KR19990087548A - 중합체의 내후쉐드 서지 피뢰기 및 방법 - Google Patents

중합체의 내후쉐드 서지 피뢰기 및 방법 Download PDF

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제프리 조셉 케스터
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다이앤 케이. 슈마커
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Abstract

탄성 중합체 서지 피뢰기 하우징(20)은 관형상 코어(30) 및 방사형 쉐드(36)를 갖춘 슬리브를 포함한다. 슬리브는 제1형상으로 형성되고, 코어(30)가 방사상으로 팽창할때 쉐드(36)가 아래쪽으로 연장하는 형상의 제2형상을 나타낸다. 제2형상에서, 쉐드(36)는 일반적으로 원뿔형의 모양을 가지는 상부 표면을 포함한다. 하우징(20)은 종래의 주조 기술로 제조될 수도 있지만, 하우징(20)이 제2형상으로 바로 주조되면 보다 작은 재료를 필요로 할 수도 있다.

Description

중합체의 내후쉐드 서지 피뢰기 및 방법
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 동작조건 동안 장비에 의해 경험되어진 레벨을 훨씬 초과하는 순간적인 전압레벨을 경험하게 된다. 비보호상태로 남으면, 트랜스포머, 스위칭장치, 컴퓨터장비 및, 전기 기계류 등과 같은 중요하고 값비싼 장비가 이러한 과전압이나 결과적인 전류 서지에 의해 대미지를 받거나 파괴되게 된다. 따라서, 서지 피뢰기를 통해 위험한 과전압으로부터 이러한 장비를 보호하도록 하는 것이 일상적으로 실행되고 있다.
서지 피뢰기는 과전압 유입전류를 션트(shunt) 또는 디버트(divert)시켜 장비 주위를 안전하게 함으로써 대미지로부터 장비와 그 내부 회로를 보호하는 전기 장비의 비교적 값비싼 부분과 병행하여 공통적으로 연결되는 보호장치이다. 동작이 야기될 경우, 서지 피뢰기는 보호되는 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. 종래의 서지 피뢰기는 전형적으로 전기적 절연재료로 만들어진 연장된 외부 하우징과, 선-전위 도전체와 접지 사이에서 피뢰기를 연결하기 위해 하우징의 반대단에서의 전기 터미날의 쌍 및, 터미날 사이에 일련의 경로를 형성하는 하우징내의 전기적 구성요소의 어레이를 포함한다. 이러한 구성요소는 전형적으로 전압 의존성 비선형 저항성 소자의 스택을 포함한다. 이러한 비선형 레지스터나 "바리스터"는 노말 안정상태 전압에서 비교적 높은 레지스턴스를 갖춤과 더불어 피뢰기가 순간적인 과전압의 영향을 받을 경우 더욱 하부 레지스턴스를 갖춤으로써 특징지워진다. 피뢰기의 형태에 따라 절연성 하우징내에 수용됨과 더불어 바리스터와 전기적으로 직렬로 연결된 하나 이상의 전극과 히트 싱크, 또는 스파크 갭 결합을 포함할 수 있다. 이들 오염물은 시간이 경과하면, 전류용 경로를 형성할 정도로 된다. 실제로 이러한 형성은 활성화되거나 라인-포텐셜 구성요소와 접지 사이의 거리를 감소시킨다. 이 방법에서, 피뢰기 하우징의 표면 저항력은 플래시오버가 발생하여 쇼트 회로가 되는 점에서 감소된다. 따라서, 종래의 내후쉐드는 연장하기 위한 피뢰기 하우징이나 길어진 하우징 표면을 갖추고 있으며, 활성화된 피뢰기 터미날과 접지 사이의 실제거리는 증가한다. 부가적으로, 내후쉐드는 먼지와 주위의 오염물이 그 하우징의 외부 표면상에 모이는 정도를 억제하거나 최소화 하기 위해 피뢰기의 능력을 향상시키도록 설계되어졌다. 이러한 설계는 하우징상의 쉐드의 수와 사이즈의 변화에 의해, 오염물의 영향을 억제하는 특별히 설계된 재료를 사용하는 인접한 쉐드의 반지름의 변화를 포함한다.
자기(磁器)로 이루어진 서지 피뢰기 하우징은 이전의 산업 표준이었다. 공교롭게도, 이러한 피뢰기 하우징은 부서지기 쉽고 종종 반달리즘이 문제였다. 부가적으로, 자기 하우징은 피뢰기에 탑재하기 위한 실질적인 유지 수단을 요구하기 때문에 무겁다. 더욱이, 자기 하우즈드 피뢰기가 파괴되었을 때 하우징이 폭발하기 드물지 않고, 모든 방향으로 고속으로 자기 조각을 보내고 있다. 이러한 파괴는 사람에게 위험하고 설비에 피해를 끼치는 명백한 가능성을 제공했다.
현재, 적어도 분배 클래스에 있어서 중합체의 하우징 서지 피뢰기는 표준 형태가 되었다. 중합체의 하우징은 제조가 싸고, 부서지지 않으며 종래의 자기 하우징에 비해 선적 및 설치와 사용동안에 대미지를 덜 받는다. 부가적으로, 중합체의 하우징은 대체로 더 가볍고, 더 심플하고 덜 비싼 설치를 허용하고 있다.
중합체의 피뢰기 하우징은 통상적으로 실리콘 고무나 다른 탄성 중합체의 재료로 모형을 만들고 있다. 상기 하우징은 중심 코어와 완전하게 모형화된 중심 코어와 방사 쉐드 또는 스커트를 포함하고 있다. 상기 중심 코어는 하우즈된 곳에 바리스터와 다른 피뢰기 구성요소와 같이 거의 동일한 지름의 내부 구멍 또는 챔버를 포함하고 있다. 하우징의 몰드는 쉐드의 특정한 모형이나 방향의 바람직한 배치를 제공하기 위해 제작되었다.
현재 몰딩기술은 중합체의 피뢰기 하우징상에서 쉐드의 배치와 배열을 효과적으로 한정하고 있다. 더욱이, 몰딩 처리의 제거 때문에, 확실한 내후쉐드 방향과 함께 하우징의 제조는 비싸고 어렵다. 또한, 하우징과 내부 구성성분의 내부 표면 사이의 좋은 결속을 유지하는 현재 방법은 비싸고 스크랩 재료의 실질적인 양을 발생시킨다. 따라서, 중합체의 피뢰기 하우징에 관한 기술에서는, 환경 오염물질의 축적에 견딜 수 있고, 그와 동시에 통상의 몰딩기술을 이용하여 제조하기에 비교적 간단한 개선된 내후쉐드설계를 필요로 한다.
하우징이, 하우징의 내부 표면과 내부의 전기적 구성요소 사이에 뛰어난 결속을 제공한다면 더 유리하게 된다. 피뢰기 하우징에 채용된 것으로 알려진 실리콘 고무와 다른 탄성 중합체 재료의 현재 비용이 주어지면, 현재 채용된 유사한 하우징보다 재료를 덜 사용하여 내후쉐드가 제조되면 더 유리하다.
본 발명은 일반적으로 전력분배 장비에 관한 것으로, 특히 서지 피뢰기에 관한 것이다. 더욱이, 본 발명은 중합체의 내후쉐드(weathershed)를 채용하는 서지 피뢰기에 관한 것이다.
도 1은 부분적으로 횡으로 절단한 본 발명의 서지 피뢰기와 피뢰기 하우징을 나타낸 정면도이고,
도 2는 도 1에 나타낸 피뢰기 하우징을 나타낸 횡단면도,
도 3은 도 2에 나타낸 몰드와 같고 수축된 형상을 나타낸 하우징의 횡단면도,
도 4는 도 3에 나타낸 몰드와 같은 부분과 수축된 하우징을 나타낸 확대도,
도 5는 도 1에 나타낸 피뢰기 구성요소를 수용 및 하우징하도록 팽창되기 전이나 팽창된 후에 내후쉐드의 일부의 단면을 도시한 도 4에 나타낸 것과 유사한 도면이다.
본 발명은, 중심 코어와 코어로부터 방사상으로 연장하는 축상으로 띄워진 다수의 쉐드를 갖추고 있는 관형상 코어와 함께 변형되어 쉐드된 슬리브를 포함하는 서지 피뢰기를 위한 탄성 중합체의 하우징을 포함한다. 상기 슬리브는 코어가 수축될때의 제1형상과 코어가 팽창될때의 제2형상을 갖추고 있다. 코어가 방사상으로 팽창될때, 쉐드가 상부의 표면에 일반적으로 원뿔형이고 쉐드의 끝이 그들의 초기의 형상으로부터 축상으로 이동하는 새로운 형상으로 가정한다. 그러나, 쉐드의 끝은 제1 및 제2형상에서 미리 결정된 같은 방사상의 위치에 남는다. 쉐드가 거의 10°~60°범위내의 각도에서 코어로부터 아래쪽으로 연장되는 것이 바람직하고, 더 바람직하게는 슬리브가 팽창해진 형상일 때인 10°~45°이다.
상기 탄성 중합체 하우징은 보다 바람직하게는 실리콘 고무로 이루어지고, 제1형상인 수축된 형상으로 모형화 된다. 상기 형상에서, 쉐드의 상부의 표면은 R1의 만곡 반지름을 갖는 숄더에서 코어 부분과 결합하고, 쉐드의 하부 표면은 R2의 만곡 반지름을 갖는 낮은 숄더에서 코어 부분과 결합한다. 이때, R1은 R2보다 더 크다. 부가적으로, 제1형상에 있어서, 쉐드의 상부의 표면은 2개의 원뿔형의 표면 세그먼트가 결합되는 제1변환점을 포함한다. 또한, 제1형상에 있어서, 쉐드의 하부 표면은 원뿔형의 표면 세그먼트의 한쌍의 교차점에서 제2변환점을 포함한다. 상기 원뿔형의 표면은 하부 표면 테이퍼상에서 원뿔형 표면이 위쪽으로 분할될 때 상부의 표면 테이퍼상에서 아래쪽으로 분할된다. 상기 쉐드는 제2변환점이 제1변환점보다 하우징의 축에 더 접속하도록 배열된다. 게다가, 바람직하게는 꼭대기 사이드상에서 아래쪽의 각은 바닥 사이드상에서의 위쪽 각보다 이상이다.
본 발명은 탄성 중합체 피뢰기 하우징을 적절한 형상으로, 아래쪽으로 연장된 쉐드로 알맞게 구성되어 만들어지는 것을 허용하지만, 하우징이 실질적으로 하우징의 축의 수직인 쉐드로 모형화되는 것도 허용된다. 이것은 실질적으로 하우징 축의 수직으로 연장된 쉐드를 갖춘 탄성 중합체를 몰드하기 위해 더 심플하게 제조되는 중요한 제조 이점을 제공한다. 부가적으로, 본 발명은 팽창하게 되거나 하우징이 종래의 기술을 이용하여 최적 설계된 형상으로 모형화 되었다면 보다 탄성 중합체 재료의 뚜렷하게 작은 부피를 사용하여 제조된 하우징의 아래쪽으로 연장된 쉐드의 특정하게 유리한 형상을 갖기 위해 변형된 탄성 중합체 하우징을 허용한다. 본 발명의 이것과 여러가지 다른 특성과 이점은 참고한 도면을 참조하여 상세히 기술된 명세서를 읽음으로써 명백하게 된다.
첨부한 구성요소는 본 발명에 사용되고 거기에 철저히 동일할 의도가 아닌 문맥을 나타내고 있다고 이해되고 있다. 우선, 도 1에 대해 언급하면 본 발명의 서지 피뢰기(10)와 피뢰기 하우징(20)을 나타내고 있다. 피뢰기(10)는 일반적으로 행어(12), 꼭대기와 바닥 터미날 스터드(14, 16), 접지 리드 디스커넥터(18)와 탄성 중합체(20)를 구비하고 있다. 피뢰기(10)는 차례로 유용한 폴(pole)이나 다른 지지부재(도시하지 않음)로 탑재된 피뢰기 행어(12)에 의해 지지되어 있다. 하우징(20)은 절연성 구성요소 유지수단(28)에 의해 끝에서 끝으로 배열하여 스택되어 유지되는 피뢰기 구성요소의 어레이(22)를 둘러싸고 있다. 유지수단(28)은, 예컨대 미국 특허 제4,930,039호에 나타낸 것과 같은 절연성 라이너(liner) 또는 미국 특허 제5,138,517호, 제4,656,555호 또는 제5,043,838호에 개시된 것과 같은 필라멘트 권선을 구비해도 좋다. 그렇지만, 절연성 구성요소 유지수단(28)은, 일단 경화되고 냉각된 구성요소에 축성 부하(axial load)를 제공하도록, 경화한 수지 코팅의 형태, 유리섬유로 보강한 형태 및 어레이(22)의 전기적 구성요소의 열팽창계수보다도 큰 열팽창게수를 갖는 형태로 만드는 것이 바람직하다. 그러한 실시예가, 1996년 3월 1일에 출원되어 심사계류중인 미국 특허출원 제60/012,667호(발명의 명칭: 자기압축 서지 피뢰기 모듈 및 그 제조방법), 이 레퍼런스에 의해 여기에 혼합된 모든 공개(公開)에 개시되어 있다.
어레이(22)는 각 단에 전극(25)과 금속 산화물 바리스터(MOV; 26)와 종단(24)을 포함하고 있다. 상부와 하부의 도전성 스터드(14, 16)는 라인 포텐셜과 피뢰기(10)의 접지 리드 컨덕터(도시하지 않음)의 접속을 위한 수단을 제공하기 위해 종단(24)과 중앙에 끼워넣는 구멍(도시하지 않음)을 채우고 있다. 종래의 접지 리드 분리기나 절연체(18)는 피뢰기 파괴의 경우에서 접지 리드를 폭발적으로 분리하기 위한 수단을 제공하기 위해 터미날 스터드(16)에 대해 배치되어 있다. MOV(26)는 인접한 MOV(26)의 접한면 사이에 배치된 전극(25)으로 끝과 끝을 연결한 어레이(20)내에 쌓여진다. MOV(26)는 종래의 유효한 금속 산화물 바리스터의 형태이다. 비록 도 1에 나타내지 않았지만, 어레이(22)는 또한 저항에 의존하는 실리콘 카바이드 링과 같은 세라믹 금속을 포함하는 히트 싱크나 스페이서 요소나 스파크 갭 어셈블을 포함하는 다른 전기적 구성요소의 변화를 포함한다.
하우징(20)은 도 2에 가장 잘 나타내고 있다. 하우징(20)이, 나타낸 바와 같이, 분배 클래스 서지 피뢰기에 채용될 때 특정한 유용성을 갖고 있다. 비록 본 발명의 원리가 다른 물리적 차원과 등급을 갖춘 서지 피뢰기에 채용될지라도, 본 발명은 이해되고 여기에 도 1에 나타낸 10KA 고효율 10KV(8.4KV MCOV) 분배 클래스 피뢰기를 참조하여 여기에 기술될 것이다.
또 도 2를 참조하면, 하우징(20)은 일반적으로 중앙의 관(管)형상 코어(30)와 코어(30)에 부착된 아래쪽으로 연장된 쉐드(36)를 축상으로 공간 분리되는 관계로 구비하고 있다. 그러므로, 하우징(20)은 쉐디드 슬리브와 같이 기술되어 있다. 코어(30)는 중앙구멍(31), 내부 원통의 표면(32)과 외부 원통의 표면(34)을 포함하고 있다. 코어(30)와 더불어 완전하게 모형화되어 있는 쉐드(36)는 외부 표면(34)으로부터 연장되고, 상부의 표면(38)과 하부 표면(40)과 외부 모서리(42)를 포함한다. 상부와 하부 표면(38, 40)은 일반적으로 도 5를 참조하여 아래에 더 충분히 서술한 바와 같이 원뿔형이고, 표면(38, 40) 각각은 오목한 일정한 세그먼트(61, 63)와 볼록한 다른 세그먼트(62)를 포함한다. 쉐드(36)는 코어(30)로부터 바깥을 향해 방사상으로 연장하여 하우징(20)의 중앙 축과 평면 수직으로부터 바람직하게는 거의 10°와 60° 사이에서 경사지며, 더 바람직하게는 20°와 45°사이이다. 경사의 상기 각도는 대꼭대기 쉐드 표면(55)의 각도를 나타내고 있다.
상기 경사진 쉐드형태는 몇몇 이점을 갖고 있다. 경사진 각도는 쉐드의 일부분이 높은 표면 저항력을 유지하기 위해 오염과 웨트 양쪽으로부터 보호되고 있다. 상기 유지 표면은 염류와 먼지로 오염되어지고, 젖었을 때 대단히 낮은 표면 저항력을 가지고 있지만, 경사는 오염물을 떼어내려는 경향이 있다.
또, 도 2에 구성된 바와 같이, 코어(30)는 내부 실린더 표면(32)의 양쪽으로부터 측정된 내부지름(D1)과 도 2에서 나타낸 것과 같이 쉐드 끝(42)으로부터 측정된 전체적인 외부지름(D2)을 포함하고 있다. 이 실시예에 있어서, 실질적으로 D1은 1.7인치이고 D2는 3.6인치이다. 하우징(20)은 탄성 중합체 재료로부터 아래에 완전히 기술된 바와 같이 하우징이 팽창하게 되어질 수 있도록 모형화되어 있다. 바람직하게, 하우징(20)은 실리콘 고무와 같은 중합체 재료로 구성되어 있다. 요구되는 팽창함과 변형을 허용하기 위해서는, 하우징(20)은 실리콘 고무로 만들어져야 한다. 다른 탄성 중합체 혼합물이 사용될 수 있지만, 실리콘은 자외선 방사상에 대한 그 본래의 저항성 때문에 선호된다. 다른 혼합물들이 자외선 감쇄를 저항하기 위해 만들어질 수 있지만, 어느 정도의 표면 손상은 여전히 발생할 것이다. 하우징을 형성하는 실리콘 사용의 이점은 실리콘의 방수능력에 있다. 오염물질로 가득찬 물방울이 표면에 생겨날 때, 표면저항력은 물이 젖은 필림의 표면에 존재하는 것보다 훨씬 높다. 다른 재료들은 새로운 것일 때 소수성의 성질을 제공한다. 그러나, 그것들이 시간이 지남에 따라 그 특성을 잃는다. 하우징(20)에 적합한 재료들은 Dow Corning STI, General Electric Silicones, Wacker Silicones, DuPont, 그리고 Uniroyal 등에 의해 공급되어지는 것들이다. 그리고, 팽창해진 연장 레벨보다 ASTM D412당 차단면에서 더 높은 연장을 갖고, 알려진 산업표준들에 맞는 그들의 작동환경에 대한 좋은 물리적 그리고 전기적 성능을 보여준다. 선호되는 중합체 시스템은 증발된 실리카를 처리한 알루미늄 트리하이드레이트(ATH) 표면과 실리카 가루와 같은 임의적인 연장된 충전물을 포함하는 고도로 충전된 실리콘 시스템이다. 그 샘플이 적용에서 그 레벨에 대해 거의 125% 팽창된 레벨에서 시험될 때, 이 시스템은 바람직하게 300%이상의 차단면에서 연장과 50이하의 듀로미터(durometer; 쇼어(shore) A), 그리고 6kV에서 180분 동안의 웨트 아크 트랙(wet arc track) 퍼포먼스를 갖는다. 부가적으로 바람직한 기준은 본질적으로 추적할 수 없는 웨트 아크 트랙 테스팅 후의 파쾨에 대한 것이다. 즉, 재료부식 그리고 결함이 일어난 곳에서의 물방울 전달의 증거가 없는 것이다. 이러한 조건들이 일치된다면, 하우징은 부분적인 재료의 흠이 발생한 후 일지라도 전압에 대해 잘 견디고 제품의 기간을 연장할 것이다.
도 3에 대해 보면, 하우징(20)은 MOV(26)와 어레이(22)의 다른 피뢰기 구성부품을 적용하기 위해 사용된 형상으로 팽창해지고 형성되어지기 이전의 몰드된 형상으로 보여진다. 이 팽창해지지 않은 형상에서, 쉐드(36)는 축상으로 거의 1.375인치 떨어져 있고, 코어(30)는 내부지름(D1)과 외부지름(D2)을 가지고 있다. 팽창해지지 않은 형상에서, D1´는 거의 1.2인치 또는 D1의 60에서 90%정도이다. 그러나, 중요하게 팽창해지지 않은 하우징(20)의 외부지름(D2´)은 팽창해졌을 때의 하우징(20)의 전체적인 외부지름(D2)과 실질적으로 같다. 내부지름(D1´)이 D1으로 증가될 때, 도 2에 나타낸 바와 같이 하우징(20)의 바람직한 형상을 이루기 위해서는, 특별히 쉐드(36)가 특정한 경사와 곡률의 반경과 테이퍼의 정도를 갖도록 몰드되어야 한다. 도 4에서 더 자세히 하면, 쉐드(36)의 상부의 표면(38)은 아치형의 표면(46)에서 코어(30)의 바깥쪽 표면(34)과 만난다. 용어 "상부"와 "하부"는 이제부터 도면에 나타낸 바와 같이 상대적인 위치와 방향을 나타낸다. 상부의 아치형의 표면(46)은 R1으로 명명된 곡률의 반경을 가지는데 그것은 이 실시예에서 보여진 대로 실질적으로 0.375인치이다. 유사하게, 쉐드(36)의 하부 표면(40)은 코어 외부표면(34)을 하부 표면(48)에서 교차한다. 이때, 곡률의 반경은 R2이다. 이 실시예에서 R2는 실질적으로 0.093인치이다. 정확한 반지름에 대한 언급없이, 경사와 내후쉐드(36)의 형태가 도 1에서 도 2로의 바람직한 변화를 이루기 위해서 R1은 R2보다 커야한다. 그리고, 바람직하게는 최소한 R2의 2배는 되어야 한다. 또한, 꼭대기쪽에서 아래로 향하는 각은 바닥부분에서 위로 향하는 각과 크거나 같아야 한다. 여전히 도 4에 구성된 바와 같이, 상부와 하부 표면(38, 40)은 각각 하우징(20)의 세로축과 실질적으로 직각을 이룬 평면으로부터 측정된 바와 같이 경사나 기움의 변화하는 정도를 갖춘 원뿔형 세그먼트의 1쌍을 포함한다. 이들 원뿔형 세그먼트는 변환점(51~54)에 관하여 가장 잘 나타내고 있다. 몰드될 때에, 쉐드(36)는 제1 및 제2상부의 원뿔형 세그먼트(55, 56)를 갖춘 상부표면과 제1 및 제2하부의 원뿔형 세그먼트(57, 58)를 갖춘 하부표면(39)을 포함하고 있다. 제1상부의 원뿔형 표면 세그먼트(55)는 변환점(51, 52)과 α1과 같은 수평선상으로부터 아래쪽으로 경사진 기울기 사이로 연장된다. 제2상부 원뿔형 표면 세그먼트(56)는 숄더(59)에 인접한 외부 모서리(42)의 변환점으로부터 연장되고, 테이퍼는 α2와 같은 수평선상으로부터 각에 아래쪽으로 연장된다. 제1하부 원뿔형 표면 세그먼트(57)는 변환점(53, 54)과 α3와 같은 각에 수평선상으로부터 위쪽으로 경사진 기울기 사이로 연장된다. 제2하부 원뿔형 표면 세그먼트(58)는 변환점(54)과 외부 모서리(42)와 α4와 같은 각에 수평선상으로부터 위쪽으로 경사진 기울기 사이로 연장된다. α1~α4는 하우징(20)의 사이즈와 쉐드(36)의 바람직하고 정확한 동작 방향에 의존하여 변경되지만, 도 1에 나타낸 상기 실시예를 위해, 예컨대 α1~α4는 아래의 값을 가진다.
각 각도
α110°
α21°
α30.5°
α40.5°
본 발명에 의하면, α1~α4의 정확한 값으로 여기지 않고 변환점(51)은 변환점(53)보다 하우징(20)의 축(21)으로부터 더 큰 반지름을 가지고, 변환점(52)은 변환점(54)보다 더 큰 반지름을 갖는다. 여기에, 상기 실시예에 나타낸 바와 같이 변환점(54)이 실질적으로 1.342인치와 같은 방사상의 거리에 위치할 때 변환점(52)은 1.467인치와 같은 방사상의 거리에 위치하고 있다. 또한 이 실시예에 있어서, 변환점(51)은 실질적으로 0.37인치와 같은 방사상의 거리에 위치하고, 변환점(53)은 실질적으로 0.09인치와 같은 방사상의 거리에 위치하고 있다.
몇몇 예(나타내지 않음)에 있어서, 하부 표면(4)용으로 단지 단일 원뿔형 부분을 사용하는 것이 바람직하다. 이 표면은 상부 표면(38)상의 2개의 변환점(51, 52) 사이에 있는 단일 변환점으로부터 연장된다.
도 3과 도 4에 나타낸 바와 같이, 수축된 형상에 있어서 하우징 코어(30)는 실질적으로 0.109인치의 벽두께를 가지고, 외부 모서리(42)는 D2´가 거의 3.614인치와 같기 위해 코어(30)의 외부 표면(34)으로부터 거의 1.090인치이다. D1´는 실질적으로 1.216인치이다.
피뢰기(10)의 결합에서, MOV(26)와 종단(24)은 유지수단(28)에 의해 하부결합으로 안정된다. 하우징(20)내에 하부결합으로 설치하기 위해, 무디고 원뿔형의 형상으로 된 노우즈 콘(nose cone)은 종단(24) 꼭대기에 위치된다. 상기 노우즈 콘은 실질적으로 종단(24)과 같은 지름의 기저부 및 기단으로부터 이격되고 어레이(22)로부터 연장된 원뿔형 또는 뾰족해진 끝을 포함하고 있다. 노우즈 콘의 뾰족해진 끝은 D1´보다 더 작은 지름의 터미날을 갖추고 있다. 수축된 하우징(20; 도 3에 나타냄)의 한쪽 끝은 노우즈 콘의 뾰족해진 끝에 배치되고, 그 다음에 하우징(20)은 어레이(22)로 끌어당긴다. 팽창하게 할 때 편의를 도모하기 위해 어레이(22), 하우징(20)은 편의를 도모하기 위해 어레이(22)를 방사상으로 팽창하게 하기 전에 그 자체 길이에 비해 약 8% 길이로 줄인다. 이전에 하우징(20)은 피뢰기 구성요소에 대해 팽창해지고, 피뢰기(20)의 결합처리의 유지단계는 뒤의 순서로 수행된다.
피뢰기 모듈에는 저점착성의 중성경화 실리콘 RTV가 가해진다. 프리머(primer) 경화는 100과 200℃ 사이의 온도에서 가속된다. 하우징이 적용되기 전에, 하우징을 피뢰기 모듈에 접착시키는 중성경화 RTV의 미끄러운 필름이 적용된다. 필수적이지는 않지만, RTV는 가속 온도에서 경화될 수 있다. 결합단계의 유지는 종래기술의 서지 피뢰기의 것과 유사하다.
도 5에서, 쉐드(36)는 일반적으로 참조부호 66에 의해 참조된 수축된 형상과 팽창된 형상(68)의 측면이 나타내어진다. 앞서 나타낸 바와 같이, 비록 코어(30)의 내부와 외부 표면(32, 34)이 방사상 외측으로 상당한 거리를 이동하지만, 쉐드(36)의 단부(42)는 하우징 축(21)에 대해 동일 방사상 위치에서 유지된다. 팽창된 형상(68)에 있어서, 상부 표면(38)은 일반적으로 3개의 서로 연결된 곡선 표면(61~63)을 포함한다. 곡선 표면(61, 63)은 오목한 반면, 표면(61, 62)의 사이에 끼워진 곡선 표면(62)는 대체로 볼록하다. 팽창된 형상은 각 쉐드의 수축된 상부 및 하부의 체적과 관련있다.
현재의 쉐드된 탄성 중합체 하우징은 우수한 성능을 제공하고, 앞서 공지된 하우징 제작보다 작은 비용으로 제작할 수 있다. 본 발명의 수직 쉐드는 제작공정동안 디몰드(demold)하기가 매우 쉽기 때문에 비용절감이 실현된다. 디몰딩이 쉽기 때문에 본 하우징의 쉐드는 현저하게 얇아지고 적은 재료를 필요로 한다. 또한 하우징 그 자체와 그 성능의 품질이 개선된다. 주조의 형태가 간단하면 할수록 주조된 부품의 결함이 작아지기 때문에 하우징의 품질이 개선된다.
특히 시레인(silane) 표면처리 및/또는 실리콘 RTV 재료와 같이 사용하면, 탄성 중합체 하우징은 어레이의 불규칙을 따를 수 있기 때문에 성능이 개선된다.
시레인 표면처리 및/또는 실리콘 RTV 재료는 하우징과 어레이를 접합시키는 것으로 작용하여 그 사이의 습기의 유입을 방지하고 또한 피뢰기 모듈의 삽입동안에 윤활제 및 충전제 혼합물로서 기능한다. 몰딩과정에서 몰딩동안 가해지는 강한 힘때문에 어레이가 밀리는 것을 피하기 위해 보다 덜 바람직한 실리콘 혼합물과 낮은 점착성을 필요로 하기 때문에, 본 발명은 어레이 위에 하우징을 몰딩하는 종래의 방법보다 유리하다. 다른 적당한 접착제로는 시레인 재료, 실리콘 유지, 실리콘 스프레이 및 비슷한 물질이 포함되지만, 접착된 경계면을 제공하는 물질을 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명의 바람직한 실시예가 나타내어지고 기술된 반면, 본 발명의 범위와 취지를 벗어나지 않고 명세서에 기술된 바에 의해 수정될 수 있다. 여기에서 기술된 실시예는 단지 예를 든 것으로 한정된 것은 아니다. 본 발명의 범위내에서 발명과 장치의 다양한 변경 및 수정이 가능하다. 따라서, 보호의 범위는 상기 기술된 명세서에 의해 제한되지 않고 청구항에 의해서만 제한된다. 그 범위는 종속항에 있어서도 동등하다.
본 발명에 의하면, 동작상태하에서 수행하는 능력은 하우징과 어레이의 경계면의 질에 의해 작용된다. 성능의 측정은, 이탈리아 실용(ENEL)절차 DY1009 또는 IEC 절차 IEC1109(1992)와 같은 중합 절연체 및 피뢰기에 공통으로 적용된 멀티스트레스(MultiStress) 기술을 이용하여 이루어질 수 있다. 수용할 수 없는 매우 집중된 유전체 압박이 발생하는 것을 피하기 위해 경계면이 대체로 공기층이거나 에어포켓(air pocket)이 충분히 크고 제어가능하게 위치된다면, ENEL 절차에 대한 적절한 성능은 오직 팽창의 레벨에 기인하는 경계면에 주어진 압력에 의해 달성되어 왔다. 하우징의 유연성은 선택된 재료와 예상된 전압레벨에 달려있다. 적절한 성능은 미국 특허 제5,043,838호에 개시된 것과 비슷한 "air-filled open-weave fiberglass cage"를 갖춘 피뢰기 생산품에 의해 나타내어져 왔다. 양호한 성능은 또한 미국 특허 제4,656, 555호에 개시된 바와 같이 제조된 피뢰기의 경계면에 공기 대신에 실리콘 유지를 이용한 피뢰기 생산품에 의해 나타내어져 왔다. 최고의 성능은 우리의 우선출원서에 기술된 바와 같이 접착된 경계면 및 피뢰기 모듈구조를 이용하여 이루어져 왔다. 적절한 접착은 하우징과 어레이 사이의 경계면에 중성경화 RTV 실리콘 혼합물을 이용하여 이루어져 왔다. 상기 기술된 바와 같이, 이 물질은 또한 어레이 위에 하우징을 배치할때 하우징이 미끄러지게 한다. 또, 수지(resin)가 덮여진 모듈에 시레인을 기초로 한 재료 또는 스프레이-온(spray-on), 일반적으로 고전압 세라믹 절연체를 코팅하는데 사용되는 것과 동일한 경화된 RTV 코팅이 칠해져 왔다.

Claims (29)

  1. 중앙축을 갖추고, 중앙구멍을 가진 관형상 코어부 및 상기 코어로부터 연장하는 축상으로 띄워진 다수의 쉐드를 포함하는 변형가능하게 쉐드된 슬리브를 구비하여 구성되고,
    상기 슬리브는, 상기 코어가 수축될때 제1형상을 갖고, 상기 코어가 팽창될때 제2형상을 가지며,
    상기 쉐드는, 상기 슬리브가 상기 제1형상일때 상기 코어로부터 상기 축에 대해 제1각으로 연장하고, 상기 슬리브가 상기 제2형상일때 상기 코어로부터 상기 축에 대해 제2각으로 연장하며,
    상기 쉐드는, 상기 슬리브가 상기 제1형상일때 상기 코어로부터 대체로 수직으로 연장하고, 상기 코어가 방사상의 외측으로 팽창될때가 상기 슬리브가 제2형상이라고 가정하고,
    상기 슬리브가 제1형상일때, 상기 쉐드는 상기 코어를 곡률 R1의 반경을 가지는 제1숄더에 결합시키는 상부 표면 및 상기 코어를 곡률 R1보다 더 큰 R2인 반경을 가지는 제2숄더에 결합시키는 하부 표면을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기장치를 위한 탄성 중합체 하우징.
  2. 제1항에 있어서, 상기 슬리브가 상기 제2형상일때, 상기 쉐드는 상기 축에 수직인 평면으로부터 측정된 거의 10~45。의 범위내의 아랫각으로 상기 코어로부터 연장되는 것을 특징으로 하는 전기장치를 위한 탄성 중합체 하우징.
  3. 제2항에 있어서, 상기 슬리브가 상기 제1형상일때, R1이 R2보다 적어도 2배인 것을 특징으로 하는 전기장치를 위한 탄성 중합체 하우징.
  4. 제2항에 있어서, 상기 슬리브는 상기 제1 및 상기 제2형상에서 대체로 동일한 전체 지름을 가지는 것을 특징으로 하는 전기장치를 위한 탄성 중합체 하우징.
  5. 제4항에 있어서, 상기 제1형상에서 상기 중앙구멍은 D1과 같은 지름이고, 상기 제2형상에서 상기 구멍은 D1보다 더 큰 D2와 같은 지름을 가지는 것을 특징으로 하는 전기장치를 위한 탄성 중합체 하우징.
  6. 제2항에 있어서, 상기 쉐드는, 상기 축에 관련하여 소정의 방사상의 위치에 배치된 제1단부 및 상기 코어부에 부착된 제2단부를 포함하고, 상기 슬리브가 상기 제2형상일때, 상기 쉐드는 일반적으로 원뿔형 상부 표면 및 상기 제1 및 상기 제2단부 사이의 상기 상부 표면상의 볼록부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기장치를 위한 탄성 중합체 하우징.
  7. 제1항에 있어서, 상기 쉐드는, 상기 슬리브가 상기 제1형상일때 소정의 방사축 위치에 배치된 단부를 포함하고, 상기 쉐드가 상기 제2형상으로 변형될때 상기 쉐드 단부는 상기 제1소정의 방사상 위치로 유지되지 않고 상기 제1소정의 위치로부터 축방향으로 배치되는 것을 특징으로 하는 전기장치를 위한 탄성 중합체 하우징.
  8. 중앙축과 중앙구멍을 가지는 관형상 코어부를 갖추고, 상기 코어부로부터 방사하는 다수의 쉐드를 갖춘 탄성 중합체 슬리브를 구비하여 구성되고,
    상기 쉐드는 상기 축으로부터 소정의 방사상 거리에 배치된 단부를 갖추고,
    상기 쉐드는, 곡률 R1의 반경을 가지는 상부 숄더에서 상기 코어부와 연결된 제1원뿔형 표면부 및 제1변환점 T1에서 상기 제1원뿔형 표면부에 연결된 제1원뿔형 표면부를 포함하고,
    상기 쉐드는, R1보다 작은 곡률 R2의 반경을 가지는 하부 숄더에서 상기 코어부와 결합된 제3원뿔형 표면부 및 방사상으로 T1보다 상기 축에 더 가까운 제2변환점 T2에서 상기 제3원뿔형 표면부에 연결된 제4원뿔형 표면부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기장치를 위한 하우징.
  9. 제8항에 있어서, 상기 제1원뿔형 표면부는 상기 상부 숄더로부터 상기 제1변환점까지 각도 α1으로 뾰족해지고, 상기 제1원뿔형 표면부는 상기 제1변환점으로부터 상기 쉐드의 상기 단부까지 α1보다 작은 각도 α2로 뾰족해지는 것을 특징으로 하는 전기장치를 위한 하우징.
  10. 제9항에 있어서, 상기 제3원뿔형 표면부는 상기 하부 숄더로부터 상기 제2변환점까지 각도 α3로 뾰족해지고, 상기 제4원뿔형 표면부는 상기 제2변환점으로부터 상기 쉐드의 상기 단부까지 α3보다 작은 각도 α4로 뾰족해지는 것을 특징으로 하는 전기장치를 위한 하우징.
  11. 제10항에 있어서, α1은 적어도 α2의 2배인 것을 특징으로 하는 전기장치를 위한 하우징.
  12. 제10항에 있어서, α1은 적어도 α2의 4배인 것을 특징으로 하는 전기장치를 위한 하우징.
  13. 제10항에 있어서, α3는 α4와 대체로 동일한 것을 특징으로 하는 전기장치를 위한 하우징.
  14. 제10항에 있어서, α2는 적어도 α4의 2배인 것을 특징으로 하는 전기장치를 위한 하우징.
  15. 제10항에 있어서, 제1원뿔형 표면부가 제3변환점에서 상기 상부 숄더와 교차하고, 상기 제3원뿔형 표면부는 제4변환점에서 상기 하부 숄더와 교차하며, 상기 제4변환점은 상기 제3변환점보다 상기 축에 방사상으로 더 가까운 것을 특징으로 하는 전기장치를 위한 하우징.
  16. 제10항에 있어서, R1은 R2보다 적어도 2배인 것을 특징으로 하는 전기장치를 위한 하우징.
  17. 제8항에 있어서, 상기 코어가 방사상 외측으로 팽창될때 상기 슬리브는, 상기 코어가 제2형상으로 수축될때의 상기 제1형상으로부터 변형되고, 상기 쉐드의 상기 단부는 상기 슬리브가 상기 제2형상일때 제1형상에 비교하여 낮은 것을 특징으로 하는 전기장치를 위한 하우징.
  18. 제17항에 있어서, 상기 슬리브가 상기 제2형상일때, 상기 쉐드의 상기 단부는 상기 축으로부터 상기 소정의 방사거리를 유지하는 것을 특징으로 하는 전기장치를 위한 하우징.
  19. 중앙축을 갖춘 변형가능하게 쉐드된 슬리브와, 내측지름을 가진 중앙구멍 및 상부와 하부 표면을 가진 축상으로 띄워진 다수의 쉐드를 구비하고, 상기 쉐드는 상기 코어가 수축될때 상기 코어로부터 제1형상으로 방사하고, 상기 슬리브가 상기 제1형상일때 상기 축으로부터 거의 수직으로 연장하고,
    상기 내측지름을 증가시키기 위해 상기 코어의 팽창이 상기 쉐드를 아래로 연장시키고 상기 쉐드의 상기 상부 표면이 일반적으로 원뿔형인 제2형상으로 변형시키도록 형성되며,
    상기 슬리브가 상기 제1형상일때, 상기 쉐드는 곡률 R1의 반경을 가지는 제1숄더에 상기 코어를 결합한 상부 표면과 R1보다 작은 곡률 R2의 반경을 가지는 제2숄더에 상기 코어를 결합시키는 하부 표면을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기장치를 위한 탄성 중합체 하우징.
  20. 제19항에 있어서, 상기 슬리브가 상기 제1형상일때, 상기 각 상부 및 하부 표면은 적어도 1개의 원뿔형부을 갖는 것을 특징으로 하는 전기장치를 위한 하우징.
  21. 제20항에 있어서, 상기 슬리브가 상기 제1형상일때, 상기 제1원뿔형부는 상기 축과 수직인 평면에서 거의 2.5。의 각도로 교차하는 것을 특징으로 하는 전기장치를 위한 하우징.
  22. 제20항에 있어서, 상기 각 상부 및 하부 표면은 2개의 동심형 원뿔형부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기장치를 위한 하우징.
  23. 제22항에 있어서, 상기 슬리브가 제1형상일때, 상기 제2원뿔형부는 상기 축과 수직인 평면에서 거의 2.5。의 각도보다 작은 각으로 교차하는 것을 특징으로 하는 전기장치를 위한 하우징.
  24. 제23항에 있어서, R1은 적어도 2×R2인 것을 특징으로 하는 전기장치를 위한 하우징.
  25. 제24항에 있어서, 상기 각 상부 및 하부 표면은 제1원뿔형부를 포함하고, 상기 상부 제1원뿔형부는 상기 제1상부 변환점에서 상기 제1숄더와 교차하고, 상기 하부 제1원뿔형부는 상기 제1하부 변환점에서 상기 제2숄더와 교차하고, 상기 제1상부 변환점은 상기 제1하부 변환점보다 상기 축으로부터 더 먼 방사상 거리를 가지는 것을 특징으로 하는 전기장치를 위한 하우징.
  26. 제25항에 있어서, 상기 각 하부 및 상부 표면은 상기 제2원뿔형부를 더 포함하고, 상기 상부 제2원뿔형부는 제2상부 변환점에서 상기 상부 제1원뿔형부와 교차하고, 상기 하부 제2원뿔형부는 제2하부 변환점에서 상기 하부 제1원뿔형부와 교차하며, 상기 제1상부 변환점은 상기 제2하부 변환점보다 상기 축으로부터 더 먼 방사상 거리를 가지는 것을 특징으로 하는 전기장치를 위한 탄성 중합체 하우징.
  27. 제19항에 있어서, 각 쉐드는 상부 표면 및 하부 표면을 가지고, 상기 슬리브가 상기 제2형상일때, 상기 상부 표면은 완곡한 제1 및 제2요면부와 그 사이에 완곡한 제1볼록부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기장치를 위한 탄성 중합체 하우징.
  28. 제19항에 있어서, 상기 쉐드는 외부 모서리를 가지는 방사상으로 연장하는 부재를 구비하고, 상기 방사상으로 연장하는 부재는 그 외부 모서리로 갈수록 두께가 감소하는 것을 특징으로 하는 전기장치를 위한 탄성 중합체 하우징.
  29. 제28항에 있어서, 상기 제1 및 제2형상에 있어서, 상기 쉐드의 상기 외부 모서리는 상기 축에 대해 대체로 동일한 방사상 위치를 가지는 것을 특징으로 하는 전기장치를 위한 탄성 중합체 하우징.
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