KR20150048191A

KR20150048191A - 서지 피뢰기

Info

Publication number: KR20150048191A
Application number: KR1020157007538A
Authority: KR
Inventors: 더크 스프링본; 건돌프 바렌틴; 에르하드 피퍼트; 마르쿠스 술리체
Original assignee: 지멘스 악티엔게젤샤프트
Priority date: 2012-09-25
Filing date: 2013-09-05
Publication date: 2015-05-06
Anticipated expiration: 2033-09-05
Also published as: CN104641428A; WO2014048691A1; JP6025988B2; KR101733899B1; JP2015537369A; CN104641428B; EP2885789B1; EP2885789C0; DE102012217310A1; EP2885789A1

Abstract

본 발명은 유체 밀봉식 하우징(2)을 구비한 서지 피뢰기(1)에 관한 것이다. 상기 하우징은 접지 접점(3) 및 고전압 접점(4)을 가지며, 상기 접지 접점(3) 및 고전압 접점(4)은 각각 하우징(2)의 내부를 외부와 전기적으로 연결한다. 하우징(2) 내에 배열된 방전 요소(5)는, 두 개의 단부 고정체(6, 7) 사이에 인장 요소(11)에 의해 클램핑되는 방전 컬럼을 포함한다. 변위 장치(8)에 의해 축방향으로 변위 가능한 접촉 요소(9)를 이용하여 하우징(2) 외부로부터, 방전 요소(5)를 통한 접지 접점(3)으로부터 고전압 접점(4)으로의 전기적 연결이 형성되거나 차단될 수 있다. 본 발명에 따르면, 접촉 요소(9)는 단부 고정체(6, 7)의 보어(26) 내에서 안내된다. 그럼으로써 서지 피뢰기(1)가 매우 소형으로 구현될 수 있다. 또한, 접촉 요소(9)가 단부 고정체(6, 7)의 보어(26) 내에서 안내됨으로써, 기계적으로 단순하면서도 신뢰성 있는 구조가 가능하다.

Description

서지 피뢰기{SURGE ARRESTER}

본 발명은 청구항 제1항의 전제부에 따른 서지 피뢰기에 관한 것이다.

서지 피뢰기는, 번개 또는 다른 서브 시스템의 오작동으로 인해 과전압이 발생할 경우, 이러한 과전압을 접지로 방전시켜 개폐기의 다른 구성 부품을 보호하는, 예를 들어 개폐기를 위한, 보호 시스템이다.

이러한 유형의 서지 피뢰기는 하나 이상의 원통형 방전 요소를 포함하며, 이들 방전 요소는 마찬가지로 원통형인 개별 배리스터 소자로 구성된 배리스터 컬럼을 갖는다. 배리스터 소자는 전압 의존적인 저항을 특징으로 한다. 저전압에서 배리스터 소자는 절연체로서 작용한다. 재료에 따른 특정 임계 전압부터 배리스터 소자는 양호한 전도성을 보인다. 배리스터 소자는 주로 산화아연과 같은 금속 산화물로부터 제조된다. 방전 요소는 개폐기 및 접지에 대한 전기 접촉을 형성하는 단부 고정체에 의해 양측 단부가 제한된다. 또한, 기계 부하 하에서도 양호한 전기적 접촉이 보장되기 위해서는 배리스터 컬럼이 압력 하에 서로 보유되어야 한다. 이는, 바람직하게는 유리 섬유 보강 플라스틱으로 이루어진 인장 요소, 예를 들어 케이블 또는 로드가 단부 고정체들 내에 인장되어 클램핑됨으로써 구현될 수 있다. 이때, 인장 요소들은 배리스터 컬럼을 둘러싸며 그 주변에 케이지를 형성한다.

가스 절연 개폐기에 사용하기 위해, 서지 피뢰기는 방전 요소를 둘러싸는 유체 밀봉식 하우징을 갖는다. 이 경우, 하우징은 절연 내력을 증가시키기 위해 유체, 통상 헥사플루오라이드로 충전된다. 하우징은 대개 금속으로 형성되며, 전기적으로 접지된다. 방전 컬럼의 일측 단부 고정체는 하우징을 관통하여 안내되는 접점을 통해 접지된다. 타측 단부 고정체는, 상기 하우징의 외측에 위치하며 개폐기로의 접속에 이용되는 접점과 부싱을 통해 전기적으로 연결된다.

개폐기가 전기적으로 테스트되어야 하는 경우, 고전압이 발생할 우려로 인해, 서지 피뢰기가 개폐기로부터 분리되어야 한다. 그렇지 않으면, 서지 피뢰기가 전압을 접지로 방전할 수 있어, 측정 결과가 왜곡될 수도 있다.

현재, 서지 피뢰기가 개폐기로부터 분리될 수 있는 분리 지점을 갖는 서지 피뢰기가 공지되어 있다. 이러한 분리 지점을 작동시키기 위해서는 하우징이 개방되어야 하고, 그로 인해 헥사플루오라이드가 유출될 수 있다. 헥사플루오라이드는 유해 온실 가스이므로, 이는 대단히 바람직하지 못한 단점이다.

JP 10322822-A호로부터, 방전 컬럼 및 제어 후드로 구성된 어셈블리가 함께 운동하여 전기적 연결이 형성되거나 차단되는 범용형 서지 피뢰기가 공지되었다. 여기서는, 작동을 위해 선형 운동이 하우징 벽을 통해 기밀식으로 수행된다.

국제 출원 PCT/EP2012/059973호에는, 제어 후드가 방전 요소에 대해 변위될 수 있음으로써 분리 지점이 개방되거나 폐쇄될 수 있는 서지 피뢰기가 기술되어 있다.

종래 기술에 공지된 해결책들의 단점은, 복잡한 메커니즘이 필요하고 큰 질량이 움직여야 하며, 필요 공간이 많다는 것이다.

본 발명의 과제는, 외부로부터 작동 가능한 분리 지점을 가지며 가능한 한 작은 운동 질량을 갖는 단순한 메커니즘을 갖는 소형 서지 피뢰기를 제공하는 것이다.

상기 과제는 청구항 제1항에 따른 본 발명의 수단들에 의해 해결된다.

본 발명은 유체 밀봉식 하우징을 구비한 서지 피뢰기를 제공한다. 하우징은 접지 접점 및 고전압 접점을 가지며, 접지 접점 및 고전압 접점은 각각 하우징의 내부와 외부를 전기적으로 연결한다. 하우징 내에 배치된 방전 요소는 두 개의 단부 고정체 사이에서 인장 요소에 의해 클램핑된 방전 컬럼을 갖는다. 변위 장치에 의해 축방향으로 변위 가능한 접촉 요소를 이용하여 하우징의 외부로부터, 방전 요소를 통한 접지 접점으로부터 고전압 접점으로의 전기적 연결이 형성되거나 차단될 수 있다. 본 발명에 따르면, 접촉 요소는 단부 고정체의 보어 내에서 안내된다. 따라서, 서지 피뢰기가 매우 소형으로 형성될 수 있다. 또한, 접촉 요소가 단부 고정체의 보어 내에서 안내됨으로써, 기계적으로 단순하면서도 신뢰성 있는 구조가 가능하다.

본 발명의 한 바람직한 구성에서, 접촉 요소는 축방향으로 변위 장치와 탄성적으로 연결된다. 그로 인해, 변위 장치의 종방향 공차가 복잡한 조정 장치 없이 간단한 방식으로 보상될 수 있다.

또한, 각각 하나의 접촉 요소를 갖는 복수의, 특히 3개의 방전 요소가 하우징 내에 배치되는 것이 바람직하다. 이 경우, 하우징은 각각의 방전 요소를 위해 각각 하나의 고전압 접점을 가지며, 접촉 요소들은 변위 장치에 의해 공동으로 변위 가능하다. 그로 인해, 간단한 방식으로, 각각의 극에 대해 고유한, 그러나 공동으로 조작될 수 있는 분리 지점을 갖는 다중극 캡슐형 서지 피뢰기를 형성할 수 있다.

특히 바람직하게, 변위 장치는 방전 요소마다 접촉 요소와 연결된 푸시 로드를 갖는다. 또한, 변위 장치는 하우징의 내부로부터 기밀식으로 외부로 안내되어 하우징 외부에서 작동 장치에 의해 운동 가능한 중앙 로드를 포함한다. 이 경우, 상기 작동 장치의 운동을 접촉 요소로 전달하기 위해, 커플링 요소가 중앙 로드 및 푸시 로드와 연결된다. 그럼으로써, 하우징의 외부로부터 단일 작동 장치와 공동으로 서지 피뢰기 내 복수의 분리 지점을 매우 간단하게 조작할 수 있다.

바람직하게 중앙 로드는 커플링 요소와 함께, 중앙 로드의 회전 운동을 커플링 요소의 선형 운동으로 변환하는 스핀들 구동부를 형성한다. 이를 위해, 중앙 로드는 수나사부를 가지고, 커플링 요소는 대응하는 암나사부를 갖는다. 바람직하게는, 상기 두 나사부 모두 사다리꼴 나사부이다. 이는 접촉 요소들의 운동을 위한 매우 간단하고 소형인 구동부를 가능케 한다.

이하, 본 발명이 도면을 참조하여 상세히 설명된다.

도 1은 분리 지점이 폐쇄되어 있는 본 발명에 따른 서지 피뢰기의 단면도이다.
도 2는 분리 지점이 개방되어 있는 본 발명에 따른 서지 피뢰기의 단면도이다.
도 3은 커플링 요소의 상세도이다.
도 4는 분리 지점의 상세도이다.

서로 부합하는 부재들은 모든 도면에서 동일한 도면부호를 갖는다.

도 1과 도 2는 서지 피뢰기(1)의 단면을 도시한다. 삼상 가스 절연 개폐기의 보호를 위해 제공된 3개의 방전 요소(5)가 유체 밀봉식 하우징(2) 내에 배치되어 있다. 방전 요소들(5)은 각각 원통형 방전 컬럼(12)과, 고전압측 단부 고정체(7)와, 접지측 단부 고정체(6)와 복수의 인장 요소(11)를 갖는다. 방전 컬럼(12)은 마찬가지로 원통형인 개별 배리스터 블록들로 구성된다. 단부 고정체(6, 7)는 대개 도전성 재료로 형성된다. 인장 요소들(12)은 단부 고정체(6, 7) 내에서 인장 상태에서 압착되어, 방전 컬럼들(12)을 함께 고정한다. 구멍들이 뚫려 있는 고정 디스크(24)가 방전 컬럼(12) 내로 삽입되고, 상기 구멍들을 통해 인장 요소(12)가 관통 안내되어 방전 요소(5)를 추가로 안정화한다.

하우징(2)은 실질적으로 원통형이다. 원통 축을 따라 축방향을 규정하는 종축(50)이 연장된다. 방전 요소(5)는 이 종축(50)을 따라 정렬된다. 하우징(2)은 두 개의 커버면에서 유체 밀봉식으로 밀폐된다.

하우징(2)의 커버면은 방전 요소(5)의 일측 접지 접속 측에서 간단한 하우징 커버(22)에 의해 밀폐된다. 접지 접점(3)은 전기 절연되어 상기 하우징 커버(22)를 관통하여 하우징(2)의 내부로부터 외부로 안내되어 접지 접속에 사용된다. 하우징(2)의 내부에서 상기 접지 접점(3)은 전기 전도성으로 예를 들어 케이블(13)에 의해 방전 요소(5)와 연결된다. 접지측 단부 고정체(6)는 하우징 커버(22)에 고정되며, 방전 컬럼(12)에 대해 절연성 삽입편(25)에 의해 전기적으로 절연된다. 하우징 커버(22)는 통상, 여기에 도시되지 않은 접속부를 가지며, 이를 통해 유체, 예를 들어 헥사플루오라이드가 하우징(2) 내로 충전되거나 하우징으로부터 방출될 수 있다. 또한, 하우징(2)은 유지보수 개구(21)와 같은 추가 장치를 가질 수 있다.

방전 요소(5)의 고전압 접속 측에서 하우징(2)의 커버면에는, 접지된 하우징(2)과 고전압 사이의 섬락(flashover)의 위험 없이, 전기 고전압 전위를 외부로부터 하우징(2) 내로 안내하기 위해, 고전압 부싱(14)이 제공된다. 여기서, 부싱(14)은, 서로에 대해 그리고 하우징에 대해 절연된 3개의 고전압 접점(4)을 하우징(2) 내로 안내하는 삼극 부싱(14)으로 형성된다. 고전압 접점들(4)을 통해 서지 피뢰기(1)는 여기에 도시되지 않은 삼상 가스 절연 개폐기에 접속될 수 있다. 하우징(2)의 내부에서 고전압 접점들(4)은 손가락 형태로 하우징(2) 내로 돌출한다.

고전압 측 단부 고정체(7)와 각각의 고전압 접점(4) 사이의 간격은 분리 지점(10)을 형성한다. 이 분리 지점(10)은 접촉 요소(9)에 의해 폐쇄될 수 있다. 이 접촉 요소(9)는 핀 또는 슬리브로서 원통형으로 형성되고, 고전압 측 단부 고정체(7)의 보어(26) 내에서 축방향으로 움직일 수 있다. 이때, 보어(26)와 접촉 요소(9)는, 기계적 가이드뿐만 아니라, 접촉 요소(9)와 단부 고정체(7) 사이에 양호한 전기적 연결도 형성되도록 서로에 대해 매칭된다. 대안적으로, 전기적 연결은 미끄럼 접촉(sliding contact)에 의해 형성될 수 있다. 접촉 요소(9)가 고전압 접점(4)을 향해 움직이면, 분리 지점(10)은 최종적으로 폐쇄된다. 개폐기로부터 고전압 접점(4)을 통한 하우징(2)의 내부로의 전기적 연결은, 접촉 요소(9), 고전압 측 단부 고정체(7), 방전 컬럼(12), 접지 케이블(13)을 통해, 마지막으로 접지된 접지 접점(3)까지 형성된다. 접촉 요소(9)가 고전압 접점(4)으로부터 멀어지면, 분리 지점(10)은 개방되고, 방전 요소(5)는 고전압 접점(4)에 더 이상 전기적으로 연결되지 않기 때문에 개폐기에도 연결되지 않는다.

접촉 요소(9)의 운동은 변위 장치(8)에 의해 수행된다. 변위 장치는 작동 장치(23), 중앙 로드(16), 커플링 요소(17) 및 푸시 로드(15)를 갖는다. 하우징(2)의 외부에 있는 작동 장치(23)는 하우징(2) 내로 기밀식으로 안내되는 중앙 로드(16)와 연결된다. 커플링 요소(17)는 하우징(2) 내부에서 중앙 로드(16) 상에 배치된다. 이때, 중앙 로드(16)와 커플링 요소(17)는, 중앙 로드(16)가 수나사부를 가지고 커플링 요소(17)가 상응하는 암나사부, 예를 들어 사다리꼴 나사부를 가짐으로써, 스핀들 구동부를 형성한다. 커플링 요소(17)에는 방전 요소(5)마다 반경 방향 외측을 향하는 아암(19)이 배치되며, 이 아암의 외측 단부에는 푸시 로드(15)의 수용을 위한 연결 요소(20)가 배치된다. 이러한 커플링 요소가 도 3에 도시되어 있다. 푸시 로드(15)는 그 일측 단부에 의해 연결 요소(20) 내에 고정되고, 타측 단부에 의해 접촉 요소(9)와 연결된다. 푸시 로드(15)와 접촉 요소(9)의 연결은 도 4에 도시된 바와 같이 탄성적으로 구현된다. 이를 위해, 푸시 로드(15)는 접촉 요소(9)의 보어(30) 내로 삽입된다. 링 형태의 칼라(33)는, 푸시 로드(15)의 단부에 끼워진, 여기서는 나선형 스프링으로서 형성된 스프링(32)을 위한 정지부를 형성한다. 보어(30)가 직경이 더 넓은 보어(31)로 전이되는 지점에 있는 쇼울더는 스프링(32)을 위한 추가 정지부를 형성한다. 보어(31)의 단부는, 푸시 로드(15)가 관통 안내되는 스토퍼(34)에 의해 폐쇄된다. 스토퍼(34)는 푸시 로드(15)가 보어(31)로부터 빠지지 못하게 한다. 접촉 요소(9)가 푸시 로드(15)에 의해 고전압 접점(4)에 가깝게 이동하면, 즉, 푸시 로드(15)가 고전압 접점(9)의 방향으로 더 이동하면, 스프링(32)은 보어(30, 31)들 사이의 칼라(33)와 쇼울더 사이에서 인장되어, 고전압 접점(4)에 대한 접촉 요소(9)의 높은 압착력을 발생시킨다.

작동 장치(23)가 회전하면, 하우징(2) 내부에서 풀 로드(16)가 회전하여 작동 장치(23)의 회전 운동을 커플링 요소(17)를 이용해 푸시 로드(15) 및 접촉 요소(9)로 전달한다. 이때, 운동 방향에 따라 분리 지점(10)이 개방되거나 폐쇄된다.

Claims

접지 접점(3) 및 고전압 접점(4)을 가진 유체 밀봉식 하우징(2)과, 상기 유체 밀봉식 하우징(2) 내에 배치된 방전 요소(5)를 구비한 서지 피뢰기(1)로서,
상기 접지 접점(3) 및 고전압 접점(4)은 각각 하우징(2)의 내부를 외부와 전기적으로 연결하고, 상기 방전 요소는 두 개의 단부 고정체(6, 7) 사이에 인장 요소(11)에 의해 클램핑되는 방전 컬럼(12)을 구비하며, 변위 장치(8)에 의해 축방향으로 변위 가능한 접촉 요소(9)를 이용하여, 방전 요소(5)를 통한 접지 접점(3)으로부터 고전압 접점(4)으로의 전기적 연결이 형성되거나 차단될 수 있는, 서지 피뢰기에 있어서,
접촉 요소(9)는 단부 고정체(6, 7)의 보어(26) 내에서 안내되는 것을 특징으로 하는, 서지 피뢰기(1).
제2항에 있어서, 접촉 요소(9)는 축방향으로 변위 장치(8)와 탄성적으로 연결되는 것을 특징으로 하는, 서지 피뢰기(1).
제1항 또는 제2항에 있어서, 각각 하나의 접촉 요소(9)를 갖는 복수의 방전 요소(5)가 하우징(2) 내에 배치되며, 상기 하우징은 각각의 방전 요소(5)를 위해 각각 하나의 고전압 접점(4)을 가지며, 이때 접촉 요소들(9)은 변위 장치(8)에 의해 공동으로 변위 가능한 것을 특징으로 하는, 서지 피뢰기(1).
제3항에 있어서, 변위 장치(8)는 방전 요소(5)마다, 접촉 요소(9)와 연결된 푸시 로드(15)와, 하우징(2)의 내부로부터 기밀 방식으로 외부로 안내되어 하우징(2)의 외부에서 작동 장치(23)에 의해 운동 가능한 중앙 로드(16)를 하나씩 가지며, 작동 장치(23)의 운동을 접촉 요소(9)에 전달하기 위해 중앙 로드(16) 및 푸시 로드(15)에 커플링 요소(17)가 연결되는 것을 특징으로 하는, 서지 피뢰기(1).
제4항에 있어서, 중앙 로드(16)는 커플링 요소(17)와 함께 스핀들 구동부를 형성하며, 스핀들 구동부는 중앙 로드(16)의 회전 운동을 커플링 요소(17)의 선형 운동으로 변환하는 것을 특징으로 하는, 서지 피뢰기(1).