KR102345726B1

KR102345726B1 - 다중 접지형 서지 보호장치

Info

Publication number: KR102345726B1
Application number: KR1020190113037A
Authority: KR
Inventors: 우제욱
Original assignee: (주)그라운드
Priority date: 2019-09-11
Filing date: 2019-09-11
Publication date: 2022-01-03
Also published as: KR20210031279A

Abstract

본 발명은 다중접지형 서지 보호장치에 관한 것으로, 계측제어 통신신호 계통라인에 대하여 3극 가스방전관(또는 Varistor, 정전압소자)을 이용하여 낙뢰서지를 제거하는 서지보호회로를 병렬회로로 구성하여 신호감쇄를 방지하고, 서지보호회로의 접지는 Shield Ground와 3극 가스방전관(또는 Varistor, 정전압소자)을 이용하여 기준접지(G)와 접지되면서 고전압 유입시에만 통전되어 작동하게 함으로써 공통모드 노이즈가 발생되지 않도록 하여, 낙뢰서지에 의한 이상전압과 노이즈로 인하여 계측제어장비가 소손되거나 오동작을 하지 않고 안정적으로 동작할 수 있는 다중 접지형 서지 보호장치를 제공함에 그 목적이 있다.

Description

다중 접지형 서지 보호장치{Multiple Ground Type Surge Protective Device}

본 발명은 다중 접지형 서지 보호장치에 관한 것으로, 보다 상세하게 낙뢰 Surge로부터 계측제어장비(instrumentation and control equipment)의 소손을 예방하고, 계측제어 통신신호선의 Shield선 및 Signal Ground(SG)와 Frame Ground(FG)를 공통접지방식으로 하여도 노이즈가 발생하지 않도록 할 수 있어서 안정적인 운용과 동작을 확보할 수 있는 다중 접지형 서지 보호장치에 관한 것이다.

주지된 바와 같이, 일반적으로 낙뢰서지로부터 전자기시설 보호와 관련한 접지 및 서지보호기에 관한 기술규격(IEC, ITU)에서는 공통접지방식을 권고하고 있지만, 계측제어장비의 접지방식에서는 노이즈 문제로 인하여 공통접지가 아닌 편단접지를 하고 있다.

도 1a는 종래의 실시예에 따라 실드선(3)을 양단접지를 한 경우에 공통모드전압(Vcm)이 발생하는 것을 나타낸 회로도이다.

이를 참조하면, 낙뢰서지로부터 전자기시설을 보호하기 위한 일환으로, 실드선(3)을 접지하고, 그 접지방식중 하나인 실드선(3)을 동 도면에 도시된 바와 같이, 양단 접지한 경우 계측제어장비(instrumentation and control equipment)를 낙뢰서지로부터 보호할 수는 있으나, 양단에 각각 공통모드전압(Vcm)이 발생되어 통신신호에 대한 노이즈로 작용된다는 문제가 있었다.

도 1b, 도 1c는 종래의 실시예에 따른 IEEE Guide for Instrumentation Control Equipment Grounding in Generating Station (IEEE Std 1050-1996)의 편단접지(실드접지선의 한쪽만 접지)를 실시하고 있는 회로도이다.

이를 참조하면, 동 도면에서는 종래의 다른 접지방식중 하나인 편단 접지가 구현된 회로도를 설명하는 바, 종래의 편단접지 방식은 실드선의 어느 한 측단에만 접지선을 접속시키는 접지방식이다.

이러한 편단접지 방식은 양단접지에 비해 공통모드 전압이 발생되지 않으므로 노이즈는 방지할 수 있지만, 과도 전압을 저감시킬 수 있는 접지구조가 아니므로 낙뢰서지 등의 고전압으로 이루어진 고장전압을 예방을 위한 접지방식으로는 매우 부적합한 실정이다.

또 다른 방식으로, 통신/신호회로에 서지보호기가 설치된 예를 이하에서 설명한다.

도 2는 종래의 통신/신호회로에 서지보호기가 설치된 회로도이다.

동 도면을 참조하면, 종래의 통신/신호의 서지보호기 회로(100)는 도시된 바와 같이, 과전압과 과전류를 일정레벨까지 억제시키기 위한 제 1과도억제회로(102), 제 2과도억제회로(106), 제 3과도억제회로(110), 제 4과도억제회로(114), 제 5과도억제회로(118)가 상호 직렬로 접속되고, GDT 어레스터(104)와, 배리스터 소자(112) 및 TVS 소자(120)가 선로간 및 선로-대지간 각각 접속되어져 있다.

상기 제 1과도억제회로(102)는 선로상으로 침입되는 과도전압을 1차적으로 억제하기 위한 것으로, GDT어레스터(104)로 이루어진다. 또한 상기 GDT어레스터(104)는 표준 뇌임펄스 전압 즉, 1.2/50㎲ 파형을 기준으로 최소 800V에서 방전하며, 50/60HZ의 상용주파 교류전압이 제어회로에 혼촉되거나 인근에 지락사고가 발생할 경우 최소 130V에서부터 방전을 시작한다.

상기 제1과도억제회로(102)를 거쳐 과도전압의 1차 억제를 수행한 후 제2보호회로를 통해 과도전압의 1차억제 이후에 발생될 수 있는 고전압으로부터 계측 제어회로를 보호한다.

상기 제 2과도억제회로(106)는 선로상으로 선형저항(108)을 접속시켜, 선로상으로 유입되는 과전류를 억제시키며, 제 3과도억제회로(110)의 입력 전류를 제한토록 함에 따라 제 3과도억제회로(110)의 단락방지와 같은 안전성을 확보한다.

상기 제 3과도억제회로(110)는 상기 제 1과도억제회로(100), 제 2과도억제회로(106)에서 충분히 억제되지 않은 잔여 과도전압을 한정시키기 위한 배리스터(112)와 같은 비선형 저항으로 이루어지는 바, 상기 배리스터(112)는 선로간 및 선로 대지간 발생되는 과도전압을 동시에 억제한다.

상기 제 4과도억제회로(114)는 선로상으로 선형저항(116)을 접속시켜, 선로상으로 유입되는 과전류를 억제시키며, 제 5과도억제회로(118)의 입력 전류를 제한토록 함에 따라 제 5과도억제회로(118)의 단락방지와 같은 안전성을 확보한다.

상기 제 5과도억제회로(118)는 잔여 과도전압을 최종 억제시키기 위한 것으로, 선로(L1, L2)상으로 어느 한 TVS(120: ZD)가 접속되며, 일측 선로(L1)와 대지(G)간 및 타측선로(L2)와 대지(G)간에 각각 접속되어, 잔여 과도전압을 억제함으로서 최소 절연 파괴전압 이상의 전압이 계측 제어기기에 침입하는 것을 방지토록 한다.

히지만, 종래의 서지보호기 회로(100)는 통신/신호라인(T1, T2)에 상기 제 2과도억제회로(106) 및 제 4과도억제회로(114)에 구성된 저항소자(108,116)가 직렬로 접속됨으로써, 통신신호를 감쇄시킬 수 있는 개연성이 충분하다는 문제가 있었다.

또한, 접지회로(G)가 각 라인간에 1개의 단독회로로 구성됨으로 인해, 신호접지(SG)를 별도로 분리할 수 없으므로, 접지루프에 의하여 공통모드전압(Vcm)으로 인한 노이즈가 발생된다는 문제가 있었다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 계측제어 통신신호 계통라인에 대하여 3극 가스방전관(또는 Varistor, 정전압소자)을 이용하여 낙뢰서지를 제거하는 서지보호회로를 병렬회로로 구성하여 신호감쇄를 방지하고, 서지보호회로의 접지는 Shield Ground와 3극 가스방전관(또는 Varistor, 정전압소자)을 이용하여 기준접지(G)와 접지되면서 고전압 유입시에만 통전되어 작동하게 함으로써 공통모드 노이즈가 발생되지 않도록 하여, 낙뢰서지에 의한 이상전압과 노이즈로 인하여 계측제어장비가 소손되거나 오동작을 하지 않고 안정적으로 동작할 수 있는 다중 접지형 서지 보호장치를 제공함에 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면 통신신호 계측제어 라인(6, 7)에 제 1과도억제소자(20)의 연결단자(21, 23)가 병렬로 연결되고, 제 1과도억제소자(20)의 접지극 단자(22)는 제 2과도억제소자(30)의 접지극 단자(32)와 접속되며; 상기 제 1과도억제소자(20)와 제 2과도억제소자(30)의 단자(22, 32)는 실드접지(3)에 병렬로 연결되고; 상기 제 2과도억제소자(30)의 접지극 단자(31,33)에 통신접지(SG:81)와 메인접지(G:82)가 접속됨으로써, 통신신호 계측제어 라인(6, 7)에 대한 신호 감쇄가 없으며, 과전압 인가시에만 상기 제 1과도억제소자(20)와 제 2과도억제소자(30)가 통전되므로 공통모드 전압이 발생되지 않는 것을 특징으로 하는 다중접지형 서지 보호장치가 제공된다.

바람직하게, 상기 제 1과도억제소자(20)와 제 2과도억제소자(30)는 3극 가스방전관, 가스방전관(GDT), MOV, 제너다이오드, SCR, 바리스터(Varistor), TRIAC 및 어레스터(Arrester)와 같은 정전압 소자중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 다중접지형 서지 보호장치가 제공된다.

바람직하게, 상기 제 1과도억제소자(20)는 통신신호 계측제어 라인(6, 7)에 연결단자(21, 23)가 병렬로 연결되고, 제 1과도억제소자(20)의 접지극 단자(22)는 통신접지(SG:81) 또는 메인접지(G:82)중 어느 한 접지에 접속되게 된 것을 특징으로 하는 다중접지형 서지 보호장치가 제공된다.

본 발명에 따른 다중 접지형 서지 보호장치는 계측제어장비에 대해 낙뢰와 서지로부터의 소손을 예방하고 노이즈 발생을 방지하며, 신호감쇄에 따른 오동작을 방지 할 수 있어서 불필요한 인력낭비를 없애고, 장비운용을 중단하지 않고 안정적으로 부하 설비를 운용할 수 있고, 또한 낙뢰서지에 의해 전기전자통신 정보화설비, 신호설비, 제어설비들이 손상되는 것을 방지하고 안정적으로 운용할 수 있어서 경제적 효과가 크다.

도 1a는 종래의 실시예에 따라 양단접지된 실드선의 경우 공통모드전압(Vcm)이 발생되는 회로를 도시한 회로도,
도 1b, 1c는 종래의 실시예에 따른 IEEE Std 1050-1996의 편단접지가 구성된 구조를 도시한 회로도,
도 2는 종래의 실시예에 따른 통신/신호회로에 서지보호기가 설치된 회로도,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 다중접지형 서지보호장치가 설치된 회로구조를 도시한 회로도,
도 4a는 본 발명의 일실시예에 따른 다중접지형 서지보호장치를 통해 공통모드전압(Vcm)을 발생하기 위한 회로도,
도 4b는 본 발명의 일실시예에 따른 다중접지형 서지보호장치가 설치된 구조를 도시한 회로도이다.

이하, 본 발명에 대해 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 다중접지형 서지 보호장치가 설치된 회로구조를 도시한 회로도, 도 4a는 본 발명의 일실시예에 따른 다중접지형 서지보호장치를 통해 공통모드전압(Vcm)을 발생하기 위한 회로도, 도 4b는 본 발명의 일실시예에 따른 다중접지형 서지보호장치가 설치된 구조를 도시한 회로도이다.

이를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 다중접지형 서지보호장치(10)는 계측제어 통신신호 계통라인에 대하여 3극 가스방전관(또는 Varistor, 정전압소자)을 이용하여 낙뢰서지를 제거하는 서지보호회로를 병렬회로로 구성하여 신호감쇄를 방지하고, 서지보호회로의 접지는 Shield Ground와 3극 가스방전관(또는 Varistor, 정전압소자)을 이용하여 기준접지(G)와 접지되면서 고전압 유입시에만 통전되어 작동하게 함으로써 공통모드 노이즈가 발생되지 않도록 하여, 낙뢰서지에 의한 이상전압과 노이즈로 인하여 계측제어장비가 소손되거나 오동작을 하지 않고 안정적으로 동작할 수 있는 다중 접지형 서지 보호장치를 제공한다.

본 발명의 일실시예에 따른 다중접지형 서지보호장치(10)는 통신신호 계측제어 라인(6, 7)에 제 1과도억제소자(20)의 연결단자(21, 23)가 병렬로 연결되고, 제 1과도억제소자(20)의 접지극 단자(22)는 제 2과도억제소자(30)의 접지극 단자(32)와 접속되며; 상기 제 1과도억제소자(20)와 제 2과도억제소자(30)의 단자(22, 32)는 실드접지(3)에 병렬로 연결되고; 상기 제 2과도억제소자(30)의 접지극 단자(31,33)에 통신접지(SG:81)와 메인접지(G:82)가 접속됨으로써, 통신신호 계측제어 라인(6, 7)에 대한 신호 감쇄가 없으며, 과전압 인가시에만 상기 제 1과도억제소자(20: 이하 3극 가스방전관으로 예시한다.)와 제 2과도억제소자(30: 이하 3극 가스방전관으로 예시한다.)가 통전되므로 공통모드 전압이 발생되지 않는다.

보다 상세하게, 본 발명의 일실시예에 따른 다중접지형 서지보호장치(10)는, 크게 두가지 특징을 갖고 있다.

그 첫 번째로, 본 발명의 일실시예에 따른 다중접지형 서지보호장치(10)는 통신/신호 계측제어 통신신호 라인(6, 7)에 침입하는 과도전압을 억제하기 위해, 통신/신호 계측제어 통신신호 라인(6, 7)에 3극 가스방전관(20, 30)이 구성되는 바, 그 3극 가스방전관(20, 30)이 통신/신호 계측제어 통신신호 라인(6, 7)에 대해 병렬로 연결됨으로 인해, 상기 3극 가스방전관(20, 30)의 통전시 상기 통신/신호 계측제어 통신신호 라인(6, 7)을 통한 신호의 감쇄가 없게 된다.

보다 상세하게, 본 발명인 다중접지형 서지보호기(10)는, 통신/신호 계측제어 통신신호 라인(6, 7)에 대해 3극 가스방전관(20, 30)이 병렬로 접속된다.

신호접지인 실드접지라인(Shield Ground: 3)은 통신/신호 계측제어 통신신호 라인(6, 7)에 병렬로 연결된 3극 가스방전관(20, 30)의 접지극단자(22, 32)에 연결된다.

신호접지인 실드접지라인(Shield Ground: 3)이 3극 가스방전관(20, 30)의 접지극단자(22, 32)에 연결되고, 이때 3극 가스방전관(30)의 접지극단자(32)와 통신접지(81), 메인접지(82)간에는 평상시에는 절연상태를 유지하지만 임계값을 초과하는 과전압이 실드접지라인(Shield Ground: 3)과 대지(SG: 통신접지(81))간으로 유입되면 통전될 수 있게 구성된다.

둘째로, 본 발명의 실시예에 따른 다중접지형 서지보호장치(10)는 3극 가스방전관(varistor, 정전압소자, 20, 30)으로 이루어지고, 계측제어 통신신호선의 Shield선 및 Signal Ground(SG: 81: 통신접지라 함)와 Frame Ground(FG: 82, 메인 접지라 함)를 공통접지구조로 이루어짐에도 불구하고 노이즈가 발생하지 않도록 한다.

일반적인 공통접지구조라면 노이즈 발생이 불가피하지만, 본 발명의 실시예에 따른 다중접지형 서지보호장치(10)는 통신/신호 계측제어 통신신호 라인(6, 7)에 접속된 상기 3극 가스방전관(20, 30)이 과도전압 유입시에만 스위칭되어 통전되기 때문에 상시 통신신호에 대한 감쇄가 없다.

보다 상세하게, 신호접지인 실드접지라인(Shield Ground: 3)은 통신/신호 계측제어 통신신호 라인(6, 7)에 병렬로 연결된 3극 가스방전관(20, 30)의 접지극단자(22, 32)에 연결된다.

한편, 본 발명의 실시예에 따른 다중접지형 서지보호장치(10)에 포함된 상기 3극 가스방전관(30)은 평상시에는 절연을 유지하여 공통모드전압(Vcm)을 발생하지 않아서 공통모드 노이즈가 발생하지 않게 구성된다.

하지만, 이상 전압에 의하여 임계값을 초과하는 과전압이 양단(32-81, 32-82)에 발생하면 접지(81, 82, 3)로 유기되면 방전(통전)할 수 있도록 접지회로가 구성되어져 있다.

따라서, 본 발명의 실시예에 따른 다중접지형 서지보호장치(10)는 궁극적으로, 과전압이 인가되지 않는 평상시에는 절연을 유지하여 공통모드전압(Vcm)을 발생하지 않아서 공통모드 노이즈가 발생하지 않는다.

즉, 본 발명의 실시예에 따른 다중접지형 서지보호장치(10)는 상기 3극 가스방전관(20, 30)의 접지극단자(22, 32)와 접지(81, 82), 실드접지(3)간에는 등전위를 구성하여 공통접지를 구성하지만 과도전압 인가시에만 공통접지가 실질적으로 구현되게 되므로, 과도전압이 인가되지 않을 때에는 전혀 공통모드 노이즈가 발생하지 않는 다중접지형 서지보호회로인 것이다.

본 발명의 서지보호회로에 사용되는 3극 가스방전관(20, 30)을 대신하여, 가스방전관(GDT), MOV, 제너다이오드, SCR, 바리스터(Varistor), TRIAC 및 어레스터(Arrester)와 같은 정전압 소자중 어느 하나를 택일하여 사용할 수도 있다.

바람직하게, 본 발명의 실시예에 따른 다중접지형 서지보호장치(10)에 포함된 상기 제 1과도억제소자(20)는 통신신호 계측제어 라인(6, 7)에 연결단자(21, 23)가 병렬로 연결되고, 제 1과도억제소자(20)의 접지극 단자(22)는 통신접지(SG:81) 또는 메인접지(G:82)중 어느 한 접지에 접속되게 회로를 구성할 수도 있다.

한편, 본 발명의 실시예에 따른 다중접지형 서지 보호장치는 단지 상기한 실시예에 한정되는 것이 아니라 그 기술적 요지를 이탈하지 않는 범위내에서 다양한 변경이 가능하다.

1: LOCATION 1 2: LOCATION 1
3: SHIELD 4: Vs
5: INSTRUMENTATION 6: +POWER & SIGNAL
7: -POWER & SIGNAL 8: RECEIVER
9: JUNCTION BOX
10: 다중접지형 서지 보호장치 11: EQUIPMENT CABINET
20, 30: 3극 가스방전관(또는 VARISTOR, 정전압소자)
21, 31: 3극 가스방전관(또는 VARISTOR, 정전압소자 1극)
22, 32: 3극 가스방전관(또는 VARISTOR, 정전압소자 G)
23, 33: 3극 가스방전관(또는 VARISTOR, 정전압소자 1극)
41: Vcm(공통모드 전압) 80, 81: SG, GROUND POINT1
82: GROUND POINT 2

Claims

통신신호 계측제어 라인(6, 7)에 제 1과도억제소자(20)의 연결단자(21, 23)가 병렬로 연결되고, 제 1과도억제소자(20)의 접지극 단자(22)는 제 2과도억제소자(30)의 접지극 단자(32)와 접속되며;
상기 제 1과도억제소자(20)와 제 2과도억제소자(30)의 단자(22, 32)는 실드접지(3)에 병렬로 연결되고;
상기 제 2과도억제소자(30)의 접지극 단자(31,33)에 통신접지(SG:81)와 메인접지(G:82)가 접속됨으로써, 통신신호 계측제어 라인(6, 7)에 대한 신호 감쇄가 없으며, 과전압 인가시에만 상기 제 1과도억제소자(20)와 제 2과도억제소자(30)가 통전되므로 공통모드 전압이 발생되지 않도록 하며,
상기 제 1과도억제소자(20)는 통신신호 계측제어 라인(6, 7)에 연결단자(21, 23)가 병렬로 연결되고, 제 1과도억제소자(20)의 접지극 단자(22)는 통신접지(SG:81) 또는 메인접지(G:82)중 어느 한 접지에 접속되게 된 것을 특징으로 하는 다중접지형 서지 보호장치.
제 1항에 있어서,
상기 제 1과도억제소자(20)와 제 2과도억제소자(30)는 3극 가스방전관, 가스방전관(GDT), MOV, 제너다이오드, SCR, 바리스터(Varistor), TRIAC 및 어레스터(Arrester)와 같은 정전압 소자중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 다중접지형 서지 보호장치.
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