KR20100131506A - 고전압 절연체 및 이러한 절연체를 이용한 고전압 전력 선로 - Google Patents

고전압 절연체 및 이러한 절연체를 이용한 고전압 전력 선로 Download PDF

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Abstract

전기 설비 또는 전력 선로에서 고전압 전도체를 보호하는 고전압 절연체는 절연성 코어를 포함하며, 상기 절연성 코어의 제 1 단부는 고전압 전도체 및/또는 그의 결합 수단과 기계적으로 연결하기 위해 사용되며, 제 2 단부는 상기 절연체를 타워 등의 지지체에 고정하기 위한 금속 잠금 부재를 구비하고 있다. 상기 절연체에 낙뢰 보호 기능을 부여하기 위해, 상기 절연체는 상기 절연성 코어에 기계적으로 부착되고 상기 절연성 코어의 단부 사이에 정렬된 m개의 전극으로 구성된 다중-전극 시스템을 더 구비하고 있다. 상기 전극들은 인접 전극들 사이, 절연성 코어의 제 1 단부와 절연성 코어의 제 2 단부에 인접한 전극들 사이 및 절연성 코어의 제 2 단부에 인접한 전극과 타워에 부착된 금속 잠금 부재 사이에 방전 형성을 지지하도록 배치된다. 이러한 절연체는 상기 다중-전극 시스템으로 인한 절연체 이동 거리의 감소를 보상하는 보상수단을 구비하고 있다. 이러한 유형의 절연체를 이용하는 상기 전력 선로는 낙뢰 피뢰기를 필요로 하지 않는다.

Description

고전압 절연체 및 이러한 절연체를 이용한 고전압 전력 선로{HIGH-VOLTAGE INSULATOR AND HIGH-VOLTAGE ELECTRIC POWER LINE USING SAID INSULATOR}
본 발명은 전자 산업 또는 공중 전력 선로 및 전력 네트워크에서 고전압 전도체 보호에 사용 가능한 고전압 절연체에 관한 것이다. 본 발명은 또한 그러한 절연체를 채용하는 고전압 전력 선로(HEPLs)에 관한 것이다.
쉐드(sheds) 및 그 단부에 금속 플랜지를 구비하는 절연체로 리브된(ribbed) 코어(특히, 자기(porcelain)로 만들어진)를 포함하는 고전압 지지용 절연체가 알려져 있다(High voltage techniques, Ed. D. V. Razevig, Moscow, "Energiya" Publishing House, 1976, p.78 참조).
종래 기술에 따른 절연체는, 예를 들면 낙뢰 과전압(lightning overvoltage)시, 금속 플랜지 사이 에어 갭의 플래시오버(flashover)가 발생하고,
고전압 전도체가 적용되는 동작 주파수 전압의 영향하에서, 플래시오버는 동작 주파수의 파워 아크(power arc)로 변환되며, 이는 절연체를 손상시킬 수 있는 문제점을 내포하고 있다.
파워 아크로부터 전술한 절연체를 보호하기 위한 기술적 해결책이 알려져 있다. 이러한 해결책은 소위 보호용 갭(protective gap)("High voltage techniques". Ed. D. V. Razevig, Moscow, "Energiya" Publishing House, 1976, p287 참조)을 구비하고 있으며, 보호용 갭은 절연체에 병렬로 전기적으로 접속되며, 금속 로드(rod) 사이에 형성된 스파크 에어 갭(spark air gap)을 구비하는 금속 로드를 이용하여 형성된다. 각 스파크 갭의 길이는 절연체 표면을 따라 흐르는 누설 경로(leakage path) 및 공기 중에 흩어져 있는 플래시오버의 길이보다 짧다. 따라서, 과전압의 경우, 플래시오버는 절연체를 가로지르지 않고 로드 사이의 에어 갭을 가로질러 형성되며, 이에 따라 동작 주파수의 파워 아크는 로드 사이에서 타버리고 절연체 표면을 가로지르지 않게 된다. 이러한 보호용 갭을 채용하는 절연체는 갭을 가로지르는 플래시오버가 접속된 전력 네트워크를 단락시키며, 이는 특정 절연체를 포함하는 고전압 시설의 가동을 긴급하게 중단해야 하는 문제점을 내포하고 있다.
또한, 아크 형성을 방지하기 위한 보호 수단으로서 금속 접속 터미널에 고정된 로드를 구비하는 2개의 절연체를 포함하는 절연체 스트링이 공지되어 있다. 이러한 절연체 스트링은, 전술한 절연체와는 대조적으로, 절연체 사이에 사슬 형태로 형성된 금속 링크로 보호된 제 3 중간 로드 전극을 더 구비하고 있다(예를 들면, 미국 특허 번호 제 4,665, 460호, H01t004/02 참조). 따라서, 그러한 절연체 스트링에는, 단일의 스파크 에어 갭 대신, 2개의 갭이 형성된다. 이러한 형상은 아크-방지 로드가 장착된 절연체 스트링의 아크 저지 기능을 다소 증가시킬 수 있고 단일 위상 대 접지 단락 회로에서 과도한 속류를 차단할 수 있도록 한다. 그러나, 이러한 장치는 100A를 초과하는 전류는 저지할 수 없고, 이러한 전류는 낙뢰 과전압의 경우 통상 2상 또는 3상 접지 단락 회로에 해당한다.
기술적 측면에서, 본 발명과 가장 유사한 종래기술은 실린더형 절연성 코어 및 나선형 쉐드를 구비하는 절연에로 구성되어 있다. 절연성 코어의 단부에, 제 1 및 제 2 금속 전극들이 고정되고, 절연성 코어의 내부에는 가이드 전극이 배치되어 있다. 이러한 전극은 절연성 코어 표면으로 드러나 있는 실린더형 몸체의 중앙 부분에 위치한 금속 돌출부를 구비하며, 중간 전극으로 기능한다(러시아 특허 제 2107963호, H01B17/14, 1998, 참조). 이러한 절연체에서 낙뢰 과전압의 경우, 방전은 실린더형 절연성 코어 표면을 가로질러 상기 제 1 금속 전극으로부터 중간 전극을 통해 상기 제 2 금속 전극으로 나선형 경로를 따라 일어난다. 플래시오버 경로의 길이가 증가함으로써 파워 아크는 동작 주파수 전압에 의해 형성되지 않고, 따라서 이러한 절연체를 포함하는 전기 시설은 가동이 중단되지 않고 계속 동작을 한다. 따라서, 이러한 절연체는 본래의 주기능에 추가하여 낙뢰 보호 즉, 낙뢰 피뢰기로서의 기능도 제공한다.
그러나, 종래 절연체의 낙뢰 피뢰기로서의 효과는 다음과 같은 이유에서 한계가 있다. 즉, 높은 과전압(200kV 이상) 뿐만 아니라, 대기오염이 심한 경우 및/또는 습기가 많은 경우 방전이 긴 나선 경로를 따라 일어나지 않고 최단 궤도를 따라 일어나기 때문이다. 이 경우, 절연체는 종래 일반적인 절연체에서와 마찬가지로 낙뢰 피뢰기로서의 기능을 상실하기 때문에 이러한 절연체에서 플래시오버는 파워 아크로 변환된다. 또한, 절연성 코어의 중앙 부분에 위치한 금속 돌출부는 누설 경로를 감소시켜 그러한 절연체에 대한 허용 전압을 감소시킨다. 따라서, 절연체로서의 효과 또한 제한적이다.
또한, 고전압 절연체 및 그러한 절연체(예를 들면, 본 발명의 출원인에게 양도된 러시아 특허 번호 제 2248097호, H02H9/06, 2005 참조)를 보호하기 위한 낙뢰 피뢰기가 결합된 형태를 채용하는 다양한 HEPLs가 공지되어 있다. 특히, 다양한 임펄스 피뢰기로 구현되고 절연체에 병렬로 연결된 낙뢰 피뢰기를 포함하는 HEPLs가 공지되어 있다(예를 들면, 미국 특허 번호 제 5,283,709호, H02H001/00, 1994 및 러시아 특허 제 2002126810호, H02H9/06, 2004 참조).
제안된 기술 과제와 가장 근접한 종래기술로는, 러시아 특허 번호 제 2096882호, H02G7/00, 1997(본 발명의 출원인에게 양도됨)에 개시된 HEPL이 있다. 상기 종래기술에 따른 HEPL은 지지체, 금속 고정 장치에 의해 상기 지지체에 마련된 절연체, 고전압 하에서 동작하는 적어도 하나의 전도체, 결합 수단에 의해 상기 절연체에 연결된 전도체 및 낙뢰 과전압에 대해 상기 절연체를 보호하도록 임펄스 피뢰기로 구현된 수단을 포함한다.
임펄스 피뢰기가 적절히 선택 및 연결되면, 상기 종래의 HEPL은 높은 신뢰도로 낙뢰 보호를 실현한 수 있다. 그러나, 많은 수의 임펄스 피뢰기를 사용하면 HEPL의 복잡도를 증가시키고 이에 따라 제조 및 조립 비용을 증가시키게 된다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명의 첫 번째 목적은 적절한 제조공정, 신뢰할 수 있는 운행 비용으로 제조되고, 절연체 및 피뢰기의 동작을 효과적으로 수행하는 고전압 절연체 개발을 포함한다. 이러한 방법으로 구현되어, 본 발명에 따른 절연체는 고전압 하에서 동작하는 전력 선로, 예를 들면, 변전소 또는 다른 전기 장비서에 와이어 또는 케이블뿐만 아니라 고전압 HEPL 전도체 보호에 적용될 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 기술적 및 경제적 특성, 즉 낙뢰 과전압 하에서 동작시 높은 동작 신뢰도를 갖고, 종래 기술에 따른 HEPLs에 비해 디자인이 단순화된(이에 따라 저비용으로 제조되는) 고전압 전기 전력선로(HEPL) 개발을 포함한다. 본 발명의 다른 기술적 성과는 전력 전달 신뢰도의 개선에 있다.
전술한 첫 번째 목적은, 단일 절연체 또는 절연체 스택이나 스트링의 부품으로서, 전기 설비 또는 전기 전력 선로의 고전압 전도체를 보호하는 고전압 절연체를 개발함으로써 달성할 수 있다. 상기 절연체는 절연성 코어 및 제 1 및 제 2 잠금 부재로 구성된 고정 장치를 포함하며, 상기 잠금 부재는 상기 절연성 코어의 대향 단부에 위치한다. 상기 제 1 잠금 부재는 상기 고전압 전도체 또는 상기 절연체 스택이나 스트링으로 이루어진 고전압 절연체 전단의 상기 제 2 잠금 부재에 직접 또는 결합 수단을 통해 연결되도록 구성된다. 상기 제 2 잠금 부재는 상기 전력 선로의 지지체 또는 상기 절연체 스택이나 스트링에서 다음 단의 고전압 절연체의 상기 제 1 잠금 부재에 연결되도록 구성된다. 본 발명의 절연체는 상기 절연성 코어와 기계적으로 연결된 m(m≥5)개의 전극으로 구성된 다중-전극 시스템(MES)을 더 포함하는 것을 특징으로 한다. 상기 MES 전극은 상기 절연성 코어의 단부들 사이에 위치하며, 낙뢰 과전압의 충격하에서 상기 제 1 잠금 부재와 전극 또는 인접 전극들 사이, 인접 전극들 사이 및 상기 제 2 잠금 부재와 전극 또는 인접 전극들 사이에 방전(electric discharge)이 형성되도록 배치된다.
인접 MES 전극들 사이의 거리, 즉, 스파크 갭의 거리g는 이들 갭에 필요한 브레이크다운 전압에 따라 선택된다. 더욱 상세하게는, 상기 선택된 길이는 절연체 사용시 처리하고자 하는 과전압의 유형(즉, 유도 과전압 또는 직접적인 낙뢰로 인한 과전압)뿐만 아니라 절연체의 전압 등급 및 사용 목적에 따라 0.5mm 내지 20mm이다. 본 발명의 광범위한 적용에 있어서, g의 바람직한 값은 수 밀리미터 정도이다.
MES 전극의 개수 m은 절연체 전압의 등급 및 절연체의 적용 목적, 절연체가 처리하고자 하는 과전압의 유형뿐만 아니라 과전압에 따른 파워 아크에서 전류의 범위 및 그러한 아크를 저지하기 위한 조건(이들 조건은 예를 들면, 러시아 특허 번호 제 2299508, H02H3/22, 2007에 기술되어 있다)을 포함하는 요소의 수를 고려하여 결정된다. 후술하는 바와 같이, 전극의 개수를 5개로 최소화하는 것이 이점이 있으며, 반면, 아크에서 고전류가 흐르는 경우, 본 발명에 따른 절연체에서 전체 전극의 수는 200개 이상으로 증가 될 수 있다. 그러나(관련 기술에서 숙련된 기술자에게 자명한 바와 같이), 절연체에 많은 수의 전극을 도입하면 절연체의 이동 거리를 감소시켜 절연체의 특성을 왜곡시키고 허용 가능한 최대 전압을 감소시키는 결과를 초래한다.
많은 수의 전극을 포함하는 MES를 도입함으로 인해 초래되는 바람직하지 않을 결과를 방지하기 위해, MES로 인한 절연체의 이동 거리 감소를 보상하는 부가적인 보상 수단을 구비하고 있는 절연체가 제공된다. 상기 보상 수단은 적어도 상기 전극들의 일부 사이에서(인접 전극과 k개의 쌍을 형성하며, 여기서 3 ≤ k ≤ m-1이다) 절연체 표면을 따라 누설 경로를 가지며, 상기 누설 경로의 길이는 상기 인접 전극들 사이의 에어 디스차지 갭(air discharge gap)의 길이 및 특정 전극의 길이를 초과하도록 구성되는 것이 바람직하다. 본 발명의 범위는 다양한 실시예의 보상수단을 포괄한다. 특정 k값 및 상기 수단들에 대한 특정 실시예는 채용된 고전압 절연체 및 절연체의 동작 조건에 따라 선택되어야 한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, MES 전극은 T-자 형상의 프로파일을 갖는다. 다시 말해서, 각 전극은 좁은 레그(narrow leg)를 구비하여 절연성 코어에 부착되며, 인접 전극쪽으로 배향된 넓은 빔(wide beam)을 구비하고 있다. 본 실시예에서 상기 보상 수단은 전극의 상기 다리 사이에서 폐쇄된 절연체 부분 및 전극들 사이의 에어 갭으로 구성된다.
다른 실시예에서, 전극은 절연체에 장착되며, 보상 수단은 절연체 표면으로부터 전극을 분리하는 절연성 물질로 이루어진 층 및 인접 전극들 사이에 형성되고 상기 절연체 표면에 닿는 컷(cuts)(즉, 슬릿 또는 환형의 개구 형상)으로 형성된다. 인접 전극들 사이에서 절연체 표면을 따른 이동 거리를 증가시키기 위해, 컷 각각의 깊이는 전극이 장착된 곳에서의 깊이보다 더 깊은 것이 바람직하다. 또한, 상기 목적을 위해 상기 전극보다 더 깊은 위치에 위치하는 컷 세그먼트의 대향 면 사이의 거리는 절연체 표면 근처에서의 컷의 폭보다 크게, 즉, 컷의 폭이 방사 방향으로 변하도록 하는 것이 바람직하다.
다른 방법으로, 보상 수단은 절연체 표면(예를 들면, 절연성 코어의 표면)에 위치하는 적어도 하나의 절연성 부재로 구성될 수 있다. 단일 절연성 부재 또는 각 절연성 부재는 전극을 절연체 표면으로부터 공간적으로 분리하는 방식으로 배치되어야 한다. 일 실시예에 따르면, 각 절연성 부재는 단일 전극을 수반하며, 이에 따라 이러한 실시예는 절연체 표면으로부터 돌출된 형상의 m개의 절연성 부재를 구비하고 있다.
다른 실시예에서, 하나 이상, 일반적으로 n개의 절연체 전극(n≥1)은 절연성 코어의 표면으로부터 돌출된 하나 이상의 나선형 절연성 쉐드 형상으로 형성될 수 있다. 전극들은 하나 이상의 절연성 쉐드 상에 및/또는 나머지(분리된) 절연성 부재(즉, 단일 전극을 수반하는 잔류 절연서 부재를 구비하는) 상에 정렬될 수 있다. 후자의 경우, 최대 절연성 부재의 수는 m + n이다.
적어도 하나의 나선형 절연성 쉐드가 하나 이상의 전극을 수반하는데 사용되면, 상기 전극은 상기 적어도 하나의 단일 또는 다중 나선형 절연성 쉐드의 단부(또는 전방) 표면에 정렬된다. 이 경우, 절연성 쉐드 내의 컷은 각 전극 쌍 사이에 형성되는 것이 바람직하다.
본 발명은 실질적으로 실린더 형상 또는 모서리를 자른 원뿔형 또는 평평한 디스크 형상의 절연성 코어를 구비하는 절연체를 포함하는 다양한 유형의 절연체를 이용하여 구현될 수 있다. 본 발명에 따른 절연체가 적어도 하나의 절연성 쉐드를 갖는 디스크 형상의 절연성 코어를 구비하고 있으면, 상기 쉐드는 하부(저부) 디스크 표면으로부터 돌출되는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 첫 번째 목적은 제안된 제 2 실시예의 고전압 절연체에 의해 달성될 수 있으며, 상기 고전압 절연체는 단일 절연체 또는 절연체 스택이나 절연체 스트링의 부품 중 하나로서, 전기 설비 또는 전기 전력 선로에서 고전압 전도체를 보호하기 위한 것이다. 상기 절연체는 절연성 코어 및 제 1 잠금 부재와 제 2 잠금 부재로 구성된 고정 장치를 포함하며, 상기 잠금 부재는 상기 절연성 코어의 대향 단부에 위치한다. 상기 제 1 잠금 부재는 직접 또는 결합 수단을 통해 상기 고전압 전도체 또는 상기 절연체 스택 또는 스트링에서 앞단의 고전압 절연체의 제 2 잠금 부재에 연결되도록 구성된다. 상기 제 2 잠금 부재는 상기 전력 선로의 지지체 또는 상기 절연체 스택 또는 스트링에서 후단의 고전압 절연체의 제 1 잠금 부재에 연결되도록 구성된다. 본 발명의 절연체는 절연성 코어와 기계적으로 연결되고, 인접 MES 전극들 사이에서 방전이 형성되도록 정렬된 m(m≥5)개의 전극으로 구성된 다중-전극 시스템(MES)을 더 포함하는 것을 특징으로 한다. 상기 MES는 상기 절연체 주위의 동작 주파수의 전기장의 하나 이상의 등전위선을 따라 상기 절연체 누설 경로에 직각으로 정렬된다. 상기 절연체는 제 1 및 제 2 링크 전극을 더 포함한다. 상기 제 1 및 제 2 링크 전극 각각은 에어 갭에 의해 절연성 코어로부터 공간적으로 분리되어 있고, 그의 제 1 단부에 의해 갈바니 전기에 의해(galvanically) 전기적으로 연결되거나 에어 갭을 통해 상기 제 1 잠금 부재 및 제 2 잠금 부재와 각각 연결되거나, 제 2 단부에 의해 에어 갭을 통해 상기 MES의 상기 제 1 단부 및 제 2 단부와 각각 연결된다.
과전압의 경우, 상기 제 1 링크 전극을 통해 상기 MES 중 일측 단부(즉, 단부 전극들 중 하나)에 고전압 전위가 인가되며, 동시에 저전위는 제 2 링크 전극을 통해 상기 MES의 타측 단부에 인가된다.
동작 주파수의 전기장에 수직인, 즉 절연체 누설 경로 궤도에 수직인 MES의 위치는, 이동 거리를 실제로 감소시키지 않는다. 따라서, 본 실시예에 MES를 장착하는 것은 이동 거리의 감소를 보상하기 위한 어떠한 수단도 필요로 하지 않으며, 이에 따라 절연체로서 및 낙뢰 피뢰기로서의 동작 모두를 높은 신뢰도로 수행할 수 있는 절연체를 저비용으로 구현할 수 있다.
상기 절연체가 원추형 절연성 코어를 구비하고 있으면, 상기 MES는 상기 몸체(절연선 코어)의 저부(평평한) 표면상에 정렬되어야 한다. 만일, 디스크형 절연체(캡 및 핀 절연체로서 표현됨)가 상기 디스크형 절연성 코어의 하부 면(lower side)에 동심원 쉐드를 갖도록 형성되면, 상기 절연성 코어의 주변부를 따라 MES를 정렬할 수 있다. 그러나, 상기 MES는 상기 코어의 쉐드의 저부(평평한) 표면 중 하나에 위치하는 것이 바람직하다.
다른 실시예에서, MES는 적어도 2개의 등전위선을 따라 정렬된 적어도 2개의 섹션으로 구성되며, 상기 등전위선은 절연체 누설 경로를 따라 수직 배향으로 서로 이격되어 위치한다. 이들 MES 섹션은 상기 섹션의 단부에 위치하고 고정 장치에 의해 잠금 부재와 연결되지 않은 인터페이스 전극에 의해 접속된다. 상기 인터페이스 전극 쌍들은 갈바니 전기에 의해 또는 에어 갭을 통해 상호 접속된다. 이러한 장치를 구현하기 위해, 원추형 절연성 코어를 구비하는 절연체가 채용될 수 있다. 그러나, 이 경우 디스크 형상의 절연성 코어의 하부 면에 동심원 쉐드를 갖는 디스크형 절연체를 사용하는 것이 이점이 있다. MES의 각 섹션은 동심원 쉐드 중 하나의 단부 표면에 정렬될 수 있다.
본 발명의 제 2 실시예를 달성하기 위해, 지지체, 단일 절연체 및/또는 절연체 스택이나 스트링에 조립된 절연체 및 직접 또는 결합 수단에 의해 고정장치의 잠금 부재에 연결된 적어도 하나의 고전압 전도체가 제공된다. 각각의 단일 절연체 또는 각각의 절연체 스택이나 스트링은 상기 지지체에 인접한 고정 장치의 잠금 부재에 의해 지지체 중 하나에 고정된다. HEPL에 채용된 절연체 중 적어도 하나는 전술한 실시예들 중 하나에 상응하는 본 발명에 따른 절연체이다. 따라서, 낙뢰 과전압 하에서 동작시 동작의 신뢰도를 개선하면서 동시에 HEPL의 디자인 또한 단순화시키고자 하는 전술한 특정 목적은, 적어도 하나의 절연체(바람직하게는 HEPL의 각각의 지지체 당 적어도 하나의 절연체)가 절연체의 기본 기능에 부가적으로 낙뢰 보호 기능을 수행함으로써 별도의 낙뢰 피뢰기를 채용하지 않아도 된다는 점에서 달성될 수 있다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른, 나선형 쉐드 및 T-자 형상의 금속 판 형태의 전극을 구비하는 절연체의 축방향 섹션이다;
도 2는 도 1에 도시된 절연체의 단면도이다;
도 3은 본 발명의 제 2 실시예에 따른, 나선형 쉐드 및 상기 쉐드에 장착된 짧은 금속 실린더로 형성된 전극을 구비하는 절연체의 축방향 섹션이다;
도 4는 도 3에 도시된 절연체의 단면도이다;
도 5는 도 3 및 도 4에 도시된 절연체의 나선형 쉐드 부분의 일 구현예를 부분적으로 확대하여 나타낸 단면도이다;
도 6은 도 3 및 도 4에 도시된 절연체의 나선형 쉐드 부분의 다른 구현예를 부분적으로 확대하여 나타낸 단면도이다;
도 7은 절연성 코어의 표면에 정렬된 절연성 부재를 구비하는 로드 절연체의 정면도이다;
도 8은 도 7에 도시된 절연체의 전극선을 따라 자른 단면을 부분적으로 확대하여 나타낸 도면이다;
도 9는 디스크 형상의 절연성 코어의 하단에 나선형 쉐드를 구비하는 디스크형 절연체의 정면도, 부분 단면도이다;
도 10은 도 9에 도시된 절연체의 저면도이다;
도 11은 도 9 및 도 10에 도시된 절연체의 횡단면 정면도를 부분적으로 확대하여 나타낸 도면이다;
도 12는 도 11에 도시된 동일 부분을 나타낸 정단면도이다;
도 13은 절연성 코어의 저부 에지를 따라 배열된 중간 전극을 구비하는 원추형 절연체(본 예에서는 명확화를 위해 투명부분을 구비하고 있음)의 정면도이다;
도 14는 도 13에 도시된 절연체의 저면도이다;
도 15는 본 발명에 따른, HEPL 용의 절연체 스트링의 일부를 구성하는 절연체(본 예에서는 명확화를 위해 투명부분을 구비하고 있음)의 투시도이다;
도 16은 디스크 형상 절연성 코어의 저부에 동심형 쉐드를 구비하는 디스크 절연체의 정면도, 부분적으로 단면도이다;
도 17은 도 16에 도시된 절연체의 저면도이다;
도 18은 본 발명에 따른 HEPL의 일 구현예의 일부분을 단순화한 도면이다;
도 19는 본 발명에 따른 HEPL의 다른 구현예의 일부분을 단순화한 도면이다.
도 1 및 도 2는 단일 실린더 지지형 절연체(single cylindrical support insulator)(100)를 나타낸 것으로, 상기 절연체(100)는 경질의 전극(자기 제품 등)으로 이루어지고, 나선형 절연성 쉐드(3)를 갖는 실린더형 절연성 코어(2)를 구비하고 있다. 상기 절연체는, 예를 들면 도 18에 도시된 형태의 HEPL로 고전압 전도체(고전압에 견디는 전도체)(1)를 보호하는데 사용된다. 제 1(상부) 잠금 부재(미도시) 및 제 2(하부) 잠금 부재(15)로 구성된 금속 고정 장치의 도움으로 상기 절연체는 고전압 전도체(1) 및 접지된 전도성 지지체(16)(도 18 참조)와 각각 접속된다.
본 발명의 제 1 실시예에 따르면, 상기 절연체는 m개의 전극(5)으로 구성된 다중-전극 시스템(MES)을 더 포함한다. m의 최소값은 정격 10kV(LFAL-10)의 루프형의 긴-플래시오버 피뢰기에 작용하는 원리에 따라 적절하게 결정될 수 있다. 고전압 전력선에 널리 채용되고 있는 이러한 피뢰기는, 러시아 특허 번호 제2299508, H02H3/22, 2007의 교시에 따른 MES로 제공된다. LFAL-10 피뢰기를 이용하여 얻은 동작 경험은, 0의 값을 통해 흐르는 전류의 제 1 변화 시점에서 발생하는 아크를 저지하는(arc quenching) 적어도 15개의 중간 전극을 포함하는 MES에 의해 신뢰성 있게 낙뢰를 방지할 수 있음을 확인시켜 주었다. 본 발명의 절연체가 3kV 또는 그 이상의 전압에 적합하도록 설계된 전력 선로에 사용된다는 점을 감안하면 절연체의 m값은 적어도 5 이상이 되어야 한다.
본 발명의 제 1 실시예에 따른 절연체에서, 전극(5)은 나선형 쉐드(3)의 외측(주변부) 면에 고정된다. 전술한 바와 같이, 인접 전극(5)들 사이의 거리, 즉, 스파크 방전 갭의 길이(g)는 0.5mm 내지 20mm의 범위로 선택될 수 있고, 바람직하게는 갭의 값은 수 mm 정도이다. 절연체에 즉각적인 낙뢰 고전압을 일으킬 수 있는 높은 임펄스의 방전 전압(대개 100kV 이상)의 경우, 또는 낙뢰 임펄스가 통과한 즉시 방전 채널을 저지할 필요가 있는 경우에 필요한 전극(5)의 수m은 백 개 이상이 될 수도 있다. MES 단부 전극(5)(첫 번째 전극과 마지막 전극)의 위치는 마지막 전극과 인접하는 첫 번째 또는 두 번째 잠금 부재 간의 스파크 방전 갭의 길이가 g와 동일하거나 실질적으로 동일하게 되는 그러한 방법으로 선택되는 것이 바람직하다.
충분히 큰 낙뢰 과전압이 전도체(1)에 인가되면, 상기 전도체(1)(또는 이의 커플링 부재, 미도시)에 접속된 제 1 잠금 부재(미도시)와 상기 전도체(1)에 가장 인접한 제 1 전극(5) 사이에 에어 갭의 브레이크다운이 일어난다; 그 후 방전은 인접 전극들(5) 사이의 스파크 방전 갭의 순차적 브레이크다운에 의해, 방전이 접지된 지지체(16)에 접속된 제 2 잠금 부재(15)에 이를 때까지 캐스케이드 방전으로 진행된다. 이렇게 하여, 고전압 전도체(1)와 접속된 제 1 잠금 부재와 제 1 전극(5) 사이에 형성된 채널 섹션으로 구성된 채널, 상기 전극들(5) 사이에 형성된 복수의 단채널 세그먼트와, 마지막 전극(5)과 상기 지지체(16)에 접속된 제 2 잠금 부재(15) 사이에 형성된 채널 섹션에 의해 상기 전도체(1)는 접지된 지지체(16)와 접속하게 된다.
50 내지 100V의 소위 캐소드 폴(cathode fall) 전압은 음으로 대전된 전극 표면 근처에서 발생한다. 2개의 전극(캐소드 및 애노드)을 구비하는 종래의 방전 시스템에서, 전체 방전 전압은 수 킬로미터 정도이므로 캐소드 폴 전압의 영향은 미미하다(indiscemible). 그러나, 본 발명에 따른 절연체는 상당 수의 전극(예를 들면, 10kV 급의 전압에 대해, 동작 주파수의 속류(follow current) 없이 방전이 중단될 때, 이 수는 약 100개 정도이다)으로 구성되며, 캐소드 폴 전압은 중요한 역할을 한다. 이 경우, 전극들 사이의 작은 갭을 가로지르는 방전에서 전체 전압 강하의 주된 부분은 캐소드 영역에서 일어나며, 이에 따라 전극들 사이의 방전 과정 동안 방전 채널로부터 해제되는 공통 에너지의 상당 부분은 바로 이 영역에서 해제된다. 이에 따라, 상기 전극은 가열되고, 이러한 방법으로, 방전 채널을 식힌다. 낙뢰 과전압 후 전극을 가로지르는 전류는 제로로 떨어지고, 동작 주파수에서의 전압은 여전히 절연체에 적용된다. 그러나, 채널(6)의 높은 전체 저항으로 인해, 방전이 유지될 수 없고 중단된다. 이에 따라, 본 발명의 절연체를 사용하는 HEPL은 갑작스러운 중단(cut-off) 없이 동작을 계속한다. 따라서, 본 발명의 고전압 절연체는 낙뢰 보호 기능을 효과적으로 수행하며, 반면, 종래의 HEPLs는 이를 위해 각 절연체에 접속된 특수한 피뢰기 를 필요로 한다.
본 발명에 따른 절연체가 지속적으로 공급되는 동작 주파수 전압에 의해, 그 표면이 오염되거나 습기가 있는 경우에도 그의 주된 기능인 절연 기능을 신뢰성 있게 수행하도록 하기 위해, 러시아의 전기 설비 규정(EIR)은 특별히 효과적인 이동 거리(절연체 또는 절연체 스트링의 효과적인 이동 거리에 상응하여, 신뢰성 있는 동작을 충분히 보장하는, 최대한 허용되는 연속 전압 강하(U perm )로 나눈)를 확립했다. EIR에 따르면, 특별히 효과적인 이동 거리(l sp ) 값은, HEPL 6-750kV에 채용된 지지체 절연 스트링에 필요하고, 금속 지지체에 채용된 핀-형 절연체에 대해, 전력선의 형태 및 전압 클래스(오염 정도뿐만 아니라)에 의존하며, 1.4cm/kV 내지 4.2cm/kV 범위에 있다(Kuchinsky G. S. et al. Insulation of high-voltage installations, Moscow, "Energoatomizdat" Publishing House, 1987, p. 145참조). 전도체(1)와 절연체의 접지된(즉, 접지된 지지체에 접속된) 잠금 부재(15) 사이의 누설 경로의 총 길이(L ∑)는 적어도 다음의 식에 따라 결정된다.
L ∑ = U perm x l sp (1)
총 이동 거리는 다음의 합이다: 상기 전도체(1)(또는 커플링 수단(17))에 접속된 절연체의 제 1 잠금 부재와 상기 전도체(1)에 가장 인접한 전극(5) 사이의 누설 경로의 길이(l leak1 ); m개의 전극들(5) 사이의 누설 경로의 길이(이 길이는 (m-1) x l leak0 와 동일하고, 여기서 l leak0 는 인접 전극들(5) 사이의 누설 경로의 길이이다, 도 1 및 도 2 참조); 및 가장 마지막(m번째) 전극(5)과 제 2(접지된) 잠금 부재(15) 사이의 누설 경로의 길이(l leakm ).
l leak1 = l leak0 = l leakm 이면, 식 (1)은 다음과 같이 쓸 수 있다:
(m + 1)l leakm = U perm x l sp . (2)
이미 전술한 바와 같이, 상기 전극의 수 m은 속류를 중단시키도록 선택된다. m이 알려지면, 2개의 인접하는 중간 전극( leak0 ) 사이의 누설 경로의 최소 허용 가능한 길이는 다음과 같이 식(2)로부터 결정될 수 있다.
l leak0 = U perm x l sp / (m + 1) (3)
식 (3)으로부터 알 수 있는 바와 같이, l leak0 는 전력선로에서 최대 허용 전압, U perm , 특별히 효과적인 creepage 거리, l sp , 및 전극의 수, m에 의해 결정된다.
종래 절연체에서, 절연성 쉐드(3)의 저면(평평한 면)을 따라 나선형 궤도상에 있는 절연체 누설 경로의 길이는 실린더형 절연성 코어(2) 상에 형성된 나선을 따라 전도체(1)에서 제2 잠금 부재(15)까지 최단 누설 경로의 길이를 초과한다. 그러나, 절연체(100)의 절연성 쉐드(3)의 주변부 상의 MES 전극의 배열은 그 표면에 형성된 나선을 따라 누설 경로를 단축시키게 된다. 전극(5)의 총 개수가 크며, 이 누설 경로의 길이는 전술한 최단 누설 경로의 길이보다 짧아질 수 있다. 이러한 상황은 절연체(100)의 절연 품질에 악영향을 끼치는 허용 가능한 전압 U perm 을 감소시킨다는 것을 상기 식(3)을 통해 알 수 있다. 이러한 바람직하지 못한 상황을 피하기 위해, 도 2에 도시된 바와 같이 상기 쉐드(3)로부터 돌출된 전극(5) 부분은 T-자 형상의 프로파일을 가지며, 상기 T-자 형상의 프로파일 각각은 전극이 쉐드(3)에 고정되도록 하는 폭이 좁은 레그(leg)(4) 및 폭이 넓은 빔(beam)(8)을 구비하고 있다. 이에 따라, MES-유도 절연 누설 경로의 단축을 보상하는 수단은 본 발명에 따른 절연체의 본 실시예에 따른 구성에서 방사형 쉐드(3)의 세그먼트 및 상기 전극(5)의 레그(4)들 사이에 형성된 에어 갭으로 구성된다. 또한, 전극의 레그(4)가 좁기 때문에 나선형 쉐드(3)의 총 절연체 길이를 단지 조금만 줄일 수 있다.
MES 전극(5)의 형상이 전술한 바와 같은 구성을 가지므로, 인접 전극(5)들 사이의 이동 거리 l leak0 는 스파크 방전 갭의 길이 g(도 2 참조) 보다 크다. 따라서, 실린더형 절연성 코어(2)를 따른 나선 경로(나선형 쉐드(3)를 따르지 않고)는 도전체(1)로부터 제 2 잠금 부재(15)까지 가장 적은 누설 경로를 갖는다. 다시 말해서, 절연체(100)는 자신의 절연 특성을 온전히 유지하면서 피뢰기의 특성을 갖는다. 또한, 절연체(100)의 절연 특성에 대한 요구가 보통인 경우에 있어서, 전술한 T-자 형상(전극 설계를 복잡하게 하는)은 인접하는 전극 쌍 모두에 적용되지 않고 임의의 수(k)만큼의 전극 쌍에 적용될 수 있으며, 상기 k의 값은 상기 절연성 코어를 따른 이동 거리와 상기 나선형 쉐드를 따른 이동 거리 사이의 관계에 의존한다. 실제 경우에 있어서, 최적의 k값은 3 < k < m - 1 사이 범위에 있다. 나머지 전극(5)들은 평평한(plat) 형상, 바(bar) 형상 또는 실린더(cylinder) 형상 등의 더 단순하고 제조하기 쉬운 형태를 가질 수 있다.
전술한 실시예에 따른 절연체의 장점은, 먼지가 전극들 사이의 갭에 쌓이지 않기 때문에 대기 오염이 상당한 지역에 사용할 수 있다는 것이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 절연체의 구성을 나타낸 것으로, 상기 절연체(100)는 2개의 잠금 부재(도 3에는 제 2 잠금 부재(15)만 나타남)로 구성된 고정 장치(fixing device)와, 나선형 쉐드(3) 및 상기 나선형 쉐드에 장착된 MES 전극(5)들을 구비하는 실린더 형상을 갖는다. 그러나, 본 실시예에서 상기 전극(5)들은 일반적인 실린더 형상의 짧은 금속 부품으로 형성된다. 전술한 제 1 실시예와 대비하면, MES 전극이 절연체(100) 외측이 아닌 내측(더욱 상세하게는, 절연체의 나선형 쉐드(3) 안쪽)에 위치하고 있다는 것이다. 또한, 컷(7)은 예를 들면 깊이 b(전극(5)이 위치하는 깊이보다 더 깊은)와 폭 a > g(g는 전극들 사이 갭의 폭)를 가지며, 이에 따라 전극(5)은 작은 스파크 방전 갭(g)(바람직하게는 g는 수 밀리미터 정도임)에 의해 서로 분리될 수 있다.
도 5에 명확히 도시된 바와 같이(확대하여), 본 실시예에서 상기 잠금 부재(전극들 사이의 이동 거리 l leak0 를 증가시킴)는 절연성 쉐드(3)를 이루는 물질로 된 층과, 상기 절연성 쉐드(3)의 표면으로부터 상기 전극(5)을 분리하는 층과, 컷(7)의 결합으로 이루어진다. 본 실시예는 제조가 용이한 장점이 있다. 또한, 절연체 축에 더 가까운 방사 방향으로 위치한 전체 컷의 깊이(b)의 일부분의 깊이인 컷(7)의 깊이(c) 및/또는 전극을 쉐드 표면과 분리시키는 물질의 두께를 변화시킴으로써 목적하는 이동 거리를 얻을 수 있다. 또한, 도 5에 도시된 바와 같이, l leak0 를 증가시키는 다른 방법은 컷(7)의 폭(a)을 g보다 크게 하는 것이다.
도 6에 (확대하여)도시된 바와 같이, 컷(7)을 적절하게 형성함으로써 이동 거리l leak0 를 증가시킬 수 있다. 예를 들면, 전극(5)보다 더 깊게 위치한 컷(7) 부분은 환형 실린더 또는 전극 아래쪽에 위치하는 컷(7)의 반대쪽 형상의 거리가 쉐드(3) 표면 근처의 컷의 폭 g보다 크게 되는 다른 적절한 형상으로 형성될 수 있다. 분명히, 이러한 유형의 형상은 l leak0 를 증가시키고 이에 따라 전극의 사용으로 인한 절연체(100)의 이동 거리 감소를 보상하기 위한 수단의 효과를 증가시킨다.
또한, 절연체(100)에 대한 특별한 요구와 다른 파라미터들(절연성 코어의 직경, 나선형 쉐드의 총 길이 등등) 사이의 관계에 따라, 컷(7)의 일부분을 전술한 특별한 형상(제조가 더 어려운 형상)을 갖도록 할 수 있다. 유사하게, 컷(7)의 일부분을 깊이(b)를 증가시켜 형성할 수 있다.
도 7 및 도 8은 본 발명에 따른 절연체의 제 3 실시예를 나타낸다. 본 실시예에서, 상기 절연체는 로드 형태로 형성된 제 2 잠금 부재(15)에 의해 지지체(16) 상에 고정된 로드 절연체(101)이다. 종 모양(bell-shaped)의 절연성 코어(2) 표면에, 나선형 라인을 따라, m개의 절연성 부재(9)가 위치하고 있다. 본 실시예에서, 상기 절연성 부재(9)는, 절연성 부재(9) 내측에 고정 및 돌출된 전극(5)들 사이의 누설 경로를 연장하는 보상 수단으로서 역할을 한다. 상기 절연성 부재(9)는, 예를 들면, 실리콘 고무로 예를 들면, 평평한 형상, 바 형상 또는 실린더 형상으로 만들어져 절연성 코어(2)에 부착될 수 있다.
본 실시예에 따르면, 상기 전극(5)은 환형 실린더(즉, 와이어의 길이) 형태로 이루어지며, 작은 스파크 갭(g)(1 내지 수 밀리미터 범위에서 선택됨)에 의해 상호 절연된다. 절연성 부재(9)로 나타낸 보상 수단을 이용함으로써, 인접 전극(5)들 사이 경로의 이동 거리l leak0 는 (도 8에 도시된 바와 같이) 인접 절연성 부재(9)를 따른 누설 경로와 인접 절연성 부재(9) 사이의 절연성 코어 표면을 따른 누설 경로를 합한 것으로, 즉, l leak0 = 2c + a이다. 이러한 설계에서, l leak0 는 에어 갭의 길이(g)보다 더 크고, 다른 어떤 전극(5)의 길이보다 더 크다. 동작 주파수 전압이 인가되는 에어 갭의 브레이크다운 강도가 오염되거나(및/또는) 습기가 있는(젖은) 절연체 표면을 따른 방전 전압보다 크다는 점을 고려하면, 절연성 부재에 전극을 탑재함으로써 전극(5)이 위치한 라인을 따른 총 이동 거리의 감소를 효과적으로 보상할 수 있고, 이러한 방법으로 낙뢰 피뢰기로서의 특성을 강화하면서 동시에 절연체의 절연 특성이 약화 되는 것을 방지할 수 있다. 전술한 본 발명의 실시예에 따른 절연체는 표준화된, 대량 생산에 의한 로드 타입의 자기로 된 절연체가 그 제조에 사용될 수 있다는 점에서 특별히 현실적인 관심이 있는 것이다.
그러나, 절연성 코어(2)의 표면에 고정하기 위해, 많은 절연성 부재는 본 발명에 따른 고전압 절연체 제조를 다소 복잡하게 한다. 따라서, 그러한 부재를 단일의 신장된 절연성 부재 또는 상기 절연성 코어(2)의 표면으로부터 돌출된 다수의 신장된 절연성 부재와 결합하는 것이 이점이 있는 것으로 여겨진다. 예를 들면, 그러한 신장된 부재(또는 부재들)는 나선형 절연성 쉐드(또는 n개의 그러한 쉐드)로 형성될 수 있다.
본 발명의 제 4 실시예에 따른 절연체는 서스펜션 디스크 절연체의 변형예를 나타낸 도 9 내지 도 12에 도시된 바와 같고, 본 실시예는 유사한 절연체로 구성된 서스펜션 절연체 스트링 부재로 사용하기 위한 것이다. 디스크 절연체(102)의 디스크 형상의 절연성 코어(2)의 하부면(저면) 상에 2개의 절연체 나선형 쉐드가 형성되어 있다. 그 중 하나(도면부호 10으로 지시된 쉐드)는 절연기능만을 수행하며, 이것은 MES가 존재하는 상황에서 최소 이동 거리 값을 강화하기 위해 제공된다. 제 2 절연성 쉐드(도면부호 3으로 지시된 쉐드)의 몸체에, 복수의 전극(5)이 장착된다. 전극은 컷(7)에 의해 분리되며, 상기 컷은 도 5 및 도 6에 도시된 형상을 가질 수 있거나, 다른 방법으로, 환형의 개구(도 10 및 도 12 참조)로서 형성될 수 있다. 낙뢰 피뢰기로서 본 실시예의 효과를 증진시키기 위해, 가스-방전 챔버가 전극들 사이에 형성된다.
임펄스 과전압이 발생하면, 라인 전도체(미도시) 또는 커플링 수단, 또는 절연성 코어(2)의 상면을 따라 선행하는 절연체(또는 절연체 스트링)의 핀(제 2 잠금 부재)을 갖는 절연체 캡(11)(제 1 잠금 부재로부터)에서부터 MES(도 9 참조)의 제 1 전극(2)까지 방전이 일어날 것이다. 이어서(도 10에 도시된 바와 같이), 방전에 따라 핀(12)에 도달할 때까지 전극(5)들 사이 갭의 연속적인 브레이크다운을 일으킬 것이다. 방전이 일어나는 방향은 도 9 및 도 10에 화살표로 도시되어 있다. 스파크 채널이 생성된 후, 스파크 채널은 초음파 속도로 확장함으로써 발전한다. 전극(5)들 사이에 형성된 스파크 방전 챔버의 부피가 매우 작아 그들 내에 높은 압력이 생성된다. 이러한 압력 하에서, 전극(5)들 사이에 형성된 스파크 방전 채널은 절연성 코어 표면에 몰린 다음 주변 공기 중으로 몰려나가게 된다. 이러한 미는 힘(pushing force)은 도 1 내지 도 8에 도시된 실시예의 장치에 비해 아크 서스펜션 효율을 상당히 증가시킨다. 한편, 가스-방전 챔버의 형태의 컷은 오염되기 쉽다. 이러한 이유 때문에, 이러한 형태의 컷은 도 9, 10에 도시된 실시예의 절연체에 사용시, 대기 오염이 낮은 지역에 사용되는 것이 바람직하다.
본 발명의 제 1 실시에에 따른 기본적인 절연체의 효과는, 절연 기능과 낙뢰 피뢰기 기능을 결합하는 절연체가 비교 테스트에 의해 확인되었다. 3kV의 DC 전압에 대해 2개의 절연체는: (1) Czech company Elektroprocelan Lourry a.s.에 의해 제조된 나선형 쉐드를 갖는 L3036-12 자기제품 서스펜션 절연체, 및 (2) 본 발명에 따른 절연체가 시험 되었다. 상기 절연체(2)는 절연체 L 3036-12를 바탕으로 하여, 나선형 쉐드를 따라 위치하는 절연성 부재 및 MES를 추가로 공급함으로써 제조되었다. 절연성 부재 및 MES를 형성하는 전극은 도 8을 참조하여 전술한 부재(9) 및 전극(5)과 각각 동일하다. 더욱 상세하게는, 10mm 길이의 스테인레스 스틸 와이어를 2mm의 섹션으로 잘라 전극으로 사용한다. 이들 전극을 폭 10mm, 높이 8mm의 실리콘 고무 바를 7mm로 자른 절연성 부재에 삽입한다. 상기 절연성 부재는 상부가 준-환형(semi-circular)이며, 특수 실리콘 접착제에 의해 나선형 쉐드의 에지 표면에 부착된다.
2개의 절연체의 주요 파라미터는 표 1에 나타낸 바와 같다.
테스트 된 절연체의 주요 파라미터
파라미터 절연체 L 3036 12 본 발명에 따른 L 3036 12
기반의 절연체
총 길이, mm 262 262
자기제품 부분의 길이, mm 154 154
나선형 쉐드의 최대 직경, mm 125 125　+　2.81　=　141
핀의 직경, mm 76 76
나선형 쉐드에 의한 회전수 6 6
질량 ± 0%, kg 3,3 3,5
최대 허용 AC 전압, kV 건기 95 95
우기 50 50
임펄스 방전 전압, 1.2/50㎲, kV 170 150
방전 궤도 공기 중으로, 최단 경로를 따라 전극을 통해 나선형 경로를 따라
잔류 전압2, kV ~ 0 4
주의:
(1) 절연 나선형 쉐드에 부착된 절연성 부재의 높이는 8mm이다.
(2) 낙뢰 임펄스에 의해 야기된 플래쉬오버 후에 절연체에 최소 전압이 인가된다.
나선형 쉐드의 에지 표면의 길이는 2500mm이다. 전극의 총 길이는 240이다. 전극 사이의 에어 갭의 길이 g는 0.5mm이다. 따라서, 에어 갭의 전체 길이 G = (m + 1) x g = (240 + 1) x 0.5 = 120mm이다. 전술한 EIR에 따라서, 특수 이동 거리 lsp는 대기 오염 정도에 따라 1.4 내지 4.2cm/kV 범위를 갖도록 선택되어야 하며, 이에 따라, DC 전압 클래스 U = 3kV이고, 이동 거리는
Figure pct00001
로 계산되어야 한다.
상기 계산을 통해, MES의 도입으로 이동 거리를 수용할 수 없는 값(unacceptable value)로 줄일 수 있다는 결론에 도달할 수 있다. 그러나, 전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 절연성 부재를 누설 경로의 감소를 보상하기 위한 수단으로 채용함으로써 인접 전극들 사이의 이동 거리를 다음 표현 즉, l leak0 = 2c + a로 결정할 수 있다. 테스트 된 실시예에서, a = c = 2.5mm이고, l leak0 = 7.5mm이며, 나선형 쉐드에 대응하는 경로를 따른 전극들 사이의 총 이동 거리 L = (m + 1) x lym0 = (240 + 1)x 7.5 = 1807.5 mm ~ 181cm이다. 따라서, 본 발명의 절연체는 L ∑ > L leak 이며, 특히 오염 정도에 따라 모든 영역에 대해 상기 식이 적용된다.
두 절연체에 대한 테스트는 동작 주파수 및 낙뢰 임펄스를 인가함으로써 행해진다. 테스트의 주된 결과는 표 1과 같다. 동작 주파수만 인가되는 경우, 두 절연체의 방전 특성은 실제로 동일하다. 이것은 전극의 설치가 동작 주파수 전압에 대해 절연체의 절연 특성을 저하시키지 않음을 의미한다.
낙뢰 임펄스의 충격하에서, 종래 기술에 따른 절연체에서는 플래시 오버가 공기를 가로질러 형성되며, 이때, 오실로스코프의 기록에 의하면 전압이 제로로 떨어지는 것을 나타내고, 이는 방전 채널의 저항값이 매우 낮음을 의미하는 것이다. 낙뢰 플래시오버가 전력선에 설치된 절연체 형태로 형성된 후에, 속류(follow current)는 플래시오버 채널을 가로질러 흐르게 될 것이며, 이것은 해당 네트워크의 긴급 가동 중단을 초래하는 선로 단락을 초래함을 의미한다.
본 발명의 절연체에서, 플래시오버는 다수의 전극을 통과하는 나선형 선로를 따라 진행하며, 이에 따라 전압이 제로로 떨어지지 않는다. 반면, 4kV 정도의 전압이 잔류하며, 이 전압은 3kV에 해당하는 동작 전압을 초과하는 것이다. 이것은 속류가 발생할 수 없음을 의미한다; 즉, 절연체가 낙뢰 피뢰기로서 효과적으로 동작함을 의미한다: 절연체는 속류가 발생하지 않도록 함으로써 네트워크가 정지하는 것을 방지하는 방식으로 낙뢰 과전압을 차단한다.
전술한 HEPL의 실시예 및 변형예와 본 발명의 절연체는 설계 및 동작 원리를 명확히 하기 위해 개시한 것일 뿐이다. 당해 기술분야에 숙련된 기술자라면, 전술한 실시예에서 다양한 변경이 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
예를 들면, 도 1 및 도 2에 도시된 중간 전극은 T-자 형상이 아니라 제조가 더 용이한 L-자 형상일 수 있다. 이동 거리를 증가시키기 위해, 전극의 측면은 절연층으로 덮을 수 있다. 도 9 및 도 10에 도시된 실시예에서, 상기 MES는 양쪽 쉐드(3, 10)(도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이 한쪽 쉐드(3) 대신)에 장착될 수 있다. 이 경우, 낙뢰 과전압의 충격하에서, 양쪽 MES 브랜치(branches)가 동작하여 속류가 그들 사이로 분리되지 않도록 하며, 용이하게 이러한 전류를 저지할 수 있다. 하나의 절연체, 즉 도 1 내지 도 6 및 도 18에 도시된 절연체 대신 2개 이상의 절연체가 조립된 절연체 스택을 사용할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 절연체는 HEPLs에서 뿐만 아니라 다양한 고전압 절연체에서 단일 절연체 또는 절연체 스택(또는 스트링) 부재로 채용될 수 있고, 여기서 절연체는 다양한 전도체뿐만 아니라 모선(busbars)을 보호하기 위해 사용될 수 있다.
도 13 및 도 14는, 본 발명에 따른 절연체의 제 2 기본적인 실시예의 구성을 나타낸 것으로, 도면 부호 150으로 지시된 절연체는 테이퍼형 절연성 코어(21) 및 금속 로드(12)로 형성된 제 1 잠금 부재와 캡(11) 형태의 제 2 잠금 부재로 구성된 고정 장치를 구비하고 있다. 이러한 유형의 절연체는 우수한 공기 역학적(aerodynamic) 특성을 가지며, 이에 따라 오염도가 낮다. 따라서, 대기 오염 정도가 심한 지역에 사용될 수 있다. 절연성 코어의 저부 가장자리를 따라, 길이 g인 갭(26)에 의해 분리된 중간 전극(22)들이 배치되어 있고, 상기 다수의 전극은 MES(25)를 형성한다. 상기 MES(25)는 절연체 주변부 대부분을 차지한다. 나머지, 주변부의 작은 부분은 중간 전극으로부터 벗어나 있어, 길이 G인 갭(29)은 MES의 단부 사이에 존재한다. 제 1(저부의) 연결 전극(24)은 MES의 일측 단부(도 14에서 상기 단부는 절연체의 수직 축 왼쪽에 위치해 있다)와 관련이 있다. 상기 절연체 로드(12)와 전기적으로 접속되어 있는 상기 제 1 연결 전극(24)은 상기 제 1 중간 전극(22)과 함께 길이 S2의 에어 스파크 갭(28)을 형성한다. 제 2(상부의) 연결 전극(23)은 MES의 타측 단부(도 14에서 상기 단부는 절연체의 수직 축 오른쪽에 위치해 있다)와 관련이 있다. 상기 절연체 캡(11)과 전기적으로 접속되어 있는 상기 제 2 연결 전극(23)은 최종 중간(intermediate) 전극(22)과 함께 길이 S1의 에어 스파크(air spark) 갭(27)을 형성한다.
도 15는 스트링(300)의 일부를 나타낸 것으로, 상기 부분은 제 1(저부의) 절연체의 제 2 잠금 부재(캡)(11)를 제 2(상부의) 절연체의 제 1 잠금 부재(로드)(12)와 연결하여 조립된 2개의 절연체(150)로 구성되어 있다. 상부 절연체의 캡은 HEPL 지지체(도 19 참조) 또는 다음의 (인접하는) 절연체(스트링이 적어도 하나 이상의 유사한 절연체를 포함하는 경우)의 로드와 연결될 수 있고, 저부 절연체의 로드는 고전압 HEPL 전도체와 연결될 수 있다. 더 명확히 나타내기 위해, 양쪽 절연체의 몸체는 투명하게 도시되어 있다.
상기 절연체(150)에 인가된 과전압은 에어 갭(27, 28)(도 13 참조)의 브레이크다운을 초래하여, 과전압이 MES(25)에 인가되고, 중간 전극(22)들 사이 스파크 갭(26)의 순차적 브레이크다운을 시작한다. 이에 따라, 절연체(150)의 캡(11) 및 로드(12)는 복수의 작은 섹션으로 구성된 방전 채널을 통해 전기적으로 접속되고, 이러한 방전 구조는 과전압 전류가 제로로 떨어지는 즉시 효과적으로 억누르는데 도움이 된다. 본 발명의 MES의 추가는, 절연체의 저부 가장자리 상에 위치하기 때문에 최단 누설 경로에 수직으로 배치되어 있는 절연체 주변의 전기장의 등전위 동심원을 따라 MES가 위치하여 본래의 절연체의 절연 특성을 실제로 변화시키지 않는다는 점을 인식하는 것이 중요하다. 이동 거리(캡(11)에서 로드(12)까지 상부 및 하부 전극의 표면을 따른 거리)는 중간 전극의 폭에 의해서만 단축된다. 예를 들면, PSK-70 절연체는 단지 폭이 5mm 정도인 중간 전극에 의해 310mm의 이동거리를 가지며, 이에 따라 누설 경로는 5/310 = 1.6% 감소된다. 이것은 높은 오염 및 높은 수분을 함유한 경우에도 중간 전극(22)은 전도성 오염물에 의해 상호 접속된다는 것은 사실이다. 상기 연결 전극(23, 24)은 상기 절연체의 상부 및 하부 표면으로부터 각각 수 센티미터 거리에 위치하며, 이에 따라 연결 전극들은 절연체를 가로지르는 누설 경로를 단축시키지 않는다. 절연체(150)를 가로지르는 방전 궤도는 도 13 내지 도 15에 화살표로 도시되어 있다. 절연체 스트링(300)이 채용되면, 과전압의 충격은 HEPL의 고전압 전도체에 연결된 제 1(본 실시예에서는 하부) 절연체(150)의 스파크 갭의 브레이크다운을 야기한다; 과전압이 제 2 절연체에 인가된 후에, 스파크 갭 또한 브레이크다운 된다. 스트링이 2개 이상의 절연체를 포함하는 경우, 전술한 브레이크다운 과정은 후속 각각의 절연체에 대해 되풀이된다.
전술한 바와 같이, MES를 구성하는 중간 전극(22)의 총 수는 적어도 5개이다. 중간 전극의 특정 개수 m뿐만 아니라, 중간 전극들 사이의 스파크 갭(26), MES(25)의 단부 사이의 갭(29), 연결 전극(23, 24)과 가장 바깥쪽 중간 전극(22) 사이의 갭(27, 27)을 각각 나타내는 길이 g, G, S1, S2의 특정 값은 과전압의 충격 하에서 상기 절연체(150)의 플래시오버가 갭(29)의 플래시오버 없이 전술한 시나리오에 따라 전개되도록 선택되어야 한다. 따라서, 갭(29)에 대한 방전 전압은 m개의 스파크 갭(g)에 대한 전압을 초과해야 하며, 이는 갭(29)의 길이(G)가 m개의 갭(g)(G > m x g)의 총 길이를 초과해야 한다. 갭(27, 28)의 길이(S1, S2)는 각각 실험적인(experiment) 방법에 의해 선택된다.
예를 들면, 진행된 연구 및 테스트를 통해, 최대 전압이 300kV인 1.2/50㎲의 낙뢰 임펄스가 가해지면, 본 발명의(직경 D = 330mm인 절연성 코어를 갖는 PSK 70시리즈를 기반으로 제조된) 절연체는 다음과 같은 파라미터 즉; G = 90mm; S1 = S2 = 20mm; g = 0.5mm, m = 140를 가질 때 목적하는 보호 기능을 강화함을 알 수 있다.
도 16 및 도 17은 본 발명의 실시예에 따른 절연체를 나타낸 것으로, 상기 절연체는 디스크-형상의 절연성 코어(21)의 하부(저부)에 동심원의 쉐드(10)들을 구비하는 가장 널리 채용되는 디스크 절연체를 기반으로 한다. 전술한 도 13, 도 14에 도시된 절연체의 실시예와 유사하게, 도 16 및 도 17에 도시된 절연체(200)는 MES(25)로 구성된 복수의 중간 전극을 포함한다. 본 실시예에서, 상기 MES는 3개의 섹션(25-1, 25-2, 25-3)으로 나누어지며, 각 섹션은 3개의 동심원 쉐드(10) 중 하나의 단부(하부) 표면에 위치한다. 그러나, 기설정된 과전압 값 및 상응하는 중간 전극(22)의 총 개수를 포함하는 특정 상황을 고려하면, 예를 들면, 싱글로, 즉, 외측에 정렬된 MES 또는 동심원 절연성 쉐드 또는 동심원 절연성 쉐드(10)의 어느 한 쌍에 정렬된 2개의 섹션으로 나누어진 MES 또한 사용될 수 있다. 어떤 경우든, 절연체(200)의 MES(25)의 모든 중간 전극(22)들은 절연체(200) 주변 AC 전기장의 등전위선을 따라 정렬될 수도 있으며, 상기 등전위선은 상기 절연체 누설 경로에 수직인 선을 따라 분포하고 있다. 절연체(200)의 외측 동심원 쉐드(10) 상에 장착된 MES(25)의 제1 섹션(25-1)의 왼쪽 단부(여기서 '왼쪽' 및 '오른쪽'은 도 17에 도시된 절연체 부분과 관련하여 사용된다)는 절연체 캡(11)과 접속된 상부(제 2) 링크 전극(23)과 관계가 있다. 상기 MES(잠금 부재와 직접 연결되지 않음)의 제 1 섹션(25-1)의 오른쪽 단부에 인터페이스 전극이 고정된다. 동심원 절연성 쉐드(10)의 중간에 정렬된 상기 제 2 MES(25)의 제 2 섹션(25-2)(상기 제 1 MES 섹션(25-1)의 상기 오른쪽 단부에 인접한)의 오른쪽 단부에, 상기 2개의 인터페이스 전극(30, 31) 사이에 형성된 길이 S p 의 제 1 스파크 방전 갭(32)을 갖는 인터페이스 전극(31)이 고정된다. 하나 이상의 인터페이스 전극(33)이 상기 MES 섹션(25-2)의 왼쪽 단부에 고정된다.
유사한 방법으로, 다른 인터페이스 전극(34)이, 상기 제 3 MES 섹션(25-3)의 오른쪽 단부와 관련된 제 1 링크 전극(24)을 구비하는, 내부 동심원 쉐드(10) 상에 정렬된 제 3 MES 섹션(25-3)의 왼쪽 단부(상기 제 2 MES 섹션(25-2)의 왼쪽 단부에 인접한)에 고정된다. 상기 인터페이스 전극(33, 34) 사이에 형성된 길이 S p 의 제 2 스파크 방전 갭(32)은 상기 링크 전극(24)과 상기 절연체(200)의 로드(12) 사이에 형성된 길이 S p 의 제 3 스파크 방전 갭(35)과 유사하다.
과전압의 충격은 먼저 상부 링크 전극(23)과 상기 제 1 MES 섹션(25-1)(도 17 참조)의 가장 바깥쪽 중간 전극(22) 사이의 갭(27)에 브레이크다운을 일으킨다. 이러한 브레이크다운은 상기 제 1 MES 섹션의 노든 방전 갭에 차례로 브레이크다운을 일으킨다. 제 1 및 제 2 MES 섹션(25-1, 25-2)의 인터페이스 전극(30, 31) 사이의 갭(32)에서의 브레이크다운 이후에 다음의 브레이크다운이 뒤따르게 된다. 즉: 상기 제 2 MES 섹션(25-2)의 모든 방전 갭; 상기 제 2 및 제 3 MES 섹션(25-2, 25-3)의 인터페이스 전극(33, 34) 사이의 스파크 방전 갭(35); 상기 제 3 MES 섹션(25-3)의 방전 갭; 및 상기 제 1 링크 전극(24)과 상기 로드(12) 사이의 스파크 방전 갭(35). 플래시오버 경로는 도 16과 도 17에 화살표로 도시되어 있다. 상기 절연체의 상기 캡(11)과 로드(12)는, 과전압 전류가 전술한 바와 같이 제로로 떨어진 후에 방전을 효과적으로 저지할 수 있는 그러한 방전구조를 갖는 다수의 작은 섹션으로 분할된 방전 채널을 통해 전기적으로 접속된다.
전술한 바와 같이 둘 이상의 동심원 절연성 쉐드 상에 위치하는 중간 전극을 갖는 본 발명에 따른 절연체의 실시예는 과전압 방전 채널의 저지 효과를 높이기 위해 가능한 최대한의 중간 전극을 구비하는 것이 바람직하다. 상기 절연체(200) 내에 MES(25)의 모든 중간 전극(22)이 상기 절연체 주위의 동작 주파수의 전기장의 등전위선을 따라 정렬되어, 즉, 상기 절연체에서 최단 누설 경로와 직각으로 배치되어 있으므로, 상기 MES의 도입은 중간 전극의 폭과 MES 섹션의 수(본 실시예에서 상기 수는 3과 같다)를 곱함으로써 중간 전극의 폭 절연체의 이동 거리를 줄일 수 있다.
명백하게, 2개의 MES 섹션(예를 들면, 25-1 섹션과 25-2 섹션)만 사용된 경우, 2개의 인터페이스 전극(33, 34)은 필요하지 않게 되며, 제 1 링크 전극(24)은 제 2 링크 전극(23)과 접속되지 않은 MES(25)의 단부와 연결될 것이다. 유사하게, MES(25)가 단일 동심원 절연성 쉐드(10)(예를 들면, 가장 바깥쪽)에 정렬되는 경우, 인터페이스 전극을 사용할 필요가 없다. 이러한 실시예에서, 절연체 이동 거리의 단축은 중간 전극 폭의 2배, 1배에 각각 상당할 것이다.
절연성 및 낙뢰방지 기능을 겸비하고 있는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 절연체의 효과는 비교 테스트에 의해 수행되었다. 10kV 정도의 AC 전압에 대해 2개의 절연체가 다음의 테스트를 거쳤다: 완만하게 테이퍼진 절연성 코어를 갖는 서스펜션 글라스 절연체 PSK-70 및 본 발명의 절연체. 본 발명에 따른 절연체는 PSK-70 절연체에 기반하여 제조되었지만, 추가적으로 도 13 내지 도 15를 참조하여 전술한 방법과 유사하게 테이퍼진 절연성 코어의 하부 가장자리에 정렬된 중간 전극(22)을 구비하고 있다. M2.5 너트가 중간 전극으로 제공된다. 상기 너트는 특정 에폭시 접착제에 의해 상기 절연성 코어에 부착된다. 전극들 사이의 에어 갭(26)의 길이g(상기 너트의 평행면 사이의 거리)는 0.5mm이다. MES의 단부 사이의 거리(상기 갭(29)의 길이 G)는 90mm이고; 갭(27, 28)의 길이 S1, S2는 20mm이다.
기타 중요한 절연체 파라미터는 표 2에 나타낸 바와 같다.
테스트 된 절연체 및 테스트 결과에 대한 중요 파라미터들
파라미터 PSK-70 절연체 PSK-70에 기반한 본 발명의 절연체
외경, mm 330 3341
중간 전극의 개수 0 140
우천시 사용 가능한 최대 전압 40 40
임펄스 방전 전압, 1.2/50㎲, kV 90 70
방전 궤도 공중으로, 최단 경로를 따라 MES를 통해
잔류 전압2, kV ~0 6
주의:
(1) 상기 절연체 표면에 부착된 너트는 2mm 두께를 갖는다.
(2) 플래시오버 후 낙뢰 임펄스에 의해 최소 전압이 절연체에 인가된다.
2개의 절연체에 대한 테스트는 동작 주파수 전압과 낙뢰 임펄스를 이들 절연체에 인가함으로써 이루어졌다. 테스트의 주요 결과는 표 2에 도시된 바와 같다.
동작 주파수 전압만 인가되는 경우, 양 절연체의 방전 특성은 실질적으로 동일하다. 이는 전극 장착이 동작 주파수 전압에 대한 절연체의 절연 특성을 손상시키지 않음을 의미한다.
본 발명에 따른 절연체는 70kV의 임펄스 방전 전압을 가지며, 이 값은 기본적인(basic) 절연체의 임펄스 방전 전압(90kV)보다 낮은 값으로, 이러한 현상은 본 발명에 따른 절연체에서 플래시오버는 MES를 따라 일어나며 종래 기술에 따른 절연체에서와 같이 코어 표면을 따라 일어나지 않기 때문이다. 따라서, 본 발명의 절연체는 일반적인 절연체에 병렬로 연결되어 피뢰기로 사용될 수 있다.
낙뢰 임펄스의 충격하에서, 종래 기술에 따른 절연체에서 플래시오버는 공기중으로 최단 경로를 따라 형성되며, 오실로스코프 기록을 통해 전압이 실질적으로 제로로 떨어지는 것을 확인할 수 있으며, 이는 방전 채널의 저항값이 매우 낮음을 의미한다. 낙뢰 플래시오버가 전력선에 설치된 절연체에 형성되면, 전류가 플래시오버 채널을 가로질러 흐르게되며, 이는 선로에 단락을 초래하여 해당 네트워크를 긴급히 중지시켜야함을 의미한다.
본 발명에 따른 절연체에 있어서는, 플래시오버가 MES를 따라, 복수의 전극을 통해 진행되므로 전압이 제로로 떨어지지 않는다. 반면, 6kV 정도의 전압이 잔류한다. 공칭 전압이 10kV로 설계된 HEPL에서, 2개의 서스펜션 절연체 스트링이 사용된다. 이들 절연체가 본 발명에 따른 PSK-70 절연체 기반의 절연체인 경우, 총 잔류 전압은 6kV + 6kV = 12kV가 될 것이다. 이 값은 최대 위상 전압 U pl = U nom x 1.2/1.73 = 7kV를 크게 초과한다. 이는 속류가 없음을 의미한다; 즉, 절연체가 낙뢰 피뢰기로 효과적으로 동작함을 의미한다: 속류가 발생하기 않도록 절연체가 낙뢰 과전압을 차단하여 네트워크가 중지되는 것을 방지한다.
전술한 본 발명에 따른 절연체의 실시예 및 다른 변형예들은 구현 원리 및 동작 원리를 명확히하기 위해 개시한 것일 뿐이다. 전술한 예에서 다양한 변형이 가능함은 당업계에 숙련된 기술자에게 자명하다. 예를 들면, 링크 전극을 따른 아크의 변위를 방지하기 위해 전극을 절연층으로 덮을 수 있다. 도 13 및 도 14에 도시된 실시예에서, MES는 다수의 동심원을 따라 정렬될 수 있고, 이러한 정렬은 중간 전극의 수를 증가시켜 속류 차단 효과를 개선할 것이다(그러나, 이러한 변형은 절연체의 가격을 다소 상승시킬 것이다). 중간 전극의 위치를 등전위선으로부터 조금 이동시킬 수도 있다(본 발명에 따른 절연체의 제조공정을 단순화하는데 필요하다면).
도 18은 도 1 및 도 2에 도시된 실시예의 절연체를 채용하고 있는 HEPL 10kV(도면부호 110으로 지시됨)의 실시예를 나타낸 것이다. 10kV급 HEPLs의 주요 차단부분은 유도 과전압에 기인한다. 전술한 바와 같이, 그러한 가동중지로부터 HEPLs를 보호하기 위해 러시아에서는 LFAL-10 피뢰기를 사용하고 있다. 이러한 피뢰기는 통상 다른 위상과 관련된 인접 피뢰기를 갖는 각각의 폴(pole)에 설치된다. 예를 들면, 첫 번째, 두 번째, 세 번째 폴에 각각 설치된 피로기는 위상 A, B, C 중 하나와 각각 관련이 있다. 도 18에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 절연체는, 예를 들면, 도 1 내지 도 6에 도시된 나선형 쉐드를 구비하는 절연체 또는 도 7 및 도 8에 도시된 로드 절연체(101)는 인접 절연체를 다른 위상으로 연결하여 폴당 하나의 절연체에 대응하여 동일한 방법으로 실장될 수 있다. 나머지 절연체(18)는 종래 일반적인 형태로 형성될 수 있다. 다른 방법으로, 하나의 상은 본 발명에 따른 디스크형 절연체(102)(도 9 내지 도 12 참조)의 스트링에 의해 지지될 수 있다.
도 19는 본 발명에 따른 HEPL 35kV의 일부를 나타낸다. 상기 HEPL은 3개의 위상에 상응하는 고전압을 전송하는 3개의 전도체(1)를 포함한다. 각각의 전도체(1)는 원추형 절연체의 스트링에 기계적으로 연결되어 있다. 상기 절연체 스트링은 HEPL의 지지체에 고정된다(도 19는 그러한 지지체(16) 중 하나의 일부만 도시하고 있음). 도 19에 도시된 실시예의 HEPL에서, 상부 HEPL 전도체를 보호하는 절연체 스트링(300)은 본 발명에 다른 절연체(도 13 내지 도 15에 도시된 실시예에 상당)로 형성된다. 낙뢰 보호 와이어 어셈블리는 HEPL 35kV의 낙뢰 보호 기능을 강화하기 위해 일반적으로 사용된다. 본 발명에 따른 절연체가 상부 위상 전도체용의 절연체 스트링을 형성하는데 사용되면 이러한 어셈블리는 필요하지 않다. 번개가 치는 동안, 본 발명에 따른 절연체 스트링(300)의 플래시오버가 일어나 낙뢰 전류가 절연체 MES를 통해 흐르고, 다수의 중간 전극으로 인해 플래시오버가 동작 주파수의 속류의 아크로 전환되지 않으므로, 상기 HEPL는 가동이 중단되지 않고 동작을 계속한다. 상부 위상의 전도체(1)가 하부 위상에 대한 낙뢰 보호 와이어로서 동작하여, 전도체(1)가 이들 하부 위상에 낙뢰가 직접 떨어지는 것을 방지한다는 점에 주목해야 한다.
HEPL이 저항값이 특별히 높은 토양이 있는 지역을 통과하면, 회로를 접지하는 지지체의 높은 저항으로 인해 상기 낙뢰 보호 와이어의 사용은 효과가 없어지게 되고, 낙뢰 보호용 케이블 또는 지지체(10)에 낙뢰가 떨어지면, 지지체로부터 전도체로 역방향 플래시오버가 일어나게 된다. 이 경우, 3개의 절연체 스트링 모두에 대해 본 발명의 절연체를 사용하는 것이 이점이 있다. 이렇게 하여, 낙뢰 과전압으로부터 HEPL을 신뢰성 있게 보호할 수 있다.
전술한 실시예 및 다른 실시예와 본 발명의 변형은 첨부한 청구범위 내에 있다.

Claims (21)

  1. 단일 절연체로서 또는 절연체 스택이나 절연체 스트링의 부품으로서, 전기 장치에서 또는 전기 전력 선로에서 과전압 전도체를 보호하기 위한 고전압 절연체로서, 상기 절연성 코어와, 제 1 잠금 부재 및 제 2 잠금 부재로 구성된 고정 장치를 포함하며, 상기 제 1 잠금 부재는 상기 과전압 전도체 또는 상기 절연체 스택이나 스트링의 과전압 절연체 전단의 상기 제 2 잠금 부재와 직접 또는 접속 수단을 통해 연결되도록 구성되며, 상기 제 2 잠금 부재는 상기 전력선의 지지체 또는 다음 단의 상기 절연체 스택이나 스트링의 상기 제 1 잠금 부재와 연결되도록 구성된 상기 고전압 절연체에 있어서,
    - 상기 절연성 코어와 기계적으로 연결되고, 상기 절연코어의 단부 사이에 배치된 m(m≥5)개의 전극으로 구성된 다중 전극 시스템(MES)으로, 상기 전극은 낙뢰 과전압의 충격하에서 상기 제 1 잠금 부재와 상기 전극 사이 또는 상기 제 1 잠금 부재와 인접 전극들 사이, 상기 제 2 잠금 부재와 전극 사이 또는 상기 제 2 잠금 부재와 인접 전극들 사이에 방전(electric discharge)을 형성하는 상기 다중 전극 시스템(MES); 및
    - 상기 다중 전극 시스템에 의해 야기된 상기 절연체의 이동 거리 감소를 보상하는 보상 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 고전압 절연체.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 보상 수단은 인접하는 k개(3 ≤ k ≤ m-1)의 전극쌍 사이의 절연체 표면을 따라 누설 경로를 제공하도록 구성되며, 상기 누설 경로의 길이는 상기 인접 전극들 사이의 에어 디스차지 갭(air discharge gap)의 길이 및 단일 전극의 길이를 초과하는 것을 특징으로 하는 고전압 절연체.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 전극은 좁은 레그(leg)를 구비하며, 상기 레그에 의해 각각의 전극이 상기 절연성 코어에 부착되며, 인접 전극 방향으로 배향된 넓은 빔을 구비하는 T-자 형상의 프로파일을 가지며, 상기 보상 수단은 상기 전극들의 레그 사이에서 전극들 사이의 에어 갭에 의해 폐쇄된 절연성 코어의 쌍으로 구성되는 것을 특징으로 하는 고전압 절연체.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 전극은 상기 절연체 내에 장착되며, 상기 보상수단은 상기 절연체 표면으로부터 상기 절연체를 분리하는 절연성 물질로 이루어진 층과 상기 인접 전극 사이에 형성되고 상기 절연체 표면에 닿는 컷으로 형성되는 것을 특징으로 하는 고전압 절연체.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 컷은 환형 개구의 슬릿으로 구성되는 것을 특징으로 하는 고전압 절연체.
  6. 제 4 항에 있어서, 각 컷의 깊이는 상기 전극이 장착된 깊이를 초과하는 것을 특징으로 하는 고전압 절연체.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 전극 보다 더 깊은 곳에 배치된 컷의 부분과 대향하는 면들 사이의 거리는 상기 절연체 표면 근처의 컷의 깊이를 초과하도록 선택되는 것을 특징으로 하는 고전압 절연체.
  8. 제 2 에 있어서, 상기 보상수단은 상기 절연체 표면에 위치하는 적어도 하나의 절연성 부재를 구비하며, 상기 단일 절연성 부재 또는 절연성 부재의 결합은 상기 전극을 상기 절연체 표면으로부터 공간적으로 분리하는 것을 특징으로 하는 고전압 절연체.
  9. 제 8 항에 있어서, m개의 절연성 부재를 포함하며, 각각의 절연성 부재는 단일 전극을 수반하는 것을 특징으로 하는 고전압 절연체.
  10. 제 8 항에 있어서, n(n≥1)개의 절연성 부재를 포함하며, 각각의 절연성 부재는 상기 절연성 코어의 표면으로부터 돌출된 나선형 절연성 쉐드로 구성되는 것을 특징으로 하는 고전압 절연체.
  11. 제 10 항에 있어서, m+n개의 절연성 부재를 포함하며, n개의 절연성 부재는 상기 절연성 코어의 표면으로부터 돌출된 나선형 쉐드로 구성되고, 나머지 m개의 절연성 부재는 단일 전극을 수반하는 것을 특징으로 하는 고전압 절연체.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 전극은 적어도 하나의 절연성 쉐드의 단부 표면에 위치하는 것을 특징으로 하는 고전압 절연체.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 컷은 인접하는 각각의 전극쌍 사이의 절연성 쉐드에 형성되는 것을 특징으로 하는 고전압 절연체.
  14. 선행하는 항들 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 절연성 코어는 실린더형 또는 모서리가 잘린 원추형 또는 디스크형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 고전압 절연체.
  15. 제 10 항에 있어서, 상기 절연성 코어는 평평한 디스크형으로 형성되며, 상기 제 1 잠금 부재는 절연성 캡으로 구성되고, 상기 제 2 잠금 부재는 핀 및 상기 디스크의 저부 표면으로부터 돌출된 적어도 하나의 나선형 절연성 쉐드로 구성되는 것을 특징으로 하는 고전압 절연체.
  16. 단일 절연체 또는 절연체 스택이나 스트링의 부품으로서 전기 절연체 또는 전기 전력 선로에서 고전압 전도체를 보호하기 위한 고전압 절연체로서, 상기 절연체는 절연성 코어 및 제 1 잠금 부재 및 제 2 잠금 부재로 구성된 고정 장치를 포함하며, 상기 제 1 및 제 2 잠금 부재는 상기 절연성 코어의 대향 단부에 위치하고, 상기 제 1 잠금 부재는 고전압 전도체 또는 전단의 상기 절연체 스택이나 스트링의 고전압 절연체의 제 2 잠금 부재와 직접 또는 접속 수단을 통해 연결되도록 구성되고, 상기 제 2 잠금 부재는 상기 전력 선로의 지지체 또는 다음 단의 상기 절연체 스택이나 스트링의 제 1 잠금 부재와 연결되도록 구성된 상기 고전압 절연체에 있어서,
    - 상기 절연성 코어와 기계적으로 연결되고, 인접하는 MES 전극 사이에 방전 형성을 지지하도록 정렬된 m(m≥5)개의 전극으로 구성된 다중 전극 시스템(MES)으로서, 상기 MES는 상기 절연체 주위에 동작 주파수의 전기장의 하나 이상의 등전위선을 따라 절연체 누설 경로에 수직으로 정렬되는 상기 다중 전극 시스템; 및
    - 제 1 및 제 2 링크 전극으로서, 상기 제 1 및 제 2 전극 각각은 에어 갭에 의해 상기 절연성 코어로부터 공간적으로 분리되고 제 1 단부에 의해 전기적으로 연결되며, 갈바니 전기에 의해(galvanically) 또는 에어 갭을 통해, 상기 제 1 잠금 부재 및 상기 제 2 잠금 부재와 각각 연결되며, 제 2 단부에 의해 에어 갭을 통해 상기 MES의 제 1 및 제 2 단부와 각각 연결되는 것인 제 1 및 제 2 링크 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 고전압 절연체.
  17. 제 16 항에 있어서, 원추형 절연성 코어를 구비하며, 상기 MES는 상기 절연성 코어의 상부 또는 하부 표면에 위치하는 것을 특징으로 하는 고전압 절연체.
  18. 제 16 항에 있어서, 디스크 형상의 절연성 코어의 하부에 동심원 쉐드를 구비하는 디스크형 절연체로서 형성되며, 상기 MES는 상기 쉐드 중 하나의 단부 표면에 위치하는 것을 특징으로 하는 고전압 절연체.
  19. 제 16 항에 있어서, 상기 MES는 상기 절연체 누설 경로에 수직 방향으로 상호 이격된 적어도 2개의 등전위선을 따라 정렬된 적어도 2개의 섹션으로 구성되며, 상기 MES 섹션은 상기 고정 장치의 상기 잠금 부재와 연결되지 않은 상기 섹션의 단부에 위치하는 인터페이스 전극에 의해 인터페이스 되며, 상기 인터페이스 전극의 쌍은 갈바니 전기에 의해서 또는 에어 갭을 통해 인터페이스 되는 것을 특징으로 하는 고전압 절연체.
  20. 제 19 항에 있어서, 상기 고전압 절연체는 디스크 형성의 절연성 코어의 하부에 동심원 쉐드를 갖는 디스크형 절연체로 구성되며, 상기 MES의 각각의 센션은 상기 쉐드 중 하나의 단부 표면에 정렬되는 것을 특징으로 하는 고전압 절연체.
  21. 지지체, 단일 절연체 및/또는 질연체 스택이나 스트링으로 조립된 절연체 및 상기 단일 절연체 및/또는 절연체 스택이나 스트링의 제 1 절연체로 구성된 고정 장치의 잠금 부재와 직접 또는 결합 수단에 의해 연결된 적어도 하나의 고전압 전도체를 포함하며, 단일 절연체 또는 절연체 스택이나 스트링 각각은 상기 지지체와 인접한 상기 고정 장치의 잠금 부재에 의해 상기 지지체 중 하나에 고정되는 고전압 전력 선로에 있어서, 상기 절연체 중 적어도 하나는 제 1 항 내지 제 20 항 중 어느 하나의 항에 따른 절연체인 것을 특징으로 하는 고전압 전력 선로.
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