KR102194405B1 - 가변 전기장 밸런싱 장치 - Google Patents
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Abstract
외부에서 상이할 수 있는 기하학적 형상을 갖는 중공 어셈블리에 의해 형성되는 가변 전기장 밸런싱 장치는 포획 전극으로 작용하는 상부 수동 포획부(2), 및 수신 전극으로 작용하는 하부 수동 포획부(3), 및 재료의 전도 계수에 따라 각각을 거리(d)로 분리된 상태를 유지하고 외부적으로 상기 하부 구성요소(3)를 마치 스커트처럼 하부 베이스까지 덮는 절연부(4)를 포함하여, 상기 하부 구성요소(3)에 대한 번개의 충격이 상향 리더의 발생을 유도하는 것을 방지하고, 중공 조립체의 내부와 외부를 연결하는 팽창 및 압축 밸브(5)를 더 포함하고 상기 밸브는 전류의 통과 및/또는 외부에서 유도된 서지의 흡수에 의하여 팽창되고 상기 필드의 보상이 종료되면 압축된다.
Description
<본 발명의 목적>
본 발명 명세서의 명칭에서 표현된 것과 같이, 본 발명은 가변 전기장 밸런싱 장치에 관한 것으로, 이는 현재의 최신 기술에 대한 개선이고, 이하에서 상세하게 설명된 바와 같이, 이점 및 새로운 특징을 갖는다.
본 발명의 목적은 특히 직접적인 대기 방전(atmospheric electric discharge)으로부터 육지 및 바다의 사람, 동물 및 설비를 보호하고 보호 시설에 인접한 지역에서 번개의 충격으로 인해 외부에서 유도된 서지(surge)를 허용 가능한(tolerable) 수준까지 최소화하는 것을 목적으로 하는 장치에 초점을 맞추고, 서로 격리된 포획 전극(capture electrode) 및 수신 전극(reception electrode) 및 팽창 및 압축 밸브에 의해, 후자(the latter)가 변화를 겪을 때마다, 공기 유전체의 파열을 초래할 수 있는 한도(limit) 아래에서 상기 전기장의 포화가 이루어지면서, 상기 장치의 바로 근처에서 전기장의 보상을 형성하므로, 하향 리더(downward leader)와 장치에서 생성된 잠재적인 상향 리더(upward leader)가 합쳐질 수 있다.
본 발명의 기술분야는 대기 방전에 대한 보호용 장치 및 설비의 제조를 전용하는 산업 부문(sector)의 일부이다.
과학계, 현재 피뢰침의 표준 및 다른 제조사에 따르면, 현재 대기 방전 보호 시스템 중에서, 프랭클린 유형 수동 포착 시스템(Franklin type passive capture system)이 일반적으로 가장 많이 받아들여지고, 알려진 바에 의하면, 이것은 본질적으로 건물 위에 돌출된 포획 헤드(capture head)를 포함하는 금속 마스트(mast)로 구성된 시스템이라는 것을 기억해야 한다. 상기 깃대는 전기장을 즉시, 다른 말로 마이크로 초(microsecond)에 보상하는 금속 파이크(metal pike)를 사용하여 제조된 구리 도체로 구성되어 전기 접지부에 연결된다. 그래서, 대략 500 KV에 해당하는 하향 리더와 상향 리더 사이에 근사 포텐셜의 차이가 있을 때, 벼락(lightning strike)이 상기 캡처에 나타나면 번개에 의해 운반되는 강도(사전에 결코 알 수 없는 것)에 따라, 상기 캡처 자체 및 보호해야 할 그 구조물에서 다른 전기 및 전자기 효과가 발생하게 되고, 예기치 않은 결과로 사람이나 동물에 대한 보호 시설의 파손 및/또는 손해를 초래할 수 있다.
또한, 이 분야의 전문가들은 여러 가지 경우의 선행 스트리머 방사형(Early Streamer Emission)피뢰침을 평가하였으며, 이 시스템은 수동적인 포획 시스템보다 짧은 시간에 번개를 끌어들일 수 있는 효과를 입증하지 못하였다. 이는 기본적으로 선행 스트리머 방사 장치가 저장할 수 있는 에너지를 이용하여 포획 말단에서 발생하는 추가 부하(load)가 소위 충돌 거리(impact distance)에 영향을 미치지 않기 때문이다.
그들은 또한 소위 CTS (Charge Transfer System) 시스템을 평가하여, 그것을 위한 조건에서 CTS를 사용하여 낙뢰(lightning bolt)가 구조물에 충격을 주는 것을 방지할 수 있는 가능성을 지지하는 과학적 근거나 실험적 증거가 없다고 결론지었다. 폭풍우 상황에서 일반적인 시스템에 의해 방출되는 전하는 가이드 또는 하향 리더의 그것에 비해 무시할 수 있다. 이유형의 시설에 충격이 나타나면 기껏해야 일반적인 캡처에 의지할 수 있음을 보여준다.
이러한 연구 및 과학적 평가에 비추어 볼 때, 구름에서 생성된 전하와 육지에서 발생한 전하는 모두 무제한이며 어떠한 경우에도 구조물의 근방에서 전기장을 보상할 수 있을 만큼 충분히 큰 공간 전하(spatial charge)가 생성될 수 없으며, 이러한 전하의 발생이 공간 전하보다 훨씬 크기 때문에 무시할 수 있으며, 구조물에 낙뢰를 방지하는 유일한 방법은 캡처 시스템이 상향 리더를 발생시키는 것을 방지하는 것이고 이를 위해 캡처 자체와 관련된 전기장을 끊임없이 떨어뜨릴 필요가 있고 폭풍우가 형성되는 동안, 어떠한 경우에도, 지속적으로 변화될 것이고, 본 발명 장치의 목적은 이러한 효과를 달성하는 것에 기초한다.
따라서, 본 발명에 의해 제안된 가변 전기장 밸런싱 장치는 상기를 회피하는데 기초하고, 어떠한 경우에도, 그 본질 내에서 작동하기 위하여 제한될 것이다. 이는 가능한 번개(lightning bolt)의 발생 속도, 환언하면, 그것의 작동 환경에서 간헐적 및/또는 연속적인 전기장 변화의 시작시 누설 전류(leakage current)의 발생률에 따른 전기장의 증가 속도와 포화 한계에 도달하는 속도에 기초하고, 이 장치는 그 부근에서 전기장의 보상을 발생시키는 것을 관리하므로 이 환경에서 상기 전기장이 포화 한계에 도달할 수 없도록 방지한다.
이 전기장의 보상은, 어떠한 경우에도 환경의 전하 존재량에 기초하고, 그것은 무제한적이고 보호되는 구조물 및/또는 캡처 시스템의 바로 근처에서 상당한 탈 이온화가 야기 될 수 없기 때문에, 폭풍우가 몰아치는 시스템에서 번개의 형성을 제한하는 것은 완전 불가능하다. 그러나 달성할 수 있는 것은 상기와 같은 환경에서 포화 한계를 낮추는 전기장의 보상이며, 상향 리더가 발생하기에 충분한 잠재력을 일으킬 수 있는 시간을 갖는 것으로부터 보호하고 번개가 보호받는 구조물에 충돌하는 것을 방지한다. 따라서, 본 발명의 가변 전기장 밸런싱 장치는 그 장치 및 그 장치가 보호하는 구조물에 상향 리더의 발생을 방지한다.
그러므로 특정한 방식으로, 본 발명이 제한하는 것은 장치가 변화를 겪을 때마다, 그 부근에 존재하는 전기장의 보상을 의도하는 것이고, 상기 한계 이하의 영역에 상기 전기장의 포화를 형성하는 것은 공기의 유전체가 파열될 수 있고, 그러므로 생성된 하향 리더와 상기 상향 리더의 결합은 상기 장치안에서 생성될 수 있다.
상기 영역에 존재하는 필드의 변화에 따라 일정한, 연속적 및/또는 순차적인 상기 보상은, 본 발명의 상기 장치가 상향 리더를 발생시키지 않도록 보장한다. 이러한 방법으로 보호 구역에 위치한 보호되는 구조물 및/또는 사람 및/또는 동물에 대한 잠재적인 전기 및 전자기 영향을 최소화할 수 있다.
이를 위해, 상기 장치는 포획 전극으로 작용하는 상부 수동 포획부(upper passive capture element), 수신 전극으로 작용하는 하부 수동 포획부(lower passive capture element), 및 상기 2개의 기하학적 구조 사이에 배치될 뿐만 아니라 상기 수신 전극의 하부(lower part)까지 덮는 절연부(insulator element)로부터 형성된다. 상기 언급한 세 개의 구성요소의 어셈블리를 포함하고 있는 상기 시스템에 의하여 누설 전류가 적절한 속도로 전도될 수 없기 때문에 이는 상기 수신부가 잠재적으로 상승 리더의 생성을 유도하는 경우 상기 하부 구성요소에 대한 번개 충격을 막는데 적합한 보호 절연(insulation)을 형성한다.
하부 수동 포획부의 하부 베이스(lower base)까지 덮는 상기 절연부의 배열과 기하학적 구조는 상기 장치의 적절한 기능을 위해 필수적이라는 것에 주목해야 한다.
더욱이, 본 발명의 장치에서, 상기 하부 수동 포획부의 하부 베이스에, 전류의 전류 통과(current passage) 및/또는 외부의 유도된 서지(surge)의 흡수를 담당하는 팽창 및 압축 밸브가 고려된다.
따라서, 상기 밸브는 누설 전류가 존재하는 경우, 팽창하여 상기 공정에서 생성된 초과압력(overpressure)을 배출하는 방식으로 구성된다. 그리고 상부 수동 포획부 또는 포획 전극, 상기 하부 수동 포획부 또는 수신 전극, 및 상기 절연부를 포함하는 포획 어셈블리가 일시적으로 필드의 보상은 완료하면, 밸브가 압축되어 작동을 멈춘다.
그러므로 상기 밸브가 본 장치의 기본 구성요소이며, 그것이 없다면 상기 포획 어셈블리는 발생하는 임의의 필드 보상 과정에서 파괴될 수 있다.
캡처 어셈블리 내에서 생성된 초과압력이 작업 한계를 초과할 가능성이 있는 경우, 그것은 대략 200kA 정도가 될 것이므로, 상기 장치는 파괴될 것이고, 상기 팽창 및 압축 밸브는 안전밸브로 작동하여 과부하가 장치를 파괴하는 것을 방지하여 그 위치에서 점프 아웃(jump out) 한다. 논리적으로 이러한 상황이 발생하면 밸브가 회복될 때까지 상기 장치는 작동을 멈춘다.
또한, 상기 포획 어셈블리는 접지용 커넥터가 있는 고정 마스트(fastening mast)에 배열되어 있음을 언급할 필요가 있으며, 이는 보호되는 구조물 내에서 상기 장치를 적절히 위치시키는 고정 anchoring) 구성요소로서만 작용할 것이다.
이 부분을 위해, 상기 위치 결정은 상기 장치를 수직으로 및 바람직하게는 상기 구조물의 가장 높은 지점으로부터 적어도 80cm의 거리에 위치시킴으로써 수행될 것이다. 구조체를 개별적으로 또는 구역을 보호할 수 있으며, 이를 위해서 주변 보호로서 보호 구역의 반경(coverage radius)에 따른 다수의 장치가 있어야 하며, 이는 접지 시스템과 함께 연결되고 상기 각각의 전류 누설을 막는 최종 위치(final place)역할을 하는 공통 접지 연결부(earth connection)에 부착된다.
또한, 보호할 구조 및/또는 구역의 유형 및 위험 수준에 따라서, 상기 장치는 상이한 디자인을 가질 수 있고 다른 유형의 재료를 사용할 수 있다.
그러므로 상부 수동 포획부 및 하부 수동 포획부는 외부에 다양한 기하학적 형상을 가질 수 있으며, 이는 구조물의 보호 필요성에 의존한다.
마지막으로, 제안된 밸런싱 장치가 적절하게 기능 하기 위해서는, 상부 수동 포획부와 하부 수동 포획부 사이의 거리는 상기 구성요소의 재료의 전도 계수(conductivity coefficient) 및 중간 절연부에 의존하는 관계를 가져야 하며, 그 관계는 그 기능의 실효성(effectiveness)에 대해 기본이 될 것이다.
따라서, 가변 전기장 밸런싱 장치는 지금까지는 알 수 없는 특징을 가진 혁신적인 구조로 이루어져 있으며, 실용적인 유용성과 연결된 이유 때문에 적용되는 배타적 특권을 획득하기 위한 충분한 근거를 제공한다.
설명을 보충하고 본 발명의 특징에 대한 더 나은 이해를 돕기 위해, 본 발명의 구체적인 설명은, 그것의 필수적인 부분으로서, 다음과 같은 예시에 의해 표현된 그러나 이에 제한되지 않은 도면에 의해 수반된다:
도 1은 본 발명의 목적인 가변 전기장 밸런싱 장치의 예시적인 실시 예의 개략적인 정면도를 도시하며, 그것의 일반적인 외부 구성 및 그것이 포함하는 주요 부품 및 구성요소를 점선으로 나타내고, 하부 수동 포획부 프로파일 요소의 개요로서, 그것이 절연부 아래에 어떻게 덮혀 있고 숨겨져 있는지를 보여주며; 및
도 2는 도 1에 도시된 본 발명의 장치와 동일한 실시 예의 수직 단면에 따른 단면도를 도시하며, 그것의 내부 구성 및 배치가 도시된다.
도 1은 본 발명의 목적인 가변 전기장 밸런싱 장치의 예시적인 실시 예의 개략적인 정면도를 도시하며, 그것의 일반적인 외부 구성 및 그것이 포함하는 주요 부품 및 구성요소를 점선으로 나타내고, 하부 수동 포획부 프로파일 요소의 개요로서, 그것이 절연부 아래에 어떻게 덮혀 있고 숨겨져 있는지를 보여주며; 및
도 2는 도 1에 도시된 본 발명의 장치와 동일한 실시 예의 수직 단면에 따른 단면도를 도시하며, 그것의 내부 구성 및 배치가 도시된다.
언급된 도면 및 사용된 번호에 따라, 본 명세서에서 본 발명의 가변 전기장 밸런싱 장치의 예시적인 바람직한 실시 예를 볼 수 있으며, 이는 아래에서 상세히 설명되고 설명된 부품 및 요소를 포함하나, 이를 제한적으로 고려해서는 안된다.
따라서, 상기 도면들에서 알 수 있는 바와 같이, 해당 장치(1)는 포획 전극으로 작용하는 상부 수동 포획부(2)와, 수신 전극으로 작용하는 하부 수동 포획부(3), 상기 상부(2) 및 하부(3) 구성요소들 사이에서 서로 거리(d)만큼 분리될 수 있게 유지하는 상기 전기 절연부(4)를 포함하는 중공(hollow) 어셈블리로부터 만들어진다. 양 요소(2,3)는, 예를 들어 도시된 예에 의하면 반구형(hemispherical) 같이, 그 외부에 다양한 기하학적 형상을 가질 수 있고, 상기 거리(d)는 상기 구성요소를 구성하는 재료의 전도 계수 및 기하학적 구조에 의존한다. 상기 절연부(4)는 상기 두 구성요소를 내부적으로 분리하는 것 이외에도, 상기 하부 구성요소(3)를 마치 스커트처럼 그 하부 베이스의 높이에 도달할 때까지 외부에서 덮고, 이러한 방식으로 상기 하부 구성요소(3)에 대한 번개의 충격이 상향 리더의 발생을 유도하는 것을 방지할 수 있다.
게다가, 바람직하게는 수신의 하부 수동 포획부(3)의 하부 베이스에서, 상기 장치는 팽창 및 압축 밸브(5)를 포함하고, 이는 외부와 중공 어셈블리의 내부를 연결하고, 이는 전류의 통과 및/또는 외부 유도 서지(surge)의 흡수에 의해 팽창하고, 상기 필드의 보상이 종료되면 압축된다.
또한, 상기 밸브(5)는 안전밸브로서, 상기 상부 포획부(2), 수용을 위한 하부 구성요소(3) 및 상기 절연부(4)를 구성하는 중공 어셈블리 내에서 발생한 초과압력이 작동 한계를 초과하는 경우 그 위치를 점프 아웃(jump out)할 수 있다.
또한, 이 어셈블리는 고정 마스트(6)에 결합하여 보호 대상 구조물에 고정하고, 접지용 연결부(7)를 포함한다.
위의 모든 것들을 가지고, 상기 장치는, 일반적으로 번개에 의해 야기되는 변화가 발생할 때마다, 그 전기장의 포화가 공기의 유전체에 손상을 줄 수 있는 한계 이하로 위치할 때마다, 바로 근처에 존재하는 전기장의 보상을 수행하고, 따라서, 발생한 하향 리더와 상기 장치에서 발생한 잠재적인 상향 리더를 결합한다.
본 발명의 성질을 충분하게 기술한 결과, 실천에 옮기는 법뿐만 아니라, 당업자가 그 범위 및 그것으로부터 유래하는 이점을 이해하기 위해 그 기술 분야의 전문가에 대한 설명을 상세하게 설명할 필요는 없으며, 본질적으로 실시 예로서 나타낸 세부 사항과 다른 별도의 실시 예에서 실시될 수 있으며, 또한 그것이 그 기본 원칙을 대체, 변경 또는 변형하지 않는다면 청구된 보호의 적용을 받는다.
Claims (4)
- 접지 연결부(earth connection)(7)를 포함하는 마스트(6)에 결합된 전기 절연체에 의하여 분리되는 전도성(conductive) 포획부를 포함하는 가변 전기장 밸런싱 장치에 있어서, 상기 장치는 포획 전극으로 작용하는 상부 수동 포획부(2), 및 수신 전극으로 작용하는 하부 수동 포획부(3)를 포함하며, 상기 상부 수동 포획부(2)와 하부 수동 포획부(3)는 외부에서 다양한 기하학적 형상을 포함할 수 있고, 상기 상부 수동 포획부(2)와 하부 수동 포획부(3) 사이에 배치되고 상기 상부 수동 포획부(2) 및 하부 수동 포획부(3)를 이루는 재료(material)의 전도 계수(conductivity coefficient)에 따라서 그것들을 서로 가변 거리(d)만큼 분리시키는 절연부(4)를 포함하는 중공 어셈블리로 구성되고, 상기 절연부(4)의 기하학적 구조는 내부적으로 상부 수동 포획부(2)와 하부 수동 포획부(3)를 분리하는 것 이외에 외부적으로 상기 하부 수동 포획부(3)를 마치 스커트처럼 하부 베이스(lower base)까지 덮으며, 이로 인하여 상기 하부 수동 포획부(3)에 대한 번개의 충격이 상향 리더의 발생을 유도하는 것을 방지하고, 상기 장치는 중공 어셈블리의 내부 및 외부를 연결하는 팽창 및 압축 밸브(5)를 더 포함하고, 상기 밸브는 전류의 통과 및/또는 외부에서 유도된 서지(surge)의 흡수에 의하여 팽창되고, 상기 가변 전기장의 보상이 종료되면 압축되는 것을 특징으로 하는 가변 전기장 밸런싱 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 상부 수동 포획부(2) 및 하부 수동 포획부(3)는 반구형의 외부 구성을 포함하는 것을 특징으로 하는 가변 전기장 밸런싱 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 밸브(5)는 상기 상부 수동 포획부(2) 및 하부 수동 포획부(3) 및 상기 절연부(4)에 의하여 형성되는 중공 어셈블리 내에서 발행된 초과압력이 그들의 작동 한계를 초과하는 경우에 그 위치를 점프 아웃(jump out) 하는 안전밸브인 것을 특징으로 하는 가변 전기장 밸런싱 장치.
- 제1항 내지 제3항에 있어서,
상기 밸브(5)는 수용의 하부 수동 포획부(3)의 하부 베이스에 결합되는 것을 특징으로 하는 가변 전기장 밸런싱 장치.
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