KR101232092B1

KR101232092B1 - 복합 임펄스 전류 발생기

Info

Publication number: KR101232092B1
Application number: KR1020120114234A
Authority: KR
Inventors: 정용기
Original assignee: (주)옴니엘피에스
Priority date: 2012-10-15
Filing date: 2012-10-15
Publication date: 2013-02-12
Also published as: JP2014082920A; JP5859491B2

Abstract

본 발명은 8/20 또는 10/350 ㎲ 임펄스 전류 파형을 이용하여 시설물 또는 전자기기 등의 시험부하에 대하여 낙뢰로 인해 발생하는 서지(surge)전압으로부터의 내성을 시험하며, 그와 더불어 동작책무시험을 수행할 수 있는 복합 임펄스 전류 발생기에 관한 것이다.
그 구성은 충전전압 모드의 스위치 선택에 따라 충전을 시작하는 충전전압선택부; 및 방전파형 모드의 스위치 선택에 따라 방전파형을 발생하는 방전파형선택부를 구비하는 복합 임펄스 전류 발생기에 있어서, 상기 충전전압선택부의 선택모드에 따라 입력 교류전압을 직류전압으로 변환하는 충전전압공급수단; 상기 충전전압공급수단의 직류전압을 분압하는 전압분배수단; 상기 충전전압공급수단의 전압극성이 변환되도록 제어되는 극성전환 릴레이수단; 상기 충전전압공급수단의 서지 잔류전압을 방전시키는 방전수단; 상기 충전전압선택부로부터 선택된 충전전압에 따라 충전전압공급수단으로부터 공급되는 충전전압을 제1 내지 제3 충전콘덴서 중 어느 하나를 선택하여 충전될 수 있도록 개폐되는 제1 내지 제3 충전콘덴서 선택스위치 중 어느 하나를 구동하는 충전전환모드 구동수단; 상기 제1 내지 제3 충전콘덴서 중 어느 하나에 의해 완료된 충전전압을 시험부하에 인가되도록 연결하는 진공스위치부; 상기 진공스위치부의 일단과 연결되고 그 타단이 시험부하에 연결되며, 상기 방전파형선택부에서 선택되는 파형에 따라 개폐되는 RL회로수단; 상기 시험부하와 연결되며, 상기 RL회로수단으로부터 생성된 전류 파형을 측정하기 위한 전류센서; 및 상기 충전전압공급수단의 충전을 제어함과 더불어 충전전환모드 구동수단의 충전콘덴서 선택스위치의 개폐 동작을 제어하며, 상기 진공스위치부의 스위칭 동작을 제어하는 제어수단;을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 복합 임펄스 전류 발생기를 개시한다.

Description

복합 임펄스 전류 발생기{Hybrid impulse current generator}

본 발명은 복합 임펄스 전류 발생기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 8/20 또는 10/350 ㎲ 임펄스 전류 파형을 이용하여 시설물 또는 전자기기 등의 시험부하에 대하여 낙뢰로 인해 발생하는 서지(surge)전압으로부터의 내성을 시험하며, 그와 더불어 동작책무시험을 수행할 수 있는 복합 임펄스 전류 발생기에 관한 것이다.

전자통신기술의 발전으로 산업 플랜트뿐만 아니라 일반 가정에서도 디지털 전자기기가 매우 광범위하게 사용되고 있는데, 이들 기기는 서지에 대한 내성이 약하므로 낙뢰와 같은 과도전압(서지전압) 발생 시 기기가 소손되는 고장사고가 증가하고 있다.

이를 예방하기 위해 수십 년 동안 미국에서 생산되고 적용된 과전압 서지 억제기(TVSS)는 ANSI/IEEE C62.1 가이드라인에 따른 8/20 ㎲ 임펄스 전류 파형을 사용하여 시험해 왔다. 1995년까지 8/20 ㎲ 임펄스 전류 파형은 IEC를 사용하는 나라를 포함한 대부부의 국가에서 인정되었다.

그러나 1990년도 중반 이후 IEC 61643 그룹은 인입구에 설치되는 서지 보호 장치에 대한 I 등급 시험을 소개하면서 10/350 ㎲ 시험 임펄스 전류 파형을 언급하였다. 이 파형은 기존의 IEC 61024 등에서 사용되던 파형으로 주로 외부피뢰에 적용되던 에너지 내량이 매우 높은 파형이다.

현재 시험기관들은 IEC 61643-1의 임펄스 전원 요구사항을 만족하기 위해 10/350 시험 임펄스 전류 파형을 사용해야 하지만, IEC 61643-1의 2002년 버전까지만 해도 새로운 파형의 적용이 서지 보호 장치(SPD)의 시험에 과도하다는 반대에 부딪혀 어느 정도 절충된 표현을 사용하였다. 즉, 서지 보호 장치의 I 등급과 II 등급 시험항목은 8/20 ㎲ 임펄스 전류 파형을 기반으로 결정되었고, I등급 시험조차 10/350 ㎲ 시험 임펄스 전류 파형으로 한정하지 않았다.

그러나 IEC 61643-1의 2005년도 버전에서는 I 등급 시험에 10/350 ㎲ 시험 임펄스 전류 파형을 언급하였으며, 이후 발표된 IEC 62305에서는 외부 뇌 보호 시험에 10/350 ㎲ 시험 임펄스 전류 파형을 최대 200 kA까지 적용하는 것으로 규정하고 있다.

상술한 바와 같이, 외부 뇌 보호 시험에 사용하기 위해서는 정확한 충격전류를 발생시키는 것이 요구된다.

그러나 종래 단일의 충격전류 발생장치(ICG)에서는 8/20 ㎲ 임펄스 전류 파형 또는 10/350 ㎲ 임펄스 전류 파형 1개만을 선택적으로 사용하여 충격전류를 생성할 수밖에 없었다.

또한, 최근 적용되는 KS C IEC 62305-1에서 제안하는 서지 보호 장치(SPD)의 Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ 등급 시험을 위한 동작책무 시험을 시행할 수 없었다. 즉, 서지 보호 장치(SPD)에서 수행하는 모든 등급 시험을 위한 동작책무 시험을 시행할 수 없었다.

따라서 이들의 단점을 보완하는 복합적인 임펄스 전류 발생기의 개발 필요성이 요구되었다.

따라서 본 발명은 상기한 종래의 문제점들을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 그 목적은 8/20 ㎲ 또는 10/350 ㎲ 임펄스 전류 파형을 이용하여 시설물 또는 전자기기 등의 시험부하에 대하여 낙뢰로 인해 발생하는 서지전압으로부터의 내성을 시험할 수 있는 복합 임펄스 전류 발생기를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 8/20 ㎲ 또는 10/350 ㎲ 임펄스 전류 파형의 생성을 통해 서지 보호 장치의 Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ 등급에 대한 동작책무시험을 수행할 수 있도록 하는 복합 임펄스 전류 발생기를 제공하는데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따르면, 충전전압 모드의 스위치 선택에 따라 충전을 시작하는 충전전압선택부; 및 방전파형 모드의 스위치 선택에 따라 방전파형을 발생하는 방전파형선택부를 구비하는 복합 임펄스 전류 발생기에 있어서, 상기 충전전압선택부의 선택모드에 따라 입력 교류전압을 직류전압으로 변환하는 충전전압공급수단; 상기 충전전압공급수단의 직류전압을 분압하는 전압분배수단; 상기 충전전압공급수단의 전압극성이 변환되도록 제어되는 극성전환 릴레이수단; 상기 충전전압공급수단의 서지 잔류전압을 방전시키는 방전수단; 상기 충전전압선택부로부터 선택된 충전전압에 따라 충전전압공급수단으로부터 공급되는 충전전압을 제1 내지 제3 충전콘덴서 중 어느 하나를 선택하여 충전될 수 있도록 개폐되는 제1 내지 제3 충전콘덴서 선택스위치 중 어느 하나를 구동하는 충전전환모드 구동수단; 상기 제1 내지 제3 충전콘덴서 중 어느 하나에 의해 완료된 충전전압을 시험부하에 인가되도록 연결하는 진공스위치부; 상기 진공스위치부의 일단과 연결되고 그 타단이 시험부하에 연결되며, 상기 방전파형선택부에서 선택되는 파형에 따라 개폐되는 RL회로수단; 상기 시험부하와 연결되며, 상기 RL회로수단으로부터 생성된 전류 파형을 측정하기 위한 전류센서; 및 상기 충전전압공급수단의 충전을 제어함과 더불어 충전전환모드 구동수단의 충전콘덴서 선택스위치의 개폐 동작을 제어하며, 상기 진공스위치부의 스위칭 동작을 제어하는 제어수단; 을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 복합 임펄스 전류 발생기를 제공한다.

또한, 상기 시험부하에 공급되는 전압을 조정하는 전압조정부; 상기 시험부하에 인가된 전압이 상기 전압조정부로 유입되는 것을 방지하는 파워공급용 백필터부; 및 상기 제어수단에 유입되는 서지 전압을 제한하는 바리스터부;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 방전파형선택부는 상기 제어수단에 입력되는 제어신호에 의해 전기적으로 동작되는 솔레노이드에 의해 스위칭되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 충전전환모드 구동수단은 상기 제어수단에 입력되는 제어신호에 의하여 전기적으로 동작되는 솔레노이드에 의해 스위칭되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 RL회로수단은 각기 다른 저항(R) 값과 인덕턴스(L) 값의 조합에 의해 10/350에서 50kA 모드 또는 10/350에서 25kA 모드 또는 8/20에서 25kA 모드의 임펄스 전류 파형을 생성하는 것을 특징으로 한다.

이상과 같이 본 발명에 따르면, 8/20 ㎲ 또는 10/350 ㎲ 임펄스 전류 파형을 이용하여 시설물 또는 전자기기 등의 시험부하에 대하여 낙뢰로 인해 발생하는 서지전압으로부터의 내성을 시험할 수 있으므로 시험기기의 추가 설치비용을 줄일 수 있다.

또한, 최근 적용되는 KS C IEC 62305-1에서 제안하는 서지 보호 장치의 Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ 등급에 대한 동작책무시험을 8/20 ㎲ 또는 10/350 ㎲ 임펄스 전류 파형의 생성을 통해 시험할 수 있으므로 고품질의 전력 수요가 요구되는 시대상황에 맞게 전자기기를 비롯한 보호기기의 낙뢰 관련 시험 및 성능 평가에 효과적으로 활용될 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 복합 임펄스 전류 발생기의 블록 구성도,
도 2는 도 1에 도시된 복합 임펄스 전류 발생기의 회로 구성도,
도 3은 도 1에 도시된 진공스위치부가 적용된 회로 구성도,
도 4는 본 발명에 따른 복합 임펄스 전류 발생기를 이용하여 동작책무시험 과정을 나타낸 플로우차트,
도 5a는 본 발명에 따른 동작책무시험의 시험설비 설치 도면,
도 5b 및 도 5c는 도 5a에 도시된 동작책무시험의 Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ 등급에 대한 시간 흐름도,
도 6은 본 발명에 따른 복합 임펄스 전류 발생기의 메인 화면을 나타낸 도면이다.

본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정 해석되지 아니하며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

이하, 상기한 바와 같이 구성된 본 발명에 대해 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 복합 임펄스 전류 발생기의 블록 구성도이고, 도 2는 도 1에 도시된 복합 임펄스 전류 발생기의 회로 구성도이며, 도 3은 도 1에 도시된 진공스위치부가 적용된 회로 구성도이다.

본 발명은 8/20 ㎲ 또는 10/350 ㎲의 임펄스 전류 파형을 생성하기 위한 복합 임펄스 전류 발생기로서 예컨대, 8/20 ㎲의 임펄스 전류 파형은 파두부가 파형의 생성시점부터 8 ㎲의 시간이 흐른 후 피크 치에 도달하고, 그 피크 치에 도달한 이 후 감쇄된 파형이 피크 치부터 20 ㎲의 시간이 흐른 후에 피크치의 50%로 감쇄하는 임펄스 전류 파형을 의미한다. 따라서 상기 8/20 ㎲의 임펄스 전류 파형은 파미부의 폭이 파두부의 폭보다 넓게 형성된다.

본 발명에 의한 복합 임펄스 전류 발생기는 충전전압 모드의 스위치 선택에 따라 충전을 시작하는 충전전압선택부; 및 방전파형 모드의 스위치 선택에 따라 방전파형을 발생하는 방전파형선택부가 구비된 상태에서, 상기 충전전압선택부의 선택모드에 따라 입력 교류전압을 직류전압으로 변환하는 충전전압공급수단; 상기 충전전압공급수단의 직류전압을 분압하는 전압분배수단; 상기 충전전압공급수단의 전압극성이 변환되도록 제어되는 극성전환 릴레이수단; 상기 충전전압공급수단의 서지 잔류전압을 방전시키는 방전수단; 상기 충전전압선택부로부터 선택된 충전전압에 따라 충전전압공급수단으로부터 공급되는 충전전압을 제1 내지 제3 충전콘덴서 중 어느 하나를 선택하여 충전될 수 있도록 개폐되는 제1 내지 제3 충전콘덴서 선택스위치 중 어느 하나를 구동하는 충전전환모드 구동수단; 상기 제1 내지 제3 충전콘덴서 중 어느 하나에 의해 완료된 충전전압을 시험부하에 인가되도록 연결하는 진공스위치부; 상기 진공스위치부의 일단과 연결되고 그 타단이 시험부하에 연결되며, 상기 방전파형선택부에서 선택되는 파형에 따라 개폐되는 RL회로수단; 상기 시험부하와 연결되며, 상기 RL회로수단으로부터 생성된 전류 파형을 측정하기 위한 전류센서; 및 상기 충전전압공급수단의 충전을 제어함과 더불어 충전전환모드 구동수단의 충전콘덴서 선택스위치의 개폐 동작을 제어하며, 상기 진공스위치부의 스위칭 동작을 제어하는 제어수단; 상기 시험부하에 공급되는 전압을 조정하는 전압조정부; 상기 시험부하에 인가된 전압이 상기 전압조정부로 유입되는 것을 방지하는 파워공급용 백필터부; 및 상기 제어수단에 유입되는 서지 전압을 제한하는 바리스터부;를 포함하여 구성된다.

본 발명의 복합 임펄스 전류 발생기에 의한 각 구성수단의 연결 관계 및 작용에 대하여 좀 더 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.

본 발명의 복합 임펄스 전류 발생기에는 도 6에 도시된 메인 화면에서와 같이 "모드설정"에는 충전전압 모드의 스위치 선택에 따라 충전을 시작하는 충전전압선택부와, 방전파형 모드의 스위치 선택에 따라 방전파형을 발생하는 방전파형선택부가 구비되어 있다.

먼저, 제1 입력전원(AC1)과 제2 입력전원(AC2)이 복합 임펄스 전류발생기의 제어부(100)에 각각 연결되어 전원이 공급되며, 제어부(100)에는 트랜스(trans)를 통하여 충전부(102)에 연결되어 있다. 이때, 제1 및 제2 입력전원(AC1)(AC2)은 AC 220V 전압이 사용된다.

충전부(102)는 충전전압선택부의 선택모드에 따라 입력 교류전압을 직류전압으로 변환하는 기능으로써 제어부(100)와 연결된 트랜스를 통해 AC220V 전압이 AC 28kV(MAX)로 변환되고, 트랜스와 병렬 연결된 브릿지회로(D1,D2,D3,D4)를 거쳐 DC 33kV(MAX)로 변환된다. 그와 더불어 충전부(102)는 필터 콘덴서(C1) 및 제1 저항(R1)에 연결되어 리플(ripple) 없는 DC 33kV의 충전 전압을 만들어낸다.

또한, 제어부(100)의 제1 및 제2 센서(SENSOR1,2)와 연결된 전압분압기(104)는 충전부(102)의 직류전압을 분압하는 기능으로써 제3 내지 제4 저항(R3~R6)와 직렬 연결되어 전압을 분배하게 된다. 즉, 전압분배기(104)는 제3 및 제6 저항(R3,R6)에 200M, 제4 및 제5(R4,R5)에 200K로 풀다운(pulldown) 저항으로 연결되며, 그 분압 배율이 1000 : 1로 정해진다. 이때, 직류전압 DC 33kV를 직류전류 DC 33V로 변환하여 콤퍼레이터나 메터 디스플레이(도시 안됨)로 연결하여 충전 제어용으로 사용된다.

전압분배기(104)의 일단은 제어부(100)와 연결된 극성변환 릴레이부(106)의 제1 극성변환 릴레이(RS1)와 연결되며, 그 타단은 극성변환 릴레이부(106)의 제2 극성변환 릴레이(RS2)와 연결되어 고전압 릴레이로 극성을 변환하게 된다. 따라서 극성변환 릴레이부(106)는 충전부(102)의 전압극성이 변환되도록 제어하는 역할을 한다.

즉, 제어부(100)는 충전부(102)의 충전전압을 정 극성(+) 이나 부 극성(-)으로 출력할 때 충전부(102)의 전압 극성을 고전압 릴레이로 전극 변환하는데, 릴레이의 오프(OFF)시 정 극성(+), 릴레이의 온(ON)시 부 극성(-)으로 전극변환 되도록 제어한다.

극성변환 릴레이부(106)의 제1 극성변환 릴레이(RS1)의 일단이 제어부(100)와 연결되고, 그 타단이 제3 극성변환 릴레이(RS3)과 연결되며, 제3 극성변환 릴레이(RS3)는 방전부(108)의 제10 저항(R10)과 연결되어 있다. 또한, 제2 극성변환 릴레이(RS2)의 일단이 제어부(100)와 연결되고, 그 타단이 방전부(108)의 제10 저항(R10)과 연결되어 충전부(102)의 충전전압을 방전시키게 된다.

즉, 방전부(108)는 충전부(102)의 서지 잔류전압을 방전시키는 기능으로써 자체 내의 구비된 콘덴서에 충전되는 전압이나 서지전압 발생 후 잔류전압을 제10 저항(R10)을 통해 방전시키게 된다. 이때, 방전저항 역할을 하는 제10 저항(R10)은 접지나 그라운드에 연결되어 충전전압을 방전시키며, 또한 5K/8KW으로 충전전압을 서서히 방전시키게 된다.

방전부(108)와 병렬로 각각 연결되며, 제3 콘덴서(C3)와 일단이 연결된 제1 10/350 전환모드 액츄레이터(110)와, 제4 콘덴서(C4)와 일단이 연결된 제2 10/350 전환모드 액츄레이터(112)는 각각의 총용량이 618uF로서 206uF의 3개로 연결된 병렬구조이다.

즉, 10/350 모드의 25kA를 사용할 때에는 제1의 10/350 전환모드 액추레이터(110)의 스위치(SW)를 온(ON)시켜 사용하며, 제2의 10/350 전환모드 액추레이터(112)와 8/20 전환모드 액츄레이터(114)의 스위치(SW)를 오프(OFF)시키게 된다. 또한, 10/350 모드의 50kA를 사용할 때에는 제1의 10/350 전환모드 액츄레이터(110)의 스위치(SW)를 온(ON)시키고, 제2의 10/350 전환모드 액츄레이터(112)의 스위치(SW)도 같이 온(ON)시키게 된다. 그와 반대로, 8/20 전환모드 액츄레이터(114)의 스위치(SW)는 오프(OFF) 시키게 된다.

제2의 10/350 전환모드 엑츄레이터(112)와 병렬로 연결되며, 제5 콘덴서(C5)와 일단이 연결된 8/20 전환모드 액츄레이터(114)는 총용량이 52uF로서 제5 콘덴서(C5)를 단독으로 동작시키게 된다. 이때, 8/20 모드의 120kA를 사용할 때에도 8/20 전환모드 액츄레이터(114)의 스위치(SW)를 온(ON)시켜 사용하며, 제1의 10/350 전환모드 액츄레이터(110) 및 제2의 10/350 전환모드 액츄레이터(112)의 스위치(SW)는 오프(OFF) 시키게 된다.

상술한 바와 같이, 제1 10/350 전환모드 액츄레이터(110)와, 제2의 10/350 전환모드 액추레이터(112) 및 8/20 전환모드 액츄레이터(114)로 구성되는 충전전환모드 구동수단은 충전전압선택부로부터 선택된 충전전압에 따라 충전부(102)으로부터 공급되는 충전전압을 제1 내지 제3 충전콘덴서(C3,C4,C5) 중 어느 하나를 선택하여 충전될 수 있도록 개폐되는 제1 내지 제3 충전콘덴서 선택스위치(AU1,AU2,AU3) 중 어느 하나를 구동하게 된다.

제1 내지 제3 충전콘덴서(C3,C4,C5) 중 어느 하나에 의해 완료된 충전전압을 시험부하에 인가되도록 연결하는 진공스위치부(116)에 구비된 진공스위치(TVS)의 애노드(A)단이 8/20 전환모드 액츄레이터(114)와 연결되며, 진공스위치(TVS)의 게이트(G)단과 케소드(K)단 사이에 연결된 충전용 제6 콘덴서(C6)을 거쳐 트랜스(TRANS)을 통해 트리거(trigger) 단과 연결되며, 그 트리거단은 제어부(100)와 연결되어 있다.

즉, 충전용 제6 콘덴서(C6)에 충전이 완료되면 충전 전압을 방전해야 되는데, 이때 진공스위치부(116)의 트리거 단을 이용해 고전압 펄스를 게이트(G)에 트리거하면 진공스위치(TVS)의 스위치(SW)는 애노드(A)와 케소드(K)간이 온(ON) 되어 충전 전압이 제1 RL회로부(116)로 방전시키게 된다.

또한, 진공스위치부(116)에 구비된 진공스위치(TVS)의 케소드(K)와 연결된 10/350 50kA 모드용 제1 RL회로부(118)는 저항(R)과 인덕턴스(L)를 통해 액츄레이터(M)의 스위치 일단과 연결되고, 액츄레이터의 스위치 타단이 시험부하(DUT)와 연결되며, 그 액츄레이터는 제어부(100)와 연결되어 10/350 ㎲의 임펄스 전류 파형을 생성하게 된다. 여기서, 제1 RL회로부(118)는 방전파형선택부에서 선택되는 파형에 따라 개폐하는 역할을 한다.

즉, 도 3에 도시된 바와 같이 진공스위치부(116)는 8/20 전환모드 액츄레이터(114)와 10/350 50kA 모드용 제1 RL회로부(118) 사이에 연결되며, 8/20 전환모드 액츄레이터(114)의 액츄레이터 구동에 따라 완료된 충전 전압에 트리거를 가하여 발생된 고전압 펄스에 의해 충전 전압을 방전시키게 된다.

이때, 10/350 모드 파형을 만들기 위해서는 저항(R)과 인덕턴스(L)의 조합으로 파형을 생성하며, 콘덴서의 용량에 따라 저항(R)과 인덕턴스(L)의 값이 달라지므로 모드 별로 RL회로가 존재해야 된다. 또한, 10/350 50kA 모드를 사용할 때는 1.5 pH와 384m의 저항(R)이 연결되며, 액츄레이터의 스위치는 온(ON)시키고 제2 및 제3 RL회로부(120)(122)에 연결된 액츄레이터의 스위치는 각각 오프(OFF) 시키게 된다.

이러한 구성은 제2 RL회로(120)에도 그대로 적용된다. 즉, 10/350 25 kA 모드용 제2 RL회로(122)에서 10/350 25kA 모드를 사용할 때에는 3.1pH와 767m의 저항(R)이 연결된다. 이때, 제1 및 제3 RL회로(118)(122)에 연결된 액츄레이터의 스위치는 각각 오프(OFF) 시키며, 제2 RL회로(120)에 연결된 액츄레이터의 스위치는 각각 온(ON) 시키게 된다.

또한, 이러한 구성은 제3 RL회로(122)에도 그대로 적용된다. 즉, 8/20 120 kA 모드용 제3 RL회로(122)에서 8/20 25kA 모드를 사용할 때에는 3.1pH와 767m의 저항(R)이 연결된다. 이때, 제1 및 제2 RL회로(118)(120)에 연결된 액츄레이터의 스위치는 각각 오프(OFF) 시키며, 제2 RL회로(120)에 연결된 액츄레이터의 스위치는 각각 온(ON) 시키게 된다.

한편, 제3 RL회로(122)로부터 생성된 전류 파형을 측정하기 위한 감지부로서 시험부하(DUT)의 일단과 연결되는 극성전환릴레이(106)에 연결된 피어슨 전류센서(CT)(124)는 8/20 모드나 10/350 모드의 출력 파형을 측정하는 센서로서 전류의 파형을 측정하며, 8/20 모드는 120 kA, 10/350 모드는 50 kA 전압측정이 가능하다.

시험부하(DUT)의 일단이 솔레노이드(126)의 제1 극성변환 릴레이(RS1)와 연결되고, 시험부하의 타단이 전원공급용 백필터의 제2 극성변환 릴레이(RS2)와 연결되며, 솔레노이드(126)의 출력단자에 AC전압을 같이 연결하는 스위치(SW)로서 전원을 공급할 때 사용한다.

이때, 전압 범위는 AC 0V ~ AC 800V로 전압을 가변하여 솔레노이드(126)로 연결한다. 또한, 방전파형선택부 및 충전전환모드 구동수단이 제어부(100)에 입력되는 제어신호에 의해 전기적으로 동작하는 솔레노이드(126)에 의해 스위칭될 수 있다.

솔레노이드(126)의 출력단과 제2 리액턴스(L2)를 통해 각각 연결된 파워공급용 백필터부(128)는 시험부하에 인가된 전압이 전압조정부(132)로 유입되는 것을 방지하는 기능을 한다.

파워공급용 백필터부(128)와 각각 연결된 바리스터(MOV)부(130)는 제1,2,3바리스터(MOV)를 구비하며, 잔류 전압의 서지 유입으로도 제어부(100)가 다운될 수 있으므로 서지전압 AC 800V 이상의 전압을 차단할 수 있는 바리스터(MOV)부(130)를 연결하여 서지 유입시 전압을 제한하는 역할을 한다.

바리스터(MOV)부(130)의 트랜스를 통해 연결된 슬라이닥스(S.V.A)을 구비하는 전압조정부(132)는 시험부하에 공급되는 전압을 조정하는 기능으로써 전압을 공급하는 가변장치 전압의 AC 0V ~ AC 800V 전압을 모터(도시 안됨)를 이용하여 서서히 가변한다.

전압조정부(132)와 연결된 제어부(100)는 각각의 구성요소를 총괄제어하는 데, 충전부(102)의 충전을 제어함과 더불어 제1 및 제2 10/350 전환모드 액츄레이터(110)(112), 제2 8/20 전환모드 액츄레이터(114)에 대한 스위치 개폐동작을 제어하며, 진공스위치부(116)의 스위칭 동작을 제어하게 된다.

도 4는 본 발명에 따른 복합 임펄스 전류 발생기를 이용하여 동작책무시험 과정을 나타낸 플로우차트이다. 도 5a는 본 발명에 따른 동작책무시험의 시험설비 설치 도면이며, 도 5b 및 도 5c는 도 5a에 도시된 동작책무시험의 Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ 등급에 대한 시간 흐름도이다.

도 4를 살펴보면, 본 발명에 의한 복합 임펄스 전류 발생기를 이용하여 8/20 ㎲ 또는 10/350 ㎲의 충격전류 파형을 생성하기 위한 동작책무시험을 실시하게 된다(S100).

본 발명의 동작책무시험은 실제 서비스 조건을 모의하기 위하여 서지보호장치(또는 시험부하)를 상용주파수 전원의 특성에 따라 최대사용전압 Uc의 교류전원이 공급되는 상태에서 특정된 서지 임펄스, 즉 충전 및 트리거 동작을 정해진 횟수만큼을 여러 차례 가하는 시험이다.

이때, 동작책무시험에 대한 시험설비는 도 5a에 도시된 바와 같이, 서지보호장치(SPD)에 상용주파수 전원(Uc)과 서지 전압이 연결되어 동작책무시험을 실시하게 된다. 부호 D는 제조사가 제시한 SPD 분리기를 나타낸다.

다음, 제어수단(100)은 전력계통에서 흐르게 되는 임펄스 속류의 크기가 500A 이하인지 또는 500A 초과하는 지의 여부를 판단하게 된다(S110).

단계(S110)의 판단결과, 500A 이하의 임펄스 속류의 크기를 갖게 되면 시험부하(DUT)는 상용주파수 전원(Uc)에 연결한다(S120). 이때, 전원의 임피던스는 속류가 흐르는 동안 서지보호장치 단자에서 측정된 상용주파수 전압의 피크값이 상용주파수 전원(Uc)의 피크값 이하로 10% 이상 떨어지지 않는 것이어야 한다.

단계(S110)의 판단결과, 500A 초과의 임펄스 속류의 크기를 갖게 되면 시험부하(DUT)는 단락전류를 가지는 상용주파수 전원(Uc)에 연결한다(S130).

그 다음, 서지보호장치의 방전 중에 과전압이 제한되어 양 단자 사이에 잔류하는 충격전압, 즉 측정 제한전압을 결정하게 된다(S140). 이는 과도 스트레스에 대한 서지보호장치의 안전성 성능을 위함이다.

다음, 제어수단(100)에서는 복합 임펄스전류발생기의 Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ 등급에 대한 동작책무시험의 시험등급을 결정하게 된다(S150).

단계(S150)의 판단결과, Ⅰ등급에 대한 동작책무시험이 결정되는 경우 서지보호장치에 임펄스 충격전류를 인가하는 시험을 실시한다(S160).

이때, Ⅰ등급의 시험부하에는 도 5b에 도시된 바와 같이 임펄스 충격전류의 최대값을 적용하게 된다. 즉, 서지보호장치에 최대 상용주파수 전원을 가압하게 되는데, 임펄스간의 간격은 50 ~ 60s이며, 임펄스 그룹간 간격은 30min ~ 35min이다.

또한, 그룹 간의 휴지시간 동안에는 전원을 가하지 않으며, 전체 임펄스 전류는 기록되어야 하며, 전류 기록은 시료의 관통 또는 섬락 등의 어떠한 징후도 나타내지 않아야 한다.

그 후, Ⅰ등급에 대한 동작책무시험을 추가로 진행하는 경우 서지보호장치를 관통하는 임펄스 충격전류에 맞춰 시험을 실시한다(S170). 즉, 서지보호장치에 사용주파수 전원을 가압한다. 임펄스 시험 중 전원을 공급 단락전류는 5A이다. 재 방전되는 것을 확인하기 위해 그룹 임펄스 시험을 마치면서 서지보호장치가 마지막 속류를 차단 후에 이어서 최소 1분 동안 전원을 공급한다. 마지막 그룹 임펄스를 마치고 1분 동안 전원을 이어서 공급하던지 아니면 상용주파수 전압을 30초 이상 전원 공급 후 15분 동안 안전성을 확인한다

단계(S150)의 판단결과, Ⅱ등급에 대한 동작책무시험이 결정되는 경우 Ⅰ등급에서 실시되었던 동작책무시험과 동일하게 진행한다.

만약, Ⅲ 등급에 대한 동작책무시험이 결정되는 경우 Ⅲ 등급의 시험부하에 해당하는 임펄스 충격전류를 적용하게 된다. 즉, 도 5b에 도시된 바와 같이 Ⅲ 등급의 시험부하는 8/20 또는 10/350 ㎲ 임펄스 전류 파형의 모드를 설정하고 그에 해당하는 전류, 시간 및 전압을 인가하게 된다(S180).

마지막으로, 복합 임펄스전류발생기의 Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ 등급에 대한 동작책무시험 결과를 바탕으로 동작책무시험의 평가 기준에 대한 만족 여부를 판단함으로써(S190) 동작책무시험을 끝내게 된다.

도 6은 본 발명에 따른 복합 임펄스 전류 발생기의 메인 화면을 나타낸 도면이다.

도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 메인 화면에는 임펄스 동작을 제어하기 위한 동작 화면으로 자동으로 동작시킬 때 항상 메인화면으로 전환해 작동시켜야 된다. 이때, 스코프 입력레벨 및 동작조건을 메인 화면에서 설정할 수 있다. 그 메인화면에는 메뉴, 그래프 화면, 트리거 모드, 입력 전압 조정, 충전된 전압, 설정 전류, 모드 설정 등 다양한 기능의 키 모드가 구비되어 있다.

특히, 트리거 온/오프 모드는 트리거 오프시 PC 스코프의 현재상태 전압, 전류 데이터를 모니터링 하며, 라인의 상태 및 PC 스코프의 상태를 알 수 있다. 또한 트리거 온시 PC 스코프는 트리거 신호를 감시하는 상태로 전환되고 입력이 있을 때까지 기다린다.

이러한 기능을 갖는 복합 임펄스 전류 발생기의 동작 순서를 살펴보면, 1) 시작버튼을 누르고, 2) 자동 트리거 모드를 온(ON)시키며, 3) 방전레버 해제를 온(ON)시키게 되면, 4) 2초 후 충전이 시작되고, 5) 충전 상태를 확인하며, 6) 충전완료시 대기 상태를 유지하고, 7) 펄스 온(ON) 버튼을 클릭하며, 8) 트리거 동작 및 서지 전압을 출력하고, 9) 출력된 결과를 그래프를 통해 표시되며, 10) 2초 후 강제로 방전을 시킴으로서 동작상태가 완료된다.

상기에서 본 발명의 특정한 실시 예가 설명 및 도시되었지만, 본 발명이 당업자에 의해 다양하게 변형되어 실시될 가능성이 있는 것은 자명한 일이다. 이와 같은 변형된 실시 예들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안되며, 본 발명에 첨부된 청구범위 안에 속한다고 해야 할 것이다.

100: 제어부 102: 충전부
104: 전압분배기 106: 극성전환릴레이
108: 방전부
110,112: 제1 및 제2 10/350 전환모드 액츄레이터
114: 8/20 전환모드 액츄레이터 116: 진공스위치부
118,120,122: 제1,2,3 RL회로부 124: 피어슨 전류센서
126: 솔레노이드 128: 파워공급용 백필터
130: 바리스터 132: 전압조정부

Claims

충전전압 모드의 스위치 선택에 따라 충전을 시작하는 충전전압선택부; 및 방전파형 모드의 스위치 선택에 따라 방전파형을 발생하는 방전파형선택부를 구비하는 복합 임펄스 전류 발생기에 있어서,
상기 충전전압선택부의 선택모드에 따라 입력 교류전압을 직류전압으로 변환하는 충전전압공급수단;
상기 충전전압공급수단의 직류전압을 분압하는 전압분배수단;
상기 충전전압공급수단의 전압극성이 변환되도록 제어되는 극성전환 릴레이수단;
상기 충전전압공급수단의 서지 잔류전압을 방전시키는 방전수단;
상기 충전전압선택부로부터 선택된 충전전압에 따라 충전전압공급수단으로부터 공급되는 충전전압을 제1 내지 제3 충전콘덴서 중 어느 하나를 선택하여 충전될 수 있도록 개폐되는 제1 내지 제3 충전콘덴서 선택스위치 중 어느 하나를 구동하는 충전전환모드 구동수단;
상기 제1 내지 제3 충전콘덴서 중 어느 하나에 의해 완료된 충전전압을 시험부하에 인가되도록 연결하는 진공스위치부;
상기 진공스위치부의 일단과 연결되고 그 타단이 시험부하에 연결되며, 상기 방전파형선택부에서 선택되는 파형에 따라 개폐되는 RL회로수단;
상기 시험부하와 연결되며, 상기 RL회로수단으로부터 생성된 전류 파형을 측정하기 위한 전류센서; 및
상기 충전전압공급수단의 충전을 제어함과 더불어 충전전환모드 구동수단의 충전콘덴서 선택스위치의 개폐 동작을 제어하며, 상기 진공스위치부의 스위칭 동작을 제어하는 제어수단; 을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 복합 임펄스 전류 발생기.
제 1항에 있어서, 상기 시험부하에 공급되는 전압을 조정하는 전압조정부;
상기 시험부하에 인가된 전압이 상기 전압조정부로 유입되는 것을 방지하는 파워공급용 백필터부; 및
상기 제어수단에 유입되는 서지 전압을 제한하는 바리스터부;를 더 포함하는 것을 특징으로 복합 임펄스 전류 발생기.
제 1항에 있어서, 상기 방전파형선택부는 상기 제어수단에 입력되는 제어신호에 의해 전기적으로 동작되는 솔레노이드에 의해 스위칭되는 것을 특징으로 하는 복합 임펄스 전류 발생기.
제 1항에 있어서, 상기 충전전환모드 구동수단은 상기 제어수단에 입력되는 제어신호에 의하여 전기적으로 동작되는 솔레노이드에 의해 스위칭되는 것을 특징으로 하는 복합 임펄스 전류 발생기.
제 1항에 있어서, 상기 RL회로수단은 각기 다른 저항(R) 값과 인덕턴스(L) 값의 조합에 의해 10/350에서 50kA 모드 또는 10/350에서 25kA 모드 또는 8/20에서 25kA 모드의 임펄스 전류 파형을 생성하는 것을 특징으로 복합 임펄스 전류 발생기.