KR19980061186U - 피뢰기용 내압절연통 - Google Patents

Abstract

본 고안은 배전선로 등에 설치되어 정격을 초과하는 벼락서어지 등이 유입될 때 그 폭발, 비산을 방지하는 피뢰기용 내압절연통에 관한 것이다. 본 고안은 방압로를 국부적으로 형성하여, 서어지전압이 비교적 높은 경우에도 내압절연통 내부의 가스를 효과적으로 방출하면서 내압절연통의 파괴가 방압로 이외의 범위에서 발생되지 않도록 하기 위하여, 내부에 한류요소(23)의 적층이 가능하며, 튜브(24)가 밀착되는 외면에 슬릿형상의 방압로가 축방향으로 복수개 형성된 유리섬유 보강의 내압절연통에 있어서, 상기 방압로를, 정격을 초과하는 서어지전압에 의하여 파괴되는 상기 한류요소의 가스압에 따라 길이방향의 중간이 파열가능하게 비관통(非貫通)의 홈(22)으로 절삭가공한 것이다.

Description

피뢰기용 내압절연통

본 고안은 배전선로 등에 설치된 피뢰기에 정격을 초과하는 벼락서어지 등이 유입될 때 그 폭발, 비산을 방지하기 위한 방압구조를 갖는 피뢰기용 내압절연통(Pressure Insulated Tube for Electrical Surge Arrester)에 관한 것이다.

배전선로 등에 설치되는 피뢰기는 선로와 대지 사이에 연결되어 벼락서어지 등의 이상전압으로부터 각종 기기를 보호하기 위해 많이 사용되고 있다. 이와 같은 피뢰기로서 일반적인 것은 산화아연(ZnO)을 주성분으로 하는 소성품을 한류요소(限流要素)로 하여 적용한 갭리스(gapless) 피뢰기가 주로 사용되고 있다.

종래의 피뢰기 중에서 소형이면서 비교적 응답성과 내벽락서어지(內雷 surge)가 우수한 것으로는 한국 특허공고 제95-11344호에 개시되고 있다. 이 피뢰기는 도 1 내지 도 3에 도시하고 있는 바와 같이 기본적으로는 비직선 저항특성을 갖는 복수개의 한류요소(1)를 열경화성 수지 등의 절연재료로 형성된 내압절연통(2) 내에 복수개 적층하고, 그 양단에 선로측 전극(3a)과 접지측 전극(3b)을 배설하며, 에폭시 수지, 실리콘 고무계, 에틸렌아세테이트계 등의 열수축성 튜브(4)로 피복한 구조로 하고 있다.

이러한 공지의 구조를 기본으로 하여 열경화성 수지에 유리섬유를 보강한 내압절연통(2) 둘레면에 슬릿형상의 방압구멍(5)을 복수개 설치하는 구성으로 하고, 이 슬릿형상의 방압구멍(5)은 내압절연통(2)의 축방향으로 주어지며, 또 외부섬락(外部閃絡)의 이행에 지장이 없는 범위 한류요소(1)를 수용 고정하는 강도가 필요한 면적을 제외한 범위에 걸쳐서 뚫어 설치하는 것 외에 슬릿형상의 방압구멍(5)을 2개 이상, 바람직하기로는 도 3 과 같이 3개 뚫어 설치한 구성으로 하고 있다.

상기와 같이 슬릿형상의 방압구멍을 내압절연통에 축방향으로 설치한 이유는, 버락서어지에 의하여 내부의 한류요소가 파괴되고 내압절연통 내의 압력이 가스의 대량방출에 의하여 급격히 높아졌을 때 가스를 외부로 신속히 방출하여 행인 등이 지나가는 길 위에서 피뢰기의 폭발에 따른 비산으로 말미암아 행인 등이 인, 물적으로 피해를 입지 않도록 하기 위한 데 있었다.

그러나, 내압절연통에 슬릿형상의 방압구멍을 관통되게 뚫어 놓을 경우에는 내부의 가스압의 신속한 배출은 용이하지만 내부의 한류요소가 폭발하면서 그 파괴된 조각들이 방압구멍의 가장자리를 때리면 내압절연통의 파괴가 급속히 진행되는 역효과를 가져올 수 있는 것이다.

이것은 한류요소의 파괴된 작은 조각들이 방압구멍을 통하여 외부로 빠져나오는 것은 물론 방압구멍의 가장자리에 주어지는 충격강도가 다른 부위에 비하여 상대적으로 약해 그 방압구멍의 가장자리로 부터 강도를 유지하고 잇던 부위, 즉 방압구멍으로 멀리 떨어져 있는 부위까지 조직의 붕괴가 신속히 진행되어 넓은 면적에 걸쳐 파괴될 위험이 크다. 이로 말미암아 비교적 높은 서어지전압이 피뢰기에 유입될 경우에는 내압절연통을 포함하는 피뢰기의 폭발, 비산으로 인한 인사사고의 위험을 방지할 수 없는 것이다.

본 고안의 목적은 내압절연통에 슬릿형상의 방압로를 국부적으로 형성하여, 피뢰기에 벼락서어지 등 정격을 초과하는 서어지전압이 유입될 때, 그 서어지전압이 비교적 높은 경우에도 내압절연통 내부의 가스를 효과적으로 방출하면서 내압절연통의 파괴가 방압로 이외의 범위에서 발생되지 않도록 하기 위한 것과 제 2 의 사고방지를 위한 데 있는 것이다.

도 1 은 종래의 피뢰기를 나타낸 정면단면도.

도 2 는 종래의 피뢰기에 적용되는 내압절연통 일부 절단 정면도.

도 3 은 도 2 의 A-A선 단면도.

도 4 는 본 고안의 실시예의 내압절연통 정면도.

도 5 는 도 4 의 B-B선 단면도.

도 6 은 본 고안의 실시예의 내압절연통이 적용된 피뢰기의 횡단면도.

도 7 은 본 고안의 내압절연통의 성형과정을 나타낸 설명도.

도 8a 는 본 고안이 적용된 피뢰기의 방압시험 후의 외면상태 변화도.

도 8b 는 본 고안의 내압절연통의 방압시험 후의 외면상태 변화도

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

21, P : 내압절연통22, S : 홈

23 : 한류요소(限流要素)24 : 튜브

25 : 접착제26 : 심금(芯金)

본 고안은 상기 목적을 달성하기 위하여, 내부에 정격의 서어지전압이 유입될 때 고저항치에서 저저항치로 가변되는 한류요소의 적층이 가능하며, 튜브가 밀착되는 외면에 슬릿형상의 방압로가 축방향으로 복수개 형성된 유리섬유 보강의 내압절연통에 있어서, 상기 방압로를, 정격을 초과하는 서어지전압에 의하여 파괴되는 상기 한류요소의 가스압에 따라 길이방향의 중간이 파열가능하게 비관통(非貫通)의 홈으로 절삭가공한 것이다.

슬릿형상의 방압로는 선행기술에서 벽을 완전히 관통하는 구멍으로 형성하고 있으나 본 고안에서는 구멍이 아닌 홈으로 가공하고 잇다. 내압절연통의 방압로를 홈으로 가공한 이유는, 벼락서어지에 따른 높은 서어지전압에 의하여 한류요소가 파괴되고 이에 따라 내압절연통 내에 가스압력이 급속히 상승할 때 홈의 중간, 즉 방압로의 길이방향으로 그 중간만이 파열되는 특성이 있음을 실험에 의하여 알게 되었기 때문이다.

이것은 종래와 같이 방압로가 구멍으로 형성되어 있을 경우, 가장자리에 주어지는 충격강도가 다른 부위에 비하여 상대적으로 약해 한류요소의 타격과 가스압에 의하여 그 구멍의 가장자리로부터 멀리 떨어져 있는 부위까지 조직의 붕괴가 신속히 진행되어 넓은 면적에 걸쳐 파괴될 위험이 있는 점을 해결하기 위한 수단이기도 하다.

홈으로 이루어지는 내압절연통의 방압로는 축방향으로 내압절연통의 외면에 등간격으로 2~4개 정도 형성하는 것이 적합하고 용량에 따라 4개 이상도 가능하다. 바람직하게는 3개를 내압절연통의 축방향으로 길게 형성한다. 이 경우 홈의 바닥을 이루는 피절삭부분이 홈을 이루지 않는 후육의 부위에서 이어지기 때문에 그 이어지는 홈의 가장자리가 한류요소의 폭발에 따른 파편과 가스압에 의하여 쉽게 파괴되지 않는 강도를 갖게 된다.

홈은 플랫 드릴에 의한 들릴링 또는 밀링 커터에 의한 밀링 등의 절삭가공에 의하여 얻어진다. 내압절연통은 직포상의 유리섬유에 열경화성 수지를 함침한 후 위사와 경사가 축방향에 대하여 45°를 이루도록 감아 경화시킨 것으로, 경화 후 내압절연통의 외면에 등간격으로하여 일정 깊이로 슬릿형상의 홈을 파서 각각 방압로를 이루도록 한 것이다.

홈의 길이와 폭 및 절삭깊이는 내압절연통의 높이와 외경 및 두께와 관련이 있다. 한류요소가 정격을 초과하는 서어지전압에 의하여 파괴되었을 때 발생하는 가스압에 의하여 한류요소 상하의 전극이 빠져나가지 않을 정도의 범위내에서 홈의 중간이 파열되면서 방압로가 형성되어야 이상적이다. 내압절연통의 외부로 가스가 안전하게 방출되도록 하기 위하여, 주어진 내압절연통의 제원에 3 개의 홈을 이상적으로 형성하기 위한 조건이 실험에 의하여 얻어졌다.

즉, 홈의 길이는 내압절연통 높이의 12~32% 범위내에 있는 것이 이상적이며, 홈의 폭은 내압절연통 외경의 7.5~18% 범위내에 있는 것이 이상적이다. 또 홈 가공후 남아 있는 두께는 내압절연통 두께의 1/3~1/5의 범위내에 있는 것이 이상적이다. 이렇게 하여야만이 내압절연통의 다른부위는 파열되지 않으면서 홈의 중간만이 길이방향으로 길게 파열될 수 있는 것이다.

상기에서 한류요소와 튜브는 내압절연통과 함께 하나의 피뢰기를 이룬다. 한류요소는 선행기술에서 설명한 바와 같이 선로측 전극과 대지측 선로 사이에 전기적인 접촉상태를 이루도록 복수개가 적층되는 것으로 정격의 서어지전압 이하에서는 고저항치를 나타내어 대지전압을 유지하고, 벼락서어지 등의 이상전압이 유입될 때에는 저저항치로 낮아져 이상전압을 대지로 빠지게 한다.

그러나, 정격을 초과하는 서어지전압이 유입될 때에는 한류요소가 폭발하여 다량의 고압가스가 내압절연통에 압력을 가하게 된다. 이러한 압력은 상대적으로 강도가 약한 홈의 중간에 작용하여 파열시키므로 홈의 중간이 긴 방압로를 이루며 가스가 방출된다. 본 고안의 내압절연통 외면에서 접착력 또는 접착력과 재질 자체의 탄성력에 의하여 밀착되는 튜브(일명 하우징 또는 애관)는 실리콘 고무, EPDM(에틸렌-프로필렌 디엔모노모), EVA계열 등의 고무 등으로 이루어져 있는 것으로, 튜브의 내면에 접착제를 바르고 내압절연통을 그 중간에 끼우면 홈에 접착제가 충진되므로 튜브와 내압절연통과의 접착력이 향상된다.

이하 본 고안의 실시예를 첨부된 도면에 의하여 설명한다.

도 5 는 본 고안의 내압절연통(21) 정면도이고, 도 6 은 그 횡단면을 나타낸 것이다. 내압절연통(21)의 외면에는 3개의 홈(22)이 축방향으로 길게 파여져 있다. 그러니까 3개의 홈(22)은 평면상 120°의 등간격을 이루며 파여져 있는 것이다. 홈(22)이 형성된 실시예를 도 4 에서 보여주고 있다. 내압절연통(21)의 높이 H를 255㎜로 하고, 외경 W₁을 39㎜로 하며, 두께 t₁을 2.7㎜로 하였을 경우, 홈(22)의 폭 W₂는 5㎜, 길이 L은 69㎜, 절삭깊이 t₂는 2㎜로 하였다. 이로 인해 홈(22)의 비절삭부위는 0.7㎜로 얇게 남아 있게 되는 것이다.

내압절연통(21)은 내부에 한류요소(23)를 적층하고 나서 상하단에 전극을 끼워고정시키는 것으로, 이후에 튜브(24)의 내면에 접착제(25)를 도포한 후 그 튜브(24) 내에 끼워 경화시키는 것으로, 도 6과 같이 홈(22) 내로 접착제(25)가 충진되어 내압절연통(21)과 튜브(24)와의 사이가 높은 접착력을 유지한다.

도 7 은 내압절연통(21)의 성형과정을 설명한 것이다. 먼저, 직포상의 유리섬유를 감기는 방향으로 위사와 경사가 45°의 대각선을 이루도록 하여 일정의 폭으로 절단한 후 에폭시 수지에 담가 유리섬유내로 에폭시 수지가 충분히 함침되도록 한다. 이러한 유리섬유를 (a)단계에서 심금(26)에 일정 두께가 될 때까지 감아 경화시킨다. 경화가 완료되면 (b)단계에서 심금(26)을 빼내고 일정길이로 절단하면 내압절연통(P)의 기본형상이 갖추어진다. 그런 후에 (c)단계에서 내압절연통(P)의 외면에 밀링기 또는 조각기 등을 이용하여 일정의 홈(S)을 가공하면 성형품이 만들어지게 되는 것이다.

도 8a 및 도 8b 는 방압시험을 행한 결과를 나타내고 있다. 방압시험은 정격을 초과하는 벼락서어지에 근접하는 서어지전압을 가한 후에 일어난 튜브(24)와 내압절연통(21)의 외면변화를 관찰한 것이다. 이때 내압절연통(21)은 도 8b와 같이 홈(22)의 중간만이 길이방향으로 갈라져 있었고, 튜브(24)는 도 8a 와 같이 내압절연통(21)의 홈(22)에 형성되는 방압로보다 다소 불규칙적이기는 하지만 홈(22)의 형성방향으로 길게 파열되는 것으로 나타났다.

이와 같은 본 고안은 피뢰기에 벼락서어지 등 정격을 초과하는 서어지전압이 유입될 때, 그 서어지전압이 비교적 높은 경우에도 홈 부위만이 국부적으로 파열된다. 이에 따라 내압절연통 내부의 가스는 효과적으로 방출하면서 내압절연통의 파괴가 방압로 이외의 범위에서 발생되지 않기 때문에 피뢰기의 폭발 비산에 따른 인사사고를 보다 근본적으로 방지할 수 있다.

이러한 안전성의 향상 뿐만 아니라 배전선로에 적용했을 때 기타 관련기기에의 영향을 극소화하게 되며, 국부적인 파열에 따라 보수와 관리가 용이해지는 이점이 있는 것이다.

Claims (1)

1. 내부에 정격의 서어지전압이 유입될 때 고저항치에서 저저항치로 가변되는 한류요소의 적층이 가능하며, 튜브가 밀착되는 외면에 슬릿형상의 방압로가 축방향으로 복수개 형성된 유리섬유 보강의 내압절연통에 있어서, 상기 방압로를, 정격을 초과하는 서어지전압에 의하여 파괴되는 상기 한류요소의 가스압에 따라 길이방향의 중간이 파열가능하게 비관통의 홈으로 절삭가공한 것을 특징으로 하는 피뢰기용 내압절연통.