KR0179874B1

KR0179874B1 - 회로 차단기의 과전류 차단 제어 장치 및 방법

Info

Publication number: KR0179874B1
Application number: KR1019960008526A
Authority: KR
Inventors: 신철호
Original assignee: 이종수; 엘지산전주식회사
Priority date: 1996-03-27
Filing date: 1996-03-27
Publication date: 1999-05-15
Also published as: KR970068079A

Abstract

본 발명은 회로 차단기의 과전류 차단 제어 장치 및 방법에 관한 것으로, 종래에는 최대상 판별, 실효치 및 평균치 연산 및 피크치 검출등을 하드웨어로 구현하기 때문에 회로가 복잡하고, 실효치 및 평균치를 과전류에 대하여 계산하므로 실제 입력 전류에 대한 오차율이 크게 되며, 지락 보호, 사전 경보 기능 및 가조정부의 기능이 단순하여 회로 차단의 안전성이 저하되는 문제점이 있다. 이러한 종래의 문제점을 개선하기 위하여 본 발명은 과전류 검출에 의한 반한시 특성을 제공하고 검출전류의 레벨을 판독하여 과전류 검출시 사전 경보를 발생시킴과. 아울러 트립 동작을 수행시키며 지락 발생 전류를 검출하여 지락 보호 기능을 수행함으로써 오차율을 줄여 회로 차단 동작의 안전성을 향상시킬 수 있도록 창안한 것이다.

Description

회로 차단기의 과전류 차단 제어 장치 및 방법

제1도는 종래의 과전류 차단 장치의 구성도.

제2도는 제1도에서 디지탈 변환 시점을 보인 타이밍도.

제3도는 제1도에서 피크 홀드부의 상세 회로도.

제4도는 제1도에서 최대상 판별부의 상세 회로도.

제5도는 제1도의 연산에 의한 실효치 또는 평균치의 파형도.

제6도는 본 발명의 과전류 차단 제어 장치의 구성도.

제7도는 제6도에서 지락 검출부의 상세 회로도.

제8도는 제6도에서 사전 경보부의 상세 회로도.

제9도는 제8도의 타이밍도.

제10도는 제6도에서 한 상의 전류에 대한 누적을 보인 예시도.

제11도는 본 발명의 과전류 차단을 위한 신호 흐름도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

201 : 전류 검출부 202 : 부담 회로

203 : 신호 변환부 204 : 상선택부

205 : 가조정부 206 : 가조정 선택부

207 : 신호 증폭부 208 : 마이크로 프로세서

209 : 지락 검출부 210 : 사전 경보부

211 : 경보 표시부 212 : 정전압부

213 : 순시 검출부 214 : 트립 구동부

215 : 트립부

본 발명은 회로 차단기의 제어에 관한 것으로 특히, 단수상 또는 복수상의 교류 전류에 발생하는 사고 전류를 검출하여 트립 시간 조정, 사전 경보 및 지락 보호 기능을 제공함으로써 사고를 미연에 방지하도록 하여 차단기의 안전성을 확보하도록 한 회로 차단기의 과전류 차단 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.

제1도는 종래의 과전류 차단 장치의 구성도로서 이에 도시된 바와 같이, 전원 라인(R,S,T)의 각 상에 흐르는 부하 전류를 변류기(CT1,CT2,CT3)에서 검출하여 그 검출 전류를 브릿지 다이오드(BD1,BD2,BD3)에서 전파 정류함에 의해 상기 브릿지 다이오드(BD1,BD2,BD3)의 정상의 전류파를 브로킹 다이오드(D1,D2,D3)를 각기 통해 전원부(108)에 전압원으로 출력하고 상기 브릿지 다이오드(BD1,BD2,BD3)의 역상의 전류파를 부담 회로(102)에 출력하는 전류 검출부(101)와, 상기 부담 회로(102)에서 변환된 각 상의 전압을 입력으로 하여 최대상을 판별, 선택하는 최대상 판별부(103)와, 이 최대상 판별부(103)의 출력을 입력으로 하여 평균치 및 실효치를 구하는 신호 변환부(104)와, 상기 브로킹 다이오드(D1,D2,D3)의 출력을 입력으로 하여 피크치를 홀드하는 피크 홀드부(107)와, 이 피크 홀드부(107)의 출력 및 상기 신호 변환부(104)의 출력을 입력으로 하여 디지탈 변환하는 아나로그/디지탈(A/D) 변환부(105)와, 이 아날로그/디지탈 변환부(105)의 출력을 입력으로 하여 각 상의 부하 전류의 평균치 또는 실효치의 연산을 수행하고 연산 결과에 따라 에스씨알(SCR)을 구동하여 트립부(110)의 트립 동작을 실행시키며 일정 시간마다 상기 피크 홀드부(107)를 리세트시키는 마이크로 프로세서(106)와, 상기 부담 회로(102)에 접속된 상기 브로킹 다이오드(D1∼D3)의 출력을 제너 다이오드(ZD1,ZD2)를 통해 입력으로 하여 순시 전압을 검출함에 의해 상기 에스씨알(SCR)을 구동하는 시한 발생부(109)로 구성된다.

상기 피크 홀드부(107)는 제3도에 도시된 바와 같이, 브로킹 다이오드(D1∼D3)의 출력을 버퍼링하는 증폭기(OP1)와, 이 증폭기(OP1)의 출력을 소정 레벨 증폭하여 상기 증폭기(OP1)의 반전 입력 및 아나로그/디지탈 변환부(105)에 출력하는 증폭기(OP2)와, 마이크로 프로세서(106)의 리세트 신호에 의해 상기 증폭기(OP1)의 출력을 접지시키는 트랜지스터(Q1)로 구성된다.

상기 최대상 판별부(103)는 제4도에 도시된 바와 같이, 부담 회로(102)의 R상 출력을 버퍼링하는 증폭기(OP3)와, 이 증폭기(OP3)의 출력을 소정 레벨 증폭하는 증폭기(OP4)와, 이 증폭기(OP4)의 출력일 소정 레벨 이상일 경우 턴온되는 트랜지스터(Q3)와, 이 트랜지스터(Q3)의 턴온에 의해 상기 증폭기(OP3)의 출력을 전송하는 전송 게이트(TG1)와, 부담 회로(102)의 S상 출력을 버퍼링하는 증폭기(OP5)와, 이 증폭기(OP5)의 출력을 소정 레벨 증폭하는 증폭기(OP6)와, 이 증폭기(OP6)의 출력일 소정 레벨 이상일 견우 턴온되는 트랜지스터(Q4)와, 이 트랜지스터(Q4)의 턴온에 의해 상기 증폭기(OP5)의 출력을 전송하는 전송 게이트(TG2)와, 부담 회로(102)의 T상 출력을 버퍼링하는 증폭기(OP7)와, 이 증폭기(OP7)의 출력을 소정 레벨 증폭하는 증폭기(OP8)와, 이 증폭기(OP8)의 출력일 소정 레벨 이상일 경우 턴온되는 트랜지스터(Q5)와, 이 트랜지스터(Q5)의 턴온에 의해 상기 증폭기(OP7)의 출력을 전송하는 전송 게이트(TG3)으로 구성된다.

이와같은 종래 장치의 동작 과정을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 전류 검출부(101)는 변류기(CT1,CT2,CT3)로 복수 상의 교류 선로(R,S,T)에 흐르는 부하 전류를 각기 검출하여 브릿지 다이오드(BD1,BD2,BD3)에서 전파 정류함에 의해 각 상의 부하 전류치에 대응하는 전압 레벨인 각 상의 아날로그 전압 신호를 출력하게 된다.

이때, 전류 검출부(101)는 브릿지 다이오드(BD1,BD2,BD3)의 전파 정류 파형중 역상의 전류파는 전압원으로 사용하기 위해 브로킹 다이오드(D1,D2,D3)를 통해 전원부(108)에 입력시키고 정상의 파형은 전압 신호원으로 사용하기 위해 부담 회로(102)에 입력되어 전압으로 변환된 후 최대상 판별부(103)에 입력시키게 된다.

그리고, 전류 검출부(101)의 각상의 출력은 인가된 브로킹 다이오드(D1∼D3)의 출력은 트립부(110)에 입력됨과 동시에 제너 다이오드(ZD1)(ZD2)에 인가되어 순시 전압을 시한 발생부(109)에 입력시키게 된다.

이에 따라, 최대상 판별부(103)는 부담 회로(102)를 통해 입력되는 각 상중 최대상을 판별, 선택하여 신호 변환부(104)에 출력하고, 피크 홀드부(107)는 브로킹 다이오드(D1∼D3)의 출력을 입력으로 하여 최대상의 피크치를 검출, 홀드시키게 된다.

이때, 신호 변환부(104)가 최대상 판별부(104)의 출력을 R,C 회로등에 의해 실효치 또는 평균치를 검출하면 아나로그/디지탈 변환부(105)가 피크 홀드부(107)의 출력 시점을 기준으로 상기 신호 변환부(104)의 출력을 디지탈 변환하여 마이크로 프로세서(106)에 입력시키게 된다.

즉, 아나로그/디지탈 변환부(105)는 제2도에 도시된 바와 같이, 피크 홀드부(107)의 출력이 로우가 되는 시점에서 신호 변환부(104)의 출력을 디지탈 변환하게 된다.

이에 따라, 마이크로 프로세서(106)는 아나로그/디지탈 변환부(105)의 출력에 대하여 순시 검출 연산을 수행하여 일정 시간이 경과하면 그 연산 결과에 따라 에스씨알(SCR)을 구동하여 트립부(110)가 차단기를 오프시키도록 하여 부하의 단락등에 의한 사고를 방지하게 한다.

이 후, 마이크로 프로세서(106)는 순시 검출 연산을 수행하여 트립 동작을 수행하고 피크 홀드부(107)를 리세트시키는데, 상기 피크 홀드부(107)의 리세트 동작은 일정 주기마다 행하게 된다.

또한, 순시 전압이 상당히 큰 값으로 입력되는 경우 브로킹 다이오드(D1∼D3)로 이루어진 오아 게이트를 통해 제너 다이오드(ZD1)(ZD2)에 인가되고 가장 큰 순시값이 제너 다이오드의 기준 전압보다 큰 경우 시한 발생부(109)가 과전류 상태로 판별하여 에스씨알(SCR)을 구동함에 의해 트립부(110)가 차단기를 오프시키도록 하여 사고를 미연에 방지하게 된다.

한편, 상기에서 제3도와 같은 피크 홀드부(107)는 비반전 단자에 입력된 증폭기(OP1)가 비반전 단자에 입력된 브로킹 다이오드(D1∼D3)의 출력을 버퍼링하면 증폭기(OP2)가 상기 증폭기(OP1)의 출력을 비반전 증폭하여 최대상의 피크치를 아나로그/디지탈 변환부(104)에 출력하게 된다.

이 후, 마이크로 프로세서(106)가 순시 검출 연산을 수행하면서 일정 주기마다 리세트 신호를 출력하면 피크 홀드부(107)는 트랜지스터(Q1)가 턴온되어 증폭기(OP1)의 출력을 접지시킴으로써 증폭기(OP2)의 출력을 크리어시키게 된다.

또한, 제4도와 같은 최대상 판별부(103)는 S상의 입력이 가장 크다고 가정하면 증폭기(OP5)(OP6)를 순차 통해 증폭된 신호가 다이오드(D5)를 통해 출력되어 다이오드(D4)(D6)가 오프되므로 증폭기(OP4)(OP8)의 출력이 로우가 된다.

이때, 증폭기(OP4)(OP8)의 로우 출력에 의해 트랜지스터(Q3)(05)가 턴오프 상태를 유지하므로 전송 게이트(TG1)(TG2)가 동작하지 않는다.

이에 따라, 증폭기(OP6)의 출력에 의해 트랜지스터(Q4)가 턴온되어 전송 게이트(TG2)가 동작하므로 S상의 신호를 입력으로 하는 증폭기(OP5)의 출력이 선택되어 신호 변환부(104)에 출력되어진다.

그리고, 상기의 마이크로 프로세서(106)는 아나로그/디지탈 변환부(105)의 디지탈변환 신호를 소정의 레지스터에 저장하고 그 디지탈 변환치를 사고 전류의 최대상에 대응하는 전류 신호(Im)에 대해 '(Im2)1/2'로 하여 변환하게 된다.

이때, 실효치(Im.RMS)는 아래의 식(1)과 같이 표시된다.

여기서, T = (2π/ω)m ω는 Im의 각주파수이다.

상기 식(1)은 아래의 식(2)과 같은 등가식으로 표시할 수 있다.

따라서, 마이크로 프로세서(106)는 검출 사고 전류에 대한 보장 특성을 실효치로 실현하기 위하여 A/D 변환치(Im2)의 평방근을 연산하여 실효치 또는 평균치를 얻는 것에 의해 트립 동작을 수행하게 된다.

여기서, 각 상의 신호에 대한 실효치 또는 평균치의 파형은 제5도에 도시된 바와 같다.

그러나, 종래에는 최대상 판별, 실효치 및 평균치 연산 및 피크치 검출등을 하드웨어로 구현하기 때문에 회로가 복잡하고, 실효치 및 평균치를 과전류에 대하여 계산하므로 실제 입력 전류에 대한 오차율이 크게 되는 문제점이 있다.

또한, 종래에는 지락 보호, 사전 경보 기능 및 가조정부의 기능이 단순하여 회로차단의 안전성이 저하되는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 종래의 문제점을 개선하기 위하여 과전류 검출에 의한 반한시 특성을 제공하고 검출 전류의 레벨을 판독하여 사전 경보를 발생시키며 지락 발생 전류를 검출하여 지락 보호 기능을 수행함으로써 오차율을 줄여 회로 차단 동작의 안전성을 향상시킬 수 있도록 창안한 회로 차단기의 과전류 차단 제어 장치 및 방법을 제공함에 목적이 있다.

이하, 본 발명을 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

제6도는 본 발명의 과전류 차단 제어 장치의 구성도로서 이에 도시한 바와 같이, 3상 전원이 공급되는 부하의 전류를 변류기(CT1,CT2,CT3)에서 검출하여 그 검출 전류를 브릿지 다이오드(BR1,BR2,BR3)에서 전파 정류함에 의해 정상 및 역상의 전류를 출력하는 전류 검출부(201)와, 이 전류 검출부(201)의 정상 전류를 입력으로 하여 소정 레벨의 전압(Vcc1)(Vcc2)을 출력하는 정전압부(212)와, 상기 전류 검출부(201)의 역상 전류를 전압으로 변환하는 부담 회로(202)와, 이 부담 회로(202)에서 변환된 역상의 전압을 정상 파형의 전압으로 변환하는 신호 변환부(203)와, 이 신호 변환부(203)의 출력을 순차적으로 선택하는 상선택부(204)와, 정격 전류, 단한시 전류, 단한시 시간, 순시 전류, 사전 경보 전류 및 지락 설정 시간과 같은 회로 차단의 기능을 설정하는 가조정부(205)와, 이 가조정부(205)의 설정 기능을 일정 주기마다 선택적으로 읽어 상기 상선택부(204)의 출력을 읽어 들이는 가조정 선택부(206)와, 이 가조정 선택부(206)의 출력을 일정 이득으로 증폭하는 신호 증폭부(207)와, 이 신호 증폭부(207)의 출력을 디지탈 변환한 후 최대상에 대한 실효치를 연산하여 과전류를 검출하는 경우 한시 신호, 상태 표시 신호 및 경보 신호를 출력하는 마이크로 프로세서(208)와, 전윈 라인에서 지락 전류를 검출하여 상기 마이크로 프로세서(208)에 입력시키는 지락 검출부(209)와, 상기 마이크로 프로세서(208)의 상태 표시 신호에 의해 경보를 표시하는 경보 표시부(211)와, 상기 마이크로 프로세서(208)의 경보 신호에 의해 과전류 상태에 따른 경보를 발하는 사전 경보부(210)와, 상기 신호 변환부(203)의 출력을 논리 합하여 그 논리 합신호가 상기 전원부(212)의 소정 기준 전압보다 큰 경우 상기 트립 신호를 출력하는 순시 검출부(213)와, 이 순시 검출부(213)의 트립 신호 및 상기 마이크로 프로세서(208)의 한시 신호에 의해 트립부(215)를 구동하여 회로를 차단하는 트립 구동부(214)로 구성한다.

상기 지락 검출부(209)는 제7도에 도시한 바와 같이, 유도 코일(ZCT)의 전류에 대한 전압을 소정 이득으로 비반전 증폭하는 증폭기(OP16)와, 전압(Vcc)을 분압하여 기준 전압을 발생시키는 저항(R45) 및 가변 저항(VR1)과, 이 저항(R45) 및 가변 저항(VR1)의 기준 전압보다 상기 증폭기(OP16)의 출력이 큰 경우 지자 신호를 하이로 하여 마이크로 프로세서(208)에 출력하는 비교기(CMP2)로 구성한다.

상기 사전 경보부(210)는 제8도에 도시한 바와 같이, 마이크로 프로세서(208)의 경보 신호에 의해 턴온,턴오프되는 트랜지스터(Q13)와, 이 트랜지스터(Q13)의 턴온에 의해 에스씨알(SCR1)을 구동시키는 포토 커플러(PC1)와, 상기 에스씨알(SCR1)이 동작하면 온되어 경보기를 동작시키는 릴레이(RY1)로 구성한다.

이와같이 구성한 본 발명의 동작 및 작용 효과를 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 3상 전원(R,S,T)이 인가된 전류 검출부(201)는 변류기(CT1∼CT3)가 소정 전류를 검출하면 브릿지 다이오드(BR1∼BR3)에서 전파 정류하여 정상 파형의 전류는 정전압부(212)에 입력시키고 역상 파형의 전류는 부담 회로(202)에 입력되어 접지 저항(R21∼R23)을 통해 신호 변환부(113)에 입력되어진다.

상기 부담 회로(202)는 접지 저항(R21∼R23)에 의해 전류 검출부(201)의 각상의 출력 전류를 전압으로 변환하게 된다.

이때, 신호 변환부(203)는 부담 회로(202)에서 변환된 각 상의 전압을 증폭기(OP11∼OP13)에서 각기 반전 증폭함에 의해 역상 파형의 신호를 정상 파형의 신호로 변환하여 순시 검출부(213) 및 상선택부(204)에 입력시키게 된다.

이에 따라, 상선택부(204)가 신호 변환부(203)의 출력 전압을 마이크로 프로세서(208)의 제어에 따라 순차적으로 읽어 가조정 선택부(206)에 입력시키게 된다.

이때, 가조정부(205)는 사용자에 의해 정격 전류, 단한시 시간, 단한시 전류, 순시 전류, 지락 시간 및 사전 경보등이 설정되어진다.

따라서, 가조정 선택부(206)가 상선택부(204)의 각 상의 선택값 및 가조정분(205)에서 사용자의 설정값을 읽어 신호 증폭부(207)에 입력시키면 증폭기(OP14)(OP15)에서 각기 소정 이득으로 증폭하여 마이크로 프로세서(208)에 입력시키게 된다.

여기서, 교류 전류의 전파 정류시 제로-크로스(zero-cross) 부분의 데이타는 상당히 작은 신호의 전류로서 아나로그/디지탈 변환시 많은 오차가 발생할 수 있으므로 이러한 작은 소신호는 증폭기(OP15)에서 4배의 이득으로 증폭하고, 입력 신호의 레벨이 큰 경우에는 증폭기(OP14)에서 1배의 이득으로 증폭하여 마이크로 프로세서(208)에 입력시키게 된다.

상기에서 가조정부(205)에 설정된 정격 전류, 단한시 시간, 단한시 전류, 순시 전류, 지락 시간 및 사전 경보 전류등의 사용자 설정값은 마이크로 프로세서(208)의 제어에 의해 가조정 선택부(206)가 일정 주기(0.1sec)마다 읽어 상기 마이크로 프로세서(208)에 입력시킴으로써 변경 여부를 판별하게 된다.

이때, 마이크로 프로세서(208)는 신호 증폭부(207)의 출력을 1주기당 제10도와 같이 33번의 샘플링을 수행하여 디지탈 변환한 후 그 디지탈 변환 신호를 누적하고 1 주기가 경과한 후 그 누적값을 비교하여 최대상을 판별하게 된다.

상기에서 샘플링 횟수는 사용자가 임의로 조정할 수 있다.

여기서, 마이크로 프로세서(208)는 신호 증폭부(207)에서 1배 증폭된 신호를 입력으로 하는 경우 4를 곱하여 상기 신호 증폭부(207)에서 4배의 이득으로 증폭된 신호의 레벨과 동일하게 되도록 한다.

이 후, 마이크로 프로세서(208)는 최대상으로 판별된 값을 아래와 같은 식으로 연산하여 실효치를 구함으로써 실제 전선에 흐르는 전류의 값을 산출하게 된다.

이때, 마이크로 프로세서(208)는 실효치(RMS) 연산에 의한 실제 전류값과 가조정부(205)의 설정값을 비교하여 각각의 트립 특성을 판별하게 된다.

이에 따라, 과전류값이 검출되면 마이크로 프로세서(208)는 반한시 특성을 갖는 전류값 및 시간을 계산하여 설정 시간이 되면 한시 신호를 트립 구동부(214)에 출력하여 트랜지스터(Q11)를 턴온시킴으로써 정전압부(212)의 전압(Vcc2)를 트립부(215)에 입력시켜 차단기를 오프시키게 된다.

만일, 순시 동작의 경우 마이크로 프로세서(208)는 3상의 각 전류를 샘플링할 때 마다 피크치를 검출하여 가조정부(205)의 순시 설정 전류와 비교함에 의해 트립 구동부(214)를 구동하여 트립부(215)가 차단기를 오프시키도록 한다.

한편, 지락 검출부(209)는 유도 코일(ZCT)에 변류기(CT)의 2차측 전류를 관통시켜 지락 사고 발생시 검출 전류를 저항(R42)에서 전압으로 변환하고 이 전압을 증폭기(OP16)가 저항(R43)(R44)에 의해 결정된 이득으로 증폭하면 비교기(CMP2)가 저항(R45)과 가변 저항(VR1)에 의한 기준 전압과 비교하게 된다.

이때, 비교기(CMP2)의 출력이 하이가 되면 마이크로 프로세서(208)는 지락 사고의 발생으로 판단하여 트립 구동부(214)에 한시 신호를 하이로 입력시키게 된다.

여기서, 가변 저항(VR1)을 조정하여 지락 설정 전류를 10%∼40%의 범위로 조절할 수 있다.

이에 따라, 트립 구동부(214)는 트랜지스터(Q11)가 턴온되어 정전압부(212)의 전압(Vcc2)이 트립부(215)에 입력됨으로써 차단기를 오프시키게 된다.

상기에서 마이크로 프로세서(208)는 신호 증폭부(207) 또는 지락 검출부(209)의 출력을 연산하여 과전류의 검출 또는 지락 사고의 발생을 판단하는 경우 제9도(a)에서 부하 전류가 70%∼110%의 범위에서는 제9도(b)와 같이 경보 표시부(211)에 1초 주기로 펄스인 상태 표시 신호를 출력함으로써 트랜지스터(Q12)를 턴온,턴오프시켜 엘이디(LED)를 온오프시키게 된다.

이 후, 부하 전류가 70%∼110%의 범위에서 소정 시간(40초)이 경과하면 마이크로 프로세서(208)는 경보 신호를 하이로 하여 사전 경보부(210)에 입력시키게 된다.

이때, 사전 경보부(210)는 트랜지스터(Q13)가 턴온되어 전류 흐름이 발생된 포토커플러(PC1)의 구동으로 에스씨알(SCR1)이 온되고 이 에스씨알(SCR1)이 온되어 전류 흐름이 발생한 릴레이(RY1)가 온되어진다.

이에 따라, 릴레이(RY1)의 온에 의해 경보기가 경보음을 출력하게 된다.

그리고, 순시 검출부(213)는 신호 변환부(203)의 각각의 출력이 다이오드(D1∼D3)로 이루어진 오아 게이트에서 합산되어 순시 최대상에 대한 피크치의 범위를 결정하는 제너 다이오드(ZD1)를 통해 비교기(CMP1)의 비반전 단자에 입력되고 정전압부(212)의 출력 전압(Vcc1)이 저항(R33)(R34)에서 분압되어 일정 기준 전압으로 상기 비교기(CMP1)의 반전 단자에 입력되면 상기 비교기(CMP1)는 비반전 단자의 입력 전압이 반전 입력 단자의 기준 전압보다 크게 되는 경우 즉, 상당히 큰 순시 전류값이 입력되는 경우 하이인 트립 신호를 트립 구동부(121)에 출력하게 된다.

상기에서 제너 다이오드(ZD1)는 다이오드(D1∼D3)에서 논리합된 전압이 기준 전압 레벨이상인 경우 무조건 순시로 동작하도록 하는 동작을 수행하는 것으로, 비교기(CMP1)의 단자 보호용으로 사용되어진다.

이에 따라, 트립 구동부(214)는 순시 검출부(213)에서 트립 신호가 하이로 입력되는 경우 다이오드(D14), 저항(R39)을 순차 통해 트립부(215)에 입력시킴으로써 차단기를 오프시키게 된다.

즉, 상기에서 과전류 및 사고 전류에 대한 회로 보호 동작은 제11도의 신호 흐름도와 동일한 과정으로 수행되며, 이러한 과정은 마이크로 프로세서(208)에 의해 제어된다.

이 제어 과정을 간략히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 초기화된 후 가조정 선택부(206)가 가조정부(205)의 사용자 설정값을 일정 주기마다 읽임과 아울러 상선택부(204)의 출력을 읽어 들이면 신호 증폭부(207)에서 소정 레벨로 증폭된 후 마이크로 프로세서(208)에 입력되어진다.

이때, 마이크로 프로세서(208)는 신호 증폭부(207)의 출력을 소정 횟수로 샘플링하여 피크치를 가조정부(205)의 순시 설정 전류와 비교하게 된다.

이에 따라, 샘플링에 의한 피크치가 순시 설정 전류보다 커서 순시 동작 레벨인 경우 마이크로 프로세서(208)는 트립 구동부(214)에 하이 신호를 출력하여 트립부(215)가 차단기를 오프시키게 된다.

그리고, 피크치가 순시 설정 전류보다 작은 경우 마이크로 프로세서(208)는 샘플링에 의해 디지탈 변환된 값을 누적하고 그 누적값중 최대값을 검출하여 실효치(RMS)를 연산하여 가조정부(205)의 설정값과 비교함에 의해 과부하인가를 판별함과 동시에 지락 검출부(209)의 출력을 점검하여 지락 사고 발생을 판단하게 된다.

따라서, 과부하가 아닌 경우 각상의 전류값을 읽는 동작을 반복하고 과부하인 경우 부하 전류가 소정 범위(70%∼110%)에서 소정 시간(40초)를 경과하면 트립 구동부(214)에 하이 신호를 출력하여 트립부(215)가 차단기를 오프시키게 한다.

상기에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명은 각상의 전류를 측정하여 최대상을 판별하고 그 최대상의 실효치로 실제 전류값을 구하여 사용자 설정값과 비교함에 의해 과전류를 검출하거나 지락 사고 전류를 사용자 설정값과 비교하여 지락 사고 발생을 판별하는 경우 트립 동작을 수행하고 동시에 사전 경보 기능을 수행함으로써 회로 차단기를 안전성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims

3상의 검출 전류를 전파 정류하여 정상 및 역상의 전류를 출력하는 전류 검출 수단과, 이 전류 검출 수단의 정상 전류를 입력으로 하여 소정 레벨의 전압(Vcc1)(Vcc2)을 출력하는 정전압 수단과, 상기 전류 검출 수단의 역상 전류를 전압으로 변환하는 부담 회로와, 이 부담 회로에서 변환된 역상의 전압을 정상 파형의 전압으로 변환하는 신호 변환 수단과, 이 신호 변환 수단의 출력을 순차적으로 선택하는 상선택 수단과, 정격 전류, 단한시 전류, 단한시 시간, 순시 전류, 사전 경보 전류 및 지락 설정 시간등을 설정하는 가조정 수단과, 이 가조정 수단의 설정 기능을 일정 주기마다 선택적으로 읽고 아울러 상기 상선택 수단의 출력을 읽어 들이는 가조정 선택 수단과, 이 가조정 선택 수단의 출력을 일정 이득으로 증폭하는 신호 증폭 수단과, 이 신호 증폭 수단의 출력을 디지탈 변환하여 최대상을 판별하고 그 최대상의 실효치로 과전류의 입력을 판별하여 과전류 입력의 경우 트립 동작을 수행시키는 제어 수단과, 전원 라인에서 지락 전류를 검출하여 상기 제어 수단에 입력시키는 지락 검출 수단과, 상기 제어 수단의 상태 표시 신호에 의해 엘이디(LED)를 온오프시켜 과전류 상태를 표시하는 경보 표시 수단과, 상기 제어 수단의 경보 신호에 의해 과전류 상태에 따른 경보를 출력하는 사전 경보 수단과, 상기 신호 변환 수단의 출력을 논리 합하여 그 논리 합신호가 상기 정전압 수단의 소정 기준 전압(Vcc1)의 분압보다 큰 경우 트립 신호를 출력하는 순시 검출 수단과, 이 순시 검출 수단의 트립 신호 및 상기 제어 수단의 한시 신호에 의해 트립부를 구동하여 회로를 차단하는 트립 구동 수단으로 구성한 것을 특징으로 하는 회로 차단기의 과전류 차단 제어 장치.
제1항에 있어서, 신호 증폭 수단은 작은 소신호의 경우 1배 증폭하여 제어 수단에 입력시키는 증폭기(OP14)와, 레벨이 큰 신호의 경우 소정 이득으로 증폭하여 상기 제어 수단에 입력시키는 증폭기(OP15)로 구성한 것을 특징으로 하는 회로 차단기의 과전류 차단 제어 장치.
제1항에 있어서, 지락 검출 수단은 유도 코일(ZCT)의 전류에 대한 전압을 소정 이득으로 비반전 증폭하는 증폭기(OP16)와, 전압(Vcc)을 분압하여 기준 전압을 발생시키는 저항(R45) 및 가변 저항(VR1)과, 이 저항(R45) 및 가변 저항(VR1)의 기준 전압보다 상기 증폭기(OP16)의 출력이 큰 경우 지락 신호를 하이로 하여 제어 수단에 출력하는 비교기(CMP2)로 구성한 것을 특징으로 하는 회로 차단기의 과전류 차단 제어 장치.
제1항에 있어서, 사전 경보 수단은 제어 수단의 경보 신호에 의해 턴온,턴오프되는 트랜지스터(Q13)와, 이 트랜지스터(Q13)의 턴온에 의해 에스씨알(SCR1)을 구동시키는 포토 커플러(PC1)와, 상기 에스씨알(SCR1)이 동작하면 온되어 경보기를 동작시키는 릴레이(RY1)로 구성한 것을 특징으로 하는 회로 차단기의 과전류 차단 제어 장치.
제1항에 있어서, 제어 수단은 신호 증폭 수단의 1배 증폭 신호는 4를 곱하여 4배 증폭 신호의 레벨과 동일하게 하여 샘플링되는 것을 특징으로 하는 회로 차단기의 과전류 차단 제어 장치.
제1항에 있어서, 제어 수단은 부하 전류가 소정 범위일 경우 과전류 상태를 표시하도록 경보 표시 수단에 상태 표시 신호를 출력하고, 상기 경보 표시 수단의 동작 상태에서 소정 시간이 경과하면 경보음을 출력하도록 사전 경보 수단에 경보 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 회로 차단기의 과전류 차단 제어 장치.
사용자 설정값 및 각상의 전류값을 읽어 소정 횟수 샘플링할 때마다 피크치가 순시 동작 레벨인지 판단하는 제1 단계와, 상기에서 순시 동작 레벨을 검출하면 트립 신호를 제공하여 순시 동작을 수행하는 제2 단계와, 상기에서 순시 동작 레벨이 아닌 경우 샘플링에 의한 디지탈 변환값의 누적값을 비교하여 최대상을 판별하고 그 최대상의 실효치를 구하여 사용자 설정값과 비교함에 의해 과부하 여부를 판단하는 제3 단계와, 상기에서 과부하로 판단하여 소정 시간이 경과하면 트립 동작을 수행하는 제4 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 회로 차단기의 과전류 차단 제어 방법.