KR20120002280A - 피뢰시스템 - Google Patents

Abstract

피뢰시스템이 개시된다. 풍력발전기를 낙뢰로부터 보호하기 위한 피뢰시스템에 있어서, 풍력발전기의 풍차의 블레이드의 가장자리를 따라 결합되며 도전성 부재로 이루어지는 수뢰밴드; 및 수뢰밴드와 전기적으로 연결되며, 접지되는 피뢰도선을 포함하는 피뢰시스템은, 낙뢰로부터 풍력발전기를 보호할 수 있다.

Description

피뢰시스템{Lightning Protection System}

본 발명은 피뢰시스템에 관한 것이다.

자연 에너지인 바람을 이용하여 발전을 하는 풍력 발전 장치가 다양하게 알려져 있다. 이 풍력 발전 장치는 지지대 위에 설치된 엔진실에 풍차 날개를 연결하여, 날개가 바람을 받아 회전하여 발전기를 동작시켜 전기를 만들어 낸다.

이와 같이 구성된 풍력 발전 장치에 있어서 풍력을 회전력으로 변환하는 풍차 날개에 낙뢰가 직접 맞아 날개가 파손되거나, 파손된 파편이 회전력에 의해 최대 수백 미터 떨어진 곳까지 날아감으로 이차적인 인적/물적 피해를 입히는 문제가 발생하고 있다.

또한, 날개가 파손으로 이어지지는 않았지만, 수뢰설비에 들어온 낙뢰가 접지설비를 통해 빠져나갈 때 지지대위에 설치된 엔진실이나 주변 콘트롤 설비에 전자기적인 유도나 써지파형의 침입으로 전력품질을 저하시키거나 설비를 손상시키는 문제점이 대두되고 있다.

종래의 풍력 발전장치에는 낙뢰로부터 설비를 보호하기 위하여 날개의 끝에 피뢰침을 설치하거나, 일부에서 날개 표면에 도전성 물질을 도포한 형태의 수뢰설비를 통하여 낙뢰로부터 시스템을 보호하고자 하는 노력이 이루어져 왔다.

하지만 날개가 회전체임으로 인하여 피뢰침만으로는 모든 범위를 보호하기는 어렵고, 도전성 물질을 도포한 형태의 수뢰설비는 어느 정도 적은 크기의 낙뢰에는 문제가 없으나 뇌격전류의 크기가 크고 연속되는 뇌격이 있는 경우는 날개가 물리적으로 파손을 입어, 파편의 이동으로 인한 2차적인 사고를 유발하는 단점이 있었다. 또한 침입한 뇌격전류를 엔진실을 거쳐 거치대를 통하여 대지로 흘려주는 과정에서 엔진실이나 인근에 있는 컨트롤 장비를 손상시키는 단점이 있었다.

따라서, 그간 풍력발전장치는 발전효율을 높이는 쪽에만 관심이 집중되어 있었으나, 점차 실용화율이 높아지고 자연재해 특히 낙뢰에 의한 사고로 인하여 설비피해, 2차 피해, 더 나아가 전력품질 저하등과 같은 문제점이 드러나고 있다.

본 발명은 낙뢰로부터 풍력발전 설비를 보호할 수 있는 피뢰시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 풍력발전기를 낙뢰로부터 보호하기 위한 피뢰시스템에 있어서, 풍력발전기의 풍차의 블레이드의 가장자리를 따라 결합되며 도전성 부재로 이루어지는 수뢰밴드; 및 수뢰밴드와 전기적으로 연결되며, 접지되는 피뢰도선을 포함하는 피뢰시스템이 제공된다.

여기서, 피뢰시스템은 수뢰밴드와 피뢰도선 사이에 전기적 연결을 형성하는 연결부를 더 포함할 수 있으며, 연결부는 수뢰밴드의 말단에 블레이드의 후미를 향해 돌출되는 제1 아킹혼; 및 제1 아킹혼과 인접하여 배치되며, 피뢰도선과 연결되는 제2 아킹혼을 포함할 수 있다.

그리고, 피뢰시스템은 수뢰밴드와 피뢰도선 사이에 개재되는 피뢰기를 더 포함할 수 있으며, 수뢰밴드를 지지하도록 수뢰밴드와 블레이드 사이에 개재되는 절연부재를 더 포함할 수 있다. 이 때, 절연부재는 폴리머형 애자를 포함할 수 있다.

그리고, 피뢰도선은 절연재로 피복될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 풍력 발전 장치의 풍차 날개에 낙뢰가 직접 맞아 날개가 파손되거나, 파손된 파편이 회전력에 의해 최대 수백 미터 떨어진 곳까지 날아감으로 이차적인 인적/물적 피해를 입히는 문제와 날개가 파손으로 이어지지는 않았지만, 수뢰설비에 들어온 낙뢰가 접지설비를 통해 빠져나갈 때 지지대위에 설치된 엔진실이나 주변 콘트롤 설비에 전자기적인 유도나 써지파형의 침입으로 전력품질을 저하시키거나 설비를 손상시키는 문제점을 해결할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 피뢰시스템을 나타낸 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 피뢰시스템의 수뢰밴드를 나타낸 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 연결부를 나타내 도면.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

이하, 본 발명에 따른 피뢰시스템의 바람직한 실시 예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 피뢰시스템(100)을 나타낸 도면이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 풍력발전기(10)는 프로펠러(12), 엔진실(18) 및 지지대(20)를 포함할 수 있다. 프로펠러(12)는 회전축(16)과, 그 가장자리에 결합되는 복수의 블레이드(14)(날개)를 포함할 수 있다. 엔진실(18)은 발전기와 풍력발전기(10)의 동작을 제어하는 컨트롤러가 내장될 수 있다. 지지대(20)는 엔진실(18)을 지면으로부터 지지할 수 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 피뢰시스템(100)의 수뢰밴드(110)를 나타낸 도면이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 피뢰시스템(100)은 수뢰밴드(110), 연결부(120), 피뢰기(130) 및 피뢰도선(140)을 포함할 수 있다.

수뢰밴드(110)는 하나의 블레이드(14)의 가장자리를 따라 결합되는 도전성 부재일 수 있다. 수뢰밴드(110)는 블레이드(14)의 둘레를 따라 결합되는 호의 형상을 가질 수 있으며, 이 때, 수뢰밴드(110)는 블레이드(14)의 둘레를 커버하는 일정의 띠 형태를 가질 수 있다.

수뢰밴드(110)는 복수의 블레이드(14) 가운데 어느 하나 또는 복수의 블레이드(14) 전체에 모두 결합될 수 있다. 수뢰밴드(110)는 예를 들어 동이나 철을 함유하는 도전성 부재일 수 있다.

수뢰밴드(110)는 블레이드(14)에 복수의 절연부재(112)에 의해 결합될 수 있다. 절연부재(112)는 수뢰밴드(110)와 블레이드(14)를 전기적을 절연시킬 수 있다. 절연부재(112)는 예를 들어 소형의 폴리머형 애자일 수 있으며, 이 때, 폴리머형 애자는 블레이드(14)의 회전에 미치는 영향을 최소화할 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 연결부(120)를 나타내 도면이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 수뢰밴드(110)와 피뢰도선(140) 사이에는 연결부(120)가 개재될 수 있다. 연결부(120)는 수뢰밴드(110)와 피뢰도선(140) 간에 프로펠러(12) 회전에 영향을 미치지 않으면서도 이들 간에 전기적 연결을 하는 부분일 수 있다. 이러한 연결부(120)에 의해 수뢰밴드(110)와 피뢰도선(140) 간에는 낙뢰전류가 흘러 나갈 수 있는 회로가 형성될 수 있다.

연결부(120)는 한 쌍의 아킹혼을 포함하여 이루어질 수 있다. 제1 아킹혼(122)은 수뢰밴드(110)의 말단에 프로펠러(12)의 회전축(16)에 인접하여 결합될 수 있다. 제1 아킹혼(122)은 블레이드(14)의 후미를 향해 돌출될 수 있다. 제1 아킹혼(122)은 상술한 절연부재(112)에 의해 블레이드(14)에 지지될 수 있다.

제2 아킹혼(124)은 제1 아킹혼(122)와 인접하여 피뢰기(130)에 결합될 수 있다. 제2 아킹혼(124)은 제1 아킹혼(122)을 향해 돌출되어 배치될 수 있다. 제1 아킹혼(122)과 제2 아킹혼(124) 사이에는 에어갭이 형성될 수 있으며, 이들 간의 간격은 조절될 수 있다.

이 에어갭은 절연된 내력보다 큰 뇌과전압이 유기되었을 때 아킹혼을 통하여 뇌격전류가 흐르게 할 수 있으며, 이러한 아킹혼을 사용하는 이유는 어느 정도의 작은 전류에 의한 전압이 유기되었을 경우에는 자연 회복되는 특징을 가지고 있는 장점이 있다.

제2 아킹혼(124)은 피뢰기(130)와 결합될 수 있다. 피뢰기(130)는 연속된 낙뢰에 의하여 사고가 커지고 연속되어짐으로 피해규모가 커지는 경우가 많은데, 이러한 문제점을 해결할 수 있도록 사용되는 것으로, 1차적으로 들어온 낙뢰의 과전압을 억제하여 줌과 동시에 연속해서 흐르려는 뇌격전류를 에어갭과 절연 협조하여 억제하여 줌으로 연속적인 고장을 방지할 수 있게 한다.

결국, 피뢰시스템(100)은 다른 피뢰설비와 마찬가지로 피뢰도선(140)(260)을 별도로 가지고 있고, 지지대(20)와 절연시키는 방법을 사용함으로, 뇌격전류의 흐름으로 인하여 지지대(20)가 물리적으로 파손되거나, 뇌격전류가 흐르고 있는 도중에 사람의 접촉에 의한 인명 피해를 예방할 수 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

전술한 실시예 외의 많은 실시예들이 본 발명의 특허청구범위 내에 존재한다.

14: 블레이드 110: 수뢰밴드
112: 절연부재 120: 연결부
122: 제1 아킹혼 124: 제2 아킹혼
130: 피뢰기 140: 피뢰도선

Claims (7)

1. 풍력발전기를 낙뢰로부터 보호하기 위한 피뢰시스템에 있어서,
   상기 풍력발전기의 풍차의 블레이드의 가장자리를 따라 결합되며 도전성 부재로 이루어지는 수뢰밴드; 및
   상기 수뢰밴드와 전기적으로 연결되며, 접지되는 피뢰도선을 포함하는 피뢰시스템.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 수뢰밴드와 상기 피뢰도선 사이에 전기적 연결을 형성하는 연결부를 더 포함하는 피뢰시스템.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 연결부는
   상기 수뢰밴드의 말단에 상기 블레이드의 후미를 향해 돌출되는 제1 아킹혼; 및
   상기 제1 아킹혼과 인접하여 배치되며, 상기 피뢰도선과 연결되는 제2 아킹혼을 포함하는 것을 특징으로 하는 피뢰시스템.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 수뢰밴드와 상기 피뢰도선 사이에 개재되는 피뢰기를 더 포함하는 피뢰시스템.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 수뢰밴드를 지지하도록 상기 수뢰밴드와 상기 블레이드 사이에 개재되는 절연부재를 더 포함하는 피뢰시스템.
   
6. 제5항에 있어서,
   상기 절연부재는 폴리머형 애자를 포함하는 것을 특징으로 하는 피뢰시스템.
   
7. 제1항에 있어서,
   상기 피뢰도선은 절연재로 피복되는 것을 특징으로 하는 피뢰시스템.
   
   

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