KR100638635B1 - 누전차단기 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 전기회로의 개폐장치로 사용되는 누전차단기에 관한 것으로, 영상변류기(20)에 의해 검출되는 토탈 누전전류의 토탈 누전전압을 매개로 누전여부를 판단하여, 전원으로부터의 전력공급을 자동 차단하면서, 동기검파기(90)에 의해 동기검파된 순수 누전전류의 순수 누전전압을 매개로 누전여부를 판단하여, 전원으로부터의 전력공급을 자동 차단하는 2중 차단 방식이므로, 누전차단기의 오작동을 줄일수 있고, 누전 차단기능이 효과적으로 강화되어 안전성이 대폭 향상되는 효과가 있다.
Description
도 1은 종래 기술에 따른 누전차단기를 도시한 도면,
도 2는 본 발명에 따른 누전차단기의 제1실시예를 도시한 도면,
도 3은 도 2에 도시된 누전차단기의 응용예를 도시한 도면,
도 4는 본 발명에 따른 누전차단기의 제2실시예를 도시한 도면이다.
- 첨부도면의 주요 부분에 대한 용어 설명 -
10 ; 스위칭유닛, 11 ; 스위칭컨트롤러,
20 ; 영상변류기, 30 ; 증폭기,
40 ; 검파기, 50 ; 제어유닛,
51 ; 비교기, 52 ; 기준전압발생기,
53 ; 보조비교기, 54 ; A/D변환기,
55 ; 반도체소자, 60 ; 전력공급제어기,
70 ; 분압기, 80 ; 동기신호발생기,
90 ; 동기검파기, 100 ; 출력유닛.
본 발명은 전기회로의 개폐장치로 사용되는 누전차단기에 관한 것으로, 안전성이 보다 향상되어진 누전차단기에 관한 것이다.
주지된 바와 같이, 전기회로의 개폐장치로 사용되는 차단기는, 인체의 감전 사고 및 누전에 의한 화재를 방지하기 위한 목적으로 사용되는 누전차단기(ELB ; Earth Leakage Circuit Breaker)와, 합선에 의한 과대전류나 부하(기기,기계)의 과다 사용으로 인한 전류의 과다한 흐름을 차단하기 위한 목적으로 사용되는 배선용 차단기(NFC ; No Fuse Breaker)로 구분된다.
이중 누전차단기는 부하측의 누전에 의하여 지각전류가 발생하면 이를 검출하여 회로를 차단하는 방식을 취하고 있는 전류동작형 차단기로서, 영상변류기(ZCT ; Zero-phase current transformer)를 검출 기구로 사용하고 있는데, 이러한 종래 누전차단기는 도 1에 도시된 바와 같다.
도 1에 의하면, 종래 누전차단기는, 제어유닛(50)에 의해 작동 제어되어, 전기회로의 전력공급을 자동으로 차단하는 스위칭유닛(10)과 ; 전기회로의 누전전류를 검출하는 영상변류기(20) ; 영상변류기(20)로부터 입력되는 누전전류의 전압을 증폭하는 증폭기(30) ; 증폭기(30)로부터 입력되는 누전전류를 정류하고 평활처리 하여 누전전압을 발생하는 검파기(40) ; 누전여부 판단을 위한 기준전압을 발생하는 기준전압발생기(52)와, 검파기(40)로부터의 누전전압과 기준전압발생기(52)로부터의 기준전압을 비교해서 누전여부를 판단하여 스위칭유닛(10)의 작동을 자동 제어하는 비교기(51)로 구성되는 제어유닛(50) 및; 전기회로로부터 각 구성요소들로의 전력 공급을 제어하는 전력공급제어기(60)로 이루어진 구조를 이룬다.
이의 작동상태를 개략적으로 설명해 보면 다음과 같다.
상기 스위칭유닛(10)이 ON으로 접속되면, 전원으로부터 부하측으로 전류가 흐르게 된다. 이때, 전기회로가 정상이라면 영상변류기(20)에 발생한 자속은 서로 상쇄되므로, 전자기유도에 의한 누전전류는 검출되지 않는다. 반면, 전기회로가 비정상이라면 누전이나 과부하에 상응하는 만큼의 자속차이가 발생되므로, 전자기유도에 의해서 자속차이에 상응하는 누전전류가 영상변류기(20)로부터 출력된다.
전기회로가 비정상인 경우, 상기 영상변류기(20)에 의해 검출되어진 누전전류는 이후 증폭기(30)에 의해 증폭되어서 검파기(40)로 입력된다.
상기 검파기(40)는 증폭기(30)로부터 입력되는 누전전류를 정류하고 평활처리하여 누전전압을 발생하는데, 증폭기(30)로부터 입력되는 누전전류는 교류이고, 정류·평활처리된 누전전압은 누전전류의 평균전압으로 직류이다.
상기 기준전압발생기(52)는 누전여부 판단을 위한 기준전압을 발생하는데, 이러한 기준전압은 직류이며, 필요에 따라 임의로 변경될 수 있다
이러한 상태에서, 상기 비교기(51)는 검파기(40)로부터의 누전전압과 기준전압발생기(52)로부터의 기준전압을 비교해서 누전여부를 판단하여 스위칭유닛(10)의 작동을 자동 제어하고, 스위칭유닛(10)은 비교기(51)에 의해 작동 제어되어서 전기회로의 전력공급을 자동으로 차단한다.
그러나, 이러한 종래 누전차단기는, 영상변류기(20)에 의해 검출되어진 토탈 누전전류의 누전전압을 기준전압과 비교해서 전기회로의 누전여부를 판별하는 방식을 취하고 있어서, 누전차단기의 오작동이 초래되고, 안전성 향상이 제한되는 문제가 초래된다.
이에 대해서 보다 상세히 설명해 보면, 우선 영상변류기(20)에 의해 검출되는 누전전류는 누전저항에 의한 누전전류와, 부하를 구성하는 콘덴서에 의한 누전전류가 구별되지 않고 모두 합쳐진 누전전류이다. 참고로, 상기 콘덴서는 EMI나 EMC 등의 노이즈를 방지하기 위해서 부하의 접지라인에 설치되며, 콘덴서에 의한 누전전류는 인체의 감전 사고 및 누전에 의한 화재 발생에 큰 영향을 끼치지 못한다.
따라서, 콘덴서에 의한 누전전류를 반영하지 않고서 상기 기준전압발생기(52)의 기준전압을 낮추면, 누전차단기가 민감하게 반응하므로 안전성이 보장되지만, 누전이 아닌 경우에도 콘덴서의 누전전류에 의해서 누전차단기가 빈번하게 누전차단되는 문제가 초래된다. 반면, 콘덴서에 의한 누전전류를 충분히 반영해서 기준전압발생기(52)의 기준전압을 적절히 높이면, 콘덴서의 누전전류에 의한 누 전차단기의 오작동은 억제되지만, 누전차단기가 둔감하게 반응하게 되므로 안전성이 위협되는 문제가 초래된다.
이에 종래에는, 상기 기준전압발생기(52)의 기준전압을 결정함에 있어서, 누전차단기가 불필요하게 누전차단되지 않으면서 누전에 대한 안전성이 확보되도록, 콘덴서에 의한 누전전류를 감안해서 기준전압을 결정하고 있다.
따라서 종래에는, 누전차단기의 오작동을 억제하고 안전성을 향상시키는데 한계가 있을 수 밖에 없다.
이에 본 발명은 상기한 바와 같은 문제를 해소하기 위해서 발명된 것으로, 보다 안전하면서도 오작동되지 않는 누전차단기를 제공함에 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 제어유닛에 의해 작동 제어되어, 전기회로의 전력공급을 자동으로 차단하는 스위칭유닛과 ; 전기회로의 누전전류를 검출하는 영상변류기 ; 영상변류기로부터 입력되는 누전전류의 전압을 증폭하는 증폭기 ; 증폭기로부터 입력되는 누전전류를 정류하고 평활처리하여 누전전압을 발생하는 검파기 ; 검파기로부터의 누전전압을 기준전압과 비교해서 누전여부를 판단하여 스위칭유닛의 작동을 자동 제어하는 제어유닛 및; 전기회로로부터 각 구성요소들로의 전력 공급을 제어하는 전력공급제어기를 갖춘 누전차단기에 있어서, 상 기 전기회로의 전압을 분할하여 검출하는 분압기와, 분압기로부터의 검출전압을 구형파 동기신호로 변환하는 동기신호발생기 및, 증폭기로부터 입력되는 누전전류를 동기신호발생기로부터의 동기신호에 상응하게 동기 검파하고 정류·평활처리하여 순수 누전전압을 발생하는 동기검파기가 보강 구비되어 ; 상기 제어유닛이, 검파기로부터의 누전전압을 기준전압과 비교해서 누전여부를 판단하여 스위칭유닛의 작동을 자동 제어하면서, 동기검파기로부터의 순수 누전전압을 순수 기준전압과 비교해서 누전여부를 판단하여 스위칭유닛의 작동을 자동 제어하는 것을 특징으로 하는 구조로 되어 있다.
이하 본 발명을 첨부된 예시도면에 의거하여 상세히 설명한다.
도 2 내지 도 4는 본 발명을 도시한 도면으로서, 종래 기술을 도시한 도 1과 동일한 부위에는 동일한 참조부호를 붙이면서 그 설명은 생략하기로 한다.
도 2에 의하면, 본 발명에 따른 누전차단기는, 제어유닛(50)에 의해 작동 제어되어, 전기회로의 전력공급을 자동으로 차단하는 스위칭유닛(10)과 ; 전기회로의 누전전류를 검출하는 영상변류기(20) ; 영상변류기(20)로부터 입력되는 누전전류의 전압을 증폭하는 증폭기(30) ; 증폭기(30)로부터 입력되는 누전전류를 정류하고 평활처리하여 누전전압을 발생하는 검파기(40) ; 검파기(40)로부터의 누전전압을 기준전압과 비교해서 누전여부를 판단하여 스위칭유닛(10)의 작동을 자동 제어하면서, 동기검파기(90)로부터의 순수 누전전압을 순수 기준전압과 비교해서 누전여부를 판단하여 스위칭유닛(10)의 작동을 자동 제어하는 제어유닛(50) ; 전기회로로부 터 각 구성요소들로의 전력 공급을 제어하는 전력공급제어기(60) ; 전기회로의 전압을 분할하여 검출하는 분압기(70) ; 분압기(70)로부터의 검출전압을 구형파 동기신호로 변환하는 동기신호발생기(80) 및; 증폭기(20)로부터 입력되는 누전전류를 동기신호발생기(80)로부터의 동기신호에 상응하게 동기 검파하고 정류·평활처리하여 순수 누전전압을 발생하는 동기검파기(90)로 이루어진다.
도 2에 도시된 실시예의 경우, 상기 제어유닛(50)으로는, 누전여부 판단을 위한 기준전압과 순수 누전전압을 발생하는 기준전압발생기(52)와, 검파기(40)로부터의 누전전압과 기준전압발생기(52)로부터의 기준전압을 비교해서 누전여부를 판단하여 스위칭유닛(10)의 작동을 자동 제어하는 비교기(51) 및, 동기검파기(90)로부터의 순수 누전전압과 기준전압발생기(52)로부터의 순수 기준전압을 비교해서 누전여부를 판단하여 스위칭유닛(10)의 작동을 자동 제어하는 보조 비교기(53)로 이루어진 것을 적용하였다.
본 발명에 따른 누전차단기의 작동상태를 도 2를 참조하여 설명해 보면 다음과 같다.
상기 스위칭유닛(10)을 ON으로 접속하면, 전원으로부터 부하측으로 전류가 흐르게 된다.
이때, 상기 영상변류기(20)에 의해 검출되어진 누전전류는 이후 증폭기(30)에 의해 증폭되어서 검파기(40)로 입력되고, 검파기(40)는 증폭기(30)로부터 입력되는 누전전류를 정류하고 평활처리하여 누전전압을 발생한다. 상기 비교기 (51)는 검파기(40)로부터의 누전전압과 기준전압발생기(52)로부터의 기준전압을 비교해서 누전여부를 판단하여 스위칭유닛(10)의 작동을 자동 제어한다. 여기서, 상기 영상변류기(20)에 의해 검출되는 누전전류는 누전저항에 의한 누전전류와, 부하를 구성하는 콘덴서에 의한 누전전류가 구별되지 않고 모두 합쳐진 누전전류이고, 상기 검파기(40)는 이러한 영상변류기(20)의 누전전류를 그대로 취하여 정류·평활처리하므로, 기준전압발생기(52)의 기준전압은 콘덴서를 감안하여 상대적으로 높은 값을 취한다.
한편, 상기 동기검파기(90)는 증폭기(20)로부터 입력되는 누전전류를 동기신호발생기(80)로부터의 동기신호에 상응하게 동기 검파하고 정류·평활처리하여 순수 누전전압을 발생하고, 상기 보조비교기(53)는 동기검파기(90)로부터의 순수 누전전압과 기준전압발생기(52)로부터의 순수 기준전압을 비교해서 누전여부를 판단하여 스위칭유닛(10)의 작동을 자동 제어한다. 여기서, 상기 콘덴서의 경우에는 전류가 전압보다 90°앞서는 위상차를 가지고 있기 때문에, 증폭기(20)로부터 입력되는 누전전류를 동기신호발생기(80)로부터의 동기신호에 상응하게 동기 검파하고 정류·평활처리하면, 콘덴서에 의한 누전전류가 배제되어진 순수 누전전압이 발생된다. 따라서, 기준전압발생기(52)의 순수 기준전압은 안전성을 고려해서 상대적으로 낮은 값을 취한다.
본 발명에 따른 누전차단기는, 영상변류기(20)에 의해 검출되는 누전전류, 즉 콘덴서에 의한 누전전류가 합해진 토탈 누전전류를 매개로 누전여부를 판단하 여, 전원으로부터의 전력공급을 자동 차단하면서, 콘덴서에 의한 누전전류가 배제되어진 순수 누전전류를 매개로 누전여부를 판단하여, 전원으로부터의 전력공급을 차단하는 2중 차단 방식을 취하고 있어서, 누전차단기의 오작동을 줄이면서 안전성을 높일 수 있게 된다.
일예로, 상기 영상변류기(20)에 의해 검출되는 누전전류의 누전전압이 기준전압보다 작더라도, 동기검파기(90)에 의해 동기검파된 순수 누전전류의 순수 누전전압이 순수 기준전압보다 크다면, 스위칭유닛(10)이 OFF로 전환되어서 전원으로부터의 전력공급이 차단된다.
한편, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 제어유닛(50)에 의해 작동 제어되어, 누전차단기의 작동 상태를 외부로 출력하는 출력유닛(100)을 보강 설치하면, 사용자가 누전차단기의 작동상태를 손쉽게 인식할 수 있는 장점이 있다.
상기 출력유닛(100)으로는, 부져나 스피커와 같은 공지의 청각신호 발생기나, LED나 디스플레이 같은 공지의 시각신호 발생기를 적용할 수 있는데, 본 실시예의 경우에는, 보조비교기(53)에 의해 작동 제어되어 순수 누전전압의 레벨을 표시하는 LED와, 보조비교기(53)에 의해 작동 제어되어 경고음을 발하는 부져를 출력유닛(100)으로 적용하였다.
도 2 및 도 3은 아날로그 처리방식의 누전차단기를 도시하고 있는 반면, 도 4는 디지털 처리방식의 누전차단기를 도시하고 있다.
도 4에 따른 누전차단기는, 상기 제어유닛(50)이, 검파기(40)로부터의 누전전압과 동기검파기(90)로부터의 순수 누전전압을 디지털신호로 변환하는 A/D변환기(54)와 ; A/D변환기(54)를 통해 입력되는 검파기(40)로부터의 누전전압을 미리 저장된 기준전압과 비교해서 누전여부를 판단하고, A/D변환기(54)를 통해 입력되는 동기검파기(90)로부터의 순수 누전전압을 미리 저장된 순수 기준전압과 비교해서 누전여부를 판단하여, 스위칭유닛(10)의 작동을 자동 제어하는 반도체소자(55)로 이루어진 것을 특징으로 한다.
본 실시예의 경우, 상기 영상변류기(20)에 의해 검출되는 누전전류의 누전전압과 비교되는 누전전압과, 동기검파기(90)에 의해 동기검파된 순수 누전전류의 순수 누전전압과 비교되는 순수 기준전압은 반도체소자(55)에 미리 데이터 저장된다.
도 4에 도시된 디지털 처리방식의 누전차단기의 경우에도, 출력유닛(100)을 보강 설치해서, 사용자가 출력유닛(100)을 통해 누전차단기의 작동상태를 손쉽게 인식할 수 있도록 하였다. 이러한 경우, 상기 반도체소자(55)에 의해 작동 제어되는 LCD와 같은 디스플레이를 출력유닛(100)으로 적용해서, 사용자가 출력유닛(100)을 통해서 누전전류나 누전전압, 또는 순수 누전전류나 순수 누전전압의 수치를 문자형태로 직접 확인토록 할 수 있다.
본 발명은 상기한 바와 같은 실시예에 한정되지 않고, 이하의 청구범위를 벗어나지 않는 한도내에서 보다 다양하게 변형 실시될 수 있음은 물론이다.
이상 상기한 바와 같은 본 발명에 따르면, 영상변류기(20)에 의해 검출되는 토탈 누전전류의 토탈 누전전압을 매개로 누전여부를 판단하여, 전원으로부터의 전력공급을 자동 차단하면서, 동기검파기(90)에 의해 동기검파된 순수 누전전류의 순수 누전전압을 매개로 누전여부를 판단하여, 전원으로부터의 전력공급을 자동 차단하는 2중 차단 방식이므로, 누전차단기의 오작동을 줄일수 있고, 누전 차단기능이 효과적으로 강화되어 안전성이 대폭 향상되는 효과가 있다.
Claims (4)
- 제어유닛(50)에 의해 작동 제어되어, 전기회로의 전력공급을 자동으로 차단하는 스위칭유닛(10)과 ; 전기회로의 누전전류를 검출하는 영상변류기(20) ; 영상변류기(20)로부터 입력되는 누전전류의 전압을 증폭하는 증폭기(30) ; 증폭기(30)로부터 입력되는 누전전류를 정류하고 평활처리하여 누전전압을 발생하는 검파기(40) ; 검파기(40)로부터의 누전전압을 기준전압과 비교해서 누전여부를 판단하여 스위칭유닛(10)의 작동을 자동 제어하는 제어유닛(50) 및; 전기회로로부터 각 구성요소들로의 전력 공급을 제어하는 전력공급제어기(60)를 갖춘 누전차단기에 있어서,상기 전기회로의 전압을 분할하여 검출하는 분압기(70)와, 분압기(70)로부터의 검출전압을 구형파 동기신호로 변환하는 동기신호발생기(80) 및, 증폭기(20)로부터 입력되는 누전전류를 동기신호발생기(80)로부터의 동기신호에 상응하게 동기 검파하고 정류·평활처리하여 순수 누전전압을 발생하는 동기검파기(90)가 보강 구비되어 ; 상기 제어유닛(50)이, 검파기(40)로부터의 누전전압을 기준전압과 비교해서 누전여부를 판단하여 스위칭유닛(10)의 작동을 자동 제어하면서, 동기검파기(90)로부터의 순수 누전전압을 순수 기준전압과 비교해서 누전여부를 판단하여 스위칭유닛(10)의 작동을 자동 제어하는 것을 특징으로 하는 누전차단기.
- 제 1항에 있어서, 상기 제어유닛(50)은, 누전여부 판단을 위한 기준전압과 순수 누전전압을 발생하는 기준전압발생기(52)와, 검파기(40)로부터의 누전전압과 기준전압발생기(52)로부터의 기준전압을 비교해서 누전여부를 판단하여 스위칭유닛(10)의 작동을 자동 제어하는 비교기(51) 및, 동기검파기(90)로부터의 순수 누전전압과 기준전압발생기(52)로부터의 순수 기준전압을 비교해서 누전여부를 판단하여 스위칭유닛(10)의 작동을 자동 제어하는 보조 비교기(53)로 이루어진 것을 특징으로 하는 누전차단기.
- 제 1항에 있어서, 상기 제어유닛(50)은, 검파기(40)로부터의 누전전압과 동기검파기(90)로부터의 순수 누전전압을 디지털신호로 변환하는 A/D변환기(54)와 ; A/D변환기(54)를 통해 입력되는 검파기(40)로부터의 누전전압을 미리 저장된 기준전압과 비교해서 누전여부를 판단하고, A/D변환기(54)를 통해 입력되는 동기검파기(90)로부터의 순수 누전전압을 미리 저장된 순수 기준전압과 비교해서 누전여부를 판단하여, 스위칭유닛(10)의 작동을 자동 제어하는 반도체소자(55)로 이루어진 것을 특징으로 하는 누전차단기.
- 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어유닛(50)에 의해 작동 제어되어, 누전차단기의 작동 상태를 사용자가 인식할 수 있도록 외부로 출력하 는 출력유닛(100)이 보강되어진 것을 특징으로 하는 누전차단기.
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