상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 접지장치는, 접지함 내에 방전장치가 설치되어 이루어지는 접지장치로서, 상기 방전장치가 전극판과, 상기 전극판에 연결되어 설치되는 복수개의 방전전극과, 상기 방전전극 사이에 채워지는 촉매제;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 전극판은 두개가 서로 대향하도록 설치되는 것이 바람직하며, 이 때 상기 방전전극은 서로 엇갈리게 배치되도록 상기 전극판에서 돌출되는 것이 바람직하다. 상기 두개의 전극판 사이에는 이들을 연결하는 열선이 설치되는 것이 바람직하다.
상기 방전전극은 판 형태를 하는 것이 바람직하며, 이 경우 상기 판의 옆면에는 복수개의 방전침이 돌출되도록 설치되는 것이 바람직하다. 상기 방전침은 끝이 뾰족한 형상을 하는 도전성이 좋은 금속체를 사용하는 것이 바람직하다. 상기 판에는 복수개의 관통홀이 형성되는 것이 바람직하다.
상기 방전전극은 봉 형태를 할 수도 있으며, 이 경우 상기 봉의 측면에는 복수개의 방전침이 설치되어 전체적으로 브러쉬 형태를 하는 것이 바람직하다.
상기 촉매제로는 방전이 잘 이루어지고 에너지 전환이 쉽게 이루어질 수 있는 것을 사용하는 것이 바람직하며, 예컨대 탄소, 흑연, 벤토나이트, 제오라이트, 산화아연, 비스무트(Bi), 프라세오듐(Pr), 코발트, 망간, 안티몬, 린코나이트, 탄화규소, 실리콘, 게르마늄, 아르곤가스, 황산구리용액, 수산화칼륨용액, 시멘트, 석고 또는 전해질을 주성분으로 하는 것을 사용하면 좋다.
상기 접지함은 피접지설비의 접지단자에 연결되는 MGB단자와, 상기 피접지설비에 전력을 공급하는 변압기의 접지선에 연결되는 N단자와, 상기 피접지설비에 전력을 공급하는 상기 변압기의 전력선에 연결되는 L단자를 포함하며, 이 경우 상기 방전장치는 복수개 설치되어, 상기 각 방전장치의 한쪽 전극판들은 상기 MGB단자에 연결되고, 다른 한쪽 전극판들 중의 하나는 상기 N단자에 연결되며 그 나머지는 상기 L단자에 연결되는 것이 바람직하다.
이 때, 상기 N단자와 상기 방전장치 사이 및 상기 MGB단자와 상기 방전장치 사이에는 필터가 직렬적으로 설치되는 것이 바람직하다. 상기 L단자와 상기 방전장치 사이에는 정전압소자가 직렬적으로 설치되는 것이 바람직하다. 상기 N단자와 L단자 사이에는 상기 방전장치에 대해 정전압소자가 병렬적으로 설치되는 것이 바람직하다. 상기 L단자가 복수개 설치되며 이 경우 상기 L단자들 사이에는 상기 방전장치에 대해 정전압소자가 병렬적으로 설치되는 것이 바람직하다.
이하에서, 본 발명의 바람직한 실시예들을 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 아래의 실시예들은 본 발명의 내용을 이해하기 위해 제시된 것일 뿐이며 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상 내에서 많은 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명의 권리범위가 이러한 실시예들에 한정되는 것으로 해석돼서는 안 된다.
[실시예 1]
도 2는 본 발명의 일 예에 따른 접지장치(130)를 설명하기 위한 도면이다. 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 접지장치(130)는 접지함(131) 내에 설치되는 방전장치(250)를 포함하여 이루어진다. 전기설비(131a), 전자장비(131b), 및 통신장비(131c) 등의 피접지설비로부터 발생한 이상전류는 접지단자반(140)을 거쳐 접지함(131)의 MGB(Main Ground Board)단자로 흐른다. 접지함(131)의 MGB단자는 방전장치(250)의 상부전극판(132)에 연결된다.
방전장치(250)는 서로 대향하도록 설치되는 두개의 전극판(132, 133)과, 전극판(132, 133)에서 돌출되는 복수개의 방전전극(139)과, 방전전극(139) 사이를 채우는 촉매제(137)를 포함하여 이루어진다. 방전전극(139)은 촉매제(137)와 접촉되는 면적이 넓어서 방전이 빠르게 일어나서 결국에는 방전용량이 커지도록 상부전극판(132)과 하부전극판(133)에 연결되는 것이 서로 엇갈리게 배치된다.
상부전극판(132)과 하부전극판(133) 사이에는 이들을 직렬적으로 연결하는 열선(138)이 복수개 설치되는데, 이로 인해 접지단자반(140)으로부터 유입되는 이상전류가 열에너지로 신속히 전환되어 방전이 더욱 원활히 이루어진다.
피접지설비(131a, 131b, 131c)는 분전반(120)에서 분전되어 나오는 전력을 인가받아 동작하며, 분전반(120)은 변압기(110)를 통해서 전력을 제공받는다. 변압기(110)의 접지선(N선)을 접지함(131)의 N단자를 통하여 하부전극판(133)에 연결시키면 변압기(110)의 기준전위와 피접지설비(131a, 131b, 131c)의 접지 사이에 등전위가 이루어지기 때문에 인명과 고가의 첨단장비를 안전하게 보호하고 운용할 수 있게 된다. 종래에는 도 1에 도시된 바와 같이 변압기(11)의 접지선(N선)이 피접지설비(31a, 31b, 31c)의 접지봉(30a)에 접속되지 않고 독립되어 있었기 때문에 기준전위의 변동과 전위차가 발생하여 등전위를 이룰 수 없었다.
도 3은 도 2의 방전장치(250)를 설명하기 위한 도면이다. 도 3을 참조하면, 방전전극(139)의 방전판(134)은 판 형상을 하며 촉매제(137)와 접촉되는 면적이 넓어서 방전량이 많아지도록 상부전극판(132)과 하부전극판(133)에 연결되는 것이 서로 엇갈리게 배치된다. 그리고 방전량을 더욱 증가시키기 위하여 방전판(134)의 옆 면에는 옆으로 돌출되는 방전침(135)이 설치된다. 효율적인 방전을 위해서는 방전침(135)의 끝은 뾰족한 형상을 하는 것이 바람직하다. 전극판(132, 133), 방전판(134), 방전침(135)은 동, 아연, 철, 스테인레스와 같은 금속재질로 이루어지는 것이 바람직하다.
촉매제(137)는 방전이 용이하게 이루어지도록 하기 위한 것으로서, 방전할 때 발생하는 열과 충격 등에 대해 내성을 갖는 것이 바람직하므로, 탄소, 흑연, 벤토나이트, 제오라이트, 산화아연, 비스무트, 프라세오듐, 코발트, 망간, 안티몬, 린코나이트, 탄화규소, 실리콘, 게르마늄, 아르곤가스, 황산구리용액, 수산화칼륨용액, 전해질, 또는 시멘트를 주성분으로 하여 이루어지는 것이 바람직하다.
방전판(134)에는 방전판(134)을 사이에 두고 촉매제(137)의 유동이 원활하게 이루어지도록 복수개의 관통홀(136)이 형성되는 것이 바람직하다. 관통홀(136)의 존재로 인하여 방전침(135)에 전하가 더욱 밀집하게 되어 방전이 더 용이하게 이루어진다.
열선(138)으로는 니크롬선을 사용하는 것이 좋다. 열선(138)은 방전장치(250)의 방전전류를 열에너지로 신속하게 전환시켜 접지전위를 낮추는 기능을 하며, 방전전극(139)이 갖는 커패시턴스값과 열선(138)이 갖는 리액턴스값을 조정하면 임피던스를 낮출 수 있도록 구성된다.
본 발명은 상기한 구성의 방전전극(250)을 사용함으로써 저항률이 높은 대지에서 방전이 일어나도록 하는 종래의 접지방법에 비해 효과적으로 빠르게 방전이 일어나도록 한다.
도 4는 도 3의 방전전극(139)의 다른 예를 설명하기 위한 도면이다. 방전전극은 방전이 잘 이루어지도록 촉매제(137)와의 접촉면적이 넓은 것이 바람직하므로 도 4에 도시된 바와 같이 봉 형태의 방전봉(234)의 측면에 복수개의 방전침(235)이 돌출되어 전체적으로 브러쉬 형태를 하는 방전전극(239)을 사용하여도 좋다.
[실시예 2]
도 5는 본 발명의 다른 예에 따른 접지장치(230)를 설명하기 위한 도면이다. 도 5를 참조하면, 접지장치(230)의 접지함(231) 내에는 복수개의 방전장치(250)가 설치되며, 각 방전장치(250)의 하부전극판(233)은 접지함(231)의 MGB 단자에 연결되고, 상부전극판(232) 중의 하나는 접지함(231)의 N단자에 연결되며, 상부전극판(232)의 나머지는 접지함(231)의 L단자에 연결된다.
접지함(231)의 MGB 단자는 전기설비(131a), 전자장비(131b), 통신장비(131), 및 피뢰침(150)의 접지단자반(140)에 연결된다. 접지함(231)의 N단자는 분전반(120)에 전력을 공급하는 변압기(110)의 접지선에 연결된다. 그리고 접지함(231)의 L단자는 피접지설비(131a, 131b, 131c)에 전력을 공급하는 전력선(L1, L2, L3선)에 분전반(120)을 통하여 연결된다.
MGB단자와 방전장치(250) 사이 및 N단자와 방전장치(250) 사이에는 필터로서 LC 필터(252a, 252b)가 설치되며, 이는 방전전극(139)과 열선(138)의 합성임피던스를 낮추는 기능과 변압기(110)에서 피접지설비(131a, 131b, 131c)로 유입되는 노이즈를 제거하는 기능과, 피접지설비(131a, 131b, 131c)에서 발생된 노이즈를 제거하 는 기능을 한다.
L단자와 각 방전장치(250) 사이에는 바리스터(varistor), 가스튜브, 제너다이오 등과 같은 정전압소자(253a, 253b, 253c)가 직렬적으로 설치되며, N단자와 L단자 사이 및 L1, L2, L3단자 사이에는 방전장치(250)에 대해 병렬적으로 정전압소자(255a, 255b, 255c)가 설치된다. 정전압소자(253a, 253b, 253c, 255a, 255b, 255c)는 피접지설비(131a, 131b, 131c, 150)에 유입되는 낙뢰, 서지, 정전기, 노이즈와 같은 과도 이상전압이 방전장치(250)에 의해서 방전되도록 하여 피접지설비(131a, 131b, 131c, 150)를 보호하고 또한 방전장치(250)에서 방전이 이루어질 때 장비를 보호하기 위한 것이다.
알림장치로서 발광다이오드(254a, 254b, 254c)를 N단자, L1단자, L2단자, L3단자 사이에 설치하면 방전장치(250)의 동작상태를 눈으로 확인할 수 있다. 그리고 MGB단과 방전장치(250) 사이에 계수기(counter, 251)를 설치하면 접지장치(230)에 유입된 낙뢰, 서지, 정전기, 노이즈 등의 발생횟수를 확인할 수 있다.
[비교예 1]
도 6은 종래의 접지와 본 발명에 따른 접지의 방전전류에 대한 비교실험을 설명하기 위한 도면으로서, (a)는 종래의 경우이고, (b)는 본 발명의 경우이다.
도 6의 (a)에 도시된 종래의 경우, 낙뢰서지 시뮬레이터(Lightning Surge Simulator, LSS-15AX, 300)의 COM단자에 접지전극(30a)으로부터 12m 이격된 거리에 있는 기준전극(30b)을 연결하고, HOT단자에 시험체인 접지전극(30a)에 연결을 한 다. 그리고 15㎸(1.25/50㎲)/7.5㎄(8/20㎲)의 조합파 임펄스(Combination Wave Impulse)를 인가하여 LSS-15AX(300)에 나타난 전압과 전류를 측정하였고, 오실로스코우프(Oscilloscope)를 사용하여 동작속도를 측정하였다. 접지저항 값과 대지저항률 값은 새턴(Saturn) GEO X를 이용하여 측정하였다.
도 6의 (b)에 도시된 본 발명의 경우, LSS-15AX(300)의 COM 단자는 기존접지 시험에 사용하였던 기준전극(30b)에 연결하고, HOT단자는 시험체인 본 발명에 따른 접지장치(130)의 MGB단자에 연결을 하고, 접지장치(130)의 N단자는 변압기(110)의 접지선에 연결한다. 표 1은 도 6의 비교실험 결과표이다.
[표 1]
시 험 품 |
설치수량 |
설치방법 |
접지저항 [Ω] |
인가전압 [㎸] |
출력전압 [㎸] |
방전전류 [㎄] |
전류방전 속도[㎳] |
일반접지봉(φ14x1,000) |
10 |
대지 매설 |
45 |
15 |
14.91 |
0.082 |
<20 |
일반접지봉(φ22x1,800) |
10 |
대지 매설 |
20 |
15 |
14.87 |
0.085 |
<20 |
접지동판(500X500) |
10 |
대지 매설 |
10 |
15 |
14.92 |
0.085 |
<10 |
PGS접지봉(φ54x18,000) |
1 |
대지 매설 |
5 |
15 |
14.65 |
0.091 |
<5 |
본 발명에 따른 접지장치(500X500X200)
|
1
|
지상 설치
|
대지절연
|
15
|
13.95
|
0.122
|
<0.2
|
시험조건: 온도 17℃, 습도: 54%, 시험오차: ±10% |
[비교예 2]
도 7은 종래의 접지와 본 발명에 따른 접지의 방전전류에 대한 또 다른 비교실험을 설명하기 위한 도면으로서, (a)는 종래의 경우이고, (b)는 본 발명의 경우이다. 비교예 1과의 차이는 종래의 경우에 대해서는 기준전극(30b)과 접지전극(30a)의 거리를 2m로 하였고, 본 발명에 대해서는 LSS-15AX(300)의 COM 단자를 접지장치(130)의 N단자에 연결시켰다.
시 험 품 |
설치수량 |
설치방법 |
접지저항 [Ω] |
인가전압 [㎸] |
출력전압 [㎸] |
방전전류 [㎄] |
전류방전속도[㎳] |
일반접지봉(φ14x1,000) |
10 |
대지 매설 |
45 |
15 |
14.83 |
0.122 |
<10 |
일반접지봉(φ22x1,800) |
10 |
대지 매설 |
20 |
15 |
14.81 |
0.128 |
<10 |
접지동판(500X500) |
10 |
대지 매설 |
10 |
15 |
14.68 |
0.134 |
<5 |
PGS접지봉(φ54x18,000) |
1 |
대지 매설 |
5 |
15 |
14.35 |
0.159 |
<5 |
본 발명에 따른 접지장치(500X500X200)
|
1
|
지상 설치
|
대지절연
|
15
|
13.96
|
2230
|
<0.02
|
시험조건: 온도 17℃, 습도: 54%, 시험오차: ±10% |
상술한 비교예 1 및 2에서 종래에 비해 본 발명의 접지장치를 지상에 설치한 경우가 방전전류가 더 많고 전류방전속도도 빠르다는 것을 알 수 있다.