KR101213631B1 - 고체절연 차단기 극의 감압 엘라스토머 층 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 목적은, 내부에 스위치 관(switching tube)(4)이 배치된 형태 안정적인 비전도성 절연재 하우징(2)을 구비한 고체절연 차단기 극(1)을 제공하는 것이다. 상기 스위치 관은 고정 접점(fixed contact)뿐만 아니라 상기 고정 접점의 구동 측 반대편에 놓여 세로로 이동 가능하게 가이드 되는 이동 접점(moving contact)을 포함하며, 상기 절연재 하우징(2)이 구동 측으로 개방됨에 따라 구동 운동이 상기 이동 접점으로 전달될 수 있고, 상기 스위치 관(4)과 절연재 하우징(2) 사이에 간단하게 제조될 수 있으면서 공기 갇힘 현상(air trapping)을 방지하는 탄성 패드(10)가 배치된다. 본 발명에서는, 상기 탄성 패드(10)가 스위치관(4) 및 절연재 하우징(2)과 표면 접합을 이루도록 자체 접착 특성을 가지며, 상기 표면 접합은 마모에 의해서만 분리될 수 있다.
Description
본 발명은 내부에 스위치관(switching tube)이 배치된 형태 안정적인 비전도성 절연재 하우징을 구비한 고체절연 차단기 극에 관한 것으로, 상기 스위치관은 고정 접점뿐만 아니라 상기 고정 접점의 구동측 반대편에 놓여 세로로 이동 가능하게 가이드되는 이동 접점을 포함하고, 상기 절연재 하우징이 구동측으로 개방됨에 따라 구동 운동이 이동 접점으로 전달될 수 있으며, 상기 스위치관과 절연재 하우징 사이에 간단하게 제조될 수 있으면서 공기 갇힘 현상(air trapping)을 방지하는 탄성 패드가 배치된다.
그러한 차단기 극은 EP0866481A2로부터 이미 공지되어 있다. 상기 문서에 공지된 스위치 극은 강성 또는 다른 말로 형태 안정성 절연재 하우징을 포함하며, 상기 하우징 내에는 진공 스위치관이 고정되어 있다. 상기 진공관은 절연재 하우징으로부터 유도되어 나온 유도관과 단단하게 연결된 고정 접점을 포함한다. 상기 고정 접점 반대편에는 상기 고정 접점을 기준으로 세로로 이동할 수 있게 가이드되는 이동 접점이 배치된다. 이때, 고정 접점 및 이동 접점은 진공 스위치관 내부로 돌출한다. 진공 스위치관 내부는, 개방시 접점들 사이에 형성되는 전기 아크를 지 원하는 진공 상태로 이루어져 있다. 이동 접점 내로 구동 운동이 전달될 수 있도록 하기 위해, 절연재 하우징이 구동측에 유입 개구를 가지며, 상기 유입 개구를 관통하여 제어봉(control rod)이 뻗으며, 상기 제어봉은 적절한 레버 기구(lever mechanism)를 통해 구동 유닛과 연결된다. 이동 접점은 가요성 스트립 도체를 통해 제 2 유도관과 연결되며, 상기 제 2 유도관 역시 절연재 하우징으로부터 유도되어 나오기 때문에 외부에 의해 접촉될 수 있다. 스위치-온 상태에서는 이동 접점이 고정 접점에 접하기 때문에, 절연재 하우징으로부터 유도되어 나온 유도관들 사이에 전도성 연결이 형성된다. 전류 흐름을 차단하기 위한 목적으로, 구동 운동이 전달됨으로써 접점들이 서로 분리되고, 이때 진공 스위치관들의 전류 영점 통과시 전기 아크가 소거된다.
공기 갇힘 현상 및 높은 전압 피크를 방지하기 위해, 진공 스위치관과 형태 안정적 절연재 하우징 사이에 에틸렌프로필렌, 천연고무, 실리콘 또는 실리콘 고무로 이루어진 탄성 패드가 제공된다. 상기 탄성 패드는 진공 챔버의 상이한 열상수들을 보상하여 강성 절연재 하우징의 균열 형성을 막는다. 고체절연 차단기 극의 제조를 위해 탄성 패드가 열수축 튜브로서 진공관 위에 씌워진다. 이어서 사출성형 프로세스에서 진공 스위치관이 절연재 하우징 내로 주조된다.
공지된 고체절연 차단기 극의 경우, 탄성 패드가 있음에도 공기 갇힘 현상이 일어날 수 있다는 단점을 수반한다. 이 경우, 특히 전압이 높을 때, 발생하는 전압 피크로 인해 누설 전류 또는 부분 방전의 위험이 있다.
DE 22 40 106으로부터 캡슐 밀봉된 진공 차단기를 구비한 고출력 전기 부싱 (high power electrical bushing)이 공지되어 있다. 여기서는 진공 스위치관이 완전히 부싱의 절연체 내에 매립된다. 열팽창에 의한 균열 형성을 막기 위해, 형태 안정적 절연체와 진공 스위치관 사이에 탄성 패드가 제공된다. 부싱의 제조를 위해 진공 스위치관이 탄성 재료(예: 밀봉 재료 또는 접착 재료)로 이루어진 층으로 피복된다. 이어서 진공관 주변에 절연체 하우징의 에폭시 수지가 압착된다. 상기 문서에 공개된 탄성 패드는 유연성을 가지며, 진공관과 캡슐 밀봉된 절연재 하우징 모두에 접착된다. 제조 방법에 따라 탄성 패드의 두께는 1mm 내지 약 6mm 사이로 정해진다. 탄성 패드의 재료로서 폴리우레탄 및 폴리설파이드가 언급되어 있다.
본 발명의 목적은, 간단한 제조가 가능하면서 스위치관과 절연재 하우징 사이의 공기 갇힘 현상이 방지되는, 전달부에 언급한 방식의 고체절연 차단기 극을 제공하는 것이다.
상기 목적은 본 발명에 따라, 탄성 패드에 전술한 자체 접착 특성이 부여되고, 상기 탄성 패드가 스위치관뿐만 아니라 절연재 하우징과도 마모에 의해서만 분리 가능한 표면 접합을 이룸으로써 달성된다.
탄성 패드는 본 발명에 따라 자기 접착성 재료로 이루어지며, 비교적 오랜 작동 기간에 걸쳐 절연재 하우징과 스위치관 사이의 공기 갇힘 현상의 발생이 방지되도록 형태 안정적 절연재 하우징 및 스위치관의 하우징에 대한 높은 표면 접착성을 갖는다. 우수한 접착 효과로 인해 절연재 하우징 내에 스위치관 더 안정적으로 고정된다. 이러한 이유에서, 절연재 하우징 내로 스위치관의 추후 장착이 가능하도록 절연재 하우징을 설계할 수 있다. 따라서 본 발명에서는, 절연재 하우징과 진공 스위치관이 서로 별도로 제조된 다음, 진공 스위치관이 절연재 하우징 내에 고정되고, 최종적으로 탄성 패드로 피복되며, 상기 탄성 패드는 진공 스위치관의 견고하면서도 탄력적인 고정을 가능하게 한다. "마모에 의해서(abrasive)"라는 용어는, 스위치관 및 절연재 하우징에서의 탄성 패드의 표면 접착력이 탄성 패드의 인열 저항(tear resistance) 및/또는 인열 전파 저항(tear propagation resistance)보다 크다는 의미로 해석할 수 있다.
탄성 패드의 자체 접착성은 바람직하게 비처리 표면에도 제공된다. 따라서 본 발명에서는 접착 효과를 제공하기 위한, 프라이머 등을 이용한 복잡한 표면 처리 공정이 생략됨에 따라 제조 비용이 훨씬 더 절감될 수 있다.
탄성 패드는 바람직하게 적어도 20KV/mm의 파열 강도를 갖는다. 이러한 높은 파열 강도로 인해 본 발명에 따른 고체절연 차단기 극의 컴팩트한 구성이 제공된다.
탄성 패드의 경도는 바람직하게 30 내지 40의 값에 해당되는 쇼어 00 경도 또는 쇼어 A 경도의 등급을 갖는다.
파단 신장율(elongation at break)은 바람직하게 120 내지 500%이다.
탄성 패드는 바람직하게 기공을 갖지 않기 때문에 전압 피크 발생의 예방에 기여한다.
스위치관으로는 바람직하게 예컨대 단부측이 2개의 훼럴(ferrule)로 마감된 원통형 세라믹 하우징으로 형성된 진공 스위치관이 사용된다. 훼럴들은 각각 접촉 부재를 지지하는 접촉 바(contact bar)에 의해 관통되고, 이때 고정 접점이 상기 고정 접점에 할당된 훼럴과 고정 연결된다. 고정 접점에 세로 방향으로 맞은편에 놓인 이동 접점이 금속 벨로우즈에 의해 단부 훼럴과 연결됨에 따라, 상기 이동 접점이 상기 고정 접점을 기준으로 세로로 이동할 수 있게 가이드된다. 상기 이동 접점은 부분 절연 시프트 레일 및 레버 기구를 통해 구동 유닛과 연결되고, 상기 구동 유닛의 구동 운동은 이동 접점으로 전달된다.
형태 안정적 절연재 하우징은 예컨대 주형용 수지로 만들어진다.
본 발명의 또 다른 바람직한 형상들과 장점들은 하기에서 도면을 참고로 한 본 발명의 실시예들의 설명을 통해 기술된다.
도면은 본 발명에 따른 고체절연 차단기 극의 한 실시예의 측단면도이다.
도면에는 본 발명에 따른 고체절연 차단기 극(1)의 한 실시예의 횡단면도가 도시되어 있다. 고체절연 차단기 극(1)은 삼상 회로망(three-phase network)의 1개 상에서의 전류 흐름을 차단하기 위해 제공된다. 일반적인 삼상 회로망은 3개의 상을 가지기 때문에, 시중의 차단기에도 통상 서로 인접하도록 설치되어 공통의 구동 유닛에 연결된 3개의 고체절연 차단기 극(1)이 제공된다.
도시된 고체절연 차단기 극(1)은 에폭시 수지 또는 주형 수지로 성형된 절연재 하우징(2)을 포함하며, 상기 절연재 하우징 내에는 상부 접속 부재(3) 및 (도면에는 도시되지 않은) 중간 접속 부재가 고정된다. 절연재 하우징(2) 내에는 진공 스위치관(4)도 보이며, 상기 진공 스위치관은 고정 접촉 바(5)를 통해 상기 접속 부재(3)와 단단하게 연결된다. 고정 접촉 바(5)는 구리로 된 단부 훼럴(6) 내로 침투하는데, 이때 진공 스위치관(4) 내부에 놓인 고정 접촉 바의 단부에 (도면에는 도시되지 않은) 고정 접점이 제공된다. 단부 훼럴(6)은 세라믹으로 된 중공형 진공 하우징(7)과 기밀 방식으로 연결되며, 상기 진공 하우징은 자신의 제 1 단부 훼럴(6)의 맞은편 측면에 제 2 단부 훼럴(8)을 포함하며, 상기 제 2 단부 훼럴 역시 이동 접촉 바(9)에 의해 관통된다. 이동 접촉 바(9)는 진공관(4) 내부로 돌출하는 자신의 단부에 고정 접점의 반대편에 놓이는 이동 접점을 가지며, 상기 이동 접점은 구동 운동이 전달되면 (도면에 도시되지 않은) 시프트 레일을 통해 고정 접점과 접촉된다.
이동 접점의 세로 방향 가이드를 위해, (역시 도면에는 도시되지 않은) 벨로우즈가 제공되며, 상기 벨로우즈의 한쪽 단부는 단부 훼럴(8)과 기밀 방식으로 연결되고, 다른 한쪽 단부는 이동 접점과 기밀 방식으로 연결된다.
단부 훼럴들(6, 8) 및 세라믹 하우징(7)으로 형성된 진공 하우징 내부는 진공 상태이며, 이러한 진공 상태는 교류의 영점 통과시 접점들이 분리될 때 발생하는 전기 아크(electric arc)의 소거를 돕는다. 이동 접촉 바(9)가 (도면에 도시되지 않은) 도체 스트립을 통해 제 2 접촉 부재와 연결됨에 따라, 접촉 상태에서 접속 부재(3)와 제 2 접속 부재 사이의 전류 흐름이 가능해진다.
상이한 열팽창 계수로 인해, 온도 변동시 진공 스위치관(4)의 부품들의 열팽창이 상이하게 나타난다. 따라서 공기 갇힘 현상을 방지하기 위한 목적으로 진공 스위치관(4)과 절연재 하우징(2) 사이에 탄성 패드(10)가 제공된다. 이 탄성 패드 (10)는 진공 스위치관(4)을 절연재 하우징(2)과 단단하게 결합시킬 정도로 높은 자체 접착력을 갖는다. 이 경우, 상기 탄성 패드가 약 200%의 파단 신장율 및 높은 파열 강도를 가짐에 따라, 진공 스위치관(4)의 필수 절연 강도(dielectric strength)가 제공된다. 우수한 자체 접착성으로 인해, 더 오랜 작동 시간에 걸쳐 높은 환경 부하(environmental load)에 노출되는 경우에도 공기 갇힘 현상의 발생이 방지된다.
본 발명에서는 탄성 패드가 약 0.3cm 내지 3cm의 두께를 가짐에 따라, 형태 안정적 절연재 하우징(20) 내로 진공 스위치관을 더 간편하게 장착할 수 있다. 따라서 본 발명을 이용하면 예컨대 성형 프로세스에서 절연재 하우징(2)을 만드는 것이 가능하다. 그런 다음 접속 부재(3)를 고정 접촉 바(4)와 나사로 연결하고, 탄성 패드(10)를 채운다.
Claims (6)
- 내부에 스위치 관(switching tube)(4)이 배치된 형태 안정적인 비전도성 절연재 하우징(2)을 구비한 고체절연 차단기 극(1)으로서,상기 스위치 관은 고정 접점(fixed contact)뿐만 아니라 상기 고정 접점의 구동 측 반대편에 놓여 세로로 이동할 수 있게 가이드 되는 이동 접점(moving contact)을 포함하며, 상기 절연재 하우징(2)이 구동 측으로 개방됨에 따라 구동 운동이 상기 이동 접점으로 전달될 수 있고, 상기 스위치 관(4)과 절연재 하우징(2) 사이에 탄성 패드(10)가 배치되며,상기 탄성 패드(10)가 마모에 의해서만 분리될 수 있는, 상기 스위치 관 및 절연재 하우징과의 표면 접합을 이루도록 자체 접착 특성을 가짐으로써, 상기 스위치 관 및 절연재 하우징에서의 상기 탄성 패드의 표면 접착력은 상기 탄성 패드의 인열 저항(tear resistance) 및 인열 전파 저항(tear propagation resistance) 중 적어도 하나보다 더 큰,고체절연 차단기 극.
- 제1항에 있어서,상기 탄성 패드(10)의 자체 접착성은 비처리 표면들에서도 작용하는,고체절연 차단기 극.
- 제1항 또는 제2항에 있어서,상기 탄성 패드(10)는 적어도 20KV/mm의 파열 강도를 갖는,고체절연 차단기 극.
- 제1항 또는 제2항에 있어서,상기 탄성 패드(10)는 30 내지 40의 값에 해당되는 쇼어 00 또는 쇼어 A 등급의 낮은 경도를 갖는,고체절연 차단기 극.
- 제1항 또는 제2항에 있어서,상기 탄성 패드(10)는 120 내지 400%의 파단 신장률(elongation at break)을 갖는,고체절연 차단기 극.
- 제1항 또는 제2항에 있어서,상기 탄성 패드(10)는 무공성(non-porous)인,고체절연 차단기 극.
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