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KR20100025004A - 전력용 전기 기기 - Google Patents

전력용 전기 기기 Download PDF

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Publication number
KR20100025004A
KR20100025004A KR1020107001611A KR20107001611A KR20100025004A KR 20100025004 A KR20100025004 A KR 20100025004A KR 1020107001611 A KR1020107001611 A KR 1020107001611A KR 20107001611 A KR20107001611 A KR 20107001611A KR 20100025004 A KR20100025004 A KR 20100025004A
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KR
South Korea
Prior art keywords
case
side wall
diameter
electrode
conductive members
Prior art date
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Ceased
Application number
KR1020107001611A
Other languages
English (en)
Inventor
에이이치 타카하시
Original Assignee
메이덴샤 코포레이션
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 메이덴샤 코포레이션 filed Critical 메이덴샤 코포레이션
Publication of KR20100025004A publication Critical patent/KR20100025004A/ko
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    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
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    • H01H33/60—Switches wherein the means for extinguishing or preventing the arc do not include separate means for obtaining or increasing flow of arc-extinguishing fluid
    • H01H33/66—Vacuum switches
    • H01H33/662—Housings or protective screens
    • H01H33/66207—Specific housing details, e.g. sealing, soldering or brazing
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G5/00—Capacitors in which the capacitance is varied by mechanical means, e.g. by turning a shaft; Processes of their manufacture
    • H01G5/01—Details
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
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  • Insulators (AREA)
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Abstract

절연 튜브의 측벽의 길이방향 단면의 형상은 아치 형상으로 형성된다. 이 형상을 가지면, 단순히 원통형 절연 부재를 갖는 것에 비해, 절연 튜브의 축방향으로 길이(두 전도성 부재들 사이의 공간적 거리)를 연장함이 없이 크리피지 거리를 길게 하는 것이 가능하고 또 분기 전류에 대한 전압 특성에 저항하는 절연성을 증가시키는 것이 가능하다. 나아가, 아치 면에 있는 표면 영역이 커지게 되어 이에 의해 측벽의 내부 외주면 측에 있는 아치 면에 대한 열 흡수율이 개선되고 또 측벽의 외부 외주면 측에 있는 아치 면에 대한 열 방사율이 개선된다.

Description

전력용 전기 기기{ELECTRIC APPARATUS FOR ELECTRIC POWER}
본 발명은 전력용 전기 기기에 관한 것이고, 예를 들어, 여러 가지 전력 커패시터(가변 진공 커패시터, 고정 진공 커패시터, 고체 커패시터, 오일 충진 커패시터, 세라믹 커패시터, 오일 커패시터 등), 전력 스위치(진공 밸브, 오일 스위치 등) 등에 적용될 수 있다.
전력 커패시터와 전력 스위치와 같은 전력용 전기 기기는 여러 장비에 적용되어 왔으며, 또한 최근에는 여러 가지 고주파 장치와 대전력 장치 등에 적용되어 왔다. 예를 들어, 진공 커패시터의 경우에, 이 전기 기기는 반도체 장비를 위한 고주파 파워 서플라이에 적용되고, 또한 대전력 공진 회로 등의 고주파 장치에서 임피던스 조절을 위해 사용된다. 진공 밸브의 경우, 이 전기 기기는 대전력 장치의 전력 차단/전력 투입(전력의 개폐)을 위해 사용된다.
전력용 전기 기기의 주요 구조로서, 금속성 물질 등으로 된 전도성 부재들을 갖는 관형 절연 부재(간단히, 원통형 절연 부재)의 양 단부를 폐쇄시켜 형성된 케이스를 구비하는 전력용 전기 기기가 알려져 있다. 예를 들어, 전력 커패시터의 경우, 케이스 내에 있는 두 전도성 부재들 사이에 커패시턴스가 형성되게 구성된다. 전력 스위치의 경우, 두 전도성 부재들 사이에 전기적 거리를 변화시키는 것에 의해 전기적 스위칭이 이루어질 수 있도록 구성된다. (예를 들어, 특허 문헌 1)
도 7은 대표적인 진공 커패시터(동축 원통형 전극 타입)의 일례를 설명하기 위한 개략도이다. 도 7에서, 참조 부호 1은 진공 케이스이다. 이 진공 케이스(1)는 주로 관형 절연 부재(2)(예를 들어, 세라믹 물질로 된 부재; 이후 절연 튜브라고 불리운다)와, 이 절연 튜브(2)의 일단부 측과 타단부 측에 제공된 두 개의 전도성 부재(2a, 2b)(예를 들어, 구리와 같은 금속으로 된 부재)로 형성된다.
도면에서 볼 수 있는 바와 같이, 예를 들어, 전도성 부재(2a, 2b)는 절연 튜브(2)의 일단부 측과 타단부 측에 제공된 금속 실린더(3,4)와, 이 절연 튜브(2)와 금속 실린더(3,4)를 폐쇄하기 위해 제공된 플랜지(5,6)(이동가능한 전극 측과 고정된 전극 측에 있는 플랜지들; 이후 이동가능한 측 플랜지와 고정된 측 플랜지라고 불리운다)로 형성될 수 있다. 이동가능한 측 플랜지(5)와 고정된 측 플랜지(6)는 외부 단자로 사용될 수 있다.
참조 부호 7은 내부 직경이 서로 다른 복수의 원통형 전극 부재로 형성된 고정된 전극이다. 각 전극 부재는 미리 결정된 거리에 {진공 케이스(1) 내} 고정된 측 플랜지(6)의 내부에 동심으로 제공된다. 참조 부호 8은 고정된 전극(7)과 같이 내부 직경이 서로 다른 복수의 원통형 전극 부재로 형성된 이동가능한 전극이다. 각 전극 부재는 고정된 전극(7) 사이로 삽입되거나 이로부터 이탈될 수 있도록 각 전극 부재가 고정된 전극(7)과 비-접촉 상태에 있게 진공 케이스(1) 내에 제공된다{각 전극 부재는 고정된 전극(7)의 전극 부재들 사이의 갭으로 삽입되거나 이로부터 이탈되며, 여기서 이동가능한 전극(8)과 고정된 전극(7)의 전극 부재들은 서로 교대로 배치된다}.
참조 부호 9는 이동가능한 전도체이다. 이동가능한 전도체(9)는 진공 케이스(1)의 축방향으로 이동할 수 있으며 이동가능한 전극(8)을 지지하는 이동가능한 측 지지판(9a)과 이 이동가능한 측 지지판(9a)의 후면{이동가능한 전극(8)이 고정되지 않는 면}으로부터 돌출하는 이동가능한 로드(9b)로 형성된다. 이동가능한 로드(9b)는 이동가능한 측 플랜지(5)에 제공된 베어링 부분(10)에 의해 슬라이딩가능하게 지지된다.
참조 부호(11)는 진공 커패시터의 전류 경로의 일부로서 연성의 금속 벨로우즈(bellows)이다. 이 벨로우즈(11)는 진공 케이스(1) 내에 있는 고정된 전극(7), 이동가능한 전극(8) 및 벨로우즈(11)에 의해 둘러싸인 공간(이후 진공 챔버라고 불리운다)이 {진공을 생성하기 위해} 밀폐되게 유지되고 또 이동가능한 전극(8)과 이동가능한 전도체(9)가 진공 케이스(1)의 축방향으로 이동할 수 있도록 설정된다. 예를 들어, 도면에 도시된 바와 같이, 일측 에지는 이동가능한 전도체(9)에 연결되고, 타측 에지는 베어링 부분(10)에 연결된다.
축방향으로 이동가능한 전도체(9)를 이동시켜 이동가능한 전극(8)을 고정된 전극(7) 사이로 삽입하거나 이로부터 이탈하는 것{두 전극(7,8)의 각 전극 부재들이 서로 교대로 배치되도록 이동가능한 전극(8)을 고정된 전극(7) 사이로 삽입하거나 이로부터 이탈하는 것}에 의해, 대향하는 전극들 사이의 영역(면적){고정된 전극(7)과 이동가능한 전극(8) 사이의 중첩 영역(면적)}이 변화한다. 이에 따라, 두 전극(7,8)에 반대 극성의 전압을 각각 인가하면, 두 전극(7,8) 사이에 나타나는 커패시턴스의 값이 끊김없이 변화되어 이로 임피던스 조절이 가능하다.
이러한 진공 커패시터를 사용하는 경우의 고주파 장치를 위한 고주파 전류에 있어, 이 고주파 전류는 이동가능한 측 플랜지(5)로부터 벨로우즈(11)와 및 대향하는 전극들 사이의 커패시턴스를 거쳐 고정된 측 플랜지(6)로 흐른다. 요즈음, 고주파 장치에 사용되는 부하는 커지고 있으며, 고주파 전류는 이 부하의 증가에 따라 증가한다. 따라서, 대 전류의 흐름을 빈번히 조절할 수 있는 장치가 요구된다.
전술된 절연 튜브에 있어, 전압 특성에 저항하는 원하는 절연성을 얻을 수 있는 구조가 요구된다. 그러므로, 예를 들어, {두 전도성 부재들 사이의 공간적으로 최단 거리(이후 공간적 거리라고 불리운다)를 단지 연장시키는} 절연 튜브의 축방향으로 그 길이를 연장시키거나 또는 측벽의 두께를 두껍게 하는 것에 의해, 전압 특성에 저항하는 절연성이 개선될 수 있다.
그러나, 위 전력 커패시터와 전력 스위치에 있어, 동작 동안 전류 도통에 의해 열이 발생하고 이 전기적 열은 장치의 규모 크기에 따라 커지게 되어, 상당한 레벨로 증가할 수 있다. 절연 튜브의 온도가 전기적인 발열에 의해 증가할 때, 절연 튜브의 전압 특성에 저항하는 절연성이 저하된다. 특히, 절연 튜브의 전기 전도성은 전도성 부재의 것보다 더 작으므로, 예를 들어, 전술된 바와 같이, {두 전도성 부재들 사이의 공간적 거리를 단지 연장시키는} 절연 튜브의 축방향으로 그 길이를 단순히 연장시키거나 또는 측벽의 두께를 두껍게 하는 것에 의해 형성된 구조의 경우에는, 이 절연 튜브의 온도는 쉽게 올라간다.
한편, {두 전도성 부재들 사이의 공간적 거리를 단지 축소하는} 절연 튜브의 축방향으로 그 길이를 단지 축소시킬 때, 예를 들어, 분기 전류(shunt current)는 증가하고, 이에 전기적인 발열이 절연 튜브에서 발생할 수 있다. 나아가, 측벽의 두께를 얇게 하는 방법이 고려될 수 있지만, 여러 응력(stress)에 저항할 수 있는 구조{높은 응력에 저항하는 구조; 예를 들어, 구부러짐(bending), 굴곡(flexion) 및 크랙의 발생(cracking) 등에 저항할 수 있는 구조}가 절연 튜브에 요구되므로, 이 방법은 한계를 가지고 있다.
전술된 점을 감안하여, 동작 동안 전기적인 발열이 생길 때 열 복사 효율을 상당히 향상시키고 분기 전류 등이 있을 때 전압 특성에 저항하는 절연성을 상당히 개선시킬 수 있는 전력 커패시터와 전력 스위치와 같은 전력용 전기 기기가 요구된다.
특허 문헌 1 : 일본 특허 출원공개 번호 JP3264005
본 발명은 아치 면에 있는 표면 영역은 커지게 되어, 이에 의해 측벽의 외부 외주면 측에 있는 아치 면에 대한 열 복사율이 개선되고 측벽의 내부 외주면 측에 있는 아치 면에 대한 열 흡수율이 개선되는 전력용 전기 기기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 전력 커패시터의 전력용 전기 기기는 전도성 부재들을 갖는 관형 절연 부재(절연 튜브)의 양 단부를 폐쇄시켜 형성된 케이스를 구비하고 이 케이스 내에 있는 두 전도성 부재들 사이에 커패시턴스를 형성하여, 절연 부재의 측벽의 길이방향 단면의 형상은 아치 형상을 한다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 이 케이스는 진공 케이스이고, 이 진공 케이스 내에 있는 두 전도성 부재들 중 하나의 전도성 부재에는 고정된 전극이 배치되며, 이 진공 케이스 내에 있는 두 전도성 부재들 중 다른 하나의 전도성 부재에는 이동가능한 전극이 배치되어, 상기 고정된 전극과 상기 이동가능한 전극 사이에 커패시턴스를 형성하게 하고, 그리고 이 이동가능한 전극을 이동시켜 고정된 전극에 대한 이동가능한 전극의 위치를 변화시키는 것에 의해 커패시턴스가 변화될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 스위치의 전력용 전기 기기는 전도성 부재들을 갖는 관형 절연 부재의 양 단부를 폐쇄시켜 형성된 케이스를 구비하며 이 케이스 내에 있는 두 전도성 부재들 사이에 전기적 거리를 변화시켜 두 전도성 부재들 사이를 전기적으로 개폐할 수 있으며, 그리고 절연 부재의 측벽의 길이방향 단면의 형상은 아치 형상을 한다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 이 케이스는 진공 케이스이고, 이 진공 케이스 내에 있는 두 전도성 부재들 중 하나의 전도성 부재에는 고정된 전극이 배치되고, 이 진공 케이스 내에 있는 두 전도성 부재들 중 다른 하나의 전도성 부재에는 이동가능한 전극이 배치되고, 그리고 이 이동가능한 전극을 이동시켜 고정된 전극에 대한 이동가능한 전극의 위치를 변화시키는 것에 의해, 이동가능한 전극과 고정된 전극 사이의 개폐가 전기적으로 수행될 수 있다.
본 발명의 더 다른 측면에 따르면, 관형 절연 부재의 측벽의 내부 직경과 외부 직경은, 각 직경의 위치가 절연 부재의 축방향으로 양 단부 측으로부터 중간에 더 가까워짐에 따라 그 직경이 더 커지고, 또 측벽의 내부 외주면과 외부 외주면의 각 길이방향 단면의 형상은 아치 형상이 되도록 설정된다.
본 발명의 더 다른 측면에 따르면, 상기 관형 절연 부재의 측벽의 내부 직경과 외부 직경은, 각 직경의 위치가 절연 부재의 축방향으로 양 단부 측으로부터 중간에 가까워짐에 따라 그 직경이 더 작아지고, 또 측벽의 내부 외주면과 외부 외주면의 각 길이방향 단면의 형상은 아치 형상이 되도록 설정된다.
본 발명의 더 다른 측면에 따르면, 절연 부재는 세라믹 물질로 만들어진다.
전술된 점 때문에, 단순히 원통형 절연 튜브를 갖는 것에 비해, 절연 튜브의 아치 형상으로 된 면(이후 아치 면이라고 불리운다)에 있는 크리피지 거리(creepage distance)(두 전도성 부재들 사이에서 절연 튜브의 면을 따른 최단 거리)는 더 길어지게 되고, 또 이 아치 면에 있는 표면 영역은 더 커지게 된다. 즉, 절연 튜브의 축방향으로 그 길이(두 전도성 부재들 사이의 공간적 거리)를 연장함이 없이 크리피지 거리를 연장하는 것이 가능하다. 나아가, 아치 면에 있는 표면 영역은 커지게 되어, 이에 의해 측벽의 외부 외주면 측에 있는 아치 면에 대한 열 복사율이 개선되고 측벽의 내부 외주면 측에 있는 아치 면에 대한 열 흡수율이 개선된다.
나아가, 진공 케이스를 구비하는 구조로서, 절연 튜브의 내부 직경과 외부 직경이, 측벽의 직경의 위치가 절연 부재의 축방향으로 양 단부 측으로부터 중간에 더 가까워짐에 따라 그 직경이 더 커지고, 또 측벽의 내부 외주면과 외부 외주면의 각 길이방향 단면의 형상이 아치 형상이 되도록 설정되는 경우에, 절연 튜브의 외부 외주면 측으로부터 내부 외주면 측으로의 방향의 응력에 대한 응력 저항이 증진될 수 있다. 예를 들어, 진공 케이스를 형성할 때, 단순히 원통형 절연 튜브를 갖는 것에 비해, 진공 케이스 내 진공으로부터 야기되는 응력에 대한 응력 저항이 증진된다. 즉, 응력 저항이 높을 때, 절연 튜브의 측벽의 두께가 얇더라도, 적절한 기계적인 강도가 쉽게 달성될 수 있다. 그리고 또한 측벽의 두께를 얇게 하는 것에 의해 절연 튜브의 열 전도성이 증가된다.
나아가, 상기 절연 부재의 내부 직경과 외부 직경이 각 측벽의 직경의 위치가 절연 부재의 축방향으로 양 단부 측으로부터 중간에 가까워짐에 따라 그 직경이 더 작아지고, 또 측벽의 내부 외주면과 외부 외주면의 각 길이방향 단면의 형상은 아치 형상이 되도록 설정되는 경우에, 절연 튜브의 내부 외주면 측으로부터 외부 외주면 측으로의 방향의 응력에 대한 응력 저항이 증진될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전력용 전기 기기(가변 진공 커패시터)의 일례를 설명하기 위한 개략도.
도 2는 실시예 1에서 사용되는 절연 튜브의 단면도이다.
도 3은 일반적으로 사용되는 절연 튜브의 단면도이다.
도 4는 실시예 2에 따른 전력용 전기 기기(고정된 진공 커패시터)의 단면도이다.
도 5는 실시예 3에 따른 전력용 전기 기기(진공 밸브)의 단면도이다.
도 6은 실시예 1∼3에 따른 절연 튜브의 다른 실시예를 보여주는 단면도이다.
도 7은 대표적인 전력용 전기 기기(가변 진공 커패시터)를 설명하기 위한 개략도이다.
본 실시예는 전도성 부재들을 갖는 절연 튜브의 양 단부를 폐쇄시켜 형성된 케이스를 구비하고 절연 튜브의 측벽의 길이방향 단면의 형상이 아치 형상으로 형성된, 전력 커패시터와 전력 스위치와 같은 전력용 전기 기기에 관한 것이다.
예를 들어, 종래 기술에서, 단순히 원통형 절연 튜브를 갖는 전력용 전기 기기에서 분기 전류에 대하여 전압 특성에 저항하는 절연성을 증가시키기 위하여, 절연 튜브의 축방향으로 그 길이(공간적 거리)를 단순히 연장시키거나 그 측벽의 두께를 단순히 두껍게 하는 방법이 사용되어 왔다. 그러나, 본 실시예에 따르면 크리피지 거리(creepage distance)가 더 길이지는 것으로 인해 공간적 거리와 측벽의 두께를 크게 설정함 없이 전압 특성에 저항하는 절연성을 증가시키는 것이 가능하다.
[실시예 1]
도 1은, 본 실시예의 전력용 전기 기기의 진공 커패시터(가변 진공 커패시터)의 일례를 설명하기 위한 개략도이다. 가변 진공 커패시터는, 도 7에 도시된 바와 같이 주로 절연 튜브(2)(절연 부재; 예를 들어, 세라믹 물질과 같은 절연 물질로 만들어진 관형 절연 부재)와, 이 절연 튜브(2)의 일단부 측과 타단부 측에 제공된 전도성 부재들(2a, 2b)(예를 들어, 구리와 같은 금속으로 만들어진 부재)을 가지는 진공 케이스(1)로 형성된다. 전도성 부재(2a, 2b)는 절연 튜브(2)의 일단부 측과 타단부 측에 제공되는 금속 실린더(3,4)와, 절연 튜브(2)와 금속 실린더(3,4)를 폐쇄하기 위해 제공되고 또한 외부 단자로 사용되는 이동가능한 측 플랜지(5) 및 고정된 측 플랜지(6)로 각각 형성된다.
진공 케이스(1)에서, 내부 직경이 서로 다른 복수의 원통형 전극 부재들로 형성된 고정된 전극(7)은 고정된 측 플랜지(6)의 내측{진공 케이스(1)의 내부}에 제공된다. 그리고, 고정된 전극(7)과 같이, 미리 결정된 거리로 동심으로 제공되고 내부 직경이 서로 다른 복수의 원통형 전극 부재들로 형성된 이동가능한 전극(8)이 제공된다. 이동가능한 전극(8)은 각 전극 부재가 고정된 전극(7)과 비-접촉 상태에 있게 고정된 전극(7) 사이로 삽입되거나 이로부터 이탈될 수 있도록 설정된다{각 전극 부재는 고정된 전극(7)의 전기 부재들 사이의 갭으로 삽입되거나 이로부터 이탈되며, 여기서 이동가능한 전극(8)과 고정된 전극(7)의 전극 부재들이 서로 교대로 배치된다}.
이동가능한 전극(8)은 진공 케이스(1)의 축방향으로 이동할 수 있고 이동가능한 전극(8)을 지지하는 이동가능한 측 지지판(9a)과, 이동가능한 측 지지판(9a)의 후면{이동가능한 전극(8)이 고정되지 않는 면}으로부터 {이동가능한 측 플랜지(5) 방향으로} 진공 케이스(1)의 외부 방향으로 돌출하는 이동가능한 로드(9b)로 형성된 이동가능한 전도체(9)에 의해 지지된다. 이동가능한 로드(9b)는 이동가능한 측 플랜지(5)의 일단부 측에서 (후술되는 절연 제어 부재에 나사 고정될 수 있는) 수 나사 부재(9c)를 가지고 있다. 그리고 이동가능한 로드(9b)는 진공 케이스(1) 내에 제공되는 베어링 부분(10){도면에서 진공 케이스(1)의 외부에서 회전 토크를 감소시키기 위해 쓰러스트 베어링(14)을 가지는 지지 부재} 내로 삽입된다{도면에서 베어링 부분(10)은 이동가능한 측 플랜지(5)를 관통하도록 고정된다}.
나아가, 이동가능한 전극(8) 측과 고정된 전극(7) 측에는 벨로우즈(11){도면에서, 이동가능한 측 플랜지(5)와 이동가능한 측 지지판(9a) 사이에 (예를 들어 진공 고온 땜질을 통해) 연결된 벨로우즈}에 의해 진공 챔버(15)가 한정되며, 이동가능한 전도체(9) 측에는 대기 챔버(16)가 한정된다. 벨로우즈(11)로는, 내구성(기계적 강도 등)과 전도성을 갖는 물질이 사용된다. 예를 들어, 이는 인 청동(phosphor bronze)이나 구리 클래드(copper-clad) SUS 부재로 만들어진 것이다.
참조 부호 13은 진공 케이스(1)의 축방향으로 이동가능한 로드(9b)를 이동시키고 진공 커패시터의 커패시턴스를 조절하는 관형 부재(이후 절연 제어 부재라고 불리운다)이다. 절연 제어 부재(13)는 베어링 부분(10)의 일단부 측에 {도면에서, 쓰러스트 베어링(14) 측에} 회전가능하게 지지된다. 절연 제어 부재(13) 내 중간 부분에는, 단차진 부분(13b)이 형성된다. 그리고, 이 단차진 부분(13b)으로부터 일단부 측에는 직경이 작은(타단부 측보다 더 작은) 암 나사 부분(13a)이 형성된다. 이동가능한 로드(9b)의 수 나사 부분(9c)은 암 나사 부분(13a) 내로 나사 결합된다. 타단부 측에는 진공 커패시터의 구동 소스(예를 들어, 모터, 미도시)가 (예를 들어 절연 수단을 통해) 연결된다.
구동 소스에 의하여 {예를 들어 도면에서 화살표 R의 회전 방향으로} 절연 제어 부재(13)를 회전시킴으로써 이동가능한 전도체(9)는 암 나사 부분(13a)의 형상에 따라 회전하면서 축방향으로 이동하여, 대향하는 전극들 사이의 영역(면적){고정된 전극(7)과 이동가능한 전극(8) 사이의 중첩 영역(면적)}이 변화하게 된다. 도면에서 볼 수 있는 바와 같이, 이동가능한 로드(9b)의 바디(body)가 베어링 부분(10) 내로 삽입되어 있으므로, 이동가능한 전도체(9)의 이동시에 이동가능한 전도체(9)의 흔들림(wobble)이 억제될 수 있다. 나아가, 예를 들어, 스토퍼 나사(12){내부 직경이 암 나사 부분(13)보다 더 큰 시트(12b)를 갖는 나사}를 이동가능한 전도체(9)에 부착시키는 것에 의해, 이동가능한 전도체(9)의 이동가능 범위는 제한될 수 있다(예를 들어, 대향하는 전극들 사이의 접촉이 방지될 수 있다).
실시예 1의 절연 튜브(2)에서는, 길이방향의 단면이 아크 형상인 측벽을 갖는 절연 튜브가 사용된다. 보다 구체적으로, 아치 면(실시예 1에서, 이는 외부 외주면, 내부 외주면이다)의 직경은 그 직경의 위치가 아치의 양단부 측으로부터 중간에 더 가까워짐에 따라 그 직경이 더 커지게 되도록 설정된다. 그러한 형상을 갖는 절연 튜브를 사용함으로써, 단순히 원통형 절연 튜브를 갖는 것에 비해 절연 튜브의 크리피지 거리가 더 길어지게 된다.
예를 들어, 도 2에서 바렐(barrel) 형상의 절연 튜브로 도시된 바와 같이, 굴곡진 부분(curved portion)(20)은 절연 튜브의 내부 외주면의 직경의 위치가 절연 튜브의 단부 부분(20A)으로부터 절연 튜브의 중간 부분(20B)에 더 가까워짐에 따라, 절연 튜브의 내부 외주면의 직경이 W1(단부 부분의 내부 외주면의 직경)으로부터 W2(중간 부분의 내부 외주면의 직경)로 점차적으로 더 커지게 되고, 또 절연 튜브의 외부 외주면의 직경이 이와 동일하게 점차적으로 더 커지게 되도록 형성된다. 실시예 1의 구조를 갖는 경우에, 이 구조는 진공 케이스(1) 내의 진공으로 인해 생기는 응력에 저항할 수 있다(이 구조는 높은 응력에 저항하는 구조로 되며; 예를 들어 구부러짐, 굴곡 및 크랙의 발생 등에 저항할 수 있는 구조로 된다). 그리고 이 구조에 의한 효과의 정도에 따라 (예를 들어, 중간 부분의 내부 외주면의 직경(W2)과 단부 부분의 내부 외주면의 직경(W1) 사이의 차이에 따라), 절연 튜브(2)의 측벽의 두께(TA)는 두꺼워질 수 있고 또 크리피지 거리(LA)는 절연 튜브(2)의 기계적 강도의 손실 없이 연장될 수 있다.
그 결과, 예를 들어, 도 7의 경우와 비교하여, 절연 튜브(2)의 크리피지 거리는 공간적 거리를 연장함이 없이 길어질 수 있고 또 분기 전류는 이 크리피지 거리의 길이에 따라 억제될 수 있어, 진공 커패시터의 전압에 저항하는 절연성이 증가될 수 있고 전류 용량이 증가될 수 있다. 나아가, 측벽의 두께(TA)가 얇고 내부 외주면의 아치 면이 굴곡져 있으므로 (아치 면은 진공 케이스의 외부 방향으로 굴곡져 있다), 진공 케이스(1)의 부피가 증가하며, 이에 따라 절연 튜브(2)에서 발생할 수 있는 열의 방사 효율이 개선될 수 있다. 나아가, 절연 튜브의 측벽이, 각 직경의 위치가 절연 부재의 축방향으로 양 단부측으로부터 중간에 더 가까워짐에 따라, 그 직경이 더 커지게 되고, 또 측벽의 내부 외주면과 외부 외주면의 각 길이방향 단면의 형상이 아치 형상이 되도록 형성된다(실시예 1에서, 절연 튜브의 내부 직경과 외부 직경이 설정된다). 그러므로, 적절한 응력 저항이 달성될 수 있다.
여기서, 절연 튜브(2)에서 일어나는 열 발생에 대한 연구가 수행될 수 있다. 예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이, 대표적인 고주파 장치 등에 적용되는 종래 기술의 절연 튜브(21)(이후 종래의 절연 튜브라고 불리운다)의 측벽의 두께가 TB일 때, 이 두께(TB)가 단지 얇아진다면, 종래의 절연 튜브(21)는 파손되기 쉬워진다. 한편, 본 실시예 1의 절연 튜브(2)의 구조에 따르면, 본 절연 튜브(2)가 종래의 절연 튜브(21)와 동일한 응력 저항을 얻는 경우, 본 절연 튜브(2)의 두께(TA)는 TB의 30∼40 퍼센트 만큼 감소될 수 있으며(얇아질 수 있으며), 그리고 크리피지 거리(LA)는 LB의 10∼20 퍼센트 만큼 증가(연장)될 수 있다.
다시 말해, 본 실시예 1의 절연 튜브(2)에 따르면, 종래의 절연 튜브(21)의 각 사이즈가 10일 때, 본 절연 튜브(2)의 두께(TA)는 6∼7로 감소될 수 있고, 또 크리피지 거리(LA)는 11∼12로 증가될 수 있다.
동축 원통형 전극 타입의 커패시턴스(C)는, 수식 [C = 2 π×ε0×εr×(대향 전극 거리)×Loge(b/a)] 으로부터 계산될 수 있으며, 여기서 ε0는 전기 상수이고, εr은 물질의 상대적 유전 상수이며, a는 최내쪽에 있는 외주측 전극의 반경이고, b는 최외쪽에 있는 외주측 전극의 반경이다. 따라서, "ε0×εr"이 1이라고 가정하면(ε0×εr=1), 다음 수식이 위 지수 값에 의해 본 절연 튜브(2)나 종래의 절연 튜브(21)의 커패시턴스(C)의 계산에 적용될 수 있다.
C = ε0·εr T/L
여기서, 위 수식에서, ε0는 전기 상수이고, εr은 절연 튜브의 상대적 유전 상수이며, T(TA 또는 TB)는 절연 튜브의 두께이고, L(LA 또는 LB)은 절연 튜브의 크리피지 거리이다. 위 수식에서, "ε0·ε1"이 1일 때 (ε0·ε1=1) 그리고 종래의 절연 튜브(21)의 각 지수 값이 TB=10, LB=10일 때, 종래의 절연 큐브(21)의 커패시턴스(C)는 1(F)이다. 반면, 본 실시예의 절연 튜브(2)의 각 지수 값이 위 수식에서 TA=7, LA=12일 때, 본 절연 튜브(2)의 커패시턴스(C)는 0.58(F)이다.
다음으로, 본 절연 튜브(2)나 종래의 절연 튜브(21)를 통해 지나가는 분기 전류(I)의 계산이 이루어지는 경우, 절연 튜브의 커패시턴스가 C이고, 전극의 커패시턴스는 C1이고, 전극에 공급되는 전류는 I1일 때, 다음 수식이 분기 전류(I)의 계산에 적용될 수 있다.
I = (모든 전류) × ((절연 튜브 커패시턴스 C) / ((절연 튜브 커패시턴스 C) + 전극 커패시턴스 C1)) = (I + I1) × C / (C + C1)
여기서, C1이 1이고 (C1=1) 또 I1이 1일 때 (I1=1), 종래의 절연 튜브(21)를 통해 지나가는 전류(I)는 1(A)인 반면, 본 절연 튜브(2)의 분기 전류(I)는 0.58(A)이다.
본 실시예의 진공 커패시터에서, 이동가능한 전극(8)이 비접촉 상태에서 고정된 전극(7) 쪽으로 또는 이로부터 멀어지게 이동하더라도, 이동가능한 전극(8)의 이동으로 야기된 임펄스는 작게 된다. 이때 본 절연 튜브(2)의 측벽 두께(TA)가 얇아지더라도, 본 절연 튜브(2)는 파손에 저항하게 된다. 나아가, 이동가능한 전도체(9)는 베어링 부분(10) 내에서 원활하게 이동하므로, 이 임펄스는 더 작아지게 되므로, 본 절연 튜브(2)의 측벽의 두께(TA)가 얇아지더라도, 본 절연 튜브(2)는 파손에 저항성이 있게 된다.
[실시예 2]
도 4에서 참조 부호 30은 본 실시예에 따른 전력용 전기 기기의 진공 커패시터(고정된 진공 커패시터)의 다른 예를 도시한다. 고정된 진공 커패시터는 실시예 1과 같이 주로 절연 튜브(2)(절연 부재; 예를 들어 세라믹 물질과 같은 절연 물질로 만들어진 관형 절연 부재)와, 이 절연 튜브(2)의 일단부 측과 타단부 측에 제공된 전도성 부재들(2a, 2b)(예를 들어, 구리와 같은 금속으로 만들어진 부재)을 가지는 진공 케이스(1)로 형성된다. 나아가, 실시예 1과 같이 본 절연 튜브(2)는, 측벽의 직경의 위치가 절연 부재의 축방향으로 양 단부 측으로부터 중간에 더 가까워짐에 따라 그 직경이 더 커지게 되도록 형성된다{실시예 2에서 절연 튜브(2)의 내부 직경과 외부 직경이 설정된다}. 나아가, 측벽의 내부 외주면과 외부 외주면의 각 길이방향 단면의 형상은 아치 형상이다(도면에서, 본 절연 튜브는 바렐 형상의 절연 튜브이다).
본 실시예 2에서, 고정된 전극(7a, 7b)(각 전극은 양극(애노드)이나 음극(캐소드)이다)이 전도성 부재들(2a, 2b) 내부 {진공 케이스(1) 내}에 제공된다. 이들 고정된 전극(7a, 7b)은 미리 결정된 거리에 동심으로 제공되고 내부 직경이 서로 다른 복수의 원통형 전극 부재들로 형성된 것이다. 그리고, 고정된 전극(7a, 7b)은 고정된 전극(7a, 7b)의 전극 부재들이 비접촉 상태로 서로 교대로 배치되어 있어 커패시터를 형성하도록 서로 마주본다. 도면에서, 참조 부호 31은 고정된 전극(7a, 7b)들의 위치지정을 위한 중심 핀(세라믹 중심 핀 등)이다. 그러나, 본 실시예는 중심 핀(31)이 없어도 가능할 수 있다.
또 본 실시예 2에 도시된 고정된 진공 커패시터의 경우에, 절연 튜브의 측벽의 길이방향 단면이 아치 형상을 가지는 구조가 사용된다. 보다 구체적으로, 측벽의 내부 직경과 외부 직경이 각 직경의 위치가 절연 부재의 축방향으로 양 단부 측으로부터 중간에 더 가까워짐에 따라, 그 직경이 더 커지게 되고, 또 측벽의 내부 외주면과 외부 외주면의 각 길이방향 단면의 형상이 아치 형상이도록 설정된 구조가 사용된다. 그러한 형상을 갖는 절연 튜브를 사용함으로써, 본 절연 튜브의 크리피지 거리는 단순히 원통형 절연 튜브를 갖는 것에 비해 더 길어진다.
예를 들어, 도 2에서 바렐 형상의 절연 튜브(2)로 도시된 바와 같이, 굴곡진 부분(20)이 절연 튜브의 내부 외주면의 직경의 위치가 절연 튜브의 단부 부분(20A)으로부터 절연 튜브의 중간 부분(20B)에 더 가까워짐에 따라, 절연 튜브의 내부 외주면의 직경이 W1(단부 부분의 내부 외주면의 직경)으로부터 W2(중간 부분의 내부 외주면의 직경)로 점차적으로 더 커지게 되고, 또 절연 튜브의 외부 외주면의 직경이 이와 동일하게 점차적으로 더 커지게 되도록 형성된다. 즉, 본 실시예 2의 구조에 따르면 본 실시예 2는 실시예 1과 동일한 기능과 작용효과를 얻을 수 있다.
[실시예 3]
도 5에서 참조 부호 40은 본 발명에 따른 전력용 전기 기기의 진공 밸브의 일례를 도시한다. 진공 밸브는, 실시예 1과 같이, 주로 절연 튜브(2)(절연 부재; 예를 들어 세라믹 물질과 같은 절연 물질로 만들어진 관형 절연 부재)와, 이 절연 튜브(2)의 일단부 측과 타단부 측에 제공된 전도성 부재들(2a, 2b)(예를 들어, 구리와 같은 금속으로 만들어진 부재)을 가지는 진공 케이스(1)로 형성된다. 나아가, 실시예 1과 같이, 절연 튜브(2)는 측벽의 직경의 위치가 절연 부재의 축방향으로 양 단부 측으로부터 중간에 더 가까워짐에 따라 그 직경이 더 커지게 되도록 형성된다{실시예 3에서, 절연 튜브(2)의 내부 직경과 외부 직경이 설정된다}. 나아가, 측벽의 내부 외주면과 외부 외주면의 각 길이방향 단면의 형상은 아치 형상이다(도면에서 절연 튜브는 바렐 형상의 절연 튜브이다).
본 실시예 3에서, 고정된 전극(7)과 이동가능한 전극(8)의 쌍은 진공 케이스(1) 내에 설치된다. 나아가, 로드(41A, 41B)는 전극(7,8)의 각 후면으로부터 진공 케이스(1) 밖으로 돌출하도록 제공된다{도면에서, 로드(41A, 41B)는 진공 케이스(1)의 축방향으로 돌출하고 있다}. 추가적으로, 이동가능한 전극 측 로드(41A)와 이동가능한 측 플랜지(5) 사이에는 진공 케이스(1)의 내부가 밀폐되게 (진공으로) 유지되게 하고 이동가능한 전극 측 로드(41A)가 이동할 수 있는 벨로우즈(11)가 제공된다. 예를 들어, 이동가능한 전극 측 로드(41A)를 이동시킴으로써 {도면에서 진공 케이스(1)의 축방향으로 이동가능한 전극 측 로드(41A)를 이동시킴으로써}, 고정된 전극(7)과 이동가능한 전극(8)이 서로 연결되거나 연결 해제될 수 있다. 따라서, 진공 밸브에 의해 전력이 차단되거나 전력이 투입되는 (개폐) 동작이 수행될 수 있다.
또, 본 실시예 3에 도시된 진공 밸브의 경우에, 절연 튜브의 측벽이 길이방향 단면이 아치 형상을 갖는 구조가 사용된다. 보다 구체적으로, 측벽의 내부 직경과 외부 직경이 각 직경의 위치가 절연 부재의 축방향으로 양 단부 측으로부터 중간에 더 가까워짐에 따라 그 직경이 더 커지고, 또 측벽의 내부 외주면과 외부 외주면의 각 길이방향의 단면의 형상이 아치 형상을 하도록 설정된 구조가 사용된다. 이 구조에 따르면, 실시예 3은 실시예 1과 동일한 기능과 작용효과를 얻을 수 있다. 예를 들어, 전술된 바와 같이, 전기적 발열은 진공 밸브에의 전력의 차단/투입시에 일어난다. 그러나, 본 실시예 3에 도시된 구조에 따르면 냉각 효과는 진공 케이스의 부피가 증가하면 증가하고, 진공 밸브에서 발생하는 열은 효과적으로 방사되어 그 온도가 감소될 수 있다.
전술된 실시예 1∼3으로부터 명백한 바와 같이, 절연 튜브의 측벽이 길이방향 단면이 아치 형상을 가지는 구조를 사용하여, 전도성 부재들을 갖는 절연 튜브의 양 단부를 폐쇄시켜 형성된 케이스를 갖는, 전력 커패시터와 전력 스위치와 같은 전력용 전기 기기에서, 크리피지 거리는 아치 면을 따라 길어지게 될 수 있는 것이 발견되었다. 그리고 또한 아치 면 상의 표면 영역이 더 커지게 되기 때문에, 전력용 전기 기기의 동작 동안 전기적인 발열에 대한 열 방사 효율이 개선될 수 있고, 분기 전류에 대해 전압 특성에 저항하는 절연성이 개선될 수 있다는 것이 발견되었다.
절연 튜브의 내부 직경과 외부 직경이 측벽의 직경의 위치가 절연 부재의 축방향으로 양 단부 측으로부터 중간에 더 가까워짐에 따라 그 직경이 더 커지게 되고, 또 측벽의 내부 외주면과 외부 외주면의 각 길이방향 단면의 형상이 아치 형상이 되도록 설정된 실시예 1∼3이 설명되었다. 그러나, 도 6에 절연 튜브로 도시된 바와 같이, 다음의 구조, 즉 아치 형상이 아치 면의 직경의 위치가 양 단부 측으로부터 중간에 더 가까워짐에 따라 그 직경이 더 작아지는 구조나, 아치 면의 정점(측벽의 내부 및 외부 직경이 최대 또는 최소가 되는 위치)이 중간으로부터 양 단부 측 중 어느 하나의 단부 측으로 이동하는 구조나, 진공 케이스의 내부가 진공이 아닌 구조(예를 들어, 오일 충진 커패시터, 고체 커패시터, 오일 커패시터, 세라믹 커패시터, 오일 충진 차단기 등)에서도, 실시예 1∼3과 같은 기능과 작용효과를 얻을 수 있다.
전술된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따르면, 예를 들어, 고주파 장치와 대전력 장치 등에 적용되는, 전력 커패시터와 전력 스위치와 같은 전력용 전기 기기에서, 전력용 전기 기기의 동작 동안 전기적인 발열에 대한 열 방사 효율이 개선될 수 있고, 또 분기 전류에 대한 전압 특성에 저항하는 절연성이 개선될 수 있는 것이 명백하다.
본 발명은 특정 실시예를 참조하여 설명되었지만, 본 발명은 전술된 실시예로만 제한되는 것은 아니다. 전술된 내용에 비춰 이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자라면 전술된 실시예를 변형하고 변경할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 범위는 그 청구범위에 따라 한정된다.
전술된 바와 같이, 본 발명은 전력용 전기 기기에 이용가능하다.
1 : 진공 케이스
2 : 절연 튜브
3,4 :금속 실린더
5 : 이동가능한 측 플랜지
6 : 고정된 측 플랜지
7 : 고정된 전극
8 : 이동가능한 전극

Claims (7)

  1. 전도성 부재들을 갖는 관형 절연 부재의 양 단부를 폐쇄시켜 형성된 케이스를 구비하고 이 케이스 내에 있는 두 전도성 부재들 사이에 커패시턴스를 형성하는 전력 커패시터의 전력용 전기 기기로서,
    상기 절연 부재의 측벽의 길이방향 단면의 형상은 아치 형상인 것을 특징으로 하는 전력용 전기 기기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 케이스는 진공 케이스이고, 상기 진공 케이스 내에 있는 두 전도성 부재들 중 하나의 전도성 부재에는 고정된 전극이 배치되며,
    상기 진공 케이스 내에 있는 두 전도성 부재들 중 다른 하나의 전도성 부재에는 이동가능한 전극이 배치되어 상기 고정된 전극과 상기 이동 가능한 전극 사이에 커패시턴스를 형성하도록 하고,
    상기 이동가능한 전극을 이동시켜 상기 고정된 전극에 대한 상기 이동가능한 전극의 위치를 변화시키는 것에 의해 상기 커패시턴스가 변화될 수 있는 것을 특징으로 하는 상기 전력용 전기 기기.
  3. 전도성 부재들을 갖는 관형 절연 부재의 양 단부를 폐쇄시켜 형성된 케이스를 구비하고 이 케이스 내에 있는 두 전도성 부재들 사이에 전기적 거리를 변화시켜 두 전도성 부재들 사이를 전기적으로 개폐할 수 있는 스위치의 전력용 전기 기기로서,
    상기 절연 부재의 측벽의 길이방향 단면의 형상은 아치 형상인 것을 특징으로 하는 전력용 전기 기기.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 케이스는 진공 케이스이고, 상기 진공 케이스 내에 있는 두 전도성 부재들 중 하나의 전도성 부재에는 고정된 전극이 배치되며,
    상기 진공 케이스 내에 있는 두 전도성 부재들 중 다른 하나의 전도성 부재에는 이동가능한 전극이 배치되고,
    상기 이동가능한 전극을 이동시켜 상기 고정된 전극에 대한 상기 이동가능한 전극의 위치를 변화시키는 것에 의해 상기 이동가능한 전극과 고정된 전극 사이의 개폐가 전기적으로 수행될 수 있는 것을 특징으로 하는 상기 전력용 전기 기기.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 관형 절연 부재의 측벽의 내부 직경과 외부 직경은, 각 직경의 위치가 절연 부재의 축방향으로 양 단부 측으로부터 중간에 더 가까워짐에 따라 그 직경이 더 커지고, 또 측벽의 내부 외주면과 외부 외주면의 각 길이방향 단면의 형상은 아치 형상이 되도록 설정되는 것을 특징으로 하는 상기 전력용 전기 기기.
  6. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 관형 절연 부재의 측벽의 내부 직경과 외부 직경은, 각 직경의 위치가 절연 부재의 축방향으로 양 단부 측으로부터 중간에 가까워짐에 따라 그 직경이 더 작아지고, 또 측벽의 내부 외주면과 외부 외주면의 각 길이방향 단면의 형상은 아치 형상이 되도록 설정되는 것을 특징으로 하는 상기 전력용 전기 기기.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 절연 부재는 세라믹 물질로 만들어지는 것을 특징으로 하는 상기 전력용 전기 기기.
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