KR100536074B1 - Earth electrode of functional for electric power and method for manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 전력용 기능성 접지극 및 이의 제작 방법에 관한 것으로, 상세하게는 원통형의 방류관과, 상기 방류관의 길이 방향으로 그 축에 설치되며, 상기 방류관의 하단부와 전기적으로 접속되는 심봉을 구비하는 접지극의 제작 방법에 있어서, 상기 심봉은, 방전을 분산 발생시키도록 상기 심봉의 외주연에 나선 형태로 복수의 방전 전극을 형성하고, 서지의 인가시 진행파인 서지의 속도 지연과 반사파 및 표피효과를 발생시키도록 상기 심봉의 하단부의 굵기를 상단부보다 얇게 형성하고, 이에 유전체를 감싸며, 상기 복수의 방전 전극은, 3극 방전 전극을 통해 방전이 용이하게 발생하도록 이에 대응되는 위치에 홀을 배치시키는 것을 특징으로 한다. 따라서 상기와 같이 이루어진 본 발명에 따르면 동일 극성상에서 효과적으로 방전이 발생하도록 함으로써 전력계통의 비정상적인 급준 서지 침입시의 이상 전압, 전류는 물론 전력계통의 정상 상태 하에서 3상부하의 불평형으로 인한 중성점 잔류 전압을 모두 처리하도록 함으로써 보호 계전기의 확실한 동작은 물론 가공할만한 에너지를 지닌 뇌격과 같은 이상 전압에도 모두 효과적으로 대처할 수 있다.The present invention relates to a functional grounding electrode for electric power and a method of manufacturing the same, and in particular, having a cylindrical discharge pipe, and a core rod installed on the shaft in the longitudinal direction of the discharge pipe and electrically connected to a lower end of the discharge pipe. In the manufacturing method of the grounding electrode, the mandrel is formed in a spiral form on the outer periphery of the mandrel so as to disperse the discharge, the speed delay and the reflected wave and skin effect of the surge which is a traveling wave when the surge is applied A thickness of the lower end of the mandrel is formed to be thinner than the upper end so as to generate a thickness, and surrounds the dielectric. The plurality of discharge electrodes may be disposed at a position corresponding to the discharge so as to easily generate a discharge through the three-pole discharge electrode. It is characterized by. Therefore, according to the present invention made as described above, by effectively discharging on the same polarity, all the abnormal voltage, current during abnormal surge surge intrusion of the power system, as well as the neutral residual voltage due to the unbalance of the three-phase load under the normal state of the power system By dealing with this, it is possible to effectively cope with both the reliable operation of the protective relay and the abnormal voltage such as the thunderbolt with the processing energy.
Description
본 발명은 접지극에 관한 것으로, 상세하게는 전기적으로 접속된 동일 극성상의 두 점에서 효과적으로 방전이 발생하도록 함으로써 전력, 통신계통을 효과적으로 보호할 수 있도록 하는 전력용 기능성 접지극 및 이의 제작 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a grounding electrode, and more particularly, to a functional grounding electrode for power and a method of manufacturing the same, which effectively protect electric power and a communication system by effectively discharging at two points of the same polarity electrically connected.
현재 고도로 정보화되어 가는 사회 전반적인 추세에 맞춰 전력 및 통신설비도 날로 발전되어 온데 비하여, 이들 설비를 전력, 통신 선로의 각종 비정상적인 조건 및 이상 전압으로부터 보호하기 위한 장치들의 발전은 상대적으로 더딘 실정이다.Power and communication facilities have also been developed day by day in accordance with the general trend of highly information society, and the development of devices to protect these facilities from power, communication line abnormal conditions and abnormal voltage is relatively slow.
전력 및 통신설비고장으로 인한 피해는 불특정 다수에게 광범위하게 파급됨으로써, 사회 전반적인 혼란을 초래하므로 사고발생시 정확한 원인을 규명하여 적절한 대책을 강구해야 한다. 그러나 자연현상에 의한 사고는 예측이 곤란하고, 그 규모가 광대하여 정확한 고장 원인 분석과 대책 마련이 시급하다.The damage caused by the failure of power and communication equipment spreads to a large number of unspecified people, which leads to the general confusion of society. Therefore, it is necessary to identify the exact cause in case of an accident and take appropriate measures. However, accidents due to natural phenomena are difficult to predict, and their magnitude is so urgent that it is urgent to analyze the cause of failure and to prepare countermeasures.
전력계통 선로사고시의 고장전류와 낙뢰에 의한 뇌격전류는 전압이 매우 높고, 단시간 내에 피크치에 도달하는 급준 특성을 가지기 때문에, 선로와 연계된 설비에 가공할만한 파급 효과를 미친다. 따라서 이와 같은 전압, 전류의 순간적인 급준 현상을 역으로 이용하여 그 크기 및 급준도에 상당하는 단시간 제거능력을 갖춘 보호 설비가 필요하다.Fault current and lightning thunder current in power system line accident have very high voltage and have steep characteristics that reach peak value in a short time, and thus have a processing ripple effect that can be processed to the equipment connected to the line. Therefore, there is a need for a protective device having a short time elimination capability corresponding to the magnitude and steepness by using the instantaneous steepness of voltage and current.
상기와 같은 보호 설비중 전력 및 통신분야에서의 접지는 이와 전기적으로 연계된 관련설비를 보호하고, 인체의 감전이나 화재의 발생을 예방하는 중요한 역할을 담당한다.Grounding in the power and communication field of the protective equipment as described above plays an important role to protect the related equipment electrically connected thereto and to prevent the occurrence of electric shock or fire of the human body.
그러나 지금까지의 접지에 관한 개념은 몇 가지 접지원리, 접지시 접지극과 함께 첨가되는 접지 저항 저감제에 의한 시공방법의 개선 및 접지 설계시나 접지시공 후의 대지전위 상승의 해석과 같은 현안에 주안을 두어 왔을 뿐, 접지극을 개선, 발전시키고자 하는데는 본질적인 접근을 소홀히 하여 왔던 것이 사실이다.However, the concept of grounding so far focuses on several grounding principles, such as improving the construction method by the ground resistance reducing agent added with the grounding electrode at the time of grounding, and analyzing the rise of the ground potential after grounding design or grounding. It is true that they have neglected the essential approach to improving and developing the earth electrode.
이와 같은 과정에서도 몇몇 연구자들에 의해 전력계통에서 발생하는 여러 가지 비정상적인 현상을 이용하여 접지극을 개선하고자 하는 움직임이 있었으나, 비정상적 현상의 주류를 이루는 이상 전압이나 과도현상과 같은 예측 불허한 제반 문제는 물론 개선 적용시킨 접지극이 또 다른 문제를 야기하는 등의 이유로 그들의 노력이 번번이 좌절되어 왔다.In this process, some researchers have tried to improve the grounding electrode by using various abnormal phenomena in the power system, but as well as unforeseen problems such as abnormal voltage and transients that make up the mainstream of the abnormal phenomena, Their efforts have been frustrated all the time, for example, because the improved ground electrode causes another problem.
예를 들면, 기존의 일반 접지극은 접지 저항을 낮추기 위해 심타법이나 보링공법을 이용하여 지중에 매설한 후, 원하는 접지 저항을 얻을 때까지 접지극을 병렬로 추가 시공하는 방법을 주로 사용하지만, 이와 같은 방법은 대지고유저항이 낮은 곳에서는 효과를 얻을 수 있는 반면, 일반 토사나 암반이 주를 이루는 고저항성 토양에서는 만족할만한 효과를 기대하기 어렵다.For example, conventional grounding electrodes are usually embedded in the ground using the core method or boring method to lower the ground resistance, and then the grounding electrodes are additionally constructed in parallel until the desired grounding resistance is obtained. While the method can be used in areas with low oil resistance, it is difficult to expect a satisfactory effect in high resistance soils, which are mainly composed of general soil or rock.
또한, 상기와 같은 방법은 매우 짧은 시간 내에 매우 높은 전압에 이르는 뇌격이나 개폐이상 전압과 같은 전압이 접지극으로 유입시, 접지극 주위의 순간적인 자체 대지전위 상승은 물론 인접하여 시공된 타 접지극에도 순간적인 이상 전압을 유기시키는 문제로 인해 상대적으로 취약한 단점을 나타낸다. 이러한 순간적인 대지전위 상승은 접지극이 매설된 주변의 설비 피해는 물론 인명피해까지 동반한다.In addition, the above-described method, when a voltage such as a lightning strike or switching voltage abnormality that reaches a very high voltage flows into the ground electrode in a very short time, as well as a momentary rise of its own earth potential around the ground electrode, as well as other ground electrodes that are constructed adjacently The problem of inducing an abnormal voltage presents a relatively weak disadvantage. This momentary earth potential rise is accompanied by damage to the facility as well as damage to the surroundings where the earth electrode is buried.
또 그물망 형태인 메시(Mesh)와 같은 접지극은 건조물의 바닥 철근을 전기적으로 결속함으로써, 이상 전압 유입시 건축물 내부의 각 설비에 유기되는 전압을 거의 등전위화시켜 전위차를 제거하는 개념에 바탕을 두고 있으나, 시공면적이 넓고, 대상의 설계시부터 반영되어야 함으로 추가적인 접지보완이 어렵다는 취약점을 안고 있었다.In addition, the grounding electrode such as mesh, which is based on the concept of removing potential difference by electrically binding the bottom reinforcing bar of the building to almost equipotential voltage induced in each facility inside the building when an abnormal voltage is introduced. In addition, it had a weakness that additional ground supplementation was difficult because the construction area was large and should be reflected from the design of the target.
또한 앞서 설명한 두 방법은 모두 특정한 원리없이 대지고유저항 및 시공방법에 의해 결정되는 구조적 파라미터에만 성능이 좌우되어 왔다.In addition, both methods described above have depended only on the structural parameters determined by the high resistivity and construction method without any specific principle.
이에 반해, 서지의 전압이 매우 높고 방전에 의해 이 높은 전압을 소호할 수 있음에 착안하여 외국에서 침상 접지봉이 개발된 바 있다. 이 접지봉은 도 1에 도시된 바와 같이 종래의 일반 접지봉에 침을 취부하여 지중에서 방전을 유발시키도록 구성되어 있다. 이 침상 접지봉은 고저항성 토양에서는 서지와 같은 높은 전압이 인가시 지중에서 방전하여 순간적인 대지전위상승을 효과적으로 억제할 수 있으나, 저저항성 토양에서는 확실한 동작을 보장할 수 없다는 점과 지중방전의 빈도가 누적될수록 방전에 의한 열 및 순간적인 압력팽창으로 인해 토양성분의 경년열화가 진행되어 정상적인 상태에서의 접지 저항이 오히려 증가하며, 시공방법이 불편하다는 단점이 지적되어, 국내의 경우에도 이 침상 접지봉은 전력회사의 송전선로 일부개소, 통신회사의 통신선로 및 분기국사와 같은 일부개소에만 제한적으로 적용되어 왔을 뿐 일반적으로 사용을 기피하고 있는 실정이다.On the contrary, since the voltage of the surge is very high and the high voltage can be extinguished by the discharge, a needle ground rod has been developed in a foreign country. This ground rod is configured to cause a discharge in the ground by attaching a needle to a conventional ground rod as shown in FIG. This high grounding rod can effectively suppress instantaneous earth potential rise when high voltage such as surge is applied in high-resistance soil, but it cannot guarantee reliable operation in low-resistance soil. The cumulative deterioration of soil components due to heat and instantaneous pressure expansion caused by discharge increases, and the grounding resistance in the normal state increases, and it is pointed out that the construction method is inconvenient. It has been limited to some parts such as transmission line of electric power company, communication line of telecommunication company and branch country, but it is generally avoided to use.
이러한 문제를 해결하기 위하여 특허 등록번호 0339924호(2002.05.27. 등록)와 같이 아크유도형 침부 접지봉이 개발되었다.In order to solve this problem, arc-guided needle grounding rods have been developed as in Patent Registration No. 0339924 (registered May 27, 2002).
이러한 아크유도형 침부 접지봉은 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 접지봉(9)의 상단에 형성되는 리드 단자(11)가 전기적으로 접속됨에 따라, 낙뢰 발생시 고장전류가 전술한 리드 단자(11)를 통하여 최초로 지중으로 유입되고, 리드 단자(11)를 통하여 유입되는 고장전류는 접지봉(9)에 장착되는 침홀더(5-8)에 원주방향으로 위치 이동 가능하게 장착되는 침(1-4)을 경유하여 접지봉(9)의 하단부에 접속된 아크유도용 코일(13)을 통하여 방전관(10)에 전달되도록 구성된다.As shown in FIGS. 2 and 3, the arc-induced needle grounding rod is electrically connected to a lead terminal 11 formed at an upper end of the grounding rod 9, so that a fault current is generated when the lightning strike occurs. The fault current flowing into the ground for the first time through the lead terminal 11 and flowing through the lead terminal 11 is a needle (1-4) which is movably mounted in the circumferential direction on the needle holder (5-8) mounted on the ground rod (9). It is configured to be transmitted to the discharge tube 10 through the arc induction coil 13 connected to the lower end of the ground rod (9) via.
그러나 이러한 종래의 아크유도형 침부 접지봉은 방전을 유도하도록 접지봉과 방전관의 사이에 접속된 아크유도용 코일이 아크 유도형 접지봉 회로의 임피던스를 증가시키고 아크유도형 침부 접지봉 내부로의 수분유입 및 낙뢰시의 대전류에 대한 아크유도용 코일의 내구성 등, 주로 아크를 유도하기 위한 아크유도용 코일이 여러 가지 부작용을 유발함으로써 전력계통으로의 적용이 불가한 문제점이 있다.However, such a conventional arc guide needle ground rod has an arc induction coil connected between the ground rod and the discharge tube to induce discharge to increase the impedance of the arc induction ground rod circuit, and when water is introduced into the arc guide needle ground rod, The arc induction coil, such as the durability of the arc induction coil with respect to the large current of the arc induction coil mainly for inducing an arc causes a number of side effects there is a problem that cannot be applied to the power system.
따라서 본 발명의 목적은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 전기적으로 접속된 동일 극성상의 두 점에서 효과적으로 방전이 발생하도록 함으로써 전력계통으로 침입하는 비정상적인 급준 서지에 효과적으로 대처하고 정상상태로 운전되는 전력계통의 3상 부하의 불평형으로 인한 중성점 잔류 전압도 증가된 접지극의 표면적을 통해 방류시킴으로써 효과적으로 처리함은 물론 직접접지방식을 사용하고 있는 국내의 접지환경에서 전력계통에 고장 발생시에도 보호 계전기의 확실한 동작을 보장함으로써 전반적인 전력 및 통신계통의 신뢰성을 향상시키도록 하는데 있다.Accordingly, an object of the present invention is to solve the above problems, by effectively discharging at two points of the same polarity that is electrically connected to effectively deal with abnormal steep surges invading the power system and to operate in a steady state Neutral residual voltage caused by unbalance of three-phase load of the system is effectively discharged through increased surface area of the ground electrode, as well as reliable operation of protection relay in case of failure of power system in domestic ground environment using direct grounding method. To ensure the reliability of the overall power and communication system.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징은,Features of the present invention for achieving the above object,
원통형의 방류관과, 상기 방류관의 길이 방향으로 그 축에 설치되며, 상기 방류관의 하단부와 전기적으로 접속되는 심봉을 구비하는 접지극의 제작 방법에 있어서,In the manufacturing method of the grounding electrode provided with the cylindrical discharge pipe and the core rod which is provided in the axis | shaft in the longitudinal direction of the said discharge pipe, and is electrically connected with the lower end part of the said discharge pipe,
상기 심봉은,The mandrel,
방전을 분산 발생시키도록 상기 심봉의 외주연에 나선 형태로 복수의 방전 전극을 형성하고, 서지의 인가시 진행파인 서지의 속도 지연과 반사파 및 표피효과를 발생시키도록 상기 심봉의 하단부의 굵기를 상단부보다 얇게 형성하고, 이에 유전체를 감싸며, 상기 복수의 방전 전극은, 3극 방전 전극을 통해 방전이 용이하게 발생하도록 이에 대응되는 위치에 홀을 배치시키는 것을 특징으로 한다.A plurality of discharge electrodes are formed in a spiral form on the outer periphery of the mandrel to disperse the discharge, and the upper end of the mandrel has a thickness at the top of the mandrel so as to generate a speed delay, a reflected wave, and a skin effect of the surge, which are traveling waves when the surge is applied. Forming a thinner, surrounding the dielectric therebetween, the plurality of discharge electrodes, it characterized in that the holes are arranged in a position corresponding to the discharge to easily occur through the three-pole discharge electrode.
본 발명의 다른 특징은,Another feature of the invention,
상, 하단부가 개방되고, 스테인레스로 형성되며, 양 끝단부의 내주연에 방류관용 볼트홈이 형성되고, 3극 방전 전극을 형성시켜 방전이 용이하도록 나선 형태로 복수의 3극 방전 전극용 홀을 구비하는 방류관과,The upper and lower ends are made of stainless steel, and the discharge groove bolt grooves are formed at the inner periphery of both ends, and a plurality of three-pole discharge electrode holes are formed in a spiral form to facilitate discharge by forming a three-pole discharge electrode. With discharge pipe to say,
스테인레스로 형성되고, 상단부에 리드 단자가 일체로 연장 형성되며, 하단부의 두께가 상단부 및 중앙부에 비하여 얇게 형성되고, 하단부 끝단 외주연에 심봉용 볼트홈이 형성되어 상기 방류관의 내부에 길이 방향으로 삽입되어 접지극 첨단과 전기적으로 접속되는 심봉과,It is formed of stainless steel, the lead terminal is integrally formed in the upper end portion, the lower end portion is formed thinner than the upper end portion and the center portion, and the mandrel bolt groove is formed in the outer periphery of the lower end end in the longitudinal direction in the discharge pipe A mandrel inserted and electrically connected to the ground electrode tip,
텅스텐 또는 니크롬 재질로, 상단부가 뾰족하고, 하단부가 넓은 침 형태로 형성되며, 상기 각각의 3극 방전 전극용 홀에 대응되는 위치인 상기 심봉의 중앙부에서 나선 형태로 부착되는 복수의 방전 전극과,A plurality of discharge electrodes made of tungsten or nichrome, having a sharp upper end, and having a lower end having a wide needle shape, and being attached in a spiral form at the center of the mandrel, which is a position corresponding to each of the three-pole discharge electrode holes;
상기 심봉의 하단부 외주연에 부착되는 유전체와,A dielectric attached to the outer periphery of the lower end of the mandrel;
절연재로 형성되고, 하면이 개방된 빈 원통 형태로 형성되고, 상면에 심봉 고정용 고정홀이 형성되어 상기 심봉의 상단부를 상기 심봉 고정용 고정홀을 통해 내부에 삽입 고정시키는 절연체와,An insulator formed of an insulating material and formed in a hollow cylindrical shape having an open lower surface, and having a mandrel fixing hole formed on an upper surface thereof to insert and fix the upper end of the mandrel inside through the mandrel fixing hole;
스테인레스로 형성되고, 내부에 상기 절연체와 대응되는 크기의 절연체 고정용 관통홀이 형성되며, 하단부 외주연에 심봉 홀더용 볼트홈이 형성되어 상기 절연체를 상기 절연체 고정용 관통홀에 삽입시킨 상태에서 상기 방류관용 볼트홈과 상기 심봉 홀더용 볼트홈을 결합시켜 고정시키는 심봉 홀더와,The insulator fixing through hole having a size corresponding to the insulator is formed therein, and a bolt groove for the core rod holder is formed on the outer circumference of the lower end to insert the insulator into the insulator fixing through hole. A mandrel holder for fixing the bolt groove for the discharge pipe and the bolt groove for the mandrel holder;
스테인레스로 형성되고, 상단부에서는 동일한 두께를 가지고, 하단부에서는 쐐기형으로 형성되며, 상단면의 중앙부에서 수직 하방향으로 상기 심봉용 볼트홈과 결합 가능하도록 이와 대응되는 크기의 접지극 첨단용 볼트홀이 형성되고, 상단부 외주연에 상기 방류관의 하단에 형성된 방류관용 볼트홈과 결합 가능하도록 접지극 첨단용 볼트홈이 형성되어 상기 방류관에 고정 설치되는 접지극 첨단을 포함하는 것을 특징으로 한다.It is formed of stainless steel, has the same thickness at the upper end, is formed in a wedge shape at the lower end, the ground electrode tip bolt hole of the corresponding size is formed so as to be able to be combined with the mandrel bolt groove in the vertical direction in the center of the upper surface The ground electrode tip bolt groove is formed on the outer periphery of the upper end so as to be coupled to the bolt groove for the discharge pipe formed at the lower end of the discharge pipe, and the ground electrode tip is fixed to the discharge pipe.
여기에서 상기 절연체는,Here, the insulator is
측면 중앙부 양단에 고정용 볼트홀이 더 구비되고,Fixing bolt holes are further provided at both ends of the side center portion,
상기 심봉 홀더는,The mandrel holder,
상기 절연체의 상기 고정용 볼트홀과 대응되는 위치인 측면 중앙부 양단에 병렬 추가 접지극을 연결시키는 병렬 추가 접지극용 볼트홀이 형성되고, 상기 병렬 추가 접지극용 볼트홀의 저면 중앙에서 상기 절연체의 상기 고정용 볼트홀과 결합 가능하도록 이와 동일한 형상의 고정용 볼트홀을 구비한다.Parallel additional ground electrode bolt holes for connecting parallel additional ground electrodes are formed at both ends of the side center portion corresponding to the fixing bolt holes of the insulator, and the fixing bolt of the insulator is formed at the center of the bottom surface of the parallel additional ground electrode bolt holes. It is provided with a fixing bolt hole of the same shape so as to be combined with the hole.
여기에서 또한 상기 접지극 첨단은,Here also the ground electrode tip,
상기 방류관 내부에 침입한 수분을 지중으로 배수하고, 방전 발생시 발생한 압력을 외부로 방출시키도록 상기 접지극 첨단용 볼트홀과 접지극 첨단용 볼트홈 사이에 수직방향으로 적어도 하나 이상의 배수 및 방압홀이 형성되고, 저면 중앙에서 상단부 방향으로 직렬 추가 접지극을 압입 고정할 수 있는 고정홈이 형성된다.At least one drain and pressure discharge hole is formed in a vertical direction between the ground electrode tip bolt hole and the ground electrode tip bolt groove to drain the moisture penetrating into the discharge pipe into the ground and discharge the pressure generated when the discharge occurs to the outside. And, a fixing groove for press-fitting the series additional ground electrode in the direction of the upper end from the bottom center is formed.
이하, 본 발명에 의한 전력용 기능성 접지극의 구성을 도 4 내지 도 6을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, the configuration of the functional ground electrode for power according to the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 4 to 6.
도 4는 본 발명에 따른 전력용 기능성 접지극의 구성을 나타낸 단면도이고, 도 5는 본 발명에 따른 전력용 기능성 접지극의 구성을 나타낸 분해 사시도이며, 도 6은 본 발명에 따른 전력용 기능성 접지극에 병렬 추가 접지극과 직렬 추가 접지극이 부착된 모습을 나타낸 평면도이다.Figure 4 is a cross-sectional view showing the configuration of the functional ground electrode for power according to the invention, Figure 5 is an exploded perspective view showing the configuration of the functional ground electrode for power according to the invention, Figure 6 is parallel to the power functional ground electrode according to the invention This is a plan view showing the additional ground electrode and the series additional ground electrode attached.
도 4 내지 도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 전력용 기능성 접지극(100)은, 방류관(110)과, 심봉(120)과, 방전 전극(130)과, 유전체(140)와, 절연체(150)와, 심봉 홀더(160) 및 접지극 첨단(170)으로 구성된다.4 to 6, the power functional ground electrode 100 according to the present invention includes a discharge pipe 110, a core rod 120, a discharge electrode 130, a dielectric 140, and an insulator ( 150, the mandrel holder 160, and the ground electrode tip 170.
먼저, 방류관(110)은 내부 방전이 이루어지는 중요 부위이므로 내부 방전시 순간적으로 증가하는 온도 및 압력 상승에 견딜 수 있도록 내열, 내식 특성이 우수하고, 기계적 강도가 강하며, 가격이 비교적 저렴한 스테인레스로 형성시킨다. 또한 방류관(110)은 상, 하단부가 각각 개방되고, 양 끝단부의 내주연에 방류관용 볼트홈(111)이 형성된다. 또 방류관(110)은 하기에서 설명할 각각의 방전 전극(130)과 대응되는 위치에 3극 방전 전극을 형성시켜 방전이 용이하도록 3극 방전 전극용 홀(113)을 구비한다.First, since the discharge pipe 110 is an important site where internal discharge is made, it is made of stainless steel having excellent heat resistance and corrosion resistance, strong mechanical strength, and relatively low price so that it can endure the temperature and pressure increase which increase momentarily during internal discharge. To form. In addition, the discharge pipe 110, the upper and lower ends are respectively open, the discharge groove bolt groove 111 is formed on the inner periphery of both ends. In addition, the discharge pipe 110 includes a hole for a three-pole discharge electrode 113 to form a three-pole discharge electrode at a position corresponding to each discharge electrode 130 to be described later to facilitate discharge.
그리고, 심봉(120)은 스테인레스로 형성되고, 상단부에 리드 단자(121)가 일체로 연장 형성되며, 하단부의 두께가 상단부 및 중앙부에 비하여 얇게 형성되고, 하단부 끝단 외주연에 심봉용 볼트홈(123)이 형성되어 방류관(110)의 내부에 길이 방향으로 삽입된다. 여기에서 심봉(120)의 하단부를 상단부에 비하여 좁게 형성하는 이유는, 전압과 주파수가 높을수록 전류는 도체의 표면쪽으로만 치우쳐 이동하려는 표피 효과에 의해 서지 이동중 병목 부분이 발생하면, 이로 인해 하단부까지 도달한 서지 전하가 순간적으로 상단부에 축적됨으로써 보다 쉽게 방전이 발생할 수 있는 환경이 조성되기 때문이다. 여기에서 또한 심봉(120)의 리드 단자(121)에는 외부의 인하 도선과 전기, 기계적으로 접속시키는 인하 도선용 조인트 너트(125)가 구비되는 것이 바람직하다.Further, the mandrel 120 is formed of stainless steel, the lead terminal 121 is integrally formed at the upper end, and the lower end portion is formed thinner than the upper end and the center part, and the lower end end outer periphery bolt groove 123 is formed. ) Is formed and inserted in the longitudinal direction inside the discharge pipe (110). Here, the reason why the lower end of the mandrel 120 is formed narrower than the upper part is that the higher the voltage and frequency, the more the current is biased toward the surface of the conductor. This is because the surge charge reached is accumulated at the upper end instantaneously, thereby creating an environment in which discharge can occur more easily. Here, the lead terminal 121 of the core rod 120 is preferably provided with a joint nut 125 for the down-conducting wire which is electrically and mechanically connected to the external down-conducting wire.
또한, 방전 전극(130)은 내열 특성을 향상시키도록 용융점이 높은 텅스텐 또는 니크롬 재질로 형성되고, 상단부가 뾰족하며, 하단부가 넓은 침 형태로 형성되고, 심봉(120)의 중앙부에서 나선 형태로 부착된다. 여기에서 방전 전극(130)은 침(針) 대 평판(방류관의 측면) 전극의 불평등 전계 형성이 다른 어떤 형태의 전극보다 극심하다는 것을 이용하고, 또 서지가 진행파라는 특성을 이용하여 한 부위에 집중되는 내부 발생 열로 인한 방전 전극(130) 및 방류관(110)의 손상을 방지하도록 나선형으로 분산 배열시켜 열 발생을 분산시킨다.In addition, the discharge electrode 130 is formed of a tungsten or nichrome material having a high melting point to improve the heat resistance characteristics, the upper end is pointed, the lower end is formed in a wide needle shape, attached in a spiral form at the center of the core rod 120 do. Here, the discharge electrode 130 utilizes the fact that the formation of the inequality field of the needle-to-plate (side of the discharge tube) electrode is more severe than that of any other type of electrode, and the surge is a part using the characteristic of traveling wave. In order to prevent damage to the discharge electrode 130 and the discharge pipe 110 due to the internally generated heat concentrated in the helical dispersion arranged to disperse heat generation.
또, 유전체(140)는 심봉(120)의 하단부 외주연에 부착된다. 여기에서 유전체(140)로는 에폭시, 베이클라이트, 폴리스티렌, 테플론, 가교폴리에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리카보네이트, 폴리글래스 등이 사용된다. 여기에서 또한 유전체(140)를 사용하는 이유는, 심봉(120)을 통해 내부로 유입된 서지는 빛의 속도로 이동하는 데, 이 서지의 이동 속도를 유전체(140)가 지니고 있는 물리적 특성인 유전율의 제곱근에 상당하는 만큼 감속시킴으로써, 일정 시점에서 방전 전극(130)에 인가되어 있는 전위와, 대지와 접촉되어 있는 방류관(110) 사이에 보다 큰 전위차를 유기하기 위해 사용된다. 또한, 이 유전체(140)는 서지가 이종 매질을 통과시 서지 진행 방향의 반대 방향으로 발생하는 반사파를 생성함으로써, 순간적으로 방전 전극(130)에 인가되는 전압을 상승시켜 방류관(110)과의 전위차를 증가시키는 역할을 한다.In addition, the dielectric 140 is attached to the outer periphery of the lower end of the mandrel 120. Here, the dielectric 140 may be epoxy, bakelite, polystyrene, teflon, crosslinked polyethylene, polyethylene, polycarbonate, polyglass, or the like. The reason why the dielectric 140 is also used here is that the surge introduced into the interior through the mandrel 120 moves at the speed of light, and the speed of movement of the surge is a dielectric constant, which is a physical property of the dielectric 140. By decelerating by the square root of, it is used to induce a larger potential difference between the potential applied to the discharge electrode 130 and the discharge pipe 110 in contact with the ground at a certain point in time. In addition, the dielectric 140 generates a reflected wave generated in a direction opposite to the surge propagation direction when the surge passes through the heterogeneous medium, thereby instantaneously increasing the voltage applied to the discharge electrode 130 to the discharge pipe 110. Serves to increase the potential difference.
한편, 절연체(150)는 절연재로 형성되고, 상단부에 심봉(120)을 고정시키기 위한 심봉 고정용 고정홀(151)이 형성되며, 중앙부가 개방된 빈 원통 형태로 형성되고, 리드 단자(121)를 상기 심봉 고정용 고정홀(151)을 통해 내부에 삽입시켜 리드 단자(121)와 방류관(110)과의 절연거리를 확보한다. 여기에서 절연체(150)는 심봉 홀더(160)에 고정 볼트(105)를 통해 고정 가능하도록 측면 하단부 양단에 고정용 볼트홀(153)이 더 구비된다.On the other hand, the insulator 150 is formed of an insulating material, the upper rod fixing fixing hole 151 for fixing the core rod 120 is formed in the upper end, the center portion is formed in an empty cylindrical shape, the lead terminal 121 It is inserted into the inside through the mandrel fixing hole 151 to ensure the insulation distance between the lead terminal 121 and the discharge pipe (110). Here, the insulator 150 is further provided with fixing bolt holes 153 at both ends of the lower side of the side to be fixed to the mandrel holder 160 through the fixing bolt 105.
그리고, 심봉 홀더(160)는 스테인레스로 형성되고, 내부에 절연체(150)와 대응되는 크기의 절연체 고정용 관통홀(161)이 형성되며, 하단부 외주연에 심봉 홀더용 볼트홈(163)이 형성되어, 절연체(150)를 절연체 고정용 관통홀(161)에 삽입시킨 상태에서 방류관용 볼트홈(111)과 심봉 홀더용 볼트홈(163)을 결합시켜 고정된다. 또한 심봉 홀더(160)는 측면 중앙부 양단에 병렬 추가 접지극용 볼트홀(165)이 형성되고, 병렬 추가 접지극용 볼트홀(165)의 저면에는 고정 볼트(105)의 체결이 가능하도록 절연체(150)의 고정용 볼트홀(153)과 대응 위치에 이와 동일한 형상의 고정용 볼트홀(167)을 구비한다. 여기에서 또 심봉 홀더(160)는 전력용 기능성 접지극(100)만으로 원하는 접지 저항을 얻기 곤란한 경우 도 6에 도시된 바와 같이 측면 중앙부 양단에 병렬 추가 접지극용 볼트홀(165)에 병렬 추가 접지극(101)을 연결시킨다. 여기에서 또한 절연체(150)를 절연재로 형성하는 이유는, 서지 침입시 방전 전극(130)까지 이상 전압이 도달하기 전에 사전 방류되는 것을 방지하기 위한 것인데, 심봉(120)의 리드 단자(121)를 통해 유입된 서지는 단시간 내 매우 큰 피크치까지 도달한다. 이는 방전 전극(130)에 이르기 전에 심봉(120)의 리드 단자(121) 및 방류관(110) 사이에서 연면 방전을 발생시켜 토양을 화학적으로 경년 열화시킴은 물론, 전력용 기능성 접지극(100)의 정상적인 동작에 장애를 유발시킬 수 있다. 그리하여 방전이 방류관(110)의 내부에서만 발생하도록 하기 위해 적절한 연면 거리를 확보하여야 하며, 이를 위해 리드 단자(121) 및 방류관(110) 사이에 절연체를 삽입한다.In addition, the mandrel holder 160 is made of stainless steel, and an insulator fixing through hole 161 having a size corresponding to the insulator 150 is formed therein, and a mandrel holder bolt groove 163 is formed at the outer periphery of the lower end. In the state in which the insulator 150 is inserted into the insulator fixing through hole 161, the insulator 150 is fixed by coupling the bolt groove 111 for the discharge pipe and the bolt groove 163 for the mandrel holder. In addition, the mandrel holder 160 has a parallel additional ground electrode bolt hole 165 formed at both ends of a central side thereof, and an insulator 150 can be fastened to a bottom surface of the parallel additional ground electrode bolt hole 165. A fixing bolt hole 167 having the same shape as that of the fixing bolt hole 153 is provided. Here, when the mandrel holder 160 is difficult to obtain a desired ground resistance only by the functional grounding electrode 100 for power, as shown in FIG. 6, the additional grounding electrode 101 may be parallel to the bolt hole 165 for the parallel grounding electrode at both ends of the side center portion. ). The reason why the insulator 150 is formed of an insulating material is to prevent the discharge of the insulator 150 before the abnormal voltage reaches the discharge electrode 130 during surge intrusion. The surge introduced through reaches a very large peak in a short time. This causes creepage discharge between the lead terminal 121 of the mandrel 120 and the discharge pipe 110 before reaching the discharge electrode 130, thereby chemically deteriorating the soil over time, and of the functional ground electrode 100 for power. It may interfere with normal operation. Thus, an appropriate creepage distance must be ensured so that discharge occurs only in the discharge pipe 110, and an insulator is inserted between the lead terminal 121 and the discharge pipe 110.
또한, 접지극 첨단(170)은 스테인레스로 형성되고, 상단부에서는 방류관(110)과 동일한 두께를 가지고, 하단부에서는 쐐기형으로 형성되며, 상단면의 중앙부에서 수직 하방향으로 심봉용 볼트홈(123)과 결합 가능하도록 이와 대응되는 크기의 접지극 첨단용 볼트홀(171)이 형성된다. 또 접지극 첨단(170)은 상단부 외주연에 방류관(110)의 하단에 형성된 방류관용 볼트홈(111)과 결합 가능하도록 접지극 첨단용 볼트홈(173)이 형성되어 방류관(110)에 고정 설치된다. 여기에서 접지극 첨단(170)은 방류관(110) 내부에 침입한 수분을 지중으로 배수하고, 방전 발생시 발생한 압력을 외부로 방출시키도록 접지극 첨단용 볼트홀(171)과 접지극 첨단용 볼트홈(173) 사이에서 수직하방향으로 적어도 하나 이상의 배수 및 방압홀(175)이 형성된다. 여기에서 또한 접지극 첨단(170)은 전력용 기능성 접지극(100)만으로 원하는 접지 저항을 얻기 곤란한 경우, 도 5에 도시된 바와 같이 직렬 추가 접지극(103)의 연결이 가능하도록 저면 중앙에서 상단부 방향으로 직렬 추가 접지극(103)을 압입 고정할 수 있는 고정홈(177)이 형성되고, 추가적인 직렬 추가 접지극(103)의 접속이 필요하지 않을 경우에는 고정홈(177)에 끝이 뾰족한 형태의 심(도시 생략)을 박음으로써 심타가 용이하도록 한다.In addition, the ground electrode tip 170 is made of stainless, has the same thickness as the discharge pipe 110 in the upper end, is formed in a wedge shape in the lower end, the mandrel bolt groove 123 in the vertical downward direction in the center of the upper surface A ground hole tip bolt hole 171 of a size corresponding thereto is formed to be coupled with the ground electrode. In addition, the grounding electrode tip 170 is fixed to the discharge pipe 110 is formed by the grounding pole tip bolt groove 173 is formed to be coupled to the discharge groove bolt groove 111 formed on the lower end of the discharge pipe 110 on the outer periphery of the upper end portion do. Here, the ground electrode tip 170 drains the moisture penetrating into the discharge pipe 110 into the ground and discharges the pressure generated when the discharge occurs to the outside, so that the ground electrode tip bolt hole 171 and the ground electrode tip bolt groove 173. At least one drain and the pressure discharge hole 175 is formed in the vertical downward direction. Here, when the ground electrode tip 170 is difficult to obtain the desired ground resistance only with the power functional ground electrode 100, the series in the direction from the bottom center to the upper portion in order to enable the connection of the series additional ground electrode 103 as shown in FIG. A fixing groove 177 may be formed to press-fit the additional ground electrode 103, and when the additional series ground electrode 103 is not required to be connected, a shim having a pointed shape in the fixing groove 177 (not shown) Putting a) to make the heart easier.
이하 본 발명에 따른 전력용 기능성 접지극의 동작을 도 4 내지 도 8d를 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the operation of the power functional ground electrode according to the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 4 to 8D.
도 7a는 접지극의 동작을 유발하는 서지의 기본 파형을 나타낸 파형도이고, 도 7b는 도 7a의 파두장까지의 확대 파형을 나타낸 파형도이며, 도 7b는 접지극에 서지침입시 대지전위 상승 개념도이고, 도 8a는 전력용 기능성 접지극에 인가한 전류 파형을 도시한 파형도이며, 도 8b 및 도 8c는 전력용 기능성 접지극에 서지가 유입된 지점(리드 단자)에서 측정한 전압 파형을 도시한 파형도이고, 도 8d는 서지가 유입하여 방전이 발생했을 때 방전전극의 직하에서 측정한 전류 파형을 나타낸 파형도이다.FIG. 7A is a waveform diagram illustrating a basic waveform of a surge causing an operation of a ground electrode, and FIG. 7B is a waveform diagram showing an enlarged waveform up to the head of FIG. 7A, and FIG. 8A is a waveform diagram showing a current waveform applied to a power functional ground electrode, and FIGS. 8B and 8C are waveform diagrams showing voltage waveforms measured at a point (lead terminal) where surge is introduced into the power functional ground electrode. 8D is a waveform diagram showing a current waveform measured directly under the discharge electrode when a surge flows in and discharge occurs.
먼저 계통이 정상 운전되고 있는 상태에서 계통의 중성점에 잔류하는 전압은 신속히 제거되어야 하며, 이는 전력용 기능성 접지극(100)의 접지 저항에 밀접히 관련된다. 즉, 중성점 잔류 전압의 원활한 제거를 위해 접지 저항은 낮을수록 바람직하며, 전력용 기능성 접지극(100)을 지중에 매설할 경우 아래의 수학식 1에 따라 접지 저항이 감소된다.First, the voltage remaining at the neutral point of the system while the system is in normal operation should be quickly removed, which is closely related to the ground resistance of the functional ground electrode 100 for power. That is, the lower the ground resistance is, the more preferable it is for smooth removal of the neutral residual voltage, and when the power functional ground electrode 100 is buried in the ground, the ground resistance is reduced according to Equation 1 below.
여기에서 R은 접지 저항, ρ는 대지 고유 저항, l은 접지극의 길이, r은 접지극의 반경이다.Where R is the ground resistance, ρ is the earth resistivity, l is the length of the ground electrode, and r is the radius of the ground electrode.
또한 우리나라와 같이 중성점 직접접지방식을 채용하고 있는 환경에서 계통에 이상 발생시, 선로상의 설비보호를 위해 계통과 연계되어 동작하는 보호 계전기를 신속히 동작시켜야 하며, 이 보호 계전기의 동작 성능은 고장전류의 크기에 의해서도 결정되므로 이 경우도 상기의 수학식 1에 따라 결정되는 접지 저항의 값이 낮을수록 보호성능이 향상된다. 본 발명에 의한 전력용 기능성 접지극은 대지와의 접촉면적을 수배 이상 증가시킴으로써 중성점 잔류전압의 신속한 처리는 물론 보호계전기의 확실한 동작을 보장할 수 있다.In addition, in case of an abnormality in the system in which the neutral point grounding method is adopted as in Korea, the protection relay that operates in conjunction with the system should be operated quickly to protect the facilities on the line. In this case, the lower the value of the ground resistance determined according to Equation 1, the better the protection performance. The functional grounding electrode for power according to the present invention increases the contact area with the earth by several times or more, thereby ensuring the rapid operation of the neutral residual voltage as well as the reliable operation of the protective relay.
한편 계통에 뇌서지나 개폐서지와 같은 이상 전압이 유입되는 경우에도 계통으로부터의 신속한 제거가 요구되며, 이 때 전력용 기능성 접지극(100)으로 유입되는 서지는 전력용 기능성 접지극 내부에서의 진행특성을 파악하여 이용함으로써 소호가 가능하다.On the other hand, even when an abnormal voltage such as a surge or opening / closing surge is introduced into the system, a rapid removal from the system is required. At this time, the surge flowing into the power functional ground electrode 100 may indicate a progress characteristic inside the power functional ground electrode. Loose is possible by grasping and using.
즉, 서지에 비해 상대적으로 낮은 주파수인 60㎐의 상태에서 이보다 크기가 작은 고조파 성분만이 고려되었던 정상 상태하에서는 접지저항값만으로 중성점 잔류 전압의 처리능력이 결정되었으나, 서지와 같은 이상 전압 침입의 경우는 방전을 유발하는 전압의 크기를 어느 정도로 낮추는지에 따라 서지의 소호능력이 결정된다. 즉, 그 크기가 매우 크고, 매우 짧은 시간에 매우 높은 피크치에 이른다는 특징으로부터 이 값들을 알면 거꾸로 방전이 발생할 수 있는 전위차를 발생시킬 수 있는 동일극성의 두 점간의 거리를 역산할 수 있다.In other words, in the normal state where only smaller harmonic components were considered in the state of 60 kHz, which is relatively low frequency compared to the surge, the neutral residual voltage was determined only by the ground resistance value. The arc extruding ability of the surge is determined by how much the magnitude of the voltage causing the discharge is reduced. In other words, knowing these values from the fact that the size is very large and reaches a very high peak value in a very short time, it is possible to invert the distance between two points of the same polarity which can generate a potential difference in which a discharge can be reversed.
이에 대한 이해를 돕기 위해 서지에 대한 전력용 기능성 접지극의 동작 원리를 도 7a 내지 7c를 참고로 하여 설명한다. In order to help understand this, the operation principle of the power grounding electrode for surges will be described with reference to FIGS. 7A to 7C.
계통에 접속된 전력용 기능성 접지극(100)에 도 7a와 같은 파형을 지닌 서지가 침입하면, 인하 도선을 따라 리드 단자(121)에 이르면서 대지전위가 상승하기 시작한다. 이 대지전위의 상승은 도 7c와 같이 전력용 기능성 접지극(100)(그림의 A)이 매설된 부위에서 최대가 되고, 전력용 기능성 접지극(100)으로부터의 거리에 지수함수적으로 반비례하여 감소하는 형태를 나타낸다. 만일 전력용 기능성 접지극이 서지에 대해 내부 방전을 발생하지 않는 상태에서는 전력용 기능성 접지극과 S 만큼 이격된 타 접지극(그림의 B)에는 동도에 도시된 바와 같은 ΔV만큼의 전위가 상승한다. 그러나 전력용 기능성 접지극의 내부에서 방전이 발생하면 전력용 기능성 접지극이 매설된 지점의 전위가 급감하며, 이에 따라 타 접지극에 인가되는 전위도 감소한다.When a surge having a waveform as shown in FIG. 7A invades the functional grounding electrode 100 for power connected to the system, the ground potential starts to rise as the lead terminal 121 is reached along the lower lead. The increase in the ground potential is maximized at the site where the power functional ground electrode 100 (A in the figure) is embedded, as shown in FIG. 7C, and decreases exponentially inversely proportional to the distance from the power functional ground electrode 100. It shows form. If the power functional earth electrode does not generate an internal discharge to the surge, the potential rises by ΔV as shown in the same diagram to the other ground electrode (B in the figure) spaced apart from the power functional earth electrode by S. However, when discharge occurs inside the power functional ground electrode, the potential at the point where the power functional ground electrode is embedded decreases rapidly, and thus the potential applied to the other ground electrode is also reduced.
전력용 기능성 접지극에 서지가 침입하면, 리드 단자(121)를 통과하여 심봉(120)의 방전 전극(130)과 이에 대응된 3극 방전 전극용 홀(113)에 이르고, 이 주위에는 서지의 급준도에 따라 극심한 불평등전계가 형성되어 이 값이 공기의 절연파괴전압으로 간주되는 30㎸/㎝을 초과하게 되면 내부 방전이 발생하게 된다.When a surge intrudes into the functional ground electrode for power, it passes through the lead terminal 121 to reach the discharge electrode 130 of the mandrel 120 and the corresponding three-pole discharge electrode hole 113, and the surge level around the surge electrode. According to the drawing, when an extreme inequality is formed and this value exceeds 30 kV / cm, which is regarded as the dielectric breakdown voltage of air, internal discharge occurs.
도 7b에 도시된 바와 같이, 서지의 파두장(T f ) 및 파미장(T t )은 매우 짧으며, 우리나라는 전압의 경우 보통 1.2×50㎲의 값을 사용한다. 즉 우리나라의 뇌격 전압의 경우, 파고치인 1억∼10억V까지 상승하는데 요하는 시간이 1.2㎲ 정도이다.As shown in FIG. 7B, the wave length ( T f ) and wave length ( T t ) of the surge are very short, and in Korea, a voltage of 1.2 × 50 μs is usually used. In other words, in the case of the lightning voltage in Korea, the time required to rise to a peak value of 100 million to 1 billion V is about 1.2㎲.
서지는 유전체로 피복되지 않은 나선에서는 빛의 속도인 3×508㎧로 이동하므로, 피크치까지의 1.2㎲동안 서지전압이 이동하는 거리는 근사적으로 360m에 이르게 된다. 즉, 서지전압은 360m의 나선에 있어 한쪽 끝은 피크치가 걸려 있는 반면, 다른 한쪽 끝은 0V의 전압이 1.2㎲라는 시간 내에 걸려 있게 된다.Since the surge moves to 3 × 50 8 kHz, which is the speed of light in the spiral, which is not covered with dielectric, the distance that surge voltage travels during the 1.2 ㎲ to the peak reaches approximately 360 m. That is, the surge voltage is in the spiral of 360m so that one end has a peak value, while the other end has a voltage of 1.2V at 0V.
이 때, 나선의 각 지점 간에는 서로 다른 전위가 분포하게 되며, 그래서 서지가 진행하는 동안 서로 동일 나선의 다른 두 점간에는 전위차가 발생하게 된다. 이 전위차는 일반적인 기중 절연 파괴 강도로 간주되는 ㎜당 3㎸dc를 초과할 경우, 방전이 발생하게 된다.At this time, different potentials are distributed between each point of the spiral, so that a potential difference occurs between two different points of the same spiral while the surge is in progress. If this potential difference exceeds 3 kW dc per mm, which is regarded as the general air dielectric breakdown strength, discharge occurs.
이 방전 개시 전압을 결정하는 파라미터로는 기중의 습도, 온도 및 사용된 전극의 종류 등 여러 가지가 있으나, 일반적으로 지중에서는 수분 및 각종 이온성 물질의 존재에 의해 방전이 보다 쉽게 발생할 여러 조건이 충족되므로, 이론적인 조건보다 낮은 전압에서 방전이 발생하게 되겠지만, 실제로 문제가 되는 것은 파고치가 뇌서지인 1억V 중, 1㎜ 이격된 구 대 구 간극에 3㎸의 전압이 걸리기 위한 두 지점까지의 거리이다. 계산상으로 이 거리는 1.08㎝에 불과하지만, 실제로 이 정도의 거리에서는 실험상 방전을 발생시키기 곤란하다.There are various parameters that determine the discharge start voltage, such as the humidity in the air, the temperature, and the type of the electrode used. However, in general, various conditions in which the discharge is more easily caused by the presence of moisture and various ionic materials are satisfied. Therefore, the discharge will occur at a voltage lower than the theoretical condition, but the problem is that of the 100 million volts of the surge, up to two points to apply a voltage of 3 에 to the sphere of the spheres spaced 1 mm apart. Distance. In calculation, this distance is only 1.08 cm, but it is difficult to generate an experimental discharge at this distance.
따라서 전력용 기능성 접지극의 임피던스는 거의 변화시키지 않으면서 급준 서지에 대해 항상 방전을 발생시킬 수 있는 또 다른 처리가 필요하며, 이를 위해 본 발명에 따른 전력용 기능성 접지극(100)에는 심봉(120)의 두께를 하단부의 굵기를 상단부의 굵기보다 약간 가늘게 하고, 그 부위에 유전체(140)를 부착시켰다. 이와 같은 처리는 이종매질을 통과하는 서지의 반사파 발생 및 전압과 주파수에 의해 결정되는 표피효과를 극대화하는 것으로 심봉(120)을 거쳐 유전체(140)에 이른 서지는 유전체(140)에 의해 서지의 진행속도가 아래의 수학식 2와 같이 유전체가 지닌 유전율의 제곱근에 반비례하여 지연되어 방전 전극(130)과 방류관(110) 간의 전위차를 증가시키고 이종 매질을 통과할 때 발생하는 반사파와 감소된 심봉(120)의 하단부의 직경에서 수학식 3과 같은 고주파성 서지의 표피 효과가 전위의 동반 상승 작용을 일으켜, 방전 전극(130)과 방류관(110) 간의 전위차는 더욱 증가하게 된다. 이 값이 전력용 기능성 접지극(100)의 내부 절연 매질의 절연 파괴 강도를 초과하는 순간 내부 방전이 발생한다. 이 전력용 기능성 접지극(100)의 내부 방전은 나선형으로 부착된 각각의 방전 전극(130)을 따라 연속적으로 발생하여, 서지 에너지를 빛, 열 및 소리 에너지로 변환시키며, 이 에너지에 상당하는 만큼 대지전위의 상승이 억제된다.Therefore, another process capable of always generating a discharge for a steep surge is required without almost changing the impedance of the power functional ground electrode. For this purpose, the power functional ground electrode 100 according to the present invention has a core 120. The thickness of the lower portion was slightly thinner than that of the upper portion, and the dielectric 140 was attached to the portion. This process maximizes the reflection effect of the surge passing through the heterogeneous medium and the skin effect determined by the voltage and frequency. The surge reaching the dielectric 140 through the mandrel 120 is transmitted by the dielectric 140. The velocity is delayed in inverse proportion to the square root of the dielectric constant of the dielectric as shown in Equation 2 below to increase the potential difference between the discharge electrode 130 and the discharge tube 110, and to reduce the reflected wave and the reduced mandrel generated when passing through the heterogeneous medium. The epidermal effect of the high frequency surge as shown in Equation 3 in the diameter of the lower end of 120 causes a synergistic synergism of the potential, and the potential difference between the discharge electrode 130 and the discharge pipe 110 is further increased. An internal discharge occurs when this value exceeds the dielectric breakdown strength of the internal insulation medium of the power functional ground electrode 100. The internal discharge of the power functional ground electrode 100 is continuously generated along each of the discharge electrodes 130 attached in a helical manner, and converts surge energy into light, heat and sound energy, and the earth corresponds to this energy. The rise in potential is suppressed.
여기에서, l은 전류의 침투 깊이, ω는 2πf로 f는 주파수[㎐], ρ는 재료의 도전율, μ는 재료의 투자율이다.Here, l is the depth of penetration of the electric current, ω is 2π f f is the frequency in [㎐], ρ is the conductivity of the material, μ is the magnetic permeability of the material.
상기와 같은 동작원리에 의해 서지 유입시 대지전위상승은 억제되며, 그 억제 정도는 전력용 기능성 접지극(100)으로 침입하는 서지의 전압이 급준할수록 또한 높을수록 우수한 효과를 나타내며, 이 효과는 도 7c에 도시된 바와 같이 접지극이 매설되는 지점에서의 설비 및 인명보호라는 관점과 직결된다.Due to the above operation principle, the earth potential rise is suppressed when the surge is introduced, and the degree of suppression is excellent as the voltage of the surge penetrating into the power functional ground electrode 100 is steeper and higher, and this effect is shown in FIG. 7C. As shown in FIG. 3, the point of view is directly connected to the facility and the protection of life at the point where the ground electrode is embedded.
이하 본 발명에 따른 전력용 기능성 접지극의 동작에 대한 이해를 돕기 위해 실험한 결과 도 8a 내지 도 8d와 같은 결과가 나타났다.Hereinafter, as a result of experiments to help understand the operation of the power functional ground electrode according to the present invention, the results shown in FIGS. 8A to 8D are shown.
실험 방법은 전력용 기능성 접지극(100)의 리드 단자(121)에 충격전류 발생장치(도시 생략)를 접속하고, 방류관(110)을 접지시켰다. 여기에서 충격전류 발생장치는 인가되는 전류 및 전압의 파형을 측정할 수 있는 계측기 내장형이다.In the test method, an impact current generator (not shown) was connected to the lead terminal 121 of the functional grounding electrode 100 for power, and the discharge pipe 110 was grounded. Here, the impact current generator is a built-in instrument that can measure the waveform of the applied current and voltage.
또한 충격전류 발생장치로 충격전류를 인가하여 전력용 기능성 접지극(100) 내부에서 방전이 발생했을 때 방전 전극(130)에서 소모되는 서지 전류의 크기를 측정하기 위해 CT(계기용 변류기)(도시 생략)를 방전 전극의 바로 아래 설치하고, CT의 출력측을 별도의 계측기(오실로스코프)(도시 생략)에 접속시켰다.In addition, to apply a shock current to the impact current generator to measure the magnitude of the surge current consumed by the discharge electrode 130 when discharge occurs inside the power functional ground electrode 100 (CT current transformer) (not shown) ) Was installed directly under the discharge electrode, and the output side of the CT was connected to a separate measuring instrument (oscilloscope) (not shown).
최초의 실험은 내부 방전 발생시와의 비교실험을 위해, 내부 방전이 발생하지 않은 경우에 대해 실험하였으며, 이를 위해 실험 전 전력용 기능성 접지극(100) 내부의 방전 전극(130)을 제거한 상태에서 충격전류를 인가하였는데, 그 결과가 도 8a, 도 8b와 같이 나타났다.For the first experiment, the experiment was performed for the case where the internal discharge did not occur. For this purpose, the impact current was removed in the state where the discharge electrode 130 inside the functional ground electrode 100 for power was removed before the experiment. Was applied, and the results are shown in FIGS. 8A and 8B.
도 8a는 전력용 기능성 접지극에 인가한 전류파형을 도시한 파형도로서, 도면상 x축과 y축은 한 눈금당 각각 5㎲ 및 10㎄를 나타내며, 도시된 바와 같이 8×20㎲의 파두, 파미장을 가진 약 25㎄ 정도의 피크치를 지닌 전류가 인가되었다.FIG. 8A is a waveform diagram showing current waveforms applied to a functional ground electrode for power, in which the x-axis and the y-axis show 5 kV and 10 kV per grid, respectively, as shown in FIG. A current with a peak value of about 25 mA with a field was applied.
도 8b는 전력용 기능성 접지극에 서지가 유입된 지점(리드 단자)에서 측정한 전압 파형을 도시한 파형도로서, x축과 y축은 한 눈금당 각각 20㎲ 및 2㎸를 나타내며, 도시된 바와 같이, 파두, 파미장이 1.2×50㎲인 약 6㎸의 전압이 측정되었다.FIG. 8B is a waveform diagram showing voltage waveforms measured at a point (lead terminal) where surge is introduced into the functional ground electrode for power, where the x-axis and the y-axis show 20 Hz and 2 Hz, respectively, as shown in FIG. The voltage of about 6 kV with 1.2, 50 kV, wave length and wave length was measured.
한편 전력용 기능성 접지극(100) 내 방전 발생시 대지전위 상승억제 효과를 알아보기 위해 방전 전극(130)을 설치하고, 동일한 조건의 충격 전류를 인가하여 전력용 기능성 접지극(100)의 내부에서 방전이 발생하도록 하였으며, 그 결과가 도 8c 및 도 8d에 나타났다.On the other hand, the discharge electrode 130 is installed in order to determine the effect of suppressing the rise of the ground potential when the discharge occurs in the power functional ground electrode 100, and a discharge occurs inside the power functional ground electrode 100 by applying a shock current under the same conditions. The results are shown in FIGS. 8C and 8D.
이 때 리드 단자(121)에서 측정된 충격전류의 파형은 전력용 기능성 접지극(100)에 방전 전극(130)을 제거했던 경우와 동일한 파형과 크기를 지닌 도 8a와 같은 동일 파형이 측정되었으므로, 생략하기로 한다. 도 8c의 x축과 y축은 한 눈금당 각각 20㎲ 및 2㎸를 나타내며, 도시된 바와 같이, 대략 1.2×40㎲의 파두, 파미장을 지닌 3.8㎸ 정도의 전압이 측정되어 방전이 발생하지 않았을 경우에 비해 전위상승이 약 1/3 정도 억제되는 것을 명확히 관찰할 수 있었다.In this case, the waveform of the impact current measured at the lead terminal 121 is omitted since the same waveform as shown in FIG. 8A having the same waveform and size as the case where the discharge electrode 130 is removed from the power functional ground electrode 100 is omitted. Let's do it. The x-axis and the y-axis of FIG. 8C represent 20 kPa and 2 kPa, respectively, as shown in FIG. 8C. As shown in FIG. Compared with the case, it was clearly observed that the potential rise was suppressed by about one third.
또한, 전력용 기능성 접지극(100) 내부에서 방전 발생시 이로 인한 인가 충격전류의 감소 정도를 관찰하기 위해 CT를 방전 전극(130)의 바로 아래 설치하고, 이 출력을 별도의 계측기로 측정하였을 때의 전류파형을 도 8d에 도시하였는데, 이 때 x축과 y축은 한 눈금당 각각 5㎲ 및 7㎄를 나타낸다. 도 8d에 도시된 바와 같이, 전력용 기능성 접지극(100)에서 내부 방전이 발생한 방전 전극(130)의 바로 아래에서는 약 5㎄ 정도의 전류만이 측정되었다. 이는 전력용 기능성 접지극(100)에 인가되었던 전류의 크기가 25㎄ 정도였음을 감안하면 약 20% 이하로 격감된 것이며, 인가된 충격전류의 약 80%가 전력용 기능성 접지극(100)의 내부 방전으로 인해 열, 빛, 소리 에너지로 변환됨을 확인하였다.In addition, in order to observe the degree of reduction of the applied impact current caused by discharge when the discharge occurs inside the power functional ground electrode 100, the current when the CT is installed directly under the discharge electrode 130 and the output is measured by a separate measuring instrument. The waveform is shown in Fig. 8D, where the x-axis and the y-axis represent 5 ms and 7 ms, respectively, per division. As shown in FIG. 8D, only about 5 mA of current was measured directly under the discharge electrode 130 in which the internal discharge occurred in the power functional ground electrode 100. This is reduced to about 20% or less considering that the magnitude of the current applied to the power functional ground electrode 100 was about 25 mA, and about 80% of the applied shock current was discharged internally of the power functional ground electrode 100. It is confirmed that the conversion into heat, light, sound energy.
본 실험에서 얻은 결과는 국내에서 발생하는 낙뢰전류의 평균값 정도인 25㎄로 실험한 결과이며, 낙뢰의 전압 크기는 1억V 이상이므로 본 실험에서는 고려되지 않았다. 만일 전압의 크기가 낙뢰에 해당하는 1억V 이상이라고 가정할 경우에는 1.2㎲ 안에 상승되는 전압이 더욱 급준할 것이므로, 본 발명에 따른 전력용 기능성 접지극(100)은 더욱 확실한 동작이 보장된다.The result obtained in this experiment is the result of experiment with 25 ㎄ which is the average value of lightning current in Korea. Since the voltage level of the lightning is more than 100 millionV, it was not considered in this experiment. If it is assumed that the magnitude of the voltage is more than 100 millionV corresponding to a lightning strike, since the voltage rising within 1.2 kW will be steep, the power functional ground electrode 100 for power according to the present invention is more surely operated.
따라서 본 발명에 따르면 정상운전시 전력계통의 중성점에 잔류하는 전압을 대지를 통해 효과적으로 제거하고, 비정상시 고장전류 차단을 위한 보호 계전기의 향상된 동작성능을 보장함은 물론, 전력계통에 각종 이상전압 침입시 서지전압·전류를 전력용 기능성 접지극 내부의 방전에 의해 효과적으로 소호시켜 접지극 주위의 대지전위 상승을 억제시키고 보폭전압을 저하시킴으로써 전력설비 및 인명을 보호한다.Therefore, according to the present invention, the voltage remaining at the neutral point of the power system can be effectively removed through the earth during normal operation, and the improved operating performance of the protection relay for breaking the fault current in case of abnormality is also guaranteed, and various abnormal voltages are invaded into the power system. The time surge voltage and current are effectively extinguished by the discharge inside the functional grounding electrode for power, thereby suppressing the rise of the ground potential around the grounding electrode and reducing the stride voltage to protect the power equipment and life.
또한 시공방법면에서도 지중매설이 비교적 용이한 심타법 및 보링공법을 이용한 시공, 접지저항을 저감시키기 위한 직, 병렬 접지극의 추가시공은 물론, 비교적 협소한 공간에도 시공이 가능하다.In addition, in terms of construction method, the construction using the core drilling method and boring method, which is easy to bury the ground, and the additional construction of the straight and parallel ground electrodes for reducing the ground resistance, as well as the construction in a relatively narrow space can be performed.
또 전극 구조에 3극 방전 전극을 도입하여 전력용 기능성 접지극에 유입된 서지를 보다 낮은 전압에서 효과적으로 처리할 수 있도록 하였으며, 이상전압이 진행파라는 특성을 이용하여 접지극 내부전극을 나선형으로 배열하고, 방압홀을 구비함으로써 접지극 내부 에너지를 적절히 분산, 방압시켜 접지극이 내부압력팽창에 의해 소손되는 것을 방지하고 배수홀을 두어 전력용 기능성 접지극 내부에 유입된 수분을 효과적으로 제거한다.In addition, the three-pole discharge electrode was introduced into the electrode structure to effectively handle surges introduced into the functional ground electrode for power at a lower voltage. By providing a pressure-discharge hole, the energy inside the ground electrode is properly distributed and discharged to prevent the ground electrode from being burned out by internal pressure expansion, and a drainage hole is provided to effectively remove moisture introduced into the functional ground electrode for power.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 전력용 기능성 접지극 및 이의 제작 방법에 의하면, 동일 극성상에서 효과적으로 방전이 발생하도록 함으로써 전력계통의 비정상적인 급준 이상 전압 침입시의 전압, 전류는 물론 전력계통의 정상 상태 하에서 3상부하의 불평형으로 인한 중성점 잔류, 전압 모두 처리하도록 함으로써 보호 계전기의 확실한 동작은 물론 가공할만한 에너지를 지닌 뇌격과 같은 이상 전압도 모두 효과적으로 처리할 수 있으므로, 전력 및 통신설비가 가설되는 모든 시설에 적용될 수 있다.As described above, according to the power functional grounding electrode and the manufacturing method thereof according to the present invention, by effectively discharging on the same polarity, under the normal state of the power system, as well as the voltage, current during abnormally steep abnormal voltage intrusion of the power system By handling both the neutral point residual and the voltage caused by the unbalance of three phase load, it can effectively handle both the abnormal operation such as the lightning strike with the processing energy as well as the reliable operation of the protective relay, so it can be applied to all facilities where power and communication facilities are installed. Can be.
도 1은 종래의 침상 접지봉의 구성을 나타낸 사시도1 is a perspective view showing the configuration of a conventional needle grounding rod
도 2는 종래의 아크유도형 침부 접지봉의 단면도Figure 2 is a cross-sectional view of the conventional arc induction needle grounding rod
도 3은 종래의 아크유도형 침부 접지봉의 분해 사시도Figure 3 is an exploded perspective view of a conventional arc induction needle grounding rod
도 4는 본 발명에 따른 전력용 기능성 접지극의 구성을 나타낸 단면도Figure 4 is a cross-sectional view showing the configuration of the functional ground electrode for power according to the present invention
도 5는 본 발명에 따른 전력용 기능성 접지극의 구성을 나타낸 분해 사시도Figure 5 is an exploded perspective view showing the configuration of the functional ground electrode for power according to the present invention
도 6은 본 발명에 따른 전력용 기능성 접지극에 병렬 추가 접지극과 직렬 추가 접지극이 부착된 모습을 나타낸 평면도6 is a plan view showing a state in which a parallel additional ground electrode and a series additional ground electrode is attached to the functional ground electrode for power according to the present invention;
도 7a는 접지극의 동작을 유발하는 서지의 기본 파형을 나타낸 파형도7A is a waveform diagram showing a basic waveform of a surge causing an operation of a ground electrode
도 7b는 도 7a의 파두장까지의 확대 파형을 나타낸 파형도FIG. 7B is a waveform diagram showing an enlarged waveform up to the head length of FIG. 7A
도 7c는 접지극에 서지침입시 대지전위 상승 개념도7c is a conceptual diagram of rising earth potential upon surge intrusion into the ground electrode
도 8a는 전력용 기능성 접지극에 인가한 전류 파형을 도시한 파형도8A is a waveform diagram showing a current waveform applied to a functional ground electrode for power
도 8b 및 도 8c는 전력용 기능성 접지극에 서지가 유입된 지점(리드 단자)에서 측정한 전압 파형을 도시한 파형도8B and 8C are waveform diagrams showing voltage waveforms measured at a point (lead terminal) where surge is introduced into the functional ground electrode for power
도 8d는 방전시 방전전극 직하에서 측정한 전류 파형을 나타낸 파형도8d is a waveform diagram showing a current waveform measured directly under a discharge electrode during discharge;
<도면중 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
110 : 방류관 113 : 3극 방전 전극용 홀110 discharge pipe 113 hole for three-pole discharge electrode
120 : 심봉 130 : 방전 전극120: mandrel 130: discharge electrode
140 : 유전체 150 : 절연체140: dielectric 150: insulator
160 : 심봉 홀더 170 : 접지극 첨단160: mandrel holder 170: ground electrode tip
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| KR101228413B1 (en) * | 2012-06-18 | 2013-01-31 | 주식회사 대농엔지니어링 | An earth bar |
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| JP2005183385A (en) | 2005-07-07 |
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