KR20120044689A

KR20120044689A - 뇌격 전류 발생기

Info

Publication number: KR20120044689A
Application number: KR1020100106123A
Authority: KR
Inventors: 엄주홍; 조성철; 이태형
Original assignee: (재) 기초전력연구원
Priority date: 2010-10-28
Filing date: 2010-10-28
Publication date: 2012-05-08
Also published as: KR101211805B1

Abstract

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 뇌격 전류 발생기는, 단시간 뇌격 전류 발생기; 고전압 임펄스 발생부; 단시간 뇌격 전류 발생기 제어부;로 구성되며, 상기 단시간 뇌격 전류 발생기는, 직류 출력 전압을 발생시키는 제1직류 고전압 발생장치와, 상기 직류 고전압 발생장치로부터의 직류 출력 전압을 제공받아 임펄스 전류를 생성하기 위해 전하를 충전하고, 상기 충전된 전하를 방전하면서 임펄스 전류를 생성하여 그 임펄스 전류의 파형을 뇌격 전류의 상승구간인 파두부 및 하강구간인 파미부에 대응되게 변형하여 출력하는 제1 내지 제N 뇌격 전류생성부로 구성되며, 상기 제1 내지 제N 뇌격 전류생성부의 출력이 중첩되어 대용량 뇌격 전류를 형성하며, 상기 고전압 임펄스 발생부는, 상기 충전된 전하의 방전 경로를 접지시켜 상기 뇌격 전류의 파미부를 형성하는 고전압 임펄스를 발생하는 고전압 임펄스 발생장치를 구비하고, 상기 단시간 뇌격 전류 발생기 제어부는, 상기 충전된 전하가 방전되는 경로를 형성시켜 상기 임펄스 전류가 상기 뇌격 전류의 파두부에 대응되게 출력되도록 제어하며, 상기 뇌격전류의 파두부의 피크지점에서 상기 고전압 임펄스가 출력되도록 제어함을 특징으로 한다.

Description

뇌격 전류 발생기{lightning storke current generator}

본 발명은 뇌격 전류 발생기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 뇌격 전류를 모의하기 위한 단시간 대용량 뇌격전류를 발생하는 뇌격 전류 발생기에 관한 것이다.

IEC(국제전기기술위원회) 등에서 규정하는 10/350μs의 뇌격전류는 도 1에 도시한 바와 같이 최대 200kA를 가지며 파형의 상승부인 파두장은 10μs이고, 반치도달 시간까지를 일컫는 파미장은 350μs인 파형을 가진다.

그러나 상기 일반적인 임펄스 전류 발생기 및 발생 기술로는 30kA 이상의 전류를 발생하기가 어려웠다. 즉, 뇌격전류의 파형은 상승부인 파두장은 비교적 짧은데 반하여 파미장은 비교적 길어 이를 동시에 만족시키는 RLC 조합을 구성하기 어렵다.

현재로서는 200kA 정도의 대용량 단시간 뇌격 전류 발생기를 구현하기도 하였으나, 상기 대용량 단시간 뇌격 전류 발생기는 160kV 이상의 높은 내전압을 가지는 콘덴서를 요구하였다.

그러나 높은 내전압의 콘덴서는 충전 용량이 상대적으로 작아 많은 개수를 병렬로 연결하여 사용하여야 했으므로, 구조가 복잡함은 물론이며 제조 단가도 비싼 문제도 있었다. 또한 큰 충전 전하를 일시에 방전시켜 큰 뇌격 전류를 발생시키기에는 인덕터의 용량에 따라 제한이 발생하여, 높은 전압과 큰 전류 환경하에서 트리거를 위한 신호 전송 신뢰성이 매우 낮은 문제가 있었다.

상기한 이유로 종래에는 IEC에서 권장하는 단시간 뇌격전류를 발생하기가 어려워, 피뢰 관련 전기 부품, 서지 보호기, 피뢰침, 인하도선, 접지 등의 모의 시험을 하기가 어려웠다.

본 발명은 다수의 충전뱅크를 통해 낮은 전압으로 전하를 충전하고 상기 다수의 충전뱅크로부터 방전되는 전하에 따른 임펄스 전류를 중첩시켜 대용량 뇌격전류를 발생하는 뇌격 전류 발생기를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

상기한 본 발명은 피뢰설비용 구성부품을 비롯하여 내외부 피뢰에 사용되는 피뢰침, 수평도체, 메시도체, 용마루도체, 인하도선, 구조체 접지, 봉접지, 서지보호기, 서지피뢰기, 전력용 피뢰기 등의 성능을 평가하기 위해 적용하는 단시간 뇌격전류를 발생할 수 있는 효과를 야기한다.

특히 본 발명은 국제표준에 적합한 뇌격 전류파형을 발생시키므로 국제표준에 의거한 인증시험, 성능시험, 검수시험, 인도시험 등에 사용될 수 있으며 피뢰와 접지, 서지보호기에 관련된 연구개발 장비로 활용될 수 있는 효과를 야기한다.

또한 본 발명은 전기시설에 관련된 검사 및 점검 기관에서 검사와 점검을 위한 기본 시험기에 활용할 수 있으며, 피뢰 부품을 생산하는 기업체나 서지보호기를 제작, 판매하는 기업에서 품질관리 목적으로 이루어지는 자체 검사 또는 점검시에 활용될 수 있는 효과를 야기한다.

도 1은 뇌격전류의 파형을 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 뇌격 전류 발생기 구성도.
도 3는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 뇌격 전류 발생기의 등가 회로도.
도 4는 도 2의 스위칭 제어장치 및 시간 지연 장치, 크로바 제어 장치의 구성도.
도 5는 대전류 트리거 신호 및 고전압 트리거 신호 파형도.
도 6 및 도 7은 대전류 트리거 및 고전압 트리거를 위한 광신호 변환장치의 구성도.
도 8은 도 2의 피킹 장치 및 크로바 장치의 구성도.
도 9는 원주형 무유도 제동저항의 구조도.
도 10은 원형 보빙 및 나선형 레일 부스바 구조의 대용량 인덕터의 구조도.

본 발명은 다수의 충전뱅크를 통해 낮은 전압으로 전하를 충전하고 상기 다수의 충전뱅크로부터 방전되는 전하에 따른 임펄스 전류를 중첩시켜 대용량 뇌격전류를 발생한다.

<뇌격 전류 발생기의 전체 구성>

상기한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 뇌격 전류 발생기의 구성을 도 2를 참조하여 설명한다.

상기 뇌격 전류 발생기는 크게 단시간 뇌격 전류 발생기(100)와 고전압 임펄스 발생부(200)와 단시간 뇌격 전류 발생기 제어부(300)로 구성된다.

상기 단시간 뇌격 전류 발생기(100)는 220V 교류 전압을 입력으로 받아 0 ~ 120 kV의 직류 출력 전압을 발생시키는 직류 고전압 발생장치(110)와, 상기 직류 고전압 발생장치(100)로부터의 직류 출력 전압을 제공받아 임펄스 전류를 생성하기 위해 전하를 충전하고, 상기 충전된 전하를 방전하면서 임펄스 전류를 생성하며, 그 임펄스 전류의 파형을 뇌격 전류의 파두부 및 파미부에 대응되게 변형하여 출력하는 제1 내지 제N 뇌격 전류생성부(1201~120N)로 구성되며, 상기 제1 내지 제N 뇌격 전류생성부(1201~120N)의 출력은 중첩되어 뇌격 전류를 형성하며, 그 뇌격 전류는 부하(400)로 제공된다.

상기 제1 내지 제N뇌격 전류 생성부(1201~120N)는 상기 직류 고전압 발생장치(100)로부터의 직류 출력 전압을 제공받아 임펄스 전류를 생성하기 위해 전하를 충전하는 제1 내지 제N 대전류 충전뱅크(1221~122N)와, 상기 제1 내지 제N 대전류 충전뱅크(1221~122N)에 충전된 전하를 상기 단시간 뇌격 전류 발생기 제어부(300)의 제어에 따라 방전시키는 제1 내지 제N대전류 스위칭 장치(1241~124N)와, 상기 제1 내지 제N대전류 스위칭 장치(1241~124N)를 통해 상기 제1 내지 제N 대전류 충전뱅크(1221~122N)로부터 제공되는 상기 임펄스 전류에 대해 뇌격 전류의 상승구간인 파두부 및 하강구간인 파미부를 형성하기 위한 RL 값을 제공하는 제1 내지 제N 파형조정용 RL 장치(1261~126N)와, 상기 고전압 임펄스 발생부(200)가 제공하는 고전압 임펄스에 따라 뇌격 전류의 파두부가 피크에 도달하는 순간에 제1 내지 제N대전류 스위칭 장치(1241~124N)와 제1 내지 제N 파형조정용 RL 장치(1261~126N) 사이를 접지시켜 뇌격 전류의 파미부를 형성하는 제1 내지 제N 크로바 장치(1281~128N) 및 제1 내지 제N 피킹 장치(1301~130N)로 구성된다. 여기서, 상기 제1 내지 제N 파형조정용 RL 장치(1261~126N)의 출력은 중첩되어 대용량 뇌격 전류로서 부하(400)로 제공된다.

상기 제1 내지 제N 피킹장치(1301~130N)를 통해 상기 제1 내지 제N 크로바 장치(1281~128N)를 구동하는 고전압 임펄스 발생부(200)는, 2단의 갭과 저항으로 구성되어 갭을 구동시킬 수 있는 별도의 트리거 방전 장치를 내장하여 고전압 임펄스를 발생하는 고전압 임펄스 발생장치(220)와, 고전압 임펄스 발생장치(220)를 충전시키기 위한 배전압 방식의 2단 정류 회로를 적용한 구조의 직류 고전압 발생장치(210)로 구성된다.

상기 단시간 뇌격 전류 발생기 제어부(300)는, 단시간 뇌격 전류 발생기(100)의 직류 고전압 발생장치(110)의 충전전압을 0 ~ 120kV 범위에서 제어하는 충전전압 제어장치(320)와, 고전압 임펄스 발생부(200)의 직류 고전압 발생장치(210)의 충전전압을 제어하는 충전전압 제어장치(360)와, 뇌격 전류를 모의하기 위해 뇌격 전류의 파두부에 대응되는 시간동안 제1 내지 제N대전류 스위칭 장치(1241~124N)를 온하기 위한 스위칭 제어신호를 출력하는 PLC 구조의 스위칭 제어장치(330)와, 뇌격 전류를 모의하기 위해 뇌격 전류의 파두부에 대응되는 일정 시간이 경과되면 제1 내지 제N 크로바 장치(1281~128N)를 온하기 위한 크로바 제어신호를 출력하는 크로바 제어장치(350)와, 스위칭 제어장치(330)로부터 출력되는 스위칭 제어신호를 입력받아 뇌격 전류의 파두부에 해당되는 일정시간[2-30μs 범위] 지연한 후에 상기 크로바 제어장치(350)로 제공하는 시간지연 제어장치(340)와, 상기 스위칭 제어신호 및 상기 크로바 제어신호를 각각 광신호로 변환하여 전송한 후 다시 전기신호로 변환하여 주는 광신호 변환장치(370)와, 상기 스위칭 제어신호 및 상기 크로바 제어신호에 따라 제1 내지 제N대전류 스위칭 장치(1241~124N)와 고전압 임펄스 발생장치(220)를 구동시켜 주기 위해 3~15kV의 임펄스 트리거 형태의 제어신호를 발생시키는 대전류 트리거 발생장치(380)와 고전압 트리거 발생장치(390)로 구성된다.

<뇌격 전류 발생기의 등가회로>

상기한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 뇌격 전류 발생기의 등가회로를 도시한 도 3을 참조하면, 상기 뇌격 전류 발생기는 제1 내지 제N대전류 충전 뱅크(1221~122N)를 구성하는 충전 전압이 0~40kV, 충전 용량이 40μF인 다수의 콘덴서(CS1~CSN)와, 다수의 내부 저항(RI1~RIN)과, 다수의 내부 리액터(LI1~LIN)와, 다수의 외부 저항(RE1~REN)과, 다수의 외부 리액터(LE1~LEN)와, 다수의 스위치(S1~SN)와, 다수의 크로바 스위치(SC1~SCN)와, 다수의 크로바 저항(RC1~RCN)과, 다수의 크로바 리액터(LC1~LCN)와, 부하 저항(RL)과, 부하 코일(LL)로 구성된다.

상기한 뇌격 전류 발생기의 다수의 콘덴서(CS1~CSN)는 대전류를 형성하기에 충분할 정도로 전하를 충전하고, 그 충전에 따른 충전 전압이 미리 정해둔 전압 이상이 되면 뇌격 전류를 모의하기 위해 다수의 스위치(S1~SN)가 온된다.

상기 다수의 스위치(S1~SN)가 온되면, 다수의 콘덴서(CS1~CSN)에 충전된 전원이 다수의 내부 저항(RI1~RIN)과 다수의 내부 리액터(LI1~LIN)와 다수의 외부 저항(RE1~REN) 및 다수의 외부 리액터(LE1~LEN)에 의해 뇌격 전류의 파두부의 파형으로 변형되어 부하(RL,LL)로 제공된다.

상기 뇌격 전류의 파두부의 피크에 해당되는 시점이 되면, 상기 다수의 크로바 스위치(SC1~SCN)가 온되며, 상기 다수의 크로바 스위치(SC1~SCN)는 상기 다수의 콘덴서(CS1~CSN)와 다수의 외부 저항(RE1~REN) 및 다수의 외부 리액터(LE1~LEN) 사이를 접지시켜 상기 뇌격 전류의 파미부를 형성한다.

<스위칭 제어장치(330) 및 크로바 제어장치(302)의 상세 구성>

상기 도 2의 스위칭 제어장치(330) 및 시간지연 제어장치(340), 크로바 제어장치(350)의 구성을 도 4를 참조하여 좀 더 상세히 설명한다.

상기 스위칭 제어장치(330)는 제1 내지 제N대전류 스위칭 장치(1241~124N)와 고전압 임펄스 발생장치(220)를 구동시키기 위해 대전류 및 고전압 트리거 발생장치(380,390)에 구동신호를 전송하는 등 전체적인 제어 기능을 수행하는 트리거 컨트롤러(400)와, 제1 내지 제N 대전류 충전뱅크(1221~122N)로부터 충전전압을 검출하는 대전류 충전뱅크 전압 검출기(402)와, 제1 내지 제N 대전류 충전뱅크(1221~122N)로부터의 전압과 미리 설정된 전압, 즉 제1 내지 제N 대전류 충전뱅크(1221~122N)에 뇌격 전류를 발생하기에 충전한 전하가 충전되었을 것을 판단되는 전압과 비교하는 전압 비교부(402)와, 상기 전압 비교부(402)의 비교결과에 따라 대전류 트리거용 광신호 변환장치(3701)를 통해 대전류 트리거 발생장치(380)로 스위칭 제어신호를 제공하는 제1고정폭 펄스 발생기(406)로 구성된다.

상기 시간지연 제어장치(340)는 제1고정폭 펄스 발생기(406)가 출력하는 스위칭 제어신호를 미리 정해둔 시간(0~20μs) 동안 지연하여 제1 내지 제N대전류 스위칭 장치(1241~124N)에 대한 트리거와 고전압 임펄스 발생장치(220)의 트리거 사이의 시간 지연이 미리 정해둔 시간(0~20μs)이 되도록 하는 시간지연 펄스폭 제어기(340)를 포함한다. 여기서, 상기 미리 정해둔 시간(0~20μs)은 뇌격 전류가 피크에 도달하는 시간, 즉 파두부 구간에 해당되는 시간이다.

상기 크로바 제어장치(350)는 상기 시간지연 제어장치(340)로부터 지연출력되는 스위칭 제어신호에 따라 고전압 임펄스 발생장치(220)를 구동시키기 위해 고전압 트리거용 광신호 변환장치(3701)를 통해 고전압 임펄스 발생장치(220)로 크로바 제어신호를 제공하는 제2고정폭 펄스 발생기(414)를 포함한다.

상기 광신호 변환장치(370)는 대전류 트리거용 광신호 변환장치(3701)와 고전압 트리거용 광신호 변환장치(3702)로 구성되며, 상기 스위칭 제어신호 및 상기 크로바 제어신호를 입력받아 광신호로 변환한 후에 다시 전기신호로 변환하여 대전류 트리거 발생장치(380) 및 고전압 트리거 발생장치(390)로 제공한다.

상기한 본 발명은 상기 스위칭 제어장치(300) 및 크로바 제어장치(302)를 통해 단시간 뇌격 전류 파형의 파두부의 상승 시간과 파미부의 반치 도달 시간이 각각 2~30μs 범위와 45~500μs의 범위를 가지도록 제어한다.

이러한 본 발명에 따른 트리거들을 도 5를 참조하여 좀 더 상세히 설명한다.

제1고정폭 펄스 발생기(406)에서 출력되는 스위칭 제어신호(출력 A)는 크기 5V의 단위계단함수의 신호이다. 이러한 스위칭 제어신호는 대전류 트리거용 광신호 변환장치(3701)로 제공됨과 동시에, 시간 지연 펄스폭 제어기(408)로 입력된다. 상기 시간 지연 펄스폭 제어기(408)는 상기 출력 A의 펄스폭을 주어진 설정값에 따라 0~20μs로 지연시켜 출력 B를 출력하는 시간 지연 펄스폭 제어를 수행한다. 상기 시간 지연 펄스폭 제어기(408)로부터의 출력 B를 입력받는 제2고정폭 펄스 발생기(414)는 상기 출력 B의 수신과 동시에 크로바 제어신호(출력 C)를 출력하며, 상기 크로바 제어신호는 스위칭 제어신호에 대해 시간 지연이 이루어진 단위 계단 함수의 신호이다. 상기 크로바 제어신호는 고전압 트리거용 광신호 변환장치(3702)로 입력된다.

<대전류 및 고전압 트리거 발생장치를 위한 광신호 변환 시스템>

이제 대전류 및 고전압 트리거 발생장치를 위한 광신호 변환장치의 구성 및 동작을 도 6 및 도 7을 참조하여 설명한다.

상기 광신호 변환장치(370)는 크게 광신호 송신기와 광신호 수신기로 나눌 수 있다. 도 6은 광신호 송신기의 구성을 도시한 것이다.

상기 광신호 송신기는 6[V]의 구동 전압을 발생시켜주는 DC 전원부(500)와, RG58 규격의 BNC 케이블과 접속할 수 있는 대전류 및 고전압 트리거용 동축신호 입력단자부(502,504)와, 신호 반전부(510)의 전압을 일정하게 유지시켜 주며 안정성을 향상시켜 주는 대전류 및 고전압 트리거용 매칭 저항(506,508)과, 신호 반전을 통하여 입력된 5[V] 신호를 하이(High) 레벨에서 로우(Low) 레벨로 변환시켜 출력하는 인버터들로 구성된 신호 반전부(510)와, 상기 신호 반전부(510)의 출력에 따라 광 다이오드를 구동하는 대전류 및 고전압 트리거용 E/O 변환기(514,516)와, 대전류 및 고전압 트리거용 E/O 변환기(514,516)에 유입되는 과전류를 방지하기 위한 대전류 및 고전압 트리거용 전류 제한 저항(512,518)으로 구성된다.

상기 도 7은 광신호 수신기의 구성을 도시한 것이다.

상기 광신호 수신기는 상기 광신호 송신기가 송신한 광신호를 수신받아 전기신호로 변환함으로, 고전압 및 대전류 환경하에서 EMI 영향이나 노이즈 침입으로부터 자유롭게 해줄 수 있는 효과가 있다.

상기 광신호 수신기는 광 케이블로 유입되는 광신호를 5[V]의 전기신호로 변환하여 출력하는 대전류 및 고전압 트리거용 O/E 변환기(600,602)와, 전류제한저항(604)을 통해 신호를 반전시켜 주는 인버터들로 구성된 대전류 및 고전압 트리거용 신호 반전부(606); 반전된 신호를 RG58 규격의 동축 선로로 전송해주는 대전류 및 고전압 트리거용 동축신호 출력부(610,612)와, 6[V]의 구동 전압을 발생시켜 주는 DC 전원부(608)로 구성된다.

<크로바 장치 및 피킹장치>

상기 도 2의 제1 내지 제N 크로바 장치(1281~128N) 및 제1 내지 제N 피킹 장치(1301~130N)의 구성 및 동작은 동일하므로, 어느 한 크로바 장치와 피킹 장치에 대해서만 그 구성 및 동작을 설명한다.

도 8은 어느 한 크로바 장치와 피킹 장치의 구성을 도시한 것이다. 여기서, 피킹 장치는 고전압 임펄스 발생장치(220)가 제공하는 고전압 임펄스에 의해 구동되는 크로바 스위치의 구동 신뢰성을 향상시키기 위한 것이다.

상기 고전압 임펄스 발생장치(220)로부터 유입되는 고전압 임펄스의 피크를 크게 진동시켜 주는 피킹 콘덴서(708)와, 크로바 스위치(700)를 동작시키기 위한 고전압 임펄스가 제공되기 전에 대전류 스위칭 장치(A)에 의한 대전류에 의해 크로바 스위치(700)가 오동작하는 것을 방지하며 크로바 스위치(700)가 동작할 때 대전류 임펄스가 고전압 임펄스 발생장치(220)로 역류하지 못하도록 차단해 주는 피킹갭(710)과 스너버(712); 크로바 스위치(700)의 안정적인 동작과 두 개의 갭 사이에 밸런스를 유지시켜 주기 위한 피킹 저항(714,706)으로 구성된다.

상기 피킹 콘덴서(708)은 고전압 임펄스 입력단과 접지 사이에 연결되며, 상기 피킹갭(710)과 스너버(712)는 상기 고전압 임펄스 입력단과 일단이 연결되며, 상기 크로바 스위치(700)는 상기 피킹갭(710)과 스너버(712)의 타단과 제1단이 연결도고, 제2단은 상기 대전류 스위칭 장치(A)와 파형 조정용 RL 장치(B)에 연결되고, 제3단은 크로바 저항(702)과 크로바 리액터(704)를 통해 접지된다.

상기한 크로바 장치 및 피킹 장치는 단시간 뇌격 전류 파형의 피크에서 대전류 스위칭 장치(A)와 파형 조정용 RL 장치(B)의 사이를 접지시킨다. 이러한 크로바 장치 및 피킹 장치는 정확한 시간에 일시에 단락하여 파형 조정용 RL 장치(B) 중 대용량 인덕터에 충전되어 있는 전류 에너지를 일시에 역전시켜 파미부분이 45~500μs범위의 반치도달 시간을 가지게 형성한다.

<원주형 무유도 제동저항의 구성>

도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 제1 내지 제N파형 조정용 RL 장치(126~126N)에 채용되는 원주형 무유도 제동저항의 사시도를 도시한 것이다. 상기 원주형 무유도 제동저항은 100~500W 용량의 1~5Ω 저항값을 가지는 무유도 저항으로 구성되며, 무유도 저항의 구조는 압축 성형하여 양쪽 말단부에 전극을 형성한 탄소 저항 또는 고체 절연체를 적용하여 권선을 대칭형으로 감은 무유도 권선 저항들(954)을 6~12개로 구성하여 원주형으로 등간격 배치한 것이다.

이들 저항들(954)의 양단(950,952)은 원형 또는 다각형 구조의 두께 0.5~5mm의 동판 또는 알루미늄 재질의 도체판으로 구성되어 있으며 각각의 저항들(954)은 볼트체결에 의해 견고하게 부착된다.

상기 제동저항의 합성저항은 대전류 충전뱅크의 용량과 파형 조정용 RL 장치에 구비되는 대용량 인덕터, 그리고 부하에 따라 결정되며, 그 조절범위는 0.1~2[Ω]이다.

<원형 보빙 및 나선형 레일 부스바 구조의 대용량 인덕터의 구조>

도 10은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 제1 내지 제N파형 조정용 RL 장치(126~126N)에 채용되는 원형 보빙 및 나선형 레일 부스바 구조의 대용량 인덕터의 사시도를 도시한 것이다.

상기 대용량 인덕터는 최대 피크전류가 250kA이며, 충전전하는 0~200C이며, 특정 에너지 0~20MJ 이상을 축적하였다 방출할 수 있는 대용량 구조이다.

상기 원형 보빙(900)은 대용량 인덕터를 구현하기 위해 베이클라이트 또는 이와 동등 이상의 절연 내력을 가지는 재료를 사용한 것으로 나선형 가이드 홈(902)을 가지는 원통형 구조이며, 전류상승시간과 반치도달시간을 조절하기 위해 부스바 형태의 동도체(906)에 볼트체결 탭(908)을 매 1턴 마다 장착하였다. 즉, 상기 볼트 체결 탭(908)을 풀거나 잠금으로써 인덕터의 용량을 조절할 수 있게 한다.

100 : 단시간 뇌격 전류 발생기
200 : 고전압 임펄스 발생부
300 : 단시간 뇌격 전류 발생기 제어부

Claims

뇌격 전류 발생기에 있어서,
단시간 뇌격 전류 발생기;
고전압 임펄스 발생부;
단시간 뇌격 전류 발생기 제어부;로 구성되며,
상기 단시간 뇌격 전류 발생기는, 직류 출력 전압을 발생시키는 제1직류 고전압 발생장치와,
상기 직류 고전압 발생장치로부터의 직류 출력 전압을 제공받아 임펄스 전류를 생성하기 위해 전하를 충전하고, 상기 충전된 전하를 방전하면서 임펄스 전류를 생성하여 그 임펄스 전류의 파형을 뇌격 전류의 상승구간인 파두부 및 하강구간인 파미부에 대응되게 변형하여 출력하는 제1 내지 제N 뇌격 전류생성부로 구성되며, 상기 제1 내지 제N 뇌격 전류생성부의 출력이 중첩되어 대용량 뇌격 전류를 형성하며,
상기 고전압 임펄스 발생부는,
상기 충전된 전하의 방전 경로를 접지시켜 상기 뇌격 전류의 파미부를 형성하는 고전압 임펄스를 발생하는 고전압 임펄스 발생장치를 구비하고,
상기 단시간 뇌격 전류 발생기 제어부는,
상기 충전된 전하가 방전되는 경로를 형성시켜 상기 임펄스 전류가 상기 뇌격 전류의 파두부에 대응되게 출력되도록 제어하며, 상기 뇌격전류의 파두부의 피크지점에서 상기 고전압 임펄스가 출력되도록 제어함을 특징으로 하는 뇌격 전류 발생기.
제1항에 있어서,
상기 제1 내지 제N뇌격 전류 생성부는, 상기 직류 고전압 발생장치로부터의 직류 출력 전압을 제공받아 상기 임펄스 전류를 생성하기 위해 전하를 충전하는 제1 내지 제N 대전류 충전뱅크;
상기 제1 내지 제N 대전류 충전뱅크에 충전된 전하를 상기 단시간 뇌격 전류 발생기 제어부의 제어에 따라 방전시키기 위한 경로를 연결하는 제1 내지 제N대전류 스위칭 장치;
상기 제1 내지 제N대전류 스위칭 장치를 통해 상기 제1 내지 제N 대전류 충전뱅크로부터 제공되는 상기 임펄스 전류에 대해 뇌격 전류의 파두부 및 파미부를 형성하기 위한 RL 값을 제공하는 제1 내지 제N 파형조정용 RL 장치;
상기 고전압 임펄스에 따라 상기 뇌격 전류의 파두부가 피크에 도달하는 순간에 상기 제1 내지 제N대전류 스위칭 장치와 상기 제1 내지 제N 파형조정용 RL 장치 사이를 접지시켜 상기 제1 내지 제N파형 조정용 RL 장치의 인덕터에 충전된 전류 에너지를 역전시켜 상기 뇌격 전류의 파미부를 형성하는 제1 내지 제N 크로바 장치 및 제1 내지 제N 피킹 장치로 구성됨을 특징으로 하는 뇌격 전류 발생기.
제1항에 있어서,
상기 고전압 임펄스 발생부는,
상기 고전압 임펄스 발생장치를 충전하기 위한 직류 고전압을 발생하는 제2직류 고전압 발생장치를 더 구비함을 특징으로 하는 뇌격 전류 발생기.
제3항에 있어서,
상기 단시간 뇌격 전류 발생기 제어부는,
상기 제1 및 제2직류 고전압 발생장치의 충전전압을 제어하는 충전전압 제어장치를 더 구비함을 특징으로 하는 뇌격 전류 발생기.
제2항에 있어서,
상기 단시간 뇌격 전류 발생기 제어부는,
상기 제1 내지 제N대전류 충전뱅크의 충전전압이 미리 설정된 전압이상이면,
상기 제1 내지 제N대전류 스위칭 장치로 상기 경로를 연결하게 하는 스위칭 제어신호를 제공하고,
상기 제어신호를 제공한 후 미리 설정된 시간이 경과하면 상기 전류 임펄스를 발생하도록 하는 크로바 제어신호를 상기 고전압 임펄스 발생장치로 제공함을 특징으로 하는 뇌격 전류 발생기.
제5항에 있어서,
상기 단시간 뇌격 전류 발생기 제어부가,
상기 제1 내지 제N대전류 충전뱅크의 충전전압을 검출하는 대전류 충전뱅크 전압 검출기;
상기 제1 내지 제N대전류 충전뱅크의 충전전압과 미리 설정된 전압을 비교하는 전압 비교부;
상기 전압 비교부의 비교결과에 따라 상기 스위칭 제어신호를 발생하는 제1펄스 발생기;
상기 제1펄스 발생기의 스위칭 제어신호를 상기 미리 설정된 시간만큼 지연하는 시간 지연 펄스폭 제어기;
상기 시간 지연된 펄스에 따라 상기 크로바 제어신호를 발생하는 제2펄스 발생기;
를 구비함을 특징으로 하는 뇌격 전류 발생기.
제6항에 있어서,
상기 스위칭 제어신호 및 상기 크로바 제어신호를 광신호로 변환하여 송신하고,
상기 광신호를 수신하고, 그 수신된 광신호에 대응되는 대전류 트리거 구동신호 및 고전압 트리거 구동신호를 생성하는 광신호 변환장치;
상기 대전류 트리거 구동신호 및 고전압 트리거 구동신호를 생성하는 광신호 변환장치;
상기 대전류 트리거 구동신호에 따라 상기 제1 내지 제N대전류 스위칭 장치를 제어하는 제어신호를 생성하는 대전류 트리거 발생장치;
상기 고전압 트리거 구동신호에 따라 상기 고전압 임펄스 발생장치를 제어하는 제어신호를 생성하는 고전압 트리거 발생장치;를 더 구비함을 특징으로 하는 뇌격 전류 발생기.
제7항에 있어서,
상기 광신호 변환장치는,
상기 스위칭 제어신호와 상기 크로바 제어신호를 입력받기 위한 동축신호 입력단들,
상기 동축신호 입력단들을 통해 입력되는 상기 스위칭 제어신호와 상기 크로바 제어신호를 반전하는 인버터들, 및
상기 인버터들의 출력에 따라 광신호를 발생하여 광케이블로 출력하는 E/O 변환기들을 구비하는 광신호 송신기;
광 케이블을 통해 광신호가 수신되면 전기 신호로 변환하는 O/E 변환기들,
상기 O/E 변환기들의 전기신호를 반전하는 인버터들,
상기 인버터들의 출력을 동축선로로 전송하는 동축신호 출력부로 구성되는 광신호 수신기;로 구성됨을 특징으로 하는 뇌격 전류 발생기.
제2항에 있어서,
상기 크로바 장치 및 피킹 장치는,
고전압 임펄스 입력단과 접지 사이에 연결되는 피킹 콘덴서;
상기 고전압 임펄스 입력단과 일단이 연결된 피킹갭과 스너버;
상기 피킹갭과 스너버의 타단과 제1단이 연결되고, 제2단이 대전류 스위칭 장치와 파형 조정용 RL 장치에 연결되고, 제3단이 저항과 리액터를 통해 접지되는 크로바 스위치;로 구성됨을 특징으로 하는 뇌격 전류 발생기.
제2항에 있어서,
상기 제1 내지 제N 파형 조정용 RL 장치에 구비되는 저항은,
무유도 제동저항으로,
압축 성형하여 양쪽 말단부에 전극을 형성한 다수의 탄소저항 또는 고체 절연체를 적용하여 권선을 대칭형으로 감은 다수의 무유도 권선 저항들이 두개의 도체판 사이에 등간격으로 배열되어 결착된 것임을 특징으로 하는 뇌격 전류 발생기.
제10항에 있어서,
상기 도체판은 원형 또는 다각형이며, 동판 또는 알루미늄 판임을 특징으로 하는 뇌격 전류 발생기.
제2항에 있어서,
상기 제1 내지 제N 파형 조정용 RL 장치에 구비되는 인덕터는,
나선형 가이드 홈을 가지는 원통형 구조로서,
매 턴마다 부스바 형태의 동도체에 볼트 체결 탭을 장착함을 특징으로 하는 뇌격 전류 발생기.