KR20100003063U - 접지 모듈 - Google Patents

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    • HELECTRICITY
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    • H01B7/28Protection against damage caused by moisture, corrosion, chemical attack or weather
    • H01B7/2806Protection against damage caused by corrosion

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Abstract

본 고안은 표면에 산화방지층이 형성된 개포형 발포금속봉 또는 개포형 발포금속판에 탄소를 함유한 충진제로 충진되어진 것을 특징으로 하는 접지 모듈에 관한 것이다.
본 고안의 접지 모듈에 의하면 대지와의 전도성 채널형성면적이 크고 뾰족한 첨단부분이 많기 때문에 접지저항이 낮아 낙뢰나 비이상적인 전류로 인한 과전류를 대지로 빠르게 흘려보낼 수 있다. 또한 내식성이 강한 재료로 산화방지층이 형성되어 있어, 수분이 많은 환경이나 저감제 사용시에도 부식에 의해 접지 저항이 증가하는 것을 방지할 수 있으며, 주기적인 보수를 요하지 않아 경제적으로 사용이 가능하다.
접지, 개포형 발포금속, 코팅, 은, 탄소

Description

접지 모듈{Grounding module}
본 고안은 토양에 접지전극을 접속하여 전기를 이용하는 제 장비를 전기적으로 대지와 접속시켜 주는 것으로, 비이상적인 전류에 의한 과부하나 낙뢰에 의한 써지(serge)를 대지로 흘려보내 각종 장비들이 손상되는 것을 방지하는 접지 모듈에 관한 것이다.
접지는 토양에 접지전극을 접속하여 통신장비, 전자계측장비, 피뢰장비 및 전력장비 등 전기를 이용하는 제 장비를 전기적으로 대지와 접속시켜 주는 것으로, 비이상적인 전류에 의한 과부하나 낙뢰에 의한 써지(serge)를 대지로 흘려보내 각종 장비들이 손상되는 것을 방지한다. 접지전극과 대지사이에 발생하는 접촉저항을 접지저항이라고 하며, 극히 짧은 시간에 비이상 과전류나 써지를 지면으로 방전시키기 위한 이상적인 수치는 '0'이나 실제로는 대부분의 경우 이상적인 접지저항의 확보는 불가능하다. 접지저항이 너무 크게되면 과전류나 뇌격전류 등의 일부만이 접지봉(판)을 통하여 방전되고 나머지 전하가 역류하면서 각종 장비나 주변 인 체에 전달되어 각종 피해를 유발하는 문제가 있다. 이를 방지하기 위하여 접지봉이나 접지판과 같은 접지 모듈은 용도에 따라 접지저항이 10~100Ω 이하가 되도록 매설하여 사용한다.
접지저항은 접지봉(판)과 대지의 접촉면적과 관련이 있다. 즉, 도 1에서 보여주는 것과 같이 접지봉(판)의 접촉 면적이 커질수록 접지저항은 지수함수적으로 감소한다. 따라서 접지봉(판)의 접촉면적을 증가시킴으로써 접지저항을 낮추기 위해 접지봉의 표면에 블레이드를 형성한 접지봉이 국내등록특허 제635119호에 개시되어 있다. 또한 최근에는 동선을 메쉬(mesh) 구조로 지면에 포설하는 메쉬(mesh) 또는 그리드(grid) 접지를 사용하기도 한다. 그러나 이러한 메쉬 또는 그리드 접지는 사람이 이를 수작업으로 제작하여야 하고 시공이 어려우므로 시공비가 다른 접지 방식에 비하여 비싸며, 매우 넓은 시공 면적이 필요하고 유지보수가 불가능한 문제를 안고 있다.
대지저항률은 접지저항의 계산 및 접지전극의 수의 계산에 절대적인 함수이다. 대지저항률은 토양의 수분함유, 수분이 함유한 화학적 성분, 토양의 종류, 지질 성분, 대지의 온도 등 기후와 지역적 특성에 따라 그 값이 크게 달라진다. 대지저항이 높은 토질에서는, 접지봉(판) 만을 매설하는 것이나 리드선을 매설하는 것만으로 접지저항을 낮출수가 없어 대지저항을 낮출 수 있는 저감제를 사용한다. 저감제는 무기재료와 전해질을 함유하는 화학저감제와 시멘트, 골재, 탄소섬유를 함유하는 시멘트계 저감제가 있다. 일정한 접지저항을 유지하기 위해서는 접지저항 저감제의 투입량이 유지되어야 하나, 화학저감제의 경우 시간이 경과되면 투입 된 접지저항 저감제가 빗물이나 지하수에 의해 유실되어 저감제의 기능이 상실될 뿐만 아니라 토양을 오염시키는 문제점이 발생한다. 시멘트계 저감제의 경우, 수분이 적고 협소한 사토나 암반지역에 장기간 사용시 쉽게 깨지거나 부스러져 원형이 손상되는 문제가 있다. 또한, 저감제를 사용하는 경우에는 접지봉(판)의 부식을 촉진하여 결과적으로 접지저항이 증가된다. 또한, 저감제를 사용하는 경우에는 접지봉(판)의 부식을 촉진하여 결과적으로 접지저항이 증가된다.
발포금속은 개기공형과 폐기공형으로 분류된다. 이 중에서 개포형발포 금속은 표면적이 극대화되어 있어 부피에 대한 비표면적(m2/m3)이 수백에서 수천 배에 이른다. 발포금속은 비중이 해당금속의 3~15% 정도로 경량화되어 작업시에 운반이 용이하고 작업이 손쉬워 작업 비용 측면에도 큰 장점을 가진다.
개포형 발포금속은 폴리우레탄 필터폼을 매개로 주조법, 소결법 또는 도금법으로 제조되는데 주조법이나 소결법은 대량생산이 어려워 주로 도금법을 이용하게 된다. 도금법으로 개포형 발포금속을 제조하는 경우에 폴리우레탄 필터폼(Poly Urethane Filter Foam: PU 폼)에 먼저 전처리 작업에 의해 전도성을 부여하여 무전해도금을 행하고 무전해도금막의 두께를 더하기 위하여 전기도금과정을 행한다. 전기도금에 의해 일정 두께로 금속이 도금된 후 고온으로 열처리하면, PU 폼은 태워져 제거되고 개포형 발포금속만이 남게된다. 이때 PU폼에 전도성을 부여하기 위하여 일반적으로 염화팔라듐촉매법을 행하는데 최근에는 고가의 염화팔라듐을 사용 하지 않으면서 보다 간단한 공정으로 개포형 발포금속을 제조하려는 시도들이 계속되고 있다.
개포형 발포금속은 Cu, Ag, Ni, Al, Sn, Zn 등 여러 종류의 금속으로 제조가 가능하고, 황동이나 철-크롬 등 2 원계 합금이나 철-니켈-크롬 등과 같은 3원계 합금으로도 제조할 수 있다.
본 고안은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 개포형발포금속의 전도성채널형성면적이 크고 뾰족한 첨단부분이 많아 동일한 크기의 종래기술에 의한 접지모듈에 비해 접지저항이 낮은 접지 모듈을 제공하는 것이다.
본 고안은 또한 습기가 많은 조건의 토양이나 다양한 미네랄을 포함하여 접지봉(판)을 빠르게 부식시킬 수 있는 조건의 토양에서 생길 수 있는 접지 모듈의 부식을 방지하여 장기간의 사용에도 접지저항이 증가되지 않는 접지 모듈을 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.
본 고안의 또 다른 목적은 중량이 가벼워 운반 및 시공이 용이하고 자원을 크게 절감할 수 있는 접지 모듈을 제공하는 것이다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 고안은 표면에 산화방지층이 형성된 개포형 발포금속봉 또는 개포형 발포금속판에 탄소를 함유한 충진제로 충진되어진 것을 특징으로 하는 접지 모듈에 관한 것이다.
상기 개포형 발포금속의 재질은 구리, 아연, 주석, 크롬 또는 니켈 같은 금속이나, 황동, 청동 또는 대용금(imitation gold, 구리-아연-주석 합금)인 것이 바람직하다.
상기 산화방지층은 은이나 니켈, 스테인레스스틸과 같이 내식성이 강한 재질을 도금에 의하여 형성시킬 수 있다. 특히, 은은 전기전도도가 가장 높은 금속이므로 은으로 도금한 경우 접지 저항을 낮추는 데 더욱 유리하다. 코팅층의 전기 도금은 당업자라면 종래기술에 의한 각 금속의 전기도금법을 이용하여 용이하게 실시할 수 있을 것이므로 구체적인 설명은 생략한다.
개포형 발포금속봉(판)을 접지선에 연결하고 토양에 최대한 많은 전기를 방전하기 위해서는 발포금속봉(판)의 중심부에 구리나 스테인레스스틸 심제를 설치한다.
본 고안의 표면에 산화방지층이 형성된 개포형 발포금속으로 이루어진 접지 모듈에는 탄소를 함유하는 충진재가 발포금속에 충진되어 있을 수 있다. 상기 충진재는 탄소 20~30 중량부, 모래 5~10 중량부, 포트랜드 시멘트 30~40 중량부, 실리카 5~10 중량부 및 무기바인더 5~10 중량부로 이루어지는 것이 바람직하다. 무기바인더로는 규산소다, 콜로이달 실리카 또는 알루미나 계열의 무기바인더를 사용 할 수 있다. 상기 알루미나 계열의 무기바인더란 알루미나 미세 분말을 함유하는 무기바인더를 의미한다. 상기와 같이 탄소를 함유하는 충진재가 충진되면 토양에 매립 시 실질적으로 토양과 접하는 면적이 극대화되어 발포금속의 장점을 효과적으로 발휘할 수 있게 된다.
본 고안의 접지 모듈에 사용되는 개포형 발포금속의 제조방법은 종래기술의 영역에 속하므로 이에 대해서는 별도로 기술하지 않으며, 당업자라면 실시예에 기재된 방법과 발포 동 이외에도 종래기술을 참작하여 모든 종류의 발포금속을 용이하게 제조할 수 있을 것이다. 또한, 실시예에서는 발포형 개포금속을 이용하여 제조한 판 형상의 접지 모듈에 대해서만 접지저항을 측정하여 그 효능을 비교하였으나, 그 형상은 판모양에 한정되는 것은 아니며 접지봉 역시 유사한 효과를 얻을 수 있음은 당업자라면 용이하게 예측하여 적용할 수 있을 것이다. 또한, 접지봉과 접지판은 그 모양의 차이만 있을 뿐으로 봉 형상의 접지인 접지봉 역시 실시예를 참조하면 용이하게 구성할 수 있을 것이다.
개포형 발포금속을 이용한 본 고안의 접지 모듈은 동일 재질의 접지 모듈에 비해 접지저항이 효과적으로 저감되어 접지 특성이 우수하였다.
본 고안의 접지 모듈에 의하면 대지와의 전도성채널형성 면적이 크고 뽀족한 첨단부분이 많기 때문에 접지저항이 낮아 낙뢰나 비이상적인 전류로 인한 과전류를 대지로 빠르게 흘려보낼 수 있다.
또한 내식성이 강한 재료로 산화방지층이 형성되어 있어, 수분이 많은 환경이나 저감제 사용시에도 부식에 의해 접지 저항이 증가하는 것을 방지할 수 있으며, 주기적인 보수를 요하지 않아 경제적으로 사용이 가능하다.
또한 기존 접지 모듈 무게의 약 10%이기 때문에 자원의 절약 측면에서 상당한 비용이 절감될 뿐 아니라 시공 시 운반 및 설치가 용이하다.
이하 실시예를 통하여 본 고안을 상세하게 설명한다. 그러나, 이들 실시예는 예시적인 목적일 뿐 본 고안이 이에 한정되는 것은 아니다.
실시예
비교예 : 동 접지 모듈의 제조
폴리우레탄 필터폼을 10~25% 수산화나트륨 수용액에 침지하여 95℃에서 15분간 유지하였다. 상기 수산화 나트륨 용액을 아세트산으로 중화한 후 폴리우레탄 폼을 꺼내어 수세하였다.
이어 1L 당 염화주석(II) 5 g, 염산(HCl) 7 ㎖를 함유하는 수용액에 침적하여 30~45℃에서 30분 동안 방치한 후 꺼내어 수세하였다. 이어 1L 당 염화팔라 듐(PdCl2) 0.3g, 염산(HCl) 2 ㎖를 함유하는 수용액에 침지하여 30~40℃에서 30분간 유지한 후 꺼내어 수세하였다. 수세한 폴리우레탄폼을 공기교반과 여과장치가 있는 도금욕조에 침지하여 1~3㎛ 두께의 막이 형성되도록 40~50℃에서 15~20분간 무전해 동도금을 실시하였다. 도금액으로는 1 L당 황산동(CuSO4·5H2O) 35g, 가성소다(NaOH) 49g, 롯셀염(KNaC4H6O6) 170g, 37% 포르말린(HCHO) 10㎖이 함유된 수용액을 사용하였다. 무전해 도금이 완료되면 꺼내어 수세하였다.
수세 후 무전해도금된 폴리우레탄 필터폼은 다시 전기도금액에 침적하여 20~25℃에서 전류밀도 0.1~0.5A/dm2의 조건에서 5~20분간 스트라이크 처리한 후 , 전류밀도 1~10A/dm2의 조건에서 도금층의 두께가 10~50㎛가 되도록 전기도금하였다. 전기도금액은 lL 당 황산동(CuSO4·5H2O) 200g, 황산(H2SO4) 60㎖, KOTAC(Daiwa Special Chemical사) 4cc가 함유된 용액을 사용하였다. 전기도금이 완료되면 생성된 구리폼을 수세하여 잔류하는 도금액을 모두 세정한 후, 수소환원 열처리로에서 850~900℃를 유지하며 50분간 열처리하였다.
전술한 방법에 의해 제조한 발포 동을 295×295×25㎣ 크기로 자른 후 중심 부에 구리판을 용접하거나 볼트 체결하고, 구리판에 리드선을 연결하는 것에 의해 통전이 가능하도록 하여 접지 모듈을 제조하였다.
실시예 1 : 은도금 접지 모듈의 제조
비교예에서 열처리한 구리폼을 은 전기도금액에 침적하여 20~25℃에서 전류밀도 0.5~1.0A/dm2의 조건에서 도금층의 두께가 2~5㎛가 되도록 전기도금한 것을 제외하고는 비교예와 동일한 방법으로 접지 모듈을 제조하였다.
전기도금액은 lL 당 시안화은(AgCN) 30g, 수산화칼륨(KOH) 80g, 주석산안티몬칼륨(C4H4O7KSb 1/2H2O) 3g, 유리시안(free cyanide ions) 120g, 주석산칼륨 70g가 함유된 용액을 사용하였다.
실시예 2 : 니켈도금 접지 모듈의 제조
비교예에서 열처리한 구리폼을 니켈 전기도금액에 침적하여 45~60℃에서 전류밀도 2.5~5A/dm2의 조건에서 도금층의 두께가 10~15㎛가 되도록 전기도금한 것을 제외하고는 비교예와 동일한 방법으로 접지 모듈을 제조하였다.
전기도금액은 lL 당 황산니켈(NiSO4·6H2O) 180g, 염화암모늄(NH4Cl) 25g, 붕산(H3BO3) 30g이 함유된 PH 5.6~5.9인 용액을 사용하였다.
도 3은 왼쪽부터 차례로 비교예, 실시예 1 및 실시예 2의 접지 모듈을 구성하는 메탈 폼의 사진이다.
실시예 3 : 탄소충진 은도금 접지 모듈의 제조
탄소 20~30 중량부, 모래 5~10 중량부, 포트랜드 시멘트 30~40 중량부, 실리 카 5~10 중량부 및 무기바인더 5~10 중량부를 혼합하여 반죽을 하였다. 실시예 1에서 제조한 접지 모듈을 300×300×30㎣의 금형 틀에 넣고 상기 반죽을 금형틀에 충진시킨후 40~100℃정도에서 건조하거나 1~3일 간 자연건조 후에 850∼950℃정도에서 1~3시간 수소분위기에서 소성하였다.
도 4는 본 실시예에서 제조한 접지 모듈의 사진이다.
실시예 4 : 접지저항의 측정
실시예 1~3 및 비교예에서 제조한 접지 모듈에 의한 접지저항을 측정하고 그 결과를 표 1에 나타내었다. 비교를 위하여 동일 조건에서 시중에서 흔히 유통되는 구리 재질의 접지 모듈을 사용하였을 경우의 접지저항을 측정하여 함께 나타내었다.
보다 구체적으로 대지 저항율이 800Ω·m인 지면에 표 1의 접지 모듈을 75cm 깊이로 매설하고 동선을 연결한 후 3점식 측정기(LEM사의 UNILAP GEO X)를 사용하여 전위강하법에 의해 접지저항값을 측정하였다. 시험전류 순환을 위한 전극은 접모듈로부터 10m 이격된 위치에 설치하였다.
Figure 112009054246060-UTM00001
표 1에서 확인할 수 있듯이, 본 고안의 접지 모듈은 통상적으로 사용되는 구리 재질의 접지 모듈에 비해 접지저항을 효과적으로 감소시킬 수 있었다.
도 1은 접지봉의 수에 따른 접지 저항의 변화를 보여주는 그래프.
도 2는 전극의 깊이에 대한 접지저항의 변화를 보여주는그래프.
도 3은 일실시예에 의한 구리폼, 은도금 폼, 니켈도금 폼의 사진.
도 4는 일실시예에 의한 접지봉의 모식도.

Claims (4)

  1. 개포형 발포금속의 표면에 산화방지층이 형성된 것을 특징으로 하는 접지 모듈.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 개포형 발포금속의 재질이 구리, 아연, 주석, 크롬, 니켈, 황동, 청동 또는 대용금(imitation gold)인 것을 특징으로 하는 접지 모듈.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 산화방지층은 은, 니켈 또는 스테인레스스틸의 도금에 의해 형성된 것을 특징으로 하는 접지 모듈.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 개포형 발포금속은 내부가 탄소를 함유하는 충진재로 충진되어 있는 것을 특징으로 하는 접지 모듈.
KR2020090011556U 2008-09-08 2009-09-03 접지 모듈 KR20100003063U (ko)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102631292B1 (ko) * 2022-09-26 2024-01-29 김효열 전주용 탄소복합 접지밴드

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