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KR20100029053A - 안전 탱크용 전기 관통 접속 장치 - Google Patents

안전 탱크용 전기 관통 접속 장치 Download PDF

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KR20100029053A
KR20100029053A KR1020090083526A KR20090083526A KR20100029053A KR 20100029053 A KR20100029053 A KR 20100029053A KR 1020090083526 A KR1020090083526 A KR 1020090083526A KR 20090083526 A KR20090083526 A KR 20090083526A KR 20100029053 A KR20100029053 A KR 20100029053A
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silicone resin
electrical
insulating material
connection device
conductor
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요한 베르노이에르
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쇼오트 아게
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Abstract

강성 절연 재료를 통해 안내되는 적어도 하나의 전기 컨덕터를 포함하는 개선된 전기 관통 접속 장치, 특히 안전 탱크에 대한 전기 관통 접속 장치가 제공되고, 실리콘 수지 절연재가 절연 재료의 일측에서 돌출하는 컨덕터의 적어도 하나의 세그먼트 위에 도입된다.

Description

안전 탱크용 전기 관통 접속 장치{ELECTRICAL LEAD-THROUGH FOR SAFETY TANKS}
본 발명은 일반적으로는 전기 관통 접속 장치(electrical lead-through)에 관한 것으로서, 특히 밀폐된 탱크 내외로 전류를 전달하기 위한 전기 관통 접속 장치에 관한 것이다. 본 발명은 특히 이러한 관통 접속 장치의 하나 이상의 컨덕터의 외부 절연에 관한 것이다.
전기 관통 접속 장치는, 특히, 밀폐된 탱크의 구성 요소 또는 장착 요소로서 이러한 탱크 내외로 전류 및 전기 신호를 전달하도록 사용된다. 전류가 탱크 내로 전달되어야 하는 진공 탱크를 예로 들 수 있다. 특히, 전기 관통 접속 장치에서 고온이 발생할 수 있다면, 플라스틱은 컨덕터에 대한 절연재로서 더 이상 충분하지 않다. 또한, 진공 용례용 관통 접속 장치의 경우에, 대부분 절연 재료의 매우 낮은 투과율이 요구된다. 이러한 요건으로, 플라스틱은 컨덕터에 대한 절연 재료로 통상 적합하지 않다. 안전 탱크의 전기 관통 접속 장치도 역시 요건이 높다. 이러한 탱크는 위험물 탱크, 특히 예컨대 원자로 챔버와 같은 원자력 기술 분야에서 이용되는 탱크일 수 있다. 또한, 관통 접속 장치는 위험물이 스며들거나 나오는 것을 방 지하도록 가능한 한 투과율이 낮아야 한다. 게다가, 이러한 관통 접속 장치는 또한 오랜 시간 동안 고온에 견딜 수 있어야 한다. 특히, 원자력 기술 분야에서 이용되는 안전 탱크의 경우에, 이러한 관통 접속 장치의 장기적인 안정성이 작동 안정성에 결정적이다. 특히 유리가 이러한 용례에 대한 절연 재료로 특히 적합한 것으로 입증되었다. 그러나, 컨덕터 자체에 대한 문제가 여전히 발생할 수 있다. 예컨대, 금속 컨덕터는 부식의 위험이 있다. 또한, 이러한 관통 접속 장치는 습한 환경에서 여전히 작용하여야 한다. 예컨대, 증기가 안전 탱크의 내부 또는 외부에서 형성되고 수분이 컨덕터에서 응축한다면, 누설 전류의 발생을 막아야 한다.
종래에는 안전 탱크에 대한 관통 접속 장치의 컨덕터를 절연하기 위해 수축 튜브가 이용되었다. 이 경우에, 컨덕터는 열 수축에 의한 방수 방식으로 빈틈없이 씌워졌다. 종래에 이러한 튜브에 대한 바람직한 재료는 폴리올레핀이었다. 그러나, 이러한 수축 튜브는 여러 단점을 갖고 있다. 충분한 내연성을 얻기 위해서, 일반적으로 이러한 수축 튜브는 내연재로 처리된다. 그러나, 보통 할로겐을 함유하는 이러한 내연재는 유독성이 있어서 모든 용례에 적합하지는 않다. 또한, 수축 튜브는 절연 재료로서 비교적 더 고가이다.
따라서, 상기 단점에 관해서 전기 관통 접속 장치를 개선하는 것이 바람직할 것이다.
따라서, 본 발명은 절연 재료를 통과하는 적어도 하나의 전기 커넥터를 포함하고, 절연 재료의 일측에 돌출해 있는 컨덕터의 적어도 하나의 세그먼트가 실리콘 수지 절연재, 특히 실리콘 수지 엘라스토머 절연재로 피복된, 특히 안전 탱크에 대한 전기 관통 접속 장치를 제공한다. 따라서, 이러한 전기 관통 접속 장치를 제조하기 위해, 전기 단자 단부를 형성하는 컨덕터의 양단이 절연 재료로부터 돌출하도록, 적어도 하나의 컨덕터를 절연 재료에 고정하고, 절연 재료의 일측에 돌출하는 컨덕터의 적어도 하나의 세그먼트를 실리콘 수지 절연재로 피복한다.
실리콘 수지는 탄성 및 내열성뿐만 아니라 충분히 내화성이 있다는 이점을 갖는다. 따라서, 실리콘 수지 엘라스토머가 전기 관통 접속 장치의 절연 재료로부터 돌출하는 단자 단부를 위한 절연재로서 사용될 때 내연재의 사용이 더 이상 필요하지 않다. 특히 실리콘 수지 엘라스토머는, 특히 전기 관통 접속 장치가 원자로 안전 탱크에 대해 이용될 때 매우 중요한, 노화에 대한 내성이 매우 큰 것으로 확인되었다. 이 경우, 작동 안전성이 수십 년에 걸쳐 보장되어야 한다. 게다가, 이러한 관통 접속 장치는 사고가 발생한 경우에도 고장나지 않아야 한다. 실리콘 수지 엘라스토머는 모든 이러한 요건을 충족하고 또한 적어도 요구되는 오랜 기간 동안 필요로 하는 한 탄성을 유지한다는 점이 알려졌다.
전류 누설에 대한 누설 거리를 가능한 한 많이 연장시키기 위해서, 일반적으로 실리콘 수지 절연재가 가능한 한 넓은 표면을 갖는 경우가 특히 유리하다. 이를 위해서, 실리콘 수지 절연재의 외부 표면은 적어도 부분적으로 컨덕터에 대해 동축으로 연장할 수 있다. 이 경우, 누설 전류는 절연 재료의 표면을 따라 컨덕터로부터 관통 접속 장치의 에지 또는 또 다른 컨덕터로 바로 흐를 수 없고, 절연 재료상의 방향으로 컨덕터를 따라 먼저 흘러야 한다.
실리콘 수지 엘라스토머 튜브가 절연 재료의 일측에서 돌출하는 컨덕터의 세그먼트 위에서 씌워지는 경우가 특히 바람직하다. 특히, 이는 절연재를 용이하게 교환할 수 있다는 이점을 제공한다. 엘라스토머 튜브를 펴서 컨덕터 위에서 씌우는 경우 특히 양호한 밀봉이 얻어질 수 있다. 탄성 특성에 기초하여, 튜브는 컨덕터를 단단하게 피복하고, 사실상, 수분의 침투를 막을 수 있다. 실리콘 수지 엘라스토머 튜브는 컨덕터 위에 씌울 때, 이완 상태의 실리콘 수지 튜브를 직경에 대해 적어도 1% 만큼, 바람직하게는 적어도 2% 만큼 연신되는 경우가 바람직한 것으로 나타났다. 따라서, 컨덕터 세그먼트를 위치 설정하기 위해 튜브가 충분한 긴장 상태로 있는 것이 확인된다.
또한, 컨덕터 표면상에서의 국지적인 불균일성과 균형을 이루고 슬리핑에 저항하는 마찰 결합에 의한 연결을 얻을 수 있도록, 너무 경질이지 않은 실리콘 수지 엘라스토머 튜브를 이용하는 것이 유리하다. 따라서, 본 발명의 개선에 따라 최대 40°의 쇼어 A 경도, 바람직하게는 최대 35°의 쇼어 A 경도를 갖는 실리콘 수지 튜브를 컨덕터 위에서 씌우는 것을 제안한다.
본 발명은 단지 하나의 컨덕터를 갖는 하나의 관통 접속 장치에 적합할 뿐만 아니라; 특히 유리하게는 본 발명에 따라 구성된 관통 접속 장치는 공용의 절연 재료에서 서로 분리 배치된 여러 개의 컨덕터를 구비할 수도 있다. 따라서, 개별적인 컨덕터 사이의 누설 거리가 본 발명에 따른 절연재에 의해 연장될 수도 있어서, 다습 환경에서도 누설 전류를 막을 수 있거나 적어도 매우 감소시킬 수 있다.
또한, 절연 재료의 외측, 적어도 실리콘 수지 절연재가 컨덕터 상에 도입되는 측에 실리콘 수지 절연재가 마련되어 있는 본 발명의 개선이 바람직하다. 이를 위해서, 실리콘 수지 엘라스토머 화합물이 절연 재료의 외측에, 적어도 실리콘 수지 절연재가 컨덕터 상에 도입되는 측에 도포될 수 있다. 더하여, 절연 재료상의 실리콘 수지 절연재는 여러 개의 컨덕터 사이 또는 하나 이상의 컨덕터로부터 절연재를 둘러싸는 금속 유닛까지 흐를 수 있는 누설 전류의 형성을 방지한다.
절연 재료로 향하는 절연 튜브의 단부에서도 밀봉부를 얻기 위해서, 실리콘 수지 엘라스토머 튜브가 절연 재료의 일측에 돌출하는 컨덕터의 세그먼트 위로 씌워지고, 실리콘 수지 엘라스토머 튜브가 컨덕터 위로 씌워진 측에서 절연 재료의 외측에, 특히 적어도 부분적으로 실리콘 수지 튜브로 덮도록 실리콘 수지 엘라스토머 화합물을 코팅 또는 주조함으로써 실리콘 수지 절연재가 마련되어 있다.
또한, 관통 접속 장치를 위한 절연 재료로서 유리가 특히 바람직하다. 이 경우에, 적어도 하나의 컨덕터가 특히 유리 절연재에 융착될 수 있어서, 밀폐된 유리-금속간 천이부가 형성된다.
본 발명은 실시예를 기초로 첨부 도면을 참조하여 이하에서 더 상세하게 기술될 것이다.
본 발명에 따른 전기 관통 접속 장치에 따르면, 오랜 기간 동안 탄성 및 온도 저항성을 갖고 내화성이 있으며, 빈틈 없는 밀봉을 통해 수분의 침투를 막고 누설 전류를 막을 수 있거나 적어도 매우 감소시킬 수 있는 이점이 있다.
도면은 전체적으로 도면 부호 1로 전체를 표시하는 본 발명에 따른 전기 관통 접속 장치의 단면도를 도시한다. 관통 접속 장치(1)는 하우징으로서 기능을 하는 보통 회전 대칭 또는 직사각형의 기본 형상을 갖는 중공 금속 유닛(2), 및 탱크의 벽에 관통 접속 장치(1)를 결합하기 위한 플랜지(20)를 포함한다. 특히, 전기 관통 접속 장치는 예컨대 원자로 챔버와 같은 원자력 안전 탱크를 위해 이용될 수 있다. 금속 유닛(2)은 두 개의 개구(21, 22)를 포함하고, 이에 의해서 복수 개의 컨덕터(3)의 단자 단부(30, 31)에 케이블을 접속할 수 있다. 이 때, 설치 상태에서, 개구(21, 22) 중의 하나가 안전 탱크 안으로 개방되는 반면, 컨덕터는 안전 탱크의 외측에서 다른 개구를 통해 접근 가능하다.
컨덕터(3)들은, 공용의 유리 절연재(5) 형태의 고체 절연 재료를 관통하여 두 개의 단자 단부(30, 31)가 유리 절연재에서부터 외부로 돌출하도록 되어 있다. 또한 유리 절연재는 금속 유닛(2)의 내부 에지와 융합되어 개구(21, 22) 사이에 기밀한 밀봉부를 생성한다.
컨덕터(3)들 사이 및/또는 컨덕터와 금속 유닛 사이의 가능한 누설 전류를 위해 누설 거리를 가능한 한 많이 연장시키기 위해서, 유리 절연재의 양측에서 돌출하여 단자 단부(30, 31)를 형성하는 컨덕터(3)의 세그먼트에 실리콘 수지 절연재가 마련되어 있다. 이를 위해, 실리콘 수지 엘라스토머 튜브(7, 9)가 각각 유리 절연재(5)에서부터 돌출한 컨덕터(3)의 세그먼트 위에 씌워진다. 따라서, 실리콘 수지 절연재의 외부 표면은 적어도 부분적으로 컨덕터(3)에 대해 동축으로 연장한다. 본 예에서 실리콘 수지 절연재 표면의 동축으로 연장하는 부분은 특히 실리콘 수지 엘라스토머 튜브(7, 9)의 외장 표면이다. 또한 실리콘 수지 엘라스토머 튜브(7, 9)는 컨덕터(3)의 돌출 세그먼트, 즉 단자 단부(30, 31)보다 짧아서, 컨덕터(3)의 단부는 접속을 이루도록 접근 가능하게 남아 있다.
실리콘 수지 엘라스토머 튜브(7, 9) 및 이들이 둘러싸는 컨덕터(3)의 세그먼트 사이에 수분이 침투하는 것을 막기 위해서, 컨덕터(3)에 가능한 한 빈틈이 없게 실리콘 수지 엘라스토머 튜브를 부착하도록 해야 한다. 이는 실리콘 수지 엘라스토머 튜브(7, 9)를 연신시키면서 컨덕터 상에 씌움으로써 단순한 방식으로 이루어진다. 실리콘 수지 엘라스토머 튜브를 충분히 긴장시키기 위해서, 실리콘 수지 엘라스토머 튜브는 컨덕터 위에 씌울 때, 이완 상태의 실리콘 수지 튜브를 직경에 대해 적어도 1% 만큼, 바람직하게는 적어도 2% 만큼 연신된다. 또한, 충분한 탄성을 얻기 위해서 최대 40°의 쇼어 A 경도, 바람직하게는 최대 35°의 쇼어 A 경도를 갖는 실리콘 수지 엘라스토머 튜브가 바람직하다.
절연 재료의 외측에, 적어도 실리콘 수지 엘라스토머 튜브(7, 9)가 컨덕 터(3) 상에 도입되는 측에 실리콘 수지 절연재가 마련됨으로써 컨덕터(3)의 절연을 더욱 개선시키게 된다. 도면에 도시한 예에서, 실리콘 수지 엘라스토머 튜브가 양측에 도입된다. 따라서, 실리콘 수지 절연재(11 또는 13)가 돌출 단자 단부(30, 31)를 구비한 유리 절연재(5) 외측의 각각에 도입된다. 이를 위해서, 바람직하게는 실리콘 수지 엘라스토머 화합물이 유리 절연재의 외측에 도포된다.
유리 절연재(5) 상의 실리콘 수지 절연재(11, 13)에서 실리콘 수지 엘라스토머 튜브(7, 9)를 빈틈 없이 결합하기 위해서, 실리콘 수지 엘라스토머 튜브가 컨덕터 위에 씌워지는 측에서 절연 재료의 외측에 적어도 부분적으로 실리콘 수지 튜브(7, 9)도 역시 덮는 실리콘 수지 절연재가 마련되어 있다. 이를 위해, 바람직하게는 실리콘 수지 엘라스토머 화합물이 실리콘 수지 엘라스토머 튜브(7, 9)를 씌운 후에 도포된다. 유리 절연재(5)에 추가로 도입된 실리콘 수지 엘라스토머 절연재에 의해서, 엘라스토머 튜브(7, 9)에 빈틈 없이 결합되면서, 유리 절연재(5)와 컨덕터(3) 사이의 천이부가 빈틈 없이 밀봉되어, 누설 전류가 예컨대 습한 환경에서 그러한 위치로부터 흐를 수 없다.
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고 여러 방식으로 변화될 수 있다는 점이 당업자에게 명백하다. 도면에 나타난 것과 달리, 본 발명은, 예컨대, 각 경우에 단지 하나의 컨덕터(3)가 유리 절연재(5)에 배치되어 있는 관통 접속 장치에 적용될 수도 있다. 예컨대, 반대측이 증가된 수분 및 부식 조건에 노출되지 않는다면, 유리 절연재의 일측에서만 본 발명에 따른 튜브와 함께 실리콘 수지 엘라스토머 절연재를 배치하는 것도 가능할 수 있다. 게다가, 예를 들면 PEEK 또는 에폭사 이드 등의 세라믹 절연재 또는 폴리머와 같은 대안적인 재료가 예를 들면 순수 형태 또는 복합재로서 유리 절연재에 이용될 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 전기 관통 접속 장치의 대표적인 실시예의 단면도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1: 전기 관통 접속 장치
2: 금속 유닛
3: 컨덕터
5: 유리 절연재
7, 9: 실리콘 수지 엘라스토머 튜브
11, 13: 실리콘 수지 절연재
20: 플랜지
21, 22: 개구
30, 31: 단자 단부

Claims (20)

  1. 외측을 구비한 강성 절연 재료;
    상기 외측으로부터 돌출하는 적어도 하나의 세그먼트를 형성하도록 강성 절연 재료를 관통하는 적어도 하나의 전기 컨덕터; 및
    적어도 하나의 전기 컨덕터의 적어도 하나의 세그먼트에 피복된 실리콘 수지절연재
    를 포함하는 것인 전기 관통 접속 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 실리콘 수지 절연재는 상기 적어도 하나의 전기 컨덕터에 대해 적어도 부분적으로 동축으로 연장하는 외부 표면을 구비하는 것인 전기 관통 접속 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 실리콘 수지 절연재는 적어도 하나의 세그먼트 위에 실리콘 수지 엘라스토머 튜브를 포함하는 것인 전기 관통 접속 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 실리콘 수지 엘라스토머 튜브는 상기 적어도 하나의 전기 컨덕터 위에 연신시키면서 씌워지는 것인 전기 관통 접속 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 실리콘 수지 엘라스토머 튜브는 이완 상태에서의 실리 콘 수지 엘라스토머 튜브의 직경과 비교하여 적어도 1 퍼센트만큼 연신된 직경을 갖는 것인 전기 관통 접속 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 실리콘 수지 엘라스토머 튜브는 최대 40°의 쇼어 A 경도를 갖는 것인 전기 관통 접속 장치.
  7. 제5항에 있어서, 상기 실리콘 수지 엘라스토머 튜브는 최대 35°의 쇼어 A 경도를 갖는 것인 전기 관통 접속 장치.
  8. 제4항에 있어서, 상기 실리콘 수지 엘라스토머 튜브는 이완 상태에서의 실리콘 수지 엘라스토머 튜브의 직경과 비교하여 적어도 2 퍼센트만큼 연신된 직경을 갖는 것인 전기 관통 접속 장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 실리콘 수지 엘라스토머 튜브는 최대 40°의 쇼어 A 경도를 갖는 것인 전기 관통 접속 장치.
  10. 제8항에 있어서, 상기 실리콘 수지 엘라스토머 튜브는 최대 35°의 쇼어 A 경도를 갖는 것인 전기 관통 접속 장치.
  11. 제3항에 있어서, 강성 절연재료의 외측에 실리콘 수지 엘라스토머의 주조물 또는 포팅된 캡슐화물(potted encapsulation)을 더 포함하는 것인 전기 관통 접속 장치.
  12. 제11항에 있어서, 강성 절연재료의 외측의 실리콘 수지 엘라스토머 캡슐화물은 적어도 부분적으로 실리콘 수지 엘라스토머 튜브를 덮는 것인 전기 관통 접속 장치.
  13. 제1항에 있어서, 적어도 하나의 컨덕터가 유리 절연재 내에 융착되는 것인 전기 관통 접속 장치.
  14. 제1항에 있어서, 공용의 절연 재료 내에서 서로 분리된 복수 개의 컨덕터를 더 포함하는 것인 전기 관통 접속 장치.
  15. 전기 관통 접속 장치의 제조 방법으로서,
    적어도 하나의 컨덕터 단부가 절연 재료의 마주하는 측에서부터 돌출하는 방식으로 절연 재료에 적어도 하나의 컨덕터를 고정하는 단계; 및
    실리콘 수지 엘라스토머 절연재로 절연 재료의 외측에서부터 돌출하는 컨덕터의 적어도 하나의 세그먼트를 피복하는 단계
    를 포함하는 것인 전기 관통 접속 장치의 제조 방법.
  16. 제15항에 있어서, 상기 피복하는 단계는, 컨덕터의 적어도 하나의 세그컨트 위로 실리콘 수지 엘라스토머 절연재를 연신시키는 단계를 포함하는 것인 전기 관통 접속 장치의 제조 방법.
  17. 제16항에 있어서, 상기 실리콘 수지 엘라스토머 절연재는 실리콘 수지 엘라스토머 튜브를 포함하고, 상기 연신시키는 단계는 실리콘 수지 엘라스토머 튜브를 연신시키면서 컨덕터 위에 씌우는 것을 더 포함하는 것인 전기 관통 접속 장치의 제조 방법.
  18. 제17항에 있어서, 상기 연신시키는 단계는 이완 상태에서의 실리콘 수지 엘라스토머 튜브의 직경과 비교하여 적어도 1 퍼센트만큼 실리콘 수지 엘라스토머 튜브의 직경을 연신시키는 것을 포함하는 것인 전기 관통 접속 장치의 제조 방법.
  19. 제15항에 있어서, 절연 재료의 외측에 실리콘 수지 엘라스토머 화합물을 코팅하는 단계를 더 포함하는 것인 전기 관통 접속 장치의 제조 방법.
  20. 제19항에 있어서, 상기 피복하는 단계는 컨덕터의 적어도 하나의 세그먼트 위로 실리콘 수지 엘라스토머 튜브를 씌우는 것을 포함하고 실리콘 수지 엘라스토머 화합물을 코팅하는 단계는 실리콘 수지 엘라스토머 화합물로 실리콘 수지 엘라스토머 튜브를 적어도 부분적으로 코팅하는 것을 더 포함하는 것인 전기 관통 접속 장치의 제조 방법.
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