KR101070782B1 - 지하 관정의 스마트 본딩공법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 지하 관정과 이와 인접하게 설치되는 제어반의 접지에 있어서, 접지선을 이용하여 제어반의 접지단자대와 지하 관정의 금속제 그라우팅 간을 본딩 접속시키는 것을 특징으로 하는 지하 관정의 스마트 본딩 공법을 제공한다.
본 발명에 따르면, 지하 관정과 제어반 접지 간의 전위차를 원천적으로 방지함으로써 지하관정과 제어반의 낙뢰 및 서지 피해를 근원적으로 예방할 수 있고, 각 서지 보호기들을 등전위 본딩 효과를 배가시킬 수 있을 뿐 아니라, 접지 공사비와 접지 관리비용을 현저하게 절감할 수 있는 효과가 있다.

Description

지하 관정의 스마트 본딩공법{Smart Bonding Method of Control Box Having Metal Case}

본 발명은 지하 관정과 이를 제어하는 제어반 간의 등전위 본딩공법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 지하 관정의 금속제 그라우팅 관을 제어반 함체의 접지로 활용함으로써 접지 간의 전위차를 원천적으로 방지하고, 그에 따라 서지 전류에 따른 기기 손상을 미연에 방지할 수 있도록 하는 기술에 관한 것이다.

일반적으로 농업용, 공업용 등의 용수 및 농어촌의 생활용수를 공급하기 위해서는 지반에 관정을 뚫고, 관정에 양수관을 삽입한 다음 수중모터를 사용하여 지하수를 양수하여 사용하고 있는 것이 관례이다.

일반적인 지하 관정의 구조가 도 1에 도시되어 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 지하수의 양수를 위한 지하 관정은 지반을 굴착하여 관정(100)을 형성한 후 하부에 수정모터펌프(110)가 설치된 양수관(130)을 관정에 삽입하게 된다. 그리고, 관정 중 암반층에 해당하는 부분에는 지하수의 수위 측정을 위한 수위 센서(120)가 복수 개 설치되어 있다.

관정(100)은 지반 상부의 토사층(150)을 지나 암반층(160) 내까지 형성되어 암반 사이에 흐르고 있는 지하수가 암반공을 통하여 관정에 모이게 되고, 관정에 모인 지하수는 수중모터펌프(110)의 작동으로 강제 흡입된 후 양수관(130)을 따라 송수관으로 공급되게 된다.

관정(100) 중 토사층(150) 위치에는 주변의 토사 또는 토사층(150)에 존재하는 오염된 물이 관정(100) 내로 유입되는 것을 방지하기 위해 금속제의 그라우팅 관(140)을 토사층(150) 깊이만큼 삽입하는 것이 일반적이다.

수중모터펌프(110)와 수위센서(120)를 포함하는 선로는 지하수와 접하게 되는데, 지하수는 양호한 접지이고 수중모터펌프(110)와 수위센서(120)가 물속에 잠기는 조건이기 때문에 서지 주파수(20KHz ~ 20MHz)에서 양호한 접지체로서 작용할 수 있다.

이러한 지하 관정은 수중모터펌프(110)의 전원 공급 및 제어, 수위센서(120)의 센서값 검출 들을 위해 인근에 제어반이 설치되는 것이 일반적이며, 지하 관정과 제어반의 전기적 접속 관계가 도 2에 도시되어 있다.

도 2에 도시된 바와 같이, 제어반(200)은 금속제 함체 내부에 금속제 패널(100)이 설치된 구조로서, 금속제 패널(210) 상에 관정(100) 내의 수중모터펌프(110)의 전력 공급 및 운전제어, 정보 전달, 수위센서(120) 및 물탱크 센서(미도시)의 센서값 수신 등의 동작을 수행하기 위한 제어회로(220)가 설치되고, 외부로부터 인입되는 전원선, 통신선, 신호선, 센서선 등이 제어회로(220)에 연결되어 있다.

제어반(200)은 통상적인 전자 기기들과 마찬가지로 서지 발생에 대한 위험에 노출되어 있으며, 서지 발생에 따른 기기 손상을 방지하기 위해 각 선로와 제어회로(220) 간에는 전원용 서지 보호기(230), 센서용 서지 보호기(240, 250), 제어용 서지 보호기(260) 등이 설치되고, 각 서지 보호기(230 ~ 260)와 제어 회로(220)의 접지 단자는 접지선(270)을 통해 대지접지에 접속되는 접지단자대(280)에 본딩하여 각 선로 및 기기 간이 등전위가 되도록 하는 등전위 본딩 방식이 활용되고 있다.

이러한 등전위 본딩에 의해 제어회로와 선로 및 선로와 선로 간의 전위차가 방지되어 서지 발생 시에 서지 전류의 유입을 차단할 수 있게 된다.

그러나, 대지의 고유 저항율은 약 600Ω/m³ 로서 제어반(200)측의 대지접지와 관정측의 접지 간의 거리에 따라 전위차가 발생하게 된다. 이는 구름에 의한 자연적 현상으로서 관정의 접지체와 대지접지 간의 전위차가 발생하면 서지전류에 의해 제어회로(220)의 고장이 발생하게 된다.

또한, 도 2와 같이 각각의 선로에 서지 보호기를 설치하였다고 하더라도 상기 접지체와 대지접지 간의 전위차는 발생하며, 접지선로가 길어지는 경우 리액턴스와 표피효과가 커서 완전한 등전위가 곤란함으로 인해 기기가 손상되는 문제점이 있다.

예를 들어, 통상의 60Hz의 상용 전원이 인가되는 경우에는 접지선(270)의 리액턴스가 수백 μm 정도로 매우 낮아 무시할 수 있는 수준이나, 1MHz의 서지전류가 흐르는 경우 접지선 1m의 리액턴스는 2πfL = 6.28 ×10⁶ × 1.62 × 10^-6 = 10.08 Ω 로서, 상당히 높아 서지 발생시에 접지선(270)의 리액턴스 성분으로 인해 각 서지 보호기 간에 전위차가 발생하여 등전원 본딩의 효과가 저하된다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 지하 관정의 금속제 그라우팅 관을 제어반 함체의 접지로 활용함으로써 접지 간의 전위차를 원천적으로 방지하고, 그에 따라 서지 전류에 따른 기기 손상을 미연에 방지할 수 있도록 하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 제어반 내에서 각 서지 보호기를 접지 단자대에 연결하기 위해 사용하던 접지선을 제어반 내에 구비되는 금속제 패널로 대체하여 리액턴스 성분과 표피 효과를 현저하게 감소시킴으로써 서지 보호기 간의 등전위 본딩 효과를 배가시킬 수 있도록 하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 접지 공사비와 접지 관리비용을 현저하게 절감할 수 있도록 하는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 지하 관정과 이와 인접하게 설치되는 제어반의 접지에 있어서, 접지선을 이용하여 제어반의 접지단자대와 지하 관정의 금속제 그라우팅 간을 본딩 접속시키는 것을 특징으로 하는 지하 관정의 스마트 본딩 공법이 제공된다.

여기서, 상기 접지단자대는 상기 제어반 내에서 상기 금속제 그라우팅 관에 가장 근접한 위치에 설치되는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 제어반 내에 설치되는 적어도 하나의 서지 보호기의 접지단자를 인접한 금속제 패널에 본딩하여 제어반 내의 서지 보호기 간의 전위차가 발생하지 않도록 하는 것이 바람직하다.

여기서, 상기 금속제 패널은 제어회로가 설치되는 금속제 패널이고, 상기 제어회로의 접지단자가 상기 금속제 패널에 본딩되는 것이 바람직하다.

본 발명에 따르면, 지하 관정과 제어반 접지 간의 전위차를 원천적으로 방지함으로써 지하관정과 제어반의 낙뢰 및 서지 피해를 근원적으로 예방할 수 있는 효과가 있다.

또한, 도선에 비해 현저하게 면적이 넓은 금속제 패널을 이용하여 각 서지 보호기들을 등전위 본딩함으로써 등전위 본딩 효과를 배가시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 대지 접지를 하지 않아도 되므로 접지 공사비와 접지 관리비용을 현저하게 절감할 수 있는 효과도 있다.

도 1은 통상의 지하 관정의 구조를 도시한 단면도이다.
도 2는 지하 관정과 제어반 간의 전기적 접속을 도시한 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 지하 관정과 제어반 간의 등전위 본딩 구조를 도시한 것이다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시예를 상세하게 설명하기로 한다.

도 3은 본 발명에 따른 지하 관정과 제어반 간의 등전위 본딩 구조를 도시한 것이다. 본 발명에서 지하 관정의 구성은 종래와 동일하므로 이에 대한 설명은 생략하고 중요한 2가지 특징으로서 지하 관정과 제어반 간의 등전위 본딩 및 제어반 내의 등전위 본딩에 대해 설명하기로 한다.

1. 지하관정과 제어반 간의 등전위 본딩

우선, 지하 관정과 제어반 간의 등전위 본딩은 접지선을 이용하여 제어반(1)의 접지단자대(70)와 지하 관정의 금속제 그라우팅 관(140) 간을 본딩 접속하여 이루어진다.

금속제 그라우팅 관(140)은 토사층(150) 내에 삽입설치되어 토사층(150)과 접하는 양호한 접지체로서 수중모터펌프(110)와 동일 지점에 위치하여 수중펌프와의 사이에 전위차가 없다.

따라서, 제어반(1)의 접지단자대(70)와 지하 관정의 금속제 그라우팅 관(140) 간을 본딩 접속하는 경우 제어반(1)이 금속제 그라우팅 관(140)에 접지되므로 제어반(1)의 접지단자대(70)와 지하 관정의 접지체 간에 전위차가 발생하지 않게 된다.

여기서, 제어반(1)의 접지단자대(70)와 지하 관정의 금속제 그라우팅 관(140) 간을 연결하는 접지선(80)은 굵은 도선을 사용하고 접지단자대(70)와 금속제 그라우팅 관(140) 간의 거리를 최소화하여 접지선(80)의 리액턴스 및 이에 따른 전위차 발생을 최소화하는 것이 바람직하다.

2. 제어반 내의 등전위 본딩

제어반 내부의 등전위 본딩 구조는 금속제 함체를 구비한 제어반(1) 내에 설치되는 제어회로(20)와 서지 보호기(30 ~ 60)의 접지단자를 금속제 패널(10)에 본딩하여 금속제 패널(10) 상에 본딩부(21, 31, 41, 51, 61)를 형성하고, 금속제 패널(10)의 일측에 접지단자대(70)를 설치한다.

도 3에서는 하나의 금속제 패널(10)에 제어 회로(20) 및 각 서지 보호기(30 ~ 60)의 접지단자가 본딩되는 것을 예시하였으나, 그 외에, 각각 제어반(1)의 금속 함체의 각 패널과 금속제 패널 중 가장 인접한 부분에 본딩부를 형성하는 것도 가능함은 물론이다.

이와 같이 금속 함체에 구비된 금속 패널에 제어 회로(20) 및 각 서지 보호기(30 ~ 60)의 접지단자가 본딩되는 경우 제어 회로(20)와 각 서지 보호기(30 ~ 60)간 및 각 서지 보호기 간의 리액턴스가 종래 접지선에 비해 현저하게 감소되어 서지 유입시에도 실질적인 등전위를 이루게 되는 것이 장점이다. 이는 본딩부 간이 좁은 단면적의 도선으로 연결되지 않고 넓은 면적의 금속 패널로 연결되어 표피 효과가 매우 낮고 그에 따라 리액턴스가 매우 낮기 때문이다.

접지 본딩부(70)에서 인출되는 접지선(80)은 상술한 바와 같이 인접하게 설치되는 지하 관정의 금속제 그라우팅 관(140)에 본딩접속되며, 이와 동시에 대지접지에도 접속될 수 있다.

1 : 제어반 10 : 금속제 패널
20 : 제어회로 30 : 전원용 서지 보호기
40, 50 : 센서용 서지 보호기 60 : 제어용 서지 보호기
70 : 접지단자대 80 : 접지선
21, 31, 41, 51, 61 : 본딩부

Claims (4)

1. 지하 관정과 이와 인접하게 설치되는 제어반의 접지를 위한 본딩공법에 있어서,
   접지선을 이용하여 제어반의 접지단자대와 지하 관정의 금속제 그라우팅 관 간을 본딩 접속시키는 것을 특징으로 하는 지하 관정의 스마트 본딩 공법.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 접지단자대는 상기 제어반 내에서 상기 금속제 그라우팅 관에 가장 근접한 위치에 설치되는 것을 특징으로 하는 지하 관정의 스마트 본딩 공법.
   
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 제어반 내에 설치되는 적어도 하나의 서지 보호기의 접지단자를 인접한 금속제 패널에 본딩하는 것을 특징으로 하는 지하 관정의 스마트 본딩 공법.
   
4. 제 3항에 있어서,
   상기 금속제 패널은 제어회로가 설치되는 금속제 패널이고, 상기 제어회로의 접지단자가 상기 금속제 패널에 본딩되는 것을 특징으로 하는 금속제 함체를 구비한 지하 관정의 스마트 본딩공법.

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