KR200249145Y1 - 복합형 접지 설비 - Google Patents

Abstract

본 고안은 각종 건축물이나 통신용 중계국, 기지국등에 설치할수 있는 접지설비에 있어서, 접지망과 접지봉을 조합하여 접지 임피던스를 크게 감소시킨 복합형 접지 설비를 개시한다.

본 고안은 접지봉에서 지면으로의 효과적인 방전이 이루어지도록 하기 위하여 지면에 매설된 방사상의 접지망과 첨단 효과를 이용한 접지봉에 의하여 저감제층을 경유하여 지면으로 빠르게 방류시켜 순간 전위상승 비율인 임펄스 임피던스 또는 서지 임피던스를 낮출수 있도록 하였다.

이에 따라 본 고안은 대지 전위 상승을 격감시켜 서지 전압으로부터 시설과 인명을 보호할수 있게 되고, 전식을 억제할수 있고, 보수가 가능하여 유지, 보수 비용을 절감할수 있게 되는 효과가 있다.

Description

복합형 접지 설비{Complex Type Earthing Equipment}

본 고안은 복합형 접지 설비에 관한 것으로 특히 각종 건축물이나 통신용 중계국, 기지국등 다양한 용도에 적합한 복합형 접지 설비에 관한 것이다.

주지하는 바와 같이 피뢰침(lightening rod:避雷針)은 낙뢰(落雷)에 의한 충격전류를 대지(大地)로 안전하게 유도함으로써 낙뢰로 인하여 생기는 건물의 화재·파손 및 인축(人畜)에 대한 상해를 방지할 목적으로 설치하는 것이다.

이러한 피뢰침은 돌침부(突針部)·피뢰도선(인하도선)·접지전극(接地電極)의 세 부분으로 구성된다.

이러한 돌침부의 돌침은 구리 또는 용융아연도금을 한 철 또는 강(鋼)으로 된 지름 12 mm 이상 막대기를 사용하는 것이며, 피뢰도선은 구리를 사용하는 것은 단면적 30 mm²이상, 알루미늄을 사용하는 것은 50 mm²이상의 도선을 사용한다. 또한 접지전극은 두께 1.4 mm, 면적 0.35 m²이상의 강판, 두께 3 mm 이상, 면적 0.35 m²이상의 아연도금철판 또는 이와 동등 이상의 접지효과가 있는 막대기 모양 등을 사용하여 접지저항이 10Ω 이하가 되도록 지하에 매설하게 된다.

반면에 이러한 강판이나 아연도금철판을 사용하는 접지전극을 사용하는 경우 도로등 지면의 굴착부위가 넓어 지게 되게 될 뿐만 아니라 깊이 매설하기 위하여 많은 비용이 소모되므로 시공이 번거롭게 되는 문제점이 있을 뿐만 아니라 접지저항이 크다는 문제점이 있다. 그리고 이러한 접지전극은 전,부식으로 인하여 수명이 3년 내지 5년에 불과하여 기준 접지저항을 일정하게 유지시켜 주지 못하고 계절 및 온도, 전해질의 양에 따라 접지저항의 변화가 심하여 통신장비는 물론 민감한 기기에 치명적인 양향을 줄수 있는 것이다. 그러므로 근래에는 봉상으로 된 접지전극을 사용하는 것이 일반적이며, 이러한 접지봉(Electrolytic Rod)의 구조를 도1로 도시하였다. 이에서 볼수 있는 바와 같이 종래의 접지봉은 접지봉 맨 위쪽에 위치한 흡습공(100)을 통하여 대기압의 변화와 공기의 순환에 따라 공기로부터 수분과 대지속에서의 수분을 공급받아 일정한 수분을 유지하게 된다. 이와 같이 공기중에 포함된 습기가 접지봉(101) 내부에 채워진 금속 이온 성분의 금속성 소금(metallic salts;200)인 전해질 수분 생성 물질과 접촉함으로써 방울형태로 흡수 축적됨에 따라 전해질 용액이 형성되어 접지봉 내부의 아래부분으로 흘러 들어 가게 된다. 이 축적량이 증가함에 따라 밑부분에서 전해질 용액이 접지봉의 배액공(300)을 통하여 지속적으로 접지봉 주위의 저감제(400)가 토양으로 확산, 공급하게 됨에 따라 접지봉 내부에서 농축된 용액이 삼투압 작용을 일으키게 되어 자연스럽게 접지봉을 매설한 주위의 토양으로 방출되어 점차 넓은 면적의 토양을 전해질 토양으로 변화시켜 주게 된다. 이러한 전해질 용액은 전해질 뿌리로 작용하여 접지전극과 토양사이의 전기 저항을 감소시켜 주어 효과적인 방전 효과를 얻게 되는 것이다.

반면에 서지 전압은 파두장이 1㎲에 불과할 정도로 고주파인 경우가 많으며, 이에 따라 넓게 포설한 상태라 할지라도 그 면적 만큼 접지 임피던스에 기여하는 것이 아니고, 서지 전압이 침입한 주입점을 중심으로 일부분만 서지 전압의 대지 방류에 기여하게 된다. 이러한 범위를 접지도체의 유효 반경이라 하며, 서지 전압의 주파수가 높아 질수록 축소된다.

그러므로 이러한 유효 반경 밖에 접지도체의 포설 면적을 증대시켜 접지 면적을 늘리더라도 만족스러운 접지효과를 얻기 어렵게 된다. 이에 따라 서지 전압의 침입시 접지봉의 둘레면의 전위가 급격하게 상승되는 바, 이때 지면으로의 효과적인 방전 수단이 없으므로 방전 속도가 지연되어 접지봉 자체의 수명이 단축되거나 주변 시설물의 보호가 충분하게 이루어지지 않게 되는 등의 문제점이 있는 것이다.

또한, 근래에는 소위 망상 접지(Mesh Grounding) 방식이 보급되고 있으며, 이는 그 구조 특성상 아주 넓은 면적에 포설하여 시공하는 것이며, 이는 연결동선을 망상형태로 하여서 된 것으로, 그물 모양으로 포설하는 접지형태이다.

이는 접지효과가 우수하여 낮은 접지 저항을 얻을 수 있고, 낮은 접촉전압이나 낮은 보폭전압을 얻기가 쉬우므로 안전이 우선되는 장소와 대지저항률이 높은 지역 또는 건물의 밑바닥 같이 넓은 면적의 확보가 가능한 곳에 주로 시공하게 되는 것이다.

반면에 이는 매우 넓은 시공 면적이 필요하여 제한된 면적에 접지 시설을 설치하여야 하는 대부분의 건축물이나 통신용 중계국, 기지국등에는 부적합하며, 접지 나동선을 일정 간격으로 포설하여 접지 전극으로 시공에서 나동선을 정해진 간격으로 그물 형태로 포설하고, 그물 모양의 각 연결 점을 압착 슬리브 접합 혹은 발열 용접으로 접속하여야 하는 상당한 숙련이 요구되는 작업을 시행하여야 하고, 시공비용이 많이 들며 또한 유지보수가 불가능하므로 주기적인 재시공이 요구되어 운영 비용이 과다하게 되는 문제점이 있는 것이다.

본 고안의 목적은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 접지봉에서 지면으로 빠르게 방사시켜 순간 전위상승 비율인 임펄스 임피던스 또는 서지 임피던스를 낮출수 있도록 하고, 시공 소요 면적을 최소화하며, 시공 및 유지 보수가 용이하도록 한 복합형 접지 설비를 제공함에 있다.

도1은 종래의 접지봉 시공 상태를 보이는 종단면도.

도2는 본 고안에 의한 접지 설비 매설 상태를 보인 종단면도.

도3은 본 고안에 의한 접지 설비의 구조를 보이는 요부 사시도.

도4는 본 고안에 의한 접지 설비의 전기적 등가 상태를 보인 회로도.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1: 인입선 2:지선

3:나동선 4:접지망

5:인입연장선 6:첨단부

7:환테 8:접지봉

9:저감제층

이러한 목적을 달성하기 위하여 본 고안은 인입선을 중심으로 하여 유효 반경 내에 집중적으로 나동선을 분기시켜 방사상으로 형성시켜 줌으로써 주파수가 높은 서지 전류가 유입되더라도 접지 임피던스를 감소시켜 주어 대지 전위의 상승을 억제하여 서지 전류의 대지 방류를 원활히 할수 있도록 함과 아울러, 이와 금속성 소금을 넣어 외부로 부터의 수분으로 전해질이 배출됨에 따라 주변을 전해질토양으로 변화시켜 접지저항을 최소화하도록 한 공지의 접지봉의 외주에 하나 이상의 첨단부를 구비한 환테를 고정하여서 된 첨단효과를 이용한 접지봉(대한민국 실용신안등록출원 2000-25174호(고안의 명칭: 첨단효과를 이용한 접지봉)을 접속하여서 된 복합형 접지 설비를 제안한다.

이에 따라 본 고안은 방사상 접지선과 접지봉에 의하여 형성된 전해질 뿌리에 의한 복합 작용으로 접지 임피던스을 감소시켜 줄수 있게 되어 급격한 서지전압의 침입에도 불구하고 대지 전압 상승을 방지하여 신속하게 방출함으로써 역전류를 막아 임펄스 임피던스를 낮추어 주고 접지봉의 전식을 억제하며 주변의 시설물을 효과적으로 보호할수 있게 되면서도 시공 소요 면적을 최소화하며, 시공 및 유지 보수가 용이하여 기존 시설물의 손상을 최소화하면서도 시설 비용 및 유지 보수 비용을 크게 절감할수 있게 되는 효과가 있다.

이러한 본 고안의 시공 상태를 도2로 도시하였다.

이에서 볼수 있는 바와 같이 본 고안은 각종 시설물의 접지선과 연결된 인입선(1)을 중심으로 하여 나동선(3)이 방사상으로 배열된 지선(2)을 다수 구비하여서 된접지망(4)과, 접지망(4)의 인입연장선(5)에 금속 이온 성분의 금속성 소금(metallic salts)인 전해질 수분 생성 물질을 내장하며 둘레에 하나 이상의 첨단부(6)를 구비한 환테(7)를 고정하여서 된 접지봉(8)(Electrolyti Rod)을 연결하며, 이들 접지망(4)과 접지봉(8)의 둘레에 저감제층(9)을 형성하여서 된 것으로,미설명부호 10은 접지봉(8)의 배액공이다.

이와 같이 된 본 고안은 먼저 시공을 위하여 천공드릴로 지면을 일정 깊이 천공함과 아울러 유효 반경에 해당하는 일정 넓이를 천공한 다음 이에 저감제와 접지봉(8) 및 접지망(4)을 넣어 시공 완료한다.

이에 따라 시공후 대지중의 습기가 접지봉(8) 내부에 채워진 금속 이온 성분의 금속성 소금(metallic salts)인 전해질 수분 생성 물질과 접촉함으로써 방울형태로 흡수 축적됨에 따라 전해질 용액이 형성되어 접지봉(8) 내부의 아래부분으로 흘러 들어 가게 된다. 이 축적량이 증가함에 따라 밑부분에서 전해질 용액이 접지봉(8)의 배액공을 통하여 지속적으로 접지봉(8) 주위의 토양으로 확산, 공급하게 됨에 따라 접지봉(8) 내부에서 농축된 용액이 삼투압 작용을 일으키게 되어 자연스럽게 접지봉(8)을 매설한 주위의 저감제층(9) 및 토양으로 방출되어 점차 넓은 면적의 토양을 전해질 토양으로 변화시켜 주게 된다. 이러한 전해질 용액은 전해질 뿌리로 작용하여 접지전극과 토양사이의 전기 저항을 감소시켜 주어 효과적인 방전 기능을 얻게 된다.

이러한 본 고안은 낙뢰등으로 인하여 서지 전압이 인입선(1)으로 유입되는 경우 인입선(1)을 중심으로 배열된 지선(2)의 방사상으로 배열된 나동선(3)으로 분산됨과아울러, 접지봉(8)을 통하여 대지로 방류된다.

이러한 과정에서 다수의 지선(2)에 고정된 나동선(3) 및 접지봉(8) 주변의 첨단부(6)에서 분산되는 서지 전압이 저감제층(9)을 통하여 대지로 방류되는 것인바, 저감체층은 전해질 용액이 전해질 뿌리로 작용하여 접지전극과 토양사이의 전기 저항을 감소시켜 주어 효과적인 방전이 가능하도록 한다.

이때 본 고안에서는 특히 유효 반경 안에 배치된 나동선(3)과 접지봉(8)에 의하여 방류되지 못한 나머지 전류가 접지봉(8)에 의하여 대지로 방류되는 것이어서 결국 나동선(3)이 포설된 대지 전압은 나동선(3) 만으로 시공된 접지 설비에 비하여 크게 낮아 지게 되는 것이다. 이러한 본 고안에 의한 복합형 접지 설비의 등가회로를 도 4로 도시하였다. 이에서 볼수 있는 바와 같이 본 고안은 유효 반경 내에 존재하여 실질적으로 다수개의 지선(2)에 의한 접지 저항을 병렬 접속한 저항값이 접지 임피던스가 되어 그 값이 매우 낮게 되는 되는 것이어서 서지 전압 인가시 대지 전압의 상승을 억제할수 있게 되는 것일 뿐만 아니라, 더욱이 그 하방으로 접지봉(8)의 다수 첨단부(6)에 의한 접지 저항이 병렬접속한 저항값이 접지 임피던스가 되어 결국 접지망(4)의 낮은 접지임피던스와 접지봉(8)에 의한 낮은 임피던스가 병렬로 접속된 값이 전체 접지 임피던스로 되어 그 값이 매우 낮으므로 서지 전압을 급격하고 신속하게 방전시킬수 있게 되는 것이다.

그러므로 서지 전압을 효율적으로 제거할수 있게 되어 결국 본 고안은 유효 반경에 해당하는 반경으로 접지망(4)을 포설하는 것만으로 시설이나 인축등을 낙뢰등 서지 전압으로 부터 안전하게 보호할수 있게 되는 것이며, 서지 전압 인입시에도접지망(4)이나 접지봉(8)의 전위가 대지의 전위와 큰 차이가 없게 되어 전식으로 인한 부식 진행이 억제될 수 있다.

아울러 본 고안은 시공시에도 저감제층(9)을 형성하고 접지봉(8)과 접지망(4)을 매설하되, 지선(2)이 전개되도록하는 것만으로 시공이 완료되므로 시공이 용이한 것이며, 접지망(4)과 접지봉(8)을 보수하여 반복 사용이 가능한 것이므로 유지, 보수 비용을 절감할수 있게 되는 것이다.

아울러, 본 고안에서는 인입선(1)을 중심으로 한 지선(2)의 나동선(3)이 배열되는 유효 반경을 낙뢰의 주파수 특성을 고려하여 결정하여야 하며, 지선(2)의 나동선(3) 갯수와 접지봉(8) 첨단부(6)의 갯수를 설치 개소의 토양 전도도, 기후, 낙뢰 빈도, 낙뢰 전위등 여러 요소를 감안하여 시공하여야 함은 물론이다.

이와 같이 하여 본 고안은 낙뢰시 인입선(1)을 통하여 인입되는 전하를 다수의 지선(2)의 나동선(3)과 다수의 환테(7)의 첨단부(6)에 의하여 등가적으로 형성되는 낮은 임피던스에 의하여 신속하고 효과적인 방전이 가능하게 되는 것이므로 대지의 전위 상승을 억제하여 시설과 인축을 보호하여 귀중한 재산과 인명을 보호할수 있게 되는 것일 뿐만 아니라, 시공시 별다른 숙련 기능을 요구하지 않으며, 시공 공정이 단순하여 시공 비용을 줄이고 시공 기간을 단축시킬수 있게 되는 잇점이 있는 것이다.

아울러 본 고안은 서지 전압 인입시 접지망(4) 및 접지봉(8)과 대지와의 전위차를 감소시켜 전식을 억제하여 그 수명을 장구하게 할수 있게 되어 유지, 보수 비용을줄일수 있게 되는 것이며, 아울러, 유지, 보수시에도 접지망(4)과 접지봉(8)을 보수하여 재활용할수 있게 되는 것이므로 유지,보수 비용을 더욱 절감할수 있게 되는 등의 유용한 효과가 있다.

Claims (1)

1. 각종 시설물의 접지선과 연결된 인입선(1)을 중심으로 하여 나동선(3)이 방사상으로 배열된 지선(2)을 다수 구비하여서 된 접지망(4)과,

   접지망(4)의 인입연장선(5)에 금속 이온 성분의 금속성 소금(metallic salts)인 전해질 수분 생성 물질을 내장하며 둘레에 하나 이상의 첨단부(6)를 구비한 환테(7)를 고정하여서 된 접지봉(8)을 연결하며, 이들 접지망(4)과 접지봉(8)의 둘레에 저감제층(9)을 형성하여서 됨을 특징으로 하는 복합형 접지 설비.