KR101417473B1

KR101417473B1 - 정상 작동 확인 기능을 구비한 전자기 펄스 필터

Info

Publication number: KR101417473B1
Application number: KR1020120145761A
Authority: KR
Inventors: 오경근; 박홍묵; 정연춘
Original assignee: 코오롱환경서비스주식회사
Priority date: 2012-12-13
Filing date: 2012-12-13
Publication date: 2014-08-07
Also published as: KR20140077270A

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 전자기 펄스(EMP) 필터는 교류(AC) 전원에 연결되어 과전압을 보호하는 제1 과전압 보호부; 상기 제1 과전압 보호부에 연결되고, 상기 제1 과전압 보호부의 정상 동작 여부를 감지하여 정상 동작하지 않을 경우, 시각적 또는 청각적으로 경보하는 알람부; 상기 알람부에 연결되고, 상기 알람부의 감지 결과에 따라 상기 제1 과전압 보호부가 정상 동작하지 않을 경우, 상기 제1 과전압 보호부를 대신하여 상기 교류 전원의 과전압을 보호하는 제2 과전압 보호부; 및 상기 제1 및 제2 과전압 보호부에 연결되고, 상기 교류 전원을 필터링하여 상기 교류 전원에서 고주파를 차단하고 저주파를 통과시키는 필터부를 포함한다.

Description

정상 작동 확인 기능을 구비한 전자기 펄스 필터{ELECTROMAGNETIC PULSE FILTER EQUIPPED WITH NORMAL OPERATION INDICATING UNIT}

본 발명의 실시예들은 필터에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전자기 펄스 필터에 관한 것이다.

전자기파 펄스(Elecromagnetic pulse;EMP) 폭탄은 E-bomb으로도 불리고 있는데, 이와 같은 EMP 무기가 전장에서 사용될 때 그 위협은 매우 심각하다.

미래전은 전쟁수행의 중심인 적의 지휘통제 및 정보체계를 파괴시킴으로써 적의 전쟁수행 기능을 마비시키는 정보 중심의 전쟁수행 개념으로 전개되고 있고, EMP 무기는 핵폭발처럼 엄청난 위력의 전자기파를 발생시켜 전기를 사용하는 거의 대부분의 부하설비 예를 들어, 첨단 전자통신정보화 설비, 각종 제어 계측설비, 자동차, 전자시계 등을 무용지물로 만들 수 있어서 재앙에 가까운 경제적 대혼란을 야기할 수 있다는 점에서 매우 위협적이다.

일반적인 EMP의 전기장은 200㎸/m, 핵 전자기파(Nuclear EMP)는 50㎸/m @500km로, 분석적 표현으로서 HEMP(High-Altitude EMP)의 전자기장은 전기장의 세기 E(V/m)는 시간 t(s)의 함수로 다음의 수학식 1로 표현된다.

아울러, 자기장 H(A/m)는 시간 t 에 관한 함수로 수학식 2로 표현된다.

이 HEMP 파형을 플로팅하면, 펄스의 피크 값 10% 에서 90% 상승시간이 5㎱ 이고, 피크 값은 50㎸/m 이며, 피크 값의 절반을 이루는 시간 폭이 0.2㎳ 인 파형이 된다.

여기서, 수학식 1은 보호를 설계하는데 위협 파형의 근거가 되고, 에너지 밀도 w는 다음의 수학식 3으로 표현된다.

상기한 수학식 1과 2를 적용할 때 에너지 밀도 w는 0.9 J/m²이다.

이는 물리적으로 해석하여 단면적이 1m²인 루프 안테나를 EMP 진행 방향과 직각이 되게 놓았을 때 0.9J의 에너지 펄스를 받게 된다는 것으로, 이것은 대부분의 소신호 고주파 TR이나 IC를 파괴할만한 충분한 에너지가 된다.

이와 같은 EMP 폭탄은 높은 에너지의 전자기 펄스를 만들어 넓은 지역의 전자기기체계를 완전히 무력화시킬 수 있어서, 지상과 지하에 있는 전자장비에 막대한 영향을 미쳐서 각종 부하설비가 무력화되어 큰 혼란과 위험성을 초래할 수 있다. 이런 EMP폭탄과 함께 핵무기 폭발에 의한 전자기 효과와 마이크로웨이브 무기들은 고주파수의 특성이기 때문에 보호시설물에 따른 보호대책과 방법이 EMP의 고주파수 특성에 적합한 EMP 방호장치가 필요하다.

본 발명의 배경기술은 대한민국 등록특허 10-0990828호(2010.10.22)의 'EMP 방호 캐비넷'에 개시되어 있다.

본 발명의 일 실시예는 과전압 보호소자(MOV)의 고장 유무를 시각적 또는 청각적으로 알려주어 교체 시기 및 이상 유무를 알 수 있도록 하는 전자기 펄스 필터를 제공한다.

본 발명의 일 실시예는 과전압 보호소자의 고장 시 병렬로 연결된 제너 다이오드나 가스방전관(GDT) 또는 어레스터(Arrester)가 과전압 보호소자로서 기능하여 장비를 과전류로부터 보호할 수 있도록 하는 전자기 펄스 필터를 제공한다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제(들)로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제(들)은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 알람부는 엘이디(LED) 퓨즈 및 저항으로 구성되어, 과전압이 인가되었을 때, 상기 LED 퓨즈 안에 장착된 퓨즈가 녹으면서 LED 불빛이 켜짐으로써 상기 제1 과전압 보호부의 고장을 시각적으로 경보할 수 있다.

상기 알람부는 상기 엘이디에 연결된 부저를 통해 상기 제1 과전압 보호부의 고장을 청각적으로 경보할 수 있다.

상기 제1 과전압 보호부는 상기 교류 전원에 병렬로 연결된 2개의 MOV(금속산화물 바리스터)를 포함할 수 있다.

상기 제2 과전압 보호부는 상기 MOV에 병렬로 연결된 제너 다이오드, 가스방전관(Gas Discharge Tube), 또는 어레스터(Arrester)를 포함할 수 있다.

상기 필터부는 코일과 콘덴서를 이용한 로우패스필터(LPF)를 포함할 수 있다.

기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 첨부 도면들에 포함되어 있다.

본 발명의 이점 및/또는 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 과전압 보호소자(MOV)의 고장 유무를 시각적 또는 청각적으로 알려주어 교체 시기 및 이상 유무를 알 수 있도록 한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 과전압 보호소자의 고장 시 병렬로 연결된 제너 다이오드가 과전압 보호소자로서 기능하여 장비를 과전류로부터 보호할 수 있도록 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전자기 펄스(EMP) 필터를 설명하기 위해 도시한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전자기 펄스 필터의 회로도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전자기 펄스 필터의 회로도이다.

본 발명은 핵폭탄이나 전자폭탄의 폭발시 발생하는 강한 전자기 펄스가 전원선이나 각종 신호선을 타고 전자장비의 회로에 유입되어 중요한 자료를 다루는 통신장비, 컴퓨터 서버 등과 같은 전자장비가 펄스의 강도에 따라 마비되거나 영구히 파괴되는 것을 방지하기 위한 전자기 펄스(EMP) 필터에 관한 것이다.

EMP, HEMP(High Altitude Electromagnetic Pulse), NEMP(Nuclear Electromagnetic Pulse)의 공격으로부터 주요 시설의 보호를 위하여, EMP 필터를 설치하는바, EMP 필터에 과전류 보호소자인 MOV가 쓰이는데, 기존 EMP 필터는 MOV가 정상적으로 작동하는지 확인이 불가하고, 교체주기를 알 수가 없었으나, 본 발명은 MOV가 정상작동을 하지 않으면, LED나 부저로 교체 타임을 알려주는 EMP 필터이다.

아울러, 기존 EMP 필터는 MOV의 고장 시, 전원이 공급되지 않거나, 과전류가 장비에 유입되어, 전원선에 연결된 장비들이 고장을 일으키는 구조였으나, 본 발명은 제너 다이오드를 병렬(Shunt)로 연결하여, MOV가 과전류나 EMP 공격으로부터 고장이 났을 경우도, 장비들을 안전하게 보호하는 구조이며, LED 및 부저로 MOV 교체를 알려주는 방식이다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전자기 펄스(EMP) 필터를 설명하기 위해 도시한 블록도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전자기 펄스 필터(100)는 제1 과전압 보호부(110), 알람부(120), 제2 과전압 보호부(130), 및 필터부(140)를 포함한다.

상기 제1 과전압 보호부(110)는 교류(AC) 전원에 연결되어 과전압을 보호하는 역할을 한다. 즉, 상기 제1 과전압 보호부(110)는 장비(101)에 상기 교류 전원이 입력될 때, 서지 전압(Surge Voltage)과 같은 과전압을 감쇠시켜 상기 장비(101)의 손상을 막아줄 수 있다.

이를 위해, 상기 제1 과전압 보호부(110)는 설정 전압 이상의 서지 전압이 입력되면, 온(On)이 되어 상기 설정 전압 이상의 서지 전압은 제거하고 나머지 전압만 바이패스 하도록 동작할 수 있다.

상기 제1 과전압 보호부(110)는 설치 목적 또는 위치 등에 따라 용량이 커지거나 작아질 수 있으며, 본 실시예에서는 금속산화물 바리스터(MOV: Metal Oxide Varistor)로서 구현될 수 있다. 상기 제1 과전압 보호부(110)는 상기 교류 전원에 2개의 금속산화물 바리스터(MOV)가 병렬로 연결되는 구조를 가질 수 있다.

상기 알람부(120)는 상기 제1 과전압 보호부(110)에 연결되어 상기 제1 과전압 보호부(110)의 고장 유무를 알리는 역할을 한다. 즉, 상기 알람부(120)는 상기 제1 과전압 보호부(110)가 정상적으로 동작하는지 여부를 감지하여 그 감지 결과(고장 유무)를 출력할 수 있다.

이를 위해, 상기 알람부(120)는 엘이디(LED) 퓨즈 및 저항으로 구성될 수 있다. 상기 알람부(120)는 과전압이 인가되었을 때, 상기 LED 퓨즈 안에 장착된 퓨즈가 녹으면서 LED 불빛이 켜짐으로써 상기 제1 과전압 보호부(110)의 고장을 시각적으로 경보할 수 있다.

다시 말해, 상기 알람부(120)는 상기 제1 과전압 보호부(110)가 정상적으로 동작할 때에는 엘이디 램프로 경보하지 않는 상태를 유지하다가, 상기 제1 과전압 보호부(110)가 정상적으로 동작하지 않을 때에는(고장 시에는) 엘이디 램프로 경보하게끔 동작할 수 있다.

다른 실시예로서, 상기 알람부(120)는 상기 제1 과전압 보호부(110)의 고장 유무를 청각적으로 경보할 수도 있다. 이를 위해, 상기 알람부(120)는 경보음을 발생시키는 부저(Buzzer)를 구비할 수 있다.

여기서, 상기 부저는 상기 엘이디 퓨즈에 연결될 수 있다. 이러한 경우, 상기 상기 부저는 상기 엘이디의 구동에 연계하여 동작할 수 있다. 즉, 상기 엘이디가 켜지면 상기 부저도 켜지고, 상기 엘이디가 꺼지면 상기 부저도 꺼지게 된다.

상기 제2 과전압 보호부(130)는 상기 알람부(120)에 연결된다. 상기 제2 과전압 보호부(130)는 상기 알람부(120)의 감지 결과에 따라 상기 제1 과전압 보호부(110)가 정상 동작하지 않을 경우, 상기 제1 과전압 보호부(110)를 대신하여 상기 교류 전원의 과전압을 보호하는 역할을 한다.

이를 위해, 상기 제2 과전압 보호부(130)는 설정 전압 이상의 서지 전압이 입력되면, 온(On)이 되어 상기 설정 전압 이상의 서지 전압은 제거하고 나머지 전압만 바이패스 하도록 동작할 수 있다.

본 실시예에서, 상기 제2 과전압 보호부(130)는 제너 효과를 이용하여 전압을 일정하게 유지하는 정전압 소자인 제너 다이오드(Zener diode)로 구현될 수 있다. 상기 제너 다이오드는 상기 제1 과전압 보호부(110)의 일 실시예인 상기 MOV에 병렬로 연결된 구조를 가질 수 있다.

또 달리, 상기 제2 과전압 보호부(130)는 가스방전관(Gas Discharge Tube) 또는 어레스터(Arrester)로 구현될 수도 있다. 상기 가스방전관 또는 상기 어레스터는 상기 제너 다이오드와 마찬가지로 상기 MOV에 병렬로 연결된 구조를 가질 수 있다.

상기 필터부(140)는 상기 제1 및 제2 과전압 보호부(110, 130)에 연결된다. 상기 필터부(140)는 상기 교류 전원을 필터링하여 상기 교류 전원에서 고주파를 차단하고 저주파를 통과시키는 역할을 한다.

이를 위해, 상기 필터부(140)는 코일(C-M Chocke)과 콘덴서를 이용한 로우패스필터(LPF)로 구현될 수 있다. 상기 필터부(140)는 공통모드(Common Mode)와 차동모드(Differential Mode)의 잡음을 제거하며, AC(50/60Hz) 이외의 상단 주파수는 -100dB로 감쇠(attenuation)하는 기능을 할 수 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전자기 펄스 필터의 회로도이다. 참고로, 도 2의 회로도(200)는 하나의 예시에 해당하며, 본 발명의 실시예에 따른 전자기 펄스 필터는 상기 도 2의 회로도(200)에 한정되지 않는다.

도 2를 참조하면, 2개의 MOV(210)는 병렬로 연결된 구조를 가진다. 이 중 하나의 MOV(210)는 일측과 타측이 각각 L(부하측 전원회로, Load)와 E(접지, Earth)에 연결되고, 나머지 하나의 MOV(210)는 일측과 타측이 각각 N(중성선, Neutral)와 E에 연결된다.

그리고, 상기 MOV(210)의 후단에는 상기 MOV(210)의 고장 유무를 알리기 위한 알람부(220)가 병렬로 배치된다. 즉, 상기 알람부(220)는 LED 퓨즈(221), 저항(R)(222) 및 부저(223)로 구성되어, 상기 MOV(210)와 병렬로 연결되는 구조를 취한다.

상기 MOV(210)가 고장인 경우, 상기 LED 퓨즈(221)는 과전압에 의해 그 내부에 장착된 퓨즈가 단선되고, 이에 따라 상기 LED 퓨즈(221)의 LED가 동작하여 불이 켜지게 된다. 사용자는 상기 LED의 점등 상태를 보고 상기 MOV(210)가 고장인 것을 쉽게 알 수 있게 된다.

물론, 상기 MOV(210)가 정상적으로 동작하는 경우에는, 상기 LED 퓨즈(221)의 퓨즈가 단선되지 않고, 이로 인해 상기 LED가 동작하지 않아 불이 꺼진 상태를 유지하게 된다. 이런 경우, 상기 사용자는 상기 MOV(210)가 고장이 아닌 것으로 판단할 수 있게 된다.

또한, 상기 MOV(210)가 고장인 경우, 상기 LED 퓨즈(221)와 연계하여 상기 부저(223)가 작동된다. 즉, 상기 LED 퓨즈(221)의 LED가 동작하여 불이 켜지게 되면, 상기 부저(223) 또한 동작하여 경보음을 발생하게 된다.

이로써, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 과전압 등으로 인해 상기 MOV(210)가 고장나는 경우, LED나 부저(223) 등을 통해 상기 MOV(210)의 고장 사실을 사용자에게 시각적 또는 청각적으로 경보할 수 있다.

한편, 상기 MOV(210)가 고장인 경우, 상기 MOV(210)를 대체하여 장비를 과전압으로부터 보호하기 위해 제너 다이오드(230)가 채용될 수 있다. 상기 제너 다이오드(230)는 상기 MOV(210)와 병렬(Shunt)로 연결된 구조를 가진다. 예컨대, 상기 제너 다이오드(230)는 상기 알람부(220)의 저항(223)에 직렬로 연결될 수 있다.

상기 MOV(210), 상기 알람부(220) 및 상기 제너 다이오드(230)는 회로 전체적으로 봤을 때 과전압 보호 회로 및 소자부로 정의될 수 있다. 상기 과전압 보호 회로 및 소자부의 후단에는 코일(C-M Chock)과 콘덴서를 이용한 로우패스필터(LPF)(240)가 연결된다.

상기 로우패스필터(240)는 공통모드(Common Mode)와 차동모드(Differential Mode)의 잡음을 제거하며, AC(50/60Hz) 이외의 상단 주파수는 -100dB로 감쇠(attenuation)하는 기능을 한다.

이와 같은 본 발명의 일 실시예에 따른 전자기 펄스(EMP) 필터는 상기 MOV(210)를 이용한 50,000V 이상의 전압 및 최대(Peak) 50,000 ~ 70,000A 의 전류를 차단할 수 있다.

한편, 도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전자기 펄스 필터의 회로도이다.

도 2는 단상2선식 구조인데 반해, 도 3은 3상4선식 구조인 것이 특징이다.

즉, 도 3에 도시된 바와 같이, 4개의 MOV(210)는 병렬로 연결된 구조로 이루어지되, 이 중 하나의 MOV(210)는 일측과 타측이 각각 L과 E에 연결되고, 나머지 3개의 MOV(210)는 일측과 타측이 각각 N과 E에 연결된다.

그리고, 상기 MOV(210)의 후단에는 3상4선식 구조의 특성에 따라 상기 MOV(210)의 고장 유무를 알리기 위한 알람부(220) 3개가 병렬로 배치된다. 즉, 상기 알람부(220)는 LED 퓨즈(221), 저항(R)(222) 및 부저(223)로 구성되어, 상기 MOV(210)와 병렬로 연결되는 구조를 취한다.

한편, 상기 MOV(210)가 고장인 경우, 상기 MOV(210)를 대체하여 장비를 과전압으로부터 보호하기 위해 제너 다이오드(230)가 채용될 수 있다. 상기 제너 다이오드(230) 역시 3상4선식 구조의 특성에 따라 3개로 이루어질 수 있으며, 3개의 제너 다이오드(230) 각각은 상기 MOV(210)와 병렬(Shunt)로 연결된 구조를 가진다.

상기 로우패스필터(240) 역시 3상4선식 구조의 특성에 따라 3개로 이루어질 수 있으며, 공통모드(Common Mode)와 차동모드(Differential Mode)의 잡음을 제거하며, AC(50/60Hz) 이외의 상단 주파수는 -100dB로 감쇠(attenuation)하는 기능을 한다.

이와 같이, 본 발명의 일 실시예에서는 과전압 보호소자(MOV)의 고장 유무를 시각적 또는 청각적으로 알려주어 교체 시기 및 이상 유무를 알 수 있도록 한다. 또한, 과전압 보호소자의 고장 시 병렬로 연결된 제너 다이오드나 가스방전관(Gas Discharge Tube), 또는 어레스터(Arrester)가 과전압 보호소자로서 기능하여 장비를 과전류로부터 보호할 수 있도록 한다.

지금까지 본 발명에 따른 구체적인 실시예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허 청구의 범위뿐 아니라 이 특허 청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 이는 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명 사상은 아래에 기재된 특허청구범위에 의해서만 파악되어야 하고, 이의 균등 또는 등가적 변형 모두는 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

110: 제1 과전압 보호부
120: 알람부
130: 제2 과전압 보호부
140: 필터부
210: MOV
221: LED 퓨즈
222: 저항(R)
223: 부저
230: 제너 다이오드
240: LPF

Claims

교류(AC) 전원에 연결되어 과전압을 보호하는 제1 과전압 보호부;
상기 제1 과전압 보호부에 연결되고, 상기 제1 과전압 보호부의 정상 동작 여부를 감지하여 정상 동작하지 않을 경우, 시각적 및 청각적으로 경보하는 알람부;
상기 알람부에 연결되고, 상기 알람부의 감지 결과에 따라 상기 제1 과전압 보호부가 정상 동작하지 않을 경우, 상기 제1 과전압 보호부를 대신하여 상기 교류 전원의 과전압을 보호하는 제2 과전압 보호부; 및
상기 제1 및 제2 과전압 보호부에 연결되고, 상기 교류 전원을 필터링하여 상기 교류 전원에서 고주파를 차단하고 저주파를 통과시키는 필터부를 포함하고,
상기 알람부는,
엘이디(LED) 퓨즈 및 저항으로 구성되어, 과전압이 인가되었을 때, 상기 LED 퓨즈 안에 장착된 퓨즈가 녹으면서 LED 불빛이 켜짐으로써 상기 제1 과전압 보호부의 고장을 시각적으로 경보하고,
상기 엘이디 퓨즈에 연결된 부저를 구비하여 상기 부저가 엘이디의 구동에 연계되어 동작하도록 하며, 상기 부저를 통해 상기 제1 과전압 보호부의 고장을 청각적으로 경보하는 것을 특징으로 하는 전자기 펄스(EMP) 필터.
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제1항에 있어서,
상기 제2 과전압 보호부는
상기 교류 전원에 병렬로 연결된 2개의 MOV(금속산화물 바리스터)에 병렬로 연결된 제너 다이오드, 가스방전관(Gas Discharge Tube), 또는 어레스터(Arrester)를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자기 펄스 필터.
제4항에 있어서,
상기 EMP 필터는
상기 MOV를 이용한 50,000 V 이상의 전압 및 최대(Peak) 50,000 ~ 70,000A 의 전류를 차단함을 특징으로 하는 전자기 펄스 필터.