KR20190074174A

KR20190074174A - 연면방전 실험 지그

Info

Publication number: KR20190074174A
Application number: KR1020180011074A
Authority: KR
Inventors: 신우주; 홍동석
Original assignee: 대한전선 주식회사
Priority date: 2017-12-19
Filing date: 2018-01-30
Publication date: 2019-06-27
Also published as: KR102013950B1

Abstract

본 발명의 일실시예는 시편이 안착되는 하부판; 상기 하부판으로부터 미리 정해진 거리로 이격되며, 상기 하부판의 상부에 구비되는 상부판; 상기 하부판과 상부판을 고정하는 지지부; 상기 하부판과 상부판 사이에 구비되되, 상기 지지부를 따라 이동되며 상기 시편을 가압하는 누름판; 및 상기 누름판의 가압력을 조절하는 가압 조절부를 포함하는 연면방전 실험 지그를 제공한다.

Description

연면방전 실험 지그{CREEPING DISCHARGE TEST JIG}

본 발명은 연면방전 실험 지그에 관한 것으로, 보다 상세하게는 가변 압력분포가 가능한 초고압 연면방전 실험 지그에 관한 것이다.

초고압 절연매질의 전기적 절연성능 확인을 위한 절연파괴 실험은 측정하고자 하는 시료에 정확한 전기적 에너지가 전달되어야 한다. 이에, 실험에 사용되는 전극의 구조, 형상 및 조건 등은 ASTM(American Society for Testing and Materials) 또는 IEC(International Electrotechnical Commission) 시험 규격으로 정해져 있다.

여기서 초고압 절연파괴 실험에 사용되는 지그는 전기적 에너지에 영향이 미치지 않는 절연체로 제작된다.

도 1은 종래의 절연파괴 실험 지그를 보여주는 사시도이다.

도 1에서 보는 바와 같이, 종래의 절연파괴 실험 지그(10)에 구비되는 지지체(20)는 상부 전극(30) 및 하부 전극(40)을 지지 고정한다. 여기서 지지체(20)는 절연체로 이루어질 수 있다.

이와 같은 절연파괴 실험 지그(10)는 상부 전극(30)과 하부 전극(40) 사이에 시편(1)을 배치한 상태에서 상부 전극(30)과 하부 전극(40)으로 AC, DC, lightning, switching 등의 전기적 에너지를 보내어 시편(1)의 절연파괴 실험을 진행한다.

하지만, 이와 같은 종래의 절연파괴 실험 지그(10)는 여러 가지 절연 성능 평가 중 시편(1)의 관통 절연내력만 실험이 가능한 문제가 있다. 즉, 종래의 절연파괴 실험 지그(10)는 시편(1)에 대한 연면방전 실험이 이루어지지 못하는 문제가 있다.

그러나 일반적인 케이블 접속재에는 케이블과 스트레스콘 등의 2가지 이상의 복합 절연매질로 구비될 수 있으며, 이러한 케이블과 스트레스콘에는 일정의 계면 압력이 가해진 상태에서 절연이 이루어진다.

따라서, 케이블 접속재는 계면압력에 따른 연면방전 절연파괴 데이터를 적용한 복합 절연설계가 필요함은 물론 압력 및 온도 따른 연면방전 절연파괴에 대한 절연성능 검증이 반드시 필요하다.

선행문헌 1 : 한국등록특허공보 제10-1587916호(2016.01.18)

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 기술적 과제는, 가변 압력분포가 가능한 초고압 연면방전 실험 지그를 제공하는 것이다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시예는 시편이 안착되는 하부판; 상기 하부판으로부터 미리 정해진 거리로 이격되며, 상기 하부판의 상부에 구비되는 상부판; 상기 하부판과 상부판을 고정하는 지지부; 상기 하부판과 상부판 사이에 구비되되, 상기 지지부를 따라 이동되며 상기 시편을 가압하는 누름판; 및 상기 누름판의 가압력을 조절하는 가압 조절부를 포함하는 연면방전 실험 지그를 제공한다.

본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 누름판에는 상기 지지부에 관통 삽입되는 가이드홀이 형성되어, 상기 누름판은 상기 지지부를 따라 상하로 이동될 수 있다.

본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 하부판, 상부판, 지지부, 누름판 및 가압 조절부는 섬유강화플라스틱(FRP, Fiber Reinforced Plastics)으로 이루어질 수 있다.

본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 상부판에는 상기 가압 조절부와 나사 결합되는 나사 결합홀이 형성되고, 상기 누름판의 상면에는 상기 가압 조절부의 하단부가 누르는 가압홈이 형성될 수 있다.

본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 시편에 가해지는 요구되는 계면압력이 설정된 후, 상기 시편을 가압하는 힘은 하기 계산식(1)에 의해 구해지고, 상기 누름판이 자중에 의해 상기 시편을 누르는 힘은 하기 계산식(2)에 의해 구해지며, 상기 누름판을 누르는 상기 가압 조절부의 힘은 하기 계산식(3)에 의해 구해질 수 있다.

시편을 가압하는 힘[N] = 시편에 가해지는 요구되는 계면압력[kgf/㎠] × 시편의 단면적[㎠] × 9.8 … 계산식(1)

누름판이 시편을 누르는 힘[N] = 누름판의 무게[kgf] × 9.8 … 계산식(2)

누름판을 누르는 가압 조절부의 힘[N] = 시편을 가압하는 힘[N] - 누름판이 시편을 누르는 힘[N] … 계산식(3)

본 발명의 일실시예에 있어서, 볼트로 이루어진 상기 가압 조절부는 토크렌치에 의해 상기 누름판을 누르되, 상기 토크렌치는 하기 계산식(4)에 의해 상기 누름판을 누르는 토크가 계산될 수 있다.

… 계산식(4)

상기에서 설명한 본 발명에 따른 연면방전 실험 지그의 효과를 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따르면, 연면방전 실험 지그는 시편에 대해 미리 정해진 계면 압력을 가한 상태에서 시편에 대한 연면방전 실험이 이루어진다. 따라서, 시편에 대한 정확한 연면방전 절연파괴 성능 평가가 이루어질 수 있다.

본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

도 1은 종래의 절연파괴 실험 지그를 보여주는 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 연면방전 실험 지그의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 가압 조절부가 누름판을 누르고 있는 상태를 보여주는 단면 예시도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 연면방전 실험 지그의 이미지이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 연면방전 실험 지그의 실험 방법을 보여주는 개략적인 순서도이다.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.

이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 연면방전 실험 지그의 사시도이고, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 가압 조절부가 누름판을 누르고 있는 상태를 보여주는 단면 예시도이며, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 연면방전 실험 지그의 이미지이다.

도 2 내지 도 4에서 보는 바와 같이, 연면방전 실험 지그(1000)는 하부판(100), 상부판(200), 지지부(300), 누름판(400) 및 가압 조절부(500)를 포함할 수 있다.

이와 같은 연면방전 실험 지그(1000)는 미리 정해진 계면압력으로 시편(1)을 가압한 상태에서 시편(1)의 연면방전 절연파괴 성능을 평가하도록 이루어진다.

이러한 연면방전 실험 지그(1000)를 구성하는 하부판(100), 상부판(200), 지지부(300), 누름판(400) 및 가압 조절부(500)는 전기적 절연성능과 기계적 강도가 높은 FRP(Fiber Reinforced Plastics)로 이루어질 수 있다. 이와 같이 FRP 재질로 이루어진 연면방전 실험 지그(1000)는 압력이나 온도 가변 시 지그의 변형이 최소화될 수 있다.

이러한 하부판(100)에는 시편(1)이 안착되며, 하부판(100)의 상면은 평평하도록 이루어진다.

그리고 상부판(200)은 하부판(100)의 상부에 구비되되, 하부판(100)으로부터 미리 정해진 거리로 이격 배치된다.

이러한 상부판(200)은 지지부(300)에 의해 고정될 수 있다. 즉, 지지부(300)의 하단부는 하부판(100)에 결합되고, 지지부(300)의 상단부는 상부판(200)에 결합되어 상부판(200)은 하부판(100)으로부터 미리 정해진 거리로 이격 배치될 수 있다.

이와 같은 상부판(200)에는 나사 결합홀(201)이 형성되어, 볼트로 이루어진 가압 조절부(500)와 나사 결합된다. 이에, 가압 조절부(500)가 회전을 통해 미리 정해진 힘으로 누름판(400)을 누르고 있는 상태에서 누름판(400)을 누르는 가압 조절부(500)의 가압력은 상부판(200)에 의해 유지될 수 있다.

다시 말해서, 나사 결합홀(201)이 형성된 상부판(200)은 누름판(400)을 미리 정해진 힘으로 누르고 있는 가압 조절부(500)를 지지하도록 이루어진다.

한편, 누름판(400)은 상부판(200)과 하부판(100) 사이에 구비된다.

이러한 누름판(400)은 하부판(100)에 안착된 시편(1)을 가압하도록 이루어진다.

여기서 누름판(400)에는 지지부(300)에 관통 삽입되는 가이드홀(401)이 형성된다. 여기서 가이드홀(401)은 지지부(300)의 외주면과 대응되는 형상으로 이루어, 누름판(400)은 지지부(300)를 따라 상하로 이동될 수 있다.

이와 같은 누름판(400)의 상면에는 가압홈(410)이 형성된다.

이러한 가압홈(410)은 가압 조절부(500)의 하단부와 대응되는 형상을 이루게 된다. 따라서, 가압 조절부(500)가 누름판(400)은 가압할 시, 가압 조절부(500)의 하단부는 가압홈(410)에 삽입된 상태로 누름판(400)을 누르게 된다. 이러한 가압홈(410)에는 나사산이 별도로 형성되어 있지는 않는다.

이와 같이, 누름판(400)에는 가압홈(410)이 형성되어 가압 조절부(500)는 누름판(400)을 안정적으로 가압할 수 있다.

여기서 누름판(400)에 형성된 가압홈(410)의 개수는 가압 조절부(500)의 개수와 동일하게 이루어진다. 즉, 본 발명의 일실시예와 같이 연면방전 실험 지그(1000)에 복수개의 가압 조절부(500)가 구비되는 경우, 가압홈(410)은 각각 가압 조절부(500)와 대응되는 위치에 복수개로 형성될 수 있다.

한편, 가압 조절부(500)는 누름판(400)의 가압력을 조절하게 된다.

이러한 가압 조절부(500)는 단위의 토크력을 가하는 토크렌치(미도시)의 토크 조정을 통해 누름판(400)에 가해지는 가압력을 조정하게 된다. 즉, 가압 조절부(500)는 시편(1)에 가해지는 요구되는 계면압력에 따라 누름판(400)을 선택적으로 가압하게 된다.

이와 같은 가압 조절부(500)가 누름판(400)을 가압하는 계산 방식은 후술하여 구체적으로 설명하기로 한다.

이와 같이, 연면방전 실험 지그(1000)는 실제 케이블 접속재와 동일하게 시편(1)에 대해 전체적으로 동일한 계면압력을 유지한 상태에서 시편(1)의 연면방전 실험이 이루어진다. 따라서, 연면방전 실험 지그(1000)는 시편(1)의 연면방전을 통해 전압이 누설되어 실제보다 높은 전압에서 절연파괴가 일어나는 연면방전 절연파괴에 대한 정확한 절연성능 검증이 이루어질 수 있다.

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 연면방전 실험 지그의 실험 방법을 보여주는 개략적인 순서도로, 도 2 내지 도 4에서 도시된 부재들과 동일한 부재번호에 의해 지칭되는 부재들은 동일한 구성 및 기능을 가지는 것으로서, 그들 각각에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.

이러한 연면방전 실험 지그(1000)의 실험 방법을 살펴보면, 먼저 하부판(100)의 상면에 시편(1)을 안착시킨다. (S100)

다음으로, 시편(1)의 상면에 누름판(400)을 배치시킨다. (S200)

다음으로, 시편(1)에 요구되는 계면압력이 가해지도록 가압 조절부(500)를 통해 누름판(400)을 가압한다. (S300)

마지막으로, 시편(1)에 전극(미도시)을 통해 전압을 인가하여 시편(1)의 연면방전 절연파괴를 평가한다. (S400)

여기서 가압 조절부(500)를 통해 누름판(400)을 가압하는 단계에서, 시편(1)에 요구되는 계면압력은 가압 조절부(500)를 가압하는 토크렌치에 의해 결정된다. 이때, 시편(1)에 가해지는 요구되는 계면압력은 실제 케이블 접속재에 가하지는 계면압력 값이 될 수 있다.

이러한 가압 조절부(500)를 가압하기 위한 토크렌치의 토크는 계산식(1) 내지(4)를 통해 구해질 수 있다.

이러한 계산식(1)을 통해 시편(1)을 가압하는 힘이 구해질 수 있다. 여기서 무게를 힘으로 단위 환산시 1kgf = 9.8[N]이 된다.

이때, 시편(1)의 단면적은 실험에 사용된 시편(1)을 통해 구해질 수 있으므로, 시편(1)을 가압하는 힘은 구해질 수 있다.

이러한 계산식(2)를 통해 누름판(400)의 자중에 의해 시편(1)을 누르는 힘이 구해질 수 있다. 즉, 대기압 조건에서 시편(1)은 누름판(400)의 무게에 해당하는 힘을 받기 때문에, 누름판(400)의 무게에 무차원 상수 9.8 곱하여 누름판(400)이 시편(1)을 누르는 힘을 구할 수 있다.

이와 같은 계산식(1) 및 계산식(2)로부터 실제적으로 가압 조절부(500)가 누름판(400)을 눌러야 되는 힘이 구해질 수 있다. 이러한 가압 조절부(500)가 누름판(400)을 눌러야 되는 힘은 계산식(3)과 같다.

그리고 계산식(3)을 통해 구해진 누름판(400)을 누르는 가압 조절부(500)의 힘은 계산식(4)에 대입되어 가압 조절부(500)를 가압하는 토크렌치의 토크를 구할 수 있다.

… 계산식(4)

이때,

T : 토크 [N·m]

F_f : Axial tension [N]

d₂ : Pitch diameter [mm]

μ : Friction coefficient of threaded portion

α : Half angle of screw thread (ISO screw 30°)

β : Lead angle [°]

μ_n : Friction coefficient of bearing portion

d_n : Pitch diameter of bearing surface [mm]

여기서, T는 토크렌치의 토크이고, F_f는 누름판을 누르는 가압 조절부의 힘이며, d₂는 가압 조절부의 유효지름이고, μ는 가압 조절부의 마찰계수이며, α는 가압 조절부의 나사산의 반각이고, β는 가압 조절부의 나선의 경사각이고, μ_n는 가압홈의 마찰계수이며, d_n는 가압홈의 유효지름이 될 수 있다.

예를 들어, 가압 조절부(500)가 M12 볼트로 이루어진 경우, 해당 가압 조절부(500)의 볼트 규격은 표 1과 같다.

이와 같이, 가압 조절부(500)의 볼트 규격과 계산식(3)을 통해 구해진 누름판을 누르는 가압 조절부의 힘은 계산식(4)에 대입되어, 가압 조절부(500)를 가압하기 위한 토크렌치의 토크 값은 구해질 수 있다. 이와 같은 계산식(4)는 볼트로 이루어진 가압 조절부(500)에 대해 사용자가 토크렌치의 토크 값을 간편하게 구할 수 있도록 계산된 수식이다.

한편, 상기 계산식(1) 내지 계산식(4)를 역으로 계산할 시, 사용자는 토크렌치의 임의의 토크에 따른 시편(1)이 받는 단위면적당 압력값도 계산할 수 있음은 물론이다.

이에 따라, 연면방전 실험 지그(1000)의 사용자는 사용자가 요구하는 정확한 시편(1)의 계면압력을 유지한 상태에서 시편(1)에 대한 연면방전 실험이 진행할 수 있다. 따라서, 연면방전 실험 지그(1000)는 시편(1)에 대한 정확한 연면방전 절연파괴 성능을 평가하게 된다.

다만, 이는 본 발명의 바람직한 일실시예에 불과할 뿐, 본 발명의 권리 범위가 이러한 실시예의 기재 범위에 의하여 제한되는 것은 아니다.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.

본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

100: 하부판
200: 상부판
201: 나사 결합홀
300: 지지부
400: 누름판
401: 가이드홀
410: 가압홈
500: 가압 조절부
1000: 연면방전 실험 지그

Claims

시편이 안착되는 하부판;
상기 하부판으로부터 미리 정해진 거리로 이격되며, 상기 하부판의 상부에 구비되는 상부판;
상기 하부판과 상부판을 고정하는 지지부;
상기 하부판과 상부판 사이에 구비되되, 상기 지지부를 따라 이동되며 상기 시편을 가압하는 누름판; 및
상기 누름판의 가압력을 조절하는 가압 조절부를 포함하는 연면방전 실험 지그.
제1항에 있어서,
상기 누름판에는 상기 지지부에 관통 삽입되는 가이드홀이 형성되어, 상기 누름판은 상기 지지부를 따라 상하로 이동되는 것을 특징으로 하는 연면방전 실험 지그.
제1항에 있어서,
상기 하부판, 상부판, 지지부, 누름판 및 가압 조절부는 섬유강화플라스틱(FRP, Fiber Reinforced Plastics)으로 이루어진 것을 특징으로 하는 연면방전 실험 지그.
제1항에 있어서,
상기 상부판에는 상기 가압 조절부와 나사 결합되는 나사 결합홀이 형성되고, 상기 누름판의 상면에는 상기 가압 조절부의 하단부가 누르는 가압홈이 형성된 것을 특징으로 하는 연면방전 실험 지그.
제1항에 있어서,
상기 시편에 가해지는 요구되는 계면압력이 설정된 후, 상기 시편을 가압하는 힘은 하기 계산식(1)에 의해 구해지고,
상기 누름판이 자중에 의해 상기 시편을 누르는 힘은 하기 계산식(2)에 의해 구해지며,
상기 누름판을 누르는 상기 가압 조절부의 힘은 하기 계산식(3)에 의해 구해지는 것을 특징으로 하는 연면방전 실험 지그.

시편을 가압하는 힘[N] = 시편에 가해지는 요구되는 계면압력[kgf/㎠] × 시편의 단면적[㎠] × 9.8 … 계산식(1)
누름판이 시편을 누르는 힘[N] = 누름판의 무게[kgf] × 9.8 … 계산식(2)
누름판을 누르는 가압 조절부의 힘[N] = 시편을 가압하는 힘[N] - 누름판이 시편을 누르는 힘[N] … 계산식(3)
제5항에 있어서,
볼트로 이루어진 상기 가압 조절부는 토크렌치에 의해 상기 누름판을 누르되, 상기 토크렌치는 하기 계산식(4)에 의해 상기 누름판을 누르는 토크가 계산되는 것을 특징으로 하는 연면방전 실험 지그.

… 계산식(4)

T : 토크 [N·m]
F_f : Axial tension [N]
d₂ : Pitch diameter [mm]
μ : Friction coefficient of threaded portion
α : Half angle of screw thread
β : Lead angle [°]
μ_n : Friction coefficient of bearing portion
d_n : Pitch diameter of bearing surface [mm]