KR101368605B1 - 피뢰기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 비직선 저항체를 복수 적층한 피뢰기 내부 요소와, 피뢰기 내부 요소를 수용함과 함께, 내부에 절연성 가스를 수용한 통형상의 절연 용기와, 절연 용기의 한쪽의 단부에, 절연 용기 내로 노출하는 노출면이 형성되도록 설치되고, 피뢰기 내부 요소와 전기적으로 접속된 고전압측 도체와, 고전압측 도체의 노출면과 절연 용기의 내측면의 경계부를 적어도 덮는 절연성 수지층을 구비한 피뢰기를 제공한다.

Description

피뢰기{ARRESTER}

본 발명의 실시형태는 산화 아연을 주성분으로 하는 비직선 저항체를 구비하여, 송전선, 발전소, 변전소 등에 설치되는 피뢰기에 관한 것이다.

산화 아연 소자를 사용한 피뢰기는 전압 전류 비직선성, 방전내량 특성, 화학적 안정성 등이 우수한 특성을 갖는다. 최근에는, 보호 특성을 대폭으로 향상한 고성능 피뢰기가 개발되어, 발전소나 변전소 등에 설치되는 가스 절연 개폐 장치나 변압기 등을 이상 전압으로부터 보호하기 위해서 적용되고 있다.

이와 같은 피뢰기로서는, 절연 성능이 우수한 6불화 유황 가스를 봉입한 탱크형 피뢰기, 질소나 공기를 봉입한 애자형 피뢰기 및 폴리머형 피뢰기 등이 있다.

이 중에서 탱크형 피뢰기에 대해서는, 절연 매체로서 6불화 유황 가스를 적용함으로써 다른 개폐 장치 기기와 마찬가지로 대폭적인 소형화가 가능해지고, 이에 의해, 변전소 설비 등의 설치 면적의 축소 등에 큰 효과를 올려 왔다(예를 들어, 특허문헌 1 참조).

한편, 최근의 세계적인 환경 문제로의 관심의 고조로부터, 온난화 계수가 이산화탄소의 23900배인 6불화 유황에 대한 규제가 본격화되고 있어, 대체 가스를 사용한 변전 기기나 절연 가스를 사용하지 않는 변전 기기의 연구가 각 기관에서 진행되고 있다.

종래의 탱크형 피뢰기의 구성을 도 3을 참조해서 설명한다. 도 3에 도시한 바와 같이 산화 아연 소자(2)를 직렬로 적층한 피뢰기 내부 요소(1)가, 6불화 유황 가스로 이루어지는 절연성 가스(3)를 봉입한 수직 배치의 접지 탱크(5) 내에, 접지 탱크(5)와 동축형으로 수납, 배치되어 있다. 이 피뢰기 내부 요소(1)의 축방향의 일단(도 3중 상단부)은 절연 스페이서(4)로 지지된 고전압측 도체(6)를 거쳐, 도시하지 않은 변전소 모선에 접속되어 있다. 이 탱크형 피뢰기는 피뢰기 내부 요소(1)의 고압측에 산화 아연 소자(2)에 관한 전압 분담의 균일화를 도모하기 위한 실드(7)가 배치되고, 피뢰기 내부 요소(1)의 저압측에 대지 전위부가 접속되어 있다.

일본 특허 출원 공개 제2001-068308호 공보

상기와 같이 절연 특성이 우수한 6불화 유황 가스에 대해서는, 환경 부하의 저감의 관점으로부터 그 사용을 보류하는 것이 바람직하다. 그러나, 6불화 유황 가스를 사용하지 않을 경우, 각 부위의 전계 강도가 매우 높아져 운전 전압이나 이상 전압이 침입해 왔을 때에 절연 파괴를 일으키게 되어, 계통 사고로 연결될 가능성이 높다는 문제가 있다.

본 발명은, 이러한 종래의 사정에 대처해서 이루어진 것으로, 그 목적은 환경 부하의 저감을 도모할 수 있음과 함께, 고전계부의 전계를 억제 가능하고, 각종 전기적 스트레스에 견딜 수 있는 피뢰기를 제공하는 것에 있다.

본 발명의 피뢰기의 일 형태는, 비직선 저항체를 복수 적층한 피뢰기 내부 요소와, 상기 피뢰기 내부 요소를 수용함과 함께, 내부에 절연성 가스를 수용한 통형상의 절연 용기와, 상기 절연 용기의 한쪽의 단부에, 상기 절연 용기 내로 노출하는 노출면이 형성되도록 설치되고, 상기 피뢰기 내부 요소와 전기적으로 접속된 고전압측 도체와, 상기 고전압측 도체의 상기 노출면과 상기 절연 용기의 내측면의 경계부를 적어도 덮는 절연성 수지층을 구비한 것을 특징으로 한다.

도 1은 실시형태에 관한 피뢰기의 개략 구성을 도시하는 종단면도.
도 2는 다른 실시형태에 관한 피뢰기의 개략 구성을 도시하는 종단면도.
도 3은 종래의 탱크형 피뢰기의 일 예의 개략 구성을 도시하는 종단면도.

이하, 실시형태를 도면을 참조해서 설명한다.

도 1은 일 실시형태에 관한 피뢰기(100)의 개략 구성을 모식적으로 도시하는 종단면도이다. 도 1에 도시한 바와 같이, 본 실시형태에 관한 피뢰기(100)는 비직선 저항체인 원기둥 형상의 산화 아연 소자(2)를 복수 직렬로 적층해서 구성된 원기둥 형상의 피뢰기 내부 요소(1)를 구비하고 있다.

피뢰기 내부 요소(1)는, 원통형상으로 형성된 절연 용기(8)의 중앙부에, 절연 용기(8)와 동축적으로 수용되어 있다. 또한, 절연 용기(8) 내의 내부에는, 6불화 유황 가스에 비해 온난화 계수가 낮은 절연성 가스(3)가 수용되어 있다. 이 절연성 가스(3)로서는, 예를 들어 질소 또는 이산화탄소 또는 건조 공기 중 어느 하나 등을 사용할 수 있다.

절연 용기(8)는, 예를 들어 실리콘 수지, 에폭시 수지 등의 절연성 수지로 구성되어 있다. 절연 용기(8)의 외측에는, 도전성의 도료(9)가 도포되어 있고, 종래의 탱크형 피뢰기에 있어서의 접지 용기와 동등한 역할을 수행하도록 되어 있다.

이 절연 용기(8)의 일단(도 1 중 하측 단부)에는, 방압 장치(11)를 구비한 덮개(12)가 설치되어 있다. 이 덮개(12)에 의해, 절연 용기(8) 내의 기밀이 유지됨과 함께, 만일의 과부하로 피뢰기 내부 요소(1)가 파괴되어 절연 용기(8)의 내압이 상승해도, 방압 장치(11)에 의해 절연 용기(8) 내의 가스가 방출되어 압력 상승이 경감되어, 폭발적 비산을 일으키지 않도록 되어 있다.

한편, 절연 용기(8)의 타단(도 1 중 상측 단부)에는, 고전압측 도체(6)가 매설되어 있다. 이 고전압측 도체(6)는, GIS(가스 절연 개폐 장치) 접속 도체(13)와 전기적으로 접속되어 있고, GIS 접속 도체(13)를 통해서, 도시하지 않은 개폐 장치나 변압기에 전기적으로 접속되어 있다.

피뢰기 내부 요소(1)의 축방향의 일단(도 1 중 상측 단부)은 고전압측 도체(6)와 전기적으로 접속되어 있다. 그리고, 피뢰기 내부 요소(1)는, 고전압측 도체(6) 및 GIS 접속 도체(13)를 거쳐, 도시하지 않은 개폐 장치나 변압기에 전기적으로 접속되어 있다. 한편, 피뢰기 내부 요소(1)의 저압측(도 1 중 하측 단부)은 절연 용기(8)를 기밀하게 관통해서 대지 전위부와 전기적으로 접속되어 있다.

절연 용기(8)에 매설된 상기 고전압측 도체(6)는 피뢰기 내부 요소(1)의 상단과 전기적으로 접속됨과 함께, 피뢰기 내부 요소(1)의 상단부의 주위를 간격을 마련해 둘러싸도록 하측을 향해서 연장되어 있다. 따라서, 절연 용기(8) 내부의 천장면 및 천장면과 연속하는 상부 내벽면에는, 고전압측 도체(6)가 노출된 노출면이 형성되어 있다. 이와 같이 구성된 고전압측 도체(6)는 피뢰기 내부 요소(1)의 축방향을 따른 전압 분담을 컨트롤하는 역할도 수행하고 있다.

고전압측 도체(6)의 노출면과 절연 용기(8)의 내측면(내벽)의 경계 부분에서는 전계 스트레스가 매우 높아진다. 이 때문에, 고전압이 가해졌을 때에, 이 부분에서 절연 파괴가 발생할 가능성이 높다. 특히, 절연성 가스(3)로서 6불화 유황 가스가 아니고, 질소, 이산화탄소, 건조 공기 등을 사용했을 경우, 그 위험성이 높아진다.

이 때문에, 본 실시형태의 피뢰기(100)에서는, 고전압측 도체(6)의 노출면과 절연 용기(8)의 내벽의 경계 부분을 적어도 덮도록 절연성 수지층(10)이 배치되어 있다. 이 절연성 수지층(10)은, 예를 들어 실리콘 수지, 에폭시 수지 등으로 구성할 수 있다. 도 1에 도시하는 피뢰기(100)에서는, 절연 용기(8)의 상단부 부분에 있어서, 절연 용기(8) 내벽과 피뢰기 내부 요소(1) 사이에 절연성 수지를 충전함으로써 절연성 수지층(10)이 형성되어 있다. 따라서, 피뢰기 내부 요소(1)의 고전압측 부분의 외주면이 절연성 수지층(10)으로 덮인 상태로 되어 있다.

그러나, 절연성 수지층(10)은 고전압측 도체(6)의 노출면과 절연 용기(8)의 내벽의 경계 부분을 적어도 덮도록 배치되어 있으면 되고, 예를 들어 도 2에 도시하는 피뢰기(100a)와 같이, 절연성 수지층(10a)을 고전압측 도체(6)의 노출면과 절연 용기(8)의 내벽의 경계 부분을 따라 환형상으로 배치해도 된다. 이 경우, 예를 들어, 고전압측 도체(6)의 노출면과 절연 용기(8)의 내벽의 경계 부분을 따라 절연성 수지를 코팅함으로써, 절연성 수지층(10a)을 형성할 수 있다.

또한, 도 2에 도시하는 피뢰기(100a)에 있어서, 상기 절연성 수지층(10a) 이외의 부분에 대해서는, 도 1에 도시한 피뢰기(100)와 마찬가지로 구성되어 있으므로, 대응하는 부분에는 동일한 도면부호를 부여하여 중복된 설명은 생략한다.

이상과 같이 구성된 피뢰기(100), 피뢰기(100a)에서는, 절연성 가스(3)로서, 6불화 유황 가스에 비해 온난화 계수가 낮은 질소나 이산화탄소나 건조 공기를 사용했을 경우라도, 고전압이 가해졌을 때에 전계 스트레스가 매우 높아지는 고전압측 도체(6)의 노출면과 절연 용기(8)의 내벽의 경계 부분에 있어서 절연 파괴가 발생할 가능성을 대폭으로 저감할 수 있다. 즉, 고전계 부위에 있어서의 절연 파괴 레벨을 높일 수 있다. 이에 의해, 각종 전기적 스트레스에 견디는 것이 가능해지고, 피뢰기의 소형화, 경량화도 도모할 수 있다.

상기의 피뢰기(100), 피뢰기(100a)에 있어서, 절연성 수지층(10), 절연성 수지층(10a)을 형성할 때에, 절연성 수지중에 전계 완화 효과가 높은 산화 아연 배리스터(varistor) 분말을 혼합해도 된다. 이와 같이, 절연성 수지중에 산화 아연 배리스터 분말을 혼합하면, 전계 완화 효과에 의해 또한 절연 파괴 레벨을 높일 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 실시형태에 관한 피뢰기(100), 피뢰기(100a)에서는, 절연성 가스(3)로서, 6불화 유황 가스에 비해 온난화 계수가 낮은 질소나 이산화탄소나 건조 공기를 사용해도, 고전계 부위에 있어서의 절연 파괴 레벨을 확보할 수 있고, 6불화 유황 가스를 사용하지 않음으로써 환경 부하의 저감을 도모할 수 있다. 또한, 피뢰기의 소형, 경량화를 도모할 수 있고, 피뢰기 자체의 비용 저감은 물론, 피뢰기를 적용하는 변전소 전체의 비용 저감을 도모할 수도 있다.

본 발명의 몇 개의 실시형태를 설명했지만, 이들의 실시형태는 예로서 제시한 것이며, 발명의 범위를 한정하는 것은 의도하지 않고 있다. 이들 신규인 실시형태는, 그 밖의 여러가지 형태로 실시되는 것이 가능하고, 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위에서 여러가지의 생략, 치환하고, 변경을 행할 수 있다. 이들 실시형태나 그 변형은 발명의 범위나 요지에 포함됨과 함께, 특허청구의 범위에 기재된 발명과 그 균등한 범위에 포함된다.

Claims (6)

1. 피뢰기로서,
   비직선 저항체를 복수 적층한 피뢰기 내부 요소와,
   상기 피뢰기 내부 요소를 수용함과 함께, 내부에 절연성 가스를 수용한 통형상의 절연 용기와,
   상기 절연 용기의 한쪽의 단부에, 상기 절연 용기 내로 노출하는 노출면이 형성되도록 설치되고, 상기 피뢰기 내부 요소와 전기적으로 접속된 고전압측 도체와,
   상기 고전압측 도체의 상기 노출면과 상기 절연 용기의 내측면의 경계부를 적어도 덮는 절연성 수지층을 구비한 것을 특징으로 하는 피뢰기.
2. 제1항에 있어서, 상기 절연 용기 내에 수용된 절연 가스가 질소 또는 이산화탄소 또는 건조 공기 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 피뢰기.
3. 제1항에 있어서, 상기 절연성 수지층 중에 산화 아연 배리스터(varistor) 분말이 혼합되어 있는 것을 특징으로 하는 피뢰기.
4. 제2항에 있어서, 상기 절연성 수지층 중에 산화 아연 배리스터 분말이 혼합되어 있는 것을 특징으로 하는 피뢰기.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 절연성 수지층은, 상기 절연 용기와 상기 피뢰기 내부 요소의 고전압측 부분 사이에 절연성 수지를 충전해서 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 피뢰기.
6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 절연성 수지층은, 상기 고전압측 도체의 상기 노출면과 상기 절연 용기의 내측면의 경계부를 따라 환형상으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 피뢰기.

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