KR20150004407A

KR20150004407A - 중앙 피드스루를 갖는 캡슐형 서지 보호기

Info

Publication number: KR20150004407A
Application number: KR1020147033168A
Authority: KR
Inventors: 마르쿠스 술릿체; 군돌프 바렌틴; 잉고 곳트샬크; 에어하르트 핍페르트
Original assignee: 지멘스 악티엔게젤샤프트
Priority date: 2012-05-30
Filing date: 2013-04-25
Publication date: 2015-01-12
Also published as: WO2013178411A1; EP2669903A1; KR101674785B1; JP6113274B2; CN104350553B; CN104350553A; EP2669903B1; JP2015524242A

Abstract

본 발명은, 캡슐형 하우징 내에서 단부 고정체(5)들 사이에 클램핑된 도체 소자(2)를 구비한 서지 보호기에 관한 것으로서, 상기 서지 보호기는 하우징을 관통하는 전기 피드스루(10)를 포함한다. 본 발명에서는, 피드스루(10)가 도체 소자(2)의 종축에 대해 동축으로 배열되고, 도체 소자(2)로부터 피드스루(10)로의 전기 접속이 접지측 단부 고정체(5)의 스루 홀(23)을 관통하여 형성되는 것이 제안된다. 이는 특히 공간 절약적인 구조를 가능케 한다.

Description

중앙 피드스루를 갖는 캡슐형 서지 보호기{ENCAPSULATED SURGE PROTECTOR HAVING A CENTRAL DUCT}

본 발명은 청구항 제1항의 전제부에 따른 캡슐형 서지 보호기에 관한 것이다.

서지 보호기는 예를 들어 개폐기용 보호 시스템으로서, 낙뢰 또는 다른 부분 시스템의 오동작에 의한 서지 발생 시 이러한 서지를 접지로 방전시킴으로써 개폐기의 다른 부품들을 보호한다.

이러한 유형의 서지 보호기는 하나 이상의 원통형 도체 소자를 포함하며, 이 도체 소자는 마찬가지로 원통형 개별 배리스터 소자로 형성된 배리스터 컬럼을 포함한다. 배리스터 소자는 전압에 따라 저항값이 변하는 특징이 있다. 저전압에서는 배리스터 소자가 절연체로서 작용한다. 재료에 따른 특정 임계 전압부터 배리스터 소자는 우수한 전도도를 갖는다. 배리스터 소자는 주로 산화아연과 같은 금속 산화물로 제조된다. 도체 소자는, 개폐기 및 접지에 대한 전기 접점을 형성하는 단부 고정체들의 양 단부와 경계를 접한다. 기계적 부하에서도 양호한 전기 접촉이 보장되도록, 배리스터 컬럼은 압력 하에 결속되어야 한다. 이는, 바람직하게는 유리 섬유 강화 플라스틱으로 형성된 와이어 또는 로드와 같은 인장 요소가 단부 고정체 내에 인장되어 클램핑됨으로써 이루어진다. 이 경우, 인장 요소는 배리스터 컬럼을 둘러쌈으로써 배리스터 컬럼 주위로 케이지를 형성한다.

가스 절연 개폐기에 사용하기 위해, 서지 보호기는 하나 이상의 도체 소자를 둘러싸는 유체 밀봉식 하우징을 포함한다. 이 경우, 상기 하우징은 유체에 의한 절연 내력을 증대하기 위해 대부분 육플루오르화황으로 충전된다. 하우징은 대개 금속으로 형성되며 전기적으로 접지된다. 도체 소자의 일측 단부 고정체는 하우징을 관통하여 안내되는 접점을 통해 접지된다. 타측 단부 고정체는 고전압 피드스루를 통해, 하우징 외측에 위치하고 개폐기측 단자로 사용되는 접점과 전기적으로 연결된다. 특히 대형 서지 보호기는 주로 그의 고전압측 단부에 제어 캡을 포함하는데, 이 제어 캡은 일측이 폐쇄된 실린더로서 배리스터 컬럼의 단부 위에 씌워진다. 가장 간단하게는, 배리스터 컬럼이 단부 고정체들과 전기적으로 연결되고, 접지측 단부 고정체는 하우징 덮개와 전기적으로 연결됨으로써, 배리스터 컬럼과 하우징의 전기 접속이 형성된다. 이 경우, 하우징의 접지를 통해 배리스터 컬럼이 접지로 연결된다. 발생하는 방전 과정이 기록되어야 한다면, 배리스터 컬럼은 유체 밀봉식 하우징의 외부에 설치된 모니터링 장치에 연결되어야 한다. 그러기 위해서는 하우징으로부터 분리된, 배리스터 컬럼의 접지 경로가 필요하다. 이를 제공하기 위해, 전기 접속은 배리스터 컬럼에서부터 하우징 외부에 있는 접점까지, 하우징과 전기 절연된 상태로 안내되어야 한다.

본 출원인의 더 이전의 독일 출원 제10 2011 077 394.0호로부터, 접지측 하우징 덮개 내에 도체 소자와 하우징 벽 사이에 피드스루를 갖는 범용형 서지 보호기가 공지되어 있다. 배리스터와 피드스루 사이의 전기 접속은 케이블을 통해 구현된다.

본 발명의 과제는, 더 간편한 장착 및 더 조밀한 구조를 가능케 하는 서지 보호기를 제공하는 것이다.

상기 과제는 청구항 제1항에 따른 본 발명의 수단들에 의해 해결된다.

서지 보호기는 접지된 금속 하우징 내에 배치된 도체 컬럼을 포함한다. 도체 컬럼은 도체 소자와, 인장 요소들과, 접지측 및 고전압측 단부 고정체를 포함한다. 도체 소자는 단부 고정체들 사이에서 인장 요소에 의해 클램핑된다. 또한, 서지 보호기는 하우징 내부로부터 하우징 외부로의, 하우징에 대해 절연된 전류 경로를 갖는 전기 피드스루를 포함한다. 본 발명에 따라, 피드스루의 종축은 도체 소자의 종축과 동축으로 배열되고, 도체 소자는 연결 수단을 통해 피드스루와 전기적으로 연결된다. 도체 소자와 피드스루 사이의 전기 접속을 형성하는 연결 수단은 접지측 단부 고정체에 대해 전기적으로 절연되며, 접지측 단부 고정체 내 스루 홀을 통해 안내된다.

피드스루가 접지측 단부 고정체 내 스루 홀을 통해 안내됨으로써, 피드스루를 위한 상응하는 절연 간격을 갖는 단부 고정체에 부가적으로 추가의 장착 공간이 필요없고, 이로써 서지 보호기가 더 조밀하게 구성될 수 있다. 또한, 피드스루를 위한 단부 고정체 내부의 장착 공간이 이용될 수 있기 때문에, 상기 해결책은 축방향 치수들도 더 축소되도록 한다. 또한, 도체 소자, 단부 고정체, 인장 요소 및 피드스루로 구성된 블록의 간단한 사전 조립이 가능하며, 이러한 조립은 간단한 동반 삽입을 통한 동축 배열에 의해 수행될 수 있고, 이는 조립을 간소화한다.

매우 바람직하게는 하우징이 유밀 방식으로 형성되고 절연 가스로 충전된다. 특히, 절연 가스로서 육플루오르화황이 사용되면, 공기에 비해 더 좁은 절연 간격에 의해 매우 조밀한 서지 보호기가 구성될 수 있다.

한 바람직한 구성에서, 하우징은, 접지측 단부 고정체가 상부에 배치된 하우징 덮개를 포함한다. 이 경우, 피드스루는 하우징 덮개를 관통하여 안내된다. 그 결과, 피드스루 및 도체 컬럼이 하우징 외부에서 간편하게 장착 및 조립될 수 있다.

바람직하게는 하우징 덮개가 하우징 내측의 과도 압력을 보상하기 위한 압력 평형 장치를 포함한다.

또한, 하우징 덮개는 폐쇄 가능한 검사 개구를 포함한다. 검사 개구는 유지 보수를 목적으로 하우징을 간단하게 개방할 수 있게 한다.

하우징 덮개가 절연 가스 충전 및 방출 장치를 포함하는 것도 바람직하다. 상기 충전 및 방출 장치에 의해, 하우징은 개방되지 않고도 절연 가스로 충전될 수 있고, 또는 유지보수의 목적으로 하우징으로부터 절연 가스가 방출될 수 있다. 이로써, 절연 가스가 대기로 누출될 수 없는 것이 보장된다.

압력 평형 장치 및/또는 검사 개구 및/또는 충전 및 방출 장치를 하우징 내부에 설치함으로써, 하우징을 더 간단하게 구성할 수 있다.

특히 바람직하게는, 연결 수단이 접지 접점 및 피드스루의 종축 방향으로 탄성을 갖는 요소를 포함한다. 이 경우, 접지 접점은, 도체 소자가 지지되는 평탄 지지면 및 탄성 요소를 위한 수용부를 포함한다. 이러한 구성은, 특히 신뢰성 있는 전기 접속을 보장한다.

또 다른 한 바람직한 구성에서, 도체 소자는 전기적으로 절연된 스페이서 부재에 의해 접지측 단부 고정체로부터 이격된다. 이로써, 도체 소자가 단부 고정체로부터 전기적으로 절연된다. 이는 바람직하게 도체 소자와 단부 고정체 사이의 전기 섬락(flashover)을 방지한다.

매우 바람직하게 스페이서 부재는 튜브 형태로 형성되고, 탄성 요소는 적어도 부분적으로 스페이서 부재 내에 배치된다. 그럼으로써 매우 조밀한 구조가 가능하다. 절연 가스가 스페이서 부재의 튜브 내부로 침투할 수 있도록, 스페이서 부재는 튜브 벽에 개구들을 갖는다.

바람직하게는, 접지 접점의 수용부는, 스페이서 부재 및/또는 탄성 요소의 안내를 위한 환형 쇼울더로서 형성된다. 스페이서 부재 및/또는 탄성 요소의 안내를 통해 조립이 간편해진다.

본 발명의 또 다른 한 바람직한 구성에서, 접지측 단부 고정체가 하우징 덮개로 형성된다. 이 경우, 도체 컬럼의 인장 요소들이 접지측에서 하우징 덮개 내에 직접 정착되고, 그럼으로써 도체 소자를 하우징 덮개에 고정한다. 이러한 방식으로 하우징 덮개가 접지측 단부 고정체를 형성함으로써, 재료 효율성이 증대된다.

이하, 도면을 참조로 본 발명을 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 서지 보호기의 사시 단면도이다.
도 2는 전기 피드스루를 구비한 하우징 덮개의 사시 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 서지 보호기의 능동부의 접지측 단부의 사시 단면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 서지 보호기의 한 대안 실시예를 도시한다.

서로 상응하는 부재는 모든 도면에서 동일한 도면 부호로 표시되어 있다.

도 1에는 본 발명에 따른 서지 보호기(1)의 완성 조립된 접지측 단부가 하우징 없이 도시되어 있다. 도체 소자(2)는 컬럼 형태로 조립된 복수의 배리스터 소자로 형성되며, 2개의 단부 고정체(5), 즉 접지측 단부 고정체와 고전압측 단부 고정체(여기에는 접지측만 도시되었음) 사이에 (여기에는 단 하나만 도시된) 인장 요소들(7)에 의해 클램핑된다. 인장 요소(7)는 도체 소자(2)의 종축(30)에 대해 평행하게 배열되어 도체 소자를 반경 방향으로 둘러싼다. 도체 소자(2)의 종축(30)에 의해 축방향이 정의된다. 인장 요소(7)는 주로 유리 섬유 강화 플라스틱으로 형성되며, 인장 요소(7)에 밀착되어 굽혀지거나(crimped), 압착되거나, 접착되는 고정 부시(8)에 의해 단부 고정체(5) 내에 고정된다. 여기에는 도시되지 않은, 도체 소자(2)의 고전압측 단부에는 인장 요소(7)가 유사한 방식으로 단부 고정체(5) 내부에 고정된다. 도체 소자(2)의 접지측 단부면에는 디스크 형태의 접지 접점(3)이 배치된다. 접지 접점(3)과 단부 고정체(5) 사이의 튜브 형태의 스페이서 부재(17)가 축방향으로 단부 고정체(5)로부터 도체 소자(2)를 이격시켜서, 접지 접점(3)과 고정 부시(8) 사이 또는 접지 접점(3)과 단부 고정체(5) 사이에 충분한 절연 간격을 보장한다. 이 경우, 스페이서 부재(17)는 축방향으로 단부 고정체(5) 내 원형 개구(23) 내로 삽입되어, 개구(23) 내에서 반경 방향 돌출부(24)에 지지된다. 스페이서 부재(17)는 내변형성 및 내열성 전기 절연 재료로 제작되며, 특히 높은 굽힘 강도를 갖는다. 이 경우, 주로 강화 플라스틱, 특히 유리 섬유 강화 플라스틱이 사용된다. 스페이서 부재(17)가 전기 절연 재료로 제작됨으로써, 도체 소자(2)는 접지측 단부 고정체(5)에 대해 전기적으로 절연된다. 접지 접점(3)은 도체 소자(2) 반대편 단부면에 환형 쇼울더(21)를 포함한다. 상기 쇼울더는 스페이서 부재(17)의 내경에 상응하는 외경을 가지며, 그럼으로써 반경 방향 외측에 놓인 쇼울더(21) 면이 스페이서 부재(17)를 위한 가이드로 사용된다. 이와 같이, 도체 소자(2)와, 단부 고정체(5)와, 고정 부시(8)를 구비한 인장 요소(7)와, 스페이서 부재(17)로 구성된, 능동부(18)라고도 지칭되는 블록의 간편한 사전 조립이 가능하다. 도 3에 상기 능동부(18)의 접지측 단부가 도시되어 있으나, 복수의 인장 요소(7) 중 단 하나만 도시되어 있다.

도 1에는 계속해서 하우징 덮개(4)로 형성된, 하우징의 접지측 하우징 벽이 도시되어 있다. 하우징 덮개(4) 내 개구를 관통하여 피드스루(10)가 안내된다. 여기서 피드스루(10)는 절연 튜브(13), 외측 절연 부시(12), 내측 절연 부시(14) 및 피드스루 도체(11)를 포함한다. 먼저, 피드스루(10)의 조립을 위해 절연 튜브(13)가 하우징 덮개(4)의 개구 내로 삽입된다. 이때, 절연 튜브(13)는 개구의 양측으로부터 돌출한다. 이제 절연 튜브(13)의 돌출된 부분 위로 하우징 덮개(4)의 내측에 절연 부시(14)가 씌워진다. 이 절연 부시도 마찬가지로 튜브 형태이며, 절연 튜브(13)의 외경에 상응하는 내경을 갖는다. 이 경우, 절연 부시(14)는 축방향으로 절연 튜브(13)의 하우징 내측 단부를 지나 돌출한다. 절연 튜브(13)와 내측 절연 부시(14)는 종축(30)에 대해 동축으로 배열된다. 하우징의 외측에서 외측 절연 부시(12)가 절연 튜브(13)의 하우징 외측 단부 위로 씌워진다. 여기서 외측 절연 부시(12)는, 절연 튜브(13)의 하우징 외측 단부를 수용하는 환형 공동(29)을 구비한다. 외측 절연 부시(12)의 환형 쇼울더(28)가 절연 튜브(13)의 반경 방향 내측 상에서 축방향으로 상기 절연 튜브 내로 돌출한다. 여기에 금속 볼트로 도시된 피드스루 도체(11)는 하우징 외측으로부터 외측 절연 부시(12)와 절연 도체(13)를 관통하여 하우징 내측까지 안내된다. 이때, 피드스루 도체(11)의 하우징 내측 단부는 내측 절연 부시(14)를 지나 하우징 내로 돌출한다. 예를 들어 너트와 같은 스토퍼가 피드스루 도체(11)의 하우징 외측 단부에서 그 침투 깊이를 제한한다. 피드스루 도체(11)의 하우징 내측 단부 상에 와셔(15)가 놓이고, 이 와셔는 내측 절연 부시(14) 상에 지지되어 너트(16)에 의해 고정된다. 외측 절연 부시(12)는 그의 단부면에, 상기 외측 절연 부시(12)를 하우징, 여기서는 하우징 덮개(4)에 대해 그리고 피드스루 도체(11)에 대해 밀봉하는, 예를 들어 오링(O-ring)과 같은 씰(22)을 포함한다. 따라서, 피드스루(10)는 하우징 외측에 대한 하우징 내측의 기밀 방식의 전기적 연결을 제공하고, 이러한 연결은 하우징에 대해 전기적으로 절연된다. 도 2에 이러한 피드스루(10)가 완전히 장착된 하우징 덮개(4)가 도시되어 있다.

또한, 도 1은 피드스루(10)와 능동부(18)가 조립된 상태의 하우징 덮개(4)를 도시한다. 단부 고정체(5)는 나사들(6)을 이용하여 하우징 덮개(4)에 고정된다. 내측 절연 부시(14)는 피드스루 도체(11)의 하우징 내측 단부와 함께 적어도 부분적으로 스페이서 부재(17) 내로 돌출한다. 스페이서 부재(17) 내부에서 접지 접점(3)과 와셔(15) 사이에 배치된 탄성 요소(9), 여기서는 코일 스프링을 통해, 접지 접점(3)과 피드스루(10) 사이의 전기 접속이 형성된다. 접지 접점(3)과 탄성 요소(9)는 도체 소자(2)와 피드스루(10)를 전기적으로 연결하는 연결 수단을 형성한다. 접지 접점(3)의 쇼울더(21)의 반경 방향 내측은 탄성 요소(9)를 위한 수용부를 제공하고, 탄성 요소(9)는 상기 수용부를 통해 안내되어 센터링된다. 절연 가스가 스페이서 부재(17) 내부로 침투될 수 있도록, 스페이서 부재(17)의 벽부에 개구(20)가 제공된다. 이제 도체 소자(2)로부터 접지 접점(3), 탄성 요소(9), 와셔(15), 너트(16) 및 피드스루 도체(11)를 통해 하우징의 외측으로 전기 전류 경로가 형성된다. 이러한 전류 경로는 단부 고정체(5) 및 하우징에 대해 전기적으로 절연되어, 단부 고정체(5) 및 하우징 벽, 여기서는 하우징 덮개(4)를 관통하여 형성된다.

도 1 및 도 3에는 능동부(18)와 피드스루(10)가 각각 하나씩만 도시되어 있으나, 본 발명에 따른 서지 보호기(1)는 하나의 하우징 내에 복수의 능동부(18)를 포함할 수도 있다. 이 경우, 각각의 능동부(18)에는 고유 피드스루(10)가 할당되며, 이는 각각의 능동부(18)의 도체 소자(2)에 대해 각각 동축으로 배열된다.

도 4에는 본 발명의 다른 구성들이 도시되어 있다. 여기서는 접지측 단부 고정체가 하우징 덮개(4)로 형성된다. 인장 요소들(7)은 고정 부시들(8)에 의해 하우징 덮개(4)에 직접 고정되고, 그럼으로써 하우징 덮개가 접지측 단부 고정체를 형성한다. 하우징 덮개(4)는 일측 단부면에서 하우징(19)을 폐쇄한다. 이때, 씰(32)이 기밀성을 보장한다. 본 도면에서는 하우징(19) 내에 복수의 능동부(18)가 수용되어 있다. 각각의 능동부(18)에는 고유의 피드스루(10)가 할당된다. 두 능동부(18)는 여기서 하우징 덮개(4)에 의해 제공되는 공통의 접지측 단부 고정체를 포함한다.

또한, 하우징 덮개(4)는 압력 평형 장치(25)를 포함한다. 상기 압력 평형 장치(25)에서는 파열판(26)이 하우징 덮개(4) 내 환형 개구를 덮고 있다. 파열판(26)은 하우징 내측에서 환형 플랜지(31)에 의해 고정된다. 씰(33)이 파열판(26)을 하우징 덮개(4)에 대해 기밀 방식으로 밀봉한다. 하우징(19) 내에 과도 압력이 발생하면, 파열판(26)이 파열되어 과도 압력을 대기 내로 방출함으로써, 하우징(19)의 손상이 방지된다. 개구의 외측에 있는 배출 슈트(27, blow-off chute)가 유출되는 가스를 원하는 방향으로 편향시킨다. 압력 평형 장치(25) 대신 또는 이에 추가하여, 하우징 덮개(4)는 절연 가스 충전 및 방출 장치 및/또는 검사 개구를 포함한다. 이 경우, 절연 가스 충전 및 방출 장치는, 예를 들어 육플루오르화황과 같은 절연 가스를 하우징(19) 내에 충전하거나, 하우징으로부터 방출하는데 사용된다. 상기 충전 및 방출 장치는, 절연 가스가 통제되지 않은 상태에서 유출되는 일이 없도록 설계된다. 검사 개구는, 하우징(19) 내에 놓인 요소들을 분해하지 않고도 이들 요소에, 예를 들어 장착, 유지보수 또는 점검의 목적으로, 접근할 수 있게 하는 데 사용된다.

Claims

접지된 금속 하우징(19) 내에 배열되고 접지측 및 고전압측 단부 고정체(5) 사이에서 인장 요소(7)에 의해 클램핑되는 도체 소자(2) 및 전기 피드스루(10)를 구비한 서지 보호기(1)이며, 상기 피드스루(10)는 하우징(19)의 내측으로부터 하우징(19)의 외측으로 하우징(19)에 대해 절연된 전류 경로를 포함하는, 서지 보호기에 있어서,
피드스루(10)의 종축(30)은 도체 소자(2)의 종축(30)에 대해 동축으로 배열되고, 도체 소자(2)는 연결 수단(3, 9)을 통해 피드스루(10)와 전기적으로 연결되며, 상기 연결 수단은 접지측 단부 고정체(5)에 대해 전기적으로 절연되고, 접지측 단부 고정체(5) 내의 스루 홀(23)을 통해 안내되는 것을 특징으로 하는, 서지 보호기(1).
제1항에 있어서, 하우징(19)은 유밀 방식으로 형성되며 절연 가스로 충전되는 것을 특징으로 하는, 서지 보호기(1).
제1항 또는 제2항에 있어서, 하우징(19)은, 상부에 접지측 단부 고정체(5)가 배치된 하우징 덮개(4)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 서지 보호기(1).
제3항에 있어서, 하우징 덮개(4)는 하우징(19) 내 과도 압력을 보상하기 위한 압력 평형 장치(25)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 서지 보호기(1).
제3항 또는 제4항에 있어서, 하우징 덮개(4)는 폐쇄 가능한 검사 개구를 포함하는 것을 특징으로 하는, 서지 보호기(1).
제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 하우징 덮개(4)는 절연 가스 충전 및 방출 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는, 서지 보호기(1).
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 연결 수단(3, 9)은, 도체 소자(2)가 지지되는 평탄 지지면을 구비한 접지 접점(3)과, 피드스루(10)의 종축(30) 방향으로 탄성을 갖는 요소(9)를 포함하며, 접지 접점(3)은 상기 탄성 요소(9)를 위한 수용부(21)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 서지 보호기(1).
제7항에 있어서, 도체 소자(2)는 전기적으로 절연된 스페이서 부재(17)에 의해 접지측 단부 고정체(5)로부터 이격되는 것을 특징으로 하는, 서지 보호기(1).
제8항에 있어서, 스페이서 부재(17)는 튜브 형태로 형성되며, 탄성 요소(9)는 적어도 부분적으로 스페이서 부재(17) 내에 배치되는 것을 특징으로 하는, 서지 보호기(1).
제7항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 접지 접점(3)의 수용부(21)는, 스페이서 부재(17) 및/또는 탄성 요소(9)의 안내를 위한 환형 쇼울더로서 형성되는 것을 특징으로 하는, 서지 보호기(1).
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 접지측 단부 고정체(5)는 하우징 덮개(4)로 형성되는 것을 특징으로 하는, 서지 보호기(1).