KR100678437B1

KR100678437B1 - 오동작방지 회로를 구비한 누전차단기

Info

Publication number: KR100678437B1
Application number: KR1020050087342A
Authority: KR
Inventors: 김철우
Original assignee: 김철우
Priority date: 2005-09-20
Filing date: 2005-09-20
Publication date: 2007-02-02

Abstract

오동작방지 회로를 구비한 누전차단기에 관한 것으로, 누설전류를 감지하여 주전원을 차단시키도록 동작되는 누전 차단기에 있어서, 전원단자(H,N)에서 부하선로를 통해 대지로 흐르는 누설전류의 크기에 따른 자력의 변화로 누설전류를 감지하는 홀센서형 누전감지부(10), 전원단자(H,N)에 인가되는 과전압을 검출하는 과전압감지부(20), 미리 설정된 프로그램에 의하여 누전감지부(10)를 통해 흐르는 아날로그 누설전류 입력신호를 디지털 신호로 변환하여 누설전류의 설정량 및 누설전류파형의 주기를 비교하는 동시에 과전압감지부(20)를 통해 인가되는 과전압에 상응하는 주기값을 비교하여 실제 누전상태일 때에만 후단의 주전원 차단부(40)를 구동시키는 신호를 출력하는 누전차단 제어부(30)를 포함하는 구성을 마련한다.

상기와 같은 누전차단기를 이용하는 것에 의해, 서지와 실 누전을 보다 정확하게 구분하도록 하여 제품의 신뢰도를 향상시킬 수 있다.

서지, 뇌, 과전압, 홀센서, 누전

Description

오동작방지 회로를 구비한 누전차단기{earth leakage breaker having wrong operation protection circuit}

도 1은 본 발명에 따른 누전차단기의 오동작방지 회로구성도.

도 2는 본 발명에 따른 누전차단기오동작방지 회로에서 누전차단제어부의

동작흐름도.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

10: 누전감지부 20: 과전압감지부

30: 누전차단 제어부 40: 주전원차단부

50: 전원부

본 발명은 오동작방지 회로를 구비한 누전차단기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 기 공지된 기준시간펄스 지연방식이 아닌 실제누설전류의 파형과 뇌 서지에 의한 파형의 주기를 비교하는 방식을 채용하고 중앙처리장치(CPU) 내부의 프로그램에 의하여 1주기 이내에서 서지와 실 누전을 보다 정확하게 구분하도록 하여 제품의 신뢰도를 향상시키도록 하는 오동작방지 회로를 구비한 누전차단기에 관한 것 이다.

주지와 같이, 누전차단기는 누설전류를 감지하여 주전원을 차단시킴으로서 부하기기와 선로를 보호하는 장치이다.

그러나, 종래의 누전차단기는 실제 누설전류 이외에 낙뢰에 의한 뇌 전압이나 갑작스런 서지(surge) 전압이 입력되어도 이를 누설전류로 오인하여 누전차단기가 동작을 하여 정전의 피해가 발생되는 문제점이 있다.

상기한 누전차단기의 오작동의 원인을 대분 하면 두 종류로 분류된다.

첫째. 누설전류 감지기능을 하는 영상변류기가 유도성 코일로 구성되어있기 때문에 이로 인해 고주파 성 잡음(noise)이 유도되고 내부증폭회로에서 증폭이 되어 누전으로 인식되어 차단기가 동작하게 된다.

이 경우는 증폭회로의 잡음을 차단할 수 있는 공지기술의 보호 회로를 채용하여 다소 개선은 하였으나, 근거리에서 발생되는 강력한 잡음 등에는 오동작하게 되는 등, 근본적인 문제는 해결되지 않았다.

둘째. 누전차단기 오동작의 주된 요인인 외부에서 유입된 뇌 서지전압이 영상 변류기를 거쳐 부하기기의 방전경로를 통하여 방전이 되면서 발생되는 누전의 차단이다.

이와 같은 후자의 경우는 높은 전압에 주기는 불규칙적이어서 부하기기의 절연이 취약한 부분이나 필터용 콘덴서 등을 통하여 방전이 되면서 기기가 소손되고 전로가 차단되는 문제점이 있었다.

이러한 문제점을 해결하기 위한 방법의 일례가 대한민국 등록실용신안공보 20-0371933호, 20-0375233호 등에 개시되어 있다.

즉,누전차단기의 오동작 방지에는 상기 공보에 개시된 바와 같이 여러 가지의 방식이 있으나 주로 영상변류기에서 감지된 신호를 시간지연 펄스 방식으로 단발성인 서지와 지속적인 실제누전을 구분하고 있다.

이와 같은 전자의 방식으로는 지속적인 실제누전현상과 단발성인 서지전압 의 구분은 정확히 할 수는 있으나, 기준시간펄스 지연방식으로 지연시간이 필요하기 때문에 현재의 KS 표준규격에서 정한 누전차단시간이 누전감지에서 전원차단까지의 시간을 0.03초 이내(30mS, 약1,5주기)로 규정하고 있기 때문에 전자의 공지기술로는 이 규정을 만족할 수가 없었다.

본 발명의 목적은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 종래에 채용하던 기준시간펄스 지연방식이 아닌 누설전류파형의 주기비교방식을 채용하여 중앙처리장치(CPU) 내부의 프로그램에 의하여 1주기 이내에서 서지와 실 누전을 보다 정확하게 구분하여 뇌 서지 전압에는 차단되지 않고 실제 누전현상 발생시에만 차단되는 고 신뢰도의 누전차단기를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 누전차단기는 누설전류를 감지하여 주전원을 차단시키도록 동작되는 누전 차단기에 있어서, 전원단자(H,N)에서 부하선로를 통해 대지로 흐르는 누설전류의 크기에 따른 자력의 변화로 누설전류를 감지하는 누전감지부(10), 상기 전원단자(H,N)에 인가되는 과전압을 검출하는 과전 압감지부(20), 미리 설정된 프로그램에 의하여 상기 누전감지부(10)를 통해 흐르는 아날로그 누설전류 입력신호를 디지털 신호로 변환하여 누설전류의 설정량 및 누설전류파형의 주기를 비교하는 동시에 상기 과전압감지부(20)를 통해 인가되는 과전압에 상응하는 주기값을 비교하여 실제 누전상태일 때에만 후단의 주전원 차단부(40)를 구동시키는 신호를 출력하는 누전차단 제어부(30)를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명에 따른 누전차단기에 있어서, 상기 누전감지부(10)는 홀센서로 구성된 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명에 따른 누전차단기에 있어서, 상기 과전압감지부(20)는 가스방전관으로 구성되어 과전압 감지기능과 서지보호기능을 동시에 실행하는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명에 따른 누전차단기에 있어서, 상기 누전차단제어부(30)는 차단동작용 트립코일(TC)을 구동시키는 구동부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명에 따른 누전차단기에 있어서, 상기 누전차단제어부(30)는 누전신호 증폭, 신호변환, 기준신호와 비교 판단 기능을 하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명에 따른 누전차단기에 있어서, 상기 누전차단제어부(30)는 하나의 집적회로로 구성되는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명에 따른 누전차단기에 있어서, 뇌 서지전압이 유입되었을 때 과전압으로 인지할 수 있는 “0”점의 기준점이 되며 제어회로의 노이즈보호와 뇌 전 압의 방전경로인 접지단자를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 상기 및 그밖의 목적과 새로운 특징은 본 명세서의 기술 및 첨부 도면에 의해 더욱 명확하게 될 것이다.

이하, 본 발명의 구성을 도면에 따라서 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 누전차단기의 회로구성도를 나타낸 것이다.

도 1에 있어서, (10)은 홀센서(HS)로 구비하고 전원단자(H,N)를 통해 흐르는 전류의 크기에 따른 자력의 변화로 누설전류를 감지하는 누전감지부이고,(20)은 금속산화 바리스터(MOV)와 방전관(21)으로 구성되어 상기 전원단자(H,N)에 인가되는 과전압을 검출하는 과전압감지부이다.

(30)은 미리 프로그램에 의하여 설정된 기준파형에 의하여 상기 누전감지부(10)를 통해 흐르는 아날로그 누설전류 입력신호를 디지털 신호로 변환하여 누설전류의 설정량 및 누설전류파형의 주기를 비교하는 동시에 상기 과전압감지부(20)을 통해 인가되는 과전압에 상응하는 주기값을 비교하여 실제 누전상태일 때에만 후단의 주전원 차단부(40)를 구동시키는 신호를 출력하는 누전차단 제어부이다.

또, (21)은 상기 과전압감지부(20)를 통해 감지된 과전압에 의하여 턴.온되어 상기 누전차단 제어부(30)에 과전압을 입력하는 광 결합소자이며, TC는 상기 누전차단 제어부(30)에서 출력되는 구동신호에 따라 스위치를 작동시키는 트립코일이다.

또한, 누전차단 제어부(30)는 집적회로로 이루어지며, 이 누전차단 제어부 (30)의 각각의 구성 요소에 필요한 전원을 공급하기 위한 전원부(31), 누전감지부(10)에서 감지된 누설 전류 신호를 디지털 신호로 변환하는 A/D 변환기(32), A/D 변환기(32)의 출력 신호 및 광결합소자(21)에서의 출력신호와 미리 프로그램에 의하여 설정된 기준파형과를 비교 판단하는 제어부(33) 및 제어부(33)에서의 출력 값에 따라 트립코일을 구동시키는 구동부(34)를 구비한다.

또, 도 1에 있어서 E는 접지단자이고, H1,N1은 부하단자이다.

도 1에 도시된 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 누전차단기의 동작을 도 2를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

기본적으로 본 발명에 따른 뇌 서지 보호용 누전차단기는 뇌 서지 보호용으로서 누설전류 및 과전압 두 가지의 신호입력으로 차단 여부를 판단하는 것이다.

먼저 전원단자(H,N)를 통하여 누설전류가 유입되면, 누설전류감지부(10)내의 홀센서(HS)가 누설전류의 크기에 따라 자력이 변화하여 누설전류량에 따른 누설감지신호를 누전차단제어부(30)로 출력하게 된다.

누전차단제어부(30)에서는 누설감지신호가 입력되면 도 2에 도시한 바와 같이 파형정형을 실행한 후, 누설전류파형의 주기를 미리 설정된 주기값(16~17ms)과 비교하여 설정된 주기 값과 일치하게 되면 누설전류의 유입상태로 판단하여 그의 출력단에 신호를 출력하고, 이에 따라 주전원차단부(40)내의 트립코일(TC)을 구동시켜 평상시 온 상태인 주전원차단부(40)내의 스위치를 오프시키게 되므로 부하단자(H1,N1)로 인가되는 주전원을 차단하게 된다.

또한, 누전차단제어부(30)에서는 홀센서(HS)를 통해 감지된 아날로그 누설전 류 입력신호를 내부의 A/D 변환기(32)를 통해 디지털 신호로 변환한 후, 제어부(33)에서 누설전류 값을 미리 설정된 전류 값(30mA)과 비교하여 설정된 전류 값 이상이 되면 누설전류의 유입상태로 판단하여 전술한 바와 같이 그의 출력단에 신호를 출력하고, 이에 따라 주전원차단부(40)내의 트립코일(TC)을 구동시켜 평상시 온 상태인 주전원차단부(40)내의 스위치를 오프시키게 되므로 부하단자(H1,N1)로 인가되는 주전원을 차단하게 된다.

실제로, 상기한 누설전류의 파형은 정(+)과 부(-)의 주기가 동일하게 변화하는 교류(Alternating Current)이지만 뇌 서지전압은 직류성의 전압으로 부하차단기를 거쳐 부하기기에서 방전을 하면서 발생되는 방전파형이기 때문에 정(+)과 부(-)의 주기가 동일할 수가 없다는 것이 큰 차이점으로 이 현상을 근거로 미리 설정된 주기비교 프로그램에 의하여 뇌 서지파형과 실제 누설전류의 파형을 비교판단할 수 있다.

한편, 전원단자(H,N)를 통하여 과전압이 인가되면, 이 경우에는 과전압감지부(20)내의 가스방전관(21)이 방전되면서 발생된 빛으로 광결합소자를 턴.온시켜 과전압감지신호를 누전차단제어부(30)로 출력하게 된다.

여기서, 가스방전관(21)은 설정전압이상이 인가되면 방전이 되면서 유입된 뇌 서지전압을 대지로 방전을 시켜 부하기기를 보호하는 기능과 유입되는 전압의 크기를 감지하는 기능을 한다.

누전차단제어부(30)에서는 과전압감지신호가 입력되면 도 2에 도시한 바와 같이 파형정형을 행한 후, 제어부(33)에서 과전압에 상응하는 주기를 미리 설정된 주기값(16~17ms)과 비교하여 설정된 주기값과 일치하게 되면 과전압이 인가된 상태로 판단하여 구동부(34)를 구동시키고, 이에 따라 주전원차단부(40)내의 트립코일(TC)가 구동되어 평상시 온 상태인 주전원차단부(40)내의 스위치를 오프시키게 되므로 부하단자(H1,N1)로 인가되는 주전원을 차단하게 된다.

또, 본 발명에 있어서는 도 1에 도시된 구성에 누전차단기의 정상 동작 유무를 체크하기 위한 테스트 스위치를 부가하여 마련하여도 좋다.

즉, 본 발명은 위에 설명한 바와 같이 첫째로, 전원단자(H,N)를 통해 유입되는 누설전류를 전류의 크기에 따라 자력이 변화하는 원리를 이용한 누전감지부(10)내의 홀센서(HS)를 사용하여 누설전류를 감지하게 된다.

이와 같이 누설전류감지를 유도성 인덕턴스가 높은 기존의 영상변류기가 아니고 전류의 크기에 따라 자력이 변화하는 홀센서(HS)를 사용함으로서 누설전류의 오차를 없애고 누전차단기의 정확도를 향상시키며 외부의 잡음을 수신하지 않게 되므로 오작동의 원인을 제거할 수가 있다.

둘째로는 가스방전관(21)으로 구성된 과전압 감지부(20)에 의하여 입력되는 전원의 전압을 감지하는 기능으로 상용전압의 150% 이상의 전압이 인가되면 과전압으로 감지하는 기능과 함께 뇌 서지전압을 대지로 방전을 시켜 소멸시키는 서지보호기능을 동시에 하게 된다.

즉, 본 발명에 의한 누전차단기는 누설전류의 파형이 어떠한 경우에도 정(+)과 부(-)의 주기가 동일한 교류신호가 아니면 차단되지 않도록 하는 방식이 그 특징이라 할 수 있다.

이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니고 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 오동작방지 회로를 구비한 누전차단기에 의하면, 종래에 채용하던 기준시간펄스 지연방식이 아닌 누설전류파형의 주기비교방식을 채용하고 누설감지제어부 내부의 프로그램에 의한 기준파형과 비교하여 1주기 이내에서 서지와 실 누전을 보다 정확하게 구분하도록 하여 제품의 신뢰도를 향상시킬 수 있는 효과가 얻어진다.

Claims

누설전류를 감지하여 주전원을 차단시키도록 동작되는 누전 차단기에 있어서,

전원단자(H,N)에서 부하선로를 통해 대지로 흐르는 누설전류의 크기에 따른 자력의 변화로 누설전류를 감지하는 누전감지부(10),

상기 전원단자(H,N)에 인가되는 과전압을 검출하는 과전압감지부(20),

미리 설정된 프로그램에 의하여 상기 누전감지부(10)를 통해 흐르는 아날로그 누설전류 입력신호를 디지털 신호로 변환하여 누설전류의 설정량 및 누설전류파형의 주기를 비교하는 동시에 상기 과전압감지부(20)를 통해 인가되는 과전압에 상응하는 주기값을 비교하여 실제 누전상태일 때에만 후단의 주전원 차단부(40)를 구동시키는 신호를 출력하는 누전차단 제어부(30)를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 누전차단기.
제1항에 있어서,

상기 누전감지부(10)는 홀센서로 구성된 것을 특징으로 하는 누전차단기.
제1항에 있어서,

상기 과전압감지부(20)는 가스방전관으로 구성되어 과전압 감지기능과 서지보호기능을 동시에 실행하는 것을 특징으로 하는 누전차단기.
제1항에 있어서,

상기 누전차단제어부(30)는 차단동작용 트립코일(TC)을 구동시키는 구동부를 포함하는 것을 특징으로하는 누전차단기
제 1항에 있어서,

상기 누전차단제어부(30)는 누전신호 증폭, 신호변환, 기준신호와 비교 판단 기능을 하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 누전차단기.
제 1항에 있어서,

상기 누전차단제어부(30)는 하나의 집적회로로 구성되는 것을 특징으로 하는 누전차단기.
제 1항에 있어서,

뇌 서지전압이 유입되었을 때 과전압으로 인지할 수 있는 “0”점의 기준점이 되며 제어회로의 노이즈보호와 뇌 전압의 방전경로인 접지단자를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 누전차단기.