KR200276121Y1 - 낙뢰방지용 피뢰기 - Google Patents

Abstract

본 고안은 각종 통신선로에 사용되는 피뢰기에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 구형(矩形) 선로를 이용하여 주선로와 단락선로를 일체형으로 제작함으로써 조립이 용이하고, 상기 구형 선로의 제작시 금형을 사용하여 대량생산 및 재현성이 뛰어나며, 상기 단락선로를 절곡하여 크기를 소형화한 낙뢰방지용 피뢰기에 관한 것이다.

종래 기술에 따른 피뢰기들은 선로로서 동축형 선로를 사용하고 있어, 피뢰소자를 사용한 피뢰기의 경우 선로와 피뢰소자의 접속 방법이 용이하지 않을 뿐만 아니라 낙뢰가 발생하여 피뢰소자가 방전하면 이를 교체해야만 하는 단점이 있었다.

또한, 단락형 피뢰기의 경우에는 선로와 단락바가 모두 원형이므로 생산성 측면에서는 부품수의 증가와 이들을 접속하는 것이 용이하지 않다고 하는 작업 공정의 어려움이 있으며, 성능적 측면에서는 부품간의 접속부가 증가하여 혼변조 왜곡발생의 원인을 제공하므로 품질의 저하를 가져오는 단점이 있다.

본 고안은 상기와 같은 종래 기술들의 문제점을 극복하기 위해 안출된 것으로서, 구형 선로를 이용하여 주선로와 단락선로를 일체형으로 제작함으로써 조립이 용이하고, 상기 구형 선로의 제작시 금형을 사용하여 대량생산 및 재현성이 뛰어나며, 상기 단락선로를 절곡하여 크기를 소형화한 낙뢰방지용 피뢰기를 제공한다.

Description

낙뢰방지용 피뢰기{A lightning arrester}

본 고안은 각종 통신선로에 사용되는 피뢰기에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 구형(矩形) 선로를 이용하여 주선로와 단락선로를 일체형으로 제작함으로써 조립이 용이하고, 상기 구형 선로의 제작시 금형을 사용하여 대량생산 및 재현성이 뛰어나며, 상기 단락선로를 절곡하여 크기를 소형화한 낙뢰방지용 피뢰기에 관한 것이다.

도 1a 및 도 1b는 종래 기술에 따른 피뢰기를 나타내는 도면으로서, 도 1a는 피뢰소자를 사용한 피뢰기를 나타내고 도 1b는 단락형 피뢰기를 나타낸다. 도 1a에 나타낸 바와 같이 종래 기술에 따른 피뢰소자를 사용한 피뢰기는 몸체(1)의 양쪽에 형성되어 동축 케이블이나 장비 등과 접속하기 위한 콘넥터(2)와, 절연체(4)에 의해 유지되어 상기 몸체와 절연됨과 동시에 양쪽의 콘넥터를 전기적으로 연결하는 선로(3)와, 상기 몸체의 중앙에 형성된 나사홈에 삽입되되 상기 선로와 일단부가접속되는 피뢰소자(5)와, 상기 몸체의 나사홈과 결합되어 피뢰소자를 덮어서 유지하는 홀더(6)를 구비한다.

상기와 같은 피뢰소자를 사용한 피뢰기의 동작은 낙뢰 등에 의해 몸체(1)와 선로(3) 사이에 전압이 유도되면, 즉 피뢰소자(5)의 상하 양단에 고전압이 걸리게 되면 피뢰소자가 동작하여 낙뢰는 몸체를 통해서 방전된다. 따라서, 피뢰소자가 동작함으로써 피뢰기 후단에 접속된 장비를 보호하게 되는 것이다.

도 1b는 단락형 피뢰기를 나타낸 것으로서, 도시된 바와 같이 몸체(1)의 양쪽에 형성되어 동축 케이블이나 장비 등과 접속하기 위한 콘넥터(2)와, 양쪽의 콘넥터를 전기적으로 연결하는 선로(3)와, 종단부에 접지단자(9)를 구비하고 상기 몸체의 중앙에 접속되는 단락바 몸체(8)와, 상기 단락바 몸체의 중공을 관통하여 일단부가상기 선로에 접속되고 타단부는 상기 접지단자에 연결되는 단락바(7)를 구비한다.

상기와 같은 단락형 피뢰기의 동작은 비정상적인 전압 예를들면 낙뢰, 대기번개의 방전, 선로에서의 돌발적인 접촉이나 오동작 등에 의한 고압 전류가 피뢰기에 인가되면, 이 고압 전류는 선로(3)를 통과하다가 단락바(7)를 경유해서 접지단자(9)에 의해 방전되므로 후단의 장비가 파손되는 것을 방지하게 된다.

그러나, 종래 기술에 따른 피뢰소자를 사용한 피뢰기는 선로로서 상기와 같은 동축형 선로를 사용하고 단락형 피뢰기도 또한 선로와 단락바로서 동축형 선로를 사용하고 있어, 피뢰소자를 사용한 피뢰기의 경우 선로와 피뢰소자의 접속 방법이 용이하지 않을 뿐만 아니라 낙뢰가 발생하여 피뢰소자가 방전하면 이를 교체해야만 하는 단점이 있었다.

또한, 단락형 피뢰기의 경우에는 선로와 단락바가 모두 원형이므로 생산성 측면에서는 부품수의 증가와 이들을 접속하는 것이 용이하지 않다고 하는 작업 공정의 어려움이 있으며, 성능적 측면에서는 부품간의 접속부가 증가하여 혼변조 왜곡(IMD;InterModulation Distortion) 발생의 원인을 제공하므로 품질의 저하를 가져오는 단점이 있다.

본 고안은 상기와 같은 종래 기술들의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 주 선로와 단락 선로를 동축형 선로가 아닌 구형 선로를 사용하되, 이들을 일체형으로 제작함으로써 부품수를 감소시키고 생산성 향상 및 혼변조 왜곡을 개선한 낙뢰방지용 피뢰기를 제공함에 그 목적이 있다.

도 1a는 종래 기술에 따른 피뢰소자를 사용한 피뢰기를 나타내는 도면.

도 1b는 종래 기술에 따른 단락형 피뢰기를 나타내는 도면.

도 2는 본 고안에 따른 낙뢰방지용 피뢰기의 외관도.

도 3은 본 고안에 따른 낙뢰방지용 피뢰기의 단면도.

도 4는 본 고안에 따른 낙뢰방지용 피뢰기의 부품 구성도.

도 5a는 종래 기술에 따른 동축형 선로를 나타내는 단면도.

도 5b는 본 고안에 따른 구형 선로를 나타내는 단면도.

도 6은 본 고안에 따른 주 선로와 단락 선로의 일실시예를 나타내는 도면.

도 7a는 본 고안에 따른 낙뢰방지용 피뢰기의 전압정재파비 특성을 나타내는 도면.

도 7b는 본 고안에 따른 낙뢰방지용 피뢰기의 삽입손실 특성을 나타내는 도면.

※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1, 23, 33, 43. 몸체 2. 콘넥터

3. 선로 4. 절연체

5. 피뢰소자 6. 홀더

7. 단락바 8. 단락바 몸체

9. 접지단자 21, 31, 41. 입력 콘넥터

22, 32, 42. 출력 콘넥터 34, 44. 주 선로

35, 45. 단락 선로 46. 커버 1

46-1. 커버 2 47. 접지수단

48. 장착홀

상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해 본 고안에 따른 낙뢰방지용 피뢰기는, 사각 형상의 내부에 길이방향으로 홈이 형성된 몸체(43); 상기 몸체의 일측에 구비되어 신호가 입력되는 입력 콘넥터(41); 상기 몸체의 타측에 구비되어 신호가 출력되는 출력 콘넥터(42); 임피던스가 50Ω이 되도록 소정의 폭과 두께로 형성되어, 상기 입력 콘넥터와 출력 콘넥터를 전기적으로 연결하는 주 선로(44); 상기 주 선로의 일측 종단 소정 위치에서 절곡되어 주 선로와 일체형으로 제작되되, 주 선로보다 높은 임피던스를 갖도록 형성되어 주 선로로 유입된 낙뢰를 접지시키는λ/4 길이의 단락 선로(45); 상기 단락 선로의 종단에 접속되어 단락 선로를 접지시키기 위한 접지수단(47); 및 상기 구성요소들을 수납하기 위해 상기 몸체의 상하부에 각각 구비되는 커버 1(46)과 커버 2(46-1)를 포함한다.

이하 첨부된 도면을 참조로 하여 본 고안에 따른 낙뢰방지용 피뢰기의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 도 2와 도 3은 각각 본 고안에 따른 낙뢰방지용 피뢰기의 외관도와 단면도로서, 크게 몸체(23, 33)와 신호가 입출력되는 입출력 콘넥터(21, 31, 22, 32) 및 일체형으로 제작된 구형 주 선로(34)와 단락 선로(35)로 구성된다.

도 4는 본 고안에 따른 낙뢰방지용 피뢰기의 부품 구성도로서, 사각 형상의 내부에 길이방향으로 흠이 형성된 몸체(43)의 양측에 각각 신호가 입력되는 입력 콘넥터(41)와 신호가 출력되는 출력 콘넥터가 구비되어 있으며, 상기 입출력 콘넥터(41, 42)의 사이에는 임피던스가 50Ω이 되도록 소정의 폭과 두께로 형성되는 주 선로(44)가 접속되고, 상기 주 선로의 일측 종단 소정 위치에서 절곡되어 주 선로보다 높은 임피던스를 가지며 주 선로와 일체형으로 제작되는λ/4 길이의 단락 선로(45)와, 상기 단락 선로를 몸체에 접지시키는 접지수단(47)으로 구성된다. 또한, 상기 몸체의 상하부에는 각각 커버 1(46)과 커버 2(46-1)가 구비되어 상기 구성요소들을 수납한다.

이때, 일반적으로 상기 도 1a 및 도 1b와 같은 종래 기술에 사용되는 동축형(coaxial) 선로의 단면도는 도 5a와 같고, 상기 동축형 선로의 임피던스 계산식은 다음 수학식 1과 같다.

여기서,η ₀는 자유공간의 특성 임피던스로서 120π, ε_r은 삽입되는 유전체의 유전율, D는 외부도체의 내경, 그리고 d는 내부도체의 외경으로서, 일반적으로 50Ω의 임피던스를 갖는 동축형 선로는의 비율로 하고 삽입되는 유전체를 유전율 ε_r=2.08인 테플론(teflon) 사용하여 제작할 수 있다.

이와는 달리, 본 고안에 따른 구형 선로를 나타내는 단면도는 도 5b와 같고, 상기 구형 선로의 임피던스 계산식은 다음 수학식 2와 같다.

여기서,η ₀는 자유공간의 특성 임피던스로서 120π , ε_r은 삽입되는 유전체의 유전율, a는 외부도체의 내부폭, b는 외부도체의 내부높이, w는 내부도체의 폭, 그리고 t 는 내부도체의 두께이다. 상기 수학식 2에서 알 수 있는 바와 같이 구형 선로에서는 주요 파라미터(parameter)로서 삽입되는 유전체의 유전율(ε_r), 내부도체의 폭과 외부도체의 내부높이의 비율(w/b), 내부도체의 두께와 외부도체의 내부높이의 비율(t/b), 그리고 외부도체의 내부폭과 외부도체의 내부높이의 비율(a/b)을 이용하여 선로를 설계하게 된다.

또한, 본 고안의 다른 실시예로서 외부도체의 내부폭과 내부높이가 같고(a=b), 내부도체의 폭과 두께가 같은(w=t) 정방형(正方形) 선로의 임피던스 계산식은 다음 수학식 3과 같다.

도 6은 본 고안에 따른 주 선로와 단락 선로의 일실시예를 나타내는 도면이다. 본 고안의 일실시예에서는 제작을 용이하게 하고 부품의 수를 줄이기 위해 유전체로서 공기(ε_r=1)를 사용하였으며, 정상적으로 신호가 입력될때는 소정 위치에서 절곡된 상기 단락 선로가 초크(choke) 기능을 함으로써 신호가 상기 주 선로만을 통과하도록 하고, 피뢰기에 낙뢰 등에 의해 과전압이나 과전류가 유입되면 상기 단락선로가 접지수단에 의해 몸체와 단락되어 전위가 영(zero)이 되어 접지로 흐르도록 하기 위해 상기 단락 선로의 임피던스는 주 선로의 임피던스인 50Ω보다 큰 값인 98Ω을 갖도록 설계하였다. 본 고안의 실시예에서 적용한 각 파라미터의 수치는 다음 표 1과 같다.

또한, 본 고안의 다른 실시예인 정방형 선로에 있어서도 제작을 용이하게 하고 부품의 수를 줄이기 위해 유전체는 공기(ε_r=1)를 사용하였고, 선로를 정방형으로 구현하기 위해 외부도체의 내부폭 a와 외부도체의 내부높이 b를 동일하게 하고, 내부도체의 폭 w와 내부도체의 두께 t를 동일하게 하여 구성하였다.

이와같은 구성에 의해 본 고안에 따른 낙뢰방지용 피뢰기는 50Ω의 주 선로에 유입되는 낙뢰 등의 과전압, 과전류가 전위가 영(zero)인 단락 선로를 통해 주 선로와 기구적으로 단락되어 있는 접지수단으로 흘러 접지면 케이블(도시하지 않음)에서 소멸됨으로써 장비를 보호하게 된다. 이때, 상기 단락 전로의 전기적인 길이는λ/4가 바람직하다.

도 7a와 도 7b는 각각 본 고안에 따른 낙뢰방지용 피뢰기의 전압정재파비 특성과 삽입손실 특성을 나타내는 도면이다. 도 7a에서 본 고안에 따른 낙뢰방지용 피뢰기의 전압정재파비(VSWR;Voltage Standing Wave Ratio)는 셀룰러 이동전하시스템의 주파수 대역인 824∼894MHz에서 최대 1.048을 나타내며 전 대역에 걸쳐 평탄한 특성을 가진다. 이와함께 도 7b에서 본 고안에 따른 낙뢰방지용 피뢰기의 삽입손실을 살펴보면, 824∼894Hz에서 최대 0.0416dB로써 손실이 매우 작은 것을 알 수 있다.

이상에서는, 본 고안의 바람직한 실시예들에 대해 기술하고 도시하였으나, 본고안은 상술한 실시예에 한정되는 것은 아니고 본 고안의 기술적 사상으로부터 벗어남이 없이 변형 및 변경이 가능함은 본 고안이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 명백한 것이다.

상기와 같이 본 고안에 따른 낙뢰방지용 피뢰기는 구형 선로를 이용하여 주선로와 단락선로를 일체형으로 제작함으로써 조립이 용이하고, 상기 구형 선로의 제작시 금형을 사용하여 대량생산 및 재현성이 뛰어나며, 상기 단락선로를 절곡하여 크기를 소형화할 수 있다고 하는 효과를 갖는다.

Claims (7)

1. 통신 선로에 접속되어 장비를 보호하기 위한 낙뢰방지용 피뢰기에 있어서,

   사각 형상의 내부에 길이방향으로 흠이 형성된 몸체와;

   상기 몸체의 일측에 구비되어 신호가 입력되는 입력 콘넥터와;

   상기 몸체의 타측에 구비되어 신호가 출력되는 출력 콘넥터와;

   임피던스가 50Ω이 되도록 소정의 폭과 두께로 형성되어, 상기 입력 콘넥터와 출력 콘넥터를 전기적으로 연결하는 주 선로와;

   상기 주 선로의 일측 종단 소정 위치에서 절곡되어 주 선로와 일체형으로 제작되되, 주 선로보다 높은 임피던스를 갖도록 형성되어 주 선로로 유입된 낙뢰를 접지시키는λ/4 길이의 단락 선로와;

   상기 단락 선로의 종단에 접속되어 단락 선로를 접지시키기 위한 접지수단; 및 상기 구성요소들을 수납하기 위해 상기 몸체의 상하부에 각각 구비되는 커버 1과 커버 2를 포함하는 낙뢰방지용 피뢰기.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 주 선로와 단락 선로가 일체형으로 제작되는 것을 특징으로 하는 낙뢰방지용 피뢰기.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 주 선로와 단락 선로가 구형(矩形) 선로로 구성되는 것을 특징으로 하는 낙뢰방지용 피뢰기.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 주 선로와 단락 선로가 정방형(正方形) 선로로 구성되는 것을 특징으로 하는 낙뢰방지용 피뢰기.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 단락 선로의 전기적 길이가λ/4인 것을 특징으로 하는 낙뢰방지용 피뢰기.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 단락 선로의 임피던스가 50Ω보다 높은 것을 특징으로 하는 낙뢰방지용 피뢰기.
7. 제 1 항에 있어서,

   상기 단락 선로가 소정 위치에서 절곡되어 초크(choke) 기능을 하는 것을 특징으로 하는 낙뢰방지용 피뢰기.