KR810000063B1

KR810000063B1 - Low voltage lightening arrester

Info

Publication number: KR810000063B1
Application number: KR790004364A
Authority: KR
Inventors: 오명환
Original assignee: 이주천; 재단법인 한국과학기술연구소
Priority date: 1979-12-11
Filing date: 1979-12-11
Publication date: 1981-02-04

Abstract

A low voltage lightening device absorbing the overvoltage and overcurrent of an indoor wire when lightening uses a characteristic element of non-linear resistor of zinc-oxide which is not using insulating gap and having food insulating character of 10-100MΩ at rate voltage. This lightening arrestor can limit the tap voltage of arrestor not less than 600V and reduce the operating start time within 0.1μ sec when flowing overcurrent by lightening.

Description

Low pressure lightning arrester for home

제1도는 가정용 저압 피뢰장치의 구조단면도1 is a structural cross-sectional view of a low pressure lightning arrester for home

제2도는 가정용 저압 피뢰장치의 전압-전류 비직선 특성2 shows the non-linear voltage-current characteristics of domestic low voltage lightning arresters.

제3도는 가정용 저압 피뢰장치의 실시예시도3 is a view showing an embodiment of a domestic low pressure lightning arrester

제4도는 가정용 저압 피뢰장치의 특성시험 회로도4 is a characteristic test circuit diagram of a domestic low voltage lightning arrester

제5도는 가정용 저압 피뢰장치의 단자 전압 제한 보호 특성 실험예5 is a test example of the terminal voltage limit protection characteristics of a low voltage lightning arrester

본 발명은 피뢰장치 내부에 절연공격(絶緣空隔)을 설치하지 않고도 보다 안전하고 정확하게 이상과 전압의 침투를 방지할 수 있도록 하기 위하여 새로 이산화 아연을 주성분으로 하는 비직선 저항체(이하 산화아연 비직선 저항체)를 고압전류 흡수물질로 이용한 새롭고도 진보된 가정용 저압 피뢰장치에 관한 것이다.The present invention is a non-linear resistor (zinc oxide non-linear) newly composed of zinc dioxide as a main component in order to prevent the intrusion of abnormality and voltage more safely and accurately without installing an insulation attack inside the lightning arrester. A new and advanced domestic low voltage lightning arrester using a resistor) as a high current absorber.

종래의 가정용 저압 피뢰장치는 주요 구성요소가 탄화규소를 주성분으로 하는 비직선 저항체(이하 탄화규소 비직선 저항체)와 절연공격으로 구성되어 있기 때문에 그 구조가 매우 복잡하고 제조단가도 비싸게 될 뿐 아니라 전기적인 보호특성도 나쁜 결점을 갖고 있다. 즉 종래의 고압전류 흡수물질로 사용되고 있는 탄화규소 비직선 소결 저항체는 정격전압에 있어서의 도전 누설전류가 수밀리 암페어나 되어 절연공격을 피뢰장치 내부에 필히 부착하여야 하므로 피뢰기의 구조가 복잡한 반면 가정에 고압전류가 침입할 경우에는 이러한 절연공격의 삽입으로 인하여 방전 지연시간이 수십 마이크로초(10^-5Seconds) 이상의 장시간을 요하게 되어 그 사이에 각종 전기기기나 옥내 배전선로가 절연 파괴현상을 일으키게 되는 경우가 많았으며 또한 탄화규소 저항체의 비직선성이 불완전하기 때문에 피뢰기의 방전전류가 수십 암페어 정도에 달하면 피뢰기 양단의 보호제한 전압이 1,000볼트 이상으로 상승하게 되어 결과적으로 볼 때 600볼트 이하급의 저전압 배전선 계통에 절연열화현상을 초래함으로써 피뢰기의 과전압 흡수기능을 제대로 수행하지 못하는 경우가 많이 발생하였다.Conventional domestic low voltage lightning arrester is composed of silicon carbide non-linear resistor (hereinafter referred to as silicon carbide non-linear resistor) and insulation attack, the structure is very complicated and expensive to manufacture, as well as electrical The protective properties also have bad drawbacks. That is, the silicon carbide non-linear sintered resistor used as a conventional high-voltage current absorbing material has several million amperes of conductive leakage current at the rated voltage, and an insulation attack must be attached to the inside of the lightning arrester. When high voltage current invades, the insertion of such insulation attack requires a long time of discharge delay time of several tens of microseconds (10 ^-5 Seconds) or more, and various electrical equipment or indoor distribution lines cause insulation breakdown in the meantime. In addition, since the non-linearity of the silicon carbide resistor is incomplete, when the discharge current of the arrester reaches several tens of amperes, the protection limit voltage at both ends of the arrester rises to more than 1,000 volts. Absorption of overvoltage of the arrester by causing insulation degradation in the system The function occurred in many cases does not work properly.

본 발명의 목적은 위와 같은 종래의 결점을 없애므로서 과전류에 대한 전기전 보호특성이 매우 우수한 동시에 구조가 간단하며 제작비가 저렴한 가정용 저압 피뢰장치를 제공하는데 있다.It is an object of the present invention to provide a low voltage lightning arrester for home use, which is excellent in electrical protection against overcurrent and at the same time simple in structure and low in manufacturing cost by eliminating the above-mentioned drawbacks.

본 발명의 특징은 산화아연 비직선 저항체를 저압 피뢰장치의 고압전류 흡수소자로 사용함으로써 수십 암페어 정도의 고압전류 침투방전시에 피뢰기의 단자전압을 600볼트 이하로 제한시키고 그 동작 개시시간을 0.1마이크로초(10^-7Seconds)이내로 단축시킬 수 있다. 또한 종래와 같이 절연공격을 삽입하지 않고도 정격사용전압(100볼트 또는 220볼트)에 있어 10메가옴 내지 100메가옴(10⁷-10⁸ohms) 정도의 양호한 절연성을 갖고 있으므로 구조가 매우 간단하여 종래의 것보다 20-30% 정도 원가가 절감된 피뢰장치를 제조할 수 있어 결과적으로 산업화에 유리한 장점을 가지고 있다.A feature of the present invention is the use of a zinc oxide nonlinear resistor as a high voltage current absorbing element of a low voltage lightning arrester, thereby limiting the terminal voltage of the arrester to 600 volts or less at high voltage current penetration discharges of several tens of amps and operating start time of 0.1 micron. sec can be reduced to within (10 ^-7 seconds). In addition, the structure is very simple because it has good insulation of about 10 megohm to 100 megohm (10 ⁷ -10 ⁸ ohms) at the rated operating voltage (100 volts or 220 volts) without inserting an insulation attack as in the prior art. As a result, a lightning arrester with a 20-30% cost reduction can be manufactured, which has the advantage of industrialization.

본 발명의 구조를 첨부도면에 따라 설명하면 다음과 같다. 제1도에 도시한 바와 같이 산화아연을 주성분으로 하고 여기에 약 3% 정도의 산화 비스무트 등을 첨가제로 혼합한 원판형 산화아연 비직선 저항체(1)의 양면에 온도금전극(2)를 도포하고 황동제 인입전극(3)을 밀착용 스프링(4)와 함께 피뢰기소자 지지용 절연 페놀-포름알데히드수지(이하 페놀수지) 링(5) 사이에 삽입시키고 이들 페놀수지 링을 열가소성 절연 플라스틱제(6) 및 절연 플라스틱 캡(7)로 고정시킨 장치이다.Referring to the accompanying drawings, the structure of the present invention will be described. As shown in FIG. 1, the thermal gold electrode 2 is coated on both surfaces of a disc-shaped zinc oxide nonlinear resistor 1 containing zinc oxide as a main component and about 3% bismuth oxide as an additive. The brass lead electrode (3) is inserted between the insulating phenol-formaldehyde resin (hereinafter referred to as phenol resin) ring (5) for supporting the arrester element together with the contact spring (4), and these phenol resin rings are made of thermoplastic insulating plastic ( 6) and an insulating plastic cap (7).

이와같이 구성된 장치의 동작특성을 설명하면 다음과 같다. 가정용 저압피뢰기의 특성요소로 사용되는 본 발명의 특징인 산화아연 비직선 저항체는 제2도에 도시한 바와 같이 그 고유한 도전특성(가)에 의하여 정격배전전압(제2도의 Vn : 일반가정에는 100볼트 또는 220볼트)하에서는 그 통전전류가 마이크로 암페어 정도이므로 100메가옴 정도의 절연체로서 동작 하나 외부로부터 충격과 전압이 침입하여 피뢰기의 단자전압이 일정한 전압(Vs)까지 상승하면 산화아연 비직선 저항체로 구성된 특성요소의 전기적 저항치가 자기 스스로 감소하면서 동작개시 방전전류(Is : 특상 1mA 정도)만큼의 통전전류가 흐르게 된다. 이때의 단자 전압과 피뢰가 통전전류 사이에는 V=K·In(다만, K는 피뢰기 특성요소의 크기에 따른 상수이며 n의 값은 약 0.02-0.05 정도임)의 함수관계가 있으므로 통전전류가 크게 증가되어도 (Ir) 피뢰가 양단의 단자 전압(Vr)은 거의 상승하지 않는다.The operation characteristics of the device configured as described above are as follows. The zinc oxide non-linear resistor, which is a feature of the present invention, which is used as a characteristic element of a domestic low voltage lightning arrester, has a rated distribution voltage (Vn in FIG. Under 100 volts or 220 volts), the conduction current is about microamperes, so it acts as an insulator of about 100 megohms. As the electric resistance of the characteristic element is reduced by itself, the conduction current flows as much as the discharge current (Is: 1mA). At this time, there is a function relationship between V = K · In (However, K is a constant according to the size of the arrester characteristic element, and the value of n is about 0.02-0.05) between the terminal voltage and the lightning protection current. Even if the (Ir) lightning protection is increased, the terminal voltage Vr of both ends rarely rises.

제3도의 실시예 및 제5도의 실험예를 토대로 하여 본 발명의 동작특성 및 작용효과를 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다. 제3도에서 보는 바와 같이 가옥인입전원에 직접 병렬로 연결된 본 발명의 저압 피뢰장치(11)은 앞에서 설명한 바와 같이 보통의 정격전압하에서는 100메가옴 정도의 양호한 절연체로 동작하기 때문에 종래의 가정용 피뢰기와 같이 절연공격을 설치하지 않아도 옥내외의 전력계특에는 아무런 영향을 미치지 않는다. 그러나 고전압 낙뢰 또는 서어지(surge)로 인한 과전압(1500-6000볼트)이 일반 배전선로(제3a도)에 발생할 경우 이 과전압은 옥외 배전선로의 특성 임피이던스를 거쳐서 옥내에 침입되어 적산전력계(9)와 개폐기(10)을 거쳐서 피뢰기(11)에 도달하게 된다. 이때 과전압의 대부분으 이 피뢰기에서 흡수되어 접지선을 통하여 지상에 방전되어 가정용 텔레비젼이나 냉장고 등의 부하전기기기(12), (13), (14)에는 약 600볼트 이하의 저전압만이 전달되게 되나 만일 과전압 피뢰기(11)에 설치되어 있지 않은 경우에는 이 과전압이 그대로 가정의 부하전기기기에 전달되어 기기의 절연파괴, 소손은 물론 때로는 인명피해까지 발생하게 된다.The operation characteristics and the effects of the present invention will be described in more detail based on the embodiment of FIG. 3 and the experimental example of FIG. 5. As shown in FIG. 3, the low-voltage lightning arrester 11 of the present invention connected in parallel to the house input power source operates as a good insulator of about 100 megohms under a normal rated voltage as described above. Likewise, if the insulation attack is not installed, it has no effect on the power meter indoors or outdoors. However, if an overvoltage (1500-6000 volts) due to a high voltage lightning strike or surge occurs on a general distribution line (Fig. 3a), the overvoltage enters indoors through the characteristic impedance of the outdoor distribution line and is integrated into the integrated power meter (9). And the arrester 11 is reached via the switch 10. At this time, most of the overvoltage is absorbed by the arrester and discharged to the ground through the ground wire, so that only the low voltage of about 600 volts or less is transmitted to the load electric devices 12, 13, and 14, such as a home TV or a refrigerator. When not installed in the overvoltage arrester 11, the overvoltage is transmitted to the load electrical equipment of the home as it is, resulting in insulation breakdown, burnout, and sometimes even human injury.

이와같이 과전압이 발생했을 경우의 본 발명의 가정용 저압 피뢰장치가 갖는 우수한 단자전압 제한보호 특성은 제5도의 비교실험 결과를 보면 더욱 명확히 알 수 있다.Thus, the excellent terminal voltage limit protection characteristic of the low voltage lightning arrester according to the present invention in the event of an overvoltage can be clearly seen from the comparative experiment results of FIG. 5.

이 비교실험에 사용된 실험장치는 제4도의 회로에서 볼 수 있는 바와 같이 서어지 발생장치(1000-6000볼트), 등가임피이던스(16), 가정용 저압 피뢰장치(17), 전류측정용 저항(1옴)(18), 가정용 등가부가저항(19), 전압파형측정 오실로그램(20) 및 전류파형측정 오실로그램(21)로 구성되어 있다.The experimental apparatus used in this comparative experiment includes a surge generator (1000-6000 volts), an equivalent impedance (16), a domestic low voltage lightning arrester (17), and a resistance for current measurement (1) as shown in the circuit of FIG. Ohm) 18, a home equivalent equivalent resistance 19, a voltage waveform measurement oscillogram 20, and a current waveform measurement oscillogram 21.

실험결과를 보면 서어지장치에서 발생된 고전압 충격파(제5a도)의 파고치를 약 6000볼트로 할 때 피뢰장치를 설치하지 않은 경우(제5b도)에는 약 3000볼트의 충격고전압이 가정용 전기기기에 인가되었으며 종래의 탄하규소 저항체를 사용한 피뢰장치를 설치한 경우(제5c도)에는 약 1000볼트의 고전압이 인가된 반면 본 발명의 산화아연 저항체를 사용한 피뢰장치를 설치한 경우(제5d도)에는 부하 전기기기에 인가되는 충격전압의 순간적인 파고치를 약 600볼트 이하로 억제시킬 수 있었다.According to the test results, when the arrester is not installed (Figure 5b) when the crest value of the high voltage shock wave generated in the surge device (Figure 5a) is about 6,000 volts, the impact high voltage of about 3000 volts is applied to household electrical equipment. In the case where a lightning arrester using a conventional silicon ballistic resistor is installed (Fig. 5c), a high voltage of about 1000 volts is applied, while a lightning arrester using the zinc oxide resistor of the present invention is installed (Fig. 5d). The instantaneous peak value of the impact voltage applied to the load electrical equipment could be suppressed to about 600 volts or less.

이상의 설명에서 본 바와 같이 산화아연 비직선 저항체를 고압전류 흡수물질로 사용함을 특징으로 하는 본 발명의 가정용 저압 피뢰기는 종래의 피뢰기와 비교할 때 절연공격을 사용하지 않기 때문에 구조가 간단하고 제작비가 저렴한 동시에 전기적인 보호특성도 우수하여 안전하게 일반가정의 이상과 전압침투를 방지할 수 있다.As seen from the above description, the low voltage lightning arrester of the present invention, which uses a non-linear zinc oxide resistor as a high-voltage current absorber, does not use an insulation attack as compared with a conventional lightning arrester. It also has excellent electrical protection characteristics, so it can safely prevent abnormal home and voltage penetration.

Claims

A low voltage lightning arrester for home use, characterized by absorbing overvoltage and high-voltage current of indoor distribution line by connecting zinc oxide non-linear resistor as a characteristic element and connecting it directly to the house input power source without using any insulation attack.