KR960015429B1 - 광섬유 복합 애자와 그 제조공정 - Google Patents

Abstract

내용없음

Description

광섬유 복합 애자와 그 제조공정

제1도는 본 발명에 따른 광섬유 복합 애자의 일단부의 구조를 도시한 개략도.

제2a도 내지 제 2e도는 제1도에 나타난 광섬유 복합 애자의 제조공정의 각 단계를 도시한 계략도.

본 발명은, 예를들어, 외부 온도변화에 기인하는 외부 응력에 견딜 수 있고 장시간 동안 기밀성을 유지하는, 광섬유 복합 애자와 그 제조공정에 관한 것이다.

변전소와, 송전선과 배전선에서는, 전력장치의 결함을 재빨리 찾아내어 즉시 그 결함을 고칠 수 있는 장치의 제공이 요구된다. 일반적으로, 패러데이효과 및 포겔효과 등이 특성을 가진 광학센서를 이용한 이상전류와 이상전압의 검출장치가 공지되어 있다. 또한, 정상전력을 공급하는 측의 도체에 배열된 광학센서와 결함이 발생하는 장소간의 전송전류 혹은 전송전압을 절연시키기 위해서 애자가 사용된다. 따라서, 전기적 절연성을 유지한채 광학신화만을 전송하는 광섬유 복합 애자를 사용할 필요가 있다. 이러한 목적으로 사용되는 광섬유 복합 애자에 있어서는, 광학신호의 전송성질 뿐 아니라 기계적 강도와 전기적 절연성을 장시간 동안 유지하는 것이 필요하다.

상기의 광섬유 복합 애자에서, 광섬유와 애자사이의 기밀성을 유지하기 위한 밀봉재료로서, 유기 재료 혹은 유리와 같은 무기 재료가 사용되는데, 이 양자는 모두 각각의 장단점을 가지고 있다.

밀봉재료로 규소 고무등의 유기 재료를 사용하는 경우, 광섬유와 자기사이의 공간을 빈틈없이 밀봉할 수 있고 저온에서 밀봉작업을 용이하게 수행할 수 있기 때문에 광섬유 복합 애자의 대량제조가 용이하다는 장점이 있다.

이에 비해서, 밀봉재료로 유리와 같은 무기 재료를 사용하는 경우, 무기 재료는 유기 재료에 비해 우수한 내후성(weatherproof)과 내식성을 갖기 때문에, 만약 무기 재료의 열팽창계수 등의 재료특성이 주위의 재료와 일치한다면, 기밀성과 절연성면에서 우수한 내수성을 얻을 수 있다.

밀봉재료로 유기 재료가 사용된 광섬유 복합 애자에서는, 일반적으로 유기 재료가 자기 사이의 열팽창계 수의 차이가 크기 때문에, 외부 온도변화에 기인하여 유기 밀봉재료의 열화가 발생하고 또 이로인해 광섬유의 파손이 발생하는 결점이 있다. 더우기, 유기 재료는 장기간 내부에서 발생되는 트랙킹으로 인한 열화때문에, 기밀성과 절연성을 유지하는 밀봉재료로서, 애자의 열팽창계수와 거의 동일한 열팽창계수를 가지는 유리등의 무기 재료를 사용하는 것이 바람직하다.

이에 반해, 상기와 같이 유리를 사용한 광섬유 복합 애자에서는, 긴 자기 전체를 가열시켜 유리를 녹이기 위해서는 노가 커야만 되기 때문에, 장치비가 증가하고 소비전력비가 비싸지는 단점이 있다.

또한, 광섬유 복합 애자에 사용되는 광섬유는 내열성의 관점에서 석영유리로 제조된 광섬유를 사용하는 것이 필요하다. 상기 광섬유는, 석영유리로 된 모재로부터 섬유사를 스피닝한 직후, 섬유사의 외면상에 규소 수지, 우레탄수지와 에폭시수지 등의 피복층(covering layere)으로 유기 물질을 피복함에 의해 그의 기계적 강도가 유지된다. 만약 피복층이 없다면, 상기 광섬유의 기계적 강도는 극도로 낮아지기 때문에, 광섬유의 외면상에 피복층을 형성해야 한다.

하지만, 이러한 유기 피복층은 300℃ 이상에서 수행된는 열처리를 견디지 못한다. 따라서, 유기 피복층이, 열처리 등에 의해서 일단 열화될 경우, 광섬유는 매우 무른 상태로 되어 열처리 이전보다 훨씬 낮은 강도에서도 파손된다. 예를 들어, 직경 125㎛의 광섬유의 경우, 열처리전의 파단하중이 6kg인데 반해, 열처리후에는 0.5kg로 저하된다.

따라서, 밀봉용 유리재료를 녹이기 위해 애자 전체를 가열할 경우, 애자로부터 돌출된 광섬유 일부의 강도는 저하되고 그리하여 광섬유는 다음 단계에서 파괴된다. 따라서, 광섬유를 애자내에 밀봉한 후, 광섬유 복합 애자의 양 대향 단부를 경면가공하고, 이어서 페룰(ferrule)을 사용하여 애자내의 광섬유와 타광섬유들을 광학적으로 접속하는 것이 필요하다. 이 경우, 제조공정이 복잡해지고 이에 따라 제조비가 증가하는 단점이 발생한다.

본 발명의 목적은 상기한 결점을 제거하고 광섬유 복합 애자와 그 제조공정을 제공하는 것으로써, 이에 따라 신뢰할 수 있는 광섬유 복합 애자를 용이하게 제조할 수 있다.

본 발명에 따라서, 중앙축선부에 관통공이 형성된 애자 본체와, 상기 관통공내에 삽입된 광섬유를 구비하며, 상기 관통공의 중아우에는 절연가스 또는 유기 절연재료가 충진되는 광섬유 복합 애자에 있어서, 상기 관통공의 양 단부에 있는 개구부와, 상기 개구부내에 삽입되고, 개구부의 내측면과 일치하는 외측면을 갖는 원통형 부재를 가지며, 상기의 원통형 부재내의 광섬유와, 상기 원통형 부재의 외면과 상기 개구부의 내면사이의 공간부가 무기 재료에 의해 밀봉되며, 또한 상기의 절연가스 또는 유기 절연재료와 상기의 원통형 부재 사이에는 내열접착부재를 갖는 광섬유 복합 애자가 제공된다.

또, 본 발명에 따라서, 중앙축선부에 관통공이 형성된 애자 본체와, 관통내에 삽입된 광섬유를 구비하며, 상기 광통공의 중앙부에는 절연가스 또는 유기 절연재료가 충진되는 광섬유 복합 애자를 제조하기 위한 제조공정에 있어서,

(a) 테이프상의 개구부를 양단부에 갖는 상기 관통공내에 광섬유를 삽입하는 단계와,

(b) 상기 관통공의 중심부내에 상기 절연가스 또는 유기 절연재료를 충진하는 단계와,

(c) 상기 절연가스 또는 유기 절연재료로 구성된 밀봉부와 상기 개구부 사이에 내열접착재를 개재하는 단계와,

(d) 상기 개구부의 내면과 일치하는 외면을 갖는 전도성의 원통형 부재를 무기 유리를 통해 상기 개구부로 삽입하는 단계와,

(e) 무기 유리부재를 광섬유를 통해 상기한 전도성의 원통형 부재내에 삽입하는 단계 및,

(f) 상기 개구부의 내면과 상기의 원통형 부재의 외면 사이 및, 광섬유가 삽입된 원통형 부재내에 배치된 무기 유리부재 사이에 설치된 상기 무기 유리를, 상기 전도성 원통형 부재를 고주파 유도가열방법에 의해 가열함으로서 용융시켜, 단부 밀봉구조를 형성하는 단계로 이루어진 제조공정이 제공된다.

전술한 구성에 있어서, 밀봉재료로서 애자의 열팽창계수에 가까운 값을 갖는 유리재료를 사용하기 때문에, 광섬유 복합 애자로서 사용중에, 밀봉부는 외기 온도변화에 기인하는 열응력에 대해 내구성이 있고 장시간 동안 우수한 기밀성을 보여준다. 또한, 무기 재료를 사용하기 때문에, 우수한 내후성을 갖는 밀봉부를 얻을 수 있다.

또, SF₆등의절연가스 혹은 규소오일, 광물오일, 규소 그리스, 우레탄고무, 규소고무 등의 유기질 절연재료가 유리재료에 의해 밀봉되는 양단부를 제외한 애자의 내부 관통공내에 충전되기 때문에, 애자의 내부 관통공의 내전압이 애자 표면보다 더 크게 될 수 있고, 이에 따라 애자의 내부 관통공의 섬락(flashover)현상을 방지할 수 있다.

또한, 광섬유와 애자 사이의 공간을 빈틈없이 밀봉하거나 접착시킬 수 있는 규소오일, 광물오일, 규소 그리스, 우레탄고무, 규소고무 등의 절연재료로 인해, 밀봉부분이 기계적 충격에 의해 파손되는 경우라고 소정의 기밀성을 유지할 수 있기 때문에, 우수한 기밀성을 갖는 광섬유 복합 애자를 얻을 수 있다.

또, 내부 관통공내에는 유기 절연재료가 채워지기 때문에, 내부 관통공내에는 어떠한 공동도 존재하지 않으며, 또한 내부 관통공내에 SF₆등의 절연가스가 채워지기 때문에, 애자의 내부 관통공의 내전압을 증가시킬 수 있다. 따라서, 내부 관통공에는 어떠한 방전 코로나도 발생하지 않으며 이에 따라 전압이 인가된 상태에서 발생하는 광섬유의 피복층의 작은 균열들을 방지할 수 있다.

또한, 광섬유 복합 애자는 내부 관통공의 양단부가 테이퍼진 개구부 구조를 갖고, 개구부의 내면에 대응하는 형상의 외면을 갖는 전도성의 원통형 부재가 내부 관통부내에 삽입된다. 따라서, 원통형 부재의 외면과 애자 사이의 공간과, 원통형 부재의 내면과 광섬유 사이의 공간은, 고주파 유도가열방법에 의해 전도성 원통형 부재의 내부 및 외부상에 배치된 무기 유리를 가열함으로써, 유리재료로 쉽게 밀봉할 수 있고, 따라서, 양단부를 용이하게 밀봉할 수 있다.

그리고, 절연가스 또는 유기 절연재료 사이에는 SiO₂와 Al₂O₃을 주성분으로 하는 무기 접착재 또는 폴리이미드수지나 형광 규소수지 등의 내열성 유기 접착재가 위치하기 때문에, 양단부를 밀봉처리하기 위해 애자를 가열할 경우, 쉽게 충격을 받는 유기 절연물질 또는 SF₆등의 절연가스로의 열전도를 감소시킬 수 있다.

광섬유가 전술한 구조를 갖고, 내부 광통공내에 규소고무와 우레탄고무 등의 유기 절연재료가 충진되는 경우, 석영을 주성분으로 하는 유리섬유의 외면이 광섬유와 기밀을 유지하도록 접속된 유기재료로 피복되는 광섬유를 사용하여 그의 기계적 강도를 유지하고, 피복층의 외면에 대해 규소 연결재를 사용하여 사전처리를 행하여 고무와 광섬유간의 우수한 접속을 유지하는 것이 바람직하다.

또한, 전술한 고무에 대해서는, 파단점에서 소정의 인장강도와 신율을 갖는 재료를 사용하는 것이 바람직하데, 이는 외기 온도변화에 기인하는 수축과 팽창에 대해 우수하기 때문이다.

또한, 밀봉재료용 유리에 대해서는, 밀봉작업시의 잔류 응력을 줄이기 위해서 그리고 외기 온도변화에 기인하는 열응력에 대한 유리 밀봉부의 기계적 강도를 유지하기 위해서 애자보다 열팽계수가 낮고, 낮은 온도에서 밀봉작업을 할 수 있는 유리를 사용하는 것이 바람직하다. 또, 유리는 용융상태에서 체적 수축이 일어나기 때문에, 전도성의 원통형 부재의 내면과 광섬유 사이의 소정의 길이를 효과적으로 밀봉하기 위해서, 전도성의 원통형 부재내에 계합되는 형상으로 형성되고 광섬유가 통과하는 구멍을 가지며 이어서 하소 처리가 되는 몸체를 가지는 유리를 사용하는 것이 바람직하다.

유리부의 밀봉작업에 대해서는, 한번의 가열작업에 의해 단부 밀봉구조를 만들기 위해서, 부분 가열에 의해 유리를 녹일 수 있는 고주파 유도가열방법을 사용하는 것이 필요하다. 또한, 상술한 고주파 유도가열에 의해 가열되는 전도성의 원통형 부재용 재료는, 애자보다 낮은 열팽창계수를 가지며 유리재료와는 열팽창계수가 같은 재료가 바람직한데, 이의 예로서 이붕화 지르코늄 등의 전도성 세라믹과 주로 철과 니켈-기재 합급으로 이루어진 kovar 등의 금속재료를 들 수 있다, 금속재료는, 유리의 가습성을 개선시키고 밀봉작업의 가열시 유리의 열화를 방지하기 위하여, 산화과정 등의 표면처리가 미리 수행된 금속재료를 사용하는 것이 바람직하다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명을 상술한다.

제1도는 본 발명에 따른 광섬유 복합 애자의 일단부 구조를 도시한 개략이다. 제1도에서, 부호(3)는 유리 밀봉부분과 일치하는 피복층의 일부가 제거된 1이상의 광섬유(3)를 나타내며, 애자(1)의 중심축선에 있는 관통부(2)의 중간부분(2-1)은 유기 절연재료의 일예인 규소고무(6)에 의해 서로 밀봉된다. 또한, 관통공(2)의 중간부분(2-1)과 테이퍼형 개구부(2-2)사이에 배치된 광섬유(3)는 내열성을 갖는 무기 또는 유기 접착제(7)를 사용하여 밀봉된다. 또한, 광섬유(3)와, 저부에 광섬유 삽입용 구멍이 있고 전도성 세라믹 또는 금속재료 등으로 제조된 원통형 부재(4)사이의 공간과, 원통형 부재와 관통공(2)의 테이퍼형 개구부(2-2)사이의 공간부는 유리(5)에 의해 빈틈없이 밀봉된다. 또한, 테이퍼형 개구부(2-2)로부터 외측으로 돌기한 광섬유(3) 일부에는, 광섬유(3)의 돌기부를 보호하도록 규소고무(6)가 피복된다.

제2a도는 밀봉에 사용된 광섬유의 일실시예를 도시한 개략도이다. 제 2a도에서, 광섬유(3)로는, 중심직경80㎛, 피복직경 125㎛의 석영유리로 제조된 것을 사용한다. 광섬유(3) 그 자체의 기밀성을 유지하기 위해서, UV 경화된 폴리우레탄 아크릴수지로 제조된 피복부(3-2)가 석영유리제의 중심부(3-1)의 외면상에 밀착된다. 광섬유(3)의 피복부(3-2)로서 폴리우레탄계의 아크릴수지를 사용하는 이유는, 애자(1)의 관통공(2)의 중간부분에 충전되는 규소고무의 접착뒤, 온도변화에 대해 우수한 성질을 갖기 때문이다.

또한, 규소고무와 피복부(3-2)간의 기밀접속성을 개선시키기 위해, 광섬유(3)의 피복부(3-2)의 외표면상에 규소연결재가 가해진다. 그리고, 밀봉유리와 광섬유(3)사이의 완전한 기밀밀봉을 위하여, 또 밀봉유리의 용융시, 고온에 따른 광섬유의 유기 피복부(3-2)가 불타 밀봉유리에 기포가 생기는 것을 방지키 위해, 광섬유와 밀봉유리간의 밀봉부에 대응하는 피복부의 35mm정도를 에탄올에 30분 동안 담그고, 그후 피복부(3-2)의 일부분(3-4)을 자켓 스트리퍼를 사용하여 기계적으로 제거한다.

제2b도는 접착재로서 규소고무를 사용하여, 광섬유를 내부 관통공의 중심축선내에 규소고무 접착재를 사용하여 밀봉시키는 과정을 도시한 개략도이다. 길이 826mm의 애자(1)는 직경 80mm의 몸체부와 중심축선에 직경 10mm의 관통공(2)을 갖는 다. 또한, 상기 관통공의 양단부에는, 애자의 중심축선 방향으로 길이가 50mm이고 테이퍼각이 5°인 개구부(2-2,2-3)가 형성되어 있다.

애자(1)의 중심축선에 형성된 관통공(2)내에, 상기의 공정으로 제조된 광섬유(3)하나를 설치한다. 그후, 1Torr 이하의 진동압력하에서 30분 동안 진공기포 제거처리(vacuum defoaming treatment)가 된 규소고무(6)를 관통공(2)의 중앙부를 따라 660mm 정도 충전시킨다. 이 충전과정시, 광섬유를 상하지 않게 하기 위하여 광섬유의 삽입구멍과 규소고무(6) 충전용 구멍을 가지며, 외측 표면에는 규소고무(6)가 붙지 않도록 형광 플라스틱이 가해진 지지부재(8)를 사용한다.

이 경우, 규소고무(6)가 가압 삽입되는 개구부에 대향하는 개구부(2-2,2-3)로부터 진공흡입을 행하는 것이 바람직한데, 이는 충전과정중 규소고무(6)에 기포가 형성되지 않기 때문이다. 중앙부를 따라 660mm 규소고무(6)를 충전한 후, 규소고무를 80℃에서 4시간 동안 경화한다. 또한, 상기의 규소고무(6)는, 길고 협소한 내부 관통공내에 충전될때, 우수한 경화성을 갖는 첨가 반응형 규소고무를 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 우수한 내열화성을 갖도록 파단시의 인장강도가 크고 신율이 큰 규소고무를 사용하는 것이 바람직하다.

제2c도는 상기한 규소고무 충전과정후의 내열접착재를 채우는 공정을 도시한 개략도이다. 규소고무(6)를 충전한 후 규소고무(6)의 양단부(6-1) 및 (6-2)로부터 애자(1)의 양개구부(2-2,2-3)로 내열접착재(7)를 충전한다. 내열접착재의 충전과정은 규소고무(6)의 충전과정에서와 동일한 지지부재를 사용하여 수행한다. 또한, 내열접착재(7)는 페이스트상태로 미리 진공기포 제거처리가 된 것을 상용한다. 내열접착재(7)로는 Si0₂와 Al₂O₃을 주성분으로 하고, 내열온도가 1600℃인 무기 재료를 사용하거나 폴리이미도수지를 주성분으로 하고 내열온도가 500℃인 내열 유기 재료가 사용된다. 접착재(7)의 경화공정은 무기 접착재의 경우, 실온에서 12시간 동안 미리 경화한 후 180℃에서 2시간 동안 가열한 후 120℃에서 30분 동안 가열한다.

제2d도는 내열접착재의 충전과정후 단부를 유리 밀봉시키는 공정을 도시한 개략도이다. 우선, 애자의 개구부(2-2,2-3)의 경우와 동일한 경사각 5℃을 갖는 외부와, 광섬유(3)의 삽입공을 갖고 유리(5)가 미리 가해진 저부를 갖는 코바(kovar)로 제조된 원통형 부재(4)를 형성한다. 여기에 탈지(degrease)세척을 행하고, 이어서 상기 원통형 부재(4)에 대해 Fecl₃등의 산을 사용하여 표면을 세척한다. 또한, 유리(5)와의 가습성을 개선하고 유리 용융시의 완전한 접착반응을 위해 산화처리를 수행한다. 이 산화처리는 대기압하 800℃에서 20시간 동안 수행된다. 유리(5)는 코바로 제조된 원통형 부재(4)의 외측부상에 약 1mm두께로 도포된다. 그후, 이렇게 도포된 원통형 부재(4)를 전기로 사용하여 80℃에서 30분 동안 건조하고 320℃에서 1시간 동안 하소한다. 이어서, 하소 작업에 의해 유리(5)가 접착된 원통형 부재(4)를 애자의 관통공(2) 개구부(2-3)내에 설치한다. 또한, 유리(5)는, 열팽창계수가 작고 용융점이 낮은 납 붕산염 유리 (lead borate glass)로 제조된다. 이어, 길이가 35mm이며 외경이 원통형 부재(4)의 내경과 거의 동일하며 광섬유(3)용의 관통공을 갖는 하소된 유리부재(5-1)를 원통형 부재(4)내에 설치한다.

하소된 유리부재(5-1)는, 소량의 메틸셀룰로오스드의 유기 접합재와 물을 납 붕산염 유리와 혼합하고, 그 혼합유리를 압축하고, 가압체의 외면과 광섬유가 통과하는 구멍을 만들고, 50℃/Hr의 가열비율로 온도를 상승시킨 후 320℃에서 1시간 동안 가열한다. 이어, 구리로 제조되어 7회 권선된 코일(10)을 애자(1)의 외면둘레에 놓고 고주파 유도 전압 발전기로부터 코일(10)에 고주파 전압을 인가한다. 상기 코일(10)에 고주파 전압을 인가함으로써, kovar 원통형 부재(4)내에 고주파 유도전류를 발생하고, 이어서 상기의 원통형 부재(4)를 자체 가열시킨다. 이 경우, 인가되는 고주파 전압과 전류는 원통형 부재(4)의 온도가 500℃ 되도록 가한다.

그 결과, 고주파 전압이 인가된 후 약 20분만에 원통형 부재(4)의 온도는 500℃로 된다. 이어, 원통형 부재(4)를 500℃에서 약 10분 동안 20kg의 하중이 원통형 부재의 상면의 가해지는 상태로 유지하여, 원통형 부재의 외면과 개구부(2-3)사이의 공간을 밀봉하고 원통형 부재속에 놓여진 하소된 유리부재(5-1)를 용융시키도록 한다. 그후, 공기로 냉각한다.

제2e도는 상기의 유리 밀봉단계후 애자 단부의 광섬유를 보호하는 단계를 도시한 개략도이다. 애자(1)의 개구부(2-3)의 유리 밀봉부로부터 돌기된 광섬유(3)의 피복부(3-2)를 보호하기 위해서, 개구부(2-3)의 돌기된 광섬유(3)주위에 진공기포제거 규소고무(6)를 충전하고 80℃에서 1시간 동안 가열 경화한다.

전술한 일련의 공정에서, 우선, 애자의 일단부에 대해 밀봉단계와 피복부의 보호단계가 행해지고, 이어 애자를 발전시켜, 그의 타단부에 대해 동일한 과정을 수행한다.

이 경우, 애자의 중앙충전부재로서, SF₆등의 절연가스 또는 절연그리스 혹은 오일 등의 절연물질을 사용하는 경우에, 일단부의 밀봉단계와 보호단계를 전술한 단계와 동일하게 수행한다. 그러나, 이경우, 애자의 일단부에 대해 밀봉단계와 보호단계를 수행한 후, 애자를 반전시켜, 절연가스 또는 절연물질을 충전하고 타단부에 대한 밀봉단계와 보호단계를 수행함으로써, 상기한 광섬유 복합 애자를 생산한다.

그후, 공지된 애자의 경우와 동일하게 시멘트를 사용하여 애자의 외측 단부에 플랜지 금속부재를 접착시키면 마침내 광섬유 복합 애자가 얻어진다.

이하, 충전물질로서, 규소고무를 사용한 실시예를 설명하기로 한다.

(실시예)

제2a도 내지 제2a도에 도시된 제조단계에 의해 광섬유 복합 애자를 생산하였는데, 이경우, 표 1에 나타낸 성질을 갖는 2종의 애자(1)와 2종의 밀봉유리(5)가 사용되었으며, 표 2에 나타낸 성질을 가지는 피복부(3-2)와 규소고무(6)로 제조한 광섬유와, 표 3에 나타낸 재료로 된 원통형 부재(4) 및, 표4에 나타낸 성질을 갖는 내열접착재를 사용하였다.

전술한 광섬유 복합 애자에 대해, 표5에 나타낸 시험조건에 따라 몇가지 시험을 행했다. 또한, 비교예로서, 종래 구조의 광섬유 복합 애자는 애자(1)의 모든 관통공(2)이 규소고무(6)로 충전되어 있거나, 관통공(2)의 개구부(2-2,2-3)에 유리(5)만으로 밀봉처리되어 있다. 표 6에는, 시험되는 물질 복합체가 나타나 있다.

[표 1]

[표 2]

[표 3]

[표 4]

[표 5]

[표 6]

표 5에 나타낸 다양한 시험 항목들은 광섬유 복합 애자의 밀봉부의 내구성을 실험하기 위해 수행하였다. 열충격시험에 대해, 균열발생여부를 검출하기 위해 유리 밀봉구조를 갖는 샘플 1~8번 애자에 대해 형광 침투시험을 실시하였다. 또한, 규소고무 밀봉구조를 갖는 샘플 9 및 10번의 종래의 애자에 대해, 규소고무가 밀봉단부로부터 돌출하는지의 여부 및, 규소고무 내부에 균열이 발생하는지의 여부에 대해 검출하였다. 내열 시험에 있어서는, 내열실험 전후의 투광손실의 발생여부와, 밀봉부내 또는 애자 내부에서의 균일발생여부 및, 규소고무의 돌출여부에 대해 검출하였다.

또한, 열사이클시험에서, 장-시간의 온도응력에 기인하는 밀봉부의 열화상태를 검출하였다. 유리 밀봉구조를 갖는 샘플 1~8번의 애자에서, 균열발생여부를 검출하고, 규소고무 밀봉구조를 갖는 샘플 9 및 10번의 애자에서, 규소고무내의 균열발생여부에 대해 조사하였다. 장-시간의 전압인가시험으로서는, 장-시간의 전압인가후, 광섬유 복합 애자내에서의 트랙킹의 발생여부에 대해 애자를 잘라 조각내어 조사하였다.

시험결과를 표 7에 나타내었다.

표7의 기호는 의미는 다음과 같다. 열충격시험, 내열시험과 열사이클시험의경우, 샘플 각각에 대해 광섬유 복합 애자 10기를 사용하였다. 또한, 내열시험과 열사이클시험의 경우, 동일 샘플이 각 시험에 반복해서 사용도었다.

위의 항목에서, ◎ 표시는 샘플 10기 모두에 균열이 생기지 않는 것을 나타내며, △ 표시는 단 하나의 샘플에만 균열이 생기고 나머지 9개의 샘플에는 균열이 생기지 않는 것을 나타내며, × 표시는 2개 이상의 샘플에서 틈이 발생하는 것을 나타낸다.

또한, 장-시간의 전압인가시험에서, 각 시험마다 5개의 광섬유 복합 애자를 사용하였다. 이 경우, ◎ 표시는 5개 샘플 모두에 트랙킹이 생기지 않는 것을 나타내며, △ 표시는 5개중 하나의 샘플에만 트랙킹이 생기는 것을 나타내며, × 표시는 5개중 2개 이상의 샘플에서 트랙킹이 생기는 것을 나타낸다.

그 결과, 열충격시험에서, 모든 샘플에서 균열이 생기지 않는 것으로 확인되었다. 이것으로, 시험된 재료의 열팽창계수는 적당히 선택되어져 있는 것을 알 수 있다.

또한, 내열시험에서, 유리 밀봉구조를 갖는 샘플 1~8번 모두는 160℃의 온도까지 어떠한 결함도 발생하지 않고 따라서 우수한 성질을 갖는것으로 확인되었다. 이에 반해, 규소고무 밀봉구조를 갖는 샘플 9 및 10번은 120℃ 이상의 온도에서 규소고무의 돌출이 발생하는 것으로 확인되었다. 규소고무의 열팽창계수는 애자 보다 약30배 정도 크기 때문에, 규소고무의 적정 인장강도 보다 더 큰 고응력 집중에 기인하는 규소고무의 돌출이 발생한다는 것을 알 수 있다. 변전소 등에서 사용하는 애자의 경우, 여름에는 열흡수때문에 애자의 온도가 80℃ 이상되고, 이에 따라 낮은 내열온도를 갖는 규소 밀봉구조로 구성된 광섬유 복합 애자는 내수성이 나쁠 것으로 추측된다.

열사이클시험에서, 유리 밀봉구조를 갖는 샘플 1~8번은 3,000회까지 아무런 결함도 보이지 않는 우수한 성질을 가지고 있다.

이에 반해, 규소고무 밀봉구조를 가지는 샘플 9및 10번은 2,000회가 넘자 규소고무에 균열이 발생한다.

또한, 일부 샘플에서, 규소고무와 광섬유의 피복부 사이 및, 규소고무와 규소고무와 맞닿는 애자의 내부 관통공사이의 박리현상을 검출했다. 규소고무로 충전된 유리 밀봉구조를 갖는 샘플 1~6번에 대해 3,000회의 열사이클시험을 실시한 후의 절단시험의 결과로부터, 규소고무내의 균열발생 혹은, 규소고무와 광섬유의 피복부간의 박리현상이 전혀 검출되지 않았으며, 이에 따라 박리현상에 따른 열화는 수분성분에 의존한다는 것을 추측할 수 있다. 즉, 샘플 9 및 10번에서, 애자가 수분성분에 직접 노출되는 상태하에서 열사이클시험을 수행하기 때문에, 수분성분의 존재함에 따라 열화가 진행하는 것으로 추측되어진다.

장-시간 전압인가시험의 결과로부터, 규소고무가 충전된 유리 밀봉구조를 갖는 샘플 1~6번은 심지어 500일 동안의 장-시간의 전압인가시험후에도 아무런 트랙킹의 흔적이 나타나지 않았다. 이에 반해, 속이 텅빈 유리 밀봉구조를 갖는 샘플 7번 및 8번은 단 300일 동안의 장-시간 전압인가시험에서도, 광섬유의 피복부에 부분적 트랙킹이 발생한다. 또한, 규소고무 밀봉구조를 갖는 샘플 9 및 10번에서는, 균열이 밀봉 단부에서 내부쪽으로 점차 확장해나가는 것이 확인되었다. 샘플 7번 및 8번의 경우, 시일링 작업시 내부 공동부에 잔류하는 수분성분과 오물등으로 인해, 단부로부터 트랙킹이 점차로 발생하는 것으로 추측된다.

전술한 시험결과로부터 알 수 있는 바와 같이, 내구성면에서는 유리 밀봉구조가 규소고무 밀봉구조보다 더 좋지만, 내부가 비어 있는 경우에는, 장-시간 전압인가시에 트랙킹이 발생할 우려가 있다. 따라서, 본 발명에 따라, 관통공의 양단부에 유리 밀봉구조를 갖고, 관통공의 중간부가 규소고무로 충전되며 관통공내의 규소고무와 원통형 부재상이에는 내열 무기 접착제가 채워지기 때문에 유리 밀봉구조의 장점을 개선시키는데 효과적이다.

전술한 규소고무 대신 우레탄고무, 규소오일, 규소그리스 또는 SF₆가스가 관통공내에 충전된 광섬유 복합 애자 역시 거의 동일한 성질을 나타낸다.

전술한 바로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 광섬유 복합 애자 및 그의 제조공정에 따라, 상기 광섬유 복합 애자는 한번의 유도열처리에 의해 그의 양단부가 무기 밀봉구조와 유기 밀봉구조의 장점을 가질 수 있기 때문에, 신뢰할 수 있는 광섬유 복합 애자를 용이하게 얻는 것이 가능하다.

Claims (3)

1. 중앙축선부에 관통공이 형성된 애자 본체와, 상기 관통공내에 삽입된 광섬유를 구비하며, 상기 관통공의 중앙부에는 절연가스 또는 유기 절연재료가 충진되는 광섬유 복합 애자에 있어서, 상기 관통공의 양단부에 있는 개구부와 상기 개구부내에 삽입되고, 개구부의 내측면과 일치하는 외측면을 갖는 원통형 부재를 가지며, 상기 원통형 부재내의 광섬유와, 상기 원통형 부재의 외면과 상기 개구부의 내면사이의 공간부가 무기재료에 의해 밀봉되며, 또한 상기의 절연가스 또는 유기 절연재료와 상기의 원통형 부재 사이에는 내열접착 부재를 갖도록 구성된 광섬유 복합 애자.
2. 제1항에 있어서, 상기 개구부가 테이퍼 형상으로 된 것을 특징으로 하는 광섬유 복합 애자.
3. 중앙축선부에 관통공이 형성된 애자 본체와, 상기 관통공내에 삽입된 광섬유를 구비하며, 상기 관통공의 중앙부에는 절연가스 또는 유기 절연재료가 충진되는 광섬유 복합 애자를 제조하기 위한 제조공정에 있어서, (a) 테이프상의 개구부를 양단부에 갖는 상기 관통공내에 광섬유를 삽입하는 단계와, (b) 상기 관통공의 중심부내에 상기 절연가스 또는 유기 절연재료를 충진하는 단계와, (c) 상기 절연가스 또는 유기 절연 재료로 구성된 밀봉부와 상기 개구부 사이에 내열접착재를 개재시키는 단계와, (d) 상기 개구부의 내면과 일치하는 외면을 갖는 전도성의 원통형 부재를 무기 유리를 통해 상기 개구부내로 삽입하는 단계와, (e) 무기 유리부재를 광섬유를 통해 상기한 전도성의 원통형 부재내에 삽입하는 단계와, (f) 상기 개구부의 내면과 상기 원통형 부재의 외면 사이 및, 광섬유가 삽입된 상기 원통형 부재내에 배치된 무기 유리부재 사이에 설치된 상기 무기 유리를, 상기 전도성 원통형 부재를 고주파 유도가열방법에 의해 가열함으로써 용융시켜, 단부 밀봉구조를 형성하는 단계로 이루어진 제조공정.

Images