KR20150135486A - 밀봉 구조의 서지 피뢰기 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 유체 밀봉식 하우징(2)과, 상기 하우징(2) 내에 배치된, 과전압 방전을 위한 능동부(6)를 구비한 서지 피뢰기(1)에 관한 것이다. 능동부(6)는 스택들(7) 내에 배치된 방전 소자들(8)을 포함하며, 적층식으로 배열되어 중간 절연 부재(9)에 의해 서로 분리된 복수의 스택(7)이 하나의 컬럼(10)을 형성한다. 능동부(6)는 이러한 유형의 컬럼(10)을 여러 개 가지며, 이때 인접한 컬럼들(10)의 스택(7)은, 전류 경로(11)가 사행 형태로 능동부(6)를 관통하여 안내되도록, 서로 전기적으로 연결된다. 본 발명에 따르면 컬럼들(10)은 일렬로 나란히 배열된다. 이러한 서지 피뢰기(1)는 매우 컴팩트한 치수를 가지며, 이로써 고압 개폐기 내부의 협소한 공간 조건에 매우 양호하게 적응된다.

Description

밀봉 구조의 서지 피뢰기{ENCAPSULATED SURGE ARRESTER}

본 발명은 청구항 제1항의 전제부에 따른, 유체 밀봉식 하우징에 의해 밀봉된 서지 피뢰기에 관한 것이다.

서지 피뢰기는, 번개 또는 다른 서브 시스템의 오작동으로 인해 과전압이 발생할 경우, 이러한 과전압을 접지로 방전시켜 개폐기의 다른 구성 부품을 보호하는, 예를 들어 개폐기용 보호 시스템이다.

이러한 유형의 서지 피뢰기는 원통형의 개별 배리스터 소자로 구성된 배리스터 컬럼을 갖는 하나 이상의 능동부를 포함한다. 배리스터 소자는, 전압에 따라 저항이 좌우되는 특징이 있다. 전압이 낮을 때는 배리스터 소자가 절연체로서 작용한다. 재료에 따라 좌우되는 특정 임계 전압부터 배리스터 소자는 양호한 전도성을 보인다. 배리스터 소자는 주로 산화아연과 같은 금속 산화물로부터 제조된다. 방전 소자는 개폐기 및 접지에 대한 전기 접점을 형성하는 단부 고정체에 의해 양측 단부가 제한된다. 기계 부하 하에서도 우수한 전기 접촉이 보장되도록, 배리스터 컬럼은 서로 압착되어 있어야 한다. 이는, 예를 들어 파이프, 케이블 또는 봉과 같은, 바람직하게는 유리 섬유 보강 플라스틱 소재의 인장 요소들이 단부 고정체들 내에 인장 상태로 클램핑됨으로써 구현될 수 있다. 이 경우, 인장 요소들이 배리스터 컬럼을 둘러싼다.

가스 절연 개폐기에 사용하기 위해, 서지 피뢰기는 방전 소자를 둘러싸는 밀봉된 유체 밀봉 하우징을 갖는다. 이 경우, 하우징은 절연 내력을 증가시키기 위해 유체, 통상 설퍼헥사플루오라이드(Sulfur Hexafluoride)로 채워진다. 하우징은 전도성 재료, 예를 들어 금속으로 형성되며, 전기적으로 접지된다. 방전 컬럼의 일측 단부 고정체는 하우징을 통해 형성된 접점에 의해 접지된다. 타측 단부 고정체는, 하우징의 외측에 위치하며 개폐기로의 접속에 이용되는 접점과 피드스루를 통해 전기적으로 연결된다.

이러한 유형의 서지 피뢰기는 예를 들어 DE 102011077394 A1호로부터 공지되었다. 상기 문헌에서는 유체 밀봉식 하우징 내에 단일 컬럼형 능동부가 배치된다. 그러나 고전압의 경우에는 능동부가 수 미터까지 길어질 수 있다.

US 4814936 A1호로부터는 4개의 컬럼으로 구성된 능동부를 갖는 서지 피뢰기가 공지되었다. 이들 컬럼은 하나의 정사각형 내에 하우징 축을 중심으로 회전 대칭을 이루어 배열된다. 이러한 구성의 경우, 종방향 연장부는 전술한 경우들에 비해 더 짧으나, 횡방향 연장부는 더 많은 구성 공간을 요구한다.

본 발명의 과제는 개폐기의 공간 조건에 더욱 최적화된 서지 피뢰기를 제공하는 것이다.

상기 과제는 청구항 제1항에 따른 본 발명의 수단에 의해 해결된다.

본원에서 서지 피뢰기는, 하부 커버와 상부 커버 사이에서 하우징 축을 따라 연장되는 하우징 벽을 구비한 유체 밀봉식 하우징을 갖는다. 서지 피뢰기는 그 외에도, 하우징 내에 배치되고, 스택들 내에 배열된 방전 소자들을 포함하는, 과전압 방전을 위한 능동부를 가지며, 이때 적층식으로 배열되어 중간 절연 부재에 의해 서로 분리된 복수의 스택이 하나의 컬럼을 형성한다. 능동부는 그 종축들이 하우징 축에 대해 평행하게 배치된 복수의 컬럼을 가지며, 이때 인접한 컬럼들의 스택은, 전류 경로가 사행 형태로 능동부를 관통하여 안내되도록, 서로 전기적으로 연결된다. 이러한 연결은 예를 들어 방전 소자들의 외부면에 배치된 케이블 또는 전도성 스트립을 통해 수행될 수 있으며, 바람직하게는 인접한 2개의 컬럼의 2개의 스택과 이들 스택에 접하는 각각의 중간 부재 사이에 배치되어 2개의 인접한 스택을 서로 전기적으로 연결하는 연결 소자를 통해 수행된다. 본 발명에 따르면, 컬럼들은 일렬로 나란히 배열된다. 단일 컬럼 능동부를 갖는 서지 피뢰기에 비해 본 발명에 따른 서지 피뢰기가 확실히 더 짧다. 능동부의 컬럼들이 사각형 형태로 배치되는 서지 피뢰기에 비해, 본 발명에 따른 서지 피뢰기는 컬럼들이 나란히 배열되기 때문에 너비가 더 좁다. 개폐기 내에 모든 방향으로 동일하게 넓은 공간이 있는 경우는 드물다. 본 발명에 따른 서지 피뢰기는 개폐기 내에서, 더 좁은 측면이 더 좁은 공간이 제공되는 방향을 향하도록 배향된다.

한 바람직한 구성에서, 하우징 벽은 하우징 축을 따르는 일 섹션 내에 긴 축 및 짧은 축을 갖는 타원형 단면 윤곽을 가지며, 컬럼들의 열은 긴 축을 따라 배열된다. 타원형 하우징은 컬럼들의 직렬 배열에 최적으로 매칭되면서도 높은 압축 강도를 갖는다.

또한, 바람직하게는, 인접한 컬럼들 내에 중간 부재들이 컬럼의 동일한 높이에 배치되고, 중간 부재와 이 중간 부재의 양 측에 접하는 스택들 사이에 연결 소자가 배치되며, 이 연결 소자는 컬럼의 각각 하나의 스택을 인접한 컬럼의 스택과 전기적으로 연결한다. 이러한 구성을 통해, 하나의 중간 부재를 위해 인접한 컬럼의 스택에 대한 2개의 전기 연결부가 형성될 수 있다. 이로써, 중간 부재들이 절약되어 컬럼이 더 짧아질 수 있다.

또 다른 한 바람직한 구성에서는, 일측 컬럼의 중간 부재와, 동일한 높이에 배치된 인접 컬럼의 중간 부재가 일체형 지지판의 단부들로서 형성된다. 이로써, 중간 부재들은 인접한 두 컬럼 사이의 추가적인 기계적 연결부로서 사용될 수 있으며, 이는 능동부의 기계적 안정성을 향상시킨다.

그 밖에도, 본 발명의 한 바람직한 구성에서 연결 소자들은 지지판의 상부면 및 하부면에 제공되는 층들이다. 그로 인해, 3개의 부재 대신 단 하나의 부재만 다루면 되므로, 조립이 간소화된다.

이하 도면들을 토대로 본 발명을 더 상세히 설명된다.

도 1은 본 발명에 따른 서지 피뢰기의 종단면도이다.
도 2는 도 1의 서지 피뢰기의 평면도이다.

서로 대응되는 부재들에는 모든 도면에서 동일한 도면 부호가 부여된다. 문자를 추가로 갖는 도면 부호들은 유사한 구성요소를 나타낸다. 추가 문자 없이 도면 부호가 사용된 경우는, 상응하는 모든 구성 요소들을 의미한다.

도 1은 본 발명에 따른 서지 피뢰기(1)의 종단면도이다. 도 2는 동일한 서지 피뢰기(1)의 평면도이다. 능동부(6)의 컬럼들(10a, 10b, 10c)은 여기서 커버(5)를 관통하여 볼 수 있도록 도시되어 있다. 서지 피뢰기(1)는, 대개 전도성 재료로 형성되며 전기적으로 접지되는 유체 밀봉식 하우징(2)을 갖는다. 하우징(2)은 하부 커버(4) 및 상부 커버(5)를 갖는다. 커버들(4, 5) 사이에는 하우징 축(30)을 따라 하우징 벽(3)이 연장된다. 하우징은 작동 준비된 상태에서 오일 또는 설퍼헥사플루오라이드과 같은 절연성 유체로 채워진다. 하우징(2) 내에는 과전압 방전을 위해 사용되는 능동부(6)가 배치된다. 능동부(6)는 고전압측 단부(26)에서 상단 고정체(20)에 의해 제한된다. 이 상단 고정체는 전기적으로 고전압 접점(16)과 연결되며, 고전압 접점은 다시 고전압 피드스루(25)를 지나 상부 커버(5)를 통해 외부로의 전기적 연결을 안내한다. 하우징(2)의 외부에서는 상기 전기적 연결에 의해 여기에 도시되지 않은 고전압 개폐기로의 접속이 구현될 수 있다. 능동부(6)의 접지측 단부(27)에서는 능동부가 하단 고정체(21)에 의해 제한되며, 여기서는 하단 고정체가 세 부분으로 도시되어 있다. 그러나 일체형 단부 고정체(21)도 가능할 수 있다. 하단 고정체(21)는 전기 전도성 재료로 형성될 수 있고, 이 경우 접지 연결부가 능동부(6)로부터 하단 고정체(21) 및 하부 커버(4)를 통해 외부로 안내될 수 있다. 하우징(2)의 외부에서 상기 접지 연결부는 접지될 수 있다. 대안적으로, 하단 고정체(21)는 전기적으로 절연되도록 형성될 수 있다. 이 경우, 능동부(6)는, 유체 밀봉되고 하부 커버(4)에 대해 전기적으로 절연되며, 여기에 도시되지 않은 접지 접점을 통해 하우징(2)의 외부에서 접지와 연결될 수 있다. 통상, 능동부(6)는 여기에 도시되지 않은 인장 요소에 의해 파지된다. 인장 요소들은 케이지 형태로 능동부 둘레에 배치되거나, 도관 형태의 개별 인장 요소로서 능동부를 둘러싼다. 인장 요소(들)는 일측이 상단 고정체(20) 내에, 타측이 하단 고정체(21) 또는 하부 커버(4) 내에 클램핑되어 능동부를 파지한다.

능동부(6)는 여기서 3개의 컬럼(10a, 10b, 10c)을 포함한다. 2개, 4개 또는 그 이상의 컬럼(10)으로 구성되는 대안적인 어셈블리도 마찬가지로 가능할 수 있다. 바람직하게는 본 발명에 따른 서지 피뢰기가 3개 이상의 컬럼(10)으로 이루어진 능동부(6)를 갖는다. 이들 컬럼(10)은 각각 하우징 축(30)에 대해 평행한 종축(31)을 따라 연장되며, 일렬로 나란히 배치된다. 하나의 내측 컬럼(10b)의 측면으로 2개의 외측 컬럼(10a, 10c)이 배치된다. 이들 컬럼(10)은 각각 복수의 방전 소자(8) 스택(7)으로 구성된다. 스택들(7)은 중간 절연 부재(9)에 의해 서로 분리되어 있다. 도면에서 방전 소자들(8)에는 단지 예시적으로 도면 부호들이 기재되어 있으나, 일반적으로 하나의 디스크형 배리스터 블록으로 형성된다. 컬럼(10a)을 예로 들어 상기 구조를 상세히 설명한다. 컬럼(10a)은 총 18개의 방전 소자(8)로 구성되며, 이들 방전 소자는 4개의 스택(7a, 7b, 7c, 7d) 내에 서로 적층 배치되며, 이때 스택(7a)은 3개의 방전 소자(8)를 포함하고, 스택(7b, 7c, 7d)은 각각 5개의 방전 소자를 포함한다. 4개의 스택(7a, 7b, 7c, 7d)은 3개의 중간 절연 부재(9a, 9b, 9c)에 의해 서로 분리되며, 하나의 컬럼 내에서 서로 전기적으로 절연된다. 중간 부재(9b)는 예를 들어 스택들(7b, 7c)을 서로 분리시켜 이들을 서로에 대해 절연시킨다. 능동부(6)의 접지측 단부(27)에서 스택(7d)에는 단부 고정체(21)에 대해 스택(7d)을 절연시키며 컬럼을 종결하는 중간 부재(9d)가 접한다. 컬럼들(10b, 10c)은 스택(7), 방전 소자(8) 및 중간 부재(9)의 수가 서로 상이할 경우에도 유사하게 형성된다. 바람직하게는, 외측 컬럼(10a, 10c)은 동일한 방식으로 형성되나, 회전 대칭으로 배열된다. 내측 컬럼(10b) 또는 내측 컬럼들(10)의 스택(7)은 여기에 도시된 바람직한 실시예에서 모두 동일한 수의, 여기서는 2개의, 방전 소자(8)를 포함한다. 본 실시예의 한 바람직한 실시예에서, 내측 컬럼(10b)은 n개의 방전 소자를 갖는 스택(7)만을 포함하고, 외측 컬럼(10a, 10c)은 2n+1개의 방전 소자를 갖는 스택(7)을 포함하며, n+1개의 방전 소자(8)를 갖는 각각 하나의 스택이 외측 컬럼(10a, 10c)의 일측을 종결한다.

하나의 스택(7)과 이에 인접한 중간 부재(9) 사이에는 각각 하나의 연결 소자(9)가 배치된다. 연결 소자(9)는 인접한 컬럼들(10)의 2개의 스택(7)을 서로 전기적으로 연결한다. 이렇게 하여, 예를 들어 컬럼(10a) 내에서 스택(7c)과 그에 인접하는 중간 부재(9b) 사이에 하나의 연결 소자(14c)가 배치된다. 이 연결 소자(14c)는 컬럼(10a)에서부터 종축(31)에 대해 수직으로 인접한 컬럼(10b) 내부까지 안내되며, 상기 인접 컬럼 내에서 스택(7i)과 그에 인접하는 중간 부재(9f) 사이에 배치된다. 즉, 연결 소자(14c)는 컬럼들(10a, 10b)을 동일한 높이에서 연결한다. 스택들(7c, 7i) 사이에 전기적 연결이 형성된다. 이로써, 스택들(7c, 7i)이 직렬 접속된다. 즉, 컬럼(10a)을 통한 전류 경로(11)는 여기서는 중간 전기 절연 부재(9c)에 의해 차단되어 컬럼(10b)을 통해 유도된다. 능동부(6)를 통한 전류 경로(11)는 상단 고정체(20)에서 시작하여, 접지측 단부(27)의 방향으로 계속해서 컬럼(10a)의 스택(7a)을 통해 유도되며, 연결 소자(14a)를 통해 컬럼(10b)의 스택(7e) 내로 유도되어, 그곳에서 고전압측 단부(26)의 방향으로 계속해서 연결 소자(14d)를 통해 컬럼(10c)의 스택(7g) 내로 안내되며, 거기서 다시 접지측 단부(27)의 방향으로 진행되다가, 최종적으로 연결 소자(14e)를 통해 역방향으로 스택(7f) 및 연결 소자(14b)를 지나 컬럼(10a)의 스택(7c) 내로 안내된다. 유사한 방식으로, 전류 경로(11)가 사행 형태로 서로 직렬 연결된 스택들(7)을 통해 전체 능동부(6)를 통과하여 마지막으로 컬럼(10c)의 스택(7h)까지 안내된다. 그곳에서 전류 경로는 전술한 것처럼 하단 고정체(21) 또는 접지 접점을 통해 하우징(2)으로부터 외부로 안내된다. 도시의 편의상, 전류 경로(11)의 수평 연결선들을 연결 소자들(14) 옆에 도시하였다. 실제로 전류 경로(11)의 전류 흐름은 당연히 연결 소자들(14)를 통해 연장된다.

두 지점에서, 중간 부재들이 일체형 지지판(15a, 15b)의 단부들로서 형성된다. 즉, 인접한 2개의 컬럼의 중간 부재들이 결합되어 하나의 일체형 지지판(15a, 15b)을 형성한다. 컬럼(10a)의 스택들(7c, 7d) 사이의 중간 부재가 컬럼(10b)의 스택들(7j, 7k) 사이의 중간 부재와 결합하여 하나의 지지판(15a)을 형성한다. 지지판(15a)은 컬럼들(10a, 10b)을 각각 동일한 높이에서 연결하여, 능동부(6)의 기계적 안정성을 높이는 데 이용된다. 중간 부재(9) 및 지지판(15)은 예를 들어 에폭시 수지, 캐스팅 수지 또는 여타의 전기 절연성 고형물과 같은 재료로 제작될 수 있다. 이하 중간 부재(9)에 대한 설명은, 지지판(15)이 명시되지 않는 경우라도,지지판(15)을 위해서도 적용된다.

스택(10)의 단부에 위치하는 중간 부재(9)까지 통틀어 모든 중간 부재(9)에서 그 상부면과 하부면에는 중간 부재(9)와 상기 중간 부재의 양측에 접하는 스택들(7) 사이에 각각 하나의 연결 소자(14)가 배치된다. 즉, 이들 중간 부재(9) 각각을 위해, 인접한 컬럼들(10)로의 2개의 전기 연결부가 형성된다. 중간 부재들(9) 및 연결 소자들(14)은 그 두께에 있어서, 중간 부재(9) 및 스택(7)의 개수가 상이한 경우에도 컬럼들(10)이 동일한 높이를 갖도록 치수 설계된다. 하나의 컬럼(10)의 2개의 스택(7) 사이에 각각 하나의 중간 부재(9)와 2개의 연결 소자(14)가 배치되는 컬럼(10)의 내측에서, 하나의 중간 부재(9)와 2개의 연결 소자(14)의 전체 두께는 하나의 방전 소자(8)의 두께에 상응한다. 컬럼(10)의 단부들에서, 하나의 중간 부재(9)와 하나의 연결 소자(14)의 전체 두께는 하나의 방전 소자의 두께에 상응한다. 연결 소자들(14)은 얇은 금속판이거나, 또는 지지판(15)의 경우 지지판(15)의 상부면 및 하부면에 제공된 금속층일 수 있다.

하우징 벽(3)은 하우징 축(30)을 따르는 일 섹션(17)에 걸쳐 타원형 단면 윤곽을 가지며, 타원형이란 타원 형태뿐만 아니라 계란 형태도 포함한다. 이때, 하우징(2)은 긴 축(12) 및 짧은 축(13)을 가지며, 긴 축(12)은 짧은 축(13)보다 더 길다. 컬럼들(10)의 열은 긴 축(12)을 따라 배열된다.

또한, 하우징(2)은 맨홀 커버(23)에 의해 폐쇄 가능한 어댑터(22)를 가질 수 있다. 맨홀 커버 내에는 멤브레인에 의해 폐쇄되는 배출구가 배치될 수 있으며, 이 배출구는 결함으로 인한 하우징(2) 내 압력 상승 시 파손되어 압력을 외부로 배출시킨다. 이때 발생하는 유체 흐름은 배출 후드(24)를 통해 다른 시스템 부재들에 악영향을 미칠 수 없는 방향으로 우회될 수 있다.

Claims (5)

1. 하부 커버(4)와 상부 커버(5) 사이에서 하우징 축(30)을 따라 연장되는 하우징 벽(3)과, 상기 하우징(2) 내에 배치되어 스택들(7) 내부에 배열된 방전 소자들(8)을 포함하는, 과전압 방전을 위한 능동부(6)를 구비한 유체 밀봉식 하우징(2)을 갖는 서지 피뢰기(1)로서, 적층식으로 배열되어 중간 절연 부재(9)에 의해 서로 분리된 복수의 스택(7)이 하나의 컬럼(10)을 형성하며, 능동부(6)는 그 종축들(31)이 하우징 축(30)에 대해 평행하게 배치된 복수의 컬럼(10)을 가지며, 이때 인접한 컬럼들(10)의 스택(7)은, 전류 경로(11)가 사행 형태로 능동부(6)를 관통하여 안내되도록, 서로 전기적으로 연결되는, 서지 피뢰기에 있어서,
   상기 컬럼들(10)이 일렬로 나란히 배열되는 것을 특징으로 하는, 서지 피뢰기(1).
2. 제1항에 있어서, 하우징 벽(3)은 하우징 축(30)을 따르는 일 섹션(17) 내에 긴 축(12) 및 짧은 축(13)을 갖는 타원형 단면 윤곽을 가지며, 컬럼들(10)의 열은 긴 축(12)을 따라 배열되는 것을 특징으로 하는, 서지 피뢰기(1).
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 인접한 컬럼들(10) 내에는 중간 부재들(9)이 동일한 높이에 배치되고, 중간 부재(9)와 이 중간 부재(9)의 양측에 접하는 스택들(7) 사이에 연결 소자(14)가 배치되며, 이 연결 소자는 컬럼(10)의 각각 하나의 스택(7)을 인접한 컬럼(10)의 스택(7)과 전기적으로 연결하는 것을 특징으로 하는, 서지 피뢰기(1).
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 일측 컬럼(10)의 중간 부재(9)와, 동일한 높이에 배치된 인접 컬럼(10)의 중간 부재(9)가 일체형 지지판(15)의 단부들로서 형성되는 것을 특징으로 하는, 서지 피뢰기(1).
5. 제4항에 있어서, 연결 소자들(14)은 지지판(15)의 상부면 및 하부면에 제공된 층들인 것을 특징으로 하는, 서지 피뢰기(1).

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