KR101358916B1 - 전위방전판을 구비한 접지봉 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 접지봉의 외측에 뇌전류의 유입시 뇌전류에 대응되는 이온이 포집하여 전위방전을 발생시키는 전위방전판을 구비하여 전위방전으로 유입된 뇌전류를 신속하게 소멸시킬 수 있는 전위방전판을 구비한 접지봉에 관한 것이다.
본 발명의 주요구성은 지중에 매설된 상태로 낙뢰전류를 지중으로 유도하는 접지봉(10)과; 접지봉(10)의 외주면에서 외부로 돌출 형성되어 접지봉(10)으로 흐르는 뇌전류가 유입되는 방사부재(20)와; 양단이 접지봉(10)에 절연된 상태로 연결되며 중앙부분이 방사부재(20)와 소정거리 이격되어 설치되어 방사부재(20)로 뇌전류가 유입되면 이에 대응되는 이온이 유도되어 뇌전류가 흐르는 방사부재(20)를 따라 전위방전이 형성되어 뇌전류를 소멸시키는 전위방전판(30)과; 전위방전판(30)을 접지봉(10)에 절연상태로 소정거리 이격되도록 고정시키는 연결부재(40)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

전위방전판을 구비한 접지봉{GROUND ROD HAVING INDUCTION DISCHARGE PLATE}
본 발명은 접지봉의 외측에 뇌전류의 유입시 뇌전류에 대응되는 이온이 포집하여 전위방전을 발생시키는 전위방전판을 구비하여 전위방전으로 유입된 뇌전류를 신속하게 소멸시킬 수 있는 전위방전판을 구비한 접지봉에 관한 것이다.
일반적으로, 접지봉은 전력계통에 발생되는 과전압(개폐 및 뇌과전압)으로 부터 비자기회복절연(non-self restoring insuation) 특성을 갖는 발전기, 변압기, 리액터(reactor), 케이블 및 GIS 모선 등의 모든 전력, 전자기기, 설비 및 인축으로부터 보호하는 설비로서, 낙뢰를 유도하는 뇌운이 접근하는 지역에서는 뇌운과 대지 사이의 전위차에 인하여 대기는 이온화되고, 땅위에서 돌출된 부분에 위치하는 대기의 이온과 대응되는 반대극성의 이온이 증가되며 뇌운이 증가되면 돌출된 부분에서 코로나 효과에 의해 이온이 방사된다.
피뢰침은 이러한 원리를 이용하여 지상의 건물에 돌출시켜 뇌운이 증가될 때 피뢰침의 돌출부를 통해 코로나 방전을 형성하여 이온을 방사함으로써 낙뢰를 유도한다.
이와 같이 피뢰침으로 유도된 낙뢰전류는 고주파 성분을 함유하기 때문에 신속하게 대지로 방류되어야 하여야 한다. 그러나, 낙뢰전류가 접지봉을 통하여 대지로 방류되는 과정에서 대지의 고유저항에 의한 접지 임피던스의 증가로 대지전위가 상승 하게 되어 대전력 설비기기, 통신 및 약전류 계통, 건축설비 등의 피보호기기에 인가되는 전위가 커져 손상이 발생하기도 한다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 도 1에 도시된 대한민국등록특허 제0339924호(아크 유도형 침부 접지봉)에서는 지상에 설치되는 피보호기기를 뇌전류에 의한 절연파괴 및 오작동되는 것을 방지할 수 있도록 상기 피보호기기와 접지되어 지중에 매설되는 접지봉에 있어서, 자체의 상단이 상기 피보호기기와 접지되며, 서지전압 인가 시 아크를 용이하게 발생할 수 있도록 하는 침이 원주방향으로 위치이동 가능하게 고정되는 침홀더가 장착되는 접지봉과, 상용주파 고장전류에 대해 접지극의 단면적을 증가시켜 접지저항을 감소시키며 서지성 고주파 고장전류에 대해 대지와 접촉으로 인해 영전위를 유지하여 상기 침에서 아크가 용이하게 발생하도록 상기 접지봉을 전기적으로 절연되게 함몰수용하는 방전관과, 자체의 일단은 상기 접지봉하단에 접속되며 타단은 상기 방전관하단에 접속되어, 상용주파 고장전류에 대해 상기 방전관에 이르는 경로를 제공하며 서지성 고주파 고장전류에 대해 상기 침과 상기 방전관사이에 전위차를 주어 아크발생을 유도하는 아크유도형 코일을 구비하는 아크유도형 침부 접지봉을 제시하였다.
그러나, 대한민국등록특허 제0339924호의 침부 접지봉은 낙뢰시 고주파 전류에 의한 표피효과에 의해 낙뢰전류가 접지봉의 표면만을 따라 흐름으로써 발생되는 저항 인덕턴스의 장애가 발생되는 문제가 여전히 남아 있다.
본 발명의 해결과제는 접지봉의 외측에 뇌전류의 유입시 뇌전류에 대응되는 이온이 포집하여 전위방전을 발생시키는 전위방전판을 구비하여 전위방전으로 유입된 뇌전류를 신속하게 소멸시킬 수 있는 전위방전판을 구비한 접지봉을 제공함에 있다.
본 발명의 전위방전판을 구비한 접지봉은, 지중에 매설된 상태로 낙뢰전류를 지중으로 유도하는 접지봉(10)과; 접지봉(10)의 외주면에서 외부로 돌출 형성되어 접지봉(10)으로 흐르는 뇌전류가 유입되는 방사부재(20)와; 양단이 접지봉(10)에 절연된 상태로 연결되며 중앙부분이 방사부재(20)와 소정거리 이격되어 설치되어 방사부재(20)로 뇌전류가 유입되면 이에 대응되는 이온이 유도되어 뇌전류가 흐르는 방사부재(20)를 따라 전위방전이 형성되어 뇌전류를 소멸시키는 전위방전판(30)과; 전위방전판(30)을 접지봉(10)에 절연상태로 소정거리 이격되도록 고정시키는 연결부재(40)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 방사부재(20)는 원뿔형상의 방사침 또는 접지봉에서 소정거리 이격된 방사판 형상인 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 방사부재(20)가 방사침인 경우에는 후술하는 전위방전판의 길이를 따라 접지봉(10)의 표면에 다수개 배치된 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 방사부재(20)가 방사판인 경우에 양끝단이 접지봉에 연결되고, 중앙이 접지봉과 소정거리 이격된 "ㄷ"자 형상으로 형성된 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 방사판은 접지봉(10)과 이격된 중앙부분의 외측에 톱니 형태의 돌기부(21)를 형성된 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 전위방전판(30)은 방사부재(20)와 한쌍으로 구성되어 접지봉(10)에 길이방향으로 방사형으로 설치된 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 연결부재(40)는 일단이 접지봉(10)에 고정되고 타단이 전위방전판(30)으로 연장되는 연결판(41)과, 연결판(41)의 타단을 절연상태로 전위방전판(30)에 고정시키는 체결부(46)로 구성된다.
바람직하게, 연결판(41)은 체결되는 전위방전판(30)과 접지봉(10)의 간격을 선택적으로 조절할 수 있도록 길이방향으로 다수의 체결홀(42)이 형성된 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 체결부(46)는 연결판과 전위방전판을 관통하는 볼트(45)와, 볼트(45)에 나사 결합되는 너트(43)와, 볼트(45)와 너트(44) 사이에서 연결판(41)과 전위방전판(30)의 사이를 소정간격 이격시키도록 볼트(45)가 관통 되게 설치되는 와셔(44)로 이루어진 것을 특징으로 한다.
본 발명의 전위방전판을 구비한 접지봉은 뇌전류가 접지봉으로 유입되면 접지봉과 소정거리 이격된 전위방전판에 뇌전류에 대응되는 이온이 포집되기 때문에 접지봉과 전위방전판 사이에 전위방전이 발생되어 유입된 뇌전류를 신속하게 소멸시킬 수 있는 장점이 있다.
또한, 접지봉의 외측으로 돌출된 방사부재에 의하여 전위방전이 용이하게 발생시킬 수 있고, 방수부재로 뇌전류가 분산되어 흐르기 때문에 방사와 전도방식으로 뇌전류를 소멸시킬 수 있는 장점이 있다.
도 1은 종래 접지봉의 분해사시도.
도 2는 본 발명에 따른 전위방전판을 구비한 접지봉의 사시도.
도 3은 본 발명에 따른 전위방전판을 구비한 접지봉의 분해 사시도.
도 4는 본 발명에 따른 전위방전판을 구비한 접지봉의 정면도.
도 5는 본 발명에 다른 실시예에 따른 전위방전판을구비한 접지봉의 확대도
도 6은 본 발명에 또다른 실시예에 따른 전위방전판을구비한 접지봉의 확대도
도 7은 본 발명의 또다른 실시예에 따른 전위방전판을 구비한 접지봉의 사시도.
이하, 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 자세히 설명하면 다음과 같다.
도 2 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 전위방전판을 구비한 접지봉은 접지봉(10), 방사부재(20), 전위방전판(30), 연결부재(40)를 포함한다.
접지봉(10)은 지중에 매설된 상태로 낙뢰전류를 지중으로 유도하기 위한 것으로, 접지봉(10)의 일측에는 리드단자(15)가 형성되어 피뢰도선에서 연장된 접지선이 연결되어 낙전류가 전달된다. 이러한 접지봉(10)은 원기둥 형상으로 제작되는 것이 바람직하지만 "T"자 형상 "L"자 형상 등으로 제작될 수도 있다. 또한, 접지봉(10)은 전류가 신속하게 전달되도록 열전도율이 높은 스테인레스강 또는 구리 등으로 제작된다.
방사부재(20)는 접지봉(10)의 외주면에서 외부로 돌출 형성되어 접지봉(10)으로 흐르는 뇌전류가 유입되면서 후술되는 전위방전판(30)과 함께 전위방전을 일으켜 뇌전류를 소멸시킨다. 이러한 방사부재(20)는 원뿔형상의 방사침 또는 접지봉에서 소정거리 이격된 방사판 형상으로 구성될 수 있다.
방사부재(20)가 방사침인 경우에는 후술하는 전위방전판(30)의 길이를 따라 접지봉(10)의 표면에 다수개 배치된다. 원뿔형태의 방사침은 접지봉의 표면을 따라 흐르는 뇌전류의 이온이 원뿔의 끝단에 높은 밀도로 모이게 되어 전위방전을 이용하게 이루어지게 할 수 있다. 이때, 방사침은 도 1 내지 도 4와 같이 서로 이격된 상태로 형성되거나 또는 도 5와 같이 조밀하게 형성될 수 있다.
방사부재(20)인 방사판인 경우에는 도 6에 도시된 바와 같이, 양끝단이 접지봉에 연결되고, 중앙이 접지봉과 소정거리 이격된 "ㄷ"자 형상으로 형성될 수 있으며, 전위방전판(30)에 대응되는 방사판의 표면에는 톱니 형태의 돌기부(21)가 형성된다. 돌기부(21)는 방사부재(20)로 유입되는 뇌전류의 이온이 톱니의 끝단에 높은 밀도로 모이게 하여 전위방전의 효율을 증가시킬 수 있다. 이러한 방사판은 접지봉과 이격되어 있기 때문에 접지봉으로 유입된 뇌전류가 방사판으로 분산되면서 흐르게 되어 뇌전류를 분산시킬 수 있으면서 방사판의 표면에서 돌출된 돌긱부(21)를 통해서 전위방전판(30)과 함께 전위방전을 일으켜 뇌전류를 소멸시키는 2가지 역할을 동시에 수행할 수 있다.
한편, 전위방전판(30)은 양단이 접지봉(10)에 절연된 상태로 연결되며 중앙부분이 방사부재(20)와 소정거리 이격되어 설치된다. 전위방전판(30)은 접지봉(10)으로 낙전류가 유입되면 뇌전류에 반대되는 이온이 유도되고, 방전전압 이상으로 유도되면 뇌전류가 흐르는 방사부재(20)을 따라 전위방전이 형성되어 뇌전류를 소멸시킬 수 있다.
이러한 전위방전판(30)은 방사부재(20)와 한쌍으로 구성되어 접지봉(10)에 길이방향으로 방사형으로 설치되며, 접지봉(10)을 따라 일체로 형성되거나 또는 다수개로 분리되어 설치될 수 있다.
연결부재(40)는 전위방전판(30)을 접지봉(10)에 절연상태로 소정거리 이격되도록 고정시킨다. 연결부재(40)는 접지봉(10)에 일단이 고정되고 타단이 전위방전판(30)으로 연장되는 연결판(41) 및 연결판(41)의 타단을 전위방전판(30)에 고정시키는 체결부(46)로 구성된다.
연결판(41)은 체결되는 전위방전판(30)과 접지봉(10)의 간격을 선택적으로 조절할 수 있도록 길이방향으로 다수의 체결홀(42)이 형성된다. 이에 따라 낙뢰지역의 설치 환경에 따라 접지봉(10)과 전위방전판(30) 사이의 간격을 조절할 수 있다.
체결부(46)는 연결판과 전위방전판을 관통하는 볼트(45)와, 볼트(45)에 나사 결합되는 너트(43)와, 볼트(45)와 너트(44) 사이에서 연결판(41)과 전위방전판(30)의 사이를 소정간격 이격시키도록 볼트(45)가 관통 되게 설치되는 와셔(44)로 구성된다. 여기서, 볼트(45)와 너트(43) 및 와셔(44)는 접지봉(10)에 유입되는 뇌전류가 전위방전판(30)으로 유입되는 것을 방지하기 위하여 고무 또는 플라스틱과 같은 절연재질로 구성된다.
이에 따라, 접지봉(10)에 뇌전류가 유입되면 접지봉(10)은 (+)극성이 되고, 전위방전판(30)은 연결부재(40)에 의해서 접지봉(10)으로 유입된 뇌전류가 차단되어 접지봉(10)의 극성과는 반대되는 (-)이온이 표면에 포집되어 방전전위 이상이면 방전이 발생되어 뇌전류가 소멸하게 된다. 뇌전류의 량이 많을수록 전위방전판(30)에 포집되는 이온의 밀도로 높아져 신속하게 방전이 발생하게 된다.
한편, 도 7에 도시된 바와 같이 본 발명의 다른 실시예를 살펴보면 전위방전판(30)은 접지봉(10)의 외주면에서 상하로 이격되게 형성되고, 상하로 이격된 전위방전판(30)들의 사이에는 뇌전류를 대지로 방출시키는 방사봉(11)이 더 설치될 수 있다.
상기와 같은 본 발명에 의한 전위방전판을 구비한 접지봉을 사용 상태를 살펴본다.
먼저, 접지봉(10)이 위치하는 부분의 대지를 일정폭과 일정 깊이로 파고, 접지봉(10)을 매설한다. 이때, 낙뢰가 자주 발생하는 지역 또는 발생이 적은 지역에 따라 연결부재(40)의 연결판(41) 및 체결부(46)를 이용하여 접지봉(10)과 전위방전판(30) 사이의 간격을 조절할 수 있다.
이러한, 상태에서 낙뢰발생되면 발생된 뇌전류는 접지선(17)과 리드단자를 통해 접지봉(10)으로 유입된다. 이때, 뇌전류는 접지봉(10)의 표면을 따라서 흐르며 접지봉(10)의 돌출 형성된 각각의 방사부재(20)를 따라 순차적으로 분산되어 흐르게 되고, 방사부재(20)의 뾰족한 끝단으로 전하가 포집된다. 한편, 전위방전판(30)에는 뇌전류에 반대되는 전하가 포집되면서 접지봉과 전위방전판 사이에 전위방전이 발생되어 뇌전류가 소멸된다.
본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 후술하는 특허 청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허 청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
10 : 접지봉 11 : 방사봉
15 : 리드단자
20 : 방사부재 21 : 돌기부
30 : 전위방전판 40 : 연결부재
41 : 연결판 42 : 체결홀
43 : 볼트 44 : 와셔
45 : 너트 46 : 체결부

Claims (9)

  1. 지중에 매설된 상태로 낙뢰전류를 지중으로 유도하는 접지봉(10)과;
    접지봉(10)의 외주면에서 외부로 돌출 형성되어 접지봉(10)으로 흐르는 뇌전류가 유입되는 방사부재(20)와;
    양단이 접지봉(10)에 절연된 상태로 연결되며 중앙부분이 방사부재(20)와 소정거리 이격되어 설치되어 방사부재(20)로 뇌전류가 유입되면 이에 대응되는 이온이 유도되어 뇌전류가 흐르는 방사부재(20)를 따라 전위방전이 형성되어 뇌전류를 소멸시키는 전위방전판(30)과;
    전위방전판(30)을 접지봉(10)에 절연상태로 소정거리 이격되도록 고정시키는 연결부재(40)를 포함하는 것을 특징으로 하는 전위방전판을 구비한 접지봉.
  2. 청구항 1에 있어서, 방사부재(20)는 원뿔형상의 방사침 또는 접지봉에서 소정거리 이격된 방사판 형상인 것을 특징으로 하는 전위방전판을 구비한 접지봉.
  3. 청구항 2에 있어서, 방사부재(20)가 방사침인 경우에는 전위방전판의 길이를 따라 접지봉(10)의 표면에 다수개 배치된 것을 특징으로 하는 전위방전판을 구비한 접지봉.
  4. 청구항 2에 있어서, 방사부재(20)가 방사판인 경우에 양끝단이 접지봉에 연결되고, 중앙이 접지봉과 소정거리 이격된 "ㄷ"자 형상으로 형성된 것을 특징으로 하는 전위방전판을 구비한 접지봉.
  5. 청구항 2 또는 청구항 4에 있어서, 방사판은 접지봉(10)과 이격된 중앙부분의 외측에 톱니 형태의 돌기부(21)를 형성된 것을 특징으로 하는 전위방전판을 구비한 접지봉.
  6. 청구항 1에 있어서, 전위방전판(30)은 방사부재(20)와 한쌍으로 구성되어 접지봉(10)에 길이방향으로 방사형으로 설치된 것을 특징으로 하는 전위방전판을 구비한 접지봉.
  7. 청구항 1에 있어서, 연결부재(40)는 일단이 접지봉(10)에 고정되고 타단이 전위방전판(30)으로 연장되는 연결판(41)과, 연결판(41)의 타단을 절연상태로 전위방전판(30)에 고정시키는 체결부(46)로 이루어진 것을 특징으로 하는 전위방전판을 구비한 접지봉.
  8. 청구항 6에 있어서, 연결판(41)은 체결되는 전위방전판(30)과 접지봉(10)의 간격을 선택적으로 조절할 수 있도록 길이방향으로 다수의 체결홀(42)이 형성된 것을 특징으로 하는 전위방전판을 구비한 접지봉.
  9. 청구항 8에 있어서, 체결부(46)는 연결판과 전위방전판을 관통하는 볼트(45)와, 볼트(45)에 나사 결합되는 너트(43)와, 볼트(45)와 너트(44) 사이에서 연결판(41)과 전위방전판(30)의 사이를 소정간격 이격시키도록 볼트(45)가 관통 되게 설치되는 와셔(44)로 이루어진 것을 특징으로 하는 전위방전판을 구비한 접지봉.
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