KR100930120B1 - 접지저항 저감제 조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 접지저항 저감능력이 우수한 접지저항 저감제 조성물에 관한 것이다. 상기 접지저항 저감제 조성물은, 친환경 원료인 천연광물계 재료를 사용함으로써 토양과의 친화력이 우수하고 토양 및 수질오염의 우려가 없으며, 내구성이 우수하며, 뛰어난 접지성능을 장기간 유지하므로 안정적이고 우수한 품질을 제공한다. 또한, 저렴한 가격으로 생산되므로 경제적이며, 물과 혼합하는 몰탈화는 물론 건조분 상태에서도 작업이 용이하고 간편하여 작업능률도 크게 향상시킨다.

접지, 저항, 코크스, 친환경

Description

접지저항 저감제 조성물{Composition for Earth Resistance Lowering Agent}

본 발명은 접지저항 저감능력이 우수한 접지저항 저감제 조성물에 관한 것이다.

접지(Earth Ground)란 시설물과 대지간의 전위차 감소를 위한 전기적인 접속행위로서 궁극적으로는 시설물과 대지간의 “0”전위화(電位化)를 실현하여 외계(外界)의 과도(過度)한 전·자기적(電磁氣的)영향으로 부터 피해를 최소화하고 각종장비의 신호용도로 사용하기 위한 매우 중요한 시설이다. 이러한 접지는 인명 및 시설물 보호, 안정적인 서지(Surge)방전로 제공, 각종 전자파에 의한 고주파 전위 영향 제거, 대지에 대한 회로 기준전위의 안정화를 도모하는데 그 목적이 있으며, 그 종류로는 전력, 피뢰, 통신접지를 들 수 있으며, 시설방법에는 직접 방식, 저항 방식, 소호리액터 방식 등이 있다.

접지시공의 결과로 생성되는 임피던스를 『접지저항』이라고 하며, 이는 접지도체의 『전기저항(자체 임피던스)』, 접지도체와 대지접촉면의 『접촉저항』, 대지간 전류의 확산경로인 『대지고유저항』의 벡터(Vector)의 합으로 표시되며, 이때 가장 중요한 인자는 대지의 고유저항이다.

접지공사용 자재로는 구리동 계열의 봉, 관, 선재 등이 사용되며, 대지고유저항 향상을 위하여 도전성(導電成) 시멘트인 접지저항 저감제와 병행하여 사용하는 것이 현재의 추세이다.

접지시공에 사용되는 접지저항 저감제는 전기 전도도가 우수하여야 하며, 토양과 일체화 되어야 하고, 접지극 자체의 부식 및 전식을 방지할 수 있어야 한다. 특히, 근래에는 환경에 악영향을 미치지 아니하는 친환경적인 소재로 구성되는 접지저항 저감제에 대한 요구가 증가하고 있다.

일반적으로 사용되고 있는 시멘트를 주원료로 사용하는 화학저감제는, 시공 초기에 원하는 접지저항값을 용이하게 얻을 수 있는 장점이 있으나, 일정시간이 경과되면 건조수축과 경화시 발생하는 수화열에 의한 인장응력으로 인하여 균열이 발생되며, 이러한 균열에 의해 누수 및 염분침투에 의한 접지극의 부식 등이 진행되어 접지값을 상승시킨다. 더 나아가서 시간이 경과함에 따라 견고하게 경화되면서 모르타르에 함유되어 있던 수분의 증발에 의해 수화과정에서 생성된 시멘트겔의 체적이 감소하게 되는데, 이러한 체적의 감소로 인하여 미세한 간극이 형성된다. 그리고 이러한 간극은 전류의 흐름을 차단시켜 낙뢰 등의 이상전류가 주변의 토양으로 신속하게 흡수되지 못하게 하는 치명적인 문제를 야기한다.

최근에는 수분 흡습율이 일반 토양보다 우수한 제올라이트(zeolite) 등의 수분 흡착성 천연광물을 사용하여 접지저항 저감제 조성물을 제조하여 접지에 사용하는 기술도 개시되고 있다. 예컨대, 대한민국특허등록 제 10-0347016호는 제올라이트, 페놀수지 발포체, 황산구리수용액, 알긴산소다, 염화칼슘 및 메틸셀룰로오스를 포함하는 접지저항 저감제를 개시하고 있다. 그러나, 상기 접지저항 저감제는 산업폐기물인 제올라이트 및 페놀수지 발포체를 포함하고 있어 상기 접지저항 저감제가 유실되는 경우 환경오염을 유발시키는 단점이 있다. 또한, 대한민국특허등록 제 10-0391159호는 제올라이트, 흡습성 폴리머, 탄소섬유, 결합제, 고유동화제, 응결조절제를 포함하는 접지저항 저감제를 개시하고 있으나, 탄소섬유 등을 포함하여 친환경성이 부족하고, 결합제로 사용되는 시멘트의 경화로 인하여 접지전극 주변의 수분유지가 잘 이루어지지 않아 접지저항 저감능력이 감소되는 단점이 있다.

본 발명은, 종래기술의 상기와 같은 문제를 해결하기 위한 것으로서,

첫째, 천연광물계 재료를 사용함으로써 토양과 친화력에 의한 기계적 결합이 우수하고, 투수율이 우수한 세립자 구조로 되어있어 토양 및 수질오염의 우려가 전혀 없는 친환경 접지저항 저감제 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.

둘째, 내구성이 우수하고 뛰어난 접지성능이 장기간 유지되며, 물과 혼합하는 몰탈화는 물론 건조분 상태에서도 작업이 용이하고 간편한 접지저항 저감제 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.

셋째, 구성물질이 수분과 반응하여 용이하게 알칼리화 되고, 특이한 공극구조로 인해 우수한 유효공극율 및 함수율을 가지므로 장기간의 안정적인 접지저항 유지가 가능하여, 양이온 치환 같은 토양의 일시적인 성질변화에 전적으로 의존하는 화학저감제나 탄소섬유등의 인공첨가 성분이 함유된 여타의 저감제와는 차원이 다른 접지저항 저감제 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은, 조성물 총 중량에 대하여, 코크스 27~37중량%, 무연탄 분탄 12~32중량%, 흑연 9~25중량% 및 포트랜드 시멘트 15~30중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 접지저항 저감제 조성물을 제공한다.

본 발명의 접지저항 저감제 조성물은, 친환경 원료인 천연광물계 재료를 사용함으로써 토양과의 친화력에 의한 기계적 결합이 우수하고, 토양 및 수질오염의 우려가 없으며, 내구성이 우수하고 뛰어난 접지성능을 장기간 유지하므로 안정적이고 우수한 품질을 제공한다. 또한, 저렴한 가격으로 생산되므로 경제적이며, 물과 혼합하는 몰탈화는 물론 건조분 상태에서도 작업이 용이하고 간편하여 작업능률도 크게 향상시키는 효과를 제공한다.

본 발명은, 조성물 총 중량에 대하여, 코크스 27~37중량%, 무연탄 분탄 12~32중량%, 흑연 9~25중량% 및 포트랜드 시멘트 15~30중량%를 포함하는 접지저항 저감제 조성물에 관한 것이다.

본 발명의 조성물에 포함되는 코크스는 탄소와, 회분, 그리고 휘발분등의 기타성분을 보유하고 있는 다공질 고체로서 구조 내에 다수의 기공(pore)과 채널(channel)을 갖는다. 코크스는 전기전도체일 뿐만 아니라, 시공된 상태에서는 기공에 수분이 흡수되므로 대지와 접지전극 사이의 접지저항을 크게 저감시킨다.

상기 코크스는 입도가 0.01 mm ~ 3 mm인 것이 바람직하다. 입도가 상기의 범위 내인 경우, 코크스의 기공에 의한 효과, 작업성 향상, 접지저항 저감제의 강도 향상 등의 목적이 달성될 수 있다.

상기 코크스는 조성물 총 중량에 대하여 27~37중량%로 포함되는 것이 바람직 하며, 27중량% 미만으로 포함되면 수분 흡수에 의한 접지저항 저감 효과가 미흡하게 되며, 37중량%를 초과하여 포함되면 접지저항 저감제의 강도가 저하되며, 너무 많은 수분이 흡수되어 탄소재료의 변성이 유발될 염려가 있다.

본 발명의 조성물에 포함되는 무연탄 분탄은 전기전도성을 갖는 물질로서 코크스에 비하여 비중이 큰 특성을 갖는다. 따라서, 접지저항 저감제 전체의 비중을 적절히 조정하는 역할을 한다. 상기 무연탄 분탄은 이 분야에서 알려진 방법으로 가공한 것을 사용할 수도 있다.

상기 무연탄 분탄은 입도가 0.01 mm ~ 3 mm인 것이 바람직하다. 입도가 상기의 범위 내인 경우, 흑연과 충분한 입도 차이를 가질 수 있으며, 그에 따라, 접지저항 저감제의 전기전도도 향상, 작업성 향상 및 접지저항 저감제의 강도 향상 등의 목적이 달성될 수 있다.

상기 무연탄 분탄은 조성물 총 중량에 대하여 12~32중량%로 포함되는 것이 바람직하며, 12중량% 미만으로 포함되면 접지저항 저감제의 비중이 낮아 시공시 작업성이 저하되며, 32중량%를 초과하여 포함되면 접지저항 저감제의 전기전도도 및 강도가 저하될 수 있다.

본 발명의 조성물에 포함되는 흑연은 자체 저항이 작아서 전기전도도가 우수한 물질로서 코크스 및 무연탄 분탄 사이의 공극을 채우며, 접지저항 저감제의 전기전도도를 향상시킨다. 즉, 흑연은 그 자체로서 전기전도도가 우수할 뿐만 아니 라, 코크스의 공극에 흡수된 수분을 흡착하여 수분이 접지저항 저감제 전체에 분포하게 하므로 전기전도도를 더욱 향상시키는 효과를 제공한다. 또한, 상기 흑연은 물과 혼합하여 양생할 때, 몰탈화 작업성을 좋게 하는 특성을 갖는다.

상기 흑연은 입도가 70 mesh ~ 130 mesh인 것이 바람직하다. 입도가 상기의 범위 내인 경우, 코크스 및 무연탄 분탄 사이의 공극을 채우기에 적합하고, 그에 따라 접지저항 저감제의 전기전도도 향상 및 작업성 향상 등의 목적이 달성될 수 있다.

상기 흑연은 조성물 총 중량에 대하여 9~25중량%로 포함되는 것이 바람직하며, 9중량% 미만으로 포함되면 접지저항 저감제의 전기전도도가 저하되며, 25중량%를 초과하여 포함되면 접지저항 저감제의 강도가 저하되는 문제가 발생할 수 있다.

본 발명의 조성물에 포함되는 포트랜드 시멘트는 특별한 제한 없이 이 분야에서 통상적으로 사용되는 것을 사용할 수 있다. 구체적인 예로는 보통 포트랜드 시멘트, 조강 포트랜드 시멘트, 초조강 포트랜드, 중용열 포트랜드 시멘트, 특수 포트랜드 시멘트 등을 들 수 있다.

상술한 포트랜드 시멘트 외에 다른 종류의 시멘트도 접지저항 저감제의 물리적 성질을 저하시키지 않는 범위에서 더 포함될 수 있다.

상기 포트랜드 시멘트는 조성물 총 중량에 대하여 15~30중량%로 포함되는 것이 바람직하며, 15중량% 미만으로 포함되면 접지저항 저감제의 강도가 저하되며, 30중량%를 초과하여 포함되면 접지저항 저감제의 전기전도가 저하되는 문제가 발생 할 수 있다.

본 발명의 접지저항 저감제 조성물은 상기에 기재된 성분 외에 이 분야에서 통상적으로 사용되는 첨가제를 더 포함할 수 있다. 이러한 첨가제로는 예컨대, 혼화제, 분산제 등을 들 수 있다.

본 발명에 포함되는 코크스, 무연탄 분탄 및 흑연은 다른 공정에서 부산물로 얻어진 것을 사용할 수도 있다. 이러한 경우 비용절감의 효과를 얻을 수 있다.

본 발명의 접지저항 저감제 조성물에 포함되는 코크스, 무연탄 분탄, 흑연 및 포트랜드 시멘트는 건식혼합하는 경우에도 접지저항을 저감시킬 수 있으며, 건식혼합 상태에서 시공한 후에 수분이 흡수되거나, 습식혼합하여 시공하는 경우에는 흡수된 물에 의해 접지저항 저감효과가 향상되기 때문에, 보관, 시공 및 작업성이 매우 우수한 특징을 갖는다.

본 발명의 접지저항 저감제 조성물은 통신, 방송, 의료, 전력, 낙뢰방지, 전기철도, 제어분야의 전주, 피뢰침, 장비, 기타설비등의 접지저항 저감제로 사용될 수 있다.

이하에서, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 그러나, 하기의 실시예는 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하기 위한 것으로서, 본 발명의 범위가 하기의 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다. 하기의 실시예는 본 발명의 범 위 내에서 당업자에 의해 적절히 수정, 변경될 수 있다.

실시예1: 접지저항 저감제 조성물의 제조

조성물 총 중량에 대하여, 입도가 약 2mm인 천연광물계 코크스 33.61중량%, 입도가 약 2mm인 천연광물계 무연탄 분탄 20.16중량%, 입도가 약100 mesh인 천연광물계 흑연 22.68중량% 및 포트랜드 시멘트 23.55중량%를 약 5분간 혼합교반하여 접지저항 저감제 조성물을 제조하였다.

실시예2: 접지저항 저감제 조성물의 제조

실시예1에서 제조된 접지저항 저감제 조성물에 물을 상기 접지저항 저감제 조성물 100중량부 대비 23중량부로 혼합하여 습식 혼합된 접지저항 저감제 조성물을 제조하였다.

비교예1: 접지저항 저감제 조성물의 제조

아스론 분말 50g을 물 25g과 혼합하고 5분간 교반하여 접지저항 저감제 조성물을 제조하였다.

시험예1.

띠접지 방식에 따라 터를 파고, 60mm 나동선을 포설하고, 상기 실시예1, 실시예2 및 비교예1의 접지저항 저감제 조성물을 각각 도포하고, 되메우기를 한 후에 저항측정기로 접지저항 저감효과를 측정하였다(도 1 참조).

시험결과, 건식혼합상태인 실시예1의 접지저항 저감제 조성물뿐만 아니라, 습식혼합상태인 실시예2의 접지저항 저감제 조성물도 종래의 화학저감제 조성물인 비교예1의 조성물보다 낮은 저항값을 나타내며, 시간경과에 따른 접지저항값도 안정적인 값을 나타냄을 확인하였다(도 2 참조).

시험예2.

실시예1 및 실시예2에서 제조된 접지저항 저감제 조성물과 시중에 유통되고 있는 제조사별 접지저항 저감제 조성물 A~E(A: 젠어스, (주)제넥스 제조; B:엠어스, (주)부영 제조; C: 엑셀어스, (주)혜성케미칼 제조; D: 산어스, (주)샨코사 제조; E: 그린어스, (주)TGO 제조)에 실시예2와 같은 비율의 물을 혼합하여 습식으로 제조된 접지저항 저감제 조성물에 대하여, 대지고유저항 654Ω·m 인 토양에서 Φ60mm 나동선 0.5m를 접지극으로 하는 접지모듈을 사용하여 접지저항을 측정하고 그 결과를 하기 표1에 나타내었다.

상기 표1에 나타낸 바와 같이, 건식혼합상태인 실시예1의 접지저항 저감제 조성물은(습식혼합상태인 실시예2의 접지저항 저감제 조성물도 마찬가지) 여타의 접지저항 저감제 조성물(A~E)보다 낮은 저항값을 나타내었고, 시간경과에 따른 접지저항값도 안정적인 값을 나타내었다.

도 1은 시험예1에서 실시된 띠접지 방식의 접지 방법을 사진으로 간략하게 나타낸 것이다.

도 2는 시험예1에서 측정된 본 발명의 실시예1의 접지저항 저감제 조성물의 접지저항 저감효과를 나타내는 그래프이다.

Claims (2)

1. 조성물 총 중량에 대하여, 코크스 27~37중량%, 무연탄 분탄 12~32중량%, 흑연 9~25중량% 및 포트랜드 시멘트 15~30중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 접지저항 저감제 조성물.
2. 청구항 1항에 있어서, 상기 코크스 및 무연탄 분탄의 입도가 0.01 mm ~ 3 mm이고, 흑연의 입도는 70~130 mesh인 것을 특징으로 하는 접지저항 저감제 조성물.

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