KR20140000559U - 육상 발전단지의 낙뢰방지 시스템 - Google Patents

Abstract

본 고안은 육상 발전단지의 낙뢰방지 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 하나의 피뢰단구로부터 형성된 플러스 이온 전하의 차폐막으로 발전단지를 보호함으로써 낙뢰방지 설비 비용을 줄이고, 접지시설을 간소화하여 접지시설에 대한 설비 비용 및 유지보수 비용을 절감시킨 육상 발전단지의 낙뢰방지 시스템에 관한 것이다.
이를 위해, 지면에 복수로 설치된 풍력발전기 또는 태양광 발전장치로 이루어진 육상의 발전단지에 있어서, 상기 발전단지 중 중간 지점으로부터 육상 풍력발전기 또는 태양광 발전장치의 높이보다 높게 설치된 피뢰철탑;상기 피뢰철탑의 상단부에 설치되며, 플러스(+) 이온 전하를 발생하여 주변 육상 풍력발전기 또는 태양광 발전장치를 향해 반구 형태의 차폐막을 형성하여 육상 풍력발전기 또는 태양광 발전장치를 덮어씌우는 피뢰단구;차폐막으로 방전된 낙뢰전류를 피뢰단구를 통해 지하 전리층으로 전송하며, 피뢰단구에 연결된 접지 케이블;상기 피뢰단구로부터 접지케이블을 통해 내려온 낙뢰전류를 분산시키는 접지봉:을 포함하여 구성된 육상의 발전 단지 낙뢰방지 시스템을 제공한다.

Description

육상 발전단지의 낙뢰방지 시스템{Lightning protection system of offshore electricity generation farms}

본 고안은 육상 발전단지의 낙뢰방지 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 복수의 발전장치들을 하나의 피뢰단구를 이용해 낙뢰를 보호하고, 접지시설을 간소화하여 낙뢰방지 설비 작업 및 비용을 절감한 육상 발전단지의 낙뢰방지 시스템에 관한 것이다.

일반적으로, 육상 풍력발전기는 육상에서 발생되는 바람의 운동에너지를 전기에너지로 전환하기 위하여 이용되는 것으로서, 특히 근래에 들어 화석에너지를 이용하지 않고서도 전기에너지를 생산할 수 있어 화석에너지의 고갈 문제를 해결할 수 있는 친환경적인 전력생산방법으로 사용이 점차 증대되고 있다.

이러한 육상 풍력발전기는 통상적으로 도 1에서 보인 것과 같이 회전축(1)을 중심으로 바람의 힘에 의해 회전되는 다수의 블레이드(2)가 결합되고, 상기 회전축(1)에 결합되어 회전운동을 전기에너지로 전환하는 발전기(3)가 결합되며, 상기 블레이드(2) 및 발전기(3)가 바람이 원활하게 부는 높이에서 지지되도록 한 메인포스트(4)로 구성된다.

한편, 자연을 이용한 발전 시설은 상기한 풍력 발전기 이외에도 태양광을 이용한 태양광 발전장치가 제공된다.

일반적으로 태양광 발전장치는 태양광을 전기에너지로 변환시키는 기술로서, 광전효과를 통해 광 기전력을 발생시키는 태양전지를 이용하는 것이며, 에너지원이 청정하고 유지보수가 용이함은 물론 무인화가 가능하다는 장점을 보유하고 있다.

이러한 태양광 발전장치는 도 2에 도시된 바와 같이, 집광된 태양광을 흡수하여 전기로 전환하는 솔라셀(Solar Cell: 4), 솔라셀(4)을 직렬 또는 병렬로 연결한 태양전지 모듈(5), 집광렌즈(미도시)와 태양전지 모듈(5)의 간격을 유지하고 지지하는 구조의 프레임(6)으로 구성된다.

한편, 전술한 풍력발전기와 태양광 발전장치는 효율적인 발전을 위해 최적의 장소에 복수로 설치되어 발전단지로 조성된다.

그리고, 이러한 각 발전단지에는 낙뢰방지를 위한 낙뢰방지 시스템이 설치된다.

상기 낙뢰방지 시스템은, 도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이 풍력발전기 및 태양전지모듈 각각에 피뢰침(7)이 설치되고, 이 피뢰침(7)은 발전단지의 지면에 깔린 메시(8)와 연결되며, 상기 메시(8)는 접지케이블(9)에 의해 지하에 접지되는 구성으로 이루어진다.

이때, 상기와 같이 각 발전단지에 대한 낙뢰방지를 위해, 접지를 위한 접지 시설인 메시(8)가 발전단지 전체에 걸쳐 설치되는바, 이러한 메시(8)의 설치는 공사 규모가 대형화되어 낙뢰방지 시스템을 구축하기 위한 비용이 증가되고 접지시설에 대한 추가공사가 어려운 문제가 있었다.

또한, 풍력발전기 및 태양전지 모듈에 각각 피뢰침(7)을 설치해야하는바, 이러한 작업을 위해서는 각각의 풍력발전기 및 태양전지 모듈에 피뢰침(7)을 설치해야 하기 때문에 맨아워가 증가되는 문제가 있었다.

한편, 그간 육상 풍력발전 및 태양광 발전에 대한 연구 및 개발은 발전효율을 높이는 쪽에만 관심이 집중되어 있었으나, 자연재해 특히 낙뢰에 의한 사고로 인하여 설비피해, 2차 피해, 더 나아가 전력품질 저하 등과 같은 문제점을 해결하기 위한 연구 개발도 절실히 요구되고 있는 실정이다.

대한민국 공개특허 10-2011-29863 대한민국 등록특허 10-1142898

본 고안은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 고안의 목적은 한 개의 피뢰단구를 발전단지 내의 최고점에 설치하여 낙뢰로부터 발전단지 내의 시설들이 보호될 수 있도록 차폐막을 형성하고, 접지시설을 간소화하여 낙뢰방지 설비 및 유지보수 비용이 절감되도록 한 육상의 발전단지 낙뢰방지 시스템을 제공하고자 한 것이다.

본 고안은 상기한 목적을 달성하기 위하여, 지면에 복수로 설치된 풍력발전기 또는 태양광 발전장치로 이루어진 육상의 발전단지에 있어서, 상기 발전단지 중 중간 지점으로부터 육상 풍력발전기 또는 태양광 발전장치의 높이보다 높게 설치된 피뢰철탑;상기 피뢰철탑의 상단부에 설치되며, 플러스(+) 이온 전하를 발생하여 주변 육상 풍력발전기 또는 태양광 발전장치를 향해 반구 형태의 차폐막을 형성하여 육상 풍력발전기 또는 태양광 발전장치를 덮어씌우는 피뢰단구;차폐막으로 방전된 낙뢰전류를 피뢰단구를 통해 지하 전리층으로 전송하며, 피뢰단구에 연결된 접지 케이블;상기 피뢰단구로부터 접지케이블을 통해 내려온 낙뢰전류를 분산시키는 접지봉:을 포함하여 구성된 육상의 발전 단지 낙뢰방지 시스템을 제공한다.

이때, 상기 피뢰철탑에는 피뢰단구의 플러스 전하를 발생시키기 위해 자가 발전을 위한 보조 블레이드가 더 설치된 것이 바람직하다.

또한, 상기 접지봉은 지하를 천공하여 전리층에 설치하고, 상기 접지봉에는 낙뢰전류가 전리층으로 분산될 수 있도록 복수의 접지근이 설치된 것이 바람직하다.

본 고안에 따른 육상의 발전 단지 낙뢰방지 시스템은 다음과 같은 효과가 있다.

한 개의 피뢰단구를 풍력발전 단지 또는 태양광 발전단지 내 최고점에 설치하고, 피뢰단구로부터 토출된 플러스(+) 이온 전하가 풍력발전기 또는 태양광 발전장치를 덮어씌울 수 있도록 반구 형태의 차폐막을 형성함으로써 낙뢰방지 설비에 대한 구성을 간소화하고 설비 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.

즉, 복수의 풍력발전기 또는 태양광 발전장치마다 개별적으로 피뢰침을 설치할 필요가 없을 뿐만 아니라, 지면에 접지를 위한 메시를 설치하는 대규모 공사가 생략될 수 있으므로, 낙뢰 방지 설비에 대한 비용 및 작업규모를 줄일 수 있는 것이다.

도 1은 일반적인 풍력발전기를 나타낸 사시도
도 2는 일반적인 태양광 발전장치를 나타낸 사시도
도 3a는 종래 기술에 따른 풍력 발전단지의 낙뢰 방지 시스템을 나타낸 요부 사시도
도 3b는 종래 기술에 따른 태양광 발전단지의 낙뢰 방지 시스템을 나타낸 요부 사시도
도 4는 본 고안의 바람직한 실시예에 따른 육상의 풍력 발전단지 낙뢰방지 시스템을 나타낸 정면도
도 5는 본 고안의 바람직한 실시예에 따른 육상의 태양광 발전단지 낙뢰방지 시스템을 나타낸 측면도
도 6은 본 고안의 바람직한 실시예에 따른 육상의 발전단지 낙뢰방지 시스템 중 지상의 피로철탑 구조물을 나타낸 단면도
도 7은 본 고안의 바람직한 실시예에 따른 육상의 발전단지 낙뢰방지 시스템 중 지하의 접지시설을 나타낸 단면도.

본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정 해석되지 아니하며, 고안자는 그 자신의 고안을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 고안의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

이하, 첨부된 도 4 내지 도 7을 참조하여 본 고안의 바람직한 실시예에 따른 육상의 발전단지 낙뢰방지 시스템(이하, '낙뢰방지 시스템'이라 함)에 대하여 설명하도록 한다.

낙뢰방지 시스템은 육상에 조성된 풍력 발전단지 또는 태양광 발전단지로의 낙뢰를 방지하되, 이를 위한 낙뢰 방지 시설을 간소화하여 낙뢰 방지 설비 비용 및 작업 규모를 줄인 기술적 특징이 있다.

이를 위해, 발전단지의 중심 최고점에 피뢰단구를 설치하여 피뢰단구로 하여금 플러스 이온 전하를 갖는 반구 형태의 차폐막을 형성하여 발전단지 내의 발전설비를 덮어씌우도록 함으로써, 복수의 발전장치에 대한 개별 접지공사를 생략할 수 있다.

낙뢰방지 시스템은 피뢰철탑(100)과, 피뢰단구(200)와, 접지 케이블(300)과, 접지봉(400)을 포함하여 구성된다.

피뢰철탑(100)은 피뢰단구(200)가 설치되는 구성이며, 발전단지 내에 최고점을 제공한다.

이때, 피뢰철탑(100)은 발전단지 내의 중간 지점에 설치됨이 바람직하다.

이는, 피뢰철탑(100)의 상단부에 설치되는 피뢰단구가 형성하는 반구 형태의 차폐막이 발전장치들을 효율적으로 덮어씌울 수 있도록 하기 위함이다.

이때, 피뢰철탑(100)에는 항공 장애등(110)이 설치됨이 바람직하다.

이는, 발전단지 내에서 피뢰철탑(100)이 최고점을 제공하기 때문에, 항공기의 접근을 경고하기 위한 수단이다.

또한, 피뢰철탑(100)에는 보조 블레이드(120)가 설치된다.

보조 블레이드(120)는 풍력발전기의 블레이드를 통한 발전 외에 추가 발전을 하기 위함이다.

이때, 보조 블레이드(120)에 의한 추가 발전량은, 후술하는 피뢰단구(200)로부터의 전하 발생과 상기한 항공 장애등(110)을 점멸시킬 수 있는 정도의 발전량이면 충분하다.

이에 따라, 보조 블레이드(120)의 크기는 과도하게 클 필요가 없으며, 대략 6V 정도의 발전량을 얻을 수 있을 정도이면 충분하다.

다음으로, 피뢰단구(200)는 낙뢰를 방전시키기 위한 플러스(+) 이온 전하를 형성하며, 피뢰철탑(100)의 상단부에 설치된다.

피뢰단구(200)는 낙뢰의 마이너스(-) 이온 전하를 흡수하여 후술하는 접지봉(400)을 통해 지하로 방전시키는 것이다.

이때, 피뢰단구(200)에는 플러스 이온 전하를 형성하는 전기소자(미도시)가 설치되며, 피뢰단구(200)의 플러스 이온 전하 발생은 보조 블레이드(120)를 통해 얻은 전기를 이용한다.

한편, 피뢰단구(200)의 위치는 발전단지 내에서 최고점을 위치하므로, 피뢰단구(20))로부터 발생한 플러스 이온 전하는 차폐막을 형성하게 된다.

이때, 차폐막은 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 피뢰단구(200) 하방에 위치한 복수의 발전장치들을 반구 형태로 덮어씌우게 된다.

다음으로, 접지케이블(300)은 피뢰단구(200)를 통해 흡수된 낙뢰의 전하를 후술하는 접지봉(400)으로 전달하는 역할을 하며, 피뢰단구(200)에 연결되어 피뢰철탑(100)에 설치된다.

이때, 접지케이블(300)과 피뢰단구(200)의 연결부위에는 절연마스트(310)가 설치된다.

다음으로, 접지봉(400)은 접지케이블(300)을 통해 전달된 낙뢰의 전하를 지하 전리층으로 접지시키는 역할을 한다.

이때, 접지봉(400)은 지하에 매설되는데, 지하 깊이는 내략 90m로 천공된다.

이때, 접지봉(400)은 수평(horizontal) 타입과, 수직(vertical) 타입으로 제공될 수 있다.

한편, 상기 접지봉(400)에는 접지저항 저감제와 벤토나이트(bentinite)와 같은 전해질이 충진되어 매설된 토양의 종류에 관계없이 낮은 접지 저항을 효율적이고 안정적으로 유지시킬 수 있는 특징이 있다.

또한, 접지봉(400)에는 배액공(410)이 형성되며, 접지봉(400) 내에 충진된 벤토나이트는 상기 배액공(410)을 통해 토출되어 토양에 자연스럽게 스며들도록 하여 토양의 전기적인 전도율을 향상시킬 수 있게 된다.

그리고, 상기 접지봉(400)의 단부에는 복수의 접지근(420)이 설치된다.

접지근(420)은 도 7에 도시된 바와 같이 접지봉(400)의 단부에 여러 가닥으로 설치되어, 접지 케이블(300)을 통해 접지봉(4000으로 전달된 낙뢰 전하를 지하 전리층에 분산시키는 역할을 하게 된다.

이하, 상기한 구성으로 이루어진 낙뢰방지 시스템의 설치 및 작용에 대하여 설명하도록 한다.

풍력발전단지 또는 태양광발전단지의 중간 지점에 피뢰철탑(100)을 설치한다.

이때, 피뢰철탑(100)의 상단부는 풍력발전기 또는 태양광 발전장치보다 높은 최고점에 위치된다.

이때, 피뢰철탑(100)의 맨 상단부에는 피뢰단구(200)가 설치되며, 피뢰단구(200)보다 약간 낮은 지점에는 항공 장애등(110) 및 보조 전력 생산을 위한 보조 블레이드(120)가 설치된다.

다음으로, 접지를 위하여, 피뢰철탑(100)이 설치된 지면을 약 90m 깊이로 천공시킨다.

이때, 지면에는 천공된 지하의 개구부(500)가 형성되며 상기 개구부(500)는 덮개(510) 등에 의해 차폐된다.

다음으로, 개구부(500)를 통해, 천공된 지하로 접지봉(400)을 매설시킨다.

이때, 접지봉(400)의 배액공(410)으로부터 전해질의 벤토나이트가 토출되어 지하 토양에 스며듦으로써 지하 토양은 전도율이 향상될 수 있다.

이때, 접지봉(400)의 상단부는 개구부(500)에 위치되도록 설치하여, 접지봉(400)의 유지보수시 접지봉(400)을 끌어올리는데 용이하도록 한다.

한편, 피뢰단구(200)에 연결된 접지케이블(300)은 접지봉(400)의 일측에 연결된다.

이와 같이 피뢰철탑(100) 및 접지봉(400)의 설치가 완료되면, 보조 블레이드(120)로부터 생산된 전기를 이용해 피뢰단구(200)로 하여금 플러스 이온 전하를 형성시킨다.

이때, 피뢰단구(200)로부터 형성된 플러스 이온 전하는 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이 하방을 향해 반구 형태의 차폐막을 형성시킨다.

이때, 풍력발전기 또는 태양광 발전장치는 반구 형태의 차폐막에 의해 보호된다.

이후, 낙뢰가 발생하면, 마이너스 이온 전하를 갖는 낙뢰는 차폐막으로 흡수된 후, 피뢰단구(200)를 통해 접지케이블(300)을 따라 접지봉(400)으로 전달된다.

이후, 낙뢰 전하는 접지근(420)을 통해 지하의 전리층 여러 곳으로 분산됨에 따라 접지 효율이 높아지게 된다.

지금까지 설명한 바와 같이 본 고안에 따른 육상 발전단지의 낙뢰방지 시스템은 플러스 이온 전하를 형성하는 하나의 피뢰단구를 이용해 반구 형태의 차폐막으로 발전단지 내의 여러 발전장치들을 보호할 수 있는 기술적 특징이 있다.

이에 따라, 각 발전장치마다 낙뢰방지를 위한 장치를 개별적으로 설치할 필요가 없으므로 낙뢰방지 설비 비용 및 맨아워가 절감될 수 있다.

또한, 접지를 위한 시설이 간소화되므로, 대규모의 공사가 생략되어 낙뢰방지 시스템 구축을 위한 비용이 절감되며, 유지 보수가 용이한 기술적 특징이 있다.

이상에서 본 고안은 기재된 구체예에 대하여 상세히 설명되었지만 본 고안의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정은 첨부된 특허 청구범위에 속함은 당연한 것이다.

100 : 피뢰철탑 110 : 항공장애등
120 : 보조 블레이드 200 : 피뢰단구
300 : 접지 케이블 310 : 절연마스트
400 : 접지봉 410 : 배액공
420 : 접지근 500 : 개구부
510 : 덮개

Claims (3)

1. 지면에 복수로 설치된 풍력발전기 또는 태양광 발전장치로 이루어진 육상의 발전단지에 있어서,
   상기 발전단지 중 중간 지점으로부터 육상 풍력발전기 또는 태양광 발전장치의 높이보다 높게 설치된 피뢰철탑;
   상기 피뢰철탑의 상단부에 설치되며, 플러스(+) 이온 전하를 발생하여 주변 육상 풍력발전기 또는 태양광 발전장치를 향해 반구 형태의 차폐막을 형성하여 육상 풍력발전기 또는 태양광 발전장치를 덮어씌우는 피뢰단구;
   차폐막으로 방전된 낙뢰전류를 피뢰단구를 통해 지하 전리층으로 전송하며, 피뢰단구에 연결된 접지 케이블;
   상기 피뢰단구로부터 접지케이블을 통해 내려온 낙뢰전류를 분산시키는 접지봉:을 포함하여 구성된 육상의 발전 단지 낙뢰방지 시스템.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 피뢰철탑에는 피뢰단구의 플러스 전하를 발생시키기 위해 자가 발전을 위한 보조 블레이드가 더 설치된 것을 특징으로 하는 육상의 발전 단지 낙뢰방지 시스템.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
   상기 접지봉은 지하를 천공하여 전리층에 설치하고, 상기 접지봉에는 낙뢰전류가 전리층으로 분산될 수 있도록 복수의 접지근이 설치된 것을 특징으로 하는 육상의 발전 단지 낙뢰방지 시스템.
   

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