KR101785024B1 - 쌍극자피뢰침(BCAT: Bipolar Conventional Air Terminal)를 이용한 낙뢰경보시스템 - Google Patents
쌍극자피뢰침(BCAT: Bipolar Conventional Air Terminal)를 이용한 낙뢰경보시스템 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 BCAT를 이용한 낙뢰경보시스템에 관한 것으로, 대지 전하가 대전되는 로드부재와, 뇌운에 의하여 대전되는 대전판 또는 대전관으로 구성되는 BCAT를 이용한 낙뢰경보시스템에 있어서, 상기 로드부재와 상기 대전판 또는 대전관 사이에서 전기적으로 연결되며, 뇌운에 의하여 상기 대전판 또는 대전관에 대전되는 전기적 에너지에 의하여 발광되는 발광부을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 낙뢰경보시스템에 의하면, 낙뢰의 충격 전류가 대지로 안전하게 흘려보내는 정상적인 동작을 수행하고 있음을 사용자가 육안으로 명확하게 확인할 수 있도록 함으로써 심리적인 안전감을 줄 수 있는 효과가 있다.
상기와 같은 낙뢰경보시스템에 의하면, 낙뢰의 충격 전류가 대지로 안전하게 흘려보내는 정상적인 동작을 수행하고 있음을 사용자가 육안으로 명확하게 확인할 수 있도록 함으로써 심리적인 안전감을 줄 수 있는 효과가 있다.
Description
본 발명은 뇌운 접근시 대지 전하를 사전 방전하여 낙뢰 확률을 줄이는 쌍극자 피뢰침에 설치하고, 상기 쌍극자 피뢰침 대전관에 유도되는 전압을 이용하여 위험 경보를 알려 인명피해를 줄이고자 하는, BCAT를 이용한 낙뢰경보시스템에 관한 것이다.
세계적으로 기우 온난화로 인하여 태풍 및 국지성 호우의 강도가 증가하여 이에따른 낙뢰 발생 빈도가 증가하고 있다. 국내 또한 골프, 등산 등 야외 활동 증가로 낙뢰 피해가 증가함에 따라 이에 대한 대책마련이 필요한 실정이다.
낙뢰의 발생원인이 되는 뇌운은 전기로 충전되어 있고 대체로 상부는 양전하를 띤 얼음결정을 이루고, 하부는 음전하를 띤 물방울로 이루어져 있다. 낙뢰는 뇌운이 가진 전하를 공기절연파괴를 통해 대지로 방출하는 현상이며, 이 과정에서 전자장이 발생하여 대기중을 전파하게 된다. 낙뢰발생의 위치를 분석하는 기술은 뇌운의 활동과 이동경로, 낙뢰의 발생을 예지할 수 있게 해줌으로써 우주선 발사시 기상조건의 관측, 지상 주요 건축물과 전력설비에서의 안전대책, 골프장과 운동장에서 활동의 안전성 확보 등 다양한 분야에서 기상관측과 낙뢰에 의한 피해방지 대책의 수단으로 적용되고 있다.
낙뢰 경보 시스템은 낙뢰의 피해를 사전에 방지하기 위해 예측 및 경보 발령으로 인명피해를 줄일 수 있는 장치이다. 종래기술에 따른 낙뢰 경보 시스템은 주로 대지전계를 측정하여 낙뢰를 경보하거나 예측한다[특허문헌 1,2,3,4]. 이때, 낙뢰 경보 시스템은 고주파 및 저주파의 간섭현상을 이용하거나, 국지적 전계감지를 통해 경보를 발생하거나, 플랭클린 피뢰침에 낙뢰 유입시 경보를 발생시킨다.
그러나 상기 종래기술들은 간섭현상을 이용하거나 국지적 감지 경보센서의 경우 감지와 경보기능만을 가지고 있다. 또한, 플랭클린 경보시스템의 경우 낙뢰 유도역활을 하기 때문에 근처에 사람이 있을 경우 피해를 입을 가능성이 높다는 문제점이 있다.
본 발명의 목적은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 쌍극자 피뢰침은 뇌운 접근시 대지 전압이 상승하게 되고 이 전압상승을 코로나 방전으로 완화시켜 낙뢰 확률을 감소시키는데, 이때 뇌운이 접근함에 따라 방전갓에 유도되는 전압을 측정하여 낙뢰 발생 위함을 경보하는, BCAT를 이용한 낙뢰경보시스템을 제공하는데 있다.
전술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 대지 전하가 대전되는 로드부재와, 뇌운에 의하여 대전되는 대전판 또는 대전관으로 구성되는, 코로나방전을 이용한 낙뢰경보시스템에 관한 것으로서, 상기 로드부재와 상기 대전판 또는 대전관(이하에서는 설명의 편의를 위하여 일괄하여 방전갓 이라 한다) 사이에서 전기적으로 연결되며, 뇌운에 의하여 상기 대전판 또는 대전관에 대전되는 전기적 에너지를 측정하는 센서부; 및, 상기 센서부에 의해 측정된 전기적 에너지의 크기가 사전에 정해진 기준 에너지의 크기보다 큰 경우, 뇌운이 접근한 것으로 판단하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 BCAT를 이용한 낙뢰경보시스템으로서, 상기 센서부는, 상기 로드부재와 상기 대전판 또는 대전관 사이에서 전기적으로 연결되어, 뇌운에 의하여 상기 대전판 또는 대전관에 대전되는 전기적 에너지에 의하여 발광되는 발광부; 및, 상기 발광부에서 발광되는 광을 수광하여 전기적 에너지로 변환하고, 변환된 전기적 에너지를 상기 제어부로 전송하는 수광부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 BCAT를 이용한 낙뢰경보시스템으로서, 상기 발광부는 극성이 다른 전류가 입력되더라도 모두 발광이 되도록, 서로 다른 극성의 발광 소자를 병렬로 연결하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 BCAT를 이용한 낙뢰경보시스템으로서, 상기 센서부는, 상기 발광부 및 수광부를 수용하고, 상기 상기 로드부재와 상기 대전판 또는 대전관 사이에 대하여 전기적인 접촉 상태를 유지하여, 상기 대전판 또는 대전관에 대전되는 전기적 에너지를 상기 발광부에 공급하도록 구성되는 차광블록; 상기 차광블록의 일단을 고정지지하는 착탈용 요입홈을 형성하는 체결볼트; 및, 상기 착탈용 요입홈 내에 설치되어 상기 차광블록을 탄력적으로 지지하는 스프링을 더 구비하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 BCAT를 이용한 낙뢰경보시스템으로서, 상기 대전판 또는 대전관의 둘레방향에는 상기 차광블록과 체결볼트를 감싸는 상태로 보호하는 돌출된 구조의 차광블록 결합부가 추가적으로 형성된 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 BCAT를 이용한 낙뢰경보시스템으로서, 상기 차광블록 결합부는 상기 대전판 또는 대전관에 대하여 착탈이 가능하도록 상보적 결합이 이루어지는 체결용 결합구가 형성된 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 BCAT를 이용한 낙뢰경보시스템으로서, 상기 대전로드의 둘레방향에는 상기 차광블록의 길이방향 일단에 형성되는 단자편을 내측으로 수용하는 단자편 수용홈이 형성된 것을 특징으로 한다.
전술한 바와 같은 본 발명에 따르면, 쌍극자 피뢰침 방전갓에서 발생하는 유로 전압을 이용하여, 뇌운 접근시 대전판 또는 대전관에 형성되는 뇌운의 전기적 에너지를 측정함으로써, 뇌운이 접근하여 미리 낙뢰를 예측하고 위험 경보를 알려 인명피해를 줄일 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 BCAT를 이용한 낙뢰경보시스템의 전체 구성도.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 BCAT를 이용한 낙뢰경보시스템을 나타낸 단면도.
도 3은 도 2의 센서부의 구성을 나타낸 확대도.
도 4는 도 2의 센서부의 차광블록 결합부의 다른 실시예를 나타낸 확대도.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 센서부 및 제어부 등에 대한 회로도.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 뇌운의 정극성 뇌운과 부극성 뇌운에서 발생되는 전류 또는 전압을 나타낸 그래프.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 BCAT를 이용한 낙뢰경보시스템의 동작을 설명하는 흐름도.
도 8은 방전갓과 로드부재 사이에 유기되는 전압의 크기를 측정하는 실험 장치
도9는 방전갓과 로드부재 사이에 유기되는 전압의 크기를 측정하는 실험 장치의 실제 사진
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 BCAT를 이용한 낙뢰경보시스템을 나타낸 단면도.
도 3은 도 2의 센서부의 구성을 나타낸 확대도.
도 4는 도 2의 센서부의 차광블록 결합부의 다른 실시예를 나타낸 확대도.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 센서부 및 제어부 등에 대한 회로도.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 뇌운의 정극성 뇌운과 부극성 뇌운에서 발생되는 전류 또는 전압을 나타낸 그래프.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 BCAT를 이용한 낙뢰경보시스템의 동작을 설명하는 흐름도.
도 8은 방전갓과 로드부재 사이에 유기되는 전압의 크기를 측정하는 실험 장치
도9는 방전갓과 로드부재 사이에 유기되는 전압의 크기를 측정하는 실험 장치의 실제 사진
이하, 본 발명의 실시를 위한 구체적인 내용을 도면에 따라서 설명한다.
또한, 본 발명을 설명하는데 있어서 동일 부분은 동일 부호를 붙이고, 그 반복 설명은 생략한다.
먼저, 본 발명의 바람직한 실시예를 도 1을 참조하여 상세히 설명한다.
본 발명의 실시예에 따른 BCAT를 이용한 낙뢰경보시스템은 쌍극자 피뢰침으로 구성된 방전 및 수뢰부(10, BCAT), 코로나 방전의 전압을 감지하는 센서부(40), 및, 측정된 전압의 크기에 따라 낙뢰 경보를 발생하게 하는 제어부(60), 전원을 공급하는 전원공급부(90)로 구성된다. 추가적으로, 알람을 발생시키는 경보부(70), 또는, 발생된 경보 및, 측정된 전압 또는 전계값을 기록하는 데이터 기록부(80)를 더 포함하여 구성될 수 있다. 또한, 대지에는 접지부(50)를 설치한다.
먼저, 방전 및 수뢰부(10)는 뇌운 접근시 대지전압 상승 해소를 위해 코로나 방전 및 수뢰 역활을 하는 쌍극자 피뢰침(또는 쌍극자 피뢰장치)으로 구성된다. 이하에서, 방전 및 수뢰부(10)의 용어를 쌍극자 피뢰장치의 용어와 혼용한다.
방전 및 수뢰부(또는 피뢰장치)(10)는 뇌운에 의하여 대전되는 대전판(200) 또는 대전관(300)과, 대지 전하가 대전되는 로드부재(100)로 구성된다. 또한, 로드부재(100)에는 대전판(200) 및 대전관(300)을 상호 절연시키기 위한 애자(110)가 설치된다. 따라서 로드부재(100)와, 대전판(200) 또는 대전관(300)는 서로 절연되도록 구성된다. 뇌운에 의하여 낙뢰가 발생하면, 낙뢰는 로드부재(100)를 통하여, 낙뢰의 충격 전류가 대지로 안전하게 흘려보내진다.
센서부(40)는 대전판(200) 또는 대전관(300)(이하 이를 방전갓 이라 한다)에 유기되는 전압을 광으로 변환하고 다시 전압으로 변환하는 장치이다.
센서부(40)는 방전갓에 생성된 전압에 의해 발광하는 발광부(410)와, 발광부(410)에서 발광되는 광을 수신하는 수광부(450)로 구성된다. 센서부(40)는 로드부재(100)와, 대전판(200) 또는 대전관(300) 사이에서 전기적으로 연결되어, 뇌운에 의하여 대전판(200) 또는 대전관(300)에 대전되는 전기적 에너지에 의하여 발광한다. 수광부(450)는 발광부(410)에서 발광되는 광을 수신하여, 출력신호(또는 출력전압, 출력전류)를 제어부(60)로 전송한다. 이때, 광의 세기에 따라 출력전압 또는 출력전류의 크기가 비례적으로 결정된다.
다음으로, 제어부(60)는 측정된 전압의 크기에 따라 낙뢰 경보를 발생하게 한다. 즉, 제어부(60)는 센서부(40)로부터 수신한 전압을 전계값으로 환산하고, 사전에 정해진 기준값을 초과하면, 낙뢰가 발생한 것으로 판단한다. 바람직하게는, 제어부(60)는 기준값 이상이면, 경보신호(또는 알람신호)를 발생시킨다.
전원공급부(90)는 방전 및 수뢰부(10), 센서부(40), 제어부(60) 등에 전원을 공급하는 장치이다. 바람직하게는, 전원공급부(10)는 태양광 패널과 배터리로 구성된다. 즉, 전원 공급이 쉽지 않은 외부에 설치시 시스템 구동을 하기 위하여, 태양광 패널을 구비하여, 자체적으로 전원을 생산하여 공급한다.
다음으로, 경보부(70)는 경광등 또는 부저로 구성되는 알람 장치이다. 또는 바람직하게는, 경보부(70)는 유무선을 통해 경보 내용을 관제서버(미도시) 또는 담당자 단말기(이동단말 등)(미도시)로 전송한다.
다음으로, 데이터 기록부(80)는 경보부(70) 또는 제어부(60)에서 환산된 전계값 데이터를 기록한다. 즉, 데이터 기록부(80)는 센서부(40)에 의해 측정된 코로나 방전의 전압을 일정한 주기 또는 사전에 정해진 이벤트에 따라, 해당되는 측정 전압 또는 측정 전류들을 구하여 기록한다.
접지부(50)는 낮은 접지 저항을 유지하기 위한 퍼라이트 접지모듈로 구성한다.
다음으로, 본 발명의 일실시예에 따른 방전 및 수뢰부(10)의 구성에 대하여, 도 2를 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.
도 2에서 보는 바와 같이, 방전 및 수뢰부(10)는 대지 전하가 대전되는 로드부재(100)와, 뇌운에 의하여 대전되는 대전판(200) 또는 대전관(300)으로 구성된다. 또한, 센서부(40)는 로드부재(100)와, 대전판(200) 또는 대전관(300) 사이에서 전기적으로 연결되며, 뇌운에 의하여 대전판(200) 또는 대전관(300)에 대전되는(이하에서는 설명의 편의를 위하여 "유도되는" 이라한다.) 전기적 에너지에 의하여 발광되도록 구성된다. 도2에 나타난 방전 및 수뢰부(10)는 본 발명자가 출원한 특허 출원 번호 10-2015-0112447 에도 구체적으로 개시된바 있다.
먼저, 로드부재(100)는 옥외 대지면에 수직하게 세워지도록 일정 길이로 연장되는 것으로, 대지 전하를 대전시키는 역할을 수행한다.
또한, 로드부재(100)의 하단부에는 로드부재(100)를 안정적으로 고정시킴과 동시에 대지와의 접촉면적을 한층 향상시킬 수 있는 고정플레이트(101)를 추가적으로 설치할 수 있다. 고정플레이(101)는 일정 두께를 가지는 평판형 부재로써, 표면에는 지면 또는 건축 구조물에 견고히 고정될 수 있도록 체결구(미도시)가 설치되는 것은 당연하다. 또한, 로드부재(100)의 하단부는 접지부(50)에 접지된다.
또한, 로드부재(100)의 길이방향 일측과 타측에는 상기 로드부재(100)와 후술할 대전판(200) 및 대전관(300)을 상호 절연시키기 위한 애자(110)가 각각 설치된다.
애자(110)는 세라믹 또는 합성수지 소재로 제작되는 절연체로써, 로드부재(100)의 상부에 설치되는 제1 애자(110a)와, 하부에 설치되는 제2 애자(110b)로 구별되며, 제2 애자(110b)에는 로드부재(100)가 관통결합되는 관통구멍(111)이 형성되며 외측의 둘레반경에는 대전관(300)의 안쪽으로 삽입이 이루어지는 절연돌기(112)가 형성된다.
절연돌기(112)는 바람의 영향으로 빗물이 대전관(300)의 내부로 유입될 경우 유입된 빗물을 대전로드(300)의 바같쪽으로 용이하게 배출될 수 있도록 안내함과 동시에 대전관(300)과 로드부재(100) 간의 절연거리를 충분히 확보할 수 있도록 일정 길이를 가진다. 이를 위한, 절연돌기(112)는 상부가 좁고 하부가 넓은 다수의 원추형부재가 동일선상에 연속하여 연결되는 구조이다.
또한, 대전판(200)은 로드부재(100)의 길이방향 상단에 설치되는 것으로, 제1 애자(111a) 아래쪽에 설치가 이루어진다. 대전판(200)은 로드부재(100)와 전기적인 절연상태를 유지하고 대전관(300)과는 전기적으로 연결되는 것으로, 대지 전하와 반대되는 극성이 대전되는 구성요소이다.
아울러, 대전판(200)은 원주방향 가장자리에 주름(201) 모양을 반복적으로 형성할 수 있다. 이는 주름(201)에 의해 상기 대전판(200)의 원주방향에 대하여 균등한 분배방전을 유도할 수 있기 때문이다.
이러한, 대전판(200)의 구성은 낙뢰유입시에 전계가 집중됨으로써 뇌운과 대지간에 방전을 용이하게 한다.
한편, 대전관(300)은 로드부재(100)의 길이방향 일부 구간 즉, 제1 애자(110a)와 제2 애자(110b) 사이에 위치하며, 대전판(200)과 전기적으로 연결되는 것으로, 대지 전하와 반대되는 극성을 가진 전하가 대전되는 구성이다. 이러한 대전관(300)은 관형(tube)으로 이루어져 그 중심으로 상기 로드부재(100)가 결합될 수 있도록 중공을 형성한다.
그리고, 로드부재(100)에는 대전관(200) 및 제1 애자(110a)를 지지하기 위한 지지체(130)가 설치된다.
또한, 대전관(300)의 둘레방향 상부와 하부에는 일정 크기를 가지는 관통홈(310)이 다수개 형성된다.
한편, 센서부(40)는 로드부재(100)와, 대전판(200) 또는 대전관(300) 사이에서 전기적으로 연결되는 것으로, 뇌운에 의하여 대전판(200) 또는 대전관(300)에 대전되는 전기적 에너지에 의하여 발광 작용을 실시하고, 발광되는 광을 수신하여 포토다이오드를 통해 전압으로 변환하여 제어부(60)에 전송한다.
다음으로, 본 발명의 제1 실시예에 따른 센서부(40)의 구성을 도 3을 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.
앞서 설명한 바와 같이, 센서부(40)는 로드부재(100)와, 대전판(200) 또는 대전관(300) 사이에서 설치된다.
센서부(40)는 뇌운 근접에 따른 방전갓에 유기된 전압에 의한 발광유무 및 크기 감지하여 뇌운의 접근를 판단하게 된다. 즉, 낙뢰의 충격 전류가 발생하기 전에 미리 발광작용을 수행하여 이를 감지함으로써 피뢰장치를 통해 낙뢰의 충격 전류가 대지로 안전하게 흘려보내는 정상적인 동작을 수행하고 있음을 감지할 수 있다. 이를 통해 낙뢰가 발생할 가능성을 환기시킬 수 있다. 반대로 뇌운이 근접했는데도 센서부(40)가 감지하지 않았을 경우에는 로드부재(100)와 대지 사에에 접지불량이 발생하였음을 알 수 있으므로 그에 따른 신속한 조치로부터 낙뢰에 의한 건물화재, 파손 및 인명피해를 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 피뢰장치가 정상적으로 작동하고 있으나 매번 정기적으로 작업자가 협소한 설치장소로 올라가서 이를 확인해야하는 점검작업의 불편함을 생략할 수 있는 장점이 있다.
구체적으로, 센서부(40)는 로드부재(100)와 대전판(200) 또는 대전관(300)에 대하여 전기적인 접촉 상태를 유지하며 점멸작용하는 발광부(410)와, 발광부(410)의 일단을 고정지지하는 착탈용 요입홈(421)을 형성하는 체결볼트(420)와, 착탈용 요입홈(421) 내에 설치되어 발광부(410)를 탄력적으로 지지하는 스프링(430)과, 발광부(410)에서 발광하는 광을 수신하여 전류 또는 전압으로 변환하여 출력하는 수광부(450)로 구성된다. 또한, 바람직하게는, 센서부(40)의 둘레에 설치되어 외부와의 광 출입을 차단하는 차광블럭(460)을 더 구비하여 구성될 수 있다.
차광블럭(460) 내에 발광부(410)와 수광부(410)를 구비한다.
발광부(410)는 LED 발광소자로 구성되며, 바람직하게는, 본 분야에서 공지된 전압안정화 회로가 부가된 LED소자로 제작하여 사용할 수도 있다. 또한, 발광부(410)는 수은 램프, 메탈할라이드 램프등에 사용되는 방전관('아크 튜브'라 하기도 함)을 사용할 수도 있다.
물론, 차광블럭(460)의 양 단부에는 전기 통전을 위한 단자편(411a,411b)이 각각 형성되는 것은 당연하다. 차광블럭(460)의 일측단부에 설치되는 단자편(411a)은 대전로드(100)와 접촉하며, 타측단부에 설치되는 단자편(411b)은 대전판(200) 또는 대전관(300)에 접촉하여 전기적인 접속 상태를 유지한다.
체결볼트(420)는 대전판(200) 또는 대전관(300)을 관통하는 상태로 나사결합되는 것으로, 외주둘레방향에는 체결용 나사부(422)가 형성되며 일측 단부에는 발광부(410)의 일단을 고정지지하는 착탈용 요입홈(421)이 형성된다. 착탈용 요입홈(421)의 개방면에는 발광부(410)의 단자편(411b)에 대하여 걸림단속이 이루어지는 체결용 단턱(421a)이 형성된다. 이러한 체결볼트(420)는 전기적인 통전을 위해 금속재로 제작이 이루어진다.
스프링(430)은 착탈용 요입홈(421)에 설치되는 것으로 착탈용 요입홈(421)에 결합되는 차광블럭(460)을 탄력적으로 지지하는 역할을 수행한다. 즉, 스프링(430)은 외부의 충격발생시 차광블럭(460)이 쉽게 파손되지 않도록 안전하게 보호하는 기능 및 전기적 접속을 공고하게 하는 기능을 제공한다.
또한, 대전로드(100)의 둘레방향에는 차광블럭(460)의 단자편(411a)을 내측으로 수용하는 단자편 수용홈(140)이 형성된다. 이는 단자편 수용홈(140)을 구성함으로써 단자편(411a)이 유동하지 않고 안정적인 접촉상태를 유지할 수 있도록 하기 위함이다. 물론, 차광블럭(460)의 단자편(411a)은 대전로드(100)의 외주면에 직접 면접촉하는 구조로 설치할 수 있다.
또한, 바람직하게는, 대전판(200) 또는 대전관(300)의 둘레방향에는 차광블럭(460)와 체결볼트(420)를 감싸는 상태로 보호하는 돌출된 구조의 차광블럭 결합부(350)가 추가적으로 형성될 수 있다.
차광블럭 결합부(350)는 센서부(40)가 설치되는 위치를 보다 명확하게 식별할 수 있는 효과가 있다.
또한, 도 4는 차광블럭 결합부(350)의 다른 실시예를 나타낸 것으로, 여기서 차광블럭 결합부(350)는 대전판(200) 또는 대전관(300)에 대하여 착탈이 가능하도록 상보적 결합이 이루어지는 체결용 결합구(351)가 형성된다. 구체적으로, 차광블럭 결합부(350)는 대전판(200) 또는 대전관(300)이 차광블럭 결합부(350)를 사이에 두고 상하방향으로 결합이 이루어질 수 있도록 제1 체결용 결합구(351a)과, 제2 체결용 결합구(351b)으로 구성되며, 대전판(200) 또는 대전관(300)에는 제1 체결용 결합구(351a)와 제2 체결용 결합구(351b)에 대응하여 결합되는 체결홈(301)이 각각 형성된다.
또한, 차광블럭(450) 내에 수광부(450)는 발광부(410)와 대향되도록 설치되며, 바람직하게는, 포토다이오드(PD)로 구성된다. 포토다이오드(PD)의 출력신호는 제어부(60)로 연결되어 전송된다. 포토다이오드(PD)의 출력신호는 발광부(410)에서 발광되는 빛의 세기에 따라 비례적으로 전류 또는 전압의 크기가 커진다. 따라서 제어부(60)는 수광부(450) 또는 포토다이오드(PD)의 전류 세기 또는 전압 세기가 사전에 정해진 일정 크기 이상인 경우에는 뇌운이 접근한 것으로 감지한다.
다음으로, 본 발명의 제2 실시예에 따른 센서부(40)의 구성을 설명한다.
앞서 제1 실시예는 센서부(40)의 발광부(410) 및 수광부(450)가 체결볼트(420)와 연결되어 구성되었으나, 제2 실시예는 발광부(410) 및 수광부(450)가 제어부(60) 내에 또는 인접하게 설치된다. 즉, 센서부(40)가 설치되는 위치까지 대전판(200) 또는 대전관(300)과 로드부재(100)연결된 전선(리드선)을 인출하여 센서부(40)에 구비된 발광부 (410)의 입력단에 연결하는 것이다.
다음으로, 본 발명의 일실시예에 따른 센서부(40) 및, 제어부(60)의 회로 구성에 대하여 도 5를 참조하여 설명한다.
도 5에서 보는 바와 같이, 센서부(40)는 입력전원(In 1)과 접지(G)로 연결되는데, 입력전원(In 1)은 대전판(200) 또는 대전관(300)과 전기적으로 연결되고, 접지(G)는 로드부재(100)로 전기적으로 연결된다. 즉, 센서부(40)의 발광부(410)의 전원은 대전판(200) 또는 대전관(300)에 대전되는 전력이고, 공급된 대전 전원은 로드부재(100)를 통해 접지된다.
센서부(40)에는 발광부(410)를 구비하여, 뇌운에 의해 대전된 전원 또는 전압을 광변환한다. 즉, 센서부(40)는 쌍극자 피뢰침에서 코로나방전 시 전압을 이용하여 광변환을 시킨다.
광변환의 목적은 저압일 경우 측정 회로에 문제가 없지만 피뢰침에 낙뢰가 수뢰되었을 경우 고전압이 전압 측정회로에 유도되어 회로부 파괴를 야기할 수 있기 때문이다. 즉, 절연 목적과 LED 소자의 전압 상승에 따른 선형적 광량 변화를 측정하여 포토 센서를 이용하여 전압으로 다시 변환하여 제어회로에 입력된다.
또한, 발광부(410)는 극성이 다른 전류가 입력되더라도 모두 발광이 되도록, 서로 다른 극성의 발광 소자를 병렬로 연결하여 구성한다. 이것은 도 6과 같이, 뇌운이 정극성과 부극성으로 분류되기 때문이다. 필드밀 형태의 센서는 극성 분류가 가능하지만 일반 플랭클린 돌침형태의 낙뢰감시 장치는 극성 분류가 어렵다. 따라서 발광부(410)는 각각의 극성을 검출하는 회로부로 정극성 뇌운일 경우 광변환부의 정극성 소자가 동작하고 부극성 뇌운일 경우 부극성 소자가 동작하게 된다.
수광부(450)는 포토다이오드(PD) 등 소자로 구성되면, 발광부(410)에서 발광되는 광의 세기에 따라, 출력전압 또는 출력전류가 높아진다.
센서부(40)에서로부터 입력된 전압이 기준 전압보다 높을 경우, 제어부(60)는 즉각적으로 경보부(70)에 경고신호를 보내게 된다. 이때 발생되는 측정값을 데이터 저장부로 전송하여 해당 데이터를 기록시킨다
경보부(70)에서는 입력된 신호를 수신하여 경광등을 동작시키며 동시에 부저음을 방송하여 위험 상황을 알리게 된다.
데이터 저장부(80)는 측정된 신호값을 전계값(KV/M)로 저장하며 시간 데이터를 함께 저장한다.
또한, 본 발명에 따른 낙뢰경보시스템은 외부에 설치되기에 환경적 영향으로 인한 회로부의 수명 및 안정적 동작 에 많은 영향을 받는다. 온도에 대한 영향을 해결하기 위해 일정온도 이상이나 이하일 경우 쿨링팬과 히터를 동작시켜 해결한다.
다음으로, 본 발명의 일실시예에 따른 낙뢰경보시스템의 동작을 도 7을 참조하여 설명한다.
도 7에서 보는 바와 같이, 먼저, 쌍극자 피뢰침에서 뇌운 접근에 따른 전압 상승을 감시하게 된다(S10). 그리고 뇌운 접근으로 인해 센서부(40)가 동작한다.
다음으로, 제어부(60)는 센서부(40)의 출력을 감지하여, 센서부(40)의 출력이 사전에 정해진 기준값(기준전압)과 대비한다(S20). 기준값 보다 크면 뇌운이 접근한 것으로 판단한다(S30). 뇌운이 접근한 것으로 판단되면, 즉, 입력이 1이면, 경보부(70)에 동작신호를 전송한다.
그리고 경보부(70)에 동작신호를 전송한 후, 센서부(40)는 지속적으로 출력을 감지한다(S40). 그리고 센서부 신호가 지속적으로 있을 시, 제어부(60)는 경보부(70)를 계속 동작시킨다. 그리고 이때 발생된 데이터를 저장한다(S50).
그리고 뇌운이 접근하지 않는 것으로 판단되면, 경보부(70)를 해제한다(S60). 즉, 신호가 없을시 뇌운없음으로 판단하고 경보부(70)를 해제시킨다.
본 발명에서 뇌운의 접근에 따라 방전갓에 유기되는 전압이 잇음을 확인하기 위하여 실험실에서 모의 실험을 한 바를 보면
먼저 도8는 고전압 공급장치에 쌍극자 피뢰장치 (BCAT)를 연결하고 원판과 BCAT 사이에 전압을 인가하여 방전갓과 로드부재(100) 사이에 유기되는 전압의 크기를 측정하는 실험 장치이다.
고전압 공급장치는 원판 대 침전극의 공기 중 절연파괴 시험을 하는 고전압 발생장치로서 고전압분야에 범용적으로 활용되는 공지된 장비이며,
고전압 발생장치의 출력단에 본 발명에 적용되는 BCAT와 뇌운을 대신하는 원판을 연결한 것이고, 접지된 BCAT 의 접지된 로드부재와 원판 간에 전압을 인가 할 때,
BCAT의 접지된 로드부재와 접지된 로드부재와는 절연된 대전관 또는 대전판(방전 갓) 사이에서 유기되는 전압의 크기를 검출하기 위한 전압계(또는 발광상태 확인을 위하여 램프)에서 측정되는 전압을 측정 하였으며 그 측정 결과는 다음 표와 같음으 알 수 있다. 즉 이는 뇌운이 접근하면 BCAT의 접지된 로드부재와 접지된 로드부재와는 절연된 대전관 또는 대전판(방전 갓) 사이에 전압이 유기 됨을 알수 있고 이로 인하여 발광장치가 발광됨을 알 수 있는 것이다.
| 원판과 피뢰침 거리(d) |
20cm (원판 직경: 200 Cm) | ||||
| 인가전압 | 70kV | 80kV | 90kV | 100kV | 110kV |
| 측정의 안정성을 위하여 방전관(램프,부하로 작용)를 연결한 상태에서의 램프 양당의 단자 전압(V) | 2.25 | 2.36 | 2.43 | 2.47 | 2.49 |
| 측정 정압 값(램프 오픈 상태)(V) | 28 | 74 | 205 | 410 | 670 |
| 전계값 환산 | 350kV/m | 400kV/m | 450kV/m | 500kV/m | 550kV/m |
상기 표에서 램프는 본 분야에서 공지된 시중에 판매되는 AC 220V용 나트륨 방전등의 발광 관(튜브)이다.
앞서와 같이, 본 발명은 대전판(200) 또는 대전관(300)을 전기적으로 연결하여, 대전이 되면 센서부(40)에서 이를 검출하여, 제어부(60)에서 경보를 작동되도록 구성함으로써, 피뢰장치의 접지상태 확인 및 정상작동 여부를 명확하게 확인할 수 있는 효과를 제공한다.
이상, 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 실시 예에 한정되는 것은 아니고, 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.
10 : 방전 및 수뢰부 40 : 센서부
60 : 제어부 70 : 경보부
80 : 데이터기록부 90 : 전원공급부
100 : 로드부재 200 : 대전판
300 : 대전관 320 : 투광구멍
330 : 확산렌즈 350 : 발광부 결합부
351 : 체결용 결합구
410 : 발광부 420 : 체결볼트
430 : 스프링 450 : 수광부
460 : 차광블럭
60 : 제어부 70 : 경보부
80 : 데이터기록부 90 : 전원공급부
100 : 로드부재 200 : 대전판
300 : 대전관 320 : 투광구멍
330 : 확산렌즈 350 : 발광부 결합부
351 : 체결용 결합구
410 : 발광부 420 : 체결볼트
430 : 스프링 450 : 수광부
460 : 차광블럭
Claims (7)
- 삭제
- 대지 전하가 대전되는 로드부재와, 뇌운에 의하여 대전되는 대전판 또는 대전관으로 구성되는 BCAT를 이용한 낙뢰경보시스템에 있어서,
상기 로드부재와 상기 대전판 또는 대전관에 전기적으로 연결되며, 뇌운에 의하여 상기 대전판 또는 대전관에 대전되는 전기적 에너지를 측정하는 센서부; 및,
상기 센서부에 의해 측정된 전기적 에너지의 크기가 사전에 정해진 기준 에너지의 크기보다 큰 경우, 뇌운이 접근한 것으로 판단하는 제어부를 포함하고,
상기 센서부는,
상기 로드부재와 상기 대전판 또는 대전관에 전기적으로 연결되어, 뇌운에 의하여 상기 대전판 또는 대전관에 대전되는 전기적 에너지에 의하여 발광되는 발광부; 및,
상기 발광부에서 발광되는 광을 수광하여 전기적 에너지로 변환하고, 변환된 전기적 에너지를 상기 제어부로 전송하는 수광부를 포함하는 것을 특징으로 하는 BCAT를 이용한 낙뢰경보시스템.
- 제2항에 있어서,
상기 발광부는 극성이 다른 전류가 입력되더라도 모두 발광이 되도록, 서로 다른 극성의 발광 소자를 병렬로 연결하여 구성되는 것을 특징으로 하는 BCAT를 이용한 낙뢰경보시스템.
- 제2항에 있어서, 상기 센서부는,
상기 발광부 및 수광부를 수용하고, 상기 로드부재와 상기 대전판 또는 대전관에 전기적인 접촉 상태를 유지하여, 상기 대전판 또는 대전관에 대전되는 전기적 에너지를 상기 발광부에 공급하도록 구성되는 차광블록;
상기 차광블록의 일단을 고정지지하는 착탈용 요입홈을 형성하는 체결볼트; 및,
상기 착탈용 요입홈 내에 설치되어 상기 차광블록을 탄력적으로 지지하는 스프링을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 BCAT를 이용한 낙뢰경보시스템.
- 제4항에 있어서,
상기 대전판 또는 대전관의 둘레방향에는 상기 차광블록과 체결볼트를 감싸는 상태로 보호하는 돌출된 구조의 차광블록 결합부가 추가적으로 형성된 것을 특징으로 하는 BCAT를 이용한 낙뢰경보시스템.
- 제5항에 있어서,
상기 차광블록 결합부는 상기 대전판 또는 대전관에 대하여 착탈이 가능하도록 상보적 결합이 이루어지는 체결용 결합구가 형성된 것을 특징으로 하는 BCAT를 이용한 낙뢰경보시스템.
- 제4항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 로드부재의 둘레방향에는 상기 차광블록의 길이방향 일단에 형성되는 단자편을 내측으로 수용하는 단자편 수용홈이 형성된 것을 특징으로 하는 BCAT를 이용한 낙뢰경보시스템.
Priority Applications (7)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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