KR20190049839A - 서지 어레스터용 단로기 디바이스 및 이러한 단로기 디바이스에 연결된 서지 어레스터를 포함하는 보호 어셈블리 - Google Patents

Abstract

본 개시는 서지 어레스터용 단로기 디바이스 (10) 에 관련된다. 단로기 디바이스 (10) 는 공동 (20)을 둘러싸는 하우징 (15) 및 공동 (20) 내부에 제공된 단로기 유닛 (25)을 포함한다. 단로기 디바이스는 서지 어레스터 및 접지 전위에 연결가능하다. 하우징 (15) 은 하우징 유닛 (14) 의 내부 하우징 (15) 을 형성한다. 하우징 유닛 (14) 은 내부 하우징 (15) 및 외부 하우징 (16) 을 포함한다. 내부 하우징 (15) 의 적어도 하나의 환기 개구 (65) 는 외부 하우징 (16) 의 적어도 하나의 추가 환기 개구 (66) 에 유체 연결되어 동작중인 단로기 카트리지 (26) 로부터의 가스들을 위한 가스 배출 경로를 갖는 미로 (67) 가 형성되도록 한다.

Description

서지 어레스터용 단로기 디바이스 및 이러한 단로기 디바이스에 연결된 서지 어레스터를 포함하는 보호 어셈블리

본 개시의 양태들은 몇 십분의 1 밀리 초보다 길게, 예를 들어 100 ms 보다 길게 지속하여 수 초 이상까지 몇몇 사이클에 걸쳐 연장하는 전기 라인에서의 일시적인 과전압의 경우에 서지 어레스터에서의 전류 흐름을 영구적으로 단로하는 단로기 디바이스에 관한 것이다. 특히, 이들은 화재 위험 보호를 제공하는 단로기 디바이스에 관한 것이다.

금속 산화물 서지 어레스터는 파괴적인 과전압을 유발하는 결과로부터 다른 전기 장치를 보호하기 위해 전기 그리드에 설치된 전기 디바이스이다. 이러한 결과는 전기 시스템 뿐만 아니라 그의 컴포넌트의 손상을 초래할 수도 있다. 작동 원리는 인가된 전압의 함수로서 금속 산화물 저항기의 저항의 강한 비선형적 특징에 기초한다. 이것은 서지 어레스터가 단시간 동안 많은 kA 의 전류를 접지 (ground) 로 드레인함으로써 낙뢰로 인한 과전압의 손상 영향을 제한하도록 한다. 비교해 보면, 서지 어레스터는 정상 서비스 조건 하에서, 몇 년의 동작에 걸쳐 mA 의 부분 누설 전류를 갖는다.

최대 연속 전압 U_c 는 어레스터가 무기한으로 작동할 수 있는 조건을 정의한다. U_c 보다 높게 상승된 전압은 제한된 시간 동안 인가될 수 있으며, 이는 제조자에 의해 특정된다. 이 특정된 시간을 초과하면 과부하를 유발할 것이고, 이는 금속 산화물 서지 어레스터가 열적 한계에 도달하게 하고 고장을 일으켜, 단락 (short circuit) 결함을 초래하고 서지 어레스터의 영구적인 손상을 초래한다.

이러한 고장 경우는 단락 테스트의 사양에 의해 국제 표준 IEC 60099-4 및 IEEE C62.11a 에 의해 인식된다. 테스트 절차에 따르면, 변전소에서의 서지 어레스터 가까이에 설치된 장비의 손상을 방지하기 위해, 서지 어레스터는 하우징의 폭발 비산 (violent shattering) 없이 고장 모드를 제공해야 하고, 테스트 종료 후 2 분 이내에 개방 화염 (open flames) 을 자기 소화시킬 수 있어야 한다.

일시적인 과전압으로부터 전기 그리드 라인을 보호하기 위한 종래의 어셈블리의 문제는, 서지 어레스터가 열적 과부하를 겪기 때문에, 전기 라인에서의 일시적인 과전압이 수십 밀리 초보다 오래, 예를 들어 100 ms 보다 오래 지속하여 수초 이상까지 몇몇 사이클들에 걸쳐 연장하는 경우에 비가역적인 손상을 입는다는 것이다. 일시적인 과전압은 이후 예를 들어 IEC 60099-4:2014; 3.0 판으로 알려진 것과 같은 TOV 로서 지칭된다. 동일한 표준은 임펄스 전압을 몇 밀리 초보다 짧게, 예를 들어 100 ms 보다 짧게 지속하는 시간으로 정의한다.

호주 및 미국의 일부 건조 지역처럼 화재 위험이 높은 지역들에서는, 부가적인 기술 사양들이 화재 점화 위험을 감소시키기 위해 더 엄격한 요건들을 설정하였다: IEC 또는 IEEE 에 의해 규정된 정상 요건에 부가하여, 서지 어레스터는 그 주변에서 화재를 야기하기에 충분한 에너지를 갖는 고온 입자들을 확산시키지 않으면서 고장을 일으켜야 한다.

이것은 접지에 대해 미리 정의된 높이로 장착된 어레스터를 사용하여 단락 회로 테스트를 수행함으로써 입증되며, 여기서 접지는 쉽게 점화하기 쉬운 감열 재료로 이전에 커버되었다. 예를 들어, 호주 표준 AS 1307.2 는 접지에 얇은 교정 용지 층들을 많이 특정하는 한편, USA (Cal fire) 는 연료로 준비된 건조 잔디를 포함한 연료 베드를 특정한다.

서지 어레스터에 의한 화재 증진으로부터의 보호를 위한 이전의 기술적인 해결책은, 주로 결함 전류의 경우 서지 어레스터의 상부 및 하부 단자들 사이에서 아크 (arc) 연소의 영향을 제한하는 개념에 기초한다. 그 결과는 서지 어레스터가 테스트 중 (그리고 나중에 필드에서) 과부하되는 동안, 과부하가 단락 회로 고장을 야기하고, 후속하여 아크가 서지 어레스터 단자들 사이에서 연소하고 있다는 것이다. 단자들에는 특히 아크가 이동하도록 강제하여야 하는, 디벨로프드 (developed) 전극들이 장비됨으로써, 접지로 떨어지는 용융된 금속 액적들의 사이즈를 제한한다.

예를 들어, EP1566869 B1은 서지 어레스터에서의 아크 안내를 위한 형상화된-전극-개념을 개시한다.

위의 문제점들을 고려하여 현재 과부하에 의해 야기된 의도되지 않은 화재에 대한 환경 보호가 개선되어야 한다.

문제점은 단로기 디바이스 및 고 전압 서지 어레스터의 보호 어셈블리에 의해 해결되며, 단로기의 제 1 단자는 고 전압 서지 어레스터에 전기적으로 연결되고 제 2 단자는 접지 전위에 전기적으로 연결된다. 실제 화재 예방은 단로기 디바이스의 설계를 통해 달성된다.

실시형태들에 따른 단로기 디바이스는 서지 어레스터들로부터의 화재 위험에 대해 매우 효과적인 보호를 제공한다. 과부하의 경우, 하우징 내부의 단로기 유닛은, 하나의 단자의 높은 가속에 의해 동작 중에 단로기 유닛 디바이스의 2 개의 단자들을 서로로부터 빠르고 신뢰성있게 분리한다는 점에서 전류를 동작 및 차단 (interrupt) 한다.

기본 실시형태에서, 발명의 단로기 디바이스는:

- 공동 (cavity) 을 둘러싸는 하우징;

- 공동 내부에 제공되고, 서지 어레스터에 연결가능한 제 1 단자, 접지 전위에 연결가능한 제 2 단자, 및 제 2 단자에 제공되고 하우징에 끼워맞춤되는 부재를 갖는 단로기 유닛을 포함한다. 또한, 단로기 유닛은 제 1 단자 및 제 2 단자를 전기적으로 분리하기 위해 공동 내에 제공된 단로기 카트리지를 갖는다.

카트리지는 추가 배리스터 (varistor) 를 형성하는 전용 서지 어레스터가 과열되어서 열적 한계에 도달하고 고장나기 전에 과열되도록 설계된 배리스터 엘리먼트를 포함하는 차지 (charge) 이다. 단순화된 용어들로 표현하면, 단로기 디바이스는 TOV 로부터 실질적인 손상을 겪는 것으로부터 탐색 어레스터를 안전하게 하기 위한 퓨즈로서 작용한다.

위에 언급된 하우징은 하우징 유닛의 내부 하우징을 형성한다. 하우징 유닛은 외부 하우징을 더 포함한다. 내부 하우징은 공동을 내부 하우징의 외부에 공동을 연결하는 적어도 하나의 환기 개구를 포함한다. 외부 하우징은 동작중인 단로기 카트리지로부터 가스를 방출하기 위해 단로기 디바이스의 외부에 내부 하우징의 외부를 연결하는 적어도 하나의 추가 환기 개구를 포함한다. 적어도 하나의 환기 개구 및 적어도 하나의 추가 환기 개구는 동작중인 단로기 카트리지로부터의 가스에 대한 미로 (labyrinth) 가 형성되도록 서로에 대해 변위된다.

실시형태에 의존하여, 일단 단로기 유닛이 동작하면, 공동은 원형 단면 또는 다각형 단면, 특히 가동 부재의 이동 방향 및 공동의 전체 원통형 형상에 의해 정의된 종축 (longitundinal axis) 을 따라 축 방향에서 볼 때 육각형 단면을 갖는다.

미로의 기술적인 효과는 단로기 카트리지에 의해 생성된 가스가 가스 배출 (escape) 경로를 통해 환경으로 배출되도록 하지만 동시에 단로기 디바이스의 환경/주변들에서 화재를 점화하기에 충분한 에너지를 갖는 스파크들 및 고온 입자들이 미로를 떠나고 화재 시 환경을 설정하는 것을 방지한다는 점에 있다. 즉, 미로는 단로기 디바이스의 동작 상태에서 가스를 제외한 모든 물질에 대한 봉쇄 수단으로 작용한다.

원하는 경우, 단로기 카트리지 및 가동 부재, 선택적으로 또한 제 2 단자가 일체형 부분으로서 제공될 수도 있다.

미로는 공동에서 유래하는 어떠한 입자도 방해받지 않고 (unimpededly) 단로기 디바이스의 외부로 공동을 떠날 수 없도록 설계된다. 용어 방해받지 않고는 다음과 같이 이해된다. 공동으로부터 배출하는 고온 가스에 대한 경로는 적어도 하나의 환기 개구, 내부 하우징과 외부 하우징 사이의 공간 및 적어도 하나의 추가 환기 개구를 통해 유도된다. 상기 경로는 단지 잠재적으로 위험한 고온 입자 또는 스파크의 잠재적인 이동 경로만을 동시에 형성하기 때문에, 상기 경로는 직선, 즉 공동으로부터 단로기 디바이스의 환경으로 선형으로는 유도될 수 없지만, 공동으로부터 단로기 디바이스의 환경으로 지그재그 방식으로 유도된다. 그렇게, 잠재적으로 위험한 고온 입자 또는 스파크가 미로의 벽을 날아서 충돌할 것이고, 즉 모든 그의 운동 에너지가 소비되고 스파크가 소화하거나 고온 입자가 미로에 남아있을 때까지 미로에 의해 방해받을 것이다.

실시형태에 의존하여, 미로의 상기 지그재그 형상 경로는, 종축 축 방향에 대해 원주 방향으로 적어도 하나의 환기 개구 및 적어도 하나의 추가 환기 개구의 변위에 의해, 종축 축 방향에 대해 축 방향으로 적어도 하나의 환기 개구 및 적어도 하나의 추가 환기 개구의 변위에 의해, 또는 적어도 하나의 환기 개구 및 적어도 하나의 추가 환기 개구의 원주 및 축 변위의 조합에 의해 형성될 수 있다.

미로 효과 및 이에 따른 입자 트랩 효과는 외부 하우징의 내벽 표면, 내부 하우징의 외벽 표면, 또는 필요한 경우 양자의 벽 표면 모두에 제공된 부가 리브 (rib) 구조들에 의해 강화될 수도 있다.

선택적 추가 안전 보호 조치로서, 적어도 하나의 추가 환기 개구가 잠재적으로 화재를 점화할 수 있는 유해한 사이즈의 입자들이 통과할 수 없도록 설계된다.

발명의 단로기 디바이스는, 그의 부재가 하우징에 의해 안내되고 단로기의 동작 상태에서 단로기 카트리지로부터 가스에 의해 초기 위치로부터 공동의 단부에서의 말단 위치로 추진되도록 가동 방식으로 하우징에 배열된다는 점에서, 알려진 단로기 디바이스들과 상이하다. 이러한 이동은 접지 전위로부터의 서지 어레스터의 기계적 단로를 수반하고 결국 그리드와 접지 전위 사이의 전기 경로의 안정적인 차단을 수반한다. 가동 부재의 선형 이동 때문에, 공동은 길고 원통형인 전체 형상을 갖는다. 용어 초기 위치는 단로기 유닛이 그의 동작 상태로 되기 전에 제 2 단자의 위치로서 이해된다. 용어 공동의 단부에서의 말단 위치는 일단 단로기 유닛이 그 동작 상태를 종결하면 제 2 단자의 위치가 갖는 것으로 이해된다. 가동 부재는 공동 내부에서 이동할 수 있고 실린더에서 또는 피스톤 하우징에서의 피스톤처럼 공동에서 작동한다.

그렇게, 알려진 디바이스들보다 몇 배 큰, 단로기 디바이스의 제 1 및 제 2 단자 사이의 절연 거리를 확립하여 과부하의 경우에 전류의 신뢰성 있는 차단을 방지하는 것이 가능하다.

공동은 하우징의 내벽에 의해 정의된 바와 같이, 이 문서에서 일반적으로 다각형으로 지칭되는, 원, 삼각형, 정사각형, 직사각형, 오각형, 육각형, 칠각형, 팔각형과 같은 상이한 단면들을 가질 수도 있다. 다각형 형상의 공동 및 가동 부재의 단면을 갖는 단로기 디바이스의 실시형태들은, 제 2 단자가 종축을 중심으로 회전하는 것이 방지되기 때문에 유리하다. 그 결과, 그러한 셋업은 접지 전위와 단로기 디바이스의 제 2 단자 사이에 연결된 접지 케이블이 기계적 비틀림에 의해 의도치 않게 찢어지는 것을 보호한다.

필요한 경우, 기밀성을 강화시키기 위해 원주 방향 시일 (미도시) 이 가동 부재와 내부 하우징의 내벽 사이에 제공될 수도 있다.

단로기 유닛의 동작 상태에서 가동 부재의 고속 및 그에 따른 높은 관성 때문에, 상기 가동 부재는 그 말단 위치에서 하우징 유닛에 충돌하고 그 초기 위치를 향해 후방으로 튀어나올 위험이 있다. 이러한 거동은 단로기 디바이스의 제 1 및 제 2 단자 사이의 절연 거리가 작아져서 단로기 디바이스의 제 1 및 제 2 단자 사이의 전기 경로의 원치 않은 재아킹 (re-arcing) 및 재확립이 형성되는 리스크를 포함하기 때문에 바람직하지 않다. 그러한 원치 않은 효과는 일단 가동 부재가 공동의 단부를 향해 추진되었으면 하우징 유닛이 보유 섹션에서 가동 부재를 보유하기 위한 보유 섹션을 갖는다는 점에서 최상으로 방지될 수 있다. 그렇게, 디바이스의 2 개의 분리된 단자들은 단로기 디바이스의 동작 후에 안전한 방식으로 서로 이격된 채로 유지된다.

하우징 유닛의 보유 섹션의 기본 실시형태에서, 상기 보유 섹션은 내부 하우징이 공동 내로 돌출하는 적어도 하나의 돌출부를 갖는 것으로 형성된다. 적어도 하나의 돌출부의 실시형태에 의존하여, 돌출부는 로브 (lobe), 복수의 로브들, 환형 림 (rim) 또는 환형 림의 세그먼트들로서 형상화될 수도 있다. 그러한 보유 수단은 가동 부재의 전용 부분과 형태 끼워맞춤 또는 강제 끼워맞춤 연결을 형성할 수도 있다.

종축에 대해 축 방향으로 공동을 폐쇄하기 위해, 하우징 유닛이 공동의 단부에서 개구를 갖는다면 유리하고, 가동 부재 및 개구는 서로 조정되어 가동 부재의 일부가 그 개구에 끼워맞춤됨으로써 공동을 폐쇄하여 단로기 카트리지의 동작 상태에서 생성된 잠재적으로 화재를 점화할 수 있는 어떠한 스파크들 및 어떠한 유해한 사이즈의 입자들이 그 개구를 통해 공동을 떠날 수 없도록 한다. 즉, 가동 부재가 공동의 제 2 단부를 축 방향으로 밀봉한다면 유리하다. 유리한 실시형태에서, 가동 부재는 위의 섹션에서 언급된 바와 같이 보유 수단에 의해 단로기의 단로 상태에서의 단로기의 동작 상태에서 보유된다.

필요한 경우, 내부 하우징에 의한 가동 부재의 안내는 공동을 구획하는 내부 하우징의 벽 내에서 가동 부재의 접촉 지오메트리에 의해 배타적으로 행해지는 것이 아니라 부가적인 안내 수단에 의해서도 또한 행해질 수도 있다. 예시적인 실시형태에서, 상기 부가 안내 수단은 가동 부재가 단로기 유닛의 동작 중 가동 부재의 이동이 개구에 의해 안내되도록 개구에 끼워맞춤되는 직경을 갖는 관형 섹션을 갖는 것으로 달성된다.

관측자, 예를 들어 스태프 멤버가 단로기 유닛이 이미 동작했는지 여부 또는 그것이 여전히 원시 상태 (pristine state) 인지 여부에 대해 하우징까지의 거리로부터 말할 수 있는 것이 바람직한 경우, 다음의 분리기 디바이스의 실시형태가 유용할 수도 있다. 이러한 단로기 디바이스에서, 가동 부재의 일부는 개구를 통해 그리고 단로기 유닛의 동작 후에 하우징의 외부로부터 가시적이도록 돌출한다. 용어 원시 상태는 동작 전, 즉 단로기 카트리지가 액션에 진입하기 전의 단로기 디바이스의 초기 상태로 이후 이해된다. 그 효과는 개구를 통해 돌출하는 가동 부재의 일부가 관형 섹션에 의해 형성되면 강화될 수 있다.

단로기 유닛의 동작 후 개구를 통해 돌출하는 가동 부재의 일부가 단로기 유닛이 이미 동작했는지 여부 또는 그것이 여전히 원시 상태인지 여부에 대해 시각적으로 더 잘 표시하기 위한 신호 컬러를 갖는 경우, 관측자에 대한 단로기 디바이스의 상태의 검출 능력은 훨씬 더 개선된, 예를 들어 "동작된" 상태일 수 있다.

소정의 실질적인 길이의 가동 부재의 관형 섹션을 가지면, 또한 단로기 디바이스의 제 2 단자에 연결된 접지 케이블이 단로기 디바이스의 장착 상태에서 단로기 디바이스를 동작시키는 시간에 버클링 (buckling) 으로부터 보호하는데 실질적으로 기여한다는 점에서 이롭다. 예시적인 실시형태에서, 관형 섹션은 약 100 밀리미터를 측정한다.

테스트는 적어도 하나의 환기 개구가 내부 하우징에서 단일 개구만이 아니라 복수의 개구들이면 달성가능하다는 것을 입증하였다. 따라서 적어도 하나의 추가 환기 개구에 대해 따라 동일하게 적용된다.

예시적인 실시형태에서, 환기 개구들은 내부 하우징 상에서 원주 방향으로 고르게 분포된다.

단로기 디바이스의 예시적인 실시형태에서, 적어도 하나의 환기 개구는 가동 부재의 이동 방향, 즉 종축을 따라 공동의 전체 형상에 의해 정의된 종축의 방향으로 연장하는 슬롯형 형상을 갖는다. 이러한 셋업은 초기 위치로부터의 가동 부재의 이동의 시작에서 환기 개구의 단면이 작기 때문에 유리하다. 그 결과, 기체 압력은 가동 부재를 초기 위치로부터 공동의 단부에서의 말단 위치를 향하여 추진시키기는데 이용가능하다. 피스톤형 가동 부재가 공동의 단부에서의 말단 위치로 더 가까워질수록, 환기 개구의 전체 단면이 더 커져서 기체 압력이 더 이상 가동 부재를 동작의 시작에서와 같은 정도로 제 2 단부를 향해 추진하는데 기여하지 않도록 한다.

필요한 경우, 적어도 하나의 환기 개구의 형상뿐만 아니라 적어도 하나의 추가 환기 개구의 형상은 가동 부재의 특정 속도 요건들을 충족하도록 조정될 수도 있다.

단로기 디바이스가 전체 사이즈에서 특히 컴팩트하여야 하는 경우, 가동 부재의 적어도 일부가 컵 형상 부분을 갖는다면 유리하고, 컵 형상 부분은 적어도 부분적으로 하나의 단로기 카트리지를 둘러싼다.

단로기 유닛의 제 1 단자는 브라켓 또는 서지 어레스터에 기계적으로 고정되도록 전용되기 때문에, 하우징 유닛이 실질적으로 강성 방식으로 단로기 유닛의 제 1 단자에 기계적으로 연결되면 유리하다.

필요한 경우, 적어도 하나의 추가 환기 개구는 단로기 디바이스의 원시 상태에서, 중합체 재료, 바람직하게는 얇은 중합체 포일로 커버될 수도 있다. 단로기 유닛이 동작하고 공동에서의 가스 압력이 빠르게 상승하면, 박막이 찢어져서 추가 환기 개구가 의도된대로 작동한다. 포일은 단로기 디바이스의 적절한 기능에 부정적 영향을 미칠 수도 있는 비, 먼지, 곤충 등과 같은 환경적 영향들에 대한 단로기 디바이스의 내부 보호에 기여한다.

위에 언급된 유리한 효과들은 위에 설명된 바와 같은 고 전압 서지 어레스터 및 단로기 디바이스를 포함하는, 과부하 보호 어셈블리에도 마찬가지로 적용된다. 이 경우, 서지 어레스터의 제 1 단자는 전기 그리드, 즉 전기 그리드 라인에 전기적으로 연결가능하고, 반면 단로기 디바이스의 제 1 단자는 고 전압 서지 어레스터의 제 2 단자에 전기적으로 연결되는 한편, 단로기 디바이스의 제 2 단자는 접지 전위에 전기적으로 연결가능하다.

많은 양태들이 첨부된 도면들 및 다음의 나머지 설명에서 개시된다.

도 1 은 초기 상태에서, 즉 동작 전에, 제 1 실시형태에 따른 단로기 디바이스의 개략적인 단면도를 나타낸다.
도 2 는 동작 후 도 1 의 단로기 디바이스를 나타낸다.
도 3 은 제 1 단자, 제 2 단자, 단로기 카트리지, 가동 부재 등과 같은 단로기 엘리먼트들이 없는 제 1 실시형태에 따른 단로기 디바이스의 단면도를 나타낸다.
도 4 는 제 1 실시형태에 따른 서지 어레스터 및 단로기 디바이스를 갖는 과부하 보호 어셈블리를 나타낸다.
도 5 는 원시 상태에서, 즉 동작 전에, 제 1 실시형태에 따른 단로기 디바이스의 개략적인 단면도를 나타낸다.
도 6 은 동작 후 도 5 의 단로기 디바이스를 나타낸다.

도면들 및 실시형태들의 상세한 설명

도 1 은 도 3 과 함께 서지 어레스터용 단로기 디바이스 (10) 의 제 1 실시형태를 나타낸다. 단로기 디바이스 (10) 는 내부 하우징 (15) 및 내부 하우징 (15) 주위로 연장하는 외부 하우징 (16) 을 포함하는 하우징 유닛 (14) 을 갖는다. 갭 (17) 은 내부 하우징 (15) 과 외부 하우징 (16) 사이에 제공된다. 도 1 은 하우징 유닛 (14) 의 하나의 절반만을 나타낸다. 하우징 유닛 (14) 의 절반들은 융착, 리베팅 또는 다른 적절한 연결 수단에 의해, 볼트-너트 연결에 의한 플랜지 부분 (18) 에서 서로 연결된다. 하우징 유닛은 중합체 재료와 같은 절연 재료로 만들어진다.

내부 하우징 (15) 은 단로기 유닛 (25) 이 제공되는 공동 (20) 을 한정한다. 단로기 유닛 (25) 은 하우징 유닛 (14) 밖으로 돌출하는 제 1 단자 (30) 를 갖는다. 제 1 단자 (30) 는 서지 어레스터 (미도시) 에 고정되도록 설계된다. 단로기 유닛의 제 2 단자 (35) 는 예를 들어, 그 유연성 때문에 유리한 전기 케이블 (36) 을 통해 접지 전위 (37) 에 연결가능하다. 단로기 카트리지 (26) 는 단로기 유닛 (25) 의 원시 상태에서, 즉 단로기 디바이스의 동작 전에 단로기 유닛 (25) 의 제 1 단자 (30) 와 제 2 단자 (35) 사이에 제공된다. 가동 부재 (40) 가 단로기 유닛 (25) 의 제 2 단자 (35) 에 접속된다. 가동 부재는 공동 (20) 의 단면에 끼워맞춤되어 실린더형 공동 (20) 내에서 피스톤처럼 안내된다. 이것은 공동 (20) 의 단면의 형상 및 사이즈와 매칭하는 가동 부재 (40) 의 림 (50) 에 의해 달성되어 가동 부재 (40) 가 공동 (20) 의 내부를 종축 (19) 을 따라 자유롭게 이동할 수 있도록 슬라이더 지오메트리로서 작용한다.

단로기 유닛 (25) 이 접지에 연결된 제 1 단자 (30) 와 제 2 단자 (35) 사이의 도전 경로에서 전류 과부하의 경우에 동작할 때, 단로기 카트리지 (26) 는 급속으로 가열되어 단로기 유닛 (25) 이 단로기 카트리지 (26) 에 의해 생성되고 제 1 단자 (30) 와 제 2 단자 (35) 사이의 전류 경로를 차단하는 디벨로핑 (developing) 고온 가스로 인해 분리되게 한다. 단로기 카트리지의 기술은 잘 알려져 있다. 단로키 카트리지 (26) 는 추가 배리스터를 형성하는 전용 서지 어레스터 (140) 가 과열되어서 그의 열적 한계에 도달하고 고장나기 전의 온도에 의해 블랭크 카트리지를 점화시킴으로써 과열되고 동작하도록 설계되는 그 블랭크 카트리지 및 SiC-블록으로 형성된 배리스터 엘리먼트를 포함하는 차지이다.

결과적으로, 가동 부재 (40) 는 제 2 단자 (35) 와 함께 카트리지 (26) 로부터 도 1 에 나타낸 공동 (20) 의 하부 단부 (45) 를 향해 디벨로핑 가스에 의해 공동 (20) 내부로 추진된다.

가동 부재 (40) 및 공동 (20) 의 단면은 종축 (19) 의 방향에서 볼 때 육각형이다.

공동 (20) 의 단부 (45) 에 인접하여, 가동 부재 (40) 의 림 (50) 을 공동 (20) 의 하부 단부 (45) 의 말단 위치에 보유하기 위해 제공되는 보유 섹션 (60) 이 내부 하우징의 내벽 상에 환형 돌출부에 의해 형성된다. 상기 환형 돌출부 (48) 의 단면은 약간 변형가능하고, 가동 부재 (40) 의 림 (50) 이 초기 위치 (31) 로부터 말단 위치 (32) 로 그 위에 슬라이딩하도록 하는 원추형 견부 (21) 및 가동 부재 (40) 의 림 (50) 이 그 초기 위치로 역 이동하는 것을 신뢰성 있게 영구적으로 방지하는 정지 견부 (22) 를 갖는다.

도 1 에서, 제 1 단자 (30) 와 제 2 단자 (35) 사이의 전기 전도 경로는 아직 차단되지 않고 전기 전도성 단로기 카트리지 (26) 를 통해 유도된다.

도 2 에서, 도 1 로부터 알려진 단로기 디바이스 (10) 의 스테이터스는 단로기 디바이스 (10) 의 작동 후의 상태로 나타나 있다. 가동 부재 (40) 는 공동 (20) 의 단부 (45) 를 향해 제 2 단자 (35) 와 함께 동작중인 단로기 유닛 (25) 으로부터의 디벨로핑 가스 압력에 의해 추진되었다. 제 1 단자 (30) 및 제 2 단자 (35) 는 제 1 단자 (30) 와 제 2 단자 (35) 사이의 전기 전도 경로가 차단되도록 미리결정가능한 절연 거리만큼 서로 변위된다. 단로기 카트리지 (26) 가 소멸되었기 때문에, 즉 그 구조가 단로기 유닛 (25) 의 동작 중에 용해되었다.

도 2 에서, 가동 부재 (40) 는 공동 (20) 의 단부 (45) 에 위치되고 돌출부 (48) 의 정지 견부 (22) 에 의한 초기 위치로의 임의의 역 이동에 대해 고정된다. 동시에, 공동 (20) 은 하기에서 더 설명되는 환기 개구들을 제외하고는 효과적으로 폐쇄된다. 따라서, 동작중인 단로기 유닛 (25) 으로부터의 고온 고체 입자들이 공동 (20) 내부에, 그리고 이에 따라 하우징 (15) 내부에서 유지된다.

하우징은 상이한 기능들을 달성하도록 설계된다: 이는 가동 부재 (40) 와 함께 공동 (20) 의 한정된 가변 체적을 정의하며, 이는 단로기 카트리지 (26) 의 블라스팅 에너지를 이용하여 과부하 전류를 차단하기에 충분히 높은 (추진된 가동 부재에 그리고 접지 전위 (37) 에 연결된) 제 2 단자 (35) 및 (고정된) 제 1 단자 (30) 의 분리 속도를 야기하기에 적합한 압력 상승을 제공한다. 또한, 가동 부재 (40) 를 보유함으로써, 전류 제로 후 후속 리스트라이크 (restrike) 가 회피된다. 제 1 단자 (30) 와 제 2 단자 (35) 사이의 절연 거리는 과부하의 경우에 원치 않은 재아크를 방지하기에 충분하다.

실시형태들에서, 하우징 (15) 은 공동 (20) 의 단부 (45) 에 위치된 개구 (55)(도 1 참조) 를 갖는다. 가동 부재 (40) 및 개구 (55) 는 서로 조정되어, 단로기 유닛 (25) 의 동작 후에, 가동 부재 (40) 의 부분이 개구 (55) 에 끼워맞춤됨으로써 개구를 폐쇄한다. 예시적으로, 이것은 도 1 및 도 2 에 나타나 있는 한편, 도 2 에 단로기 유닛의 동작 후의 폐쇄 스테이터스가 나타나 있다. 이에 의해, 개구 (55) 를 통해 돌출하는 가동 부재 (40) 의 부분은 인간 관측자에 의해 하우징 (15) 의 외부로부터 가시적이다. 관측자에 의해 "동작된" 스테이터스를 관측자에 의해 보다 용이하게 검출가능하도록 하기 위해, 개구 (55)(도 2 참조) 를 통해 돌출하는 가동 부재 (40) 의 적어도 부분이 신호 컬러, 예를 들어 적색 또는 오렌지색을 가질 수도 있다. 개구 (55) 와 관형 섹션 (42) 사이에는 예를 들어 0.1 mm 내지 5 mm, 보다 전형적으로는 0.5 mm 내지 3.5 mm 의 사이즈를 갖는 작은 원주형 갭만이 존재한다.

도 3 과 함께 도 1 및 도 2 에 나타낸 바와 같이, 내부 하우징 (15) 은 공동 (20) 을 내부 하우징 (15) 외부의 갭 (17) 에 연결하는 복수의 환기 개구들 (65) 을 갖는다. 외부 하우징 (16) 은 갭 (17) 을 단로기 디바이스 (10) 의 외부에 연결시키는 복수의 추가 환기 개구 (66) 를 갖는다. 환기 개구들 (65) 및 추가 환기 개구들 (66) 은 동작중인 단로기 카트리지 (26) 로부터의 가스들에 대한 미로 (67) 가 도중에 공동 (20) 밖에, 즉 그의 가스 배출 경로 (68) 상에 형성되도록 서로에 대해 변위된다. 도 3 은 하우징 유닛 (14) 의 저부에 있는 개구들 (55) 이 가시적이도록 가동 부재 (40) 없이 하우징 유닛 (14) 을 통한 간략화된 단면도이다.

환기 개구들 (65) 뿐만 아니라 추가 환기 개구들 (66) 은 종축 (19) 의 방향으로 연장하는 슬롯형 형상을 갖는 슬롯들이다. 환기 개구 (65) 의 효과는 공동 (20) 내부의 가스 압력의 감소가 촉진되는 한편, 가동 부재 (40) 는 공동 (20) 의 단부 (45) 를 향해 이동한다는 것이다.

도 1 및 도 2 에 도시된 실시형태에서, 가동 부재 (40) 는 적어도 가장 큰 직경을 갖는 부분에서 육각형 단면을 갖는, 돌출 림 (50) 을 갖는 컵의 형상을 갖는다. 도 1 은 단로기 디바이스 (10) 가 적어도 부분적으로 단로기 카트리지 (26) 를 둘러싸는 것을 개시한다. 이러한 방식으로, 제 1 단자 (30) 와 가동 부재 (40) 사이의 체적은 단로기 카트리지 (26) 에 의해 취해진 중요한 부분을 형성하도록 설계된다. 이는 가동 부재 (40) 에 관한한 매우 높은 가속도를 보장한다.

단로기 유닛 (25) 의 제 1 단자 (30) 는 일부 실시형태들에서 스크루잉 (screwing) 에 의해 하우징 (15) 에 장착된다. 즉, 제 1 단자가 하우징 유닛 (14) 을 통해 연장하는 경우, 하우징은 제 1 단자 (30) 상에서 외부 스레드를 끼워맞춤하는 내부 스레드를 갖는다.

도 4 는 고 전압 서지 어레스터 (140) 에 전기적으로 연결되는 단로기 디바이스 (10) 를 갖는 과부하 보호 어셈블리 (11) 를 나타낸다. 서지 어레스터 (140) 의 제 1 단자 (141) 는 전기 그리드 라인 (139) 에 전기적으로 연결가능하다. 단로기 디바이스 (10) 의 제 1 단자 (30) 는 고 전압 서지 어레스터 (140) 의 제 2 단자 (142) 에 전기적으로 연결된다. 단로기 디바이스 (10) 의 제 2 단자 (35) 는 유연성 접지 케이블 (36) 을 통해 접지 전위 (37) 에 전기적으로 연결가능하다. 과부하 보호 어셈블리 (11) 를 전기적으로 절연된 방식으로 마스트 (mast) 또는 철탑과 같은 구조체에 기계적으로 고정하기 위한 브래킷 (143) 이 제공된다.

과부하 보호 어셈블리 (11) 는 다음과 같이 작동한다. 서지 어레스터 (140) 가 과전압 결함으로 인해 미리 결정된 임계 전류를 초과하면 그의 전도성 상태에 진입할 때, 결과의 고 전류가 전기 그리드 라인 (139) 에서 서지 어레스터 (140) 및 단로기 디바이스 (10) 를 통해 접지를 향해 흐른다. 과부하의 초기 상태에서 단로기 유닛 (25) 을 통해 흐르는 동안, 단로기 카트리지 (26) 는 전류 흐름 및 단로기 카트리지 (26) 의 특성에 의해 결정되는 미리결정된 시간 간격 후에 동작한다. 다음으로, 단로기 유닛 (25) 은 통상적으로 매우 고온인 일부 고체 잔류물뿐만 아니라 많은 양의 고온 가스를 생성하면서 동작한다. 결과의 공동 (20) 에서의 압력의 빠른 상승은 가동 부재 (40) 를 공동의 단부 (45) 를 향해 추진시킨다. 동시에, 제 2 단자 (35) 를 통해 단로기 디바이스 (10) 에 연결된 접지와 서지 어레스터 (140) 사이의 전류 흐름이 차단된다. 가동 부재 (40) 를 공동 (20) 의 단부, 즉 제 1 단자와 먼 위치에 안전하게 보유함으로써, 원치 않은 2 차 아크 점화의 리스크가 제거되고 과부하 문제가 해소된다. 일단 단로기 디바이스 (10) 가 동작되었으면, 단로기 카트리지 (26) 가 동작 상태에서 소비되었기 때문에 단로기 디바이스 (10) 가 교체되어야 한다.

단로기 디바이스 (100) 의 제 2 실시형태는 도 5 및 도 6 과 관련하여 나타내고 기재된다. 단로기 디바이스 (100) 의 상기 제 2 실시형태는 기본적으로 도 1 및 도 2 와 관련하여 기재된 것과 동일한 작동 원리를 갖는다. 따라서, 제 1 실시형태와 비교하여 제 2 실시형태의 차이점들만이 이후 논의될 것이며, 반면 동일하거나 적어도 기능적으로 동일한 엘리먼트들은 동일한 참조 문자들로 제공된다. 도 5 는 원시 상태에서, 즉 동작 전에 단로기 디바이스 (100) 를 나타내는 반면, 도 6 은 동작 후의 상태를 나타낸다.

단로기 디바이스의 제 2 실시형태에서, 외부 하우징 (16) 의 디스플레이는 도 3 에 나타낸 것과 동일한 방식으로 존재하고 배열되지만, 도 5 및 도 6 에서는 도면들을 가능한 한 단순하게 유지하기 위해 표시되지 않는다.

제 2 실시형태에서, 내부 하우징 (15) 에서의 공동 (20) 뿐만 아니라 가동 부재 (41) 는 원형 단면을 갖는다. 가동 부재 (41) 의 림 (50) 은 제 1 위치로부터 말단 위치로의 이동을 용이하게 하기 위해 종축의 방향에서 더 길다. 가동 부재 (41) 는 다시 컵 형상화되고 공동 (20) 의 하부 단부 (45) 를 향해 횡방향 및 축방향으로 단로기 카트리지 (26) 를 둘러싼다.

관형 섹션 (42) 은 가동 부재 (41) 의 컵 형상 부분보다 작은 직경을 갖는다. 관형 섹션 (42) 의 직경 및 개구 (55) 의 직경은 관형 섹션 (42) 이 개구 (55) 에서 자유롭게 이동할 수 있도록 서로 조정된다. 또한, 개구 (55) 와 관형 섹션 (42) 사이에는, 예를 들어 0.1 mm 내지 5 mm, 더 전형적으로는 0.5 mm 내지 3.5 mm 의 사이즈를 갖는 작은 원주형 갭만이 존재한다. 일단 단로기 카트리지 (26) 가 동작하고 가동 부재 (41) 가 공동 (20) 의 단부 (45) 를 향해 추진되면, 가동 부재 (41) 의 이동은 내부 하우징 (15) 의 내벽 및 림 (50) 에 의해 한번 그리고 개구 (55) 및 관형 섹션 (42) 의 직경에 의해 한번, 이중으로 안내된다.

제 2 실시형태 (100) 에 대한 변형을 형성하는 (나타내지 않은) 단로기 디바이스의 또 다른 실시형태에서, 내부 하우징 (15) 의 원통형 벽은 환기 개구 (65) 를 갖지 않는다. 가스 배출 경로 (68) 는 가동 부재 (41) 의 림 사이의 제 1 환형 갭을 통해 그리고 하우징 유닛 (14) 의 개구 (55) 와 가동 부재 (41) 의 관형 섹션 (42) 사이의 제 2 환형 갭을 통해 유도된다. 따라서, 동작중인 단로기 유닛 (25) 으로부터의 고온 입자들은 공동 (20) 내부에서 그리고 이에 따라 하우징 유닛 (14) 내부에서 다시 유지되는데, 이는 제 1 환형 갭 및 제 2 환형 갭이 미로를 형성하기 때문이다.

이러한 기재된 설명은 예들을 사용하여, 최상의 모드를 포함하여 본 발명을 개시하며, 당업자로 하여금 임의의 디바이스들 또는 시스템들을 제조 및 이용하는 것 및 임의의 포함된 방법들을 수행하는 것을 포함하여, 본 발명을 실시할 수 있게 한다. 다양한 특정 실시형태들이 앞에서 개시되었지만, 당업자는 청구항들의 사상 및 범위가 동등하게 효과적인 수정들을 허용한다는 것을 인식할 것이다. 특히, 싱슬힌 실시형태들의 상호 비배타적인 특징들은 서로 결합될 수도 있다. 본 발명의 특허가능 범위는 청구항들에 의해 정의되며, 당업자들에게 떠오르는 다른 예들을 포함할 수도 있다. 그러한 다른 예들은, 청구항들의 문자 언어와는 상이하지 않은 구조적 엘리먼트들을 가접지 또는 청구항들의 문자 언어와는 크지 않은 차이들을 갖는 균등의 구조적 엘리먼트들을 포함하면, 청구항들의 범위 내에 있는 것으로 의도된다.

Claims (18)

1. 서지 어레스터 (140) 용 단로기 디바이스 (10, 100) 로서,
   상기 단로기 디바이스 (10) 는
   - 공동 (20) 을 둘러싸는 하우징 (15);
   - 상기 공동 (20) 내부에 제공되고, 상기 서지 어레스터 (140) 에 연결가능한 제 1 단자 (30), 접지 전위 (37) 에 연결가능한 제 2 단자 (35), 상기 제 2 단자 (35) 에 제공되고 상기 하우징 (15) 에 끼워맞춤되는 부재 (40, 41), 및 상기 공동 (20) 에 제공된 단로기 카트리지 (26) 를 갖는, 단로기 유닛 (25) 을 포함하고;
   상기 하우징 (15) 은 하우징 유닛 (14) 의 내부 하우징 (15) 을 형성하고, 상기 하우징 유닛 (14) 은 외부 하우징 (16) 을 더 포함하며,
   상기 내부 하우징 (15) 은 상기 공동 (20) 을 상기 내부 하우징 (15) 의 외부에 연결하는 적어도 하나의 환기 개구 (65) 를 포함하고,
   상기 외부 하우징 (16) 은 동작중인 상기 단로기 카트리지 (26) 로부터 가스들을 방출하기 위해 상기 단로기 디바이스의 외부에 상기 내부 하우징 (15) 의 외부를 연결하는 적어도 하나의 추가 환기 개구 (66) 를 포함하고,
   상기 적어도 하나의 환기 개구 (65) 및 상기 적어도 하나의 추가 환기 개구 (66) 는 상기 동작중인 단로기 카트리지 (26) 로부터의 가스들에 대한 가스 배출 경로 (68) 를 갖는 미로 (67) 가 형성되도록 서로에 대해 변위되는, 서지 어레스터 (140) 용 단로기 디바이스 (10, 100).
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 미로 (67) 는 상기 공동 (20) 에서 유래하는 어떠한 입자도 방해받지 않고 (unimpededly) 상기 단로기 디바이스의 외부로 상기 공동 (20) 을 떠날 수 없도록 설계되는, 서지 어레스터 (140) 용 단로기 디바이스 (10, 100).
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 적어도 하나의 추가 환기 개구 (66) 는 화재를 잠재적으로 점화할 수 있는 어떠한 유해한 사이즈의 입자들도 통과할 수 없도록 설계되는, 서지 어레스터 (140) 용 단로기 디바이스 (10, 100).
4. 제 1 항에 있어서,
   가동 부재 (40, 41) 는 상기 단로기 유닛 (25) 의 동작 상태에서 상기 단로기 카트리지 (26) 로부터의 가스에 의해 초기 위치로부터 상기 공동 (20) 의 단부 (45) 에서의 말단 위치 (32) 로 상기 내부 하우징 (15) 에 의해 안내되도록 가동 방식으로 상기 하우징 (15) 에 배열되는, 서지 어레스터 (140) 용 단로기 디바이스 (10, 100).
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 하우징 유닛 (14) 은 상기 가동 부재 (40, 41) 가 상기 공동 (20) 의 단부 (45) 를 향해 추진되었으면, 보유 섹션 (60) 에서 상기 가동 부재 (40, 41) 를 보유하기 위한 상기 보유 섹션 (60) 을 갖는, 서지 어레스터 (140) 용 단로기 디바이스 (10, 100).
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 하우징 유닛 (14) 의 상기 보유 섹션 (60) 은 상기 내부 하우징 (15) 이 상기 공동 (20) 내로 돌출하는 적어도 하나의 돌출부 (48) 를 갖는 것으로 형성되는, 서지 어레스터 (140) 용 단로기 디바이스 (10, 100).
7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 하우징 유닛 (14) 은 상기 공동 (20) 의 단부 (45) 에 개구 (55) 를 가지며, 가동 부재 (40, 41) 및 상기 개구 (55) 는 상기 가동 부재 (40, 41) 의 일부가 상기 개구 (55) 에 끼워맞춤되어 상기 개구를 폐쇄하도록 서로 조정되는, 서지 어레스터 (140) 용 단로기 디바이스 (10, 100).
8. 제 7 항에 있어서,
   상기 가동 부재 (41) 는 상기 단로기 유닛 (25) 의 동작 중 상기 가동 부재의 이동이 상기 개구 (55) 에 의해 안내되도록 상기 개구 (55) 에 끼워맞춤되는 직경을 갖는 관형 섹션 (42) 을 갖는, 서지 어레스터 (140) 용 단로기 디바이스 (10, 100).
9. 제 7 항에 있어서,
   상기 단로기 유닛 (25) 의 동작 후에, 상기 가동 부재 (40, 41) 의 일부가 상기 하우징 (15) 의 외부로부터 관측자에게 가시적이도록 상기 개구 (55) 를 통해 돌출하는, 서지 어레스터 (140) 용 단로기 디바이스 (10, 100).
10. 제 9 항에 있어서,
    상기 개구 (55) 를 통해 돌출하는 상기 가동 부재 (41) 의 일부는 관형 섹션 (42) 에 의해 형성되는, 서지 어레스터 (140) 용 단로기 디바이스 (100).
11. 제 9 항에 있어서,
    상기 가동 부재 (41) 의 관형 섹션 (42) 은 일단 상기 접지 케이블 (36) 이 상기 제 2 단자 (35) 에 연결되면 상기 단로기 디바이스를 동작시킬 때 상기 접지 케이블 (36) 을 버클링으로부터 보호하는 그 길이인, 서지 어레스터 (140) 용 단로기 디바이스 (100).
12. 제 8 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 단로기 유닛 (25) 의 동작 후에 상기 개구 (55) 를 통해 돌출하는 상기 가동 부재 (40, 41) 의 적어도 일부는 상기 단로기 유닛이 이미 동작했는지 여부 또는 아직 원시 상태에 있는지 여부를 표시하는 신호 컬러를 갖는, 서지 어레스터 (140) 용 단로기 디바이스 (10, 100).
13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 환기 개구 (65) 는 상기 내부 하우징 (15) 에서 복수의 개구들 (65) 로서 형성되는, 서지 어레스터 (140) 용 단로기 디바이스 (10, 100).
14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 환기 개구 (65) 는 가동 부재 (40, 41) 의 이동 방향 및 상기 공동 (20) 의 전체 형상에 의해 정의된 종축의 방향에서 연장하는 슬롯형 형상을 갖는, 서지 어레스터 (140) 용 단로기 디바이스 (10, 100).
15. 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    가동 부재 (40, 41) 의 적어도 일부가 컵 형상 부분을 갖고, 컵 부분은 적어도 부분적으로 상기 단로기 카트리지 (26) 를 둘러싸는, 서지 어레스터 (140) 용 단로기 디바이스 (10, 100).
16. 제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하우징 유닛 (14) 은 상기 단로기 유닛 (25) 의 상기 제 1 단자 (30) 에 기계적으로 연결되는, 서지 어레스터 (140) 용 단로기 디바이스 (10, 100).
17. 제 1 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,
    가동 부재 (40, 41) 및 상기 공동 (20) 의 단면은 다각형 형상인, 서지 어레스터 (140) 용 단로기 디바이스 (10, 100).
18. 제 1 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 기재된 단로기 디바이스 (10, 100) 및 고 전압 서지 어레스터 (140) 를 포함하는 과부하 보호 어셈블리로서,
    상기 서지 어레스터 (140) 의 제 1 단자 (141) 는 전기 그리드 라인 (139) 에 전기적으로 연결가능하고;
    상기 단로기 디바이스 (10) 의 제 1 단자 (30) 는 상기 고 전압 서지 어레스터 (140) 의 제 2 단자 (142) 에 전기적으로 연결되며;
    상기 단로기 디바이스 (10, 100) 의 제 2 단자 (35) 는 접지 전위 (37) 에 전기적으로 연결가능한, 과부하 보호 어셈블리.

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