KR0140839B1 - 디지탈 다기능 릴레이 - Google Patents

Abstract

1. 발명이 속하는 기술분야

과전류 및 지락전류 릴레이

2. 발명이 해결하고자하는 기술적 과제

기존의 릴레이에 있어서 아나로그 신호에 의해 센싱토록 되어 있어서 과전류나 지락전류는 제어가 가능하나 사용자의 입장에 있어서는 직접적인 확인이나 점검이 용이하지 못했음을 해결키 위한 것임

3.발명이 해결한 기술적 구성

R상, S상, T상 및 지락전류 센싱회로를 각기 구성하여 얻어지는 사인파 신호를A/D변환시켜 7세그멘트에 숫자로 표시하도록 하고, 과전류나 지락전류에 대응하는 제어시스템(릴레이)으로 경보 또는 여자 또는 소자시켜 제어하도록 하고 설정치를 임의로 조정 가능케한 것임.

4.발명의 산업상 용도

과전류 및 지락전류 제어장치.

Description

디지탈 다기능 릴레이

제1도는 본 발명을 설명하기 위한 센싱회로

(a)(b)(c)는 과전류 센싱부

(d)는 지락전류 세싱부이며,

제2도는 센싱상태 표시부

제3도는 1차측 릴레이회로부로

(a)(b)는 과전류 및 지락전류의 릴레이 접점

(c)는 경보회로

(d)는 실 전류확인을 위한 가변저항회로

제4도는 세팅 설정을 위한 회로도로

(a)는 절환 스위치 계통도,

(b)는 설정치 확인인을 위한 저항 결선도,

제5도는 본 발명 요부를 설명키 위한 처리속도 및 센싱 제어회로이며,

제6도는 본 발명 실시예의 장치 정면 설명도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

J_1-1,J_1-2,J_1-3,J_1-4,J_1-5,J_1-6,J_1-7,J_1-8:센싱회로부의 입력단자

J_2-1,J_2-2,J_2-3,J_2-4,J_2-5,J_2-6,J_2-7:센싱 회로부의 출력단자

C₁-C₃₉:콘덴서 R₁-R₄₇:저항

R_6,R_7,R₉R₂₂:가변저항 L₁:필터

U₁U₄:RMS칩 U_2,U_3A,U_3B,U_3E,U_4,U₅및 U_6A:OP앰프

U_7,U₁₀:버퍼회로 U₈:데코더프

U_9,U_11,U₁₂:어드레스 버퍼칩 U₁₃:7세그멘트

U_14,U_14-1,U₁₅:인버터 U₁₆:마이크로 콘트롤러 유니트(MCU)

U₁₈:분주회로 U₁₇:오실레이터

U₁₉:MUX칩 D₁-D₂:다이오드

D₃-D₁₇: 발광다이오드 Q₁-Q₄:트랜지스터

Ry_1,Ry₂:릴레이 Bz:부져

본 발명은 디지털 다기능 릴레이에 관한 것으로 특히 과전류와 지락 전류 릴레이에 관한 멀티 다기능(Multi Function) 릴레이에 관한 것이다.

이미 과전류릴레이나 지락전류릴레이 등에 대하여는 본 출원인의 선등록 특허 제17637호 내지 제43991호 및 실용신안등록 제30900호를 비롯하여 제71575호에 이르기까지 수 많은 릴레이가 발표되거나 출원된바 있으므로 이에 대한 상세한 설명은 명세서의 간략화를 위하여 생략한다. 그러나 기존 릴레이에 있어서는 거의가 아나로그 신호에 의한 것이기 때문에 과전류나 지락전류는 제어가 가능하나 사용자의 입장에 있어서는 직접적인 확인이나 점검이 용이하지 못한 결점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 아날로그 방식에 있어서의 결점을 해결코자 한 것으로 사용자의 직접적인 확인이나 점검이 용이토록 하는 것을 제공키 위한 것이다.

이하 본 발명을 실시예의 첨부 도면에 따라 상술한다.

제1도는 본 발명을 설명키 위한 센싱회로로 (a)와 (b) 및 (c)는 동일한 과전류센싱 회로인 바 삼상 전원에 있어서 R상, S상, T상의 전원과 직접적인 관련이 있는 것이다.

따라서 제1도(a)를 설명함으로서 (b)와 (c)는 동일한 회로이므로 중복 설명을 피하더라도 이해가 될 것이다.

즉 제1도(a)에 있어서 단자(J_1-1) 및 (J_1-2)는 도시하지 않은 변류기(Current Transformer:CT)의 출력측과 연결되는 단자로 상기한 단자(J_1-1,J_1-2)사이에는 저항(R₁)이 연결되고 단자(J_1-1)는 콘덴서(C₁), 저항(R₂) 및 저항(R₃)으로 미분회로가 구성되어 있고 실 전류치를 산출하기 위한 RMS칩(Root Mear Squre)(U₁)에 입력되어 있다.

제1도(a)에서 C₁,C₂,C₄는 콘덴서를 의미하는 것으로 상기한 RMS칩(U₁)을 구동키 위한 것이며, 다이오드(D₁,D₂)는 상기한 RMS칩(U₁)을 구동키 위한 전원 공급용이다.

이와 같은 RMS칩(U₁)의 출력은 필터(L₁)과 콘덴서(C₇)를 통해 저항(R₄)으로 OP앰프(U₂)의 반전단자에 연결되고 비반전단자는 저항(R₈)으로 접지됨과 동시에 가변저항(R₇)으로 휘드백되었으며, OP앰프(U₂)의 출력은 저항(R₁₁)을 통해 OP앰프(U_3A)의 반전단자에 연결되어 있다. 또한 상기한 OP앰프(U₃)의 비반전단자도 저항(R₁₂)으로 접지됨과 동시에 가변저항(R₉)과 저항(R₁₃)으로 휘드백되고 콘덴서(C₅)로 접지되면서 출력단자(J_2-1)에 연결되며 상기 OP앰프(U₂)의 출력은 저항(R₁₄)을 통해 OP앰프(U_2B)의 반전단자에 연결되어 있다.

그리고 비반전단자는 출력측에 휘드백됨과 동시에 출력단자(J_2-2)에 연결되고 또한 단자(J_2-2)는 콘덴서(C₆)로 접지되어 있다.

상기와 같은 구성으로 되는 센싱회로의 동작을 설명하면, 도시하지 않는 변류기의 출력신호가 단자(J_1-1,J_1-2)에 인가되는 경우 신호는 콘덴서(C₁), 저항(R_2,R₃)에 의해 미분된 신호가 RMS칩(U₁)에 입력되고 출력측에는 실전류가 나타나 EMI 필터(L₁)와 콘덴서(C₇)에 의해 여과되어 OP앰프(U₂)와 OP앰프(U_3A)에 의해 출력단자(J_2-1)에 나타나며, 또한 OP앰프(U₂)와 OP앰프(U_3B)와 의해 단자(J_2-2)에는 모두 싸인파가 나타나게 되는바 이와 같은 싸인파는 과전류 신호로서 후술하는 제2도의 표시회로에 표시토록 되는 것이다.

제1도(b)와 (c) 또한 상기한 (a)와 똑같은 구성으로 되어 있다.

또한 제1도(d)에 있어서는 (a)에서와 같은 회로에서 다만 OP앰프(U₅)의 출력을 버퍼회로를 구성하고 있는 OP앰프(U_6A)에 저항(R₂₃)을 통해 입력되고 출력은 단자(J_2-7)에 연결됨과 동시에 콘덴서(C₁₂)로 접지되어 지락전류를 센싱하도록하여 단자(J_1-7,J_1-8)에 도시하지 않은 ZCT(Zero Curent Transformer)를 연결시켜 줌으로서 지락전류를 센싱할 수 있도록 한 것이다.

제2도는 제1도의 센싱회로의 출력측에 나타나는 센싱 상태 표시를 위한 회로인바, 상기한 제1도의 신호출력 단자(J_2-1,J_2-2) 및 (J_2-3,J_2-4)를 버퍼회로(U₇)를 통해 발광다이오드(D₃-D₁₀)을 구동키 위한 데코(Decoder)(U₈)와 발광다이오드(D₁₁-D₁₇)을 구동키 위한 데코더(U₁₂)가 설치되며, 7세그멘트(U₁₃)의 구동을 위한 어드레스칩(U₁₁)과 상기한 어드레스칩(U₁₁)의 출력과 드라이브용 버퍼(U₁₀)에 의해 7세그멘트(U₁₃)을 구동시켜 숫자로 표시하도록 됨은 공지와 같은 것이므로 명세서의 간략화를 위하여 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.

제1도의 신호 출력단자(J_2-5,J_2-6,J_2-7)은 제2도의 어드레스칩(U₉)을 통해 드라이브용 버퍼(U₁₀)와 어드레스칩(U₁₂)에 공급되도록 되어있다. 따라서 데코더(U₈)의 출력측에 연결된 발광다이오드(D₃-D₁₀)을 점멸토록 되고 어드레스칩(U₁₂)은 발광다이오드(D₁₁-D₁₇)를 발광토록 되고, A/D변환을 위한 버퍼(U₁₀)의 출력과 드라이브용 버퍼(U₁₁)에 의해 7세그멘트(U₁₃)를 구동시켜 숫자로 표시되는 것이다.

상기한 발광다이오드(D₃-D₁₇)에는 각기 기능별 예를 들어 O.C(과전류), S.C(단락), LP(결상), G,F(지락), 과부하 트립시간 %인디케이터(Indicator), 과부하 설정LED(R상,S상,T상), 과부하 트립시간 설정 LED, 단락전류 설정 LED, 지락전류 설정 LED, 지락전류 트립시간 설정 LED 등을 표시하도록 되는 것이다.

제3도는 1차측 릴레이 접점회로부로 후술하는 제5도의 출력에 의해 구동토록 되는 것으로 (c)는 과부하신호(OCR)가 도달하면, 에미터 접지된 트랜지스터(Q₁)의 베이스에 인버터(U₁₄)와 저항(R_32,R₃₃)을 통해 연결되어 전원(B+)과 코렉터 사이에 연결된 릴레이(Ry₁)을 여자 또는 소자시켜 접점을 변환함으로서 접점에 연결되는 도시하지 않은 코일에 전기적으로 여자 또는 소자시키도록 작용하는 것이며, 제3도(b)는 지락전류 트립 릴레이로 지락신호(GRO)는 인버터(U_14-1)와 저항(R₂₈)을 통해 에미터 접지된 트랜지스터(Q₂)의 베이스에 연결되어 콜렉터와 전원(B+)사이에 연결된 릴레이(Ry₂)를 여자 또는 소자시켜 후술하는 처리속도 및 센싱제어회로의 지락전류 트립신호를 받아 릴레이접점을 가변토록하여 접점 사이에 연결되는 도시하지 않은 트립 코일을 여자 또는 소자시켜 주도록 되는 것이다.

제3도(d)는 경보신호(Buzzer)가 인버터(U₁₅)와 저항(R_30,R₃₁)을 통해 에미터접지된 트랜지스터(Q₃)의 베이스를 트리거함으로서 코렉터와 전원(B+)사이에 연결된 부져(Bz)를 울리도록 되는 것이며, 또한 에미터 접지된 트랜지스터(Q₄)의 베이스를 트리거 함으로서 콜렉터와 전원(B+)사이에 연결된 릴레이(Ry₃)를 여자 또는 소자시킴으로서 릴레이단자(J_6-1,J_6-3)에 연결되는 모니터에 의해 판단이 가능하도록 되어 있다. (d)는 콘덴서(C₁₉-C₂₈)를 병렬로 하여 가변토록 함으로서 그라운드와 전원(B+)사이의 용량을 변화시켜 후술하는 MCU(Micro Controller Unit)를 제어하도록 되어 있다.

제4도(a)는 설정치를 설정하기 위한 절환 스위치의 회로도로 스위치(Sw_1,Sw_2,Sw₃)은 R,S,T상으로 예를 들어 2-6암페어로 설정시켜 변환할 수 있음을 보여 주는 것이며, 스위치(Sw₄)는 O.C Time 즉 과부하 트립시간, 스위치(Sw₅)은 단락(Short) 전류 설정, 스위치(Sw₆)은 지락 전류 트립(GR), 결상에 대한 트립 시간은 스위치(Sw₇)에 의해 지락 트립시간 설정하는 스위치이다. 따라서 스위치(Sw₇)에 의해 조절하도록 함으로서 후술하는 제5도에서의 마이크로 콘트롤러 유니트(MCU) 프로그램에서 과부하 트립에 소요된 반한시 트립시간 설정은 1-10sec가 되도록 하며, 그리고 %전류에 대한 반한시 곡선이 되는데 설정치의 300%의 전류가 흐를 때 트립 시간은 정정치 설정치 300%일 때 2sec≤Ts(셋팅 타임)≤10sec, 설정치의 700%의 전류일 때 과부하 트립시간은 0.5sec Ts≤2sec 이내로 트립시켜 주도록 되어 있으며, 이는 임의로 설정시킬 수 있음은 물론이다.

그리고 설정치의 300% 전류일 때 허용 오차는

설정치의 700%일 때 허용치는

(위 식에서 t는 동작시간 sec, N는 동작시간 눈금위치. T_10.s은 300%일 때 정정탭 10에서의 동작시, T_10.7은 700%일 때의 정정탭 10에서의 동작시간을 의미하며, t_N.3은 설정치 전류의 300%일 때의 N탭에서의 동작시간, T_N.7은 설정치 전류의 700%일 때의 N탭의 동작 시간을 의미한다. 또한 (수학식 1) 및 (수학식 2)는 규격은 JISE 4602에 근거한 것이다.)

단락 전류는 20에서 60암페어까지의 단락전류를 설정할 수 있도록 하고 그라운드 볼트 전류 즉, 지락 전류는 0.1A-1.2A까지의 전류를 설정시킬 수 있도록 되며, 지락전류 트립시간(GF Time)은 0.1sec-1.2sec내에서 정한시로 트립할 수 있도록 조정이 가능하다. 또 상기한 설명중 단락 전류 트립시간은 0.05sec 정한시로 트립되도록 할 수가 있으며, 결상은 0.5초 이내에 트립되도록 할 수 있다.

상기와 같은 결정은 제4도(b)와 같이 저항(R₃₄-R₄₆)을 직렬로 연결함으로서 얻을 수가 있음은 물론이다.

제5도는 본 발명 처리속도 및 센싱제어회로를 도시한 예시도로 마이크로 콘트롤러 유니트(MCU:U₁₆)의 상기 감시 시간과 과부하 트립시간, 단락 트립시간 및 지락 트립시간을 조정해 주는 상기한 MCU(U₁₆)와 오실레이터(U₁₇)와 분주회로(U₁₈)를 운영하도록 시켄스가 형성되어 있다.

도면에서 단자(J_3-1)는 콘덴서(C₂₉)로 접지되고 리세트모드를 작동시키기 위하여 저항(R₄₇)와 다이오드(D₁₈)가 병렬로 전원부(B+)에 연결되어 MCU(U₁₆)의 리세트포트에 연결되며, 상기한 MCU(U₁₆)의 센싱부는 단자(J_4-1,J_4-7)까지의 핀에 의해 입력되도록 되어 있고, 또한 상기한 MCU(U₁₆)의 출력은 R상, S상, T상의 과부하전류, 지락전류 등의 실전류를 체킹하여 7세그멘트(U₁₃)에서 표시되도록 되어 있다. 또한 MUX(U₁₉)를 통해서는 R상, S상, T상 전류, OCR Time, 단락전류, 지각 트립시간이 세렉터(Sw)로 세팅하면, MCU(U₂₀)에 A/D콘버터가 내장되어 있어서 세팅된 아나로그를 디지탈 값으로 컨버터시켜 지락 폴트타임을 셋팅하도록 되어 있으며, 또한 MCU(U₁₆)의 출력중 일부는 상술한바 있는 부져(Bz)회로에 연결되어 트립시 경보토록 되어 있다.

또한 OCR트립단자, OCGR트립단자에 신호를 주어 해당되는 상기한 제3도의 지락 요소의 릴레이(Ry_1,Ry₂)를 여자 또는 소자되도록 되어 있다.

한편, 제2도의 표시부와는 MCU(U₁₆) 포트(J_4-1,J_4-7)에서 입력/출력을 조정해 주고 그 값들의 데코더와 버퍼를 통해 FND, LED로 7세그멘트와 발광다이오드와 연결되어 FND에서 원하는 값을 얻을 수 있도록 표시되고 통제하도록 되는 것이다.

제6도는 상기한 제2도의 표시부 및 제4도(a)의 절환 스위치와의 관계를 도시한 예로서 테스트 스위치(Test)와 리세트 스위치(Reset)외에는 상술한 절환 스위치(Sw₁-Sw₇)와 발광다이오드(D₃-D₁₃) 및 7세그멘트(U₁₃)를 조화있게 배치할 수 있음을 보여 주는 것이다.

따라서 본 발명에 의하면, 사용자의 입장에서 직접적인 확인이나 점검이 용이함을 알 수 있는 것이다.

Claims (2)

1. 과전류와 지락전류를 감지하도록 과전류를 감지하는 센싱과 지락전류를 감지하는 센싱회로와 상기 센싱회로의 출력신호를 발광다이오드(D₃-D₁₇)와 7세그멘트(U₁₃)에 표시토록 함에 있어서, 스위치(Sw₁-Sw₇)로 조절된 설정치에 의해 표시되도록, 상기한 센싱회로의 출력으로 나타나는 사인파신호는 어드레스칩(U_9,9)을 통해 드라이브용 버퍼(U₁₀)와 어드레스칩(U₈)에 공급되어 발광다이오드(D₃-D₁₀)를 점멸토록하며, 어드레스칩(U₁₂)에 발광다이오드(D₁₁-D₁₇)을 발광토록하며, 상기한 버퍼(U₁₀)의 출력과 드라이브용 버퍼(U₁₁)에 의해 7세그멘트(U₁₃)를 구동시켜 숫자로 표시토록되며, 상기한 사인파신호는 마이크로 콘트롤러 유니트의 상시 감시 시간과 과부하 트립시간, 단락 트립시간 및 지락 트립시간을 오실레이터와 분주회로를 통해 시켄스가 형성되도록 하는 것을 특징으로 하는 디지탈 다기능 릴레이.
2. 제1항에 있어서, 조절된 설정치는 절환스위치(Sw,Sw,Sw)로는 R,S,T상을 절환 스위치(Sw)는 과부하 트립시간, 스위치(Sw)는 단락전류설정, 스위치(Sw)는 지락전류트립, 스위치(Sw)는 결상에 대한 트립시간을 조정토록됨을 특징으로 하는 디지탈 다기능 릴레이.