KR101265470B1 - 탄소 접지봉 및 그 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 탄소 접지봉 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 탄소 접지봉은 탄소 성분을 포함하는 탄소 접지체; 및 상기 탄소 접지체의 길이 방향으로 상기 탄소 접지체를 관통하며, 양측이 개방된 중공형으로, 내측에 전해질이 충진된 심봉을 포함하고, 상기 심봉 내측에 충진된 전해질이 수분과 접촉하도록 하고 상기 심봉 내측에 충진된 전해질이 수분과 접촉하는 것에 의해 생성된 이온이 상기 탄소 접지체의 외부로 배출되도록 하는 통로 구조가 구비되는 것을 특징으로 한다.

Description

탄소 접지봉 및 그 제조 방법{CARBON EARTH ROD AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}

본 발명은 탄소 접지봉 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

산업 기술의 발달에 따라 클린 에너지인 전력을 주된 에너지원으로 사용하고 있으며, 이러한 전력은 낙뢰와 같은 자연 재해로부터 안정되어야 하고, 양질의 전력을 사용하기 위해서 기준 전위로 사용되는 영전위의 접지 부분이 안정되어야 한다.

양질의 전력을 공급하고 수급하여 사용하기 위해서는 접지가 필수적인 요소가 될 수 밖에 없으며, 접지는 기준 전위라는 물리학적인 개념 외에도 전력 계통의 사고 및 낙뢰 등의 사고에 의한 파급 여파에도 인체, 기기의 손상을 보호할 수 있는 기초적인 부분을 담당하고 있다.

접지봉으로 사용되는 철제 앵글, 쇠파이프, 동봉, 동판은 안전성이 떨어지며, 특히, 산악지형의 암반 토양에서는 접지 저항을 떨어뜨리기 어려운 특성을 가지고 있다.

이에, 최근에는 안전성 및 접지 저항 특성이 우수한 탄소 접지봉이 주로 사용되고 있다. 탄소 접지봉은 일반적으로 도전성 심봉이 삽입된 탄소 접지체 구조를 가지며, 흑연 소재 등을 사용하는 것에 의해 낮은 접지 저항을 유지하여 구리 동봉 보다 뛰어난 접지 특성으로 서지 전압을 대지로 신속히 전달할 수 있다.

다만, 탄소 접지봉과 대지와의 저항차가 매우 커서 서지 진행파가 대지로 진행되는 것에 장애가 발생하고 이에 의해, 역서지가 발생할 수 있다.

이에, 본 발명은 역서지 발생을 최소화할 수 있는 달리 표현하면, 서지 전압을 대지로 최대한 신속히 전달할 수 있는 탄소 접지봉 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 다른 목적들은 이하의 실시예에 대한 설명을 통해 쉽게 이해될 수 있을 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 탄소 접지봉은 탄소 성분을 포함하는 탄소 접지체; 및 상기 탄소 접지체의 길이 방향으로 상기 탄소 접지체를 관통하며, 양측이 개방된 중공형으로, 내측에 전해질이 충진된 심봉을 포함하고, 상기 심봉 내측에 충진된 전해질이 수분과 접촉하도록 하고 상기 심봉 내측에 충진된 전해질이 수분과 접촉하는 것에 의해 생성된 이온이 상기 탄소 접지체의 외부로 배출되도록 하는 통로 구조가 구비되는 것을 특징한다.

여기서, 상기 탄소 접지체는, 흑연, 전도성 시멘트, 모래 및 증탄제를 포함할 수 있다.

그리고, 상기 탄소 접지체는, 전해질 및 팽윤사를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 심봉은 내측에 전해질이 충진되고 양측이 개방되고, 측부를 관통하여 형성된 적어도 하나의 관통공을 포함하는 도전성 봉; 양측이 개방된 중공형의 원뿔 형상으로, 일측 개방된 영역은 상기 관통공에 대향하도록 상기 도전성 봉 측부에 고정되고, 뾰족한 선단을 가지는 타측 개방된 영역은 상기 도전성 봉의 반대측을 향하는 방사부-상기 방사부의 내측은 전해질로 충진됨-를 포함하며, 상기 뾰족한 선단은 상기 탄소 접지체 측면 상에서 상기 탄소 접지체 외부로 노출될 수 있다.

또한, 상기 방사부는, 상기 탄소 접지체의 높이를 기준으로 구획된 적어도 2의 영역에 설치되고, 상기 적어도 2의 영역에서, 상부 영역에 설치된 방사부의 수는 하부 영역에 설치된 방사부의 수 보다 적을 수 있다.

또한, 상하부에서 이웃하는 방사부 간의 거리는, 상기 탄소 접지체의 상부에서 하부로 갈수록 감소할 수 있다.

또한, 상기 방사부는, 상기 심봉 보다 전도율이 높은 재질로 형성될 수 있다.

또한, 상기 탄소 접지체의 측면에 밀착 고정되는 금속성 재질의 완충부재-상기 완충부재는 상기 탄소 접지체 보다 전도율이 낮음-; 및 상기 완충부재를 상기 탄소 접지체 상에 고정하는 고정구-상기 고정구는 양측이 개방된 중공형으로, 개방된 일측은 상기 방사부의 뾰족한 선단을 가지는 개방된 영역에 대향하고, 개방된 타측은 상기 탄소 접지체의 반대측을 향하는 것에 의해, 상기 방사부 상의 전해질이 외부 수분에 접촉할 수 있게 하고, 상기 전해질이 수분과 접촉하는 것에 의해 생성된 이온이 외부로 배출될 수 있도록 함-를 더 포함하고, 상기 완충부재는, 상기 탄소 접지체가 외부 수분에 접촉하고, 상기 탄소 접지체에 포함된 전해질이 수분과 접촉하는 것에 의해 생성된 이온이 외부로 배출될 수 있도록 상기 완충부재를 관통하여 형성된 수분 접촉부를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 고정구는 상기 방사부 보다 전도율이 낮은 재질로 형성될 수 있다.

또한, 상기 도전성 봉은 도전성 물질로 코팅되고, 상기 도전성 봉 중 상기 탄소 접지체로부터 노출된 영역이 상기 탄소 접지체로부터 노출되지 않은 영역에 비해 더 두껍게 상기 도전성 물질로 코팅될 수 있다.

본 발명의 다른 일 측면에 따른 탄소 접지봉 제조 방법은 심봉 및 탄소 접지체 슬러리가 준비되는 단계; 상기 심봉이 설치된 성형틀에 상기 접지체 슬러리를 충진시킨 후 상기 성형틀에 진동을 인가하는 단계; 소정의 강도로 상기 탄소 접지체 슬러리가 응고된 때, 상기 성형틀을 제거하는 것에 의해, 심봉에 탄소 접지체가 고정된 구조를 가지는 접지체를 획득하는 단계; 및 상기 접지체를 가열하는 단계를 포함한다.

여기서, 상기 가열하는 단계는, 상기 접지체를 450 내지 500 ℃에서 가열하는 단계; 및 수증기를 공급하면서 상기 접지체를 100 내지 150 ℃에서 가열하는 단계를 포함할 수 있다.

그리고, 상기 가열된 탄소 접지체 측부에 상기 탄소 접지체 보다 전도율 낮은 금속성 재질의 완충부재를 밀착 고정하는 단계를 더 포함하고, 상기 완충부재는 상기 완충부재를 관통하여 형성되는 것에 의해, 상기 탄소 접지체와 수분과의 접촉을 제공하는 수분 접촉부를 포함할 수 있다.

또한, 상기 심봉 중 상기 탄소 접지체로부터 노출된 부분을 도전성 물질로 코팅하는 단계를 더 포함할 수 있다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 심봉 또는 탄소 접지체 상의 전해질이 수분과 접하는 것에 의해 생성되는 이온으로 주변 토양을 이온화시키는 것에 의해, 주변 토양과 탄소 접지봉 간의 저항차를 줄일 수 있다. 이에 의해, 서지 전압을 용이하게 탄소 접지봉을 통해 주변 토양으로 배출할 수 있다.

그리고, 본 발명은 탄소 접지체에 증탄제를 포함시키는 것에 의해, 탄소 접지봉의 전기적 및 기계적 특성을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명은 탄소 접지체에 전해질 및 팽윤사를 포함시키는 것에 의해, 수분에 의한 전해질의 손실에도 불구하고, 탄소 접지체의 구조를 견고하게 할 수 있다.

또한, 본 발명은 방사부의 뾰족한 선단에 의해, 서지 전압을 탄소 접지봉의 하부로 용이하게 배출할 수 있다.

또한, 본 발명은 방사부를 도전성 봉 보다 전도율이 높은 재질로 형성하는 것에 의해, 탄소 접지봉 측부로의 방사를 용이하게 할 수 있다.

또한, 본 발명은 방사부를 적절히 배치하는 것에 의해, 탄소 접지체 전체에 전기적 스트레스를 균등하게 분배할 수 있고, 대지 표면이 아닌, 대지 깊숙한 곳에서 서지 전압을 방전시킬 수 있다.

또한, 본 발명은 완충부재를 통해 탄소 접지체와 토양 간의 저항차를 완충하는 것에 의해 서지 전압이 용이하게 대지로 방전되게 할 수 있다.

또한, 본 발명은 완충부재를 고정하는 고정구가 뾰족한 선단을 가지도록 하는 것에 의해, 대지로의 방전 용이하게 할 수 있다.

또한, 본 발명은 고정부를 완충부재 보다 전도율이 낮은 매질로 형성하는 것에 의해, 탄소 접지봉 측부로의 방전을 용이하게 할 수 있다.

또한, 본 발명은 심봉이 설치된 성형틀에 접지체 슬러리를 충진시킨 후 성형틀에 진동을 인가하는 것에 의해, 접지체 슬러리 상의 기포를 제거함과 동시에 공백 부분 없이 접지체 슬러리가 심봉에 부착되게 할 수 있다.

또한, 본 발명은 고온에서 1차 가열을 진행하고, 수증기를 공급하면서 저온에서 2차 가열을 진행하는 것에 의해, 탄소 접지봉 공정 시간을 단축함과 동시에 탄소 접지체 내외측 간의 수분 불균형 문제를 해소할 수 있다. 이에 의해, 본 발명은 탄소 접지체 전체에 걸쳐 균일한 전지적 특성을 제공할 수 있다.

또한, 본 발명은 도전성 코팅부재를 통해 수분에 의한 도전성 봉의 부식을 방지할 수 있다.

또한, 본 발명은 도전성 봉에서 탄소 접지체로부터 노출된 부분을 도전성 봉과 탄소 접지체가 대면하는 영역에 비해 두껍게 도전성 물질로 코팅하는 것에 의해, 도전성 물질의 소비를 최소화함과 동시에, 도전성 봉과 탄소 접지체가 대면하는 영역에서 도전성 물질에 의한 저항 증가를 최소화할 수 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 탄소 접지봉의 사시도를 나타낸다.
도 2는 도 1의 X-X'에 따른 단면도를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 탄소 접지봉 제조 방법에 대한 플로우차트를 나타낸다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.

및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다.

일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 탄소 접지봉에 대하여 설명한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 탄소 접지봉의 사시도를 나타낸다. 도 2는 도 1의 X-X'에 따른 단면도를 나타낸다.

본 발명의 탄소 접지봉(1)은 심봉(100), 탄소 접지체(200)를 포함할 수 있다.

심봉(100)은 탄소 접지체(200)의 상부에서 하부를 관통하여 설치될 수 있다. 심봉(100)의 상측은 나동선(미도시)의 연결을 위해, 탄소 접지체(200)로부터 노출될 수 있다. 심봉(100)은 도전성 봉(110), 방사부(120), 전해질(130), 코팅부재(140)를 포함할 수 있다. 도전성 봉(110)은 중공형의 원통이고 양측이 개방될 수 있다. 그리고, 도전성 봉(110)의 측부에는 관통공(111)이 적어도 하나 형성될 수 있다. 관통공(111)에 대응하여 중공형 원뿔 모양의 방사부(120)가 설치될 수 있다. 방사부(120)의 양단은 개방되며, 방사부(120)의 개방된 일측은 관통공(111)에 대향하도록 도전성 봉(110) 측부에 고정되고, 방사부(120)의 개방된 뾰족한 일측은 도전성 봉(110) 반대측을 향할 수 있다. 방사부(120)의 개방된 뾰족한 일측은 탄소 접지체(200)의 측면과 동일 평면상에 위치할 수 있다. 즉, 방사부(120)의 뾰족한 선단은 탄소 접지체(200)로부터 노출될 수 있다. 이에 의해, 도전선 봉(110)의 내측에서 방사부(120)의 뾰족한 선단까지 이어지는 공간이 마련될 수 있다. 그리고, 도전선 봉(110)의 내측에서 방사부(120)의 뾰족한 선단까지 이어지는 공간에는 전해질(130)이 충진될 수 있다. 주지된 바와 같이, 전해질(130)은 물과 반응해 이온을 생성하는 물질이다. 탄소 접지봉(1)이 매설되고 전해질(130)이 물에 노출되면 방사부(120)의 뾰족한 선단을 통해 이온을 탄소 접지체(200) 외측으로 즉, 토양으로 배출하는 것에 의해, 탄소 접지봉(1)에 인접한 토양의 저항을 낮출 수 있다. 이에 의해, 탄소 접지체(200)와 주변 토양과의 저항차를 줄이는 것에 의해 서지 전압을 대지로 용이하게 배출할 수 있다. 서지 전류가 도전성 봉(110) 상부에서 하부로 이동하면서 측부로의 방사가 용이하도록 방사부(120)는 도전성 봉(110) 보다 전도율이 높은 재질로 형성될 수 있다. 외부로 노출되는 방사부(120)의 뾰족한 선단은 첨두효과(뾰족한 곳으로 방전이 집중되는 현상)에 의해 탄소 접지봉(1) 측부로 용이하게 서지 전압이 방전되도록 할 수 있다.

코팅부재(140)는 도전성 봉(110) 외측면 상에 코팅될 수 있다. 코팅부재(140)는 도전성 봉(110)에 수분이 접근하는 것을 차단하는 것에 의해, 도전성 봉(110)의 부식을 방지할 수 있다. 서지 전압이 효과적으로 도전성 봉(110)으로부터 탄소 접지치(200)로 전달될 수 있도록, 코팅부재(140)는 도전성인 것이 바람직하다. 예를 들어, 코팅 부재(140)는 카본과 같은 도전성 도료일 수 있다. 탄소 접지체(200)에 함유되어 도전성 봉(110) 측면에 접근하는 수분은 매우 적을 수 있고, 도전성 봉(110) 중 탄소 접지체(200)로부터 노출될 영역은 다량의 수분에 노출될 가능성이 있다. 따라서, 코팅부재(140)는 도전성 봉(110)과 탄소 접지체(200)가 접하는 영역에서는 얇은 두께로 코팅되며, 도전성 봉(110) 중 탄소 접지체(200)로부터 노출된 영역은 탄소 접지체(200)와 접하는 영역에 비해 좀 더 두꺼운 두께로 코팅될 수 있다. 이에 의해, 코팅부재(140)의 사용을 최소화하여 탄소 접지봉 가격을 절감함과 동시에, 도전성 봉(110)과 탄소 접지체(200) 사이에 위치한 코팅부재(140)에 의한 저항 증가를 최소화할 수 있다.

도전성 봉(110) 측부 상의 관통공(111) 및 방사부(120)는 도전성 봉(110) 상부에서 하부 간의 적어도 하나의 영역 상에 배치될 수 있다. 예를 들어, 도 2에서와 같이 3 개의 영역 상에 도전성 봉(110) 측부 상의 관통공(111) 및 방사부(120)가 배치될 수 있다. 이때, 2 개의 영역을 기준으로 하부에 위치한 도전성 봉(110) 측부 상의 관통공(111) 및 방사부(120)의 수는 상부에 위치한 도전성 봉(110) 측부 상의 관통공(111) 및 방사부(120)의 수 보다 많을 수 있다. 이에 의해, 대부분의 서지 전압이 하부에서 배출되므로, 대지 표면에서의 감전 사고를 최소화할 수 있다. 그리고, 대부분의 서지 전압이 하부에서 배출되도록, 상하부 이웃하는 방사부(120) 간의 거리는 도전성 봉(110)의 상부에서 하부로 갈수록 감소할 수 있다. 그리고, 측방향으로 전기 스트레스가 균등하게 분배될 수 있도록, 동일 영역에 속하는 방사부(120) 간의 각거리는 동일할 수 있다. 방사부가 적절히 배치되는 것에 의해, 서지 전압에 의한 전기적 스트레스가 횡방향 및 종방향으로 균등 분산될 수 있다. 이에 의해, 서지 전압에 의한 탄소 접지체(200)의 파괴가 최소화될 수 있다.

탄소 접지체(200)는 원통형으로 형성될 수 있다. 탄소 접지체(200)는 일반적인 조성물로 흑연, 전도성 시멘트, 모래를 포함할 수 있다. 흑연, 전도성 시멘트, 모래의 함량은 탄소 접지체(200)의 기계적 강도 및 전기 전도율에 따라 조정될 수 있다. 탄소 접지체(200)는 첨가물로서, 탄소 접지체(200)의 기계적 특성 및 전기적 특성이 보강되도록 증탄제를 포함할 수 있다. 증탄제는 흑연 분말보다 입도가 작은 분말 예를 들어, 숯가루 등일 수 있다. 증탄제는 흑연 입자 사이를 메우는 것에 의해 탄소 접지체(200)의 기계적 특성을 보완하고, 흑연 분말 상의 불순물을 흡수하여 탄소 접지체(200)의 흑연의 순도를 높이는 것에 의해 탄소 접지체(200)의 전도율을 높일 수 있다. 그리고, 탄소 접지체(200)는 첨가물로서 탄소 접지체(200) 주변 토양의 저항 감소를 위해 전해질을 포함할 수 있다. 탄소 접지체(200) 상의 전해질은 수분과 반응하여 주변 토양으로 이온을 배출하는 것에 의해, 탄소 접지체(200)와 토양 간의 저항차를 줄일 수 있다. 다만, 전해질의 지속적인 이온화에 의한 전해질의 손실은 탄소 접지체(200)의 균열을 초래하고, 그 균열된 부분으로 서지 전류가 집중하게 되면 탄소 접지체가 파괴될 수 있다. 이에, 탄소 접지체(200)는 팽윤사를 더 포함할 수 있다. 팽윤사는 주지된 바와 같이 수분을 흡수하는 것에 의해, 부피가 증가할 수 있다. 즉, 전해질이 수분과 반응하여 손실될 때, 팽윤사가 수분에 의해 부피를 팽창하는 것에 의해 탄소 접지체의 균열을 최소화할 수 있다. 물론, 탄소 접지체(200)는 그 제조 공정에서 접지체 슬러리의 응고를 촉진하기 위해 전해질을 미량 포함할 수 있다. 예를 들어, 탄소 접지체(200) 전체 중량을 기준으로, 탄소 접지체(200)는 흑연 60%, 전도성 시멘트 10 %, 윤골제(모래) 6 %, 전해질 2%, 응고제 2%, 팽균사 10%, 증탄제 10%로 구성될 수 있다. 앞서 본 바와 같이, 탄소 접지체(200)를 측방향으로 관통하여 방사부(120)가 배치될 수 있다. 그리고, 탄소 접지체(200)의 측면은 방사부(120)의 뾰족한 선단을 외부로 노출시킬 수 있다. 이에 의해, 방사부(120) 및 전해질(130) 내측에 위치한 전해질에 의해 생성되는 이온이 탄소 접지체(200) 외부로 배출될 수 있다.

탄소 접지체(200)의 외측면에는 완충부재(300)가 밀착 고정될 수 있다. 완충부재(300)는 탄소 접지체(200)와 주변 토양과의 저항차를 감소시킬 수 있다. 전해질에 의해 탄소 접지봉(1) 근접 토양이 이온화된다고 하여도 이에 의한 토양 전도율의 증가는 매우 미약할 수 있다. 따라서, 이온화된 토양과 탄소 접지체(200) 간의 저항차를 완충해줄 필요가 있다. 이에, 완충부재(300)는 탄소 접지체(200) 보다 도전성이 낮은 물질 예를 들어, 동으로 형성된 금속 시트일 수 있다. 완충부재(300)는 탄소 접지체(200)에 밀착된 상태에서 고정구(310)에 의해 고정될 수 있다. 예를 들어, 금속 시트로 형성된 완충 부재(300)로 탄소 접지체(200)를 감싼 상태에서 금속 시트가 교차하는 영역에 형성된 관통공에 고정구(310)의 일측을 내삽하고, 그 고정구의 일측을 방사부(120) 상에 고정하는 것에 의해, 완충 부재(300)는 탄소 접지체(200)의 측부에 밀착 고정될 수 있다. 완충부재(300) 중 적어도 일 영역에는 수분 접촉부(310)가 형성될 수 있다. 수분 접촉부(310)는 완충부재(300)를 관통하는 형태로 형성될 수 있다. 수분 접촉부(310)를 통해, 탄소 접지체(200)는 수분과 접촉할 수 있고, 이에 의해, 탄소 접지체(200) 상의 전해질이 이온화되고, 그 이온화된 이온이 토양으로 배출될 수 있다. 탄소 접지체(200)에 전해질이 포함되지 않은 경우라면, 수분 접촉부(310)는 생략될 수 있다.

고정구(310)는 탄소 접지봉(1) 외측으로 향하는 선단이 뾰족할 수 있고, 내부는 중공형으로 형성되는 것에 의해, 방사부(120)에서 생성된 이온을 토양으로 배출할 수 있다. 방사부(120)에서 생성된 이온의 배출을 위해, 방사부(120) 측에서 고정구(310) 선단까지 연장되는 이온 배출구(310a)가 구비될 수 있다. 고정구(310)의 선단이 뾰족한 것에 의해, 서지 전압의 방사가 용이할 수 있다. 도전성 봉(110) 보다 저항값이 낮은 방사부(120)와 토양과의 저항값 차를 완충하기 위해, 고정구(310)의 저항값은 방사부(120) 보다 낮을 수 있다. 서지 전압의 방류가 용이하도록 고정구(310)의 측부는 적어도 하나의 뾰족한 선단(311)을 가질 수 있다.

도전성 봉(110)의 하단에는 덥개부(400)가 고정 설치될 수 있다. 덥개부(400)의 폭은 탄소 접지체(200)의 폭과 동일할 수 있다. 덥개부(400)는 원뿔 형상으로 뾰족한 선단은 하부를 향할 수 있다. 이에 의해, 서지 전압이 용이하게 하부로 방출될 수 있다.

도 1 및 2는 예시에 불과하며, 도 2의 구성 중 일부를 생략하거나, 도 2의 구성 중 일부를 변형하여 실시할 수도 있다. 예를 들어, 코팅부재(140)가 생략된 형태로 실시될 수도 있다. 그리고, 방사부(120)가 생략된 형태로 실시될 수도 있다. 이때, 이온 배출구(310a)는 도전성 봉(110)의 측부 상의 관통공(111)까지 연장되고 고정구(310)의 일측은 관통공(111)에 대응하여 고정될 수 있다. 그리고, 수분 접촉부(310)가 제거된 형태로 실시될 수도 있다. 그리고, 고정구(310)의 측부 상의 선단이 제거된 형태로 실시될 수도 있다. 그리고, 완충부재(300)가 생략된 형태로 실시될 수도 있고, 이 경우, 고정구(310)는 생략될 수도 있고, 고정구(310)가 완충부재(300) 없이 방사부(120)에 고정 설치될 수도 있다. 그리고, 완충부재(300)의 고정 형태는 제한이 없을 수 있다. 별도의 이온 배출구가 없는 고정수단을 사용하는 형태라면, 완충부재(300) 상에 방사부의 이온 배출 통로에 대응하는 영역에 이동 배출을 위한 별도의 통로가 구비될 수 있다. 그리고, 덮개부(400)는 단순한 원판으로 형성될 수도 있다. 덥개부(400)는 도전성 봉(110)의 하부로 전해질(130)이 유실되는 것을 방지할 수 있도록 도전성 봉(110)의 하부와 외부 간의 기밀을 유지시킬 수 있는 구조를 가지는 한 덮개부(400)의 구조는 제한이 없을 수 있다.

이하, 도 1 내지 도 3을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 탄소 접지봉에 대하여 설명한다. 도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 탄소 접지봉 제조 방법에 대한 플로우차트를 나타낸다. 이하의 설명에 의해, 앞서 본 탄소 접지봉의 구조가 보다 명확해 질 수 있다. 그리고, 설명의 편의를 위해, 앞서 설명된 사항에 대한 설명은 생략하거나 간단히 한다.

먼저, 심봉(100) 및 탄소 접지체 슬러리(미도시)가 준비될 수 있다(S301). 심봉(100)은 도 2에서의 구조를 가질 수 있다. 즉, 심봉(100)은 전해질(130)이 충진되고, 측부에 관통공(111)이 구비되고, 그 관통공(111)에 대응하여 방사부(120)가 고정 설치되며, 코팅부재(140)로 코팅된 도전성 봉(110)의 구조를 가질 수 있다. S301 단계에서, 코팅부재(140)는 도전성 봉(110) 전체에 대하여 동일 두께로 코팅될 수 있다. 탄소 접지체 슬러리는 앞서 본 탄소 접지체 성분이 물로 반죽된 상태일 수 있다. 즉, 탄소 접지체 슬러리는 흑연, 전도성 시멘트, 모래, 전해질, 응고제, 팽윤사 및 증탄제를 포함할 수 있다.

그리고, S301 단계에서 준비된 심봉(100) 및 탄소 접지체 슬러리를 사용하여 탄소 접지봉이 성형될 수 있다(S302). 이때, 심봉이 설치된 성형틀에 탄소 접지체 슬러리를 충진시킨 후 일정한 강도로 탄소 접지체 슬러리가 응고된 때 성형틀을 제거하는 것에 의해 탄소 접지봉이 성형될 수 있다. 탄소 접지체 슬러리가 성형틀에 충진된 상태에서 소정의 시간 동안 성형틀에 진동이 인가될 수 있다. 이에 의해, 탄소 접지체 슬러리 상의 기포가 제거될 수 있고, 각진 부분, 라운드 진 부분 등에서 심봉(100)과 탄소 접지체 슬러리 간의 공백이 제거될 수 있다. 또한, 진동에 의해, 슬러리 반죽이 보다 균일해질 수 있다.

그리고, 1차 가열 공정이 진행될 수 있다(S303). 1차 가열은 약 1.3 내지 1.5 시간 동안 약 450 내지 500 ℃에서 진행될 수 있다. 450 ℃ 미만이면 제조 시간이 지연되며, 500 ℃ 이상이면 빠른 증발에 따른 탄소 접지체의 균열이 발생할 수 있다.

그리고, 2차 가열 공정이 진행될 수 있다(S304). 2차 가열은 약 0.4 내지 0.6 시간 동안 약 100 내지 150 ℃에서 진행될 수 있다. 2차 가열 공정은 탄소 접지봉에 수증기가 공급되면서 진행될 수 있다. 100 ℃ 미만이면 수증기의 액화에 의해 탄소 접지봉에 충분한 수분이 전달되지 않을 수 있으며, 150 ℃ 초과이면, 탄소 접지체 외부에의 수분 흡착 비율이 떨어져 탄소 접지체 내외부 간 수분 불균형을 충분히 해소할 수 없다. 1차 가열은 고온에서 빠르게 수분을 제거하기 위한 공정이다. 이때, 탄소 접지체 외측 상의 수분은 탄소 접지체 내측 상의 수분 보다 빠르게 제거될 수 있다(여기서, 탄소 접지체의 내측은 탄소 접지체에서 도전성 봉에 가까운 영역일 수 있고, 탄소 접지체의 외측은 탄소 접지체에서 탄소 접지체의 내측 보다 도전성 봉에서 이격된 영역일 수 있다. 즉, 탄소 접지체의 내측과 외측은 탄소 접지체의 길이 방향에 수직인 방향을 기준으로 탄소 접지체에서 도전성 봉(110)과의 상대적인 위치 관계로 나뉘는 개념일 수 있다.) 즉, 탄소 접지체 외부와 내부 간에 수분 불균형에 의해 전기적 특성 특히, 저항치에서 차이를 보일 수 있다. 이에 의해, 빠르게 서지 에너지가 탄소 접지체의 외측부로 전달되지 않을 수 있다. 이때, 탄소 접지체 내부 과열에 의해, 탄소 접지체가 폭발할 수 있고, 외부로 전달되지 않는 서지 에너지에 의해 역서지가 발생할 수 있으며, 측부로 분출되지 않는 서지 에너지가 탄소 접지봉의 하부로 집중되는 것에 의해, 전기적 스트레스가 탄소 접지봉의 하부로 집중될 수 있다. 이에 의해 탄소 접지봉 하부 영역과 같은 국부적인 영역에서의 전기적 특성 저하로 접지 성능은 점차적으로 저하될 수 있다. 따라서, 2차 가열을 진행하면서 탄소 접지봉 전체에서의 수분을 제거함과 동시에 수증기를 공급하는 것에 의해, 탄소 접지체 외측과 내측 간의 수분 불균형을 조정할 수 있다. 가열 시간 및 수증기압에 따라, 수분 불균형의 조정 특성은 상이할 수 있다. 따라서, 탄소 접지봉의 두께에 따라 적정한 가열 시간 및 수증기압이 선택될 수 있다. 다양한 가열 시간 및 수증기압에서 생산된 탄소 접지봉의 내측과 외측의 저항 측정을 통해 용이하게 적정한 가열 시간 및 수증기압이 선택될 수 있다. 위와 같은 1차 및 2차 가열 방식을 통해, 탄소 접지체 생산 시간을 단축함과 동시에, 탄소 접지체 전체가 고른 전기적 특성을 가지도록 할 수 있다.

그리고, 완충부재(300)가 탄소 접지체(200)의 측부에 고정 설치될 수 있다(S305). 완충부재(300)가 탄소 접지체(200)에 고정되는 방식은 제한이 없으나, 일례로, 도 2의 고정구(310)를 사용하여 고정될 수 있다. 완충부재(300)는 앞서 본 바와 같이, 수분 접촉부(310)가 포함되지 않을 수 있다.

그리고, 코팅이 진행될 수 있다(S306). 앞서 본 바와 같이, 도전성 봉(110) 중 탄소 접지체(200)에서 노출된 영역은 탄소 접지체(200)와 도전성 봉(110)이 접하는 영역에 비해 좀 더 두껍게 코팅될 필요가 있다. 따라서, S306을 통해, 도전성 봉(110) 중 탄소 접지체(200)에서 노출된 영역에 추가적인 코팅이 이루어질 수 있다.

앞서 본 바와 같이, 심봉(100) 및 탄소 접지체(200)의 다양한 실시예에 따라 S301에서 준비되는 심봉(100)의 구조 및 S301에서 준비되는 탄소 접지체 슬러리의 조성은 다양하게 변형될 수 있다. 또한, 탄소 접지체(200)에 완충부재(300)가 고정 설치되는 경우가 아니라면, S305는 생략된 형태로 실시될 수 있다. 그리고, S306가 생략된 형태로 실시될 수도 있다. 이때, S301에서 코팅부재(140)는 충분한 두께로 코팅될 수도 있다. 또한, 코팅부재(140)가 생략된 형태로 실시될 수도 있다.

S301에서 준비되는 심봉은 단순한 원통형의 도전성 심봉일 수도 있다. 그리고, S301에서 준비되는 탄소 접지체 슬러리는 주지된 탄소 접지체 성분으로 제조될 수도 있다. 그리고, 이와 같은 도전성 심봉 및 탄소 접지체 슬러리를 사용해, S302 및 S304가 진행될 수도 있다. 이때, S305 및 S306 중 적어도 하나는 선택적으로 진행될 수도 있다.

상기한 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대해 통상의 지식을 가진 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 하기의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.

1: 탄소 접지봉
100: 심봉
110: 도전성 봉
111: 관통공
120: 방사부
130: 전해질
140: 코팅부재
200: 탄소 접지체
300: 완충부재
310: 고정구
310a: 이온 배출구
400: 덮개부

Claims (14)

1. 탄소 성분을 포함하는 탄소 접지체; 및
   상기 탄소 접지체의 길이 방향으로 상기 탄소 접지체를 관통하며, 양측이 개방된 중공형으로, 내측에 전해질이 충진된 심봉을 포함하고,
   상기 심봉 내측에 충진된 전해질이 수분과 접촉하도록 하고 상기 심봉 내측에 충진된 전해질이 수분과 접촉하는 것에 의해 생성된 이온이 상기 탄소 접지체의 외부로 배출되도록 하는 통로 구조가 구비되고
   상기 탄소 접지체는 전해질 및 팽윤사를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소 접지봉.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 탄소 접지체는,
   흑연, 전도성 시멘트, 모래 및 증탄제를 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소 접지봉.
   
3. 삭제
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 심봉은 내측에 전해질이 충진되고 양측이 개방되고, 측부를 관통하여 형성된 적어도 하나의 관통공을 포함하는 도전성 봉;
   양측이 개방된 중공형의 원뿔 형상으로, 일측 개방된 영역은 상기 관통공에 대향하도록 상기 도전성 봉 측부에 고정되고, 뾰족한 선단을 가지는 타측 개방된 영역은 상기 도전성 봉의 반대측을 향하는 방사부-상기 방사부의 내측은 전해질로 충진됨-를 포함하며,
   상기 뾰족한 선단은 상기 탄소 접지체 측면 상에서 상기 탄소 접지체 외부로 노출되는 것을 특징으로 하는 탄소 접지봉.
   
5. 삭제
6. 제 4 항에 있어서,
   상하부에서 이웃하는 방사부 간의 거리는,
   상기 탄소 접지체의 상부에서 하부로 갈수록 감소하는 것을 특징으로 하는 탄소 접지봉.
   
7. 제 4 항에 있어서,
   상기 방사부는,
   상기 심봉 보다 전도율이 높은 재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 탄소 접지봉.
   
8. 제 4 항에 있어서,
   상기 탄소 접지체의 측면에 밀착 고정되는 금속성 재질의 완충부재-상기 완충부재는 상기 탄소 접지체 보다 전도율이 낮음-; 및
   상기 완충부재를 상기 탄소 접지체 상에 고정하는 고정구-상기 고정구는 양측이 개방된 중공형으로, 개방된 일측은 상기 방사부의 뾰족한 선단을 가지는 개방된 영역에 대향하고, 개방된 타측은 상기 탄소 접지체의 반대측을 향하는 것에 의해, 상기 방사부 상의 전해질이 외부 수분에 접촉할 수 있게 하고, 상기 전해질이 수분과 접촉하는 것에 의해 생성된 이온이 외부로 배출될 수 있도록 함-를 더 포함하고,
   상기 완충부재는,
   상기 탄소 접지체가 외부 수분에 접촉하고, 상기 탄소 접지체에 포함된 전해질이 수분과 접촉하는 것에 의해 생성된 이온이 외부로 배출될 수 있도록 상기 완충부재를 관통하여 형성된 수분 접촉부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소 접지봉.
   
9. 제 8 항에 있어서,
   상기 고정구는 상기 방사부 보다 전도율이 낮은 재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 탄소 접지봉.
   
10. 제 4 항에 있어서,
    상기 도전성 봉은 도전성 물질로 코팅되고,
    상기 도전성 봉 중 상기 탄소 접지체로부터 노출된 영역이 상기 탄소 접지체로부터 노출되지 않은 영역에 비해 더 두껍게 상기 도전성 물질로 코팅되는 것을 특징으로 하는 탄소 접지봉.
    
11. 심봉 및 탄소 접지체 슬러리가 준비되는 단계;
    상기 심봉이 설치된 성형틀에 상기 접지체 슬러리를 충진시킨 후 상기 성형틀에 진동을 인가하는 단계;
    소정의 강도로 상기 탄소 접지체 슬러리가 응고된 때, 상기 성형틀을 제거하는 것에 의해, 심봉에 탄소 접지체가 고정된 구조를 가지는 접지체를 획득하는 단계; 및
    상기 접지체를 가열하는 단계를 포함하며
    상기 심봉 중 상기 탄소 접지체로부터 노출된 부분을 도전성 물질로 코팅하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소 접지봉 제조 방법
    
12. 제 11 항에 있어서,
    상기 가열하는 단계는,
    상기 접지체를 450 내지 500 ℃에서 가열하는 단계; 및
    수증기를 공급하면서 상기 접지체를 100 내지 150 ℃에서 가열하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소 접지봉 제조 방법.
    
13. 제 11 항에 있어서,
    상기 가열된 탄소 접지체 측부에 상기 탄소 접지체 보다 전도율 낮은 금속성 재질의 완충부재를 밀착 고정하는 단계를 더 포함하고,
    상기 완충부재는 상기 완충부재를 관통하여 형성되는 것에 의해, 상기 탄소 접지체와 수분과의 접촉을 제공하는 수분 접촉부를 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소 접지봉 제조 방법.
    
14. 삭제

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