KR950010631B1

KR950010631B1 - 피뢰기

Info

Publication number: KR950010631B1
Application number: KR1019910005167A
Authority: KR
Inventors: 타께시 가와무라; 이사오 하라다; 토모히사 마쯔시따
Original assignee: 스미도모덴기고오교오 가부시기가이샤; 나까하라 쯔네오
Priority date: 1990-04-02
Filing date: 1991-04-01
Publication date: 1995-09-20
Also published as: CA2038720A1; AU7398491A; US5191503A; AU638817B2; KR910019299A

Abstract

내용 없음.

Description

피뢰기

제1도 내지 제4도는 각각 전류제한소자를 가지는 종래의 피뢰기의 구조예를 예시한 종단면도.

제5(a)도 는 피뢰기를 송전선에 적용한 경우를 예시한 도면.

제5(b)도 는 피뢰기의 배열예의 주요부의 설명도.

제5(c)도 는 피뢰기를 포함하는 피뢰기장치의 회로구성도.

제6(a)도 및 제6(b)도 는 종래의 피뢰기 및 본 발명의 피뢰기의 정전커패시터의 등가회로도.

제7도는 본 발명의 제1실시예에 따른 피뢰기를 예시한 종단면도.

제8도 및 제9도는 본 발명의 제2실시예에 따른 자기소호형 피뢰기를 예시한 종단면도.

제10(a)도 및 제10(b)도 는 본 발명에 따른 자기소호형 피뢰기의 동작을 예시한 설명도.

제11(a)도 내지 제11(c)도는 각각 도전성 내부하우징과 하부전극부재의 접속메카니즘을 예시한 설명도.

제12도는 하부전극부재의 접속부의 모양을 예시한 도면.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

101,201,245 : 도전성 내압하우징 102,203,244 : 전류제한소자

103,205 : 상부전극판 104 : 하부전극판

105 : 상부전극금속부재 106 : 하부전극금속부재

106A,206 : 로드부 107 : 절연피막

108,202 : 유기절연체 109,216 : 스프링

204 : 현가로드 207 : 절삭날부

208 : 금속커버 209 : 절삭날수용부

210 : 가스층 211 : 지지핀

212 : 상부전극현가금속부재 214 : 박판

217 : 착색부 218 : 개구부

219 : 절연체 241 : 철탑

246 : 직렬갭 247 : 아아크

본 발명은 번개서어지로 야기된 비정상 전압으로부터 송전/배전장비를 보호하기 위해 설치되는 피뢰기에 관한 것이다.

제1도 및 제2도는 각각 비선형 저항전류제한소자(이하, 간단히 "전류제한소자"라고 칭함)를 구비한 종래의 피뢰기의 기본구조를 도시한 종단면도이다.

제1도에 도시한 피뢰기는, 상부전극판(103), 하부전극판(104), 스프링(109)등의 전극부재가, FRP등의 원통형 내압절연하우징(111)으로 구획된 내부공간에 격납·고정되어 있고, 상부전극금속부재(105) 및 하부전극금속부재(106)가 상기 하우징의 상단부 및 하단부와 나사결합되어 있으며, 상기 원통형 내압절연 하우징(111)의 외벽면은 유지절연재로 이루어진 절연피막(107)으로 피복되어 있고 상기 하우징의 내부공간은 유기절연재(108)로 채워진 구조로 되어 있다.

제2도에 도시한 피뢰기는, 상술한 내압절연하우징(111)이 절연체(112)로 대체되어 있어, 상부전극판(103), 하부전극판(104), 스프링(109)등의 전극부재가 상기 절연체(112)로 구획된 내부공간에 격납·고정되어 있으며, 상부전극금속부재(105) 및 하부전극금속부재(106)가 절연체의 상단부 및 하단부와 나사결합되어 있고, 상기 절연체의 내부공간부에 절연가스(113)가 채워진 구조로 되어 있다.

물론 피뢰기내의 고장발생시 안전을 위한 대응책으로써 이들 기본구조의 각각에 압력릴리이스구조가 설치되어 있다.

또한, 일본국 특개소 61-151913호 및 동소 60-70702호 공보에는 전류제한소자를 구비한 피뢰기가 개시되어 있다.

제3도는 상기 일본국 특개소 61-151913호 공보의 피뢰기를 도시한 종단면도로서, 측면에 압력릴리이스구멍(224)이 형성된 내압절연실린더(221)내에 전류제한소자(222)가 격납되어 있고, 상기 내압절연실린더(221)의 내·외부에 각각 절연재(223)가 충전 및 피복되어 있는 구조에 아아크링(226)이 부착되어 있다. (225)는 전극이다.

제4도는 상기 일본국 특개소 60-70702호 공보의 피뢰기를 도시한 종단면도로서, 전류제한소자(232)가 내압절연실린더(231)내에 격납되어 있고, 압력릴리이스밸브(233) 및 압력릴리이스개구부(234)가 상기 실린더(231)의 상부 및 하부에 각각 설치되어 있다.

상술한 종래의 각 피뢰기에 있어서는, 통상의 번개서어지의 경우 전류제한소자의 특성에 의해 번개서어지만을 통과시키고, 송전전압상태에서 절연상태를 회복시킴으로써 정전사고를 방지하나, 이와 반대로, 소정치 이상의 과대한 번개서어지에 의해 전류제한소자에서 침투단락고장이나 점동섬락고장이 발생하는 경우에는, 고온 및 고압의 아아크가 내압절연실린더의 안쪽에 발생하여 피뢰기가 폭발하여 산산조각이 난다.

이것을 방지하기 위하여, 제3도에 도시한 피뢰기에 있어서는, 압력릴리이스 구멍의 유기절연재를 섬락의 초기단계에서 아아크압력으로 파괴하고, 한편, 제4도의 피뢰기에 있어서는, 상부 및 하부압력릴리이스밸브를 아아크압력에 의해 개방하여 아아크제트를 방출하고, 아아크에너지에 의해 이온화된 가스를 바깥쪽 아아크호온에 불어 넣음으로써 아아크의 경로를 피뢰기의 안쪽에서 바깥쪽으로 변경시켜 피뢰기가 폭발하여 산산조각하는 것을 방지한다.

제5(a)도는 피뢰기를 송전선에 사용하는 일례를 도시한 것으로, 제5(a)도에 있어서, (251)은 철탑, (252)는 가공지선, (126)은 송전선, (124)는 피뢰기, (122)는 절연체, (127)은 직렬갭이다. 제5도(b)는 피뢰기를 조립한 일례의 주요부를 설명하기 위한 설명도이며, 제5(c)도는 피뢰기장치를 도시한 회로구성도이다.

가공송전/배전선(126)은 지지절연체(122)를 개재하여 철탑의 지지용강철크로스아암(121)에 매달려 있고, 아아크호온(123)이 지지절연체(122)의 상단부 및 하단부에 부착되어 있다. 피뢰기(124)는 지지절연체(122)와 병렬로 배치되어 있으며, 지지절연체(122)의 하단부와 피뢰기(124)의 하단부사이에 직렬갭(127)이 설치되어 있다. 직렬갭(127)의 거리는, 아아크호온갭의 거리가 직렬갭의 거리보다 크고, 직렬갭의 거리가 절환 서어치섬락전압의 거리보다 크게 되는 조건을 만족시키도록 설정되어 있다.

이와 같이 배열된 피뢰기장치의 정상동작에 있어서, 철탑에 전기충격(128)이 가해지면 지지용강철크로스아암(121)과 송전/배전선(126)의 전압은 급격히 높아지게 되나, 아아크호온(123)의 섬락되기 전에 직렬갭(127)을 가로질러 섬락이 발생되어 피뢰기(124)내로 번개서어지전류가 흐르고, 번개서어지전압후의 송전전압에서, 피뢰기(124)내에 내장된 전류제한소자의 특성에 의해 절연이 회복되므로써, 정전사고를 방지하게 된다.

따라서, 번개서어지전압(Vi)의 인가시, 지지절연체(122)의 아아크호온(123)의 갭이 섬락될 수 없도록 재빨리 직렬갭(127)을 섬락하기 위해서는 직렬갭(127)을 교차하는 퍼텐셜기울기(V₂(V/cm))는 아아크호온(123)을 교차하는 퍼텐셜기울기(V₃(V/cm))보다 높아야만 하며, 번개서어지전압의 인가시 피뢰기(124) 대 직렬갭(127)의 분담전압비는 피뢰기(124)의 정전커패시터(C₁) 대 직렬갭(127)의 정전커패시터(C₂)의 정전커패시터비에 의해 결정된다.

그러나, 상술한 종래의 피뢰기의 경우에는, 상부 및 하부전극부재가 서로 절연재료를 개재하여 연결되어 있고, 피뢰기의 정전커패시터(C₁)는 제6도(a)에 도시한 등가회로에서 나타낸 바와 같이 작아지므로, 정전커패시터(C₁) 대 직렬갭의 정전커패시터(C₂)의 비는 C₁

C₂가 된다. 그러므로, (V₂) 및 (V₃)의 퍼텐셜기울기는 상호 근접하게 되어, 지지절연체(122) 측상의 아아크호온(123)이 섬락될 수 있다. 따라서, 지지절연체(122)측에서 아아크호온(123) 사이의 거리를 확장하는 등의 변화를 주는 것이 필요하다. 제6도(a)에 있어서, (C₁)∼(C₅)는 각각 전류제한 소자의 정전커패시터이고, (C₁₁)은 상부 및 하부전극부재를 교차하는 극소의 정전커패시터이다.

또한, 상술한 종래의 각 피뢰기는 전류제한소자, 내압절연실린더, 압력릴리이스구멍 또는 밸브, 및 아아크링 또는 호온으로 구성되어 있으므로, 다음과 같은 문제점이 있다.

(ⅰ) 각 피뢰기는 소호(消弧)형 구조가 아니므로, 단락전류가 흐르는 동안 아아크에너지의 발생이 계속되어 화재의 위험이 있다.

(ⅱ) 압력릴리이스구멍 또는 밸브가 전류제한소자등의 파편에 의해 폐쇄되면, 아아크제트의 방출이 지연되어, 내압절연실린더의 파괴위험이 있다.

(ⅲ) 고온 및 고압의 유해가스가 발생하여 공기중으로 분출된다.

(ⅳ) 구성구품이 산산조각날 위험이 있다.

(ⅴ) 아아크릴 또는 호온 및 압력릴리이스메카니즘이 필요하며 구성의 복잡화를 초래한다.

본 발명의 제1양상은 상기 문제점을 해소하고, 도전성부재로 이루어지고 상부 전극부재와 결합된 내압하우징내에, 전류제한소자를 저장한 것을 특징으로 하는 피뢰기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명의 제2양상은, 자기(自己)소호형 피뢰기를 제공하는 것을 목적으로 하며, 상기 자기소호형 피뢰기는, 전류제한소자 및 상·하부전극부재가 현가로드로 이루어진 현가구조를 개재하여, 하부가 개방된 도전성 내압하우징내에 격납·고정되어 있으며, 이 하우징의 바깥쪽은 절연부로 피복되어 있고 안쪽은 절연체로 채워져 있으므로, 단락고장등에 의한 내부아아크의 발생시, 하부전극부재는, 도전성 내압하우징을 하부전극부재의 일부에 전기접속되도록 아아크에 기인한 에너지에 의해 도전성 내압하우징의 개구부 근방에서 절연체를 파괴하는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 대해서 도면을 참조하면서 설명한다.

제7도는 본 발명의 제1실시예에 의한 피뢰기를 도시한 종단면도이고, 제1도와 동일한 부분에는 동일부호를 병기하고 있다.

본 발명의 제1실시예에 의한 피뢰기에 있어서, 내압하우징(101)은 원통형 도전재료로 이루어져 있다. 도전성 내압하우징(101)의 상단부는 상부전극금속부재(105)와 나사결합되어 있고, 하단부는 부분적으로 개방되어 있다. 도전성 내압하우징(101)의 내부공간에는 전류제한소자(102), 상부전극판(103), 하부전극판(104), 스프링(109) 및 하부전극금속부재(106)의 상부가 격납고정되어 있으며, 하부전극금속부재(106)의 로드부(106a)는 도전성 내압하우징(101)의 하부개구부를 관통하여 부분적으로 바깥쪽으로 돌출되어 있다. 즉, 도전성 내압하우징(101)은 전류제한소자(102)와 하부전극부재를 포함하는 정전커패시터의 한쪽 전극을 형성하도록 되어 있다.

도전성 내압하우징(101)의 외벽면은 유기절연체의 절연피막(107)으로 피복되어 있고, 하부개구부를 포함하는 하우징의 내부공간부는 유기절연체(108)로 충전되어 있다.

본 발명에 따른 상기 피뢰기를 제5(b)도에 도시한 바와 같이 배열한 경우, 제5(c)도의 등가회로에 도시한 피뢰기(124)의 정전커패시터(C₁)는, 제6(b)도의 등가회로에 도시한 바와 같이, 도전성 내압하우징의 하부전극부재를 교차하는 보다 큰 정전커패시터(C₁₀)에 의해 보다 커지므로써, C₁>>C₂의 상태가 된다. 결과적으로, 번개서어지전압(Vi)이 인가되면, V₁

0의 조건을 만족하고 (Vi)의 대부분은 직렬갭에 인가되어 직렬갭을 확실하게 섬락시킬 수 있다. 따라서, 지지절연체가 존재하는 쪽에서 아아크호온 사이의 거리를 확장하는 것과 같은 대응책을 시행할 필요가 있다.

제8도는 본 발명의 제2실시예에 의한 자기소호형 피뢰기를 도시한 종단면도이다.

본 발명의 제2실시예에 의한 피뢰기에 있어서는, 종래의 내압절연실린더 대신에 하부에 개구부(218)를 가지는 도전성 내압하우징(201)을 사용하며, 그 내부에는 전류제한소자(203)와 상부 및 하부전극부재가 격납되어 있다. 상술한 도전성 내압하우징(201)의 바깥쪽에는 유기절연체(202)로 피복되어 있고 또한 이 하우징의 안쪽에는 절연체(202)로 채워짐으로써 도전성 내압하우징(201)으로부터 전류제한소자(203) 및 상·하부전극부재를 절연시킬 수 있다.

전류제한소자(203)의 상부면상에는 박판(214)을 개재하여 상부전극판(205)을 배치하고, 전류제한소자(203)의 하부면상에는 절삭날부(207)와 로드부(206)에 의해 일체로 구성된 하부전극부재가 배치되어 있다. 도전성 내압하우징(210)의 개구부(218)내에는 전극로드부(206)가 절연체(202)를 관통하여 부분적으로 외부로 돌출해 있다. 하부전극부재의 절삭날부(207)는 곡면을 가지는 금속커버(208)로 덮혀 있다. 또한, 절연체(202)로 피복된 하부전극부재의 전극로드부(206)의 일부에 착색부(217)을 부여하여, 하부전극부재의 하향이동을 식별할 수 있다.

절연재료로 이루어진 현가로드(204)는 전류제한소자(203) 및 상부전극판(205)을 관통하여 설치된다. 절삭날부(207)에는 현가로드(204)의 하단부가 위치하고, 현가로드(204)의 상단부는 지지핀(211)에 의해 도전성 내압하우징(201)상에 지지된 상부전극현가금속부재(212)와 너트(213)에 의해 고정되어 있다. 그러므로, 현가구조에 의해 도전성 내압하우징(201)내에는 전류제한소자(203) 및 상·하부전극 부재가 격납·고정되어 있다. 상부전극현가금속부재(212)와 상부전극판(205) 사이에는 스프링(216)이 삽입되어 있고, 상부전극현가금속부재(212)와 도전성 내압하우징(201)은 도전판(215)을 개재하여 연결되어 있다.

제9도는 본 발명에 한 자기소호형 피뢰기의 다른 실시예를 도시한 종단면도이다. 이 실시예는, 절연체가 이중층구조이고, 고절연성을 가지고 내후성을 필요로 하지 않는 절연체(219)가 도전성 내압하우징(210)의 안쪽을 채우기 위해 사용되고, 우수한 내후성을 가지는 절연체(202)가 도전성 내압하우징의 최상층을 피복하기 위해 사용된다는 점에서 제8도의 실시예와 다르다.

한편, 제8도 및 제9도에 있어서 절연체로 피복된 하부전극로드부(206)의 일부분(217)에 착색을 실시하였으나, 하부전극로드부(206)의 노출부에 채색, 시일, 스탬프등으로 표시하여 그의 이동을 나타내도 된다.

제10(a)도 및 제10(b)도는, 각각 정상동작시 및 비정상동작시에, 본 발명에 따른 자기소호형 피뢰기의 효과를 설명하기 위한 도면이다.

동도면에 있어서, (241)은, 철탑, (242)는 절연체, (243)은 송전선, (244)는 전류제한소자, (245)는 도전성 내압하우징, (246)은 직렬갭, (247)은 갭내의 아아크, (248)은 전기전류, (249)은 벼락의 낙하이다.

제10(a)도에 도시한 바와 같이, 벼락의 낙하시 정상동작에 있어서, 번개서어지전류(248)는 전류제한소자(244)를 개재하여 하부전극부로부터 철탑(241)으로 흐르므로, 번개서어지전류후의 송전선(243)으로부터의 전류는 마찬가지 경로로 흐르나, 전류제한소자(244)에 대해 제한된다.

그러나, 전류제한소자가 소정치 이상의 과대한 번개서어지전류 때문에 파괴되거나 점등섬락되면, 아아크에 의해 초래된 급격한 열팽창압력이 제8도에 도시한 피뢰기내에 발생된다. 이 열팽창압력의 일부는 상부전극부의 가스층(210)에 집중되어 전류제한소자(203)등의 도전성 내압하우징(201)내에 격납된 부재를 아래쪽으로 압압하는 방향으로 작용하여서, 지지핀(211)이 파괴됨과 동시에 하부전극부재의 절삭날부(297)가 도전성 커버(208) 및 절연체(202)를 부수고, 제11도(a)의 하부에 도시한 바와 같이 도전성 내압하우징(201)의 절삭날수용부(209)에 도달하므로써, 도전성 내압하우징(201)을 하부전극부재와 전기접속시킨다. 그 결과, 제10도(b)에 도시한 바와 같이, 전류(248)의 경로가 도전성 내압하우징(245)의 안쪽을 개재하여 하부전극부에서 철탑(241)으로 흐르도록 변경되어 내부아아크가 사라지고, 압력상승이 제한되어서 피뢰기가 폭발하여 산산조각나는 것을 방지한다. 동시에, 하부전극로드부(206)의 착색부(217)가 절연체(202)로부터 노출되며, 이것은 전류제한소자가 과대한 번개서어지등에 의해 파괴된 것을 나타낸다.

제11(a)도는 하부전극부재의 절삭날부(207)와, 도전성 내압하우징(201)의 절삭날수용부(209) 사이의 접속상태를 도시한 도면이나, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 절삭날은 제11(b)도에 도시한 바와 같이 원추형상(207)으로 형성되어 수용부(209)의 갭에 압압되어도 되고, 또는, 제11(c)도에 도시한 바와 같이 슬릿이 형성되어 절삭날부(207)를 변형할 수 있도록 하여 절삭날부(207)를 수용부(209)에 맞물리게 할 수도 있다.

제12도에 있어서, 제12(a)도∼제12(h)도는 하부전극부재를 절삭날부 형상의 변형예를 도시한 도면이다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 피뢰기에 있어서, 피뢰기의 정전커패시터는 내압하우징으로서 도전재료를 사용하므로써 증가되므로, 직렬갭에서 번개서어지에 의한 섬락을 더욱 확실하게 한다. 따라서, 절연재가 존재하는 쪽에서 아아크호온 사이의 거리를 확장하는 등의 대책을 시행할 필요가 없으므로, 신뢰성 및 경제성을 향상하고, 송전/배전선 및 그 장치를 위해 피뢰기를 사용하는 경우 피뢰기는 극도의 효과를 발휘하게 된다.

또한, 본 발명에 의한 자기소형 피뢰기에 있어서는, 내압하우징의 도전성 재료로 이루어지고 아아크를 소멸하기 위해 비정상시에 하부전극부재와 전기접속되므로, 피뢰기의 파괴 및 부서짐을 방지할 수 있고, 송전선, 배전장치등에서 피뢰기는 극도의 효과를 발휘할 수 있다.

Claims

번개서어지로부터 장비를 보호하기 위해, 원통형 내압하우징내에 전압전류 비선형 저항소자와 전극부재를 수납하고, 상기 내압하우징의 외벽면을 유기절연체로 피복하는 동시에 내부공간을 유기절연재료로 채운 피뢰기에 있어서, 상기 내압하우징을 도전성재료로 형성하고, 또한 상부전극부재와 결합한 것을 특징으로 하는 피뢰기.
번개서어지로부터 장비를 보호하기 위한 피뢰기에 있어서, 번개서어지에 의해 생긴 전류를 제한하기 위한 전압전류 비선형 저항소자와, 상기 전압전류 비선형 저항소자와 하부전극부재를 수납하고, 상단부는 상부전극부재와 접속되고 하단부는 부분적으로 개방되어 있으며, 외벽면에는 절연체가 피복되어 있고 내부공간에는 절연체로 채워져 있는 도전성 내압하우징으로 구성된 것을 특징으로 하는 피뢰기.
제2항에 있어서, 상기 상부전극부재는 상부전극과 전압전류 비선형 저항부재 사이에 위치하는 상부전극판으로 구성되고, 상기 하부전극부재는 도전성 내압하우징의 하부개구부를 관통하여 외부로 돌출하고 있는 하부로드부를 가지는 하부전극과, 스프링과, 하부전극판으로 구성되는 것을 특징으로 하는 피뢰기.
번개서어지로부터 장비를 보호하기 위한 자기소호형 피뢰기로서, 번개서어지에 의해 생긴 전류를 제한하기 위한 전압전류 비선형 저항소자와, 상기 전압전류 비선형 저항소자와 상부 및 하부전극부재를 수납하고, 하단부는 부분적으로 개방되어 있으며, 외벽면에는 절연체가 피복되어 있고, 내부공간에는 절연체로 채워져 있는 도전성 내압하우징으로 구성되어, 상기 하부전극부재가 단락사고에 의한 내부 아아크의 발생시에, 상기 번개로 인한 에너지에 의해 상기 도전성 내압하우징의 개구부 근방에서 상기 절연체를 파괴하여 상기 하부전극부재의 일부와 상기 도전성 내압하우징을 전기접속하는 것을 특징으로 하는 자기소호형 피뢰기.
제4항에 있어서, 상기 하부전극부재는, 상기 절연체를 파괴해서 상기 도전성 내압하우징과 상기 하부전극부재가 전기접속하도록 칼날부와 돌출부중 하나를 가지는 것을 특징으로 하는 자기소호형 피뢰기.
제4항에 있어서, 상기 도전형 내압하우징은, 상기 절연체를 파괴해서 상기 도전성 내압하우징과 상기 하부전극부재가 전기접속하도록 칼날부와 돌출부중 하나를 가지는 것을 특징으로 하는 자기소호형 피뢰기.
제5항에 있어서, 상기 칼날부와 상기 돌출부는 곡면을 가지는 도전성부재 또는 금속커버로 피복되어 있는 것을 특징으로 하는 자기소호형 피뢰기.
제4항에 있어서, 상기 하부전극부재는, 상기 절연체로 둘러싸인 일부분과 밖으로 돌출된 다른 부분을 가지도록 상기 절연체 아래로 돌출한 로드형 부분을 가지며, 상기 일부분과 다른 부분사이에 색차를 부여하여 상기 하부전극부재의 이동을 식별할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 자기소호형 피뢰기.