KR19990087547A - 자기-압축 서지 피뢰기 모듈 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

서지 피뢰기 모듈은 MOV의 어레이와 적층된 어레이에 축 압축력을 인가하기 위한 절연성 코팅재(16)를 포함하는 다른 구성요소를 갖춘다. 경화시 가열 경화수지를 포함하는 절연성 케이싱을 수용하는 축 압축 상태로 유지되는 동안, 구성요소 적층체(20)는 적층체의 구성요소 보다 더 큰 열팽창계수를 갖는다. 이 때, 코팅된 적층체는 피뢰기 구성요소에 의해 경헙되어질 수 있는 최대 기대 온도를 넘는 온도에서 경화된다. 냉각까지 어레이의 구성요소는 압축으로 유지됨과 더불어 각 다른 것과 적절한 전기적 접촉이 케이싱에 의해 유지된다. 유리섬유 가닥(24,28)이 보강 및 캔티리버 강도를 위해 케이싱에 포함된다. 또한, 모듈의 제조방법이 개시된다.

Description

자기-압축 서지 피뢰기 모듈 및 그 제조방법

통상적인 동작조건하에서 전기적 전송 및 분배장비가 상당히 좁은 영역에서 전압의 영향을 받기 쉽다. 번개가 떨어짐에 기인하여 스위칭 서지나 다른 시스템 장애, 전기 네트워크의 부분이 통상적인 동작 동안 장비에 의해 경험되는 레벨을 훨씬 초과하는 순간적인 전압레벨을 경험하게 된다. 비보호상태로 되면, 트랜스포머, 스위칭장치, 컴퓨터장비 및, 전기 기계류등과 같은 중요하고 값비싼 장비가 이러한 과전압이나 초래되는 전류 서지에 의해 대미지를 받거나 파괴되게 된다. 따라서, 서지 피뢰기를 통해 위험한 과전압으로부터 이러한 장비를 보호하도록 하는 것이 전기 산업에서 일상적으로 실행되고 있다.

서지 피뢰기는 과전압 유입전류를 분로 또는 디버트시켜 장비 주위를 안전하게 함으로써 대미지로부터 장비와 그 내부 회로를 보호하는 전기 장비의 비교적 값비싼 부분과 병행하여 공통적으로 연결되는 보호장치이다. 동작이 이루어질 경우, 서지 피뢰기는 보호되어지는 장비의 임피던스에 비해 매우 낮은 임피던스를 갖춘 접지로 전류 경로를 형성한다. 이러한 방법에서 장비를 통해 다른 방식으로 도전되는 전류 서지는 접지에 대해 피뢰기를 통해 대신 디버트되어진다. 순간적인 상태가 한번 지나가면, 피뢰기는 접지에 대해 최근에 형성된 전류경로를 열도록 동작함으로써 접지에 대해 "뒤따르는" 서지 전류로부터 시스템 주파수의 비순간적 전류를 보호하도록 배전이나 전송회로를 다시 절연시키고, 이러한 시스템 주파수 전류는 "전력 폴로우 전류(power follow current)"로서 알려져 있다.

종래의 서지 피뢰기는 전형적으로 전기적 절연재료로 만들어진 연장된 외부 엔클로저나 하우징과, 선-전위(line-potential) 도전체와 접지 사이에서 피뢰기를 연결하기 위해 엔클로저의 반대단에서의 전기 터미날의 쌍 및, 터미날 사이에 일련의 경로를 형성하는 다른 전기적 구성요소의 어레이를 포함한다. 이러한 구성요소는 전형적으로 전압 의존성 비선형 저항성 소자의 적층체를 포함한다. 이러한 비선형 레지스터나 "바리스터"는 노말 안정상태 전압에서 비교적 높은 레지스턴스를 갖춤과 더불어 피뢰기가 순간적인 과전압의 영향을 받을 경우 더욱 더 낮은 레지스턴스를 갖춤으로써 특징지워진다. 피뢰기의 형태에 따라 절연성 엔클로저내에 수용됨과 더불어 바리스터와 전기적으로 직렬로 연결된 하나 이상의 스파크 갭 어셈블리를 포함할 수 있다. 또한, 최근에 피뢰기는 바리스터 및 갭 어셈블리와 동일 축으로 정렬된 전기적 도전성 스페이서 소자를 포함한다. 또한, 다양한 형태의 전극과 구성이 통상적인 피뢰기의 구성요소 어레이에 포함될 수 있다.

피뢰기가 기능을 적절히 수행하기 위해 어레이내의 다양한 서지 피뢰기 구성요소의 종단들 사이에서 접촉이 유지되어지는 것이 중요하다. 이를 달성하기 위해 축 부하가 어레이의 소자상에 위치되어진다. 이러한 부하는 전형적으로 서로 맞물려 있는 적층된 소자에 압력을 가하도록 하우징내에 스프링을 채용함으로써 적용된다. 양호한 축 접촉은 구성요소의 인접면 사이의 비교적 낮은 접촉 저항을 확보하고, 소자를 통해 비교적 일정한 전류 분배를 확보하며, 어레이의 피뢰기 소자와 종단 사이에서 양호한 열전달을 제공하는데 중요하다.

요구되는 축력을 공급하기 위한 다른 통상적인 수단은 스택내의 소자를 축-압축하기 위해 유리섬유로 피뢰기 소자의 적층체를 감싸는 것이다. 이러한 종래 서지 피뢰기의 예는 미국 특허 제5,043,838호와, 제5,138,517호, 제4,656,555호 및, 제5,003,689호를 포함한다. 이러한 특허는 일반적으로 적층체내의 구성요소에 대해 적절한 축력을 인가하기 위해 피뢰기 구성요소의 적층체의 종단과 관련하여 섬유를 감싸기 위한 상세한 기술을 설명하고 있다. 이러한 기술의 채용은 섬유 사이의 특정한 분리를 유지하거나(예컨대, 미국 특허 제5,043,838호) 감겨질 수 있는 섬유에 대한 숄더를 야기시키기 위한(예컨대, 미국 특허 제5,138,517호) 특정 종단과 같은 적층체내에 특정 형상 구성요소의 포함을 요구한다.

축 압축을 유지함에 더하여 이러한 적층된 피뢰기 구성요소는 피뢰기로부터 안전하게 누설될 수 없는 동안 방출된 가스를 허용하게 되는 방법으로 피뢰기가 유지되어야만 한다. 때때로, 순간적인 과전압 상태가 하나 이상의 저항성 소자에 대해 어느 정도의 대미지를 야기시킬 수 있다. 충분히 혹독한 대미지는 피뢰기 하우징내에서 아크를 초래할 수 있고, 극도의 열발생과 아크와 접촉되는 내부 구성요소가 기화됨에 따라 가스 방출을 유도한다. 이러한 가스방출은 피뢰기내의 압력이 압력경감수단이나 피뢰기 하우징의 파열에 의해 경감될때까지 급속하게 증가되도록 압력을 야기시킨다. 이러한 상태하에서의 피뢰기의 파괴모드는 모든 방향으로 고속으로 구성요소나 구성요소 파편의 방출을 포함할 수 있고, 이러한 파괴 상태는 인접한 사람이나 장비에 대해 위험을 잠재하고 있다.

구성요소나 구성요소 파편의 방출에 따른 비극적인 파괴가 일어나지 않는 피뢰기를 설계 및 구성하는 시도가 이루어지고 있다. 이러한 하나의 피뢰기가 비파편화 판과 외부 하우징 및, 그 보다 더 아래단에 위치한 압력경감판을 갖춘 피뢰기를 개시하는 미국 특허 제4,404,614호에 설명되어 있다. 또한, 산산히 부서지지 않는 피뢰기가 미국 특허 제4,656,555호와 제4,930,039호 및, 5,113,306호에 개시되어 있다. 그 종단에 형성된 압력경감수단을 갖춘 피뢰기가 감김의 분기점-교차 패턴 사이에 개구를 포함하는 필라멘트로 싸여진 피뢰기 모듈을 개시하는 미국 특허 제3,727,108호와, 제4,001,651호, 제4,240,124호 및, 제5,043,838호에 설명되어 있다. 이러한 개구는 가스의 방출을 허용하도록 에폭시나 파열을 허용하는 유사한 절연재료로 채워진다.

그러나, 이러한 유용성에도 불구하고, 현재의 피뢰기는 아직 구성요소나 구성요소의 파편의 방출에 따라 때때로 파괴될 수 있다. 이는 부분적으로 이러한 피뢰기의 내부 구성요소가 한번 파괴되면, 아크가 구성요소를 기화시키는 결과를 초래함과 더불어 피뢰기 엔클로저의 파열을 방지할 수 있을 만큼 가스가 충분히 빨리 누출되지 않을 정도로 가스가 발생된다는 사실에 기인한다. 따라서, 파괴될때까지 비파편화 및 안전한 방법으로 파괴되는 피뢰기를 위한 기술이 필요로 된다. 또한, 스프링의 이용없이 구성요소가 축 압축되는 피뢰기를 위한 필요성이 존재한다.

더욱이, 복잡하고 고비용의 제조공정이나 특정화된 구성요소 적층체에 부가하는 것 없이 간단하면서 용이하게 적용할 수 있는 피뢰기 구성요소의 어레이를 축으로 압축하는 수단을 위한 기술의 필요성이 남아있다. 바람직하게는, 수단은 적층된 구성요소의 외부 표면에 용이하게 적용되어야 한다. 또한, 압축수단은 피뢰기 어셈블리의 장력과 캔티리버 강도를 향상시키는 형상을 포함하면 더욱 유용하다. 더욱이, 장치는 가스 압력을 경감시켜 위험한 상태로 빠지는 것으로부터 전기적 어셈블리를 보호하기 위한 누출수단을 제공해야 하고, 복잡한 어셈블리 공정이나 고비용 손실의 요구 없이 외부로 향하는 MOV 적층체로부터 각 인터페이스에서의 양호한 본딩을 제공해야 한다.

본 발명은 축 어레이에 적층된 다수의 전기적 구성요소와, 축 어레이의 외부 표면 위에 위치한 절연성 코팅을 포함하는 서지 피뢰기 서브어셈블리를 구비하여 구성된다. 코팅은 어레이의 외부 표면에 본딩되고, 양호한 전기적 접촉으로 어레이의 구성요소를 유지하도록 상기 어레이에 축 및 방사방향의 힘을 가하는 것이 바람직하다. 본 발명에 따르면, 코팅은 전기적 구성요소의 열팽창계수 보다 더 큰 열팽창계수를 갖고, 구성요소의 동작 온도의 범위에서의 온도에서 경화됨에 따라 코팅된 어레이가 경화온도 이하에서 냉각될 때, 코팅은 전기적 구성요소 보다 더 수축되어 어레이상의 압축력이 발휘되게 된다. 또한, 본 발명은 코팅내에 세로 및 원주방향으로 섬유질 보강재를 포함하고, 보강재는 유리섬유로 이루어지는 것이 바람직하다. 이러한 기술은 소정 코팅 두께를 초래하도록 본 코팅이 어레이의 원하는 부분상에 적용될 수 있음을 이해할 수 있다.

본 발명은 일반적으로 전력분배 시스템에 관한 것으로, 특히 이산 전기 구성요소를 포함함과 더불어 서지 피뢰기와 같은 보호장치에 채용되는 서브어셈블리나 모듈에 관한 것이다.

더욱이, 본 발명은 전기 구성요소의 어레이에 대해 축-압축력을 인가하고, 모듈내의 종단과 종단 사이의 관계에서 압축하의 상기 구성요소를 유지하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.

도 1은 본 발명에 따라 만들어진 전기적 서브어셈블리 모듈의 단면도,

도 2는 도 1에 도시된 서브어셈블리 모듈의 홈이 파여진 전극의 상면도,

도 3은 도 1에 도시된 서브어셈블리 모듈의 부분확대도,

도 4는 부분적으로 절단된 절연성 코팅의 층과 함께 나타낸 도 1에 도시된 모듈의 단면도,

도 5는 도 1에 도시된 서브어셈블리 모듈의 상면도,

도 6은 어셈블리의 중간단을 도시한 도 1의 모듈의 단면도,

도 7은 어셈블리의 다른 중간단을 나타낸 도 1의 모듈의 종단면도,

도 8은 도 1의 서브어셈블리 모듈을 채용하는 서지 피뢰기의 정면도,

도 9는 부분적으로 절단된 절연성 코팅의 부분을 갖춘 본 발명의 다른 실시예를 나타낸 정면도,

도 10은 본 발명의 또 다른 실시예를 나타낸 상면도,

도 11은 본 발명에 따라 만들어진 다른 전기적 서브어셈블리의 단면도,

도 12는 본 발명에 따라 구성된 모듈에 이용될 수 있는 구성요소의 다른 어레이를 나타낸 도면이다.

도 1 및 도 8은 본 발명에 따라 만들어진 전기적 구성요소의 모듈 서브어셈블리(10)를 나타낸 것으로, 모듈(10)은 피뢰기(60; 도 8 참조)와 같은 배전급 서지 피뢰기에 채용될 때 특정한 효용을 갖는다. 따라서, 본 발명의 형상과 유용 성을 가장 잘 설명하기 위해 모듈(10)은 10kA를 견딜 수 있는 10kA(8.4kV MCOV) 배전급 서지 피뢰기(60)를 참조하여 설명되어진다. 그러나, 본 발명은 배전 종류 서지 피뢰기, 또는 서지 피뢰기의 소정 크기나 정격에 이용하기 위해 한정되는 것은 아니고, 축 부하하에서 전기적 구성요소의 어레이나 적층체를 유지하기 위해 필요하거나 요구되는 어떠한 장치에서 이용 및 유용성을 갖추고서 대신한다.

다시, 도 1에 있어서, 모듈(10)은 일반적으로 종단과 종단을 잇는 구성으로 적층된 전기적 구성요소의 어레이(20)를 구비하여 구성되고, 절연성 코팅재(16)에 의해 공급된 축방향으로 인가되는 힘에 의한 구성내에 유지된다. 본 발명은 코팅재(16)에 관한 것으로, 소정의 특정 형태, 어레이(20)내의 전기적 구성요소의 수 또는 크기에 한정되는 것은 아니고, 설명을 위해 어레이(20)는 3개의 금속산화 바리스터(12; MOV)와, 터미날 블록(14)의 쌍 및, 접촉판(18)을 포함하는 것으로 제1도에 도시되어진다.

각 MOV(12)는 금속산화물로 이루어지고, 바람직하게는 상부면(30)과 하부면(32) 및 외부 원통면(31)을 갖춘 짧은 원통형 디스크로 형성된다. MOV(12)를 위한 금속산화물은 소정의 고에너지와 고전압 MOV 디스크를 위해 이용된 금속과 동일하고, 바람직하게는 아연 산화물 조합물로 만들어진다. 예컨대, 일본의 마츠시타 전기공업주식회사의 미국 특허 제3,778,743호를 참조한다. 실시예에 있어서, MOV(12)는 MOV 디스크 도처에 균일한 미세구조를 갖추게 되고, MOV(12)의 아연 산화물 조합물을 위한 지수 n은 안정 상태 시스템 전압에서 약 10∼25 범위로 된다. 약 20의 지수 n이 가장 바람직하다. MOV(12)의 원형단면은 MOV의 원하는 내구성과 회복성을 유지하기 위해 약 0.785 및 7.07 제곱인치 사이의 충분한 표면 영역을 갖는 것을 확보하도록 약 1∼3인치 사이의 직경을 갖는 것이 바람직하다. 동시에, MOV(12)는 피뢰기의 크기와 중량 및 비용을 줄이기 위해 가능한한 작은 단면 영역을 갖는 것이 요구된다. 그러나, 크기가 감소됨에 따라 디스크의 내구성과 회복성이 나빠지게 된다. 주어진 이러한 경합에 따라 약 1.6 인치의 직경이 가장 바람직하다. 면(30과 32) 사이에서 측정된 MOV(12)의 두께는 바람직하게 약 0.75인치이다. 이러한 기술로부터 알 수 있는 바와 같이, 주어진 특정 금속산화물 조합물과, MOV 디스크 도처의 균일하거나 일정한 미세구조 및, MOV 디스크의 두께는 동작전압 레벨을 결정한다.

실시예에 있어서, MOV(12)의 상부 및 하부면(30,32)은 약 0.002∼0.010 인치와 동일한 두께를 갖춘 용해된 알루미늄의 분무된 금속화 코팅재로 코팅된다. 본 발명에 있어서의 MOV(12)는 종래의 피뢰기에 전형적으로 채용된 것과 같은 외부 표면(31)상에 절연성 칼라(collars) 없이 바람직하게 형성된다.

접촉판(18)이 인접하는 MOV(12)의 상부 및 하부면(30,32) 사이에 위치한다. 도 2 및 도 3에 가장 잘 나타낸 바와 같이 접촉판(18)은 일반적으로 외부 엣지(34)를 갖춘 금속 디스크로 이루어진다. 접촉판(18)은 일반적으로 동심 홈의 형태를 취하여 각 최외부 릿지(42)가 상부 및 하부면(38,40) 상에 형성되는 상부 및 하부 릿지면(38,40; ridged surface)을 포함하는 것이 바람직하다. 전극(18)은 어닐링된 알루미늄으로 제조되는 것이 바람직하지만, 황동이나 다른 도전성 재료로 만들어질 수 있다. 접촉판(18)은 거의 MOV(12)와 동일한 외부 직경을 갖는다.

도 1 및 도 5에 나타낸 바와 같이, 터미날(14)은 어레이(20)의 각 종단에 위치하고, 비교적 짧으며, 원형 블록 기계화되거나 소정의 도전성 재료, 바람직하게는 알루미늄으로 주조된다. 터미날(14)은 칼라가 없는 MOV(12) 및 접촉판(18)과 실질적으로 동일한 직경을 갖추고, 나사홈 도전성 스터드(46)를 수용하기 위한 나사홈 구멍(44)을 포함한다. 블록의 외부 원형 표면(48)은 이하에서 더욱 상세히 설명하는 바와 같이 블록과 코팅재(16) 사이의 물리적 접속을 용이하게 하도록 오톨도톨하거나 이랑이 있거나 그렇지 않으면 다른 구조로 될 수 있다.

코팅재(16)는 종단과 종단을 잇는 관계로 적층된 MOV(12)와, 터미날(14) 및, 접촉판(18)을 보호, 유지하고, 구성요소를 통해 다양한 전기적 구성요소와 균일한 전류 분배 사이의 낮은 접촉 저항을 보증하기 위해 요구되는 축 압축력을 제공한다. 이하, 상세히 설명하는 바와 같이, 코팅재(16)는 내부 구성요소에 본딩되고, 더욱이 습기나 다른 오염물의 원하지 않는 도입을 방지하는 어레이(20)의 전기적 구성요소를 밀봉하며, 적층된 어레이(20)에 대해 증가된 장력과 기계적 강도를 제공하고, 피뢰기 파괴 동안 가스의 제어된 누출을 제공한다.

도 4 및 도 5의 형태에 있어서, 코팅재(16)는 수지층의 매트릭스(21)와, 다수의 축 정렬 섬유 테이프 세그먼트(24) 및, 나선형으로 감겨진 섬유 테이프 세그먼트(28)를 포함하고, 세그먼트(24,28)는 매트릭스(21)내에 매립된다. 이하 더욱 상세히 설명하는 바와 같이, 매트릭스(21)는 바람직하게는 베이스 수지층(22)과 3개의 외부 수지층(25∼27; 도 4)을 포함한다. 수지층(22, 25∼27)은 폴리에스터수지와, 페놀릭 수지 및, 에폭시수지로부터 선택된 가열 경화성 수지이다.

수지는 본 기술로부터 알 수 있는 바와 같이 일관성을 제어하고, 열팽창계수의 변형에 도움을 주며, 장력 강도를 증가시키기 위해 프레임아웃 성분과 입자 충전재를 더 포함한다.

수지층(22,25∼27)은 단일 수지 조합물로 이루어 질 수 있고, 또는 2∼4의 다른 수지로 이루어질 수 있다. 층(22,25∼27)을 위해 이용된 수지는 유사한 경화온도를 갖음과 더불어 매트릭스(21)를 만들도록 다른 수지층과 경합되도록 선택된다. 더욱이, 매트릭스(21)의 수지는 고온과 고전압에서 안정되어야만 하는데, 이는 매트릭스(21)내의 경화 수지는 어레이(20)내의 구성요소가 동작하는 동안의 온도 및 전압에서 해중합(depolymerize)이나 본딩 강도를 잃지 않아야만 됨을 의미한다. 통상적인 동작 온도는 전형적으로 -60 및 +60℃ 사이이다. 파괴 모드 온도는 350℃ 만큼 높을 수 있다. 층(22,25∼27)을 위해 선택된 재료는 전기 장비의 파괴온도나 그 이하의 열 저하가 없음을 경험하게 된다.

본 실시예에 따르면, 경화시 절연성 코팅재(16)가 어레이(20)의 전기적 구성요소의 열팽창계수 보다 더 큰 열팽창계수를 갖는 것이 중요하다. 이는 경화 온도 이하의 어떠한 온도에서라도 코팅(16)은 어레이(20)상의 축 및 방사적 압축력을 발휘할 수 있게 되는 것을 보증하게 된다. 전형적으로 어레이(20)내의 구성요소는 5×10⁶∼25×10⁶in/in/℃의 범위의 평균 열팽창계수를 갖추고, 따라서 코팅(16)은 적어도 50×10⁶∼250×10⁶in/in/℃의 열팽창계수를 갖추고서 형성되는 재료가 요구된다.

각 층(22,25∼27)은 수지 재료와 가능한 장비의 특정 고려에 따라 통상적인 분무(spraying), 침지(dipping), 로울링(rolling), 분말 낙하(powder falling), 또는 유체화 베드방법(fluidized bed method)에 의해 적절하거나 편리하다면 어느 것이라도 적용할 수 있다. 본 발명의 실시예에 있어서, 코팅(16)의 층(22,25∼27)은 통상적인 유체화 베드 공정을 이용하여 적용된다.

도 4에 잘 나타낸 바와 같이 베이스층(22)은 MOV(12)의 외부 원통형 표면(31)과, 터미날(48)의 외부 표면(48) 및, 콘택트판(18)의 외부 엣지(34)에 적용되고, 실질적으로 약 0.001∼0.015 인치의 균일한 두께를 갖도록 적용된다. 베이스층(22)은 MOV(12)에 대해 높은 본딩강도를 갖도록 선택된다. 어레이(20)의 구성요소에 강하게 부착되는 능력 때문에, 베이스층(22)은 코팅(16)의 다른 구성요소에 대해, 특히 테이프(24,28) 및 외부층(25∼27)에 대해 안전한 베이스를 형성한다. 또한, 층(25∼27)에 비해 베이스층(22)의 수지는 제1경도가 비교적 빨리 달성되어 이하에서 설명하는 테이프 세그먼트(24)가 어레이(20)의 엘리먼트와 직접 접촉으로 위치되지 않는다.

도 4 및 도 5에 있어서, 축 정렬된 섬유 테이프 세그먼트(24)는 다발내를 미리 충만 또는 매립시킴과 더불어 에워싸는 평행하는 행과 병행하여 배열됨과 더불어 B-단계 가열 경화성 수지에 의한 평행 관계로 유지된 다중 유리섬유 표준이나 표준 다발로 이루어진 수지가 충만된 유리섬유 테이프이다. 바람직하게는 도 1 및 도 4에 도시된 어레이에 대해 유리섬유 테이프(24)는 0.750 인치 넓이의 약 0.10 인치 두께이고, 어레이(20)의 길이와 실질적으로 동일한 길이를 갖는 B-단계 수지 충만 테이프이다. 테이프(24)의 4개의 세그먼트(24)가 테이핑을 하지 않고서 길이 방향 정렬 갭(50)을 제공하기 위해 어레이(20)의 주위에 대한 각 상한에서 공간 분리 구성으로 내부 베이스(22)를 거쳐 적용되고, 이는 여기에서 설명하는 예에서 약 0.125 내지 0.625 인치 넓이이다.

도 4 및 도 5에 있어서, 절연성 코팅재(16)는 어레이(20)에 대해 배치된 나선형으로 감겨진 테이프(28)를 더 포함하는 것이 바람직하다. 또한, 테이프(28)는 좁다는 것을 제외하고는 이전에 설명한 테이프(24)와 실질적으로 동일한 B-단계 수지가 충만된 유리섬유 테이프가 바람직하다. 또한, 테이프(28)는 가열 경화성 에폭시 수지에 의한 위치에 유지된 평행하는 행으로 구성된 유리섬유 표준이나 표준 다발을 포함한다. 본 실시예에 있어서, 코팅(16)은 바람직하게 상부 터미날(14)과 하부 터미날(14)의 외부 표면(48)에 대해 위치된 테이프(28)의 4개의 턴과, 어레이(20)의 중앙부에 대해 위치된 다수의 공간 분리 턴을 포함한다. 테이프(28)는 직선 인치당 약 2로 감싸는 피치에서 어레이(20)의 중앙부에 대해 감겨진다. 이러한 구성에 있어서, 코팅재(16)가 전체적으로 수지층(22,25∼27)으로 이루어진 다각형 영역(29)과 함께 형성되고, 섬유 테이프(24 또는 28)로부터 자유롭게 된다. 한번 이상 테이프 세그먼트(28)는 이러한 방법으로 어레이를 감싸는데 이용될 수 있다.

수지층(25∼27)은 이하 설명하는 바와 같이 분리적으로 적용되는 수지층이다. 층(25∼27)은 필요성은 없지만, 바람직하게는 층(22)과 동일한 수지로 형성된다. 층(25∼27)은 베이스층(22)에 견고하게 부착되어야만 하고, 테이프(24,28)의 유리섬유와 다발이 모듈(10)이 경화되기 전에 완전함과 더불어 적절히 젖는 것을 확실히 하기 위해 부분적으로 적용되어진다. 이는 예컨대 습기에 대한 능력을 강화시키기 위해 하나 이상의 층(25∼27)을 위해 다른 수지가 요구될 수 있고, 더 낮은 점도와 더 늦은 경화율이 요구될 수 있다. 어떠한 경우에 있어서도, 각 수지는 다른 선택된 수지와 상호 경합되어야 한다. 더욱이, 층(25∼27)을 위한 수지는 베이스층(22)과 비교하여 경화에 대해 비교적 더 늦어 테이프 세그먼트(24,28)는 이전의 층으로 눌려진 것으로부터 테이프를 보호하는 정도로 수지를 세팅하거나 단단하게 하기 전의 이전의 수지층내에서 눌려짐과 더불어 매립될 수 있다. 마지막 경화까지 코팅재(16)의 두께는 바람직하게는 약 0.005∼0.050 인치이다.

본 발명에 따른 모듈(10) 제조방법은 일반적으로 다음의 단계로 이루어진다.

먼저, 어레이(20)의 구성요소가 약 150∼275℃ 사이의 온도로 가열되고, 이러한 전가열(preheating) 단계의 마지막 온도는 코팅(16)에 채용된 수지의 형태와 특성에 의존한다. 특히, 마지막 전가열 온도는 겔(gel) 비율을 줄이기 위해 150∼200℃의 더 낮은 온도 범위에서 선택되는 반면, 마지막 경화온도는 225℃∼275℃의 범위로 설정된다. 한번 가열되면, 구성요소는 원하는 축 관계에서 통상의 V-블록형 장착물로 구성된다. 약 0∼1500 psi 사이의 축방향 클램핑력이 어레이(20)의 종단 터미날(14)에 인가된다. 제조의 편리를 위해, 구성요소 어레이는 수평 평면에 유지된다. 코팅 공정 동안 양호한 접촉을 유지하기 위해 구성요소-구성요소 접촉을 유지하기에 충분한 힘이 요구된다. 접촉판(18)의 립(rib)의 변형을 용이하게 하기 위해 언급된 클램핑력은 약 50∼150 psi이다. 클램핑력은 MOV(12)와 접촉판(18) 및 터미날(14)이 인접하는 그 전체 영역을 실질적으로 덮어 완전한 접촉을 확실히 하기에 충분해야만 한다. 어레이(20)의 인접하는 구성요소간의 양호한 접촉은 균일한 전류 분배와, 낮은 저항 및 적층된 어레이(20)를 통한 최적 열손실을 위해 중요하다.

축력이 소정 크기로 인가될때, 각도를 변화시키기 위해 접촉판(18)의 릿지는 MOV 표면(30,32)에서의 불균일성에 대해 보상하도록 MOV(12)의 인접하는 면(30,32)에 그 자신을 물리거나 매립시킨다. 부가적으로, 접촉판(18)은 서지 피뢰기의 동작 동안 MOV(12)의 열팽창과 관련한 불균일성의 정도를 보상하고, 접촉판(18)상의 릿지는 어느 정도 굽혀짐과 더불어 연속적인 전기적 접촉을 허용한다. 더욱이, 접촉판(18)은 기하학적으로 맞지 않거나 물리적 불균일성인 인접하는 MOV의 반대면(30,32)이나 어레이(20)의 다른 구성요소 사이에서 스며나오는 것으로부터 코팅(16)의 수지층(22,25∼27)을 보호하도록 기능한다. 근본적으로, 접촉판(18)의 최외측 릿지(42)는 각 MOV-전극-MOV 인터페이스의 주위를 에워싸는 밀봉을 형성한다.

어레이의 구성요소가 축방향으로 부하가 걸림에 따라 베이스층(22)은 어레이(20)의 구성요소의 외부 표면에 균일하게 적용된다. 제1외부층(25)의 얇은 코팅(0.003∼0.010 인치)이 겔로 개시된 빠른 겔층(22) 전에 즉각 적용된다. 제1외부층(25)은 층(25)내에 부분적으로 매립되도록 섬유 테이프를 허용하기 위해 베이스층(22) 보다 비교적 더 늦은 비율의 경도를 갖는다. 층(22,25)은 MOV(12)와 터미날(14) 및 접촉판(18)을 접촉하는 것으로부터 섬유 테이프 세그먼트(24)를 보호하기 위해 기능한다. 섬유 테이프가 수지로 충만됨에도 불구하고, 구멍과 보이드의 적은 레벨이 아직 존재할 수 있기 때문에, 이러한 접촉을 회피하는 것이 중요하다. 소정의 유전체 코팅재에서 존재하는 구멍의 레벨을 최소화하는 것이 중요한데, 이는 양호한 고전류 임펄스 내구성을 달성하기 위한 전기적 구성요소를 달성하는데 접근할 경우 특히 중요하다. 층(25)이 적용된 후, 부분적으로 매립되도록 하기 위해 테이프 스트립(24)이 제1외부층(25)내로 눌려진다. 테이프 세그먼트(24)는 축방향으로 정렬됨과 더불어 어레이(20)내의 구성요소의 외부 표면과 관련하여 주위로 공간 분리된다. 이 때, 모듈(10)은 도 6에 도시된 구성을 갖는다.

테이프 세그먼트(24)가 제1외부층(25)내에 매립된 후, 부분적으로 조립된 모듈(10)은 제2외부층(26)으로 코팅된다. 층(26)의 중요한 기능은 테이프 세그먼트(24)내의 유리섬유 가닥이나 다발이 잘 젖게 하는 것을 확실히 함과 더불어(수지 포화) 보이드가 코팅(16)내에서 발생되지 않게 하는 것을 확실히 하는 것이다.

층(26) 형성 후, 층(28)이 적용된다. 어레이(20)의 일단에서의 시작은 테이프(28)가 상부 터미날(14)의 오톨도톨한 외부 표면(48) 주위를 약 4번 감싸고, 이 때 나선 형태로 어레이(20)의 중앙 부분에 대해 감겨진다. 감음 단계는 하부 터미날(14)에 대해 테이프(28)의 4개의 마지막 턴으로 완료하는 것이 바람직하다. 테이프(28)는 층(26)이 아직 비교적 부드러운 경우에 어레이(20)에 대해 감겨짐에 따라 테이프(28)와 적어도 부분적으로 층(26)에 매립된다. 도 7은 어셈블리의 이러한 단계에서의 모듈(10)을 나타내고 있다. 테이프(28)가 적용된 후, 모듈(10)이 마지막 외부층(27)으로 코팅된다.

층(25∼27)이 다른 수지로 이루어질 수 있음에도 불구하고, 동일한 수지재료로 구성된 층(25∼27)이 현재 언급되어진다. 더욱이, 코팅(16)이 수지 재료의 3개의 이산적으로 적용된 외부층(25∼27)을 갖춘 것으로 설명되어졌음에도 불구하고, 실질적으로 외부층의 소정의 원하는 수와 조합이 적용될 수 있다. 이러한 3개의 층이 현재 실시예로서 언급되는 한편, 외부층(25∼27)에 의해 기능하는 중요한 기능은 테이프(24,28)에서의 섬유를 완전히 적시고, 수지 재료와 테이프(24,28)의 특성과 같은 많은 요소에 의존하며, 이는 더 많거나 더 적은 수의 층에 따라 달성될 수 있다.

마지막 외부 층(27)이 적용된 후, 클램핑 메카니즘(도시되지 않았음)에 의한 압축으로 아직 유지된 어레이(20)와, 코팅(16)이 경화온도에 영향을 받아 층(22,25∼27)이 교차 연결됨과 더불어 단단해지게 된다.

수지층(22,25∼27)으로 이루어진 매트릭스(21)가 전형적으로 약 60℃인 모듈의 통상 안정상태 동작온도를 넘는 온도에서 경화된다. 마지막 경화가 동작 동안 모듈(10)에 의해 경험되어질 수 있는 최대 온도 이상의 온도에서 야기된다. 모듈(10)이 서지 피뢰기에 적용될 때 매트릭스(21)는 모듈이 천이 과전압 동안 경험하는 온도 이상의 온도에서 경화된다. 이러한 온도는 예컨대 250℃ 이상이다. 따라서, 매트릭스(21)에서 이용하기 위해 선택된 수지는 250℃ 이상의 온도에서 경화되는 것이 바람직하다. 마지막 경화 동안, 도 1 및 도 4에 도시된 모듈(10)은 오븐으로부터 제거되기 전에 소정의 경화 온도에서 약 10∼30분 동안 오븐에 전형적으로 유지되고, 실온으로 냉각되도록 허용된다. 수지층(22,25∼27)이 마지막 경화 처리까지 완전하게 경화되지 않기 때문에, 층(22,25∼27)은 이산을 형성하기 보다는 식별가능한 층들인 각 인접하는 층과 통합된다.

소정의 경우에 있어서, 경화에 기인하는 수축은 어셈블리가 상승된 온도에서 경화되지 않도록 하는 것과 같은 적절한 압축력을 초래하는데 충분하다. 그러나, 경화 후 절연성 코팅재(16)는 어레이(20)의 전기적 구성요소의 열팽창계수 보다 더 큰 열팽창계수를 갖는다. 결과적으로, 모듈(10)의 냉각까지 절연성 코팅재(16)는 어레이(20) 보다 더 수축되고, 따라서 어레이(20)내의 구성요소가 적층 관계로 유지됨을 확실히 함과 더불어 양호한 전기적 접속이 어레이(20)내의 구성요소 사이에서 유지됨을 확실히 하기 위해 어레이(20) 상에 축-방사 압축력을 부과한다. 더 높은 열팽창계수를 갖춘 코팅재가 이용됨과 더불어 경화동안 수축이 고려되지 않으면, 이 때 경화온도는 설계된 동작 온도에서의 구성요소에 의해 경험되어진 온도 보다 더 높게 되고, 따라서 동작온도에서 압축력을 확보 할 수 있게 된다.

본 기술의 피뢰기의 상태에 의해 경험되어진 가장 중요한 온도는 250∼300℃의 범위이다. 더 낮은 열팽창계수를 갖춘 수지가 이용되어진다면, 낮은 온도 동작의 효과가 고려되어질 수 있다. 이 경우, 경화 동안의 수축은 코팅의 균열을 방지하기 위해 최소화된다. 이 경우, 힘은 가장 낮은 온도에서 가장 높게 된다. 이 경우, 본 발명의 목적은 코팅된 부분상에서 축 압축을 유지할 뿐만 아니라 구성요소 주위에 대해 양호한 유전체 인터페이스를 유지하기 위해 반응(경화) 동안의 수축과 열팽창계수를 조정하는 것이다. 열팽창 불일치를 조정하는 기능은 이러한 기술에 의해 잘 알려져 있 다. 본 발명의 새로운 측면은 코팅된 전기적 구성요소의 적층된 어레이에서의 접촉 압력을 조절하기 위한 이러한 코팅 파라메터를 이용하는 것이다.

팽창 불일치의 정도는 코팅재의 단단함과 장력 강도에 의해 제한된다. 일반적으로, 유연성의 소정 정도는 더 좁은 범위에 대한 압축력을 제어하기 위해 요구되어질 수 있다. 재료가 너무 단단하거나 부서지기 쉬우면, MOV 구성요소상에서 발휘되는 힘은 온도하강에 따라 극적으로 상승하게 되는 반면, 코팅재가 어느 정도 부드럽거나 신축성이 있으면, 코팅재는 힘의 증가에 따라 휘어짐이 시작되게 된다.

현재 언급된 수지와, 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA)나 에틸렌 프로필렌 고무(EPR)와 같은 고무 충전재의 입자는 경화된 수지의 유연성을 증가시키는데 이용된다. 이러한 시스템은 균열이나 이탈없이 큰 불일치를 견딜 수 있게 된다. 불일치 및/또는 수축의 실제적 한계는 측정되어지지 않는다. 그 대신, 시행착오 접근이 허용가능 재료 파라메터를 결정하는데 이용된다. 처리된 피뢰기 모듈은 ANSI C62.11-1991에 의해 요구된 것과 같은 2개의 고전류 임펄스에서의 제지에 따른 120℃의 빠른 가열의 50 열 충격 사이클의 영향을 받는다. 이 때, 샘플은 대미지 뿐만 아니라 동작 특성에서의 변화를 위해 검사되게 된다. 더 긴 항목 멀티스트레스 테스트(ENEL DY 1009)가 온전히 남겨진 유전체 인터페이스를 보증하는데 이용된다. 이러한 테스트 한계를 만나는 재료 시스템은 ANSIC62.11-1991 및 IEC 99.4-1993에 대한 설계 테스트의 완전한 세트에 영향받기 쉽다.

길이 방향으로 정렬된 유리섬유 테이프 세그먼트(24) 및 나선형으로 감싸진 테이프 세그먼트(28)와 관련된 단단한 매트릭스(21)는 사용의 경우 피뢰기 및 모듈은 풍력과 이용자 개인에 의한 선적이나 설치 동안 피뢰기에 인가될 수 있는 것과 같은 다른 의도하지 않았지만 때때로 야기되는 힘에 영향을 받는 서지 피뢰기(60)와 같은 에레이에 인가될 수 있는 외력을 견디도록 모듈(10)에 대해 충분한 캔티리버 강도를 제공한다.

모듈(10)에 대해 요구되는 강도와 강성률을 제공함에 부가하여 절연성 코팅재(16)는 피뢰기 구성요소 파괴동안 방출될 수 있는 가스를 누출시키도록 모듈(10)을 허용하는 누출수단을 더 포함한다. 특히, 다각형 영역(29)은 누출이 구성요소 파괴 동안 야기될 수 있는 약한 벽 영역으로 기능한다. 특히, MOV(12) 또는 어레이(20)의 다른 내부 구성요소가 파괴될 때, 모듈(10)의 압력은 인접하는 내부 아크가 재료를 태움으로써 야기되게 된다. 아크 발화에 따라 모듈(10)내의 압력은 약한 벽 영역(29)이 파괴되는 크기에 도달할때까지 증가하고, 따라서 내부 압력을 경감함과 더불어 방출된 가스를 누출한다.

도 8에는 이전에 설명한 모듈(10)을 채용한 배전 종류 서지 피뢰기(60)가 도시되어 있다. 일반적으로 피뢰기(60)는 모듈(10)과, 중합체 하우징(62) 및, 피뢰기 행거(64)를 포함한다. 모듈(10)은 모듈(10)과 하우징(62)의 내부 표면 사이의 조정의 보이드를 채우는 RTV 실리콘 혼합물(도시되지 않았음)을 갖춘 중합체 하우징(62)내에 위치한다. 나사홈이 형성된 도전체 스터드(46)는 각 터미날(14)의 내경(44)에 위치한다. 상부 스터드(46)는 터미날 어셈블리(도시되지 않았음)에 나사적으로 결합되기 위해 하우징(62)을 통해 연장된다. 하부 스터드(46)는 리드 분리기(65)를 접지시키기 위해 연결하기 위한 행거(62)에 구멍(도시되지 않았음)을 통해 연장된다. 나사홈이 형성된 스터드(67)는 접지 리드 어셈블리(도시되지 않았음)를 결합하기 위해 분리기(65)로부터 연장된다. 하우징(12)은 상부 및 하부단에서 모듈에 대해 밀봉된다.

도 9에는 모두 상기한 MOV(12)와, 접촉판(18) 및, 터미날(14)을 포함하는 전기적 구성요소를 포함하는 모듈(100)을 포함하는 본 발명의 다른 실시예가 도시되어 있다. 본 실시예에 있어서, 모듈(100)은 매트릭스(121)로 이루어진 절연성 코팅재(116)를 포함한다. 매트릭스(121)는 도 1 내지 도 7을 참조하여 설명한 수지층(22)과 실질적으로 동일한 수지 재료(122)의 베이스층을 포함한다. 매트릭스(121)는 수지 재료와 혼합된 비교적 짧은 섬유 가닥(126)을 포함하는 수지 재료의 하나 이상의 외부층(125)을 더 포함한다. 베이스층(122)과 외부층 또는 층(125)은 유체화 베드나 다른 알려진 기술에 의해 적용되고, 상기한 절연성 코팅재(116)의 경화에 따라 경화된다. 경화 후, 절연성 코팅재(116)는 어레이(120)의 피뢰기 구성요소에 대한 축 압축력을 인가한다. 코팅재(116)는 어레이(120)내의 구성요소의 열팽창계수 보다 더 큰 열팽창계수를 갖는다. 더욱이, 유리섬유 가닥(126)은 모듈(100)에 대해 강도와 강성률을 제공하는 층(125)내에 랜덤하게 위치한다.

도 10은 본 발명의 다른 실시예를 가장 잘 나타내기 위해 모듈(120)이 상면도로 도시되어 있다. 본 발명에 따르면, 모듈(120)은 이전에 모두 설명한 MOV(12)의 축 어레이와, 접촉판(18) 및, 터미날(14)을 포함하고, 절연성 코팅재(211)에 의해 코팅됨과 더불어 축 압축으로 유지된다. 코팅재(211)는 상기한 수지층(22,25∼27)을 포함한다. 코팅재(211)는 상기한 테이프 세그먼트(24)와 동일한 다수의 축상으로 정렬된 미리 충만된 테이프 세그먼트(224,226)를 더 포함한다. 그러나, 본 실시예에 있어서 가장 깊은 테이프 세그먼트(224)의 측면 dpt지는 중첩되어 전기적 구성요소의 어레이의 전체 주변은 축상으로 정렬된 테이프 세그먼트(224)의 층(225)에 의해 덮여진다. 모듈(210)은 테이프(224,226)의 다중 두께를 갖춘 아치형 영역(227)과 테이프(224)의 단일 두께를 갖춘 다른 아치형 영역(229)을 제공하도록 층(225)에 대해 소정 위치에 배치되는 축상으로 정렬된 테이프 세그먼트(226)를 더 포함한다. 상기한 외부층(25∼27)중 어느 하나와 실질적으로 동일한 수지층이 테이핑된 층(225)과 테이프 세그먼트(226) 사이에 적용되고, 다른 층은 테이프 세그먼트(26)가 모든 테이프 세그먼트(224,226)를 완전하게 적시도록 적용되어진 후 모듈(21)상에 적용된다. 그 후, 나선형으로 감겨진 테이프 세그먼트(228)가 테이프 세그먼트(224,226) 외부에 적용되고, 마지막 외부 수지층이 적용된다. 모듈(210)이 경화된 후, 모듈(210)은 영역(227)에 비해 유리섬유 보강재의 비교적 얇은 영역을 갖춘 영역(290)에 대응하는 비교적 더 약한 벽 영역(230)을 포함하게 된다. 이러한 기술로부터 알 수 있는 바와 같이 비교적 더 약한 벽 영역(230,227)은 영역(227) 보다 테이프(224)의 더 얇은 두께를 갖춘 비교적 더 약한 벽 영역(230)을 제공하는 테이프 세그먼트(224,226)의 두께의 소정 수를 갖출 수 있다. 따라서, 실시예는 어레이(220)내의 구성요소의 비교적 큰 수를 갖춘 서지 피뢰기에 있어서의 특정 실시예를 설명하고, 또는 MOV가 상기한 MOV(12) 보다 더 큰 경우를 설명하며, 도 8에 도시된 피뢰기(60) 보다 더 높은 전압이나 듀티비를 갖춘 서지 피뢰기를 갖춘 경우일 수도 있다.

도 11은 본 발명의 다른 실시예를 도시한 것으로, 이는 상기한 MOV(12)와 접촉판(18) 및 터미날(14)과, 스파크 갭 어셈블리(315)를 포함하는 전기적 구성요소의 어레이(120)를 포함하는 모듈(300)을 포함한다. 본 실시예에 있어서, 모듈(300)은 절연성 코팅재(316)를 포함한다. 상기한 바와 같이, 코팅(316)은 종단과 종단을 잇는 관계로 적층된 MOV(12)와 터미날(14), 접촉판(18) 및 스파크 갭 어셈블리(315)를 유지하고, 다양한 전기적 구성요소와 구성요소를 통한 균일한 전류 분배 사이의 낮은 접촉 저항을 확보하기 위해 요구되는 축 압축력을 제공한다. 앞에서 상세히 설명한 바와 같이, 코팅재(316)의 실시예는 테이프 세그먼트가 매트릭스에 매립됨에 따라 수지층의 매트릭스와, 다수의 축 정렬된 섬유 테이프 세그먼트 및, 나선형으로 감겨진 섬유 테이프 세그먼트를 포함한다. 코팅(316)이 내부 구성요소에 본딩됨과 더불어 더욱이 전기적 구성요소를 밀봉하고, 원하지 않는 습기나 다른 오염물의 도입을 방지한다. 코팅(316)은 축 및 방사 압축력을 인가함과 더불어 적층된 구성요소에 대해 증가된 장력과 기계적 강도를 제공하고, 피뢰기 파괴 동안 가스의 제어된 누출을 제공한다.

스파크 갭 어셈블리(315)가 공기를 함유하기 때문에, 모듈(300)의 일단과 인접하는 스파크 갭 어셈블리(315)의 위치를 바람직하게 찾을 수 있고, 스파크 갭 어셈블리(315)와 인접하는 내경구멍(322)을 포함하는 구멍형성 터미날(320)이 모듈(300)에 포함되는 것을 알 수 있다. 내경구멍(322)은 스파크 갭 어셈블리(315)에 함유된 공기를 가열 처리동안 팽창함에 따라 새나갈 수 있도록 허용하고, 모듈(300)의 경화에 따라 실온으로 되돌아갈때 스파크 갭 어셈블리(315)로 공기의 재도입을 허용한다. 가열 및 냉각동안 이와 같은 방법으로 모듈을 누출시키는 것은 에워싼 것과 다른 내부 압력을 갖춘 것으로부터 마지막 제조품을 보호한다. 내경구멍(322)이 제공되지 않음과 더불어 상승된 코팅 온도에서의 모듈(300)의 밀봉이 없으면, 스파크 갭 어셈블리(315)를 에워싸는 가스의 압력은 밀봉된 모듈이 주변 온도로 될 때 대기 이하로 된다.

모듈(300)이 조립, 경화 및 냉각되고, 하우징이나 유사한 장치내로 삽입되기 전에, 바람직하게는 고무나 유사한 탄력성 있는 밀봉재료인 스톱퍼(324)가 내경구멍(322)을 막기 위해 구멍형성 터미날(320)로 삽입된다. 구멍형성 터미날(322)은 바람직하게는 스톱퍼(324)를 수용하기 위해 리셉터클(323)로 구성된다.

모듈(300)을 구성함에 있어서, 에폭시 코팅재(316)는 MOV(12)에 대해 행해진 것 만큼 스파크 갭 어셈블리(315)에 대해 용이하게 고착되지 않음을 알 수 있다. 스파크 갭 어셈블리(315)에 대한 코팅재(316)의 부착을 개선하기 위해 코팅재(316)를 적용하기 이전에 더 높은 온도로 적층된 구성요소를 가열하는 것이 바람직하다.

특히, 적어도 275℃로 적층된 구성요소를 미리 가열하는 것이 바람직하다. 마찬가지로, MOV 뿐만 아니라 스파크 갭 어셈블리(315)는 열을 유지하지 않기 때문에, 야기되는 냉각을 최소화하기 위해 전가열단계와 코팅단계 사이의 시간을 최소화하는 것이 바람직하다.

모듈(300)의 제조와 어셈블리를 용이하게 하기 위해 모듈(300)의 다른 구성요소, 즉 MOV(12)와 터미날(14)의 단위 높이와 동일한 단위 높이를 갖춘 3개의 그룹으로 스파크 갭 어셈블리(315)를 제공하는 것이 바람직하다. 가장 바람직한 실시예에 있어서 구성요소 각 형태의 단위 높이는 1.1인치이고, 이는 단일 쉐드의 높이에 대응한다. 따라서, 2개의 MOV(12)와 3개의 스파크 갭 어셈블리(315)를 갖춘 9kV 서지 피뢰기는 동일한 높이로 되고, 3개의 MOV를 갖춤과 더불어 스파크 갭이 없는 9kV 서지 피뢰기와 동일한 크기의 하우징에 알맞다. 이는 교환가능하게 만들어지도록 스파크 갭을 구비함과 더불어 구비하지 않은 서지 피뢰기를 허용한다. 모듈(300)내의 스파크 갭 어셈블리(315)의 수와 구성은 필요한 만큼 변화되어질 수 있다. 스파크 갭 어셈블리(315)의 수가 크면, 모듈(300)의 2단 사이에서 분리되는 것이 바람직하고, 따라서 전기적 스트레스를 줄일 수 있게 된다. MOV의 다양한 조합과 스파크 갭을 포함하는 전기적 구성요소의 어레이의 예가 도 12에 도시되어 있다.

종단 플러그(32)와 스톱퍼(324)와 함께 단단한 에폭시 스킨은 서지 피뢰기의 구성요소를 완전히 덮음과 더불어 밀봉하게 되어 오일 환경을 포함하는 다양한 환경에 이용하기 위해 적절히 만들어진다.

본 발명은 발명의 요지를 이탈하지 않는 범위내에서 다양하게 변형하여 실시할 수 있음은 물론이다. 예로서, 미리 충만된 유리섬유 테이프(24,28)를 채용하는 것 보다 모듈(10)에 대해 원하는 강도와 강성률을 제공하도록 충만되지 않은 유리섬유 가닥 테이프가 채용될 수 있고, 가닥이나 다발은 수지의 이전과 이어지는 층을 충분히 적실수 있음을 제공하게 된다. 더욱이, 본 발명은 테이프(24,28)와 같은 테이프의 이용을 요구하지 않는다. 대신, 테이프의 형태가 아니고 유리섬유의 평행하는 가닥이나 가닥의 다발이 이어지는 수지층내에 완전하게 적셔짐과 더불어 매립된다. 따라서, 본 실시예는 하나의 예로서 그에 한정되는 것은 아니고, 다양한 변형 실시예가 가능하다.

Claims (30)

1. 축 어레이로 적층되고, 상기 어레이가 외부 표면을 갖춘 다수의 전기적 구성요소와;

   상기 축 어레이의 상기 외부 표면상에 위치하고, 상기 어레이의 상기 외부 표면에 본딩됨과 더불어 서로 전기적 결합으로 상기 어레이의 상기 구성요소를 유지하기 위해 상기 어레이에 대해 축 방향 힘을 인가하는 절연성 코팅재를 구비하여 구성되고;

   상기 코팅재가 상기 전기적 구성요소의 열팽창계수 보다 더 큰 열팽창계수를 갖는 것을 특징으로 하는 서지 피뢰기용 서브어셈블리.
2. 제1항에 있어서, 상기 코팅재가 매트릭스와 보강재 재료를 구비하여 구성되고, 상기 매트릭스와 상기 보강재 재료가 고전압과 고온의 영향을 받을 경우 근본적으로 안정되는 것을 특징으로 하는 서지 피뢰기용 서브어셈블리.
3. 제2항에 있어서, 상기 매트릭스가 적어도 하나의 가열 경화성 수지를 구비하여 구성된 것을 특징으로 하는 서지 피뢰기용 서브어셈블리.
4. 제2항에 있어서, 상기 매트릭스가 적어도 2개의 가열 경화성 수지를 구비하여 구성되고, 상기 수지가 상호 경합되는 것을 특징으로 하는 서지 피뢰기용 서브어셈블리.
5. 제3항에 있어서, 상기 가열 경화성 수지가 폴리에스터, 페놀릭, 에폭시 수지로 구성된 군으로부터 선택되고, 서지 피뢰기에서 이용될 경우 상기 서브어셈블리의 최대 기대 파괴모드 온도 보다 더 큰 경화온도를 갖는 것을 특징으로 하는 서지 피뢰기용 서브어셈블리.
6. 제2항에 있어서, 상기 보강재 재료가 유리 및 세라믹으로 이루어진 군으로부터 선택되고, 상기 보강재 재료는 상기 코팅의 열팽창계수를 변화시킬 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 서지 피뢰기용 서브어셈블리.
7. 제6항에 있어서, 상기 보강재 재료의 전부 또는 일부분이 상기 어레이의 전체 길이를 따라 연장되는 연속적으로 미세하게 분할된 가닥 형태의 유리섬유인 것을 특징으로 하는 서지 피뢰기용 서브어셈블리.
8. 제7항에 있어서, 매트릭스의 적어도 하나의 층이 상기 섬유와 상기 어레이 사이에 위치하고, 상기 매트릭스가 상기 어레이에 대해 상기 섬유의 본딩을 제공하는 것을 특징으로 하는 서지 피뢰기용 서브어셈블리.
9. 제8항에 있어서, 상기 섬유가 수지 포화임과 더불어 적어도 2개의 평행하는 군이고, 각 군은 테이프의 연속적인 가닥의 형태인 것을 특징으로 하는 서지 피뢰기용 서브어셈블리.
10. 제8항에 있어서, 상기 섬유의 전부 또는 일부가 상기 어레이에 대해 나선형으로 배치된 연속적인 가닥임과 더불어 상기 어레이의 길이를 연장하는 것을 특징으로 하는 서지 피뢰기용 서브어셈블리.
11. 제6항에 있어서, 상기 섬유가 상기 매트릭스와 균일하게 혼합되는 것을 특징으로 하는 서지 피뢰기용 서브어셈블리.
12. 제6항에 있어서, 상기 코팅재는 섬유가 결여된 섹션을 구비하여 이루어지고, 상기 영역이 상기 어레이의 길이를 따른 간격으로 공간지워지는 것을 특징으로 하는 서지 피뢰기용 서브어셈블리.
13. 제6항에 있어서, 상기 섬유의 부분이 상기 어레이의 길이를 연장하는 하나 이상의 선형 군으로 구성되고, 상기 섬유의 다른 부분이 상기 어레이의 길이를 나선형으로 연장하는 하나 이상의 군으로 구성되며, 상기 나선형 군이 적어도 4개의 중첩된 턴을 구비하는 상기 어레이의 각 단에서 끝나고, 상기 각 나선형 군이 상기 선형 군 위에 배치되며, 적절한 매트릭스의 층이 상기 선형과 나선형 군 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 서지 피뢰기용 서브어셈블리.
14. 제13항에 있어서, 상기 선형 섬유군과 상기 나선형 섬유군이 배치되어 섬유가 없는 섹션이 상기 어레이의 길이에 따른 간격에서 정의되는 것을 특징으로 하는 서지 피뢰기용 서브어셈블리.
15. 제9항에 있어서, 상기 테이프가 B-단계 수지인 것을 특징으로 하는 서지 피뢰기용 서브어셈블리.
16. 제2항에 있어서, 상기 매트릭스가 세라믹인 것을 특징으로 하는 서지 피뢰기용 서브어셈블리.
17. 제2항에 있어서, 상기 매트릭스가 유리인 것을 특징으로 하는 서지 피뢰기용 서브어셈블리.
18. 제2항에 있어서, 상기 매트릭스가 실리콘 고무인 것을 특징으로 하는 서지 피뢰기용 서브어셈블리.
19. 제6항에 있어서, 누출수단을 더 구비하여 구성된 것을 특징으로 하는 서지 피뢰기용 서브어셈블리.
20. 제19항에 있어서, 상기 누출수단이 상기 코팅재에서 경감된 강도의 영역을 구비하여 구성된 것을 특징으로 하는 서지 피뢰기용 서브어셈블리.
21. 제1항에 있어서, 상기 전기적 구성요소가 적어도 하나의 MOV의 쌍을 포함함과 더불어 도전성 웨이퍼가 각 인접하는 MOV의 쌍 사이에 배치되고, 상기 웨이퍼가 톱니 모양의 상부 및 하부 표면을 갖는 것을 특징으로 하는 서지 피뢰기용 서브어셈블리.
22. 제21항에 있어서, 상기 전기적 구성요소가 적어도 하나의 스파크 갭 어셈블리를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 서지 피뢰기용 서브어셈블리.
23. 적어도 하나의 MOV의 쌍을 포함하고, 축 어레이로 적층됨과 더불어 외부 표면을 갖춘 다수의 전기적 구성요소와;

    폴리에스터 수지와 페놀릭 수지 및 에폭시 수지로 이루어진 군으로부터 선택된 가열 경화성 수지를 구비하여 구성되고, 상기 가열 경화성 수지가 상기 외부 표면에 본딩되는 제1매트릭스층과,

    이 제1매트릭스층과 동일한 군으로부터 선택된 가열 경화성 수지를 구비하여 구성되고, 상기 제1매트릭스층에 본딩되는 제2매트릭스층,

    상기 어레이의 길이를 연장하는 공간 분리 테이프 스트립을 구비하여 구성되고, 각 스트립이 평행한 어레이로 배열된 B-단계 폴리에스터 수지로 포화된 다수의 섬유를 구비하여 구성되며, 상기 스트립이 상기 제2매트릭스층에 매립되는 제1섬유층,

    상기 제1매트릭스층과 동일한 군으로부터 선택된 가열 경화성 수지를 구비하여 구성된 제3매트릭스층,

    B-단계 폴리에스터 수지로 포화됨과 더불어 제2테이프 스트립에서 평행한 어레이로 배열된 다수의 섬유를 구비하여 구성되고, 상기 제2스트립이 상기 제1스트립 보다 더 좁음과 더불어 상기 외부 표면에 대해 나선형으로 배치되며, 상기 어레이의 길이를 연장함과 더불어 상기 어레이의 각 단에서 끝나고, 상기 제2섬유층과 상기 제3섬유층이 상기 제2매트릭스층에서 적어도 부분적으로 매립되는 제2섬유층 및,

    상기 제2매트릭스층과 실질적으로 동일한 가열 경화성 수지 조성의 제4매트릭스층으로 이루어진 절연성 코팅재를 구비하여 구성되고;

    상기 코팅재가 상기 어레이의 상기 외부 표면에 본딩됨과 더불어 상기 전기적 구성요소의 열팽창계수 보다 더 큰 열팽창계수를 갖춤으로써 축 및 방사 방향 힘이 통상 동작 온도에서 상기 어레이에 인가되어 상기 구성요소가 전기적 결합을 유지함과 더불어 서로 축 정렬되는 것을 특징으로 하는 서지 피뢰기용 서브어셈블리.
24. 제23항에 있어서, 상기 어레이가 적어도 하나의 스파크 갭 어셈블리를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 서지 피뢰기용 서브어셈블리.
25. 제24항에 있어서, 상기 어레이가 일단에서 구멍형성 터미날을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 서지 피뢰기용 서브어셈블리.
26. 제25항에 있어서, 상기 구멍형성 터미날이 그를 통과하는 내경구멍을 포함하고, 상기 어레이가 상기 내경구멍을 닫기 위한 스톱퍼를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 서지 피뢰기용 서브어셈블리.
27. 제23항에 있어서, 방수하우징이 상기 코팅재와 통합되어 그로부터 형성되고, 상기 하우징이 상기 서브어셈블리에 대해 배치된 코어와 이 코어를 따라 축상으로 공간 분리되는 다수의 방사 휜을 구비하여 구성된 것을 특징으로 하는 서지 피뢰기용 서브어셈블리.
28. 300∼500℉ 사이의 온도로 다수의 전기적 구성요소를 전가열하는 단계와;

    적어도 하나의 MOV의 쌍과 상기 각 MOV 쌍 사이에 배치된 도전성 웨이퍼를 포함하는 상기 전가열된 구성요소를, 외부 표면과 각 단에 터미날 블록을 갖춘 적층체를 형성하기 위해 장착물에 상기 구성요소를 위치시킴으로써 축 어레이로 배열하는 단계;

    상기 구성요소 사이에 양호한 전기적 접촉을 제공하기 위해 상기 적층체의 단에 충분한 축력을 인가하는 단계;

    상기 축력을 유지함과 더불어 적어도 150℃의 온도에서 상기 구성요소를 유지하는 동안, 각각 가열 경화성 수지와, 세라믹, 유리 및, 실리콘 고무로 이루어진 군으로부터 선택되고, 고전압 안정성을 갖춘 적어도 하나의 상호 경합하는 유전체 재료로 이루어진 제1매트릭스층을 상기 적층체의 외부표면에 인가하는 단계;

    상기 제1매트릭스층이 제2매트릭스층 보다 더 빨리 경화될 수 있음에 따라 상기 제1매트릭스층이 상기 어레이의 외부 표면에 본딩됨과 더불어 상기 제2매트릭스층에 혼합 및/또는 본딩되고, 상기 제2매트릭스층이 테이프의 하나 이상의 층을 적어도 부분적으로 매립할 수 있는 비교적 더 부드러운 외부를 갖추며, 상기 제1매트릭스층을 상기 제2매트릭스층으로 덮어 씌우는 단계;

    테이프가 다수의 선형 정렬 섬유로 이루어지고, 섬유가 유리섬유, 나일론, 레이온, 세라믹으로 이루어진 군으로부터 선택되며, 각 테이프 스트립이 상기 적층체의 길이를 연장하고, 인접하는 테이프 스트립 사이의 공간이 서지 피뢰기에서 사용될 경우 이온화 동안 상기 적층체의 누출을 허용하기에 충분하며, 상기 수지가 고전압 안정성을 갖춘 폴리에스터 수지와, 에폭시 수지 및, 페놀 수지로 이루어진 군으로부터 선택되고, 수지 충만 테이프의 다수의 축 공간 분리 스트립으로 이루어진 제1테이프층으로 상기 제2매트릭스층의 외부를 실질적으로 덮는 단계;

    각 재료가 가열 경화성 수지와, 세라믹, 유리 및, 실리콘 고무로 이루어진 군으로부터 선택되고, 제3매트릭스층이 테이프의 하나 이상의 층을 적어도 부분적으로 매립할 수 있는 부드러운 외부를 형성하며, 수지 포화상태로 상기 섬유를 유지시키고, 제2매트릭스층과 제1테이프층상에 고전압 안정성을 갖춘 적어도 하나의 상호 경합하는 유전체 재료의 제3매트릭스층을 인가하는 단계;

    상기 섬유가 섬유유리, 나일론, 레이온, 세라믹으로 이루어진 군으로부터 선택되고, 상기 B-단계 수지가 고전압 안정성을 갖춘 폴리에스터 수지, 에폭시 수지, 페놀수지로 이루어진 군으로부터 선택되며, 상기 제2테이프 스트립이 상기 어레이에 대해 나선형으로 배치됨과 더불어 상기 어레이의 길이를 연장하고, 상기 제2테이프 스트립이 상기 어레이의 각 단에서 적어도 2개의 겹쳐진 턴에 따라 끝나고, 상기 제3매트릭스층상에 다수의 선형 정렬 섬유를 갖춘 제2수지 충만 테이프 스트립으로 이루어진 제2테이프층을 인가하는 단계;

    상기 각 재료가 가열 경화성 수지, 세라믹, 유리, 실리콘 고무로 이루어진 군으로부터 선택되고, 상기 제3매트릭스층과 상기 제2테이프층상에 고전압 안정성을 갖춘 적어도 하나의 상호 경합하는 유전체 재료로 이루어진 제4매트릭스층을 인가하는 단계;

    서지 피뢰기에서 사용될 경우 상기 전기적 구성요소의 최대 기대 파괴 모드 온도를 넘는 온도에서 충분한 시간 동안 상기 매트릭스층과 수지를 경화하는 단계 및;

    서브어셈블리를 냉각시킴과 더불어 서브어셈블리의 단으로부터 축력을 제거하는 단계를 구비허여 이루어진 것을 특징으로 하는 서지 피뢰기용 전기적 서브어셈블리의 제조방법.
29. 제28항에 있어서, 상기 전가열단계가 적어도 하나의 스파크 갭 어셈블리와 구멍형성 터미날에서 MOV 적층체를 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 서지 피뢰기용 전기적 서브어셈블리의 제조방법.
30. MOV의 적어도 하나의 쌍과,

    적어도 하나의 스파크 갭 어셈블리 및,

    구멍형성 터미날을 포함하고, 축 어레이로 적층됨과 더불어 외부표면을 갖추는 다수의 전기적 구성요소와;

    상기 축 어레이의 상기 외부 표면 상에 배치되고, 서로 전기적 결합으로 상기 어레이에서 상기 구성요소를 유지하도록 상기 어레이의 상기 외부 표면에 본딩됨과 더불어 상기 어레이에 축방향 힘을 인가하는 절연성 코팅재를 구비하여 구성되고;

    상기 코팅재가 상기 전기적 구성요소의 열팽창계수 보다 더 큰 열팽창계수를 갖춘 것을 특징으로 하는 서지 피뢰기용 서브어셈블리.