KR101044688B1 - 낙뢰방지장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 다층으로 형성된 이온방사기를 통해 직격뢰가 유입되지 못하게 함으로써 낙뢰 유도시 발생하는 유도뢰에 의한 서지(Surge) 발생원인을 차단하여 전자통신장비를 구비한 시설물을 낙뢰로부터 보호할 수 있는 낙뢰방지장치에 관한 것으로, 적어도 두 개의 디스크 어레이가 결착되는 지지봉; 상기 지지봉에 결착되는 커플링 플레이트와, 상기 커플링 플레이트와 가지를 통해 일체로 결합된 제 1 프레임과, 상기 제 1 프레임에 수직방향으로 복수개 고정되어 전하를 포집 및 분산시키는 제 1 이온방사기를 구비하는 제 1 디스크 어레이 및 상기 제 1 디스크 어레이의 하부에 설치되며, 상기 지지봉에 결착되는 절연 플레이트와, 상기 절연 플레이트와 가지를 통해 일체로 결합된 제 2 프레임과, 상기 제 2 프레임에 수직방향으로 복수개 고정되어 전하를 포집 및 점방전시키는 제 2 이온방사기를 포함한다.

Description

낙뢰방지장치{LIGHTNING PREVENTION APPARATUS}
본 발명은 낙뢰방지장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 다층으로 형성된 이온방사기를 통해 직격뢰가 유입되지 못하게 함으로써 직격뢰에 의한 피해는 물론 낙뢰 유도시 발생하는 유도뢰에 의한 서지(Surge) 발생원인을 차단하여 전자통신장비를 구비한 시설물을 낙뢰로부터 보호할 수 있는 낙뢰방지장치에 관한 것이다.
최근, 지구의 온난화가 빠르게 진행됨에 따라 낙뢰의 횟수가 빈번히 발생되고 있으며 또한 낙뢰의 강도가 나날이 강해지고 있는데, 이로 인해 인명 및 통신시설에 대한 피해가 급격히 증가되고 있다.
이에 따라, 모든 산업분야에 사용되고 있는 전자통신장비를 낙뢰로부터 보호하고자 하는 개발 및 연구가 활발히 진행되고 있다.
낙뢰는 뇌운의 발달로 인하여 뇌운과 대지간의 전계강도가 일정치 이상 상승하면 과도적으로 뇌운과 대지 간에 방전경로가 형성되어 뇌원이 방전되는 현상으로서, 낙뢰로 인한 피해에는 직격뢰와 유도뢰에 의한 피해가 있다.
예를 들어, 종래에는 건물 또는 통신탑과 같은 고정구조물의 상단에 피뢰침을 설치하여, 상기 낙뢰중에서도 직격뢰에 대한 피해를 예방하고 있다.
즉, 종래에는 직격뢰에 의한 충격전류를 대지로 안전하게 유도하여 낙뢰로 인해 발생되는 인명사고 및 건물의 전자통신기기의 파손을 방지하기 위해 피뢰침을 사용하고 있다.
그러나, 상기와 같은 피뢰침을 통해 낙뢰를 유도하는 경우에는 뇌격지점 주변의 2차 영향으로 인한 서지(Surge)가 발생하여 전자통신 기기를 파손시키는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 그 목적은 제 1 디스크 어레이와 제 3 디스크 어레이를 통해 전하를 대기 중으로 분산시키는 공간전하방전(Space Discharge) 현상과, 상기 제 1 디스크 어레이와 제 3 디스크 어레이 사이에 위치한 제 2 디스크 어레이와 점방전(Point Discharge) 현상을 발생하게 함으로써, 대지 및 구조물에 유도된 전하를 소멸시킴과 동시에 공간전하층(Space Charge Layer)을 형성하여 상향리더(Upward Leader)의 발생을 억제시켜 직격뢰와 유도뢰가 전자통신기기를 구비한 보호 시설물에 유입되지 못하게 하는 낙뢰방지장치를 제공하는 것이다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 낙뢰방지장치는, 적어도 두 개의 디스크 어레이(110 및 210)가 결착되는 지지봉(100); 상기 지지봉(100)에 결착되는 커플링 플레이트(111)와, 상기 커플링 플레이트와 가지를 통해 일체로 결합된 제 1 프레임(112)과, 상기 제 1 프레임에 수직방향으로 복수개 고정되어 전하를 포집 및 분산시키는 제 1 이온방사기(113)를 구비하는 제 1 디스크 어레이(110); 상기 제 1 디스크 어레이(110)의 하부에 설치되며, 상기 지지봉(100)에 결착되는 절연 플레이트(211)와, 상기 절연 플레이트와 가지를 통해 일체로 결합된 제 2 프레임(212)과, 상기 제 2 프레임에 수직방향으로 복수개 고정되어 전하를 포집 및 점방전시키는 제 2 이온방사기(213)를 구비하는 제 2 디스크 어레이(210)를 포함한다.
바람직하게, 상기 제 2 디스크 어레이(210)의 하부에 설치되며, 상기 제 1 디스크 어레이(110)와 동일한 구성 및 직경을 갖는 제 3 디스크 어레이(310)를 더 포함한다.
더 바람직하게, 상기 제 2 디스크 어레이(210)의 제 2 이온방사기(213)는 대기중의 전하가 용이하게 충전되도록 상기 제 1 디스크 어레이(110)의 제 1 이온방사기(113)에 비해 더 가늘고 짧으며 더 많은 갯수를 구비한다.
또한, 상기 제 2 디스크 어레이(210)는 상기 제 3 디스크 어레이(310)가 대기방전 기능을 수행하게 함과 동시에 상기 제 2 디스크 어레이(210)와 상호 작용에 의해 점방전 기능을 수행하도록 상기 제 3 디스크 어레이(310) 보다 직경이 더 작은 것을 바람직하다.
또, 상기 제 1 이온방사기(113)는 상기 제 1 프레임(112)의 상방향과 하방향으로 연장되어 있고, 상기 제 2 이온방사기(213)는 상기 제 2 프레임(212)의 상방향과 하방향으로 연장되어 있는 것이 바람직하다.
또, 상기 제 1 디스크 어레이(110) 및 제 2 디스크 어레이(210)는 상기 지지 봉(100)에 나사식으로 착탈가능하게 고정되는 것이 바람직하다.]
또, 상기 지지봉(100)은 지면과 접지되는 도전체이며, 상기 제 1 디스크 어레이(110)의 커플링 플레이트(111)는 접속 케이블(114)을 통해 상기 지지봉(100)과 접속되어 있다.
본 발명에 따른 낙뢰보호장치에 따르면, 다층으로 형성된 이온방사기를 통해 충전전하를 대기중으로 분산시키는 대기방전기능과 다른 극성의 전하 상호간의 점방전 현상을 동시에 응용하여 대지 충전전하 밀도를 감소시킴으로써, 뇌운과 대지 사이의 정전계강도를 상향리더 또는 하향리더의 발생조건 이하로 억제시킴과 동시에 코로나에 의한 공간전하층을 형성하여 카운터 리더의 발생을 억제시킴으로써 낙뢰가 보호 시설물에 유입되는 것을 원천적으로 차단할 수 있다.
즉, 낙뢰를 방지하여 직격뢰에 의한 피해를 없앨 수 있을 뿐만 아니라, 상기 직격뢰에 의해 발생되는 서지 발생 원인을 제거함으로써, 유도뢰에 의한 보호 시설물의 전자통신 기기의 파손을 사전에 차단할 수 있다.
상기 목적 외에 본 발명의 다른 목적 및 이점들은 첨부한 도면을 참조한 실시 예에 대한 상세한 설명을 통하여 명백하게 드러나게 될 것이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 낙뢰방지장치를 상세하게 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 낙뢰방지장치의 구성을 나타내는 도면이고, 도 2는 본 발명을 통해 낙뢰를 방지하는 작동원리를 나타내는 도면이다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 낙뢰방지장치는, 대지와 접지된 지지봉(100), 상기 지지봉에 설치되는 제 1 디스크 어레이(110), 상기 제 1 디스크 어레이의 하부에 설치되는 제 2 디스크 어레이(210) 및 제 3 디스크 어레이(310)를 포함한다.
구체적으로, 상기 제 1 디스크 어레이(110)는 상기 지지봉(100)에 나사식으로 결합되는 커플링 플레이트(111)와, 상기 커플링 플레이트와 가지(branch)를 통해 일체로 결합되어 복수개의 원형으로 구성된 제 1 프레임(112)과, 상기 제 1 프레임에 수직방향 상하로 복수개 고정되어 전하의 포집 및 분산기능을 수행하는 제 1 이온방사기(113)와, 상기 커플링 플레이트에 연결되어 상기 지지봉과 접속된 접속 케이블(114)을 포함하며, 공간전하층의 효과를 최대화하기 위해 우산형으로 구성된다.
이때, 상기 제 1 디스크 어레이(110)의 커플링 플레이트(111)의 하부에는 제 1 와셔(115) 및 제 1 너트(116)가 체결되어 지지봉(100)에 고정되고, 커플링 플레이트의 상부에는 제 2 와셔(117) 및 헤드 캡(118)이 체결됨으로써, 상기 제 1 디스크 어레이(110)는 지지봉(100)에 결합 및 착탈된다.
그리고, 상기 제 1 디스크 어레이(110)의 제 1 이온방사기(113)는 수뢰부로서 전기적 강도를 가져야 하고, 상기 제 1 디스크 어레이의 직경에 따라 제 1 프레임의 크기, 갯수 및 제 1 이온방사기의 수량이 달라진다.
한편, 상기 제 2 디스크 어레이(210)는 상기 제 1 디스크 어레이(110)의 하 부에 설치되며, 상기 지지봉(100)에 결합되는 절연 플레이트(211)와, 상기 절연 플레이트와 가지를 통해 일체로 결합되어 복수개의 원형으로 구성된 제 2 프레임(212)과, 상기 제 2 프레임에 수직방향 상하로 복수개 고정되어 전하의 포집 및 점방전 기능을 수행하는 제 2 이온방사기(213)를 포함한다.
이때, 상기 제 2 디스크 어레이(210)의 절연 플레이트(211)의 하부에는 제 3 와셔(215) 및 제 2 너트(216)가 체결되어 고정되고, 절연 플레이트(211)의 상부에는 제 4 와셔(217) 및 제 3 너트(218)가 체결됨으로써, 상기 제 2 디스크 어레이(210)는 지지봉(100)에 전기적으로 절연되게 결합 및 착탈된다.
그리고, 상기 제 2 디스크 어레이(210)는 상기 제 1 디스크 어레이(110) 및 제 3 디스크 어레이(310)에 비해 그 직경을 더 작게 구성하여, 상기 제 1 디스크 어레이 및 제 3 디스크 어레이의 이온방사기가 자체적인 공간전하방전과 상기 제 2 디스크 어레이(210)와의 점방전이 동시에 가능하도록 한다.
또한, 상기 제 2 디스크 어레이(210)의 제 2 이온방사기(213)는 대기중의 전하수집이 용이하고 상부 및 하부에 설치된 제 1 및 제 3 디스크 어레이(110 및 310)의 이온방사기들(113 및 313) 간의 점방전이 효과적으로 이루어지도록 상기 이온방사기들(113 및 313)에 비하여 가늘고 짧으며 훨씬 많은 갯수의 니들(Needle) 형태로 구성된다.
한편, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 제 2 디스크 어레이(210)의 하부에는 보호 시설물의 용도에 따라 제 3 디스크 어레이(310)를 추가적으로 설치하여 보호 범위 및 보호 등급을 향상시킬 수 있다.
이때, 상기 제 3 디스크 어레이(310)는 제 1 디스크 어레이(110)와 동일한 직경 및 구성요소로 되어 있으며, 단지 우산형상인 제 1 디스크 어레이에 비해 평판 구조로 되어 있는 것과 각 구성요소를 나타내는 참조부호만 상이하므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
부언하면, 상기 제 3 디스크 어레이(310)의 제 3 이온방사기(313)는 상기 제 1 디스크 어레이(110)와 마찬가지로, 자체적으로 공간전하방전 기능을 수행함과 동시에 상부에 설치된 제 2 디스크 어레이의 제 2 이온방사기(213)와 점방전 기능을 수행하여 대지전하의 이송(Charge Transfer)에 의한 전계강도 억제 및 코로나에 의한 공간전하층을 형성하여 뇌운으로 부터의 하항 스트리머에 대한 카운터 리더(Counter leader)의 발생을 억제하여 본 발명에 따른 낙뢰방지장치의 기능을 더욱 향상시킨다.
또한, 보호 범위 및 보호 등급에 따라 제 2 디스크 어레이(210) 및 제 3 디스크 어레이(310)를 동일한 순서로 하부에 다층으로 추가하면, 뇌운에 의하여 대지 및 지상 구조물에 유도된 충전 전하 밀도를 보다 낮게 유지할 수 있게 하여 뇌운과 대지간의 전계강도(KV/m)를 아주 낮게 유지시킴으로써, 뇌운과 대지간의 방전경로의 형성을 원천적으로 불가능하게 하여 낙뢰를 방지할 수 있게 된다.
즉, 다층구조 디스크 어레이간의 공간전하방전 및 점방전에 의하여 형성된 충전전하층(Space Charge Layer)은 뇌운에 의하여 발생하는 하향리더(Downward leader)에 대한 카운터 리더(Counter leader)의 발생을 억제시켜 보호구역내의 낙뢰 종결을 불가능하도록 한다.
한편, 상기와 같이 구성된 본 발명의 낙뢰방지장치가 작동하는 원리를 설명한다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 상공에 뇌운(Storm)이 발달하면, 일반적으로 대지에는 뇌운의 하단부 극성(음(-) 극성)과 반대되는 전하(양(+) 극성)로 충전되기 때문에, 뇌운과 대지 사이에는 정전계 강도가 발생하게 된다.
그러면, 상기 정전계 강도에 비례하여 제 1 디스크 어레이(110)에서는 CTS(Charge Transfer System; 전하전송시스템) 원리에 의해 대지 중에 유도된 전하(양(+) 전하)를 대기중으로 방전시켜 공간전하층을 하게 된다.
한편, 제 1 디스크 어레이(110)의 제 1 이온방사기(113)의 하부방향으로 향하고 있는 방사기와 상기 제 2 디스크 어레이(210)의 제 2 이온방사기(213)의 상부방향으로 향하고 있는 방사기 사이에서는 점방전이 발생되어 더욱 활발한 방전이 일어난다.
즉, 상기 제 1 디스크 어레이(110)를 통하여 전하를 공기중으로 분산시키는 대기방전과, 상기 제 1 디스크 어레이(110)와 제 2 디스크 어레이(210)의 사이 및 상기 제 2 디스크 어레이(210)와 제 3 디스크 어레이(310) 사이의 점방전을 통해 대지에 유도된 충전전하를 대기중으로 활발하게 분산시킨다.
이때, 상기 제 2 디스크 어레이(210)와 제 3 디스크 어레이(310) 사이의 점방전은 상기 제 2 디스크 어레이(210)의 제 2 이온방사기(213)의 하부방향으로 향하고 있는 방사기와 상기 제 3 디스크 어레이(310)의 상부방향으로 향하고 있는 방사기 사이에서 발생된다.
따라서, 강하게 형성된 공간전하층은 뇌운에 의하여 발생하는 하향리더(Downward leader)에 대한 카운터 리더(Counter leader)의 발생을 억제시켜 보호구역내의 낙뢰 종결을 불가능하도록 한다.
이상에서는 본 발명의 일실시예에 따라 본 발명을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 변경 및 변형한 것도 본 발명에 속함은 당연하다.
즉, 본 발명의 일실시예에서는 낙뢰방지장치가 고정구조물에 설치되는 것으로 설명하고 있지만, 이동통신차량, 방송국 중계차량, 특설 야외공연장 및 군사용 통신차량과 같은 이동식 설비에도 적용될 수 있음은 물론이다.
도 1은 본 발명에 따른 낙뢰방지장치의 구성을 나타내는 도면.
도 2는 본 발명을 통해 낙뢰를 방지하는 작동원리를 나타내는 도면.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
100 : 피뢰봉 110 : 제 1 디스크 어레이
111 : 커플링 플레이트 112 : 제 1 프레임
113 : 제 1 이온방사기 210 : 제 2 디스크 어레이
211 : 절연 플레이트 212 : 제 2 프레임
213 : 제 2 이온방사기 214 : 접속케이블
310 : 제 3 디스크 어레이 313 : 제 3 이온방사기

Claims (7)

  1. 적어도 두 개의 디스크 어레이(110 및 210)가 결착되는 지지봉(100);
    상기 지지봉(100)에 결착되는 커플링 플레이트(111)와, 상기 커플링 플레이트와 가지를 통해 일체로 결합된 제 1 프레임(112)과, 상기 제 1 프레임에 수직방향으로 복수개 고정되어 전하를 포집 및 분산시키는 제 1 이온방사기(113)를 구비하는 제 1 디스크 어레이(110); 및
    상기 제 1 디스크 어레이(110)의 하부에 설치되며, 상기 지지봉(100)에 결착되는 절연 플레이트(211)와, 상기 절연 플레이트와 가지를 통해 일체로 결합된 제 2 프레임(212)과, 상기 제 2 프레임에 수직방향으로 복수개 고정되어 전하를 포집 및 점방전시키는 제 2 이온방사기(213)를 구비하는 제 2 디스크 어레이(210)를 포함하는 것을 특징으로 하는 낙뢰방지장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제 2 디스크 어레이(210)의 하부에 설치되며, 상기 제 1 디스크 어레이(110)와 동일한 구성 및 직경을 갖는 제 3 디스크 어레이(310)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 낙뢰방지장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 제 2 디스크 어레이(210)의 제 2 이온방사기(213)는 대기중의 전하가 용이하게 충전되도록 상기 제 1 디스크 어레이(110)의 제 1 이온방사기(113)에 비해 더 가늘고 짧으며 더 많은 갯수를 구비하는 것을 특징으로 하는 낙뢰방지장치.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 제 2 디스크 어레이(210)는 상기 제 3 디스크 어레이(310)가 대기방전 기능을 수행하게 함과 동시에 상기 제 2 디스크 어레이(210)와 상호 작용에 의해 점방전 기능을 수행하도록 상기 제 3 디스크 어레이(310) 보다 직경이 더 작은 것을 특징으로 하는 낙뢰방지장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 이온방사기(113)는 상기 제 1 프레임(112)의 상방향과 하방향으로 연장되어 있고,
    상기 제 2 이온방사기(213)는 상기 제 2 프레임(212)의 상방향과 하방향으로 연장되어 있는 것을 특징으로 하는 낙뢰방지장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 디스크 어레이(110) 및 제 2 디스크 어레이(210)는 상기 지지봉(100)에 나사식으로 착탈가능하게 고정되는 것을 특징으로 하는 낙뢰방지장치.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 지지봉(100)은 지면과 접지되는 도전체이며,
    상기 제 1 디스크 어레이(110)의 커플링 플레이트(111)는 접속 케이블(114)을 통해 상기 지지봉(100)과 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 낙뢰방지장치.
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