KR101860439B1 - 가스 절연 개폐기의 전극 장치 - Google Patents

가스 절연 개폐기의 전극 장치 Download PDF

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Abstract

가스 절연 개폐기의 전극 장치가 개시된다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 가스 절연 개폐기의 전극 장치는 케이스 내부에 위치된 도체 외측의 표면층에 대한 전계를 완화하기 위해 제1 유전율로 코팅이 이루어진 제1 코팅층; 및 상기 제1 코팅층의 외측에 형성되고 상기 제1 유전율보다 상대적으로 낮은 제2 유전율로 코팅이 이루어진 제2 코팅층을 포함한다.

Description

가스 절연 개폐기의 전극 장치{Electrode device for gas-insulated switchgear}
본 발명은 케이스의 내부에 배치된 도체의 안정적인 절연내력을 확보하기 위해 서로 다른 유전율로 이루어진 코팅층을 상기 도체에 형성하여 전계가 집중되는 형상을 최소화하기 위한 것으로서, 보다 상세하게는 가스 절연 개폐기의 전극 장치에 관한 것이다.
일반적으로 최근 산업의 발달로 인한 전력 수요의 급증에 따라 전력 계통도 대용량, 초고압화 되어가고 있으며, 이에 따른 전력 설비의 안정화 및 신뢰도는 매우 중요한 사항으로 대두되고 있다. 전력 수요의 급증에 따른 초고압 변전 설비는 용지 확보의 곤란, 유지 보수 비용의 과다, 안전성 확보 등의 이유로 주회로 계통은 밀폐, 은폐화되고 제어 계통은 전자화되는 추세로 급속도로 변화되고 있으며, 이러한 추세에 따라 기존의 공기 또는 유류 절연형 변전설비는 가스 절연형 변전 설비로 교체되어 가고 있다.
가스 절연 개폐 장치(GIS: Gas Insulated Switchgear)는 차단기, 단로기, 접기 개폐기 등의 개폐 설비와, 변성기, 피뢰기, 주 회로 모선 등을 금속제 압력 용기 내에 일괄 수납하고, 충전부는 고체 절연물(spacer)로 지지하고 있으며 탱크 내부에는 절연 성능과 소호 능력이 우수한 SF6　가스를 절연 매체로 하여 충진 밀봉한 변전 설비 시스템을 말한다.
이러한 가스 절연 개폐 장치는 기존에 분리 구성되어 있던 단로기, 차단기, 접지 개폐기 등을 일체형으로 유니트화 함으로써, 장치의 관리를 효율적으로 할 수 있음은 물론 장치의 점유 용적 및 용지를 최소화할 수 있는 특징을 가지며, 최근 가스 절연 개폐 장치의 수요 급증에 따라 관련 분야의 기술 개발이 매우 활발하게 진행되고 있다.
특히 차단기의 외함 내부 절연력을 확보하기 위해 도체부 또는 전계 집중부에 절연 코팅을 실시하여 전계가 집중되는 것을 방지하기 위해 노력하고 있으나, 상기 절연 코팅을 위한 소재는 1Layer 코팅이 적용된 절연소재로서 안정적인 절연이 이루어지지 않는 문제점이 유발되었다.
특히 상기 가스 절연 개폐 장치에 대한 설치비용과 제작비용에 대한 감소를 위해 가스 절연 개폐 장치의 사이즈가 지속적으로 축소되면서 설비간에 배치된 간격이 상대적으로 가까워지게 되었고 이로 인해 전계가 집중되면서 가스 절연 성능이 우수한 기체 절연층의 주입에도 불구하고 절연이 안정적으로 이루어지지 않는 문제점이 발생되었다.
또한 종래의 도체부에 이루어진 절연 코팅은 상기 도체부의 표면 거칠기에 의해 발생되는 전계는 고려하지 않은 상태로 이루어지면서 전계가 집중되는 현상을 안정적으로 차단하지 못하는 문제점이 유발되어 이에 대한 대책이 필요하게 되었다.
대한민국공개특허 제10-2010-0077747호
본 발명의 실시 예들은 가스 절연 개폐 전극의 도체에 대한 전계가 집중되지 않고 절연 가스의 전계 강도를 약화시켜 안정적인 절연 내력을 유지할 수 있는 가스 절연 개폐기의 전극 장치를 제공하고자 한다.
본 발명에 의한 가스 절연 개폐기의 전극 장치는 케이스 내부에 위치된 도체의 표면층에 대한 전계를 완화하기 위해 3.0 이상 9.0 이내의 제1 유전율로 이루어지고 산화알루미늄이 사용되는 제1 코팅층; 및 상기 제1 코팅층의 외측에 형성되고 상기 제1 유전율보다 상대적으로 낮은 2.0 이상 5.0 이내의 제2 유전율로 이루어지고 폴리테트라 플루오로에틸렌이 사용되는 제2 코팅층을 포함하고, 상기 제1 코팅층은 코팅된 두께가 최소 3 마이크로 미터 이상 최대 1미리 이내로 형성되고, 상기 제2 코팅층은 코팅된 두께가 상기 제1 코팅층에 비해 상대적으로 두꺼운 최소 30 마이크로 미터 이상 최대 10 미리 이내로 형성되며, 상기 제1코팅층의 제1유전율과 제2코팅층의 제2유전율의 차이는 적어도 1이상이다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 본 발명은 케이스 내부에 위치된 도체의 표면층에 대한 전계를 완화하기 위해 9.0의 제1 유전율로 이루어진 제1 코팅층; 및 상기 제1 코팅층의 외측에 형성되고 상기 제1 유전율보다 상대적으로 낮은 2.1의 제2 유전율로 이루어진 제2 코팅층을 포함하되, 상기 제2 코팅층은 상기 제1 코팅층에 비해 상대적으로 두꺼운 두께로 코팅이 이루어진다.
상기 제1 코팅층에 사용되는 유전 물질은 산화알루미늄이 사용된다.
상기 제2 코팅층에 사용되는 유전 물질은 폴리테트라 플루오로에틸렌 (polytetrafluoroethylene)이 사용되는 것이다.
본 발명에서는 도체의 표면 거칠기를 최소화하여 제1,2 코팅층의 코팅 부착력이 향상되고, 서로 다른 유전율로 코팅층을 형성하여 상기 도체에서 전계가 집중되는 현상을 최소화할 수 있고 케이스 내부에 주입된 절연 가스의 최대 전계를 완화시켜 절연 내력을 향상시킬 수 있다.
본 발명에서는 케이스의 사이즈가 작아지고 도체들 간의 간격이 근접 배치되는 경우에도 절연 내력이 안정적으로 유지되어 절연 파괴 전압을 최소화 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 의한 가스 절연 개폐기의 전극 장치가 설치된 일 예를 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 제1 실시 예에 의한 가스 절연 개폐기의 전극 장치의 종 단면도.
도 3은 본 발명의 제1 실시 예에 의한 가스 절연 개폐기의 전극 장치와 실험군들간의 거리에 따른 전계 강도를 도시한 그래프.
도 4는 본 발명의 제2 실시 예에 의한 가스 절연 개폐기의 전극 장치의 종 단면도.
도 5는 본 발명의 제3 실시 예에 의한 가스 절연 개폐기의 전극 장치의 종 단면도.
본 발명의 제1 실시 예에 의한 가스 절연 개폐기의 전극 장치(1)는 절연 가스가 주입된 케이스 내부에 위치된 버스 바 컨덕터(bus bar conductor) 또는 부싱 컨덕터(Bushing conductor) 중의 어느 하나 또는 절연가스가 주입된 케이스 내부에서 고전압으로 인한 전계를 완화하기 위한 다른 용도로 사용되는 모든 구성품에 적용시켜 사용가능하며 도면에 도시된 형태에 한정하지 않는다.
참고로 도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 의한 가스 절연 개폐기의 전극 장치가 설치된 일 예를 도시한 도면 이고, 도 2는 본 발명의 제1 실시 예에 의한 가스 절연 개폐기의 전극 장치의 종 단면도 이며, 도 3은 본 발명의 제1 실시 예에 의한 가스 절연 개폐기의 전극 장치와 실험군들간의 거리에 따른 전계 강도를 도시한 그래프 이다.
첨부된 도 1 내지 도 2를 참조하면, 가스 절연 개폐기의 전극 장치(1)는 도체(2)의 표면층에 각기 서로 다른 유전율을 갖는 제1 코팅층(10)과 제2 코팅층(20)이 코팅되는데, 상기 제1 코팅층(10)은 도체(2) 외측의 표면층에 대한 전계를 완화하기 위해 제1 유전율로 코팅이 이루어지고, 상기 제2 코팅층(20)은 상기 제1 코팅층의 외측에 형성되고 상기 제1 유전율보다 상대적으로 낮은 제2 유전율로 코팅이 이루어진다.
특히 본 실시 예는 제1 코팅층(10)과 제2 코팅층(20)의 유전율이 서로 상이한데, 상기 제1 코팅층(10)에 형성된 제1 유전율은 최소 3.0 이상 최대 9.0 이내로 형성되고, 상기 제2 유전층의 제2 유전율은 최소 2.0 이상 최대 5.0 이내로 형성된다.
여기서 제1 유전율이 제2 유전율에 비해 상대적으로 큰 유전율을 갖는 이유는 상기 도체(2)의 표면층에서의 전계를 상대적으로 완화시켜 절연 가스가 주입된 케이스의 내부로 전계가 확산되는 것을 최소화하기 위해서이다.
상기 제2 유전층은 제2 유전율로 구성되고 상기 절연 가스에서 발생되는 전계를 낮추기 위해 위와 같은 범위값을 갖는데, 이와 같이 서로 다른 유전율로 구성될 경우 케이스 내부에 위치된 특정 도체에서 전계가 집중되는 경우에도 안정적인 절연 성능이 유지되어 절연 가스의 최대 전계를 감소시킬 수 있기 때문이다.
특히 케이스의 크기가 점점 작아지면서 다수개의 도체들간의 배치 간격이 서로 간에 가까워지므로 절연 가스를 통한 안정적인 절연 분위기를 유도함과 동시에 도체의 표면층에 서로 다른 유전율을 갖는 코팅층을 형성하여 전극을 보호하는 것이 더욱 유리하기 때문이다.
제1 코팅층(10)은 전술한 제1 유전율의 범위 이내에서 다양하게 선택되는데, 최소 3.0의 의미는 케이스의 내부에 배치된 도체의 개수가 적은 상태이거나, 다수개의 도체들간의 이격 거리가 상대적으로 충분히 이격될 경우에 해당되고, 9.0의 의미는 케이스의 내부에 배치된 도체의 개수가 많은 상태이거나, 다수개의 도체들간의 이격 거리가 상대적으로 가깝게 배치될 경우일 수 있으나 이격 거리가 존재하는 경우에도 9.0의 유전율로 제1 코팅층(10)을 구성하는 것도 가능함을 밝혀둔다.
제1 코팅층(10)에 사용되는 유전 물질은 산화알루미늄 또는 에폭시 레진(epoxy resin) 중의 어느 하나가 선택적으로 사용되는데, 상기 산화알루미늄은 부식과 마모에 강한 저항력을 가지고 있고 절연체로 주요 사용되는 재질로서 가공이 용이한 특징을 가지고 있다.
제1 코팅층(10)은 코팅된 두께(d1)가 최소 3 마이크로 미터 이상 최대 1미리 이내로 형성되며 후술할 제2 코팅층(20)의 코팅된 두께(d2)와 상이한 두께로 코팅된다.
제2 코팅층(20)의 제2 유전율은, 최소 2.0 이상 최대 5.0 이내로 형성되는데, 상기 제2 코팅층(20)의 유전율이 이와 같이 범위 이내가 유지되는 이유는 케이스의 내부로 주입된 절연 가스에 의해 도체(2) 주변에서 절연 분위기가 안정적으로 유지되므로 상기 제1 코팅층(10)의 제1 유전율에 비해 상대적으로 작은 값으로 구성된다.
제2 코팅층(20)은 상기 제1 코팅층(10)에 비해 상대적으로 두꺼운 두께로 코팅이 이루어지는데, 일 예로 코팅된 두께가 최소 30 마이크로 미터 이상 최대 10미리 이내로 형성되어 절연 가스에서 발생될 수 있는 전계를 최소화 시킨다.
제2 코팅층(20)에 사용되는 유전물질은 에폭시 레진(epoxy resin) 또는 폴리테트라 플루오로에틸렌 (polytetrafluoroethylene) 중의 어느 하나가 선택적으로 사용되는데, 전술한 유전물질과 유사한 기능을 하는 다른 유전물질이 사용되는 것도 가능할 수 있다.
제2 코팅층(20)은 상기 제1 코팅층(10)에 비해 상대적으로 두꺼운 두께로 코팅이 이루어지는데, 상기 제2 코팅층(20)의 두께에 따라 도체의 전계가 집중되는 특정 위치에서 절연 가스의 최대 전계가 상대적으로 감소될 수 있기 때문에 위와 같이 제2 코팅층(20)의 두께가 제1 코팅층(10)의 두께보다는 두꺼운 두께로 형성된다.
또한 도체(2)는 표면층의 거칠기를 고려하여 최대한 전계 집중을 완화할 수 있는 높은 제1 유전율로 코팅을 실시하고, 상기 제2 코팅층(20)은 절연 가스의 최대 전계를 최소화 하기 위해 제1 절연층의 제1 유전율 보다는 상대적으로 낮은 제2 유전율로 코팅이 이루어진다.
상기 제1 유전율과 제2 유전율의 차이는 적어도 1이상이 유지되는데 안정적인 절연 내력을 유지하기 위해 1이상의 차이를 갖는 것이 바람직하며, 1 이하로 유지될 경우 도체(2)의 표면층에 대한 전계 집중을 유발하거나, 절연 가스의 전계를 안정적으로 유지하기 어려울 수 있으므로 1이상 차이를 갖는 것이 바람직하다.
도체(2)는 표면층의 거칠기에 따라 전계 집중이 변화될 수 있으며, 상기 도체(2)에 대한 표면층에서 모서리지거나 각진 부분이 최대한 적게 유지되는 것이 바람직 한데, 본 실시 예의 경우 상기 제1,2 코팅층(10,20)이 형성되기 이전에 터널 에칭(tunnel etching)을 통해 1차 표면 처리가 이루어진 이후에 2차로 전해 연마(electro polishing) 처리가 이루어지므로써 상기 도체(2)에서 발생될 수 있는 전계 집중을 최소화 시킨다.
터널 에칭은 인산염을 이용하여 실시하는데, 일 예로 도체(2)의 표면층을 도면에 도시된 바와 같이 요철 형태가 유지되도록 가공하고, 전해 연마 처리를 통해 돌출된 모서리 부분의 각진 부분이 최대한 라운드진 둥근 형태가 유지되도록 가공한다.
이와 같이 터널 에칭과 전해 연마 처리가 이루어질 경우 도체(2)의 표면에 형성될 제1 코팅층(10)과 제2 코팅층(20)의 안정적인 코팅을 가능하게 하고, 이를 통해 전계가 집중되는 현상을 최소화할 수 있다.
첨부된 도 3은 본 발명의 제1 실시 예에 의한 가스 절연 개폐기의 전극 장치와 실험군들간의 거리에 따른 전계 강도를 도시한 그래프로서, 얇은선으로 도시한 그래프는 실험군 1이고, 일점 쇄선으로 도시한 그래프는 실험군 2이며, 굵은선으로 도시한 그래프는 본 발명이고, 점선으로 도시한 그래프는 실험군 3이다.
참고로 실험군 1은 도체에 코팅층이 형성되지 않은 상태에서 거리에 따른 전계 강도를 실험하였고, 실험군 2는 도체에 높은 유전율을 갖는 단일 코팅층을 형성한 상태에서 전계 강도를 실험하였으며, 실험군 3은 도체에 낮은 유전율을 갖는 단일 코팅층을 형성한 상태에서 전계 강도를 실험하였다.
실험 결과 본 발명에 의한 이중 코팅층에 의한 전극은 거리에 따른 전계 강도가 실험군 1 내지 3에 비해 상대적으로 낮은 상태로 유지되므로 본 발명에 의한 도체(10)의 외측에 제1 코팅층(10)과 제2 코팅층(20)이 형성된 구성은 도체(10)의 전계가 높아지는 것을 방지하고, 절연파괴의 위험성을 상대적으로 낮출 수 있는 것을 알 수 있다.
첨부된 도 4를 참조하면, 본 발명의 제2 실시 예에 의한 가스 절연 개폐기의 전극 장치(1a)는 케이스 내부에 위치된 도체(2)의 표면층에 대한 전계를 완화하기 위해 형성된 제1 유전율이 5.0으로 이루어진 제1 코팅층(100); 및 상기 제1 코팅층(100)의 외측에 형성되고 상기 제1 유전율보다 상대적으로 낮은 제2 유전율이 2.1로 이루어진 제2 코팅층(200)을 포함한다.
가스 절연 개폐기의 전극 장치(1a)는 전술한 제1 실시 예와 다르게 제1 코팅층(100)의 유전율과 제2 코팅층(200)의 유전율을 최적의 전계 상태를 유지할 수 있는 특정 유전율로 한정하였으며 상기 제1 코팅층(100)의 제1 유전율과 제2 코팅층(200)의 제2 유전율로 인해 도체(2)에서는 표면층에서의 전계가 집중되지 않고 완화되고, 제2 코팅층(200)의 제2 유전율로 인해 절연 가스의 전계가 확산되는 것을 안정적으로 유지할 수 있다.
이를 위해 본 발명은 상기 제1 코팅층(100)의 코팅된 두께가 최소 3 마이크로 미터 이상 최대 1미리 이내로 형성되고, 상기 제2 코팅층(200)은 코팅된 두께가 최소 30 마이크로 미터 이상 최대 10미리 이내로 형성된다.
특히 본 실시 예는 제1 코팅층(100)과 제2 코팅층(200)의 유전율이 서로 상이한데, 상기 제1 유전율이 제2 유전율에 비해 상대적으로 큰 유전율을 갖는 이유는 상기 도체(2)의 표면층에서의 전계를 상대적으로 완화시켜 절연 가스가 주입된 케이스의 내부로 전계가 확산되는 것을 최소화하기 위해서이다.
상기 제2 코팅층(200)은 제2 유전율로 구성되고 상기 절연 가스에서 발생되는 전계를 낮추기 위해 위와 같은 범위값을 갖는데, 이와 같이 서로 다른 유전율로 구성될 경우 케이스 내부에 위치된 특정 도체에서 전계가 집중되는 경우에도 안정적인 절연 성능이 유지되어 절연 가스의 최대 전계를 감소시킬 수 있기 때문이다.
특히 케이스의 크기가 점점 작아지면서 다수개의 도체들간의 배치 간격이 서로 간에 가까워지므로 절연 가스를 통한 안정적인 절연 분위기를 유도함과 동시에 도체의 표면층에 서로 다른 유전율을 갖는 코팅층을 형성하여 전극을 보호하는 것이 더욱 유리하기 때문이다.
제1 코팅층(100)에 사용되는 유전 물질은 산화알루미늄 또는 에폭시 레진(epoxy resin) 중의 어느 하나가 선택적으로 사용되는데, 상기 산화알루미늄은 부식과 마모에 강한 저항력을 가지고 있고 절연체로 주요 사용되는 재질로서 가공이 용이한 특징을 가지고 있다.
제1 코팅층(100)은 코팅된 두께(d1)가 최소 3 마이크로 미터 이상 최대 1미리 이내로 형성되며 후술할 제2 코팅층(200)의 코팅된 두께(d2)와 상이한 두께로 코팅된다.
제2 코팅층(200)은 상기 제1 코팅층(100)에 비해 상대적으로 두꺼운 두께로 코팅이 이루어지는데, 일 예로 코팅된 두께가 최소 30 마이크로 미터 이상 최대 10미리 이내로 형성되어 절연 가스에서 발생될 수 있는 전계를 최소화 시킨다.
제2 코팅층(200)에 사용되는 유전물질은 에폭시 레진(epoxy resin) 또는 폴리테트라 플루오로에틸렌 (polytetrafluoroethylene) 중의 어느 하나가 선택적으로 사용되는데, 전술한 유전물질과 유사한 기능을 하는 다른 유전물질이 사용되는 것도 가능할 수 있다.
제2 코팅층(200)은 상기 제1 코팅층(100)에 비해 상대적으로 두꺼운 두께로 코팅이 이루어지는데, 상기 제2 코팅층(200)의 두께에 따라 도체의 전계가 집중되는 특정 위치에서 절연 가스의 최대 전계가 상대적으로 감소될 수 있기 때문에 위와 같이 제2 코팅층(200)의 두께가 제1 코팅층(100)의 두께보다는 두꺼운 두께로 형성된다.
또한 도체(2)는 표면층의 거칠기를 고려하여 최대한 전계 집중을 완화할 수 있는 높은 제1 유전율로 코팅을 실시하고, 상기 제2 코팅층(200)은 절연 가스의 최대 전계를 최소화 하기 위해 제1 절연층의 제1 유전율 보다는 상대적으로 낮은 제2 유전율로 코팅이 이루어진다.
상기 제1 유전율과 제2 유전율의 차이는 적어도 1이상이 유지되는데 안정적인 절연 내력을 유지하기 위해 1이상의 차이를 갖는 것이 바람직하며, 1 이하로 유지될 경우 도체(2)의 표면층에 대한 전계 집중을 유발하거나, 절연 가스의 전계를 안정적으로 유지하기 어려울 수 있으므로 1이상 차이를 갖는 것이 바람직하다.
도체(2)는 표면층의 거칠기에 따라 전계 집중이 변화될 수 있으며, 상기 도체(2)에 대한 표면층에서 모서리지거나 각진 부분이 최대한 적게 유지되는 것이 바람직 한데, 본 실시 예의 경우 상기 제1,2 코팅층(100,200)이 형성되기 이전에 터널 에칭(tunnel etching)을 통해 1차 표면 처리가 이루어진 이후에 2차로 전해 연마(electro polishing) 처리가 이루어지므로써 상기 도체(2)에서 발생될 수 있는 전계 집중을 최소화 시킨다.
터널 에칭은 인산염을 이용하여 실시하는데, 일 예로 도체(2)의 표면층을 도면에 도시된 바와 같이 요철 형태가 유지되도록 가공하고, 전해 연마 처리를 통해 모서리 부분의 각진 부분이 최대한 라운드진 형태로 둥근 형태가 유지되도록 가공한다.
이와 같이 터널 에칭과 전해 연마 처리가 이루어질 경우 도체(2)의 표면에 형성될 제1 코팅층(100)과 제2 코팅층(200)의 안정적인 코팅을 가능하게 하고, 이를 통해 전계가 집중되는 현상을 최소화할 수 있다.
본 발명의 제3 실시 예에 의한 가스 절연 개폐기의 전극 장치에 대해 도면을 참조하여 설명한다.
첨부된 도 5를 참조하면, 가스 절연 개폐기의 전극장치(1b)는 케이스 내부에 위치된 도체(2)의 표면층에 대한 전계를 완화하기 위해 형성된 제1 유전율이 5.0으로 이루어진 제1 코팅층(1000); 및 상기 제1 코팅층(1000)의 외측에 형성되고 상기 제1 유전율보다 상대적으로 낮은 제2 유전율이 2.1로 이루어진 제2 코팅층(2000)을 포함하되, 상기 제2 코팅층(2000)은 상기 제1 코팅층(1000)에 비해 상대적으로 두꺼운 두께로 코팅이 이루어진 것을 특징으로 한다.
상기 제2 코팅층(2000)의 두께(d2)가 제1 코팅층(1000)의 두께(d1)보다 두껍게 형성되는 이유는 상기 제2 코팅층(2000)의 두께에 따라 도체의 전계가 집중되는 특정 위치에서 절연 가스의 최대 전계가 상대적으로 감소될 수 있기 때문에 위와 같이 제2 코팅층(2000)의 두께가 제1 코팅층(1000)의 두께보다는 두꺼운 두께로 형성된다.
상기 제1 코팅층(1000)의 코팅된 두께가 최소 3 마이크로 미터 이상 최대 1미리 이내로 형성되고, 상기 제2 코팅층(2000)은 코팅된 두께가 최소 30 마이크로 미터 이상 최대 10미리 이내로 형성된다.
특히 본 실시 예는 제1 코팅층(1000)과 제2 코팅층(2000)의 유전율이 서로 상이한데, 상기 제1 유전율이 제2 유전율에 비해 상대적으로 큰 유전율을 갖는 이유는 상기 도체(2)의 표면층에서의 전계를 상대적으로 완화시켜 절연 가스가 주입된 케이스의 내부로 전계가 확산되는 것을 최소화하기 위해서이다.
상기 제2 코팅층(2000)은 제2 유전율로 구성되고 상기 절연 가스에서 발생되는 전계를 낮추기 위해 위와 같은 범위값을 갖는데, 이와 같이 서로 다른 유전율로 구성될 경우 케이스 내부에 위치된 특정 도체에서 전계가 집중되는 경우에도 안정적인 절연 성능이 유지되어 절연 가스의 최대 전계를 감소시킬 수 있기 때문이다.
특히 케이스의 크기가 점점 작아지면서 다수개의 도체들간의 배치 간격이 서로 간에 가까워지므로 절연 가스를 통한 안정적인 절연 분위기를 유도함과 동시에 도체의 표면층에 서로 다른 유전율을 갖는 코팅층을 형성하여 전극을 보호하는 것이 더욱 유리하기 때문이다.
제1 코팅층(1000)에 사용되는 유전 물질은 산화알루미늄 또는 에폭시 레진(epoxy resin) 중의 어느 하나가 선택적으로 사용되는데, 상기 산화알루미늄은 부식과 마모에 강한 저항력을 가지고 있고 절연체로 주요 사용되는 재질로서 가공이 용이한 특징을 가지고 있다.
제1 코팅층(1000)은 코팅된 두께가 최소 3 마이크로 미터 이상 최대 1미리 이내로 형성되며 후술할 제2 코팅층(2000)의 코팅된 두께와 상이한 두께로 코팅된다.
제2 코팅층(2000)은 상기 제1 코팅층(1000)에 비해 상대적으로 두꺼운 두께로 코팅이 이루어지는데, 일 예로 코팅된 두께가 최소 30 마이크로 미터 이상 최대 10미리 이내로 형성되어 절연 가스에서 발생될 수 있는 전계를 최소화 시킨다.
제2 코팅층(2000)에 사용되는 유전물질은 에폭시 레진(epoxy resin) 또는 폴리테트라 플루오로에틸렌 (polytetrafluoroethylene) 중의 어느 하나가 선택적으로 사용되는데, 전술한 유전물질과 유사한 기능을 하는 다른 유전물질이 사용되는 것도 가능할 수 있다.
도체(2)는 표면층의 거칠기를 고려하여 최대한 전계 집중을 완화할 수 있는 높은 제1 유전율로 코팅을 실시하고, 상기 제2 코팅층(2000)은 절연 가스의 최대 전계를 최소화 하기 위해 제1 절연층의 제1 유전율 보다는 상대적으로 낮은 제2 유전율로 코팅이 이루어진다.
상기 제1 유전율과 제2 유전율의 차이는 적어도 1이상이 유지되는데 안정적인 절연 내력을 유지하기 위해 1이상의 차이를 갖는 것이 바람직하며, 1 이하로 유지될 경우 도체(2)의 표면층에 대한 전계 집중을 유발하거나, 절연 가스의 전계를 안정적으로 유지하기 어려울 수 있으므로 1이상 차이를 갖는 것이 바람직하다.
도체(2)는 표면층의 거칠기에 따라 전계 집중이 변화될 수 있으며, 상기 도체(2)에 대한 표면층에서 모서리지거나 각진 부분이 최대한 적게 유지되는 것이 바람직 한데, 본 실시 예의 경우 상기 제1,2 코팅층(1000, 2000)이 형성되기 이전에 터널 에칭(tunnel etching)을 통해 1차 표면 처리가 이루어진 이후에 2차로 전해 연마(electro polishing) 처리가 이루어지므로써 상기 도체(2)에서 발생될 수 있는 전계 집중을 최소화 시킨다.
터널 에칭은 인산염을 이용하여 실시하는데, 일 예로 도체(2)의 표면층을 도면에 도시된 바와 같이 요철 형태가 유지되도록 가공하고, 전해 연마 처리를 통해 모서리 부분의 각진 부분이 최대한 라운드진 형태로 둥근 형태가 유지되도록 가공한다.
이와 같이 터널 에칭과 전해 연마 처리가 이루어질 경우 도체(2)의 표면에 형성될 제1 코팅층(1000)과 제2 코팅층(2000)의 안정적인 코팅을 가능하게 하고, 이를 통해 전계가 집중되는 현상을 최소화할 수 있다.
이상, 본 발명의 일 실시 예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.
2 : 도체
10, 100, 1000 : 제1 코팅층
20, 200, 2000 : 제2 코팅층

Claims (4)

  1. 케이스 내부에 위치된 도체의 표면층에 대한 전계를 완화하기 위해 3.0 이상 9.0 이내의 제1 유전율로 이루어지고 산화알루미늄이 사용되는 제1 코팅층; 및
    상기 제1 코팅층의 외측에 형성되고 상기 제1 유전율보다 상대적으로 낮은 2.0 이상 5.0 이내의 제2 유전율로 이루어지고 폴리테트라 플루오로에틸렌이 사용되는 제2 코팅층을 포함하고,
    상기 제1 코팅층은 코팅된 두께가 최소 3 마이크로 미터 이상 최대 1미리 이내로 형성되고,
    상기 제2 코팅층은 코팅된 두께가 상기 제1 코팅층에 비해 상대적으로 두꺼운 최소 30 마이크로 미터 이상 최대 10 미리 이내로 형성되며,
    상기 제1코팅층의 제1유전율과 제2코팅층의 제2유전율의 차이는 적어도 1이상인 것을 특징으로 하는 가스 절연 개폐기의 전극 장치.
  2. 케이스 내부에 위치된 도체의 표면층에 대한 전계를 완화하기 위해
    9.0의 제1 유전율로 이루어진 제1 코팅층; 및
    상기 제1 코팅층의 외측에 형성되고 상기 제1 유전율보다 상대적으로 낮은 2.1의 제2 유전율로 이루어진 제2 코팅층을 포함하되,
    상기 제2 코팅층은,
    상기 제1 코팅층에 비해 상대적으로 두꺼운 두께로 코팅이 이루어진 것을 특징으로 하는 가스 절연 개폐기의 전극 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제1 코팅층에 사용되는 유전 물질은 산화알루미늄이 사용되는 것을 특징으로 하는 가스 절연 개폐기의 전극 장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 제2 코팅층에 사용되는 유전 물질은 폴리테트라 플루오로에틸렌 (polytetrafluoroethylene)이 사용되는 것을 특징으로 하는 가스 절연 개폐기의 전극 장치.
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