KR20100019594A - 과도전압 검출표시 및 방지회로 - Google Patents
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Abstract
여러 종류의 검출신호를 장거리 전송하는 선로상에 침입되는 과도전압을 억제하기 위한 과도전압 방지 회로가 개시되어 있다. 본 발명에 따르면, 가스방전관을 통해 상용주파 교류전압의 혼촉 또는 지락에 의한 과도전압의 1차 침입을 억제하기 위한 제 1 보호회로; 제 1 보호회로의 잔류 과전류로 인한 자체 과열 또는 계측제어회로의 과열상태를 방지하기 위해 선로의 각 단자상으로 직렬 접속되는 저항 또는 인덕터로 구성된 제 2 보호회로; 제 1 보호회로 및 제 2 보호회로의 잔여 과도전압을 소정 레벨로 한정시키기 위해 상기 선로 양단과, 선로의 각 단자 및 대지간으로 각각 접속되는 배리스터(Varistor)로 이루어진 제 3 보호회로; 제 3 보호회로의 잔여 전압을 억제하여 절연파괴 전압의 유입을 방지하기 위해 선로 양단과 선로의 각 단자 및 대지간으로 각각 접속되는 어벨런치(Avalanche) 항복 다이오드로 이루어진 제 5 보호회로로 이루어져, 선로상의 과도전압 억제 성능을 증대시켜 신호전송의 정확성을 확보할 수 있는 효과를 얻으며, 과도전압 발생에 따른 계수를 수행하므로서, 계측제어기기의 고장 원인과 경로 추적이 용이하여 설비의 유지보수에 기여할 수 있는 효과를 얻는다.
선로, 과도전압, 써지전압, 지락, 노이즈, 교류 혼촉, 피뢰, 계수, 보호
Description
본 발명은 과도전압 방지회로에 관한 것으로, 보다 상세히는 전류센서 및 계 측제어회로의 과도전압을 감지 및 억제하고, 과도전압에 대한 계수를 측정하기 위한 과도전압 방지 회로에 관한 것이다.
일반적으로, DC 4 ~ 20mA의 센서 입출력 및 계측제어회로에 사용되는 트랜스미터는 그 속성상 야외 현장에서 검출하는 전압, 전류, 주파수, 온도, 압력, 수위, 수량 등 많은 물리량을 전류신호로 송출하여 최대 수 km에 걸친 중거리 선로를 통해 수신장치로 물리적 정보를 전송하기 때문에, 전송 도중에 개폐성 과도전압과 같은 내부요인에 의한 과도전압이나, 뇌써지와 같은 외래의 과도전압 및 저압 교류회로와의 혼촉(합선) 혹은 지락과 같은 과도전압에 노출되기 쉽다. 또한 신호의 전송중에 전력선이나 대전류 회로와 병가되는 경우, 잡음이 유도되어 원 계측량을 왜곡할 우려가 있다.
따라서, 계측의 정확성을 향상시키기 위해 선로내에 과도전압 방지회로를 부가하여 시스템의 안정성을 증대시키고 있는데, 종래의 일반적인 과도전압 방지회로는 도 1a에 도시된 바와 같이 센서 및 전송부(110), 과도전압 보호대책회로(120), 선로(130), 과도전압 보호대책회로(140), 제어기(150)로 구성되어 있고, 특히 과도전압 보호대책회로(140)는 도 1b에 도시된 바와 같이 선로의 입력단(T1, T2) 사이로 세라믹제 가스방전관(Gas Discharge Tube :101)이 접속되고, 일측 선로(T1)에는 퓨즈(Fuse) 및 R-L 직렬 회로가 접속된다. 또한, 상기 선로의 출력단(L1, L2) 사이로 어벨런치(Avalanche) 다이오드(ZD1, ZD2)가 상호 역방향 접속되어 배치되어 있다.
여기서 세라믹 가스방전관(101)은 과도전압이 침입하였을 때 1차 억제회로로 사용되며, R-L 직렬회로는 상기 어벨런치 다이오드의 누설 캐패시턴스와 R-L 값에 의한 RLC 저역필터 회로로 동작하여 1차 억제된 과도전압의 불요 전도성 잡음을 억제하는 2차 억제회로이다. 상기 어벨런치 다이오드 회로는 과도전압의 3차 억제회로로써, 소정치 전압 이상의 노이즈를 제거하여 과도전압의 최종 필터링을 수행한다.
이와 같이 구성된, 일반적인 과도전압 억제회로는 세라믹 가스방전관을 통해 소정치의 과도전압을 억제한 후, 퓨즈를 거치기 때문에 퓨즈가 용단되어 회로가 개방되면 보호회로 기능이 없어지므로 계측제어 기기를 보호하는 것이 불가능해진다. 또한, 고전압 대전류의 과도전압이 인가되어 세라믹 가스방전관을 거쳐 퓨즈를 관통할 때, 퓨즈의 개방이 이루어지지 않을 경우에는 어벨런치 다이오드의 파손이 발생하여 계측기기의 손상이 우려된다.
본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위해 창출된 것으로, 본 발명의 목적은 계측 선로상으로 다수 파라메타 검출을 통한 물리량 정보의 전송시 선로상으로 유입되는 과도전압의 불요 전도성 잡음을 억제하여 계측제어 회로의 보호와 더불어, 과도전압의 계수를 통한 계측제어 기기의 고장원인 및 경로추적이 용이하도록 하는 과도전압 방지 회로를 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 관점에 따른 과도전압 방지 회로는, 선로 양단으로 접속되어, 가스방전관을 통해 상용주파 교류전압의 혼촉 또는 지락에 의한 과도전압의 1차 침입을 억제하기 위한 제 1 보호회로; 상기 제 1 보호회로의 잔류 과전류로 인한 자체 과열 또는 계측제어회로의 과열상태를 방지하기 위해 상기 선로의 각 단자상으로 직렬 접속되는 저항 또는 인덕터로 구성된 제 2 보호회로; 상기 제 1 보호회로 및 제 2 보호회로의 잔여 과도전압을 소정 레벨로 한정시키기 위해 상기 선로 양단과, 상기 선로의 각 단자 및 대지간으로 각각 접속되는 배리스터(Varistor:Variable Resistor)로 이루어진 제 3 보호회로; 상기 제 3 보호회로의 잔여 전압을 억제하여 절연파괴 전압의 유입을 방지하기 위해 상기 선로 양단과 상기 선로의 각 단자 및 대지간으로 각각 접속되는 어벨런치(Avalanche) 항복 다이오드로 이루어진 제 5 보호회로; 및 상기 제 5 보호회로 및 제 3 보호회로 사이의 상기 선로 각 단자로 직렬 접속되어 상기 제 5 보호회로의 과전류 억제를 위한 선형 저항으로 구성된 제 4 보호회로로 이루어진 것을 특징으로 한다.
구체적으로, 서지를 검출하기 위한 변류기(CT: current transformer)를 포함하고, 상기 변류기의 검출신호에 기초하여 상기 과도전압 침입 횟수를 계수하기 위한 과도전압 계수부; 및 상기 과도전압 계수부의 계수결과를 디스플레이하기 위한 표시부가 접속되는 것을 특징으로 한다.
이상 설명된 바와 같이, 본 발명에 따른 과도전압 방지 회로는 과도전압을 단계적으로 억제하기 위한 보호회로를 구현함으로써, 선로상의 과도전압 억제 성능을 증대시켜 신호전송의 정확성을 확보할 수 있는 효과가 있으며, 과도전압 발생 횟수를 계수함으로써, 계측제어기기의 고장 원인과 경로 추적이 용이하여 설비의 유지보수에 기여할 수 있는 효과가 있다.
또한, 온도계수 저항회로를 이용함으로써 과전류 유입시 퓨즈의 개방이 이루어지지 않아, 회로의 안정성을 증대시키며, 회로 내의 선형 저항 또는 비선형 저항 및 특정 소자간의 누설 캐패시턴스에 의한 저역필터 특성을 보유함에 따라 선로상의 과도전압 억제 성능을 보다 증대시킬 수 있는 부수적 효과를 얻는다.
이하, 본 발명을 첨부된 예시도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다. 도 2는 본 발명에 따른 과도전압을 방지하기 위한 회로도로서, 4 ~ 20mA의 계측제어회로 보호용 과도전압 보호회로이다. 도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 과도전압의 침입 계수 측정을 위한 변류기와 제1 보호회로에서 저항을 이용한 보호용 과도전압 보호 회로이며, 도 2b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 과도전압의 침입 계수측정을 위한 변류기와 제1 보호회로로 코일을 이용한 보호용 과도전압 보호회로이다. 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 과도 전압 보호회로는 선로(T1, T2)상으로 침입하는 과도전압 및 상기 과도전압으로부터 발생되는 전류를 점진적으로 일정 레벨까지 한정시키기 위한 제 1 보호회로(201), 제 2 보호회로(203), 제 3 보호회로(205), 제 4 보호회로(207) 및 제 5 보호회로(209)로 구성되며, 각 보호회로는 상호 직렬로 접속된다. 또한, 상기 제 1 보호회로 (201)와 연동되어 과도전압의 침입여부를 검출하여 이를 계수하기 위한 과도전압 계수부(215)가 구비되며, 상기 과도전압 계수부(215)의 계수결과를 디스플레이하기 위한 표시부(211)를 포함한다.
상기 제 1 보호회로(201)는 선로상으로 침입되는 과도전압을 1차적으로 억제하기 위한 것으로, 3극 가스방전관(213) 및 변류기(CT: current transformer)으로 이루어진다. 상기 3극 가스방전관(213)은 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 3극 가스방전관(213)은 상용화된 소자로써, 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 벗어날 수 있어 동작 원리 및 형상에 대한 설명은 생략한다.
한편, 상기 변류기는 T2상에 흐르는 전류의양에 의해 과도전압 침입 여부를 판별함으로써, 과도전압의 침입 계수를 측정한다. 상기 계수부(215)의 입력포트는 상기 변류기의 일단과 접속되며, 상기 변류기에서 제공되는 스위칭 신호의 노이즈 제거 및 정형화를 수행한다. 그리고, 정형화된 스위칭 신호(펄스)의 발생횟수에 근 거하 여 카운트를 수행하며, 카운트 결과는 표시부(211)를 통해 디스플레이 시킨다.
관리자는 상기 표시부(211)의 표시결과에 기초하여 해당 구역에서의 과도전압 침입 횟수를 측정할 수 있으며, 이에 기초한 설비의 유지보수에 기여할 수 있다. 상기 과도전압 계수부(215)는 별도의 배터리(B) 전원을 보유한다.
상기 제 1 보호회로(201)를 거쳐 과도전압의 1차 억제를 수행한 후, 상기 제 2 보호회로(203)를 통해 과도전압의 1차 억제 이후에 발생될 수 있는 고전압으로부터 계측제어회로를 보호한다. 상기 제 2 보호회로(203)는 각 선로상으로 저항(R1, R2, 도 2a 참조) 또는 인덕터(L1, L2, 도 2b 참조)이 접속되며, 저항(R1, R2) 또는 인덕터(L1, L2)는 교류 혼촉 사고시 과전류로 인한 보호 회로 자체의 과열 또는 계측제어회로의 과열상태를 방지하기 위한 것이다.
저항(R1, R2) 또는 인덕터(L1, L2)는 혼촉 사고 또는 과도전압의 침입으로 인한 선로상의 온도상승시 저항치가 비례하여 상승함으로써 과전류를 억제하며, 혼촉 사고 또는 과도전압의 침입 해제시에는 원상복귀되어 회로의 정상화가 이루어진다.
상기 제 3 보호회로(205)는 제 1 및 제 2 보호회로(201,203)에서 충분히 억제되지 않은 잔여 과도전압을 한정시키기 위한 비선형 저항으로 구성된다. 상기 비선형 저항은 산화아연 배리스터(Zinc Oxide Varistor - Nonlinear Resistor)가 바람직하며, 회로의 변경에 따라 ZNR, INR, TNR 등이 가능하다. 상기 배리스터(NR1, NR2, NR3)는 선로간 및 선로-대지간 발생되는 과도전압을 동시에 억제하기 위해 상기 선로(T1, T2) 사이에 제 1 배리스터(NR1)이 접속되고, 제 2 배리스터(NR2) 및 제 3 배리스터(NR3)는 상호 직렬 접속된 후, 접속노드를 어스시키는 구조를 이룬다.
즉, 선로간(T1, T2) 기준치 이상의 과도전압이 발생할 경우, 제 1 배리스터(NR1) 양단에 걸리는 전압상승에 의해 배리스터의 자체 저항치를 높여 선로간 절연을 유도한다. 또한, 대지와 선로사이의 과도전압 발생시에는 상기 제 2 배리스터(NR2) 또는 제 3 배리스터(NR3)에 의해 대지와 선로사이의 절연을 이행하므로서, 잔여 과도전압을 비선형적으로 억제한다.
상기 제 4 보호회로(207)는 각 선로상으로 선형저항(R2, R3)을 접속시켜, 각 선로상으로 유입되는 과전류를 억제시킨다. 또한, 제 4 보호회로(207)는 상기 제 5 보호회로(209)의 입력 전류를 제한토록 함에 따라, 제 5 보호회로(209)의 단락방지와 같은 안정성을 확보한다.
상기 제 5 보호회로(209)는 상기 제 3 보호회로(205)에서 억제되지 못한 잔여 과도전압을 최종 억제시키기 위한 것으로, 제 3 보호회로(205)의 선로간 및 선로-대지간 과도전압 억제와 동일하게, 선로(L1, L2)상으로 제 1 어벨런치 항복 다이오드(Avalanche Breakdown Diode:ZD1)가 접속되고, 일측 선로(L1)와 대지(G)간으로 제 2 어벨런치 항복 다이오드(ZD2)가 접속되며, 타측 선로(L2)와 대지(G)간으로 제 3 어벨런치 항복 다이오드(ZD3)가 접속된다.
상기 제 1 어벨런치 항복 다이오드(ZD1)는 선로간 잔여 과도전압을 억제하며, 상기 제 2 어벨런치 항복 다이오드(ZD2) 및 제 3 어벨런치 항복 다이오드(ZD3)는 선로와 대지간 잔여 과도전압을 억제하므로서, 최소 절연파괴 전압인 100V이상 의 전압이 센서 또는 계측제어기기에 침입하지 못하도록 한다.
도 3은 본 발명에 따른 과도전압 보호회로의 동작성능을 설명하기 위한 전압 파형 도이다. 도시된 바와 같이, ⓐ는 선로상으로 침입되는 20kV 표준 뇌임펄스 전압(1.2/50㎲) 파형도이다. 도시된 파형 ⓑ는 표준 뇌임펄스 전압이 선로와 접지간에 침입한 경우 상기 제 1 보호회로(201)의 3극 가스방전관(213)을 통해 억제된 실험 파형도이다. 본 실험치에서는 1.844kV까지 억제되고 있다.
상기 ⓒ 파형은 제 2 보호회로(203) 및 제 3 보호회로(205)를 경유하므로서 억제되는 전압 파형도를 나타낸 것으로, 이는 상기 제 2 보호회로(203)의 비선형성 저항과 제 3 보호회로(205)의 배리스터간 누설 캐패시턴스로 인한 RC 저역필터 특성에 의해 ⓑ 그래프상에서의 고주파 전도잡음이 효과적으로 억제되고 있음을 보여주고 있다. 상기 ⓓ 파형은 제 4 보호회로와 제 5 보호회로를 경유하여 최종적으로 계측제어장치 또는 센터캡의 입력단으로 유기되는 전압파형으로, 상기 제 4 보호회로(207)의 선형저항과 상기 제 5 보호회로 (209)의 어벨런치(Avalanche) 항복 다이오드의 누설 캐패시턴스로 인한 RC 저역필터 특성에 의해 고주파 전도잡음이 억제된 것이다. 본 그래프의 최대 억제 전압인 ⓓ 파형은 47V의 실험결과를 갖고 있다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 과도전압 방지 및 불요 전도성 잡음 억제를 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.
도 1a는 종래 과도전압 억제를 위해 사용된 회로도이다.
도 1b는 도 1의 과도전압 보호대책회로의 상세도이다.
도 2는 본 발명에 따른 과도전압 방지회로를 나타낸 회로도이다.
도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 과도전압의 침입 계수 측정을 위한 변류기와 제1 보호회로에서 저항을 이용한 보호용 과도전압 보호회로이며, 도 2b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 과도전압의 침입 계수측정을 위한 변류기와 제1 보호회로로 코일을 이용한 보호용 과도전압 보호회로이다.
도 3은 본 발명에 따른 동작성능을 나타낸 전압 파형도이다.
<주요 도면에 대한 부호의 설명>
201 : 제 1 보호회로 203 : 제 2 보호회로
205 : 제 3 보호회로 207 : 제 4 보호회로
209 : 제 5 보호회로 211 : 표시부
213 : 3극 가스방전관 215 : 계수부
Claims (6)
- 선로 양단으로 접속되어, 가스방전관을 통해 상용주파 교류전압의 혼촉 또는 지락에 의한 과도전압의 1차 침입을 억제하기 위한 제 1 보호회로;상기 제 1 보호회로의 잔류 과전류로 인한 자체 과열 또는 계측제어회로의 과열상태를 방지하기 위해 상기 선로의 각 단자상으로 직렬 접속되는 저항 또는 인덕터로 구성된 제 2 보호회로;상기 제 1 보호회로 및 제 2 보호회로의 잔여 과도전압을 소정 레벨로 한정시키기 위해 상기 선로 양단과, 상기 선로의 각 단자 및 대지간으로 각각 접속되는 배리스터(Varistor:Variable Resistor)로 이루어진 제 3 보호회로;상기 제 3 보호회로의 잔여 전압을 억제하여 절연파괴 전압의 유입을 방지하기 위해 상기 선로 양단과 상기 선로의 각 단자 및 대지간으로 각각 접속되는 어벨런치(Avalanche) 항복 다이오드로 이루어진 제 5 보호회로; 및상기 제 5 보호회로 및 제 3 보호회로 사이의 상기 선로 각 단자로 직렬 접속되어 상기 제 5 보호회로의 과전류 억제를 위한 선형 저항으로 구성된 제 4 보호회로로 이루어진 것을 특징으로 하는 과도전압 검출표시 및 방지회로.
- 제 1 항에 있어서, 상기 T2상에 흐르는 전류의양에 의해 과도전압 침입 여부를 판단하기의한 변류기을 포함하고, 상기 변류기의 검출신호에 기초하여 상기 과도전압 침입 횟수를 계수하기 위한 과도전압 계수부; 및상기 과도전압 계수부의 계수 결과를 디스플레이하기 위한 표시부가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 과도전압 검출표시 및 방지회로.
- 제 2 항에 있어서, 상기 과도전압 계수부는 자체 독립전원을 이용하여 계수를 수행하는 것을 특징으로 하는 과도전압 검출표시 및 방지회로.
- 제 1 항에 있어서, 상기 제 5 보호회로를 통해 상기 계측제어회로로 제공되는 전류는 4 ~ 20mA인 것을 특징으로 하는 과도전압 검출표시 및 방지회로.
- 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 보호회로는 저항 또는 인턱터로 구성되는 것을 특징으로 하는과도전압 검출표시 및 방지 회로.
- 제 1 항에 있어서, 상기 제 3 보호회로의 배리스터는 산화아연 배리스터 (Zinc Oxide Varistor - Nonlinear Resistor)인 것을 특징으로 하는 과도전압 검출표시 및 방지 회로.
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101253226B1 (ko) * | 2012-11-05 | 2013-04-16 | 김병학 | 저커패시턴스형 통신용 서지보호장치 및 tm/tc통신라인용 서지보호장치 |
| CN103368157A (zh) * | 2012-04-06 | 2013-10-23 | 上海微电子装备有限公司 | 浪涌保护装置 |
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2008
- 2008-08-11 KR KR1020080078243A patent/KR20100019594A/ko not_active Application Discontinuation
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E601 | Decision to refuse application |