피뢰기용 단로기{DISCONNECTOR FOR THE SURGE ARRESSTER}

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 피뢰기용 단로기의 분리 사시도이다.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 피뢰기용 단로기의 단면도.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 피뢰기용 단로기의 구성요소 중 일부 절개 사시도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 설명>

10: 몸체 12: 전도성 하우징

12a: 돌출부

20: 화약

30: 원판링

40: 저항 조립체 42: 저항

50: 연결체 50a: 삽입부

60: 뚜껑 62: 전도성 몸체

본 발명은 피뢰기용 단로기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 IEC 99-4의 규격에 적합하도록 장시간 대전류 내력 시험, 단로기 분리 시험 등에서 우수한 성능을 가지며, 하나의 저항이 파손되더라도 타 저항으로 인해 정상적으로 작동할 수 있으며, 갭 단자의 간격이 안정적으로 일정하게 유지될 수 있는 피뢰기용 단로기에 관한 것이다.

교류 고압 전력 계통에서 뢰 또는 회로 개폐에 의한 과전압을 제한하여 속류를 차단하는 보호 장치로서 피뢰기를 사용한다.

이 피뢰기의 유형 중 산화 아연을 사용한 피뢰기는 운전 중 항상 운전 전압이 인가되므로 누설전류가 흐르게 되며, 이 누설 전류는 대개 1mA 이내이다. 하지만 피뢰기의 소자가 열화한다든지 피뢰기 하우징 내로 수분이 침투하게 되면 피뢰기가 방출하는 열보다 많게 되면 피뢰기 내부의 온도가 점차 증가하게 되고, 이에 따라 누설전류가 어느 값 이상이 되면 피뢰기를 계통에서 분리하여 피뢰기 사고를 미연에 방지할 수 있는 장치가 필요하게 되는 데, 이러한 역할을 수행하는 장치가 단로기이다. 피뢰기용 단로기의 회로 구성은 피뢰기의 말단에 접속하는 단자와 접지선이 전기적으로 연결되는 단자 사이에 저항체와 스파크 갭 단자가 병렬로 연결된 회로구성을 가진다.

피뢰기의 누설전류가 정상적으로 흐를 경우에는 저항체를 따라서 흘러 접지선으로 연결되며, 피뢰기에 뢰, 써어지 등의 뇌격 전류가 순간적으로 흐를 경우에는 스파크 갭 단자를 통해서 흘러 접지선으로 연결된다. 그러나, 피뢰기의 열화 등으로 누설전류가 증가하여 장시간동안 수 암페어[A] 이상이 흐를 경우에는 저항 의 단자 전압이 갭 단자의 방전전압보다 높게 되어 스파크 갭이 동작하여 단로기가 폭발하도록 구성되어 있다.

이러한 피뢰기용 단로기의 회로 구성의 일예는 특허등록 제216650호가 공지되어 있다. 상기 등록된 특허의 단로기는 누설전류가 정상적으로 흐를 경우에는 플러그, 저항체, 화약조립체를 통해서 전류가 흐르며, 피뢰기에 뢰, 써어지 등의 뇌격 전류가 순간적으로 흐를 경우에는 저항체를 통하지 않고 플러그 하부의 갭단자, 화약외피, 화약조립체를 통해서 전류가 흐르게 된다. 한편, 피뢰기의 열화 등으로 누설전류가 증가하여 장시간동안 수 암페어[A] 이상이 흐를 경우에는 저항의 단자 전압이 갭의 단자 방전전압보다 높게 지속되어 방전에너지에 의한 발열로 화약 외피의 온도를 상승시켜 화약이 폭발하도록 구성되어 있다.

IEC 99-4의 규격에 따르면, 단로기는 1) 장시간 대전류 및 대전류에 견디어야 하며, 2) 단로기 동작시 피뢰기를 선로에서 확실하게 분리하여야 한다고 명시되어 있다. 그러므로, 단로기에 주입된 에너지가 일정한 에너지 이하가 되면 단로기가 동작하지 않아야 하며, 일정한 에너지 이상이 되면 반듯이 단로기를 완전하게 동작시켜 확실하게 분리시켜야 한다. 이를 위하여 다음의 시험이 필요하게 된다.

1) 장시간 대전류 내력 시험 : 2ms, 500A (10kA, Class 1 & 2)의 대전류 20회

2) 대전류 내력 시험 : 100kA, 4/10㎲ 대전류 2회

3) 단로기 분리 시험 : 20A, 200A, 800A에서 피뢰기 분리

4) 밀폐 시험 : 100℃ 끊는 물에 48시간 동안 넣은 후 저항의 변화가 있어서 는 안 된다.

5) 내력 시험 : 일정한 에너지(항목 1에 해당하는 에너지)에 단로기의 동작이 일어나서는 안 된다.

그러나, 상기의 등록된 특허등록 제216650호의 단로기는 상기와 같은 IEC 99-4의 규격을 만족하지 못한다는 단점이 있었다. 즉 장시간 대전류 내력 시험에서 10kA용 단로기는 500A를 2ms동안 20회 이상 인가시 동작하지 않고 견뎌야 한다. 그러나, 종래의 단로기(특허등록 제216650호)에 2ms동안 500A를 인가시 모두 20회 이상을 견디지 못하고 동작해 버린다는 단점이 있었다. 또한, 대전류 내력시험에서 대전류 2회를 견디지 못하고 동작해 버린다는 단점이 있었다.

이로 보완하기 위해서, 본 발명자는 새로운 구조의 피뢰기용 단로기를 고안하였으며, 이를 출원하여 특허등록 제0622573호로 등록되었다.

상기 본 발명자에 의해 고안된 단로기(제0622573호)는 특허등록 제216650호의 문제점인 IEC 99-4의 규격을 만족하지 못한다는 문제점은 해결하였으나, 저항을 내부 중앙에 삽입하여, 하나의 저항만이 사용됨으로 만약 하나의 이 저항이 파손되거나 작동하지 아니하면 단로기 전체를 교체하여야 하는 문제가 있었다.

본 발명자는 상기 종래의 특허들의 단점을 해결하는 방법을 찾고자 하였다. 즉, 특허등록 제216650호의 단점인 직접적으로 화약외피와 갭단자를 형성함으로써 IEC 99-4의 규격인 장시간 대전류 내력과 대전류 내력을 만족시키기 어렵다는 단점과, 특허등록 제622573호의 단점인 하나의 저항이 파손된 경우에 작동하지 않는다 는 단점을 극복하고자 하였다.

본 발명의 목적은 장시간 대전류 내력과 대전류 내력을 향상시키기 위해서 화약이 내장된 화약 외피와 직접적으로 갭 단자를 형성하지 않고, 화약외피를 감싸는 측면의 전도성 하우징과 갭단자가 형성되도록 하여 간접적으로 화약 외피의 온도를 상승시킴과 동시에,

하나의 저항이 파손된 경우라도 다른 저항이 동작하는 경우에 단로기가 정상적으로 작동할 수 있는 안정성이 확보된 피뢰기용 단로기를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 갭 단자의 간격을 일정하게 유지시켜 안정적으로 갭 단자 역할을 수행할 수 있는 피뢰기용 단로기를 제공하는 것이다.

본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위한 것으로서, 본 발명의 피뢰기용 단로기는 화약이 삽입되도록 중앙에 화약 삽입용 홈이 형성된 전도성 하우징(12)이 내부 하부에 형성된 몸체(10); 상기 화약 삽입용 홈에 삽입되는 화약(20); 중앙에 중공부가 형성되며 1개 이상의 저항(42)이 수직으로 입설된 저항 조립체(40); 상기 몸체(10) 내에 삽입되어, 상부의 저항(42)과 하부의 전도성 하우징(12)을 전기적으로 연결하는 원판 링(30); 중앙에 전도성 몸체(62)가 형성되며, 상기 몸체와 결합되는 뚜껑(60); 및 상기 저항조립체(40)의 중공부에 상부에서 삽입되며, 상기 전도성 몸체(62)에 전기적으로 연결되는 연결체를 포함하되,

상기 전도성 하우징(12)은 상부측으로 소정의 길이만큼 돌출되어 저항조립체의 중공부(40b)에 삽입되는 원통 링 형상의 돌출부(12a)가 형성되고, 상기 연결 체(50)는 하부측으로 소정의 길이만큼 돌출되어 저항조립체의 중공부(40b)에 삽입되는 원통 링 형상의 삽입부(50a)가 형성되어, 상기 전도성 하우징의 돌출부와 상기 연결체의 삽입부와의 사이에 스파크 갭 단자(C)를 형성시켜 과도한 누설전류 발생시 측면에서 간접적으로 화약 외피의 온도를 상승시키며,

상기 저항 조립체(40)는 중공부(42b)의 하부에 전도성 하우징의 돌출부와 연결체의 삽입부의 사이의 스파크 갭 단자(C)를 일정한 간격만큼 유지시킬 수 있도록 이격용 턱(40a)이 형성된다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 저항 조립체는 실리콘 수지 또는 테프론 수지로 형성된다.

이하, 첨부된 도면을 참조로 하여, 본 발명의 피뢰기용 단로기를 보다 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 피뢰기용 단로기의 분리 사시도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 피뢰기용 단로기는 몸체(10), 화약(20), 원판 링(30), 저항 조립체(40), 연결체(50), 및 뚜껑(60)을 포함한다.

몸체(10)는 하우징으로서 전체적으로 부도체로 형성되나, 그 내부에는 전도성 하우징(12)이 형성된다. 전도성 하우징(12)의 하부에는 접지선과 전기적으로 연결될 수 있도록 나사선이 형성된 기둥이 형성된다. 전도성 하우징(12)는 접지선(도시되지 아니함)과 연결하여 상기에서 전달되는 누설전류를 접지시키는 역할을 한다. 전도성 하우징(12)은 도체이며, 그 중앙에 화약 삽입용 홈이 형성되어, 그 내부에 화약(20)이 삽입된다.

몸체(10) 내에 원판 링(30)이 삽입된다. 원판 링(30)은 도체로서 상부의 저항(42)과 하부의 전도성 하우징(12)을 전기적으로 연결하여, 상부에서 전달된 누설전류를 전도성 하우징(12)으로 전달하는 역할을 한다. 원판 링(30)은 저항(42)의 단자가 전도성 하우징(12)와 전기적으로 안정하게 연결될 수 있도록 하기 위한 것으로, 만약 원판 링(30)이 없다면 저항(42) 단자와 전도성 하우징(12)은 전기적 연결은 안정성을 확보할 수 없을 것이다.

원판 링(30) 상에 저항 조립체(40)가 안치된다. 저항 조립체(40)는 중앙에 중공부가 형성되어 있으며, 원통을 따라 1개 이상의 저항(42)이 수직으로 입설되어 있다. 저항 조립체(40) 자체는 부도체이다. 저항(40)의 양쪽 단자는 휘어져 상부쪽으로는 연결체(50)와, 하부쪽으로는 원판 링(30)과 전기적으로 연결된다. 저항 조립체(40)는 바람직하게는 실리콘 수지 또는 테프론 수지가 사용된다. 종래의 페놀 수지에 비하여 파손이나 훼손의 위험이 적다. 도면에 도시된 것은 4개의 저항이 사용되나, 이에 한정되는 것은 아님은 물론이다.

도체인 연결체(50)가 상기 저항 조립체(40)의 상부에 삽입된다. 연결체는 상부의 전도성 몸체(62)와 전기적으로 연결된다. 연결체(50)의 하부에는 소정의 길이만큼 돌출되어 저항조립체(40)의 중공부(40b)에 삽입되는 원통 링 형상의 삽입부(50a)가 형성된다. 갭 단자의 하나의 단자는 삽입부(50a)에서 이루어진다.

부도체인 뚜껑(60)은 몸체와 결합되는 부분으로서, 중앙에는 전도성 몸체(62)가 형성되어 있다. 전도성 몸체(62)의 중앙에는 나사선이 형성된 홈이 형성 된다. 이 홈을 이용하여 상부의 피뢰기와 전기적으로 연결된다.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 피뢰기용 단로기의 단면도이다.

도 2를 참조하면, 전도성 하우징(12)은 상부측으로 소정의 길이만큼 돌출되어 저항조립체의 중공부(40b)에 삽입되는 원통 링 형상의 돌출부(12a)가 형성되어 있으며, 연결체(50)는 하부측으로 소정의 길이만큼 돌출되어 저항조립체의 중공부(40b)에 삽입되는 원통 링 형상의 삽입부(50a)가 형성되어 있다. 이에 따라, 상기 전도성 하우징(12)의 돌출부(12a)와 상기 연결체(50)의 삽입부(50a)와의 사이에 스파크 갭 단자(C)가 형성된다.

전도성 하우징(12)의 돌출부(12a)의 중앙 내부 형성된 화약 삽입용 홈이 형성되며, 이 홈에 화약이 삽입된다. 이에 따라 스파크 갭 단자는 화약의 측면에서 형성되게 된다. 즉, 화약은 직접적으로 상부와 갭 단자를 형성하는 것이 아니라, 전도성 하우징(12)의 돌출부(12a)와 연결체(50)의 삽입부(50a)에서 스파크 갭 단자(C)가 형성되어, 과도한 누설 전류 발생시 측면에서 간접적으로 화약의 온도를 상승시키게 된다. 화약의 온도가 점진적으로 상승하게 됨으로, 본 발명의 피뢰기용 단로기는 종래의 특허 제216650호의 단점인 장시간 대전류 내력 시험과 단로기 분리 시험에서 IEC 99-4의 요건을 만족할 수 있다.

한편, 스파크 갭 단자(C)를 형성하는, 전도성 하우징(12)의 돌출부(12a)와 연결체(50)의 삽입부(50a)는 일정하게 간격을 유지시켜야 한다. 이를 위해서, 저항 조립체(40)의 중공부(42b) 하부에는 이격용 턱(40a)이 형성되어 있다. 저항 조립체(40)의 상부에는 연결체의 삽입부가 삽입되고, 저항 조립체의 하부에서 전도성 하우징(12)의 돌출부(12a)가 삽입되는 데, 저항 조립체의 내부에 이격용 턱(40)이 형성되어 있음으로, 전도성 하우징의 돌출부와 연결체의 삽입부의 사이의 스파크 갭 단자(C)를 일정한 간격만큼 유지시키게 된다.

저항(42)은 저항 조립체에 다수개 입설된다. 이를 위해서, 저항 조립체는 중앙에 중공부가 형성된 원형 기둥 형상으로 형성된다. 저항조립체가 이러한 구조를 가지며, 원통으로 따라 저항(42)을 다수개 입설하게 하는 이유는 하나의 저항이 파손되는 경우에 단로기 전체를 교체하여야 하는 종래의 본 발명자의 특허인 특허 0622573호의 문제점을 해결하기 위해서이다.

저항(42)과 갭 단자(연결체의 삽입부와 전도성 하우징의 돌출부)은 서로 병렬로 연결되어 있다. 이러한 병렬 구조는 단로기의 전형적인 회로 구성이다.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 피뢰기용 단로기의 구성요소 중 일부 절개 사시도이다.

도 3은 전도성 하우징의 돌출부(12a)에 저항 하우징(40)이 삽입되고, 저항 하우징(40)의 중공부(40b)에 연결체(50)의 삽입부(50a)가 삽입되는 모습을 도시한다.

저항 조립체(40)의 상부에서 삽입된 연결체의 삽입부(50a)와 하부에서 삽입되는 전도성 하우징의 돌출부(12a)는 서로 일정한 간격으로 이격되어 있다. 일정한 간격을 유지하여 일정한 스파크 갭 단자를 형성할 수 있도록 중공부의 하부에는 이격턱(40a)가 형성되어 있는 것이다.

본 발명의 단로기의 동작 원리를 보다 상세히 설명하기로 한다.

피뢰기는 단로기를 통하여 접지로 연결된다. 정상적인 경우(미세한 누설 전류의 경우)에는, 미세한 누설전류는 전도성 몸체(62)→연결체(50)→저항(40)→원판링(30)→전도성 하우징(12)으로 통해 흐른다.

본 발명의 단로기는 저항과 병렬로 연결된 스파크 갭 단자(C)가 전도성 하우징의 돌출부와 연결체의 삽입부 사이에서 이루어진다. 따라서, 뢰, 써어지(surge) 등의 뇌격 전류가 흐를 경우에는 전도성 하우징의 돌출부와 연결체의 삽입부 사이의 스파크 갭 단자를 통과하여 접지와 연결되어 땅으로 흐른다.

그러나, 피뢰기의 성능이 비정상적(누설전류가 장시간 과도하게 발생하는 경우)이면, 전도성 하우징의 돌출부에 삽입된 화약(20)의 온도를 간접적으로 점진적으로 상승시켜 화약이 폭발하여, 단로기가 동작한다. 즉, 단로기가 동작하여 접지에서 분리된다.

보다 상세히 단로기의 동작 영역을 구분하여 설명하면,

1) 스파크 갭이 동작하지 않는 경우 : 갭 단자에 병렬로 연결된 저항의 단자 접압이 스파크 갭 단자의 방전 전압보다 적은 영역으로서, 피뢰기에서 미세한 누설 전류(1mA 이하)가 정상적으로 흐르는 경우이다.

2) 스파크 갭 단자는 동작하나 단로기가 동작하지(폭발) 않는 경우 : 화약에 전달되는 스파크의 방전 에너지가 화약의 폭발 에너지보다 적은 경우로써, 피뢰기에 뢰, 써어지(surge) 등의 뇌격 전류는 스파크 갭 단자를 통과하여 땅으로 스며드는 경우이다. 이때에는 정상적으로 동작하여야 함으로 단로기는 동작하지 않아야 한다. 즉, 폭발되지 않아야 한다.

3) 단로기가 동작하는 경우(즉, 폭발하는 경우) : 피뢰기의 열화 등으로 누설 전류가 증가하여 장시간 동안 수 암페어[A] 이상의 누설 전류가 흐를 경우로서, 저항의 단자 전압이 갭 단자의 방전 전압보다 높게 되어 스파크 갭에서 방전이 일어나게 되고 일정시간이 지나게 되면 화약의 점화 온도에 도달하며 화약이 폭발하게 되어 단로기가 동작하는 경우이다.

전술한 내용은 후술할 발명의 특허청구범위를 보다 잘 이해할 수 있도록 본 발명의 특징과 기술적 장점을 다소 폭넓게 개설하였다. 본 발명의 특허청구범위를 구성하는 부가적인 특징과 장점들이 이하에서 상술될 것이다. 개시된 본 발명의 개념과 특정 실시예는 본 발명과 유사 목적을 수행하기 위한 다른 구조의 설계나 수정의 기본으로서 즉시 사용될 수 있음이 당해 기술분야의 숙련된 사람들에 의해 인식되어야 한다.

또한, 본 발명에서 개시된 발명 개념과 실시예가 본 발명의 동일 목적을 수행하기 위하여 다른 구조로 수정하거나 설계하기 위한 기초로서 당해 기술 분야의 숙련된 사람들에 의해 사용되어질 수 있을 것이다. 또한, 당해 기술분야의 숙련된 사람에 의한 그와 같은 수정 또는 변경된 등가 구조는 특허청구범위에서 기술한 발명의 사상이나 범위를 벗어나지 않는 한도내에서 다양한 변화, 치환 및 변경이 가능하다.

이상에서 상술한 바와 같이, 본 발명의 피뢰기용 단로기는 갭 단자가 전도성 하우징의 돌출부와 연결체의 삽입부에서 이루어짐으로, 화약에 전달되는 온도가 직 접적으로 전달되는 것이 아니라 간접적으로 전달되어 장시간 대전류 내력 시험, 단로기 분리 시험 등의 성능을 가질 수 있으며, 하나의 저항이 아니라 다수개의 저항이 사용됨으로 하나의 저항이 동작하지 않는 경우에라도 단로기는 정상적으로 작동할 수 있으며, 갭 단자는 저항 조립체의 이격 턱에 의해서 일정한 간격을 유지할 수 있다는 장점이 있다. 또한, 저항 조립체가 실리콘 수지 또는 테프론 수지로 형성되어 종래의 페놀 수지에 비하여 파손되기 쉽지 않다는 장점이 있다.