KR960000839B1 - 서지흡수소자 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

서지흡수소자

제1도는 본 발명에 의한 서지흡수소자의 사시도.

제2도는 제1도에서의 코너부가 잘린 서지흡수소자의 정면입면도.

제3도는 본 발명에 의한 서지흡수소자의 회로도.

제4도는 종래의 서지흡수소자의 정면도.

제5도는 제4도는 종래의 저시흡수소자의 회로도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 전기장치 11^a,11^b,12 : 통신선(신호입력선)

13 : 서지흡수소자 14 : 서지흡수용소자

15 : 금속선 16 : 기판

17 : 제 1 리드 18 : 제 2 리드

19 : 제 3 리드 21 : 열감응식 스위치

22 : 고정접점편 23 : 바이메탈

23a : 접점 24 : 하우징

본 발명은 팩시밀리, 전화스위치판, 모템 등과 같은 통신장비에 사용되는 전기장치를, 서지전압과 과전루또는 과전압으로부터 보호하기에 적합한 서지흡수소자에 관한 것이다.

좀더 상세하게 설명하면, 서지전압으로부터 전기장치를 보호하기 위해서 사용되는 서지를 흡수하는 소자와, 과전압이나 과전류가 서지흡수소자에 계속적으로 작용될 때에, 서지흡수소자에서 비정상적으로 높은 열이 발생되는 것을 억제하기 위해서 사용되는 열감응식 스위치 등으로 구성되어 있는 서지흡수소자에 관한 것이다.

종래에는, 가스봉입관 등과 같은 종래의 저시흡수소자를, 보호하고자 하는 전기장치의 한쌍의 입력선의 사이에서 병렬로 연결하였으며, 이 서지 흡수용소자는 전기장치의 사용전압보다 높은 전압에서 작용되도록 설계되어 있었다.

종래의 서지흡수용소자는, 작용되는 전압이 방전전압보다 낮으면 저항이 높아지고, 소자에 작용되는 전압이 방전개시전압보다 으면 저항이 수십Ω으로 낮아지는 저항체이다.

그러므로, 낙뢰서지(落雷serge) 등의 서지전압이 서지흡수용소자가 내장된 전기회로나 전기장치에 순간적으로작용하면, 서지흡수용소자는 서지전압을 억제하여 방전시켜서, 서지전압으로부터 전기장치를 보호하는 역할을 하게 된다.

그러나. 돌발사고 등으로 인하여 과전압이나 과전류가 전기회로에 연속적으로 작용되면, 어느 정도의 과다한 전류가 서지흡수용소자로 흘러가게 되며, 그 결과로 서지흡수용소자에서는 고열을 발생하게 된다.

서지흡수소자로부터 발산되는 열은, 서지흡수소자에의해 보호되는 전기장치는 물론, 주변의 다른 전기장치의 발화의 원인이 될 수 있다.

전형적인 서지흡수소자에서는, 입력선, 즉, 전기장치의 신호선이나 통신선이 전원공급선과 접촉하여 고장이 발생되기 쉽다.

최대허용용량까지의 과전압이나 과전류가 연속적으로 서지흡수용소자에 작용되는, 이러한 돌발적인 고장이 쉽게 발생되는 것은 아니지만, 최근에는, 화재의 가능성과 돌발적인 사고에 대비하기 위한, 추가의 안전장치를 부착하는추세이다.

예를 들어서, 미국의 UL(Undercriter 연구소)에서는 서지흡수소자의 표준안전규격을 제정하여, 과전압이나 과전류가 흐른다 하더라도, 서지흡수용소자의 주변의 통신장비에서 화재나 전기쇼크 등이 발생하지 않도록 하고 있다.

국제출원 JP 90/01006호 공보에는, 서지전압을 억제하고 금속선을 서지흡수용소자와 직렬로 연결하여 서지흡수용소자의 비정상적인 발열을 방지하는, 서지흡수용소자로 구성된 서지흡수소자가 기재되어 있으며, 제4도와 제5도에 그것을 표시하고 있다.

제4도에 표시된 서지흡수소자에서, 제 1 리드(17), 제 2 리드(18), 제 3 리드(19)는 기판(16)에 고정되어 있다.

스프링탄성이 있는 금속선의 한쪽 끝은 제 1 리드(17)의 끝에 용접되어 있다.

서지흡수용소자(14)는 리드선(14a)(14b)을 개재하여 제 2 리드(18)와 제 3 리드(19) 사이에 연결되어 있다.

금속선(15)은 그 한쪽 끝이 제 1 리드(17)의 끝에 용접되어 고정된 상태에서, 스프린탄성력을 가질 수 있도록 서지흡수소자(14)를 향해서 휘어져 있다.

스프링탄성을 가진 채 휘어져 잇는 금속선의 다른 쪽 끝은, 제 2리드와 연결되어 이는 리드선(14a)의 한쪽끝에 납땜으로 고정되어 있다. 기판에 고정된 금속선(15)과 서지흡수용소자(14)는 케이싱(24)에 수납된다.

제5도에 표시되어 있듯이, 제 1 리드(17)는 입력선 중의 한선(11a)과 연결되고, 제 2 리드(18)는 전선(11b)을 개재하여 전기장치(10)의 입력단자와 연결하며, 제 3 리드(19)는 전기장치(10)의 입력단자 중의 나머지 한단자와 연결되는, 다른 하나의 입력선(12)과 연결된다. 금속선(15)의 연결은 서지전압이 전기한 서지 흡수소자에 순간으로 작용될 때에는 끊어지지 않지만, 과전압의 상태에서 대전류가 흐르게 되면, 이러한 과전압의 대전류가 서지흡수소자(14)로 흐르는 것을 차단하기 위해서, 그목선(15)의 연결은 끊어진다.

특히, 과전압의 상태에서는 소전류가 흘러도, 이 전류에 의해 서지흡수소자(14)에서 발생되는 열은 납땜부(28)를 녹게 하며, 금속선(15)은 탄성력을 갖는 위치로부터 벗어나서 리드선(14a)과의 연결도 끊어지게 되어, 서지흡수용소자(14)로 전류가 흐르는 것을 차단하게 된다.

그러나, 서지전압이 저지흡수소자에 반복해서 작용하게 되면, 금속선(15)은, 이 때 서저흡수소자 발생되는 열에의한 가열이 반복되어 그 탄성력을 잃게 되며, 그 결과, 금속선(15)은 튀어오르지 못하므로 리드선(14a)과는 분리되지 못한다

결과적으로, 과전압의 상태에서는, 소전류라 하더라도 서지흡수소자에 연속해서 흐르게 되면, 이 전류는 서지흡수소자에서 비정상적으로 열을 발생시키며, 이것이 전기장치는 물론 서지흡수소자주변의 다른 전기장치에서의 발화의 원인이 된다.

전기한 이유 때문에, 이러한 소지흡수소자는 UL의 표준안전규격을 통과할 수 없게 되는 것이다.

본 발명의 목적은, 소지전압으로부터 전기장치를 보호하기 위한 서지흡수용소자와, 연속적으로 작용되는 과전압이나 과전류에 의한 서지흡수용소자의 비정상적인 과열이 원인이 되어 전기장치는 물론 서지흡수소자 주변의 다른 전기장치에서 화재가 발생하는 것을 방지하기 위한 열감응식 스위치로 구성되어 있는, 서지흡수소자를 제공하고자 하는 것이다.

본 발명의 또다른 목적은, 서지흡수용소자와, 과전압이나 과전류의 연속적인 흐름이 제거되면 자동적으로 본래의 위치로 되돌아가는 열감응식 스위치로 구성되어 있는, 서지흡수소자를 제공하고자 하는 것이다. 이러한 목적은, 서지흡수용소자, 서지흡수용소자를 전기장치의 신호입력선에 병렬로 연결시키는 연결장치. 성지흡수소자와 신호입력선을 서호 연결시키며, 과열이 되면 그 연결을 해제시키고, 온도가 떨어지면 다시 연결시키는 열감응식 작동장치 등으로 구성되어 있는 서지흡수소자를 발명하므로써, 달성할 수 있게 되었다.

본발명에 의한 서지흡수소자는 자동복귀기능이 있는 열감응식 스위치(즉, ON-OFF 스위치)아 직렬로 연결되어 있는 서지흡수용소자로 구성되어 있다.

열감응식 스위치는 고정접점편과, 바이메탈합금이나 형상기억함금에 부착된 접점으로 구성되어 있다.

이 장치에 서지전압이 순간적으로 작용되면, 열감응식 스위치는 ON상태에서 그대로 닫혀 있으며, 서지 흡수용소자는 서지전압을 억제시키게 된다. 과전압이나 과전류가 연속적으로 본 발명에 의한 서지흡수소자에 작용되면, 열감응식 스위치는 전선을 통해서 연속적으로 전류가 흐르므로써 발생된 열에 의해 OFF 상태로 개방되며, 열은 서지흡수용소자나, 또는 서지흡수용소자와 전선 양쪽에서 방출된다.

그러므로, 과전압이나 과전류가 연속적으로 통신선에 흐르게 되면, 열감응식 스위치는 그 자체가 저항체가 되어 열을 발생하게 되며, 동시에 서지흡수용소자도 흐르는 전류에 의해 열을 발생하게 된다.

열감응식 스위치의 온도가, 스위치 자체에서 발생된 열이나 서지흡수용소자로부터 방출된 열에 의해 미리 설정된 온도에 도달하게 되면, 스위치의 열감응식 접점은 바이메탈합금소재의 특성 때문에, 고정접점으로부터 떨어지게 되어, 과전압이나 과전류가 연속적으로 서지흡수용소자로 흐르는 것을 차단한다.

통신선이나 신호입력선으로의 연속적인 과전류나 과전압의 흐름이 차단되어 열감응식 스위치의 온도가 미리 설정된 온도 이하로 떨어지면, 열감응식 접점은 다시 고정접점의 위치로 이동하여 회로의 구성이 복원된다.

본 발명에 사용되는 서지흡수용소자로는 산화아연 베리스터, 규산탄소베리스터, 제너다이오드 등과 같은 반도체형 서지흡수소자. 콘덴서와 코일을 조합해서 만드는 CL 필터, 콘덴서와 저항체를 조합해서 만드는 CR 필터 등과 같은 필터형 서지흡수소자, 에어갭형 흡수소자, 마이크로갭형 흡수소자 등과 같은 갭형 방전관 등을 사용할 수 있다.

본 발명에 사용되는 열감응식 스위치는, ON-OFF 스위치이며, 서지흡수소자와 함께 사용되는 전기장치의 정상적인 최고작동온도는 85℃ 정도이므로, 일반적으로 작동개시온도를 80-120℃로 설정한다. 본 발명이 열감응식 스위치에 사용하기 적합한 바이메탈소재로는, 열팽창계수가 서로 다른 두 종류의 금속편을 서로 접합시킨, 예를들어, 80-100℃에서 열변형이 시작되는 황동-니켈강접합체, 100-150℃에서 열변형이 시작되는 망간-인바접합체, 100-150℃에서 열변형이 시작되는 황동-인바접합체 등이 있다.

열감응식 스위치에 사용하기 적합한 형상기억합금으로는, 열변형점을 90℃로 설정할 수 있는 니켈-티탄합금이나, 열변형점을 100℃로 설정할 수 있는 구리-아연-알루미늄합금 등이 있다.

과전압이나 과전류가 연속적으로 서지흡수소자에 흐르게 되면, 서지흡수용소자로부터 발산되는 열과 스위치 자체에서 발생되는 열에 의해 열감응식 스위치가 반복적으로 개방(Off 상태)되기 때문에, 열감응식 스위치는 서지흡수용소자의 근처에 배치하는 것이 바람직하다.

또, 열감응식 스위치는 스위치 자체에서 발생되는 열에 의해 매우 빨리 작동되므로, 다른 부품들의 가열을 감소시키기 위해서는, 서지흡수용소자의 근처에 배치된 열감응식 스위치를 서지흡수용소자와 함께 하우징에 수납하는 것이 바람직하다.

본 명세서에서, ″과전압이나 과전류″란 서지흡수용소자의 방전개시 전압보다 높은 비정상적인 전압이거나, 또는, 이러한 비정상적인 전압에 수반하는 비정상적인 전류이다.

제1도에느 본 발명에 의한 서지흡수소자의 사시도가 표시되어 있고, 제2도에는 제1도에 표시된 서지흡수소자의 정면도가 표시되어 있다.

일정한 간격으로 배치되어 있는 핀형(pin type) 리드(17)(18)(19)는 그 끝이 기판(16)을 관통하는 상태로하여 절연체의 기판(16)에 고정되어 있기 때문에, 그 장치가 수납된 하우징(24)의 외부와 연결될 수 있다.

하우징(24)은 제2도에서 가상선으로 표시하고 있으며, 그 한쪽면은 절연물질로 만들어진 기판(16)으로 형성되어 있다.

리드(17)(18)(19)는 기판 (16)을 관통하고 있기 때문에, 리드(17)(18)(19)의 끝은 하우징(24)의 외부에서 전기적으로 연결시킬 수 있다.

본 실시예에서 사용되는 리드는니켈합금으로 만들어진 것이다.

열감응식 스위치(21)는 리드(17)와 리드(18) 사이에 연결되어 있으며, 서지흡수용소자(14)는 리드선(14a),(14b)을 개재하여 리드(18)와 리드(19) 사이에 연결되어 있다.

본 실시예에서 사용하는 서지흡수용소자(14)는 방전개시전압이 300V인 마이크로 캡형 방전관이다.

이 서지흡수용소자(14)는, 원주형(圓柱形) 세라믹재료의 외주면을 전도성의 얇은 필름으로 코팅하여 피막층을 형성하고, 세라믹재료의 외주면을 전도성의 얇은 필름으로 코팅하여 피막층을 형성하고, 세라믹재료의 길이 방향으로의 중앙부분에서 세라믹재료의 축심선과 직각되는 방향으로 원주면을 따라서 피막층 위에 마이크로갭을 형성한 후, 피막층이 형성된 세라믹재료의 양쪽 끝에 캑전극을 부착하며, 이 양쪽의 캡전극에는 각각 리드선을 연결하고, 그리고, 이렇게 만들어진 것을 유리관의 양쪽끝을 밀본시키므로써, 만들어진 것이다.

본 실시예에서, 열감응식 스위치는 고정접점편(22)과 접점(23a)이 부착된 바이메탈(23)로 구성되어 있다.

고정접점편(22)의 한쪽 끝은 리드(17)에 용접되어 있고, 바이메탈(23)의 한쪽 끝은 리드(18)에 용접되어 있다.

정상상태에서는 고정접점편(22)은 접덤(23a)과 연결되어 있다.

바이메탈(23)은 망간과 인바의 접합체이며, 바이메탈(23) 대신에 형상기억 합금을 사용할 수도 있다.

본 실시예에서, 바이메탈(23)에 납땜으로 부착되어 있는 접점(23a)은 바이메탈(23)의 온도가 100℃ 이하에서는 고정접점편(22)과 연결되어 있다.

바이메탈(23)이나 서지흡수용소자(14)로부터 발생된 열에 의해 바이메탈(23)의 온도가 100℃ 이상이 되면 바이메탈(23)의 열변형에 의해 접점(23a)은 고정접점편(22)으로부터 떨어져 분리된다.

다시말해서, 바이메탈 구성금속의 서로 다른 열팽창계수에 의한 열변형의 작용으로, 바이메탈(23)은 서지흡수용소자(14)쪽으로 휘어지게 되는 것이다. 이렇게 하여, 서지흡수용소자(14)와 전기장치(10)로 전류가 흐르는 것을 차단하게 된다.

과전압이나 과전류의 연속적인 흐름이 차단되어, 바이메탈(23)의 온도가 100℃ 이하로 떨어지면, 접점(23a)은 다시 고정접점편(22)과 연결된다. 열감응식 스위치(21)는 하우징(24)의 내부에서 서지습수용소자(14)의 근처에 배치하는 것이 바람직하다.

제 3도에는 제1도와 제2도에 표시된 실시예의 호로도를 표시하고 있다.

리드(17)(18)(19)는 입력선(11a)(11b),(12)과 각각 연결되어 있다.

참고번호(13)은 서지흡수소자를 표시하고 있다.

다음에는 본 발명에 의한 실시예의 실험에 대해서 설명한다.

(실험1)

과전압의 상태에서 어느정도 큰 전류, 특, 600V에서 400A의 전류를 제3도에 표시된 회로도의 통신선또는 신호입력선(11a)(12)에 1.5sec 동안 통전시켰다.

전류를 통전시켜서 4msec(millisecond) 경과하여 바이메탈(23)과 서지흡수용소자(14)에서 발열되었으며, 서지흡수용소자(14)에서 발열된 열은 바이메탈(23)쪽으로 발산되었다.

그결과, 바이메탈(23)이 서지흡수용소자(14)쪽으로 굽혀지면서 접좀(23a)은 고정접점편(22)으로부터 떨어지게 되었다.

과전압이 흐르고 있는 동안에는 접점(23a)은 고정접점편(22)으로부터 떨어져 있었으며, 과전압의 흐름이 차단되었을 때 접좀(23a)은 고정접점편(22)쪽으로 복귀하여 고정접점편(22)과 다시 연결되었다.

(실험 2)

과전압의 상태에서 비교적 적은 전류, 즉, 600V에서 2.2A의 전류를 제3도에 표시된 회로도의 통신선(11a),(12)에 30분동안 통전시켰다. 과전압이 작용되는 동안에 바이메탈(23)의 가열과 냉각이 반복됨에 따라 발생되는 복귀작동에 의해, 접점(23a)은 ON 위치(접점의 연결)와 OFF 위치(접점의 떨어짐)사이에서 신속하게 움직였다.

ON 상태에서 시간은 평균 수 mesc이고 off 상태의 시간은 평균 2-5 sec였다.

실험1과 실험2에서, 실험에 사용된 전기장치와 서지흡수소자에서는 열에 의한 손상이나 화재 등은 발생하지 않았다.

그러므로, 이러한 서지흡수소자는 과전류나 과전압의 연속적인 흐름에 신속하게 대응하여, 열감응식 스위치의 열변형의 작용을 이용하여 과전압이나 과전류가 전기회로로 통전되는 것을 차단하며, 이렇게하여 과전압이나 과전류의 연속적인 작용으로 서지흡수용소자에서 비전상적으로 발생되는 열에 전기장치의 열손상(thermal damage)을 방지할 수 있게 된다.

또, 열감응식 스위치는 자동복귀기능이 있기 때문에 , 이러한 서지흡수소자는, 열감응식 스위치의 교환없이도 연속적인 과전압이나 과전류를 억제시킬 수 있으며, 또, 서지를 억제시킬 수 있게 된다.

그러므로 이러한 서지흡수소자는 종래의 서지흡수소자와 비교하여, 신뢰도와 효율이 높다는 것을 알 수 있게 된다.

Claims (9)

1. 신호입력수단이 연결되는 전기장치를 보호하기 위한 서지흡수소자에 있어서, ① 서지흡수소자(14), ② 서지흡수용소자(14)를 전기장치(10)와는 병렬이 되도록 전기장치(10)의 신호입력수단(11a)(11b),(12)과 연결시키는 연결수단(14a),(14b), ③ 신호입력수단(11a)과 서지흡수용소자(14)를 연결시키며, 미리 설정된 온도에 대응하여 신호입력수단(11a)을 서지흡수소자(14)와 전기장치(10)에 연결시키고, 설정온도 이상의 높은 온도에 대해서는 저시흡수용소자(14)와 전기장치(10)로부터 신호입력수단(11a)의 연결을 분리시키는 열감응식 작동장치 21) 등으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 서지흡수소자.
2. 제1항에 있어서, 열감응식 작동장치(21)는 온도에 따라서 ON 위치와 OFF 위치 사이에 작동할 수 있는 바임메탈(23)식 스위치로 구성되어 있으며, 먼저, 저온에서는, 스위치는 On 위치에 있게 되어, 서지흡수용소자(14)는 신호입력수단(11a)과 연결되고, 다음에, 고온에서는, 스위치는, OFF 위치에 있게 되어, 서지흡수용소자(14)는 신호입력수단(11a)과의 연결이 끊어지는 것을 특징으로 하는 서지흡수소자.
3. 제1항에 있어서, 열감응식 작동장치(21)는 온도에 따라서 ON 위치와 OFF 위치 사이에서 작동할 수 있는 형상기억합금으로 구성되며, 저온에서는, 스위치는 ON 위치에 있게 되어, 서지흡수용소자(14)는 신호입력수단(11a)과 연결되고, 고온에서는, 스위치는 OFF 위치에 있게 되어, 서지흡수용소자(14)는 신호입력수단(11a)과 연결되고, 고온에서는, 스위치는 OFF 위치에 있게 되어, 서지흡수용소자(14)는 신호입력수단 (11a)과의 연결이 끊어지는 것을 특징으로하는 서지흡수소자.
4. 제2항에 있어서, 서지흡수용소자(14)와 전기장치(10)를 연결시키는 장치가 제 1 리드(17), 제 2 리드(18), 제 3 리드(19)로 구성되어 있으며, 서지흡수용소자(14)는 제 2 리드(18)와 제 3 리드(19) 사이에서 직력로 연결되어 있고, 열감응식 스위치 (21)는 제 1 리드(17)와 제 2 리드(18) 사이에서 직렬로 연결되어 있는 것을 특징으로 하는, 서지흡수용소자.
5. 제4항에 있어서, 열감응식 스위치(21)와 서지흡수용소자(14)는 하우징(24)의 내부에 수납되며, 하우징(24)의 한쪽 면은 절연재로 된 기판(16)으로 되어 있고, 각각의 리드(17)(18)(19)는 기판(16)을 관통하여 고정되어 있기 때문에, 하우징(24)의 외부에서 연결시킬 수 있도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 서지흡수용소자.
6. 제5항에 있어서, 열감응식 스위치(21)와 서지흡수용소자(14)는 서로가 극히 가까운 위치로 배치되어 있기 때문에, 서지흡수용소자(14)의 과열로 방출되는 열에 의해 열감응식 스위치(21)가 OFF 위치로 작동하는 것을 특징으로 하는, 서지흡수용소자.
7. 제3항에 있어서, 서지흡수용소자(14)와 전기장치(10)를 연결시키는 장치가 제 1 리드(17), 제 2 리드(18), 제 3 리드(19)로 구성되어 있으며, 서지흡수용소자(14)는 제 2 리드(18)와 제 3 리드(19) 사이에서 직렬로 연결되어 있고, 열감응식 스위치(21)는 제1리드 (17)와 제2리드(18)사이에서 직렬로 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 서지흡수소자.
8. 제3항에 있어서, 열감응식 스위치(21)와 서지흡수용소자(14)는 하우징(24)의 내부에 수납되며, 하우징(24)의 한쪽면은 절연재로된 기판(16)으로 되어 있고, 각각의 리드(17)(18)(19)는 기판(16)을 관통하여 고정되어 있기 때문에, 하우징(24)의 외부에서 연결시킬 수 있도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는, 서지흡수용소자.
9. 제3항에 있어서, 열감응식 스위치(21)의 서지흡수용소자(14)는 서로가 극히 가까운 위치로 배치되어 있기 때문에 서지흡수용소자(14)의 과열로 방출되는 열에 의해 열감응식 스위치(21)가 OFF 위치로 작동하는 것을 특징으로 하는 서지흡수소자.