KR101279836B1 - 전기부식 방지장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 전기부식 방지장치에 관한 것으로, 서지(Surge) 전류를 방전시키는 서지방전 소자, 기준치 이상의 전류를 방전시키는 정류부 및 교류 전류를 방전시키는 커패시터 및 전원을 공급하는 전원부를 더 포함하되, 서지방전 소자, 정류부, 커패시터 및 전원부는 서로 병렬로 연결되는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따르면, 각 소자를 통해서 낙뢰 등으로 인한 서지 전류, 교류 전류 및 일정 크기 이상의 직류 전류만을 선택적으로 통과시켜 방전시킴으로써, 원하는 범위 내의 직류 전류를 차단할 수 있다.
또한 본 발명은 방식 전위를 유지하여 보호하고자 하는 금속체를 상대적으로 음극화함으로써, 해당 금속체의 부식을 방지할 수 있다.
또한 본 발명은 방식 전위를 유지하여 보호하고자 하는 금속체를 상대적으로 음극화함으로써, 해당 금속체의 부식을 방지할 수 있다.
Description
본 발명은 전기부식 방지장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 낙뢰 등으로 인한 서지 전류, 교류 전류 및 사고 전류만을 통과시켜 방전시키고, 일정 범위 내의 직류 전류는 차단하여 절연조인트와 같은 절연구조의 파괴를 방지하고 사고를 예방하는 전기부식 방지장치에 관한 것이다.
일반적으로 배관설비는 금속으로 구성되며, 금속은 1차 산물 광석, 즉 금속산화물 또는 금속염기 근에서 추출하여 만든다. 따라서 금속은 본연적으로 산소와 반응하여 산화물이 되고, 물과 반응하여 원래의 상태로 되돌아 가려는 성향이 있다.
이와 같은 반응을 부식이라고 하며 대표적인 부식으로는 쇠가 녹스는 현상이 있다. 부식은 전류가 발생하는 화학적 과정이며 금속이 금속산화물 또는 금속염기로 바뀌는 양극화 반응으로부터 시작된다.
즉, 금속은 전자를 내놓으며 스스로 +극을 갖는 염(Salt)이 되기 때문에 부식은 상대적으로 양극을 띄는 부분에서 발생하고 음극에서는 발생하지 않는다.
따라서 금속의 부식을 방지하기 위해서 보호하고자 하는 금속 외부에 음극을 연결하고 땅에 양극을 묻어 전류가 흐르게 함으로써, 보호하고자 하는 금속이 땅에 대해서 상대적으로 음(-)이 되도록 하여 해당 금속의 부식을 방지한다. 이를 전기 방식법, 음극화 보호 또는 통전 보호(Cathodic Protection)라고 한다.
전술한 바와 같이 금속을 부식으로부터 보호하기 위해서는 주변의 다른 금속과 전기적으로 절연이 유지되어야 한다. 따라서 배관설비의 보호를 위해서 배관 사이사이에 절연조인트를 위치시킴으로써 배관의 절연을 유지한다.
그러나 배관에 낙뢰 등으로 인한 서지(Surge) 전류 등이 인가되어 절연구조가 파괴되는 경우에는 주변 전자기기의 안전 동작을 해치게 된다. 따라서 전기 안전과 음극화 보호를 동시에 달성하기 위해서는 배관 사이에 서지 전류 등의 고장 전류를 도통할 수 있는 장치를 설치함으로써 절연구조를 보호하고, 순간적인 전기적 충격이 발생하더라도 전위차를 줄여서 부식을 방지해야 한다.
일반적으로 배관설비의 부식을 방지하기 위한 배관 간의 방식 전위는 850mV에서 950mV를 유지하면 되는 것으로 알려져 있다.
도 1은 배관의 방식 전위 유지를 통해서 절연구조를 보호하는 종래의 분극전지를 나타낸 도면이다.
종래에는 배관 사이의 방식 전위 유지를 위해서, 방식 전위를 유지하되 그 이상의 전위차가 발생하면 큰 전류가 흐르게 하는 도 1에 도시된 형태의 분극 전지를 사용하였다.
도 1에 도시된 바와 같이 종래의 분극 전지는 스테인레스 스틸 강판을 서로 마주보게 설치하고, 극판 사이에 농도가 30%인 수산화칼륨 수용액을 채우는 방식으로 구성되었다.
그리고 두 극판 사이에 인가되는 직류 전압이 일정 범위 내에 있을 때는 물이 전기분해 되어 산소와 수소 기포를 만들어 각 극판을 덮으므로 전기가 잘 통하지 않다가, 일정 범위를 넘는 전위차가 발생하면 각 극판의 기포가 날아가면서 극판이 노출되어 전해액을 통해 전류가 잘 흐르게 된다.
이와 같이 방식 전위를 초과하는 전위차가 발생하면 분극 전지를 통해 전류가 흐르기 때문에 배관설비를 보호할 수 있었다.
그러나 종래의 분극 전지는 전해액을 포함하기 때문에 시간이 지나면 전해액을 점검하여 그 농도를 유지해야 하고, 전해액은 강한 알칼리여서 독성이 강해 취급이 위험하다는 문제가 있었다.
본 발명과 관련된 선행기술로는 대한민국 등록특허공보 0899169 호(2009.05.18.공고, 발명의 명칭 : 지역 정압기의 충격전류 유입 방지장치)가 있다.
본 발명은 전술한 문제점을 개선하기 위해 창안된 것으로서, 배관 설비의 절연구조에 지장을 주지 않는 범위로 설정된 통전 전압 이내의 직류는 차단하고, 통전 전압 이상의 직류와 낙뢰 등으로 인한 서지 전류 및 교류 전류를 방전시킴으로써, 절연조인트와 같은 절연구조의 파괴를 방지하고 사고를 예방하는 전기부식 방지장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 전기부식 방지장치는 서지(Surge) 전류를 방전시키는 서지방전 소자; 기준치 이상의 전류를 방전시키는 정류부; 및 교류 전류를 방전시키는 커패시터를 포함하되, 상기 서지방전 소자, 상기 정류부 및 상기 커패시터는 서로 병렬로 연결되는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 전원을 공급하는 전원부를 더 포함하되, 상기 전원부는 상기 서지방전 소자, 상기 정류부 및 상기 커패시터에 대해서 병렬로 연결된 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 상기 정류부는 하나 이상의 다이오드로 이루어진 제1 및 제2정류 소자를 포함하되, 상기 제1정류 소자와 상기 제2정류 소자는 서로에 대해 역방향으로 병렬 연결되는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 상기 제1 및 제2정류 소자에 포함된 다이오드 수에 기초하여 상기 기준치 조절이 가능한 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 상기 커패시터는 SCR(Silicon Controlled Rectifier)로 대체 가능한 것을 특징으로 한다.
본 발명은 상기 서지방전 소자에 대해서 병렬로 연결되고 상기 정류 소자 및 상기 커패시터에 대해서 직렬로 연결된 인덕터를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 상기 서지방전 소자는 산화금속 바리스터(MOV), 산화아연 바리스터(ZOV), 가스방전관(GDT), 제너 다이오드, 서지 어레스터 중 적어도 하나인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 각 소자를 통해서 낙뢰 등으로 인한 서지 전류, 교류 전류 및 일정 크기 이상의 직류 전류만을 선택적으로 통과시켜 방전시킴으로써, 원하는 범위 내의 직류 전류를 차단할 수 있다.
또한 본 발명은 방식 전위를 유지하여 보호하고자 하는 금속체를 상대적으로 음극화함으로써, 해당 금속체의 부식을 방지할 수 있다.
도 1은 배관의 방식 전위 유지를 위한 종래의 분극전지를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기부식 방지장치가 배관과 지면 사이에 설치된 경우를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기부식 방지장치가 배관과 배관 사이, 및 배관과 지면 사이에 설치된 경우를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기부식 방지장치가 배관과 지면 사이에 설치된 경우를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기부식 방지장치가 배관과 배관 사이, 및 배관과 지면 사이에 설치된 경우를 나타내는 도면이다.
이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기부식 방지장치를 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기부식 방지장치가 배관과 지면 사이에 설치된 경우를 나타내는 도면이다.
도 2를 참조하면 본 발명의 일 실시예에 따른 전기부식 방지장치는 서지(Surge)방전 소자(10), 정류부(20), 커패시터(30), 인덕터(40) 및 전원부(50)를 포함한다.
서지방전 소자(10)는 배관(1) 사이의 절연구조 보호를 위해 서지 전류를 방전시킨다. 즉, 낙뢰 등으로 인한 서지 전류로 인해서 배관(1) 사이의 절연 조인트(2)가 손상되는 것을 방지하기 위해서 서지 전류를 방전시킨다.
낙뢰 등으로 인한 서지 전류는 짧은 시간 내에 극심하게 변하는 교류의 형태를 띄며, 후술하는 커패시터(30)의 용량을 초과할 정도로 높은 주파수를 갖는다.
따라서 본 실시예에서는 서지방전 소자(10)를 통해서 높은 주파수의 서지 전류를 방전시킴으로써, 배관(1)의 절연구조를 보호한다.
구체적으로 높은 주파수의 서지 전류는 서지방전 소자(10)를 통해서 아크 방전되며, 특히 본 실시예에서 서지방전 소자(10)는 산화금속 바리스터(MOV), 산화아연 바리스터(ZOV), 가스방전관(GDT), 제너 다이오드, 서지 어레스터 중에서 적어도 하나를 포함하여 구성될 수 있다.
정류부(20)는 기준치 이상의 전류를 방전시키며, 이 때 기준치란 배관(1)의 절연구조를 파괴할 정도의 전류 크기를 의미한다. 구체적으로 정류부(20)는 도 2에 도시된 바와 같이 하나 이상의 다이오드(Diode)로 이루어진 제1정류 소자(22)와 제2정류 소자(24)를 포함하고, 제1정류 소자(22)와 제2정류 소자(24)는 서로에 대해 역방향으로 병렬 연결된 형태로 구성된다.
이처럼 본 실시예에서 제1정류 소자(22)와 제2정류 소자(24)는 역방향으로 배열되기 때문에 정류부(20)는 순방향 전류 뿐만 아니라 역방향 전류 또한 방전시킬 수 있다. 이 때 순방향, 역방향은 어떤 소자를 기준으로 판단하느냐에 따라서 달라질 수 있으나 양방향으로 흐르는 전류를 방전시킬 수 있다는 사실은 변함없다.
추가적으로 제1정류 소자(22)와 제2정류 소자(24)는 하나 이상의 다이오드로 구성되기 때문에 순방향 및 역방향으로 문턱 전압(Threshold Voltage)을 갖는다. 즉, 순방향으로 일정한 전위차가 발생하기 전까지는 턴온되지 않는 다이오드의 성질에 따라서 정류부(20)의 동작 영역을 설정할 수 있다.
또한 제1정류 소자(22)와 제2정류 소자(24)에 포함되는 다이오드 수가 반드시 일치할 필요가 없으므로, 각 정류 소자(22, 24)에 포함되는 다이오드 수를 다르게 제어하는 것도 가능하다.
결국 본 실시예에서는 다이오드의 수를 조절하여 기준치에 대응되도록 문턱 전압을 형성함으로써, 정류부(20)는 순방향 및 역방향으로 문턱 전압 이상의 직류 및 교류를 방전시킨다.
바꿔 말하면 본 실시예에서 정류부(20)는 문턱 전압 미만인 직류 및 교류는 차단하는 성질을 갖는다.
커패시터(30)는 직류 전류는 차단하되, 배관(1)의 절연구조를 보호하기 위해 교류 전류를 방전시킨다. 구체적으로 커패시터(30)는 전술한 서지방전 소자(10)를 통해서 방전 가능한 주파수 보다는 낮은 주파수를 갖는 교류 전류를 방전시킨다.
또한 본 실시예에서의 커패시터(30)는 교류 전류를 방전시키는 것이 목적이므로, 교류가 인가될 때 전류를 방전시키는 SCR(Silicon Controlled Rectifier)로 대체 가능하다.
추가적으로 본 실시예에서는 도 2에 도시된 바와 같이 서지방전 소자(10)에 대해서 병렬로 연결되고, 정류부(20) 및 커패시터(30)에 대해서 직렬로 연결된 인덕터(40)를 포함할 수 있다.
인덕터(40)를 통해서 낙뢰 등으로 인한 서지 전류가 전기부식 방지장치로 유입된 경우에 전류의 흐름을 지연시키는 인덕터(40)에 의해서 정류부(20) 및 커패시터(30)를 서지 전류로부터 보호한다.
이와 같은 방식으로 본 실시예에 따른 전기부식 방지장치는 낙뢰 등으로 인한 서지 전류, 교류 전류 및 문턱 전압 이상의 직류 전류를 통전하여 방전시키기 때문에, 문턱 전압 미만의 직류 전류를 선택적으로 차단할 수 있다.
더불어 본 실시예에는 전원을 공급하는 전원부(50)를 추가로 포함할 수 있으며, 전원부(50)는 전원을 공급함으로써 배관(1)을 상대적으로 음극화함으로써 배관(1)의 부식을 방지한다.
즉, 본 실시예에서 배관(1)의 부식을 막기 위해서 배관(1)이 지면에 비해서 상대적으로 음(-)이 되도록 하는데, 이를 위해서 전원부(50)의 음극과 배관(1)을 연결하고, 전원부(50)의 양극과 지면을 연결한 상태에서 전원부(50)를 통해 전원을 공급한다.
전술한 바와 같이 본 실시예에 따른 전기부식 방지장치는 문턱 전압 미만인 직류 전류를 제외하고 방전시키므로 배관(1)의 절연구조를 보호하고, 배관(1)의 부식을 방지할 수 있다.
구체적으로 본 실시예에 따른 전기부식 방지장치가 배관(1)에 연결된 일례는 도 2에 도시된 바와 같다.
즉, 서지방전 소자(10), 정류부(20), 커패시터(30) 및 전원부(50)가 서로 병렬로 연결된 전기부식 방지장치를 배관(1)과 지면 사이에 연결하면, 문턱 전압 미만의 전류 이외에는 전기부식 방지장치에서 방전되기 때문에 배관(1)의 절연구조를 보호하고, 배관(1)의 부식을 방지할 수 있다.
본 실시예에 따른 전기부식 방지장치는 전술한 형태 이외에도 다양한 방식으로 배관에 연결되어 배관(1)의 절연구조를 보호하거나, 배관(1)의 부식을 방지할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기부식 방지장치가 배관과 배관 사이, 및 배관과 지면 사이에 설치된 경우를 나타내는 도면으로, 전기부식 방지장치에 포함된 내부 소자들의 구체적인 기능은 전술한 바와 동일하다.
도 3에 따른 본 발명의 일 실시예에 따른 전기부식 방지장치는 배관(1)과 배관(1) 사이에 연결되거나, 배관(1)과 지면 사이에도 연결될 수 있다.
배관(1)과 지면 사이에 위치한 전기부식 방지장치가 배관(1)의 절연구조를 보호하고, 부식을 방지하는 기능은 전술한 바와 동일하다.
더불어 본 실시예에 따른 전기부식 방지장치는 배관(1)과 배관(1) 사이에 위치함으로써, 배관(1)과 배관(1) 사이에 위치한 절연 조인트(2)의 파괴를 방지하여 절연구조를 보호한다.
구체적으로 절연 조인트(2)를 파괴시킬 염려가 있는 범위 내의 전류인, 낙뢰 등으로 인한 서지 전류, 교류 전류, 기준치 이상의 직류 전류를 전기부식 방지장치에서 방전시킴으로써, 절연구조를 보호한다.
즉, 본 실시예에 따른 전기부식 방지장치를 도 3에 도시된 바와 같이 배관(1)에 장착하면 배관(1) 사이의 절연구조를 보호하고, 지면에 대해서 배관(1)을 상대적으로 음극화함으로써 배관(1)의 부식을 방지할 수 있다.
또한 본 실시예에 따른 전기부식 방지장치는 배관(1)에 연결되어 배관(1)을 보호하는 것으로 기재하고 있으나, 본 실시예는 이에 한정되지 않고 해양선박, 해양철구조물 또는 교량 철구조물 등의 전기적 부식이 일어나는 구조물에는 어디든지 장착되어 부식을 방지할 수 있다.
본 실시예에 따르면, 각 소자를 통해서 낙뢰 등으로 인한 서지 전류, 교류 전류 및 일정 크기 이상의 직류 전류만을 선택적으로 통과시켜 방전시킴으로써, 원하는 범위 내의 직류 전류를 차단할 수 있다.
또한 본 실시예는 방식 전위를 유지하여 보호하고자 하는 금속체(배관)를 상대적으로 음극화함으로써, 해당 금속체의 부식을 방지할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 기술이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의하여 정해져야 할 것이다.
1: 배관 2: 절연 조인트
10: 서지방전 소자 20: 정류부
22: 제1정류 소자 24: 제2정류 소자
30: 커패시터 40: 인덕터
50: 전원부
10: 서지방전 소자 20: 정류부
22: 제1정류 소자 24: 제2정류 소자
30: 커패시터 40: 인덕터
50: 전원부
Claims (7)
- 서지(Surge) 전류를 방전시키는 서지방전 소자;
기준치 이상의 전류를 방전시키는 정류부; 및
교류 전류를 방전시키는 커패시터; 및
전원을 공급하는 전원부를 더 포함하되, 상기 서지방전 소자, 상기 정류부, 상기 커패시터 및 상기 전원부는 서로 병렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 전기부식 방지장치.
- 삭제
- 제 1항에 있어서,
상기 정류부는 하나 이상의 다이오드로 이루어진 제1 및 제2정류 소자를 포함하되, 상기 제1정류 소자와 상기 제2정류 소자는 서로에 대해 역방향으로 병렬 연결되는 것을 특징으로 하는 전기부식 방지장치.
- 제 3항에 있어서,
상기 제1 및 제2정류 소자에 포함된 다이오드 수에 기초하여 상기 기준치 조절이 가능한 것을 특징으로 하는 전기부식 방지장치.
- 제 1항에 있어서,
상기 커패시터는 SCR(Silicon Controlled Rectifier)로 대체 가능한 것을 특징으로 하는 전기부식 방지장치.
- 제 1항에 있어서,
상기 서지방전 소자에 대해서 병렬로 연결되고 상기 정류 소자 및 상기 커패시터에 대해서 직렬로 연결된 인덕터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기부식 방지장치.
- 제 1항에 있어서,
상기 서지방전 소자는 산화금속 바리스터(MOV), 산화아연 바리스터(ZOV), 가스방전관(GDT), 제너 다이오드, 서지 어레스터 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 전기부식 방지장치.
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