KR20160122642A

KR20160122642A - 기체 절연 서지 피뢰기

Info

Publication number: KR20160122642A
Application number: KR1020160043233A
Authority: KR
Inventors: 마르쿠스 술릿체
Original assignee: 지멘스 악티엔게젤샤프트
Priority date: 2015-04-14
Filing date: 2016-04-08
Publication date: 2016-10-24
Also published as: JP6316335B2; EP3082136B1; KR101870505B1; JP2016208022A; EP3082136A1

Abstract

본 발명은 유체 밀봉식 하우징(3) 내에 배열된 하나 이상의 활성 부분(2)을 포함하는 서지 피뢰기(1)에 관한 것이다. 특별한 장점은 3개의 활성 부분들(2)을 갖는 실시예에서 형성된다. 하우징(3)은 측벽(4) 및 바닥(5)을 포함하며, 바닥(5)에 대향하는 측에서 커버(6)에 의해 폐쇄된다. 측벽(4) 및 바닥(5)은 단일편으로 형성되며, 특히 예를 들어 알루미늄 또는 강으로 단일편으로 주조된다. 바닥(5)은 각각의 활성 부분(2)을 위해 자체 개구(7)를 포함하며, 이 개구를 통해 활성 부분(2)이 하우징(3)에 삽입될 수 있다. 이를 위해, 개구(7)의 형태 및 내폭은, 조립 완성된 활성 부분(2)이 상기 개구를 통해 하우징(3) 내로 삽입될 수 있도록 치수화되어야 한다. 각각의 개구(7)는 폐쇄부(8)에 의해 유체 밀봉식으로 폐쇄된다. 바람직하게는, 서지 피뢰기(1)가 복수의, 특히 3개의 활성 부분(2)을 포함한다. 활성 부분(2)의 각각을 위해, 바닥(5) 내에 개구(7)가 제공되는데, 즉 3개의 활성 부분(2)에서 바닥(5)은 3개의 개구(7)를 포함한다. 이러한 유형의 하우징(3)은 예를 들어 바닥(5)이 측벽(4)과 단일편으로 주조됨으로써, 통상, 절삭 가공으로만 제조되는 바닥이 제거되기 때문에 저렴하게 제조된다. 또한, 이러한 유형의 서지 피뢰기(1)는 쉽게 조립되는데, 그 이유는 활성 부분(2)이 공동으로 개구(7)를 통해 삽입되어 조립되는 것이 아니라, 개별적으로 개구를 통해 삽입되어 조립될 수 있기 때문이다.

Description

기체 절연 서지 피뢰기{GAS-INSULATED SURGE ARRESTER}

서지 피뢰기는, 낙뢰 또는 다른 서브 시스템의 오작동으로 인해 과전압이 발생할 경우, 이러한 과전압을 접지로 유도하여 개폐기의 다른 구성 부품을 보호하는, 예를 들어 고전압- 또는 중전압 개폐기용 보호 시스템이다.

이러한 유형의 서지 피뢰기는 원통형 유도 소자를 갖는 하나 이상의 활성 부분을 포함하며, 이 유도 소자는 마찬가지로 원통형의 개별 배리스터(varistor) 소자로 구성되고 원통 축을 따라 연장되는 배리스터 컬럼을 포함한다. 배리스터 소자는 전압에 따른 저항을 특징으로 한다. 저전압에서 배리스터 소자는 절연체로서 작용한다. 재료에 따른 특정 임계 전압부터 배리스터 소자는 양호한 전도성을 나타낸다. 배리스터 소자는 통상 산화아연과 같은 금속 산화물로 제조된다. 유도 소자는 개폐기 및 접지에 대한 전기 접촉을 형성하는 단부 고정체에 의해 양측 단부가 제한된다. 또한, 기계적인 부하에서도 양호한 전기적 접촉이 보장되도록 배리스터 컬럼이 압력 하에 결속되어야 한다. 이는, 바람직하게는 유리 섬유 보강 플라스틱으로 이루어진 인장 소자, 예를 들어 케이블 또는 로드가 단부 고정체 내에 인장 하에 클램핑됨으로써 수행될 수 있다. 이때, 인장 소자는 배리스터 컬럼을 둘러싸며 이를 중심으로 케이지를 형성한다.

기체 절연 개폐기에 사용하기 위해, 서지 피뢰기는 유도 소자를 둘러싸는 유체 밀봉식 하우징을 포함한다. 이 경우, 하우징은 절연 내력을 증가시키기 위해 유체, 통상 육플루오르화황(SF₆)으로 충전된다. 하우징은 통상 금속으로 형성되며, 전기적으로 접지된다. 유도 컬럼의 하나의 단부 고정체는 하우징을 통해 안내되는 접점에 의해 접지된다. 다른 단부 고정체는, 하우징 피드스루(housing feedthrough)를 통해, 하우징의 외측에 위치하고 개폐기에 대한 접속에 이용되는 고전압 접점과 전기적으로 연결된다.

본 발명의 대상은 기체 절연 개폐기용 서지 피뢰기이다.

EP 2 846 333 A1에는 3개의 활성 부분을 포함하고 기체 절연 하우징을 구비한 서지 피뢰기가 공지되어 있다. 하우징은 주조된 원통형 외피와, 각각의 활성 부분을 위한 고전압 측 피드스루를 갖는 고전압 측 커버와, 접지 측 커버로 구성된다. 이러한 커버는 매우 많은 개구 및 고정 소자를 포함하는데, 이는 복잡하게 제조되고 비용이 많이 든다. 또한, 서지 피뢰기의 조립은 복잡한데, 그 이유는 모든 활성 부분이 커버에 고정되어야 하기 때문이다. 그 다음, 커버는 커버에 고정된 활성 부분과 함께 하우징 외피 상에 안착된다. 이 경우에, 활성 부분은 상응하는 고정부 내에서 고전압 측 커버에 조립되어야 하는데, 이는 번거롭다.

본 발명의 과제는 저렴하게 제조되고 간단하게 조립될 수 있는 서지 피뢰기를 제공하는 것이다.

본 발명에 따르면, 기체 절연 개폐기에서 사용되는 것과 같은 유체 밀봉식 하우징 내에 배열된 하나 이상의 활성 부분을 포함하는 서지 피뢰기가 제공된다. 서지 피뢰기에서 공지된 바와 같이, 활성 부분은 두 개의 단부 고정체에 클램핑된, 전압에 따른 저항으로 이루어진 컬럼, 즉, 이른바 배리스터이다. 본 발명은 하나 이상의 활성 부분을 갖는 서지 피뢰기에 관한 것이다. 그러나 특별한 장점은 3개의 활성 부분을 갖는 실시예에서 형성된다. 하우징은 측벽 및 바닥을 포함하며, 바닥에 대향하는 측에서 커버에 의해 폐쇄된다. 측벽 및 바닥은 단일편으로, 예를 들어 알루미늄 또는 강으로 단일편 주조된다. 바닥은 각각의 활성 부분을 위해 자체 개구를 포함하며, 이를 통해 활성 부분이 하우징 내로 삽입될 수 있다. 이를 위해, 개구의 형태 및 내폭은, 조립 완성된 활성 부분이 상기 개구를 통해 하우징 내로 삽입될 수 있도록 치수화된다. 각각의 개구는 폐쇄부를 통해 유체 밀봉식으로 폐쇄된다. 바람직하게는, 서지 피뢰기가 복수의 특히 3개의 활성 부분을 포함한다. 각각의 활성 부분을 위해, 개구가 바닥 내에 제공되는데, 3개의 활성 부분에서 바닥은 3개의 개구를 포함한다.

이러한 유형의 하우징은 예를 들어 바닥이 측벽과 단일편으로 주조됨으로써, 통상, 절삭 가공으로만 제조되는 바닥이 제거되기 때문에 저렴하게 제조된다. 또한, 이러한 유형의 서지 피뢰기는 쉽게 조립되는데, 그 이유는 활성 부분이 공동으로 개구를 통해 삽입되어 조립되는 것이 아니라, 개별적으로 개구를 통해 삽입되어 조립될 수 있기 때문이다.

본 발명의 바람직한 일 실시예에서, 각각의 개구는 외측에서 바닥에 배열된, 특히 주조된 플랜지를 통해 안내된다. 플랜지는 평면 내에서 종축에 대해 수직으로 개구를 한정한다. 플랜지는 폐쇄부의 고정에 사용되며, 따라서 조립을 용이하게 한다. 특히, 플랜지는 외측으로 볼록함으로써, 쉽게 접근될 수 있다.

바람직하게는, 하우징의 외경은 바닥 쪽으로 점차 좁아지고 커버 쪽으로 확장된다. 이에 의해, 내경이 하우징의 높이에 걸쳐 커버 쪽으로 증가되는 절연 간격에 적응될 수 있고, 이로써, 그 부피가 감소될 수 있다. 이는 한편으로, 하우징을 위한 재료를 절약하고 다른 한편으로 충전을 위한 절연 유체를 절약한다.

마찬가지로 바람직하게는, 폐쇄부 및 개구의 단면은 직사각형, 특히 정사각형이다. 대안적으로, 이는 둥글다. 이 두 개의 실시예는 폐쇄부의 특히 간단하고 비용이 저렴한 제조를 가능하게 한다.

다른 바람직한 구성에서, 활성 부분이 폐쇄부에 고정되는데, 이는 간단한 조립을 가능하게 한다.

바람직하게는, 활성 부분이 피드스루의 피드스루 도체와 전기적으로 연결되며, 피드스루 도체는 폐쇄부에 대해 전기 절연식으로 폐쇄부를 통해 관통 안내된다. 피드스루는 전기 연결부를 외부로부터 하우징 내로 안내한다. 전기 연결부는 하우징 및 특히, 하우징과 전기적으로 접촉되는 폐쇄부에 대해 절연된다. 전기 연결부가 폐쇄부를 통해 안내됨으로써, 예를 들어 피드스루 도체를 위한 보어의 제공을 통해 하우징의 추가 가공이 생략될 수 있다.

특히 바람직하게, 활성 부분은 예를 들어 볼트로서 형성될 수 있는 피드스루 도체에 고정된다. 따라서, 활성 부분의 조립이 쉬워진다.

폐쇄부, 피드스루 및 활성 부분이, 하우징의 외부에서 사전 조립 가능한 유닛을 형성하는 것은 특히 바람직하다. 피드스루가 폐쇄부에 장착되고 활성 부분이 피드스루 도체에 고정된다. 이는 하우징의 외부에서 수행될 수 있어서, 좁은 공간 조건의 하우징 내부보다 쉽게 수행될 수 있다. 사전 조립된 전체 유닛은, 활성 부분이 개구 내로, 폐쇄부가 플랜지에 안착될 때까지 삽입됨으로써 조립될 수 있다. 그 다음, 폐쇄부가 단지 플랜지에 고정되면 된다.

이하, 본 발명이 도면을 참조로 상세히 설명된다.

본 발명에 의해 저렴하게 제조되고 간단하게 조립될 수 있는 서지 피뢰기가 제공 가능하다.

도 1은 종래 기술에 따른 서지 피뢰기의 부분 단면도를 도시한다.
도 2는 본 발명에 따른 서지 피뢰기의 부분 단면도를 도시한다.
도 3은 도 1의 단면도의 상세도를 도시한다.

서로 상응하는 부분들은 모든 도면에서 동일한 도면 부호를 갖는다.

도 1은 EP 2 846 333 A1에서 공지된 서지 피뢰기(1)를 도시한다. 캡슐화 유체 밀봉식 하우징(21)은 도관 단부에 플랜지(38)를 갖는 도관 형태의 하우징 벽(22)을 포함한다. 플랜지(38)에는 고전압 접속 측(31)에 고전압 피드스루(34)가 그리고 접지 접속 측(32)에 커버(39)가 유체 밀봉식으로 폐쇄되어 고정된다. 하우징(21)은 실제로, 강 또는 알루미늄과 같은 전도성 재료로 형성되며 작동 중에 접지된다. 커버(39)는 예를 들어 금속으로 이루어진 플레이트이며, 도시되지 않은 파열판 또는 박막에 의해 폐쇄되는 압력 방출 개구(35)를 포함할 수 있다. 또한, 하우징(21) 내에 배열된 활성 부분(2)을 위한 커버(39)는 접지 측 피드스루(15)를 위한 개구를 포함한다. 고전압 피드스루(34)는 주형 수지와 같은 전기적으로 절연된 재료로 형성된 절연 부분(36)을 갖는 프레임(37)으로 구성되며, 하우징(21) 내에 배열된 각각의 활성 부분(2)을 위해 고전압 접점(28)이 상기 절연 재료 내로 삽입된다. 고전압 접점(28)을 통해 전기적 고전압 전위는 고전압과 접지된 하우징(21) 사이의 서지의 위험없이 외부로부터 하우징(21) 내로 안내될 수 있다.

하우징(21) 내에서 접지 접속 측(32)과 고전압 접속 측(31) 사이에는 하나 이상의 활성 부분(2)이 배열된다. 여기서, 3개의 활성 부분(2)이 하우징(21) 내에 배열되며, 단면도로 인해 그 중 2개만을 볼 수 있다. 각각의 활성 부분(2)은 종축(30)을 따라 종으로 연장되는 원통형 유도 소자(20)를 포함한다. 유도 소자(20)는 통상, 전압에 따른 저항을 갖는 원통형 배리스터 소자로 이루어진 스택(stack)으로서 형성된다. 유도 소자(20)의 단부에는 각각 단부 고정체(23, 24)가 배열된다. 예를 들어 유리 섬유 보강 플라스틱으로 이루어진 인장 소자(25)가 종축(30)에 대해 평행으로 유도 소자(20)를 둘러싸고, 단부 고정체(23, 24) 내에서 인장 하에 클램핑된다. 인장 소자(25)는 배리스터 소자들을 서로 가압하며, 이들 사이에서 양호한 전기적 접촉을 형성하며, 스택을 결속하는데 사용된다. 또한, 인장 소자는 예를 들어 운송 중에 스택을 배리스터 소자들의 슬립으로부터 보호하는데 사용된다. 단부 고정체(23)는 접지 접속 측(32)에서 피드스루 도체(16) 상에 직접 삽입되거나 바람직하게는 나사 결합된다. 피드스루 도체(16)는 접지 접점을 나타낸다. 이에 의해, 하우징(21)의 외부 측에 대한 전기 접점이 형성되는데, 이는 작동 중에 접지와 연결된다.

고전압 접속 측(31)에서 단부 고정체(24)가 차폐 후드(27)를 포함한다. 차폐 후드는 단부 고정체(24)의 모서리 또는 에지를 고전압의 전계로부터 차폐하는데 사용된다.

도 2 및 도 3은 서지 피뢰기(1)의 본 발명에 따른 실시예를 도시한다. 3개의 활성 부분(2)이 유체 밀봉식 하우징(3) 내에 배열되며, 단면도로 인해 그 중 단지 2개 또는 하나만을 볼 수 있다. 하우징(3)은 포트 형태로 전도성 재료로 형성된다. 실제로 원통형인 측벽(4)은 접지 접속 측(32)의 영역 내에서 이음매 없이 바닥(5)으로 전환된다. 이러한 전환은 라운딩부(10)로 수행된다. 측벽(4) 및 바닥(5)은 예를 들어 강 또는 알루미늄으로 단일편으로 주조된다.

바닥(5)에 대향한 면에서 하우징(3)이 커버(6)에 의해 폐쇄된다. 커버(6)는 고전압 피드스루(34)로서 형성된다. 링 형태의 프레임(37) 내에는 예를 들어 주형 수지로 이루어진 디스크 유형의 절연 부분(36)이 배열된다. 절연 부분(36) 내로 삽입된 고전압 접점(28)은 하우징(3)의 내부로부터 외부로 전도성 연결부를 형성한다. 커버(6)는 나사에 의해 하우징(3)의 플랜지(38)에 고정된다. 활성 부분(2)의 고전압 측 단부 고정체(24)는 러그(lug)에 의해 고전압 접점(28)의 상응하는 만입부 내로 결합되어, 종축(30)에 대해 수직 방향으로 고정된다.

바닥(5)은 각각의 활성 부분(2)을 위해 개구(7)를 포함하며, 그 내폭은, 활성 부분(2)이 상기 개구(7)를 통해 하우징(3) 내로 종축(30)을 따라 삽입될 수 있도록 치수화된다. 개구(7)의 단면은 실제로 라운딩된 모서리를 갖는 정사각형이다. 그러나 이는 원형일 수도 있다.

각각의 개구(7)의 경계를 따라, 바닥(5)은 외측으로 볼록한 플랜지(9)를 포함한다. 각각의 플랜지(9)의 외측은 폐쇄부(8)가 그 위에 안착되는 편평한 면을 형성한다. 플랜지(9) 및 바닥(5)은 측벽(4)과 함께 단일편으로, 예를 들어 단일 주조부로서 형성된다.

플랜지(9)의 내측 상에 활성 부분(2)이 고정된다. 활성 부분(2)은 폐쇄부(8)에 직접 고정될 수 있어서 이와 전기적으로 연결되거나, 전기 절연 중간편에 의해 고정된다.

도시된 실시예에서, 피드스루(15)에 의해 고정이 수행된다. 피드스루(15)는 외부로부터 하우징(3)의 내부로 안내되는 피드스루 도체(16)와, 주형 수지와 같은 전기 절연 재료로 이루어진 두 부분의 피드스루 본체(17)로 구성된다. 피드스루 본체(17)의 일 부분은 폐쇄부(8)의 외측에 놓이고, 다른 부분은 내측에 놓인다. 피드스루 본체(17)의 하나 또는 2개의 부분은 폐쇄부(8)에 대한 밀봉부를 포함할 수 있다. 피드스루 도체(16)는 피드스루 본체(17)의 두 개의 부분뿐만 아니라 폐쇄부(8)도 관통한다. 폐쇄부(8)는 바람직하게는 예를 들어 금속의 전도성 재료로 이루어진다. 이 경우에, 피드스루 도체(16)는 폐쇄부(8)에 대해 전기적으로 절연된다. 피드스루 도체(16)는 피드스루 본체(17)에 지지되는 견부를 외측 단부에 포함한다. 피드스루 도체는 그 내측 단부에 나사산을 포함하며, 이 나사산에는 활성 부분(2)의 단부 고정체(23)가 나사 결합되어, 이에 고정된다. 따라서, 활성 부분(2)이 폐쇄부(8) 및 하우징(3)에 대해 전기적으로 절연된다. 이렇게, 폐쇄부(8), 피드스루(15) 및 활성 부분(2)은 하우징(3) 외부에서 조립 가능한 하나의 유닛을 형성한다. 이를 위해, 피드스루 도체(16)는 피드스루 본체(17)의 하나의 부분을 통해 그리고 폐쇄부(8) 내의 보어를 통해 삽입된다. 폐쇄부(8)의 다른 측으로부터 피드스루 본체(17)의 두 번째 부분이 피드스루 도체(16) 상에 삽입되고 활성 부분(2)이 피드스루 도체(16)와 나사 결합된다. 이를 위해, 활성 부분(2)의 접지 측 단부 고정체(23)가 종방향(30)으로 상응하게 배향된 나사산을 포함한다. 유체 밀봉이 2개의 밀봉부(19)에 의해 보장된다.

활성 부분(2)이 그 종축(30)을 따라 개구(7)를 통해 하우징(3) 내로, 폐쇄부(8)가 플랜지(9) 상에 안착될 때까지 삽입됨으로써, 사전 조립된 유닛이 하우징(3) 내로 설치된다. 대향한 측, 즉, 고전압 접속 측(31)에는 단부 고정체(24)의 러그가 고전압 피드스루(34)의 고전압 접점(28)의 상응하는 만입부 내로 결합된다. 폐쇄부(8)는 나사(18)에 의해 플랜지(9)에 고정된다. 밀봉부(19)는 하우징이 유체 밀봉식으로 폐쇄되는 것을 보장한다.

하우징(3)의 내경, 즉, 종축(30) 대해 수직으로 측정된 내폭은 바닥(5) 쪽으로 좁아지고 커버(6) 쪽으로 확장된다. 이에 의해, 전반적으로 일정한 하우징(3)의 벽 두께에서, 커버(6), 즉, 고전압 측 영역 내에는 바닥(5), 즉, 접지 측의 영역보다 더 큰 외경이 형성된다. 활성 부분(2)에서, 접지 측보다 훨씬 더 높은 전압이 고전압 측에서 발생한다. 따라서, 절연 간격은 활성 부분들(2) 사이에서 뿐만 아니라, 활성 부분(2)과, 통상 접지된 하우징(3) 사이에서도, 접지 측에서보다 고전압 측에서 더 커야 한다. 종래 기술에서, 하우징 내경은 하우징 길이에 걸쳐 일정하며, 절연 간격이 불가피함에 따라 고전압 측에서 치수화되었다. 이에 반해, 도 2에 따른 실시예는 훨씬 더 좁아진 하우징(3)을 도시하며, 이 하우징은 단지 고전압 측 영역 내에서, 하우징(3)의 높이의 대부분에 걸쳐, 종래 기술과 비교 가능한 직경, 그러나 종래 기술에 비해 명확히 감소된 직경을 포함한다. 이에 의해, 한편으로, 하우징의 제조를 위한 재료가 절감되고, 다른 한편으로 감소된 부피에 의해, 절연 유체, 예를 들어 SF₆도 절감된다.

1: 서지 피뢰기
2: 활성 부분
3: 하우징
4: 측벽
5: 바닥
6: 커버
7: 개구
8: 폐쇄부
9: 플랜지
10: 라운딩부
15: 접지 측 피드스루
16: 피드스루 도체
17: 피드스루 본체
18: 나사
19: 밀봉부
20: 유도 소자
21: 하우징
22: 하우징 벽
23: 단부 고정체
24: 단부 고정체
25: 인장 소자
27: 차폐 후드
28: 고전압 접점
30: 종축
31: 고전압 접속 측
32: 접지 접속 측
34: 고전압 피드스루
35: 압력 방출 개구
36: 절연 부분
37: 프레임
38: 플랜지
39: 접지 측 커버

Claims

유체 밀봉식 하우징(3) 내에 배열된 하나 이상의 활성 부분(2)을 갖는 서지 피뢰기(1)이며, 하우징(3)은 측벽(4) 및 바닥(5)을 포함하며, 바닥(5)에 대향하는 단부에서 커버(6)에 의해 폐쇄되며, 측벽(4) 및 바닥(5)은 단일편으로 형성되며, 바닥(5)은 각각의 활성 부분(2)을 위해 개구(7)를 포함하며, 개구를 통해 활성 부분(2)이 삽입될 수 있으며, 각각의 개구(7)는 폐쇄부(8)에 의해 유체 밀봉식으로 폐쇄되는 서지 피뢰기(1).
제1항에 있어서, 각각의 개구(7)는 외측에서 바닥(5)에 배열된 자체 플랜지(9)를 통해 안내되는 것을 특징으로 하는 서지 피뢰기(1).
제1항 또는 제2항에 있어서, 하우징 내경은 바닥(5) 쪽으로 점차 좁아지고 커버(6) 쪽으로 확장되는 것을 특징으로 하는 서지 피뢰기(1).
제1항 또는 제2항에 있어서, 폐쇄부(8) 및 개구(7)는 직사각형인 것을 특징으로 하는 서지 피뢰기(1).
제1항 또는 제2항에 있어서, 각각의 활성 부분(2)은 폐쇄부(8)에 고정되는 것을 특징으로 하는 서지 피뢰기(1).
제1항 또는 제2항에 있어서, 피드스루(15)는 활성 부분(2)과 전기적으로 연결된 피드스루 도체(16)를 포함하며, 피드스루 도체는 폐쇄부(8)에 대해 전기적으로 절연되어 폐쇄부(8)를 통해 관통 안내되는 것을 특징으로 하는 서지 피뢰기(1).
제6항에 있어서, 활성 부분(2)은 피드스루 도체(16)에 고정되는 것을 특징으로 하는 서지 피뢰기(1).
제6항에 있어서, 폐쇄부(8), 피드스루(15) 및 활성 부분(2)은 하우징(3)의 외부에서 사전 조립 가능한 유닛을 형성하는 것을 특징으로 하는 서지 피뢰기(1).