KR101333889B1 - 대상 접지 전극 및 그 시공 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 대상 접지 전극에 관한 것으로, 특히 지중에 매설하여 배전주, 송전철탑, 발전소 및 변전소, 무인 중계소의 피뢰침을 통하여 낙뢰가 인하(引下)되어 지중으로 흡수되도록 하기 위하여 사용되며, 띠상으로 형성된 대상 접지 전극에 관한 것이다
본 발명은 별도의 접지봉 항타나 도전 콘크리트 타설을 실시하지 않고도 대상 접지 전극을 매설하는 것만으로 충분히 낮은 접지 저항을 확보할 수 있도록 하기 위하여 현장에 따라 필요한 규격으로 대상으로 된 전극판을 준비하고 이에 원추형 돌출관을 설치하며, 원추형 돌출관의 내부 수용공간에 저감제나 탄소분을 주입하여 지중에 매설함으로써 대상으로 된 제한된 규격의 전극판임에도 불구하고 표면적을 넓히고 첨단효과에 의하여 막대한 서지의 효율적인 지중 방전 효과를 얻고 저감제 및 탄소분에 의하여 주변 토양과의 전기적 결속을 강화하여 접지 저항을 크게 낮출 수 있도록 하여서 된 대상 접지 전극을 제안한다.

Description

대상 접지 전극 및 그 시공 방법{Zonal Earthing Electrode and Construction Method Thereof}

본 발명은 대상 접지 전극에 관한 것으로, 특히 지중에 매설하여 배전주, 송전철탑, 발전소 및 변전소, 무인 중계소의 피뢰침을 통하여 낙뢰가 인하(引下)되어 지중으로 흡수되도록 하기 위하여 사용되며, 띠상으로 형성된 대상 접지 전극 및 그 시공 방법에 관한 것이다.

주지된 바와 같이 종래에도 대상(帶狀) 접지 전극을 배전주, 송전철탑, 발·변전소, 무인 중계소의 피뢰침에 연결하여 지표에서 75cm 이상의 깊이에 매설하여 낙뢰의 유입 시 접지극 중심으로 해서 지표면에 전위 경도(電位 傾度)가 형성되면서 지중 방전되도록 하였다.

이러한 대상 전극은 접지 저항을 낮추기 위하여 메쉬와 함께 사용되는 경우가 많으나 용지의 취득난 등에 의해서 건설 조건은 더욱 까다로워지고 있어서 송전철탑, 무인 중계소 등의 시설 지역이 산악 지역으로 선정되는 경우가 많다.

이와 같이 시설 지역이 산악 지대인 경우 암반, 모래, 자갈 등의 영향에 의해 대지 저항율이 높게 된다. 그러므로, 대지 저항율의 저감을 위하여 이중 메쉬 포설(메쉬를 2층으로 하는 것)을 하거나 추가로 접지봉을 설치하는 방법 또는 도전 콘크리트를 타설하는 방법이 사용되기도 한다.

그 대표적인 예( 장근철, 2004, "심매설 봉상 접지전극의 과도 임피던스", 인하대학교 대학원, pp.46 )를 도 1로 보였다.

이에서 볼 수 있는 바와 같이, 동봉과 메쉬극에 의한 정상상태 접지저항(Static resistance of ground rod with mesh grid)은 다음의 <표1>과 같다.

접지극의 종류	정상상태 접지저항[Ω]
메쉬극 (깊이 1.2[m] 시설)	3.23
48 m 동봉 접지극	4.62
동봉 + 메쉬극	2.71

위에서 살펴본 바와 같이 이중 메쉬 포설 방법이나 추가로 접지봉을 항타하는 방법, 도전콘크리트를 타설하는 방법 등은 작업 공수가 많으며 설치비용도 크게 증가하는 문제점이 있는 것이다.

또한, 지중의 암반이 있거나 지중의 매설 시설이 존재하는 경우에는 항타 자체가 불가능하여 만족할 만한 접지 성능을 얻기 어려운 문제점도 있는 것이다.

장근철, 2004, "심매설 봉상 접지전극의 과도 임피던스", 인하대학교 대학원, pp.46

본 발명의 목적은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 별도의 접지봉 항타나 도전 콘크리트 타설을 실시하지 않고도 대상 접지 전극을 매설하는 것만으로 충분히 낮은 접지 저항을 확보할 수 있는 대상 접지 전극 및 그 시공 방법을 제공함에 있다.

본 발명은 이러한 목적을 달성하기 위하여 현장에 따라 필요한 규격으로 대상으로 된 전극판을 준비하고 이에 원추형 돌출관을 설치하며, 원추형 돌출관의 내부 수용공간에 저감제나 탄소분을 주입하여 지중에 매설함으로써 대상으로 된 제한된 규격의 전극판임에도 불구하고 표면적을 넓히고 첨단효과에 의하여 막대한 서지의 효율적인 지중 방전 효과가 가능하게 하고 저감제 및 탄소분에 의하여 주변 저항을 크게 낮출 수 있도록 하여서 된 대상 접지 전극 및 그 시공 방법을 제안한다.

이와 같이 하여 본 발명은 시공 시 얕은 깊이에 본 발명에 의한 대상 접지 전극을 매설하는 것만으로 충분히 낮은 접지 저항을 얻을 수 있게 되는 것이어서 공기가 단축되고 시공비용이 적게 들면서도 낙뢰 전하의 방전 효과가 탁월하게 되는 유용한 효과가 있다.

도1은 종래의 메쉬 포설과 추가로 접지봉을 시공한 접지의 예를 보인 설명도.
도2는 본 발명에 의한 대상 접지 전극을 보인 사시도.
도3은 본 발명에 의한 대상 접지 전극의 제작 과정 일예를 보인 설명도.
도4는 본 발명에 의하여 시공된 예의 대상 접지 전극을 보인 종단면도.
도5는 본 발명에 의한 복수개의 대상 전극을 설치한 예를 보인 측면도.
도6a는 본 발명에 의한 "ㅁ"형 대상 접지 전극 배치 상태를 보인 평면도.
도6b는 본 발명에 의한 "ㅁ"형 대상 접지 전극 배치 상태를 저면에서 올려다 본 상태를 보인 사시도.
도7은 본 발명에 의한 "ㅁ"형 대상 접지 전극을 3단으로 하여 시공되는 상태를 저면에서 올려다 본 상태의 사시도.
도8은 본 발명의 다른 실시예에 의한 대상 접지 전극의 원추형 돌출관 구조를 보인 종단면도.
도9는 본 발명에 의한 또 다른 실시예에 의한 대상 접지 전극을 보인 사시도.
도10은 본 발명에 의한 또 다른 실시예로 간략화된 실시 형태를 보인 매설 상태 종단면도.
도11은 본 발명에 의한 대상 접지 전극 시공 단계를 간략히 표시한 흐름도.
도12은 본 발명에 의한 대상 접지 전극 시공 단계 중 충전물을 이용한 접지 뿌리 형성을 위한 과정을 보인 설명도.

이러한 본 발명을　첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 의한 대상 접지전극의 전체적인 구성을 도 2로 도시하였다. 이에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 발명은 대상으로 된 판체(100)를 준비하고, 이에 수용공간(203)을 가지며, 원주형 관체와 첨단부에 통공(201)이 구비되는 경사부로 된 원추형 돌출관(200)을 설치하며, 도 2에서는 편의상 시공 시 하향 돌출되는 원추형 돌출관(200)을 뒤집어 상향으로 되도록 하여 보기 쉽게 도시하였다．

이를 위하여 본 발명은 금속 판체(100)를타공하고，타공 주위에 별도의 공정으로 성형하여 준비된 원추형 돌출관(200)의 하단을 용접하여서 된 것일 수도 있고, 생산성 향상을 위하여 연신율이 높은 소재를 도 3으로 보인 바와 같이 2회 이상 다단계로 연속되는 펀칭작업을 순차 실시함으로써 원추형 돌출관(200)이 일체로 형성되도록 함과 아울러 수용공간(203)과 통공(201)이 순차 형성되도록 할 수 있는 것이다.

이어서, 본 발명에서는 피뢰침과의 사이에 인하도선(300)을 연결한 다음 매설시킨 판체(100)의 원추형 돌출관(200)의 수용공간(203)에 저감제나 탄소분 또는 저감제와 탄소분을 혼합하여서 된 충전물(400)을 주입함과 아울러 토사를 덮고 대지 표면 평탄화 작업 등 마무리 작업을 실시함으로써 시공이 완료된다.

이와 같이 하여 시공 완료된 상태에서는 토압과 지중에 함유된 수분에 의하여 원추형 돌출관(200) 내부의 수용공간(203)에 채워진 저감제 또는 탄소분(400)이 원추형 돌출관(200)의 하단에 형성된 통공(201)을 통하여 주변 토양으로 분산되는 것이다.

즉, 본 발명은 지중에 매설된 원추형 돌출관(200)의 하방으로 충전물(400)이 확산되는 것이므로 접지 뿌리(600)를 형성하게 되고, 아울러 본 발명에서 판체(100)는 적게 제한된 면적으로 된 것임에도 불구하고 원추형 돌출관(200)에 의하여 지중 토양과의 접촉 표면적을 넓힐 수 있게 되는 것이며, 이러한 상태를 도 4로 도시하였다.

이러한 상태에서 피뢰침에 낙뢰가 유도되어 인하도선(300)을 타고 강하 하는 경우 본 발명에서는 판체(100) 및 원추형 돌출관(200)에 의하여 지중 토양으로 방전이 실시됨은 물론이려니와, 특히 본 발명은 원추형 돌출관(200) 하단의 첨단효과에 의하여 인하도선(300)으로 강하한 막대한 량의 전하가 원추형 돌출관(200) 하단의 통공(201) 주변에 집중되면서 접지 뿌리(600)를 중심으로 효율적인 지중 방전을 도모하게 되는 것이어서, 막대한 량의 전하가 신속하게 주변 토양으로 방전되는 급준한 서지 방전 효과를 얻게 되는 것이므로, 낙뢰 시 인명이나 시설의 손상을 방지할 수 있게 되는 것이다.

아울러, 본 발명은 현장 토양의 특성상 접지 저항이 높은 경우 필요한 수준으로 접지저항을 낮추기 위하여 본 발명에 의한 대상 접지 전극을 2개 이상 매설하고, 이들을 인하도선(300)에 병렬로 연결하여 줌으로써, 합성 접지 저항이 최소화되도록 할 수 있는 것이며, 이러한 실시예를 도 5로 보였다.

또한, 대부분 경우에 낙뢰에 의한 극히 짧은 시간 동안 공급되는 막대한 전하를 신속히 방전시키기 위하여 접지 저항을 최소로 하여야 할 필요가 있으며, 이를 위하여 도 6a 및 도 6b로 보인 바와 같이 위에서 최소 4개의 대상 접지 전극을 위에서 보았을 때 "ㅁ"형태로 배치하여 실시할 수도 있다. 이러한 형태는 협소한 면적에 접지를 실시하여야 하는 경우 가장 낮은 접지 저항을 구현할 수 있는 수단이 될 수 있다.

이러한 실시예는 대상 접지 전극을 매설하기 위하여 굴착 깊이를 특별히 깊게 하지 않고도 낮은 접지 저항을 얻을 수 있으며, 지중의 암반이나 지하 시설물로 인하여 깊게 굴착 할 수 없는 현장에서 유용하게 활용될 수 있다.

또한, 본 발명의 도 6b에서는 4개 1개층으로 "ㅁ"형으로 대상 접지 전극을 배열하여서 된 시공예를 밑에서 위로 올려다보는 사시도로 도시하였다. 아울러, 본 발명에서는 도 6a, 도 6b로 보인 실시예에 의한 4개 1개층으로 배열된 대상 접지 전극을 3개층으로 하여 12개의 대상 접지 전극에 의한 현저한 접지 저항의 감소를 기대할 수 있으며, 이를 도 7로 보였다.

또한, 본 발명에서는 전술한 실시예들에서 원추형 돌출관(200)의 둘레에도 도 8로 보인 바와 같이 소공(202)을 형성하여 줌으로써 원추형 돌출관(200)의 수용공간(203) 주변에 다수의 조밀한 구조로 배열된 접지 뿌리(600)를 형성할 수도 있는 것이며, 이러한 실시예에 의하면 더욱 낮은 접지 저항을 제공할 수 있게 된다.

그러므로, 도 8에 도시한 바와 같이 통공(201)과 소공(202)을 겸비한 원추형 돌출관(200)을 구비한 판체(100)로 된 대상 접지 전극을 도 7로 보인 바와 같이 "ㅁ"형으로 배열하고 이를 복층화하여 시공하는 경우 가장 낮은 접지 저항을 기대할 수 있다.

또한, 본 발명에서는 도 9로 보인 바와 같이 판체(100)에 테두리(101)를 형성함으로써, 시공 후에도 이에 충전물(400)이 적정 두께로 도포된 상태를 유지시킴으로써 원추형 돌출관(200)에 충전물(400)이 수용공간(203)으로 추가 공급됨과 아울러 판체(100) 상방과 토양과의 접촉 저항을 감소시켜 접지 성능의 지속과 접지 성능 향상을 도모할 수 있는 것이다.

또한, 본 발명은 가장 간략화된 실시형태로 도 10으로 보인 바와 같은 형태로 실시할 수도 있다.

이러한 실시예에서는 판체(100)의 하방에 수용공간을 갖는 관상체(204)가 규칙적으로 배열 고정된 것이며, 이러한 관상체(204) 내부에 충전물(400)이 채워짐으로써 관상체(204)의 하방으로 충전물(400)이 확산되어 주변 토양과의 결합력이 확보되어 접지 저항을 줄일 수 있게 되는 것이다.

아울러, 본 발명에서는 대상 접지 전극을 시공함에 있어서, 다음과 같은 도 11로 보인 시공 단계를 실시하여야 한다.

먼저, 본 발명은 대상 접지 전극의 크기 이상이 되고 깊이가 700mm 이상이 되도록 대지를 굴착하는 굴착단계를 실시한다.

이어서 인하도선(300)과 미리 준비된 대상 접지 전극을 연결하고, 굴착 부위에 대상 접지 전극의 원추형 돌출관(200)이 하향으로 되도록 하여 통공(201)이 아래로 향하도록 설치하는 대상 접지 전극 정착 단계를 실시한다.

이어서, 인젝션 실린더나 호퍼를 사용하여 충전물(400)을 원추형 돌출관(200)의 수용공간(203)에 투입하는 충전단계를 실시한다.

이와 같이 하여 원추형 돌출관(200)의 수용공간(203)에 충전물(400)을 채운 후 접지 뿌리(600)가 가급적 넓은 영역에 걸쳐서 형성될 수 있도록 도12로 보인 원추형 돌출관(200)의 내경보다 다소 작은 직경으로 된 돌봉(501)을 다수개 형성하여서 된 가압장비(500)를 원추형 돌출관(200) 상단에 맞추어 수회 승강시킴으로써 하향 타격하여 원추형 돌출관(200)의 충전물(400)이 높은 압력으로 통공(201) 또는 통공(201)과 소공(202)을 통하여 측방과 하향으로 분사되면서 토양에 침투하여 접지 뿌리(600)를 내리도록 하는 접지 뿌리(600) 형성 단계를 실시한다.

이러한 과정에서 원추형 돌출관(200)의 수용공간(203)에 채운 충전물(400)이 통공(201) 또는 통공(201) 및 소공(202)으로 빠져 나간 후 재차 원추형 돌출관(200)에 저감재나 탄소분(400)을 채워 또다시 상기 가압장비(500)를 원추형 돌출관(200) 상단에 끼우고 재차 타격함으로써 통공(201) 또는 통공(201)과 소공(202)을 통하여 재차 접지 뿌리(600) 형성 단계가 실시되도록 할 수도 있는 것이다.

이어서, 본 발명은 원추형 돌출관(200)의 수용공간(203)에서 빠져 나간 만큼의 충전물(400)을 다시 채우는 보충 단계 실시 후 그 위에 토양을 덮어 매설 부위의 대지 평탄화 단계를 실시하여 작업을 마무리하게 되는 것이다.

이러한 마무리 단계 이후 접지 저항 측정기를 사용하여 접지 저항을 측정하는 것이 바람직하며, 가능한 경우에는 뇌임펄스 발생장치를 활용하여 대상 접지 전극의 임펄스 전류에 대한 대지 전위 상승과 과도 접지 임피던스를 측정함으로써 접지 성능을 확인하는 것이 바람직하다.

아울러, 본 발명에서는 현장 지형이나 접지 저항의 상태, 시공비용 등을 감안하여 도 6으로 보인 바와 같이 대상 접지 전극을 "ㅁ"형으로 배열하지 않고 삼각형 또는 평행하게 배치하거나 단독 사용할 수도 있고, 도 6으로 보인 실시예보다 더 많은 수의 대상 접지전극을 오각형, 육각형, 팔각형 등 다양한 형태로 배열하여 실시할 수도 있음은 물론이다.

이상과 같이, 본 발명은 전술한 실시예에 한정되지 않고, 본 발명이 의도하는 요지 및 개념 내에서 다양하게 변화시켜 실시하는 것이 가능함은 물론이다.

100: 판체 101: 테두리 200: 원추형 돌출관 201: 통공
202: 소공 203: 수용공간 300: 인하도선 400: 충전물
500: 가압장비 501: 돌봉 600: 접지뿌리

Claims (8)

1. 삭제
2. 대상으로 된 판체와, 상기 판체에 고정되는 수용공간을 갖는 원주형 관체와, 첨단부에 통공이 구비되는 경사부를 구비하여서 된 원추형 돌출관이 구성되며,
   상기 수용공간 내부에 충전물이 채워지고,
   상기 원추형 돌출관이 형성된 판체가 복수개로 층상 배열되어 병렬접속으로 시공됨을 특징으로 하는 대상 접지 전극.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 원추형 돌출관의 통공으로 충전물이 분출되어 시공 후 접지뿌리가 형성됨을 특징으로 하는 대상 접지 전극.
4. 대상으로 된 판체와, 상기 판체에 고정되는 수용공간을 갖는 원주형 관체와, 첨단부에 통공이 구비되는 경사부를 구비하여서 된 원추형 돌출관이 구성되며,
   상기 수용공간 내부에 충전물이 채워지고,
   상기 원추형 돌출관이 형성된 판체가 "ㅁ"형으로 배열 시공됨을 특징으로 하는 대상 접지 전극.
5. 제 2 항, 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 원추형 돌출관의 둘레에 소공이 형성됨을 특징으로 하는 대상 접지 전극.
6. 대상으로 된 판체와, 상기 판체에 고정되는 수용공간을 갖는 원주형 관체와, 첨단부에 통공이 구비되는 경사부를 구비하여서 된 원추형 돌출관이 구성되며,
   상기 수용공간 내부에 충전물이 채워지고,
   상기 판체의 둘레에 테두리가 형성됨을 특징으로 하는 대상 접지 전극.
7. 삭제
8. 대상 접지 전극의 크기 이상이며, 깊이가 700mm 이상이 되도록 대지가 굴착되는 굴착단계와,
   인하도선과 대상 접지 전극이 연결되고, 굴착 부위에 상기 대상 접지 전극의 원추형 돌출관이 지면을 향하는 하향으로 되도록 하여 상기 원추형 돌출관 끝단에 형성된 통공이 아래로 향하도록 설치되는 대상 접지 전극 정착 단계와,
   상기 원추형 돌출관 내부의 수용공간에 충전물이 투입되는 충전단계와,
   상기 원추형 돌출관의 수용공간에 충전물을 채운 후 접지 뿌리가 퍼지도록 원추형 돌출관의 내경보다 작은 직경으로 된 돌봉이 형성된 가압장비가 상기 원추형 돌출관 상단에 맞추어 수회 승강시킴으로써 하향 타격하여 원추형 돌출관의 충전물이 통공을 통하여 하향 분사되면서 토양에 침투되어 접지 뿌리를 내리도록 하는 접지 뿌리 형성 단계와,
   상기 원추형 돌출관의 수용공간에 채운 충전물이 통공으로 빠져 나간 후 재차 원추형 돌출관에 충전물이 채워지는 보충 단계와,
   상기 보충 단계 실시 후 상기 대상 접지 전극 위에 토양이 덮여 매설되고, 매설 부위의 대지가 평탄화되는 대지 평탄화 단계로 구성됨을 특징으로 하는 대상 접지 전극 시공 방법.

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