KR20070097170A

KR20070097170A - 서지 보호장치

Info

Publication number: KR20070097170A
Application number: KR1020060028006A
Authority: KR
Inventors: 정태훈; 하성관
Original assignee: 삼현전자통신(주)
Priority date: 2006-03-28
Filing date: 2006-03-28
Publication date: 2007-10-04
Also published as: KR100783056B1

Abstract

본 발명의 목적은 통신 및 신호 선로를 통해 고압의 서지 전압/전류가 유입될 경우에 빠른 반응속도와 큰 서지 에너지 흡수 내량을 갖도록 하기 위한 것이다.

본 발명에 따른 특징은 입력단(L1)과 출력단(L1')로 이루어진 라인(L1L1')과 입력단(L2)과 출력단(L2')로 이루어진 라인(L2L2')으로 이루어진 선로의 서지 보호장치에 있어서: 상기 라인(L1L1')과 상기 라인(L2L2') 사이에는 입력단으로부터 출력단으로 다단계의 서지 보호기들이 병렬로 설치되도록 하는 것이다.

서지 보호, 어래스터, 병렬, 다단

Description

서지 보호장치{surge protect device}

도1은 일반적인 통신선로의 구성도이다.

도 2는 종래의 서지보호장치의 회로도이다.

도3은 종래의 서지 보호장치의 또 다른 예의 회로도이다.

도 4는 본 발명의 일실시예의 서지보호장치의 회로도이다.

도 5는 본 발명의 일실시예의 동작을 설명하기 위하여 회로의 각 부분에 대한 신호파형도이다.

본 발명은 간접뇌로 인해 통신 및 신호선로에 유도되는 이상 과도전압/전류로부터 후단에 사용 중인 통신기기를 보호하는 통신선로용 서지보호장치에 관한 것이다.

낙뢰로 인한 건축구조물 소손 및 인축의 상해사고가 전세계적으로 발생하고 있으며, 최근에는 국내에서도 기상이변과 더불어 낙뢰발생 빈도가 증가하는 추세에 있다. 또한, 이러한 직접적인 낙뢰에 의하여 통신 및 신호선로에 간접뢰가 유도됨으로써 선로에 연결된 통신장비들에 많은 피해를 주고 있다.

도1은 일반적인 통신선로의 구성도이다.

도 1은 IEC 62305-5(인입설비의 뇌보호)로서, 교환국(E)과 단말국(S) 사이에는 멀티플렉서, 광통신 유니트와 같은 장비(M)들이 설치되고, 교환국(E)에는 통신단말장치(T_E), 주분배함(MDF)이 설치되고, 단말국(S)에는 선로단말장치(LT), 망단말장치(NT), 통신단말장치(T_E)들이 설치되고 이러한 통신설비들은 간접뢰에 영향을 받게 된다. 따라서 이들 설비보호를 위하여 간접뢰에 대한 보호가 필요하다.

통신 및 신호 선로에 연결된 각종 통신장비들을 간접뇌로 인한 피해를 줄이기 위해서는 가공선로를 지중선 선로로 대체, 차폐케이블의 사용, 서지보호기의 적용 및 임펄스 내전압이 높은 케이블을 적용하는 방법 등이 있다. 이와 같은 방법을 통해 케이블의 절연파괴를 억제할 수 있으며 통신 및 신호 선로에 연결된 장비의 소손을 줄일 수 있다.

그러나, 차폐케이블과 비차폐 케이블의 접속점, 건물의 인입점, 가공선로와 지중선로의 연결점 등과 같이 전자기적 환경이 급격히 변화되는 지점과, 절연내력이 다른 케이블의 접속점, 통신선로와 선로에 연결된 장비의 접속부와 같이 절연 내성의 차이가 큰 지점에는 서지 파급 영향이 크게 되므로 별도의 서지보호기가 필요하다.

도 2는 종래의 서지보호장치의 회로도이다.

도 2의 통신선로(L1), (L2)에는 각각 한 쌍의 어래스터(AR1), (AR2)가 설치된다. 어래스터(AR1)는 한 쌍의 접속단자(AR1-a), (AR1-b)와 접지단자(AR1-c)를 구 비하고, 어래스터(AR2)는 한 쌍의 접속단자(AR2-a), (AR2-b)와 접지단자(AR2-c)를 구비한다. 어래스터(AR1)의 접속단자(AR1-a), (AR1-b)는 통신선로(L1)에 접속되고, 어래스터(AR2)의 접속단자(AR2-a), (AR2-b)가 통신선로(L2)에 접속되고, 접지단자(AR1-c), (AR2-c)는 연결되어 접지된다.

어래스터(AR1), (AR2)는 간접뇌에 의해 선로에 유기된 전압을 어래스터 내부에 충전된 가스를 통해 접지측으로 방전하여 선로를 보호하지만, 반응속도가 느리고 서지 에너지 흡수 내량이 작아 서지보호 효과가 높지 못한 단점을 가지고 있다.

도3은 종래의 서지 보호장치의 또 다른 예의 회로도이다.

도 3에 도시된 서지보호기는 도 2에 도시된 한 쌍의 어래스터(AR1), (AR2)의 접속단자에 각각 바리스터(VA11, VA12, VA21, VA22)가 직렬 연결되어 이루어진다. 바리스터는 반응속도가 빠르고, 대용량이기 때문에 어래스터의 느린 반응속도와 작은 용량을 보완하고자 설치된다.

그러나, 이러한 구성에서 바리스터의 반응속도는 빠르지만 직렬로 구성된 어래스터의 속도가 느리기 때문에 결국 전체적인 반응속도는 느리게 되는 문제점이 있다.

또한, 바리스터는 용량성이기 때문에 통신용 선로에 설치되는 경우에 노이즈발생의 원인을 제공하게 되는 문제점이 있다.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 통신 및 신호 선로를 통해 고압의 서지 전압/전류가 유입될 경우에 빠른 반응속도와 큰 서지 에너지 흡수 내량을 갖도록 하기 위한 것이다.

본 발명에 따른 특징은 입력단(L1)과 출력단(L1')로 이루어진 라인(L1L1')과 입력단(L2)과 출력단(L2')으로 이루어진 라인(L2L2')으로 이루어진 선로의 서지 보호장치에 있어서: 상기 라인(L1L1')과 상기 라인(L2L2') 사이에는 입력단으로부터 출력단으로 다단계의 서지 보호기들이 병렬로 설치되도록 하는 것이다.

또한, 본 발명에 있어서, 상기 입력단에 인접된 제 1 단의 서지 보호기는 상기 입력단(L1)과 입력단(L2)에 각각 접속단자가 연결되고, 접지단자가 접지되는 어래스터를 포함하고, 상기 제 1 단의 서지 보호기에 인접되는 제 2 단의 서지 보호기가 설치되며, 상기 제 1 단과 제 2 단의 서지 보호기를 연결하는 상기 라인들에는 상기 제 1 단의 서지 보호기로부터 출력되는 서지를 지연시키는 임피이던스가 설치되는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에 있어서, 상기 제 2 단의 서지보호기는 어래스터를 포함하며, 상기 제 1 단의 서지보호기의 어래스터는 상기 제 2 단의 서지보호기의 어래스터에 비하여 서지 내량이 크며, 상기 제 2 단의 서지보호기의 어래스터는 상기 제 1 단의 서지보호기의 어래스터에 대하여 반응속도가 빠른 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에 있어서, 상기 제 2 단의 서지 보호기는 스위칭 어래스터와 상기 스위칭 어래스터와 라인들간에 개재되는 과도전압 억제소자들로 이루어지는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에 있어서, 상기 제 1 단의 서지 보호기의 어래스터는 가스 충 진형 어래스터인 것이 바람직하다.

이하, 첨부된 도면에 따라서 본 발명의 일실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 4는 본 발명의 일실시예의 서지보호장치의 회로도이다.

도 4에 도시된 실시예는 입력단(L1)과 출력단(L1')으로 이루어진 라인(L1L1')과 입력단(L2)과 출력단(L2')으로 이루어진 라인(L2L2')으로 이루어진 통신선로의 라인(L1L1')과 라인(L2L2') 사이에는 다단의 서지보호소자가 병렬로 설치된다.

입력단(L1), 입력단(L2)에 인접된 부분에 설치되는 제 1 단의 서지보호소자는 가스 충진형 3극관 어래스터(AR3)이다. 어래스터(AR3)의 접촉단자(AR3-a)는 라인(L1L1')에 연결되고, 어래스터(AR3)의 접촉단자(AR3-b)는 라인(L2L2')에 연결되며, 어래스터(AR3)의 접지단자(AR3-g)는 접지된다.

제 1 단의 서지보호소자의 후단에는 제 2 단의 서지보호소자가 설치된다.

또한, 제 1 단의 서지보호소자와 라인(L1L1')의 접속점(노드①)과 제 2 단의 서지보호소자와 라인(L2L2')의 접속점(노드②) 사이에는 임피이던스(Z1)가 설치되고, 라인(L2L2')의 제 1 단의 서지보호소자의 접속점과 제 2 단의 서지보호소자의 접속점 사이에는 임피이던스(Z2)가 설치된다.

제 1 단의 서지보호소자는 속도는 느리나 서지 내량이 큰 가스 충전 3극관 어래스터를 채택하므로 서지는 후단으로 파급되게 되지만 임피이던스(Z1), (Z2)에 의하여 지연되게 되고, 제 2 단의 서지보호소자는 서지 내량은 크지 않지만 빠르게 동작되도록 함으로써 서지를 빠르게 흡수할 수 있도록 한다.

임피이던스(Z1), (Z2)는 보호대상의 장비의 사용주파수가 수백 KHz 미만 일 경우에는 수mH의 인덕터를 사용하여 구성하고, 수MHz의 주파수를 사용하는 장비에는 1옴 이하의 무유도 저항을 사용한다.

제 2 서지 보호소자는 반응속도가 빠른 가스 충진형 스위칭 어래스터(AR4)와, 어래스터(AR4)와 라인(L1L1') 사이에는 설치되는 과도전압억압소자(TVS1)와, 어래스터(AR4)와 라인(L2L2') 사이에는 설치되는 과도전압억압소자(TVS2)로 이루어진다.

제 2 서지 보호소자의 스위칭 어래스터(AR4)는 서지 전압이 유입될 때, 순간적인 단락현상이 발생되게 되므로 직렬로 전압을 클램핑시키는 반도체 소자인 과도전압억압소자(TVS1), (TVS2)를 설치함으로써 과도전압을 일정전압이하로 제한한다.

또한, 제 2 서지 보호소자의 후단에는 제 3 서지 보호소자가 설치된다. 제 3 서지 보호소자는 반응속도가 가장 빠르며, 라인(L1L1')과 라인(L2L2') 사이에 직렬 연결된 과도전압억압소자(TVS3), (TVS4)로 이루어진다.

또한, 제 3 서지 보호소자의 후단인 출력단의 라인(L1L1')과 라인(L2L2')간에 연결된 과도전압억압소자(TVS5)로 이루어진다.

이때, 어래스터(AR3), (AR4)의 접지단자와, 전압억제소자(TVS3), (TVS4)의 접속점, 전압억제소자(TR5)의 접지단자는 접지된다.

미설명 부호 F1, F2는 어래스터(AR3), (AR4)가 단락시에 소손된 경우를 대비하여 설치되는 퓨우즈이고, TH1, TH2는 열에 의하여 동작되는 열동계전기이다.

이와 같이, 구성된 일실시예의 동작과정을 도 5를 참조하여 설명하기로 한 다.

도 5a는 입력단(L1), (L2)에 인가되는 낙뢰전압을 도시한 것이다.

이때 인가된 서어지 전압은 NoiseKEN사의 낙뢰발생기(모델명 : LSS-6130)로부터 발생된 것이다. 이때 낙뢰 발생은 IEEE C62.41(1991)의 규격에 따른 것이고, 인가전압 : 1.2X50uS, 6KV, 인가전류 : 8X20uS, 3KA, 출력임피던스 : 2Ω을 갖는다.

이와같은 서지전압은 제 1 단의 서지 보호기에 의하여 흡수된다. 도 5b는 노드①에서 측정된 전압으로 최고전압이 216V로 감소되었음을 알 수 있다.

제 1 단의 서지 보호기는 어래스터(AR3)로 반응속도가 느리기 때문에 선로를 따고 후단으로 파급된다. 이때, 임피이던스(Z1), (Z2)는 후단으로 파급되는 서지를 지연시키고, 지연된 서지를 제 2 단의 서지 보호기에서 흡수하게 된다.

제 1 단의 서지보호기인 어래스터(AR3)는 가스 충진형 3극관 어래스터로서 서지 흡수 내량이 크고, 반응속도가 느리지만 제 2 단의 서지보호기에 사용되는 어래스터(AR4)는 가스 충진형 3극관 스위칭 어래스터로서 서지흡수내량이 작지만 반응속도가 빠르다. 또한, 이들 어래스터(AR3), (AR4)는 정전용량이 수 pF으로 통신선로에 노이즈를 발생시키지 않는다.

또한, 제 2 단에서는 과도 전압억압소자인 TVS1, TVS2가 속응적으로 서지에 반응함으로써 서지 에너지를 더욱 안정적으로 약화시킨다. 이와 같이 약화된 노드 ②의 전압이 도 5c에 도시되고, 이때의 서지전압의 최고값은 200V임을 알 수 있다.

또한, 제 2 단을 통과한 서지는 제3단과 최종단(노드③)의 서지 보호기에 의하여 안정화되어 도 5d와 같은 전압파형을 갖게 된다.

본 발명은 기존의 통신선로에서 어래스터를 서지 보호기로 사용했을 때의 문제점인 느린 반응속도와 내량이 작은 문제점과 바리스터를 혼용 사용했을 때의 노이즈 증가 문제를 해결하여 노이즈 없이 큰 내력을 갖으면서도 빠르게 서지를 흡수할 수 있는 효과가 있다.

Claims

입력단(L1)과 출력단(L1')으로 이루어진 라인(L1L1')과 입력단(L2)과 출력단(L2')로 이루어진 라인(L2L2')으로 이루어진 통신선로의 서지 보호장치에 있어서: 상기 라인(L1L1')과 상기 라인(L2L2') 사이에는 입력단으로부터 출력단으로 다단계의 서지 보호기들이 병렬로 설치되는 것을 특징으로 하는 서지 보호장치.
제 1 항에 있어서, 상기 입력단에 인접된 제 1 단의 서지 보호기는 상기 입력단(L1)과 입력단(L2)에 각각 접속단자가 연결되고, 접지단자가 접지되는 어래스터를 포함하고, 상기 제 1 단의 서지 보호기에 인접되는 제 2 단의 서지 보호기가 설치되며, 상기 제 1 단과 제 2 단의 서지 보호기를 연결하는 상기 라인들에는 상기 제 1 단의 서지 보호기로부터 출력되는 서지를 지연시키는 임피이던스가 설치되는 것을 특징으로 하는 서지 보호장치.
제 2 항에 있어서, 상기 제 2 단의 서지보호기는 어래스터를 포함하며, 상기 제 1 단의 서지보호기의 어래스터는 상기 제 2 단의 서지보호기의 어래스터에 비하여 서지 내량이 크며, 상기 제 2 단의 서지보호기의 어래스터는 상기 제 1 단의 서지보호기의 어래스터에 대하여 반응속도가 빠른 것을 특징으로 하는 서지 보호장치.
제 3 항에 있어서, 상기 제 2 단의 서지 보호기는 스위칭 어래스터와 상기 스위칭 어래스터와 라인들간에 개재되는 과도전압 억제소자들로 이루어지는 것을 특징으로 하는 서지 보호장치.
제 2 항에 있어서, 상기 제 1 단의 서지 보호기의 어래스터는 가스 충진형 어래스터인 것을 특징으로 하는 서지 보호장치.