KR200417650Y1 - 방사상 접지장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 직선으로 이루어진 단순한 형태의 지선을 인입선을 중심으로 하여 방사상으로 배열함으로써 임피던스 배열을 용이하게 한 방사상 접지장치에 관한 것이다.

본 고안의 접지장치(10)는 지면(13)에 매설되며 금속성 소금(5)이 충진되어 있는 접지봉(1), 상기 접지봉(1)의 외주면에 설치되며 복수의 첨단부(17)가 방사상으로 돌출되어 있는 하나 이상의 환테(15), 및 상기 접지봉(1) 외곽의 상기 지면(13)과의 경계 부분에 충진되어 있는 저감제(9)를 포함하여 구성되는 접지장치(10)에 있어서, 인입선(19)을 중심으로 하여 우산살 모양으로 방사상으로 배열된 복수의 지선(21)으로 이루어진 접지부(20)를 포함하고 있는 것을 특징으로 한다.

따라서, 본 고안에 의하면, 복수의 지선을 등간격으로 보다 촘촘하게 배열함으로써 지선과 첨단부에 의한 임피던스 감소를 통해 접지장치의 단위 면적당 방전성능을 증대시킬 수 있게 되며, 이를 위한 임피던스 배열을 용이하게 할 수 있다.

접지장치, 접지봉, 지선, 방사상

Description

방사상 접지장치{Radial earthing device}

도 1은 종래의 접지장치를 보인 종단면도.

도 2는 본 고안에 따른 접지장치의 사시도.

도 3은 도 2의 평면도.

도 4는 본 고안의 다른 실시예에 따른 접지장치의 평면도.

도 5 및 6은 도 2 및 도 4에 도시된 접지장치의 등가회로를 나타낸 모식도.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

1 : 접지봉 3 : 흡습공

5 : 금속성 소금 7 : 배액공

9 : 저감제 10 : 접지장치

13 : 지면 15 : 환테

17 : 첨단부 19 : 인입선

20 : 접지부 21 : 지선

23 : 연결구

본 고안은 접지장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 직선으로 이루어진 단순한 형태의 지선을 인입선을 중심으로 하여 방사상으로 배열함으로써 임피던스 배열을 용이하게 한 방사상 접지장치에 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 구성되며, 이 중 돌침부의 돌침은 구리 또는 용융아연을 도금한 철 또는 강으로 된 지름 12 mm 이상 막대기를 사용하여 제작한다. 피뢰도선은 구리를 사용하는 것은 단면적 30 mm2 이상, 알루미늄을 사용하는 것은 50 mm2 이상의 도선을 사용한다. 또한 접지전극은 두께 1.4 mm, 면적 0.35 m² 이상의 강판, 두께 3 mm 이상, 면적 0.35 m² 이상의 아연도금철판 또는 이와 동등 이상의 접지성능이 있는 막대기 모양 등을 사용하여 접지저항이 10Ω 이하가 되도록 지하에 매설하여 사용한다.

반면에 이러한 강판이나 아연도금철판을 사용하는 접지전극을 사용하는 경우 도로등 지면의 굴착부위가 넓어지게 될 뿐만 아니라 깊이 매설하기 위하여 많은 비용이 소모되므로 시공이 번거롭게 되고, 접지저항이 커지는 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 접지저 항의 변화가 심해 통신장비는 물론 민감한 기기에 치명적인 영향을 줄 수 있는 문제점이 있다.

그러므로 근래에는 봉상으로 된 접지전극을 사용하는 것이 일반적이며, 이러한 접지봉(electrolytic rod)의 구조를 도 1에 도시하였다. 도 1에 도면부호 101로 도시된 바와 같이, 종래의 접지봉은 접지봉(101) 맨 위쪽에 위치한 흡습공(103)을 통하여 대기압의 변화와 공기의 순환에 따라 공기로부터 수분과 대지 속에서 수분을 공급받아 일정한 수분을 유지하게 된다. 이와 같이 공기 중에 포함된 습기가 접지봉(101) 내부에 채워진 금속 이온 성분의 금속성 소금(metallic salts;105)인 전해질 수분생성 물질과 접촉함으로써 방울 형태로 흡수 축적됨에 따라 전해질 용액을 형성한다.

이렇게 형성된 전해질 용액은 접지봉(101) 내부의 아래 부분으로 흘러들어 가게 되고, 그 축적량이 증가함에 따라 밑부분에서 접지봉(101)의 배액공(107)을 통하여 유출되며, 이에 따라 접지봉(101) 주위의 저감제(109)가 지속적으로 지면(113)으로 확산, 공급됨으로써 접지봉(101) 내부에서 농축된 전해질 용액이 삼투압 작용에 의해 자연스럽게 접지봉(101)이 매설된 주위의 지면(113)으로 방출되면서 점차 넓은 면적의 지면(113)을 전해질 지면으로 변화시킨다. 이와 같이 전해질 용액은 전해질 뿌리로 작용하여 접지전극과 지면(113) 사이의 전기 저항을 감소시켜 효과적인 방전성능을 얻게 해준다.

반면에 낙뢰 시 나동선(111)으로 인입되는 서지 전압은 파두장이 1㎲에 불과할 정도로 고주파인 경우가 많으며, 이에 따라 넓게 포설한 상태라 할지라도, 그 면적만큼 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 높아질수록 축소된다.

그러므로, 종래의 접지봉(101)은 이러한 유효 반경 밖으로 접지도체의 포설 면적을 증대시켜 접지 면적을 늘리더라도 만족스러운 접지성능을 얻기 어렵게 된다. 이에 따라 서지 전압의 침입시 접지봉의 둘레면 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 있었다.

또한, 근래에는 소위 망상 접지(Mesh Grounding) 방식이 보급되고 있는데, 이는 연결동선을 망상으로 한 것으로, 그물 모양의 구조 특성상 아주 넓은 면적에 포설하여 사용하기 적합한 접지형태이다. 이 망상 접지형태는 접지성능이 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 시공된다.

그런데, 망상 접지형태는 매우 넓은 시공 면적이 필요하여 제한된 면적에 접지 시설을 설치하여야 하는 대부분의 건축물이나 통신용 중계국, 기지국 등에는 부적합하며, 접지 나동선을 일정 간격으로 포설하여 접지 전극으로 시공해서 나동선을 정해진 간격의 그물 형태로 포설하고, 그물 모양의 각 연결점을 압착 슬리브 접합 혹은 발열 용접으로 접속하여야 하는 상당한 숙련이 요구되는 작업을 시행하여 야 하고, 시공비용이 많이 들 뿐 아니라, 유지보수가 불가능하므로 주기적인 재시공이 요구되어 운영 비용이 과다해지는 문제점이 있었다.

본 고안은 위와 같은 종래의 접지장치가 가지고 있는 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 단위 면적당 접지성능을 증대시키면서도, 접지성능 대비 제작 단가가 저렴하고 시공이 간단할 뿐 아니라, 접지 임피던스의 배열을 용이하게 할 수 있는 접지장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.

이러한 목적을 달성하기 위해 본 고안은 지면에 매설되며 금속성 소금이 충진되어 있는 접지봉, 이 접지봉의 외주면에 설치되며 복수의 첨단부가 방사상으로 돌출되어 있는 하나 이상의 환테, 및 접지봉 외곽의 지면과의 경계 부분에 충진되어 있는 저감제를 포함하여 구성되는 접지장치에 있어서, 인입선을 중심으로 하여 우산살 모양으로 방사상으로 배열된 복수의 지선으로 이루어진 접지부를 포함하고 있는 접지장치를 제공한다.

이하, 본 고안에 따른 방사상 접지장치의 실시예를 첨부도면을 참조로 상세히 설명한다.

본 고안의 방사상 접지장치는 도 2 및 3에 도면번호 10으로 도시된 바와 같이 크게 아래쪽의 접지봉(1)과 위쪽의 접지부(20)로 이루어져 있는 바, 접지부(20)는 중심 부분 위쪽으로 인입선(19)이 연결되어 있고, 이 인입선(19)이 접지부(20) 아래쪽으로 연장되어 있는 인입연장선(25)을 통해 접지봉(1)과 일체로 연결되어 있 다.

여기에서 먼저, 접지봉(1)은 지면(13)에 매설되어 낙뢰로 인해 인입된 서지전압을 지면으로 방류시키는 역할을 하는 부분으로서, 도시된 것처럼 상하로 길게 연장된 중공의 원통형 봉 형상을 취하고 있으며, 예컨대 순동과 같은 금속 재질로 제작된다. 접지봉(1)은 또한, 내부에 금속 이온 성분의 금속성 소금(5)과 같은 전해질 수분 생성물질이 충진되어 있으며, 이를 위해 접지봉(1)의 상하단에는 상하단을 마감하기 위한 밀봉캡(27,29)이 각각 결합되어 있다.

이때, 접지봉(1)의 상단 밀봉캡(27) 바로 아래쪽에는 대기 또는 지면으로부터 접지봉(1) 안으로 수분을 공급하기 위한 흡습공(3)이 관통되어 있으며, 반대로 접지봉(1)의 하단 밀봉캡(29) 바로 위쪽에는 흡습공(3)을 통해 유입된 수분과 접지봉(1) 내부에 충진되어 있는 금속성 소금(5)이 접촉하여 발생된 전도촉진 전해질 용액(30)이 유출되는 배액공(7)이 관통되어 있다.

또한, 접지봉(1)은 외주면에 하나 이상의 환테(15)가 일정한 간격으로 부착되어 있으며, 각각의 환테(15)에는 낙뢰로부터 접지봉(1)으로 전달된 전자가 방출되는 복수의 첨단부(17)가 방사상으로 돌출되어 있다.

그리고, 접지봉(1)과 지면(13) 사이의 경계 부분에는 접지봉(1)을 둘러싸는 형태로 저감제(9)가 충진되어 있는데, 이 저감제(9)는 지면(13)의 고유 저항값을 낮추는 역할을 한다.

인입연장선(25)을 통해 접지봉(1)과 연결되어 있는 접지부(20)는 도 2 및 도 3에 도시된 것처럼, 전체적으로 우산살 모양으로 연장된 복수의 지선(21)으로 이루 어지는 바, 각각의 지선(21)은 인입선(19)의 하단에 부착된 연결구(23)를 중심으로 일정한 각도 간격을 두고 방사상으로 배열되어 있다.

이때, 각각의 지선(21)은 도 3에 도시된 바와 같이, 예컨대 30°의 각도 간격으로 12개가 구비되며, 따라서, 접지장치(10)는 지선(21)과 첨단부(17)가 도 5에 도시된 바와 같은 등가회로로 표시된다. 또한, 도 4에 도시된 다른 실시예의 경우에는 15개의 지선(221)이 인입선(219)을 중심으로 24° 간격으로 연결구(223)의 둘레면에 부착되어 있으므로 도 6에 도시된 것과 같은 등가회로로 표시된다.

따라서, 도 5 및 6의 등가회로에서 알 수 있듯이, 본 고안의 접지장치(10,210)는 복수의 지선(21,221)으로 인한 접지 저항을 병렬로 접속한 저항값이 접지 임피던스가 되므로, 그 값이 낮아져 낙뢰로 인해 서지 전압이 인입될 때 지면의 전압 상승을 억제할 수 있게 된다. 뿐만 아니라, 지선(21,221)이 일직선으로 뻗어 있으므로, 임피던스 배열을 용이하게 가져 갈 수 있게 된다.

이제, 위와 같이 구성된 본 고안에 따른 방사상 접지장치(10)의 작용를 설명하면 다음과 같다.

본 고안의 접지장치(10)는 지면(13)에 일정한 깊이와 넓이로 천공하여 저감제(9), 접지봉(1), 접지부(20)의 순으로 매립함으로써 시공이 완료된다.

시공 완료 후 지면의 습기가 흡습공(3)을 통해 접지봉(1) 내부의 금속성 소금과 접촉하여 방울 모양으로 흡수 축적됨에 따라 전해질 용액이 형성되며, 전해질 용액은 축적량이 점차 증대됨에 따라 배액공(7)을 통해 접지봉(1) 밖으로 배출된다. 배출된 전해액은 지속적으로 접지봉(1) 주위로 확산되며, 이때 접지봉(1) 내부 에서 농축된 용액은 삼투압에 의해 접지봉(1) 주위의 저감제(9) 및 지면(13)으로 방출되면서 점차 넓은 면적의 지면(13)을 전해질 토양으로 변화시키고, 이에 따라 접지장치(10)와 지면(13) 사이의 전기 저항이 감소되어 접지장치(10)의 방전성능이 증대된다.

따라서, 낙뢰로 인한 서지 전압이 인입선(19)에 인가되면, 인입선(19)을 중심으로 방사상으로 배열된 지선(21)으로 분산되어 접지봉(1)을 통해 지면(13)으로 방류된다.

아울러, 복수의 첨단부(17,217)에 의한 접지 저항의 병렬 접속된 저항값이 접지 임피던스가 되므로, 접지부(20)와 접지봉(1)의 낮은 임피던스가 병렬로 접속되어 전체 임피던스 값이 되면서 그 값이 매우 낮아지며, 따라서 서지 전압을 급격하고 신속하게 방전시킨다.

이상과 같이, 본 고안에 따른 방사상 접지장치에 의하면, 인입선을 중심으로 방사상으로 연결되는 복수의 지선을 동일한 각도 간격으로 보다 촘촘하게 배열함으로써 지선과 첨단부에 의해 등가적으로 형성되는 낮은 임피던스에 의해 단위 면적당 방전성능을 증대시킬 수 있게 된다.

이에 따라, 접지장치와 지면의 전위차를 대폭 감소시킴으로써 접지장치의 전식을 방지하여 수명을 증대시킬 뿐 아니라, 유지보수에 따른 관리비용을 절감할 수 있게 된다.

아울러, 지선의 배열 및 형태를 단순화시킴으로써 제작 비용을 줄이고, 임피 던스 배열을 용이하게 할 수 있게 된다.

Claims (3)

1. 지면(13)에 매설되며 금속성 소금(5)이 충진되어 있는 접지봉(1),

   상기 접지봉(1)의 외주면에 설치되며 복수의 첨단부(17)가 방사상으로 돌출되어 있는 하나 이상의 환테(15), 및

   상기 접지봉(1) 외곽의 상기 지면(13)과의 경계 부분에 충진되어 있는 저감제(9)를 포함하여 구성되는 접지장치(10)에 있어서,

   인입선(19)을 중심으로 하여 우산살 모양으로 방사상으로 배열된 복수의 지선(21)으로 이루어진 접지부(20)를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 접지장치.
2. 제1 항에 있어서,

   상기 지선(21)은 30° 간격으로 12개가 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 접지장치.
3. 제1 항에 있어서,

   상기 지선(21)은 24° 간격으로 15개가 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 접지장치.

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