KR20130073236A - 서지 보호 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전력선에 유입된 지속적인 이상 과전압과 서지 전압을 구분하여 상기 지속적인 이상 과전압으로부터 서지 보호기 자체를 보호하는 것이 가능한 서지 보호 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 본 발명에 따른 서지 보호 장치는 전원선과 병렬로 설치되고, 상기 전원선에 포함된 전압의 주파수 정보를 실시간 검출하며, 상기 검출된 주파수 정보를 서지 전압 판단용 기준 주파수 정보와 비교하여 결과에 따라 서지 보호기가 상기 전원선과 선택적으로 단선 또는 합선되도록 하는 것을 특징으로 한다. 따라서 본 발명은 전력선에 포함된 지속적인 이상 과전압이 서지 보호기로 유입되는 것을 차단하여 서지 보호기의 파손을 방지할 수 있는 장점이 있다.

Description

서지 보호 장치{SURGE PROTECTION DEVICES}
본 발명은 서지 보호 장치에 관한 발명으로서, 더욱 상세하게는 전력선에 유입된 지속적인 이상 과전압과 서지 전압을 구분하여 상기 지속적인 이상 과전압으로부터 서지 보호기 자체를 보호하는 것이 가능한 서지 보호 장치에 관한 것이다.
최근 정보통신의 발달 및 대중화로 고밀도 집적회로가 내장된 전기, 전자, 통신기기가 널리 사용되고 있는데, 이러한 고밀도 집적회로가 내장된 전기통신설비들은 임펄스 형태의 서지 전압 또는 서지 전류 등에 의해 일시적 또는 영구적 손상을 받기 쉽다.
이러한 서지로부터 피해를 받지 않기 위해서 사용되는 서지 보호기는 전기 품질과 전기 안전을 보장하는 보호 제품으로서, 서지 보호기를 사용하면 저압 전원(예컨대, 1000V 이하의 전압)에 유입되는 서지(transient, spike, noise)로부터 시스템을 보호하고, 전원 또는 통신 계통으로부터 유입되는 서지로부터 시스템을 보호할 수 있다.
도 1은 일반적인 서지 보호기의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 서지 보호기(10)는 전원선에 연결되어 복수의 서지 전압으로 인한 온도 폭주를 방지하는 퓨즈(11)와 서지 전압을 클램핑하거나 제한하기 위한 서지 보호 소자(12)를 포함하여 구성된다.
상기 서지 보호 소자(12)는 금속 산화물인 바리스터(MOV)를 활용하거나 또는 순간 과도전압인 서지(Surge) 전압을 클램핑하거나 제한하기 위해 실리콘 애벌런시 다이오드를 사용할 수도 있다.
그러나, 이러한 서지 보호기(10)는 낙뢰 등으로 인해 발생하는 서지 전압을 차단하도록 구성되었지만, 전원 계통과 연결된 시스템의 결함이나 전원 품질의 불량으로 인해 발생되는 지속적인 이상 과전압(TOV; Temporary Over Voltage)에도 동작하여 서지 전압이 아닌 지속적인 이상 과전압에 의해 서지 보호기(10)가 손상되는 문제점이 있다.
도 2는 종래 기술에 따른 서지 보호기에 유입되는 전압 파형을 나타낸 파형도로서, 도 2에 도시된 바와 같이 입력 전압에 임펄스 형태의 서지 전압(20)이 포함되면 서지 보호기가 동작하여 서지 전압(20)의 유입을 차단한다.
그러나 입력 전압에 지속적인(또는 임시적인) 이상 과전압(30)이 포함되면 임펄스 형태의 서지 전압이 아닌 전원 전압의 주파수와 동일하거나 또는 유사한 주파수를 갖는 높은 전압 레벨을 갖는 교류 전압이 서지 보호기로 입력되고, 이러한 지속적인 이상 과전압(30)의 높은 전압이 서지 보호기를 열화시켜 서지 보호기 내부에 열이 축적되며, 이로 인해 서지 보호기가 폭발하거나 화재가 발생하는 문제점이 있다.
또한, 지속적인 이상 과전압(30)으로 인해 서지 보호기의 서지 보호 소자가 열화된 경우 2차 서지 전압(21)이 입력되면 이를 차단하지 못하여 결과적으로 시스템이 서지 전압으로 인해 파손되는 문제점이 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 전력선에 유입된 지속적인 이상 과전압과 서지 전압을 구분하여 상기 지속적인 이상 과전압으로부터 서지 보호기 자체를 보호하는 것이 가능한 서지 보호 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 지속적인 이상 과전압으로부터 서지 보호기를 보호하는 것이 가능한 서지 보호 장치로서,
상기 서지 보호 장치는 전원선과 병렬로 설치되고, 상기 전원선에 포함된 전압의 주파수 정보를 실시간 검출하며, 상기 검출된 주파수 정보를 서지 전압 판단용 기준 주파수 정보와 비교하여 결과에 따라 서지 보호기가 상기 전원선과 선택적으로 단선 또는 합선되도록 하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 상기 서지 보호 장치는 전원선에 포함된 전압의 주파수 정보를 실시간 검출하는 주파수 검출부; 상기 주파수 검출부가 검출한 주파수 정보를 미리 설정된 서지 전압 판단용 기준 주파수 정보와 비교하고, 상기 비교 결과 상기 검출된 주파수 정보가 기준 주파수 정보 이상이면 합선 신호를 출력하며, 상기 검출된 주파수 정보가 기준 주파수 정보 이하면 단선 신호를 출력하는 제어부; 및 상기 제어부로부터 출력되는 합선 또는 단선 신호에 따라 스위칭 동작을 수행하는 스위치부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 상기 서지 보호 장치는 상기 전원선과 스위치부 사이에 설치된 서지 보호기를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 상기 스위치부는 릴레이인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 상기 제어부는 서지 전압이 소멸되면 상기 스위치부로 단선 신호를 출력하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 전력선에 포함된 지속적인 이상 과전압이 서지 보호기로 유입되는 것을 차단하여 서지 보호기의 파손을 방지할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명은 지속적인 이상 과전압으로 인한 서지 보호기의 파손을 방지함으로써, 서지 보호기가 안정적으로 동작할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명은 지속적인 이상 과전압의 유입 차단을 통해 서지 보호기에 대한 신뢰도를 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
도 1 은 일반적인 서지 보호기의 구성을 나타낸 블록도.
도 2 는 종래 기술에 따른 서지 보호기로 유입되는 전압 파형을 나타낸 파형도.
도 3 은 본 발명에 따른 서지 보호 장치의 구성을 나타낸 블록도.
도 4 는 도 3에 따른 서지 보호 장치로 유입되는 전압 파형을 나타낸 파형도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 서지 보호 장치의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명에 따른 서지 보호 장치의 구성을 나타낸 블록도이고, 도 4는 도 3에 따른 서지 보호 장치로 유입되는 전압 파형을 나타낸 파형도 이다.
도 3에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 지속적인 이상 과전압으로부터 서지 보호기(140)를 보호하는 서지 보호 장치(100)는 전원선에 병렬로 설치되고, 상기 전원선에 포함된 전압의 주파수 정보를 실시간 검출하며, 상기 검출된 주파수 정보를 서지 전압 판단용 기준 주파수 정보와 비교하여 결과에 따라 상기 서지 보호기(140)가 상기 전원선과 선택적으로 단선 또는 합선되도록 하고, 주파수 검출부(110)와, 제어부(120)와 스위치부(130)와, 서지 보호기(140)를 포함하여 구성된다.
상기 주파수 검출부(110)는 전원선에 포함된 전압의 주파수 정보를 실시간 검출하여 제어부(120)로 출력한다.
즉 상기 주파수 검출부(110)는 정상 전압의 주파수(예를 들면, 60Hz)와, 지속적인 이상 과전압의 주파수(예를 들면, 50/60Hz)와, 임펄스 형태인 서지 전압의 주파수(예를 들면, 100Hz 이상)를 검출하여 제공한다.
상기 제어부(120)는 주파수 검출부(110)가 검출한 주파수 정보를 미리 설정된 서지 전압 판단용 기준 주파수 정보와 비교하고, 상기 비교 결과 상기 검출된 주파수 정보가 기준 주파수 정보 이상이면 서지 전압으로 판단하여 전원선으로 유입되는 서지 전압으로부터 전력 계통을 보호할 수 있도록 서지 보호기(140)를 동작시키기 위한 합선 신호를 스위치부(130)로 출력한다.
즉 상기 제어부(120)는 낙뢰로 인한 매우 빠른 주파수를 갖는 서지 또는 개폐 서지가 유입될 경우 서지 특유의 주파수를 검출하여 서지 보호 소자(142)를 통해 서지 보호기능이 수행될 수 있도록 스위치부(130)로 온(합선) 신호를 출력한다.
또한, 상기 제어부(120)는 서지 전압 검출 후 상기 주파수 검출부(110)로부터 출력되는 주파수 정보를 서지 전압 판단용 기준 주파수와 비교하여 상기 검출된 주파수 정보가 상기 기준 주파수 정보 이하이면 서지 전압이 소멸된 것으로 판단하여 상기 스위치부(130)로 단선 신호를 출력하여 상기 전원선과 서지 보호기(140) 사이가 단선되도록 한다.
상기 스위치부(130)는 전원선과 서지 보호기(140) 사이에 설치되어 상기 전원선과 서지 보호기(140)가 단선된 상태를 유지하도록 하고, 상기 제어부(120)로부터 출력되는 합선 신호 또는 단선 신호에 따라 상기 전원선과 서지 보호기(140) 사이가 합선 또는 단선되도록 스위칭 동작을 수행한다.
또한, 상기 스위치부(130)는 신속한 동작을 위해 릴레이로 구성하는 것이 바람직하다.
상기 서지 보호기(140)는 스위치부(130)를 통해 전원선에 연결되고, 서지 전압으로 인한 온도 폭주를 방지하는 퓨즈(141)와 서지 전압을 클램핑하거나 제한하기 위한 서지 보호 소자(142)를 포함하여 구성된다.
다음은 본 발명에 따른 서지 보호 장치(100)의 동작 과정을 도 3 및 도 4를 참조하여 설명한다.
도 3과 같이 전원선에 병렬로 서지 보호 장치(100)가 설치되고, 주파수 검출부(110)는 전원선과 연결되며, 상기 전원선과 서지 보호기(140)는 스위치부(130)에 의해 단선된 상태이다.
또한, 도 4와 같이 전원선으로 인입되는 상용 교류 전원의 임의의 시점에 1차 서지 전압(200)과, 2차 서지 전압(210)과, 지속적인 이상 과전압(300)이 포함되어 공급된다.
상기 서지 보호 장치(100)는 전원선에 유입되는 전원의 주파수를 실시간 검출하여 미리 설정된 서지 전압 판단용 기준 주파수 정보와 비교하고, 상기 비교 결과에 따라 합선 신호의 출력 여부를 결정한다.
즉 상기 서지 보호 장치(100)의 제어부(120)는 주파수 검출부(110)가 검출한 주파수 정보가 예를 들면, 상용 교류 전원의 주파수인 60Hz이면 서지 전압 판단용 기준 주파수 정보(예를 들면, 100Hz)보다 작은 주파수이므로 정상 전압 또는 지속적인 이상 과전압으로 판단하여 서지 보호 장치(100)의 스위치부(130)가 오프 상태를 유지하도록 하고, 상기 주파수 검출부(110)가 검출한 주파수 정보가 예를 들면 100Hz를 초과하는 주파수이면 서지 전압으로 판단하여 상기 스위치부(130)를 동작시키기 위한 합선 신호를 출력한다.
상기 서지 보호 장치(100)의 제어부(120)로부터 1차 서지 전압(200)에 의한 주파수 신호가 검출되어 합선 신호가 출력되면 스위치부(130)가 동작하여 전원선과 서지 보호기(140)가 전기적으로 연결되어 서지 보호기(140)가 동작할 수 있도록 한다.
상기 서지 보호 장치(100)는 상기 합선 신호를 출력한 후 주파수 검출부(110)를 통해 전원선에 인입된 전압의 주파수 정보를 검출하여 서지 전압 판단용 기준 주파수 정보와 비교하고, 상기 비교 결과가 서지 전압 판단용 기준 주파수 이상의 주파수인 경우 상기 합선 신호의 출력을 유지하고, 상기 서지 판단용 기준 주파수 정보 이하의 주파수인 경우 스위치부(130)로 단선 신호를 출력하여 전원선과 서지 보호기(140)가 전기적으로 단선된 상태를 유지하도록 한다.
이때 지속적인 이상 과전압(300)이 유입되어도 상기 전원선과 서지 보호기(140) 사이는 단선된 상태를 유지하므로 상기 서지 보호기(140)가 지속적인 이상 과전압(300)으로부터 보호될 수 있게 된다.
또한, 지속적인 이상 과전압(300)이 소멸된 후 2차 서지 전압(210)이 인입되면 상기 서지 보호 장치(100)가 동작하여 전원선과 서지 보호기(140)가 전기적으로 연결되도록 함으로써 서지 전압으로부터 시스템이 보호될 수 있도록 한다.
따라서 지속적인 이상 과전압의 유입 차단을 통해 서지 보호기의 수명 연장과 안정적인 동작을 유지시킬 수 있으므로 서지 보호기에 대한 신뢰도를 향상시킬 수 있게 된다.
상기와 같이, 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
또한, 본 발명의 실시예를 설명하는 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있으며, 상술된 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있으므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
100 : 서지 보호 장치 110 : 주파수 검출부
120 : 제어부 130 : 스위치부
140 : 서지 보호기 141 : 퓨즈
142 : 서지 보호 소자 200 : 1차 서지 전압
210 : 2차 서지 전압 300 : 지속적인 이상 과전압

Claims (5)

  1. 지속적인 이상 과전압으로부터 서지 보호기를 보호하는 것이 가능한 서지 보호 장치로서,
    상기 서지 보호 장치는 전원선과 병렬로 설치되고, 상기 전원선에 포함된 전압의 주파수 정보를 실시간 검출하며, 상기 검출된 주파수 정보를 서지 전압 판단용 기준 주파수 정보와 비교하여 결과에 따라 서지 보호기가 상기 전원선과 선택적으로 단선 또는 합선되도록 하는 것을 특징으로 하는 서지 보호 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 서지 보호 장치는 전원선에 포함된 전압의 주파수 정보를 실시간 검출하는 주파수 검출부;
    상기 주파수 검출부가 검출한 주파수 정보를 미리 설정된 서지 전압 판단용 기준 주파수 정보와 비교하고, 상기 비교 결과 상기 검출된 주파수 정보가 기준 주파수 정보 이상이면 합선 신호를 출력하며, 상기 검출된 주파수 정보가 기준 주파수 정보 이하면 단선 신호를 출력하는 제어부; 및
    상기 제어부로부터 출력되는 합선 또는 단선 신호에 따라 스위칭 동작을 수행하는 스위치부를 포함하는 것을 특징으로 하는 서지 보호 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 서지 보호 장치는 상기 전원선과 스위치부 사이에 설치된 서지 보호기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 서지 보호 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 스위치부는 릴레이인 것을 특징으로 하는 서지 보호 장치.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 제어부는 서지 전압이 소멸되면 상기 스위치부로 단선 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 서지 보호 장치.
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