KR101884423B1 - 지지애자 - Google Patents

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KR101884423B1
KR101884423B1 KR1020170067914A KR20170067914A KR101884423B1 KR 101884423 B1 KR101884423 B1 KR 101884423B1 KR 1020170067914 A KR1020170067914 A KR 1020170067914A KR 20170067914 A KR20170067914 A KR 20170067914A KR 101884423 B1 KR101884423 B1 KR 101884423B1
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김유민
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현대일렉트릭앤에너지시스템(주)
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B17/00—Insulators or insulating bodies characterised by their form
    • H01B17/38—Fittings, e.g. caps; Fastenings therefor

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Abstract

본 발명은 지지애자, 도체 및 절연가스가 접하는 삼중점의 전계를 완화할 수 있는 지지애자를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 지지애자는 가스절연 배전반의 내부에 구비되는 도체를 배전반 외함에 지지시키며, 일측이 상기 도체에 접촉하고, 타측이 상기 배전반 외함에 결합된 서포트 프레임에 접촉하는 애자몸체; 및 상기 도체, 상기 애자몸체 및 절연가스가 접하는 삼중점 부위 및 상기 서포트 프레임, 상기 애자몸체 및 절연가스가 접하는 삼중점 부위에 상기 도체 및 상기 서포트 프레임의 표면에서 멀어지는 방향으로 상기 애자몸체의 내측으로 오목하게 형성된 전계완화 홈;을 포함한다.

Description

지지애자{SUPPORT INSULATOR}
본 발명은 지지애자에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 가스절연 배전반의 내부에 설치된 도체를 외함에 지지시키는 지지애자에 관한 것이다.
가스절연 폐쇄배전반(Cubicle Gas Insulted Switchgear)의 내부에는 부스바를 외함에 지지시키는 지지애자가 설치될 수 있다.
이러한 지지애자는 높은 강성을 가지는 절연물로 이루어지고 부스바와 외함(또는 외함에 부착된 서포트 프레임)에 결합된다. 여기서, 서포트 프레임은 지지애자를 접지시키기 위해 접지된 외함에 결합되는 도체로 구성된다.
한편, 이와 같이 지지애자를 구비하는 배전반의 내부에는 부스바와 지지애자가 접하는 부위 그리고, 서포트 프레임과 지지애자가 접하는 부위에 도체, 지지애자 및 절연가스 총 3가지 물질이 접하는 삼중점이 발생한다.
이때, 도체로 이루어진 부스바 및 서포트 프레임의 표면에는 수직방향으로 전기장이 형성되기 때문에, 전기장이 부스바 및 서포트 프레임의 표면에서 지지애자를 향해 진행하게 된다.
그러나, 삼중점 부근에서는 부스바 및 서포트 프레임의 표면에서 지지애자의 표면까지의 거리가 매우 짧고 지지애자의 표면이 전기장의 진행방향에 거의 수직하는 형태로 형성되어 있으므로, 부스바 및 서포트 프레임의 표면에서 진행하는 전기장이 절연가스를 짧게 통과한 후 지지애자의 표면에 거의 수직으로 도달하게 된다. 이로 인해, 삼중점 부근에서 부분방전 내지 절연파괴가 발생하는 문제가 있다.
한편, 종래의 기술에 의한 배전반의 지지애자는 공개특허공보 제10-2003-0057081호에 개시되어 있다.
KRKR10-2003-0057081 A
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점 중 적어도 일부를 해결하고자 안출된 것으로, 일 측면으로서, 지지애자, 도체 및 절연가스가 접하는 삼중점의 전계를 완화할 수 있는 지지애자를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적 중 적어도 일부를 달성하기 위한 일 측면으로서, 본 발명은 가스절연 배전반의 내부에 구비되는 도체를 배전반 외함에 지지시키며, 일측이 상기 도체에 접촉하고, 타측이 상기 배전반 외함에 결합된 서포트 프레임에 접촉하는 애자몸체; 및 상기 도체, 상기 애자몸체 및 절연가스가 접하는 삼중점 부위 및 상기 서포트 프레임, 상기 애자몸체 및 절연가스가 접하는 삼중점 부위에 상기 도체 및 상기 서포트 프레임의 표면에서 멀어지는 방향으로 상기 애자몸체의 내측으로 오목하게 형성된 전계완화 홈;을 포함하는 지지애자를 제공한다.
일 실시예에서, 상기 전계완화 홈은 상기 삼중점을 포함하는 사각형태로 형성될 수 있다.
또한, 다른 일 실시예에서, 상기 전계완화 홈은 상기 삼중점을 포함하는 반원 또는 반타원 형태로 형성될 수 있다.
이러한 구성을 갖는 본 발명의 일 실시예에 의하면, 배전반의 절연파괴 및 부분방전 발생확률이 현저히 감소하는 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 지지애자의 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 지지애자에 형성된 사각형태의 전계완화 홈의 일 예를 도시한 측면도이다.
도 3은 도 1에 도시된 지지애자에 형성된 반원형태의 전계완화 홈의 일 예를 도시한 측면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 지지애자에 형성된 반원 형태의 전계완화 홈의 위치 및 직경에 따른 안전율을 평가한 결과표이다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 또한, 본 명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 다양한 실시예들에 대하여 설명한다.
도 1 내지 도 3을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 지지애자(100)에 대하여 설명한다.
도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 지지애자(100)는 가스절연 배전반의 내부에 설치되는 도체(20)(예를 들어, 부스바)를 배전반 외함(10)에 지지시키는 부재로서, 애자몸체(110) 및 전계완화 홈(120)을 포함할 수 있다.
상기 애자몸체(110)는 본 발명의 일 실시예에 따른 지지애자(100)의 외관을 구성하고 강성을 가지는 절연물로 이루어진 구조물로서, 도체(20)를 배전반 외함(10)에 지지시킬 수 있다. 일 예로, 애자몸체(110)는 에폭시로 이루어질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 일 실시예에서, 지지애자(100)는 표면의 국소부위에 전계가 집중되는 것을 최소화하기 위해 단면이 원형 또는 타원형인 형태로 구성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
이러한 애자몸체(110)는 일측 단부가 도체(20)에 접할 수 있고, 타측 단부가 배전반 외함(10)의 내측에 부착된 서포트 프레임(30)에 접할 수 있다. 여기서, 상기 서포트 프레임(30)은 접지된 외함(10)에 부착되어 접지될 수 있으며, 지지애자(100)를 배전반 외함(10)에 고정시키는 매개체로서 기능할 수 있다.
상기 전계완화 홈(120)은 애자몸체(110)의 표면 일부가 애자몸체(110)의 내측으로 오목하게 형성된 부분으로서, 도체(20), 애자몸체(110) 및 절연가스가 접하는 삼중점(T) 부위 및 서포트 프레임(30), 몸체 및 절연가스가 접하는 삼중점(T) 부위에 도체(20) 및 서포트 프레임(30)의 표면에서 멀어지는 방향으로 형성될 수 있다.
이러한 전계완화 홈(120)은 삼중점(T) 주변에서 도체(20) 또는 서포트 프레임(30)의 표면에서 수직방향으로 진행하는 전기장에 거의 수직하게 배치되는 애자몸체(110)의 표면과 도체(20) 또는 서포트 프레임(30)의 표면 사이의 거리를 증가시켜서 삼중점(T) 부분의 전계를 완화시킴으로써 삼중점(T) 부위의 부분방전 발생확률을 현저히 저감시킬 수 있다.
또한, 전계완화 홈(120)은 삼중점(T) 주변에서 도체(20) 또는 서포트 프레임(30)의 표면에서 수직방향으로 진행하는 전기장이 애자몸체(110)와 절연가스의 경계면에 0도 내지 70도 이하의 각도로 진행할 수 있도록 형성되어 삼중점(T) 부분의 전계를 완화시킴으로써 삼중점(T) 부위의 부분방전 발생확률을 현저히 저감시킬 수 있다.
이러한 전계완화 홈(120)은 삼중점(T) 전체에 걸쳐 형성되는 것이 바람직하므로, 도체(20) 또는 서포트 프레임(30)의 길이방향을 따라 길게 연장형성될 수 있다.
이러한 구성을 위해, 일 실시예에서, 전계완화 홈(120)은 도 2에 도시된 바와 같이 삼중점(T)을 포함하는 사각형태로 형성될 수 있다.
전계완화 홈(120)이 삼중점(T)을 포함하는 사각형태로 형성된 경우, 전계완화 홈(120)의 내측 표면 중에서 양쪽 측면은 도체(20) 또는 서포트 프레임(30)에 의해 형성된 전기장에 수평하게 형성되므로 방전이 일어나지 않을 수 있다. 또한, 전계완화 홈(120)의 내측 표면 중에서 양쪽 측면을 제외한 상단 또는 하단 표면은 도체(20) 또는 서포트 프레임(30)의 표면과 이격거리가 길기 때문에 기중절연거리 증가로 인해 방전 발생확률이 현저히 저감될 수 있다.
한편, 다른 일 실시예에서, 전계완화 홈(120)은 도 3에 도시된 바와 같이 삼중점(T)을 포함하는 반원 또는 반타원 형태로 형성될 수 있다.
한편, 도 4에는 반원 형태의 전계완화 홈(120)의 위치 및 직경에 따른 안전율을 평가한 결과표가 도시되어 있다.
여기서, 도 4에 도시된 안전율은 배전반 내부에 절연가스(SF6)가 1.2 bar 압력으로 충진된 조건에서 평가되었다. 그리고, 상기 안전율은 1.05 이상이 절연 설계 기준에 해당한다. 따라서, 도 4의 표에서 안전율이 1.05 이상인 경우의 전계완화 홈(120)의 위치 및 형태가 절연 설계 기준에 부합하는 것을 알 수 있다.
또한, 도 4의 표에서, 전계완화 홈(120)의 중심 위치는 도 3에 도시된 바와 같이 삼중점(T)을 원점으로 하는 xy좌표계를 기준으로 위치를 정의한 것으로서, 그 단위는 mm이다.
한편, 도 4의 표를 보면, 전계완화 홈(120)이 형성되지 않은 종래의 지지애자(도 4의 표에서 전계완화 홈의 직경이 0인 경우)에 비해 전계완화 홈(120)이 형성된 본 발명의 일 실시예에 따른 지지애자(100)가 안전율이 더 높으므로, 전계완화 홈(120)이 절연파괴 및 부분방전 발생 확률을 현저히 저감시킨다는 것을 알 수 있다.
한편, 도 4의 표에 기재된 바와 같이, 일 실시예에서, 전계완화 홈(120)은 직경이 4mm 내지 36mm인 반원 형태 또는 장축이 4mm 내지 36mm인 반타원 형태로 형성될 수 있다.
또한, 일 실시예에서, 전계완화 홈(120)은 중심이 중심이 삼중점(T)으로부터 애자몸체(110)의 외측방향으로 8mm(x축에서 원점으로부터 -8 위치) 내지 애자몸체(110)의 내측방향으로 2mm(x축에서 원점으로부터 +2 위치) 범위 내에 위치하는 반원 형태 또는 반타원 형태로 형성될 수 있다.
참고로, 반원 형태의 전계완화 홈(120) 중에서, 직경이 20mm이고 중심이 삼중점(T)으로부터 애자몸체(110)의 외측방향으로 6mm에 위치하는 전계완화 홈(120)의 안전율이 2.52로 가장 높은 것을 알 수 있다.
한편, 반원 형태의 전계완화 홈(120)의 직경 범위 및 위치 범위는 전술한 바와 같이 전계완화 홈(120)이 삼중점(T)을 포함해야하는 조건을 항상 만족할 필요가 있다. 따라서, 전계완화 홈(120)의 위치값이 전계완화 홈(120)의 반경을 넘지 않도록 설계될 필요가 있다. 예를 들어, 전계완화 홈(120)의 직경이 4mm인 경우 전계완화 홈(120)의 위치는 삼중점(T)을 원점으로 -2mm 내지 2mm 범위 내에 설정될 필요가 있다.
본 발명은 특정한 실시예에 관하여 도시하고 설명하였지만, 당업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 밝혀두고자 한다.
10: 배전반 외함
20: 도체
30: 서포트 프레임
100: 지지애자
110: 애자몸체
120: 전계완화 홈
T: 삼중점

Claims (7)

  1. 가스절연 배전반의 내부에 구비되는 도체를 배전반 외함에 지지시키는 지지애자에 있어서,
    상기 도체에 접촉하는 애자몸체; 및
    상기 애자몸체가 상기 도체와 접촉되는 접촉면의 가장자리 중 적어도 일부에 배치되도록 상기 애자몸체의 내측으로 오목하게 형성된 전계완화 홈;
    을 포함하며,
    상기 전계완화 홈은 가상의 삼중점이 내측에 배치되도록 상기 도체의 라운드부가 형성되는 부분에 대향 배치되는 지지애자.
  2. 가스절연 배전반의 내부에 구비되는 도체를 배전반 외함에 지지시키는 지지애자에 있어서,
    상기 배전반 외함에 결합된 서포트 프레임에 접촉하는 애자몸체; 및
    상기 애자몸체가 상기 서포트 프레임에 접촉되는 접촉면의 가장자리 중 적어도 일부에 배치되도록 상기 애자몸체의 내측으로 오목하게 형성된 전계완화 홈;
    을 포함하며,
    상기 전계완화 홈은 가상의 삼중점이 내측에 배치되도록 상기 서포트 프레임의 라운드부가 형성되는 부분에 대향 배치되는 지지애자.
  3. 가스절연 배전반의 내부에 구비되는 도체를 배전반 외함에 지지시키는 지지애자에 있어서,
    일측이 상기 도체에 접촉하고, 타측이 상기 배전반 외함에 결합된 서포트 프레임에 접촉하는 애자몸체; 및
    상기 애자몸체가 상기 도체와 상기 서포트 프레임에 접촉되는 접촉면의 가장자리 중 적어도 일부에 배치되도록 상기 애자몸체의 내측으로 오목하게 형성된 전계완화 홈;
    을 포함하며,
    상기 전계완화 홈은 가상의 삼중점이 내측에 배치되도록 상기 도체와 상기 서포트 프레임의 라운드부가 형성되는 부분에 대향 배치되는 지지애자.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전계완화 홈은 사각형태로 형성된 지지애자.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전계완화 홈은 반원 또는 반타원 형태로 형성된 지지애자.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 전계완화 홈은 직경이 4mm 내지 36mm인 반원 형태 또는 장축이 4mm 내지 36mm인 반타원 형태로 형성된 지지애자.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 전계완화 홈은 중심이 상기 삼중점으로부터 상기 애자몸체의 외측방향으로 8mm 내지 상기 애자몸체의 내측방향으로 2mm 범위에 위치하는 반원 형태 또는 반타원 형태로 형성된 지지애자.
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