KR200429336Y1 - 광역 피뢰침용 방전장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 광역 피뢰침의 낙뢰에 대한 보호구역을 넓게 함은 물론 뇌운 발생시 뇌운과 광역 피뢰침의 접촉시간을 단축시키고자 하는 것으로, 보빈형 1,2차 증폭기, 이온저장장치 및 발진장치로 된 조기방진회로, 상기 조기방전회로와 연결되어 낙뢰 및 이온 통로를 제공하고 이온을 생성하는 나사형 이온생성장치, 상기 나사형 이온생성장치를 상부에 설치한 피뢰 캡슐과 상기 나사형 이온생성장치의 상부에 결합되어 낙뢰의 조기 유도 및 이온을 발생시키는 방전캡을 구비한 광역 피뢰침용 방전장치에 있어서, 상기 방전캡은 반구 형상으로 이루어지고, 상기 반구 형상의 원주면에는 다수개의 돌기가 형성된 것을 특징으로 한다.

이와 같은 본 고안의 광역 피뢰침용 방전캡은 뇌운과의 접촉시간을 단축시킴으로써 낙뢰에 의한 피해를 줄일 수 있으며, 방전캡이 만곡홈으로 개방됨으로써 이온 방출을 신속하게 하고, 광역 피뢰침의 낮은 전계에서도 뇌운과 접촉되어 광역 피뢰침의 보호 구역을 확장시키게 되는 유용한 효과가 있다.

피뢰침, 방전캡, 돌기, 만곡홈

Description

광역 피뢰침용 방전장치{DISCHARGING APPARATUS FOR A LIGHTING CONDUCTOR OF WIDE AREA}

도1a는 종래의 광역 피뢰침의 조기방전회로도.

도1b는 종래의 광역 피뢰침의 구조도.

도2는 본 고안의 광역 피뢰침용 방전장치를 보인 저면 사시도.

도3은 본 고안의 광역 피뢰침용 방전장치가 설치된 상태를 보인 참고도.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

100: 방전캡 101: 돌기

102: 만곡홈 103: 관통공

104: 설치홈 105: 돌침

본 고안은 광역 피뢰침용 방전장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 낙뢰로부터 대형 건물, 연구소, 공장 등의 건축물 최상부에 건축물 및 인명을 보호하도록 설치되어 광역 피뢰침으로 유입된 낙뢰를 공간 분산시키는 광역 피뢰침용 방전장치 에 관한 것이다.

주지하는 바와 같이 낙뢰는 대기 중에 뇌운이 형성되면 뇌운과 뇌운 사이 또는 뇌운과 대지 사이에 발생된다. 이러한 낙뢰로부터 인명 및 시설을 보호하기 위하여 피뢰침을 설치한다.

이와 같은 피뢰침은 돌침부, 피뢰도선(인하도선), 접지전극으로 이루어진 프랭클린 피뢰침(일명: 돌침형 피뢰침)을 사용하였다.

이러한 피뢰침의 돌침부는 구리 또는 용융아연도금을 한 철(Fe) 또는 강(鋼)으로 된 지름 12㎜ 이상의 돌침을 사용하며, 피뢰도선은 단면적 30㎟ 이상의 구리동선을 사용하거나 단면적 50㎟ 이상의 알루미늄 도선을 사용한다.

또한, 접지전극은 두께 1.4㎜, 면적 0.35㎡ 이상의 강판을 사용하거나 두께 3㎜ 이상의 아연도금철판 또는 이와 동등 이상의 접지 효과가 있는 막대기 모양을 사용하며, 접지저항은 10Ω 이하가 되도록 지하에 매설한다.

이와 같은 프랭클린 피뢰침은 원주체의 바닥원과 선단을 잇는 수직선과 각을 보호각으로 하므로, 낙뢰의 보호 반경이 작아 다수개 설치하여야 한다. 그러므로 프랭클린 피뢰침은 보호 반경을 넓게 확보하기 위하여 서로 떨어진 위치에 다수개 설치하여야 하므로, 피뢰침 설치에 소요되는 비용이 과다하게 필요하여 경제적인 부담이 가중되는 단점이 있다.

이와 같은 단점을 해결하기 위하여 근래에는 프랭클린 피뢰침 대신에 낙뢰의 보호 반경이 넓은 광역 피뢰침(일명: 조기방전용 전자식 피뢰침, 광역 보호용 전자피뢰침, 전자식 피뢰침)을 사용하고 있다.

이러한 광역 피뢰침의 일례로써 대한민국 특허출원 제2004-116028호(이하, "종래기술"이라 한다)에 "조기방전회로를 갖는 이온방사형 광역피뢰침"이 개시되어 있으며, 이를 도1a 및 도1b에 도시하였다.

도1에 도시된 바와 같이 종래기술의 광역 피뢰침은 전기 방전 증폭장치를 구비한 피뢰침으로서, 보빈형 1차 증폭기(11), 보빈형 2차 증폭기(12), 이온저장장치(13) 및 발진장치(15)로 구성된 조기방전회로(10)와, 상기 조기방전회로(10)와 연결되어 낙뢰 및 이온의 이동통로를 제공하는 이온을 생성하는 나사형 이온생성장치(30)와, 상기 조기방전회로(10)를 보호하고 상측에 중공을 형성하여 조기방전회로(10)와 연결된 나사형 이온생성장치(30)를 외부로 인출하여 상부에 구성한 구형의 피뢰캡슐(17)과, 상기 나사형 이온생성장치(30)의 상부와 결합하며 낙뢰의 조기 유도와 이온발생을 배가시키는 방사유도캡(19)으로 구성된다.

이와 같은 종래기술의 이온방사형 광역피뢰침은 뇌운의 전하가 나사형 이온생성장치(30)를 통로로 하여 보빈형 2차 증폭기(12)를 통해 이온저장장치(13)에 축적된 다음 축적된 전하의 전압이 일정값 이상으로 되면 발진장치(15)가 작동된다.

이에 따라 보빈형 1차 증폭기(11)는 발진장치(15)에 의해 전압을 보빈형 2차 증폭기(12) 측으로 약 14배 이상 증폭되어 전달되고, 나사형 이온생성장치(30)를 통해 방전되어 뇌운을 향하여 스트리머(Streamer) 방전을 함으로써 스트리머를 통로로 하여 주변의 낙뢰를 미리 유도하는 통로 역할을 하여 보다 넓은 영역의 낙뢰를 유도할 수 있게 된다.

이와 같은 종래 기술의 이온방사형 광역피뢰침은 조기방전회로에 의하여 다 량의 이온을 대기 중으로 방사함으로써 뇌운 중에 전계의 전자조건이 충족되면 조기방전회로는 주변 공기를 이온화시켜 초기에 먼저 상승 리더(Leader)를 발생시킨다.

이러한 상승 리더는 대지 측으로 하강하는 하강 리더의 선단과 접촉되어 조기에 발진된 상향 리더와 뇌운으로부터의 하향 리더의 접촉시간을 단축시킨다.

이와 같은 이온방사형 광역피뢰침은 낙뢰에 조기방전회로의 성능이 낮으면 낙뢰에 대한 보호구역이 좁아지고, 조기방전회로의 보호구역을 확대시키기 위해서는 조기방전회로를 고스위칭화, 고내압화시켜야 한다.

그러나, 이러한 전자회로는 고도의 제작기술이 필요하므로 제작비용이 상승한다는 문제점이 있었다. 또, 광역 피뢰침용 반구형 방전캡의 원주면이 수평면으로 이루어져 있으므로, 이온의 방출을 더디게 함으로써 뇌운과의 접촉시간을 지연시킨다는 문제점이 있다.

본 고안은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 고안의 목적은 광역 피뢰침의 낙뢰에 대한 보호구역을 넓게 함은 물론 뇌운 발생시 뇌운과 광역 피뢰침의 접촉시간을 단축시켜 낙뢰로 인한 건축물 및 인명을 보호하도록 하는 광역 피뢰침용 방전장치를 제공하는 데 있다.

본 고안의 다른 목적은 낙뢰에 대한 보호구역을 저렴한 비용으로 확대시킬 수 있는 광역 피뢰침용 방전장치를 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 고안의 광역 피뢰침용 방전캡은 보빈형 1,2차 증폭기, 이온저장장치 및 발진장치로 된 조기방진회로, 상기 조기방전회로와 연결되어 낙뢰 및 이온 통로를 제공하고 이온을 생성하는 나사형 이온생성장치, 상기 나사형 이온생성장치를 상부에 설치한 피뢰 캡슐과 상기 나사형 이온생성장치의 상부에 결합되어 낙뢰의 조기 유도 및 이온을 발생시키는 방전캡을 구비한 광역 피뢰침용 방전장치에 있어서, 상기 방전캡은 반구 형상으로 이루어지고, 상기 반구 형상의 원주면에는 다수개의 돌기가 형성된 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 고안의 바람직한 실시예를 설명한다.

도2는 본 고안에 따른 광역 피뢰침용 방전장치에 사용되는 방전캡을 보인 저면 사시도이고, 도3에 따른 본 고안의 방전캡이 설치된 상태를 보인 참고도이다.

도2에 도시된 바와 같이 본 고안의 광역 피뢰침용 방전장치에 사용되는 방전캡(100)은 반구 형상으로 이루어진 원주면에 다수의 돌기(101)가 형성되어 이루어진다.

즉, 방전캡(100)은 반구(半球) 형상으로 이루어지고, 원주면에는 다수개의 돌기(101)가 형성되며, 이들 돌기(101)와 돌기(101) 사이에는 일정 원호상으로 된 만곡홈(102)이 형성된다. 또, 돌기(101)는 도2에 도시된 바와 같이 날카로운 테이퍼 형상으로 이루어지고, 그 단면을 삼각형 형상으로 형성할 수도 있음은 물론이다.

이와 함께 방전캡(100)에는 상부 중앙에 도3에 도시된 돌침(105)의 직경 보다 큰 직경의 관통공(103)이 형성되고, 관통공(103)의 저면 외측에는 방전 전극(도면상 미도시됨)을 설치하기 위한 설치홈(104)이 형성된다.

이와 함께 본 고안은 종래에서와 같이 피뢰캡슐(17) 내부의 양면 기판(14)에 보빈형 1,2차 증폭기(11,12)를 설치하고, 이온을 일시적으로 보관하는 이온저장장치(13) 및 발진장치(15)를 구비한다.

또, 피뢰캡슐(17) 상부에는 도3에 도시된 바와 같이, 돌기(101)가 형성된 방전캡(100)을 설치하되, 피뢰캡슐(17)의 상면과 방전캡(100)의 저면을 일정 거리 만큼 떨어지게 설치하며, 방전캡(100)의 상부에는 일정 길이를 가지는 돌침(105)을 체결한다.

이와 같은 구성으로 이루어진 본 고안은 돌침(105)과 나사형 이온생성장치(30)를 통로로 하여 보빈형 2차 증폭기(12)를 통해 이온저장장치(13)에 뇌운의 전하를 축적한다.

이와 같이 이온저장장치(13)에 축적된 전하량이 일정량 이상 되어 즉, 발진장치(15)를 구동시켜 주는 전압이 되면 상기 발진장치(5)가 작동되고, 상기 보빈형 1차 증폭기(11) 및 보빈형 2차 증폭기(12)에 의해 약 14배 이상으로 승압되어 출력된다.

상기 보빈형 1차 증폭기(11) 및 보빈형 2차 증폭기(12)에 의해 고압으로 승압된 전하는 이온저장장치(30) 및 방전캡(100)과 피뢰캡슐(17)을 통해 방전되므로, 광역 피뢰침의 상향 리더와 뇌운의 하향 리더 간의 접촉시간을 단축시켜 준다.

또한, 본 고안에서와 같이 방전캡(100)의 돌기(101)를 다수개로 마련하는 경우, 광역 피뢰침의 돌침(105) 부근에서 전기 절연파괴 강도가 커지게 된다. 즉, 절연파괴 강도는 인가된 전압을 방전되는 부분의 면적으로 나눈 값으로 되어 절연파괴 강도가 커지게 된다.

이러한 본 고안의 방전캡이 설치된 광역 피뢰침과 종래의 광역 피뢰침의 시험 결과를 표1로 나타내었다.

구분	평균방전시간 차(㎲)
종래 광역피뢰침용 방전캡	1.0
본 고안 방전캡	25.4

표1에 나타난 바와 같이 본 고안의 방전캡은 종래의 반구형 원주면이 수평선상으로 형성된 방전캡 보다 무려 25배 정도 신속하게 접촉됨을 확인할 수 있다.

이에 따라 광역 피뢰침과 뇌운 사이에 선형 스트리머가 형성되어 낙뢰를 광역 피뢰침에서 흡수하여 대지로 방류됨으로써 뇌격에 의한 건축물의 손상 및 이로 인한 화재 발생을 방지함은 물론 인명을 보호할 수 있게 된다.

또한, 이온 방사시 방전캡(100)의 만곡홈(102)이 개방되어 있어 초기에 낙뢰를 유도하기 위하여 조기방전회로(10)에서 발생된 이온 방출을 신속하게 방출시킬 수 있게 된다.

이와 같은 본 고안의 광역 피뢰침용 방전캡은 뇌운과의 접촉시간을 단축시킴으로써 낙뢰에 의한 피해를 줄일 수 있으며, 방전캡이 만곡홈으로 개방됨으로써 이 온 방출을 신속하게 하고, 광역 피뢰침의 낮은 전계에서도 뇌운과 접촉되어 광역 피뢰침의 보호 구역을 확장시키게 되는 유용한 효과가 있다.

Claims (3)

1. 보빈형 1,2차 증폭기, 이온저장장치 및 발진장치로 된 조기방진회로, 상기 조기방전회로와 연결되어 낙뢰 및 이온 통로를 제공하고 이온을 생성하는 나사형 이온생성장치, 상기 나사형 이온생성장치를 상부에 설치한 피뢰 캡슐과 상기 나사형 이온생성장치의 상부에 결합되어 낙뢰의 조기 유도 및 이온을 발생시키는 방전캡을 구비한 광역 피뢰침용 방전장치에 있어서,

   상기 방전캡은 반구 형상으로 이루어지고, 상기 반구 형상의 원주면에는 다수개의 돌기가 형성된 것을 특징으로 하는 광역 피뢰침용 방전장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 다수개의 돌기에서 돌기와 돌기 사이에는 원호상으로 이루어진 만곡홈이 형성된 것을 특징으로 하는 광역 피뢰침용 방전장치.
3. 제2항에 있어서,

   상기 다수개의 돌기 각각은 테이퍼 형상인 것을 특징으로 하는 광역 피뢰침용 방전장치.

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