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KR101140478B1 - 바리스터 테스트 장치 및 방법 - Google Patents

바리스터 테스트 장치 및 방법 Download PDF

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KR101140478B1
KR101140478B1 KR1020100062903A KR20100062903A KR101140478B1 KR 101140478 B1 KR101140478 B1 KR 101140478B1 KR 1020100062903 A KR1020100062903 A KR 1020100062903A KR 20100062903 A KR20100062903 A KR 20100062903A KR 101140478 B1 KR101140478 B1 KR 101140478B1
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Abstract

본 발명은 바리스터 테스트 장치 및 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 바리스터 테스트 장치는, 바리스터 테스트를 위한 신호를 발생시키는 신호 발생부; 상기 신호 발생부에서 출력된 신호의 전력을 증폭시켜 레벨 조절이 가능한 출력전압을 생성하고, 상기 출력전압을 테스트 대상 바리스터의 일단에 인가하는 전력 증폭부; 상기 테스트 대상 바리스터의 타단에 연결되어, 상기 테스트 대상 바리스터를 통해 흐르는 누설 전류를 감지하는 누설전류 감지부; 및 상기 누설전류가 감지된 것을 표시하는 작동 표시부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

바리스터 테스트 장치 및 방법 {Apparatus and method for testing varistor}
본 발명은바리스터(varistor) 테스트 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 철도차량 제어회로 등에 사용되고 있는 바리스터의 열화를 사전에 검출하기 위한 바리스터 테스트 장치 및 방법에 관한 것이다
바리스터(varistor)는 'variable resistor'의 약칭으로, 양 단에 인가되는 전압에 의해서 저항값이 변하는 비선형(非線形) 반도체 저항소자이다. 즉, 바리스터는 자신에게 부하되는 전압에 따라 저항값이 변하는 특성을 가지는데, 예컨대 양 단에 인가되는 전압이 항복전압(breakdown voltage)에 이르기까지는 절연체로 존재하다가 항복전압에 이르면 도체로 변화하게 된다. 그리고, 이와 같은 특성으로 인하여, 바리스터는 외부에서 들어오는 서지전압(serge voltage) 등으로부터 내부의 전기전자회로 시스템을 보호하기 위해 주로 사용된다.
한편, 이와 관련하여, 이러한 바리스터가 많이 사용되는 분야 중 하나로 철도차량을 들 수 있다. 현대의 철도차량은, 급속한 첨단기술의 발달로 인하여, 수많은 기계적 장치들뿐만 아니라 수많은 전기?전자?정보통신용 장치들을 구비하게 되었으며, 또한 이러한 전기?전자?정보통신용 장치들을보호하기 위해 수많은 바리스터를 사용하고 있다. 예컨대, 쵸파(chopper) 철도차량의 경우, 일반 전자기기 보호, 반도체 소자(다이오드, 트랜지스터, 사이리스터 등) 보호, 통신,계측,제어장치의 보호, 전자 밸브의 개폐 써지(surge) 흡수 등을 위해 약 25,000개의 바리스터가 장작되어 운영되고 있다.
그러나, 이들 바리스터는 시간이 경과하여 노후화 됨에 따라 그 절연내력이 점차 저하되게 되며, 이에 따라 과거와 동일한 써지에도 더욱 민감하게 반응하는 문제점을 안고 있다. 특히, 철도차량의 경우에는, 임의의 바리스터가 고장나면 해당 바리스터를 교체하면 되는 일반적인 경우와는 달리, 바리스터의 불량으로 인하여 운행중인 철도차량이 멈추게 되는 대형 사태가 발생할 수도 있기 때문에, 노후화된 바리스터를 미리 교체하여 운행 장애를 최소화하는 것이 매우 중요하다.
그러나, 종래의 경우에는 바리스터의 양부(良否)를 판단하여 노후화된 바리스터를 교체하기 위한 구체적인 기준이 없었으며, 이에 따라 철도차량의 중수선 정비시 바리스터를 일괄 교체하거나, 또는 작업자가 변색이나 크랙(crack) 등을 육안으로 검사하거나 열화로 인해 탄 냄새 등을 후각으로 감지함으로써 노후화된 바리스터를 선별하여 교체하는 실정이었다.
따라서, 철도차량 등에 장착되는 바리스터의 양부 판단에 대한 구체적인 기준 및 이에 대한 검사를 보다 용이하게 할 수 있는 방안이 절실히 요구되었다.
본 발명은 전술한 바와 같은 요구에 부합하기 위해 창안된 것으로, 본 발명의 목적은 써지(Surge) 전압의 침입으로부터 전기전자회로 시스템을 보호하는 대표적인 써지 전압 흡수소자인 바리스터에 대한 전용 테스트 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 철도차량에 사용되는 바리스터에 대하여 양부 판단에 대한 구체적인 기준을 마련하고 이에 대한 검사를 보다 용이하게 할 수 있는 바리스터 테스트 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을위하여, 본 발명의 일 형태에 따른 바리스터 테스트 장치는, 바리스터 테스트를 위한 신호를 발생시키는 신호 발생부 상기 신호 발생부에서 출력된 신호의 전력을 증폭시켜 레벨 조절이 가능한 출력전압을 생성하고, 상기 출력전압을 테스트 대상 바리스터의 일단에 인가하는 전력 증폭부 상기 테스트 대상 바리스터의 타단에 연결되어, 상기 테스트 대상 바리스터를 통해 흐르는 누설 전류를 감지하는 누설전류 감지부 및 상기 누설전류가 감지된 것을 표시하는 작동 표시부를 포함하는 것을 한다.
그리고, 본 발명의 다른 형태에 따른 바리스터 테스트 방법은, a) 바리스터 테스트를 위한 신호를 발생시키는 단계 b) 상기 발생된 신호의 전력을 증폭시켜 레벨 조절이 가능한 출력전압을 생성하는 단계 c) 상기 출력전압을 테스트 대상 바리스터의 일단에 인가하는 단계 d) 상기 테스트 대상 바리스터의 타단에서 흘러나오는 누설 전류를 감지하는 단계 및 e) 상기 누설전류가 감지된 것을 표시하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 철도차량의 제어회로 등에 사용되는 바리스터의 불량을 테스트 장치를 통해 사전에 검출하고 이를 교체함으로써, 써지(Surge) 전압의 침입으로부터 전기전자회로 시스템을 안정하게 보호할 수 있는 효과를 가진다.
또한, 본 발명에 따르면, 철도차량에 사용되는 바리스터에 대한 내구성 정립 및 시험기준 수립으로 동종 고장을 예방할 수 있으며, 전용 테스트 장치의 활용으로 인해 정비 효율성을 높이고 기본에 충실한 예방정비로 운행 장애를 최소화하여 승객서비스향상에 기여하는 효과를 가진다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 바리스터 테스트 장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 바리스터 테스트 장치의 회로도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 바리스터 테스트 방법의 흐름도이다.
이하에서는 첨부 도면 및 바람직한 실시 예를 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다. 참고로, 하기 설명에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 바리스터 테스트 장치의 구성도를 나타낸 도면이다. 그리고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 바리스터 테스트 장치의 회도로를 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 바리스터 테스트 장치(100)는, 신호 발생부(110), 전력 증폭부(120), 누설전류 감지부(130), 작동 표시부(140) 등을 포함한다.
이를 상술하면, 먼저 신호 발생부(110)는 바리스터를 테스트하는데 사용되는 기본적인 신호(사인파, 펄스 등)를 발생시킨다. 참고로, 도 2에서는 본 발명에 따른 신호 발생부(110)를 2개의 OP AMP(operational amplifier)(LM358)를 이용하여 사인파 발진회로로 구현한 것을 나타내었다. 그러나, 신호 발생부(110)는 도 2에 예시된 형태 외에도 다른 다양한 형태가 가능하며, 또한 사인파 외에도 펄스 등을 발생시키도록 구현될 수도 있다. 한편, 도 2의 회로에서, 2개의 OP AMP를 이용하여 발생된 사인파 신호는 저항(R8)을 통해 전력 증폭부(120)로 입력된다.
전력 증폭부(120)는 신호 발생부(110)에서 출력된 신호의 전력을 증폭시켜 레벨 조절이 가능한 출력전압을 생성하고, 이와 같이 생성된 출력전압을 테스트 대상 바리스터의 일단에 인가한다. 이를 위해, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전력 증폭부(120)는 레벨 조절기, 푸시풀 증폭기(push-pull amplifier), 변압기(transformer) 등으로 구성될 수 있으며, 사용자가 레벨 조절기를 통해 원하는 레벨의 출력전압을 바리스터에 인가할 수 있도록 한다.
도 2를 참조하면, 레벨 조절기(R7)는 신호 발생부(110)에서 출력된 신호의 크기를 조절하며, 그 출력 신호는 OP AMP(LM386)에 입력된다. 여기서, 레벨 조절기(R7)의 조절은 사용자에 의해 이루어지며, 이는 결과적으로 테스트 대상 바리스터(200)에 인가되는 출력전압을 조절하는 기능을 수행하게 된다. 한편, OP AMP(LM386)의 출력은 2개의 트랜지스터로 구성된 푸시풀 증폭기(Q1, Q2)로 입력되고, 푸시풀 증폭기(Q1, Q2)는 레벨 조절기(R7)에서 출력된 신호를 증폭시킨다. 그리고, 푸시풀 증폭기(Q1, Q2)에서 출력된 신호는 다시 변압기(T1)로 입력되고, 변압기(T1)는 푸시풀 증폭기(Q1, Q2)에서 출력된 신호의 전압을 승압시켜 테스트 대상 바리스터(200)의 일단에 인가한다. 참고로, 여기서 변압기(T1)는 아이솔레이터(isolator)의 역할을 하며, 또한 임피던스 정합(impedance matching)을 통하여 전기적인 효율을 증대시키는 역할을 한다.
누설전류 감지부(130)는 테스트 대상 바리스터(200)의 타단에 연결되어, 테스트 대상 바리스터(200)를 통해 흐르는 누설전류를 감지한다. 도 2를 참조하면, 만약 테스트 대상 바리스터(200)에 인가된 전압으로 인해 바리스터가 도체로서 동작하게 되면 테스트 대상 바리스터(200)를 통해 전류가 흐르게 되고, 그러면 누설전류 감지부(130)는 테스트 대상 바리스터(200)의 타단에서 감지된 전류를 트랜지스터(Q3)를 이용하여 증폭시킨 후 이를 작동 표시부(140)로 전송한다.
그러면, 작동 표시부(140)는 누설전류 감지부(130)에서 감지된 누설전류에 대한 감지 결과를 표시한다. 참고로, 도 2에서는 작동 표시부(140)가 LED(Light Emitting Diode)와 계측기(meter)를 이용하여 누설전류 감지 결과를 나타내도록 구현하였는데, 예시된 형태 외에도 아날로그 및/또는 디지털 형태의 다양한 방식으로 구현할 수 있음은 물론이다.
또한, 작동 표시부(140)는 테스트 대상 바리스터(200)에 인가되는 전압(즉, 전력 증폭부의 출력전압)과 누설전류의 크기를 고려하여 바리스터의 양부(良否) 판단이 직관적으로 가능하도록 구현될 수도 있다. 예컨대, 우리나라 철도차량의 경우 주로 DC 100V의 전원을 사용하는데, 이를 기초로 할 경우 바리스터의 양부 판단 기준을 하기 표 1과 같이 설정할 수 있다.
[표 1] 바리스터 양부 판단 기준
Figure 112010042437948-pat00001

그러므로, 사용자가 바리스터(200)에 인가되는 전압을 점차 증가시키면서 테스트를 수행할 경우, 작동 표시부(140)는 바리스터에 인가된 전압이 350V 이하일 때 소정값 이상의 누설전류가 감지되면 적색 LED를 온(on)시켜 교체 상태임을 나타내고, 350V~400V일 때 소정값 이상의 누설전류가 감지되면 황색 LED를 온(on)시켜 사용가능 상태임을 나타내고, 400V~440V일 때 소정값 이상의 누설전류가 감지되면 녹색 LED를 온(on)시켜 최고 성능 상태임을 나타내도록 구현될 수 있다.
이하에서는, 도 3을 참조하여 본 발명에 따른 바리스터 테스트 방법에 대해 설명한다. 참고로, 본 발명에 따른 바리스터 테스트 방법은 예컨대 전술한 바리스터 테스트 장치를 통해 수행될 수 있으며, 따라서 바리스터 테스트 방법에 대한 구체적 과정 또는 동작 원리는 전술한 바리스터 테스트 장치에 대한 설명을 참조할 수 있으므로 이하에서는 간단히 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 바리스터 테스트 방법의 흐름도이다.
도 3을 참조하면, 먼저 단계 S310에서, 신호 발생부(110)는 바리스터를 테스트하는데 사용되는 기본적인 신호(사인파, 펄스 등)를 발생시킨다. 그리고, 이와 같이 생성된 신호는 전력 증폭부(120)로 입력된다.
그러면, 단계 S320에서, 전력 증폭부(120)는 신호 발생부(110)에서 발생된 신호의 전력을 증폭시켜 레벨 조절이 가능한 출력전압을 생성한다. 구체적으로는, 전력 증폭부(120)는 신호 발생부(110)에서 발생된 신호의 크기를 레벌 조절기를 이용하여 원하는 레벨로 조절하고, 상기 레벨 조절된 신호를 푸시풀 증폭기를 이용하여 증폭시킨 후, 다시 상기 증폭된 신호의 전압을 변압기(transformer)를 이용하여 승압시킨다.
그리고, 단계 S330에서, 전력 증폭부(120)는 상기 승압된 전압(즉, 출력전압)을 테스트 대상 바리스터(200)의 일단에 인가한다. 이 경우, 만약 테스트 대상 바리스터에 인가된 전압으로 인해 바리스터가 도체로서 동작하게 되면, 테스트 대상 바리스터를 통해 전류가 흐르게 된다.
그러면, 단계 S340에서, 누설전류 감지부(130)는 테스트 대상 바리스터(200)의 타단을 통해 흘러나오는 누설전류를 감지한다.
그리고, 단계 S350에서, 작동 표시부(140)는 누설전류의 감지 결과를 LED, 계측기(meter) 등을 이용하여 아날로그 및/또는 디지털 형태로 표시한다. 이 경우, 작동 표시부(140)는 테스트 대상 바리스터(200)에 인가되는 전압(즉, 전력 증폭부의 출력전압)과 누설전류의 크기를 고려하여 바리스터의 양부(良否) 판단이 직관적으로 가능하도록 구현될 수 있으며, 예컨대 바리스터에 인가된 전압이 350V 이하일 때 소정값 이상의 누설전류가 감지되면 적색 LED를 온(on)시켜 교체 상태임을 나타내고, 350V~400V일 때 소정값 이상의 누설전류가 감지되면 황색 LED를 온(on)시켜 사용가능 상태임을 나타내고, 400V~440V일 때 소정값 이상의 누설전류가 감지되면 녹색 LED를 온(on)시켜 최고 성능 상태임을 나타내도록 구현될 수 있다.
지금까지 본 발명을 바람직한 실시예를 참조하여 상세히 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적 특징들을 변경하지 않고서 다른 구체적인 다양한 형태로 실시할 수 있는 것이므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다.
그리고, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 특정되는 것이며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100: 바리스터 테스트 장치 110: 신호 발생부
120: 전력 증폭부 130: 누설전류 감지부
140: 작동 표시부 200: 테스트 대상 바리스터

Claims (11)

  1. 바리스터 테스트 장치에 있어서,
    바리스터 테스트를 위한 신호를 발생시키는 신호 발생부;
    상기 신호 발생부에서 출력된 신호의 전력을 증폭시켜 레벨 조절이 가능한 출력전압을 생성하고, 상기 출력전압을 테스트 대상 바리스터의 일단에 인가하는 전력 증폭부;
    상기 테스트 대상 바리스터의 타단에 연결되어, 상기 테스트 대상 바리스터를 통해 흐르는 누설전류를 감지하는 누설전류 감지부; 및
    상기 누설전류의 감지 결과를 표시하는 작동 표시부를 포함하는 것을 특징으로 하는 바리스터 테스트 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 전력 증폭부는
    상기 신호 발생부에서 출력된 신호의 크기를 조절하는 레벨 조절기;
    상기 레벨 조절기에서 출력된 신호를 증폭시키는 푸시풀 증폭기; 및
    상기 푸시풀 증폭기에서 출력된 신호의 전압을 승압시키는 변압기를 포함하는 것을 특징으로 하는 바리스터 테스트 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 신호 발생부는 적어도 하나의 OP AMP(operational amplifier)를 이용하여 사인파 또는 펄스를 발생시키는 것을 특징으로 하는 바리스터 테스트 장치.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 작동 표시부는 누설전류의 크기를 아날로그 및 디지털 중 적어도 하나의 형태로 표시하는 것을 특징으로 하는 바리스터 테스트 장치.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 작동 표시부는 상기 테스트 대상 바리스터의 일단에 인가되는 출력전압이 350V 이하일 때 누설전류가 감지되면 불량 상태로 표시하는 것을 특징으로 하는 바리스터 테스트 장치.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 작동 표시부는 상기 테스트 대상 바리스터의 일단에 인가되는 출력전압이 350V 이하일 때 누설전류가 감지되면 제1 LED를 온(on)시키고, 상기 테스트 대상 바리스터의 일단에 인가되는 출력전압이 350V 초과 400V 이하일 때 누설전류가 감지되면 제2 LED를 온(on)시키며, 상기 테스트 대상 바리스터의 일단에 인가되는 출력전압이 400V 초과 440V 이하일 때 누설전류가 감지되면 제3 LED를 온(on)시키는 것을 특징으로 하는 바리스터 테스트 장치.
  7. 바리스터 테스트 방법으로서,
    a) 바리스터 테스트를 위한 신호를 발생시키는 단계;
    b) 상기 발생된 신호의 전력을 증폭시켜 레벨 조절이 가능한 출력전압을 생성하는 단계;
    c) 상기 출력전압을 테스트 대상 바리스터의 일단에 인가하는 단계;
    d) 상기 테스트 대상 바리스터의 타단에서 흘러나오는 누설전류를 감지하는 단계; 및
    e) 상기 누설전류의 감지 결과를 표시하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 바리스터 테스트 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 단계 b)는
    b1) 상기 발생된 신호의 크기를 사전 결정된 레벨로 조절하는 단계;
    b2) 상기 레벨 조절된 신호를 푸시풀 증폭기를 이용하여 증폭시키는 단계; 및
    b3) 상기 증폭된 신호의 전압을 변압기를 이용하여 승압시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 바리스터 테스트 방법.
  9. 제7항 또는 제8항에 있어서, 상기 단계 e)는
    상기 누설전류의 크기를 아날로그 및 디지털 중 적어도 하나의 형태로 표시하는 것을 특징으로 하는 바리스터 테스트 방법.
  10. 제7항 또는 제8항에 있어서, 상기 단계 e)는
    상기 테스트 대상 바리스터의 일단에 인가되는 출력전압이 350V 이하일 때 상기 누설전류가 감지되면 불량 상태로 표시하는 것을 특징으로 하는 바리스터 테스트 방법.
  11. 제7항 또는 제8항에 있어서, 상기 단계 e)는
    상기 테스트 대상 바리스터의 일단에 인가되는 출력전압이 350V 이하일 때 누설전류가 감지되면 제1 LED를 온(on)시키고, 상기 테스트 대상 바리스터의 일단에 인가되는 출력전압이 350V 초과 400V 이하일 때 누설전류가 감지되면 제2 LED를 온(on)시키며, 상기 테스트 대상 바리스터의 일단에 인가되는 출력전압이 400V 초과 440V 이하일 때 누설전류가 감지되면 제3 LED를 온(on)시키는 것을 특징으로 하는 바리스터 테스트 방법.
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