KR830000850Y1 - 산화아연 피뢰기 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

산화아연 피뢰기

제1도는 온도변화에 대한 V-I 특성을 나타낸 도면.

제2도는 본 고안의 1실시예에 의한 산화아연 소자의 단면도.

제3도는 본 고안의 1실시예에 의한 산화아연 피뢰기의 종단면도.

제4도는 다중 서어지 흡수시의 온도 회복 특성도.

제5도는 본 고안의 다른 실시예에 의한 산화아연 피뢰기의 부분단면도.

제6도는 본 고안의 또 다른 실시예에 의한 산화아연 피뢰기의 종단면도.

제7도는 제6도의 요부의 다른 예를 나타낸 종단면도.

제8도는 제6도의 요부의 다른 예를 나타낸 횡단면도.

제9도는 본 고안의 또 다른 실시예에 의한 산화아연 피뢰기의 종단면도.

제10도는 제9도의 XI-XI선에 따라 절단한 단면도이다.

본 고안은 산화아연을 주성분으로 하는 소결체(燒結體)로된 산화아연 소자를 사용한 산화아연피뢰기에 관한 것이다.

종래의 피뢰기는 직렬 갭(gap)이 달린 피뢰기를 중심으로 개발되어 왔다. 이 피뢰기는 직렬 갭과 특성 요소와의 직렬접속체로 구성되어 직렬 갭을 가진 소호실내의 조그만 틈으로 흐르는 동작전류 아크를 구동하여 그 아크 온도를 상승시켜 아크를 차단하는 방식으로서, 밸브타입 서어지(Valve type surge)피뢰기라 부른다. 이 밸브타입 서어지 피뢰기의 특성요소는 탄화규소(SiC)를 주원료로 하고 있다.

이것에 대하여 갭이 없는 피뢰기가 개발되었다. 이 피뢰기는 탄화규소 대신산화아연 소자를 특성 요소로하여 사용한 것이다. 산화아연 소자는 금속산화물인 산화아연(ZnO)을 주성분으로 하여 이것에 미량의 Bi₂O₃, CoO, MnO, Sb₂O₃등을 첨가 시켜 혼합한 후 소정의형상으로 성형하여 1000℃이상의 고온에서 소성시켜 얻고 있다. 이 산화아연 소자는 탄화규소소자에 비하여 광범위한 전류영역에 걸쳐 인가전압이 거의 일정값으로 유지되도록 전압대 전류특성(V-I특성)을 가지고 있다.

그래서 산화아연 피뢰기는 산화아연 소자의 V-I특서에서 높은 비직선(非直線)을 이용하고 있기 때문에, 피뢰기의 수명은 산화아연 소자의 가전율(Voltage applicating rate; 加電率)에 의존하게 된다. 또한 산화아연 소자의 V-I 특성은 제1도에 나타낸 바와 같이 온도의존성을 나타낸다. 산화아연소자는 통상의 사용상태에서는 높은 비직선성을 갖지만, 소자의 온도가 150℃ 이상이 되면 소자의 누설 전류는 상온에서 1mA의 것이 5mA 이상이 되어 소자가 열폭주 할 위험이 있다. 피뢰기가 이와 같은 상태에 이르는 것은 사용상태에 있어서 다중서어지(多重 Surge), 또는 다중개폐서어지를 흡수한 경우이다. 따라서 광범위한 전류영역에 걸쳐 인가 전압이 거의 일정해지는 V-I 특성을 유지하기 위해서는 다중서어지 흡수시에 있어서 소자의 온도 상승을 억제하는 것이 중요하다.

본 고안의 목적은 다중서어지 흡수후의 온도의 회복특성이 우수한 산화아연 피뢰기를 제공하는데 있다.

본 고안에 의한 산화아연 피뢰기는 거의 원통상으로된 산화아연 소자를 가지고있으며 절연성 매체가 봉입된 밀봉용기내에 위치하고 있다. 산화아연 소자의 중공부(中空部) 내는 주위로 개방되어 그 내외측면이 절연매체에 노출되어 있다. 거의 원통상으로된 산화아연 소자는 종래의 원판모양의 산화아연 소자에 비하여 절연성 매체에 접속되는 면적이 증대된다. 예컨대, 소자가 중복되는 방향의 접촉표면적을 균일하게 한 조건하에서 어느 용량의 소자는 절연성매체에 접촉하는 면적을 약 1.5배로 증대시킬수 있다. 이와 같이 하여 다중서어지 흡수후의 온도가 회복되는 특성은 개선되어 상기의 목적이 달성된다.

제2도는 산화아연 소자를 나타내고 있다. 이 소자(1)는 산화아연을 주성분으로 하며 이것에 미량의 Bi₂O₃, CoO, MnO, Sb₂O₃등을 첨가하여 혼합한후 거의 원통형으로 형성하여 고온에서 소성한 것이다. 그 때문에 소자(1)는 거의 중심부에서 축방향으로 관통한 관통공(2)을 갖고 있다. 또 소자(1)의 축방향 양단에는 각각 금속증착법 등에 의해 형성된 전극(3), (4)을 갖고 있다. 이 전극(3), (4)의 내경은 관통공(2)의 내경보다 수mm크게 되어 있다. 이와 같은 전극의 내경은 후술하는 제3도에 나타낸 산화아연 피뢰기에 적용하는 데 적합하다.

어느 정격용량에 있어서의 종래의 소자와 제2도에 나타낸 소자(1)를 비교하여 보면, 종래의 소자는 원판모양이였기 때문에 외경이 85mm이다. 한편, 소자(1)는 외경 93mm, 내경 31mm로 되어 있다. 따라서 축방향 단면의 면적은 거의 균일하지만, 축부의 표면적은 소자(1)가 약 48% 증가하여있다.

제3도는 제2도에 나타낸 소자(1)로 구성한 산화아연 피뢰기를 나타내고 있다. 애관(碍管)(5)에 양단은 주회로에 접속된 고압도체인 단개(●蓋)(7)와, 접지전위인 단개(6)등에 의해 봉해져 하나의 밀봉용기를 구성하고 있다. 이 밀봉용기의 내부에는 절연성매체가 채워져 있다. 절연성매체로서는 N₂가스, SF₆가스 절연류 등이 선택된다. 단개(7)를 포위하기 위하여 차폐체(8)가 설치되어 있으며 이 차폐체(8)는 단개(7)의 개공을 봉한 방압판(放●板)으로 부터의 절연성매체를 안내한다. 단개(6)에 고정된 베이스(25)에는 하부단자판(10), 복수개의 소자(1), 상부단자판(18)이 겹쳐져 있다.

복수개의 소자(1)는 그 관통공(2) 내에 삽입된 절연지지봉(22)에 의해 지지되어 있다. 절연지지봉(22)은 그 하단이 베이스(25)에 고정되어 있으며, 또 상단은 상부단자판(18)에서 돌출하여 이 돌출부에 접속금구(23)가 결합되어 있다. 이 경우는 접착이라든가 나사 결합에 의해 행해지고 있다. 너트(24)에 의해 접속금구(23)에 결합된 중간판(11)에는 압편(13)이 고정되어 있다.

압편(13)은 애관(5)의 내면에 접속하여 이것에 의해 절연지지봉(22)의 상단의 진동이 방지되고 있다. 중간판(11)과 상부 단자판(18)간에는 스프링(17)이 배치되어 있으며 이 스프링(17)에 의해 각 소자(1)간에 접촉압력을 주고 있다. 또 중간판(11)과 상부단자판(18) 사이는 판스프링 등의 탄성을 가진 접속도체(19)에 의해 전기적으로 접속되어 있다. 중간판(11)과 도체(14)간에는 스프링(15)이 배치되어 있으며 이 스프링(15)에 의해 절연지지봉(22)에 가해지는 인장력을 경감하고 있다. 이 스프링(15)도 소자간에 접촉 압력을 부여하는 힘으로써 사용하는 경우에는 중간판(11)을 절연지지봉(22)에 접동 가능하게 감합하여 중간판(11)이 하부 단자판(10) 축으로 이동할 수 있도록 한다.

중간판(11)과 도체(14) 사이도 탄성을 가진 접속도체(16)에 의해 전기적으로 접속되어 있다. 소자(1)의 관통공(2)의 벽면과 절연지지봉(22) 사이에는 1mm정도의 간격이 있으며 이 간격은 절연지지봉(22)의 축 방향으로 연속되어 있다.

이와 같은 구성은 밀봉용기내의 절연성매체를, 소자(1)의 관통공(2) 내에 까지 가득 채운다. 따라서 소자(1)의 온도상승은 소자(1)의 내외측면으로 부터 절연성매체로 전달된 열에 의해 억체된다. 특히, 절연성매체로서 SF₆가스나 절연유를 사용하면, 소자(1)로 부터의 방출열에 의해 절연성매체는 주로 소자(1)의 관통공(2)으로 상승하여 다시 하부단자판(10)의 개공(10a) 등으로 순환을 반복한다. 이때 소자(1)의 온도상승은 효과적으로 억제된다. 따라서 제4도에 나타낸 바와같이 다중서어지에 대하여 시간(t₁), (t₂)에서 서어지 전류를 흡수하여 소자군이 급격하게 온도가 상승하여도 회복곡선(20)으로 나타낸 바와같이 냉각되어 회복곡선(21)과 같이 열폭주하는 것을방지 할 수 있다. 여기서 직렬 갭을 갖지 않은 산화아연 피뢰기에 있어서 열폭주하는 것을 방지하는 것이 매우 중요하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 또한 본 실시예에 있어서는 그 때문에 소자(1)의 형상을 바꾸었을 뿐이다.

다른 실시예로서 상부단자판(18)의 근방에 냉각용 핀을 설치하는 것도 유효하다. 또 다른 실시예로서 소자(1)의 관통공(2)에 절연물로 제작된 관을 삽입하여 이 관내에 냉각매체를 충전하여도 좋다. 또 이 산화아연 피뢰기는 1개의 절연지지봉(22)에 의해 중복된 소자군을 지지할 수 있으므로 지지하기 위한 구조는 대단히 단순해진다.

또 제2도에 나타낸 바와 같이 전극(3), (4)의 내경을 관통공(2)의 지름보다 크게하고 있기 때문에 절연지지봉(22)에 의해 절연상의 문제를 발생하지 않는다. 그리고 냉각용으로서 소자(1)에 형성한 관통공(2)을 이용하여 절연지지봉(22)을 배치하고 있기 때문에 애관(5) 내에 고전압이 인가되는 도체의 지름을 작게할 수 있다.

예컨대, 소자(1)의 외경 만큼 중간판(11)의 지름을 작게할 수 있다. 이것은 애관(5)의 지름을 작게하기 위해 유효하다. 그리고 소자(1) 및 중간판(11)의 외경을 작게하여 이들과 애관 사이의 거리를 크게할 수 있다는 것은 오손시의 애관(5)의 표면전위분포의 변동을 받지 않게 한다.

제3도의 예에서는 절열지지봉(22)의 상단은 압편(13)에 의해 지지했지만, 제5도에 나타낸 바와 같이 지지하여도 좋다. 이 실시예에 있어서의 접속금구(23)은 중간판(11) 보다 더욱 상방으로 돌출하는 봉상두부(捧狀頭部)(28)를 가지고 있다. 이 봉상두부(28)는 단개(7)에 고정된 받침 금구(29)의 凹부(29a) 내에 감합되어 있다. 봉상두부(28)의 凹부(29a) 내에로의 감합에 의해 절연지지봉(22)의 상단은 지지되어 진동되지 않는다.

이와 같은 구조에 의하면 제3도에 나타낸 압편(13)을 생략할 수 있다. 그래서 상술한 각 실시예는 산화아연 소자를 수납한 밀봉용기를 애관(5)으로 구성하는 점에서 애자형 산화아연 피뢰기라고 일컬어 진다. 이것에 대하여 밀봉용기를 금속제 탱크로 구성한 산화아연 피뢰기가 알려져 있다. 이하, 탱크형 산화아연 피뢰기에 본 고안을 적용한 예를 설명한다.

일반적으로 탱크형 산화아연 피뢰기의 금속제 탱크는 접지전위로 되기 때문에 제3도에 나타낸 실시예에 있어서의 압편(13)이 전기 절연상 문제가 된다. 이 압편(13)을 제거하는 구성은 탱크형 산화아연 피뢰기에도 적용할 수 있다.

제6도는 탱크형 산화아연 피뢰기의 1예를 나타내고 있다. 주 회로에 접속된 고압도체(30)의 용기(31)에는 절연스페이서 (32)를 개재하여 금속제 탱크(33)가 접속되어 있다. 절연 스페이서(32)의 탱크(33)측에 있어서의 고압도체에는 감합용 凹부(34a)를 가진 지지도체(34)가 고정되어 있다. 소자(1)는 제6도와 같이 그 관통공(2) 내에 배치된 절연지지봉(22)에 의해 지지되어 있다. 이 절연지지봉(22)의 상단에는 접속금구(23)가 나사 결합되어 있다. 이 결합에 우선하여 상부단자판(18)상에 스프링(17) 및 중간판(11)에 배치되어 있다. 절연지지봉(22)과 접속금구(23)의 나사 결합에 의해 스프링(17)은 압축되어 각 소자간에 접촉 압력을 부여하고 있다. 지지도체(34)의 凹부(.34a) 내에 접속금구(23)의 돌출봉(28)이 감합되어 이것에 의해 절연지지봉(22)의 상단이 지지되어 있다. 또 접속도체(34)에는 접속자(35)가 취부되어 있으며 이 접촉자(35)에 의해 접속도체(32)와 접속금구(23) 사이가 전기적으로 접속되어 있다. 접촉자(35)의 외주에는 원통형의 시일드(36)가 설치되어 전계의 혼란을 보호한다.

제7도는 겹쳐진 소자의 지지수단으로서의 다른예를 나타내고 있다. 이 지지수단은 절연통(37) 내에 세라믹 콘덴서 소자(38)를 겹쳐 구성되어 있다. 세라믹 콘덴서 소가(38)는 세라믹 블록의 양면에 단자판(39)을 접속하여 구성되어 있으며 스프링(40)에 의해 각 소자간에 접촉압력이 부여되어 있다. 이 지지수단은 제6도에 나타낸 절연지지봉(22)으로 바꾸어서 사용할 수 있다. 특히, 탱크형 산화아연 피뢰기는 탱크(33)가 접지전위이기 때문에 전위분포를 혼란시켜 겹쳐진 각 소자의 분담 전압은 균일하게 되지 않는다. 그러나 제7도에 나타낸 지지수단 즉, 분압용 콘덴서 장치를 사용하는 것이라면 콘덴서소자(38)에 의해 전위분포가 개선되어 겹쳐진 각 소자의 분압분담(分壓分擔)을 거의 균일하게 할 수 있다.

제8도는 지지수단으로서의 다른 실시예를 나타내고 있다. 이 실시예에서는 산화아연소자(1)의 관통공(2)내에 복수개의 절연지지봉(22a), (22b), (22c)을 배치하고 있다. 이와 같은 지지수단은 소자(1)의 관통공(2)내에 다수의 절연성매체를 가득 채울 수 있어 소자(1)의 냉각효과를 더욱 높일수 있다. 제7도 및 제8도에 나타난 지지수단은 상기한 애자형 산화아연피뢰기에 적용할 수도 있다.

제9도는 탱크형 산화아연 피뢰기의 다른 실시예를 나타내고 있다. 제9도의 단면도인 제10도로서 이해되는 것처럼 탱크(33) 내에는 제6도에 나타낸 소자군이 복수 배치되어 각 소자군은 각각 절연지지봉(22)에 의해 지지되어 있다. 그러나 중간판(11)은 3개의 소자군에 의해 공통으로 되어 있으며 이 공통 중간판(11)에 공통도체(40)가 고정되어 있다. 공통도체(40)는 접촉자(35)에 의해 고압도체(30)에 전기적으로 접속되고 있다. 이 예에 있어서 중간판(11)을 공통으로 하고 있기 때문에 3개의 절연 지지봉(22)의 상단을 견고하게 지지할 수 있다. 3개의 소자군은 베이스(25)와 중간판(11)의 사이에서 전기적 병렬로 접속하여도 좋으며 또 전기적 직렬로 접속하여도 좋다.

탱크형 산화아 연피뢰기는 탱크(33)를 수평으로 배치하는 경우도 있다. 제6도의 실시예에서는 절연지지봉(22)의 양단을 지지하고 있기 때문에 안정하여 있다.

제9도의 실시예에서도 공동도체(40)와 고압도체(30) 사이에 제6도에 나타낸 것과 같은 지지구조를 채용하는 것에 의해 수평 배치가 가능하다.

탱크형 산화아연 피뢰기는 탱크(33)를 접지전위로 하여 그 내부에 절연성매체를 충전하고 있기 때문에 탱크(33)의 측부에 강제 순환유로를 구성할 수 있다.

이경우 제8도에 나타낸 지지구성을 채용하면 소자(1)상의 절연매체의 냉각효과를 높일 수 있다.

Claims (1)

1. 절연성 매체를 봉입한 밀봉용기와, 상기의 밀봉용기내에 복수개의 산화아연 소자(1)를 중복하여 이루어지는 소자군과, 상기의 소자군의 각 소자(1)간에 접촉압력을 부여하는 스프링 수단등을 가지며, 상기의 각 소자(1)는 거의 중앙부에 관통공(2)을 가짐과, 동시에 중복된 방향의 양단면에 관통공(2)의 직경보다 큰 내경을 가진 전극(3, 4)을 구비한 산화아연 피뢰기에 있어서, 상기의 소자군은 각 소자(1)의 관통공(2)의 최소한 일부에 의해 중복된 방향으로 연속적으로 형성한 절연메체의 유입부를 가지며, 유입부의 형성을 유지하여 각 소자(1)의 관통공(2) 내에 절연지지봉(22)를 삽입시켜 이 절연지지봉(22)의 일단을 상기의 밀봉용기에 고정함과 동시에, 절연지지봉(22)의 타단을 상기한 각 소자(1)보다도 돌출시켜 이 절연지지봉(22)의 돌출 측단에 위치하는 소자(1)의 단면에 접촉시킨 단자판(18)과 상기의 절연지지봉(22)의 돌출 측단에 고정한 중간판(11) 사이에 각 소자(1) 간에 접촉압력을 부여하는 스프링(17)을 설치한 산화아연 피뢰기.