KR101426469B1 - 개별 통신 기능이 부여된 서지 보호기를 이용한 서지 전압 관리 시스템 - Google Patents

Abstract

낙뢰나 과전압에 의해 발생되는 서지 전압의 발생정보를 수집하여 장비의 고장을 사전에 방지할 수 있는 서지 전압 관리 시스템이 개시된다. 이를 위하여 전자기기에 설치되며, 낙뢰나 과전류에 의한 서지전압 발생정보를 수집하는 서지전압 감지모듈과 상기 서지전압 감지모듈에 의해 수집된 서지전압 발생정보를 통신 네트워크를 통해 외부로 전송하는 통신모듈이 내장된 하나 이상의 서지 보호기, 및 상기 송수신기로부터 송신된 서지전압 발생정보를 수신 받아 저장하는 DB서버를 포함하는 서지 전압 관리 시스템을 제공한다. 본 발명에 의하면, 낙뢰 및 과전압에 의한 서지 전압의 발생을 감지할 수 있어 서지보호 소자 교체나 서지 보호기 교체 등의 후속 처리를 수행하여 전자기기의 고장을 예방할 수 있다.

Description

개별 통신 기능이 부여된 서지 보호기를 이용한 서지 전압 관리 시스템{MANAGEMENT SYSTEM OF SURGE VOLTAGE HAVING SURGE PROTECTOR}

본 발명은 서지 전압과 관련된 데이터를 수집하여 관리하는 서지 전압 관리 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 낙뢰나 과전압에 의해 발생되는 서지 전압의 발생정보를 수집하여 장비의 고장을 사전에 방지할 수 있는 서지 전압 관리 시스템에 관한 것이다.

최근에 사용되고 있는 대부분의 전기기구, 전자회로, 통신기구 등은 저전력 고밀도의 집적회로를 사용하고 있기 때문에 낮은 서지 전압에 대해서도 치명적인 손상을 입을 수 있다.

여기서, 서지 전압은 전력 기기의 개폐 동작 또는 뇌격방전에 의거한 전류결합(coupling)에 의해 발생될 수 있으며, 다른 요소와의 유도성 또는 용량성 결합에 의해서 야기되기도 한다. 전자장비에서 이러한 서지 전압은 과도이상 현상으로 알려져 있다.

이러한 서지 전압의 상승시간은 수 마이크로 세크(㎲)로 극히 빠르며 최고치에 도달한 후에는 수십 내지 수백 마이크로 세크(㎲)의 시간에 걸쳐서 상대적으로 감소한다. 이러한 서지 전압에 의해서 민감한 전자장비가 파손되는 것을 막기 위해서 서지 전압이 발생된 도체는 등전위 접속 접지에 신속하게 단락 접속되어야 한다.

이와 같이, 전자장비들에 내장되는 IC, LSI로 대표되는 반도체는 번개나 낙뢰 또는 전기 중장비 시동이나 주전원 스위치 작동 시에 발생하는 전압 임펄스와 전압 스파이크 같은 과도 서지 전압(transient surge voltage)에 극히 민감하여 기기의 오작동이나 파괴의 문제점을 안고 있다.

또한, 전자장비의 시스템과 기능의 복합화 또는 기기들의 결합화에 의한 이러한 문제는 더욱 두드러지고 있고, 또한 멀티미디어 기기의 고도 데이터 처리에 대한 신뢰성 요구가 매우 높아 서지 전압에 의한 기기의 장애는 중요한 문제가 되고 있다.

이러한 전자장비 시스템 기능의 복합화 또는 기기들의 결합화에 의한 이러한 문제는 점차적으로 증가하고 있고, 또한 멀티미디어 기기의 고도 데이터 처리에 대한 신뢰성 요구가 매우 높아 서지 전압에 의한 기기의 장애는 중요한 문제가 되고 있다.

이에 따라, 최근에는 서지 전압으로부터 내부회로를 효과적으로 보호할 수 있는 서지 보호기를 구비한 제품들이 많이 등장하고 있다.

이러한 서지 보호기(Surge Protector)는 낙뢰 등에 의한 서지 전압(surge voltage)에 의한 파손을 방지하기 위한 장치로, 그 기능에 따라 방전형, 억제형, 조합형의 3종류로 나뉜다.

구체적으로, 방전형 서지 보호기는 방전개시전압 이하에서는 개방상태에 있다가 방전개시전압을 초과하는 서지(surge)가 유입되면 순간적으로 도통 상태가 되어 전류가 서지 보호기로 흘러 전압이 강하되며, 서지가 제거되면 다시 원래의 개방상태로 돌아가는 것으로, 서지보호 소자로는 가스 봉입 전자관(gas tube), 에어 갭(air gap), 사이리스터, 트라이액 등이 사용된다.

그리고 억제형 서지 보호기는 전압이 동작전압 이하일 때 매우 높은 임피던스를 갖고 있다가, 동작 전압을 초과하는 서지에 대해서는 매우 낮은 임피던스를 갖는다. 그리고 선로 임피던스와 서지 보호기 임피던스의 강하관계에 의해 서지가 억제된다.

이러한 억제형 서지 보호기는 반응 속도가 빠르고, 서지 흡수 능력도 우수해 정밀장비 보호용으로 적합하며, 일반적으로 가장 많이 사용되고 있다.

그러나, 억제형 서지 보호기는 MOV(Metal Oxide Varistor)로 지칭되는 서지보호 소자를 구성하는데, 이 서지보호 소자는 서지 등의 이상 과전압에 대해서는 전압 억제 기능을 원활히 수행하지만, 정격을 초과하는 상용 주파수의 일시적 과전압에 대해서는 그 기능을 수행하지 못하고 열화된다. 또한, 큰 서지전류에 대한 빈번한 동작에 의해서도 열화가 진행될 수도 있다. 이와 같이 열화된 서지보호 소자는, 임피던스가 매우 낮은 상태로 그 특성이 변화하게 되는바, 단락이나 화재와 같은 2차적인 사고로 이어질 가능성이 높다는 문제가 있다.

또한, 조합형 서지 보호기는 방전형 서지 보호기와 억제형 서지 보호기를 조합하여 사용하는 방식이다.

이와 같은 기존의 서지 보호기는 허용된 범위의 전압보다 높은 전압이 인가되면 서지보호 소자가 접지(ground)선을 통해 과전압을 방전시켜 다음 단에 연결된 장치 및 장비를 보호 하였으나, 과전압이 인가된 시간이나 장소, 발생 빈도 등을 알 수 없다는 문제점이 있었다. 이에 따라, 관리자는 낙뢰나 과전압이 유입되어 사용하던 장치나 장비가 파손되었을 경우 추측에 의한 판단으로 대처하였을 뿐이다.

또한, 기존의 서지 보호기는 대부분 상용 전원의 전원용(AC/DC)으로 그 용도가 한정되어 있다는 문제점이 있다.

따라서 이러한 불편 사항을 해결하는 서지 보호기의 개발이 요구되고 있는 실정이다.

대한민국 등록특허 제10-0925342호(2009.11.09 공고) 대한민국 등록특허 제10-0930552호(2009.12.09 공고) 대한민국 등록특허 제10-1182596호(2012.09.18 공고)

따라서, 본 발명의 목적은 낙뢰 및 과전압이 유입된 시간, 발생 빈도, 장소 등의 데이터를 기록 관리하여 사전에 그 발생 원인을 제거하거나 해결 할 수 있도록 하는 서지 전압 관리 시스템을 제공하는데 있다.

상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에서는 전자기기에 설치되며, 낙뢰나 과전압에 의한 서지전압 발생정보를 수집하는 서지전압 감지모듈과 상기 서지전압 감지모듈에 의해 수집된 서지전압 발생정보를 통신 네트워크를 통해 외부로 전송하는 통신모듈이 내장된 하나 이상의 서지 보호기, 및 상기 송수신기로부터 송신된 서지전압 발생정보를 수신받아 저장하는 DB서버를 포함하는 서지 전압 관리 시스템을 제공한다.

본 발명에 의한 서지 전압 관리 시스템을 사용하면, 낙뢰 및 과전압에 의한 서지 전압의 발생을 감지할 수 있으므로, 이를 통해 서지보호 소자 교체나 서지 보호기 교체 등의 후속 처리를 수행하여 전자기기의 고장을 예방할 수 있다.

그리고 본 발명은 낙뢰 및 과전압 발생장소, 발생시간, 발생빈도 등을 DB로 축적하여 장애 발생 시 신속한 원인 분석이 가능하다.

또한, 본 발명은 낙뢰 및 과전압에 대한 상습적 발생장소를 자동으로 산출할 수 있으며, 이를 통해 전자기기에 대한 사전관리를 강화시킬 수 있다.

아울러, 본 발명은 적용분야의 확대로 사용하고자 하는 장치의 모든 입출력 신호 및 전원부를 보호하여 안정적인 전자기기의 괸리가 가능하다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 서지 전압 관리 시스템을 설명하기 위한 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 서지 보호기를 나타내는 블록도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 서지 전압 관리 시스템을 나타내는 구성도이다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들에 의한 개별 통신 기능이 부여된 서지 보호기를 이용한 서지 전압 관리 시스템(이하, '서지 전압 관리 시스템'이라 약칭함.)을 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 서지 전압 관리 시스템을 설명하기 위한 구성도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 서지 전압 관리 시스템은 유무선통신 네트워크(이하, '통신 네트워크'라 약칭함)와 연결되어 전자기기로부터 수집된 서지전압 발생정보를 전송하는 하나 이상의 서지 보호기(100), 및 각 서지 보호기(100)로부터 송신된 서지전압 발생정보를 수신 받아 이를 저장하는 DB서버(300)를 포함한다.

여기서, 통신 네트워크(200)는 LAN 네트워크로 구성되거나, 다수의 기지국과 기지국 제어기와 이동 통신 교환기 및 왑(WAP) 게이트웨이 등을 포함하는 무선 통신망 및 인터넷 등의 유선 통신망으로 구성될 수 있다.

이하, 도면을 참조하여 각 구성요소별로 보다 구체적으로 설명한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 서지 보호기(100)를 나타내는 블록도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 서지 전압 관리 시스템은 서지 보호기(100)를 포함한다.

상기 서지 보호기(100)는 운영 또는 사용하고자 하는 전자기기에 설치되는 것으로, 서지 등의 이상 과전압에 대해 서지보호 소자를 사용하여 과전압을 전기 방전형태로 접지단을 통해 방전시키는 역할을 수행한다.

또한, 서지 보호기(100)는 일정전압 이상의 과전압 발생을 감지하고, 상기 과전압의 발생이 감지되는 경우 통신 네트워크(200)를 통해 원격지에 설치된 DB서버(300)에 서지전압 발생정보를 전송한다.

이를 위해, 본 발명에 따른 서지 보호기(100)는 낙뢰나 과전압에 의한 서지전압 발생정보를 수집하는 서지전압 감지모듈(110)과 상기 서지전압 감지모듈(110)에 의해 수집된 서지전압 발생정보를 통신 네트워크(200)를 통해 DB서버(300)로 전송하는 통신모듈(120)을 포함한다.

특정 양태로서, 본 발명에 따른 서지 보호기(100)는 도 2와 같이 서지전압 감지모듈(110), 통신모듈(120), 서지 보호모듈(130), 제어부(140), 저장모듈(150), 전원부(160)로 이루어질 수 있다.

보다 구체적으로, 상기 서지전압 감지모듈(110)은 서지 전압의 발생을 감지하여 서지전압 발생정보를 생성하는 것으로, 과전압 검출회로로 구성될 수 있다.

이때, 서지전압 발생정보에는 서지 전압이 유입된 시간, 발생 빈도, 장소, 서지 보호기(100)의 서지 횟수 중 적어도 하나 이상이 포함되며, 누설전류, 접지 상태, 서지 용량 등이 선택적으로 더 포함될 수도 있다.

상기 통신모듈(120)은 LAN(Tcp/ip) 통신을 통해 원격지의 DB서버(300)로 서지전압 발생정보를 전송하는 역할을 수행한다.

상기 제어부(140)는 마이크로프로세서와 발진부 및 검출부로 구성되며, 다른 구성요소를 제어하기 위해 신호 및 데이터를 주고받는다.

상기 서지 보호모듈(130)은 가스방전관(GDT), MOV(Metal Oxide Varistor), 제너다이오드, SCR, 바리스터(Varistor), TRIAC 및 어레스터(arrester) 등과 같은 서지보호 소자를 포함하여 구성되며, 제어부(140)의 제어에 따라 서지로 인한 과전압 또는 과전류를 흡수함으로써 전자기기가 서지에 의해 손상되는 것을 방지한다. 또한, 서지 보호모듈(130)은 전원라인과 접지라인 사이에 연결되는 서지보호 소자를 통해 전원라인 상의 이상 과전압을 접지라인으로 바이패스(bypass)시킬 수도 있다.

상기 저장모듈(150)은 서지 보호기(100)에 서지 전압에 의한 이벤트를 저장하는 것으로, 제어부(140) 내에 구비되는 메모리일 수 있고, 별도의 메모리가 될 수 있다. 예를 들면, 저장모듈(150)로는 하드 디스크 드라이브, 플래시 메모리, EEPROM(Electrically erasable programmable read-only memory), SRAM(StaticRAM), FRAM(Ferro-electric RAM), PRAM (Phase-change RAM), MRAM(Magnetic RAM) 등과 같은 비휘발성 메모리나 RAM(Random Access Memory), DRAM(Dynamic Random Access Memory) 등과 같은 휘발성 메모리가 사용될 수 있다.

상기 전원부(160)는 서지 보호기(100)를 구동하기 위한 전원을 제공하는 것으로, 절연된 DC 전원(isolated DC supply), 전원 오실레이터(power oscillator)를 이용한다.

필요에 따라, 본 발명에 따른 서지 보호기(100)는 자체 전원부를 보유하지 않고 외부의 보호된 직류 전원을 공급받도록 구성될 수도 있다. 왜냐하면, 이러한 서지 보호기(100)에 내장된 전원부(160)는 서지 보호기에 소요되는 전력을 공급하기 위해 주변의 다른 회로 보다 항상 발열량이 많아서 고장의 주요 원인이 되는 부품이기 때문이다. 즉, 서지 보호기(100)에 내장된 전원부(160)를 제거하면 서지 보호기(100)의 수명을 연장시키고, 소형화시킬 수 있게 된다.

이를 위해, 서지 보호기(100)에는 전자기기에 서지 전압이 인가된 경우, 서지 보호기의 스위칭 동작에 의해 전자기기로 인가되는 외부의 보호된 직류 전원을 차단하는 전원 조절모듈이 포함될 수도 있다.

한편, 본 발명의 서지 보호기(100)는 하나 이상이 전자기기에 설치될 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 서지 보호기(100)로는 전원용 서지 보호기(100')와, 신호용 서지 보호기(100'"), 및 영상용 서지 보호기(100'")가 사용될 수 있다.

필요에 따라, 상기 전원용 서지 보호기(100')는 전원 차단부를 내장할 수도 있다. 이는, 전원 공급 장치에서 정격 용량 이상의 부하 전류 및 정격 용량 이상의 누설 전류가 발생하거나 서지 발생될 경우에 전원 차단 또는 서지 차단을 하도록 제어하기 위함이다.

아울러, 전원용 서지 보호기(100')는 서지 차단부의 고장 정보를 원격지에 공급하여 원격지에서도 서지 차단부의 고장 상태를 파악할 수 있다.

한편, 서지 보호기(100)는 누설전류가 정상상태를 크게 벗어난 경우나 서지의 침입회수가 설계된 내량 이상인 경우 또는 내부온도가 정상동작범위를 초과한 경우 등 이상 징후가 있는 경우에 알람경고를 발생시키거나 차단기를 동작시켜 서지보호 소자의 열화를 예방하도록 동작할 수도 있다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 서지 전압 관리 시스템은 DB서버(300)를 포함한다.

상기 DB서버(300)는 하나 이상의 서지 보호기(100)를 원격으로 감시하는 것으로서, 통신 네트워크(200)에 연결되어 상기 통신 네트워크(200)를 통해 하나 이상의 서지 보호기(100)로부터 송신된 서지전압 발생신호를 수신 받아 이를 저장하고 분석한다.

또한, DB서버(300)는 서지전압 발생신호를 서지전압 DB에 저장한다.

이와 같이, DB서버(300)가 복수개의 서지 보호기(100)를 관리하는 경우에 DB서버(300)는 각 서지 보호기에 ID 어드레스 등과 같은 식별 번호를 부여하며, 각 서지 보호기(100)로부터 전송된 서지전압 발생정보를 ID 어드레스별로 구분하여 서지전압 DB에 저장한다. 이는, ID 어드레스별로 서지전압 발생정보를 분석하여 어떠한 장비에 연결된 서지 보호기에 서지 전압이 걸렸는지를 명확히 구분하기 위함이다.

이때, 서지전압 DB는 DB서버(300)에 내장되거나 외장된 저장수단에 저장된다. 이러한 저장수단은 HDD나 SSD(Solid State Drive)를 포함하여 구성될 수 있다.

필요에 따라, DB서버(300)에는 서지전압 발생신호를 분석한 자료를 영상으로 출력할 수 있도록 모니터가 구비될 수 있다. 이러한 모니터를 통해 서지 보호기(100)의 상태가 표시되면, 관리자는 서지 보호기(100)를 신속하게 유지 및 보수할 수 있어 시스템을 최적의 상태로 운영할 수 있다.

예를 들면, DB서버(300)는 서지전압 발생신호를 분석하여 서지 보호기(100)가 설치된 전자기기에 낙뢰나 과전압이 유입된 시간, 과전압의 발생 빈도, 낙뢰의 발생 장소 등의 데이터를 기록 관리하여 사전에 그 발생 원인을 제거하거나 해결할 수 있다.

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 서지 전압 관리 시스템을 나타내는 구성도이다.

도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 서지 전압 관리 시스템은 안정적인 동작을 이더넷 스위칭 장치의 전원 장치(400)를 더 포함할 수 있다.

상기 이더넷 스위칭 장치의 전원 장치(Power over Ethernet : PoE)는 이더넷 케이블을 통해 서지 보호기(100)에 전원을 제공하는 것으로서, 스위치 허브와 이더넷 케이블을 포함한다.

상기 스위칭 허브는 통신 네트워크(200)에 연결되고, 상기 이더넷 케이블은 일단이 스위칭 허브에 연결되며 상기 일단에 대응되는 타단이 서지 보호기(100)에 연결된다.

교류상용 전원을 공급받아 장치 내부에서 교류/직류로 변환 하여 전원을 사용하도록 구성된 서지 보호기(100)는 과도한 과전압이 유입되는 경우 서지전압 감지모듈(110) 및 통신모듈(120)이 파괴되어 그 기능을 수행하지 못할 수도 있지만, 이더넷 스위칭 장치의 전원장치(400)로부터 전원을 제공받는 서지 보호기(100)는 과도한 과전압이 유입되어도 서지전압 감지모듈(110) 및 통신모듈(120)이 파괴되지 않는다.

또한, 상기 이더넷 스위칭 장치의 전원장치(400)가 사용되면, 통신 네트워크를 통한 통신 속도가 10/100/1000 Mbps가 되어 데이터를 전송하기 위한 대기 시간이 짧아져 실시간으로 통신이 가능하게 된다.

이러한 이더넷 스위칭 장치의 전원장치(400)에 적용된 PoE 기술은 10/100/1000 Mbps LAN에 연결되어 있는 장비에 일반 LAN 데이터를 전달하는 이더넷 케이블을 통해 최대 12.95W의 전원을 공급하는 기술로서, 당업계에 이미 공지된 기술이므로, 보다 구체적인 설명은 생략한다.

전술한 바와 같이, 종래의 서지 보호기(100)는 단일의 제어기 및 통신부에서 다수의 서지 보호기(100)를 접속하도록 구성된 반면, 본 발명에 따른 서지 전압 관리 시스템은 하나의 서지 보호기(100)에 하나의 감지모듈 및 통신모듈(120)이 구비되어 있다.

이와 같은 종래의 서지 보호기(100)는 접속신호의(TTL 접속 시) 전기적 신호 왜곡이 일어나 손실 특성상 인접된 장소에서 사용해야 되는 제약조건이 수반되는 반면, 개별 감지모듈 및 통신모듈(120)이 구비된 본 발명의 서지 보호기(100)는 신호의 왜곡이나 설치 장소 및 거리의 제한 없이 안정적으로 사용 할 수 있다.

또한, 본 발명은 각각의 서지 보호기(100)가 제어부(140) 및 통신 네트워크(200)를 통해 상태 정보를 원격지의 DB서버(300)에 전송할 수 있으므로, DB서버(300)의 관리자는 원거리에서도 각각의 서지 보호기(100)의 상태를 확인 및 점검할 수 있다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

100 : 서지 보호기 110 : 서지전압 감지모듈
120 : 통신모듈 130 : 서지 보호모듈
140 : 제어부 150 : 저장모듈
160 : 전원부 200 : 통신 네트워크
300 : DB서버 400 : 이더넷 스위칭 장치의 전원장치

Claims (4)

1. 전자기기에 설치되며, 낙뢰나 과전압에 의한 서지전압 발생정보를 수집하는 서지전압 감지모듈과 상기 서지전압 감지모듈에 의해 수집된 서지전압 발생정보를 통신 네트워크를 통해 외부로 전송하는 통신모듈, 및 상기 전자기기에 서지전압이 발생됨에 따라 상기 전자기기로 인가되는 전원을 차단하는 전원 조절모듈이 내장된 하나 이상의 서지 보호기;
   상기 서지 보호기로부터 송신된 서지전압 발생정보를 수신받아 저장하는 DB서버; 및
   상기 서지 보호기에 이더넷 케이블을 통해 전원을 제공하는 이더넷 스위칭 장치의 전원장치를 포함하고,
   상기 이더넷 스위칭 장치의 전원장치로부터 전원을 공급받는 상기 서지 보호기는 과도한 전압이 유입되어도 서지전압 감지모듈 및 통신모듈이 파괴되지 않으며, 상기 이더넷 스위칭 장치의 전원장치의 사용으로 데이타를 전송하기 위한 대기시간이 짧아져 실시간으로 통신이 가능하고,
   상기 서지 보호기는 누설전류가 정상상태를 크게 벗어난 경우나, 내부온도가 정상동작범위를 초과한 경우에도 알람경고를 발생시키거나, 차단기를 동작시켜 서지보호 소자의 열화를 예방하는 것을 특징으로 하는 서지 전압 관리 시스템.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 하나 이상의 서지 보호기는
   전원용 서지 보호기와, 신호용 서지 보호기, 및 영상용 서지보호기인 것을 특징으로 하는 서지 전압 관리 시스템.
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