KR101088686B1 - 아크방전형 침부 접지장치 - Google Patents

Abstract

아크유도형 침부 접지장치가 개시된다. 개시된 접지장치는 지중에 매입되며 아크방전을 통해 대지로 고전압의 뇌서지를 방류하는 방전관; 상기 방전관 내주면과 이격된 상태로 상기 방전관에 삽입되며, 상단이 지상의 피보호장치에 접속되는 접지봉; 상기 접지봉 하단에 접속되어 상기 접지봉을 통해 인가되는 저전압의 사고전류를 지중으로 방류하는 방전단; 상기 접지봉에 설치되어 상기 접지봉에 인가되는 서지전압에 의해 아크를 발생시키는 다수의 침전극; 상기 접지봉 하부에 권취되고 상기 방전단과 접속되어, 상기 침전극과 상기 방전관 사이에 전위차를 발생시켜 아크를 유도하며, 지중으로부터 상기 방전단으로 유입되는 1차 역서지에 대하여 임피던스로 작용하는 아크유도코일; 및 상기 접지봉 상단과 상기 피보호장치 사이에 배치되어 상기 접지봉을 따라 상기 피보호장치로 전가되는 2차 역서지를 방지하는 역서지방지 소자를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

아크방전형 침부 접지장치{ARC INDUCING TYPE DRIVEN ROD APPARATUS HAVING NEEDLES}

본 발명은 아크방전형 침부 접지장치에 관한 것으로, 특히 뇌락으로 인한 서지(surge)나 이상전압, 과전류를 대지로 방전뿐만 아니라 대지로부터 접지봉을 통해 피보호장치로 인가되는 2차 역서지를 차단함으로써 저 전력 소형 전자장비에서 잡음방지 및 전압변위를 방지할 수 있도록 저 임피던스 특성을 구현할 수 있는 아크방전형 침부 접지장치에 관한 것이다.

일반적으로 접지는 낙뢰로부터 발생되는 임펄스 형태의 전류를 제한시키거나 전력시스템과 같은 전원에 관계된 장비에 돌발적으로 유입될 수 있는 과전류 또는 이상전압을 제한함으로써 장비는 물론이고 인체를 보호하기 위한 수단으로 널리 이용되어 왔다.

그런데 요즈음 IT산업이 발전함에 따라 접지의 개념은 서지나 이상전압, 과전류를 방지하는 것뿐만 아니라, 주로 반도체 소자들로 구성된 저 전력 소형전자장비 예를 들면, 전자제어 장비(컴퓨터 장치) 및 정보통신 설비 등에서 잡음방지 및 전압변위를 방지하기 위한 저 임피던스 특성을 구현하는 데 더 큰 의미를 부여하고 있다.

한편 각종 서지에는 고조파 성분이 포함되어 있어, 상용주파수에서 무시할 수 있었던 접지도체 임피던스에 의한 전압강하, 도체 간 유도전압 및 대지의 커패시턴스 영향이 크게 작용하며 이에 따라 접지계의 응답특성이 저주파수일 때와는 다른 양상을 보이게 된다. 현재 사용되고 있는 전자제어 및 통신장비 등은 전기적 잡음에 민감하기 때문에 뇌서지의 침입 시 접지도체의 전위상승이나 유도전압에 대한 대책이 절실히 요구되고 있다.

상기 문제점을 해결하기 위해, 본 발명은 지락사고 시 접지봉에 인가되는 서지전압을 아크방전을 통해 방전관으로부터 대지로 신속하고 방전하면서 대지로부터 유입되는 1차 역서지(B1)를 방지하고, 접지봉과 피보호장치 사이에 배치되는 역서지방지 소자를 통해 피보호장치로 인가되는 2차 역서지(B2)를 효과적으로 차단하기 위한 아크방전형 침부 접지장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 지중에 매입되며 아크방전을 통해 대지로 고전압의 뇌서지를 방류하는 방전관; 상기 방전관 내주면과 이격된 상태로 상기 방전관에 삽입되며, 상단이 지상의 피보호장치에 접속되는 접지봉; 상기 접지봉 하단에 접속되어 상기 접지봉을 통해 인가되는 저전압의 사고전류를 지중으로 방류하는 방전단; 상기 접지봉에 설치되어 상기 접지봉에 인가되는 서지전압에 의해 아크를 발생시키는 다수의 침전극; 상기 접지봉 하부에 권취되고 상기 방전단과 접속되어, 상기 침전극과 상기 방전관 사이에 전위차를 발생시켜 아크를 유도하며, 지중으로부터 상기 방전단으로 유입되는 1차 역서지에 대하여 임피던스로 작용하는 아크유도코일; 및 상기 접지봉 상단과 상기 피보호장치 사이에 배치되어 상기 접지봉을 따라 상기 피보호장치로 전가되는 2차 역서지를 방지하는 역서지방지 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 아크유도형 침부 접지장치를 제공한다.

상기 역서지방지 소자는 상기 피보호장치 내에 설치되거나 상기 피보호장치 외부에 별도로 설치될 수 있다.

상기 역서지방지 소자는 상기 접지봉 상단과 상기 피보호장치 사이에서 적어도 2이상의 병렬 접속되는 것도 가능하다.

상기 역서지방지 소자는 단방향 다이오드인 것이 바람직하며, 반도체 다이오드로 이루어질 수 있다.

본 발명은 상기 다수의 침전극과 상기 아크유도코일 사이에 위치하며, 상기 접지봉과 상기 방전관 내주에 접속되는 방전갭을 더 포함하는 것도 물론 가능하다.

상기 다수의 침전극은 상기 접지봉의 원주방향으로 배열되거나, 상기 접지봉의 외주를 따라 나선방향으로 배열될 수 있다. 이 경우 다수의 침전극은 아크로 인한 용융에 충분히 견딜 수 있도록 스테인리스강으로 이루어지는 것이 바람직하다.

상기한 바와 같이 본 발명에 있어서는, 지락사고 시에 접지봉으로 인가되는 뇌서지에 대하여 아크방전을 유도하여 상당부분의 충격전류를 소모할 수 있고, 방전갭을 통해 대지와 접지봉 간의 전위차를 억제하여 빠른 방전이 이루어질 수 있고, 접지봉과 피보호장치(정보통신설비와 같은 저 전력 소형 전자장비 등) 사이에 역서지방지 소자를 배치하여 상기 피보호장치로 인가되는 2차 역서지(B2)를 효과적으로 차단하여 피보호장치의 고장을 미연에 방지할 수 있는 이점이 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 아크방전형 침부 접지장치를 나타내는 개략도,
도 2 및 도 3은 다수의 침전극의 다양한 배열 상태를 나태는 도면,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 아크방전형 침부 접지장치의 2차 역서지방지 소자를 병렬로 설정한 예를 나타내는 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 일 실시예에 따른 아크방전형 침부 접지장치의 구성을 설명한다.

도 1을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 아크방전형 침부 접지장치(10)는 방전관(11), 접지봉(13), 방전단(15), 다수의 침전극(17), 방전갭(19), 아크유도코일(21) 및 역서지방지 소자(30)를 포함한다.

방전관(11)은 소정 길이로 형성되며 지중에 매입된다. 이와 같은 방전관은 접지봉(13)에 비해 더 큰 직경으로 이루어지므로 대지(大地)와 더 넓은 면적으로 접촉될 수 있으며 이에 따라 사용주파 사고전류에 대하여 접지극의 단면적을 확장함으로써 접지저항을 감소시키는 역할을 한다.

접지봉(13)은 방전관(11)의 내경보다 작은 지름으로 형성되며, 방전관(11)에 삽입 시 절연체(12)에 의해 접지봉(13)의 상부가 방전관(11)과 절연된 상태로 삽입된다. 상기 접지봉(13)은 상단에 피보호장치(40) 예를 들면, 전자제어설비 또는 통신설비 등의 접지선(41)이 접속되는 리드선(13a)이 형성된다.

이 경우, 접지봉(13)은 대략 방전관(11) 길이에 대응하는 길이로 형성되며, 하단이 방전단(15)에 접속되어 상기 방전관(11)을 통해 대지로 방전되지 않은 상용주파 고정전류를 방전단(15)을 통해 대지로 방전한다.

다수의 침전극(17)은 접지봉(13) 외주로부터 방전관(11)의 내주면을 향해 돌출되도록 접지봉(13)에 설치된다. 이 경우 다수의 침전극(17)의 선단은 방전관(11)의 내주면과 소정 거리 이격되도록 설정되며, 이러한 간극은 침전극(17)과 방전관(11) 내주면 사이에 아크가 용이하게 발생할 수 있도록 유도하며 아울러, 대지로부터 방전관(11)으로 역서지가 유입되는 것을 차단할 수 있도록 적절한 거리를 유지하는 것이 바람직하다.

상기 다수의 침전극(17)은 도 2와 같이 접지봉(13)의 외주를 따라 원주방향으로 배열할 수 있다. 또한, 다수의 침전극(17)은 뇌(雷)가 진행파라는 점과 방전전류의 제곱에 비례하여 소호 에너지가 증가하는 점을 감안하여 나선형으로 배열함으로써 국부방전에 의한 뇌 에너지로부터 접지봉(13)을 보호할 수 있다.

또한 다수의 침전극(17)은 아크로 인한 용융에 충분히 견딜 수 있도록 동이나 알루미늄보다 스테인리스강으로 제작하는 것이 바람직하다. 이러한 스테인리스강의 융점은 약 1400℃이상으로 1083℃의 동이나 660℃의 알루미늄에 비해 월등히 높다.

방전갭(19)은 방전관(11)의 내주면과 접지봉(13) 사이를 상호 접속하며, 다수의 침전극(17)과 아크유도코일(21) 사이에 위치한다. 상기 방전갭(19)은 상기 다수의 침전극(17)이 고전압을 방류하는데 비해 방전관(11) 외주에 접촉한 대지로 저전압을 방류함에 따라, 대지와 접지봉(13) 간의 전위차를 억제할 수 있다. 이에 따라, 방전갭(19)은 안정된 방전 개시전압을 유도하고 신속한 방전이 이루어질 수 있도록 한다.

이와 같은 상기 방전갭(19)은 적어도 1이상을 사용할 수 있으나, 다수 개를 사용할 경우 효과를 배가할 수 있다.

아크유도코일(21)은 접지봉(13) 하부를 따라 소정 길이만큼 권취되고 방전단(15)과 접속된다.

이러한 아크유도코일(21)은 서지전압이 접지봉(13)에 인가될 때 다수의 침전극(17)과 방전관(11) 사이에 전위차를 발생시켜 아크를 유도한다. 또한 아크유도코일(21)은 L.C 값의 임피던스(Z)가 높아 대지로부터 방전단(15)으로 유입되는 1차 역서지(B1)를 효과적으로 억제할 수 있다. 더욱이 아크유도코일(21)은 상용주파 누설전류를 방전단(15)을 통해 대지로 방류시키는 전로(電路)로도 작용한다.

역서지방지 소자(30)는 접지봉(13) 상단과 피보호장치(40) 사이 예를 들면, 피보호장치(40)의 접지선(41) 상에 배치되어 접지봉(13)을 따라 피보호장치(40)로 전가되는 2차 역서지(B2)를 방지한다. 이와 같은 역서지방지 소자(30)는 단방향 다이오드로 이루어지며 바람직하게는 반도체 다이오드로 이루어진다.

상기 역서지방지 소자(30)는 피보호장치(40)의 접지선(41) 상에 배치되는 것 외에 피보호장치(40) 내측에 설치되거나 피보호장치(40) 외부 예를 들면 접지봉(13) 측에 인접한 위치에 피보호장치(40)와 별도로 설치되는 것도 가능하다.

이와 같은 역서지방지 소자(30)는 도 4와 같이, 적어도 2이상이 병렬 접속되는 것도 가능하며, 이 경우 피보호장치(40)로 인가되는 2차 역서지(B2)를 분산시키는 효과를 얻을 수 있다.

도 1에 미설명부호 50은 다수의 피보호장치의 접지선이 접속되는 접지 버스 바(bus bar)를 나타낸다.

상기한 바와 같이 본 발명은 지락사고 시에 접지봉(13)으로 인가되는 뇌서지에 대하여 아크방전을 유도하여 상당부분의 충격전류를 소모할 수 있고, 방전갭(19)을 통해 대지와 접지봉(13) 간의 전위차를 억제하여 빠른 방전이 이루어질 수 있다.

또한 본 발명은 접지봉(13)과 피보호장치(40)(정보통신설비와 같은 저 전력 소형 전자장비 등) 사이에 역서지방지 소자(30)를 배치하여 상기 피보호장치(40)로 인가되는 2차 역서지(B2)를 효과적으로 차단하여 피보호장치(40)의 고장을 미연에 방지할 수 있다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형 가능함은 물론이다.

11: 방전관 13: 접지봉
15: 방전단 17: 침전극
19: 방전갭 21: 아크유도코일
30: 역서지방지 소자

Claims (8)

1. 지중에 매입되며 아크방전을 통해 대지로 고전압의 뇌서지를 방류하는 방전관;
   상기 방전관 내주면과 이격된 상태로 상기 방전관에 삽입되며, 상단이 지상의 피보호장치에 접속되는 접지봉;
   상기 접지봉 하단에 접속되어 상기 접지봉을 통해 인가되는 저전압의 사고전류를 지중으로 방류하는 방전단;
   상기 접지봉에 설치되어 상기 접지봉에 인가되는 서지전압에 의해 아크를 발생시키는 다수의 침전극;
   상기 접지봉 하부에 권취되고 상기 방전단과 접속되어, 상기 침전극과 상기 방전관 사이에 전위차를 발생시켜 아크를 유도하며, 지중으로부터 상기 방전단으로 유입되는 1차 역서지에 대하여 임피던스로 작용하는 아크유도코일; 및
   상기 접지봉 상단과 상기 피보호장치 사이에 배치되어 상기 접지봉을 따라 상기 피보호장치로 전가되는 2차 역서지를 방지하는 역서지방지 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 아크유도형 침부 접지장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 역서지방지 소자는 상기 피보호장치 내에 설치되거나 상기 피보호장치 외부에 별도로 설치되는 것을 특징으로 하는 아크유도형 침부 접지장치.
3. 제1항에 있어서,
   상기 역서지방지 소자는 상기 접지봉 상단과 상기 피보호장치 사이에서 적어도 2이상의 병렬 접속되는 것을 특징으로 하는 아크유도형 침부 접지장치.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 역서지방지 소자는 단방향 다이오드인 것을 특징으로 하는 아크유도형 침부 접지장치.
5. 제4항에 있어서,
   상기 역서지방지 소자는 반도체 다이오드인 것을 특징으로 하는 아크유도형 침부 접지장치.
6. 제1항에 있어서,
   상기 다수의 침전극과 상기 아크유도코일 사이에 위치하며, 상기 접지봉과 상기 방전관 내주에 접속되는 방전갭을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 아크유도형 침부 접지장치.
7. 제1항에 있어서,
   상기 다수의 침전극은 상기 접지봉의 원주방향으로 배열되거나, 상기 접지봉의 외주를 따라 나선방향으로 배열되는 것을 특징으로 하는 아크유도형 침부 접지장치.
8. 제1항 또는 제7항에 있어서,
   상기 다수의 침전극은 스테인리스강으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 아크유도형 침부 접지장치.

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