KR101061161B1

KR101061161B1 - 탄소저항 접지봉의 제조방법

Info

Publication number: KR101061161B1
Application number: KR1020090056124A
Authority: KR
Inventors: 김동진; 유미경
Original assignee: 선광엘티아이 주식회사
Priority date: 2009-06-23
Filing date: 2009-06-23
Publication date: 2011-08-31
Also published as: KR20100137876A

Abstract

본 발명은 탄소분말과 시멘트를 사용하더라도 우수한 낮은 접지저항값을 갖으면서도 높은 경화성을 갖고 있어 낙뢰전류를 신속하게 방류하여 대지와의 전위차를 줄여 주는 탄소저항 접지봉의 제조방법에 관한 것이다.

본 발명의 주요구성은 탄소분말과, 시멘트, 수분흡착제로 제조되는 통상의 탄소저항 접지봉의 제조방법에 있어서, 상기 탄소분말, 시멘트, 수분흡착제의 원료 혼합물에 물을 혼합하면서 반죽하는 혼합단계와; 상기 반죽된 원료를 성형틀에서 정압출법(正押出法)으로 접지봉형상으로 압출하는 성형단계와; 상기 성형틀에서 제거된 접지봉 형상의 압축물을 고온에서 굽는 굽기단계와; 상기 굽기단계를 거친 후 실온에서 양생시키는 양생단계를 포함하되, 상기 굽기단계는 가열온도를 순차적으로 증가시켜 50~100℃로 가열하는 1차 가열단계와, 150~200℃로 가열하는 2차 가열단계와, 400~500℃로 가열하는 3차 가열단계로 이루어진 1차 굽기단계인 것을 특징으로 한다.

탄소저항 접지봉, 시멘트, 정압출법, 굽기, 양생, 다단 압축, 다단 가열

Description

탄소저항 접지봉의 제조방법{MANUFACTURING METHOD OF CARBON RESISTANCE GROUND ROD}

일반적으로 접지장치는 대지와 전기적으로 연결하며 큰 에너지를 가지고 있는 낙뢰전류를 안전하고 신속하게 대지로 방출시켜 낙뢰로 인한 장비 파손을 미리 방지하고 인명을 보호하도록 설치된다.

이러한 접지장치는 종래 금속재질의 접지봉을 대지에 박는 방식으로 제작되거나, 시설물과 연결된 접지선을 매설하여 대지와의 접지저항을 낮추고 있다. 그러나, 종래 접지장치는 대지와의 접지저항을 낮추는 데에 한계가 있어, 낙뢰시에 낙뢰전류를 신속하게 대지로 방류시키는데에 한계가 있었다.

그래서 별도로 접지저항을 저감시키기 위한 탄소분말을 기본 재료로 사용하 여 시멘트 등을 혼합하여 탄소저항 접지봉이 사용되어 왔다.

그러나, 종래의 탄소저항 접지봉은 시공 후에 단단한 접지극을 형성하기는 하나, 이 경우 탄소저항 접지봉은 시멘트의 경화에만 의지하고 경화력을 증가시키려면 탄소분말을 첨가비율이 낮아질 수 밖에 없어 접지저항이 높아지고, 탄소분말의 첨가가 많으면 경화력이 감소되어 접지봉이 쉽게 깨지거나 부스러지는 문제가 있다.

본 발명의 기술적 과제는 탄소분말과 시멘트를 사용하더라도 우수한 낮은 접지저항값을 갖으면서도 높은 경화성을 갖고 있어 낙뢰전류를 신속하게 방류하여 대지와의 전위차를 줄여 주는 탄소저항 접지봉의 제조방법을 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 다른 기술적 과제는 내충격성이 매우 우수하여 반복적인 강한 낙뢰전류에도 저항이 증가하지 않으며 경화, 깨짐을 방지할 수 있는 탄소저항 접지봉의 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명에 따른 탄소저항 접지봉의 제조방법은 탄소분말과, 시멘트, 수분흡착제로 제조되는 통상의 탄소저항 접지봉의 제조방법에 있어서, 상기 탄소분말, 시멘트, 수분흡착제의 원료 혼합물에 물을 혼합하면서 반죽하는 혼합단계와; 상기 반죽된 원료를 성형틀에서 정압출법(正押出法)으로 접지봉형상으로 압출하는 성형단계와; 상기 성형틀에서 제거된 접지봉 형상의 압축물을 고온에서 굽는 굽기단계와; 상기 굽기단계를 거친 후 실온에서 양생시키는 양생단계를 포함하되, 상기 굽기단계는 가열온도를 순차적으로 증가시켜 50~100℃로 가열하는 1차 가열단계와, 150~200℃로 가열하는 2차 가열단계와, 400~500℃로 가열하는 3차 가열단계로 이루어진 1차 굽기단계인 것을 특징으로 한다.

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바람직하게, 상기 굽기단계는 상기 1차 굽기단계이후 상온에서 식히는 단계와, 상기 식혀진 접지봉 형상의 압축물을 50~100℃로 재차 가열하는 2차 굽기단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 성형단계는 100~150kgf/㎤/50ton으로 압축하는 1차 압축단계와, 180~200kgf/㎤/50ton으로 압축하는 2차 압축단계 및 230~280kgf/㎤/50ton으로 압축하는 3차로 압축단계로 이루어진 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의해 제조된 탄소저항 접지봉은 일반적으로 사용되는 탄소분말과 시멘트를 사용하더라도 종래보다 낮은 접지저항값을 갖으면서도 높은 경화성을 갖도록 접지봉을 제작할 수 있어 높은 에너지를 가지고 있는 낙뢰전류를 신속하게 방류하여 대지와의 전위차를 줄여 줄 수 있는 장점이 있다.

또한, 낮은 접지저항치로 암반 및 산악지역에 시공하여도 요구하는 접지저항값을 확보할 수 있다.

그리고 열팽창율이 적고 열전도율이 높은 탄소분말의 성질로 급격한 온도변화에도 견디는 내열충격성이 매우 우수하여 부식에 강하며 탄소저항접지봉은 반복적인 강한 낙뢰전류에도 저항이 증가하지 않으며 경화, 깨짐을 방지할 수 있다.

또한, 탄소저항 접지봉 구성 성분은 비공해성, 비독성으로 환경에 무해하여 친환경적이다.

이하, 실시예를 참조하여 본 발명의 탄소저항 접지봉의 제조방법을 상세히 설명한다.

본 발명에서 사용되는 탄소저항 접지봉의 원료는 일반적인 탄소봉의 원료와 동일한 탄소분말과, 시멘트, 수분흡착제로 제작된다. 탄소분말은 코크스분말, 흑연분말, 카탄제 분말, 활성탄 분말 또는 이들을 혼합한 것이 사용된다.

또한, 시멘트는 탄소분말이 탄소 접지봉으로 성형될때 접지봉에 일정한 강도를 부여한다. 또한, 접지전극 내부에서 3차원적 네트워크를 형성하여 우수한 전기전도성을 나타낸다. 이러한, 시멘트는 탄소분말 100중량부에 대하여 10~30중량부가 함유된다. 이때, 시멘트의 사용량이 10중량부 이하이면 탄소 접지봉의 강도가 약해지는 단점이 있고, 30중량부 이상이면 전기저항성이 높아지는 단점이 있다.

수분흡착제는 수분을 흡착하여 팽윤하는 성질로 계절에 관계없이 항상 일정한 온도와 습도를 유지시킬 수 있어 낮은 접지저항을 일정하게 유지시켜주는 역할을 한다. 이러한 수분흡착제는 제오라이트, 벤토나이트, 소디움 모노릴로나이트 중에서 하나 또는 그 이상을 혼합하여 사용하는 것이 바람직하다. 이러한, 수분흡착제는 탄소분말 100중량부에 대하여 5~10중량부가 함유된다.

이러한 원료를 사용한 본 발명에 따른 탄소저항 접지봉의 제조방법은 혼합단계와, 성형단계, 1차 건조단계, 1차 굽기단계, 2차 건조단계, 2차 굽기단계, 3차 건조단계로 이루어진다.

혼합단계는 탄소봉의 원료로 사용되는 코크스, 흑연, 가탄제, 활성탄 중에서 선택한 어느 하나의 탄소분말, 시멘트, 수분흡착제를 혼합기에서 고르게 혼합하고, 상기 혼합물 100중량부를 기준으로 물 30중량부를 혼합하면서 반죽한다. 이러한 혼합단계는 각 성분들의 분말가루를 고르게 혼합하는 혼합단계와, 혼합된 분말가루에 물을 섞어가면서 20~30분간 고르게 반죽하는 반죽단계로 나누어진다. 반죽단계에 의해 분말가루들이 완벽하게 섞이면서 혼합될때 포함되는 공기를 어느 정도 제거할 수 있다.

성형단계는 혼합물들의 반죽이 완료되면 반죽된 원료를 접지봉 형상의 성형틀에 넣은 후 정압출법(正押出法)으로 압축하는 것으로 100~150kgf/㎤/50ton으로 압축하는 1차 압축단계와, 180~200kgf/㎤/50ton으로 압축하는 2차 압축단계 및 230~280kgf/㎤/50ton으로 압축하는 3차로 압축단계로 이루어진다. 각각의 압축단계가 완료되면 성형틀을 분리하여 접지봉에서 분리된 공기와 수분을 제거한다. 즉, 1차 압축시에 반죽에서 빠져나온 공기와 수분을 제거한 후에 다시 2차 압축하면 성형된 접지봉의 내부쪽에 포함된 공기와 수분을 다시 제거할 수 있으며, 다시 3차 압축에 따라 접지봉의 내부쪽에 남아 있는 잔여 공기와 수분을 더욱 제거할 수 있다. 이와 같이 순차적으로 압축강도를 증가시키면 한번에 고압으로 압축할 때 성형된 접지봉의 내부에서 미쳐 제거되지 못하는 공기 또는 수분에 의해 강도가 약해지거나 접지저항이 증가하는 것을 최소화할 수 있다.

1차 건조단계는 다수의 압축과정을 거쳐 압축된 탄소봉을 성형틀에서 제거하여 상온에서 건조시킨다. 상온에서의 건조는 압축된 탄소봉의 표면에 남아 있는 공기와 수분이 빠져 나올 수 있도록 약 하루 정도 소요되는 것이 바람직하다.

1차 굽기단계는 가열온도를 순차적으로 증가시켜 50~100℃로 가열하는 1차 가열단계와, 150~200℃로 가열하는 2차 가열단계와, 400~500℃로 가열하는 3차 가열단계로 이루어진다. 이와 같이 3단계를 거쳐 낮은 온도에서 높은 온도로 순차적으로 가열하면 탄소봉의 내부에 함유되어 있는 수분까지도 제거할 수 있어 탄소봉의 조밀도를 증가시켜 높은 강도를 갖도록 할 수 있다.

2차 건조단계는 1차 굽기단계에서 가열된 접지봉을 상온에서 식힌다.

2차 굽기단계는 2차 건조단계를 거친 접지봉을 다시 가열기에 올려놓고 50~100℃로 재차 가열한다. 이때, 가열시간은 대략 1시간 정도인 것이 바람직하다.

3차 건조단계는 2차 굽기단계가 종래된 후 자연상태에서 약 10일간 건조시켜 접지봉으로 완성한다.

<실시예 1>

탄소분말로서 코크스 25%, 흑연 25%, 가탄제 25%, 활성탄 25%, 탄소분말에 대하여 시멘트 20중량부, 벤토나이트 5중량부를 혼합기에 넣은 후 10분간 1차로 원료들을 잘 혼합하였다. 원료가 다 혼합되면 2차로 원료에 총 원료 부피 대비 약 30% 정도로 물을 넣으면서 반죽하였다. 그리고, 반죽을 성형틀에 넣은 후 정압출법(正押出法)으로 150kgf/㎤/50ton으로 1차 압축하고, 200kgf/㎤/50ton으로 1분간 2차 압축하고, 다시 280kgf/㎤/50ton으로 1분간 3차 압축하였다. 그 후, 성형물을 약 100℃로 1시간 동안 1차 가열하고, 다시 약 200℃로 1시간동안 2차 가열하고, 다시 약 500℃로 1시간 동안 3차 가열하였다. 그 후, 하루 동안 상온에서 식힌 후에 약 100℃로 1시간 동안 4차 가열하였으며 자연상태에서 약 10일간 건조시켜 접 지봉으로 완성하였다.

<실시예 2>

반죽을 성형틀에 넣은 후 정압출법(正押出法)으로 150kgf/㎤/50ton으로 1차 압축만 수행하는 것을 제외하고, 실시예1과 동일한 방법으로 탄소저항 접지봉을 제조하였다.

<실시예 3>

반죽을 성형틀에 넣은 후 정압출법(正押出法)으로 150kgf/㎤/50ton으로 1차 압축하고, 200kgf/㎤/50ton으로 1분간 2차 압축과정만 수행하는 것을 제외하고, 실시예1과 동일한 방법으로 탄소저항 접지봉을 제조하였다.

<실시예 4>

실시예 1중에서 성형틀에서 3차까지 압축된 성형물을 접지봉을 약 100℃로 1시간 동안 1차 가열하는 과정만으로 탄소저항 접지봉을 제조하였다.

<실시예 5>

실시예 1중에서 성형틀에서 3차까지 압축된 성형물을 접지봉을 약 100℃로 1시간 동안 1차 가열하고, 다시 약 200℃로 1시간동안 2차 가열하는 과정만으로 탄소저항 접지봉을 제조하였다.

<실시예 6>

실시예 1중에서 성형틀에서 3차까지 압축된 성형물을 접지봉을 약 100℃로 1시간 동안 1차 가열하고, 다시 약 200℃로 1시간동안 2차 가열하고 다시 약 500℃로 1시간 동안 3차 가열하는 과정만으로 탄소저항 접지봉을 제조하였다.

<비교예 1>

성형틀에서 압출한 후에 굽지 않고 바로 양생하는 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 탄소저항 접지봉을 제조하였다.

<성능 실험결과>

제작된 탄소저항 접지봉이 제품의 불량 여부를 판별하기 위해 외형 검사를 하였다. 이때 외형검사로는 부서지지 않았는지, 부식이 되어 있는지, 길이가 규격에 맞는지 등을 검사한다. 또한, 탄소저항 접지봉의 공시체를 압축강도시험기에 장착을 하고 압력을 가하여 공시체의 파괴강도를 측정하였다. 또한, 본체 양단의 저항을 측정하며 측정 저항이 규격에 맞는(바람직하게 3~5Ω이하인 것) 지의 여부를 확인하였다. 또한, 탄소저항 접지봉의 흡수율을 측정하여 표 1에 함께 나타내었다.

[표 1]

	실시예1	실시예2	실시예3	실시예4	실시예5	실시예6	비교예1
압축강도(kgf/㎠)	425	284	303	357	378	383	102
저항(Ω)	3.9	7.9	6.2	5.6	4.9	4.2	12.3

표 1에 나타난 바와 같이, 본원발명에 따라 제조된 실시예 1 내지 실시예 6으로 제작된 탄소저항 접지봉은 일반적인 방법으로 제조된 비교예 1의 탄소저항 접지봉에 비하여 압축강도가 2.5배 내지 3배 이상 높은 것을 확인할 수 있다. 이와 같이 압축강도가 높으면 접지봉의 운반과정 또는 낙뢰전류 등에 의하여 접지봉의 깨짐이나 부스러짐을 최소화시킬 수 있다.

또한, 접지봉의 제작시 150kgf/㎤/50ton의 1차 압축, 200kgf/㎤/50ton의 2차 압축, 280kgf/㎤/50ton의 3차 압축을 거쳐 성형된 실시예1의 접지봉은 1차 압축만으로 제작된 실시예 2의 접지봉보다 약 1.5배 높은 압축강도를 갖으며, 1차 및 2차 압축으로 제작된 실시예3의 접지봉보다 약 1.4배 높은 압축강도를 갖는 것을 알 수 있다. 즉, 접지봉의 성형단계를 약한 압축과정에서 높은 압축과정으로 다단계로 시행하면 높은 강도를 갖는 탄소봉을 제작할 수 있는 것을 알 수 있다.

한편, 동일 조건으로 접지봉을 압축한 후에도 탄소봉을 100℃의 1차 가열, 1200℃의 2차 가열, 500℃로 3차 가열 및 100℃로 4차 가열한 실시예 1의 접지봉은 1차 가열만으로 제작된 실시예 4의 접지봉보다 약 1.2 배이상의 높은 압축강도와 1.5 배 이상의 낮은 저항값을 갖으며, 1, 2차 가열만으로 제작된 실시예 5의 접지봉보다 1.2배 이상의 낮은 저항값을 갖으며, 1, 2, 3차 가열만으로 제작된 실시예 6의 접지봉보다 1.1배 이상의 낮은 저항값을 갖는 것을 확인할 수 있다. 또한, 다단계의 가열단계를 거쳐 접지봉을 제작하면 압축강도도 높아지는 것을 확인할 수 있다.

이러한 실험에서 확인할 수 있듯이 접지봉의 압축된 성형물을 다단계로 가열하여 탄소저항 접지봉의 제작시 성형물의 내부에 함유되는 공기와 수분은 다단압축과 다단가열에 의해 다량으로 제거하여 높은 압축강도와 낮은 저항값을 갖도록 제작할 수 있다.

이에 따라 본원발명의 탄소저항 접지봉은 운반하기에 용이하며 낮은 저항값으로 지락전류 또는 높은 에너지를 가지고 있는 낙뢰전류를 신속하게 대지로 퍼트려 접지저항값을 낮게 하는 효과가 탁월하다.

Claims

탄소분말과, 시멘트, 수분흡착제로 제조되는 통상의 탄소저항 접지봉의 제조방법에 있어서,

상기 탄소분말, 시멘트, 수분흡착제의 원료 혼합물에 물을 혼합하면서 반죽하는 혼합단계와;

상기 반죽된 원료를 성형틀에서 정압출법(正押出法)으로 접지봉형상으로 압출하는 성형단계와;

상기 성형틀에서 제거된 접지봉 형상의 압축물을 고온에서 굽는 굽기단계와;

상기 굽기단계를 거친 후 실온에서 양생시키는 양생단계를 포함하되,

상기 굽기단계는 가열온도를 순차적으로 증가시켜 50~100℃로 가열하는 1차 가열단계와, 150~200℃로 가열하는 2차 가열단계와, 400~500℃로 가열하는 3차 가열단계로 이루어진 1차 굽기단계인 것을 특징으로 하는 탄소저항 접지봉의 제조방법.
삭제
제1항에 있어서, 상기 굽기단계는 상기 1차 굽기단계이후 상온에서 식히는 단계와,

상기 식혀진 접지봉 형상의 압축물을 50~100℃로 재차 가열하는 2차 굽기단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소저항 접지봉의 제조방법.
제1항에 있어서, 상기 성형단계는 100~150kgf/㎤/50ton으로 압축하는 1차 압축단계와, 180~200kgf/㎤/50ton으로 압축하는 2차 압축단계 및 230~280kgf/㎤/50ton으로 압축하는 3차로 압축단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 탄소저항 접지봉의 제조방법.
제1항에 있어서, 상기 탄소분말은 코크스, 흑연, 가탄제, 활성탄 및 이들의 혼합물 중에서 선택한 어느 하나인 것을 특징으로 하는 탄소저항 접지봉의 제조방법.