KR101409063B1 - 절연 전도체의 제조방법 및 이로부터 제조된 절연 전도체 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고전압 대용량의 전기기기에 사용하기 위한 전도체에 절연 피막을 형성하여 절연 전도체를 제조하는 방법을 개시한다. 본 발명의 방법은, 전도체를 원하는 형상으로 성형하는 단계; 와 성형된 전도체의 표면으로부터 이물질을 제거하여 세정하는 전처리 단계; 전도체에서 절연 피막을 형성하지 않도록 미리 정해진 부위에 코팅방지용 마스킹 스티커를 부착하는 단계; 전도체에 코팅재료를 적용하여 절연 피막을 코팅하고, 얻어진 절연 피막을 가열하여 건조 및 숙성하는 단계; 전도체로부터 코팅방지용 마스킹 스티커를 제거하는 단계; 및 절연 피막이 형성된 전도체를 후처리하는 단계; 를 포함한다.

Description

절연 전도체의 제조방법 및 이로부터 제조된 절연 전도체{Method for manufacturing insulated electric conductor and insulated electric conductor manufactured therefrom}

본 발명은 절연 전도체의 제조방법에 관한 것으로, 특히 전기적, 기계적 및 열적 특성이 우수하고, 절연 신뢰도가 향상되며, 또 소형화 및 경량화에 적합한 절연 전도체를 제조할 수 있는 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 이 방법을 채용하여 제조된 절연 전도체에 관한 것이다.

일반적으로, 산업용 전기 전도체(이하 간단히 "전도체"라 함)는 구리, 알루미늄으로 만들어지고 이들 표면에 은, 니켈 등의 도전성 금속을 도금하여, 공기의 높은 절연특성을 이용하여 고전압에 견딜만한 일정한 간격을 전도체들 사이에 유지함으로써 전기절연을 해오고 있다.

그런데 특히 전압 200 V, 전류 100 A 이상의 고전압 대용량의 전기기기에 사용하는 전도체는, 수전반 또는 배전반과 같은 박스 내에서의 설치공간의 제약으로 인하여, 구성부품들이 차지하는 체적을 최소화하고 또 절연성을 높이기 위하여 폴리에틸렌, 폴리비닐 클로라이드 등의 유기고분자 수지를 전도체에 피복하고 절연하여 사용하는 것이 일반적이다.

일반적으로 전도체에 절연재료를 피복하는 방법은, 단면이 원통형상 또는 사각형상인 막대형 전도체의 단부를 고분자 수지로 제작된 튜브 체에 끼워, 전도체의 단부를 피복하는 방법을 채택하고 있다.

그런데 이와 같은 종래의 절연재료의 피복방법은, 절연체인 고분자 수지의 절연특성은 우수하지만 이를 금속 재질의 전도체에 접착시킬 수 있는 적절한 방법이 없기 때문에 전도체를 덮어씌워 피복하는 방식이다. 그런데 이와 같은 단순한 피복을 가하는 방식으로는 우수한 물성을 갖는 절연 전도체를 얻을 수가 없고, 또 용도 및 사용목적에 따라 다양한 형상을 갖는 전도체에 범용적으로 적용할 수 없다. 특히, 건물에 매립된 수전반 또는 배전반과 같은 박스와 같이 설치 공간의 제약이 있는 경우에는 전도체를 포함한 구성부품의 소형화 및 경량화에 한계가 있었다.

또한, 고분자 수지로 제조된 절연튜브, 절연필름, 절연 부츠 등을 사용하여 전도체에 절연 피복을 실시하는 경우, 전도체의 형상과 용도 또는 사용목적에 대응하는 피복재를 각각 가공하고 이를 전도체에 조립하여야 한다. 따라서 피복 공정이 복잡하고 비용도 많이 소요된다. 또한, 전도체의 형상 및 구조가 복잡한 경우에는 전도체 전체를 완벽하게 피복하여 절연성능을 부여하기에 한계가 있고, 또 작업효율 측면에서 불리하다는 결점이 있었다.

한편, 전도체에 고분자 수지의 절연 피복을 입히는 것이므로, 전력의 상(相)이 2, 3, 4상 등으로 증가하게 되면, 구성부품의 개수가 많아지고 또 전도체들 사이의 절연성능을 부여하기 위한 이격거리 또는 피복된 전도체들의 적층 높이가 증가하게 된다. 따라서 최종 제품의 체적 및 소요공간이 커지게 되므로 소형화 및 경량화에 어려움이 있었다.

이러한 문제를 해결하기 위한 방안으로서, 고전압 배전 기기에 사용되는 전도체의 경우, 전도체에 절연성 코팅을 형성하여 전도체에 절연성능을 부여하는 방법도 제시되었다. 이와 같이 전도체의 원하는 부위에 절연 코팅을 형성하는 방식은 코팅재료와 코팅공정의 선택 다양성, 상품성 및 경제성 측면에서 통상적인 피복방식보다 우수하다. 그런데 코팅방식은, 코팅재료의 선택도 중요하지만 선택한 코팅재료를 이용하여 충분한 절연성능을 발휘할 수 있는 실질적인 코팅기술의 확보가 중요하다.

일반적으로, 코팅방식은 전도체의 표면에 코팅되는 피막의 두께를 얇게 원하는 범위로 조정할 수 있고, 또 복잡하고 다양한 전도체의 형상에 대해서도 이에 대응하여 완벽한 피복을 형성할 수 있으며, 미려한 외관을 제공하여 상품성을 향상할 수 있다는 특성 때문에 피복방식에 비교하여 유리하다.

하지만, 코팅 방식에서는, 균질한 두께의 피막을 얻고, 모든 접착면에 대하여 균일한 접착력을 확보하며, 또 전도체의 사용 도중에 외부 충격, 균열 등에 의한 절연파괴의 위험에 대응할 수 있을 지가 문제로 되어 왔다. 즉, 제품의 절연파괴에 대한 장기적이고 안정적인 신뢰성 확보 여부가 과제로 되고 있다.

한편, 종래의 또 다른 절연방식으로서, 전도체의 상·하에 절연판 또는 절연필름을 끼워 넣거나, 여러 장의 전도체의 경우에는 각 전도체 사이에 절연필름을 삽입하고 봉합하여 절연 전도체를 얻는 방법도 제안되었다. 그런데 이 방법은 전도체의 각각의 형상에 일일이 대응하여 절연필름을 가공하여야 하고, 절연필름을 전도체와 접합하여 일체로 만드는 공정을 거쳐야 한다. 따라서 전도체 및 절연필름을 제작하기 위한 설비, 시간 및 비용이 많이 소요되고, 관련 공정이 복잡하여, 경제성이 낮고, 결과적으로 제품 경쟁력을 저하시킨다는 결점이 있었다.

특히, 에폭시 수지를 사용하는 절연코팅 방식에서는, 에폭시 수지가 절연성이 우수한 장점이 있지만, 금속 표면에 대한 부착성이 낮고, 또 코팅된 피막의 유연성이 부족하여 작은 충격에도 쉽게 부스러져 파손된다는 결점이 있다.

결국, 전기적, 기계적 및 열적 특성이 우수하고, 절연 신뢰도가 향상되며 소형 경량화가 가능하여 제품경쟁력을 높일 수 있는 절연 전도체를 제조할 수 있는 방법의 필요성이 대두되어 왔다.

이에 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 결점을 해결하기 위하여 발명된 것으로, 본 발명의 목적은, 절연 피막이 얇으면서도 전기적, 기계적 및 열적 특성이 우수한 절연 전도체의 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은, 다양한 형상의 전도체에 대응하여 범용적으로 신뢰도가 높은 절연 피막을 간편하게 형성할 수 있는 절연 전도체의 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 구성부품의 개수를 줄여 차지하는 체적을 최소화 하여 제품의 소형화 및 경량화가 가능한 절연 전도체의 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 하나의 관점에 따른 절연 전도체의 제조방법은, 고전압 대용량의 전기기기에 사용하기 위한 전도체에 절연 피막을 형성하여 절연 전도체를 제조하는 방법에 있어서,

전도체를 원하는 형상으로 성형하는 단계; 와

성형된 전도체의 표면으로부터 이물질을 제거하여 세정하는 전처리 단계;

전도체에서 절연 피막을 형성하지 않도록 미리 정해진 부위에 코팅방지용 마스킹 스티커를 부착하는 단계;

전도체에 코팅재료를 적용하여 절연 피막을 코팅하고, 얻어진 절연 피막을 가열하여 건조 및 숙성하는 단계;

전도체로부터 코팅방지용 마스킹 스티커를 제거하는 단계; 및

절연 피막이 형성된 전도체를 후처리하는 단계; 를 포함하는 절연 전도체의 제조방법을 포함한다.

본 발명에 따라 전도체를 성형하는 단계는, 구리, 알루미늄, 철 등의 재질로 된 전도체에 은, 니켈, 주석, 크롬 등의 전도성 금속을 도금처리한 것을 사용하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 코팅재료는, 에폭시 수지 15 ~ 20중량%, 폴리에스테르 수지 30 ~ 50중량%, 탄산칼슘, 바리에이트, 마이카, 산화알루미늄, 산화티타늄, 카본블랙 들의 혼합물의 25 ~ 40중량%, 및 안정제, 경화제 또는 착색제와 같은 첨가제 7 ~ 10중량%를 포함하는 고체분말 분체도료를 사용하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따라 상기 코팅하는 단계는, 전도체(1)의 표면의 온도가 50 ~ 80 ℃ 가 되도록 예열한 다음, 원하는 피막의 두께에 따라 50 - 100 kv의 전압을 인가하여 30 내지 500 ㎛ 범위의 두께의 피막이 얻어지도록 코팅재료를 분무하여 코팅작업을 수행하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따라 코팅된 피막을 건조 및 숙성하는 단계는, 항온 가열로에서 160 - 200 ℃ 온도로 가열하여 10 ~ 20분 동안 유지하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 방법은, 코팅재료가 코팅된 전도체를 복수로 겹쳐서 압착하는 적층단계를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따라 전도체를 적층하는 단계는, 인접한 전도체들 사이에 절연체를 삽입하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따라 전도체를 적층하는 단계는, 인접한 전도체들의 상대위치가 변하는 것을 방지하기 위하여 전도체에 하나 이상의 위치고정용 구멍이 추가로 형성된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따라 전도체를 적층하는 단계는, 절연체에 전도체의 위치고정용 구멍에 대응하는 구멍이 형성되고, 절연체의 위치고정용 구멍은 전도체의 위치고정용 구멍보다 직경이 작은 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따라 전도체를 적층하는 단계는, 인접한 전도체 사이에 절연체를 삽입하고, 전도체의 위치고정용 구멍에 절연 링을 삽입하며, 이 절연 링과 절연체의 위치고정용 구멍을 맞추어 절연 핀을 삽입하여, 복수의 전도체를 적층하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 방법은, 적층된 복수의 전도체에 추가적인 코팅을 실시하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 절연 링과 절연 핀은, 폴리아미드, 폴리불화에틸렌, 테프론, 폴리에스테르, 또는 에폭시 수지 중의 어느 하나로 만들어진 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 절연 링과 절연 핀은, 도기, 자기 또는 유리 중의 어느 하나로 만들어진 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 절연 전도체는, 고전압 대용량의 전기기기에 사용하기 위하여 복수의 단자를 갖춘 전도체에 절연재료를 부가한 절연 전도체에 있어서, 상기 전도체의 미리 정해진 부위에 코팅재료로 피막이 코팅되고, 상기 전도체에 복수의 위치고정용 구멍이 형성되며, 상기 전도체에 대응하도록 위치고정용 구멍이 형성된 절연체가 적어도 2장의 전도체 사이에 각각 삽입되고, 이들 위치고정용 구멍들을 관통하여 절연 핀이 삽입되어 고정결합된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 절연체의 위치고정용 구멍은, 전도체의 위치고정용 구멍보다 직경이 작은 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 절연 전도체의 위치고정용 구멍에는, 절연 핀을 수용하는 절연 링이 더 구비된 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 구성으로 된 본 발명은, 절연 피막이 얇으면서도 전기적, 기계적 및 열적 특성이 우수한 절연 전도체를 얻을 수 있다. 또한, 다양한 형상의 전도체를 성형하고, 이에 대응하여 신뢰도가 높은 피막을 간편하게 형성할 수 있으므로 다양한 적용예에 범용적으로 사용할 수 있다.

또한, 본 발명은, 절연체를 매개로 복수의 전도체를 적층할 수 있으므로 그 체적을 최소화할 수 있고, 이에 따라 소형화 및 경량화가 가능하여 제품 경쟁력을 향상할 수 있다.

본 발명의 다양한 실시예들이 첨부 도면에 의하여 이하에서 더 상세히 설명될 것이다.

도 1은, 본 발명에 따른 절연 전도체의 제조방법의 전체 공정을 설명하는 플로우 다이어그램이다.
도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따라 2상(相)절연 전도체를 제조하는 방법을 설명하기 위한 분해 사시도이다.
도 3은, 코팅공정이 완료된 도 2의 조립 사시도로서, 전도체의 일부를 절개하여 표면에 절연 피막이 형성된 것을 도시한다.
도 4는, 도 3에서 전도체의 적층구조를 도식적으로 확대하여 설명하는 분해사시도이다.

도 1는, 본 발명에 따른 방법으로 절연 전도체를 제조하는 전체 공정을 순차적으로 설명하는 플로우 다이어그램이다. 도 1을 참조하면, 단계 20에서 전도체(1)를 성형한다.

본 발명의 실시예에 사용된 전도체(1)는, 구리 또는 알루미늄과 같은 도전성 금속재료로 된 플레이트 형상의 시트를 절단, 절곡 등의 가공을 하여 사용하고자 하는 전기기기에 적합한 형상으로 성형한 것이다.

일반적으로, 약 1 kV이상의 고전압 대용량의 전기기기에 사용되는 전도체(1)에는, 통상적인 절연 피복을 한 전도체에서보다 더 높은 전기 절연도가 요구된다. 절연강도를 증가하기 위하여, 2장 이상의 전도체(1)를 겹쳐놓고, 이들 전도체(1) 사이에 절연기능을 수행하는 플레이트 형상의 절연체(2)가 삽입된다. 이때, 절연체(2)는 절단, 절곡 등의 가공을 통해 전도체(1)에 대응하는 형상으로 제작되고, 절연체(2)의 두께 및 삽입되는 매수는 요구되는 절연강도에 따라 조정할 수 있다.

이와 같이, 복수의 전도체(1)를 적층하여 절연강도를 증가시켜 사용하는 경우, 적층과정에서 인접한 전도체(1)들이 어긋나거나 비틀어져서 상대위치가 변하는 것을 방지하여야 한다. 이를 위하여, 도 2 또는 4에 도시된 바와 같이, 전도체(1)에 하나 이상의, 바람직하기에는 3 ~ 6개의 위치고정용 구멍(1a)이 형성된다. 또한, 절연체(2)에도 전도체(1)의 위치고정용 구멍(1a)에 대응하는 위치에 위치고정용 구멍(2a)이 각각 형성된다. 여기서, 절연체(2)의 위치고정용 구멍(2a)은 전도체(1)의 위치고정용 구멍(1a)보다 직경이 작게 형성된다.

즉, 도 4에 도시된 바와 같이, 전도체(1)의 위치고정용 구멍(1a)에는 절연재질로 만들어진 와셔형상의 절연 링(3)이 삽입될 수 있다. 절연 링(3)은, 바람직하기에는 내경이 3 ~ 20mm, 이고 외경이 5 ~ 30mm 이다. 그리고 전도체(1)의 위치고정용 구멍(1a)에 삽입된 절연 링(3)과 절연체(2)의 위치고정용 구멍(2a)에는 절연재질로 만들어진 원통형상의 절연 핀(4)이 삽입된다. 절연 핀(4)은, 바람직하기에는 외경이 3 ~ 20mm으로서, 절연 링(3)의 내경에 대응된다. 이들 절연 링(3)과 절연 핀(4)의 재질은, 사용환경, 온도, 인장강도, 압축강도, 절연강도 등에 따라 적합한 재질을 선택하여 제작한다. 절연 링(3)과 절연 핀(4)을 사용하여, 복수의 전도체(1)와 절연체(2)를 전기적으로 절연하면서 기계적으로 견고하게 적층한 조립체를 제작할 수 있도록 된다.

단계 22에서, 코팅작업을 위하여, 전도체(1)의 표면에 부착된 이물질을 제거하는 전처리를 실시한다.

전처리 작업에서는, 일반적으로, 수공구, 치퍼, 디스케일러, 연마지, 와이어 브러시와 그라인더를 사용하여 코팅작업에 적합하도록 들뜬 녹, 들뜬 흑피와 들뜬 피막을 수작업으로 제거한다. 또는, 건식 혹은 습식 블라스트(blast) 기계를 사용하여 녹, 흑피, 피막 및 기타 이물질 등의 잔유물을 블라스트 세정할 수도 있다.

특히, 전도체(1)가 동 및 은 도금된 비철금속인 경우에는 표면의 기름성분을 제거하여야 한다. 이를 위하여 적합한 용제, 증기, 알칼리, 에멀젼 또는 수증기에 의한 세정으로 기름성분이나, 먼지, 흙, 염 및 기타 오염물을 제거한다. 이와 같이 세정처리된 표면은, 다시 압축공기 분사나 진공 펌프를 이용하여 블라스팅한 후 먼지나 기타 잔여물을 깨끗이 제거한다. 그리고 블라스트 처리된 표면은 녹이 발생하기 전에 가능한 한 빨리 코팅작업을 실시한다.

한편, 전도체(1)가 철, 아연도금된 금속인 경우에는 표면의 기름성분을 제거하기 위하여 적합한 용제로 세정해주어야 하고, 폭로된 아연금속의 백색 침전물은 비누와 물로 제거하고 깨끗한 물로 완전히 헹구어 주어야 한다. 코팅재료의 부착력을 증가하기 위하여, 가벼운 샌딩(Sanding) 처리 또는 화학처리가 필요하고, 화학처리에 사용되는 용액은, 알칼리성 제1인산염을 주성분으로 하고 중금속, 산화제, 억제제 등을 첨가한 용액이다.

전도체(1)가 알루미늄인 경우에는 표면의 기름성분을 제거하기 위하여 적합한 용제로 세정하여야 하고, 가벼운 연마작업, 또는 가벼운 연마재 블라스트 세정을 실시한다. 그런데 알루미늄은 활성이 매우 큰 금속이기 때문에 대기중의 산소에 의해 그 표면에 형성된 산화 피막으로 인해 코팅 피막의 부착성이 저해되기 때문에 산화 피막을 에칭하는 작업이 필요하다. 알루미늄의 인공피막 형성방법 중 대표적인 크로메이트(chromate) 처리에 사용되는 용액은, 크롬산과 불화물(弗化物)을 주체로 하고 금속 착이온의 촉진제를 첨가한 것과 크롬산, 인산, 불화물을 주성분으로 한 것으로서, 이들을 이용한 크로메이트 처리방식은 공지되어 있다.

단계 24는, 전도체(1)의 특정부위의 코팅을 방지하는 스티커를 부착하는 마스킹 공정이다.

외부 전력공급원(도시 안 됨)과 전기적으로 연결할 단자(5), 나사체결 단자(6), 또는 코팅이 불필요한 부위 등은 추후 코팅작업에서 코팅재료로 피복되지 않도록 스티커(5', 6')를 부착한다. 이때 사용하는 스티커(5', 6')는, 적어도 200 ℃이상에서도 점착력이 변하지 않고, 또 코팅작업 후 제거할 때, 접착제의 점액이 금속재질의 전도체(1)의 표면에 남지 않는 적절한 것을 선정해야 한다. 후술하는 바와 같이, 스티커(5', 6')는 코팅작업이 완료된 후 제거될 것이다.

단계 26에서, 마스킹 작업이 완료된 전도체(1)에 소정 두께의 절연 피막(7)이 얻어지도록 절연재료로 코팅하는 코팅작업을 실시한다.

코팅작업을 실시하기 전에, 전도체(1)에서 절연재료를 코팅할 부위를 압축공기, 세정제 등을 사용하여 세척하고, 약 85% 이하의 적절한 습도가 유지되도록 한다. 전도체(1)는 그 표면의 온도가 50 ~ 80℃가 되도록 예열한 다음에 코팅작업을 실시한다.

본 발명에서 사용된 코팅재료는 에폭시 수지와, 폴리에스테르 수지 및, 탄산칼슘, 바리에이트, 마이카, 산화알루미늄, 산화티타늄, 카본블랙들의 혼합물 및 안정제, 경화제 도는 착색제와 같은 기타의 첨가제를 주요 성분으로 하는 고체분말 분체도료로서 시중에서 구입할 수 있다. 본 발명의 실시예에서 사용한 코팅재료는, 예컨대 (주)KCC에서 구입가능한 공업용 분체도료(EX4504(S)-SR(PE6004S))이고, 그 화학조성은 아래 표 1과 같다. 표 1에서 각 성분 및 첨가제의 종류 및 비율은, 코팅된 피막의 색상, 사용조건 등에 따라 조정할 수 있다. 하지만, 다른 종류 및 성분을 갖는 코팅재료를 사용할 수 있음은 물론이다.

전도체(1)에 대한 코팅작업은, 정전압분무 코팅설비를 사용하여 85% 이하의 적절한 습도를 유지한 상태에서 실시한다. 코팅재료를 분무기에 투입하고 압력을 가하여 스프레이 방식으로 전도체(1)의 코팅할 부위에 적절한 두께로 분무한다. 코팅된 피막(7)의 두께는, 전도체(1)에서 요구되는 절연 강도에 따라 결정된다. 본 발명의 실시예에서는 고전압 및 대용량(200V, 100A 이상의 경우)의 전기절연을 목적으로 하므로, 일반적으로 30 내지 500 ㎛ 범위의 두께의 피막(7)이 얻어지도록 코팅작업을 실시한다.

본 발명의 실시예에서 사용한 정전압 분무 코팅설비의 정전압 범위는 50 ~ 100 kV 범위이고, 코팅되는 피막(7)의 두께에 따라 전압, 코팅 재료의 분무압력, 전도체(1)와의 이격거리 등을 조절해가며 분무작업을 수행한다.

다음, 전도체(1)의 표면에 형성된 코팅을 안정화하기 위하여 이를 건조하고 숙성시킨다. 본 발명에서 사용된 코팅재료는 80 ~ 90 ℃에서 용융이 개시되며, 이어서 소정의 건조 및 숙성 공정을 거친다. 본 발명의 실시예에서는 온도 160 ~ 200 ℃에서, 통상 10 ~ 20분 동안 건조 및 숙성작업을 실시한다. 가열방식은 코팅재료의 특성에 따라 선택가능하지만, 통상적으로 대류식 항온 가열로를 이용하여 가열한다. 코팅재료의 가열온도가 적정 온도보다 낮을 경우, 전도체(1) 표면에의 피막 형성이 불완전하고, 표면과의 부착강도도 떨어진다. 반면에, 가열온도가 적정 온도를 넘게 되면, 인장강도, 휨강도, 부착강도 등의 피막의 물성이 악화됨은 물론, 전기절연 특성도 취약하게 된다.

건조 및 숙성 공정에서, 초기의 3 ~ 4분 동안에 코팅재료의 겔(gel)화가 진행되고, 10 ~ 20분 후에 응결반응이 일어나면서 코팅작업이 완료된다. 건조 및 숙성에 소요되는 온도 및 시간은 코팅재료의 특성과 성상 및 최종 피막의 두께에 따라 조정될 수 있다.

한편, 종래의 에폭시 수지 코팅방식은 피막의 접착력 및 취성이 약하기 때문에 피막의 두께가 수백 ~ 수천 ㎛ 까지 되도록 여러 차례 분무작업을 반복하여야 하므로 피막이 두껍게 코팅되었다. 그런데 본 발명 방법에 의해 얻어진 절연 피막(7)은 그 두께가 30 내지 500 ㎛ 범위로서 종래 기술에 의한 피막보다 훨씬 얇지만, 부착강도 및 굴곡강도 등의 물성이 우수하다. 따라서 본 발명의 절연 피막(7)은 얇은 두께로도 충분한 강도를 견딜 수 있어, 피막의 깨짐 현상이 종래 방법에서 보다 대폭 개선된다.

단계 28은 요구되는 전력의 상(相)의 수에 따라 2매 이상의 전도체(1)를 서로 겹쳐서 적층하는 단계이다.

먼저, 상기 단계 26에서 코팅작업이 완료되어 표면에 피막(7)이 형성된 전도체(1)를 상온까지 냉각한다. 본 발명의 실시예에서는, 도 2 내지 4에 도시된 바와 같이, 2상의 절연 전도체를 얻기 위하여, 2장의 전도체(1)를 적층하는 경우를 예시하였다. 전도체(1)에 미리 천공된 위치고정용 구멍(1a)에 와셔 형상의 절연 링(3)을 삽입한다. 전도체(1)의 위치고정용 구멍(1a)과 절연체(2)의 위치고정용 구멍(2a)이 일치되도록 2장의 전도체(1) 사이에 1장의 절연체(2)를 삽입하여 정렬시킨다. 전도체(1)와 절연체(2)의 위치고정용 구멍(1a, 2a)에 원통형상의 절연 핀(4)을 관통시켜 전도체(1)와 절연체(2)를 적층한다.

이때, 각각의 전도체(1)와 절연체(2)의 사이에는 절연기능 및 접착 기능을 향상하기 위하여 적절한 기능성 고분자물질을 적당한 위치에 도포할 수도 있다. 대신에 본 발명의 변형예로서, 각 전도체(1) 사이에 절연시트(도시 안 됨)를 삽입하거나, 전도체(1) 자체를 절연시트로 감쌀 수도 있다. 상기와 같이 적층된 전도체(1)와 절연체(2)는 외부에서 일정한 압력을 가하여 압착한 상태로 일정 시간 동안, 예컨대 1시간 정도 유지하여 서로 견고하게 결합고정되도록 한다. 이때, 압착시간은 접착제의 물성에 따라 달라질 수 있다.

상기의 단계 28의 적층 공정에서는, 전력의 상(相)이 2상인 2매의 전도체(1)를 1매의 절연체(2)로 적층하는 것을 설명하였다. 하지만, 전도체(1)와 절연체(2)의 개수는 요구되는 전력 상의 수에 따라, 예컨대 3상, 4상(R, S, T, N)인 경우에는 이에 대응하여 추가적으로 전도체(1)와 절연체(2)의 개수를 증가할 수 있고, 이들의 적층 공정은 상기 설명된 2상의 경우와 동일하다.

이와 같이, 본 발명의 적층 공정을 통해 제작된 복수의 상을 갖는 절연 전도체 제품은 그 소요 체적이 적어지고 외부의 충격이나 진동에도 더욱 안정되게 작동할 수 있는 이점이 있다.

한편, 종래의 배전방식으로 3상의 절연 전도체를 제조하는 경우, 각 상(相) 별로 합선이 되지 않도록 전압에 따라 적절한 간격(300V일 때 상간 이격거리 6mm, 700v일 때 상간 이격거리 10mm) 두며 전도체를 설치할 필요가 있다. 따라서 이와 같은 절연용 이격거리 및 공간만큼 배전반 또는 수전반을 수납하는 함(Box)의 크기가 커지고, 또 각각의 상을 분리하고 지지하는 구성부품이 필요하게 되어 결과적으로 최종 제품의 부품 수가 많아 지고 그 체적이 커진다.

이에 반하여, 본 발명의 실시예에 따라 3상의 전도체를 적층하여 배전반을 제조하면, 각 상을 분리하는데 필요한 이격거리가 없어지고, 각각의 상을 지지하는 대신에 합체된 전도체 제품 하나만을 지지하면 되므로 부품 수가 감소한다. 또한, 전도체가 적층되어 견고하게 고정결합되므로 외부충격 등에 의한 절연파괴의 위험이 줄어든다. 따라서 본 발명에 따른 절연 전도체 제품은 그 전체의 부피가 축소되므로, 소형 경량화를 달성할 수 있음에 주목할 필요가 있다.

한편, 전도체(1)의 절연성능 및 안정성을 향상하고, 또한 조립된 제품의 미관 개선을 위하여, 선택적으로 단계 30에서와 같이 추가 코팅공정을 실시할 수 있다. 추가 코팅 작업은, 상기 단계 26에서의 코팅 작업과 동일한 방식으로 전도체(1)의 예열, 코팅재료 분무, 건조 및 숙성작업을 순차적으로 실시한다. 이 경우에도, 추가 코팅을 실시한 전도체(1)는 상온까지 냉각하여 후속공정으로 이송한다.

단계 32에서는, 코팅작업이 완료된 전도체(1)로부터 코팅방지용 마스킹 스티커(5', 6')를 제거한다. 그러면, 도 3에 도시된 바와 같이, 단자(5, 6)들을 제외한 전체 표면에 절연 피막(7)이 코팅된 절연 전도체(1)가 얻어진다. 다음에는, 전도체(1)에서 마스킹 스티커(5', 6')를 떼어낸 부위 및 나머지 부위에 남아있는 접착제, 기름성분 또는 기타 이물질 등을 제거한다.

단계 34는, 상기의 단계들을 거쳐 완성된 절연전도체 제품을 검사 및 시험하고, 포장 및 출하 등의 일련의 통상적인 작업을 순차적으로 실시하는 후처리 공정이다.

본 발명에 따라 제조된 절연 전도체(1)는 그 사용 용도 및 목적에 따라 여러 가지 시험을 실시한다. 그 중에서 가장 기본적인 충격시험 및 굴곡 시험과 그 결과에 대하여 종래 기술과 간단히 비교하여 기술한다.

본 발명에 따라 제조된 절연 전도체(1)는, 한국산업표준(KS D 6711)에 따라 충격시험을 실시하였다. 충격시험 방법은, 일정 하중의 추를 소정의 높이로부터 코팅 피막의 표면 또는 이면으로 떨어뜨려 그 충격으로 인해 파괴된 정도로부터 피막의 부착력과 굴곡성을 조사하는 것이다. 또한, 한국산업표준((KS M ISO 1519)에 따라 굴곡 시험을 실시하였다. 굴곡 시험 방법은, 일정한 구경의 봉 위에서 시편에 도장된 피막(일정두께)을 소정시간 동안 180˚ 굴곡시키고, 굴곡부의 양단에서 10mm정도 제거된 나머지 부분을 육안 또는 현미경으로 피막의 균열, 박리 등을 조사하는 것이다. 표 2에는, 본 발명에 따라 전도체(1)에 형성된 피막(7)과 종래 기술(에폭시 수지 사용)에 따른 피막에 대하여 충격시험 및 굴곡 시험의 결과를 나타내었다.

표 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따라 절연 전도체(1)의 표면에 코팅된 피막(7)은, 종래 기술에 비하여 신장성이 약 50% 정도 향상되었고, 내 충격성은 약 3배 이상, 내 굴곡성은 약 2배로 증가된 것을 알 수 있다. 이는 본 발명 방법에 따라 코팅된 피막(7)의 두께가 종래 방법에 비하여 훨씬 얇은 것을 고려한다면, 절연 전도체의 기계적인 물성이 크게 향상된 것임을 알 수 있다.

한편, 필요하다면 절연 전도체에 코팅된 피막에 대하여 박리시험(KS M ISO 2409), 부착강도시험(KS M ISO 4624), 부착성시험((KS D 6711), 뇌임펄스 절연파괴(KS C IEC 60243-3 (국제규격 IEC60243-3(IDT)), 교류 내전압특성(KS C IEC 60243-1 (국제규격 IEC60243-1(IDT)), 내아크특성(KS C 2130)등의 시험을 추가로 실시할 수도 있다.

상기의 기재는 본 발명의 바람직한 일 실시예를 기술한 것으로서 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 당업자라면 본 발명의 범위 내에서 여러 변경, 수정이 가능하고, 이들은 본 발명의 보호범위에 속하는 것임을 이해하여야 한다.

Claims (16)

1. 고전압 대용량의 전기기기에 사용하기 위한 전도체(1)에 절연 피막을 형성하여 절연 전도체를 제조하는 방법에 있어서,
   전도체(1)를 원하는 형상으로 성형하는 단계; 와
   성형된 전도체(1)의 표면으로부터 이물질을 제거하여 세정하는 전처리 단계;
   전도체(1)에서 절연 피막을 형성하지 않도록 미리 정해진 부위에 코팅방지용 마스킹 스티커(5', 6')를 부착하는 단계;
   전도체(1)에 코팅재료를 적용하여 절연 피막(7)을 코팅하고, 얻어진 절연 피막(7)을 가열하여 건조 및 숙성하는 단계;
   전도체로부터 코팅방지용 마스킹 스티커(5', 6')를 제거하는 단계; 및
   절연 피막(7)이 형성된 전도체(1)를 후처리하는 단계; 를 포함하는 절연 전도체의 제조방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 전도체(1)를 성형하는 단계는, 구리, 알루미늄, 철 등의 재질로 된 전도체에 은, 니켈, 주석, 크롬 등의 전도성 금속을 도금처리한 것을 사용하는 것을 특징으로 하는 절연 전도체의 제조방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 코팅재료는, 에폭시 수지 15 ~ 20중량%, 폴리에스테르 수지 30 ~ 50중량%, 탄산칼슘, 바리에이트, 마이카, 산화알루미늄, 산화티타늄, 카본블랙 들의 혼합물의 25 ~ 40중량% 및, 안정제, 경화제 또는 착색제와 같은 첨가제 7 ~ 10중량%를 포함하는 고체분말 분체도료를 사용하는 것을 특징으로 하는 절연 전도체의 제조방법.
4. 제3항에 있어서, 상기 코팅하는 단계는, 전도체(1)의 표면의 온도가 50 ~ 80 ℃ 가 되도록 예열한 다음, 원하는 피막의 두께에 따라 50 - 100 kv의 전압을 인가하여 30 내지 500 ㎛ 범위의 두께의 피막(7)이 얻어지도록 코팅재료를 분무하여 코팅작업을 수행하는 것을 특징으로 하는 절연 전도체의 제조방법.
5. 제4항에 있어서, 상기 코팅된 피막(7)을 건조 및 숙성하는 단계는, 항온 가열로에서 160 - 200 ℃ 온도로 가열하여 10 ~ 20분 동안 유지하는 것을 특징으로 하는 절연 전도체의 제조방법.
6. 제1항에 있어서, 코팅재료가 코팅된 전도체(1)를 복수로 겹쳐서 압착하는 적층단계를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 절연 전도체의 제조방법.
7. 제6항에 있어서, 상기 전도체를 적층하는 단계는, 인접한 전도체(1)들 사이에 절연체(2)를 삽입하는 것을 특징으로 하는 절연 전도체의 제조방법.
8. 제7항에 있어서, 상기 전도체를 적층하는 단계는, 인접한 전도체(1)들의 상대위치가 변하는 것을 방지하기 위하여 전도체(1)에 하나 이상의 위치고정용 구멍(1a)이 추가로 형성된 것을 특징으로 하는 절연 전도체의 제조방법.
9. 제8항에 있어서, 상기 전도체를 적층하는 단계는, 절연체(2)에 전도체(1)의 위치고정용 구멍(1a)에 대응하는 위치고정용 구멍(2a)이 형성되고, 절연체(2)의 위치고정용 구멍(2a)은 전도체(1)의 위치고정용 구멍(1a)보다 직경이 작은 것을 특징으로 하는 절연 전도체의 제조방법.
10. 제9항에 있어서, 상기 전도체를 적층하는 단계는, 인접한 전도체(1) 사이에 절연체(2)를 삽입하고, 전도체(1)의 위치고정용 구멍(1a)에 절연 링(3)을 삽입하며, 이 절연 링(3)과 절연체(2)의 위치고정용 구멍(2a)을 맞추어 절연 핀(4)을 삽입하여, 복수의 전도체(1)를 적층하는 것을 특징으로 하는 절연 전도체의 제조방법.
11. 제6항에 있어서, 적층된 복수의 전도체(1)에 추가적인 코팅을 실시하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 절연 전도체의 제조방법.
12. 제10항에 있어서, 상기 절연 링(3)과 절연 핀(4)은, 폴리아미드, 폴리불화에틸렌, 테프론, 폴리에스테르, 또는 에폭시 수지 중의 어느 하나로 만들어진 것을 특징으로 하는 절연 전도체의 제조방법.
13. 제10항에 있어서, 상기 절연 링(3)과 절연 핀(4)은, 도기, 자기 또는 유리 중의 어느 하나로 만들어진 것을 특징으로 하는 절연 전도체의 제조방법.
14. 고전압 대용량의 전기기기에 사용하기 위하여 복수의 단자(5)를 갖춘 전도체(1)에 절연재료를 부가한 절연 전도체에 있어서,
    상기 전도체(1)의 미리 정해진 부위에 코팅재료로 피막(7)이 코팅되고, 상기 전도체(1)에 복수의 위치고정용 구멍(1a)이 형성되며, 상기 전도체(1)에 대응하도록 위치고정용 구멍(2a)이 형성된 절연체(2)가 적어도 2장의 전도체(1) 사이에 각각 삽입되고, 이들 위치고정용 구멍(1a, 2a)들을 관통하여 절연 핀(4)이 삽입되어 고정결합된 절연 전도체.
15. 제14항에 있어서, 상기 절연체(2)의 위치고정용 구멍(2a)은, 전도체(1)의 위치고정용 구멍(1a)보다 직경이 작은 것을 특징으로 하는 절연 전도체.
16. 제14항에 있어서, 상기 전도체(1)의 위치고정용 구멍(1a)에는, 절연 핀(4)을 수용하는 절연 링(3)이 더 구비된 것을 특징으로 하는 절연 전도체.

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