KR20120052824A - 바리스터가 내장된 스파크 기폭장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 터널 및 지하굴착 등의 현장에서 실시하는 비전기식 뇌관을 이용한 발파와 관련한 것으로, 상세하게는 전기발파기를 이용하여 비전기식 뇌관의 쇼크튜브를 저가의 비용으로 안전하고 확실하게 기폭시키기 위한 바리스터가 내장된 스파크 기폭장치에 관한 것이다.
본 발명은 스파크 기폭장치의 전기회로에 바리스터를 한 선 또는 두 선에 직렬로 연결하여 특정전압 이하에서는 전기회로가 차단되고 특정전압 이상에서는 회로가 연결되도록 함으로써 사용하고자 하는 전기발파기 이하의 전압에서는 스파크 기폭장치가 불꽃방전을 일으키지 않도록 하여 예기치 않는 발파사고를 사전에 방지하고자 한 것이다.
상기와 같이 바리스터가 내장된 스파크 기폭장치는 저전압의 전류는 물론 터널 내부에서 사용하는 전기시설의 전기적인 위험 또는 터널 외부의 써지전류에 대하여도 불꽃방전을 일으키지 않고 반드시 고압의 전류를 출력하는 고압 전기발파기에 의하여만 불꽃방전을 일으키므로 종래의 스파크 기폭장치에 비하여 전기적인 위험으로부터 더욱 안전성을 확보할 수 있는 효과가 있다.

Description

바리스터가 내장된 스파크 기폭장치 {SPARK AMPLIFICATION DEVICE HAVING A BUILT IN VARIABLE RESISTER}

본 발명은 터널 및 지하굴착 등의 현장에서 실시하는 비전기식 뇌관을 이용한 발파와 관련한 것으로, 상세하게는 전기발파기를 이용하여 비전기식 뇌관의 쇼크튜브를 저가의 비용으로 안전하고 확실하게 기폭시키기 위한 바리스터가 내장된 스파크 기폭장치에 관한 것이다.

터널 및 지하철 등의 지하굴착공사에서 사용되는 굴착장비들은 매연 및 분진발생을 최소화하기 위하여 고압전기를 동력으로 사용하는데 이곳에서 실시하는 전기뇌관을 이용한 발파방법은 필연적으로 전기적인 위험에 노출될 수밖에 없었다.

또한 터널 밖에서 발생하는 낙뢰는 지면을 통하여 흡수되는데 이때 터널 막장에 장약 된 전기뇌관에 작은 전류가 흐르게 될 경우 예기치 않는 폭발사고가 발생하여 소중한 생명을 앗아가는 끔찍한 발파사고가 발생하기도 하였다.

이에 근래에는 이러한 전기적인 위험요소로부터 안전하게 발파를 할 수 있도록 비전기식 뇌관이 개발되어 이용되고 있으나 비전기식 뇌관의 쇼크튜브를 기폭하는 대에는 고가의 기폭비용이 소요되기 때문에 근래에는 전기적 위험을 감수하고라도 기폭비용이 저렴한 전기뇌관을 이용한 기폭방법이 시행되고 있다.

이에 저가의 비용으로 안전하게 비전기식 뇌관을 기폭하기 위하여 선 특허출원 된 출원번호제 10-2010-0109387호의 "전기발파기와 스파크 기폭장치를 이용한 비전기식 뇌관의 기폭시스템"에서는 종래의 전기발파기와 발파모선과 스파크 기폭장치를 이용하여 비전기식 뇌관을 기폭하는 방법을 소개하였으나 이때에 사용된 스파크 기폭장치는 터널 내의 누설전류 또는 낙뢰에 의한 낮은 전압의 유도전류 등에는 안전할 수 있었으나 터널 내부의 500V 내외의 전기시설 및 500v 이상의 써지전류에 대하여는 안전하다고 확신할 수 없었다.

본 발명은 종래의 스파크 기폭장치에 바리스터를 구성시켜 낮은 전압의 전류뿐만 아니라 예기치 않은 고압의 전류에 의하여도 스파크가 일어나지 않도록 하기 위한 것으로 반드시 특정 전압 이상의 발파기에 의해서만 스파크 기폭장치가 불꽃방전을 일으키도록 하는 전기회로를 구성함을 목적으로 한다.

통상적으로 바리스터는 보호하고자 하는 전기회로의 입력단자의 두 선에 병렬로 연결되어 특정전압 이상의 전류가 인가될 경우 저항이 감소 되거나 혹은 쇼트상태가 되어 전기회로를 보호할 목적으로 사용되는 가변저항소자이다.

그러나 본 발명은 상기의 목적과는 반대로 바리스터를 회로 입력단자의 한 선 또는 두 선에 직렬로 연결하여 특정전압 이하에서는 전기회로가 차단되고 특정전압 이상에서는 회로가 연결되도록 함으로써 사용하고자 하는 전기발파기 이하의 전압에서는 스파크 기폭장치가 불꽃방전을 일으키지 않도록 하기 위한 것이다.

상기와 같이 바리스터가 내장된 스파크 기폭장치는 저전압의 전류는 물론 터널 내부에서 사용하는 전기시설의 전기적인 위험 또는 터널 외부의 써지전류에 대하여도 불꽃방전을 일으키지 않고 반드시 고압의 전류를 출력하는 고압 전기발파기에 의하여만 불꽃방전을 일으키므로 종래의 스파크 기폭장치에 비하여 전기적인 위험으로부터 더욱 안전성을 확보할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 스파크 기폭장치를 이용한 발파시스템 구성도
도 2은 스파크 기폭장치의 외부구성도
도 3는 스파크 기폭장치의 부품도
도 4는 바리스터의 가장 보편적인 사용방법을 도시한 회로도
도 5는 일반 전기발파기 및 고압 전기발파기 사시도
도 6은 바리스터가 내장된 스파크 기폭장치의 회로도

본 발명은 스파크 기폭장치를 전기적인 위험으로부터 더욱 안전하게 하기 위하여 스파크 기폭장치의 전자회로에 바리스터를 내장한 것이다.

바리스터가 내장된 스파크 기폭장치의 세부 구성 및 발명효과와 실시 예를 첨부된 도면을 통하여 상세히 알아보면 다음과 같다.

도 1은 스파크 기폭장치를 이용한 발파시스템 구성도이다.

상기 발파시스템의 상세한 구성은 전기발파기(100), 발파모선(200), 스파크 기폭장치(300) 및 비전기식 뇌관의 쇼크튜브(400)로 구성되며 종래의 전기뇌관을 이용한 기폭방법에서 전기뇌관을 스파크 기폭장치로 치환한 것이다.

상기 장치의 구성 중 스파크 기폭장치(300)는 전기발파기(100)에서 발생한 고압의 전류를 수백 미터의 발파모선(200)을 통하여 전달받은 후 비전기식 뇌관의 쇼크튜브(400)에 강력한 스파크를 일으켜 쇼크튜브를 기폭시키는 장치로, 전기발파기와 같은 고압의 전류에 의해서만 스파크를 일으키기 때문에 예기치 않은 작은 전류에 의해서도 기폭 되던 종래의 전기뇌관에 비하여 전기적으로 훨씬 안전한 기폭장치이다.

도 2는 스파크 기폭장치의 외부구성도로써 본 장치는 외관상 전자부품을 보호하는 플라스틱 재질의 하우징(30)과, 쇼크튜브를 결속시키기 위한 투명플라스틱 재질의 바이스 캡(31)과, 발파모선과 연결되는 리드선(36)으로 구성된다.

도 3은 스파크 기폭장치의 부품도이다.

스파크 기폭장치는 상,하 덮개의 하우징(30)과, 하우징 내의 전자부품인 스파크단자(32), 캐패시터(33), 전기저항(34), 바리스터(35), 리드선(36), 전자기판(37)과 바이스 캡(31)으로 구성된다.

바리스터를 제외한 상기 부품의 특징적인 역할과 외부 형태의 특징적 역할에에 대하여는 선 특허출원 된 출원번호제 10-2010-0109387호의 "전기발파기와 스파크 기폭장치를 이용한 비전기식 뇌관의 기폭시스템"에서 상세히 설명하였으므로 본 명세서에서는 종래의 스파크 기폭장치에 새롭게 추가된 바리스터의 회로구성 및 역할에 대하여만 설명하기로 한다.

도 4는 바리스터의 가장 보편적인 사용방법을 도시한 회로도이다.

통상 바리스터(34)는 써지옵서버라 불리우는 전자부품 소자로 회로도에서와 같이 회로 입력단자의 두 선에 병렬로 연결하여 특정전압 이상의 전류가 인가될 경우 바리스터의 저항이 급속히 감소 되거나 혹은 쇼트상태가 되어 고압의 전류가 전기회로를 거치지 않고 출력단자 혹은 접지부분으로 전류를 흘려보내 중요한 전기회로를 보호할 목적으로 사용되는 가변저항소자이다.

그러나 본 발명에서는 상기의 목적과는 달리 바리스터를 회로 입력단자의 한 선 또는 두 선에 직렬로 연결하여 특정전압 이하에서는 전기회로가 차단되고 특정전압 이상에서는 회로가 연결되도록 함으로써 전기발파기에서 발생하는 전압 이하의 전류에서는 스파크 기폭장치가 불꽃방전을 일으키지 않고 오직 전기발파기에서 발생하는 고압의 전류에 의하여만 불꽃방전을 일으키게 하여 예기치 않은 전류에 의하여 발파사고가 일어나는 일이 없도록 하기 위한 것이다.

그러므로 본 장치에 사용되는 바리스터는 터널 내부에 사용되는 전기의 전압보다 높은 전압에서 작동되어야 하며, 나아가 안전을 고려하여 낙뢰에 의하여 터널내부로 유입가능한 써지전류에 대하여도 안전을 확보해야 할 것이다.

따라서 터널 내부에서 사용하는 전기의 전압이 통상 500V 이내이고, 터널 내부로 유입될 수 있는 써지전류의 최대 전압이 1000V 이내라 가정한 경우, 바리스터의 작동전압은 안전을 고려하여 1500V 이상의 것이 사용되어야 하므로 바리스터가 내장된 스파크 기폭장치에서 불꽃방전을 일으키기 위하여는 종래의 2000V 이하의 일반 전기발파기보다는 3000V 이상의 출력을 갖는 고압 전기발파기를 필요로 한다.

도 5는 일반 전기발파기(100-1)와 고압 전기발파기(100-2) 사시도다.

상기 도면에서와 같이 고압 전기발파기는 종래의 일반 전기발파기에 비하여 고압의 출력을 낼 수 있어야 하며, 출력 전압의 최소범위는 스파크 기폭장치 내부의 바리스터를 작동시켜 전기회로를 연결하고 나아가 캐패시터의 도움없이 발파기의 전압만으로 충분히 스파크단자가 불꽃방전을 일으킬 수 있는 정도이어야 한다.

그러므로 높은 전압을 출력할 수 있는 스파크 기폭장치 전용의 고압 전기발파기를 사용하는 스파크 기폭장치는 원칙적으로 전하를 임시로 충전하는 캐패시터가 필요하지 않으므로 스파크 기폭장치가 전기적으로 더욱 안전해짐을 뜻한다.

다음은 바리스터가 내장된 스파크 기폭장치의 대표적인 회로도를 통하여 본 발명의 실시 예를 알아보면 다음과 같다.

도 6은 바리스터가 내장된 스파크 기폭장치의 회로도이다.

도 6[A]는 캐패시터(33) 및 전기저항(34)이 구비된 종래의 스파크 기폭장치에 바리스터(35)를 통상적인 사용방법과 같이 입력단자의 두 선에 병렬연결한 그림으로 특정전압 이상의 전류가 들어오면 불꽃방전이 되지 않도록 하는 회로도이다.

이러한 회로는 전기 발파기의 출력 전압보다 높은 전압에서 작동하는 바리스터를 사용하여 하기 때문에 전기 발파기의 출력전압보다 낮은 전압을 사용하는 터널 내부의 전기시설 또는 써지전류에 대하여는 결코 안전하다 할 수 없을 것이다.

그러므로 본 장치에 있어서 바리스터는 특정 전압 이하에서는 회로가 끊어져 있다가 인위적으로 특정전압 이상의 전류가 인가될 경우 회로가 연결되어 발파가 되는 스위치 구조의 역할을 하여야하기 때문에, 본 장치의 회로 구성에 있어서 바리스터는 두 선에 병렬연결되는 통상적인 방법보다는 한 선 또는 두 선에 직렬연결되는 특이한 방법의 회로를 필요로 한다.

본 명세서에서 특정전압이란 전기발파기를 통하여 인위적으로 스파크 기폭장치에 인가하는 최소전압으로 터널 내부에서 사용하는 전기시설의 전압 및 터널 외부로부터 인입될 수 있는 낙뢰에 의한 써지전류 이상의 전압을 뜻하는 것으로 각 국가의 안전기준에 따라 또는 제조자의 안전기준에 따라 달라질 수 있기 때문에 본 명세서에서는 특정전압의 기준을 수치화하여 기재하지는 않고자 하나 통상적으로 사용하는 2000V이하의 전기발파기에서는 발파가 되지 않을 정도의 전압을 뜻한다.

도 6[B]는 바리스터(35)를 캐패시터 및 전기저항이 구비된 스파크 기폭장치의 전기회로의 한 선에 직렬 연결한 방법으로 특정전압 이하의 전류에는 회로가 끊어져 있다가 바리스터가 작동하는 특정전압 이상의 전류가 들어오면 회로가 연결되어 불꽃방전이 일어나도록 한 회로이다.

그러므로 이때에 사용되는 바리스터의 작동 적정전압은 터널 내부에서 사용되는 전기시설 및 터널 외부에서 유입될 수 있는 써지전류의 전압보다는 높고, 전기발파기보다는 낮은 전압에서 작동되어야 한다.

그러나 본 회로는 바리스터와 캐패시터가 동시에 사용되고 있어 발파실패시 캐패시터의 전하를 방전시키기 위한 전기저항(34-1)과 발파회로를 점검하기 위한 검사용 전기저항(34-2)이 구비되어야 하는 등 안전한 회로의 구성이 아니기 때문에 스파크 기폭장치용 고압 발파기를 사용한다면 전기적인 안전을 고려하여 가능한 캐패시터를 제거하는 것이 바람직할 것이다.

도 6[C]는 스파크단자(32)와, 전기저항(34)과, 바리스터(35)만으로 구성된 스파크 기폭장치의 회로도로써, 전하를 저장하는 캐패시터를 제거함으로써 전기적인 위험성을 근본적으로 제거한 이상적인 스파크 기폭장치의 회로도이다.

상기 도면에서와 같이 필요에 따라서 바리스터를 전원 입력단자의 두 선에 직렬로 연결하거나 혹은 여러 개를 연결하여 적기적인 위험으로부터 안전성을 더욱 확보할 수도 있을 것이다.

전하를 임시로 축전 및 방전하는 캐패시터의 도움없이 발파기의 전압에 의해서만 불꽃방전을 일으키는 바리스터(35)가 내장된 스파크 기폭장치는 반드시 고압 전기발파기를 필요로 하지만, 고압 전기발파기 외에는 불꽃방전을 일으키지 않으므로 선 출원된 스파크 기폭장치에 비하여 전기적으로 매우 안전하다 할 것이다.

또한 바리스터와 병행하여 스파크 기폭장치 내에 휴즈장치를 구비하거나 또는 바리스터를 대신하여 전기저항 또는 제너다이오드 등을 이용하여 유사한 전기회로를 구성할 수도 있겠으나 이는 본 회로의 구성과 동일한 목적과 동일한 효과를 갖는 응용기술임을 명시하며 이를 이용한 변형 가능한 회로에 대하여는 일일이 기술하지 아니한다.

이상과 같이 일정 전압 이상에서 작동하여 전기회로를 연결하는 바리스터가 내장된 스파크 기폭장치는 고압의 전기발파기를 필요로 하는 단점이 있지만, 반대로 고압의 전기발파기 이하의 전류에서는 발파가 되지 않는 장점이 있기 때문에 터널 내부에서 발생할 수 있는 어떠한 전기적인 위험으로부터도 안전하게 비전기식 뇌관을 기폭할 수 있게 하는 효과가 있다.

100: 전기발파기 200: 발파모선
300: 스파크 기폭장치 400: 쇼크튜브
500: 터널막장
30: 스파크 기폭장치의 하우징
31: 바이스 캡
32: 스파크단자 33: 캐패시터
34: 전기저항 35: 바리스터
36: 리드선 37: 전자기판

Claims (3)

1. 스파크 기폭장치의 하우징(30) 내에서 전기회로를 구성하는 전원 입력단자의 한 선 또는 두 선에 직렬로 연결되는 바리스터(35)가 내장되어, 바리스터가 작동하는 전압 이하의 전류에서는 회로가 끊어져 스파크단자(32)가 불꽃방전을 일으키지 아니하고, 바리스터가 작동하는 전압 이상에서만 회로가 연결되어 스파크단자(32)가 불꽃방전을 일으키는 구조의 전기회로를 구성하는 바리스터(35)가 내장된 스파크 기폭장치(300).
   
2. 제 1항에 있어서 바리스터는 특정 전압 이상에서 스파크 기폭장치의 전기회로를 연결하기 위한 목적으로 사용됨을 특징으로 하는 바리스터(35)가 내장된 스파크 기폭장치(300).
   
3. 제 1항에 있어서 스파크 기폭장치는 하우징(30) 내에 스파크단자(32)와, 전기저항(34)과, 바리스터(35)와, 리드선(36)과, 전자기판(37)이 구성됨을 특징으로 하는 바리스터(35)가 내장된 스파크 기폭장치(300).

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