KR101391823B1 - 자동절환 과전압 보호장치 - Google Patents

자동절환 과전압 보호장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 과전압 보호장치의 주요부품의 손상을 확인하고, 손상으로 인한 통신/신호 라인의 왜곡 또는 보호설비의 기능이 정지되는 형태의 상황을 미연에 방지할 수 있는 자동절환 과전압 보호장치에 관한 것이다.
본 발명은, 서지가 유입되는 입력라인(110)과, 입력라인(110)상에 병렬로 설치되는 제1 GDT(120)로 이루어진 입력라인방전부(100)와; 외부라인에 연결되는 출력라인(210)과 출력라인(210)상에 병렬로 설치되는 제2 GDT(220)로 이루어진 출력라인방전부(200)와; 입력라인방전부(100)와 출력라인방전부(200) 사이에서 소정거리 이격되어 있으며 선형저항, TVS를 포함하는 서지방전회로가 병렬로 다수개로 이루어지는 서지방전부(300)와; 입력라인(110)을 선택적으로 서지방전부(300)의 서지방전회로에 연결시키는 제1 연결부(400)와; 출력라인(210)을 선택적으로 서지방전부(300)의 서지방전회로에 연결시키는 제2 연결부(500)와; 제1 연결부(400)와 제2 연결부(500)를 병렬로 형성된 서지방전회로 중의 하나에 연결시키도록 제어하는 전환스위치부(600)와; 입력라인방전부(100)와 출력라인방전부(200) 사이에 전압을 인가하고 서지방전회로의 손상여부를 확인하는 서지방전부 이상확인부(700)와; 전환스위치부(600)를 제어하는 제어부(800)를 포함한다.

Description

자동절환 과전압 보호장치{AUTOMATICALLY TRANSFER SWITCHING OVERVOLTAGE PROTECTION APPARATUS}
본 발명은 과전압 보호장치의 주요부품의 손상을 확인하고, 손상으로 인한 통신/신호 라인의 왜곡 또는 보호설비의 기능이 정지되는 형태의 상황을 미연에 방지할 수 있는 자동절환 과전압 보호장치에 관한 것이다.
일반적으로 통신용 과전압 보호장치는 주요소자인 MOV(Metal Oxide Varistor), GDT(Gas Discharge Tube), TVS(Transient Voltage Suppressor) 및 저항 등 수동 소자가 내/외부에서 발생되는 서지에 의해 본래의 특성을 잃어버리게 된다.
통신계통의 구조상 과전압 보호장치는 선로 중간에 직렬로 삽입되어, 그 기능을 상실할 경우 피보호 장비에 대해 정상적인 보호가 불가능하며, 과도전압/전류에 의한 과전압 보호장치의 고장은 장비에 직접적으로 피해를 줄 수 있다.
즉, 과전압 보호장치의 보호용량 이상의 서지전압이 유입되는 경우, 과전압 보호장치 내의 소자들이 손상되어 단락되는 경우가 많은데, 특히 가장 많이 손상이 일어나는 부품은 TVS 또는 바리스터이며 그 중에서도 TVS소자의 단락율이 가장 높다.
그러나, 과전압 보호장치는 육안으로는 고장 유무를 확인 할 수 없어 과전압보호기의 수명이 다하였는데도 그 교체시기를 놓쳐 장비에 피해를 야기한 사례가 늘어나고 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 대한민국 등록특허공보 제10-1253229호에서는 바리스터와 TVS중 어느 하나 이상의 단락을 감지하여 과전압 보호장치 자체에서 LED로 표시하게 하였지만, 단락이 아닌 일부 손상된 경우에는 고장여부를 확인할 수 없어 서지유입시 장비의 피해가 발생되는 문제가 여전히 남아 있다.
본 발명은 과전압 보호장치의 주요부품의 손상을 확인하고, 손상으로 인한 통신/신호 라인의 왜곡 또는 보호설비의 기능이 정지되는 형태의 상황을 미연에 방지할 수 있는 자동절환 과전압 보호장치를 제공하는 데 있다.
본 발명에 따른 자동절환 과전압 보호장치는, 서지가 유입되는 입력라인(110)의 인입단(IN-1, IN-2)과, 입력라인(110)상에 병렬로 설치되는 제1 GDT(120)로 이루어진 입력라인방전부(100)와; 외부 라인에 연결되는 출력라인(210)의 출력단(OUT-1, OUT-2)과 출력라인(210)상에 병렬로 설치되는 제2 GDT(220)로 이루어진 출력라인방전부(200)와; 입력라인방전부(100)와 출력라인방전부(200) 사이에서 소정거리 이격되어 있으며 선형저항, TVS를 포함하는 서지방전회로가 병렬로 다수개로 이루어지며, 선택적으로 입력라인방전부(100)와 출력라인방전부(200)에 연결되어 입력라인방전부(100)에서 유입되는 과전류가 출력라인방전부(200)로 배출되는 것을 방지하는 서지방전부(300)와; 입력라인방전부(100)와 서지방전부(300) 사이에 위치하면서 입력라인(110)을 선택적으로 서지방전부(300)의 서지방전회로를 연결시키는 제1 연결부(400)와; 서지방전부(300)와 출력라인방전부(200) 사이에 위치하면서 출력라인(210)을 선택적으로 서지방전부(300)의 서지방전회로를 연결시키는 제2 연결부(500)와; 제1 연결부(400)와 제2 연결부(500)가 선택적으로 입력라인방전부(100)와 출력라인방전부(200)를 병렬로 형성된 서지방전부(300)의 서지방전회로(310) 중의 하나에 연결시키는 제어하는 전환스위치부(600)와; 입력라인방전부(100)와 출력라인방전부(200) 사이에 전압을 인가하고 서지방전회로의 손상여부를 확인하여 기준전압 이하이면 이상신호를 발생시키는 서지방전부 이상확인부(700)와; 서지방전부 이상확인부(700)의 이상신호를 제공받으면 제1 연결부(400)와 제2 연결부(500)를 이상신호가 발생된 서지방전회로가 아닌 다른 서지방전회로에 연결하도록 전환스위치부(600)를 제어하는 제어부(800)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 서지방전부(300)는 제1 선형저항(311), 제1 TVS(312)로 이루어진 제1 서지방전회로(310)와, 제2 선형저항(321), 제2 TVS(322)로 이루어진 제2 서지방전회로(320)로 이루어지고, 제1 서지방전회로(310)와 제2 서지방전회로(320)가 병렬적으로 위치하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 서지방전부(300)는 제1 선형저항(311), 제1 TVS(312), 제1 바리스터(313)로 이루어진 제1 서지방전회로(310)와, 제2 선형저항(321), 제2 TVS(322), 제2 바리스터(323)로 이루어진 제2 서지방전회로(320)로 이루어지고, 제1 서지방전회로(310)와 제2 서지방전회로(320)가 병렬적으로 위치하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 서지방전부 이상확인부(700)는, 입력라인방전부(100)에 연결되어 입력라인(110)에 소정의 체크전압을 인가하는 체크전압인가부(710)와; 출력라인방전부(200)에 연결되어 출력라인(210)의 전압을 측정하는 체크전압검출부(720)와; 전압검출부에서 검출된 전압을 기준전압과 비교하여 검출된 전압이 기준전압보다 낮으면 입력라인방전부(100)와 출력라인방전부(200) 사이에 연결된 서지방전회로의 이상신호를 발생시키는 비교부(730)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 체크전압인가부(710)는 입력라인방전부(100)의 제1 GDT(120)의 양단자에 연결되어 입력라인(110)의 양단에 함께 인가하고, 체크전압검출부(720)는 출력라인방전부(200)의 제2 GDT(220)의 양단자에 연결되어 출력라인(210)의 양단에서 함께 전압을 검출하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 과전압 보호장치의 외표면에 위치하며 제1 연결부(400)와 제2 연결부(500)에 연결된 서지방전회로를 확인할 수 있도록 표시하는 표시부(900)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 표시부(900)는 제1 연결부(400)와 제2 연결부(500)가 연결되면 제1 서지방전회로(310) 또는 제2 서지방전회로(320)에 대응하는 LED를 점등시켜 외부에서 확인하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 자동절환 과전압 보호장치는 TVS 또는 바리스터 등의 서지방전부(300)를 병렬로 형성하고 선택적으로 연결하여 손상으로 인한 통신/신호 라인의 왜곡 또는 보호설비의 기능이 정지되는 형태의 상황을 미연에 방지할 수 있는 장점이 있다.
또한, TVS 또는 바리스터 등의, 손상이 확인되면 정상라인의 서지방전부(300)로 전환시켜 통신/신호 라인의 왜곡 또는 보호설비의 기능이 정지되는 형태의 상황을 미연에 방지할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 자동절환 과전압 보호장치의 블록도.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 과전압 보호장치의 회로도.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 과전압 보호장치의 회로도.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 자동절환 과전압 보호장치를 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 자동절환 과전압 보호장치는 입력라인방전부(100), 출력라인방전부(200), 서지방전부(300), 제1 연결부(400), 제2 연결부(500), 전환스위치부(600), 서지방전부 이상확인부(700), 제어부(800)를 포함하며, 추가적으로 표시부(900)를 포함한다.
입력라인방전부(100)는 서지가 유입되는 입력라인(110)의 인입단(IN-1, IN-2)과, 입력라인(110)상에 병렬로 설치되는 제1 GDT(120)로 이루어진다. 제1 GDT(120)는 입력라인(110)으로 유입되는 서지전압을 1차로 방전시킨다. 즉, 제1 GDT(120)는 방전개시전압 이하에서는 개방상태가 되고 방전개시전압을 초과하는 서지가 유입되면 순간적으로 도통되어 서지를 제거하고, 다시 개방상태의 동작이 이루어지게 된다.
출력라인방전부(200)는 외부의 통신/신호 라인에 연결되는 출력라인(210)의 출력단(OUT-1, OUT-2)과 출력라인(210)상에 병렬로 설치되는 제2 GDT(220)로 이루어진다. 제2 GDT(220)는 출력라인(210)으로부터 역으로 유입되는 전압을 접지단(GND)을 통해 방출시킨다.
서지방전부(300)는 입력라인방전부(100)와 출력라인방전부(200) 사이에서 소정거리 이격된 다수개로 이루어지며, 선택적으로 입력라인방전부(100)와 출력라인방전부(200)에 연결되어 입력라인방전부(100)에서 유입되는 과전류가 출력라인방전부(200)로 배출되는 것을 방지한다.
도 3에 도시된 바와 같이 본 발명의 다른 실시예에 따른 서지방전부(300)는 입력라인에 직렬적으로 연결되는 제1 선형저항(311), 제1 TVS(312)로 이루어진 제1 서지방전회로(310)와, 제2 선형저항(321), 제2 TVS(322)로 이루어진 제2 서지방전회로(320)로 이루어지고, 제1 서지방전회로(310)와 제2 서지방전회로(320)가 병렬적으로 위치한다. 이때, 서지방전부(300)의 제1 서지방전회로(310)와 제1 서지방전회로(320)는 후술하는 제1 연결부(400)에 의해 입력라인방전부(100)에 선택적으로 연결되고, 제2 연결부(500)에 의해 출력라인방전부(200)에 선택적으로 연결된다.
제1,2 선형저항(311,321)은 입력라인방전부(100)의 입력라인(110)(IN-1, IN-2)에 직렬로 위치하고, 제1 연결부(400)에 의해 선택적으로 입력라인(110)에 연결되면 유입되는 과전류를 억제시켜 단락을 방지한다. 이러한 제1,2 선형저항(311,321)은 과전압 보호장치에 사용되는 상용화된 소자로서 저항용량과 종류 및 형태를 한정하는 것은 아니다.
제1,2 TVS(312,322)는 입력라인방전부(100)의 입력라인(110)(IN-1, IN-2)과 출력라인방전부(200)의 출력라인(210)(OUT-1, OUT-2) 사이에 병렬로 연결되어 있으며, 제1 연결부(400)에 의해 선택적으로 입력라인(110)에 연결되면 입력라인(110) 또는 출력라인(210)으로부터 역으로 유입되는 서지전압을 접지단(GND)을 통해 방출시킨다. 즉, 제1,2 TVS(312,322)는 선로간 잔여 과도전압을 억제하여 절연파괴 이상의 전압이 센서 또는 계측제어기기에 침입하지 못하도록 한다.
또한, 도 4에 도시된 바와 같이 본 발명의 다른 실시예에 따른 서지방전부(300)의 제1 서지방전회로(310)는 제1 선형저항(311), 제1 TVS(312), 제1 바리스터(313)로 이루어지고, 제2 서지방전회로(320)는 제2 선형저항(321), 제2 TVS(322), 제2 바리스터(323)로 이루어진다. 이때, 선형저항과 TVS는 제1실시예와 동일하므로 이에 대한 설명은 생략한다.
제1,2 바리스터부(313,323)는 입력라인방전부(100)의 입력라인(110)에 병렬로 연결되어 있으며, 제1 연결부(400)에 의해 선택적으로 입력라인(110)에 연결되면 입력라인(110)으로 유입되는 과전압의 서지전압을 접지단(GND)을 통해 방출시킨다. 즉, 제1,2 바리스터부(313,323)는 선로간 기준치 이상의 과도전압이 발생할 경우 매우 낮은 임피던스로 변하게 되어 과도전압이 더 이상 상승하는 것을 막아준다.
한편, 제1 연결부(400)는 입력라인방전부(100)와 서지방전부(300) 사이에 위치하면서 입력라인(110)을 선택적으로 서지방전부(300)의 제1 서지방전회로(310) 또는 제2 서지방전회로(320)에 연결시킨다.
제2 연결부(500)는 서지방전부(300)와 출력라인방전부(200) 사이에 위치하면서 출력라인(210)을 선택적으로 서지방전부(300)의 제1 서지방전회로(310) 또는 제2 서지방전회로(320)에 연결시킨다.
전환스위치부(600)는 제1 연결부(400)와 제2 연결부(500)를 제어하여 선택적으로 입력라인방전부(100)와 출력라인방전부(200)를 서지방전부(300)의 제1 서지방전회로(310)와 제2 서지방전회로(320)를 연결시킨다. 이러한 전환스위치부(600)에 의하여 제1 연결부(400)와 제2 연결부(500)가 제1 서지방전회로(310)에 연결되면 제1 서지방전회로(310)가 구동되면서 유입된 서지를 제거하고, 제1 연결부(400)와 제2 연결부(500)가 제2 서지방전회로(320)에 연결되면 제2 서지방전회로(320)가 구동되면서 유입된 서지를 제거하게 된다.
서지방전부 이상확인부(700)는 입력라인방전부(100)와 출력라인방전부(200) 사이에 전압을 인가하고 서지방전회로의 손상여부를 확인한다. 이러한 서지방전부 이상확인부(700)는 체크전압인가부(710), 체크전압검출부(720), 비교부(730)를 구비한다.
체크전압인가부(710)는 입력라인방전부(100)에 연결되어 입력라인(110)에 소정의 체크전압을 인가한다. 이러한 체크전압인가부(710)는 입력라인방전부(100)의 제1 GDT(120)의 양단자에 연결되어 입력라인(110)의 양단에 함께 인가하는 것이 바람직하다.
체크전압검출부(720)는 출력라인방전부(200)에 연결되어 출력라인(210)의 전압을 측정한다. 이러한 전압검출부는 출력라인방전부(200)의 제2 GDT(220)의 양단자에 연결되어 출력라인(210)의 양단에서 함께 전압을 검출하는 것이 바람직하다.
이러한 체크전압인가부(710)와 체크전압검출부(720)에 의해서 입력라인방전부(100)와 출력라인방전부(200)에 연결된 서지방전부(300)의 서지방전회로 사이의 전압을 확인할 수 있다. 즉, 제1 서지방전회로(310)가 연결된 경우에는 제1 서지방전회로(310) 사이의 전압을 확인할 수 있고, 제2 서지방전회로(320)가 연결된 경우에는 제2 서지방전회로(320) 사이의 전압을 확인할 수 있다.
비교부(730)는 체크전압검출부(720)에서 검출된 전압을 기준전압과 비교하여 검출된 전압이 기준전압보다 낮으면 입력라인방전부(100)와 출력라인방전부(200) 사이에 연결된 서지방전회로의 이상신호를 발생시킨다.
제어부(800)는 서지방전부 이상확인부(700)의 비교부(730)에서 이상신호를 제공받으면 제1 연결부(400)와 제2 연결부(500)를 이상신호가 발생된 서지방전회로가 아닌 다른 서지방전회로에 연결하도록 전환스위치부(600)를 제어한다. 또한, 제어부(800)는 이상신호가 발생되면 해당 서지방전회로에 대한 정보를 외부에서 확인할 수 있도록 전송한다. 이에 따라 TVS 또는 바리스터 등이 형성된 서지방전회로가 병렬로 형성되어 있기 때문에 하나의 서지방전회로에서 손상 등의 이상이 발생되더라도 다른 서지방전회로를 연결하면 통신/신호 라인를 연속적으로 보호할 수 있다.
표시부(900)는 과전압 보호장치의 외표면에 위치하며 제1 연결부(400)와 제2 연결부(500)에 연결된 서지방전회로를 확인할 수 있도록 표시한다. 예를 들면, 표시부(900)는 제1 연결부(400)와 제2 연결부(500)가 연결되면 제1 서지방전회로(310) 또는 제2 서지방전회로(320)에 대응하는 LED를 점등시켜 외부에서 확인할 수 있도록 할 수 있다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
100 : 입력라인방전부 200 : 출력라인방전부
300 : 서지방전부 310 : 제1 서지방전회로
320 : 제2 서지방전회로 400 : 제1 연결부
500 : 제2 연결부 600 : 전환스위치부
700 : 서지방전부 이상확인부 710 : 체크전압인가부
720 : 체크전압검출부 730 : 비교부
800 : 제어부 900 : 표시부

Claims (7)

  1. 서지가 유입되는 입력라인(110)의 인입단(IN-1, IN-2)과, 입력라인(110)상에 병렬로 설치되는 제1 GDT(120)로 이루어진 입력라인방전부(100)와;
    외부 라인에 연결되는 출력라인(210)의 출력단(OUT-1, OUT-2)과 출력라인(210)상에 병렬로 설치되는 제2 GDT(220)로 이루어진 출력라인방전부(200)와;
    입력라인방전부(100)와 출력라인방전부(200) 사이에서 소정거리 이격되어 있으며 선형저항, TVS를 포함하는 서지방전회로가 병렬로 다수개로 이루어지며, 선택적으로 입력라인방전부(100)와 출력라인방전부(200)에 연결되어 입력라인방전부(100)에서 유입되는 과전류가 출력라인방전부(200)로 배출되는 것을 방지하는 서지방전부(300)와;
    입력라인방전부(100)와 서지방전부(300) 사이에 위치하면서 입력라인(110)을 선택적으로 서지방전부(300)의 서지방전회로를 연결시키는 제1 연결부(400)와;
    서지방전부(300)와 출력라인방전부(200) 사이에 위치하면서 출력라인(210)을 선택적으로 서지방전부(300)의 서지방전회로를 연결시키는 제2 연결부(500)와;
    제1 연결부(400)와 제2 연결부(500)가 선택적으로 입력라인방전부(100)와 출력라인방전부(200)를 병렬로 형성된 서지방전부(300)의 서지방전회로(310) 중의 하나에 연결시키는 제어하는 전환스위치부(600)와;
    입력라인방전부(100)와 출력라인방전부(200) 사이에 전압을 인가하고 서지방전회로의 손상여부를 확인하여 기준전압 이하이면 이상신호를 발생시키는 서지방전부 이상확인부(700)와;
    서지방전부 이상확인부(700)의 이상신호를 제공받으면 제1 연결부(400)와 제2 연결부(500)를 이상신호가 발생된 서지방전회로가 아닌 다른 서지방전회로에 연결하도록 전환스위치부(600)를 제어하는 제어부(800)를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동절환 과전압 보호장치.
  2. 청구항 1에 있어서, 서지방전부(300)는 제1 선형저항(311), 제1 TVS(312)로 이루어진 제1 서지방전회로(310)와, 제2 선형저항(321), 제2 TVS(322)로 이루어진 제2 서지방전회로(320)로 이루어지고, 제1 서지방전회로(310)와 제2 서지방전회로(320)가 병렬적으로 위치하는 것을 특징으로 하는 자동절환 과전압 보호장치.
  3. 청구항 1에 있어서, 서지방전부(300)는 제1 선형저항(311), 제1 TVS(312), 제1 바리스터(313)로 이루어진 제1 서지방전회로(310)와, 제2 선형저항(321), 제2 TVS(322), 제2 바리스터(323)로 이루어진 제2 서지방전회로(320)로 이루어지고, 제1 서지방전회로(310)와 제2 서지방전회로(320)가 병렬적으로 위치하는 것을 특징으로 하는 자동절환 과전압 보호장치.
  4. 청구항 1 내지 청구항 3 중의 어느 한 항에 있어서, 서지방전부 이상확인부(700)는, 입력라인방전부(100)에 연결되어 입력라인(110)에 소정의 체크전압을 인가하는 체크전압인가부(710)와; 출력라인방전부(200)에 연결되어 출력라인(210)의 전압을 측정하는 체크전압검출부(720)와; 전압검출부에서 검출된 전압을 기준전압과 비교하여 검출된 전압이 기준전압보다 낮으면 입력라인방전부(100)와 출력라인방전부(200) 사이에 연결된 서지방전회로의 이상신호를 발생시키는 비교부(730);를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동절환 과전압 보호장치.
  5. 청구항 4에 있어서, 체크전압인가부(710)는 입력라인방전부(100)의 제1 GDT(120)의 양단자에 연결되어 입력라인(110)의 양단에 함께 인가하고, 체크전압검출부(720)는 출력라인방전부(200)의 제2 GDT(220)의 양단자에 연결되어 출력라인(210)의 양단에서 함께 전압을 검출하는 것을 특징으로 하는 자동절환 과전압 보호장치.
  6. 청구항 1에 있어서, 과전압 보호장치의 외표면에 위치하며 제1 연결부(400)와 제2 연결부(500)에 연결된 서지방전회로를 확인할 수 있도록 표시하는 표시부(900)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자동절환 과전압 보호장치.
  7. 청구항 6에 있어서, 표시부(900)는 제1 연결부(400)와 제2 연결부(500)가 연결되면 제1 서지방전회로(310) 또는 제2 서지방전회로(320)에 대응하는 LED를 점등시켜 외부에서 확인하는 것을 특징으로 하는 자동절환 과전압 보호장치.
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