KR101632745B1 - 평판형 접지전극을 구비한 쌍극자 피뢰장치 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 평판형 접지전극을 구비한 쌍극자 피뢰장치는 대지와 전기적으로 접속되는 금속지지체, 상기 금속지지체의 일단에 연결된 평판형 접지전극, 상기 평판형 접지전극과 이격되어 평판형 전극과 반대되는 극성으로 대전되는 금속재의 대전전극, 일단은 대전전극을 지지하고 타단은 금속지지체 또는 평판형 접지전극을 지지하는 절연지지체로 구성되어, 뇌운 접근 시 평판형 접지전극과 대전전극 사이에 방전이 발생되는 것을 특징으로 한다.

Description

평판형 접지전극을 구비한 쌍극자 피뢰장치{Flat Electrode Type Bipolar Conventional Air Terminal}

본 발명은 뇌운이 (+) 전하를 띠게 된 경우와, 뇌운이 (-) 전하를 띠고 있는 경우, 뇌운에 극성에 따라 섬락전압의 편차가 발생함으로 섬락전안의 편차를 최소화시키고, 구조적으로 단순한 쌍극자 피뢰장치에 관한 것이다

양단간에 고전압이 대전된 상태에서 대전된 전극사이에 공기층을 매개로한 절연이 파괴되어 방전이 발생하는 코로나 방전 시 전자사태가 발생하는 패턴은,

먼저 고전압이 대전되는 전극 중 어느 하나인 침전극에는 (+)전압을 인가하고, 다른 하나는 평판 전극으로 하여 대지에 접지한 상태에서 전자사태가 발생되어 최종적으로 전극간 절연파괴 되는 방전과정을 보면, 도4에 나타난 바와 같이

양이온(+)이

와 같은 형태로 침전극 주변에는 이탈된 전자가 모이게 되고, 평판전극 쪽으로 점점 축소되는 형상으로 양이온이 형성되는 1차적인 전자 사태가 발생하며 이후 침전극 주변에는 양이온과 전자 군이 혼합된 혼합형태의 이온지역이 형성되어

같은 형태의 2차 전자사태(avalanches)가 진행된다.

다음으로 혼합된 이온지역에서 평판전극 방향으로 음이온이 밀집되면서

와 같은 형태의 글로우 방전이 개시되고 평판전극 방향으로 전자 군 영역에서 다시 상기한 1차적 전자사태, 제2 전자사태를 거처 글로우 방전으로 진전 되면서 주위에 분포되는

형상으로 진행됨에 따라 침전극에서 평판 전극 쪽으로 브레이크다운 스트림(Breakdown streamer)이 형성되면서 광이 출사 된다.

이를 낙뢰 보호 장치인 피뢰장치에 적용하여 보면

침 전극은 양전하가 대전되는 대지에 접지된 전극에 해당하는 것이고, 음전하가 대전된 평판전극은 뇌운에 해당하는 것이 된다.

따라서 기존의 전통적인 피뢰침은 이를 바탕으로 하여 침 전극의 형태를 띠고 있다.

다음은 고전압이 대전되는 전극 중 어느 하나인 침 전극에는 (-)전압을 인가하고, 다른 하나는 평판 전극으로 하여 대지에 접지한 상태에서의 전극사이에서 인가하여 전자사태가 발생되어 최종 전극 간 절연파괴 되는 방전과정을 보면, 도6에 나타난 바와 같이

양이온(+)과 전자가

와 같은 형태로 (-)의 침전극 주변에서 시작하여 (+)의 평판전극 쪽으로 점점 확대 되면서 확대되는 형상으로 양이온이 발생하고 양이온은 무게가 전자에 비해 무거우므로 리더 형상에 고르게 분포 되고,

(+)의 평판 전극 쪽에는 전자가 가벼우므로 모두 쉽게 전면에 모여 형성되는 전자의 집합체 형태가 된다. 이러한 대전 상태에서 글로우 방전으로 진행 되는 과정은 양전자는 점점 침전극 쪽으로 확산되면서 집중되고 침전극 쪽에서 멀어진 부분에는 양전하 밀도가 낮아지며, 이에 따라 전자도 분산되면서 밀도가 낮아지는 양이온 주위에 분포되는

형상으로 진행된다.

이후 음이온과 양이온은 전극사이에서 상기와 같은 과정이 반복 되면서

브레이크다운 스트림(Breakdown streamer)을 형성하고 광이 출사 된다.

상기한 바를 보면 동일한 전극구조를 가지고 있다 하드라도 각각의 전극에 인가되는 전압의 극성에 따라 섬락까지 전개되는 양상이 다름을 알 수 있다.

이러함에도 불구하고 접지된 전극이 침전극의 형태로 이루어진 전통적인 피뢰장치가 활용되고 있으며, 본 발명자 역시 직격뢰 유입 확률 감소를 위한 쌍극자 원리를 이용한 피뢰 장치를 구현함에 있어, 침전극형태의 쌍극자 피뢰장치를 개발하였으며,

그 대표적인 사례를 보면

"낙뢰로부터 보호되는 물체의 상단부에 설치되어 접지 수단에 연결되는 전도성 물질의 로드; 관형(tube)으로 이루어져 그 중심에 상기 로드가 관통하고 상기 로드 쪽으로 침형의 팁이 형성되어 있는 대전관과, 상기 대전관의 양단을 상기 로드에 결합시켜 주는 제1캡 및 제2캡으로 구성되는 대전수단; 및 상기 로드와 전기적으로 연결되는 대전판을 포함하되, 상기 대전판은 제1,2대전판으로 구성되고, 상기 제2대전판과 제2캡 사이에는 제3,4대전판이 개재되며, 상기 제4대전판에는 원주 가장자리를 따라 요철(凹凸)이 반복 형성되고, 상기 제1,2대전판은 가장자리가 하부를 향하도록 겹쳐지며, 상기 제3대전판의 가장자리는 하부를 향하고 상기 제4대전판의 가장자리는 상부를 향하되 상기 가장자리는 서로 맞닿으며, 상기 로드에 결합되어 낙뢰를 유도하는 로드 캡이 더 구비되고, 상기 로드캡과 제1대전판은 일체형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 평판 전극형 쌍극자 대전관 피뢰장치"를 특허 출원하여 등록 받은 등록특허 10-1025499호(이하 문헌1) 과

"고정플레이트; 상기 고정플레이트에 길이방향 일단이 결합되며 대지 전하가 대전되는 로드부재; 상기 로드부재의 길이방향을 따라 적어도 2개 이상 설치되는 애자; 이웃하는 상기 애자들 사이에 설치되며 상기 로드부재와 전기적으로 절연되고 대지 전하와 반대되는 극성이 대

전되는 대전판; 상기 대전판과 애자 사이에 설치되고 상기 대전판과 전기적으로 연결되며 대지 전하와 반대되는 극성을 가진 전하가 대전되는 대전관; 및 상기 로드부재의 상단에 결합되어 낙뢰를 유도하는 로드 캡을 포함하되, 상기 로드 캡은 낙뢰 유입 면적을 크게 향상시켜 방전효율을 높일 수 있도록 상기 애자와 비교하여 상대적으로 큰 외경을 가지며, 돔 형상의 제1 캡과, 상기 제1 캡의 반경방향 외주 둘레에 결합되는 제2 캡과, 상기 제1 캡을 로드부재에 고정시키는 결합부재를 포함하고, 상기 결합부재는 결합구멍을 형성한 베이스 플레이트와, 상기 베이스 플레이트의 결합구멍에 결합되는 결합구로 구성되되, 상기 결합구의 길이방향 외주둘레에는 다단형 걸림턱이 형성되며, 상기 로드 캡의 내측에는 상기 결합구를 수용함과 동시에 상기 걸림턱에 대응하여 결합이 이루어지는 걸림편을 형성한 체결플레이트가 형성되는 것을 특징으로 하는 쌍극자 피뢰장치"를 특허 출원하여 등록 받은 등록특허 10-1496979호(이하 문헌2) 등 다수의 관련특허를 등록받고 있으며 지속적인 연구개발을 하고 있다.

상기한 문헌1 및 2에 나타난 침상 형상의 쌍극자 피뢰 장치는 상기한 평판 대 침전극에서 일어나는 방전현상을 고려하여 접지전극이 대체적으로 침전극 형태로 된 것이다.

하나 상기와 같은 대전되는 전극에 인가되는 전압의 극성에 따라 방전의 양상이 다름으로 인하여,

동일조건, 동일이격거리에서 뇌운에 해당하는 평판전극과 본 발명자가 기 개발하였든 상기한 쌍극자 피뢰 장치사이에 동일한 파형의 전압을 증가시키면서 실험한 결과를 보면

뇌운에 해당하는 평판전극에 부전압(-)전압을 인가하고 침상형상의 쌍극자 피뢰장치(본 발명자가 기 개발하였든 상기한 쌍극자 피뢰 장치)에 정전압(+) 전압을 인가한 경우 절연파괴전압 즉 전극간 섬락은 130KV 이며,

이와 반대인 뇌운에 해당하는 평판전극에 정전압(+)전압을 인가하고, 침상형상의 쌍극자 피뢰장치(본 발명자가 기 개발하였든 상기한 쌍극자 피뢰 장치)에 부전압(-) 전압을 인가한 경우 절연파괴전압 즉 전극간 섬락은 90KV 임을 알 수 있어, 뇌운에 대전된 전하의 극성에 따라 섬락전압의 차이가 40 KV에 달함을 알 수 있다.

상기한 실험의 결과는 본 발명자 설정한 조건에의 실험한 결과이며 전극간거리, 시험 시 실험실 조건, 쌍극자피뢰장치의 크기에 따라 달라 질수 있는 섬락 전압으로서, 평판전극에 공급되는 전압의 극성에 따라 섬락 전압의 차이가 있음 설명하기 위한 실험으로, 상기한 실험값은 본 발명의 설명을 위하여 실험값을 제시한 것이며, 이러한 실험실에서 측정한 측정값이 본 발명을 한정하는 것이 아니다. 이는 이하에서도 동일하다.

상기한 실험값을 추출하기 위한 실험 장치는 상기한 본 발명자의 등록 특허인 10-1025499호의 도6에 나타난 실험 장치를 활용한 것이어서 구체적 설명을 생략한다.

상기한 실험결과를 보면 상기한 문헌1,문헌2에 나타난 쌍극자피뢰장치를 포함하는 종래의 피뢰장치들은 뇌운에 대전되는 전하의 종류 즉 지역, 계절, 기온 등등의 요인에 의하여 뇌운의 전하의 극성이 변하는 경우 기존의 쌍극자 피뢰장치는 동작특성 즉 섬락전압의 차이가 있다는 문제점을 내포하고 있고, 아울러 문헌1,문헌2에 나타난 쌍극자피뢰장치는 방전과, 대전과 접지전극 등을 적층하고 , 이들을 적층구조에 따른 제조상어려움으로 인하여 원가 상승 요인으로 작용 할 뿐 만 아니라 무거운 피뢰장치가 되어 설치, 운반, 유지보수 등에도 불편하다는 문제점이 있음을 알게 되었다.

이러한 문제점으로 인하여 뇌운에 발생지역, 계절에 따른 섬락전압의 편차를 최소화하고, 기존의 쌍극자 피뢰침과 같이 쌍극자 원리에 의하여 뇌운 접근 시 접지전극과 대전전극사이에 방전이 발생되면서 구조적으로 간단한 본 발명을 제안하게 되었다.

1. 한국등록특허공보 제10-1025499호 (2011.03.22) 2. 한국등록특허공보 제10-1496979호 (2015.02.23)

본 발명은 상술한 종래의 문제점을 극복하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 뇌운에 대전되는 전하의 극성에 따른 섬락전압의 편차를 최소화하여 지역, 계절 등 차이에 따라 뇌운의 대전되는 극성 변화에 안정적으로 동작하며, 기존의 쌍극자 피뢰침과 같이 쌍극자 원리에 의하여 뇌운 접근 시 접지전극과 대전전극사이에 방전이 발생되면서, 구조적으로 간단하여 생산 원가가 감소되고, 경량화 되어 설치, 운반, 유지보수가 용이한 평판형 접지전극을 구비한 쌍극자 피뢰장치를 제공 하고자 함이다.

전술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 평판형 접지전극을 구비한 쌍극자 피뢰장치는

대지와 전기적으로 접속되는 금속지지체, 상기 금속지지체의 일단에 연결된 평판형 접지전극, 상기 평판형 접지전극과 이격되어 평판형 전극과 반대되는 극성으로 대전대는 금속재의 대전전극, 일단은 대전전극을 지지하고 타단은 금속지지체 또는 평판형 접지전극을 지지하는 절연지지체로 구성되어 뇌운 접근 시 평판형 접지전극과 대전전극 사이에 방전이 발생되는 것을 특징으로 하는 평판형 접지전극을 구비한 쌍극자 피뢰장치이며,

상기 평판형 접지전극은 원판형이고 대지전극은 원판형 접지전극의 원주의 외측에 이격되어 구비되는 링 형상의 대전전극인 것을 특징으로 하는 평판형 접지전극을 구비한 쌍극자 피뢰장치이다.

상기 링 형상의 대전전극은 금속 파이프로 된 것을 특징으로 하는 평판형 접지전극을 구비한 쌍극자 피뢰장치이며,

상기 평판형 접지전극은 원판형이고 대전전극은 원판형 접지전극의 원주의 외측에 이격되며, 대지전극은 금속판 또는 금속 선재 또는 금속재 파이프, 금속봉 중 어느 하나로 내부 평면 공간이 형성 된 것을 특징으로 하는 평판형 접지전극을 구비한 쌍극자 피뢰장치인 것을 특징으로 한다.

평판형 접지전극 및 금속판 형상 으로된 대전전극은 빗물이 관통하는 우수공이 천공된 것을 특징으로 하는 평판형 접지전극을 구비한 쌍극자 피뢰장치인 것을 특징으로 하며.

상기 평판형 접지전극의 끝단은 대전전극방향으로 톱니형상 또는 핀 형상의 방전 핀이 구비된 것을 특징으로 하는 평판형 접지전극을 구비한 쌍극자 피뢰장치인 것을 특징으로 하며,

상기 평판형 접지전극의 끝단과 대전전극의 서로 마주 보는 방향으로 방전핀이 구비된 것을 특징으로 하는 평판형 접지전극을 구비한 쌍극자 피뢰장치인 것을 특징으로 하며,

상기 평판형 접지전극의 외주면 하부에 링형상의 대전전극이 상하로 배치된 것을 특징으로 하는 평판형 접지전극을 구비한 쌍극자 피뢰장치인 것을 특징으로 한다.

또한 평판형 접지전극을 구비한 쌍극자 피뢰장치에서 대전전극이 금속 파이프에 의한 링 형상인 경우, 링 형상에서의 코로나 방전을 용이하게 하기 위해 금속 파이프 내부에 Na, K, Ca, Al, Pt, Cr, Mn, W, Mo, Ce, ErCl3, Nd2O3, Y2O3 중 어느 하나 또는 어느 하나 이상의 혼합물 또는 합금인 상자성재료이거나, Fe, Ni, Co 및 이 금속들 간의 합금, 규소강, Permalloy, CrBr3, GdCl3 중 어느 하나인 강자성 재료이거나, FeO, MnO, NiO, CrSb, EuTe, MnTe, FeCl2, CoCl2, MnF2 중 어느 하나인 반강자성 재료이거나, Fe3O4, Ferrite, Y3Fe5O12인 페리자성재료 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 자성재료를 충진 시킴으로서 자성재료가 자연환경에 노출되지 아니하고 설치된 장소의 진동에 의한 자성재료의 탈락 등에의 한 방전 특성의 변화를 최소화 평판형 접지전극을 구비한 쌍극자 피뢰장치이다.

본 발명에 따른 뇌운에 해당하는 평판전극에 부전압(-)전압을 인가하고 후술하는 본 발명의 평판형 접지전극을 구비한 쌍극자 피뢰장치에 정전압(+) 전압을 인가한 경우 절연파괴전압 즉 전극간 섬락은 170KV 이며, 이와 반대인 뇌운에 해당하는 평판전극에 정전압(+)전압을 인가하고, 본 발명의 평판형 쌍극자 피뢰장치 부전압(-) 전압을 인가한 경우 절연파괴전압 즉 전극간 섬락전압은 150KV 임을 알 수 있다. 즉 본 발명의 평판형 접지전극을 구비한 쌍극자 피뢰장치는 뇌운의 극성에 다른 편차가 20KV 임을 알 수 있다.

즉 이는 본 발명의 평판형 접지전극을 구비한 쌍극자 피뢰장치는 뇌운에 극성변화에 따라 기존의 쌍극자피뢰장치에 비하여 섬락전압의 편차가 50%이상 감소한 피뢰장치이고,

자성물질을 코팅하여 내부 분극현상 극대화로방전 전류를 증가시키는 쌍극자 피뢰침에서 진동 등에 의한 자성재료의 탈락, 자연노출에 다른 산화 등으로 인한 방전 특성변화를 본 발명에 따른 대전전극이 금속 파이프로 되어 있고 이 파이프 내부에 자성 재료를 충진 함으로서 실현된다.

구조가 단순하여 생산원가를 절감하고 설치, 운반, 유지보수 가 용이한 평판형 접지전극을 구비한 쌍극자 피뢰장치를 제공한다.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 평판형 접지전극을 구비한 쌍극자 피뢰장치.
도 2은 본 발명의 제2실시예에 따른 평판형 접지전극을 구비한 쌍극자 피뢰장치.
도 3은 본 발명의 제3실시예에 따른 평판형 접지전극을 구비한 쌍극자 피뢰장치.
도 4는 자성재료를 내장한 평판형 접지 전극의 단면도.
도 5는 평판 대 침전극에서 평판전극에 (+) 전압을 인가하고 침전극 접지한 경우 방전 양상을 나타낸 도면.
도 6은 평판 대 침전극에서 평판전극에 (-) 전압을 인가하고 침전극 접지한 경우 방전 양상을 나타낸 도면.

이하, 도 1 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

본 발명의 실시예에 따른 평판형 접지전극을 구비한 쌍극자 피뢰장치는 고정플레이트(도시하지 아니함) 또는 건물의 외부에 지지부(도시하지 아니함)에 일단이 결합되거나 고정되며 전선 등을 통하여 도시하지 아니한 대지에 매설된 접지체 등에 전기적으로 연결된 금속지지체(300)와

금속지지체(300)에 나사결합 또는 용점 등의 기계적 결합에 의하여 결합되고 전기적으로 연결된 금속재질의 평판형 접지전극(100)과

뇌운 접근 시 평판형 접지전극(100과 반대극성으로 대전되는 금속선, 금속 파이프, 금속 판, 금속 봉 등으로 만들어진 내부 평면 공간이 형성된 대전전극(200)과

대전전극(200)을 평판형 접지전극(100)과 일정거리 이격되게 고정하여 즉 뇌운접근 시 대전전극(200)과 접지전극(100)사이에 방전이 일어 날수 있도록 간극을 유지하도록 하는 대전전극(200)과 접지전극(100) 또는 대전전극(200)과 금속지지체(300)사이를 연결하도 전기적으로 절연될 수 있도록 하는 절연재질로 이루어진 절연지지체(400)로 구성된 평판형 접지전극을 구비한 쌍극자 피뢰장치이다.

상기에서 내부 평면 공간이라 함은 대전전극(200)이 금속선, 금속면, 금속봉, 금속 파이프 등에 의하여 폐쇄된 루프를 형성한 내부 공간을 의미하며, 본 발명에서는 링 형상(도우넛 형상)을 도시하고 이를 중심으로 설명하고 있으나,

본 발명이 이에 한정 되지 아니한다. 즉 본 발명의 실시자가 필요에 따라 형상변경 가능 한 것이다.

먼저, 상기 평판형 접지전극(100)은 상기한바와 같이 금속지지체(300)의 일단에 나사결합되거나 용접되어 전기적으로 연결된 상태이고, 궁극적으로 대지에 접지된 상태이며, 뇌운의 접근시 뇌운과 대지간의 대향전극 역할을 하는 전극이며 ,이는 평판형상의 원판 형태이다.

대전전극(200)과의 방전 효과를 극대화시키기 위하여 원주면 일부, 또는 전부 가공하여 톱니형상으로 하거나 핀 형상 (원형 톱형상)으로 가공한 원주상에 형성된 대전전극방향(200)으로 향하는 방전핀(110)을 더 구비 할 수 있는 평판형 접지 전극(110)이다.

상기에서 본 발명의 설명의 편의를 위하여 접지전극을 평판형 원판이라 하였으나 이에 한정하지 아니하며 뇌운 방향으로 평면을 유지 하면서 상기한 대전전극의 형상에 대응되는 다양한 모양으로 변경 될 수 있음은 자명하다 할 것이다.

또한 평판형 접지전극(100)이 평판 형상임으로 빗물 등이 배수 될 수 있는 우수공(120)을 구비 할 수 있다.

또한 평판형 접지전극(100)에는 뇌운 접근하여 뇌운과 섬락이 되기 전까지, 평판형 접지전극(100)과 대전전극(200)사이에서 상기한 종래의 기술 등에서 설명된 본 분야의 공지된 쌍극자 원리에 의한 방전이 발생 할 수 있도록 일정간격 이격된 대전전극(200)을 지지하는 전극간지지절연체(410)가 구비 되어 있다.

여기서 전극간지지절연체(410)는 지지부위를 달리하여 별도의 명칭을 부여 하였으나 실질적으로 지지 부위만 다를 뿐 절연지지체 (400)와 동일한 기능을 하는 것이다.

따라서 본 발명에서 전극간지지절연체(410)는 절연지지체(400)에 포함되는 한 종류에 해당하는 것이다.

본 발명에서 설명의 편의를 위하여 도1에 나타난바와 같이 접지전극(100)과 대전전극(200)을 전극간지지절연체(410)로 연결 지지하는 구조를 제1실시예 라 한다.

전극간지지절연체(410)는 상기한 절연지지체(400)와 동일한 기능과 재질로 이루어지며 전극간지지절연체(410)는 도시하지 아니하나 나사 또는 클립구조의 연결부가 구비되어 평판형 접지전극(100)과 대전전극(200)을 고정지지 한다.

전극간지지절연체(410)는 본 분야에서 관용적으로 활용되는 절연애자를 활용 할 수 있으며, 연면 절연거리 확보를 위하여 표면을 물결형상(파형형상이라고도 한다)의 요철구조를 구비 할 수 있다.

대전전극(200)역시 평판형 접지전극(100)과 같은 재질의 금속재를 사용 할 수 있으며

금속 파이프, 금속선, 금속 봉, 금속 판을 이용하여 링 형상(도우넛 형태)으로 가공된 것이며, 이 링 형상의 내부 공간에는 일정간격 이격된 평판형 접지전극(100)이 배치된 구조를 기본으로 하고 있다.

상기한 바와 같이 본 발명의 설명을 위하여 대전전극(200)을 도우넛 형태를 기본으로 하여 설명하고 있으나 이에 한정되지 아니함을 다시 한 번 밝혀둔다.

이 역시 평판형 접지전극(100)방향으로 방전을 용이하게 하기 위하여 방전핀을 구비할 수 있으며, 상기에서 설명한 바와 같이 평판형 접지전극(100)과 극간지지절연체(410)로 결합될 수 있으며, 제2 실시예인 도2에 나타난 바와 같이 금속지지체(300)에 결합되는 절연지지체(400)에 의하여 지지 될 수 있다.

대전전극(200)과 금속지지체(300)를 지지 결합하는 절연지지체(400)는 본 분야에서 관용적으로 활용되는 절연애자를 활용 할 수 있으며, 우수 시 연면 절연거리 확보를 위하여 표면을 물결형상(파형형상이라고도 한)의 요철구조를 구비 할 수 있다.

상기에서는 도우넛 형상의 대전전극(200)의 내부에 평판형 접지전극(100)을 배치하여 뇌운 접근시 대전전극(200)과 평판형 접지전극(100)사이에 방전이 발생하는 구조의 쌍극자 피뢰장치에 대하여 설명하였으나, 눈이 많이 오는 지역에서는 대전전극(200)과 평판형 접지전극(100)사이에 적설에 의한 전기적 도통이 발생하는 경우 본 발명의 고유 기능인 쌍극자에 의한 방전이 발생하지 못하는 경우가 발생 한다.

이에 대비하여 상기한 수평배치구조의 본 발명(제1 및 제2실시예)과 동작 원리는 동일하나 평판형 접지전극(100)을 대전전극(200) 상부에 배치하는 구조의 제3 실시예를 도3을 활용하여 설명한다.

도3에 나타난 바를 보면

대전전극(200)과 금속지지체(300)를 상기한 절연지지체(400)에 의하여 지지결합하며 평판형 접지전극(100)이 원주면 하단의 일부가 대전전극(200)을 형성하는 링 상부만을 덮는 구조이며 이를 부연설명하면 대전전극(200)은 평판형 접지전극(100)의 가장자리 하부에 이격되어 일부 중첩되게 함으로서, 눈이 내리는 경우에도 대전전극(200)과 평판형 접지전극(100)사이에 절연상태를 유지 할 수 있어 쌍극자에 의한 방전에 방해 받지 아니한 평판형 접지전극을 구비한 쌍극자 피뢰장치를 구현 할 수 있다.

더나가 대전전극(200)과 평판형 접지전극(100)사이에 방전을 용이하게 하기 위하여 상기한 상하로 대전전극(200)과 평판형 접지전극(100)마주 보는 부분에 방전핀 (110)을 더 구비 할 수 있다.

이 경우 평판형 접지전극(100)의 우수공(120)은 대전전극(200)과 평판형 접지전극(100)이 겹쳐지는 부분에는 설치하지 아니한다.

상기한 1,2,3실시예 모두에서 방전핀은 대전전극(200)과 평판형 접지전극(100)마주 보는 부분에 설치되며, 어느 한쪽에만 설치 또 양쪽모두 설치 할 있으며, 양쪽모두에 설치하는 경우 빗살(110)처럼 서로 일정간격 두고 교차되게 설치 할 수 있다.

또한 본 발명의 또 다른 실시예인 제4 실시예는 도시 하지 아니하나,

대전전극(200)이 금속 파이프에 의한 링 형상인 경우,

링 형상에서의 코로나 방전을 용이하게 하기 위해 금속 파이프 내부에 Na, K, Ca, Al, Pt, Cr, Mn, W, Mo, Ce, ErCl3, Nd2O3, Y2O3 중 어느 하나 또는 어느 하나 이상의 혼합물 또는 합금인 상자성재료이거나, Fe, Ni, Co 및 이 금속들 간의 합금, 규소강, Permalloy, CrBr3, GdCl3 중 어느 하나인 강자성 재료이거나, FeO, MnO, NiO, CrSb, EuTe, MnTe, FeCl2, CoCl2, MnF2 중 어느 하나인 반강자성 재료이거나, Fe3O4, Ferrite, Y3Fe5O12 인 페리자성재료 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 자성재료를 충진 시킴으로서 자성재료가 자연환경에 노출되지 아니하고 설치된 장소의 진동에 의한 자성재료의 탈락 등에의 한 방전 특성의 변화를 최소화 하면서,

평판형 접지전극(100)과 대전전극(200)사이에 방전이 개시된 이후에는 방전전류를 종래의 쌍극자 피뢰 장치에 비하여 증가시킨 평판형 접지전극을 구비한 쌍극자 피뢰장치를 구현 할 수 있으며, 이는 기존의 쌍극자피뢰장치에 자성물질을 코팅하여 방전 전류를 증가시키는 쌍극자 피뢰침에서 진동 등에 의항 자성재료의 탈락, 자연노출에 다른 산화 등으로 인한 방전 특성변화를 본 발명에 따른 대전전극(200)이 금속 파이프로 되어 있고 이 파이프 내부에 자성 재료를 충진 함으로서 실현 될 수 있는 것이다. 쌍극자 피뢰장치에서 자성물질에 의한 내부 분극현상 극대화로 방전전류를 증가시키는 사실은 본 발명자가 등록 받은 한국등록 특허 10-1512025에 개시된바 있어 설명을 생략한다.

상기 제1 및 제4 실시예 에서 평판형 접지전극(100)은 도4에 나타난 바와 같이 전기적으로 연결된 두 개의 금속판사이에 자성재료를 내장한 구조로 할 수 있으며, 이로 인한 작용과정 및 작용효과는 상기한 대전전극(200)이 금속 파이프에 의한 링 형상인 경우에 자성물질을 내장시킨 경우와 동일하며, 자성재료의 종류 역시 동일하여 구체적인 설명을 생략하며, 자성재료의 두께 및 내장방법은 한국등록 특허 10-1512025에 나타난 기술을 활용하는 것이어서 구체적 설명을 생략한다.

또한 본 발명에서 뇌운의 접근 시 접지전극과 접지전극과는 반대 극성으로 대전되는 대전전극 사이에 방전이 발생하는 쌍극자원리에 의한 방전이 발생된다는 사실과 방전 발생이 섬락전압에 영향을 미치는 사실 등 본 발명에서 활용되는 쌍극자를 채용한 피뢰장치의 동작은 상기한 특허문헌 등에 나타나 원리와 동일하여 생략한다.

상기한 본 발명의 판형 접지전극을 구비한 쌍극자 피뢰장치를 본 발명자의 등록 특허인 10-1025499호의 도6에 나타난 실험 장치를 활용하여,

뇌운에 해당하는 평판전극에 부전압(-)전압을 인가하고 본 발명의 평판형 접지전극을 구비한 쌍극자 피뢰장치에 정전압(+) 전압을 인가(대지에 접속)한 경우 절연파괴전압 즉 전극간 섬락은 170KV이며,

이와 반대인 뇌운에 해당하는 평판전극에 정전압(+)전압을 인가하고, 본 발명의 평판형 접지전극을 구비한 쌍극자 피뢰장치에 부전압(-) 전압을 인가(대지에 접속)한 경우 절연파괴전압 즉 전극 간 섬락은 150KV 임을 알 수 있다. 즉 본 발명의 평판형 접지전극을 구비한 쌍극자 피뢰장치는 뇌운의 극성에 다른 편차가 20 KV 임을 알 수 있다.

상기한 실험결과를 보면 본 발명의 평판형 접지전극을 구비한 쌍극자 피뢰장치는 뇌운에 극성변화에 따라 기존의 쌍극자피뢰장치에 비하여 섬락전압의 편차가 50%이상 감소하는 효과가 있음을 알 수 있다.

아울러 문헌1,문헌2에 나타난 쌍극자피뢰장치는 방전관, 대전판, 접지전극 등을 적층하고 , 이들을 적층하여 쌍극자에 의한 방전이 발생하도록 하기 위하여,

로드부재의 길이방향을 따라 적어도 2개 이상 설치되는 애자, 이웃하는 상기 애자들 사이에 설치되며 상기 로드부재와 전기적으로 절연되고 대지 전하와 반대되는 극성이 대전되는 대전판, 대전판과 애자 사이에 설치되고 상기 대전판과 전기적으로 연결되며 대지 전하와 반대되는 극성을 가진 전하가 대전되는 대전관, 로드부재의 상단에 결합되어 낙뢰를 유도하는 로드 캡, 상기 로드 캡은 낙뢰 유입 면적을 크게 향상시켜 방전효율을 높일 수 있도록 상기 애자와 비교하여 상대적으로 큰 외경을 가지며, 돔 형상의 제1 캡과 상기 제1 캡의 반경방향 외주 둘레에 결합되는 제2 캡과 상기 제1 캡을 로드부재에 고정시키는 결합부재를 포함하는 등 다양한 부품과 대전관, 애자, 대전판 등을 로드부제에 결합하여야 하는 복잡한 조립구조를 가지고 있으나,

본 발명은 상기한바와 같이 금속지지체(300), 평판형 접지전극(100), 대전전극(200), 절연지지체(400)로 구성됨으로서 부품수가 현저히 감소하고, 피뢰장치의 전체 중량이 약 5~7kg 감소하며 조립이 극히 용이함을 알 수 있다.

100: 평판형 접지전극
110: 방전핀
120: 우수공
200: 대전전극
300: 금속지지체
400: 절연지지체
410: 전극간지지절연체

Claims (8)

1. 지지부에 일단이 결합되거나 고정되며 대지에 전기적으로 연결된 금속지지체(300)와,
   금속지지체(300)에 기계적 결합에 의하여 결합되고 전기적으로 연결된 평판형 접지전극(100)과,
   뇌운 접근 시 평판형 접지전극(100)과 반대 극성으로 대전되는 금속선 또는 금속 파이프 또는 금속 판 또는 금속 봉 중 어느 하나로 만들어진 내부 평면 공간을 형성한 링 형상의 대전전극(200)과,
   뇌운 접근 시 대전전극(200)과 접지전극(100) 사이에 방전이 일어날 수 있도록 간극을 유지하면서 대전전극(200)과 접지전극(100) 또는 대전전극(200)과 금속지지체(300)를 유일하게 지지하고 전기적으로 절연될 수 있도록 하는 절연재질로 이루어진 절연지지체(400)를 포함하며,
   상기한 대전전극(200)의 상단과 하단 사이의 내부 평면 공간에 접지전극(100)이 배치되는 것을 특징으로 하는 평판형 접지전극을 구비한 쌍극자 피뢰장치.
   
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   평판형 접지전극(100)에 우수 시 빗물이 관통하는 우수공이 구비된 것을 특징으로 하는 평판형 접지전극을 구비한 쌍극자 피뢰장치.
   
4. 제1항에 있어서,
   절연지지체(400)는 연면거리 확보를 위하여 요철부 또는 굴곡부를 형성한 것을 특징으로 하는 평판형 접지전극을 구비한 쌍극자 피뢰장치.
   
5. 제1항에 있어서,
   평판형 접지전극(100)은 원판이며 대전전극(200)은 원형 링(도우넛 형상) 형상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 평판형 접지전극을 구비한 쌍극자 피뢰장치.
   
6. 제1항에 있어서,
   대전전극(200)은 금속 파이프이며, 금속 파이프 내부에는 Na, K, Ca, Al, Pt, Cr, Mn, W, Mo, Ce, ErCl3, Nd2O3, Y2O3 중 어느 하나 또는 어느 하나 이상의 혼합물 또는 합금인 상자성 재료이거나, Fe, Ni, Co 및 이 금속들 간의 합금, 규소강, Permalloy, CrBr3, GdCl3 중 어느 하나인 강자성 재료이거나, FeO, MnO, NiO, CrSb, EuTe, MnTe, FeCl2, CoCl2, MnF2 중 어느 하나인 반강자성 재료이거나, Fe3O4, Ferrite, Y3Fe5O12인 페리자성재료 중 어느 하나가 포함된 것을 특징으로 하는 평판형 접지전극을 구비한 쌍극자 피뢰장치.
   
7. 제1항에 있어서,
   접지전극(100)은 전기적으로 연결된 두 개의 금속판 사이에 Na, K, Ca, Al, Pt, Cr, Mn, W, Mo, Ce, ErCl3, Nd2O3, Y2O3 중 어느 하나 또는 어느 하나 이상의 혼합물 또는 합금인 상자성 재료이거나, Fe, Ni, Co 및 이 금속들 간의 합금, 규소강, Permalloy, CrBr3, GdCl3 중 어느 하나인 강자성 재료이거나, FeO, MnO, NiO, CrSb, EuTe, MnTe, FeCl2, CoCl2, MnF2 중 어느 하나인 반강자성 재료이거나, Fe3O4, Ferrite, Y3Fe5O12인 페리자성재료 중 어느 하나가 들어간 것을 특징으로 하는 평판형 접지전극을 구비한 쌍극자 피뢰장치.
   
8. 제1항에 있어서,
   대전전극(200)과 접지전극(100)이 대향되는 면에는 뇌운 접근 시 방전이 용이하도록 방전핀(110)이 더 구비된 것을 특징으로 하는 평판형 접지전극을 구비한 쌍극자 피뢰장치.

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