KR101429078B1 - 서지 보호 소자 모니터링 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 간단하고 저렴하게 구성할 수 있고, 병렬연결된 복수의 서지 보호 소자 중 일부가 고장나는 경우 병렬저항값이 달라지는 현상을 이용할 수 있는 서지 보호 소자 모니터링 장치를 제공한다.
본원의 제1 발명에 따른 서지 보호 소자 모니터링 장치는, 3상 중 어느 한 상 전원라인과 중성라인 사이에 병렬연결되는 적어도 2 이상의 서지 보호 소자를 가진 서지보호부; 병렬연결된 적어도 2 이상의 저항을 포함하는 병렬저항부; 소정의 기준전압과 상기 병렬저항부의 출력단에 인가되는 출력전압을 비교하는 비교부; 및 상기 비교부의 출력에 따라 점소등하는 고장표시부를 포함하고, 상기 적어도 2 이상의 저항은 각각 상기 적어도 2 이상의 서지 보호 소자와 일대일로 매칭되어 연결되고, 상기 서지 보호 소자가 과열되면 매칭되어 연결된 상기 저항이 상기 서지 보호 소자로부터 탈락되는 것을 특징으로 한다.

Description

서지 보호 소자 모니터링 장치{MONITORING APPARATUS OF SURGE PROTECTION DEVICE}
본 발명은 서지 보호 소자를 모니터링하기 위한 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 서지 전압으로부터 장치를 보호하기 위한 소자의 열화 또는 고장을 모니터링 하기 위한 장치에 관한 것이다.
서지 보호 장치는 전원선 및 신호선에 침입하는 각종 이상전압을 효과적으로 억제하여 부하에 안정된 전원 및 신호를 공급하여야 하므로, 개폐 서지나 뇌서지와 같이 크기가 크고 급준한 파형 특성을 가진 임펄스성 이상 전압에 대응하여 부하회로를 보호할 수 있음과 동시에 서지 보호기 자체도 충분한 절연내력과 에너지 내량을 가지고 있도록 설계되어야 한다.
이를 위하여 서지 보호기의 설계 시 최대 연속 사용 전압(mcov:maximum continuous operating voltage)을 정격 전압보다 높게 설계 및 제작하는 것이 일반적인데, 이와 같은 설계에도 불구하고 실제로는 서지, 특 고압 선로 등에 의한 수전 저압 3상 선로의 지락, 개폐 시 발생한 일시과전압(Temporary Overvoltage)이 가하여지는 정격전압보다 큰 과전압이 발생되는 경우가 많다. 이와 같이, 지속시간이 수십 내지 수백 ㎲인 서지에 비하여 수백 ㎳ 내지 수 초간 지속되는 일시과전압은 상대적으로 매우 큰 에너지를 가지며, 이러한 전압이 서지 보호 장치의 최대 연속 사용 전압보다 크게 되면 서지 보호 소자의 소손이 초래된다.
이러한 과정으로 소손된 서지 보호 소자는 수 오옴 이하의 낮은 저항값을 갖게 되어 보호기 회로가 단락된다. 이러한 단락전류가 흐르게 되면 과열로 화재가 발생될 수 있다.
따라서 서지 보호 소자를 모니터링 하기 위한 장치가 개발되고 있는바, 도 3은 등록특허 930552호에 개시된 서지 보호 소자의 모니터링 장치이다.
도 4의 서지 보호 소자의 모니터링 장치(100)는 차단부(110), 서지보호부(120), 누설전류 측정부(130), 증폭필터부(140) 및 신호처리부(150)를 포함한다.
차단부(110)는 부하기기로 전원을 공급하는 전원라인(L, N) 사이에 직렬연결되어 하기에서 설명될 트립신호(trip signal)에 따라 전원을 차단한다. 서지보호부(120)는 전원라인과 접지라인(G) 사이에 연결되는 서지 보호 소자(MOV: M1, M2)를 구성하여, 서지 보호 소자를 통해 전원라인 상의 이상 과전압(또는 서지전압)을 접지라인으로 바이패스(bypass)시킨다. 이러한 서지 보호 소자(M1, M2)는 서지전류의 크기, 동작회수 및 고조파 등 사용 환경에 따라 열화가 진행될 수 있다.
종래기술은 서지 보호 소자의 열화가 이루어질 경우, 서지 보호 소자에 흐르는 전체 누설전류(Itotal)에 고조파 성분이 포함된다는 점을 이용한다. 전체 누설전류는 표유정전용량(Cstray)을 통해 흐르는 용량성 전류와 비선형 저항(R)을 통해 흐르는 저항성 전류로 구성되며, 이 중 서지 보호 소자의 열화상태를 나타내는 저항성 전류에 포함된 제3 고조파 전류(전원이 60㎐일 경우, 180㎐)를 측정한다.
누설전류 측정부(CT, 130)는 서지보호부(120)와 접지라인(G) 사이의 전체 누설전류를 측정한다. 증폭필터부(140)는 측정된 전체 누설전류로부터 제3 고조파 전류를 추출한다. 이를 위해 증폭필터부(140)는 입력된 전체 누설전류(일반적으로 0.1㎃ 이하)를 증폭하는 차동증폭 수단, 증폭된 전체 누설전류로부터 180㎐의 제3 고조파 전류를 추출하는 밴드패스 필터수단, 및 추출된 제3 고조파 전류의 크기를 조절하는 배율 조정수단을 구성한다.
신호처리부(150)는 증폭필터부(140)로부터 인가받은 제3 고조파 전류의 실효값(RMS값)을 직류전압으로 변환하여, 변환된 직류전압의 크기가 소정 레벨 이상일 경우, 전술한 차단부(110)로 전원 차단을 위한 트립신호(trip signal)를 송신한다. 이를 위해 신호처리부(150)는 제3 고조파 전류의 실효값을 직류전압으로 변환하는 직류변환 수단, 직류전압의 크기의 레벨을 판단하는 레벨판단 수단 및 직류전압의 크기가 소정 레벨 이상인 경우 트립신호를 생성하는 트립신호 생성수단을 구비한다.
즉, 종래기술에 따른 서지 보호 소자의 모니터링 장치(100)는 차단부(110), 서지보호부(120), 누설전류 측정부(130), 증폭필터부(140) 및 신호처리부(150)와 같이 복잡한 구성요소들을 구비하여야 한다.
등록특허 10-930552 서지보호 장치 및 이를 위한 원격 모니터링 시스템 등록특허 10-992426 열폭주 방지 소자가 구비된 방폭형 서지 보호 장치 공개특허 10-2012-81868 선택적 단속 기능을 갖는 서지억제소자를 기반으로 한 서지보호장치 등록번호 10-925342 전원상태 품질 모니터링 기능을 구비한 전원용 서지보호장치
본 발명은 간단하고 저렴하게 구성할 수 있는 서지 보호 소자 모니터링 장치를 제공함에 목적이 있다.
또한, 본 발명은 병렬연결된 복수의 서지 보호 소자 중 일부가 고장나는 경우 병렬저항값이 달라지는 현상을 이용할 수 있는 서지 보호 소자 모니터링 장치를 제공함에 다른 목적이 있다.
본원의 제1 발명에 따른 서지 보호 소자 모니터링 장치는, 3상 중 어느 한 상 전원라인과 중성라인 사이에 병렬연결되는 적어도 2 이상의 서지 보호 소자를 가진 서지보호부; 병렬연결된 적어도 2 이상의 저항을 포함하는 병렬저항부; 소정의 기준전압과 상기 병렬저항부의 출력단에 인가되는 출력전압을 비교하는 비교부; 및 상기 비교부의 출력에 따라 점소등하는 고장표시부를 포함하고, 상기 적어도 2 이상의 저항은 각각 상기 적어도 2 이상의 서지 보호 소자와 일대일로 매칭되어 연결되고, 상기 서지 보호 소자가 과열되면 매칭되어 연결된 상기 저항이 상기 서지 보호 소자로부터 탈락되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 서지 보호 소자는, 몸체; 상기 몸체의 일단부에 연결되는 제1 리드와이어; 상기 몸체의 타단부에 연결되는 제2 리드와이어; 상기 제1 리드와이어에 저온땜납으로 연결되는 판스프링을 포함한다.
바람직하게는, 상기 서지 보호 소자는, 몸체; 상기 몸체의 일단부에 연결되는 제1 리드와이어; 상기 몸체의 타단부에 연결되는 제2 리드와이어; 상기 몸체에 저온땜납으로 연결되는 판스프링을 포함한다.
바람직하게는, 상기 비교부는, 반전단자를 통해 기준전압을 제공받고, 비반전단자를 통해 상기 병렬저항부의 출력전압을 제공받아 양 전압의 크기를 비교한다.
바람직하게는, 상기 병렬저항부 내 적어도 2 이상의 저항은 동일한 저항값을 가진다.
바람직하게는, 상기 3상 전원을 인가받아 점소등되는 결상표시부; 및 상기 결상표시부의 출력단에 결합되고, 소정의 신호전압을 생성하는 신호전압생성부를 더 포함한다.
또한, 본원의 제2 발명에 따른 서지 보호 소자 모니터링 장치는, 전원라인과 중성라인 사이에 병렬연결되는 적어도 2 이상의 서지 보호 소자를 가진 서지보호부; 병렬연결된 적어도 2 이상의 저항을 포함하는 병렬저항부; 소정의 기준전압과 상기 병렬저항부의 출력단에 인가되는 출력전압을 비교하는 비교부; 및 상기 비교부의 출력에 따라 점소등하는 고장표시부를 포함하고, 상기 적어도 2 이상의 저항은 각각 상기 적어도 2 이상의 서지 보호 소자와 일대일로 매칭되어 연결되고, 상기 서지 보호 소자가 과열되면 매칭되어 연결된 상기 저항이 상기 서지 보호 소자로부터 탈락되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 서지 보호 소자 모니터링 장치는 간단하고 저렴하게 구성할 수 있고, 병렬연결된 복수의 서지 보호 소자 중 일부가 고장나는 경우 병렬저항값이 달라지는 현상을 이용할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 서지 보호 소자 모니터링 장치의 전체 회로도,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 서지 보호 소자의 모식도,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 서지 보호 소자의 등가회로도, 및
도 4는 종래기술에 따른 서지 보호 소자 모니터링 장치의 블록 구성도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 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. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 서지 보호 소자 모니터링 장치의 전체 회로도이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 서지 보호 소자의 모식도이다.
본 발명의 일실시예에 따른 서지 보호 소자 모니터링 장치는, 서지보호부(111, 112, 113), 병렬저항부(121, 122, 123), 비교부(131, 132, 133), 고장표시부(141, 142, 143), 전원표시부(151), 및 신호전압생성부(161)를 포함한다. 한편, R, S, T 3상에서의 구성이 동일하므로, 이하에서는 R상에 대해서만 설명하기로 한다.
서지보호부(111)는 복수의 서지 보호 소자(MOV11, MOV12, MOV13, MOV14, MOV15)가 병렬 연결된다. 예컨대, 최대 용량이 100kA인 대용량의 경우, 서지 흡수 용량 20kA의 서지 보호 소자 5개를 병렬 연결한다. 한편, 본 발명의 일실시예에 따른 서지 보호 소자는 몸체(210), 제1 리드와이어(220), 제2 리드와이어(230), 저온땜납(240), 및 판스프링(250)을 포함한다. 도 3의 등가회로에서와 같이 서지 보호 소자는, 누설인덕턴스(Lleak), 표유정전용량(Cstray) 및 비선형 저항(R)의 조합으로 나타낼 수 있다. 본 발명의 일실시예에 따르면, 판스프링(250)은 저온땜납(240)에 의해 제1 리드와이어(220)에 연결될 수 있다. 또한, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 판스프링(250)은 저온땜납(240)에 의해 몸체(210)에 연결될 수 있다. 직격 낙뢰에 의해 흡수용량 이상의 대전류가 서지 보호 소자를 통과하게 되면, 저온땜납(240)이 녹아 판스프링(250)은 제1 리드와이어(220) 또는 몸체(210)으로부터 분리된다.
병렬저항부(121)는 병렬연결된 복수의 저항(R11, R12, R13, R14, R15)을 포함하고, 각각의 복수의 저항(R11, R12, R13, R14, R15)의 일단은 서지 보호 소자(MOV11, MOV12, MOV13, MOV14, MOV15)의 몸체 또는 리드 와이어에 연결되고, 타단은 하나의 노드로 묶인다. 여기서, 복수의 저항(R11, R12, R13, R14, R15)은 동일한 저항값을 갖는 것이 바람직하다.
비교부(131)는 반전단자(-)를 통해 기준전압(Vref1)을 제공받고, 비반전단자(+)를 통해 병렬저항부(121)의 출력전압(VR1)을 제공받아 양 전압의 크기를 비교한다. 즉, 비교기(131)의 반전단자(-)에 기준전압(Vref1)이 제공되고, 비반전단자(+)에 병렬저항부(121)의 출력전압(VR1)이 제공되고, 비교기(131)는 양 전압의 크기를 비교한다.
고장표시부(141)는 LED4를 포함하고, 비교부(131)의 출력에 따라 정상시에는 점등하고, 고장시에는 소등함으로써 서지 보호 소자의 고장을 표시한다.
결상표시부(151)는 각각 3상 전원(R, S, T)을 인가받아 점등되는 복수의 엘이디(LED1, LED2, LED3)를 포함한다. 3상 전원(R, S, T) 중 결상이 발생하면, 해당 엘이디가 소등된다.
신호전압생성부(161)는 전원표시부(151)의 출력단에 결합되고, 소정의 신호전압을 생성한다.
이하에서, 이들 구성의 동작을 설명하면 다음과 같다.
서지보호부(111)가 정상적으로 동작하는 경우, 병렬저항부(121)의 병렬저항값은 R11/5이고, 병렬저항부(121)의 출력전압은 기준전압(Vref1)보다 높아 비교부(131)는 "H"레벨신호를 출력한다. 이에 따라 고장표시부(141)의 엘이디(LED4)는 점등 상태를 유지한다.
흡수용량 이상의 대전류가 서지보호부(111) 내 하나의 서지 보호 소자를 통과하여 과열로 인해 해당 서지 보호 소자의 저온땜납이 녹아 고장나면, 병렬저항부(121)의 병렬저항값은 R11/4로 증가한다. 이에 따라 병렬저항부(121)의 전압강하가 커져 병렬저항부(121)의 출력전압은 기준전압(Vref1)보다 낮아지게 되고, 비교부(131)는 "L"레벨신호를 출력한다. 고장표시부(141)의 엘이디(LED4)는 소등되고, 적어도 하나의 서지 보호 소자가 고장임을 알릴 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 서지 보호 소자 모니터링 장치가 3상에 적용된 경우를 예시하고 있으나, 단상에도 적용 가능하다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 아니하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 지닌 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
111, 112, 113: 서지보호부
121, 122, 123: 병렬저항부
131, 132, 133: 비교부
141, 142, 143: 고장표시부
151: 결상표시부
161: 신호전압생성부
210: 몸체
220: 제1 리드와이어
230: 제2 리드와이어
240: 저온땜납
250: 판스프링

Claims (8)

  1. 3상 중 어느 한 상 전원라인과 중성라인 사이에 병렬연결되는 적어도 2 이상의 서지 보호 소자를 가진 서지보호부;
    병렬연결된 적어도 2 이상의 저항을 포함하는 병렬저항부;
    소정의 기준전압과 상기 병렬저항부의 출력단에 인가되는 출력전압을 비교하는 비교부; 및
    상기 비교부의 출력에 따라 점소등하는 고장표시부를 포함하고,
    상기 적어도 2 이상의 저항은 각각 상기 적어도 2 이상의 서지 보호 소자와 일대일로 매칭되어 연결되고, 상기 서지 보호 소자가 과열되면 매칭되어 연결된 상기 저항이 상기 서지 보호 소자로부터 탈락되는 것
    을 특징으로 하는 서지 보호 소자 모니터링 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 서지 보호 소자는,
    몸체;
    상기 몸체의 일단부에 연결되는 제1 리드와이어;
    상기 몸체의 타단부에 연결되는 제2 리드와이어;
    상기 제1 리드와이어에 저온땜납으로 연결되는 판스프링
    을 포함하는 서지 보호 소자 모니터링 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 서지 보호 소자는,
    몸체;
    상기 몸체의 일단부에 연결되는 제1 리드와이어;
    상기 몸체의 타단부에 연결되는 제2 리드와이어;
    상기 몸체에 저온땜납으로 연결되는 판스프링
    을 포함하는 서지 보호 소자 모니터링 장치.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 비교부는,
    반전단자를 통해 기준전압을 제공받고, 비반전단자를 통해 상기 병렬저항부의 출력전압을 제공받아 양 전압의 크기를 비교하는 것을 특징으로 하는 서지 보호 소자 모니터링 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 병렬저항부 내 적어도 2 이상의 저항은 동일한 저항값을 가지는 것을 특징으로 하는 서지 보호 소자 모니터링 장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 3상 전원을 인가받아 점소등되는 결상표시부; 및
    상기 결상표시부의 출력단에 결합되고, 소정의 신호전압을 생성하는 신호전압생성부
    를 더 포함하는 서지 보호 소자 모니터링 장치.
  7. 전원라인과 중성라인 사이에 병렬연결되는 적어도 2 이상의 서지 보호 소자를 가진 서지보호부;
    병렬연결된 적어도 2 이상의 저항을 포함하는 병렬저항부;
    소정의 기준전압과 상기 병렬저항부의 출력단에 인가되는 출력전압을 비교하는 비교부; 및
    상기 비교부의 출력에 따라 점소등하는 고장표시부를 포함하고,
    상기 적어도 2 이상의 저항은 각각 상기 적어도 2 이상의 서지 보호 소자와 일대일로 매칭되어 연결되고, 상기 서지 보호 소자가 과열되면 매칭되어 연결된 상기 저항이 상기 서지 보호 소자로부터 탈락되는 것
    을 특징으로 하는 서지 보호 소자 모니터링 장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 서지 보호 소자는,
    몸체;
    상기 몸체의 일단부에 연결되는 제1 리드와이어;
    상기 몸체의 타단부에 연결되는 제2 리드와이어;
    상기 제1 리드와이어에 저온땜납으로 연결되는 판스프링
    을 포함하는 서지 보호 소자 모니터링 장치.
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