KR200389394Y1 - 피뢰기용 단로기 - Google Patents

Abstract

본 고안은 피뢰기용 단로기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 IEC 99-4의 규격에 해당되도록 장시간 대전류 내력시험, 단로기 분리 시험 등에서 우수한 성능을 갖는 피뢰기용 단로기에 관한 것이다.

본 고안은 갭 단자의 방전에 의해서 화약 외피에 전달되는 온도가 직접적으로 전달되는 것이 아니라 간접적으로 전달되도록 함으로써 IEC 99-4의 규격에 해당되도록 장시간 대전류 내력시험, 단로기 분리 시험 등의 성능을 갖는다는 장점이 있다.

Description

피뢰기용 단로기{A DISCONNECTOR FOR THE SURGE ARRESTER}

본 고안은 피뢰기용 단로기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 IEC 99-4의 규격에 해당되도록 장시간 대전류 내력시험, 단로기 분리 시험 등에서 우수한 성능을 갖는 피뢰기용 단로기에 관한 것이다.

교류 고압 전력 계통에서 뢰 또는 회로 개폐에 의한 과전압을 제한하여 속류를 차단하는 보호 장치로서 피뢰기를 사용한다.

이 피뢰기의 유형 중 산화 아연을 사용한 피뢰기는 운전 중 항상 운전 전압이 인가되므로 누설전류가 흐르게 되며, 이 누설 전류는 대개 1mA 이내이다. 하지만 피뢰기의 소자가 열화한다든지 피뢰기 하우징 내로 수분이 침투하게 되며 피뢰기가 방출하는 열보다 많게 되면 피뢰기 내부의 온도가 점차 증가하게 되고, 이에 따라 누설전류가 어느 값 이상이 되면 피뢰기를 계통에서 분리하여 피뢰기 사고를 미연에 방지할 수 있는 장치가 필요하게 되며, 이러한 역할을 수행하는 장치가 단로기이다.

피뢰기용 단로기의 회로 구성은 피뢰기의 말단에 접속하는 단자와 접지선이 전기적으로 연결되는 단자 사이에 저항체와 스파크 갭 단자가 병렬로 연결된 회로구성을 가진다.

피뢰기의 누설전류가 정상적으로 흐를 경우에는 저항체를 따라서 흘러 접지선으로 연결되며, 피뢰기에 뢰, 써어지 등의 뇌격 전류가 순간적으로 흐를 경우에는 스파크 갭 단자를 통해서 흘러 접지선으로 연결된다. 피뢰기의 열화 등으로 누설전류가 증가하여 장시간동안 수 암페어[A] 이상이 흐를 경우에는 저항의 단자 전압이 갭의 단자 방전전압보다 높게 되어 스파크 갭이 동작하여 단로기가 폭발하도록 구성되어 있다.

이러한 피뢰기용 단로기의 회로 구성의 일예는 실용신안등록 제01572581에 도시되어 있다. 상기 실용신안의 회로 구성은 화약소자와 스파크 갭 단자가 직렬로 연결되고, 화약 소자와 스파크 갭 단자는 저항체에 대해서는 병렬로 연결되도록 구성되어 있다.

한편, 상기의 실용신안등록과 동일한 회로 구성을 가지나, 그 구성에 있어 실질적인 차이를 가지는 특허등록 제216650호가 공지되어 있다. 상기 특허 단로기의 단면도가 도 1에 도시되어 있다.

상기 등록된 특허의 단로기는 누설전류가 정상적으로 흐를 경우에는 플러그(5), 저항체(2), 화약조립체(4)를 통해서 전류가 흐르며, 피뢰기에 뢰, 써어지 등의 뇌격 전류가 순간적으로 흐를 경우에는 저항체를 통하지 않고 플러그(5) 하부의 갭단자(6), 화약외피(3), 화약조립체(4)를 통해서 전류가 흐르게 된다. 한편, 피뢰기의 열화 등으로 누설전류가 증가하여 장시간동안 수 암페어[A] 이상이 흐를 경우에는 저항의 단자 전압이 갭의 단자 방전전압보다 높게 지속되어 방전에너지에 의한 발열로 화약 외피의 온도를 상승시켜 화약이 폭발하도록 구성되어 있다.

IEC 99-4의 규격에 따르면, 단로기는 1) 장시간 대전류 및 대전류에 견디어야 하며, 2) 단로기 동작시 피뢰기를 선로에서 확실하게 분리하여야 한다고 명시되어 있다. 그러므로, 단로기에 주입된 에너지가 일정한 에너지 이하가 되면 단로기가 동작하지 않아야 하며, 일정한 에너지 이상이 되면 반듯이 단로기를 완전하게 동작시켜 확실하게 분리시켜야 한다. 이를 위하여 다음의 시험이 필요하게 된다.

1) 장시간 대전류 내력 시험 : 2ms, 500A (10kA, Class 1 & 2)의 대전류 20회

2) 대전류 내력 시험 : 100kA, 4/10㎲ 대전류 2회

3) 단로기 분리 시험 : 20A, 200A, 800A에서 피뢰기 분리

4) 밀폐 시험 : 100℃ 끊는 물에 48시간 동안 넣은 후 저항의 변화가 있어서는 안 된다.

5) 내력 시험 : 일정한 에너지(항목 1에 해당하는 에너지)에 단로기의 동작이 일어나서는 안 된다.

그러나, 종래의 단로기, 특히 특허등록 제216650호의 단로기는 상기와 같은 IEC 99-4의 규격을 만족하지 못한다는 단점이 있었다.

장시간 대전류 내력 시험에서 10kA용 단로기는 500A를 2ms동안 20회 이상 인가시 동작하지 않고 견뎌야 한다. 그러나, 종래의 단로기(특허등록 제216650호)에 2ms동안 500A를 인가시 모두 20회 이상을 견디지 못하고 동작해 버린다는 단점이 있었다.

또한, 대전류 내력시험에서 대전류 2회를 견디지 못하고 동작해 버린다는 단점이 있었다.

본 고안은 상기의 문제점들을 해결하기 위해서 안출된 것으로서, 본 고안의 목적은 IEC 99-4에서 규정하는 단로기의 성능을 가지는 단로기를 제공하는 것이다.

본 고안자는 상기에서 언급한 특허 제216650호의 단점을 보완하기 위해서, 즉, 장시간 대전류 내력과 대전류 내력을 향상시키기 위해서 화약이 내장된 화약 외피와 플러그 일측 사이에서 직접적으로 갭 단자가 형성되지 않고, 화약 외피를 감싸는 화약조립체와 플러그 일측 사이에서 갭 단자가 형성되도록 구성함으로써, 갭 단자에서 방전이 일어나더라도 직접 화약 외피의 온도를 상승시키는 것이 아니라 간접적으로 화약 외피의 온도를 상승시킴으로 IEC 99-4의 규격에 따른 단로기의 요건을 충족하도록 구성한 것이다.

본 고안의 피뢰기용 단로기는 부도체인 몸체, 상기 몸체 내부의 상부에 삽입되어 결합되며 전기적으로 연결된 저항체가 내부에 삽입되는 도체의 플러그, 및 상기 몸체 내부의 하부에 삽입되어 결합되며 전기적으로 연결되는 화약이 내장된 화약외피가 내부에 삽입된 도체의 화약 조립체를 포함하는 데, 상기 저항체는 상기 도체인 화약 외피와 전기적으로 직접 접촉하고 있으며, 상기 플러그의 일측은 화약 외피와 직접 스파크 갭 단자를 이루는 것이 아니라 상기 화약 외피를 감싸는 화약 조립체와 스파크 갭 단자(A)를 이루는 것을 특징으로 한다.

본 고안의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 몸체는 일체로 형성되며, 상기 몸체의 내부 상부에 형성된 나사선과 상기 플러그의 외측에 형성된 나사선이 나사결합되어 상기 플러그와 결합되며, 상기 몸체의 내부 하부에 형성된 나사선과 상기 화약 조립체의 외측에 형성된 나사선이 나사결합되어 상기 화약조립체와 결합된다.

본 고안의 바람직한 다른 실시예에 따르면, 상기 몸체는 플러그가 삽입된 상부 몸체와 상기 화약 조립체가 삽입된 하부 몸체로 구분되며, 상기 상부 몸체와 하부 몸체는 초음파 용착에 의해서 결합된다.

바람직하게는 상기 저항체의 측면에는 상기 플러그와의 직접적인 접촉을 방지하도록 절연체가 형성된다.

바람직하게는 상기 저항체와 상기 화약 외피와의 전기적 결합이 양호하게 이루어지도록 상기 저항체를 탄성 지지하는 스프링을 추가로 포함한다.

이하, 첨부된 도면을 참조로 하여 본 고안의 피뢰기용 단로기를 보다 상세히 설명하기로 한다.

도 2는 본 고안의 바람직한 일실시예에 따른, 피뢰기용 단로기의 분리 사시도이며, 도 3은 도 2의 피뢰기용 단로기의 단면도이다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 본 고안의 피뢰기용 단로기는 크게, 부도체인 몸체(20), 도체의 플러그(30), 도체의 화약 조립체(50)를 포함한다. 부도체인 몸체(20)는 바람직하게는 열경화성 수지인 페놀 수지를 사용되지만 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

플러그(30)는 상기 몸체 내부의 상부에 삽입되어 결합된다. 상기 플러그(30) 내부에는 전기적으로 플러그(30)와 연결된 저항체(40)가 삽입되어 있다.

한편, 상기 저항체(40)와 전기적으로 연결된 화약외피(52)는 그 내부에 화약이 내장되어 있다. 화약 외피(52)는 화약 조립체(50) 내에 삽입되어 있으며, 상기 화약 외피(52)와 화약 조립체(50)는 전기적으로 연결되어 있다. 정상상태의 경우에 플러그(30)와 저항체(40)를 통해서 흐른 누설전류는 화약 외피 및 화약 조립체를 통해서 땅으로 흐르게 된다.

상기 플러그의 일측은 화약 외피(52)를 감싸는 화약 조립체(50)와 스파크 갭 단자(A)를 이룬다. 즉, 플러그는 화약 외피와 직접적으로 스파크 갭 단자를 이루는 것이 화약조립체와 직렬로 연결되어 간접적으로 화약외피와 연결된다. 이에 따라, 스파크 갭 단자에서 방전이 일어나더라도 바로 화약이 폭발하는 것을 방지하여 본 고안의 단로기가 IEC 99-4의 규격에 따른 요건을 충족하도록 구성되었다.

몸체(20)는 일체로 형성되어 있으며, 몸체의 내부 상부에 형성된 나사선(22)과 상기 플러그(30)의 외측에 형성된 나사선(32)이 나사결합되어 상기 플러그(30)와 결합되며, 몸체의 내부 하부에 형성된 나사선(24)과 상기 화약 조립체(50)의 외측에 형성된 나사선(54)이 나사결합되어 상기 화약조립체(50)와 결합된다.

한편, 플러그(30) 내부의 저항체(40)의 측면에는 플러그(30)와의 직접적인 접촉을 방지하도록 절연체(60)가 형성되어 있으며, 저항체(40)와 상기 화약 외피(52)와의 전기적 결합이 양호하게 이루어지도록 상기 저항체(40)를 탄성 지지하는 스프링(70)이 형성되어 있다.

플러그와 몸체, 몸체와 화약 사이의 공간은 접착제로 봉합되어 습기가 단로기 내부로 침투하는 것을 막는다. 플러그와 몸체 사이에는 틈새가 형성되어 접착제를 채울 수 있는 공간이 형성되어 있다.

본 고안의 단로기의 동작 원리를 보다 상세히 설명하기로 한다.

피뢰기는 단로기를 통하여 접지로 연결된다. 피뢰기의 성능이 비정상적이면 단로기가 동작하여(disconnect) 피뢰기는 접지에서 분리된다.

본 고안의 단로기는 저항체와 병렬로 연결된 스파크 갭 단자가 플러그의 일측과 화약조립체 사이에서 이루어진다. 화약 조립체의 내부에는 화약이 내장된 화약 외피가 직렬로 연결되어 있음으로, 스파크 갭 단자가 작동되어 일정시간 동안 방전(아크)이 발생되면 화약 외피의 온도가 상승하여 화약을 점화시켜 폭발이 일어나게 된다. 이 경우에 화약 폭발에 따른 단로기 내부 압력의 상승으로 플라스틱 몸체가 폭발하게 되어 단로기를 통해서 접지로 연결된 피뢰기를 계통에서 분리하게 된다. 여기서 주목할 점은 스파크 갭 단자는 종래와 달리 화약 외피와 직접적으로 스파크 갭 단자를 이루는 것이 일정한 거리를 두고 직렬로 연결되어 있다는 점이다. 따라서, 스파크 갭 단자(플러그의 일측과 화약 조립체 사이)에서 방전이 일어나더라도 간접적으로 화약 외피의 온도를 상승시킴으로 IEC 99-4에서 규정하는 장시간 대전류 내력 및 대전류 내력의 요건을 충족시킬 수 있게 된다.

피뢰기의 정상 운전시(누설전류가 정상인 경우)에는 저항체를 통해서 전류가 흐름으로 스파크 갭이 동작하지 않도록 구성되었으며, 피뢰기의 비정상 운전시(누설전류가 계속적으로 증가할 경우)에는 스파크 갭이 동작하여 스파크 갭에 직렬로 연결된 화약의 온도를 상승시키게 되며, 화약의 온도가 점화 온도보다 높게 되면 화약이 폭발하게 된다. 이 때 스파크 갭 단자가 동작하더라도 화약에 전달된 방전 에너지가 화약의 점화에 필요한 에너지 보다 적은 경우에는 화약은 폭발하지 않게 되는 데, 이 경우에도 정상적인 상태로 본다.

보다 상세히 단로기의 동작 영역을 구분하여 설명하면,

1) 스파크 갭이 동작하지 않는 경우 : 갭 단자에 병렬로 연결된 저항의 단자 접압이 스파크 갭 단자의 방전 전압보다 적은 영역으로서, 피뢰기에서 미세한 누설 전류(1mA 이하)가 정상적으로 흐르는 경우이다.

2) 스파크 갭 단자는 동작하나 단로기가 동작하지(폭발) 않는 경우 : 화약에 전달되는 스파크의 방전 에너지가 화약의 폭발 에너지보다 적은 경우로써, 피뢰기에 뢰, 써어지(surge) 등의 뇌격 전류는 스파크 갭 단자를 통과하여 땅으로 스며드는 경우이다. 이때에는 정상적으로 동작하여야 함으로 단로기는 동작하지 않아야 한다. 즉, 폭발되지 않아야 한다.

3) 단로기가 동작하는 경우(즉, 폭발하는 경우) : 피뢰기의 열화 등으로 누설 전류가 증가하여 장시간 동안 수 암페어[A] 이상의 누설 전류가 흐를 경우로서, 저항의 단자 전압이 갭 단자의 방전 전압보다 높게 되어 스파크 갭에서 방전이 일어나게 되고 일정시간이 지나게 되면 화약의 점화 온도에 도달하며 화약이 폭발하게 되어 단로기가 동작하는 경우이다.

도 4는 본 고안의 바람직한 다른 실시예에 따른, 피뢰기용 단로기의 분리 사시도이며, 도 5는 도 4의 피뢰기용 단로기의 단면도이다.

도 4 및 도 5의 단로기는 도 2 및 도 3의 단로기와 달리 몸체가 2부분(20a, 20b)으로 분리되어 있다. 상부 몸체(20a)에는 플러그(30)가 삽입되어 있는 데, 플라스틱 사출에 의해서 부도체인 상부 몸체(20a)를 플러그(30)에 결합 형성한다. 그런 후, 상기 플러그 내에 저항체(40), 절연체(60), 스프링(70)이 삽입한다. 한편, 하부 몸체(20b)에는 화약 조립체(50)가 삽입되어 있는 데, 이 또한 플라스틱 사출에 의해서 부도체인 하부 몸체(20b)를 화약 조립체(50)에 결합 형성한다. 그런 후, 화약 조립체 내에 화약이 내장된 화약 외피(52)를 삽입한다.

상기 상부 몸체(20a)와 하부 몸체(20b)는 초음파 용착에 의해서 결합되는 데, 식별부호 26은 용착선을 나타낸다. 초음파 용착에 의해서 용착선의 플라스틱이 용융됨으로써 상부 몸체 및 하부 몸체가 틈이 없이 단단히 결합되는 것이다. 이에 따라, 별도로 접착제를 이용하여 틈을 메울 필요가 없다는 장점이 있다.

도 6은 본 고안의 바람직한 실시예에 따른, 피뢰기용 단로기의 회로 구성도이다.

양 끝단에는 피뢰기의 말단에 접속하는 단자(80)와 접지선과 연결되는 단자(81)가 전기적으로 연결되어 있다. 상기 단자(80, 81) 사이에는 저항(82)과 갭 단자(A)가 병렬로 연결되어 있으며, 화약소자(84)는 갭 단자(A)에 대해서도 저항(82)에 대해서도 직렬로 연결되어 있다.

상기와 같은 회로의 구성은 저항(82)과 스파크 갭 단자(A)가 병렬로 연결되어 있다는 점에서 종래와 동일하나, 화약소자(84)가 저항에 대해서도 스파크 갭 단자(A)에 대해서도 직렬로 연결되어 있다는 점에서는 종래의 단로기의 회로와는 다른 회로 구성을 가진다.

실시예

도 2에 도시된 형상을 가지는 10kA용 단로기를 제작하여 단로기의 특성 시험을 실시하였다. 모든 시험, 즉 장시간 대전류 내력 시험, 대전류 내력 시험, 밀폐시험, 내력 시험 및 마지막으로 단로기 분리 시험을 실시하였다. 그 결과 모두 IEC 99-4에서 규정하는 요건을 모두 충족하는 결과를 얻을 수 있었다.

전술한 내용은 후술할 고안의 실용신안청구범위를 보다 잘 이해할 수 있도록 본 고안의 특징과 기술적 장점을 다소 폭넓게 개설하였다. 본 고안의 실용신안청구범위를 구성하는 부가적인 특징과 장점들이 이하에서 상술될 것이다. 개시된 본 고안의 개념과 특정 실시예는 본 고안과 유사 목적을 수행하기 위한 다른 구조의 설계나 수정의 기본으로서 즉시 사용될 수 있음이 당해 기술분야의 숙련된 사람들에 의해 인식되어야 한다.

또한, 본 고안에서 개시된 고안 개념과 실시예가 본 고안의 동일 목적을 수행하기 위하여 다른 구조로 수정하거나 설계하기 위한 기초로서 당해 기술 분야의 숙련된 사람들에 의해 사용되어질 수 있을 것이다. 또한, 당해 기술분야의 숙련된 사람에 의한 그와 같은 수정 또는 변경된 등가 구조는 실용신안청구범위에서 기술한 고안의 사상이나 범위를 벗어나지 않는 한도내에서 다양한 변화, 치환 및 변경이 가능하다.

이상에서 상술한 바와 같이 본 고안은 갭 단자의 방전에 의해서 화약 외피에 전달되는 온도가 직접적으로 전달되는 것이 아니라 간접적으로 전달되도록 함으로써 IEC 99-4의 규격에 해당되도록 장시간 대전류 내력시험, 단로기 분리 시험 등의 성능을 갖는다는 장점이 있다.

도 1은 종래의 피뢰기용 단로기의 단면도.

도 2는 본 고안의 바람직한 일실시예에 따른, 피뢰기용 단로기의 분리 사시도.

도 3은 본 고안의 바람직한 일실시예에 따른, 도 2의 피뢰기용 단로기의 단면도.

도 4는 본 고안의 바람직한 다른 실시예에 따른, 피뢰기용 단로기의 분리 사시도.

도 5는 본 고안의 바람직한 다른 실시예에 따른, 도 4의 피뢰기용 단로기의 단면도.

도 6은 본 고안의 바람직한 실시예에 따른, 피뢰기용 단로기의 회로 구성도.

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉

1: 하우징 2: 저항

3: 화약외피 4: 화약조립체

5: 플러그 6: 갭 단자

20: 몸체 20a: 상부몸체

20b: 하부몸체 22, 24: 나사선

26: 융착선

30: 플러그 32: 나사선

40: 저항체 42: 동선

50: 화약조립체 52: 화약 외피

54: 나사선

60: 절연체 70: 스프링

A: 갭 단자

80, 81: 단자 82: 저항

84: 화약소자

Claims (5)

1. 피뢰기용 단로기에 있어서,

   부도체인 몸체(20),

   상기 몸체 내부의 상부에 삽입되어 결합되며, 전기적으로 연결된 저항체(40)가 내부에 삽입되는 도체의 플러그(30),

   상기 몸체 내부의 하부에 삽입되어 결합되며, 전기적으로 연결되는 화약이 내장된 화약외피(52)가 내부에 삽입된 도체의 화약 조립체(50)를 포함하며,

   상기 저항체(40)는 상기 도체인 화약 외피(52)와 전기적으로 직접 접촉하고 있으며, 상기 플러그의 일측은 화약 외피와 직접 스파크 갭 단자를 이루는 것이 아니라 상기 화약 외피(52)를 감싸는 화약 조립체(50)와 스파크 갭 단자(A)를 이루는 것을 특징으로 하는 피뢰기용 단로기.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 몸체(20)는 일체로 형성되며,

   상기 몸체의 내부 상부에 형성된 나사선(22)과 상기 플러그(30)의 외측에 형성된 나사선(32)이 나사결합되어 상기 플러그(30)와 결합되며,

   상기 몸체의 내부 하부에 형성된 나사선(24)과 상기 화약 조립체(50)의 외측에 형성된 나사선(54)이 나사결합되어 상기 화약조립체(50)와 결합되는 것을 특징으로 하는 피뢰기용 단로기.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 몸체는 플러그가 삽입된 상부 몸체(20a)와 상기 화약 조립체가 삽입된 하부 몸체(20b)로 구분되며, 상기 상부 몸체(20a)와 하부 몸체(20b)는 초음파 용착에 의해서 결합되는 것을 특징으로 하는 피뢰기용 단로기.
4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 저항체(40)의 측면에는 상기 플러그(30)와의 직접적인 접촉을 방지하도록 절연체(60)가 형성된 것을 특징으로 피뢰기용 단로기.
5. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 저항체(40)와 상기 화약 외피(52)와의 전기적 결합이 양호하게 이루어지도록 상기 저항체(40)를 탄성 지지하는 스프링(70)을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 피뢰기용 단로기.