KR100332341B1 - 전원용 피뢰기 - Google Patents

Abstract

개시된 전원용 피뢰기는 전원입력라인을 통해 유입되는 과전압 및 과전류를 동시에 제거할 수 있도록 한 것에 관한 것이다.

개시된 전원용 피뢰기는 사용자의 조작에 따라 피뢰기의 전원을 차단하는 선로 차단회로부와, 피뢰기의 용량을 초과하는 서지의 유입이나, 또는 과전압이 지속적으로 입력되는 경우 전원 입력 라인과 피뢰기를 분리하는 단락 과전류 보호회로부와, 단락 과전류 보호회로부를 통해 유입되는 과전압 및 노이즈를 억제 또는 제거하는 피뢰 및 노이즈 제거회로부와, 상기 단락 과전류 보호회로부와 피뢰 및 노이즈 제거회로부가 정상적으로 동작을 수행하고 있는지를 체킹하여 이를 외부로 표시하며, 피뢰기의 현재 상태를 외부로 전송하는 자기진단 회로부로 구성된다.

따라서, 개시된 전원용 피뢰기는 선로 차단기의 내장과 직렬, 병렬 접속 겸용으로 구성되어 있어 적용이 간편할 뿐만 아니라 다양한 상태의 표시기능을 가지고 있어 피뢰기의 현재 상태를 쉽게 알 수 있으며, 피뢰기의 내부 회로소자에 이상이 생기는 경우 부분 교체가 가능하여 경제적인 측면에서 매우 유용하다는 효과를 제공하는데 있다.

Description

전원용 피뢰기{Arrester for protecting a power source}

본 발명은 전원용 피뢰기에 관한 것이다.

보다 상세하게는 전원입력라인을 통해 유입되는 과전압 및 과전류를 동시에 제거할 수 있도록 하는 전원용 피뢰기에 관한 것이다.

일반적으로 피뢰기라 함은 벼락, 송배전선의 지락 또는 전력선과 통신선의 접촉 또는 유도에 의한 충격 전압, 그 밖의 이상 고전압이 걸렸을 경우 선로, 통신기기, 건물, 인명 등을 전기적 위해로부터 보호하기 위한 소자를 말한다.

도 1은 종래 기술에 따른 전원용 피뢰기의 구성을 설명하기 위한 블록도이고, 도 2는 도 1의 상세 회로도로서, 도시된 바와 같이 그 구성은 다음과 같다.

단락 보호회로부(10)는 복수개의 과전류 보호용 휴즈(F1∼F3)로 연결, 구성되어 있으며, 상술한 휴즈(F1∼F3)가 가지고 있는 차단용량보다 큰 과전류가 유입되는 경우 개방되어 과전류로부터 부하측을 보호한다.

피뢰회로부(20)는 상술한 휴즈(F1∼F3)에 직렬 접속된 복수의 피뢰소자(M1∼M3)로 연결, 구성되어 있으며, 단락 보호회로부(10)를 통해 과전압이 유입되는 경우 피뢰소자(M1∼M3)가 과전압을 차단시켜 부하측을 보호한다.

표시 회로부(30)는 상술한 복수의 휴즈(F1∼F3)와 복수의 피뢰소자(M1∼M3) 사이에 복수의 저항(R1∼R3)이 각각 연결, 구성되고, 상기 저항(R1∼R3)에 복수의 발광다이오드(LD1∼LD3)가 연결, 구성되어 입력측으로부터 과전압이 유입되는 경우과전압이 저항(R1∼R3)을 통해 발광다이오드(LD1∼LD3)의 구동전류로 인가되어 발광다이오드(LD1∼LD3)가 발광하여 외부에서 알 수 있도록 한다.

상술한 구성을 갖는 종래의 전원용 피뢰기는 전원 입력측으로부터 서지가 인가될 때 만약 단락 보호회로부(10)에 구비된 휴즈(F1∼F3)가 가지고 있는 차단용량보다 큰 전류가 유입되면, 휴즈(F1∼F3)는 개방되어 서지로부터 부하측을 분리하게 된다.

그러나, 입력되는 서지가 단락 보호회로부(10)에 구비된 휴즈(F1∼F3)의 차단용량보다 작은 경우 그대로 통과하여 피뢰회로부(20)로 입력된다. 이때 피뢰회로부(20)로 입력되는 전류 또한 부하측에 영향을 줄 수 있는 크기이므로 피뢰회로부(20)의 피뢰소자(M1∼M3)는 이를 차단시켜 부하측에 연결된 기기들을 보호한다.

이때, 피뢰소자(M1∼M3)로 유입되는 전류는 표시 회로부(30)의 각 저항(R1∼R3)을 통해 각 발광다이오드(LD1∼LD3)로 흐르게 되므로 발광다이오드는 발광하기 시작하고, 외부에서는 이를 보고 피뢰기로 서지가 유입됨을 알 수 있다.

그러나, 상술한 바와 같은 종래의 전원용 피뢰기는 직렬 접속형 피뢰기와 병렬 접속형 피뢰기가 별도로 구분되어 있으며, 사용자가 전원용 피뢰기를 선정하는 경우 직렬 접속형 피뢰기가 적당한지, 아니면 병렬 접속형 피뢰기가 적당한지 알 수 없어 쉽게 선택하여 적용시키기 어렵다는 문제점이 있었다.

또한, 종래의 피뢰기에는 선로 차단기가 별도로 구비되어 있지 않으므로 피뢰기를 설치하는 경우이나, 또는 교체시켜야 하는 경우 따로 선로 차단기를 설치한 후 피뢰기를 설치하거나, 교체하여야 한다는 번거러움 점이 있었으며, 피뢰기의 내부 소자 중 일부의 소자가 손상된 경우에도 피뢰기 전체를 교체시켜야 하는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명의 목적은 전술한 문제점을 해결할 수 있도록 하나의 피뢰기를 이용하여 직렬 및 병렬 접속이 모두 가능하게 하며, 선로 차단기를 내장하고 있어 전원으로부터 분리하지 않은 채 피뢰기에 구비된 선로 차단기를 이용하여 전원을 일시 중단시키므로써 일부 소자를 교체시키는 경우 직접 결선할 수 있도록 하였으며, 피뢰소자의 손상에 의한 전원 공급의 중단을 방지하기 위해 각 상별로 단락 과전류 보호 회로를 내장하고 있으며, 과전압과 노이즈를 동시 제거할 수 있도록 하는 전원용 피뢰기를 제공함에 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 전원용 피뢰기의 구성을 설명하기 위한 블록도,

도 2는 도 1의 상세회로도,

도 3은 본 발명에 따른 전원용 피뢰기의 구성을 설명하기 위한 블록도,

도 4는 도 3의 상세회로도,

도 5는 도 3에 적용된 자기 진단회로부의 상세회로도,

도 6은 본 발명이 적용된 피뢰기의 직렬접속시 일 실시 예를 도시한 도면,

도 7은 본 발명이 적용된 피뢰기의 병렬접속시 일 실시 예를 도시한 도면,도 8은 본 발명의 피뢰소자의 동작관계를 설명하기 위한 도면이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호설명*

100 : 선로 차단회로부

110 : 단락 보호회로부

120 : 피뢰 및 노이즈 제거회로부

130 : 자기 진단회로부

F1∼F9 : 단락과전류 보호용 휴즈

M1∼M13 : 피뢰소자

D : 다이오드

TZ : 트랜지언트 다이오드

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 사용자의 조작에 따라 피뢰기의 전원을 차단하는 선로 차단회로부와, 피뢰기의 용량을 초과하는 서지의 유입이나, 또는 과전압이 지속적으로 입력되는 경우 전원 입력 라인과 피뢰기를 분리하는 단락 과전류 보호회로부와, 대용량의 피뢰 소자를 병렬 조합시켜, 상기 단락 과전류 보호회로부를 통해 유입되는 과전압 및 노이즈를 억제 또는 제거하는 피뢰 및 노이즈 제거회로부와, 상기 단락 과전류 보호회로부와 피뢰 및 노이즈 제거회로부가 정상적으로 동작을 수행하고 있는지를 체킹하고, 체킹된 결과를 외부로 표시하며, 피뢰기의 현재 상태를 외부로 전송하는 자기 진단회로부로 구성됨을 특징으로 한다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 기술하기로 한다.

도 3은 본 발명에 따른 전원용 피뢰기의 구성을 설명하기 위한 블록도이고, 도 4는 도 3의 상세회로도로서, 그 구성은 다음과 같다.

선로 차단회로부(100)는 사용자의 조작에 따라 피뢰기의 전원을 차단한다.

단락 과전류 보호회로부(110)는 복수의 휴즈(F1∼F9)로 연결, 구성되어 있으며, 상술한 휴즈의 차단용량을 초과하는 서지의 유입이나, 또는 과전압이 지속적으로 입력되는 경우 전원 입력 라인과 피뢰기를 분리시켜 부하측을 보호한다.

피뢰 및 노이즈 제거회로부(120)는 각 상과 상, 상과 중성선, 상과 접지 및 중성선 및 접지간에 대용량의 피뢰 소자(M1∼M13)가 연결, 구성되며, 상기 피뢰소자(M1∼M13)에 노이즈 제거용 캐패시터가 병렬로 연결 구성되며, 상기 단락 과전류 보호회로부(110)로부터 유입되는 과전압 및 노이즈를 억제 또는 제거한다.

이때, 상술한 피뢰소자(M1∼M13)는 각기 다른 값을 갖게 되는데, 이는 전원측을 통해 유입되는 과전압에 유연하게 대처할 수 있도록 하기 위한 것이다.상술한 피뢰소자(M1∼M13)는 비선형 전압-전류 특성을 갖는 수동 소자로서 사용전원 전압에 따라 다음의 표에서와 같이 단계별로 그 값이 결정되며, 단계별 동작관계는 도 8에 도시된 바와 같이 1단계--＞2단계--＞3단계 순으로 동작이 이루어진다.따라서 피뢰소자(M1∼M13)를 단계별로 적용하여 서지 및 과전압에 유연하게 대처할 수 있다.

자기 진단회로부(130)는 상기 단락 과전류 보호회로부(110)와 피뢰 및 노이즈 제거회로부(120)가 정상적으로 동작을 수행하고 있는지를 체킹하고, 체킹된 결과를 시각적 표시수단 및 청각적 표시수단을 이용하여 외부로 표시하며, 피뢰기의 현재 상태를 외부기기에 알 수 있도록 외부로 전송한다.

상술한 자기 진단회로부(130)는 복수의 발광다이오드(LED)로 연결, 구성되어 있으며, 피뢰기의 전원 공급상태 및 피뢰기 내부 소자의 동작상태를 사용자가 시각적으로 알 수 있도록 발광, 표시하는 표시회로(131)와, 피뢰기의 전원 공급상태 및 피뢰기 내부 소자의 동작상태를 사용자가 청각적으로 알 수 있도록 부저음을 발생시키는 부저회로(132)와, 무인지역에 설치된 피뢰기를 외부에서 원격으로 그 동작 상태를 감시하기 위한 원격회로(133)와, 상기 단락 과전류 보호회로부(110)를 통해 유입되는 서지의 회수를 카운트하여 그 회수를 외부로 표시하는 서지 계수회로(134)로 구성된다.

이와 같이 구성된 본 발명에 따른 전원용 피뢰기의 동작을 첨부한 도면을 참조하여 좀 더 구체적으로 설명한다.

전원 입력 라인으로부터 서지가 단락 과전류 보호회로부(110)로 입력되는 경우 서지의 크기가 단락 과전류 보호회로부(110)에 구성되어 있는 휴즈의 차단용량보다 작은 경우에는 단락 과전류 보호회로부(110)를 통해 출력되고, 큰 경우에는 단락 과전류 보호회로부(110)의 휴즈(F1∼F13)의 일부가 개방되어 서지로부터 부하측을 보호할 수 있다.

즉, 단락 과전류 보호회로부(110)는 피뢰기의 용량을 초과하는 과전압의 유입 또는 과전압이 지속적으로 유입되어 피뢰회로부(120)의 피뢰소자(M1∼M13)가 단락되는 경우 전원과 피뢰기를 신속하게 차단하여 피뢰기의 손상에 의한 전원 공급이 중단되는 것을 방지한다.

이때, 상술한 단락 과전류 보호회로부(110)는 수동소자인 휴즈로 구성되어 있어 제어회로가 필요치 않으며, 단락 과전류 보호회로부(110)에 의한 전원공급 중단 방지는 원리는 다음과 같은 순서로 이루어진다.즉, 피뢰소자(M1∼M13)의 정격용량을 초과하는 서지가 유입되면, 피뢰소자(M1∼M13)의 손상(피뢰소자가 손상될 경우 피뢰소자는 단락 상태가 됨)되고, 전원과 병렬로 접속되어 있는 단락 과전류 보호회로부(110)는 피뢰소자(M1∼M13)의 단락에 의해 개방되고, 단락 과전류 보호회로부(110)의 개방에 의해 손상된 피뢰소자(M1∼M13)가 전원으로부터 완전 분리되며, 피뢰소자(M1∼M13)가 손상되더라도 전원 공급은 중단되지 않는다. 따라서 단락 과전류 보호회로부(110)는 피뢰소자(M1∼M13)가 손상된 경우 개방됨으로써 전원공급 중단을 방지하게 되는 것이다.만일, 단락 과전류 보호회로부(110)가 없다면 손상된 피뢰소자(M1∼M13)에 의해 전원과 직렬로 접속되어 있는 선로차단 회로부(100)가 개방되어 전원 공급이 차단될 것이다.또한, 상술한 휴즈들(F1∼F13)의 차단용량은 대체적으로 125,000∼200,000 암페어이며, 상술한 휴즈들(F1∼F13)이 각 상별로 구성되어 있다.

상술한 바와 같이 서지의 크기가 단락 과전류 보호회로부(110)를 통과하여 피뢰 및 노이즈 제거회로부(120)로 유입되는 경우, 피뢰 및 노이즈 제거회로부(120)의 피뢰소자(M1∼M13)는 유입되는 서지를 최대한 억제시켜 부하측이 정상적으로 동작할 수 있도록 하며, 이때 캐패시터(C1∼C3)는 부하측으로 출력되는 노이즈를 제거하게 된다.

한편, 피뢰 및 노이즈 제거회로부(120)는 대용량 피뢰소자(M1∼M13)를 병렬 조합 구성함으로써 과전압을 억제하는데 그 효과를 높일 수 있다. 또한, 대용량 피뢰소자(M1∼M13)를 각 상과 상, 상과 중성선, 상과 접지 및 중성선과 접지간에 접속시켰기 때문에 전원 입력 라인을 통해 유입되는 모든 과전압을 억제시킬 수 있다.

이때, 피뢰기의 전단에 구비된 선로 차단회로부(100)는 피뢰기의 일부 소자가 서지에 의해 손상된 경우 이를 교체할 때 피뢰기로 입력되는 전원을 일시적으로 중단시켜 사용자가 쉽게 손상된 소자를 교체시킬 수 있도록 한다.

한편, 상술한 선로 차단회로부(100)의 출력측에 부하와 피뢰기가 접속되어 있으면 피뢰기를 직렬접속형으로 사용하고자 하는 경우이며, 만약 피뢰기를 병렬접속 형으로 사용하고자 할 경우에는 선로 차단회로부(100)의 2차측을 피뢰기에만 접속하면 된다.(첨부 도면 도 5 및 도 6 참조)

만약에 과전압에 의해 피뢰 및 노이즈 제거회로부(120)의 피뢰소자(M1∼M13) 중 일부의 피뢰소자가 손상되면, 이 손상된 피뢰소자에 접속된 단락 과전류 보호회로부(110)의 휴즈만 개방되며, 이 휴즈의 개방여부는 후술하고자 하는 자기 진단회로부(13)의 표시회로(133)를 통해 표시하여 사용자가 쉽게 알 수 있도록 하며, 상술한 표시회로(133)의 표시램프를 확인하여 손상된 피뢰소자와 이 피뢰소자에 연결된 휴즈만을 교체하여 피뢰기를 재 사용할 수 있도록 한다.

상술한 바와 같이, 피뢰기가 정상적으로 동작하고 있는지를 외부에서 시각적으로 확인할 수 있을 뿐만 아니라, 청각으로도 식별이 가능한데, 이는 자기 진단회로부(130)가 본 발명인 전원용 피뢰기에 구비되어 있기 때문이다.

상술한 자기 진단회로부(130)는 구성에서 설명한 바와 같이, 표시회로(131), 부저회로(132), 원격회로(133) 및 서지 계수회로(134)로 이루어져 있으며, 표시회로(131)는 단락 과전류 보호회로부(110)의 휴즈가 개방되지 않아 정상적인 동작을 수행하는 경우 릴레이(RY)가 작동하여 전원(+5V) 입력라인과 연결되어 발광다이오드(LED)가 발광하여 시각적으로 외부에서 피뢰기가 정상적으로 동작하고 있음을 알 수 있다.

또한, 부저회로(132)는 단락 과전류 보호회로부(110) 및 피뢰 및 노이즈 제거회로부(120)로부터 입력되는 신호를 복수의 낸드게이트(NAND) 및 오아 게이트(0R)로 입력받아 회로 소자 하나라도 정상 동작을 수행하지 않는 경우 트랜지스터(Q)로 구성된 부저 구동부를 구동시켜 부저로 전원(+5V)이 공급되고, 이에 부저(BUZZER)는 부저음을 발생시켜 사용자가 피뢰기에 이상이 있음을 청각적으로 알 수 있게 된다. 외부에서 스톱버튼(BZ STOP)을 누르게 되면 부저(BUZZER)에서 발생되는 음은 중단된다.

한편, 상술한 낸드게이트(NAND)에는 원격회로(133)가 연결, 구성되는데, 이 원격회로(133)는 무전압 접점회로로서, 피뢰기가 무인화 장소에 설치되어 있는 경우 피뢰기의 전원 공급 상태 및 각 피뢰소자의 동작 상태를 원격으로 감시할 수 있도록 하기 위한 것이다.이때, 상술한 원격회로(133)는 무전압 접점을 제공하는 것으로서, 단락 과전류 보호회로부(110)의 개방 또는 전원의 공급 중단에 대한 원격감시를 필요로 하는 경우에 원격회로(133)를 통해 인터페이스가 가능하도록 한다. 원격감시를 필요로 하는 경우에는 사용자의 원격감시 장비(PLC 등)와 원격회로(133)를 인터페이스시켜 피뢰기의 상태를 원격감시 할 수 있다.원격회로(133)의 동작은 다음과 같다.즉, 피뢰기가 정상 상태인 경우에는 원격회로(133)의 접점이 C(공통)와 NC(상시접속)가 단락 상태이며, 피뢰기가 손상된 경우(도 5의 단락 과전류 보호회로부(110)의 휴즈가 개방된 경우) 릴레이(Ry) 접접이 +5V와 접속되어 낸드게이트(NAND)의 입력은 모두 1이 되고, 낸드게이트(NAND)의 출력은 0이 되어 원격회로(133)의 접점은 C(공통)와 NC(상시접속)가 단락 상태로 바뀌게 되며, 이를 통해 원격감시가 가능해지는 것이다.

마지막으로, 피뢰기로 서지가 유입 회수를 판단하기 위해 이를 계수하는 서지 계수회로(134)가 피뢰기에는 별도로 구비되어 있다.

이 서지 계수회로(134)는 단락 과전류 보호회로부(110)로부터 유입되는 서지를 다이오드(D) 및 트랜지언트 다이오드(TZ)를 통해 입력받으며, 이렇게 입력된 서지는 옵토커플러(OC)의 발광소자로 흐르게 되고, 발광소자는 그 서지에 비례하는 광도로 발광하기 시작한다.

이렇게 발광소자가 발광하기 시작하면 수광소자는 이를 수광하여 전기적인 신호로 변환시켜 서지 카운터(SC)로 출력시킨다. 이렇게, 수광소자가 동작할 때마다 서지 카운터(SC)는 업카운트를 한다.

도 5는 본 발명이 적용된 피뢰기의 직렬접속시 일 실시 예를 도시한 도면이고, 도 6은 본 발명이 적용된 피뢰기의 병렬접속시 일 실시 예를 도시한 도면으로서, 도시된 바와 같이, 선로 차단회로부(100)의 출력단이 후단의 회로들과 연결된 연결되느냐에 따라서 직렬 접속형을 선택할 지 병렬 접속형을 선택할 지 결정할 수 있다.

따라서, 상술한 바와 같이 본 발명은 선로 차단기의 내장과 직렬, 병렬 접속 겸용으로 구성되어 있어 적용이 간편할 뿐만 아니라 다양한 상태의 표시기능을 가지고 있어 피뢰기의 현재 상태를 쉽게 알 수 있으며, 피뢰기의 내부 회로소자에 이상이 생기는 경우 부분 교체가 가능하여 경제적인 측면에서 매우 유용하다는 효과가 있다.

Claims (5)

1. 사용자의 조작에 따라 피뢰기의 전원을 차단하는 선로 차단회로부;

   피뢰기의 용량을 초과하는 서지의 유입이나, 또는 과전압이 지속적으로 입력되는 경우 전원 입력 라인과 피뢰기를 분리하는 단락 과전류 보호회로부;

   대용량의 피뢰 소자를 병렬 조합시켜, 상기 단락 과전류 보호회로부를 통해 유입되는 과전압 및 노이즈를 억제 또는 제거하는 피뢰 및 노이즈 제거회로부; 및

   상기 단락 과전류 보호회로부와 피뢰 및 노이즈 제거회로부가 정상적으로 동작을 수행하고 있는지를 체킹하고, 체킹된 결과를 외부로 표시하며, 피뢰기의 현재 상태를 외부로 전송하는 자기진단 회로부로 구성된 것을 특징으로 하는 전원용 피뢰기.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 단락 과전류 보호회로부는,

   복수의 과전류 보호용 휴즈로 구성되어 있으며, 과전류 유입시 휴즈의 개방되는 경우 상기 자기 진단회로부에 의해 개방된 휴즈에 대해서만 발광표시가 됨을 특징으로 하는 전원용 피뢰기.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 피뢰 및 노이즈 제거회로부는,

   각 상과 상, 상과 중성선, 상과 접지 및 중성선 및 접지간에 피뢰소자가 연결, 구성되어 전원선을 통해 유입되는 과전압을 억제시킬 수 있음을 특징으로 하는전원용 피뢰기.
4. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 피뢰소자의 크기는,

   유입되는 과전압에 유연하게 대처할 수 있도록 각기 다르게 설정됨을 특징으로 전원용 피뢰기.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 자기진단 회로부는,

   피뢰기의 내부 회로 손상시 이를 외부에서 알 수 있도록 발광, 표시하는 표시회로;

   피뢰기의 내부 회로 손상시 이를 외부에서 알 수 있도록 부저음을 발생시키는 부저회로;

   피뢰기의 내부 회로 손상에 대한 신호를 외부기기로 송출하는 원격회로; 및

   상기 단락 과전류 보호회로부를 통해 유입되는 과전압의 회수를 카운트하여 외부로 표시하는 과전압 계수회로로 구성됨을 특징으로 하는 전원용 피뢰기.