KR102634953B1 - 포터블 전원용 서지보호기 검사장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전원용으로 사용되는 서지보호기의 열화상태를 신뢰성 있게 검사할 수 있는 포터블 전원용 서지보호기 검사장치에 관한 것이다.
이러한 본 발명은, 전원용 서지보호기에 직류전원을 인가하여 상기 서지보호기에 내장된 바리스터의 열화상태를 검사하는 것으로, 배터리의 전원을 이용하여 직류전원을 공급하는 전원공급부; 상기 전원공급부에서 직류전원을 공급받아 가변 가능한 측정전압을 발생시켜 상기 서지보호기에 인가하는 측정전압인가부; 상기 측정전압이 상기 서지보호기에 인가될 때 상기 서지보호기의 보호모드에 대응되게 상기 바리스터의 누설전류 및 전압을 측정하기 위한 측정경로를 설정하는 측정경로설정부; 상기 측정경로에 대응되게 상기 바리스터의 누설전류를 측정하여 상기 누설전류와 대응되는 제1신호를 출력하는 누설전류측정부; 상기 서지보호기로 인가되는 상기 측정전압을 측정하여 상기 측정전압과 대응되는 제2신호를 출력하는 측정전압측정부; 상기 제1신호와 상기 제2신호를 각각 필터링 및 증폭하는 신호조정부; 필터링 및 증폭된 상기 제1신호 및 상기 제2신호를 각각 제1디지털신호 및 제2디지털신호로 변환하는 A/D컨버터부; 상기 제1디지털신호 및 상기 제2디지털신호로부터 상기 바리스터의 전압 및 비선형계수를 산출하여 상기 바리스터의 열화상태를 판별하는 상태판별부; 상기 측정경로, 상기 측정전압, 상기 서지보호기의 판별정보와 관련정보가 표시되는 출력수단과, 사용자의 조작신호를 입력받기 위한 입력수단이 구비된 사용자인터페이스부; 및 상기의 각 구성부들을 제어하는 제어부;로 구성되는 것을 특징으로 하는 포터블 전원용 서지보호기 검사장치를 기술적 요지로 한다.

Description

포터블 전원용 서지보호기 검사장치{Portable test device for Surge protective device}

본 발명은 전원용으로 사용되는 서지보호기의 열화상태를 신뢰성 있게 검사할 수 있는 포터블 전원용 서지보호기 검사장치에 관한 것이다.

일반적으로 낙뢰의 발생이나 전력계통의 이상으로 인한 과전압으로부터 전력설비를 보호하기 위해 서지보호기(SPD)를 사용한다. 이러한 서지보호기는 사용용도에 따라 전원용과 신호용으로 구분하고 있다.

한편, 전원용 서지포호기는 전원공급라인 상에 설치되어 전원에서 발생하는 서지전압으로부터 전력설비를 보호하는데, 이는 서지전압이 인가될 때 높은 임피던스에서 순간적으로 낮은 임피던스로 변화하면서 단락상태의 회로를 이루어 서지전압을 차단하는 바리스터가 내장되어 있다.

즉, 전원공급라인을 따라 과전압이 순간적으로 인가되면 바리스터가 순간적으로 동작하여 과전압을 차단하여 전력설비를 보호하게 된다. 그러나 바리스터는 과전압에 반복적으로 노출되면 열화가 진행되고 소손이 발생하고, 이로 인해 임피던스가 낮아지면서 단락사고나 화재 등을 일으킬 우려가 있다.

따라서 단락사고나 화재 등을 방지하기 위해 서지보호기에 내장된 바리스터의 열화상태를 판별하여 서지보호기의 상태를 검사하는 서지보호기 검사장치를 사용하고 있다.

이러한 서지보호기 검사장치는 검사방식에 따라 다양한 형태로 구성되는데, 그 중에서도 바리스터의 누설전류를 측정하여 열화상태를 판별하는 검사방식이 적용된 형태가 가장 신뢰성이 높은 것으로 알려지고 있다.

여기서 상기한 누선전류 측정방식이 적용된 종래의 서지보호기 검사장치는 직류전원공급기, 직류전원공급기의 양단에 연결된 분압회로, 직류전원공급기의 제2단자에 일측 단자가 연결된 션트저항, 복수 개의 스위치로 이루어져 서지보호기의 L-N, L-G, N-G 모드에 따라 직류전원공급기의 제1단자와 션트저항의 타측 단자를 서지보호기의 두 단자에 연결하는 릴레이모듈 및 직류전원공급기와 릴레이모듈을 제어하고 제1전압과 제2전압에서의 션트저항에 흐르는 전류를 통해 서지보호기의 바리스터 누설전류를 산출하여 열화상태를 판별하는 마이크로프로세서로 구성되어 있다.

그러나 직류전원공급기를 통해 외부에서 인가되는 전원을 이용함에 따라 전원공급이 원활하지 않은 현장 등에서는 사용이 곤란한 문제점이 있다.

그리고 제1전압과 제2전압에서의 션트저항에 흐르는 전류를 통해 서지보호기의 바리스터 누설전류를 산출함에 따라 바리스터의 열화가 진행된 경우 열화상태를 정확하게 판별할 수 없는 문제점이 있다.

그리고 서지보호기 중에는 복수 개의 바리스터 중 일부 바리스터 대신에 방전내량이 상대적으로 큰 가스방전관(GDT)이 내장된 구조가 있는데, 이러한 구조에서는 바리스터의 전압 측정이 불가능하여 열화상태를 판별할 수 없는 문제점이 있다.

또한, 서지보호기에서 다이오드 등의 회로소자가 바리스터와 직렬 또는 병렬로 연결되는 경우에는 다이오드에 의해 측정오차가 발생하거나 측정 불가능한 문제점이 있다.

대한민국 등록특허공보 제10-1413561호, 2014.07.04.자 공고.

본 발명은 상기한 문제점을 해소하기 위해 발명된 것으로서, 전원공급이 원활하지 않은 장소에서 편리하게 사용 가능하고 바리스터의 열화상태를 정확하게 검사 가능하며 가스방전관의 포함 유무를 확인 가능하고 다이오드 등의 회로소자에 의한 측정오차도 해소할 수 있는 포터블 전원용 서지보호기 검사장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 포터블 전원용 서지보호기 검사장치는, 전원용 서지보호기에 직류전원을 인가하여 상기 서지보호기에 내장된 바리스터의 열화상태를 검사하는 것으로, 배터리의 전원을 이용하여 직류전원을 공급하는 전원공급부; 상기 전원공급부에서 직류전원을 공급받아 가변 가능한 측정전압을 발생시켜 상기 서지보호기에 인가하는 측정전압인가부; 상기 측정전압이 상기 서지보호기에 인가될 때 상기 서지보호기의 보호모드에 대응되게 상기 바리스터의 누설전류 및 전압을 측정하기 위한 측정경로를 설정하는 측정경로설정부; 상기 측정경로에 대응되게 상기 바리스터의 누설전류를 측정하여 상기 누설전류와 대응되는 제1신호를 출력하는 누설전류측정부; 상기 서지보호기로 인가되는 상기 측정전압을 측정하여 상기 측정전압과 대응되는 제2신호를 출력하는 측정전압측정부; 상기 제1신호와 상기 제2신호를 각각 필터링 및 증폭하는 신호조정부; 필터링 및 증폭된 상기 제1신호 및 상기 제2신호를 각각 제1디지털신호 및 제2디지털신호로 변환하는 A/D컨버터부; 상기 제1디지털신호 및 상기 제2디지털신호로부터 상기 바리스터의 전압 및 비선형계수를 산출하여 상기 바리스터의 열화상태를 판별하는 상태판별부; 상기 측정경로, 상기 측정전압, 상기 서지보호기의 판별정보와 관련정보가 표시되는 출력수단과, 사용자의 조작신호를 입력받기 위한 입력수단이 구비된 사용자인터페이스부; 및 상기의 각 구성부들을 제어하는 제어부;로 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기한 구성에 의한 본 발명에 따른 포터블 전원용 서지보호기 검사장치는 전원공급이 원활하지 않은 장소에서 편리하게 사용 가능하고, 바리스터의 열화상태를 정확하게 판별 가능하며, 가스방전관의 포함 유무를 확인 가능하고, 다이오드 등의 회로소자에 의한 측정오차도 해소하며, 서지보호기의 판별정보 및 관련정보를 별도로 저장 및 관리하여 제조사별로 종류가 매우 다양한 서지보호기의 불량 여부를 신뢰성이 있게 판별할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 포터블 전원용 서지보호기 검사장치의 구성도.
도 2는 도 1의 극성변환부와 측정경로설정부의 회로 구성도.
도 3은 전원용 단상 서지보호기의 회로 구성도.
도 4는 전원용 3상 서지보호기의 회로 구성도.
도 5는 도 1의 극성변환부에 의한 극성변환에 따라 바리스터의 누설전류가 변화되는 회로 구성도.

본 발명은 전원공급라인에 연결되어 전원공급라인을 따라 인가되는 과전압을 차단하여 과전압으로 인해 전력설비가 손상되는 폐단을 방지하는 서지보호기의 상태를 점검하여 내장된 바리스터의 열화상태를 검사하는 서지보호기 검사장치에 관한 것이다.

특히, 본 발명에 따른 포터블 전원용 서지보호기 검사장치는 전원공급이 원활하지 않은 장소에서 편리하게 사용 가능하고, 바리스터의 열화상태를 정확하게 판별 가능하며, 가스방전관의 포함 유무를 확인 가능하고, 다이오드 등의 회로소자에 의한 측정오차도 해소할 수 있는 것이 특징이다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 포터블 전원용 서지보호기 검사장치를 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 포터블 전원용 서지보호기 검사장치는 도 1에 도시된 바와 같이 전원공급부(10), 측정전압인가부(20), 측정경로설정부(30), 누설전류측정부(40), 측정전압측정부(50), 신호조정부(60), A/D컨버터부(70), 상태판별부(80), 사용자인터페이스부(90), 제어부(100)를 포함하여 구성된다.

먼저, 상기 전원공급부(10)는 전원공급이 원활하지 못한 장소에서 사용 가능하도록 배터리의 전원을 이용하여 직류전원을 공급하는 것이다.

이를 위해 전원공급부(10)는 일정용량을 가진 배터리(11)와, 외부의 전원을 공급받아 배터리(11)를 충전하고 충전된 배터리(11)의 전원을 출력하는 충방전회로(12)로 구성된다.

다음으로, 상기 측정전압인가부(20)는 전원공급부(10)로부터 공급받은 직류전원을 이용하여 측정전압을 발생시켜 서지보호기(200)에 인가하는 구성이다.

이때 측정전압인가부(20)는 측정전압을 가변식 형태로 서지보호기(200)이 인가한다. 즉, 측정전압을 최대 2㎸로 출력 가능하고 바리스터의 누설전류가 3㎃ 정도로 이를 때까지 램프 파형 형태로 서서히 승압하면서 서지보호기로 인가한다.

다음으로, 상기 측정경로설정부(30)는 서지보호기(200)의 보호모드에 대응되게 바리스터의 누설전류를 측정하기 위한 측정경로를 설정하는 구성이다.

즉, 측정경로설정부(30)는 서지보호기(200)의 보호모드가 전원공급라인의 형식에 따라 단상과 3상으로 구분되므로 이에 대응되게 서지보호기의 보호모드별로 바리스터의 누설전류를 측정하기 위한 측정경로를 설정하는 것이다.

이때 측정경로설정부(30)는 도 2의 (b)에 도시된 바와 같이 복수 개의 고압용 릴레이를 이용하고 고압용 릴레이는 측정전압이 인가되는 측정전압인가부(20)의 출력단자와 서지보호기의 입력단자의 사이에 각각 설치된다.

한편, 측정경로설정부(30)는 도 3에 도시된 바와 같이 서지보호기(200)가 단상일 경우 L1-PE, N-PE, L1-N 간에 측정경로를 설정할 수 있고 도 4에 도시된 바와 같이 서지보호기(200)가 3상일 경우 L1-N, L2-N, L3-N, N-PE 간에 측정경로를 설정할 수 있다.

다음으로, 상기 누설전류측정부(40)는 서지보호기에 측정전압이 인가될 때 측정경로설정부(30)에 의해 설정된 측정경로를 따라 연결된 바리스터의 누설전류를 측정하는 구성이다.

이때 누설전류측정부(40)는 바리스터의 누설전류를 측정한 후 측정된 바리스터의 누설전류의 크기에 대응되는 아날로그 신호 형태의 제1신호를 출력한다.

한편, 누설전류측정부(40)는 고정밀 션트, 전류센서 등을 이용하여 바리스터의 누설전류를 측정하고 수십 ㎂ ~ 수 ㎃의 측정범위를 가진다.

다음으로, 상기 측정전압측정부(50)는 측정전압인가부(20)에 의해 서지보호기로 인가되는 측정전압을 측정하는 구성이다.

즉, 측정전압측정부(50)는 바리스터에 누설전류가 흐를 때 서지보호기에 인가되는 측정전압을 측정하기 위한 것으로, 측정전압을 측정한 측정된 측정전압의 크기에 대응되는 아날로그 신호 형태의 제2신호를 출력한다.

이때 측정전압측정부(50)는 고전압 측정이 가능하도록 저항분압기를 이용하여 측정하고 최대 수 ㎸의 전압을 측정하기 위한 저항분압기를 이용한다.

다음으로, 상기 신호조정부(60)는 누설전류측정부(40)와 측정전압측정부(50)에서 측정되어 출력된 바리스터의 누설전류와 측정전압에 따른 제1신호와 제2신호를 입력받아 노이즈를 제거하고 증폭시키는 구성이다.

즉, 신호조정부(60)는 누설전류측정부(40)와 측정전압측정부(50)로부터 제1신호와 제2신호를 각각 입력받아 저주파대역필터를 통해 노이즈를 제거하는 필터링을 거친 후 증폭기를 통해 증폭시켜 바리스터의 누설전류와 측정전압의 측정 정확도를 높인다.

다음으로, 상기 A/D컨버터부(70)는 신호조정부(60)에서 필터링 및 증폭된 제1신호와 제2신호를 각각 입력받아 제1디지털신호 및 제2디지털신호로 변환하는 구성이다.

즉, A/D컨버터부(70)는 후술할 상태판별부(80)에서 처리 가능하도록 제1신호와 제2신호를 디지털 형태의 신호형식으로 변환한다.

다음으로, 상기 상태판별부(80)는 A/D컨버터부(70)에서 출력된 제1디지털신호와 제2디지털신호로 기초로 하여 바리스터의 열화상태를 판별하는 구성이다.

즉, 상태판별부(80)는 제1디지털신호와 제2디지털신호를 이용하여 바리스터의 전압을 산출하고 산출된 바리스터의 전압이 해당 바리스터의 기준전압에서 10% 이상 변동했는지를 판단하여 바리스터의 열화상태를 최종적으로 판별하게 된다.

한편, 상태판별부(80)는 바리스터의 열화상태를 판별함에 있어 신뢰도와 정확도를 높이기 위해 아래의 수학식 1의 비선형계수(α)를 산출하여 상기 바리스터의 전압과 함께 비선형계수를 토대로 바리스터의 열화상태를 판별한다.

<수학식 1>

α는 비선형계수, I1은 전류 0.1㎃, I2는 전류 1㎃, V1은 0.1㎃의 전류가 흐를 때 바리스터의 전압, V2는 1㎃의 전류가 흐를 때 바리스터의 전압을 각각 나타낸다.

즉, 비선형계수는 바리스터에 0.1㎃의 전류가 흐를 때 바리스터의 전압과 바리스터에 1.0㎃의 전류가 흐를 때의 비율을 나타내는 것으로 α의 크기에 따라 바리스터의 열화상태를 판별할 수 있다.

또한, 상태판별부(80)는 바리스터의 누설전류인 제1디지털신호로부터 해당 측정경로에 바리스터가 아닌 가스방전관(GDT)이 연결된 것을 판별하는 기능을 가진다.

즉, 가스방전관의 경우에는 바리스터와는 전기적 특성이 달라 특정전압에서 누설전류가 급격하게 증가하는 전기적 특성이 나타난다.

따라서 제1디지털신호인 누설전류에 상기한 가스방전관의 전기적 특성이 그대로 나타나는 경우 해당 측정경로에는 바리스터가 아니라 가스방전관이 연결된 것으로 판별하게 된다.

다음으로, 상기 사용자인터페이스부(90)는 입력장치와 출력장치로 구성되어 사용자로 하여금 검사대상인 서지보호기의 제품정보를 입력하고 측정 진행 상황 및 측정결과 등을 출력하는 구성이다.

즉, 사용자인터페이스부(90)는 측정경로, 측정전압, 바리스터의 판별결과 등을 문자와 숫자 및 그래프로 출력할 수 있도록 스크린과 발광다이오드 등이 구비되고, 사용자가 서지보호기의 제품정보를 입력하고 장치를 온/오프시킬 수 있도록 조작다이얼, 조작버튼 등이 구비된다.

마지막으로, 상기 제어부는 상기한 측정전압인가부(20)와 측정경로설정부(30), 누설전류측정부(40)와 측정전압측정부(50)와 신호조정부(60)와 A/D컨버터부(70)와 상태판별부(80) 및 사용자인터페이스부(90)를 상호 간에 유기적으로 작동할 수 있도록 제어하는 구성이다.

여기서 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 포터블 전원용 서지보호기 검사장치는 도 1에 도시된 바와 같이 측정전압인가부(20)와 측정경로설정부(30)의 사이에 극성변환부(110)가 더 포함될 수 있다.

상기 극성변환부(110)는 측정전압인가부(20)에 의해 서지보호기(200)로 인가되는 측정전원의 극성을 변환하기 위한 구성이다.

즉, 극성변환부(110)는 바리스터의 누설전류를 보다 정확하게 측정하기 위하여 측정전압인가부(20)의 출력단에서 서지보호기(200)로 인가되는 측정전압의 극성을 정극성에서 부극성으로 혹은 부극성에서 정극성으로 변환시키는 것이다.

여기서 측정전압의 극성을 변환시키는 이유는 도 5에 도시된 바와 같이 통상의 서지보호기(200)에는 전원 상태 및 퓨즈 바리스터 외에 다이오드, 저항, 발광다이오드 등의 소자가 연결됨에 따라 바리스터의 누설전류만을 정확하게 측정하게 어렵다.

따라서 측정 초기에는 측정전압을 서서히 상승시켜 인가하면서 바리스터의 누설전류를 측정하고, 그러다가 바리스터의 누설전류가 통상 바리스터의 누설전류 이상으로 흐르면 극성변환부(110)를 통해 측정전압의 극성을 부극성으로 변환하여 바리스터 외의 다른 회로소자에 흐르는 전류성분의 영향을 해소하게 된다.

이때 극성변환부(110)는 도 2의 (a)에 도시된 바와 같이 고전압의 측정전원을 견딜 수 있도록 고전압 릴레이로 구성된다.

또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 포터블 전원용 서지보호기 검사장치는 도 1에 도시된 바와 같이 데이터저장부(120)가 더 포함될 수 있다.

상기 데이터저장부(120)는 서지보호기의 판별정보, 서지보호기의 이전 판별정보, 서지보호기의 스펙정보 등을 저장하고 관리한다. 이때 서지보호기의 스펙정보에는 모델명, 제조사, MCOV전압, 제품형식, 바리스터전압, 보호모드, 보호소자 등의 정보가 포함된다.

따라서 상태판별부(80)에서는 데이터저장부(120)에 저장된 서지보호기(200)의 스펙정보를 근거로 하여 서지보호기(200)의 열화상태를 판별하고 그 판별정보들을 일자별로 저장할 수 있고 추후 기저장된 판별정보들을 통해 해당 서지보호기(200)의 열화여부를 판별하는데 필요한 기준자료로도 사용할 수 있다.

이때 데이터저장부(120)는 장치 내부에 내장되는 내장메모리나 장치에 별도로 마련된 연결단자에 필요에 따라 연결되는 외장메모리 등으로 구성될 수 있다.

상기한 실시예는 예시적인 것에 불과한 것으로, 당해 기술분야에 대한 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양하게 변형된 다른 실시예가 가능하다.

따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위에는 하기의 특허청구범위에 기재된 발명의 기술적 사상에 의해 상기의 실시예뿐만 아니라 다양하게 변형된 다른 실시예가 포함되어야 한다.

10: 전원공급부
20: 측정전압인가부
30: 측정경로설정부
40: 누설전류측정부
50: 측정전압측정부
60: 신호조정부
70: A/D컨버터부
80: 상태판별부
90: 사용자인터페이스부
100: 제어부
110: 극성변환부
120: 데이터저장부
200: 서지보호기

Claims (4)

1. 전원용 서지보호기에 직류전원을 인가하여 상기 서지보호기에 내장된 바리스터의 열화상태를 검사하는 것으로,
   배터리의 전원을 이용하여 직류전원을 공급하는 전원공급부;
   상기 전원공급부에서 직류전원을 공급받아 바리스터의 누설전류가 3㎃ 정도로 이를 때까지 램프 파형 형태로 가변 가능한 측정전압을 발생시켜 상기 서지보호기에 인가하는 측정전압인가부;
   상기 측정전원인가부에 의해 상기 서지보호기로 인가되는 측정전원의 극성을 정극성 또는 부극성으로 변환하는 극성변환부;
   상기 측정전압이 상기 서지보호기에 인가될 때 단상 및 3상에서 서지보호기의 보호모드에 대응되게 상기 바리스터의 누설전류 및 전압을 측정하기 위한 측정경로를 설정하는 측정경로설정부;
   상기 측정경로에 대응되게 상기 바리스터의 누설전류를 측정하여 제1신호를 출력하는 누설전류측정부;
   상기 서지보호기로 인가되는 상기 측정전압을 측정하여 제2신호를 출력하는 측정전압측정부;
   상기 제1신호와 상기 제2신호를 각각 필터링 및 증폭하는 신호조정부;
   필터링 및 증폭된 상기 제1신호 및 상기 제2신호를 각각 제1디지털신호 및 제2디지털신호로 변환하는 A/D컨버터부;
   상기 제1디지털신호 및 상기 제2디지털신호의 램프 파형 응답에서
   누설전류 0.1㎃인 I1에서 바리스터 전압 V1 및
   누설전류 1㎃인 I2에서 바리스터 전압 V2
   를 획득하여 수학식 1의 비선형계수 α를 산출하고
   <수학식 1>
   
   상기 비선형 계수에 따른 바리스터의 열화상태를 연산하여 출력시키며,
   상기 극성변환부에 의해 측정전원의 극성을 변환시킨 후, 상기 비선형계수 α를 산출하여 상기 바리스터의 열화상태를 연산 정확도를 보정하고,
   상기 제1디지털신호를 해석하여 해당 측정경로에 가스방전관이 바리스터 대신 연결되었는지 여부를 판별하는 상태판별부;
   상기 측정경로, 상기 측정전압, 상기 서지보호기의 판별정보와 관련정보가 표시되는 출력수단과, 사용자의 조작신호를 입력받기 위한 입력수단이 구비된 사용자인터페이스부;
   상기 서지보호기의 판별정보, 상기 서지보호기의 관련정보를 저장하고 관리하는 데이터저장부; 및
   상기의 각 구성부들을 제어하는 제어부;로 구성되어
   바리스터 열화 상태 및 바리스터와 가스방전관 결선상태를 측정하는 것을 특징으로 하는 포터블 전원용 서지보호기 검사장치.
   
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