WO2014126357A1 - 서지보호기의 수명예측 시스템 - Google Patents

서지보호기의 수명예측 시스템 Download PDF

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WO2014126357A1
WO2014126357A1 PCT/KR2014/001008 KR2014001008W WO2014126357A1 WO 2014126357 A1 WO2014126357 A1 WO 2014126357A1 KR 2014001008 W KR2014001008 W KR 2014001008W WO 2014126357 A1 WO2014126357 A1 WO 2014126357A1
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WO
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surge
limit
surge current
failure rate
unit
Prior art date
Application number
PCT/KR2014/001008
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Inventor
김동진
김영선
이기식
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선광엘티아이(주)
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    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
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    • G01R31/1236—Testing dielectric strength or breakdown voltage ; Testing or monitoring effectiveness or level of insulation, e.g. of a cable or of an apparatus, for example using partial discharge measurements; Electrostatic testing of components, parts or materials of surge arresters
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01T—SPARK GAPS; OVERVOLTAGE ARRESTERS USING SPARK GAPS; SPARKING PLUGS; CORONA DEVICES; GENERATING IONS TO BE INTRODUCED INTO NON-ENCLOSED GASES
    • H01T4/00—Overvoltage arresters using spark gaps
    • H01T4/08—Overvoltage arresters using spark gaps structurally associated with protected apparatus
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01C—RESISTORS
    • H01C7/00—Non-adjustable resistors formed as one or more layers or coatings; Non-adjustable resistors made from powdered conducting material or powdered semi-conducting material with or without insulating material
    • H01C7/10—Non-adjustable resistors formed as one or more layers or coatings; Non-adjustable resistors made from powdered conducting material or powdered semi-conducting material with or without insulating material voltage responsive, i.e. varistors
    • H01C7/12—Overvoltage protection resistors
    • H01C7/126—Means for protecting against excessive pressure or for disconnecting in case of failure

Definitions

  • the present invention can predict the lifetime by analyzing the surge current introduced on the basis of the limit current value, limit frequency waveform, limit energy amount, limit surge inflow frequency, limit current value according to temperature, limit energy amount according to temperature of MOV.
  • a life expectancy system of a surge protector can predict the lifetime by analyzing the surge current introduced on the basis of the limit current value, limit frequency waveform, limit energy amount, limit surge inflow frequency, limit current value according to temperature, limit energy amount according to temperature of MOV.
  • surges have a very high amplitude, very fast rise time, and impulse energy waveforms with inductive and capacitive characteristics with short duration times (.5 to 200 sec) or oscillatory waveforms within 0.5 Hz. And an electrical waveform superimposed on a signal and flowing very quickly.
  • Intrusion paths of surges in various equipments are very complicated, and surge types are classified into conductive surges and inductive surges in terms of the protected equipment.
  • surge intrusion path it may be caused by electromagnetic induction or electrostatic induction when it is connected to the power supply, input / output, and ground wire.
  • SPD Service Protective Device
  • the total contents of SPD are improved to protect the equipment from surge. Induced lightning induced by lightning strikes is often introduced several times in a second. Therefore, even if it is not a failure at present, if the remaining life of the protection element is short, it should be replaced at an appropriate time, and there is no basis for judging this.
  • the lifetime is measured according to the surge inflow value according to the simple surge inflow frequency, the reliability of the surge protection device is lowered because the SPD is not limited only by the surge current value.
  • the problem to be solved by the present invention is to analyze the surge current introduced on the basis of the limit current value, limit frequency waveform, limit energy amount, limit surge inflow frequency, limit current value according to temperature, limit energy amount according to temperature
  • the present invention provides a life prediction system of a surge protector capable of predicting the life.
  • the surge current check unit 11 for confirming and storing the surge current value when the surge current flows;
  • a surge inflow counting unit 12 for counting and storing the number of times introduced whenever the surge current is measured when the surge current is measured through the surge current checking unit 11;
  • a surge frequency check unit 13 for checking a frequency waveform by analyzing a break time and a wave time of the measured surge current when measured through the surge current check unit 11;
  • the measured surge current converts the amount of energy applied to the MOV and accumulates and stores the influent energy amount 14;
  • a failure limit setting unit 16 for storing and managing information on each failure rate based on a limit current value, a limit frequency waveform, a limit energy amount, a limit surge inflow frequency, and a limit current value according to temperature of the MOV;
  • the apparatus further includes a MOV temperature checking unit 15 for measuring and storing the temperature of the MOV, and the failure limit setting unit 16 sequentially stores the threshold current value according to the temperature and the limit energy amount according to the temperature.
  • the failure rate predicting unit 17 stores the information on the failure rate of the surge current value and the inflow frequency and the inflow energy amount measured by the surge current checking unit 11 and the surge inflow counting unit 12. By comparing the amount of energy of the surge current converted from the limit surge current box according to the temperature of the MOV registered in the fault limit setting unit 16, the limit of the amount of energy, characterized in that to determine the failure rate value of the MOV.
  • the surge current checking unit 11 is characterized in that for measuring the current value introduced into the surge protection device through the CT.
  • the cumulative number of times the surge current is introduced by the surge inflow counting unit 12 may be confirmed.
  • the failure limit setting unit 16 is set to a failure rate from 0 to 100%.
  • the method further includes a failure rate display unit 18 for displaying the failure rate value of the MOV identified by the failure rate predictor 17 so as to be externally confirmed.
  • the failure rate display unit 18 is characterized in that the failure rate value is displayed on the display unit formed in the case by a number or emit light on the LED of the number displayed the failure rate value.
  • the apparatus further includes a warning unit 19 for storing information on a reference failure rate that may generate an alarm, and generating an alarm signal when the failure rate value of the MOV identified by the failure rate prediction unit 17 is equal to or greater than a preset reference failure rate. Characterized in that.
  • the alarm signal generated in the warning unit 19 is characterized in that it is provided to the administrator through wired and wireless communication.
  • the surge current introduced based on the limit current value, limit frequency waveform, limit energy amount, limit surge inflow frequency, limit current value according to temperature, and limit energy amount according to temperature
  • the administrator can check in advance according to the failure rate of the varistor, which has the advantage of being replaced in advance.
  • FIG. 1 is a block diagram of a life prediction system of a surge protector according to the present invention.
  • Figure 2 is a flow chart for the life prediction process of the varistor according to the present invention.
  • Figure 3 is a graph showing the current and temperature changes flowing from the MOV.
  • Figure 4 is a graph showing the amount of change in leakage current with temperature changes in the MOV.
  • Figure 5 is a graph showing the relationship between the inrush surge current and the number of times in accordance with the experiment of the present invention.
  • the life prediction system of the surge protector includes a surge current checking unit 11 for checking and storing a surge current value and a surge inflow counting unit for counting the inflow frequency of the surge current ( 12), a surge frequency checking unit 13 for checking the frequency waveform of the surge current, an inflow energy amount checking unit 14 for checking the energy amount of the surge current, and a MOV temperature checking unit for checking the temperature of the MOV ( 15) and the fault limit setting unit 16 for setting the fixed rate of the MOV with respect to the surge current, the frequency waveform, and the inflow energy amount, and the failure rate of the MOV with the low current value, the energy amount, and the temperature of the surge current.
  • a failure rate predicting unit 17 is provided.
  • the life prediction system of such a surge protector is preferably formed in the control part formed in the case of the surge protection device of the present invention described above.
  • the surge current checking unit 11 checks the introduced surge current value when the surge current flows and stores it in the surge current DB 21. At this time, the current value introduced into the surge protection device can be accurately measured through CT. The current value measured by the surge current checking unit 11 may check the peak of the current, the break time, the fam time, and the like. At this time, the CT is mounted on the printed circuit board into which the surge current flows into the cylindrical ring shape and measures the magnitude of the surge current flowing therein.
  • the surge inflow counting unit 12 When the surge current is measured through the surge current checking unit 11, the surge inflow counting unit 12 counts the number of times that flowed in each time the surge current is measured and stores the surge current DB 21 together. The cumulative number of times the surge current is introduced by the surge inflow counting unit 12 can be confirmed.
  • the surge frequency confirming unit 13 analyzes the break time and demi time of the measured surge current when measured by the surge current confirming unit 11 to check the frequency waveform and accumulates and stores it in the surge frequency DB 22.
  • the inflow energy amount confirming unit 14 When the inflow energy amount confirming unit 14 is measured by the surge current confirming unit 11, the measured surge current is converted into the amount of energy applied to the MOV and accumulated and stored in the inflow energy amount DB 23.
  • the inflow energy amount confirming unit 14 also checks the temperature change according to the amount of energy applied to the MOV.
  • the amount of inflow energy can be confirmed by obtaining the total area of the lightning current waveform by Equation 2, and the temperature change of the MOV can be confirmed by Equation 3.
  • ⁇ is the temperature coefficient of resistance
  • W / R is the energy (J /)
  • ⁇ 0 is the specific resistance of the conductor (m)
  • q is the cross-sectional area of the conductor
  • r is the density of the material (kg / m3)
  • Cw is the heat capacity (J). / kgK).
  • Equation 3 The energy obtained by Equation 3 can be confirmed that Equation 2 directly affects the temperature, and it can be confirmed that the amount of incoming surge energy can be inferred from the Fami value or the Fami value through the temperature of the MOV. Can be.
  • the specific resistance of the MOV, heat capacity, etc. can be measured as a graph of the exponential function by calculating the amount of change of the entire graph through the experiment as one fixed coefficient.
  • the MOV temperature confirming unit 15 measures the temperature of the MOV to measure the MOV temperature DB 24.
  • the temperature of the MOV is changed by the impact applied by the introduced surge current and the life of the MOV can be predicted according to the temperature change of the MOV. For example, when the temperature of the MOV is high, the value of the limit surge current broken by the surge current is low. When the temperature is low, the value of the limit surge current is high.
  • the temperature of this MOV can be measured by a temperature sensor.
  • the fault limit setting unit 16 sequentially measures each fault rate based on the limit current value, limit frequency waveform, limit energy amount, limit surge inflow frequency, limit current value according to temperature, and limit energy amount according to temperature of the MOV. Information is stored and managed in the failure rate prediction DB 25.
  • the failure rate prediction DB 25 stores failure rate prediction information from 0 to 100% for each criterion.
  • the failure rate predicting unit 17 includes the surge current value measured by the surge current checking unit 11 and the surge inflow counting unit 12, the inflow frequency, the amount of energy of the surge current converted by the inflow energy amount checking unit 14, and the MOV.
  • the temperature of the MOV confirmed by the temperature confirming unit 15 is the limit current value, the limit frequency waveform, the limit energy amount, the limit surge inflow frequency, the limit surge current box according to the temperature of the MOV previously registered in the failure rate prediction DB 25, Check the failure rate value of the MOV in comparison with the limit energy amount.
  • the failure rate according to the current value, the failure rate according to the frequency waveform, the failure rate according to the amount of energy, the failure rate according to the surge inflow frequency and the current value according to the temperature, the frequency waveform and the failure rate according to the limit energy amount are different from each other,
  • the failure rate that has is recognized as the failure rate value of the MOV.
  • the failure rate display unit 18 displays the failure rate value of the MOV identified by the failure rate predictor 17 so that the failure rate can be checked from the outside.
  • the failure rate value may be displayed numerically on the display unit formed in the case or may be displayed by emitting light on the LED of the number on which the failure rate value is displayed.
  • the warning unit 19 stores information on the reference failure rate that can generate an alarm in the alarm reference DB 26, and generates an alarm signal when the failure rate value of the MOV identified by the failure rate prediction unit 17 is equal to or higher than the preset reference failure rate. Occurs.
  • the alarm signal generated in the warning unit 19 is provided to the administrator to replace the MOV in advance.
  • the failure limit setting unit 16 sets the limit current value, limit frequency waveform, limit energy amount, limit surge inflow frequency, limit current value according to temperature, and limit energy according to temperature of the installed MOV. Based on the quantity, information about each failure rate is sequentially stored in the failure rate prediction DB 25 (step S101).
  • the failure rate prediction DB 25 stores failure rate prediction information from 0 to 100% for each criterion.
  • the surge current checking unit 11 measures the surge current flowing from the CT and stores it in the surge current DB 21 (step S103), and surge inflow counting The unit 12 stores inflow recovery (step S104).
  • the surge current DB 21 stores a surge current value, a peak of a current, a break time, a fam time, and the like together with the number of surge currents introduced.
  • Ipeak peak current
  • ⁇ 1 rupture time
  • ⁇ 2 fam time
  • t time
  • k peak current correction coefficient
  • the surge frequency checking unit 13 analyzes the break time and the wave time of the introduced surge current and checks the frequency waveform to the surge frequency DB 22.
  • the inflow energy amount confirming unit 14 converts the amount of energy applied to the MOV by the measured surge current when measured through the surge current confirming unit 11 and stores it in the inflow energy amount DB 23.
  • the inflow energy amount confirming unit 14 stores the amount of energy each time the surge current is introduced, and also accumulates and stores. The inflow energy amount can be confirmed by obtaining the total area of the thunder current waveform by Equation 2.
  • the MOV temperature confirming unit 15 measures the temperature of the MOV to measure the MOV temperature DB 24 (step S107).
  • the temperature of the MOV is changed by the amount of energy applied by the introduced surge current, and the life of the MOV can be predicted according to the temperature change of the MOV. That is, as can be seen in the graph of FIG. 4, when the amount of current flowing in accordance with the temperature of the MOV is higher than the red graph, it can be regarded as a defect and can be recognized as a product failure.
  • the failure rate predicting unit 17 determines the limit current value, the limit frequency waveform, the limit energy amount, the limit surge inflow frequency, and the temperature of the MOV, which is the failure rate information previously registered in the failure rate prediction DB 25.
  • the failure rate values of the MOV are checked in comparison with the limit surge current pack and the limit energy amount according to step S108. If the failure rate according to each condition is different from each other, the failure rate of the condition having the maximum value is recognized as the failure rate value of the MOV.
  • the relationship between the inflow surge current and the number of times may be represented as shown in FIG. 5.
  • the failure rate of the incoming surge current can be calculated by calculating the failure rate according to the magnitude of the surge current to predict the time of burnout of the MOV.
  • the failure rate display unit displays the external rate (step S109).
  • the failure rate value may be displayed numerically on the display unit formed in the case or may be displayed by emitting light on the LED of the number on which the failure rate value is displayed.
  • the warning unit 19 stores the information on the reference failure rate that can generate an alarm in the alarm reference DB 26, and if the failure rate value of the MOV confirmed by the failure rate prediction unit 17 is equal to or higher than the preset reference failure rate (In step S110, an alarm signal is generated and transmitted to the outside (step S111).
  • the alarm signal generated by the warning unit 19 may be provided to the administrator to replace the MOV in advance.

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Abstract

본 발명은 유입된 서지전류를 분석하여 바리스터(MOV)의 수명을 예측할 수 있는 서지보호기의 수명예측 시스템에 관한 것이다. 본 발명의 주요구성은, 서지전류가 유입되면 서지전류값을 확인하여 저장하는 서지전류 확인부(11)와; 서지전류가 측정되면 서지전류가 측정될 때마다 유입된 회수를 카운팅하여 저장하는 서지유입 카운팅부(12)와; 측정된 서지전류의 파두시간, 파미시간을 분석하여 주파수 파형을 확인하는 서지주파수 확인부(13)와; 서지전류 확인부(11)를 통해 측정되면 측정된 서지전류가 MOV에 가해지는 에너지량을 환산하여 저장하는 유입에너지량 확인부(14)와; MOV의 한계 전류값, 한계 주파수 파형, 한계 에너지량, 한계 서지유입회수, 온도에 따른 한계 전류값을 기준으로 각각의 고장률에 대한 정보를 저장하고 관리하는 고장한계 설정부(16)와; 측정된 서지전류값과 유입회수, 유입에너지량 확인부(14)에서 변환된 서지전류의 에너지량을 고장한계 설정부(16)에 기 등록된 MOV의 한계 전류값, 한계 주파수 파형, 한계 에너지량, 한계 서지유입회수와 비교하여 MOV의 고장률값을 각각 확인하는 고장률 예측부(17)를 포함한다.

Description

서지보호기의 수명예측 시스템
본 발명은 MOV의 한계 전류값, 한계 주파수 파형, 한계 에너지량, 한계 서지유입회수, 온도에 따른 한계 전류값, 온도에 따른 한계에너지량을 기준으로 유입된 서지전류를 분석하여 수명을 예측할 수 있는 서지보호기의 수명예측 시스템에 관한 것이다.
통상 서지는 진폭이 매우 높고 상승시간이 무척 빠르며 Duration time(.5~200sec)이 짧은 주기를 가진 유도성과 용량성을 포함한 임펄스(Impulse) 형태의 에너지 파형 또는 Oscillatory 형태의 파형이 0.5Hz안에서 정현파 전원 및 신호에 중첩되어 아주 빠르게 유입되는 전기적인 파형을 말한다.
신호의 전송과 제어에 필요한 통신장치, 제어기기, 전원선 등 여러 가지 설비의 서지의 침입경로는 매우 복잡 다양하며, 서지 형태는 피보호 기기측면에서 크게 전도성 서지와 유도성 서지로 구분된다. 서지의 침입경로를 보면, 전원, 입출력, 접지선과 연결되어 전도되는 경우, 전자유도, 정전유도에 의한 경우가 있다.
일반적으로 SPD(Surge Protective Device) 설치 시 SPD의 전체내량을 증진시켜 서지로부터 장비를 안전히 보호 하고자 한다. 낙뢰에 의하여 유입되는 유도뢰는 1초에 수회 연속적으로 유입되는 경우가 많다. 그에 따라 현재는 고장이 아닐지라도 실제 보호소자의 잔여수명이 얼마 남지 않은 경우 적절한 시기에 교체해주어야 하는데, 이를 판단할 근거가 현재 없는 상황이다. 특히, 종래에는 단순 서지유입횟수에 따른 서지유입값에 따라 수명을 측정하지만, SPD는 서지전류값에 의해서만 수명이 한정되는 것이 아니기 때문에 서지보호장치의 신뢰도가 떨어진다.
기존 일반 서지보호장치는 고장 시 알람 또는 램프를 통한 기계적 표시로 제품의 고장여부를 퓨즈에 의존하여 판단하므로 고장이 발생해야만 사용자에게 알려주고 있다. 이에 따라 고장이 언제 고장 날 지 전혀 예측하지 못하고 기기의 잔여수명을 측정할 수 없어 유지보수에 많은 어려움을 겪고 있다. 실제 동일 건물에 수 백개의 SPD가 설치되어 있는 경우에 이를 점검하기 위해 일일 단위로 수배전 설비 내부에 있는 SPD를 확인하는 작업을 할 수밖에 없어 많은 시간과 비용, 인력이 소모되고 있는 현실이었다. 그에 따라 고장유무를 판단하고 예측 할 수 있는 시스템이 요구되고 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 MOV의 한계 전류값, 한계 주파수 파형, 한계 에너지량, 한계 서지유입회수, 온도에 따른 한계 전류값, 온도에 따른 한계에너지량을 기준으로 유입된 서지전류를 분석하여 수명을 예측할 수 있는 서지보호기의 수명예측 시스템을 제공하는 데 있다.
본 발명에 따른 서지보호기의 수명예측 시스템은, 서지전류가 유입되면 유입된 서지전류값을 확인하여 저장하는 서지전류 확인부(11)와; 서지전류 확인부(11)를 통해서 서지전류가 측정되면 서지전류가 측정될 때마다 유입된 회수를 카운팅하여 저장하는 서지유입 카운팅부(12)와; 서지전류 확인부(11)를 통해 측정되면 측정된 서지전류의 파두시간, 파미시간을 분석하여 주파수 파형을 확인하는 서지주파수 확인부(13)와; 서지전류 확인부(11)를 통해 측정되면 측정된 서지전류가 MOV에 가해지는 에너지량을 환산하여 누적하여 저장하는 유입에너지량 확인부(14)와; MOV의 한계 전류값, 한계 주파수 파형, 한계 에너지량, 한계 서지유입회수, 온도에 따른 한계 전류값을 기준으로 각각의 고장률에 대한 정보를 저장하고 관리하는 고장한계 설정부(16)와; 서지전류 확인부(11)와 서지유입 카운팅부(12)에서 측정된 서지전류값과 유입회수, 유입에너지량 확인부(14)에서 변환된 서지전류의 에너지량을 고장한계 설정부(16)에 기 등록된 MOV의 한계 전류값, 한계 주파수 파형, 한계 에너지량, 한계 서지유입회수와 비교하여 MOV의 고장률값을 각각 확인하는 고장률 예측부(17)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, MOV의 온도를 측정하여 저장하는 MOV온도 확인부(15)를 더 포함하며, 고장한계 설정부(16)는 온도에 따른 한계 전류값, 온도에 따른 한계에너지량을 기준으로 순차적으로 각각의 고장률에 대한 정보를 저장하고, 고장률 예측부(17)는, 서지전류 확인부(11)와 서지유입 카운팅부(12)에서 측정된 서지전류값과 유입회수, 유입에너지량 확인부(14)에서 변환된 서지전류의 에너지량을 고장한계 설정부(16)에 기 등록된 MOV의 온도에 따른 한계 서지전류갑, 한계 에너지량과 비교하여 MOV의 고장률값을 각각 확인하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 서지전류 확인부(11)는 서지보호장치내부로 유입된 전류값은 CT을 통해 측정하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 서지유입 카운팅부(12)에 의해서 서지전류가 유입된 누적회수를 확인할 수 있다.
바람직하게, 고장한계 설정부(16)는 0~100%까지 고장률로 설정되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 고장률 예측부(17)에서 확인된 MOV의 고장률값을 외부에서 확인할 수 있도록 표시하는 고장률 표시부(18)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 고장률 표시부(18)는 고장률값은 케이스에 형성된 디스플레이부에 숫자로 표시되거나 또는 고장률값이 표시되는 숫자의 LED에 발광하여 표시하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 경보를 발생시킬 있는 기준 고장률에 대한 정보를 저장하고, 고장률 예측부(17)에서 확인된 MOV의 고장률값이 기 설정된 기준 고장률 이상이면 경보신호를 발생하는 경고부(19)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 경고부(19)에서 발생된 경보신호는 유무선통신을 통해서 관리자에게 제공되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 서지보호기의 수명예측 시스템은 MOV의 한계 전류값, 한계 주파수 파형, 한계 에너지량, 한계 서지유입회수, 온도에 따른 한계 전류값, 온도에 따른 한계에너지량을 기준으로 유입된 서지전류를 분석하여 바리스터(MOV)의 수명을 예측할 수 있는 효과가 있다.
이러한 서지전류의 분석에 의해서 바리스터의 고장률에 따라 미리 관리자가 확인할 수 있어 사전에 교체할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 서지보호기의 수명예측 시스템의 블록도.
도 2는 본 발명에 따른 바리스터의 수명예측 과정에 대한 플로챠트.
도 3은 MOV에서 유입되는 전류와 온도변화를 나타낸 그래프.
도 4는 MOV에서 온도 변화에 따른 누설전류의 변화량를 나타낸 그래프.
도 5는 본 발명의 실험에 따라 유입 서지전류와 횟수의 관계를 나타낸 그래프.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하도록 한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 서지보호기의 수명예측 시스템은, 서지전류값을 확인하여 저장하는 서지전류 확인부(11)와, 서지전류의 유입회수를 카운팅하는 서지유입 카운팅부(12)와, 서지전류의 주파수 파형을 확인하는 서지주파수 확인부(13)와, 서지전류의 에너지량을 확인하는 유입에너지량 확인부(14)와, MOV의 온도를 확인하는 MOV온도 확인부(15)와, 서지전류, 주파수파형, 유입에너지량에 대한 MOV의 고정율을 설정하는 고장한계 설정부(16)와, 서지전류의 서저전류값, 에너지량, 온도 등으로 MOV의 고장률을 확인하는 고장률 예측부(17)를 구비한다. 이러한 서지보호기의 수명예측 시스템은 전술한 본원발명의 서지보호장치의 케이스에 형성된 콘트롤부에 형성되는 것이 바람직하다.
서지전류 확인부(11)는 서지전류가 유입되면 유입된 서지전류값을 확인하여 서지전류DB(21)에 저장한다. 이때, 서지보호장치 내부로 유입된 전류값은 CT을 통해 정확하게 측정할 있다. 서지전류 확인부(11)에서 측정된 전류값은 전류의 피크와, 파두시간과 파미시간 등을 확인할 수 있다. 이때, CT는 원통의 링형상으로 서지전류가 유입되는 인쇄회로기판에 장착되며 유입되는 서지전류의 크기를 측정한다.
서지유입 카운팅부(12)는 서지전류 확인부(11)를 통해서 서지전류가 측정되면 서지전류가 측정될 때마다 유입된 회수를 카운팅하여 서지전류DB(21)에 함께 저장한다. 서지유입 카운팅부(12)에 의해서 서지전류가 유입된 누적회수를 확인할 수 있다.
[수학식 1]
Figure PCTKR2014001008-appb-I000001
이때, i : 에너지량, Ipeak : 피크전류, τ1 : 파두시간, τ2 : 파미시간, t : 시간, k : 피크전류교정계수 (Ipeak100 = 0.93, Ipeak<100 = 0.993)이다.
서지주파수 확인부(13)는 서지전류 확인부(11)를 통해 측정되면 측정된 서지전류의 파두시간, 파미시간을 분석하여 주파수 파형을 확인하여 서지주파수DB(22)에 누적하여 저장한다.
유입에너지량 확인부(14)는 서지전류 확인부(11)를 통해 측정되면 측정된 서지전류가 MOV에 가해지는 에너지량을 환산하여 유입에너지량DB(23)에 누적하여 저장한다. 그리고, 유입에너지량 확인부(14)는 MOV에 가해진 에너지량에 따은 온도변화를 함께 확인한다. 이러한 유입에너지량은 수학식 2에 의해서 뇌격전류 파형의 전체 면적을 구하여 확인할 수 있으며, MOV의 온도변화는 수학식 3으로 확인할 수 있다.
[수학식 2]
Figure PCTKR2014001008-appb-I000002
[수학식 3]
Figure PCTKR2014001008-appb-I000003
이때, α : 저항의 온도계수, W/R : 에너지 (J/), ρ0 : 도체의 비저항(m), q : 도체의 단면적, r : 재료의 밀도(kg/m3), Cw : 열용량(J/kgK)이다.
수학식 3에 의해서 구해진 에너지는 수학식 2를 보면 온도에 직접적인 영향을 미치는 것을 확인 할 수 있으며 이는 MOV의 온도를 통하여 파미값이나 파미값과는 별개로 유입 서지에너지량을 유추할 수 있다는 것을 확인할 수 있다. 또한, MOV의 비저항, 열용량 등은 상기 값들을 하나의 고정계수로 하고 실험을 통하여 전체 그래프의 변화량을 계산하여 지수함수의 그래프로 측정할 수 있다.
MOV온도 확인부(15)는 MOV의 온도를 측정하여 MOV온도DB(24)를 측정하다. MOV의 온도는 유입된 서지전류에 의해 가해진 충격에 의해 변경되며 이러한 MOV의 온도변화에 따라 MOV의 수명을 예측할 수 있다. 예를 들면 MOV의 온도가 높은 상태이면 서지전류에 의해 파손되는 한계서지전류의 값이 낮아지고, 온도가 낮은 상태이면 한계서지전류의 값이 높게 된다. 이러한 MOV의 온도는 온도센서에 의해 측정할 수 있다.
고장한계 설정부(16)는 MOV의 한계 전류값, 한계 주파수 파형, 한계 에너지량, 한계 서지유입회수, 온도에 따른 한계 전류값, 온도에 따른 한계에너지량을 기준으로 순차적으로 각각의 고장률에 대한 정보를 고장률예측DB(25)에 저장하고 관리한다. 이러한 고장률예측DB(25)에는 각각의 기준에 대하여 0~100%까지 고장률 예측정보가 저장된다.
고장률 예측부(17)는 서지전류 확인부(11)와 서지유입 카운팅부(12)에서 측정된 서지전류값과 유입회수, 유입에너지량 확인부(14)에서 변환된 서지전류의 에너지량, MOV온도 확인부(15)에서 확인된 MOV의 온도를 고장률예측DB(25)에 기 등록된 MOV의 한계 전류값, 한계 주파수 파형, 한계 에너지량, 한계 서지유입회수, 온도에 따른 한계 서지전류갑, 한계 에너지량과 비교하여 MOV의 고장률값을 각각 확인한다. 이때, 전류값에 따른 고장률, 주파수 파형에 따른 고장률, 에너지량에 따른 고장률, 서지유입회수에 따른 고장률 및 온도에 따른 전류값, 주파수 파형, 한계에너지량에 따른 고장률이 서로 상이한 경우에는 최대값을 갖는 고장률을 MOV의 고장률값으로 인식한다.
고장률 표시부(18)는 고장률 예측부(17)에서 확인된 MOV의 고장률값을 외부에서 확인할 수 있도록 표시한다. 고장률값은 케이스에 형성된 디스플레이부에 숫자로 표시되거나 또는 고장률값이 표시되는 숫자의 LED에 발광하여 표시될 수 있다.
경고부(19)는 경보를 발생시킬 있는 기준 고장률에 대한 정보를 경보기준DB(26)에 저장하고, 고장률 예측부(17)에서 확인된 MOV의 고장률값이 기 설정된 기준 고장률 이상이면 경보신호를 발생한다. 경고부(19)에서 발생된 경보신호는 관리자에게 제공되어 MOV를 사전에 교체할 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 서지보호장치의 수명예측 시스템을 플로차트를 바탕으로 살펴본다.
먼저, 서지보호장치에 MOV가 설치되면 고장한계 설정부(16)는 설치된 MOV의 한계 전류값, 한계 주파수 파형, 한계 에너지량, 한계 서지유입회수, 온도에 따른 한계 전류값, 온도에 따른 한계에너지량을 기준으로 순차적으로 각각의 고장률에 대한 정보를 고장률예측DB(25)에 저장한다(단계 S101). 이러한 고장률예측DB(25)에는 각각의 기준에 대하여 0~100%까지 고장률 예측정보가 저장된다.
한편, 서지보호장치로 서지전류가 유입되면(단계 S102), 서지전류 확인부(11)는 CT에서 유입된 서지전류를 측정하여 서지전류DB(21)에 저장하고(단계 S103), 서지유입 카운팅부(12)는 유입회수를 저장한다(단계 S104). 이때, 서지전류DB(21)에는 유입된 서지전류의 횟수와 함께 서지전류값과 전류의 피크와, 파두시간과 파미시간 등이 저장된다.
[수학식 1]
이때, i : 서지전류값, Ipeak : 피크전류, τ1 : 파두시간, τ2 : 파미시간, t : 시간, k : 피크전류교정계수 (Ipeak100 = 0.93, Ipeak<100 = 0.993)이다.
그리고, 서지전류 확인부(11)를 통해 서지전류값이 확인되면 서지주파수 확인부(13)는 유입된 서지전류의 파두시간, 파미시간을 분석하여 주파수 파형을 확인하여 서지주파수DB(22)에 저장하고(단계 S105), 유입에너지량 확인부(14)는 서지전류 확인부(11)를 통해 측정되면 측정된 서지전류가 MOV에 가해지는 에너지량을 환산하여 유입에너지량DB(23)에 저장한다(단계 S106). 이때, 유입에너지량 확인부(14)는 서지전류가 유입될 때마다의 에너지량을 각각 저장하고 또한 누적하여 저장한다. 유입에너지량은 수학식 2에 의해서 뇌격전류 파형의 전체 면적을 구하여 확인할 수 있다.
[수학식 2]
Figure PCTKR2014001008-appb-I000005
한편, MOV온도 확인부(15)는 MOV의 온도를 측정하여 MOV온도DB(24)를 측정하다(단계 S107). 도 3에 도시된 바와 같이 MOV의 온도는 유입된 서지전류에 의해 가해진 에너지량에 의해 변경되며 이러한 MOV의 온도변화에 따라 MOV의 수명을 예측할 수 있다. 즉, 도 4의 그래프에서 확인 할 수 있듯이 MOV의 온도에 따라 유입되는 전류량이 붉은 색 그래프보다 위로 갈 경우 불량으로 볼 수 있으며 제품의 고장이라고 인식 할 수 있다.
이와 같이 서지전류 확인부(11)와 서지유입 카운팅부(12)에서 측정된 서지전류값과 유입회수, 유입에너지량 확인부(14)에서 변환된 서지전류의 에너지량, MOV온도 확인부(15)에서 확인된 MOV의 온도가 확인되면 고장률 예측부(17)는 고장률예측DB(25)에 기 등록된 고장률 정보인 MOV의 한계 전류값, 한계 주파수 파형, 한계 에너지량, 한계 서지유입회수, 온도에 따른 한계 서지전류갑, 한계 에너지량과 비교하여 MOV의 고장률값을 각각 확인한다(단계 S108). 각각의 조건에 따른 고장률이 서로 상이한 경우에는 최대값을 갖는 조건의 고장률을 MOV의 고장률값으로 인식한다. 이때, 유입 서지전류와 횟수의 관계는 도 5와 같이 나타낼 수 있다. 유입 서지전류에 대한 고장률을 서지전류의 크기에 따른 고장률을 계산하여 MOV의 소손시점을 예측할 수 있다.
고장률 예측부(17)에서 확인된 MOV의 고장률값이 측정되면 고장률 표시부는 외부에서 확인할 수 있도록 표시한다(단계 S109). 고장률값은 케이스에 형성된 디스플레이부에 숫자로 표시되거나 또는 고장률값이 표시되는 숫자의 LED에 발광하여 표시될 수 있다.
그리고, 경고부(19)는 경보를 발생시킬 있는 기준 고장률에 대한 정보를 경보기준DB(26)에 저장하고, 고장률 예측부(17)에서 확인된 MOV의 고장률값이 기 설정된 기준 고장률 이상이면(단계 S110), 경보신호를 발생하여 외부로 전송한다(단계 S111). 이와 같이 경고부(19)에서 발생된 경보신호는 관리자에게 제공되어 MOV를 사전에 교체할 수 있다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

Claims (9)

  1. 서지전류가 유입되면 유입된 서지전류값을 확인하여 저장하는 서지전류 확인부(11)와;
    서지전류 확인부(11)를 통해서 서지전류가 측정되면 서지전류가 측정될 때마다 유입된 회수를 카운팅하여 저장하는 서지유입 카운팅부(12)와;
    서지전류 확인부(11)를 통해 측정되면 측정된 서지전류의 파두시간, 파미시간을 분석하여 주파수 파형을 확인하는 서지주파수 확인부(13)와;
    서지전류 확인부(11)를 통해 측정되면 측정된 서지전류의 에너지량을 환산하여 누적하여 저장하는 유입에너지량 확인부(14)와;
    MOV의 한계 전류값, 한계 주파수 파형, 한계 에너지량, 한계 서지유입회수, 온도에 따른 한계 전류값을 기준으로 각각의 고장률에 대한 정보를 저장하고 관리하는 고장한계 설정부(16)와;
    서지전류 확인부(11)와 서지유입 카운팅부(12)에서 측정된 서지전류값과 유입회수, 유입에너지량 확인부(14)에서 변환된 서지전류의 에너지량을 고장한계 설정부(16)에 기 등록된 MOV의 한계 전류값, 한계 주파수 파형, 한계 에너지량, 한계 서지유입회수와 비교하여 MOV의 고장률값을 각각 확인하는 고장률 예측부(17)를 포함하는 것을 특징으로 하는 서지보호기의 수명예측 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서, MOV의 온도를 측정하여 저장하는 MOV온도 확인부(15)를 더 포함하며,
    고장한계 설정부(16)는 온도에 따른 한계 전류값, 온도에 따른 한계에너지량을 기준으로 순차적으로 각각의 고장률에 대한 정보를 저장하고,
    고장률 예측부(17)는, 서지전류 확인부(11)와 서지유입 카운팅부(12)에서 측정된 서지전류값과 유입회수, 유입에너지량 확인부(14)에서 변환된 서지전류의 에너지량을 고장한계 설정부(16)에 기 등록된 MOV의 온도에 따른 한계 서지전류갑, 한계 에너지량과 비교하여 MOV의 고장률값을 각각 확인하는 것을 특징으로 하는 서지보호기의 수명예측 시스템.
  3. 청구항 1에 있어서, 서지전류 확인부(11)는 서지보호장치내부로 유입된 전류값은 CT을 통해 측정하는 것을 특징으로 하는 서지보호기의 수명예측 시스템.
  4. 청구항 1에 있어서, 서지유입 카운팅부(12)는 서지전류의 카운팅되면 누적하여 기록하는 것을르 특징으로 하는 서지보호기의 수명예측 시스템.
  5. 청구항 1에 있어서, 고장한계 설정부(16)는 0~100%까지 고장률로 설정되는 것을 특징으로 하는 서지보호기의 수명예측 시스템.
  6. 청구항 1에 있어서, 고장률 예측부(17)에서 확인된 MOV의 고장률값을 외부에서 확인할 수 있도록 표시하는 고장률 표시부(18)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 서지보호기의 수명예측 시스템.
  7. 청구항 6에 있어서, 고장률 표시부(18)는 고장률값은 케이스에 형성된 디스플레이부에 숫자로 표시되거나 또는 고장률값이 표시되는 숫자의 LED에 발광하여 표시하는 것을 특징으로 하는 서지보호기의 수명예측 시스템.
  8. 청구항 1에 있어서, 경보를 발생시킬 있는 기준 고장률에 대한 정보를 경보기준DB(26)에 저장하고, 고장률 예측부(17)에서 확인된 MOV의 고장률값이 기 설정된 기준 고장률 이상이면 경보신호를 발생하는 경고부(19)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 서지보호기의 수명예측 시스템.
  9. 청구항 8에 있어서, 경고부(19)에서 발생된 경보신호는 유무선통신을 통해서 관리자에게 제공되는 것을 특징으로 하는 서지보호기의 수명예측 시스템.
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