KR100339924B1 - 아크 유도형 침부 접지봉 - Google Patents

Abstract

상용주파 고장전류에 대하여 고장전류가 접지봉의 하단에서 대지와 접촉되는 파이프를 통하여 방류되므로 접지봉의 표면적이 증가되어 접지저항을 저감시키며, 서지성 고장전류에 대하여 내부의 접지봉과 파이프사이의 아크유도용 코일에 의해 아크가 발생되도록하여 대지로 방류되는 전류량을 줄임으로서 대지전위상승을 억제할 수 있도록 한 것이다.

본 발명은, 지상에 설치되는 피보호기기를 뇌전류에 의한 절연파괴 및 오작동되는 것을 방지할 수 있도록 상기 피보호기기와 접지되어 지중에 매설되는 접지봉에 있어서, 자체의 상단이 상기 피보호기기와 접지되며, 서지전압 인가시 아크를 용이하게 발생할 수 있도록하는 침이 원주방향으로 위치이동 가능하게 고정되는 침홀더가 장착되는 접지봉과, 상용주파 고장전류에 대해 접지극의 단면적을 증가시켜 접지저항을 감소시키며 서지성 고주파 고장전류에 대해 대지와 접촉으로 인해 영전위를 유지하여 상기 침에서 아크가 용이하게 발생하도록 상기 접지봉을 전기적으로 절연되게 함몰수용하는 방전관과, 자체의 일단은 상기 접지봉하단에 접속되며 타단은 상기 방전관하단에 접속되어, 상용주파 고장전류에 대해 상기 방전관에 이르는 경로를 제공하며 서지성 고주파 고장전류에 대해 상기 침과 상기 방전관사이에 전위차를 주어 아크발생을 유도하는 아크유도형 코일을 구비한다.

이로 인해, 대지전위상승이 억제되며, 피뢰기의 반사되는 파의 영향을 최소화하여 피뢰기를 포함한 배전계통, 전력기기 등의 절연파괴 및 이들의 오동작되는것을 방지하며 이로 인해 이의 신뢰도를 크게 향상시킬 수 있다. 대지에 직접 타입할 수 있고 매설시 좁은 부위만 매설하므로 시공방법이 용이하여 작업성이 향상되며 사후관리가 용이한 것이다. 극간 아크 전극간격 조절로 인해 아크 발생전압을 조절할 수 있고 극간 간격이 일정하여 지표의 상태에 따른 방전전압 변동이 없도록 한 것이다. 지중 깊은곳에서 방전하게되므로 보폭전압 급상승으로 인한 인명피해 등의 안전사고 발생되는 것을 방지할 수 있도록 한 것이다. 접지극 간의 이격거리가 협소해도 타 접지극으로의 역류되는 전압을 억제시킬 수 있도록 한 이점을 갖는다.

Description

아크 유도형 침부 접지봉{arc-inducing type driven rod with needles}

본 발명은 아크유도형(誘導形) 침부(針附) 접지봉(接地棒)에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 상용주파 고장전류에 대하여 고장전류가 접지봉의 하단에서 대지와 접촉되는 파이프를 통하여 방류되므로 접지봉의 표면적이 증가되어 접지저항을 저감시키며, 서지성 고장전류에 대하여 내부의 접지봉과 파이프사이의 아크유도용 코일에 의해 아크가 발생되도록하여 대지로 방류되는 전류량을 줄임으로서 대지전위상승을 억제할 수 있도록 한 아크유도형 침부 접지봉에 관한 것이다.

일반적으로, 피뢰기는 전력계통에 발생되는 과전압(개폐 및 뇌과전압)으로 부터 비자기회복절연(non-self restoring insuation) 특성을 갖는 발전기, 변압기, 리액터(reactor), 케이블 및 GIS 모선 등의 절연(絶緣)을 보호하는 설비로서, 정상적인 계통 운전상태에서는 계통과 분리된 상태를 유지하다가, 서지 침입시 서지에너지를 대지로 방전시키는 역할을 하도록 설치된다.

즉, 배전계통에 이상전압이 침입되면 피뢰기는 급준한 서지를 억제하기 위하여 신속하게 뇌전류를 대지로 방류하여야 한다.

그러나, 배전선로에 설치되는 피뢰기의 경우 주상에 설치되기 때문에 피뢰기 리드선의 길이, 피뢰기 접지저항 등의 제반여건은 피뢰기의 보호특성에 제약을 준다. 이러한 여러 제약중 뇌전류가 피뢰기의 리드선과 접지극을 통하여 방류되는 과정에서 서지전류에 의한 접지 임피던스의 증가로 대지전위가 상승하게되어 피뢰기의 보호범위를 축소시키고, 대전력 설비기기, 통신 및 약전류 계통, 건축설비 등의피보호기기에 인가되는 전압이 커져 피뢰기의 설치 목적을 상실하게 된다.

도 1은 종래 기술에 의한 아크유도형 접지봉의 사용상태도 이다.

도시된 바와 같이, 지상에 설치되는 각종 전력 설비기기, 통신계통, 건축설비 등의 피보호기기를 천둥, 번개시 발생되는 뇌전류에 의한 이들의 절연파괴 및 이들의 오작동되는 것을 방지할 수 있도록 이들과 접지되는 동피막된 철심봉을 지중에 소정간격으로 매설시켰다.

전술한 바와 같은 목적으로 매설되는 파이프형상의 철심봉은 가격이 저렴하며, 시공방법 및 보수유지가 용이하여 사후관리가 수월한 이점을 갖게된다.

이와 반면에, 전술한 파이프형상의 철심봉은 접지극 간의 이격거리가 협소하여 타 접지극으로의 역류되는 전압으로 인해 피뢰기를 포함한 배전계통, 전력기기 등이 절연파괴되거나, 또는 이들 기기의 오작동으로 인해 통신장애가 발생될 수 있는 문제점을 갖게된다.

또한, 대지표면 저항에 따른 지중방전이 상단 부터 발생하게되어 인명피해 등의 안전사고가 발생될 수 있는 문제점을 갖게된다.

따라서, 본 발명의 목적은, 서지전압/전류가 인가되면 접지봉 내부에서 아크가 발생하여 전기에너지를 소호하고, 상용주파 전압/전류에 대해 일반 접지봉보다 그 표면적을 증가시켜 접지저항이 낮아지도록 하여 대지로 방류되는 전류량을 줄임으로써 대지전위상승을 억제할 수 있도록 한 아크유도형 침부 접지봉을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은, 대지전위상승이 억제되며, 피뢰기의 반사되는 파의 영향을 최소화하여 피뢰기를 포함한 배전계통, 전력기기 등의 절연파괴 및 이들의 오동작되는 것을 방지하며, 이로 인해 이의 신뢰도를 크게 향상시킬 수 있도록 한 아크유도형 침부 접지봉을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 대지에 직접 타입할 수 있고, 매설(埋設)시 좁은 부위만 매설하므로 시공방법이 용이하여 작업성이 향상되며, 사후관리가 용이한 아크유도형 침부 접지봉을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 극간 아크 전극 간격(間隔) 조절로 인해 아크 발생전압을 조절할 수 있고, 극간 간격이 일정하여 지표의 상태에 따른 방전전압 변동이 없도록 한 아크유도형 침부 접지봉을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 접지극 간의 이격(離隔)거리가 협소해도 타 접지극으로의 역류되는 전압을 억제시킬 수 있도록 한 아크유도형 침부 접지봉을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 지중 깊은곳에서 방전하게되므로 보폭전압 급상승으로 인한 인명피해 등의 안전사고 발생되는 것을 방지할 수 있도록 한 아크유도형 침부 접지봉을 제공하는 것이다.

도 1은 종래 기술에 의한 아크유도형 접지봉의 사용상태도,

도 2는 본 발명에 의한 아크유도형 침부 접지봉의 분리사시도,

도 3은 본 발명에 의한 아크유도형 침부 접지봉의 단면도,

도 4는 본 발명에 의한 아크유도형 침부 접지봉의 사용상태도,

도 5(a,b,c,d)는 본 발명에 의한 아크유도형 침부 접지봉에서 침의 부착유무에 따른 효과를 나타내는 그래프,

도 6은 도 5의 결과를 비교하여 나타내는 그래프 이다.

*도면중 주요 부분에 사용된 부호의 설명

1-4; 침

5-8; 침홀더

9; 접지봉

10; 방전관

11; 리드단자

12; 절연재

13; 아크유도용 코일

전술한 본 발명의 목적은, 지상에 설치되는 피보호기기를 뇌전류에 의한 절연파괴 및 오작동되는 것을 방지할 수 있도록 상기 피보호기기와 접지되어 지중에 매설되는 접지봉에 있어서, 자체의 상단이 상기 피보호기기와 접지되며, 서지전압인가시 아크를 용이하게 발생할 수 있도록하는 침이 원주방향으로 위치이동 가능하게 고정되는 침홀더가 장착되는 접지봉과, 상용주파 고장전류에 대해 접지극의 단면적을 증가시켜 접지저항을 감소시키며 서지성 고주파 고장전류에 대해 대지와 접촉으로 인해 영전위를 유지하여 상기 침에서 아크가 용이하게 발생하도록 상기 접지봉을 전기적으로 절연되게 함몰수용하는 방전관과, 자체의 일단은 상기 접지봉하단에 접속되며 타단은 상기 방전관하단에 접속되어, 상용주파 고장전류에 대해 상기 방전관에 이르는 경로를 제공하며 서지성 고주파 고장전류에 대해 상기 침과 상기 방전관사이에 전위차를 주어 아크발생을 유도하는 아크유도형 코일을 구비하는 것을 특징으로 하는 아크유도형 침부 접지봉을 제공함에 의해 달성된다.

바람직한 실시예에 의하면, 상기 접지봉과 상기 방전관을 전기적으로 절연시키도록 상기 방전관상단에 장착되며, 상기 접지봉에 고장전류 유입시 상기 침을 경유하여 상기 방전관을 통하여 방류되도록하는 절연재를 구비한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 설명하되, 이는 본 발명 기술내용의 이해를 돕기 위하여 동업종 분야에서 통상의 지식을 가진자가 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세하게 설명하기 위한 것이지 이로 인해 본 발명의 기술적인 범주가 한정되는 것을 의미하지는 않는다.

도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 지상에 설치되는 각종 전력 설비기기, 통신계통, 건축설비 등의 피보호기기를 천둥, 번개시 발생되는 뇌전류에 의한 이들의 절연파괴 및 이들의 오작동되는 것을 방지할 수 있도록 지중에 매설되어 피보호기기와 접지되는 접지봉에 적용된다. 이때 이들의 전기 회로적인 설명은 동업종 분야에서 통상적으로 사용하는 것에 속하다 할 것이므로 이에 대한 상세한 설명은 생략함을 밝혀둔다.

따라서, 본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 자체의 상단에 형성되어 고장전류가 지중(地中)으로 최초로 유입되도록하는 리드단자(11)가 전술한 피보호기기의 접지선과 전기적으로 접속되며, 서지전압 인가시 전계를 집중시켜 아크를 용이하게 발생할 수 있도록하는 침(1-4)이 원주방향으로 위치이동 가능하게 각각 고정되는 침홀더(5-8)가 소정간격으로 장착되는 접지봉(9)과, 상용주파 고장전류에 대해 접지극의 단면적을 증가시켜 접지저항을 감소시키며 서지성 고주파 고장전류에 대해 대지(大地)와 접촉으로 인해 영전위를 유지하여 침(1-4)에서 아크가 용이하게 발생되도록 접지봉(9)을 전기적으로 절연되게 함몰수용하는 방전관(10)을 구비한다.

또한, 자체의 일단은 접지봉(9)하단에 접속되며 타단은 방전관(10)하단에 접속되어, 상용주파 고장전류에 대해 방전관(10)에 이르는 경로를 제공하며 서지성 고주파 고장전류에 대해 임피던스로 작용하여 침(1-4)과 방전관(10)사이에 전위차를 주어 아크발생을 유도하는 아크유도형 코일(13)을 구비한다.

한편, 전술한 침홀더(5-8)에 원주방향으로 위치이동 가능하게 고정되는 침(1-4)은 방전관(10)내주연에 대해 1㎜ 내지 3㎜범위내에서 갭을 유지하도록 형성되며, 침홀더(5-8)는 접지봉(9)에 대해 상하방향으로 간격조절이 가능하게 장착된다.

전술한 침(1-4)의 단부가 방전관(10)내주연에 대한 간격을 일정하게 유지하도록하며, 전술한 접지봉(9)에 고장전류 유입시 침(1-4)을 경유하여 방전관(10)을 통하여 방류되도록하는 절연재(12)가 접지봉(9)과 방전관(10)을 전기적으로 절연시키도록 방전관(10)상단에 장착된다.

이때, 전술한 절연재(12)로서 에폭시 수지, 폴레에틸렌, 폴리프로필렌, 베이클라이트와 같은 절연성 재료가 사용됨이 바람직하다.

이하에서, 본 발명에 의한 아크유도형 침부 접지봉의 사용방법을 첨부도면을 참조하여 설명하면 아래와 같다.

도 4는 본 발명에 의한 아크유도형 침부 접지봉의 사용상태도 이다.

도시된 바와 같이, 지상에 설치되는 각종 전력계통, 통신설비, 건축설비 등의 피보호기기를 천둥, 번개 등에 의한 뇌전압으로 부터 절연파괴 및 오작동되는 것을 방지할 수 있도록 전술한 피보호기기의 지중(地中)으로 전술한 아크유도형 침부 접지봉의 다수개를 소정간격으로 타입 및 매설하게 된다.

즉, 전술한 피보호기기의 접지선과 케이블을 통하여 전술한 접지봉(9)의 상단에 형성되는 리드단자(11)가 전기적으로 접속됨에 따라, 천둥, 번개 발생시 고장전류가 전술한 리드단자(11)를 통하여 최초로 지중으로 유입되는 것이다. 리드단자(11)를 통하여 유입되는 고장전류는 전술한 접지봉(9)에 장착되는 침홀더(5-8)에 원주방향으로 위치이동가능하게 장착되는 침(1-4)를 경유하여 접지봉(9)의 하단부에 접속되는 아크유도용 코일(13)을 통하여 방전관(10)에 전달되는 것이다.

따라서, 본 발명에 의한 아크유도형 침부 접지봉은, 전술한 방전관(10)에 의해 상용주파 고장전류를 효과적으로 처리할 수 있도록 그 표면적을 증가시키고, 서지성 고주파성 충격전압 및 전류를 효과적으로 처리할 수 있도록 방전관(10)에 전기적으로 절연되도록 내설되는 침부 접지봉(9)에 의해 아크를 유도함에 따라 충격전류를 소모시킬 수 있었다.

또한, 전술한 침부 접지봉(9)은 시공시 대지에 직접 타입할 수 있고 매설시 되메우는 작업이 불필요하여 작업성이 향상되며, 접촉저항이 증가되지않는 것이다.

한편, 본 발명의 아크유도형 침부 접지봉을 현장에 매설시키는 경우, 뇌격전류가 지중으로 방류되는 순간의 아크 발생에 의해 서지에너지를 소호할 수 있게 된다. 이로 인해, 전력계통의 기기는 물론, 고층빌등에 설치되는 피뢰침의 접지극, 이동통신 설비의 접지극, 공항의 관제탑에 사용되는 통신장비의 접지극, 군부대의 각종 통신장비의 뇌격에 대한 보호기기의 접지극으로 사용할 수 있는 것이다.

도 5(a,b,c,d)는 본 발명에 의한 아크유도형 침부 접지봉에서 침의 부착유무에 따른 효과를 나타내는 그래프 이다.

도 5(a)에 도시된 바와 같이, 전술한 침(1-4)을 설치시 아크발생확률이 50%일 때의 인가 충격전압 380kV를 구한후, 침(1-4)을 설치한 경우(a-1)와 침(1-4)을 제거한 경우(a-2)에 380kV를 인가하여 침(1-4)의 설치유무에 따른 아크발생 유무에 의한 전압파형을 비교하여 도시한 그래프 이다.

도 5(b,c,d)에 도시된 바와 같이, 전술한 (a)와 같은 조건, 즉 전술한 침(1-4)을 설치시 인가 충격전압을 400kV, 420kV, 440kV까지 증가시키면서 침(1-4)을 설치한 경우(b-1,c-1,d-1)에 아크발생시의 전압파형과, 침(1-4)을 제거한 경우(b-2,c-2,d-2)에 아크가 발생되지않을 경우 전압파형을 비교하여 도시한 그래프 이다.

이로 부터, 전술한 침(1-4)의 설치로 인해 아크가 발생하였을 경우 전압이 경감된 만큼 전류가 아크로 인해 소멸되었음을 확인할 수 있는 것이다.

도 6은 본 발명에 의한 접지봉에 장착되는 침의 사용유무에 따른 아크발생 유무를 비교하여 나타내는 그래프 이다.

전술한 침(1-4)의 단부와 방전관(10) 내주연사이의 갭이 2.5㎜이고 턴수가 120[turn]일 경우, 피뢰기의 단자에 380kV에서 440kV까지의 충격전압을 인가한 결과, 침(1-4)을 설치하여 아크발생시와 침(1-4)을 제거하여 아크 미발생시의 전압차는 6kV 내지 7kV정도였다.

전술한 전압차는 아크가 발생하기 때문에 생기는 뇌에너지의 소모라고 판단할 수 있고, 전압 및 전류원이 동시에 작용하는 실제의 뇌서지가 아크유도형 침부 접지봉에 침입하였을 경우에는 전술한 바와 같은 에너지 소모효과는 더욱 커질 것을 쉽게 예측할 수 있는 것이다.

이상에서와 같이, 바람직한 실시예에 의하면, 대지전위상승이 억제되며, 피뢰기의 반사되는 파의 영향을 최소화하여 피뢰기를 포함한 배전계통, 전력기기 등의 절연파괴 및 이들의 오동작되는 것을 방지하며, 이로 인해 이의 신뢰도를 크게 향상시킬 수 있다.

한편, 대지에 직접 타입할 수 있고, 매설(埋設)시 좁은 부위만 매설하므로 시공방법이 용이하여 작업성이 향상되며, 사후관리가 용이한 것이다.

한편, 극간 아크 전극간격 조절로 인해 아크 발생전압을 조절할 수 있고, 극간 간격이 일정하여 지표의 상태에 따른 방전전압 변동이 없도록 한 것이다.

한편, 지중 깊은곳에서 방전하게되므로 보폭전압 급상승으로 인한 인명피해 등의 안전사고 발생되는 것을 방지할 수 있도록 것이다.

한편, 접지극 간의 이격거리가 협소해도 타 접지극으로의 역류되는 전압을 억제시킬 수 있도록 한 이점을 갖는다.

Claims (2)

1. 지상에 설치되는 피보호기기를 뇌전류에 의한 절연파괴 및 오작동되는 것을 방지할 수 있도록 상기 피보호기기와 접지되어 지중에 매설되는 접지봉에 있어서:

   자체의 상단이 상기 피보호기기와 접지되며, 서지전압 인가시 아크를 용이하게 발생할 수 있도록하는 침이 원주방향으로 위치이동 가능하게 고정되는 침홀더가 장착되는 접지봉;

   상용주파 고장전류에 대해 접지극의 단면적을 증가시켜 접지저항을 감소시키며 서지성 고주파 고장전류에 대해 대지와 접촉으로 인해 영전위를 유지하여 상기 침에서 아크가 용이하게 발생하도록 상기 접지봉을 전기적으로 절연되게 함몰수용하는 방전관; 및

   자체의 일단은 상기 접지봉하단에 접속되며 타단은 상기 방전관하단에 접속되어, 상용주파 고장전류에 대해 상기 방전관에 이르는 경로를 제공하며 서지성 고주파 고장전류에 대해 상기 침과 상기 방전관사이에 전위차를 주어 아크발생을 유도하는 아크유도형 코일을 구비하는 것을 특징으로 하는 아크유도형 침부 접지봉.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 접지봉과 상기 방전관을 전기적으로 절연시키도록 상기 방전관상단에 장착되며, 상기 접지봉에 고장전류 유입시 상기 침을 경유하여 상기 방전관을 통하여 방류되도록하는 절연재를 구비하는 것을 특징으로 하는 아크유도형 침부 접지봉.