KR20170027979A - 자기장 차폐블록 및 이를 이용한 자기장 차폐방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자기장 차폐블록 및 이를 이용한 자기장 차폐방법에 관한 것으로, 평판형으로 제작되며 서로 겹쳐지게 배치되는 두 장의 블록(11,13)과, 상기 두 장의 블록(11,13) 사이에 배치되는 자성체 시트(21)를 포함하며, 상기 블록(11,13)에서 서로 만나는 두 모서리에는 상기 자성체 시트(21)의 일부가 외부로 돌출되는 돌출부(25)가 구비되며, 반대되는 나머지 두 모서리에는 상대 자성체 시트의 돌출부(25)가 끼워져 상기 자성체 시트(21)와 맞닿을 수 있도록 하는 끼움홈(15)이 형성된다.
본 발명은 규격화한 블록 형태로 제작되므로 자기장의 크기와 방향을 고려한 최적 배치가 가능하고, 보다 편리하고 신속하게 전력선로 인근에 자기장 차폐재를 시공할 수 있는 이점이 있다.

Description

자기장 차폐블록 및 이를 이용한 자기장 차폐방법{MAGNETIC FIELD SHIELDING BLOCK, AND SHIELD METHOD USING THE SAME}

본 발명은 자기장 차폐블록 및 이를 이용한 자기장 차폐방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전력선로의 자기장 차폐에 있어 보다 편리하고 정확하게 차폐재를 설치할 수 있도록 규격화한 자기장 차폐블록 및 이를 이용한 자기장 차폐방법에 관한 것이다.

일반적으로 직류 또는 교류 자기장을 차폐하고자 할 때, 고투자율의 재질, 전기전도성이 우수한 재질 또는 이들의 조합을 통해 그 목적을 달성할 수 있다. 이때, 차폐재의 물성뿐만 아니라 자기장의 방향을 고려한 차폐재의 배치가 매우 중요한 요소가 된다.

자기장 차폐를 위한 종래기술로는 고투자율의 금속 재질의 차폐시트를 사용한 3상 케이블 인근의 자기장 차폐방법(등록특허 제0878615호)과 단상 전선을 차폐재로 감싸는 방법(등록특허 제0323201호) 등이 있다.

그러나 종래기술은 차폐재가 전력선을 덮을 수 있는 단일 형상으로 제작되므로 자기장의 크기와 방향을 고려하여 상황에 따른 최적 배치가 어렵고 효과적인 자기장 차폐를 실현하기 어려운 문제점이 있다.

본 발명의 목적은 자기장의 크기와 방향을 고려한 최적 배치가 가능하고 보다 편리하고 정확하게 전력선로의 자기장을 차폐하는 차폐재를 설치할 수 있도록 규격화한 블록 형태로 제작하는 자기장 차폐블록 및 이를 이용한 차폐방법을 제공하는 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명은 평판형으로 제작되며 서로 겹쳐지게 배치되는 두 장의 블록과, 상기 두 장의 블록 사이에 배치되는 자성체 시트를 포함하며, 상기 블록에서 서로 만나는 두 모서리에는 상기 자성체 시트의 일부가 외부로 돌출되는 돌출부가 구비되며, 반대되는 나머지 두 모서리에는 상대 자성체 시트의 돌출부가 끼워져 상기 자성체 시트와 맞닿을 수 있도록 하는 끼움홈이 형성된다.

상기 자성체 시트는 방향성 규소강판, 무방향성 규소강판, 퍼멀로이 재질, 이들의 혼합재질 중 선택된 1종으로 이루어질 수 있다.

상기 자성체 시트는 투자율의 특정 방향이 존재할 경우 상기 블록에 그 방향성을 화살표로 표시할 수 있다.

상기 블록은 절연재질로 형성될 수 있다.

자기장 차폐블록을 다수 개 설치하여 전력선로의 자기장을 차폐하며, 자기장 근원과 가까운 곳에 제1 차폐블록을 설치하고, 상기 제1 차폐블록에 비해 동등하거나 낮은 자계 강도에서 최대 투자율이 발현되는 제2 차폐블록을 상기 제1 차폐블록 다음에 설치할 수 있다.

상기 제1 차폐블록과 상기 제2 차폐블록은, 상기 제1 차폐블록에 구비된 돌출부를 상기 제2 차폐블록에 구비된 끼움홈에 삽입하여 상기 돌출부가 상기 제2 차폐블록에 구비되는 자성체 시트와 맞닿을 수 있도록 할 수 있다.

상기 끼움홈이 말단 부위에 위치하는 경우 상기 끼움홈에 'ㄱ'자 형상의 자성체 시트를 결합하여 상기 차폐블록의 외측으로 돌출된 상기 자성체 시트가 자기장 근원을 향하도록 할 수 있다.

본 발명은 규격화한 블록 형태로 자기장 차폐블록을 제작함에 따라 실제 전력선로 인근에 차폐재를 시공함에 있어 보다 편리하고 신속하게 시공할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 자기장의 크기와 방향을 고려한 최적 배치가 가능하고, 자기장 차폐블록을 여러 겹으로 배치하는 경우 블록에 의해 자성체 시트 간 간격을 자동으로 유지할 수 있어 자기장 차폐 효과를 극대화할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 의한 자기장 차폐블록을 연결 설치하여 전력선로의 자기장을 차폐하는 모습을 보인 개념도.
도 2는 도 1의 A로 자기장 차폐블록을 보인 사시도.
도 3은 도 1의 B-B' 부분을 보인 단면도.
도 4는 본 발명에 의한 자기장 차폐블록을 연결 설치하는 모습을 보인 단면도.
도 5는 자성체(페라이트)와 고전도체(구리 판재) 교류 자기장 차폐 모습(화살표는 자기장 방향, 그 길이는 자기장 크기를 나타냄)을 보인 도면.
도 6은 자기장 차폐블록 층간 간격에 따른 차폐 상수를 나타낸 도면.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

본 발명의 자기장 차폐블록은, 도 1에 도시된 바와 같이, 평판형 세그먼트 블록(segment block)으로 제작하며, 다수 개를 연결 설치하여 전력선로(L)의 자기장을 차폐하는 차폐재(1)로 사용할 수 있다.

도 2에 도시된 바와 같이, 자기장 차폐블록(10)은 규격화한 평판형으로 제작되며 서로 겹쳐지게 배치되는 두 장의 블록(11,13)과, 두 장의 블록(11,13) 사이에 배치되는 자성체 시트(21)를 포함한다.

블록(11,13)에서 서로 만나는 두 모서리에는 자성체 시트(21)의 일부가 외부로 돌출되는 돌출부(25)가 구비되며, 반대되는 나머지 두 모서리에는 상대 자성체 시트의 돌출부가 끼워져 자성체 시트(21)와 맞닿을 수 있도록 하는 끼움홈(15)이 형성된다.

끼움홈(15)은 서로 겹쳐지게 배치되는 두 블록(11,13) 중 하나의 블록(11) 일부가 요입 형성되거나 절개되어 형성될 수 있다. 본 실시예에서는 두 블록(11,13) 중 상부에 배치되는 블록(11)의 일부가 노치 형상으로 요입되어 형성된다.

자기장 차폐블록(10)들을 연결 설치할 때 자성체 시트(21)가 서로 맞닿아 있어야 인접 자성체 시트로의 자속(magnetic) 전달이 용이하고 회피(shut) 효과를 극대화할 수 있다.

자기장을 차폐하는 원리는 크게 회피(shut) 효과와 와전류(eddy current) 효과 두 가지로 구분할 수 있다.

회피 효과는 투자율이 큰 자성체가 있을 때 주위의 자속(magnetic flux)이 자성체로 몰림으로써 그 주위의 자속 밀도가 작아지는 원리이다. 와전류 효과는 전기전도체 내의 와전류로 인해 생기는 2차 자속이 원래의 자속을 상쇄시키는 원리로써 교류 자속일 때 생긴다.

블록(11,13)은 절연재질로 형성된다. 예를 들어, 블록(11,13)은 절연체 역할을 할 수 있는 플라스틱, 고무, 스티로폼, 시멘트 등 평판형의 블록을 쉽게 제작할 수 있는 재질로 형성될 수 있다.

블록(11,13)은 소정의 두께를 가져 자기장 차폐블록(10)을 여러 겹으로 설치하는 경우, 자성체 시트(21)들이 일정 간격 이상 유지될 수 있도록 한다. 이때, 블록(11,13)의 두께는 자성체 시트(21)들이 일정 간격 이상 유지되도록 1㎝ 이상으로 제작하는 것이 바람직하다.

자성체 시트(21)는 전력선로의 자기장을 차폐하기 위한 것이다.

자성체 시트(21)는 방향성 규소강판, 무방향성 규소강판, 퍼멀로이 재질, 이들의 혼합재질 중 선택된 1종으로 이루어질 수 있다. 구체적으로, 자성체 시트(21)는 방향성 규소강판, 무방향성 규소강판, 퍼멀로이 재질 등 투자율이 큰 금속 재질의 어느 하나로 이루어질 수 있다.

자성체 시트(21)는 방향성 규소강판과 같이 투자율의 특정 방향이 존재할 경우 블록(11,13)에 그 방향성을 화살표로 표시하는 것이 바람직하다. 블록(11,13)에 자성체 시트(21)의 방향성을 표시하면 자기장 방향을 파악하여 자기장 방향과 일치시키도록 시공할 수 있어 자기장 차폐 효과를 극대화할 수 있다.

자기장 차폐블록(10)은 두 블록(11,13) 사이에 자성체 시트(21)가 두께방향으로 포함되도록 제작할 수 있다. 또는 자기장 차폐블록(10)은 두 블록(11,13)과 자성체 시트(21)를 각각 제작한 후 두 블록(11,13)과 자성체 시트(21)를 접착제 등을 이용하여 부착할 수 있다.

예를 들어, 플라스틱이나 고무 등의 재료로 블록(11,13)을 제작할 경우 두 블록(11,13) 사이에 자성체 시트(21)가 포함되도록 사출성형하여 자기장 차폐블록(10)을 제작하고, 시멘트로 블록(11,13)을 제작할 경우 자성체 시트(21)의 양측에 거푸집을 장착하고 시멘트를 부어 시멘트와 자성체 시트(21)가 견고하게 부착되도록 할 수 있다.

자기장 차폐블록(10)은 미리 규격화한 상태로 제작된 후 매설 공사 과정 중 다수 개를 연결 설치하여 전력선로(L)의 자기장을 차폐하는 차폐재(1)로 사용할 수 있다.

자기장 차폐블록(10)은 다수 개를 연결 설치함과 동시에 효과적인 자기장 차폐를 위해 여러 개를 겹쳐 사용할 수 있다.

자기장 차폐블록을 이용한 자기장 차폐방법은, 도 1에 도시된 바와 같이, 미리 규격화하여 제작한 자기장 차폐블록(10)을 다수 개 연결 설치하여 전력선로(L)의 자기장을 차폐하며, 자기장 근원과 가까운 곳에 제1 차폐블록(10a)을 설치하고, 제1 차폐블록(10a)에 비해 동등하거나 낮은 자계 강도에서 최대 투자율이 발현되는 제2 차폐블록(10b)을 제1 차폐블록(10a) 다음에 설치한다.

또한, 이러한 방법으로 제2 차폐블록(10b) 다음에 제3 차폐블록(10c), 제4 차폐블록을 설치할 수 있다.

실험에 의하면, 자기장 근원과 가까운 곳에 높은 자기장에서 투자율이 크고 낮은 자기장에서 투자율이 작은 제1 차폐블록(10a)(예:방향성 규소강판)을 배치하고 자기장 근원과 먼 곳에 제1 차폐블록(10a)에 비해 동등하거나 낮은 자계 강도에서 최대 투자율이 발현되는 제2 차폐블록(10b)(예:퍼멀로이)를 배치하였을 때 자기장 차폐 효과가 가장 우수하였다.

도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 제1 차폐블록(10a)과 제2 차폐블록(10b)은, 제1 차폐블록(10a)에 구비된 돌출부(25a)를 제2 차폐블록(10b)에 구비된 끼움홈(15b)에 삽입하여 돌출부(25a)가 제2 차폐블록(10b)에 구비되는 자성체 시트(21b)와 맞닿을 수 있도록 한다.

끼움홈(15a)이 말단 부위에 위치하는 경우 끼움홈(15a)에 'ㄱ'자 형상의 자성체 시트(31)를 결합하여 자기장 차폐블록(10a)의 외측으로 돌출된 자성체 시트(31)가 자기장 근원을 향하도록 한다. 이는 자기장 차폐블록(10)의 설치 후 말단 부위의 자기장 증가 현상을 방지하기 위한 것이다.

자속은 자기장 차폐시트(10a)의 말단 부위에서 증가하는 경향을 보이므로, 이를 해소하기 위해서는 자기장 근원 쪽으로 자성체 시트(21)를 구부려 주어야 차폐하고자 하는 영역의 자기장을 더 작게 할 수 있다.

돌출부(25c)가 말단 부위에 위치하는 경우는 단순히 구부려 자성체 시트(21)가 자기장 근원을 향하도록 할 수 있다. 그러나, 끼움홈(15a)이 말단 부위에 위치하는 경우는 끼움홈(15a)에 'ㄱ' 자 형상의 자성체 시트(31)를 추가로 결합하여 자성체 시트가 자기장 근원을 향하도록 한다.

본 발명이 자기장을 차폐하는 원리에 대해 설명한다.

도 5에는 자성체(페라이트)와 고전도체(구리 판재) 교류 자기장 차폐 모습(화살표는 자기장 방향, 그 길이는 자기장 크기를 나타냄)을 보인 도면이 도시되어 있다.

도 5는 투자율이 크지만 전기전도도가 매우 작은 페라이트와 투자율은 1이지만 전기전도도가 큰 구리 판재의 예를 들어 보인 것이다.

도 5에 도시된 바에 의하면, 회피 효과는 자기장의 방향과 자성체의 길이 방향이 일치할 때 그 효과가 극대화되고(도 5의 (a)), 와전류 효과는 서로 수직할 때 그 효과가 극대화됨을 알 수 있다(도 5의 (b)).

금속 재질로 된 자성체(규소강판, 퍼멀로이 등)는 이 두 가지 효과를 동시에 보이게 되며 투자율, 도전율, 주파수 등에 따라 주된 효과가 달라진다. 또한, 퍼멀로이와 같이 투자율이 등방성인 경우는 관계없으나, 방향성 규소강판과 같이 이방성인 경우는 자기장의 방향과 재료의 투자율이 좋은 방향을 일치하도록 하는 것이 차폐효과가 더 뛰어나다.

도 6에는 자기장 차폐블록 층간 간격에 따른 차폐 상수를 나타낸 것이다. 즉, 2장의 자기장 차폐블록를 배열할 때 그 간격에 따른 차폐 효과를 차폐 상수로 나타낸 것이다.

여기서, GO는 Grain-Oriented 즉, 방향성 규소강판, PC는 퍼멀로이를 의미하며, 차폐 상수는 자기장 차폐블록이 없을 때와 있을 때의 자기장 크기 비율을 뜻한다.

도 6에 도시된 바에 의하면, 이종 재질을 사용할 경우 두 시트의 간격이 최소 1㎝ 이상이 되어야 저감 효과가 두드러짐을 알 수 있다.

또한, 여기서 GO-PC 배열 즉, 자기장 근원과 가까운 쪽에 GO를 배치하고 먼 쪽에 PC를 배치한 경우의 차폐 효과가 가장 우수함을 확인할 수 있다. 그 이유는 GO가 PC에 비해 높은 자기장에서는 투자율이 크고, 낮은 자기장에서는 투자율이 작기 때문이다.

상술한 연구 결과는, 여러 겹으로 자기장 차폐블록(10)을 설치하는 경우 각 자성체 시트(21)들 간의 간격이 일정 간격 이상이 유지될 수 있도록 블록(11,13)의 두께를 1㎝ 이상으로 제작해야 함을 알 수 있다.

또한, 자기장의 방향과 자성체 시트의 자화용이축이 일치하게끔 배치하는 것에서 자기장 차폐 효과를 극대화할 수 있음을 알 수 있다.

자기장 차폐블록(10)은 미리 제작해 놓음으로써 자연 상태에서 부식이 쉽게 일어나는 재질의 경우 부식을 방지할 수 있다.

자기장 차폐블록(10)은 60Hz 전력주파수의 자기장에 대해 실험하였으며 효과적인 자기장 차폐가 가능하였다.

이하 본 발명의 작용을 설명한다.

본 발명의 자기장 차폐블록(10)은 도 2에 도시된 바와 같이 미리 규격화한 상태로 제작된다. 제작된 자기장 차폐블록(10)은 도 1에 도시된 바와 같이, 다수 개를 연결 설치하여 전력선로(L)의 자기장을 차폐하는 차폐재(1)로 사용한다.

자기장 차폐블록(10)의 연결 설치는, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 제1 차폐블록(10a)에 구비된 돌출부(25a)를 제2 차폐블록(10b)에 구비된 끼움홈(15b)에 삽입하여 돌출부(25a)가 제2 차폐블록(10b)에 구비되는 자성체 시트(21b)와 맞닿을 수 있도록 함으로써 인접 자성체 시트로의 자속 전달이 용이하도록 한다.

돌출부(25c)가 말단 부위에 위치하는 경우는 단순히 구부려 자성체 시트(21)가 자기장 근원을 향하도록 하며, 끼움홈(15a)이 말단 부위에 위치하는 경우는 끼움홈(15a)에 'ㄱ'자 형상의 자성체 시트(31)를 결합하여 자기장 차폐블록(10a)의 외측으로 돌출된 자성체 시트(21a)가 자기장 근원을 향하도록 함으로써 말단 부위 자기장 증가를 방지한다.

자성체 시트(21)가 방향성 규소강판인 경우에는 자기장 방향을 파악하여 자기장 방향과 일치시키도록 최적 배치하여 자기장 차폐 효과를 극대화할 수 있도록 한다.

자기장 근원과 가까운 쪽에는 높은 자기장에서 투자율이 크고 낮은 자기장에서 투자율이 작은 제1 차폐블록(10a)(자기장 차폐블록)을 배치하고, 먼 쪽에는 제1 차폐블록(10a)에 비해 동등하거나 낮은 자계 강도에서 최대 투자율이 발현되는 제2 차폐블록(10b)(자기장 차폐블록)을 배치하는 식으로 제3 차폐블록(10c), 제4 차폐블록을 순차적으로 배치하여 자기장 차폐 효과가 가장 우수하도록 한다.

상술한 자기장 차폐블록(10)은 자기장의 크기와 방향을 고려한 최적 배치가 가능하고, 여러 겹으로 배치하는 경우 자성체 시트(21) 간 간격을 자동으로 유지할 수 있으며, 실제 전력선로 인근에 시공함에 있어 보다 편리하고 신속하게 시공하여 우수한 자기장 차폐 효과를 발휘할 수 있다.

본 발명의 권리는 위에서 설명된 실시예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.

1: 차폐재 10: 자기장 차폐블록
11,13: 블록 15: 끼움홈
21: 자성체 시트 25: 돌출부
31: 'ㄱ'자 형상의 자성체 시트

Claims (7)

1. 평판형으로 제작되며 서로 겹쳐지게 배치되는 두 장의 블록과,
   상기 두 장의 블록 사이에 배치되는 자성체 시트를 포함하며,
   상기 블록에서 서로 만나는 두 모서리에는 상기 자성체 시트의 일부가 외부로 돌출되는 돌출부가 구비되며, 반대되는 나머지 두 모서리에는 상대 자성체 시트의 돌출부가 끼워져 상기 자성체 시트와 맞닿을 수 있도록 하는 끼움홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 자기장 차폐블록.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 자성체 시트는 방향성 규소강판, 무방향성 규소강판, 퍼멀로이 재질, 이들의 혼합재질 중 선택된 1종으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 자기장 차폐블록.
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 자성체 시트는 투자율의 특정 방향이 존재할 경우 상기 블록에 그 방향성을 화살표로 표시한 것을 특징으로 하는 자기장 차폐블록.
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 블록은 절연재질로 형성된 것을 특징으로 하는 자기장 차폐블록.
5. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 기재된 자기장 차폐블록을 다수 개 설치하여 전력선로의 자기장을 차폐하며,
   자기장 근원과 가까운 곳에 제1 차폐블록을 설치하고,
   상기 제1 차폐블록에 비해 동등하거나 낮은 자계 강도에서 최대 투자율이 발현되는 제2 차폐블록을 상기 제1 차폐블록 다음에 설치하는 것을 특징으로 하는 자기장 차폐블록을 이용한 자기장 차폐방법.
6. 청구항 5에 있어서,
   상기 제1 차폐블록과 상기 제2 차폐블록은,
   상기 제1 차폐블록에 구비된 돌출부를 상기 제2 차폐블록에 구비된 끼움홈에 삽입하여 상기 돌출부가 상기 제2 차폐블록에 구비되는 자성체 시트와 맞닿을 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 자기장 차폐블록을 이용한 자기장 차폐방법.
7. 청구항 5에 있어서,
   상기 끼움홈이 말단 부위에 위치하는 경우 상기 끼움홈에 'ㄱ'자 형상의 자성체 시트를 결합하여 상기 차폐블록의 외측으로 돌출된 상기 자성체 시트가 자기장 근원을 향하도록 하는 것을 특징으로 하는 자기장 차폐블록을 이용한 자기장 차폐방법.

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