KR102169732B1 - Terminal for switchgear with arc reduction function - Google Patents
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Abstract
본 발명은 탄소나노튜브를 함유함에 따라 배전반 내에서 발생할 수 있는 아크로인한 물리적 내구성을 향상시킬 수 있는 아크 저감 기능이 있는 수배전반용 단자에 관한 것이다. 본 발명은 산화아연(ZnO) 9~10중량%, 탄소나노튜브 0.01~1중량% 및 잔부 은(Ag)으로 구성되는 수배전반용 단자를 제공한다.The present invention relates to a terminal for a switchgear switchboard having an arc reduction function capable of improving the physical durability due to arcs that may occur in the switchboard as it contains carbon nanotubes. The present invention provides a terminal for a switchboard consisting of 9 to 10% by weight of zinc oxide (ZnO), 0.01 to 1% by weight of carbon nanotubes, and the balance silver (Ag).
Description
본 발명은 아크 저감 기능이 있는 수배전반용 단자에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 탄소나노튜브를 함유함에 따라 배전반 내에서 발생할 수 있는 아크로인한 물리적 내구성을 향상시킬 수 있는 아크 저감 기능이 있는 수배전반용 단자에 관한 것이다.The present invention relates to a switchboard terminal having an arc reduction function, and more particularly, to a switchboard terminal having an arc reduction function that can improve physical durability due to arcs that may occur in the switchboard as it contains carbon nanotubes. About.
수배전반, ESS 장치, 접속함 등과 같은 전력 제어 설비에는 수많은 배선과 개폐기, 차단기, 계전기 등의 부품이 밀집되어 있는데, 그 기능이 상시 동작하면서 열화와 노후화 그리고 화재 발생으로 까지 이어지는 사고가 빈번하게 발생하고 있다.Power control facilities such as switchboards, ESS devices, and junction boxes are densely packed with parts such as wiring, switchgear, circuit breakers, and relays, and accidents that lead to deterioration, deterioration, and fire occur frequently while their functions are constantly operating. have.
특히, 아크(arc) 방전은 주요 사고 원인이 되어 화재나 폭발 등으로 이어질 수 있다. 아크 화재의 경우, 지락이나 용량 초과, 타 물건과의 접촉 등에 의해 비정상적인 전류가 흐르게 되어 전력 제어 설비 내부의 부스바, 케이블, 전선간의 접촉부, 단자 접촉부 등이 과열된다. 이로 인하여 다른 물체에 접촉함으로써 고장 부위에서 선이 절단되어 차단되거나 부분적인 접촉으로 계속적인 반복적인 아크를 발생시키게 된다.In particular, arc discharge is a major cause of accidents and may lead to fire or explosion. In the case of an arc fire, abnormal current flows due to ground faults, excess capacity, contact with other objects, etc., resulting in overheating of busbars, cables, contacts between wires and terminal contacts inside the power control facility. Due to this, by contacting other objects, the line is cut off at the site of the failure, or a continuous repetitive arc is generated by partial contact.
이와 같이 아크의 발생을 방지하는 것이 쉽지 않으므로, 아크의 발생을 최소화하는 것이 바람직하다. 특히 이러한 아크의 경우 대부분 단자의 접촉에서 발생하는 것으로 알려져 있다. 하지만 단자의 경우 수시로 접촉 및 분리가 일어날 수 밖에 없어 단자에서 발생하는 아크를 저감하기 위한 노력이 필요한 실정이다.Since it is not easy to prevent the occurrence of arcs, it is desirable to minimize the occurrence of arcs. In particular, most of these arcs are known to occur in contact with terminals. However, in the case of terminals, contact and separation are inevitable, so efforts to reduce the arc generated at the terminals are required.
전술한 문제를 해결하기 위하여, 본 발명은 탄소나노튜브를 함유함에 따라 배전반 내에서 발생할 수 있는 아크로인한 물리적 내구성을 향상시킬 수 있는 아크 저감 기능이 있는 수배전반용 단자를 제공하고자 한다.In order to solve the above-described problem, the present invention is to provide a terminal for a switchgear switchboard having an arc reduction function capable of improving the physical durability caused by arcs that may occur in the switchboard as it contains carbon nanotubes.
상술한 문제를 해결하기 위해, 본 발명은 산화아연(ZnO) 9~10중량%, 탄소나노튜브 0.01~1중량% 및 잔부 은(Ag)으로 구성되는 수배전반용 단자를 제공한다.In order to solve the above-described problem, the present invention provides a terminal for a switchboard comprising 9 to 10% by weight of zinc oxide (ZnO), 0.01 to 1% by weight of carbon nanotubes, and the balance silver (Ag).
상기 수배전반용 단자는 700~1000℃의 온도에서 소결되어 제작될 수 있다.The switchgear terminal may be manufactured by sintering at a temperature of 700 to 1000°C.
상기 탄소나노튜브는 다중벽 탄소나노튜브일 수 있다.The carbon nanotubes may be multi-walled carbon nanotubes.
상기 단자는 수배전반 내부의 구리단자에 결합되어 사용될 수 있다.The terminal may be used by being coupled to a copper terminal inside the switchgear.
상기 수배전반용 단자는 기존의 단자에 비하여 측정된 아크의 광파워를 20%이상 감소시키는 것일 수 있다.The switchgear terminal may reduce the optical power of the measured arc by 20% or more compared to the conventional terminal.
상기 수배전반용 단자는 탄노나노튜브를 포함하는 필름으로 코팅되어 있는 것일 수 있다.The terminal for the switchgear may be coated with a film including a tanno nanotube.
상기 필름은 다중벽 탄소나노튜브, 니켈 및 SiC를 포함할 수 있다.The film may include multi-walled carbon nanotubes, nickel and SiC.
본 발명에 의한 수배전반용 단자는 탄소나노튜브를 일정 비율로 함유함에 따라 아크의 발생이 저감되며, 이에 따라 단자의 접촉 및 분리가 수시로 일어나는 수배전반의 아크에 의한 손상을 최소화 할 수 있어 높은 내구성을 가지는 수배전반의 제작이 가능하다.As the terminal for switchgear of the present invention contains carbon nanotubes at a certain ratio, the occurrence of arc is reduced, and accordingly, damage caused by arcs of the switchgear that frequently occurs in contact and separation of terminals can be minimized, thus having high durability. It is possible to manufacture switchgear.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 볼밀에 사용되는 볼, 볼밀 머신 및 은, 산화아연, 탄소나노튜브 원료를 나타낸 사진이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 볼밀에 의하여 분쇄된 원료로서 각각 은, 산화아연 및 탄소나노튜브의 사진이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 Spark Plasma Sintering 시스템의 사진이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 Ag-10wt% ZnO 소결결과를 나타낸 그래프와 사진이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 Ag-9wt% ZnO-1wt% MWCNT 소결결과를 나타낸 그래프와 사진이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 Ag-9.99wt%ZnO-0.01wt%MWCNT, Ag-9.97wt%ZnO-0.03wt%MWCNT, Ag-9.95wt%ZnO-0.05wt%MWCNT, Ag-9.93wt%ZnO-0.07wt%MWCNT 조성의 전극 소재를 각각 소결한 사진이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 의한 Ag-9.99wt%ZnO-0.01wt%MWCNT(실시예 1) 전극소재 XRD 분석 결과를 나타낸 것이다,
도 8은 본 발명의 일 실시예에 의한 Ag-9.97wt%ZnO-0.03wt%MWCNT(실시예 2) 전극소재 XRD 분석 결과를 나타낸 것이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 의한 Ag-9.95wt%ZnO-0.05wt%MWCNT(실시예 3) 전극소재 XRD 분석 결과를 나타낸 것이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 의한 Ag-9.97wt%ZnO-0.07wt%MWCNT(실시예 4) 전극소재 XRD 분석 결과를 나타낸 것이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 의한 Ag/ZnO/MWCNT 전극 소재의 아크 특성 및 접점소재 평가를 위하여 제조된 전극부의 사진이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 의한 광학적 아크측정 시스템의 사진이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 의한 광학적 아크측정 시스템의 전극부 작동을 나타낸 사진이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 의한 광학적 아크 특성 측정 시스템의 전극부 on 작동 모습을 나타낸 사진이다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 의한 인가 전압에 따른 아크 광파워 측정 결과를 나타낸 그래프이다.1 is a photograph showing a ball used in a ball mill according to an embodiment of the present invention, a ball mill machine, and raw materials of silver, zinc oxide, and carbon nanotubes.
2 is a photograph of silver, zinc oxide, and carbon nanotubes as raw materials pulverized by a ball mill according to an embodiment of the present invention.
3 is a photograph of a Spark Plasma Sintering system according to an embodiment of the present invention.
4 is a graph and a photograph showing the Ag-10wt% ZnO sintering result according to an embodiment of the present invention.
5 is a graph and photograph showing the results of sintering Ag-9wt% ZnO-1wt% MWCNT according to an embodiment of the present invention.
6 is Ag-9.99wt%ZnO-0.01wt%MWCNT, Ag-9.97wt%ZnO-0.03wt%MWCNT, Ag-9.95wt%ZnO-0.05wt%MWCNT according to an embodiment of the present invention, Ag-9.93 Photographs of sintering electrode materials with a composition of wt%ZnO-0.07wt%MWCNT, respectively.
7 shows the results of XRD analysis of an electrode material of Ag-9.99wt%ZnO-0.01wt%MWCNT (Example 1) according to an embodiment of the present invention.
8 shows the results of XRD analysis of an electrode material of Ag-9.97wt%ZnO-0.03wt%MWCNT (Example 2) according to an embodiment of the present invention.
9 shows the results of XRD analysis of an electrode material of Ag-9.95wt%ZnO-0.05wt%MWCNT (Example 3) according to an embodiment of the present invention.
10 shows the results of XRD analysis of an electrode material of Ag-9.97wt%ZnO-0.07wt%MWCNT (Example 4) according to an embodiment of the present invention.
11 is a photograph of an electrode part prepared for evaluating arc characteristics and contact materials of an Ag/ZnO/MWCNT electrode material according to an embodiment of the present invention.
12 is a photograph of an optical arc measurement system according to an embodiment of the present invention.
13 is a photograph showing the operation of the electrode portion of the optical arc measurement system according to an embodiment of the present invention.
14 is a photograph showing an operation of an electrode part of an optical arc characteristic measuring system according to an embodiment of the present invention.
15 is a graph showing an arc optical power measurement result according to an applied voltage according to an embodiment of the present invention.
이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다.Hereinafter, a preferred embodiment of the present invention will be described in detail. In describing the present invention, when it is determined that a detailed description of a related known technology may obscure the subject matter of the present invention, a detailed description thereof will be omitted. Throughout the specification, when a part "includes" a certain component, it means that other components may be further included rather than excluding other components, unless otherwise stated.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예를 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.The present invention is intended to illustrate specific embodiments and to be described in detail in the detailed description, since various transformations can be applied and various embodiments can be provided. However, this is not intended to limit the present invention to a specific embodiment, it should be understood to include all conversions, equivalents, or substitutes included in the spirit and scope of the present invention.
발명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 발명에서, 포함하다 또는 가지다 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terms used in the present invention are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In the present invention, terms such as include or have are intended to designate the presence of features, numbers, steps, actions, components, parts, or a combination of them described in the specification, and one or more other features, numbers, and steps. It is to be understood that it does not preclude the possibility of the presence or addition of, operations, components, parts, or combinations thereof.
본 발명은 산화아연(ZnO) 9~10중량%, 탄소나노튜브 0.01~1중량% 및 잔부 은(Ag)으로 구성되는 수배전반용 단자에 관한 것이다.The present invention relates to a terminal for a switchboard comprising 9 to 10% by weight of zinc oxide (ZnO), 0.01 to 1% by weight of carbon nanotubes, and the balance silver (Ag).
본 발명의 수배전반은 배전반과 전력 사용량 계측부를 포함할 수 있다.The switchboard of the present invention may include a switchboard and a power consumption measuring unit.
상기 배전반은 3상 4선식의 전력이 입력되는 다수의 전력 선로, 다수의 전력 선로 상에 설치되어 출력단으로의 전력 공급 여부를 결정하는 차단기, 다수의 전력 선로 상에 위치되어 각상의 전압을 계측하는 계기용 변압기, 다수의 전력 선로 상에 위치되어 각상의 전류를 계측하는 계기용 변류기를 포함할 수 있다.The switchboard is installed on a plurality of power lines into which three-phase, four-wire power is input, a breaker installed on a plurality of power lines to determine whether to supply power to the output terminal, and is located on a plurality of power lines to measure the voltage of each phase. It may include an instrument transformer, an instrument current transformer that is located on a plurality of power lines and measures the current of each phase.
본 발명의 배전반은 다수의 전력 선로와 접지 사이에 연결된 상에 위치되는 방전부를 추가 구비하고, 방전부를 통해 차단기에 의한 전력 공급 차단 후에도 다수의 전력 선로상에 잔존하던 전력이 즉각적으로 완전 방전되도록 할 수 있다.The switchboard of the present invention further includes a discharge unit located in a phase connected between a plurality of power lines and a ground, and the electric power remaining on the plurality of power lines is immediately and completely discharged even after the power supply is cut off by the circuit breaker through the discharge unit. I can.
이러한 방전부는 다수의 전력 선로에 연결된 일측을 가지며, 배전반 제어부에 의해 동작 제어되는 다수의 스위치, 다수의 스위치의 타측과 접지 사이에 연결된 다수의 커패시터를 포함하여 구성될 수 있다.The discharging unit has one side connected to a plurality of power lines, and may include a plurality of switches that are operated and controlled by a switchgear control unit, and a plurality of capacitors connected between the other side of the plurality of switches and a ground.
전력 사용량 계측부는 계기용 변압기 및 계기용 변류기를 통해 계측되는 전압 및 전류를 기반으로 전력 사용량을 계측할 수 있다.The power consumption measurement unit can measure the power consumption based on the voltage and current measured through an instrument transformer and an instrument current transformer.
이러한 수배전 반의 경우 내부에 다수의 전력 선로의 연결 및 차단을 수행하는 다수개의 단자가 존재하며, 기존의 단자의 경우 단순히 구리(Cu)를 이용하여 제작되어 각 단자의 접촉 또는 분리과정에서 아크가 발생하여 화재 및 단자의 마모를 가져왔다.In the case of such a switchgear, there are a number of terminals that connect and disconnect a number of power lines inside, and the existing terminals are simply manufactured using copper (Cu), so that arcs are generated in the process of contacting or disconnecting each terminal. Caused fire and wear of the terminals.
본 발명의 수배전반용 단자는 산화아연(ZnO) 9~10중량%, 탄소나노튜브 0.01~1중량% 및 잔부 은(Ag)으로 구성될 수 있으며, 바람직하게는 산화아연 9.93중량%, 탄소나노튜브 0.01~0.07중량% 및 잔부 은으로 구성될 수 있다. 탄소나노튜브가 1중량%를 초과하여 포함되는 경우 소결온도 1000℃이상에서도 소결되지 않아 단자의 제조가 불가능 하며, 0.01중량% 미만으로 포함되는 경우 아크발생 저감 효과가 낮아질 수 있다.The terminal for the switchboard of the present invention may be composed of 9 to 10% by weight of zinc oxide (ZnO), 0.01 to 1% by weight of carbon nanotubes, and the balance of silver (Ag), preferably 9.93% by weight of zinc oxide, carbon nanotubes It may be composed of 0.01 to 0.07% by weight and the balance silver. When the carbon nanotubes are contained in an amount exceeding 1% by weight, the terminal cannot be manufactured because they are not sintered even at a sintering temperature of 1000°C or higher.
상기 수배전반용 단자는 700~1000℃의 온도에서 소결되어 제작될 수 있다. 상기에서 살펴본 바와 같이, 탄소나노튜브를 1중량%를 초과하여 포함하는 경어 1000℃이상의 온도에서도 소결되지 않아 제품의 제작이 불가능하며, 탄소나노튜브를 함유하지 않은 10중량% 산화아연(ZnO) 및 잔부 은으로 구성되는 전극의 경우 700℃의 온도에서 소결 가능하므로 본 발명에 의한 탄소나노튜브를 포함하는 단자는 700~1000℃의 온도에서 소결되어 제작될 수 있다.The switchgear terminal may be manufactured by sintering at a temperature of 700 to 1000°C. As described above, the honorifics containing more than 1% by weight of carbon nanotubes are not sintered even at temperatures above 1000°C, making it impossible to manufacture products, and 10% by weight zinc oxide (ZnO) that does not contain carbon nanotubes and In the case of an electrode composed of the balance silver, since it is possible to sinter at a temperature of 700°C, the terminal including the carbon nanotube according to the present invention may be manufactured by sintering at a temperature of 700 to 1000°C.
상기 탄소나노튜브는 다중벽 탄소나노튜브일 수 있다. 단일벽 탄소나노튜브의 경우 아크에 의한 손상 가능성이 있으며 이에 따라 아크 저감효과가 떨어질 뿐만 아니라, 상기 다중벽 탄소나노튜브는 2~10층으로 구성된 다중벽 탄소나노튜브일 수 있으며, 바람직하게는 2~5층으로 구성된 다중벽 탄소나노튜브일 수 있다. 10층으 초과하는 다중벽 탄소나노튜브를 사용하는 경우 제조비용이 상승하게 되어 수배전반용 단자의 가격경쟁력이 떨어질 수 있다.The carbon nanotubes may be multi-walled carbon nanotubes. In the case of single-walled carbon nanotubes, there is a possibility of damage by an arc, and accordingly, the arc reduction effect is lowered, and the multi-walled carbon nanotubes may be multi-walled carbon nanotubes composed of 2 to 10 layers, preferably 2 It may be a multi-walled carbon nanotube composed of ~5 layers. In the case of using multi-walled carbon nanotubes with more than 10 layers, the manufacturing cost increases, and the price competitiveness of the switchgear terminal may decrease.
상기 단자는 수배전반 내부의 구리단자에 결합되어 사용될 수 있다. 상기 수배전반용 단자의 경우 은(Ag)을 주재료로 사용하는 만큼 기존의 구리단자에 비하여 높은 제조비용이 필요로 한다. 따라서 상기 수배전반 내부의 단자 전체를 교체하는 경우 수배전반의 제조비용이 상승하여 가격경쟁력이 떨어질 수 있다. 특히 수배전반 내부에서 일어나는 아크의 경우 각 단자의 접촉지점에서 발생하기 때문에 이러한 접촉지점을 본 발명에 의한 수배전반용 단자로 교체하는 것 만으로도 아크의 대부분을 저감할 수 있다. The terminal may be used by being coupled to a copper terminal inside the switchgear. In the case of the switchgear terminal, since silver (Ag) is used as the main material, a higher manufacturing cost is required compared to the conventional copper terminal. Therefore, when the entire terminal inside the switchgear is replaced, the manufacturing cost of the switchboard increases, and price competitiveness may decrease. In particular, since arcs occurring inside the switchgear are generated at the contact points of each terminal, most of the arc can be reduced by simply replacing these contact points with the terminals for switchgear according to the present invention.
상기 수배전반용 단자는 기존의 단자에 비하여 측정된 아크의 광파워를 20%이상 감소시키는 것일 수 있다. 수배전반 내부에서 일어나는 아크의 경우 광파워를 측정하는 것으로 그 크기를 확인할 수 있다. 따라서 본원 발명에 의한 수배전반용 단자를 사용하는 경우 기존의 단자를 사용한 수배전반에 비하여 아크의 광파워를 20% 이상 감소시킬 수 있다.The switchgear terminal may reduce the optical power of the measured arc by 20% or more compared to the conventional terminal. In the case of an arc occurring inside the switchboard, the size can be checked by measuring the optical power. Therefore, when the terminal for a switchgear according to the present invention is used, the optical power of the arc can be reduced by 20% or more compared to the switchboard using the existing terminal.
상기 수배전반용 단자는 탄노나노튜브를 포함하는 필름으로 코팅되어 있는 것일 수 있다. 상기와 같이 본원 발명에 의한 수배전반용 단자를 사용하더라도 소량의 아크가 발생할 수 있으며, 이에 의한 단자의 손상이 일어날 수 있다. 이러한 단자의 손상을 방지하기 위하여 상기 수배전반용 단자는 탄노나노튜브를 포함하는 필름으로 코팅하는 것이 바람직하다. The terminal for the switchgear may be coated with a film including a tanno nanotube. As described above, even if the terminal for the switchgear according to the present invention is used, a small amount of arc may occur, and thus the terminal may be damaged. In order to prevent such damage to the terminal, it is preferable that the terminal for the switchgear is coated with a film containing a tanno nanotube.
상기 필름은 다중벽 탄소나노튜브, 니켈 및 SiC를 포함할 수 있다. 상기 필름은 다중벽 탄소 나노튜브를 사용함에 따라 낮은 면저항(20Ω/□ 미만)을 가질 수 있으며, 이에 따라 아크 발생시 아크를 접점부위의 외부로 유도하는 역할을 수행할 수 있어 아크에 의한 단자의 손상을 최소화 할 수 있을 뿐만 아니라 단자의 접촉저항을 감소시키는 역할을 수행할 수 있다. 아울러 상기 필름에 포함되는 니켈 및 SiC의 경우 상기 필름의 코팅 특성 향상을 위하여 사용되는 것으로 탄소나노튜브의 사용에 의한 면저항의 상승을 최소화 하면서도 단자에 코팅 특성을 향상시킬 수 있다.The film may include multi-walled carbon nanotubes, nickel and SiC. The film may have a low sheet resistance (less than 20Ω/□) due to the use of multi-walled carbon nanotubes, and accordingly, when an arc occurs, it may play a role of inducing the arc to the outside of the contact area, and damage to the terminal due to arc Not only can it be minimized, it can also play a role of reducing the contact resistance of the terminal. In addition, nickel and SiC included in the film are used to improve the coating properties of the film, and while minimizing the increase in sheet resistance due to the use of carbon nanotubes, coating properties on the terminals can be improved.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 설명하기로 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지의 기능 또는 공지의 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고 도면에 제시된 어떤 특징들은 설명의 용이함을 위해 확대 또는 축소 또는 단순화된 것이고, 도면 및 그 구성요소들이 반드시 적절한 비율로 도시되어 있지는 않다. 그러나 당업자라면 이러한 상세 사항들을 쉽게 이해할 것이다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings so that those of ordinary skill in the art can easily implement them. In addition, in describing the present invention, when it is determined that a detailed description of a related known function or a known configuration may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, a detailed description thereof will be omitted. In addition, certain features presented in the drawings are enlarged or reduced or simplified for ease of description, and the drawings and their components are not necessarily drawn to scale. However, those skilled in the art will readily understand these details.
실시예Example
은(Ag)분말, 산화아연(ZnO) 분말 및 다중벽 탄소나노튜브(MWCNT)를 혼합한 다음, 하기와 같은 볼밀(Ball Mill)조건에서 각각 분쇄를 실시하였다(도 1 참조)Silver (Ag) powder, zinc oxide (ZnO) powder, and multi-walled carbon nanotubes (MWCNT) were mixed, and then pulverized in the following ball mill conditions (see FIG. 1).
-Solvent : 에탄올-Solvent: ethanol
-The weight ratio of ball to powder -> 10 : 1-The weight ratio of ball to powder -> 10: 1
-Al2O3 ball size : 3mm dia.-Al 2 O 3 ball size: 3mm dia.
-Ball milling speed : 250 rpm-Ball milling speed: 250 rpm
-Milling time : 10 hr-Milling time: 10 hr
제조된 분말은 회수율 약 93%를 나타내었으며, 건조온도 80℃에서 24시간동안 건조하여 원료분말을 제조하였다(도 2 참조).The prepared powder exhibited a recovery rate of about 93%, and dried at a drying temperature of 80° C. for 24 hours to prepare a raw material powder (see FIG. 2).
상기와 같이 제조된 각 분말을 하기의 표 1의 비율로 혼합하였다.Each powder prepared as described above was mixed in the ratio shown in Table 1 below.
상기와 같이 제조된 실시예 1~4 및 비교예 1~2를 Spark Plasma Sintering 시스템(한국탄소융합기술원, 도 3) 활용하여 전극을 제조하였다.Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 2 prepared as described above were used to manufacture an electrode using the Spark Plasma Sintering system (Korea Carbon Convergence Technology Institute, Fig. 3).
Spark Plasma Sintering 시스템의 Die에 상기 실시예 및 비교예의 분말을 장전 후 대전류를 흘려 분말을 줄열로 가열 및 소결하여 시편을 제조하였다.After loading the powders of the Examples and Comparative Examples on the die of the Spark Plasma Sintering system, the powder was heated and sintered by Joule heat by flowing a high current to prepare a specimen.
실험예 1Experimental Example 1
Ag-10wt% ZnO(비교예 1)의 경우 MWCNT를 첨가하지 않고 소결을 실시하였다. 120 초간 소결을 소행하였으며, 이때 수축 길이는 0.25 mm로 측정되었다. 소결 온도 700℃에서 수축 길이의 변화가 없으므로 소결이 성공적으로 이루어 졌음을 확인할 수 있었다(도 4 참조)In the case of Ag-10wt% ZnO (Comparative Example 1), sintering was performed without adding MWCNT. Sintering was performed for 120 seconds, and the shrinkage length was measured to be 0.25 mm. Since there was no change in the shrinkage length at the sintering temperature of 700°C, it was confirmed that sintering was successful (see FIG. 4).
Ag-9wt% ZnO-1wt% MWCNT(비교예2)의 경우 소결온도 1000℃에서도 소결체의 수축이 발생하지 않고 열에 의한 팽창이 발생하였다. MWCNT의 비율이 높기 때문에 소결이 이루어지지 않은 것으로 판단된다. 분말의 necking 형성이 어려운 것으로 판단되며, 이 결과를 바탕으로 MWCNT 함량을 1 wt% 이하의 조성을 가지는 실시예를 시행하였다. 따라서 MWCNT 함량은 0.01 wt%~1 wt% 가 적절할 것으로 판단되었다. 소결은 300초 동안 이루어 졌으며 최종 팽창 길이는 0.15 mm로 측정되었다(도 5 참조).In the case of Ag-9wt% ZnO-1wt% MWCNT (Comparative Example 2), the shrinkage of the sintered body did not occur even at a sintering temperature of 1000°C and expansion due to heat occurred. Since the ratio of MWCNT is high, it is judged that sintering has not occurred. It was judged that the formation of the necking of the powder was difficult, and based on this result, an Example having a composition having an MWCNT content of 1 wt% or less was implemented. Therefore, it was judged that the MWCNT content would be appropriate from 0.01 wt% to 1 wt%. Sintering was performed for 300 seconds and the final expansion length was measured to be 0.15 mm (see FIG. 5).
실험예 2Experimental Example 2
상기 실시예 1~4의 혼합물을 이용하여 전극 소재를 제조하였다(도 6).An electrode material was prepared using the mixture of Examples 1 to 4 (Fig. 6).
Spark Plasma Sintering 시스템 활용하여 제작한 Ag/ZnO/MWCNT 전극 소재(실시예 1~4)의 X-ray diffraction 측정하였다. 도 7~10에 나타난 바와 같이, 은(Ag), 산화아연(ZnO), 그라파이트(Graphite)의 신호가 검출되었으며, 이를 통하여 소결된 전극소재에 MWCNT가 분산되어 있음을 확인하였다.The X-ray diffraction of the Ag/ZnO/MWCNT electrode material (Examples 1 to 4) produced using the Spark Plasma Sintering system was measured. As shown in FIGS. 7 to 10, signals of silver (Ag), zinc oxide (ZnO), and graphite were detected, and it was confirmed that MWCNTs were dispersed in the sintered electrode material.
실험예 4Experimental Example 4
상기 실시예 4의 조성으로 제조된 전극을 DC스위치 On/Off 전극부분 재료로 적용하여 아크를 인위적으로 발생시키고 아크의 특성 평가하였다(도 12).The electrode prepared with the composition of Example 4 was applied as a material for the DC switch On/Off electrode part to artificially generate an arc and evaluate the characteristics of the arc (FIG. 12).
상기 실시예 4의 조성으로 제조된 전극 소재를 wire cutting을 통해 5X5 mm로 절단한 후 설계 제작한 구리 전극에 용접하여 시험 전극부 제작하였다(도 11).The electrode material prepared in the composition of Example 4 was cut into 5×5 mm through wire cutting, and then welded to the designed and manufactured copper electrode to produce a test electrode part (FIG. 11).
측정 시스템은 DC 전압 인가를 위한 DC power supply (800V)와 전극부의 on/off 동작을 위한 automatic liner stage와 전극 정렬을 위한 3축 광학 스테이지, 아크 광파워 측정을 위한 UV photo detector 로 구성되었다.The measurement system consists of a DC power supply (800V) for applying DC voltage, an automatic liner stage for on/off operation of the electrode, a 3-axis optical stage for electrode alignment, and a UV photo detector for measuring arc power.
automatic linear stage 구동을 통해 전극부의 on/off 동작을 시행(도 13, 14)하였으며 구동 소프트웨어는 LabView로 제작하여 활용하였다. 전극부 동작을 높은 정밀도로 제어하기 위해 압전소자를 이용한 정밀 linear stage를 사용하였다. 전극부 아래에 UV photodetector를 위치시켜 아크 발생 시 아크의 광파워를 직접적으로 측정하였다. 아크 발생 전극부와 UV photodetetor 사이의 거리에 따라 측정값이 영향을 받으므로 정확한 거리(3 mm) 유지하였다. 상대습도가 아크 발생에 영향을 미치므로 항습 상태에서 실험을 수행하였다. 발생하는 아크의 광파워가 작으므로 주위 조명등에 영향을 최소화하기 위해 암실 조건에서 실험을 수행하였다. 전극부의 on/off 스위칭 속도(10mm/s)를 일정하게 유지하여 측정하였다. photodetector와 스위치 접점의 위치를 중앙에 위치하여 최대 측정값을 얻도록 정렬하여 실험을 실시하였다.The on/off operation of the electrode part was performed through automatic linear stage driving (FIGS. 13 and 14), and the driving software was manufactured and used with LabView. In order to control the operation of the electrode part with high precision, a precision linear stage using a piezoelectric element was used. A UV photodetector was placed under the electrode to directly measure the optical power of the arc when the arc occurred. Since the measured value is affected by the distance between the arc generating electrode and the UV photodetetor, the correct distance (3 mm) was maintained. Since the relative humidity affects the arc generation, the experiment was conducted in a humid state. Since the light power of the generated arc is small, the experiment was conducted in a dark room condition to minimize the effect on the surrounding lighting. It was measured by maintaining the on/off switching speed (10mm/s) of the electrode part constant. The experiment was conducted by placing the position of the photodetector and switch contact in the center to obtain the maximum measured value.
기존 스위치 접점 물질(구리)의 아크 광파워와 Ag -9.93 wt% ZnO-0.07wt% MWCNT(실시예 4) 스위치 전극 재료의 아크 광파워를 측정 하였다.The arc optical power of the conventional switch contact material (copper) and the arc optical power of the Ag -9.93 wt% ZnO-0.07 wt% MWCNT (Example 4) switch electrode material were measured.
인가 전압이 커질수록 발생하는 아크 광파워가 증가하는 것을 확인할 수 있었으며 실시예 4의 Ag -9.93 wt% ZnO-0.07wt% MWCNT 스위치 전극 재료의 아크 광파워가 약 20 % 이상 감소하였음을 확인할 수 있었다(도 15 참조).As the applied voltage increased, it was confirmed that the generated arc light power increased, and the arc light power of the Ag -9.93 wt% ZnO-0.07 wt% MWCNT switch electrode material of Example 4 decreased by about 20% or more. (See Fig. 15).
실시예 4의 스위치 전극 재료의 아크 광파워 측정을 통해 아크 발생 시간 및 강도가 현저히 감소하여 접점물질의 손상이 작아질 것으로 판단된다. 따라서 본 발명에 의한 전극 재료를 기존의 스위치에 적용할 경우 아크로 인한 손상 및 위험을 줄일 수 있을 것이라 판단된다.By measuring the arc power of the switch electrode material of Example 4, it is determined that the arc generation time and intensity are significantly reduced, so that damage to the contact material is reduced. Therefore, when the electrode material according to the present invention is applied to an existing switch, it is determined that damage and risk due to arc can be reduced.
이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는 바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시 양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서, 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.As described above, specific parts of the present invention have been described in detail, and it will be apparent to those of ordinary skill in the art that these specific techniques are only preferred embodiments, and the scope of the present invention is not limited thereby. will be. Accordingly, it will be said that the substantial scope of the present invention is defined by the appended claims and their equivalents.
Claims (7)
상기 탄소나노튜브는 2~5층으로 구성된 다중벽 탄소나노튜브인 것인, 수배전반용 단자.
Zinc oxide (ZnO) 9 to 10% by weight, carbon nanotubes 0.01 to 0.07% by weight, and the balance silver (Ag) as a switchboard terminal consisting of,
The carbon nanotubes are multi-walled carbon nanotubes composed of 2 to 5 layers, the switchboard terminal.
상기 수배전반용 단자는 700~1000℃의 온도에서 소결되어 제작되는 것을 특징으로 하는 수배전반용 단자.
The method of claim 1,
The switchgear terminal is manufactured by sintering at a temperature of 700 to 1000°C.
상기 단자는 수배전반 내부의 구리단자에 결합되어 사용되는 것을 특징으로 하는 수배전반용 단자.
The method of claim 1,
The terminal is a switchboard terminal, characterized in that used by being coupled to a copper terminal inside the switchboard.
상기 수배전반용 단자는 탄노나노튜브를 포함하는 필름으로 코팅되어 있는 것을 특징으로 하는 수배전반용 단자.
The method of claim 1,
The terminal for switchgear, characterized in that the terminal for switchgear is coated with a film containing a tanno nanotube.
상기 필름은 다중벽 탄소나노튜브, 니켈 및 SiC를 포함하는 것을 특징으로 하는 수배전반용 단자.The method of claim 6,
The film is a switchgear terminal, characterized in that it comprises a multi-walled carbon nanotube, nickel and SiC.
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