KR101720237B1 - 콘덴서 부싱 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 콘덴서 부싱과 그 제조방법에 대한 것이다. 본 발명의 콘덴서 부싱은 중심도체(10)의 외면에 절연성 섬유(22)를 감아 절연층(20)을 형성하고, 상기 절연층(20)의 사이사이에 도전성 섬유(32)를 두어 도전층(30)을 형성한다. 상기 도전성 섬유(32)를 구성하는 위사(34)와 경사(36)는 심선(37)의 표면에 제1코팅층(38)과 제2코팅층(38')을 차례로 형성하여 만들어진다. 상기 절연성 섬유(22)와 도전성 섬유(32)의 위사(24)(34)와 경사(26)(36)는 상기 중심도체(10)의 길이방향에 대해 경사지게 연장된다. 상기 위사(24)(34)와 경사(26)(36)는 다각형 또는 원형을 형성한다. 상기 중심도체(10)의 외면에 절연층(20)과 도전층(30)을 형성한 것을 금형 내에 투입하여 충진층(40)을 형성하는데, 상기 금형 내를 진공으로 유지하면서 충진층(40)을 형성하기 위한 에폭시 수지를 주입한다. 상기 충진층(40)을 경화하는 과정에서는 상기 금형 내에 공기압을 주어 압력을 제공하면서 열을 가하게 된다. 이와 같은 본 발명에 의하면 충진층(40)의 내부에 기포가 발생하거나 틈새가 발생하는 것이 방지되는 이점이 있다.

Description

콘덴서 부싱 및 그 제조방법{Bushing for condenser and making method of the same}

본 발명은 콘덴서 부싱 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 중심도체를 감싸는 절연층의 사이에 도전성섬유로 만들어진 도전층을 두어 만들어지는 콘덴서 부싱 및 그 제조방법에 관한 것이다.

전력기기에서는 외부전원(전력선로)과 연결하기 위하여 부싱(bushing)을 사용하는데, 부싱은 절연거리를 길게 가지고자 쉐드(shed)를 가진 외피의 절연체를 두기도 하고, 중심도체를 감싸면서 전계를 완화시키기 위하여 도전층을 절연지에 겹겹이 감은 콘덴서로 구성된다. 상기 절연지와 도전층의 사이 및 절연지와 도전층을 감싸도록 에폭시 수지를 충진하게 된다.

여기서, 절연지를 사용함으로 인해, 상기 에폭시 수지가 상기 중심도체의 위치까지 내부에 충분히 채워지도록 충진되지 않을 수가 있고, 에폭시의 팽창과 수축정도와 절연지의 팽창과 수축정도가 다르기 때문에 콘덴서 부싱을 제조하는 과정에서 에폭시 수지와 절연지 사이에 틈새가 많이 발생하는 문제점이 있다.

상기 도전층으로는 일반적으로 알루미늄 박막을 사용하는데, 알루미늄 박막 역시 절연지와 같이 에폭시 수지와는 팽창과 수축 정도가 다르고 알루미늄 박막과 에폭시 수지 사이의 결합력이 약하여 에폭시 수지의 열팽창과 경화시 수축 및 팽창에 따른 성형성에서 불리한 문제점이 있다.

상기 알루미늄 박막은 에폭시의 충진에 방해되는 요소가 됨과 동시에 절단시에 생긴 날카로운 형상 부분에서 전계가 집중되는 문제도 가지고 있다.

그리고, 에폭시 수지가 내부로 까지 충분히 충진되지 않는 상기 절연지의 문제를 해결하기 위해 합성섬유를 사용하는데, 상기 합성섬유 역시 팽창과 수축의 정도가 에폭시 수지와 차이가 있다. 특히 부싱의 길이방향으로 에폭시 수지의 팽창과 수축이 가장 큰데, 합성섬유를 구성하는 위사나 경사가 부싱의 길이방향으로 연장되므로 인해, 에폭시 수지와 합성섬유의 사이에서도 팽창과 수축에 따른 문제가 발생하게 된다.

그리고, 에폭시 수지는 열에 의해서 팽창했다가 수축하는데, 에폭시 수지를 충진하는 과정에서 팽창시에 내부에 기포가 있으면 기포가 커지면서 내부에 충진층이 완벽하게 채워지지 않게 되는 문제도 있다.

유럽공개번호 EP 017719866aA1 미국공개번호 2008-0179077

본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 콘덴서 부싱을 구성하는 절연층, 충진층 및 도전층의 상대적인 팽창과 수축정도의 차이가 최소화되도록 하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 절연층과 도전층을 형성한 상태에서 충진층을 형성할 때 충진층을 형성하는 물질이 절연층과 도전층을 통과하여 균일하게 형성될 수 있도록 하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 콘덴서 부싱을 구성하는 충진층에 기포가 발생하는 것을 방지하는 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명은 소정의 길이를 가지는 중심도체와, 상기 중심도체의 외면에 절연성 섬유가 감아져 형성되고 상기 절연성 섬유를 구성하는 위사와 경사가 상기 중심도체의 길이방향에 경사지게 연장되는 절연층과, 상기 절연층의 사이에 위치되는 것으로 도전성 섬유로 구성되는 도전층과, 상기 절연층과 중심도체의 사이, 절연층의 사이 상기 절연층과 도전층의 사이에 에폭시 수지가 충진되어 형성되는 충진층을 포함하고, 상기 도전성 섬유를 구성하는 위사와 경사가 상기 중심도체의 길이방향에 경사지게 연장되도록 직조된다.

상기 도전성 섬유는 절연성의 심선의 외면에 제1코팅층과 제2코팅층이 차례로 형성되는 위사와 경사로 만들어진다.

상기 절연성 섬유와 도전성 섬유는 위사와 경사가 원형 또는 다각형으로 직조된다.

상기 절연성 섬유와 도전성 섬유는 위사와 경사가 육각형으로 직조된다.

상기 충진층을 형성하는 에폭시 수지에는 무기충진재가 0 ~ 50중량%까지 혼합된다.

상기 무기충진재로는 실리카나 알루미나가 사용된다.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 본 발명은 중심도체의 외면에 절연성 섬유를 감는 절연층 형성단계와, 상기 절연층의 사이사이에 도전성 섬유를 두어 도전층을 형성하는 도전층 형성단계와, 상기 중심도체의 외면에 감아진 절연층의 사이에 도전층이 위치된 것이 금형내에 위치시키는 단계와, 상기 금형 내를 진공으로 유지하면서 충진층을 형성하는 재료를 주입하는 충진층 형성단계와, 상기 금형 내에 충진층을 형성하는 재료의 주입이 완성된 상태에서 상기 금형 내에 압력을 가하면서 열을 가해 충진층을 형성하는 충진층 경화단계를 포함하고, 상기 도전성 섬유와 절연성 섬유는 그 위사와 경사가 상기 중심도체의 길이방향에 경사지게 연장되게 감아진다.

충진층을 형성하는 재료는 에폭시 수지인데, 무기충진재를 0 ~ 70중량% 사이만큼 혼합한다.

상기 충진층 경화단계 이후에는 상기 충진층을 냉각하는 단계를 더 수행한다.

본 발명에 의한 콘덴서 부싱 및 그 제조방법에서는 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.

본 발명에서는 중심도체를 둘러싸는 절연층을 절연성 재질로 만들어진 위사와 경사로 직조된 합성섬유를 사용하고, 상기 절연층의 사이에 위치하는 도전층은 도전성물질이 코팅된 위사와 경사로 직조된 도전성 섬유를 사용하며, 특히 위사와 경사가 상기 중심도체의 길이방향에 대해 경사지게 연장되도록 배치함에 의해 에폭시수지로 만들어지는 충진층의 형성시에 에폭시 수지의 열팽창과 성형수축과 함께 절연층과 도전층을 구성하는 물질도 함께 팽창과 수축을 할 수 있어 부싱의 품질이 균일하게 만들어지는 효과가 있다.

그리고, 본 발명에서는 중심도체를 둘러싸는 절연층과 상기 절연층의 사이 사이에 형성되는 도전층이 모두 위사와 경사로 직조된 섬유로 만들어지므로 에폭시수지를 사용하는 충진층의 형성시에 절연층과 도전층을 통과하여 골고루 충진층이 설계된 대로 형성되는 효과를 얻을 수 있다.

또한, 본 발명에서 충진층을 형성하는 에폭시수지에 무기충진재를 50중량% 까지 혼합하여 절연성을 최대로 높였으므로, 부싱의 절연성능이 상대적으로 높아지는 효과도 있다.

본 발명에서는 에폭시 수지를 충진하는 과정에서 중심도체에 절연층을 형성하고 상기 절연층의 사이 사이에 도전층을 둔 것을 금형 내에 넣고 진공상태에서 에폭시수지를 충진하고 에폭시 수지의 경화를 위해 열을 가할 때도 공기압으로 압력을 가하므로 충진층의 내부에 기포가 발생하는 것이 방지되는 효과도 있다.

도 1은 본 발명에 의한 콘덴서 부싱의 내부 구성을 보인 단면도.
도 2는 본 발명 실시례에서 중심도체에 절연층을 구성하는 절연성 섬유를 감는 것을 설명하는 설명도.
도 3은 본 발명 실시례에서 도전층을 형성하는 도전성 섬유의 구성을 보인 보인 사시도 및 확대도.
도 4는 본 발명에 의한 콘덴서 부싱의 제조방법의 바람직한 실시례를 보인 순서도.

이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

또한, 본 발명의 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

도면들에 도시된 바에 따르면, 부싱의 중앙에는 중심도체(10)가 있다. 상기 중심도체(10)는 도전성 재질로 만들어져 전류가 흐르게 된다. 상기 중심도체(10)를 둘러싸도록 절연층(20)이 형성된다. 상기 절연층(20)은 절연성 섬유(22)로 만들어지는데, 상기 절연성 섬유(22)는 위사(24)와 경사(26)가 서로 교차하여 직조된다.

상기 위사(24)와 경사(26)가, 도시된 예에서는, 대략 사각형을 만들게 되는데, 상기 위사(24)와 경사(26)가 형성하는 사각형의 한 변의 길이는 적어도 0.5mm 이상이고 1mm보다는 작아야 한다. 이는 위사(24)와 경사(26)가 형성하는 사각형이 일정 이상의 면적을 가져야 에폭시 수지가 통과할 수 있기 때문이다. 이를 위해서 위사(24)와 경사(26)가 형성하는 사각형의 한 변이 0.5mm보다는 크게 한다. 그리고, 상기 사각형의 한 변의 길이가 1mm보다 크게 되면 절연층(20)의 절연성능이 떨어지기 때문에 1mm보다는 작게 한다.

상기 절연성 섬유(22)의 두께는 0.2mm에서 0.5mm 사이의 값이 좋다. 이는 0.2mm 보다 얇으면 절연성 섬유(22)를 취급하기가 어렵고, 0.5mm보다 크면 전체 부싱의 크기가 커지는 문제점이 있기 때문이다.

한편, 상기 절연성 섬유(22)가 상기 중심도체(10)에 감아질 때, 상기 중심도체(10)의 길이방향(화살표 A방향)에 대해서 상기 위사(24)와 경사(26) 모두가 경사지게 되도록 한다. 즉, 위사(24)나 경사(26)중 어느 하나도 중심도체(10)의 길이방향과 평행한 것이 없이, 도 2에 도시된 바와 같이 된다. 이는 상기 위사(24)나 경사(26)중 하나의 연장방향이 상기 중심도체(10)의 길이방향과 평행하게 되면, 위사(24)나 경사(26)의 중심도체(10)의 길이 방향으로의 이동이 이루어 지지 않기 때문이다. 그 이유는 아래에서 설명될 에폭시 수지는 중심도체(10)의 길이방향으로 가장 많이 팽창되고 수축되는데, 상기 에폭시 수지의 팽창과 수축에 따라 상기 절연성 섬유(22)도 함께 팽창과 수축을 하여야 절연층(20)과 충진층(40) 사이에 틈새가 발생하지 않기 때문이다.

이와 관련해서 상기 절연성 섬유의 위사(24)와 경사(26)가 반드시 사각형을 형성할 필요는 없다. 상기 위사(24)와 경사(26)가 원형을 형성하거나 육각형을 형성할 수도 있다. 원형이나 육각형을 형성하는 경우에도 중심도체(10)의 길이방향에 대해 평행하지 않도록 하면 절연성 섬유가 에폭시 수지의 팽창과 수축 시에 신축이 거의 같이 될 수 있다. 즉, 위사(24)와 경사(26)가 직조되는 것이 원형이나 다각형상으로 되더라도, 중심도체(10)의 길이방향에 대해 경사질 수 있으면 된다. 상기 절연성 섬유(22)는 폴리에스테르 섬유, 폴리에틸렌-나프테네이트 섬유가 사용될 수 있다.

도전층(30)은 상기 절연층(20)의 사이에 위치되는 것이다. 상기 도전층(30)은 상기 절연층(20)의 사이에서 소정의 간격을 가지고 배치된다. 상기 도전층(30)을 구성하는 것은 도전성 섬유(32)이다. 상기 도전성 섬유(32)의 구성은 도 3에 잘 도시되어 있다. 상기 도전성 섬유(32)도 상기 절연성 섬유(22)와 같이, 위사(34)와 경사(36)가 서로 교차하면서 직조된다. 상기 도전성 섬유(32)의 위사(34)와 경사(36)가 만들어내는 사각형도 한 변의 길이가 0.5mm에서 1mm 사이로 된다. 이는 상기 절연성 섬유(22)의 구성에서와 같은 이유이다. 참고로, 한 변의 길이가 1mm이상이 되면 도전성능이 떨어질 수 있다. 상기 도전층(30)을 형성하는 상기 도전성 섬유(32)도 위사(34)와 경사(36)가 만들어내는 형상이 사각형 외에 원형이나 육각형으로도 될 수 있다. 즉 위사(34)와 경사(36)가 중심도체(10)의 길이방향에 대해 경사지게 연장될 수 있으면 다각형 등 다양한 형태로 될 수 있다.

상기 도전성 섬유(32)를 구성하는 위사(34)와 경사(36)는, 도 3에 확대도로 도시된 바와 같이, 심선(37)의 외면에 제1코팅층(38)과 제2코팅층(38')이 차례로 형성되어 구성된다. 상기 제1코팅층(38)은 구리나 구리합금으로 구성되고, 상기 제2코팅층(38')은 주로 니켈로 구성되는데, 금이나 은을 사용하여도 된다.

도전성 섬유(32)의 두께 3마이크로 미터에서 100마이크로미터 사이의 값인데, 10 ~ 30마이크로미터 정도의 것을 사용하는 것이 취급 상 가장 좋다.

다음으로, 충진층(40)은 상기 중심도체(10)의 외면에 감겨지는 절연층(20)과 도전층(30)의 사이에 형성된다. 물론, 상기 충진층(40)은 상기 중심도체(10)와 절연층(20)의 사이, 상기 도전층(30)과 절연층(20)의 사이 그리고 상기 절연층(20)과 도전층(30) 모두를 감싸도록 형성된다.

상기 충진층(40)은 에폭시 수지로 만들어진다. 상기 충진층(40)을 형성하는 에폭시 수지에는 무기충진재가 혼합될 수 있다. 상기 무기충진재로는 실리카나 알루미나가 사용될 수 있다. 상기 무기충진재는 50중량% 정도까지 혼합하는 것이 좋다. 물론, 무기충진재를 섞지 않아도 되나, 절연성능을 더 높이기 위해서는 무기충진재를 섞는다. 그리고 절연성능이 가장 좋기로는 무기충진재가 50중량% 에폭시 수지에 혼합되는 경우이다.

이와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 부싱은 다음과 같은 과정을 통해 제조된다.

도 4에 도시된 바와 같이, 먼저, 중심도체(10)의 외면을 둘러서 절연성 합성섬유(22)를 여러 층으로 감는다.(단계100) 상기 합성섬유(22)가 절연층(20)을 형성하게 된다. 상기 합성섬유(22)를 중심도체(10)에 감는 과정에서 상기 합성섬유(22)를 구성하는 위사(24)와 경사(26)가 상기 중심도체(10)의 길이방향에 대해 경사지게 위치되도록 감는다.

상기 합성섬유(22)를 감는 과정에서 상기 합성섬유(22)가 형성하는 절연층(20)의 사이 사이에 도전층(30)이 형성된다. 이를 위해 상기 도전층(30)을 형성하는 도전성 섬유(32)를 상기 절연층(20)을 형성하는 과정에서 절연층(20)의 사이사이에 위치시킨다.(단계200) 상기 도전층(30)도 상기 절연층(20)의 사이에 안착되는 과정에서 상기 도전성 섬유(32)를 구성하는 위사(34)와 경사(36)가 중심도체(10)의 길이방향에 경사지게 연장되도록 한다.

이와 같이 중심도체(10)에 절연성 합성섬유(22)와 도전성 섬유(32)를 감은 것을 금형 내에 넣는다.(단계 300) 상기 금형의 내부는 진공상태를 유지하도록 한다.(단계 400) 이를 위해서 상기 금형의 캐비티 내부를 진공라인과 연통시켜 캐비티를 진공으로 만들어준다. 이와 같이 금형 내부를 진공상태로 유지하는 것은 상기 절연층(20), 도전층(30) 그리고 절연층(30) 및 이들 사이에 기포가 발생하는 것을 방지하기 위함이다.

상기 금형 내부를 진공상태로 유지하면서 상기 충진층(40)을 형성하는 에폭시 수지를 주입한다.(단계 500) 상기 충진층(40)을 형성하는 에폭시 수지를 금형 내에 충진한 후에는 공기압으로 3 ~ 5bar의 압력으로 가압하면서 가열하여 충진층(40)을 경화시킨다.(단계 600) 이와 같이 압력을 가하면서 가열하여 에폭시 수지를 경화함에 의해 내부에 기포가 발생하는 것을 방지하게 된다. 상기 에폭시 수지를 가열하는 온도는 섭씨 120도에서 130도 정도이다. 상기 충진층(40)의 경화가 완성되면 냉각을 시키게 된다.(단계 700) 냉각과정은 상기 금형 내에서 진행할 수도 있고, 별도의 공간에서 수행할 수도 있다.

다음으로는 공작기계에서의 가공을 통해 원하는 모양으로 성형한다.(단계 800) 그리고, 외면에 쉐드(Shed)가 필요한 경우에는 금형에 인서트하여 실리콘고무를 성형하여 쉐드를 만들게 된다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

10: 중심도체 20: 절연층
22: 절연성 섬유 24: 위사
26: 경사 30: 도전층
32: 도전성 섬유 34: 위사
36: 경사 37: 심선
38: 제1코팅층 38': 제2코팅층
40: 충진층 50: 플랜지
52: 쉐드

Claims (11)

1. 소정의 길이를 가지는 중심도체와,
   상기 중심도체의 외면에 절연성 섬유가 감아져 형성되고 상기 절연성 섬유를 구성하는 위사와 경사가 상기 중심도체의 길이방향에 경사지게 연장되는 절연층과,
   상기 절연층의 사이에 위치되는 것으로 도전성 섬유로 구성되는 도전층과,
   상기 절연층과 중심도체의 사이, 절연층의 사이 상기 절연층과 도전층의 사이에 에폭시 수지가 충진되어 형성되는 충진층을 포함하고,
   상기 도전성 섬유를 구성하는 위사와 경사가 상기 중심도체의 길이방향에 경사지게 연장되도록 직조되는 콘덴서 부싱.
   
2. 제 1 항에 있어서, 상기 도전성 섬유는 절연성의 심선의 외면에 제1코팅층과 제2코팅층이 차례로 형성되는 위사와 경사로 만들어지는 콘덴서 부싱.
   
3. 제 2 항에 있어서, 상기 절연성 섬유와 도전성 섬유는 위사와 경사가 원형 또는 다각형으로 직조되는 콘덴서 부싱.
   
4. 제 3 항에 있어서, 상기 절연성 섬유와 도전성 섬유는 위사와 경사가 육각형으로 직조되는 콘덴서 부싱.
   
5. 제 1 항에 있어서, 상기 충진층을 형성하는 에폭시 수지에는 무기충진재가 0 ~ 50중량%까지 혼합되는 콘덴서 부싱.
   
6. 제 5 항에 있어서, 상기 무기충진재로는 실리카나 알루미나가 사용되는 콘덴서 부싱.
   
7. 삭제
8. 중심도체의 외면에 절연성 섬유를 감는 절연층 형성단계와,
   상기 절연층의 사이사이에 도전성 섬유를 두어 도전층을 형성하는 도전층 형성단계와,
   상기 중심도체의 외면에 감아진 절연층의 사이에 도전층이 위치된 것이 금형내에 위치시키는 단계와,
   상기 금형 내를 진공으로 유지하면서 충진층을 형성하는 재료를 주입하는 충진층 형성단계와,
   상기 금형 내에 충진층을 형성하는 재료의 주입이 완성된 상태에서 상기 금형 내에 압력을 가하면서 열을 가해 충진층을 형성하는 충진층 경화단계를 포함하고,
   상기 도전성 섬유와 절연성 섬유는 그 위사와 경사가 상기 중심도체의 길이방향에 경사지게 연장되게 감아지는 콘덴서 부싱의 제조방법.
   
   
9. 삭제
10. 제 8 항에 있어서, 충진층을 형성하는 재료는 에폭시 수지인데, 무기충진재를 0 ~ 70중량% 사이만큼 혼합하는 콘덴서 부싱의 제조방법.
    
11. 제 8 항 및 제 10 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 충진층 경화단계 이후에는 상기 충진층을 냉각하는 단계를 더 수행하는 콘덴서 부싱의 제조방법.
    

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