KR101024569B1 - 등전위화 접지설비 - Google Patents

Abstract

일체방사형 접지전극을 사용하여 기초콘크리트의 방사 방향으로 등전위를 형성할 수 있고, 전기시설물이 설치되는 기초콘크리트 하부에 일체방사형 접지전극을 간단하게 결합시킬 수 있는 등전위화 접지설비가 제공된다. 등전위화 접지설비는, 수직 앵커 및 상기 수직 앵커와 연결되는 수평 앵커가 형성되어 전기 시설물을 지지하는 콘크리트 구조물; 콘크리트 구조물에 내재되어 수직 앵커 및 수평 앵커를 전도성 본딩 연결하는 전도성 본딩부; 전도성 본딩부에 의해 수평 앵커와 전도성 본딩 연결되고, 콘크리트 구조물 하부에서 외부로 돌출되어 연장되는 접지전극 체결 볼트; 및 외부로 돌출된 접지전극 체결 볼트와 체결되며, 콘크리트 구조물 주변의 전위경도를 균일하게 등전위화시키는 일체방사형 접지전극을 포함하며, 이때, 콘크리트 구조물의 하단은 콘크리트 구조물 주변의 등전위화를 위해 도전성을 갖는 철광석이 혼합된 것을 특징으로 한다.

접지설비, 등전위화, 일체방사형 접지전극, 감전, 접촉전압, 보폭전압

Description

등전위화 접지설비 {Equipotential Earthing facility}

본 발명은 등전위화 접지설비에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 모든 위치의 전위차를 동일하게 할 수 있는 등전위화 접지설비에 관한 것이다.

일반적으로, 각종의 전기전자 통신설비를 대지와 전기적으로 접속시켜 접지단자를 구성하기 위한 단자를 접지전극이라 하며, 이러한 접지전극과 대지 사이에 발생하는 접촉저항, 즉, 전기적 저항을 접지저항이라고 한다.

따라서 지락 고장전류 혹은 노이즈전류 발생시, 이러한 접지전극의 접지저항으로 인해 전위가 상승하게 되고 해당 시스템에 여러 가지 장애를 일으킨다. 그런데 접지저항을 제로(0)로 하는 것이 실제적으로 불가능하므로, 접지에 접속된 장비나 설비에 아무런 장애가 발생하지 않도록 접지 시스템을 구성하는 것이 필요하다.

이러한 접지 시스템 중에서, 메쉬접지 방식은 낮은 접지저항을 얻을 수 있는 장점이 있지만, 넓은 시공 면적이 필요하고, 시공이 어려우며, 시공비가 상대적으로 비싸며, 유지보수가 불가능하다는 단점이 있으므로, 메쉬접지 방식은 처음 시공 시에 확실하게 시공하여야 한다. 또한, 이러한 메쉬접지 방식은 발전소나 변전소 같은 곳에 시공되며, 플랜트나 공장과 같은 면적이 큰 장소에도 많이 시공되고 있다.

또한, 접지저항을 줄이는 또 다른 기술로서, 접지 공사시 접지저항 저감재 및 콘크리트 제품을 사용할 수 있으며, 이러한 접지저항 저감재에 의해 접지 효과를 증대시킬 수 있다.

통상적으로, 건물 구조물, 시설물 및 기계장치 등을 시공시에는 필수적으로 저압전로 설비의 보안용 접지공사 및 정보 통신설비의 기능용 접지공사를 해야 한다. 그런데, 인체에 전압이 인가되어 전류가 흐를 경우, 한계치를 넘으면 감전사할 수 있는 우려가 있으므로 이를 방지하기 위하여 감전보호 수단으로 접지공사를 한다. 이를 위해 시멘트와 전도성 물질이 혼합된 제품과 무기화합물을 이용한 제품이 널리 사용된다. 그러나 시멘트와 전도성 물질이 혼합된 제품은 강도가 약한 단점이 있으며, 또한, 무기화합물이 혼합된 제품은 장기간사용시 전극을 부식시킬 우려가 있는 문제점이 있다.

한편, 선행특허로서, 대한민국 특허등록번호 제10-0658213호(공고일: 2006년 12월 08일)에는 "공동주택 단지에 설치되는 전기시설물의 접지장치"라는 명칭의 발명이 개시되어 있는데, 도 1을 참조하여 구체적으로 설명하기로 한다.

도 1은 종래의 기술에 따른 공동주택 단지에 설치되는 전기시설물의 접지장치를 나타내는 도면이다.

도 1을 참조하면, 종래의 기술에 따른 공동주택 단지에 설치되는 전기시설물 의 접지장치는, 기초콘크리트(10), 접지연결부(20) 및 접지어셈블리(30)를 포함한다.

기초콘크리트(10)는, 그 상부에 전기시설물(1)이 매설된 앵커(15)에 의해 고정되고, 콘크리트로 형성된 박스체 상단 중앙에 돌출되도록 파형관(14)이 일측 벽면에서 매설되어 고정된다. 이때, 파형관(14)이 고정된 벽면의 인접 벽면 두 곳에 홈부(11)가 형성되고, 홈부(11)의 양쪽 측벽을 관통하도록 다수개의 핀볼트홀(13)이 형성되며, 홈부(11)의 일측 측벽 최상부의 핀볼트홀(13)의 위로 고정볼트홀(12)이 형성된다.

접지연결부(20)는 금속측판(21)과 접지와이어(22)로 이루어지고, 이때, 금속측판(21)은 기초콘크리트(10)의 홈부(11) 측벽에 상하단이 매설되어 고정되되, 상기 기초콘크리트(10) 홈부(11)에 형성된 핀볼트홀(13)과 고정볼트홀(12)에 맞추어 각각 볼트홀이 형성되며, 또한, 접지 와이어(22)는 양단에 연결링(23)과 고정링(24)이 형성된다. 접지와이어(22)의 연결링(23)은 금속측판(21) 상단에 고정리벳(25)으로 고정된 채로 매설되며, 접지와이어(22)의 고정링(24)은 앵커(15)에 삽입 고정된 상태로 기초콘크리트(10)에 매설되어 고정된다.

접지어셈블리(30)는 다수개의 접지바(31)가 간격유지봉(33)에 의해 일정 간격으로 중앙이 고정되되 간격유지봉(33)의 일측단이 접지바(31) 외부로 돌출되어 연장부(34)가 형성된다. 이때, 다수개의 접지바(31)와 하나의 간격유지봉(33)으로 이루어진 여러 개의 연장부(34)가 다수개의 봉홀(36)이 형성된 연결바(35)의 봉홀(36)에 각각 삽입되어 스탑링(37)으로 회전가능하게 고정된다. 또한, 접지 바(31)의 단부에 형성되는 핀홀(32)에 기초콘크리트(10)의 핀볼트홀(13)을 관통한 고정핀볼트(39)가 삽입되어 너트로 고정되고, 연결바(35)의 일측에 고정볼트홀(38)이 형성되어 접지바(31)가 위로 회전되어 홈부(11)에 수납된 상태로 고정볼트홀(12)을 관통한 고정볼트(40)에 의해 임시 고정되었다가 매설시 펼쳐져 지중에 매설된다.

선행특허에 따르면, 전기시설물이 설치되는 기초콘크리트(10)에 접지연결부(20)를 미리 매설하여 양생하고, 접지연결부(20)에 연결되도록 접지어셈블리(30)를 두어 접지가 지중을 통해 빠르게 되도록 함으로써 누전에 의한 안전사고를 줄이고, 낙뢰가 침입하였을 때 신속하게 대지로 방전시키게 한다.

선행특허에 따른 전기시설물의 접지장치에서, 접지어셈블리(30)는 지중으로 전달되는 접지전기의 효율을 크게 하기 위하여 다수개의 접지바(31)가 지중으로 펼쳐져 매설되도록 한 것으로, 평소에는 이동이 용이하게 기초콘크리트(10)의 홈부(11)에 내장하여 이동성을 증가시킨 것이다. 또한, 전기시설물(1)로부터 접지된 전기는 4개의 앵커(15)를 통하여 4개의 접지와이어(22)와 금속측판(21)을 통해 접지 어셈블리(30)로 전달되어 지중으로 분기되어 소멸된다.

그러나 선행특허에 따른 전기시설물의 접지장치는 기초콘크리트(10) 내부에 접지어셈블리(30)의 간격유지봉(33)이 형성되고 다수개의 접지바(31)와 체결되며, 또한, 금속측판(21)과 접지와이어(22)로 이루어지는 접지연결부(20)가 기초콘크리트(10) 내부에 형성되므로 그 구조가 복잡해지며, 제조가 용이하지 않다는 문제점이 있다. 또한, 선행특허에 따른 전기시설물의 접지장치는 다수개의 접지바(31)에 의해 기초콘크리트(10)의 방사방향이 아닌 양방향으로만 등전위가 이루어진다는 문제점이 있다.

전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 일체방사형 접지전극을 사용하여 콘크리트 구조물의 방사 방향으로 등전위를 형성할 수 있는 등전위화 접지설비를 제공하기 위한 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 전기시설물이 설치되는 콘크리트 구조물 하부에 일체방사형 접지전극을 간단하게 결합시킬 수 있는 등전위화 접지설비를 제공하기 위한 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 콘크리트 구조물 하단부에 철광석을 혼합시킴으로써 도전성을 향상시킴으로써 콘크리트 구조물 주변의 등전위화를 향상시킬 수 있는 등전위화 접지설비를 제공하기 위한 것이다.

전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 수단으로서, 본 발명에 따른 등전위화 접지설비는, 수직 앵커 및 상기 수직 앵커와 연결되는 수평 앵커가 형성되어 전기 시설물을 지지하는 콘크리트 구조물; 상기 콘크리트 구조물에 내재되어 상기 수직 앵커 및 상기 수평 앵커를 전도성 본딩 연결하는 전도성 본딩부; 상기 전도성 본딩 부에 의해 상기 수평 앵커와 전도성 본딩 연결되고, 상기 콘크리트 구조물 하부에서 외부로 돌출되어 연장되는 접지전극 체결 볼트; 및 상기 외부로 돌출된 접지전극 체결 볼트와 체결되며, 상기 콘크리트 구조물 주변의 전위경도를 균일하게 등전위화시키는 일체방사형 접지전극을 포함하여 구성된다.

여기서, 상기 일체방사형 접지전극은, 상기 접지전극 체결 볼트에 삽입되어 체결되는 접지전극 일체형 너트; 및 상기 접지전극 일체형 너트와 일체형으로 형성되어 상기 콘크리트 구조물의 방사 방향으로 연장된 개별 접지전극을 포함할 수 있다.

여기서, 상기 개별 접지전극은 적어도 8개 이상이 상기 접지전극 일체형 너트로부터 연장되고, 90cm 이상의 길이를 갖는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 일체방사형 접지전극을 상기 접지전극 체결 볼트에 고정시키도록 상기 접지전극 체결 볼트와 체결되는 너트를 추가로 포함할 수 있다.

여기서, 상기 일체방사형 접지전극은 지면으로부터 1m 이상의 깊이에 형성되는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 콘크리트 구조물의 하단은 상기 콘크리트 구조물 주변의 등전위화를 위해 도전성을 갖는 철광석이 혼합된 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 수직 앵커와 연결되는 수평 앵커는 상기 철광석이 혼합된 상기 콘크리트 구조물의 하단에 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 확실한 접지 시스템으로 전기기기의 차단기동작을 정확하 게 함으로써, 전기제품의 화재나 폭발의 위험성을 방지하고 대지전위 상승 억제로 접촉전압 및 보폭전압을 경감시켜 사람이나 가축에 대한 감전사고을 미연에 방지할 수 있다.

본 발명에 따르면, 전기설비 설치시 설치구조물 접지장치를 이용함으로써 별도의 배선이나 별도의 접지 설치가 불필요하여 공사비를 절감하고 공사기간을 줄일 수 있다.

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

먼저, 도 2 및 도 3을 각각 참조하여, 일반적인 접지공사의 접지시설 및 등전위화 개념을 설명한다.

도 2는 일반적인 접지공사의 접지시설(내선규정)을 설명하기 위한 도면이다.

일반적인 접지공사의 접지시설(내선규정)에 따른 철 구조물에서는, 도 2에 도시된 바와 같이, 접지전극을 철 구조물과 1m 정도 떨어진 장소에 지면 깊이 0.75m 이상 깊이 매설하도록 하고 있다. 즉, 접지전극이 매설된 장소에는 전위가 높게 나타남에 따라 접촉 또는 보폭전압에 의한 감전의 위험이 있기 때문에, 구조물과 거리를 1m 정도 떨어져 설치하도록 하고 있다. 만일 접지전극의 매설시 깊이를 고려하지 않을 경우, 접지전극으로 고장전류가 흐를 때, 전위가 높게 나타나 감전이 발생할 위험이 있다

또한, 접지전극을 연결하는 접지선에는 전선관을 사용하여 전선을 보호하도록 하고 있다. 즉, 접지전극을 연결하는 접지선에 피복이 손상시 접지전극과 같은 역할이 되어 고장전류가 흐를시 감전의 위험이 있으며, 단선으로 인한 접지전극 역할을 예방하기 위한 것이다.

한편, 도 3은 전기시설물 주변(1M 이내)의 등전위화 개념을 나타내는 도면이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 철 구조물과 접촉할 수 있는 거리는 1M 이내의 범위로 어느 한 방향으로 접촉되는 것이 아니라 다양한 방향에서 사람이 접촉할 수 있으므로, 전기시설물 주변을 등전위화하는 것은 전위분포를 고르게 전위차를 적게 하는 것이 매우 중요하다. 또한, 전위경도를 낮게 하고 거리간 전위차를 적게 함으로써, 접촉전압 및 보폭전압으로 인한 감전사고를 미연에 방지하여야 한다. 또한, 전기재해, 즉, 감전재해를 미연에 방지하기 위해서는 한 가지 보호수단의 기능 이 마비되더라도 반드시 다른 보호수단에 의해서 백업되어야 한다.

한편, 현재 우리나라의 접지설비에 대한 규정은 전압에 따른 접지 저항값으로 규정하고 있으며, 국제규격에서는 접촉전압과 보폭전압으로 규정하고 있으므로, 본 발명의 실시예는 접지저항에 대한 규정에도 만족하고, 접촉전압과 보폭전압에 대한 규정에도 만족하도록 구현된다. 예를 들면, 우리나라에서는 접촉전압에 대한 허용치를 아직 규정하고 있지 않지만, 독일은 65V, 스위스는 50V 영국은 40V 등으로 정해 놓고 있다.

국내에서의 접지설비는 발전소 및 변전소의 대규모 접지 시스템을 제외하고는 법규상으로 규제되어 있는 접지저항을 얻을 수 있는 설계 및 시공이 이루어지고 있으나, 국제규격 IEC, JEM-TR, 미국의 IEEE에서는 접지설비의 저항값을 제한하지 않고, 접촉전압이나 보폭전압 등을 안전 규제값 이하가 되도록 대지표면의 전위경도의 저감 대책을 제시하고 있다.

예를 들면, 국내기술기준에서의 접지공사별 접지저항값은 다음의 표 1과 같다.

접지공사의 종류	접지 저항치	접지공사 필요장소
제1종 접지공사	10Ω 이하	고압용 기계기구의 철대 및 금속제 외함 등
제2종 접지공사	150/IΩ	변압기 저압측의 중성점 또는 1단자
제3종 접지공사	100Ω 이하	400V 이하인 저압용 기계기구의 철대 및 금속제 외함 등
특별 제3종 접지공사	10Ω 이하	400V를 초과하는 저압용 기계기구의 철대 및 금속제 외함 등

또한, 국외 기술기준(JEM-TR)의 접촉상태에 따른 접촉전압의 기준은 다음의 표 2와 같고, 표 2는 접촉상태에 따른 접촉전압의 기준(JEM-TR 142)을 나타낸다. 이러한 JEM-TR 142에서는 환경상태에 따른 허용접촉전압이 규정 IEC 61200-413에서는 젖은 상태(제2종)와 건조 상태(제3종)로 구분하고 있다.

구 분	접촉 상태	접촉전압
제1종	인체가 대부분 물속에 있는 상태(욕조, 수영장 등)	2.5V 이하
제2종	인체가 현저히 젖어있는 상태(습기나 물기가 현저히 존재하는 장소)	25V 이하
제3종	제1, 2종 이외의 위험성이 높은 상태(건조한 장소)	50V 이하
제4종	제1, 2종 이외의 위험성이 낮은 상태(접촉할 우려가 없는 장소)	제한 없음

한편, 본 발명의 실시예로서, 국내에서 규정하고 있는 접지전극의 매설 깊이를 기준으로 하여 전기 구조물과 접지전극 형상에 따른 대지표면 주변의 전위분포를 저감시켜 인체가 전기 구조물에 접촉하였을 때, 인체에 인가되는 접촉전압 및 보폭전압을 저감시키고, 이에 따라 전기기기의 오동작 및 손상을 미연에 방지할 수 있는 접지설비를 제공한다.

이하, 도 4 내지 도 6을 참조하여, 본 발명의 제1 실시예에 따른 등전위화 접지설비를 설명한다.

도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 등전위화 접지설비를 나타내는 도면이고, 도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 등전위화 접지설비에서 콘크리트 구조물의 평면도이며, 도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 등전위화 접지설비에서 접지전극의 설치를 예시하는 도면이다.

도 4 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 등전위화 접지설비(100)는, 콘크리트 구조물(110), 앵커 및 철근(120), 접지저항 저감재(130), 수평 접지전극(140), 수직 접지전극(150), 등전위화를 위한 접지전극(160), 전기시설물 지지앵커(170) 및 볼트(145)를 포함한다.

본 발명의 제1 실시예에 따른 등전위화 접지설비(100)는, 콘크리트 구조물(110) 내부에 철근과 앵커가 매설되고, 수평 접지전극(140)과 수직 접지전극(150)을 결합하여 전기시설물 지지용 앵커(170)에 본딩한다. 또한, 접지 저항값을 낮추기 위한 접지저항 저감재(130)를 콘크리트 구조물(110) 하단부에 매설한다.

구체적으로, 콘크리트 구조물(110) 내부에 앵커 및 철근(120)을 매설하고, 설치되는 전기시설물 지지앵커(170)에 본딩하여 수평 접지전극(140)의 연결구로 수평 접지전극(140)과 결합한다. 또한, 등전위화 접지전극(160)을 길이 5mm의 볼트(145)로 수평 접지전극(140)에 결합 설치하며, 상기 콘크리트 구조물(110) 내부의 철근(120)과 수직 접지전극(150)과 결합하여 등전위화 접지 시스템을 만들고, 이때, 접지 저항값을 낮추기 위한 접지저항 저감재(130)를 타설함으로써 접지 저항값을 낮추게 된다.

예를 들면, 수평 접지전극(140)은 직경 8mm, 길이 700mm 크기의 앵커를 사용하고, 수직 접지전극(150)은 직경 8mm, 길이 500mm 크기의 앵커를 사용하며, 접지저항값을 낮추는 접지저항 저감재(130)는 모래, 시멘트, 탄소섬유, 고강도혼합재료, 팽창성 무기질계 혼합재료를 혼합한 성분의 재료를 사용하여 접지저항값을 낮추게 된다.

결국, 본 발명의 제1 실시예에 따른 등전위화 접지설비(100)는, 전기시설물을 설치하는 앵커를 콘크리트 구조물(110) 내부의 앵커 및 철근(120)에 서로 본딩하여 전기시설물 지지앵커(170)와 앵커 및 철근(120)을 일체화하고, 수직 접지전극(150)을 결합하여 보폭전압을 낮추게 된다. 또한, 콘크리트 철근(120)에 수평 접지전극(140)을 결합하여 접촉전압을 낮추고, 등전위화 접지전극(160)을 설치하여 전압의 등전위를 형성함으로써 감전사고, 전기기기의 화재나 폭발을 미연에 방지할 수 있다. 또한, 접지 저항값을 낮추기 위한 접지저항 저감재(130)를 콘크리트 구조물(110) 하단부에 매설하여 접지 저항값을 낮춤으로써 전위를 낮게 하고 위험 전압을 낮출 수 있다.

한편, 본 발명의 제2 실시예로서, 일체방사형 접지전극을 사용하여 콘크리트 구조물의 방사 방향으로 등전위를 형성할 수 있고, 전기시설물이 설치되는 콘크리트 구조물 하부에 일체방사형 접지전극을 간단하게 결합시킬 수 있는 등전위화 접지설비가 제공된다. 이하, 도 7 내지 도 10을 참조하여 본 발명의 제2 실시예에 따른 등전위화 접지설비를 설명한다.

도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 등전위화 접지설비를 나타내는 도면이고, 도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따른 등전위화 접지설비에서 콘크리트 구조물의 평면도이다.

도 7 및 도 10을 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 등전위화 접지설비(200)는, 콘크리트 구조물(210), 수직 앵커(220a), 수평 앵커(220b), 전도성 본딩부(250a, 250b, 250c), 일체방사형 접지전극(270), 접지전극 체결 볼트(280), 제1 및 제2 너트(260, 290)를 포함한다.

콘크리트 구조물(210)은 수직 앵커(220a) 및 상기 수직 앵커(220a)와 연결되는 수평 앵커(220b)가 형성되어 전기 시설물을 지지한다.

전도성 본딩부(250a, 250b, 250c)는 상기 콘크리트 구조물(210)에 내재되어 상기 수직 앵커(220a) 및 상기 수평 앵커(220b)를 전도성 본딩 연결한다.

접지전극 체결 볼트(280)는 상기 전도성 본딩부(250c)에 의해 상기 수평 앵커(220b)와 전도성 본딩 연결되고, 상기 콘크리트 구조물(210) 하부에서 외부로 돌출되어 연장된다.

일체방사형 접지전극(270)은 상기 외부로 돌출된 접지전극 체결 볼트(280)와 체결되며, 상기 콘크리트 구조물(210) 주변의 전위경도를 균일하게 등전위화시키게 된다. 여기서, 상기 일체방사형 접지전극(270)은 지면으로부터 1m 이상의 깊이에 형성된다.

또한, 상기 접지전극 체결 볼트(280)와 체결되는 너트(260, 290)는 상기 일체방사형 접지전극(270)을 상기 접지전극 체결 볼트(280)에 고정시키게 된다.

상기 콘크리트 구조물(210)의 하단은 상기 콘크리트 구조물(210) 주변의 등전위화를 위해 도전성을 갖는 철광석이 혼합되어 철광석 혼합 콘크리트(240)가 되며, 또한, 상기 수직 앵커(220a)와 연결되는 수평 앵커(220b)는 상기 철광석 혼합 콘크리트(240)에 형성된다.

본 발명의 제2 실시예에 따른 등전위화 접지설비(200)는, 전기시설물을 지지하기 위하여 땅속에 매설한 콘크리트 구조물(210)을 접지전극(270)으로 이용하여 별도의 접지선과 접지전극이 필요 없이 사용되는 방식으로서, 전기시설물을 지지하는 앵커와 본딩하여 구조물 밑 부분에서 일체방사형 접지전극(270)과 결합하며, 콘크리트 구조물(210)을 접지전극(270)과 일체화시키는 방식이며, 콘크리트 구조물 밑단에는 철광석을 사용하므로 전도성을 더욱 좋게 하여 콘크리트 구조물 주변을 등전위화하게 된다. 이때, 콘크리트 구조물(210) 밑 부분에 전도성을 좋게 하고 일체방사형 접지전극(270)을 밑단에 본딩하여 설치한 이유는 접지전극(270) 깊이에 따른 보폭전압을 경감시키기 위한 것이다.

한편, 도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 등전위화 접지설비에서 콘크리트 구조물을 예시하는 도면이다.

도 8을 참조하면, 콘크리트 구조물(210)의 하부는 길이가 800mm인 정방형으로 형성되고, 상부는 길이가 400mm인 정방형으로 형성된다. 또한, 콘크리트 구조물(210)은 전체 높이가 1m이고, 철광석 혼합 콘크리트(140)는 200mm로 형성할 수 있다.

도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 등전위화 접지설비에서 일체방사형 접지전극을 예시하는 도면이다.

도 9를 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 등전위화 접지설비에서 일체방사형 접지전극(270)은, 상기 접지전극 체결 볼트에 삽입되어 체결되는 접지전극 일체형 너트(271), 및 상기 접지전극 일체형 너트(271)와 일체형으로 형성되어 상기 콘크리트 구조물(210)의 방사 방향으로 연장된 개별 접지전극(272)을 포함할 수 있다. 여기서, 상기 개별 접지전극(272)은 적어도 8개 이상이 상기 접지전극 일체형 너트로부터 연장되고, 90cm 이상의 길이를 가질 수 있으며, 상기 접지전극 일체형 너트(271)는 직경 30mm일 수 있다.

여기서, 8방향으로 접지전극(270)을 수평 형태로 설치한 이유는 콘크리트 구조물(210) 주변의 등전위화를 하여 전위경도를 균일하게 하여 어떤 방향에서의 접촉으로 인한 감전보호를 하기 위한 것이다.

즉, 콘크리트 구조물(210)에 고장전류가 흐를 경우, 일체방사형 접지전극(270)과 거리가 멀어질수록 전위차가 높아 접촉으로 인한 감전사고의 위험이 있으므로, 상기 콘크리트 구조물(210) 주변을 등전위화시킴으로써, 예를 들면, 상기 콘크리트 구조물(210)의 반경 0.8m 범위에서 사람이 접촉하더라도 어느 방향에서도 감전보호를 받을 수 있게 된다.

한편, 도 11은 본 발명의 제2 실시예에 따른 등전위화 접지설비를 가로등에 설치한 것을 예시하는 도면이다.

도 11을 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 등전위화 접지설비(200)를 가로등주(300)와 같은 전기시설물을 견고하게 설치하기 위하여 전기 시설물 기초를 도 8에 도시된 바와 같은 콘크리트 구조물(210)을 제작하여 지면(400)에 매립하게 된다.

한편, 철 구조물을 이용한 전기시설물에 전원계통의 1선 지락고장, 낙뢰, 절연 파괴 등에 의해 지락사고가 발생하여 접지전극으로 고장전류가 유입하게 되면 접지전극은 물론이고 접지전극 주변의 대지표면에 전위가 상승하게 되어 매설된 주변에 전위경도가 형성되어 접촉전압(Et)과 보폭전압(Es)이 나타나게 된다. 도 12는 본 발명의 실시예에 따른 등전위화 접지설비에서 보폭전압 및 접촉전압을 설명하기 위한 도면으로서, V는 전압, I는 전류, V1은 대지전위차, Et는 접촉전압, Es는 보폭전압을 각각 나타낸다.

이때, 전위분포에 의한 전위경도는 접지전극의 형상, 대지구조나 토양의 성질, 접지전류의 크기, 지속시간 등에 의해 사람이 접촉전압과 보폭전압에 의한 감전사고를 일으키게 되므로 접지전극 형태에 따른 철 구조물 주변 대지표면의 전위를 낮게 전위경도를 균일하게 하여 감전사고를 미연에 방지하여야 한다.

또한, 사람이 육안으로 확인 할 수 없는 땅속에 매설되어 접지시스템의 역할이 제대로 되는지 수시로 안전점검을 하지 않으면, 고장전류로 인한 감전사고를 유발할 수 있는 문제점이 있으며, 구조물 주변에 접지전극을 매설하여 사용할 경우, 접지전극이 매설된 장소에 대지표면에 나타나는 전위가 높은 반면 매설되지 않은 장소의 대지표면전위는 낮아 사람이 접촉시 전위차가 높은 지역에서는 감전의 위험이 예상된다. 특히, 도로나 인도에 설치되어 (가로등, 신호등 등)있는 전기시설물 등은 사람이 다양한 방향에서 쉽게 접근할 수 있으므로, 본 발명의 실시예에 따른 등전위화 접지설비를 사용하여 이를 방지할 수 있다.

이하, 본 발명의 실시예에서는 동일한 장소 동일한 토양으로 기존 접지설비와 본 발명의 실시예에 따른 접지설비를 비교 및 실험하였다.

도 13은 본 발명의 실시예에 따른 등전위화 접지설비에서 보폭전압 및 접촉전압 측정 방법을 설명하기 위한 도면이다.

도 13에 도시된 바와 같이, 측정 방식은 지지물을 기준으로 하여(E점) 동, 서, 남, 북 4방향으로 대지 표면에 나타나는 전위값을 측정하였으며, 전기설비 시설물에 사람이 어느 방향에서도 접촉될 수 있어 4방향으로 실험 및 측정하였다.

도 13에 도시된 바와 같이, 기존 접지설비는 철 구조물의 전기설비 설치시 감전 보호를 위한 접지설비를 구조물에서 1M 정도 떨어진 장소에서 땅속 깊이 0.75M 이상의 깊이에 매설하여 접지 저항값이 규정치 이하가 되도록 규정하고 있다(400V 이하의 기기에는 제3종 접지 저항값 100Ω 이하가 되도록 설치함).

도 14a 및 도 14b는 각각 도 13의 측정 방법에 따라 획득된 데이터값 및 보폭전압 데이터값을 나타내는 도면이다.

도 14a 및 도 14b의 측정 데이터값은 지지물 기준(0)점으로 1, 2, 3, 4 방향을 거리별로 측정한 실험 데이터값이며, 도 14a는 접촉시 거리별로 나타난 접촉전압 이며, 도 14b에서는 구간별(1M 기준)로 나타난 전압을 나타내었다. 예를 들면, 1M 떨어진 지점을 기준으로 접촉전압과 보폭전압을 살펴보면 다음과 같다.

도 14a에서 0점 기준으로 1, 2, 3, 4 방향을 살펴보면 두 지점간의 전위차는 90V~120V로 나타났다. 도 14b에서는 1구간을 1M 거리로 설정하여 5구간을 각 방향별로 저항값을 측정하였다. 1, 2, 3, 4 방향의 측정전압값은 87V~108V로 나타났다.

또한, 도 15a 및 도 15b는 각각 도 13의 측정 방법에 따라 획득된 접촉전압 데이터값 및 보폭전압 데이터값의 다른 예를 나타내는 도면이다.

도 15a 및 도 15b의 측정데이터 값은 지지물 기준점(0)으로 1, 2, 3, 4 방향을 거리별로 측정한 실험데이터 값으로, 도 15a는 접촉시 거리별로 측정된 접촉전압이며, 도 15b는 구간별(1M 기준)로 특정된 보폭전압을 나타내는 그래프이다.

도 15a 및 도 15b를 참조하여, 1M 떨어진 지점을 기준으로 접촉전압과 보폭전압을 살펴보면 다음과 같다. 도 15a에서 0점을 기준으로 1, 2, 3, 4 방향을 살펴보면, 두 지점간의 전위차는 25V~28V로 나타났다. 도 15b는 1구간을 1M 거리로 설정하여 5구간을 각 방향별로 전압값을 측정하였다. 1, 2, 3, 4 방향의 측정 전압값은 25V~27V로 나타났다.

결국, 본 발명의 실시예에 따른 등전위화 접지설비는, 기술적 측면에서, 접지시스템 접속 불량으로 인한 차단기 오부동작을 방지할 수 있고, 시설물에서 화재나 폭발의 위험성 없이 과전류 보호계통에서 허용되는 지락 고장전류를 흘릴 수 있는 전류용량을 확보할 수 있게 하며, 또한, 대지전위 상승 억제와 전위경도를 균일하게 하여 접촉전압 및 보폭전압을 경감시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 등전위화 접지설비는, 경제적 및 산업적 측면에서, 감전사고의 미연 방지를 통한 인명과 재산을 보호할 수 있고, 오부동작 방지로 인한 관리적 측면의 비용을 절감시킬 수 있으며, 오부동작으로 인한 시, 도, 군의 가로등이나 신호등에 대한 민원사례를 감소시킬 수 있다. 또한, 접지설비의 고장, 예를 들면, 접지설비 단선으로 재시공해야 하는 불필요한 경비를 절감시킬 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 등전위화 접지설비는 철 구조물을 이용한 전기시설물을 설치하는 장소에 설치될 수 있고, 도로에 설치된 가로등주 및 가로등을 제어하는 제어기, 신호등 및 신호제어기 등 다양한 설비에 적용할 수 있다.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.

본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

도 1은 종래의 기술에 따른 공동주택 단지에 설치되는 전기시설물의 접지장치를 나타내는 도면이다.

도 2는 일반적인 접지공사의 접지시설(내선규정)을 설명하기 위한 도면이다.

도 3은 전기시설물 주변(1M 이내)의 등전위화 개념을 나타내는 도면이다.

도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 등전위화 접지설비를 나타내는 도면이다.

도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 등전위화 접지설비에서 콘크리트 구조물의 평면도이다.

도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 등전위화 접지설비에서 접지전극의 설치를 예시하는 도면이다.

도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 등전위화 접지설비를 나타내는 도면이다.

도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 등전위화 접지설비에서 콘크리트 구조물을 예시하는 도면이다.

도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 등전위화 접지설비에서 일체방사형 접지전극을 예시하는 도면이다.

도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따른 등전위화 접지설비에서 콘크리트 구조물의 평면도이다.

도 11은 본 발명의 제2 실시예에 따른 등전위화 접지설비를 가로등에 설치한 것을 예시하는 도면이다.

도 12는 본 발명의 실시예에 따른 등전위화 접지설비에서 보폭전압 및 접촉전압을 설명하기 위한 도면이다.

도 13은 본 발명의 실시예에 따른 등전위화 접지설비에서 보폭전압 및 접촉전압 측정 방법을 설명하기 위한 도면이다.

도 14a 및 도 14b는 각각 도 13의 측정 방법에 따라 획득된 데이터값 및 보폭전압 데이터값을 나타내는 도면이다.

도 15a 및 도 15b는 각각 도 13의 측정 방법에 따라 획득된 접촉전압 데이터값 및 보폭전압 데이터값의 다른 예를 나타내는 도면이다.

< 도면부호의 간단한 설명 >

100: 제1 접지설비 110: 콘크리트 구조물

120: 앵커 및 철근 130: 접지저항 저감재

140: 수평 접지전극 150: 수직 접지전극

160: 등전위화 접지전극 170: 전기시설물 지지앵커

200: 제2 접지설비 210: 콘크리트 구조물

220a: 수직 앵커 220b: 수평 앵커

230: 전선관 240: 철광석 혼합 콘크리트

250a, 250b, 250c: 전도성 본딩부 260: 제1 너트

270: 일체방사형 접지전극 271: 접지전극 일체형 너트

272: 개별 접지전극 280: 접지전극 체결 볼트

290: 제2 너트 300: 가로등주

400: 지면

Claims (7)

1. 수직 앵커 및 상기 수직 앵커와 연결되는 수평 앵커가 형성되어 전기 시설물을 지지하는 콘크리트 구조물;

   상기 콘크리트 구조물에 내재되어 상기 수직 앵커 및 상기 수평 앵커를 전도성 본딩 연결하는 전도성 본딩부;

   상기 전도성 본딩부에 의해 상기 수평 앵커와 전도성 본딩 연결되고, 상기 콘크리트 구조물 하부에서 외부로 돌출되어 연장되는 접지전극 체결 볼트; 및

   상기 외부로 돌출된 접지전극 체결 볼트에 삽입되어 체결되는 접지전극 일체형 너트와, 상기 접지전극 일체형 너트와 일체형으로 형성되어 상기 콘크리트 구조물의 방사 방향으로 연장된 개별 접지전극을 포함하여 상기 콘크리트 구조물 주변의 전위경도를 균일하게 등전위화시키는 일체방사형 접지전극;

   을 포함하는 등전위화 접지설비.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,

   상기 개별 접지전극은 적어도 8개 이상이 상기 접지전극 일체형 너트로부터 연장되고, 90cm 이상의 길이를 갖는 것을 특징으로 하는 등전위화 접지설비.
4. 제1항에 있어서,

   상기 일체방사형 접지전극을 상기 접지전극 체결 볼트에 고정시키도록 상기 접지전극 체결 볼트와 체결되는 너트를 추가로 포함하는 등전위화 접지설비.
5. 제1항에 있어서,

   상기 일체방사형 접지전극은 지면으로부터 1m 이상의 깊이에 형성되는 것을 특징으로 하는 등전위화 접지설비.
6. 제1항에 있어서,

   상기 콘크리트 구조물의 하단은 상기 콘크리트 구조물 주변의 등전위화를 위해 도전성을 갖는 철광석이 혼합된 것을 특징으로 하는 등전위화 접지설비.
7. 제6항에 있어서,

   상기 수직 앵커와 연결되는 수평 앵커는 상기 철광석이 혼합된 상기 콘크리트 구조물의 하단에 형성되는 것을 특징으로 하는 등전위화 접지설비.

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