KR102541346B1 - 지수-절연링 및 이를 이용한 절연밸브실 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 물체 간 전도를 방지하는 절연부재에 관한 것으로 더욱 상세하게는 지하에 매설되는 밸브실과 밸브실을 관통하여 설치되는 관로 사이를 절연시키는 지수-절연링 및 이를 이용하여 관로의 부식을 방지할 수 있는 절연밸브실에 관한 것으로, 본 발명에 따른 지수-절연링은 단면이 직각 사다리꼴인 링형상의 절연부재로서, 탄소가 포함된 고무(Carbon Master Batch) 100 중량부에 대해 디부틸디티오카밤산 아연 0.5 ~ 0.7 중량부, N-사이클로헥실-2-벤조티아졸 설파나마이드 0.3 ~ 0.5 중량부, 황 0.2 ~ 0.3 중량부, 디펜파메틸렌 티우람 테트라설파이드 0.1 ~ 0.3 중량부가 가교배합된 재질인 것을 기술적 특징으로 한다.

Description

지수-절연링 및 이를 이용한 절연밸브실 {WATERPROOF INSULATION RING AND INSULATED VALVE CHAMBER USING THE SAME}
본 발명은 물체 간 전도를 방지하는 절연부재에 관한 것으로 더욱 상세하게는 지하에 매설되는 밸브실과 밸브실을 관통하여 설치되는 관로 사이를 지수 및 절연시키는 지수-절연링 및 이를 이용하여 관로의 부식을 방지할 수 있는 절연밸브실에 관한 것이다.
밸브실은 밸브체가 작동하는 밀폐된 장소를 말하는데, 지중의 밸브실 내에 상수도관 등 지중 관로의 개폐나 분기를 조절할 수 있는 밸브가 설치되고 밸브실과 지상을 연결하는 맨홀을 통해 작업자가 밸브실 내부로 진입하여 밸브를 제어하는 식으로 운영된다.
이러한 밸브실의 관리에 있어 관로가 강관, 주철관 등의 금속관인 경우(이하 ‘금속관’이라 한다) 지중에서 부식이 발생되어 관로의 내구성을 떨어뜨릴 뿐만 아니라 상수도관의 경우 위생이나 오염의 문제가 있어 금속관의 부식을 방지하는 수단이 필요하다. 이러한 금속관의 부식 방지 수단으로는 대표적으로 희생양극방식과 외부전원방식이 있는데, 희생양극방식은 금속관보다 이온화경향이 큰 마그네슘이나 아연 등의 희생양극을 금속관에 전기적으로 연결시켜 금속관 대신 희생양극이 산화되도록 하는 방법이고, 외부전원방식은 외부에서 금속관에 전류를 흘려 전자를 공급함으로써 금속관의 부식을 막는 방법이 있다.
그런데 최근에 밸브실을 공장에서 제조하여 설치하는 방법이 유행함에 따라 벽체 등 밸브실 구성요소의 제작, 운송, 조립 용이성을 위해 밸브실 재질을 도체인 강재로 하는 경우가 많아지고 있고, 이러한 경우 종래와 같이 금속관과 밸브실을 전기적으로 결합시키는 경우 밸브실에서 생기는 부식까지 억제해야 금속관으로 부식이 전이되지 않으므로 금속관과 밸브실의 절연을 유지하는 것이 중요한 문제가 된다.
본 발명자는 이와 같은 문제점을 해결하기 위해 금속관과 밸브실 사이에 절연부재를 개재한 절연밸브실을 발명하였고, ‘특허문헌 1’에 개시되어 있다.
도 1은 종래의 절연밸브실의 주요부, 즉 밸브실 벽체와 금속관을 절연하기 위한 구성을 도시한 것으로서, 종래의 절연밸브실은 금속관(P)이 삽입되는 관로수용구(1)가 형성된 밸브실 벽체(2) 양쪽에 절연수용부(3)가 구비되고, 관로수용구(1)에 부도체띠(4)가 내주면을 따라 구비되어 금속관(P)이 한 쌍의 절연수용부(3) 및 부도체띠(4)에 의해 지지됨에 따라 밸브실 벽체(2)와 전기적으로 절연될 수 있다.
여기서 한 쌍의 절연수용부(3)는 각각 밸브실 벽체(2)에 결합되고 볼트(5)가 원주를 따라 돌출되어 있는 제1 원형 플랜지(6), 제1 원형 플랜지(6)의 볼트(5) 내측에 배치되는 탄성 절연체(7), 볼트홀이 원주를 따라 형성되어 제1 원형 플랜지(6)의 볼트(5)에 관통되는 제2 원형 플랜지(8) 및 제2 원형 플랜지(8)의 바깥에서 볼트(5)에 결합되어 제1 원형 플랜지(6)와 탄성 절연체(7), 링형 탄성 절연체(7)와 제2 원형 플랜지(8)를 밀착 결합하는 너트(9)로 구성되어, 도 2에 도시된 바와 같이 탄성 절연체(7)가 금속관(P)을 도체인 밸브실 벽체(2)로부터 전기적으로 이격시키면서 밸브실 벽체(2)에 대해 고정시킬 수 있다.
그런데 종래의 절연밸브실에서는 링형인 탄성 절연체(7)가 단면이 원형인 일반적인 고무링과 같은 부재여서 제1 원형 플랜지(6)와 제2 원형 플랜지(8) 사이에 탄성 절연체(7)를 삽입하고 볼트(5)를 조일 때 탄성 절연체(7)의 중심이 제1 원형 플랜지(6)와 제2 원형 플랜지(8)의 내주면보다 바깥에 있어 탄성 절연체(7)가 제1 원형 플랜지(6)와 제2 원형 플랜지(8) 사이에서 짜부라지는 양이 많고 실제로 절연이 필요한 제1, 제2 원형 플랜지(8)와 금속관(P) 사이에는 유입되지 않아 절연 효과가 크지 않거나 우수나 지하수 등에 의해 절연이 파괴되는 문제점이 있다.
또 밸브실 벽체(2)의 관로수용구(1)에 구비된 부도체띠(4)까지 탄성 절연체(7)가 닿지 않아 부도체띠(4)와 탄성 절연체(7) 사이의 공간에 우수나 지하수가 유입{탄성 절연체(7)와 부도체띠(4) 사이의 공간이 매우 좁기 때문에 탄성 절연체(7)와 부도체띠(4)가 완전히 밀착되지 않는다면 모세관 현상에 의해 우수 등이 더 쉽게 유입된다)되어 절연이 파괴되기도 한다.
또 본 발명자의 종래 발명은 절연밸브실의 구조적 특징에 관한 것으로서, 탄성 절연체(7)나 부도체띠(4) 등과 같은 절연부재의 소재나 규격이 최적화되지 않았다는 문제점도 있다.
KR 10-1952136 B (2019. 2. 20.)
본 발명은 위와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 밸브실 벽체, 제1, 제2 원형 플랜지와 금속관 사이에서 부도체띠에 밀착되어 금속관과 밸브실의 지수와 절연을 확실히 할 수 있는 지수-절연링 및 이를 이용한 절연밸브실을 제공하는 것이다.
또 지수-절연링과 부도체띠의 최적 재질 및 사양을 도출한다.
본 발명에 따른 지수-절연링은 단면이 직각 사다리꼴인 링형상의 절연부재로서, 탄소가 포함된 고무(Carbon Master Batch) 100 중량부에 대해 디부틸디티오카밤산 아연 0.5 ~ 0.7 중량부, N-사이클로헥실-2-벤조티아졸 설파나마이드 0.3 ~ 0.5 중량부, 황 0.2 ~ 0.3 중량부, 디펜파메틸렌 티우람 테트라설파이드 0.1 ~ 0.3 중량부가 가교배합된 재질인 것을 기술적 특징으로 한다.
본 발명에 따른 절연밸브실은 밸브실의 외형을 형성하는 본체부 및 본체부에 대해 금속관을 전기적으로 절연시키는 절연수용부로 구성되는 절연밸브실으로서, 상기 본체부의 벽체에 상기 금속관을 수용하기 위한 관로수용구가 형성되고, 상기 절연수용부가 상기 벽체의 관로수용구 양쪽에 한 쌍으로 배치되며, 상기 절연수용부는 상기 벽체에 결합되고 볼트가 원주를 따라 상기 벽체 바깥쪽을 향하여 돌출되어 있는 제1 원형플랜지, 상기 제1 원형플랜지의 볼트 내측에 배치되는 본 발명에 따른 지수-절연링, 볼트홀이 원주를 따라 형성되어 상기 제1 원형플랜지에 체결되는 제2 원형플랜지 및 상기 제2 원형플랜지의 바깥에서 볼트에 결합되어 상기 제1, 제2 원형플랜지 사이에 상기 지수-절연링을 압착 결합하는 너트로 구성되는 것을 기술적 특징으로 한다.
본 발명에 따른 지수-절연링은 금속관과 벽체 사이에 삽입이 용이하다.
본 발명에 따른 절연밸브실은 지수-절연링이 제1, 제2 원형플랜지에 의해 압착되어 수밀 효과가 높고 따라서 수분에 의해 금속관과 벽체 간 절연이 파괴될 가능성을 현저히 낮출 수 있다.
도 1은 종래의 절연밸브실의 절연구조
도 2는 종래의 절연밸브실에서 지수-절연링이 압착되었을 때의 단면도
도 3은 본 발명에 따른 지수-절연링의 사시도
도 4는 본 발명에 따른 지수-절연링의 단면도
도 5는 본 발명에 따른 절연밸브실의 사시도
도 6은 본체부와 절연수용부의 결합구조를 도시한 분리사시도
도 7과 도 8은 본 발명에 따른 절연밸브실 시공 시 제1, 제2 원형플랜지를 체결하기 전과 후의 단면도
도 9는 본 발명에서 부도체띠(130)의 절연 능력을 모델링한 모형도
도 10은 부도체띠의 두께와 폭에 따른 저항 분포를 시뮬레이션한 것
도 11 내지 도 20은 부도체띠의 표면 저항과 폭, 금속관의 외경에 따른 절연 능력 시뮬레이션 결과
이하에서는 본 발명에 따른 지수-절연링 및 이를 이용한 절연밸브실을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명에 따른 지수-절연링의 사시도이고, 도 4는 그 단면도이다. 본 발명에 따른 지수-절연링(10)은 단면이 직각 사다리꼴인 링형상의 절연부재로서, 제1, 제2 원형플랜지에 의해 직각 사다리꼴의 빗변이 압착되면서 밸브실 벽체와 금속관 사이에 압입되면서 일단이 부도체띠에 접하게 되는 형상으로 된다. 이해를 돕기 위해 본 발명에 따른 절연밸브실의 구조부터 설명하기로 한다.
도 5는 본 발명에 따른 절연밸브실의 사시도이고, 도 6은 본체부와 절연수용부의 결합구조를 도시한 분리사시도이다. 본 발명에 따른 절연밸브실은 밸브실의 외형을 형성하는 본체부(100)와 본체부(100)에 대해 금속관(P)을 전기적으로 절연시키는 절연수용부(200)로 구성되고, 금속관(P)을 수용하기 위한 관로수용구(110)가 본체부(100)의 벽체(120)에 형성되며, 관로수용구(110)의 내주면에 부도체띠(130)가 구비된다.
절연수용부(200)는 벽체(120)의 관로수용구(110) 양쪽에 한 쌍으로 배치되어, 한 쌍의 절연수용부(200)가 각각 벽체(120)의 관로수용구(110)의 안과 밖에서 금속관(P)을 벽체(120)에 대해 절연된 상태로 파지함으로써 밸브실 시공 시나 시공 후 토사의 하중 등에 의해 벽체(120)의 내외부에서 금속관(P)이 힘을 받더라도 벽체(120)에 닿지 않도록 한다.
절연수용부(200)는 벽체(120)에 결합되고 볼트(210)가 원주를 따라 벽체(120) 바깥쪽을 향하여 돌출되어 있는 제1 원형플랜지(220), 제1 원형플랜지(220)의 볼트(210) 내측에 배치되는 지수-절연링(230), 볼트홀이 원주를 따라 형성되어 제1 원형플랜지(220)에 체결되는 제2 원형플랜지(240) 및 제2 원형플랜지(240)의 바깥에서 볼트(210)에 결합되어 제1, 제2 원형플랜지(220, 240) 사이에 지수-절연링(230)을 압착 결합하는 너트(250)로 구성된다.
제1 원형플랜지(220)의 재질은 용접으로 벽체(120)에 고정 가능하도록 벽체(120)와 동일한 것이 좋다.
도 7과 도 8은 본 발명에 따른 절연밸브실 시공 시 제1, 제2 원형플랜지를 체결하기 전과 후의 단면도로서, 도 7에 도시된 바와 같이 지수-절연링(230)의 테이퍼진 부분, 즉 지수-절연링(230)의 절단면의 형상인 직각사다리꼴의 짧은 변(높이 h1)이 벽체(120)를 향하도록 하고, 빗변이 제1 원형플랜지(220)를 향하게 하며, 지수-절연링(230)의 외경이 가장 큰 부분(높이 h3)이 제1 원형플랜지(220)와 제2 원형플랜지(240) 사이에 위치하도록 한다. 이후 제2 원형플랜지(240)로 지수-절연링(230)을 제1 원형플랜지(220)에 대해 압착하면 지수-절연링(230)의 테이퍼진 부분(높이 h2)이 제1 원형플랜지(220)의 내주면(221)에 닿으면서 지수-절연링(230)이 벽체(120) 쪽으로 밀려들어가고, 금속관(P)과 맞닿아 있는 지수-절연링(230)의 내주면도 금속관(P) 쪽으로 압력을 받아 도 8에 도시된 바와 같이 제2 원형플랜지(240) 쪽으로 밀려나와 금속관(P)의 절연을 더욱 확실히 할 수 있다.
따라서 도 8에 도시된 바와 같이 부도체띠(130)와 지수-절연링(230)이 맞닿으면서 금속관(P)의 외부를 감싸게 되어 금속관(P)과 벽체(120) 간 절연이 파괴될 염려가 없고, 벽체(120), 부도체띠(130), 제1 원형플랜지(220), 지수-절연링(230)으로 둘러싸인 공간(V)도 외부와 완전히 분리되어 지하수 등이 스며들지 않게 된다. 특히 제1 원형플랜지(220)와 지수-절연링(230)이 맞닿는 제1 원형 플랜지의 내주면(221)에서 제1 원형플랜지(220)와 지수-절연링(230)이 단면상 직각으로 밀착되어 있어 수밀이 더욱 확실히 될 수 있다.
도 9는 본 발명에서 부도체띠(130)의 절연 능력을 모델링한 모형도이고, 도 10은 부도체띠(130)의 두께와 폭에 따른 저항 분포를 시뮬레이션한 것이다. 즉, 본 발명에서는 높이가 작은 관 형태의 부도체띠(130)를 관로수용구(110)의 내주면을 따라 구비하는 것을 전제로 한다.
도 11 내지 도 20은 부도체띠의 표면 저항과 폭, 금속관의 외경에 따른 절연 능력 시뮬레이션 결과이다. 본 발명자의 실험에 따르면 부도체띠(130)의 저항값이 5000MΩ이면 벽체(120)와 금속관(P) 사이의 절연이 충분하다고 판단되었다. 따라서 부도체띠의 폭 등의 조건들을 변경시키면서 부도체띠(130)의 저항값이 5000MΩ 이상인 조건들만 추출하는 방법으로 접근하였다.
도 11 내지 도 20에서 알 수 있듯이, 금속관(P)의 외경 89.1 ~ 2032㎜에 대해 부도체띠(130)의 표면저항이 100(1×1011)GΩ/sq인 경우, 부도체띠(130)의 폭 40 ~ 140㎜에서, 두께가 12㎜ 이상이면 부도체띠(130)의 저항값이 5000MΩ 이상으로 나타난다. 따라서 부도체띠(130)의 표면저항은 100GΩ/sq 이상이면 될 것이다. 위 금속관(P)의 외경은 현재 국내에서 사용되는 대부분의 지중 매립관에 해당하는 수치로 부도체띠(130)의 표면저항과 폭과 두께를 위와 같이 하는 경우 금속관(P)을 벽체(120)에 대해 충분히 절연시킬 수 있다고 판단된다.
그리고 본 발명자는 탄소가 포함된 고무(Carbon Master Batch) 100 중량부에 대해 디부틸디티오카밤산 아연 0.5 ~ 0.7 중량부, N-사이클로헥실-2-벤조티아졸 설파나마이드 0.3 ~ 0.5 중량부, 황 0.2 ~ 0.3 중량부, 디펜파메틸렌 티우람 테트라설파이드 0.1 ~ 0.3 중량부를 가교배합하여 부도체띠(130)의 표면저항값을 100GΩ/sq 이상으로 할 수 있다는 것을 실험적으로 도출하였다.
지수-절연링(230)의 경우 부도체띠(130)에 압착되어 금속관(P) 표면을 절연하고 외부에서 밸브실로 물이 침투하는 것을 방지하는 역할을 하는바 압착에 의해 경계조직이 결합될 수 있는 것이 더 바람직하므로, 지수-절연링(230)의 재질도 부도체띠(130)의 재질과 동일하게 하는 것이 좋다.
10, 230 지수-절연링 100 본체부
110 관로수용구 120 벽체
130 부도체띠 200 절연수용부
210 볼트 220 제1 원형플랜지
240 제2 원형플랜지 250 너트

Claims (3)

  1. 삭제
  2. 밸브실의 외형을 형성하는 본체부(100) 및 본체부(100)에 대해 금속관(P)을 전기적으로 절연시키는 절연수용부(200)로 구성되는 절연밸브실으로서,
    상기 금속관(P)을 수용하기 위한 관로수용구(110)가 상기 본체부(100)의 벽체(120)에 형성되고, 상기 관로수용구(110)의 내주면에 부도체띠(130)가 구비되며,
    상기 절연수용부(200)가 상기 벽체(120)의 관로수용구(110) 양쪽에 한 쌍으로 배치되고,
    상기 절연수용부(200)는 상기 벽체(120)에 결합되고 볼트(210)가 원주를 따라 상기 벽체(120) 바깥쪽을 향하여 돌출되어 있는 제1 원형플랜지(220), 단면이 직각 사다리꼴인 링형상으로 형성되어 상기 제1 원형플랜지(220)의 볼트(210) 내측에 배치되는 지수-절연링(230), 볼트홀이 원주를 따라 형성되어 상기 제1 원형플랜지(220)에 체결되는 제2 원형플랜지(240) 및 상기 제2 원형플랜지(240)의 바깥에서 볼트(210)에 결합되어 상기 제1, 제2 원형플랜지(220, 240) 사이에 상기 지수-절연링(230)을 압착 결합하는 너트(250)로 구성되고,
    상기 지수-절연링(230)의 테이퍼진 부분이 상기 벽체(120)를 향하고, 빗변이 상기 제1 원형플랜지(220)를 향하며, 상기 지수-절연링(230)의 외경이 가장 큰 부분이 상기 제1 원형플랜지(220)와 제2 원형플랜지(240) 사이에 위치되고, 상기 지수-절연링(230)이 상기 제2 원형플랜지(240)에 의해 상기 제1 원형플랜지(220)에 대해 압착되어, 상기 제1 원형플랜지(220)와 상기 지수-절연링(230)이 맞닿는 상기 제1 원형 플랜지의 내주면(221)에서 상기 제1 원형플랜지(220)와 지수-절연링(230)이 단면상 직각으로 밀착되어 수밀이 가능한 것을 특징으로 하는 절연밸브실.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 지수-절연링(230)이 탄소가 포함된 고무(Carbon Master Batch) 100 중량부에 대해 디부틸디티오카밤산 아연 0.5 ~ 0.7 중량부, N-사이클로헥실-2-벤조티아졸 설파나마이드 0.3 ~ 0.5 중량부, 황 0.2 ~ 0.3 중량부, 디펜파메틸렌 티우람 테트라설파이드 0.1 ~ 0.3 중량부가 가교배합된 재질인 것을 특징으로 하는 절연밸브실.
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