KR960000924B1 - 피뢰보호장치의 캐리어 시스템 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

피뢰보호장치의 캐리어 시스템

제1도는 본 발명에 의한 절단해낸 피뢰도선의 내부구조를 부분적으로 도시하는 측면도.

제2도는 제1도의 2-2선을 따른 단면도.

제3도는 고압용 단말부의 사시도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 절연체코어 2 : 전도성 와이어

3 : 중심선 4 : 절연층

5 : 전도성 와이어 6 : 보호피복

본 발명은 피뢰보호장치의 캐리어 시스템(Carrier System)에 관한 것이다.

종래의 피뢰장치들은 일반적으로 심각한 위험을 내포하고 있는 것으로 알려져 있는데, 그 이유는 피뢰장치에 낙뢰에 의해 강타할때, 접지된 나신의 구리도체와 그 인근에 있는 물체 또는 사람사이에는 소위 높은 에너지의 측방 뇌섬락이라 불리는 에너지방출이 발생하기 때문에 보호받을 물체의 구조의 높이가 갈수록 높아지고 있으며 뇌전류는 나신의 하부도체내에서만 감당할 수가 없어서, 전압파괴가 발생하여 화재를 일으키거나 인체를 위태롭게 하거나 전기설비 및 전자제품의 파손 등을 발생시켜 재난의 결과를 초래하게 된다.

본 발명자는 이 주된 단점을 참작하여, 뇌전류를 접지장치로 유도시키는 시스템을 개발한바 있는데(미국특허 제3,919,956호 및 다른 국가의 대응 특허) 이 장치의 구성을 보면, 접지도선의 둘레에 금속피복을 입히고 이 도선과 피복사이에는 절연체를 삽입하여 간격을 두며, 상기 금속피복 위에도 절연체의 피복을 입히어 그 전체를 접지시키는 것이었다.

종래의 접지도선, 즉 전기적으로 밀봉된 셋트내에 일체로 수용될 수 없는 모든 종전의 피뢰설비에 비하여 본 발명에서 개선을 기할 수 있었다는 사실은 고압기술에 속하는 개념에 의하는 것이며, 또한 위에서 언급한 특허에 비하여 개선을 이룰 수 있었던 것도 같은 이유에서인데, 피뢰시설을 상기 전기적으로 밀봉된 셋트내에 일체로 결합시킬 수 있는 것은 밀봉상태를 가능하게 하는 동축구조가 있는 경우에 한하여 가능한 것이다.

전압구배가 내구한계치를 초과하면, 나신의 또는 보통 절연피복한 접지도선을 따라 축방 뇌섬락이 발생한다.

나신의 원통형 도선 표면상에 있어서의 전계의 강도는 도선의 직경 및 그 환경에 따라 다르다.

뇌전류가 흐르는 동안 이 도선에 나타나는 전압은 그 전류가 흐르는 도선의 전기저항에 따라 다르다.

이 저항치는 배셀함수를 사용하여 원통형 도선에 대한 막스웰의 공식을 풀어서 계산할 수가 있다.

이 현상에 관한 대표적인 형상은 침투깊이에 관한 개념에 의하여 주어진다.

이와같은 방식에 의하여“실제로 사용되는 도선의 부분”이 어디인가를 밝혀내는 것이 가능하다.

피뢰전류를 형성하는 주파수 스펙트럼은 20 내지 100KHZ의 범위내에 든다.

원통형 도체에 있어서 침투깊이는 0.48mm 및 0.21mm임을 각각 확인하였다.

그러므로 단면의 크기가 동일할 때, 중공성 원통형 도체는 고상도체 도선보다 유리하다.

예를들면

6mmφ 의 나신의 동선

Rca=2.1mΩ/m(200KHZ)

Rca=4.6mΩ/m(100KHZ)

EF 특수 케이블

Rca=0.9mΩ/m(20KHZ)

Rca=2.2mΩ/m(100KHZ)

개선인수 : 약 2

위의 값들은 다음 3가지 참조문헌에서 인용한 고전적인 공식들에 의하여 계산하였다.

(1) 흑파농스펠더 프린즈 페르락 올데부록(Hochspannungsfelder H. Prinz Verlag Oldenbyrg)

(2) 흑파농스 테크닉 포트레송 베르거(Hochspannungstechnik Vorlesung Prof. Dr K. Berger)

(3) 비르벨스트뢰베 쉬몽인데 나흐리트인데 나흐리테크닉 카덴스프링거 베르락(Wirbelstrome und schirmung in der Nachrichtentechnik Dr phil. H. Kaden Springer Verlag)

본 발명의 구조물에 대한 시험치들은 실험실 측정에 의하여 수행하였으며 그 결과치는 다음과 같다.

(i) 층간 절연층의 규격을 적절히 결정하면 측방뇌섬락은 결코 발생하지 않으며 중심도선내에 서지전압이 발생하더라도 접지 구조물에 손상을 입히는 것이 보이지 않았다.

(ii) 서지전압이 있을때에 볼 수 있는 것은 에너지 함량이 매우 낮은 그로우방전인데 이것은 접지구조물 주위에 발생할 수 있으나 구조물을 손상시키지는 않는다.

이러한 방전은 이미 1세기 전에 텔사가 테스라(Tesla)가 고주파 전류시험중 관찰한바 있다.

피뢰도선에 수용될 수 있는 서지전압의 값은 그 극대치와 방전파형에 따라 달려있으며, 본 발명인은 앤더슨과 에릭슨에 의하여 현재 사용되고 있는 접지방법의 기능을 연구하고 그 특징을 정의하기 위하여 최근에 제출된 “뇌전류 임펄스”에 관한 종합적인 자료에 의하여 많은 도음을 받았다.

본 발명은 모든 뇌전류에 견딜 수 있는 접지법을 제공하는 것이다.

이러한 모든 파라미터들을 철저히 검토한 결과, 다음과 같은 사실을 알게 되었다.

즉 임피던스, 전지저항 및 피뢰도선 및 금속피복의 인덕턴스등은 불리한 효과가 나타나게 되며 따라서 그 임피던스를 줄여야만이 약간의 잇점이 될 수 있는 것이다.

그러나 피복된 케이블은 중앙도선을 구비하는데 이 중앙도선은 나선형으로 꼬여진 한벌의 금속와이어로서 이루어지고 이 금속와이어들은 절연체의 코어를 중심으로 하여 꼬여져 있으며 이 중앙도선 위에는 절연물질이 입혀지고, 이 절연물질의 층위에는 금속피복이 입혀지는데 이 금속피복은 와이어나 금속대상체를 나선형으로 감아서 이루어진다.

그 결과는 다음과 같이 된다.

즉 내선도선과 피복을 결합시키거나 중첩되더라도(와이어가 아니고 금속대상체의 경우), 이 금속와이어나 대상체에는 산화물의 층의 필연적으로 생겨나기 때문에, 전류는 직선으로 흐르는 것이 아니고 나선형 통로를 따라 흐르며 따라서 전기저항과 인덕턴스를 증가시킨다.

따라서 본 발명에서는 케이블이 중앙선에 대하여 평행하게 와이어나 금속대상체를 배열함으로서, 임피던스를 상당히 감소시킬 수 있고, 본 발명의 의도하는 바에 따라 피뢰도선의 성능을 개선할 수 있게 되는 것이다.

첨부 도면들은 본 발명에 의한 피뢰도선의 실시예를 도시한 것으로서 제1도는 절단해낸 피뢰도선의 내부 구조에 대한 부분측면도이며, 제2도는 제1도의 2-2선을 따른 단면도이다.

이 피뢰도선의 구조에 있어서, 1번은 절연체로 만들어진 원형의 단면을 가진 코어이며, 이 코어(1)의 둘레에는 금속와이어(2)들이 중심선(3)과 평행한 관계로 분포되어 있으며, 전체 도선이 직선으로 되어 있으면 중심선(3)은 도선의 중심축이 된다.

이 와이어(2)들은 설치지점(도시되지 않음)에서부터 접지장치(도시되지 않음)에 이르는 피뢰시설의 제1접지 요소가 된다.

고압 전류에 내재하는 피막효과로 인하여 절연체 코어(1)과 점유하는 공간을 전도성 와이어로 채울 필요가 없다.

와이어(2)의 층의 둘레에는 절연체의 막(4)이 둘러싸여 있는 것을 볼 수 있는데, 이 절연층(4)의 두께와 품질에 관하여는 연구가 되어야 한다.

그 이유는 뇌전류가 와이어(2)를 통하여 흐를때 와이어(2)에 발생하는 서지전압에 대해 절연층(4)이 견딜 수 있어야 하기 때문이다.

금속와이어(5)들을 결합시킨 두번째의 셋트가 중심선(3)과 평행한 방향으로 분포되어 있으며 이 와이어(5)들을 제2의 도전부로를 구성하며, 절연층(4)을 완전히 둘러싸고 있으므로 제1도전부(2)도 둘러싸이게 된다.

와이어(5)들은 와이어(2)들에 대해 전계 차폐역할을 하며, 그 아래끝은 접지되어 있다(도시되어 있지 않음).

도전성 와이어(5)층의 둘레에는 적절한 규격의 절연물질로 된 보호피복(6)이 덮여져 있다.

와이어(5)들은 와이어 대신에 평행하게 중첩된 금속대상체로 형성시켜, 그 대상체의 한벌이 도전성 파이프를 형성하게끔 할 수 있다.

제2도전부(5)를 완전한 튜브로서 형성시킬 수 있다고 상상하는 사람도 있을 것이다.

그러나 이것은 심각한 단점을 가지고 있다.

그 이유는 그 경우의 구조체를 운반하고 보관하기 위해 코일로 감게되면, 파열이 발생하게 되기 때문이다.

파형관으로서 만들면, 코일로 감기에는 더 쉬울것이나, 전기저항과 인덕턴스가 더욱 증가할 것이므로 이 부분에 있어서의 전류는 파형화된 통로를 따라 흐르게 된다.

절연체의 전기적 영향은 외부조건과는 관계없이 구조물 전체의 길이에 대하여 한정되어야 하므로 고압전력케이블에서와 마찬가지로 동축 전도층을 사용할 필요가 생기는 것이다.

그렇기 때문에 이 피뢰도선은 금속물체의 뾰족한 끝이나 가장자리에 위치시켜도, 이 피뢰도선의 전기적 내구력에는 아무런 나쁜 영향을 미치지 않는다.

고압 절연체는 기계적으로 보호를 받게하여서 운반, 설치 및 시행시에 파손당할 위험을 피해야 한다.

강력한 금속요소와 국한의 기후조건에 견딜 수 있는 피복은 상기 역할을 원만하게 수행할 수 있다.

마지막으로, 보호막의 덕분으로 고압절연층의 상태를 두가지의 단순한 전기시험에 의하여 어느때나 점검하는 것이 가능하다.

또한 이러한 사항들에 의하여 현대사회의 요구를 충족시킬 수 있는 피뢰용 접지도선을 구성시키는 것이 가능하게 되었으며, 나신의 도선에 비하여, 본 발명의 이러한 피뢰구조물의 횡방향 전압파괴의 위험은 45 내지 90%가 감소가 되며 이는 실험실에서의 실험과 계산된 수치들에 의하여 모두 그 사실을 확인할 수가 있을 것이다.

제3도는 고압용 단말부위를 도시한 것이며, 이것은 접지도선의 상부단말을 수용할 수 있게끔 적당한 규격을 구비하고 있어서 가령 낙뢰가 떨어지자마자, 그 방출전류는 전기적 말봉 시스템속으로 흡수되어 들어가게 되고 공기중의 정전하를 통하여 제1차의 자유전자를 발생시키므로 피뢰전류의 크기에 따라 자동적 맞게끔 피뢰전류의 통과를 안전하게 하므로 매우 안정성있는 발명인 것이다.

Claims (3)

1. 제1뇌도전부(2)와, 이 도전부를 덮는 절연피복(4)과, 이 절연피복층을 완전히 덮는 제2도선부(5)와, 이 접지도선의 아래끝에서 전체가 접지되는 것을 포함하며, 상기 두개의 도전부(2), (5)의 각각은 실모양의 금속도체의 세트로 구성하되, 상기 모두는 이 두 도전부(2), (5)에 의해 구성된 세트와 중간절연층(4)의 중심선(3)에 대하여 평행한 관계로 분포되는 것을 특징으로 하는 피뢰보호장치의 캐리어 시스템.
2. 제1항에 있어서, 상기 제2도전부(5)는 중첩되는 대상체로 구성되며, 금속실린더를 함께 형성하는 것을 특징으로 하는 피뢰보호장치의 캐리어 시스템.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 피뢰시스템 제1항의 위부분에는 고압용 단말부가 위치하며, 또한 이 시스템의 모든 구성요소들은 전기적으로 밀봉성 피뢰보호를 하게끔 결합되어 있으며, 공기중의 정전하를 사용하여 제1차 자유전자를 발생시키며 뇌전압의 크기에 의하여 자동적으로 정격으로 되어 뇌파괴를 보장하는 것을 특징으로 하는 피뢰보호장치의 캐리어 시스템.

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