JP5331223B2 - 接地モジュール及びその製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、接地モジュール及びその製造方法に関し、特に、炭素抵抗体を構成する原料の種類及び混合割合を改善して外部の環境変化に対する耐久性及び強度を一層向上できる接地モジュール及びその製造方法に関する。
一般に、接地装置（grounding device）は、通信装備、電子計測装備、被雷装置及び電力装備などを大地と電気的に接続させて、それらの装備に作用する過負荷や落雷などによるサージ電圧を地上に流すことができるようにする装置である。
接地装置の一例が特許文献１（以下、「従来技術」という。）に開示されている。この従来技術による接地装置では、電気伝導性が優秀な黒鉛などの炭素系非金属鉱物と電解質とから構成された低抵抗体の内部に金属材心棒が差し込まれた形態のインピーダンス低減型接地モジュールが用いられている。
一方、落雷を形成する雷雲は、季節によって、例えば、夏季には負電荷を過度に含み、冬季には正電荷を過度に含む。これにより落雷が発生すると、従来技術のインピーダンス低減型接地モジュールは、電気伝導性が優秀なので、夏季には雷雲の負電荷を急激に大地に流入でき、冬季には大地の負電荷を雷雲へ急激に流出できる。
しかし、従来技術では、接地モジュールの主な構成である炭素抵抗体を、黒鉛のみの単一原料で製作しているため、外部から伝導された電流の流れが遅滞されるか又は雨水などと接触する場合、炭素抵抗体の内部に割れ目が発生し、外観形態が容易に変形するか又は破損するという問題がある。
したがって、本発明は上述したような従来技術の問題を解決するためになされたものであり、その目的は、炭素抵抗体を構成する原料の種類及び混合割合を改善することにより、外部の環境変化に対する耐久性及び強度を一層向上できる接地モジュール及びその製造方法を提供することにある。
前記目的を達成するために、本発明に係る接地モジュールは、長手方向に沿って延びるように形成された炭素抵抗体と、前記炭素抵抗体の横断面の中心部に設置された導電性心棒とを備え、前記炭素抵抗体は、黒鉛、セメント及び長石が混合されて構成されていることを特徴とする。
また、前記炭素抵抗体は、硫酸マグネシウムがさらに混合されて構成されていてもよい。
特に、前記炭素抵抗体は、添加剤である亜硝酸ナトリウム又は硫酸ナトリウムをさらに含んでもよい。
具体的に、前記炭素抵抗体は、５５〜７０重量％の黒鉛、２０〜３０重量％のセメント、５〜１５重量％の長石、２〜４重量％の硫酸マグネシウム、及び１〜３重量％の添加剤が混合されて合計１００重量％で構成されていることが好ましい。
ここで、前記黒鉛は、鱗状黒鉛と土状黒鉛とが混合されて構成され、前記鱗状黒鉛及び土状黒鉛は、２：１の割合で混合されていることが好ましい。
そして、前記黒鉛の粒度は、２５０〜３５０メッシュであることが好ましい。
一方、本発明に係る接地モジュールの製造方法は、原料である黒鉛、セメント、長石及び硫酸マグネシウムを混合する混合段階と、混合された原料に水を所定の速度で加えて撹拌することによりスラリーを生成するスラリー生産段階と、心棒を炭素抵抗体成型枠の中央に挿入設置する心棒設置段階と、水気が吸収された状態のスラリーを炭素抵抗体成型枠に投入するスラリー投入段階と、前記炭素抵抗体成型枠内に投入されたスラリーの上部から下部に向かって圧力を段階的に加えて、炭素抵抗体の外形を垂直積層形態で圧出成形する垂直圧出成形段階と、前記垂直圧出成形工程を経て引き出された炭素抵抗体を水平で維持した後に外観を調整する水平外観調整段階と、前記水平外観調整段階を経て完成した炭素抵抗体をビニール包装紙で密封して乾燥する密封乾燥段階とを備えていることを特徴とする。
また、前記混合段階で、原料としてさらに亜硝酸ナトリウム又は硫酸ナトリウムを混合してもよい。
本発明によると、炭素抵抗体を、黒鉛、セメント、長石及び硫酸マグネシウムを混合して構成するため、外部の環境変化、湿気又は電気抵抗により耐久性が弱化することを防止でき、製品の品質及び信頼性を共に向上できる。
また、前記炭素抵抗体を原料のスラリーをその上部から下部に向かって圧力を加える垂直圧出成形により製作するため、加工性及び生産性を一層向上できる。
以下、添付した図１乃至図３を参照して本発明の一実施形態について詳細に説明する。まず、図１及び図２を参照しながら本発明の一実施形態に係る接地モジュールについて説明する。
図１及び図２に示すように、本発明による接地モジュールは、長手方向に沿って延びるように形成された炭素抵抗体１００と、炭素抵抗体１００の横断面の中心部に設置された導電性心棒２００とを備えている。
炭素抵抗体１００は、低抵抗性を有する黒鉛を主な成分として構成されるので、落雷のようなサージ電圧を迅速に大地に伝達することができる。
ここで、炭素抵抗体１００は、黒鉛、セメント、長石、硫酸マグネシウム及びその他の添加剤が混合されて構成されていることが好ましい。
例えば、炭素抵抗体１００は、次の表１のように構成することができる。
すなわち、炭素抵抗体１００は、５５〜７０重量％の黒鉛、２０〜３０重量％のセメント、５〜１５重量％の長石、２〜４重量％の硫酸マグネシウム、及び１〜３重量％のその他の添加剤が混合されて合計１００重量％で構成されていることが好ましい。
前記黒鉛は、低抵抗性を得るための主原料となる。従来では、黒鉛のみの単一原料を用いて、それに結合剤(タール)を少量添加して炭素抵抗体の外観を形成した。このように、黒鉛を主成分として炭素抵抗体を製作する場合、高い導電性を得ることができるが、それに反して、一定の形状で生産するための加工性とその形態を安定的に維持する耐久性が著しく低下する短所があった。
したがって、本発明では、炭素抵抗体１００の主な成分である黒鉛の含量を５５〜７０重量％に減らして、加工性及び形態の安定性を一層向上するための他の原料を追加で混合して炭素抵抗体１００を構成した。
ここで、黒鉛が５５重量％未満の場合には、外観形状の安定性は増大するが導電性が低下し、７０重量％を超過する場合には、導電性は増大するが外観形状維持のための耐久性が著しく弱化する。
特に、本発明に適用される黒鉛には、純度(９５％以上)が高い鱗状黒鉛を用いることが好ましいが、必ずしもこれに限定されるものではなく、用いられる純度が９５％以上の黒鉛は、鱗状黒鉛及び土状黒鉛を適当に混合して用いることもできる。
このとき、鱗状黒鉛及び土状黒鉛の混合割合は、２：１の割合であることが好ましい。鱗状黒鉛は土状黒鉛よりも導電性が優秀なので、より多い量を含有させることが導電性に有利である。
また、黒鉛の粒度は、約２５０〜３５０メッシュであることが好ましい。
例えば、黒鉛の粒度が３５０メッシュよりも大きいと、水を加えてスラリーを形成する時、浮遊現象が発生して混合が困難になるだけでなく、遺失される短所があり、黒鉛の粒度が２５０メッシュよりも小さいと、炭素抵抗体の黒鉛分布度が不均一になって抵抗値が相違に測定される問題点が発生する。
このような炭素抵抗体１００は、後述する圧出成型機により板状又は円筒状の形状となり、但し、必ずしもそれらに限定されず、楕円筒形又は多角筒形などの多様な形態でも製作できる。
一方、前記セメントは、炭素抵抗体１００における強度及び耐久性を一層向上する結合剤の役割を果たす。
前記セメントは、炭素抵抗体１００の構成に対して２０〜３０重量％で含有されることが好ましい。
前記セメントの含量が２０重量％未満であれば、完成された炭素抵抗体１００の強度及び耐久性強化の効果を充分に期待しにくくなり、３０重量％を超過すれば、強度及び耐久性を一層向上できるが良好な導電性を得ることができなくなる。
ここで、前記セメントは、ポルトランドセメントを用いる。
具体的に、前記ポルトランドセメントは、主に石灰質原料と粘土質原料とを適当な割合で混合して(成分を調節するために珪酸質原料及び酸化鉄原料を添加することもある。)微粉砕し、その一部が溶融するまで(約１４５０℃)焼成して得られるクリンカーに凝結調節剤として少量の石膏を加えて微粉砕して作る。製造方法には、乾式法、湿式法及び半乾式法がある。乾式法は、原料を乾燥状態で粉砕、混合及び焼成する方法であり、湿式法は、原料に３５〜４０％の水を所定速度で注入して粉砕、混合及び塑性する方法である。湿式法は、原料調合物に含有された多くの水気を蒸発させるために多くの熱量が必要なので、湿式法を用いたセメントの製造は減少している。
前記ポルトランドセメントの主成分は、石灰(ＣａＯ)、シリカ(ＳｉＯ２)、アルミナ(Ａｌ２Ｏ３)及び酸化鉄(Ｆｅ２Ｏ３)などである。ポルトランドセメントクリンカーの構成化合物は、珪酸三石灰(３ＣａＯ・ＳｉＯ２)、珪酸二石灰(２ＣａＯ・ＳｉＯ２)、アルミン酸三石灰(３ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３)及び鉄化合物(４ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３・Ｆｅ２Ｏ３)である。３ＣａＯ・ＳｉＯ２を主にして少しのＡｌ２Ｏ３、又はＭｇＯなどを固溶した固溶体をエーライト(ａｌｉｔｅ)と呼び、２ＣａＯ・ＳｉＯ２の中でβ型の物を主にした固溶体をビーライト(ｂｅｌｉｔｅ)と呼ぶ。
このようなポルトランドセメントを水で練ると、流動性を失って固化される。この工程を凝結(ｓｅｔｔｉｎｇ)と呼び、その後、強度を有するようにする工程を硬化と呼ぶ。セメントの構成化合物の中で珪酸三石灰は、水和がはやくて強度発現も良いので早期強度に寄与する。珪酸二石灰は、水和速度が遅くて長期にかけて強度を増進させる。アルミン酸三石灰は、他の構成化合物よりも水和速度がはやくて水と急激に反応して固くなる。
一方、前記長石は、セメントのように炭素抵抗体１００に対する強度及び耐久性を一層向上する、また、他の結合剤として役目を果たすもので、セメントの含量を減らすことにより原資材費を効果的に節減する役目を果たす。
ここで、長石の含量は、５〜１５重量％で含むことが好ましい。
すなわち、長石の含量が５重量％未満であれば、炭素抵抗体１００の形状を維持するための十分な強度を確保しにくくなり、１５重量％を超過すれば、炭素抵抗体１００の表面が粗くなり導電性が低下する。
また、本発明は、コンクリート道路の境界ブロックのように一定の破壊荷重に対して耐えなければならない。長石の含量が一定範囲を超過するか又は一定範囲に未達である場合、その機械的強度を維持することができない。したがって、本発明における機械的強度は、韓国工業規格であるＫＳＦ４００６に規定する道路境界ブロック試験ＳＢ６００ｍｍの破壊荷重(１００ｋＮ)の３分の２以上の強度を有するようにすることが好ましい。しかし、本発明はこれに限定されるものではなく、使用者の示方配合条件などによって運搬と設置に問題が発生しない程度の強度であれば構わない。
一般に、長石は、カリウム、ナトリウム、カルシウム及びバリウムを含むアルミニウム珪酸塩鉱物として、花崗岩の主要成分であり、カリウム長石、ナトリウム長石及びカルシウム長石の三種類の単性分系列に分類される。カリウム長石とナトリウム長石、及びカルシウム長石とナトリウム長石とは連続固溶体を形成し、各々をアルカリ長石又は斜長石と呼ぶ。
また、前記硫酸マグネシウムは、炭素抵抗体１００の構成に対して２〜４重量％で含有されることが好ましい。
硫酸マグネシウムは、脱水剤機能を備えているので、水気により炭素抵抗体１００が柔らかくなることを防止すると共に、土壌への電気伝導性を改善する役目を果たす。
硫酸マグネシウムの含量が２重量％未満であると、水気を吸収する脱水機能の効果を期待しにくくなり、４重量％を超過すると、炭素抵抗体１００の表面が粗い結晶体が発生する。
また、前記その他の添加剤は、後述する導電性心棒２００が腐食することを防止するためのものであり、亜硝酸ナトリウム(ＮａＮＯ２)又は硫酸ナトリウム(ＮａＳＯ４)が用いられ、その含量は１〜３重量％である。添加目的は、接地モジュールが生成された後に導電性を持続させて接地抵抗を低減するためである。
特に、前記その他の添加剤である亜硝酸ナトリウム(ＮａＮＯ２)又は硫酸ナトリウム(ＮａＳＯ４)の含量が３重量％を超過すると、毒性が検出されて土壌を汚染するようになる。
一方、前記心棒２００は、炭素抵抗体１００の横断面の中心部に配置される導電体として、導電性が優秀な銅又はステンレスなどで製作される。
以下、本発明の一実施形態に係る接地モジュールの製造方法について図３を参照しながら説明する。
図３に示すように、まず、炭素抵抗体１００を構成する原料である粉末状態の黒鉛、セメント、長石及び硫酸マグネシウムを前記含量重量比で混合槽を用いて数分間混合する混合段階(Ｓ１００)を行う。
その後、混合された状態の原料に水を所定速度で加えて撹拌することによりスラリーを生成するスラリー生産段階(Ｓ２００)を行う。
この時、水と共に撹拌される工程で、混合された原料が粘液状態ではない水気だけが吸収されたスラリーとなるように水の注入速度及び注入量を調節して充分に撹拌する。
例えば、混合された原料が２０ｋｇの場合、１Ｌの水を１５分間持続的に供給し、５７〜６０ｒｐｍの撹拌速度で１５分間撹拌することが好ましいが、必ずしもこれに限定されるものではなく、水の注入量と注入速度、及び撹拌速度は、周辺環境及び温度を考慮して適当に調整することができる。
その後、導電性の心棒２００を炭素抵抗体成型枠の中央に挿入設置する心棒設置段階(Ｓ３００)を行う。
以後、前記水気が吸収された状態のスラリーを炭素抵抗体成型枠に投入するスラリー投入段階(Ｓ４００)を行う。
その後、前記炭素抵抗体成型枠内に投入された前記スラリーに対して、その上部から下部に向かって圧力(１３Ｍｐａ≒１８８５ｐｓｉ)を段階的に加えて、炭素抵抗体１００の外形を垂直積層形態で垂直圧出成形する段階(Ｓ５００)を行う。この時、その作業は常温で行われる。零下に下がる場合、水気の結氷などの現象により撹拌自体に問題が発生する。
その後、前記垂直圧出成形段階(Ｓ５００)を経て引き出された炭素抵抗体１００を水平で維持した後に外観を調整する水平外観調整段階(Ｓ６００)を行う。
そして、前記水平外観調整段階(Ｓ６００)を経て完成した炭素抵抗体１００をビニール包装紙で密封して乾燥する密封乾燥段階(Ｓ７００)を行う。
一方、前記炭素抵抗体１００を混合する段階(Ｓ１００)において、原料としてとしてさらに、１〜３重量％の亜硝酸ナトリウム又は硫酸ナトリウムを混合してもよい。
このような本発明によると、炭素抵抗体１００は、黒鉛、セメント、長石及び硫酸マグネシウムを混合して構成することにより、外部の環境変化、湿気又は電気抵抗により耐久性が弱化することを防止でき、製品の品質と信頼性とを共に高める効果がある。
また、前記炭素抵抗体１００は、化石燃料又は電気エネルギーを用いた熱源を使わない自然状態の垂直圧出成形により製作できるため、加工性及び生産性を一層向上でき、ＣＯ２発生を最小化することができる。
１００ 炭素抵抗体
２００ （導電性）心棒
Ｓ１００ 混合段階
Ｓ２００ スラリー生産段階
Ｓ３００ 心棒設置段階
Ｓ４００ スラリー投入段階
Ｓ５００ 垂直圧出成形段階
Ｓ６００ 水平外観調整段階
Ｓ７００ 密封乾燥段階
２００ （導電性）心棒
Ｓ１００ 混合段階
Ｓ２００ スラリー生産段階
Ｓ３００ 心棒設置段階
Ｓ４００ スラリー投入段階
Ｓ５００ 垂直圧出成形段階
Ｓ６００ 水平外観調整段階
Ｓ７００ 密封乾燥段階
Claims (8)
- 長手方向に沿って延びるように形成された炭素抵抗体（１００）と、
前記炭素抵抗体（１００）の横断面の中心部に設置された導電性心棒（２００）とを備え、
前記炭素抵抗体（１００）は、黒鉛、セメント及び長石が混合されて構成されていることを特徴とする接地モジュール。 - 前記炭素抵抗体（１００）は、硫酸マグネシウムがさらに混合されて構成されていることを特徴とする請求項１に記載の接地モジュール。
- 前記炭素抵抗体（１００）は、添加剤である亜硝酸ナトリウム又は硫酸ナトリウムをさらに含むことを特徴とする請求項２に記載の接地モジュール。
- 前記炭素抵抗体（１００）は、５５〜７０重量％の黒鉛、２０〜３０重量％のセメント、５〜１５重量％の長石、２〜４重量％の硫酸マグネシウム、及び１〜３重量％の添加剤が混合されて合計１００重量％で構成されていることを特徴とする請求項３に記載の接地モジュール。
- 前記黒鉛は、鱗状黒鉛と土状黒鉛とが混合されて構成され、
前記鱗状黒鉛及び土状黒鉛は、２：１の割合で混合されていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の接地モジュール。 - 前記黒鉛の粒度は、２５０〜３５０メッシュであることを特徴とする請求項５に記載の接地モジュール。
- 原料である黒鉛、セメント、長石及び硫酸マグネシウムを混合する混合段階(Ｓ１００)と、
混合された前記原料に水を所定の速度で加えて撹拌することによりスラリーを生成するスラリー生産段階(Ｓ２００)と、
導電性心棒を炭素抵抗体成型枠の中央に挿入設置する心棒設置段階(Ｓ３００)と、
水気が吸収された状態の前記スラリーを前記炭素抵抗体成型枠に投入するスラリー投入段階(Ｓ４００)と、
前記炭素抵抗体成型枠内に投入された前記スラリーの上部から下部に向かって圧力を段階的に加えて、炭素抵抗体の外形を垂直積層形態で圧出成形する垂直圧出成形段階(Ｓ５００)と、
前記垂直圧出成形段階(Ｓ５００)を経て引き出された前記炭素抵抗体を水平に維持した後に、外観を調整する水平外観調整段階(Ｓ６００)と、
前記水平外観調整段階(Ｓ６００)を経て完成した前記炭素抵抗体をビニール包装紙で密封して乾燥する密封乾燥段階(Ｓ７００)とを備えていることを特徴とする接地モジュールの製造方法。 - 前記混合段階(Ｓ１００)において、原料としてさらに亜硝酸ナトリウム又は硫酸ナトリウムを混合することを特徴とする請求項７に記載の接地モジュールの製造方法。
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