KR101037549B1

KR101037549B1 - 저압 전원용 피뢰기

Info

Publication number: KR101037549B1
Application number: KR1020100117220A
Authority: KR
Inventors: 장동주
Original assignee: 주식회사 에이시텍
Priority date: 2010-11-24
Filing date: 2010-11-24
Publication date: 2011-06-02
Also published as: KR20110033895A

Abstract

본 발명은 제1 라인 상의 노드 A와 제2 라인 상의 노드 B 사이의 전원입력을, 제1 라인 상의 노드 A"와 제2 라인 상의 노드 B" 사이의 전원출력으로 하여 전원을 공급하고, 상기 제1, 2 라인으로 들어오는 서지를 차단하는 전원용 피뢰기에 있어서, 상기 전원용 피뢰기는 (a) 노드 A와 노드 B 사이, 노드 A와 노드 C, 노드 B와 노드 C 사이에 각각 병렬로 연결된 어레스터(10)(20)(30); (b) 노드 A와 노드 B 사이, 노드 A와 노드 C, 노드 B와 노드 C 사이에 각각 병렬로 연결된 바리스터(40)(50)(60); (c) 노드 A와 노드 B를 제1차 권선 측에 연결하고, 노드 A'와 노드 B'을 제2 차 권선 측에 연결한 아이솔레이션 트랜스포머(isolation transformer; 100); (d) 상기 트랜스포머(100)의 제2차 권선 측 노드 A'와 B' 사이와, 노드 B'와 노드 C', 노드 A'와 노드 C' 사이에 각각 연결된 콘덴서(110)(120)(130); 및 (e) 노드 A'와 노드 A" 사이, 노드 B'와 노드 B" 사이에 각각 연결된 인덕터(140)(150)를 포함한 회로로 구성되고, 상기 노드 C는 전원 측(제1차 권선 측) 접지 노드이고, 상기 노드 C'은 부하 측(제2 차 권선 측) 접지 노드로서, 상기 전원 측 접지 노드는 1종 접지(E1)를 구성하고, 상기 부하 측 접지 노드는 3종 접지(E3)를 구성함으로써 서로 다른 접지 노드를 형성하는 것을 특징으로 하는 전원용 피뢰기를 제공한다.

Description

저압 전원용 피뢰기{SURGE PROTECTOR FOR LOW VOLTAGE POWER}

본 발명은 저압 전원용 피뢰기에 관한 것으로서, 낙뢰 서지(Surge), 배전선로의 지락, 선간 단락 등의 사고로 인하여 서지 전압이 라인에 유입된 경우, 이를 안전하고 효율적으로 차단할 수 있는 피뢰기에 관한 것이다.

공공기관 또는 산업현장에서 사용되는 계측기, 계측제어장비 중에는 가격이 수천만원 또는 수억원 이상의 고가의 장비가 있다. 그런데 순간의 낙뢰 서지, 배전선로의 지락, 선간 단락 등의 사고로 이상 서지 전압이 고가의 장비에 유입되면 순식간에 고가의 장비에 장애가 발생하거나 손상이 발생하게 된다. 이와 같은 서지로부터 선로, 기기, 건물, 인명 등을 보호하기 위해서는 피뢰기 또는 어레스터(arrestor) 등이 사용된다.

종래기술에 따른 피뢰기는 과전류 보호용 퓨즈로 단락 보호 회로부를 연결해서 퓨즈의 용량보다 큰 과전류가 유입되는 경우 개방되어 과전류로부터 보호한다. 또한, 피뢰 회로부는 퓨즈와 직렬접속된 피뢰소자로 연결되어 과전압이 유입되는 경우 피뢰소자가 과전압을 차단해서 부하 측을 보호한다.

그런데, 종래기술은 전원 측이 부하 측과 직접 연결되어 있으므로, 전원부에 서지가 입력되면 이를 부하 측으로부터 격리시키는 데 한계가 있다. 더욱이, 전원 측에 연결된 보호소자들의 응답속도가 유한하므로, 실제로 서지가 피크 값을 가질 때까지도 보호소자는 작동을 하지 못하게 되어 보호소자로서 기능을 제대로 수행하지 못하는 경우가 있다. 즉, 위의 보호소자들의 경우 소정의 스위칭 시간을 지니게 되는데, 보호소자가 작동하기 위한 스위칭 시간 이전에 이미 서지는 부하 측에 전달되는 문제가 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 피뢰기 회로를 구성하는 보호소자들의 스위칭 시간에 관계없이 서지를 효율적으로 차단할 수 있는 피뢰기 구성을 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 전원 측과 부하 측 사이를 트랜스포머(transformer)를 사용해서 완전히 격리(isolation)하는 구성을 구비하는 것을 특징으로 한다. 제1차 측 보호소자로서 어레스터와 바리스터를 사용하고, 제2차 측 보호 소자로서 콘덴서와 인덕터를 조합한 형태로 구성한다. 본 발명에 따라 전원 측과 부하 측 사이를 격리하는 트랜스포머(transformer)는 코일이 가지는 역기전력이 있어, 입력된 서지를 지연시키는 효과가 있고, 제1차 측에 병렬로 설치한 어레스터와 바리스터가 동작할 수 있는 시간을 제공하는 효과가 있다.

본 발명에 있어서 어레스터와 바리스터는 제1차 측으로 유입되는 강한 서지를 완충하는 작용을 하며, 트랜스포머의 인덕턴스는 교류 전원에서의 지상동작을 하고 전원 측에 설치된 어레스터와 바리스터에 서지 방출시간을 연장하는 효과가 있다. 또한, 스위칭 시간 지연으로 인해 필터링하지 못한 서지를 트랜스포머로 절연처리한다. 본 발명에 따른 트랜스포머는 자기고유의 부하용량을 가지기 때문에 제1차 측에 강한 서지 전류가 유입되더라도 제2차 측의 서지 전류는 트랜스포머의 부하용량으로 줄어들게 된다. 또한, 본 발명은 제2차 측에 콘덴서와 인덕터를 조합해서 작은 서지와 노이즈(noise)를 제거한다.

본 발명은 종래기술과 달리 전원 측과 부하 측이 서로 직접 연결되어 있지 않고 아이솔레이션 트랜스포머(isolation transformer)에 의해 차단되어 있으므로, 보호소자의 스위칭시간 지연으로 인해 서지가 부하 측에 전달되는 것을 방지할 수 있다. 그 결과 전원으로 유입되는 서지로부터 고가의 산업용 장비와 송배선 회로사고와 인명 피해를 사전에 방지할 수 있다.

도1은 본 발명의 양호한 실시예에 따른 피뢰기 구성을 나타낸 도면.
도2는 본 발명에 따른 피뢰기에 분전반을 설치한 실시예를 나타낸 도면.

이하에서는 첨부도면 도1 및 도2를 참조해서 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.

도1은 본 발명의 양호한 실시예에 따른 피뢰기 구성을 나타낸 도면이다. 도1을 참조하면, 노드 A, A', A"은 제1 라인 상의 노드이고, B, B', B"는 제2 라인 상의 노드이다. 또한, 노드 C, C', C"는 접지 라인 상의 노드로 보면 된다.

본 발명에 따른 피뢰기는 전원공급 라인의 중간에 트랜스포머(100)를 설치해서, 전원 측과 부하 측으로 격리하는 것을 특징으로 한다. 전원 측 노드 A와 노드 B 사이에 전원이 인가되며, 노드 A와 노드 B 사이에 제1 어레스터(10)를 병렬 연결하고, 노드 B와 노드 C(1종 접지 연결) 사이에 제2 어레스터(20)를 병렬 연결하고, 노드 A와 노드 C 사이에 제3 어레스터(30)를 병렬 연결한다. 이때에, 어레스터(10)(20)(30)들의 규격은 방전할 서지의 전압 크기에 따라 결정된다.

또한, 전원 측 노드 A와 노드 B 사이에 추가로 제1 바리스터(40)를 병렬 연결하고, 노드 B와 노드 C(1종 접지 연결; 도면에 E1으로 표시) 사이에 제2 바리스터(50), 노드 A와 노드 C 사이에 제3 바리스터(60)를 병렬 연결하여 방전 패스를 제공한다.

본 발명에 따른 트랜스포머(100)의 양호한 실시예로서, 1.5KV 내지 2KV 내전압의 아이솔레이션 트랜스포머(isolation transformer)를 사용할 수 있으며, 트랜스포머(100)는 역기전력 효과가 있어 전원 측에 병렬로 설치한 어레스터(10)(20)(30)와 바리스터(40)(50)(60)가 서지를 방출할 수 있는 시간을 연장하는 기능을 제공한다. 또한, 본 발명에 따른 트랜스포머(100)는 보호소자들이 스위칭 속도(응답속도)의 유한성으로 인해 처리하지 못한 서지를 절연 처리함으로써, 서지가 부하 측으로 방전되는 것을 근본적으로 차단한다.

다시, 도1을 참조하면 본 발명에 따른 피뢰기는 부하 측 노드 A"와 노드 B" 사이에서 전원을 출력하게 되며, 노드 A'와 노드 B', 노드C'(3종 접지; 도면에 E3로 표시) 사이에는 보호소자로서 콘덴서가 접속된다. 즉, 노드 A'와 노드 B' 사이에는 제1 콘덴서(110)가 연결되고, 노드 B'와 노드 C' 사이에는 제2 콘덴서(120), 노드 A'와 노드 C' 사이에는 제3 콘덴서(130)가 연결되고, 트랜스포머의 2차 측 단자, 즉 노드 A' 와 노드 A" 사이에는 직렬로 제1 인덕터(140)가 연결되고, 노드 B'와 B" 사이에는 제2 인덕터(150)가 연결된다. 콘덴서는 1uF 정도의 용량을 사용할 수 있다. 여기서, 2차 측에 연결한 콘덴서(110)(120)(130)와 인덕터(140)(150)는 잡음을 제거하는 역할을 수행한다.

도2는 본 발명에 따른 피뢰기에 분전반을 설치한 실시예를 나타낸 도면이다. 본 발명은 계장제어장치, 계측기기장치, 감시제어장치 등과 같은 산업용 제품에 적용될 수 있으며, 부하 측에 분전반(200) 회로를 구성함으로써, 분전반을 추가로 제작할 필요가 없는 장점이 있다. 그 결과 토글 스위치 박스를 추가로 만들 필요가 없어 공간을 축소할 수 있으며, 서지로부터 피해를 방지할 수 있게 된다.

전술한 내용은 후술할 발명의 특허 청구 범위를 더욱 잘 이해할 수 있도록 본 발명의 특징과 기술적 장점을 다소 폭넓게 개선하였다. 본 발명의 특허 청구 범위를 구성하는 부가적인 특징과 장점들이 이하에서 상술 될 것이다. 개시된 본 발명의 개념과 특정 실시예는 본 발명과 유사 목적을 수행하기 위한 다른 구조의 설계나 수정의 기본으로서 즉시 사용될 수 있음이 당해 기술 분야의 숙련된 사람들에 의해 인식되어야 한다.

또한, 본 발명에서 개시된 발명 개념과 실시예가 본 발명의 동일 목적을 수행하기 위하여 다른 구조로 수정하거나 설계하기 위한 기초로서 당해 기술 분야의 숙련된 사람들에 의해 사용될 수 있을 것이다. 또한, 당해 기술 분야의 숙련된 사람에 의한 그와 같은 수정 또는 변경된 등가 구조는 특허 청구 범위에서 기술한 발명의 사상이나 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 진화, 치환 및 변경이 가능하다.

이상과 같이, 본 발명은 200 VA 내지 2 KVA 범위의 전원용 피뢰기이며, 계장제어장치, 자동제어장치 계측기기 등에 이용할 수 있고, 본 발명에 따른 피뢰기 구성의 후단에는 분전반 회로로서 스위치 소자를 연결할 수 있으며(도2 참조), 이 경우 계장제어장치, 계측기기장치, 감시제어장치 등과 같은 산업용 제품의 부하 측 전원에, 독립적으로 분전반을 추가로 제작할 필요가 없는 장점이 있다. 그 결과 토글 스위치 박스를 추가로 만들 필요가 없어 공간을 축소할 수 있으며, 서지로부터 피해를 방지할 수 있게 된다.

10, 20, 30 : 어레스터
40, 50, 60 : 바리스터
100 : 트랜스포머
110, 120, 130 : 콘덴서
140, 150 : 인덕터
200 : 분전반

Claims

제1 라인 상의 노드 A와 제2 라인 상의 노드 B 사이의 전원입력을, 제1 라인 상의 노드 A"와 제2 라인 상의 노드 B" 사이의 전원출력으로 하여 전원을 공급하고, 상기 제1, 2 라인으로 들어오는 서지를 차단하는 전원용 피뢰기에 있어서, 상기 전원용 피뢰기는
(a) 노드 A와 노드 B 사이, 노드 A와 노드 C, 노드 B와 노드 C 사이에 각각 병렬로 연결된 어레스터(10)(20)(30);
(b) 노드 A와 노드 B 사이, 노드 A와 노드 C, 노드 B와 노드 C 사이에 각각 병렬로 연결된 바리스터(40)(50)(60);
(c) 노드 A와 노드 B를 제1차 권선 측에 연결하고, 노드 A'와 노드 B'을 제2 차 권선 측에 연결한 아이솔레이션 트랜스포머(isolation transformer; 100);
(d) 상기 아이솔레이션 트랜스포머(100)의 제2차 권선 측 노드 A'와 B' 사이와, 노드 B'와 노드 C', 노드 A'와 노드 C' 사이에 각각 연결된 콘덴서(110)(120)(130); 및
(e) 노드 A'와 노드 A" 사이, 노드 B'와 노드 B" 사이에 각각 연결된 인덕터(140)(150)
를 포함한 회로로 구성되고, 상기 노드 C는 전원 측(제1차 권선 측) 접지 노드이고, 상기 노드 C'은 부하 측(제2 차 권선 측) 접지 노드로서, 상기 전원 측 접지 노드는 1종 접지(E1)를 구성하고, 상기 부하 측 접지 노드는 3종 접지(E3)를 구성함으로써 서로 다른 접지 노드를 형성하는 것을 특징으로 하는 전원용 피뢰기.
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