KR101087638B1 - 컴포지트 부싱의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 컴포지트(composite) 부싱에 관한 것으로서, 특히 FRP 튜브와, 상기 FRP 튜브 상,하단에 결합된 플랜지와, 여러 개의 갓이 성형되어 상기 FRP 튜브 및 상기 플랜지 외측에 형성되는 하우징을 포함하여 구성된 컴포지트 부싱에 있어서, 상기 FRP 튜브는 상기 플랜지의 삽입구에 열박음 공법에 의해 압착결합되고, 상기 하우징은 상기 FRP 튜브 외측에 갓의 성형과 동시에 형성되며, 상기 플랜지의 삽입구 내주면 둘레를 따라 복수개의 접착홈이 형성되되 상기 플랜지 상단으로 갈수록 깊이가 감소하도록 형성되고, 상기 FRP 튜브의 상기 플랜지와의 결합부에는 접착제가 도포되는 것을 특징으로 하는 컴포지트 부싱을 기술적 요지로 한다.이에 의해 FRP 튜브와 플랜지의 접합에 있어서 기밀성 및 접착강도 향상 및 접착제의 누수를 완벽히 방지하는 것으로, 그 결과 안전하고 장기적으로 신뢰성이 높은 복합 부싱을 제공할 수 있는 이점이 있다.

컴포지트 부싱, 열박음, 폴리머 복합재료, 알루미늄 합금, 열박음, 접착제, 무기물, 충전재, 점도, 기밀, 흡습, 수분 침투

Description

컴포지트 부싱의 제조방법{Manufacturing Method of Composite Hollow Bushing}

본 발명은 컴포지트(composite) 부싱에 관한 것으로서, 특히 기존의 컴포지트 부싱의 플랜지 형상과 FRP 튜브의 형상을 개선하여 사고의 가장 큰 원인으로 지적되고 있는 기밀 불량에 의한 흡습 사고의 위험도를 줄일 수 있는 컴포지트 부싱에 관한 것이다.

일반적으로 부싱은 변압기, 차단기 또는 GIS 등의 전력기기 인입부분의 절열을 목적으로 사용되는 절연체로 대부분 옥외에서 사용되며, 기존의 자기(porcelain) 부싱은 자외선, 비 등 대기 중에 오염물질에 의해 오손이 발생할 뿐만 아니라 충격강도가 약해 취성파괴에 이르며, 방폭 성능이 문제점으로 지적되고 있다.

이에 반해서 컴포지트(composite) 부싱은 충격하중에 대해서 기존 자기 부싱과는 달리 취성파괴에 의해 파편이 비산하지 않으며, 방폭성능 뿐만 아니라 경량으로 취급이 용이하며 내진성능도 향상시킬 수 있다.

일반적으로, 컴포지트 부싱은 도 1에 도시된 바와 같이, FRP 튜브(10), 하우 징(20) 및 플랜지(flange)(30)로 크게 구성된다.

상기 FRP 튜브(10)는 유리섬유와 에폭시 수지 등의 열경화성 수지로 이루어진 섬유강화 복합재료로 제작된다. 그리고 하우징(20)은 여러 개의 갓(shed)(21)으로 구성된 것으로 실리콘 고무와 같은 옥외에서 내후성이 우수한 재료를 사용하여 발수성이 우수하기 때문에 양호한 오손내전압 성능을 얻을 수 있다. 그리고, 상기 플랜지(30)는 철이나 알루미늄 등의 금속으로 이루어져 상부 플랜지는 고압전선을 지지하며, 하부 플랜지는 전력기기 등에 접속되어 있으며, 부싱 내부를 관통하는 중심도체에 의하여 전기적으로 접속된다.

이러한 컴포지트 부싱에 기계적인 굽힘하중이 가해지는 경우, 플랜지 내부 표면 거칠기가 없어 접합부의 미세한 크랙이 축방향 전체로 확산되어지며, 국부적인 크랙은 접착제의 파괴로부터 일어나는 것이 아니라 플랜지와 FRP 튜브의 접합부에서 발생하게 된다.

또한, FRP 튜브(10)와 플랜지(30), 플랜지(30)와 하우징(20) 등의 접합부 계면을 통하여 수분이 침투할 가능성이 있다. 수분은 부싱 내부의 절연가수와 결합하여 불화수소산(HF)을 발생시켜 절연가스의 내전압 특성과 FRP 튜브의 장기 신뢰성을 악화시키게 된다.

또한, 부싱 내부에 공기층이 존재하게 되면 수분 침투시 내부 섬락이 발생될 뿐만 아니라 수분이 수증기화되어 코로나 현상 및 공기 중의 오존과 질소와 결합하여 강산성인 질산용액을 만들기 때문에 내부의 손상이 일어나 사고의 원인이 될 뿐만 아니라 주변 기기 및 인축에 대해 손상을 가할 위험적인 요소를 가지고 있다.

본 발명은 상기 문제점을 해결하고 신뢰성을 향상시키기 위한 것으로, 기존의 컴포지트 부싱의 플랜지 형상과 FRP 튜브의 형상을 개선하여 사고의 가장 큰 원인으로 지적되고 있는 기밀 불량에 의한 흡습 사고의 위험도를 줄일 수 있는 컴포지트 부싱의 제공을 그 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은, FRP 튜브와, 상기 FRP 튜브 상,하단에 결합된 플랜지와, 여러 개의 갓이 성형되어 상기 FRP 튜브 및 상기 플랜지 외측에 형성되는 하우징을 포함하여 구성된 컴포지트 부싱에 있어서, 상기 FRP 튜브는 상기 플랜지의 삽입구에 열박음 공법에 의해 압착결합되고, 상기 하우징은 상기 FRP 튜브 외측에 갓의 성형과 동시에 형성되며, 상기 플랜지의 삽입구 내주면 둘레를 따라 복수개의 접착홈이 형성되되 상기 플랜지 상단으로 갈수록 깊이가 감소하도록 형성되고, 상기 FRP 튜브의 상기 플랜지와의 결합부에는 접착제가 도포되는 것을 특징으로 하는 컴포지트 부싱을 기술적 요지로 한다.

또한, 상기 접착제는 내열성 접착제로서 무기물 충전재가 첨가되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 접착홈은 종단면이 사각 또는 삼각형인 것이 바람직하다. 또한, 상기 플랜지 삽입구 내주면에 표면 거칠기를 주는 것이 바람직하다.

여기에서, 상기 FRP 튜브 외경은 상기 플랜지의 삽입구 내경보다 상대적으로 더 크게 형성되어 열박음 공법이 이루어지는 것이 바람직하며, 상기 FRP 튜브는 내부에 유리 함침 테이프가 더 형성되며, 또한, 상기 FRP 튜브는 하단부에 테이퍼가 형성되는 것이 더욱 바람직하다.

또한, 상기 플랜지에는 상기 하우징의 계면에 단계부가 더 형성되는 것이 바람직하며, 또한, 상기 플랜지 하단부에는 상기 FRP 튜브와 동일한 두께를 가지는 받이부가 더 형성되는 것이 바람직하다.

상기 과제 해결 수단에 의해 본 발명은, FRP 튜브와 플랜지의 접합에 있어서 기밀성 및 접착강도 향상 및 접착제의 누수를 완벽히 방지하는 것으로, 그 결과 안전하고 장기적으로 신뢰성이 높은 복합 부싱을 제공할 수 있는 효과가 있다.

본 발명은 FRP 튜브, 상기 FRP 튜브 상,하단에 결합된 플랜지 및 여러 개의 갓(shed)이 성형되어 상기 FRP 튜브 및 상기 플랜지 외측에 형성되는 하우징을 포함하여 구성된 컴포지트 부싱에 관한 것으로서, 상기 FRP 튜브는 상기 플랜지의 삽입구에 열박음 공법에 의해 기밀적으로 압착결합되고, 상기 하우징은 상기 FRP 튜브 외측에 갓의 성형과 동시에 진공 사출 성형되어 형성되는 것이다. 이에 의해 FRP 튜브 내부로의 수분의 침투가 없어 기밀성이 향상되었으며, FRP 튜브와 플랜지와이 결합성이 향상되어 부싱의 장기 신뢰성을 개선한 것이다.

이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설 명하고자 한다. 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 컴포지트 부싱에 대한 단면도를 나타낸 것이다. 도시된 바와 같이 본 발명의 제1실시예는 FRP 튜브(100), 플랜지(200) 및 하우징(300)으로 크게 구성된다.

본 발명에 따른 컴포지트 부싱의 제작방법은, 알루미늄 합금으로 이루어진 플랜지(200)를 가열하여 팽창시킨 후 FRP 튜브(100)를 상기 플랜지(200)의 삽입구에 삽입하는 열박음 공법으로 압착하고, 압착된 FRP 튜브(100)에 여러 개의 갓(310)을 일체형 진공 사출 성형하여 제작되는 것이다.

상기 FRP 튜브(100) 외경은 상기 플랜지(200) 삽입구의 내경과 비교하여 거의 동일하거나 약간 크게 형성되어 상기 FRP 튜브(100)와 상기 플랜지(200)가 압착결합되도록 하고, 열박음 시 FRP 튜브(100)의 축 방향 길이 B가 플랜지(200)의 삽입구 길이 A보다 더 길게 형성되도록 하여 견고하게 결합되도록 한다.

또한, 상기 FRP 튜브(100)의 상기 플랜지(200)와의 결합부에는 성능이 우수한 접착제가 도포되어 열박음 공법이 이루어지는 것이 바람직하다.

즉, 상기 FRP 튜브(100)와 플랜지(200)의 접착 및 압착은 열팽창을 이용하여 팽창시킨 플랜지(200)에 FRP 튜브(100)를 삽입하여 열박음으로 압착하고, 기밀 성능 및 실링을 위해 접착한 후 진공 사출 성형으로 컴포지트 부싱이 제작되게 된다.

먼저, 상기 FRP 튜브(100)에 대해 설명하고자 한다.

상기 FRP 튜브(100)는 일반적인 필라멘트 와인딩 공법에 의해 제작되는 것으로, 맨드릴(mandrel)에 이형 처리한 후 와인딩 수지가 함침된 유리섬유로 일정한 각도 또는 다양한 각도를 가지고 와인딩한 후 경화 공정 후 탈형기에 의해 탈형되어지는 과정에 의해 제작된다.

또한, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 FRP 튜브(100) 내부 내주면에는 FRP 튜브(100) 내부를 감싸는 형태로 제작되는 유리 함침 테이프(110)가 형성된다. 상기 유리 함침 테이프(110)는 FRP 튜브(100) 내부로 수분의 침투를 방지하여 부싱 내부의 절연가스와 수분이 결합하여 발생되는 불화수소산의 발생을 억제하여 FRP 튜브(100)의 장기신뢰성을 향상시키기 위한 것이다.

여기에서, 상기 FRP 튜브(100)의 상기 플랜지(200)와의 결합부에는 접착제가 도포되어 상기 FRP 튜브(100)와 상기 플랜지(200)가 접착되게 되는데, 상기 접착제는 부싱의 고온의 핏팅(fitting) 조건을 고려하여 내열성 접착제를 사용하며, 이는 무기물 충전재가 첨가된 것으로 열팽창계수가 상기 FRP 튜브(100)와 유사한 것이 바람직하다.

상기 내열성 접착제는 알루미나(Al₂O₃) 또는 실리카(SiO₂)와 같은 필러(filler)가 첨가된 저점도의 접착제를 사용하여 플랜지(200) 하단부분까지 접착제가 유입될 수 있는 것을 사용한다.

또한 접착제의 균일한 도포 및 접착 강도 향상을 위해 플랜지(200) 삽입구 내주면 둘레를 따라 균일한 간격으로 다수개의 접착홈(210)을 설치하며, 일정한 표면 거칠기(220)를 주어 접착강도를 향상시키도록 한다. 상기 접착제가 플랜지(200)의 접착홈(210) 구석까지 침투하지 않을 수도 있으므로, 접착제가 접착홈(210) 구 석까지 유입될 수 있는 점도를 요철부 형상을 고려하여 계산한 후에 적절한 점도를 가지는 접착제를 제조하여 사용한다. 상기 접착제의 점도는 다음 식에 의해 결정된다.

Z² ∝ cosθ·δ·t/η

여기에서 도 6에 도시된 바와 같이, Z는 접착제의 유입되는 정도, θ는 접착홈의 각도, δ는 접착홈의 직경, t는 경과시간, η는 접착제의 점도를 나타내는 것으로, 접착제의 점도가 낮을수록, 경과시간이 길수록, 접착홈의 직경이 클수록 플랜지의 접착홈에 접착제가 완전히 유입되게 된다.

또한, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 FRP 튜브(100)는 하단부에 테이퍼(taper)(120)가 형성된다. 이는 플랜지(200) 상단부분에 비해 하단부분 열팽창이 덜 이루어지는 문제점이 있으므로, FRP 튜브(100)의 완전한 삽입을 위해 플랜지(200)의 충분한 가열이 필요하지만, 작업 안정성을 고려한 것이다. 플랜지(200) 형상에 따라 열팽창 정도 차이가 발생하는 경우 FRP 튜브(100)를 플랜지(200)에 완전히 삽입하기는 힘들다. 특히 플랜지(200) 하단부분에 삽입은 기계적 강도 결정에 중요한 요소로 매우 중요하다. 따라서, 플랜지(200) 하단부분에 완전한 삽입을 위해 FRP 튜브(100)의 끝부분을 테이퍼(120) 형상으로 제작하여 플랜지(200)에 FRP 튜브(100)의 삽입이 용이하게 이루어지도록 한다.

여기에서, 상기 FRP 튜브(100)에 테이퍼(120)를 형성하는 경우에는 플랜지(200)의 열팽창 정도를 고려하였으므로, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 플랜 지(200)에 형성되는 접착홈(210)의 깊이는 동일하게 제작하여도 무방하다.

다음으로, 상기 플랜지(200)에 대해 설명하고자 한다.

상기 플랜지(200)는 열팽창이 가능한 금속 재질로 형성되며, 철이나 알루미늄 합금 재질로 형성된다. 상기 플랜지(200) 중심부에는 상하로 관통되는 삽입구가 형성되어 상기 FRP 튜브(100)와 열박음 공법에 의해 압착 결합되는 것으로, 하단으로 갈수록 너비가 넓게 형성되도록 하여 전력기기나 케이블 등에 고정이 용이하도록 한다. 물론 상하단의 너비가 동일한 원통형으로 형성될 수도 있으며, 말단부에는 다른 장치에의 결합을 위한 나사공 등이 형성되어 있다.

또한, 상기 플랜지(200)에는 상기 FRP 튜브(100)와의 기밀성을 향상시키기 위한 접착제의 원활한 사용을 위해 삽입구 내주면 둘레를 따라 다수개의 접착홈(210)이 형성되어야 함을 앞서 약간 설명한 바 있다.

상기 접착홈(210)은 종단면이 삼각 또는 사각 형상으로 형성되는 것이 바람직하며, 상기 플랜지(200) 두께에 따른 열팽창을 고려하여 상단으로 갈수록 깊이가 감소되도록 형성되는 것이 더욱 바람직하다.

도 7은 플랜지(200) 형상에 따른 온도 차이를 나타낸 것으로, 플랜지(200) 상단부분이 하단부분에 비해 약 5℃ 높은 것을 확인할 수 있었다. 이는 열박음 공정에서 상단 부분의 열 수축이 늦게 이루어져 접착층의 두께가 증가하여 접착성능이 다른 부분에 비해 저하되게 되므로, 플랜지(200) 상단부분과 하단부분의 열팽창 정도를 균일하게 하기 위해 상단부분과 하단부분의 접착홈(210)의 크기를 다르게 하여 열팽창 정도를 제어하도록 한 것이다.

또한, 상기 플랜지(200) 삽입구 내주면에는 도 5에 도시된 바와 같이, 표면 거칠기(220)를 주는 것이 바람직하다. 일반적으로 표면 거칠기를 형성하는 것이 기계적 강도 및 결합강도가 향상되는 것으로 알려져 있으나, 지나친 표면 거칠기(220)는 FRP 튜브(100)와 플랜지(200)가 돌아가는 현상이 발생할 수도 있으므로, 플랜지(200) 및 FRP 튜브(100)의 형상이나 크기에 따라 적절한 표면 거칠기(220)를 주도록 한다. 한편 표면 거칠기(220)를 주는 경우에는 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 플랜지(200)의 접착홈(210)을 형성하지 않아도 무방하다.

또한, 상기 플랜지(200)에는 상기 하우징(300)의 계면에 단계부(230)가 더 형성되는 것이 바람직하다. 이는 상기 플랜지(200)와 하우징(300) 계면으로 수분의 침투를 방지하기 위한 것이다. 상기 단계부(230)는 상기 플랜지(200) 상단부분에서 일정 크기의 계단 형상으로 형성된다. 하우징(300)과 플랜지(200) 계면을 직선으로 형성하는 경우 계면을 따라 수분 침투 가능성이 있으므로, 하우징(300)과 플랜지(200) 계면을 길게 제작하여, 계면을 통한 수분의 침투를 방지하여 부식이나 여러가지 특성을 개선시키기 위한 것이다.

또한, 플랜지(200) 하단부에는 상기 FRP 튜브(100)와 동일한 두께를 가지는 받이부(240)가 더 형성되는 것이 바람직하다. 일반적으로 FRP 튜브(100)는 일정한 와인딩 각도를 가지고 필라멘트 와인딩 공법으로 제작한다. 이러한 필라멘트 와인딩 공법으로 제작된 FRP 튜브(100)의 경우 내부 압력 및 굽힘 파괴 강도가 우수한 FRP 튜브(100)를 제작할 수 있지만 와인딩 공정상 FRP 튜브(100) 끝부분은 일정한 와인딩 각도를 형성하기 어렵다. 따라서, FRP 튜브(100)의 끝부분 절단을 필수적이 라 할 수 있다. 이와 같이 FRP 튜브(100) 절단면을 통해 수분이 침투할 수 있기 때문에, 상기 플랜지(200)의 받이부(240)는 이러한 점을 해결하기 위한 것으로, 상기 FRP 튜브(100)와 동일한 두께를 가지는 받이부(240)를 형성하게 되는 것이다. 따라서, FRP 튜브(100)의 절단면을 따라 흡습하는 수분을 억제할 수 있게 된다.

이와 같이, 상기 FRP 튜브와 플랜지의 접착 및 압착은 열팽창을 이용하여 팽창시킨 플랜지에 FRP 튜브를 삽입하여 열박음으로 압착하고, 기밀 성능 및 실링을 위해 접착한 후 진공 사출 성형으로 컴포지트 부싱을 제작하게 된다. 그리고, 플랜지와 하우징의 계면에서 발생할 수 있는 수분침투를 방지하기 위해 플랜지 상단부분에 단계부를 형성하고, FRP 절단면에 수분침투를 방지하기 위해 FRP 두께와 동일하게 플랜지 받이부를 제작하며, FRP 튜브 내부 수분 침투를 방지하기 위해 FRP 튜브 내부에 유리 함침 테이프를 형성하여 수분 침투 및 기밀 성능을 완벽하게 향상시킬 수 있어 전체적인 부싱의 장기신뢰성을 향상시키게 된다.

도 1 - 종래의 컴포지트 부싱에 대한 단면도.

도 2 - 본 발명의 일실시예에 따른 컴포지트 부싱에 대한 단면도.

도 3 - 본 발명의 다른 실시예에 따른 FRP 튜브에 대한 단면도.

도 4 - 본 발명의 다른 실시예에 따른 FRP 튜브 및 플랜지에 대한 단면도.

도 5 - 본 발명의 다른 실시예에 따른 FRP 튜브 및 플랜지에 대한 단면도.

도 6 - 플랜지 내부 홈과 접착제의 관계를 나타낸 모식도.

도 7 - 플랜지 형상에 따른 온도 차이를 나타낸 도.

<도면에 사용된 주요 부호에 대한 설명>

100 : FRP 튜브 110 : 유리 함침 테이프

120 : 테이퍼 200 : 플랜지

210 : 접착홈 220 : 표면 거칠기

230 : 단계부 240 : 받이부

300 : 하우징 310 : 갓

Claims (12)

1. FRP 튜브(100)와, 상기 FRP 튜브(100) 상,하단에 결합된 플랜지(200)와, 여러 개의 갓(310)이 성형되어 상기 FRP 튜브(100) 및 상기 플랜지(200) 외측에 형성되는 하우징(300)을 포함하여 구성된 컴포지트 부싱에 있어서,

   상기 FRP 튜브(100)는 상기 플랜지(200)의 삽입구에 열박음 공법에 의해 압착결합되고, 상기 하우징(300)은 상기 FRP 튜브(100) 외측에 갓(310)의 성형과 동시에 형성되며, 상기 플랜지(200)의 삽입구 내주면 둘레를 따라 복수개의 접착홈(210)이 형성되되 상기 플랜지(200) 상단으로 갈수록 깊이가 감소하도록 형성되고, 상기 FRP 튜브(100)의 상기 플랜지(200)와의 결합부에는 접착제가 도포되는 것을 특징으로 하는 컴포지트 부싱.
2. 삭제
3. 제 1항에 있어서, 상기 접착제는,

   내열성 접착제로서 무기물 충전재가 첨가된 것을 특징으로 하는 컴포지트 부싱.
4. 삭제
5. 제 1항에 있어서, 상기 접착홈(210)은 종단면이 사각 또는 삼각형인 것을 특징으로 하는 컴포지트 부싱.
6. 삭제
7. 제 1항에 있어서, 상기 플랜지(200) 삽입구 내주면에 표면 거칠기(220)를 주는 것을 특징으로 하는 컴포지트 부싱.
8. 제 1항, 제 3항, 제 5항, 제 7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 FRP 튜브(100) 외경은 상기 플랜지(200)의 삽입구 내경보다 상대적으로 더 크게 형성되어 열박음 공법이 이루어지는 것을 하는 컴포지트 부싱.
9. 제 8항에 있어서, 상기 FRP 튜브(100)는 내부에 유리 함침 테이프(110)가 더 형성되는 것을 특징으로 하는 컴포지트 부싱.
10. 제 9항에 있어서, 상기 FRP 튜브(100)는 하단부에 테이퍼(120)가 형성되는 것을 특징으로 하는 컴포지트 부싱.
11. 제 9항에 있어서, 상기 플랜지(200)에는 상기 하우징(300)의 계면에 단계부(230)가 더 형성되는 것을 특징으로 하는 컴포지트 부싱.
12. 제 11항에 있어서, 상기 플랜지(200) 하단부에는 상기 FRP 튜브(100)와 동일한 두께를 가지는 받이부(240)가 더 형성되는 것을 특징으로 하는 컴포지트 부싱.

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