KR100419912B1

KR100419912B1 - 전원용 써지 보호기

Info

Publication number: KR100419912B1
Application number: KR10-2001-0035636A
Authority: KR
Inventors: 김동림
Original assignee: 김동림
Priority date: 2001-06-22
Filing date: 2001-06-22
Publication date: 2004-02-25
Also published as: KR20010070924A

Abstract

본 발명은 저압 교류 전원회로의 전단에 직렬로 장치하여 교류(60Hz) 전원전류는 통과시키고 써지(surge)전류의 흐름은 억제하여 써지로 부터의 재해를 막는 T써지 보호회로에 관한 것으로, 같은 회수로 권선한 제1 및 제2 코일(L1,L2)과, 상기 제1 및 제2 코일의 회선측 단자(T1, T2)가 동위상이 되도록 상기 제1 및 제2 코일을 전기적으로 결합한 철심코어를 구비한 리액터; 상기 제1코일(L1)의 회선측 단자(T1)와 상기 제2코일(L2)의 기기측 단자(T4) 사이에 연결된 제1바리스터(V1); 및 상기 제2코일(L2)의 회선측 단자(T2)와 상기 제1코일(L1)의 기기측 단자(T3) 사이에 연결된 제2바리스터(V5)를 포함하는 것을 특징으로 하는 바, 이에 의해 바리스터(V1, V5)로 흐른 전류와 코일(L1, L2)로 흐른 전류는 서로 상쇄 분산된다.

Description

전원용 써지 보호기{Surge protector for power source}

본 발명은 낙뢰나 송배전 선로의 지락 등으로 인한 혼촉, 아크 또는 유도전력 이나 주변의 구조물(철탑 등) 또는 피뢰침에 낙뢰 시 지전위의 상승으로 인한 충격전압의 재해를 방지하기 위한 써지 보호회로에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 교류전원을 사용하는 기기는 물론 이러한 기기와 접속된 통신장비 등의 2차적인 피해를 막기 위한 써지 보호기에 관한 것이다.종래의 써지 보호장치는 번개, 지락 등의 사유로 충격전압 유입시 기기의 안전 전압 이하로 저감시켜 기기의 손상을 방지하기 위하여 방전관, 바리스터 등을 이용하여 써지전류의 전량을 흡수 방전시켜 기기에 인가되는 전압을 감소시키는 방법으로 구성되는 바, 이러한 종래의 써지 보호장치는 약한 써지에는 별다른 문제점이 없으나 써지전류가 클 때에는 전류에 비례한 소자양단의 전압상승 및 소자의 소손이 일어나므로 방전소자 자체의 용량에 한계점이 있으며, 대전류의 방전시 접속하는 전선의 규격 및 접지선의 써지에 대한 임피던스 관계로 기술적인 문제점이 있다.

그러므로 보호장치의 제조는 물론 설치기술과 설치환경에 따라 성능이 좌우되는 결함이 있으며, 회선과 대지간의 써지는 접지로 방전시키는데 대전류가 순간적으로 흐르므로 지전위의 상승은 필연적이다. 따라서 방전전류에 비례하여 지전위가 상승하므로 제2의 피해를 발생시킨다.

예를 들면 전원으로 유입된 써지에 대하여 전원측에서는 완벽하게 보호되었다 하여도 접지저항으로 인하여 접지선 및 기기전체가 써지전압과 같은 전위가 되므로 이 전류는 통신선 등의 도선을 통하여 외부로 흐르게 된다. 따라서 통신회로의 피해는 물론 도선으로 접속된 근거리의 기기에도 피해를 주게 된다. 또 피뢰침 등 주변 구조물의 낙뢰, 지락 등에 의해서도 지전위가 상승되는 경우가 있는데, 가령 낙뢰발생시 2Ω의 피뢰접지 저항에 낙뢰전류 3,000A가 흐른다고 가정하면 피뢰침과 접지선은 물론 접지된 부근과 접지된 전기통신기기의 전위는 6,000V로 상승하게 된다.

즉, 기기 외부에 접속된 전기, 통신 회선을 통하여 3,000A의 대전류가 흐르게 되므로, 1차적으로는 기기 외부에 접속된 부분의 취약점에 피해를 가져오며 이 부분을 기존의 보호장치로 보호하였다 하여도 이 전류는 회선을 통하여 흐르므로 2차적으로는 도선으로 접속된 근거리에 위치한 다른 시설물에 피해를 발생시킨다.

그러므로 종래와 같이 써지전류의 전부를 바리스터를 통한 방전만으로 구현하는 경우, 용량의 규격 및 설치환경 조건의 한계점과 2차적인 재해를 유발하게 되는 문제점이 있다.

따라서, 사용목적의 전원전류에 관계없이 써지전류만을 소멸시키며 방전전류를 최소화하여 지전위 상승으로 인한 제2의 피해가 없는 특성을 갖는 써지 보호기가 필요하다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창작된 것으로서, 써지는 매우 짧은 시간의 고전압, 대전류, 임펄스라는 특성을 이용하여 보호할 기기 전원의 흐름에는 지장없이 써지에 대한 종합적인 저항을 크게 하여 써지전류를 감소시킨 후 안전전압 이하로 안정시키는 써지 보호기를 제공하는데 그 목적이 있다.회선간에 인가되는 써지는 코일(L1, L2)로 흐르는 전류와 바리스터(V1, V5)로 흐르는 전류로 상쇄, 분산시키고, 회선과 대지간에 인가되는 써지는 코일의 리액턴스 값에 의하여 써지전류를 감소시키는 방식의 회로를 구성하면,

첫째, 저가이면서 저용량의 바리스터로 안정된 동작 및 수명연장이 가능하게 하며,

둘째, 지전위의 상승을 막을 수 있어 도선으로 접속된 근거리의 타 설비에 2차적인 피해를 주지 않는다는 장점이 있으며,

셋째, 주변의 요인에 의하여 지전위가 상승하여도 안정된 동작이 가능하며 2차 피해가 발생하지 않는 써지 보호회로를 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명을 설명하기 위한 기본 회로도이며,

도 2는 본 발명을 설명하기 위한 사시도 이다.

<도면의 주요 부호의 설명>

T1, T2 : 회선측 입력단자.

T3, T4 : 기기측 출력단자.

G : 접지 단자.

L1, L2 : 제어용 코일.

V1, V2, V3, V4, V5 : 쌍방향 바리스터.

C1, C2, C3 : 콘덴서.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 써지 보호회로는 같은 회수로 권선한 제1 및 제2 코일과, 상기 제1 및 제2 코일의 각 회선측 단자가 동위상이 되도록 상기 제1 및 제2 코일을 전기적으로 결합한 철심코어를 구비한 리액터; 상기 제1코일의 회선측 단자와 상기 제2코일의 기기측 단자 사이에 연결된 제1바리스터; 및 상기 제2코일의 회선측 단자와 상기 제1코일의 기기측 단자 사이에 연결된 제2바리스터를 포함하는 것을 특징으로 한다.상기한 구성에 의해, 회선측 단자로 입력된 써지 전류는 상쇄,분산되어 기기측 단자로 제공된다.또한, 본 발명에서 상기 기기측 단자와 접지단자 사이에 안정화 회로를 더 구비시켜 기기측에 제공된 제어된 써지 전류를 안전전압 이하로 안정화시키는 것이 바람직한 바, 안정화회로는 젝안정안저상기 제1코일(L1)의 기기측 단자(T3)와 상기 제2코일(L2)의 기기측 단자(T4) 사이에 상호 병렬접속된 제1커패시터(C1) 및 제3바리스터(V2); 상기 제2코일(L2)의 기기측 단자(T4)와 접지단자(G) 사이에 상호 병렬접속된 제2커패시터(C2) 및 제4바리스터(V3); 및 상기 제1코일(L1)의 기기측 단자(T3)와 접지단자(G) 사이에 상호 병렬접속된 제3커패시터(C3) 및 제5바리스터(V4)를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 기본회로의 구성 및 작용에 대하여 상세히 설명한다.도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 써지 보호회로도이고, 도 2는 본 발명을 설명하기 위한 사시도이다.도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 써지 보호회로는, 같은 회수로 권선한 제1 및 제2 코일(L1,L2), 상기 제1 및 제2 코일의 회선측 단자(T1, T2)가 동위상이 되도록 상기 제1 및 제2 코일을 전기적으로 결합한 철심코어로 구성된 리액터와, 상기 제1코일(L1)의 회선측 단자(T1)와 상기 제2코일(L2)의 기기측 단자(T4) 사이에 연결된 제1바리스터(V1)와, 상기 제2코일(L2)의 회선측 단자(T2)와 상기 제1코일(L1)의 기기측 단자(T3) 사이에 연결된 제2바리스터(V5)를 포함하여 구성된다.그리고, 상기 제1코일(L1)의 기기측 단자(T3)와 상기 제2코일(L2)의 기기측 단자(T4) 사이에 상호 병렬접속된 제1커패시터(C1) 및 제3바리스터(V2)와, 상기 제2코일(L2)의 기기측 단자(T4)와 접지단자(G) 사이에 상호 병렬접속된 제2커패시터(C2) 및 제4바리스터(V3)와, 상기 제1코일(L1)의 기기측 단자(T3)와 접지단자(G) 사이에 상호 병렬접속된 제3커패시터(C3) 및 제5바리스터(V4)를 더 포함하여 구성된다.상기한 구성의 써지 보호회로의 작용을 설명한다.1) 써지전류의 흐름에 저항할 목적으로 같은 회수로 권선한 2개의 코일에 회선측 단자 T1과 T2가 동위상이 되도록 저주파용 철심코어로 결합하면 공통모드의 저주파 초크코일이 된다.

이 코일은 저주파인 교류전원, 즉 써지 전류가 아닌 정상적인 교류전원이 회선측에서 기기측으로 흐를 때 T1에서 T3로 흐르는 전류와 T2에서 T4로 흐르는 전류는 같은량의 역위상 전류가 된다. 저주파 철심코어가 코일(L1, L2)의 자속을 상쇄시켜 코일의 리액턴스의 값은 0Ω이 되므로 교류전원의 흐름은 코일의 직류적인 저항 값에만 영향을 받는다. 다시 말해서 저주파용 코어에 의하여 교류전원의 리액턴스값이 없어지는 것이다.

2) 회선과 접지간으로 인가되는 써지는 두 코일(L1, L2)의 리액턴스와 바리스터(V1, V5)의 종합 합성값으로 제어되는데 코일특성상 코일의 전류위상은 전압 위상에 비해 90°지연되어 흐르므로 바리스터(V1, V5)로 흐른 전류와 코일(L1, L2)로 흐른 전류는 분산되어 써지전류의 순시치가 감소되며, 이 전류에 해당하는 써지전압은 회로의 회선측과 기기측간에 걸리며 감쇄된 전류는 바리스터(V3, V4)와 콘덴서(C2, C3)를 통하여 접지단자(G)로 흐른다.

3) 저주파인 전원전류가 코일(L1, L2)에 흐를 때에는 위의 설명과 같이 리액턴스가 0Ω이 되지만 날카로운 파형의 고주파 임펄스인 써지전류가 흐를 때에는 저주파용 철심코어는 자기저항 등의 종합적인 자성특성 관계로 코어 본연의 역할을 다하지 못하는 관계로 큰 써지전류의 흐름에서는 2개의 코일(L1, L2)이 각기 동작하여 대부분의 써지전압은 코일 양단에 걸린다.

4) 이 전압은 전압상쇄용 바리스터(V1, V5)를 십자형(cross)으로 접속하여 코일(L1, L2)을 통해 흐른 전류와 바리스터로 흐른 전류는 서로 상쇄되는데 바리스터로 흐르는 전류보다 코일을 통하여 흐른 전류가 90°늦게 흐르므로 전류의 흐름은 분산되어 흐르게 된다.

상쇄되는 원리를 구체적으로 설명하면 코일(L1, L2)의 써지저항 값과 바리스터(V1, V5)의 써지저항 값이 같을 때, 회선측 단자 T1과 T2로 써지가 유입되면 T3과 T4의 전압은 0V가 되어야 한다. 그러나 실제로는 소재의 특성 및 위상관계 등의 사유로 0V는 되지 않지만 기기측 단자(T3, T4) 양단의 써지전압은 대부분 감소되어 바리스터(V2)와 콘덴서(C1)에 흐르는 써지전류가 극히 미약해 지므로 기기측의 안정된 전압을 기대할 수 있다. 또 바리스터(V1, V5)는 회선측 단자(T1, T2)의 양단과 및 접지(G)사이의 과전압 상승을 방지하여 아크로 인한 소손 또는 화재를 예방하는 기능도 한다.5) 커패시터 C1과 바리스터 V2는 선간으로 유입된 써지가 코일과 바리스터(V1, V5)에서 상쇄 및 분산으로 감소된 잔류써지 및 코일 권선의 층간으로 누설된 써지전류를 흡수하여 출력전압을 안정시키며, 커패시터 C2, C3 및 바리스터 V3, V4는 회선과 접지간으로 인가된 써지가 바리스터 V1, 코일 L1 또는 코일 L2, 바리스터 V5에서 통하여 감소된 써지전류를 안전전압 이하로 감소되도록 하기 위하여 접지로 흐르게 한다.

상기와 같이 구성되어 작용하는 본 발명의 써지 보호회로는 정상적인 전원전류에 대한 손실없이 써지전류에만 저항하여 써지의 방전전류를 감소시킴으로써, 값싼 저용량의 바리스터를 사용하면서 써지로부터 보다 안전한 보호는 물론 지전위의 상승을 막아준다. 결국, 써지전류가 접지로 모두 유입되어 지전위가 상승되는 것을 막아주므로 2차적인 피해를 예방하며, 또한 외부요인으로 인한 지전위 상승 시에도 2차적인 피해를 예방하는 효과를 구현한다.

Claims

같은 회수로 권회된 제1 및 제2 코일(L1,L2)과, 상기 제1 및 제2 코일의 회선측 단자(T1, T2)가 동위상이 되도록 상기 제1 및 제2 코일을 전기적으로 결합한 철심코어를 구비한 리액터;

상기 제1코일(L1)의 회선측 단자(T1)와 상기 제2코일(L2)의 기기측 단자(T4) 사이에 연결된 제1바리스터(V1); 및

상기 제2코일(L2)의 회선측 단자(T2)와 상기 제1코일(L1)의 기기측 단자(T3) 사이에 연결된 제2바리스터(V5)

를 포함하는 써지 보호기.
제1항에 있어서,

상기 제1코일(L1)의 기기측 단자(T3)와 상기 제2코일(L2)의 기기측 단자(T4) 사이에 접속된 제3바리스터(V2);

상기 제2코일(L2)의 기기측 단자(T4)와 접지단자(G) 사이에 접속된 제4바리스터(V3); 및

상기 제1코일(L1)의 기기측 단자(T3)와 접지단자(G) 사이에 접속된 제5바리스터(V4)를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 써지 보호기.
제2항에 있어서,

상기 제1코일(L1)의 기기측 단자(T3)와 상기 제2코일(L2)의 기기측 단자(T4) 사이에 접속된 제1커패시터(C1);

상기 제2코일(L2)의 기기측 단자(T4)와 접지단자(G) 사이에 접속된 제2커패시터(C2); 및

상기 제1코일(L1)의 기기측 단자(T3)와 접지단자(G) 사이에 접속된 제3커패시터(C3)를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 써지 보호기.