KR20100089145A - 절연파괴강도 시험장치 - Google Patents

절연파괴강도 시험장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 절연재료의 절연특성을 시험하기 위한 절연파괴강도 시험장치에 관한 것이다. 본 발명에 의한 시험장치는, 절연유(110)가 충전되는 유조(100)와; 상기 유조(100)의 바닥에 착탈 가능하게 설치되고, 하부전극(210)의 외주에 절연체로 이루어진 섬락 방지용 보강 몰딩(220)을 둘러싸 일체화한 형태로 이루어지는 하부전극 조립체(200)와; 상기 하부전극(210)에 대향하는 상부전극(310)의 외주에 절연체로 이루어진 섬락 방지용 보강 몰딩(320)을 둘러싸 일체화한 형태로 이루어져서 상기 하부전극(210)의 상면에 안착되는 시편(2)을 누르는 상부전극 조립체(300)를 포함하며, 상기 상부전극(300)으로부터 상기 유조(100)의 상부 바깥쪽으로 연장되는 단자봉(312)과; 상기 단자봉(312)의 상단부에 인접하여 설치되는 손잡이 부재(500)와; 상기 상부전극 조립체(300)를 상기 하부전극 조립체(200)를 향해 누르고, 누르는 압력을 조절할 수 있도록 하는 가압장치(600)를 더 포함한다. 본 발명에 의하면, 상부전극과 하부전극의 둘레를 보강 몰딩이 충분히 둘러싸서 전극 간의 연면 방전이 억제되고, 상부 전극 조립체를 쉽게 들어올려 시편의 설치와 전극 조립체의 교체가 용이하며, 상부전극 조립체의 가압력을 조절할 수 있다.
절연, 파괴, 강도, 섬락, 방전, 전극, 몰딩

Description

절연파괴강도 시험장치{Test apparatus for dielectric breakdown strength}
본 발명은 플라스틱 등과 같은 절연재료의 절연파괴강도를 측정하기 위한 시험장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전극 계면에서의 연면 방전을 방지하고 전극의 고정과 교체가 용이하도록 한 절연파괴강도 시험장치에 관한 것이다.
절연파괴는 절연재료에 인가전압을 상승시켜 나갈 때 어떤 전압 값에 이르러 갑자기 대전류가 흘러 도체와 같이 되는 현상을 절연파괴라고 말하고, 그때의 전압을 절연파괴전압이라고 말하며, 절연파괴전압을 절연재로의 두께로 나눈 값을 절연파괴강도(kV/mm)라고 한다.
예를 들어, 전력 케이블이나 전선 등에 많이 사용되는 가교폴리에틸렌(XLPE) 피복과 같은 절연재료는 그 품질이 균일하고 우수하여야만 전력 사고를 방지할 수 있기 때문에, 제조 시점에서 절연파괴강도가 규정된 범위를 만족하는지 철저히 관리하고 있다.
전력 케이블의 피복과 같은 절연재료의 절연파괴강도를 측정하기 위한 시험장치는, 절연유가 충전되어 있는 유조와, 상, 하부 전극을 구비하여, 상기 유조 안에서 상부 전극과 하부의 전극 사이에 시편을 설치하고, 상, 하부 전극을 통해 전 압을 단계적으로 상승시켜 가면서 절연파괴시점과 그때의 전압 값을 찾아 계산한다.
그런데 종래의 절연파괴강도 시험장치에 의하면, 시험 도중 전극 계면의 모서리(edge) 부분에서 섬락(flash over)이 발생하는 일이 있고, 그로 인한 연면 방전이 발생하여 정확한 전계의 측정이 어려운 문제가 있었다.
전극 간에 연면 방전이 발생하면, 전압이 누설되어 실제보다 높은 전압에서 절연 파괴가 일어남으로써 정확한 절연파괴강도를 산출하기 어렵고 해당 시험기로 측정한 그간의 시험 결과까지 신뢰할 수 없게 되며, 섬락으로 인해 시험기에 손상을 주게 되는 것이다.
또한, 종래의 절연파괴강도 시험장치는, 전극을 교체할 수 없는 구조로 이루어져서 하나의 정해진 시험만을 수행하도록 되어 있기 때문에 시편의 물성(절연 특성 등)과 같은 시험 조건의 변화에 따라 별도의 시험 장치를 더 구비하여야 하는 단점이 있고, 상부 전극과 하부 전극 사이에 면압(面壓)을 가하기가 어렵고 면압을 조절하기도 어려운 단점도 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위해 개발된 것으로서, 전극 계면에서의 연면 방전을 방지하고 전극의 고정과 교체가 용이하도록 하여, 시험을 정확하게 수행할 수 있고, 하나의 시험 장치에서 여러 가지 조건의 시편들을 측정할 수 있도록 하는 절연파괴강도 시험장치를 제공하는 것에 목적이 있다.
상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 절연파괴강도 시험장치는, 절연유가 충전되는 유조와; 상기 유조의 바닥에 착탈 가능하게 설치되고, 하부전극의 외주에 절연체로 이루어진 섬락 방지용 보강 몰딩을 둘러싼 형태로 이루어지는 하부전극 조립체와; 상기 하부전극에 대향하는 상부전극의 외주에 절연체로 이루어진 섬락 방지용 보강 몰딩을 둘러싼 형태로 이루어져서 상기 하부전극의 상면에 안착되는 시편을 누르는 상부전극 조립체를 포함하며, 상기 상부전극으로부터 상기 유조의 상부 바깥쪽으로 연장되는 단자봉과; 상기 단자봉의 상단부에 인접하여 설치되는 손잡이 부재와; 상기 상부전극 조립체를 상기 하부전극 조립체를 향해 누르고, 누르는 압력을 조절할 수 있도록 하는 가압장치를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기한 본 발명의 시험장치에 있어서, 상기 가압장치는, 상기 단자봉에 끼워지는 탄성체와; 상기 탄성체 위쪽의 단자봉에 체결되어 상기 탄성체의 압축상태를 조절하는 조절너트와; 상기 탄성체에 의해 상기 상부전극 조립체를 가압할 때 상기 단자봉의 상승을 저지하고 지탱해주는 고정장치를 포함한다.
상기한 본 발명의 시험장치에 있어서, 상기 고정장치는, 상기 단자봉의 위쪽 부분에 형성되는 홈부와, 상기 홈부에 삽탈가능한 회동 레버로 이루어질 수 있다.
상기한 본 발명의 시험장치에 있어서, 상기 하부전극 조립체의 하부전극으로부터 단자봉이 하향 연장되고, 상기 단자봉에는 상기 유조에 고정하기 위한 고정 너트가 체결되는 구조로 하면, 하부전극 조립체를 유조로부터 분리할 수 있다.
상기한 본 발명의 시험장치에 있어서, 상기 유조의 외부에는 시험장치를 보호하기 위한 외부 챔버를 더 설치하여 시험장치를 안전하게 보호하는 것이 바람직하다.
상기한 본 발명의 시험장치에 있어서, 상기 상부전극 조립체의 보강 몰딩에 절연유의 배출을 위한 복수의 오일 통과공을 형성하면 상부전극 조립체를 들어올릴 때 절연유의 배출을 도와 상부전극 조립체를 쉽게 들어올릴 수 있다.
본 발명의 절연파괴강도 시험장치에 의하면, 상부전극과 하부전극의 둘레에 섬락 방지용 보강 몰딩이 둘러싸고 있기 때문에 전극 간의 연면 방전이 방지되어 정확한 파괴전압의 측정이 가능하며, 상부 전극 조립체를 쉽게 들어올릴 수 있는 구조로 이루어져 시편의 설치와 전극 조립체의 교체가 용이하다.
또한, 상부전극 조립체의 가압력을 조절할 수 있으므로, 시편에 알맞은 시험 조건으로 쉽게 조절할 수 있다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 구체적으로 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 절연파괴강도 시험장치의 전체 구조를 나타낸다.
도 1에 도시된 바와 같이, 절연파괴강도 시험장치는, 유조(100), 하부전극 조립체(200), 상부전극 조립체(300), 단자봉(312), 손잡이 부재(500), 그리고 상기 상부전극 조립체(100)의 가압력을 조절하기 위한 가압장치(600)를 포함한다.
상기 유조(100)에는 절연유(110)가 일정 수위까지 충전된다. 또한, 상기 유조(100)는 측벽(102) 전체가 투명한 재료로 이루어지거나, 측벽(102)의 적어도 어느 한 곳 이상에 투명창이 설치되어 내부를 들여다 볼 수 있도록 구성된다.
상기 유조(100)의 외부에는 시험장치를 보호하기 위한 외부 챔버(150)를 더 설치하여도 좋다.
상기 하부전극 조립체(200)와 상부전극 조립체(300)는 상기 유조(100) 내부에 절연유(110) 속에 잠긴다.
상기 하부전극 조립체(200)는, 그 중앙에 하부전극(210)이 위치하고, 하부전극(210)의 외주에 절연체인 섬락 방지용 보강 몰딩(220)이 둘러싸 일체화된 형태로 이루어진다.
상기 상부전극 조립체(300)는, 그 중앙에 상부전극(310)이 위치하고, 상부전극(310)의 외주에 절연체인 섬락 방지용 보강 몰딩(220)이 둘러싸 일체화된 형태로 이루어진다. 이러한 상부전극 조립체(300)는, 상기 하부전극(200)의 상부에서 시 편(2)을 누르게 된다.
상기 하부전극 조립체(200) 및 상부전극 조립체(300)의 전극(210)(310)이 절연체의 보강 몰딩(220)(320)으로 충분히 둘러싸여 있기 때문에 양측 전극(210)(310) 사이에 섬락과 그에 따른 연면방전의 발생을 방지할 수 있다.
상기 상부전극 조립체(300)는, 유조(100) 바깥으로 쉽게 들어올릴 수 있도록 구성되는데, 이를 위해 상기 상부전극 조립체(300)의 상부전극(310)으로부터는 단자봉(312)이 연장되어 상기 유조(100)의 상부 바깥까지 돌출되며, 상기 단자봉(312)의 상단부에 인접한 부분에 손잡이 부재(500)가 형성된다.
따라서, 손잡이 부재(500)를 잡고 들어올려 상부전극 조립체(300)를 유조(100) 바깥으로 꺼낼 수 있다. 상부전극 조립체(300)를 꺼낸 후에는 시편(2)을 교체할 수도 있고, 상부전극 조립체(300) 자체를 교체할 수 있다. 상기 단자봉(312)의 상단부에는 도시되지 않은 전원단자가 접속된다.
한편, 상기 하부전극 조립체(200)도 유조(100)에 착탈 가능하게 설치되어 유조(100)로부터 분리할 수 있도록 하여도 좋다. 이를 위해, 본 발명에서는, 상기 하부전극(210)으로부터 단자봉(212)이 하향 연장되고, 상기 단자봉(212)에는 상기 유조(100) 또는 외부 챔버(150) 측에 고정하기 위한 고정 너트(214)가 나사결합되어 있다. 따라서, 상기 고정 너트(214)를 풀면 상기 하부전극 조립체(100)를 유조(100)로부터 들어올릴 수 있게 된다.
또한, 본 발명의 가압장치(600)는, 상기 상부전극 조립체(300)를 하부전극 조립체(200)를 향해 눌러 시편(2)을 시험에 필요한 면압력으로 누르기 위한 장치이 다. 이는 전술한 상부전극(310)의 단자봉(312)에 끼워지는 탄성체(610)와, 상기 탄성체(610) 위쪽의 단자봉(312)에 체결되는 조절너트(620)를 포함한다. 상기 조절너트(620)를 체결하여 아래로 내리거나 이완시켜 위로 올리는 것에 의해 상기 탄성체(610)의 압축력이 변화하여 상기 상부전극 조립체(300)를 누르는 힘을 조절할 수 있다. 본 실시예에 있어서 상기 탄성체(610)는 코일 스프링으로 이루어져 있으나, 이에 한정하지 않고 탄성 고무와 같이 어느 정도의 탄성 압축이 가능하면 좋다.
상기 탄성체(610)와 병행하여 고정장치(700)가 더 설치된다. 상기 고정장치(700)는 상기 탄성체(610)에 의해 상기 상부전극 조립체(300)를 가압할 때 상기 단자봉(312) 및 상부전극 조립체(300)의 상승을 저지하고 지탱해주어 면압력이 상기 하부전극 조립체(100)에 그대로 전달되도록 하기 위한 장치이다.
본 실시예에 있어서, 상기 고정장치(700)는, 상기 단자봉(312)의 위쪽 부분에 홈부(314)를 형성하고, 상기 홈부(314)에 삽탈가능한 회동 레버(710)를 구비한다. 상기 회동 레버(710)는 상기 외부 챔버(150) 또는 유조(100)에 힌지축(720)에 의해 회동가능하게 설치된다.
한편, 상기 상부전극 조립체(300)의 보강 몰딩에는 복수의 오일 통과공(322)이 형성된다. 상기 오일 통과공(322)은, 상부전극 조립체(300)를 들어올릴 때 오일이 쉽게 빠져나가도록 함으로써 상부전극 조립체(300)를 힘들이지 않고 들어올릴 수 있도록 한다.
도 2는 상기한 손잡이 부재(500)의 평면도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 손잡이 부재(500)는, 그의 몸통(510)에 레버(520)가 형성된 구조로 이루어져, 상기 몸통(510)이 상기 상부전극 조립체(300)의 단자봉(312)에 고정 스크루(512)에 의해 고정되어 있다.
도 3은 상기한 회동 레버(710)와 상부 단자봉(312)의 관계를 나타낸다. 도시된 바와 같이, 회동 레버(710)는 자루부(711)와 헤드부(712)를 가진다. 상기 자루부(711)는 힌지축(720)에 의해 상기 유조(100)의 상단이나 상기 외부 챔버(150)의 상단 또는 주변의 다른 구조물에 회동가능하게 힌지 된다. 상기 헤드부(712)는, 그의 삽입구(713)가 상기 단자봉(312)의 홈부(314)에 끼워져서, 도 1과 같이 홈부(314)의 하단을 눌러 지탱해 줌으로써 탄성체(610)를 가압하는 힘이 상부전극 조립체(300)에 그대로 전달되도록 한다.
상기 단자봉(312)의 홈부(314)의 폭(높이)은, 회동 레버(710)의 두께(높이)보다 더 큰 치수로 이루어지되, 회동 레버(710)의 하면은 홈부(314)의 하면에 밀착하여 여유 틈새가 거의 없도록 함으로써 단자봉(312)이나 상부전극 조립체(300)를 지탱하여 위로 움직이는 것을 방지하고, 회동 레버(710)의 상면은 홈부(314)의 상면과 여유 틈새를 가지도록 하여 가압시 단자봉(312)과 상부전극 조립체(300)가 아래로 내려갈 수 있도록 한다.
도 4는 상기한 상부전극 조립체(300)의 오일 통과공(322)의 설치 형태를 나타낸다. 상기 오일 통과공(322)은 그의 크기, 개수, 위치에 어떠한 한정이 있는 것은 아니고 필요 부분에 적당한 크기로 형성하면 그만이다. 그러나 오일 통과공(322)의 크기가 너무 크거나 개수가 너무 많으면 섬락 방지에 좋지않은 영향을 미칠 가능성이 있으므로 가능한 한 작은 크기와 적은 개수로 형성한다.
상기와 같은 절연파괴강도 시험장치를 사용하여 시편(2)의 절연파괴 전압을 측정할 때에는, 시편의 규격에 따라 가할 전압 특성과 면압을 설정해 둔다. 그리고 하부전극 조립체(200) 위에 시편(2)을 놓고 유조(100) 안에 상부전극 조립체(300)를 내려 시편(2) 위에 얹는다.
이어서, 회동 레버(710)를 회동시켜 상부전극 조립체(300)의 단자봉(312)의 홈부(314)에 끼워 고정하고, 그 상태에서 조절너트(620)를 아래 방향으로 체결하여 설정 면압이 되기까지 탄성체(610)를 압축시킨다. 탄성체(610)의 압축력, 즉, 복원력은 상기 상부전극 조립체(300)를 눌러 시편(20)을 가압하게 된다.
이와 같이 한 후, 유조(10) 내부의 절연유(110)가 안정화되면, 예를 들어 500V/sec ~ 2.5kV/sec 범위로 전압을 상승시켜가면서 파괴시까지 시험한다.
이상 살펴본 바와 같이 본 발명의 절연파괴강도 시험장치에 의하면, 하부전극 조립체와 상부전극 조립체의 전극이 모두 절연체의 보강 몰딩으로 충분히 넓게 둘러싸여 있기 때문에 양측 전극의 전계 형성이 안정화되고 전극의 모서리부에 전계 집중을 방지할 수 있게 되며, 그로 인해 섬락과 그에 따른 연면방전을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명은 상부전극 조립체를 쉽게 들어올릴 수 있는 구조로 이루어져 있으므로 시편의 장착과 상부전극 조립체의 교체가 용이하다.
도 1은 본 발명에 따른 절연파괴강도 시험장치의 전체 구조를 나타내는 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 시험장치의 손잡이 부재의 평면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 회동 레버와 상부 단자봉의 관계를 나타내는 평면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 상부전극 조립체의 오일 통과공의 설치 형태를 나타내는 평면도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
2 : 시편 100 : 유조
102 : 측벽 110 : 절연유
150 : 외부 챔버 200 : 하부전극 조립체
210 : 하부전극 212 : 단자봉
214 : 고정너트 220 : 섬락 방지용 보강몰딩
300 : 상부전극 조립체 310 : 상부전극
312 : 단자봉 314 : 홈부
320 : 섬락 방지용 보강몰딩 322 : 오일 통과공
500 : 손잡이 부재 510 : 몸통
512 : 고정 스크루 520 : 레버
600 : 가압장치 610 : 탄성체
620 : 조절너트 700 : 고정장치
710 : 회동레버 711 : 자루부
712 : 헤드부 713 : 삽입구
720 : 힌지축

Claims (7)

  1. 절연유(110)가 충전되는 유조(100)와;
    상기 유조(100)의 바닥에 착탈 가능하게 설치되고, 하부전극(210)의 외주에 절연체로 이루어진 섬락 방지용 보강 몰딩(220)을 둘러싸 일체화한 형태로 이루어지는 하부전극 조립체(200)와;
    상기 하부전극(210)에 대향하는 상부전극(310)의 외주에 절연체로 이루어진 섬락 방지용 보강 몰딩(320)을 둘러싸 일체화한 형태로 이루어져서 상기 하부전극(210)의 상면에 안착되는 시편(2)을 누르는 상부전극 조립체(300)를 포함하며,
    상기 상부전극(300)으로부터 상기 유조(100)의 상부 바깥쪽으로 연장되는 단자봉(312)과;
    상기 단자봉(312)의 상단부에 인접하여 설치되는 손잡이 부재(500)와;
    상기 상부전극 조립체(300)를 상기 하부전극 조립체(200)를 향해 누르고, 누르는 압력을 조절할 수 있도록 하는 가압장치(600)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 절연파괴강도 시험장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 가압장치(600)는,
    상기 단자봉(312)에 끼워지는 탄성체(610)와;
    상기 탄성체(610) 위쪽의 단자봉(312)에 나사 결합되어 상기 탄성체(610)의 압축상태를 조절하는 조절너트(620)와;
    상기 탄성체(610)에 의해 상기 상부전극 조립체(300)를 가압할 때 상기 단자봉(312) 및 상부전극 조립체(300)의 상승을 저지하고 지탱해주어 탄성체의 압축에 의한 면압력이 상기 하부전극 조립체(300)로 전달되도록 하는 고정장치(700)를 포함하는 것을 특징으로 하는 절연파괴강도 시험장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 고정장치(700)는,
    상기 단자봉(312)의 위쪽 부분에 형성되는 홈부(314)와, 상기 홈부(314)에 삽탈가능한 회동 레버(710)를 포함하는 것을 특징으로 하는 절연파괴강도 시험장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 단자봉(312)의 홈부(314)의 축방향 폭은, 회동 레버(710)의 두께보다 더 큰 치수로 이루어지되, 상기 회동 레버(710)의 하면은 상기 홈부(314)의 하면에 밀착되고 회동 레버(710)의 상면은 홈부(314)의 상면과 여유 틈새를 가지는 것을 특징으로 하는 절연파괴강도 시험장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 하부전극 조립체(200)의 하부전극(210)으로부터 단자봉(212)이 하향 연장되고, 상기 단자봉(212)에는 상기 유조(100) 측에 고정하기 위한 고정 너트(214)가 나사결합되는 것을 특징으로 하는 절연파괴강도 시험장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 유조(100)의 외부에는 시험장치를 보호하기 위한 외부 챔버(150)가 설치되는 것을 특징으로 하는 절연파괴강도 시험장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 상부전극 조립체(300)의 보강 몰딩(320)에는 절연유(110)의 배출을 위한 복수의 오일 통과공(322)이 형성되는 것을 특징으로 하는 절연파괴강도 시험장치.
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