WO2024205261A1 - 직류 전력 분기용 부스덕트 및 이를 구비하는 직류 전력 부스덕트 시스템 - Google Patents

직류 전력 분기용 부스덕트 및 이를 구비하는 직류 전력 부스덕트 시스템 Download PDF

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WO2024205261A1
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bus duct
power
conductor
pair
branching
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김봉석
이민우
이동은
정근영
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LS Cable and Systems Ltd
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LS Cable and Systems Ltd
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    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B17/00—Insulators or insulating bodies characterised by their form
    • H01B17/56—Insulating bodies
    • H01B17/62—Insulating-layers or insulating-films on metal bodies
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R13/00—Details of coupling devices of the kinds covered by groups H01R12/70 or H01R24/00 - H01R33/00
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02G—INSTALLATION OF ELECTRIC CABLES OR LINES, OR OF COMBINED OPTICAL AND ELECTRIC CABLES OR LINES
    • H02G5/00—Installations of bus-bars
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02G—INSTALLATION OF ELECTRIC CABLES OR LINES, OR OF COMBINED OPTICAL AND ELECTRIC CABLES OR LINES
    • H02G5/00—Installations of bus-bars
    • H02G5/06—Totally-enclosed installations, e.g. in metal casings
    • H02G5/08—Connection boxes therefor

Definitions

  • the present invention relates to a bus duct for branching DC power and a bus duct system having the same. More specifically, the present invention relates to a bus duct for branching DC power and a bus duct system having the same, which can minimize arcs that may occur during the process of installing and removing a branch box in a bus duct for branching DC power and safety accidents resulting therefrom.
  • bus duct systems which replace cables, is rapidly increasing due to their advantages such as large-capacity current transmission, efficient space utilization, ease of construction, and stable power quality.
  • the branch bus duct (Ph-Feeder) that constitutes the bus duct power system has the same basic structure as the general bus duct (Feeder), but has a branch part (plug-in part) for branching, and when the branch box (PH Box) is installed, a tap conductor that can draw current by connecting to the contactor of the branch box is connected to each pole of the bus bar.
  • the present invention provides a bus duct for branching DC power, which can be equipped with a branch box for branching power, comprising: a pair of busbars including conductors; an enclosure for accommodating the pair of busbars; and a pair of tap conductors, each of which is joined to the conductors of the pair of busbars and has a conductive portion exposed through an open opening in which a portion of the enclosure is opened so that a contactor provided in the branch box can be detachably connected, and an insulating portion made of an insulating material is provided at an end of the conductor portion.
  • the pair of busbars may be accommodated inside the enclosure in a laminated state, each of which is covered with an insulator.
  • the pair of tap conductors can be respectively joined at different positions based on the longitudinal direction of the pair of bus bars.
  • the insulating portion can be mounted in the form of an insulating cap in the longitudinal direction of the conductor portion end of the tap conductor.
  • a catch groove is provided in the conductor part of the tap conductor and a catch projection is provided on the inside of the insulating cap, so that separation of the insulating cap can be prevented when mounted.
  • the cross-section of the insulating cap may be configured in a ' ⁇ shape
  • the catch projection may be provided on the inside of the insulating cap
  • the catch groove may be configured in a manner that forms an area in which the cross-sectional width of the tap conductor is reduced.
  • the insulating member can be provided over the entire area of the tap conductor along the longitudinal direction of the bus duct.
  • the insulating portion may be configured in the form of a covering layer or a coating layer.
  • the thickness of the tap conductor may be reduced in the area where the insulating portion is provided.
  • a tap conductor frame may be provided around the opening of the outer case to support the perimeter of the tap conductors exposed through the opening.
  • the present invention can provide a DC power bus duct system including the DC power branch bus duct described above; and a branch box including a pair of contactors electrically connected to the pair of tap conductors respectively, and mounted on an outer case of the DC power branch bus duct.
  • the apparatus comprises: a pair of busbars made of a conductor and an insulator surrounding an outer surface of the conductor; and an enclosure accommodating the pair of busbars; at least one DC power busduct connected to the DC power branch busduct; and at least one connection kit for connecting the DC power branch busduct and the DC power busduct.
  • Figure 1 illustrates a perspective view of a DC power bus duct system to which a DC power branch bus duct according to the present invention is applied.
  • Figure 2 illustrates an exploded perspective view of a DC power bus duct system according to the present invention.
  • Figure 3 illustrates a cross-sectional view of a DC power bus duct of the present invention.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view showing a portion near a branch of a bus duct for branching DC power according to the present invention.
  • FIG. 5 illustrates changes in the contact state between a tap conductor and a contactor during the process of mounting or separating a branch box in a bus duct for branching DC power according to the present invention.
  • FIG. 6 illustrates a cross-sectional view of various embodiments of a tap conductor according to the present invention.
  • FIG. 1 is a perspective view of a DC power bus duct system (1000) to which a DC power branch bus duct according to the present invention is applied
  • FIG. 2 is a perspective view of a DC power bus duct system (1000) according to the present invention in a separated state.
  • a DC power bus duct system (1000) according to the present invention may be configured to include at least one connection kit (200).
  • the bus duct according to the present invention may be configured in a unit standard length, including a pair of bus bars (110) including a conductor (111) for supplying direct current power and an insulator (113) surrounding the outer surface of the conductor; and an outer case (120) for accommodating the pair of bus bars (110), and may be provided with a connection part (140) for connection of a connection kit (200) or the like at both ends.
  • FIGS. 1 and 2 illustrate a state in which one DC power bus duct (100a) and a DC power branch bus duct (100b) are connected via a connection kit (200).
  • a power branch device In order to supply power through a bus duct, a power branch device is required.
  • a branch box (300) can be applied as shown in FIGS. 1 and 2.
  • This branch box (300) can be a so-called PH box equipped with a fuse or switch and to which general power cables, etc. can be connected so that the power transmitted through the bus duct can be transmitted to general power cables, etc.
  • the above branch box (300) is not mounted on all bus ducts, but is mounted on a power branch bus duct (100b) that has a branch section (150) in an area requiring branching.
  • a power branch branch box (300) is detachably mounted on the branch section (150) of the power branch bus duct (100b), and power can be branched by connecting a cable or the like to the branch box (300).
  • the branch box (300) may include a housing (330) equipped with a cover member (320), and the branch section (150) of the bus duct (100b) at the location where the branch box (300) is mounted may be equipped with a tap conductor (160) joined to a bus bar (110) exposed inside a tap conductor frame (165).
  • bus ducts illustrated in FIGS. 1 and 2 are straight bus ducts (100a, 100b), but the direction of the power line can also be changed by using, for example, a bus duct bent in an ' ⁇ ' shape or a connection kit in which the bus bar inserts are configured in an orthogonal direction.
  • an outer case (120) is provided on the upper, lower, and both sides to surround the laminated bus bars (110), and the outer case (120) may be provided with a flange (122, 123, see FIG. 4).
  • the branch box (300) may be mounted on the flange (122).
  • the branch box (300) may be removably mounted on the bus duct (100b) by various types of fixing means (not shown).
  • FIG. 3 illustrates a cross-sectional view of a DC power bus duct (100a) of the present invention
  • FIG. 4 illustrates a cross-sectional view near a branch section (150) of a DC power branch bus duct (100b) according to the present invention.
  • the DC power bus duct (100a) illustrated in FIG. 3 may be configured to include a pair of parallel-stacked bus bars (110) and an outer case (120) that accommodates the bus bars (110), and may be configured to have a connection portion (140, see FIGS. 1 and 2) formed in a manner such that the bus bars (110) are spread apart and a conductor (111) is exposed to connect to a connection kit (200, see FIGS. 1 and 2) that connects the bus ducts to each other at least at one end in the longitudinal direction of the outer case (120).
  • the above busbar (110) may be made of a conductor (111), such as copper or aluminum, whose length is longer than its width.
  • the surfaces of the conductors (111) are each covered with an insulator (113), such as an epoxy coating, and are electrically insulated from each other. Since the busbar (110) carries a high current, it is first covered with an insulator (113) to insulate it, and is housed and protected in an isolated state from the outside within the outer case (120).
  • the configuration of the busbar (110) can be configured in various ways, such as 3 (R, S, T phases) to 5 (R, S, T N, N phases), depending on the installation target or installation environment of the bus duct system (1000), the power capacity to be supplied, etc.
  • busbars 110
  • it can be configured with an even number of busbars (110), such as 2 or 4, distinguished by positive and negative poles.
  • a pair of busbars (110) configured according to an embodiment of the present invention can be accommodated within an outer case (120).
  • the above-mentioned outer case (120) may be composed of a metal material, protect the busbar (110) and provide a heat dissipation function, and may be composed of aluminum or an aluminum alloy material to enable extrusion, etc.
  • the above-mentioned outer case (120) may be composed of an outer surface (121) that surrounds the upper or lower surface of a pair of stacked busbars (110) and a flange portion (122, 123) that surrounds both ends of the busbars (110), and may be manufactured by assembling a plurality of plates to accommodate the stacked busbars (110).
  • a heat dissipation structure (121h) may be provided on the outer surface (121) to improve heat dissipation performance.
  • the basic structure of the DC power branch bus duct (100b) according to the present invention illustrated in FIG. 4 is the same as the DC power bus duct (100a) illustrated in FIG. 3, but is different in that a branch section (150) is provided.
  • the bus duct (100b) for branching DC power according to the present invention is a bus duct for branching DC power that can be equipped with a branch box for branching power
  • the bus duct (100b) for branching DC power according to the present invention can include: a pair of bus bars (110) including conductors (111); an outer case (120) for accommodating the pair of bus bars (110); and a pair of tap conductors (160) each of which is joined to the conductors (111) of the pair of bus bars (110) and exposed through an open opening in which a portion of the outer case (120) is open so that a contactor (not shown, see FIG. 5) provided in the branch box can be detachably connected, and an insulating part (163) made of an insulating material is provided at an end of the conductor part (161).
  • the above pair of busbars (110) may be configured in a form in which each conductor (111) is covered with an insulator (113) and is accommodated inside the outer case (120) in a laminated state.
  • the above branch part (150) can be configured by forming an opening in the width direction end flange area of the busbar (110) in the outer case (120), removing the insulator (113) of the busbar (110), connecting a pair of tap conductors (160) to each of the conductors of the pair of busbars (110), and installing a tap conductor frame (165) around the tap conductors (160).
  • the above tap conductor frame (165) can perform the function of supporting the branch box (300) and electrically connecting the contactor (310) of the branch box (300) and the tap conductor (160), while preventing contact between adjacent tap conductors (160) and separating the space.
  • the pair of tap conductors (160) for the DC power branch according to the present invention can be respectively joined at different positions in the longitudinal direction of the busbar (110).
  • the tap conductor (160) of the DC power bus duct may be configured in an unbent form.
  • bus duct (100b) for branching DC power has a feature in that an insulating portion (163) is provided at the end of the conductor portion (161) constituting the tap conductor (160).
  • the present invention may provide an insulating portion (163) at the end of a conductor portion (161) constituting a tap conductor (160) to prevent the occurrence of an arc between a tap conductor (160) and a contactor (310) of a branch box (300).
  • the insulating portion (163) provided in the tap conductor (160) will be described with reference to FIGS. 5 and 6.
  • Figure 5 illustrates the change in the contact state between the tap conductor (160) and the contactor (310) during the process of mounting or separating the branch box from the DC power branch bus duct (100b) according to the present invention.
  • the contactor (310) provided in the branch box may be configured in the form of an elastic plate-shaped spring slot structure.
  • the tap conductor (160) connected to the busbar (110) of the DC power branch bus duct (100b) according to the present invention may be provided with an insulating portion (163) at the end of the tap conductor (160) to prevent or reduce the occurrence of arcs that may occur during the process of separating or mounting the branch box in the power branch bus duct.
  • the main cause of arcing between conductors is the sudden change in voltage or current that occurs at the boundary of the conductors when they are separated or brought into contact.
  • Such sudden change in voltage or current between conductors can cause an arc caused by an electric discharge between the conductors that are separated or brought into contact.
  • the contactor (310) of the branch box (300) can be configured as an elastic plate-shaped spring slot structure for stable electrical connection with the tap conductor (160), there is a limit to changing the shape of the tap conductor (160).
  • the present invention provides an insulating portion (163) at the end of the tap conductor (160) so that the insulating portion (163) is interposed at the time of contact or separation between the contactor (310) and the tap conductor (160), thereby preventing or minimizing the occurrence of an arc.
  • the state illustrated in FIG. 5(a) illustrates the contact state of the conductor part (161) of the tap conductor (160) and the contactor (310) at the time when the rise begins so that the branch box is separated from the bus duct
  • the state illustrated in FIG. 5(b) illustrates the state immediately before separation at the boundary point (p) of the inner surface of the conductor part (161) of the tap conductor (160) and the contactor (310) during the rising process of the contactor (310)
  • the state illustrated in FIG. 5(c) illustrates the state in which separation of the contactor (310) and the conductor part is completed during the rising process of the contactor (310).
  • the inner surface of the contactor (310) maintains a sliding contact state along the conductor part (161) of the tap conductor (160), but the object of contact of the inner surface of the contactor (310) at the boundary point (p) between the conductor part (161) and the insulation part (163) changes from the conductor part (161) of the tap conductor (160) to the insulation part (163) of the tap conductor (160), so that at the boundary point (p) where a sudden change in voltage difference or current occurs between the conductor part (161) of the tap conductor (160) and the contactor (310), the insulation part (163) is interposed between the conductor part (161) where the voltage difference occurs and the inner surface of the contactor (310), and the conductor part (161) and The occurrence of an arc can be prevented or minimized by dispersing the charge concentrated at the boundary point (p) of the outer surface of the insulating portion (163).
  • FIG. 6 illustrates a cross-sectional view of various embodiments of a tap conductor (160) according to the present invention.
  • FIG. 6(a) illustrates the tap conductor (160) illustrated in FIG. 5 in which the insulating portion (163) is configured in the form of an insulating cap
  • FIGS. 6(b) and 6(c) illustrate examples in which the insulating portion (163) is configured in the form of a covering or coating layer.
  • the shape of the insulating part (163) of the tap conductor (160) provided on the busbar (110) of the bus duct (100b) for branching DC power according to the present invention is not limited as long as it provides contactor insulation performance.
  • the insulating part (163) may be configured in the form of an insulating cap, and the insulating part (163) in the form of an insulating cap may be provided with a catch groove (161g) in the conductor part (161) of the tap conductor (160) and a catch projection (163p) on the inside of the insulating cap, so that separation of the insulating cap may be prevented during the process of mounting or dismounting the branch box (300) when mounting the insulating cap.
  • the cross-section of the insulating cap is configured in a ' ⁇ ' shape, and the catch (163p) is provided in the form of a catch that protrudes inwardly on the inside of the insulating cap so that it is caught and fixed in a catch groove (161g) formed in the conductor portion (161) of the tap conductor (160) so that it cannot be easily separated when installed.
  • the catch groove (161g) of the tap conductor (160) can be formed in a manner that forms an area in which the cross-sectional width of the tap conductor (160) is reduced.
  • the insulating part (163) in the form of an insulating cap, it may also be configured in a method of coating or covering the end of the tap conductor (160) as shown in FIG. 6(b) and FIG. 6(c).
  • the insulating part (163) is configured in the form of a covering or coating, there is an advantage in that the shape of the end of the tap conductor (160) is less restricted and the cost can be reduced.
  • the tap conductor (160) is formed in a shape in which the thickness of the tap conductor (160) is reduced in correspondence to the thickness of the insulating portion (163) in the area where the insulating portion (163) is provided, thereby resolving the problem of increased possibility of discharge due to electric field concentration in the portion where the conductor protrudes.
  • the insulating portion (163) is formed in the form of an insulating cap as shown in FIG. 6(a)
  • the height (h) of the insulating portion (163) in the tap conductor (160) be configured to be approximately 5% to 30% of the total height (H) of the tap conductor (160).
  • the height (h) of the insulating portion (163) is less than 5% of the total height (H) of the tap conductor (160), a structure in which the insulating portion is stably fixed is not formed, or the insulating portion (163) is not covered or coated with sufficient strength, causing a problem in which the insulating portion (163) is easily separated or detached from the conductive portion (161). If it is greater than 30%, there is no difference in the effect of preventing arc occurrence, so it was confirmed that there is no need to make it unnecessarily large.
  • the thickness of the insulating portion (163) it is important to appropriately determine the thickness of the insulating portion (163). If the thickness of the insulating portion (163) is too thin, the insulating performance may decrease, thereby lowering the arc occurrence suppression performance, and the insulating portion (163) may be easily damaged due to friction of the contactor. Meanwhile, since the thickness of the insulating portion (163) does not need to be unnecessarily large, from this perspective, it is preferable that the thickness of the insulating portion (163) be configured to be approximately 0.05 mm to 5 mm.

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Abstract

본 발명은 직류 전력 분기용 부스덕트에 분기박스의 장탈착 과정에서 발생될 수 있는 아크 및 그에 따른 안전사고를 최소화할 수 있는 직류 분기용 부스덕트 및 이를 구비하는 부스덕트 시스템에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 직류 전력 분기용 부스덕트는 도체를 포함하는 한쌍의 부스바, 한 쌍의 부스바를 수용하는 외함 및 한쌍의 부스바의 도체와 각각 접합되고, 외함의 일부가 개방된 개방구를 통해 노출되어 분기박스에 구비된 컨택터가 착탈 가능하게 접속될 수 있는 도체부 및 도체부 단부에 절연 재질로 구성되는 절연부가 구비되는 한 쌍의 탭도체를 구비하는 것을 특징으로 한다.

Description

직류 전력 분기용 부스덕트 및 이를 구비하는 직류 전력 부스덕트 시스템
본 발명은 직류 전력 분기용 부스덕트 및 이를 구비하는 부스덕트 시스템에 관한 것이다. 보다 상세하게, 본 발명은 직류 전력 분기용 부스덕트에 분기박스의 장탈착 과정에서 발생될 수 있는 아크 및 그에 따른 안전사고를 최소화할 수 있는 직류 전력 분기용 부스덕트 및 이를 구비하는 부스덕트 시스템에 관한 것이다.
케이블을 대신하는 부스덕트 시스템은 대용량 전류전송, 효율적인 공간 활용, 시공 편리성, 전력 품질 안정성 등의 장점으로 그 사용이 급격히 증가되고 있다.
더 나아가 직류전원 기반 디지털 기기의 사용과 부하의 급격한 증가로 에너지 효율성을 높이고 신재생 에너지원, 분산전원이 확대되면서 데이터 센터, 통신타워, 그린/스마트 빌딩 등에서 DC 전원 공급을 위한 부스덕트의 수요도 함께 증가하고 있다.
부스덕트 전력 시스템을 구성하는 분기용 부스덕트(Ph-Feeder)는 기본구조가 일반 부스덕트(Feeder)와 같으나 분기를 위한 분기부(Plug-in part)를 가지며, 분기박스(PH Box) 장착시 분기박스의 컨택터에 접속되어 전류를 인출할 수 있는 탭도체가 각각의 극별 부스바에 접합되어 있다.
기존 교류 부스덕트 시스템에서는 시간에 따라 전류 극성이 주기적으로 변화되므로, 활선상태에서 분기박스를 부스덕트에 장탈착할 경우, 전류의 크기가 반복적으로 제로점에 도달하여 아크가 발생되어도 쉽게 제거될 수 있어, 아크 발생이 크게 문제되지 않는다.
하지만, 직류 부스덕트 시스템에서는 시간에 따라 직류 극성이 변화하지 않으므로, 활선상태에서 분기박스를 부스덕트에 장탈착 시에 도체간 접점이 접촉 또는 분리될 때 접점 사이를 점프하는 아크가 발생될 수 있으며, 직류의 경우 전류가 제로점을 도달하지 않고 유지되기 때문에 아크 발생시 이를 제거하기 어렵고 전기화재 발생 위험성이 크다.
본 발명은 직류 전력 분기용 부스덕트에 분기박스의 장탈착 과정에서 발생될 수 있는 아크 및 그에 따른 안전사고를 최소화할 수 있는 직류 전력 분기용 부스덕트 및 이를 구비하는 부스덕트 시스템을 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 전력 분기를 위한 분기박스가 장착될 수 있는 직류 전력 분기용 부스덕트에 있어서, 도체를 포함하는 한 쌍의 부스바; 상기 한 쌍의 부스바를 수용하는 외함; 및, 상기 한 쌍의 부스바의 도체와 각각 접합되고, 상기 외함의 일부가 개방된 개방구를 통해 노출되어, 상기 분기박스에 구비된 컨택터가 착탈 가능하게 접속될 수 있는 도체부 및 상기 도체부 단부에 절연 재질로 구성되는 절연부가 구비되는 한 쌍의 탭도체;를 포함하는 직류 전력 분기용 부스덕트를 제공할 수 있다.
또한, 상기 한 쌍의 부스바는 각각 절연체로 피복되고 적층된 상태로 상기 외함 내부에 수용될 수 있다.
이 경우, 상기 탭도체에서 상기 절연부의 높이는 상기 탭도체 전체 높이의 5% 내지 30%일 수 있다.
그리고, 상기 절연부의 두께는 0.05mm 내지 5mm일 수 있다.
여기서, 상기 한 쌍의 탭도체는 상기 한 쌍의 부스바의 길이방향을 기준으로 서로 다른 위치에 각각 접합될 수 있다.
또한, 상기 절연부는 상기 탭도체의 도체부 단부의 길이방향으로 절연캡 형태로 장착될 수 있다.
이 경우, 상기 탭도체의 도체부에 걸림홈이 구비되고 상기 절연캡의 내측에 걸림돌기가 구비되어, 상기 절연캡의 장착시 분리가 방지될 수 있다.
그리고, 상기 절연캡의 단면은 'П자 형태로 구성되고, 상기 걸림돌기는 상기 절연캡 내측에 구비되고, 상기 걸림홈은 탭도체의 단면 기준 폭이 감소되는 영역을 형성하는 방법으로 구성될 수 있다.
여기서, 상기 절연부는 부스덕트의 길이방향을 따라 상기 탭도체의 전체 영역에 구비될 수 있다.
또한, 상기 절연부는 피복층 또는 코팅층 형태로 구성될 수 있다.
이 경우, 상기 절연부와 상기 탭도체의 외주면 경계영역에서 단차 발생을 방지하기 위하여 상기 절연부 구비영역에서 상기 탭도체의 두께가 감소될 수 있다.
그리고, 상기 외함의 개방구 주변에 상기 개방구를 통해 노출된 탭도체들의 둘레를 지지하기 위한 탭도체 프레임이 구비될 수 있다.
또한, 상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 전술한 직류 전력 분기용 부스덕트; 및 상기 한 쌍의 탭도체에 전기적으로 각각 접속되는 한 쌍의 컨택터를 포함하고, 상기 직류 전력 분기용 부스덕트의 외함에 장착되는 분기박스;를 포함하는 직류 전력 부스덕트 시스템을 제공할 수 있다.
여기서, 도체 및 상기 도체의 외주면을 둘러싼 절연체로 이루어진 한 쌍의 부스바 및 상기 한 쌍의 부스바를 수용하는 외함;을 포함하여 구성되고, 상기 직류 전력 분기용 부스덕트에 접속되는 적어도 하나의 직류 전력 부스덕트; 및, 상기 직류 전력 분기용 부스덕트 및 상기 직류 전력 부스덕트를 접속하기 위한 적어도 하나의 접속키트;를 더 포함할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 직류 전력 분기용 부스덕트가 적용된 직류 전력 부스덕트 시스템의 사시도를 도시한다.
도 2는 본 발명에 따른 직류 전력 부스덕트 시스템의 분해 사시도를 도시한다.
도 3은 본 발명의 직류 전력 부스덕트의 단면도를 도시한다.
도 4는 본 발명에 따른 직류 전력 분기용 부스덕트의 분기부 근방에서의 단면도를 도시한다.
도 5는 본 발명에 따른 직류 전력 분기용 부스덕트에 분기박스가 장착되는 과정 또는 분리되는 과정에서 탭도체와 컨택터의 접촉 상태의 변화를 도시한다.
도 6은 본 발명에 따른 탭도체의 다양한 실시예의 단면도를 도시한다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명된 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록, 그리고 당업자에게 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조 번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 1은 본 발명에 따른 직류 전력 분기용 부스덕트가 적용된 직류 전력 부스덕트 시스템(1000)의 사시도를 도시하며, 도 2는 본 발명에 따른 직류 전력 부스덕트 시스템(1000)의 분리된 상태의 사시도를 도시한다.
본 발명에 따른 직류 전력 부스덕트 시스템(1000)은 적어도 하나의 접속키트(200)를 포함하여 구성될 수 있다.
본 발명에 따른 부스덕트는 직류 전력 공급용으로 도체(111) 및 상기 도체의 외주면을 둘러싼 절연체(113)를 포함하는 한 쌍의 부스바(110); 및 상기 한 쌍의 부스바(110)를 수용하는 외함(120)을 포함하여 단위 규격 길이로 구성될 수 있고, 양단에 접속키트(200) 등의 접속을 위한 접속부(140)가 구비될 수 있다.
도 1 및 도 2에 도시된 실시예는 하나의 직류 전력 부스덕트(100a)와 직류 전력 분기용 부스덕트(100b)가 접속키트(200)를 매개로 접속된 상태를 도시한다.
부스덕트를 통한 전력 공급을 위해서는 전력 분기장치가 요구된다. 이러한 분기장치로서 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 분기박스(300)가 적용될 수 있다.
이러한 분기박스(300)에는 부스덕트를 통해 전달된 전력을 일반 전력용 케이블 등에 전달할 수 있도록 일반 전력용 케이블 등이 연결 가능하고, 휴즈 또는 스위치가 구비된 소위 피에이치박스(PH Box)일 수 있다.
상기 분기박스(300)는 모든 부스덕트에 장착되는 것이 아니라 분기가 필요한 영역에 분기부(150)가 구비된 전력 분기용 부스덕트(100b)에 장착된다. 구체적으로, 상기 전력 분기용 부스덕트(100b)의 분기부(150) 상에 전력 분기용 분기박스(300)를 착탈 가능하게 장착하고 분기박스(300)에 케이블 등을 연결하여 전력을 분기할 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 상기 분기박스(300)는 커버부재(320)가 구비된 하우징(330)을 포함할 수 있고, 상기 분기박스(300)가 장착되는 위치의 상기 부스덕트(100b)의 분기부(150)는 부스바(110)에 접합된 탭도체(160)가 탭도체 프레임 (165) 내측으로 노출되어 구비될 수 있다.
도 1 및 도 2에 도시된 부스덕트들은 직선형 부스덕트들(100a, 100b)이 도시되나, 예를 들면 'ㄱ'자 형태로 절곡된 부스덕트 또는 부스바 삽입부가 직교하는 방향으로 구성된 접속키트를 이용하여 전력 선로의 방향을 변경할 수도 있다.
샌드위치 타입으로 부스바(110)가 적층되어 구비되는 부스덕트의 경우 상부, 하부 및 양측면에 외함(120)이 구비되어 적층된 부스바(110)를 감쌀 수 있으며, 외함(120)에는 플렌지(122, 123, 도 4 참조) 등이 구비될 수 있다. 상기 플렌지(122) 상에 상기 분기박스(300)가 장착될 수 있다. 상기 분기박스(300)는 다양한 형태의 고정수단(미도시)으로 부스덕트(100b)에 착탈 가능하게 장착될수 있다.
도 3은 본 발명의 직류 전력 부스덕트(100a)의 단면도를 도시하며, 도 4는 본 발명에 따른 직류 전력 분기용 부스덕트(100b)의 분기부(150) 근방에서의 단면도를 도시한다.
도 3에 도시된 직류 전력 부스덕트(100a)는 한 쌍의 평행하게 적층된 부스바(110) 및 부스바(110)를 수용하는 외함(120)을 포함하여 구성될 수 있고 상기 외함(120)의 길이방향 적어도 일단에 부스덕트와 부스덕트를 서로 연결하는 접속키트(200, 도 1 및 도 2 참조)와 연결하기 위하여 상기 부스바(110)가 벌어진 상태로 도체(111)가 노출되어 형성되는 접속부(140, 도 1 및 도 2 참조)를 구성할 수 있다.
상기 부스바(110)는 폭보다 길이가 긴 구리나 알루미늄 등의 도체(111)로 이루어질 수 있다. 상기 도체(111) 표면은 각각 에폭시 코팅 등의 절연체(113)에 의해 피복되어 서로 전기적으로 절연되어 있다. 상기 부스바(110)는 고전류가 흐르기 때문에 1차적으로 절연체(113)를 피복하여 절연하고, 상기 외함(120) 내부에서 외부와 격리된 상태로 수용되어 보호된다.
교류 전력 공급을 위한 부스덕트의 경우 상기 부스바(110)의 구성은 부스덕트 시스템(1000)의 설치대상이나 설치환경, 공급하는 전력용량 등에 따라 3개(R, S, T 상) 내지 5개(R, S, T N, N 상) 등 다양하게 구성할 수 있으나 직류의 경우 양극과 음극으로 구별되는 2개 또는 4개 등의 짝수 개의 부스바(110)로 구성될 수 있다.
도 4와 같이, 본 발명의 실시예에 따라 구성되는 한 쌍의 부스바(110)는 외함(120) 내에 수용될 수 있다.
상기 외함(120)은 금속재질로 구성될 수 있으며, 부스바(110)를 보호하고 방열 기능을 제공하며, 압출 등이 가능하도록 알루미늄 또는 알루미늄 합금 재질로 구성될 수 있다.
상기 외함(120)은 적층된 한 쌍의 부스바(110)의 상면 또는 하면을 감싸는 외면부(121)와 부스바(110)의 양측단을 감싸는 플렌지부(122, 123)로 구성될 수 있고, 복수 개의 판재를 조립하는 방식으로 제작하여 적층된 부스바(110)를 수용할 수 있다. 또한, 상기 외면부(121)에는 방열구조(121h)가 구비되어 방열 성능을 향상시킬 수 있다.
그리고, 도 4에 도시된 본 발명에 따른 직류 전력 분기용 부스덕트(100b)의 기본적인 구조는 도 3에 도시된 직류 전력 부스덕트(100a)와 동일하나 분기부(150)가 구비된다는 점에서 차이가 있다.
또한, 본 발명에 따른 직류 전력 분기용 부스덕트(100b)는 전력 분기를 위한 분기박스가 장착될 수 있는 직류 전력 분기용 부스덕트이며, 구체적으로 본 발명에 따른 직류 전력 분기용 부스덕트(100b)는 도체(111)를 포함하는 한 쌍의 부스바(110); 상기 한 쌍의 부스바(110)를 수용하는 외함(120); 및, 상기 한 쌍의 부스바(110)의 도체(111)와 각각 접합되고, 상기 외함(120)의 일부가 개방된 개방구를 통해 노출되어, 상기 분기박스에 구비된 컨택터(미도시, 도 5 참조)가 착탈 가능하게 접속될 수 있는 도체부(161) 및 상기 도체부(161) 단부에 절연 재질로 구성되는 절연부(163)가 구비되는 한 쌍의 탭도체(160);를 포함할 수 있다.
상기 한 쌍의 부스바(110) 각각 도체(111)가 절연체(113)으로 피복되고 적층된 상태로 상기 외함(120) 내부에 수용되는 형태로 구성될 수 있다.
상기 분기부(150)는 상기 외함(120)에 부스바(110)의 폭방향 단부측 플렌지 영역에 개방구를 형성하고, 부스바(110)의 절연체(113)를 제거한 후 한 쌍의 탭도체(160)를 한 쌍의 부스바(110)의 도체에 각각 접합하고, 상기 탭도체(160) 둘레에 탭도체 프레임(165)을 설치하여 구성할 수 있다.
상기 탭도체 프레임(165)은 상기 분기박스(300)를 지지하면서 상기 분기박스(300)의 컨택터(310)와 탭도체(160)가 전기적으로 접속되되 인접한 탭도체(160) 간에 접촉을 방지하며 공간을 분리 구획하는 기능을 수행할 수 있다.
본 발명에 따른 직류 전력 분기용 상기 한 쌍의 탭도체(160)는 상기 부스바(110)의 길이방향으로 서로 다른 위치에 각각 접합될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에서는 부스바(110)의 개수가 2개이고, 탭도체(160)의 위치를 부스바의 길이방향으로 이격 배치하는 경우 분기박스(300)의 컨택터(310)와 접촉 공간이 부족하지 않을 수 있으므로 직류전력 부스덕트의 탭도체(160)는 절곡되지 않은 형태로 구성될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 직류 전력 분기용 부스덕트(100b)는 상기 탭도체(160)를 구성하는 도체부(161)의 단부에 절연부(163)가 구비되는 특징을 갖는다.
교류 시스템에서는 전류의 크기가 반복적으로 제로점에 도달하여 아크가 발생되어도 쉽게 제거될 수 있으나, 직류 시스템의 경우 도체간 접점이 접촉 또는 분리되는 경우, 접점 사이를 점프하는 아크가 발생될 수 있고, 본 발명은 이러한 아크 발생을 감소시키고 안전 사고를 방지하기 위하여 탭도체(160)와 분기박스(300)의 컨택터(310) 사이의 아크 발생을 방지하기 위하여 탭도체(160)를 구성하는 도체부(161) 단부에 절연부(163)를 구비할 수 있다. 이하, 도 5 및 도 6을 참조하여 탭도체(160)에 구비된 절연부(163)에 대하여 설명한다.
도 5는 본 발명에 따른 직류 전력 분기용 부스덕트(100b)에 분기박스가 장착되는 과정 또는 분리되는 과정에서 탭도체(160)와 컨택터(310)의 접촉 상태의 변화를 도시한다. 그리고 상기 분기박스에 구비되는 컨택터(310)는 탄성을 지닌 판형 스프링 슬롯 구조 형태로 구성될 수 있다.
본 발명에 따른 직류 전력 분기용 부스덕트(100b)의 부스바(110)에 접합되는 탭도체(160)는 전력 분기용 부스덕트에서 분기박스의 분리 또는 장착과정에서 발생될 수 있는 아크 발생의 방지 또는 저감을 위하여 탭도체(160) 단부에 절연부(163)가 구비될 수 있다.
직류 전력을 사용하는 시스템에서 도체 간의 아크 발생의 주요 원인은 도체 간의 분리 및 접촉 시 도체의 경계 부분에서 발생하는 전압차 또는 전류의 급격한 변화가 그 원인이 되며, 이와 같은 도체 간의 전압 차이나 전류의 급격한 변화는 분리 또는 접촉되는 도체 사이에서 전기 방전에 의한 아크를 발생시킬 수 있다.
이러한 아크 발생 방지를 위하여 도체의 형상을 부드럽게 곡면화 하는 등의 방법도 가능하지만, 분기박스(300)의 컨택터(310)는 탭도체(160)와 안정적인 전기적 접속을 위하여 탄성을 지닌 판형 스프링 슬롯 구조로 구성될 수 있으므로 탭도체(160) 형상 변경에 한계가 있다.
따라서, 본 발명은 탭도체(160) 단부에 절연부(163)를 구비하여 컨택터(310)과 탭도체(160)의 접촉 또는 분리 시점에 절연부(163)가 개재되도록 하여 아크의 발생을 방지 또는 최소화하였다.
도 5(a)에 도시된 상태는 분기박스가 부스덕트에서 분리되도록 상승이 시작되는 시점의 탭도체(160)의 도체부(161)와 컨택터(310)의 접촉 상태를 도시하며, 도 5(b)에 도시된 상태는 컨택터(310)의 상승과정에서 탭도체(160)의 도체부(161)와 컨택터(310) 내주면의 경계점(p)에서 분리 직전 상태를 도시하며, 도 5(c)에 도시된 상태는 컨택터(310)의 상승과정에서 컨택터(310)와 도체부가 분리가 완료된 상태를 도시한다.
이와 같이, 탭도체(160) 단부에 절연부(163)가 구비된 상태로 분기박스를 분리하는 경우, 상기 컨택터(310)의 내주면은 탭도체(160)의 도체부(161)를 따라 슬라이딩 접촉상태를 유지하나, 도체부(161)와 절연부(163)의 경계점(p)에서 컨택터(310)의 내주면이 접촉하는 대상은 탭도체(160)의 도체부(161)에서 탭도체(160)의 절연부(163)로 변경되므로 탭도체(160)의 도체부(161)와 컨택터(310)의 상기 경계점(p)에서 발생하는 전압차 또는 전류의 급격한 변화가 발생되는 경계점(p)에서 절연부(163)가 전압차가 발생된 도체부(161)와 컨택터(310)의 내주면 사이에 개재되고 도체부(161)와 절연부(163)의 외주면의 경계점(p)에 집중된 전하가 분산되도록 하여 아크의 발생을 방지 또는 최소화할 수 있다.
이와 같은 아크 발생 방지 또는 저감 효과는 분기박스를 부스덕트에서 분리하는 경우 외에 분기박스를 부스덕트에 장착하는 경우에도 마찬가지로 기대할 수 있다.
도 6은 본 발명에 따른 탭도체(160)의 다양한 실시예의 단면도를 도시한다.
구체적으로, 도 6(a)에 도시된 실시예는 상기 절연부(163)가 절연캡 형태로 구성되는 도 5에 도시된 탭도체(160)를 도시하며, 도 6(b) 및 도 6(c)는 절연부(163)가 피복 또는 코팅층 형태로 구성되는 예를 도시한다.
본 발명에 따른 직류 전력 분기용 부스덕트(100b)의 부스바(110)에 구비된 탭도체(160)의 절연부(163)는 컨택터절연성능을 제공하는 경우라면 형태가 제한되지 않는다.
따라서, 도 6(a)에 도시된 바와 같이, 상기 절연부(163)는 절연캡 형태로 구성될 수 있고, 절연캡 형태의 상기 절연부(163)는 상기 탭도체(160)의 도체부(161)에 걸림홈(161g)이 구비되고 상기 절연캡 내측에 걸림돌기(163p)가 구비되어, 상기 절연캡의 장착시 분기박스(300)의 장착 또는 분리과정에서 상기 절연캡의 분리가 방지될 수 있다.
그리고, 상기 절연캡의 단면은 전체적으로 도 6(a)에 도시된 바와 같이, 'П자 형태로 구성되고, 상기 걸림돌기(163p)는 상기 절연캡 내측에 내측 방향으로 돌출된 돌기 형태로 구비되어 탭도체(160)의 도체부(161)에 형성된 걸림홈(161g)에 걸림 고정되어 장착이 완료된 상태에서 쉽게 분리되지 않을 수 있다.
그리고, 상기 탭도체(160)의 걸림홈(161g)은 상기 탭도체(160)의 단면 기준 폭이 감소되는 영역을 형성하는 방법으로 형성될 수 있다.
그리고, 상기 절연부(163)는 절연캡 형태로 구성되어 장착되는 방법 이외에도 도 6(b) 및 도 6(c)에 도시된 바와 같이, 상기 탭도체(160)의 단부를 코팅 또는 피복하는 방법으로 구성될 수도 있다. 상기 절연부(163)를 피복 또는 코팅 형태로 구성하는 경우 탭도체(160)의 단부의 형상 제약이 덜하고 비용을 줄일 수 있다는 장점이 있다.
그리고, 도 6(b) 및 도 6(c)에 도시된 바와 같이, 상기 절연부(163)을 피복 또는 코팅등의 방법으로 구성하는 경우에도 상기 탭도체(160)의 외주면의 도체부(161)와 상기 절연부(163)의 경계점(p)에서 단차 발생을 방지하기 위하여 상기 절연부(163) 구비영역에서 절연부(163)의 두께에 대응하여 탭도체(160)의 두께가 감소되는 형상으로 탭도체(160)를 구성하여 도체가 돌출되는 부분에서 전계 집중에 의한 방전 가능성이 높아지는 문제를 해소할 수 있다. 물론, 도 6(a)에 도시된 바와 같이, 상기 절연부(163)를 절연캡 형태로 구성하는 경우에도, 절연캡과 탭도체의 도체부 경계영역에서 단차가 발생되지 않고 플랫한 형상이 되도록 상기 절연캡의 형상과 두께를 설계하는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 탭도체(160)에서 상기 절연부(163)의 높이(h)는 상기 탭도체(160) 전체 높이(H)의 5% 내지 30% 정도로 구성되는 것이 바람직하다.
상기 절연부(163)의 높이(h)는 상기 탭도체(160) 전체 높이(H)의 5%보다 작은 경우 절연부가 안정적으로 고정되는 구조물을 형성하거나, 충분한 강도로 피복 또는 코팅되지 못하여 절연부(163)가 도체부(161)에서 쉽게 분리 또는 이탈되는 문제가 발생되고, 30%보다 큰 경우 아크 발생 방지 효과에 차이가 없으므로, 불필요하게 크게 할 필요가 없음을 확인하였다.
또한, 상기 절연부(163)의 두께를 적절하게 정하는 것이 중요한데, 상기 절연부(163)의 두께가 너무 얇을 경우 절연 성능이 떨어져 아크 발생 억제 성능이 저하될 수 있으며, 컨택터의 마찰로 인해 절연부(163)가 쉽게 파손될 수 있다. 한편, 상기 절연부(163)의 두께가 불필요하게 클 필요가 없으므로, 이러한 관점에서 상기 절연부(163)의 두께는 0.05mm 내지 5mm 정도로 구성되는 것이 바람직하다.
본 명세서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 당업자는 이하에서 서술하는 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경 실시할 수 있을 것이다. 그러므로 변형된 실시가 기본적으로 본 발명의 특허청구범위의 구성요소를 포함한다면 모두 본 발명의 기술적 범주에 포함된다고 보아야 한다.

Claims (15)

  1. 전력 분기를 위한 분기박스가 장착될 수 있는 직류 전력 분기용 부스덕트에 있어서,
    도체를 포함하는 한 쌍의 부스바;
    상기 한 쌍의 부스바를 수용하는 외함; 및,
    상기 한 쌍의 부스바의 도체와 각각 접합되고, 상기 외함의 일부가 개방된 개방구를 통해 노출되어, 상기 분기박스에 구비된 컨택터가 착탈 가능하게 접속될 수 있는 도체부 및 상기 도체부 단부에 절연 재질로 구성되는 절연부가 구비되는 한 쌍의 탭도체;를 포함하는 직류 전력 분기용 부스덕트.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 한 쌍의 부스바는 각각 절연체로 피복되고 적층된 상태로 상기 외함 내부에 수용되는 것을 특징으로 하는 직류 전력 분기용 부스덕트.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 탭도체에서 상기 절연부의 높이는 상기 탭도체 전체 높이의 5% 내지 30%인 것을 특징으로 하는 직류 전력 분기용 부스덕트.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 절연부의 두께는 0.05mm 내지 5mm인 것을 특징으로 하는 직류 전력 분기용 부스덕트.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 한 쌍의 탭도체는 상기 한 쌍의 부스바의 길이방향을 기준으로 서로 다른 위치에 각각 접합되는 것을 특징으로 하는 직류 전력 분기용 부스덕트.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 절연부는 상기 탭도체의 도체부 단부의 길이방향으로 절연캡 형태로 장착되는 것을 특징으로 하는 직류 전력 분기용 부스덕트.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 탭도체의 도체부에 걸림홈이 구비되고 상기 절연캡의 내측에 걸림돌기가 구비되어, 상기 절연캡의 장착시 분리가 방지되는 것을 특징으로 하는 직류 전력 분기용 부스덕트.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 절연캡의 단면은 'П자 형태로 구성되고, 상기 걸림돌기는 상기 절연캡 내측에 구비되고, 상기 걸림홈은 탭도체의 단면 기준 폭이 감소되는 영역을 형성하는 방법으로 구성되는 것을 특징으로 하는 직류 전력 분기용 부스덕트.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 절연부는 부스덕트의 길이방향을 따라 상기 탭도체의 전체 영역에 구비되는 것을 특징으로 하는 직류 전력 분기용 부스덕트.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 절연부는 피복층 또는 코팅층 형태로 구성되는 것을 특징으로 하는 직류 전력 분기용 부스덕트.
  11. 제6항에 있어서,
    상기 절연부와 상기 탭도체의 외주면 경계영역에서 단차 발생을 방지하기 위하여 상기 절연부 구비영역에서 상기 탭도체의 두께가 감소되는 것을 특징으로 하는 직류 전력 분기용 부스덕트.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 절연부와 상기 탭도체의 외주면 경계영역에서 단차 발생을 방지하기 위하여 상기 절연부 구비영역에서 상기 탭도체의 두께가 감소되는 것을 특징으로 하는 직류 전력 분기용 부스덕트.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 외함의 개방구 주변에 상기 개방구를 통해 노출된 탭도체들의 둘레를 지지하기 위한 탭도체 프레임이 구비되는 것을 특징으로 하는 직류 전력 분기용 부스덕트.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 하나의 항의 직류 전력 분기용 부스덕트; 및
    상기 한 쌍의 탭도체에 전기적으로 각각 접속되는 한 쌍의 컨택터를 포함하고, 상기 직류 전력 분기용 부스덕트의 외함에 장착되는 분기박스;를 포함하는 직류 전력 부스덕트 시스템.
  15. 제14항에 있어서,
    도체 및 상기 도체의 외주면을 둘러싼 절연체로 이루어진 한 쌍의 부스바 및 상기 한 쌍의 부스바를 수용하는 외함;을 포함하여 구성되고, 상기 직류 전력 분기용 부스덕트에 접속되는 적어도 하나의 직류 전력 부스덕트; 및,
    상기 직류 전력 분기용 부스덕트 및 상기 직류 전력 부스덕트를 접속하기 위한 적어도 하나의 접속키트;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 직류 전력 부스덕트 시스템.
PCT/KR2024/003939 2023-03-28 2024-03-28 직류 전력 분기용 부스덕트 및 이를 구비하는 직류 전력 부스덕트 시스템 Ceased WO2024205261A1 (ko)

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