또는 요소 방향(예를 들어 "전(front)", "후(back)", "위(up)", "아래(down)", "상(top)", "하(bottom)", "좌(left)", "우(right)", "횡(lateral)")등과 같은 용어들에 관하여 본원에 사용된 표현 및 술어는 단지 본 발명의 설명을 단순화하기 위해 사용되고, 관련된 장치 또는 요소가 단순히 특정 방향을 가져야 함을 나타내거나 의미하지 않는다는 것을 알 수 있을 것이다.

본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위해 아래의 특징을 갖는다.

이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하도록 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

이하, 도 1 내지 도 3을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 버스바로 사용되는 고압 대전류용 이중표면도체를 상세히 설명하도록 한다.

본 발명의 버스바로 사용되는 고압 대전류용 이중표면도체는 버스바의 도체로 사용되는 것으로서, 표면도체(10), 경화성 절연물(20)을 포함한다.

우선, 본 발명의 버스바(Busbar)에 사용되는 이중표면도체(30)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 이중표면도체(30)가 상호간 소정간격 이격되어 내부에 길이방향으로 다수 배치되도록, 다수의 이중표면도체(30)를 내설하는 버스바 케이스(100)가 구비되어야 함은 당연할 것이며, 이러한, 버스바 케이스(100)의 상부에 착탈가능한 커버(110) 또한 구비되어야 할 것이다.

하지만, 상기와 같이 이중표면도체(30)를 버스바를 사용하기 위한 버스바 케이스(100) 및 커버(110)는 사용자의 실시예에 따라 다양한 형태를 가질 수 있음이다.

본 발명의 이중표면도체(30)의 실시예를 설명하면, 도 2에 도시된 바와 같이,

상기 표면도체(10)는 내부 중심에 길이방향으로 관통홀(11)이 천공형성되는 것으로서, 상기 표면도체(10) 내부에 관통홀(11)이 천공형성되기에, 상기 표면도체(10)는 내부가 비어있는 통체 또는 관체 형상을 가지게 된다. 이와 같이, 표면도체(10)의 중심부를 천공하는 이유는 본 발명의 배경기술 및 해결하고자 하는 과제에서도 서술하였듯이, 표면도체(10)의 중심부를 향할수록 열 발산이 잘되지 않고 전류밀도가 낮기 때문에, 이러한 표면도체(10)의 중심부를 제거한 것이다.

이때, 상기 관통홀(11)의 천공 형상은 원형 또는 사각형의 단면 형태로 천공형성되도록 한다. 또한, 이러한 상기 관통홀(11)이 천공형성된 표면도체(10) 또한 원통 또는 사각통의 형상을 가지게 되며, 표면도체(10)가 사각통 형상일 경우, 표면도체(10)의 모서리 부분(외주면 및 외주면 모두)을 모두 모따기(R)하여, 모서리 부분이 직각을 이루지 않고 완만한 곡선을 이루도록 한다.

상기 경화성 절연물(20)은 전술된 표면도체(10)의 내부, 즉 관통홀(11) 안에 채워지는 것으로서, 상기 표면도체(10) 내 관통홀(11)에 경화성 절연물(20)이 채워짐으로써, 표면도체(10) 내부를 전기적으로 완전히 절연함과 동시에, 외부 충격에 의한 표면도체(10)의 형상의 손상 및 찌그러짐을 방지하고, 더불어, 본 발명의 이중표면도체(30)를 다양한 사용장소에 설치하거나 고정시킬 시 표면도체(10)가 수축되지 않도록 하는 것이다.

특히, 이러한 경화성 절연물(20)은 이중표면도체(30) 자체가 수축되어 표면도체(10) 내부표면끼리 접촉이 되면(상기 표면도체(10)가 사각통 형상일 경우, 내주면 상, 하부 또는 좌, 우가 접촉, 상기 표면도체(10)가 원통 형상일 경우, 원형의 관통홀(11)이 타원형으로 눌리며 반으로 접혀 내부 표면이 접촉되는 경우 등), 상기 표면도체(10) 내부에 관통홀(11)을 형성하여 표면도체(10)(또는 본 발명의 이중표면도체(30))의 표면적을 확장시키는 효과가 무의미해지므로, 표면도체(10) 내부가 접히며 접촉되지 않도록 경화(硬化)성 절연물(20)을 관통홀(11) 내부에 틈새가 전혀 없도록 견고히 채워 넣도록 한다.

이와 같이, 전술된 본 발명의 실시예 경우, 표면도체(10) 내부의 관통홀(11)에 의해, 기존의 단일 도체보다 상대적으로 표면적이 증가하고, 단면적이 감소하며 두께가 얇아져, 이로 인해 기존의 단일 도체보다 표피효과가 줄어듦으로 인해, 전류밀도가 높아져 허용 전류치가 증가하게 되는 것이다. 물론, 본 발명의 이러한 이중표면도체(30)에 사용되는 동(銅) 재료는 기존의 단일 도체의 동 재료 사용량보다 상대적으로 적게 사용되어 제작이 가능하다는 효과 또한 발생될 것이다.

또한, 본 발명의 이중표면도체(30)는 도 3의 (B)에 도시된 바와 같이, 표면도체(10)의 외주연 또는 외주면에는 전류가 통전되지 않는 고무 등의 재질로 이루어지는 절연피복층(40)이 도포되어 형성될 수 있다.

또한, 본 발명의 경화성 절연물(20)은, 상기 표면도체(10)(또는 이중표면도체(30))에 인가되는 전압이 600V 이상인 고압의 경우에는 가교 폴리에틸렌(XLPE, Cross Linking-Polyethylene)의 재질이 사용되고, 600V 이하의 저압인 경우에는 폴리에틸렌(PE, Polyethylene)의 재질이 사용되도록 한다.(전기설비 기술기준에서 전압의 종류는 저압, 고압, 특고압의 3종류로 분류하며, 저압의 경우 DC 750V 이하 AC 600V 이하, 고압의 경우 DC 750V 초과 DC 7000V 이하, AC 600V 초과 AC 7000V 이하, 초고압의 경우 7000V 이상으로 일반적으로 154KV이상을 의미하므로, 본 발명에서는 AC 600V를 기준으로 하여, 600V 이상을 고압, 그 이하를 저압으로 구분하였다.)

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변경이 가능함은 물론이다.

10: 표면도체
11: 관통홀
20: 경화성 절연물
30: 이중표면도체
40: 절연피복층

Claims (3)

1. 버스바로 사용되는 고압 대전류용 이중표면도체에 있어서,
   내부 중심을 길이방향으로 관통하는 사각형 단면의 관통홀(11)이 천공형성되어 사각통의 형상을 가지며, 사각통 형상인 경우 모서리가 완만한 곡선을 이루도록 모따기(R)가 되어 있는 표면도체(10);
   상기 표면도체(10)가 수축되지 않고, 외부충격에도 찌그러지지 않도록 하기 위해, 상기 표면도체(10)의 관통홀(11)에 채워지는 경화성 절연물(20);로 이루어지며,
   상기 경화성 절연물(20)은 상기 표면도체(10)에 인가되는 전압이 600V 이상의 고압인 경우, 가교 폴리에틸렌의 재질이 사용되고, 600V 이하의 저압인 경우, 폴리에틸렌의 재질이 사용되고,
   상기 표면도체(10)는 외주연에 절연피복층(40)이 형성되는 것을 특징으로 하는 버스바로 사용되는 고압 대전류용 이중표면도체.
   
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