KR100684972B1

KR100684972B1 - Ａｆｃｉ차단기의 전원회로

Info

Publication number: KR100684972B1
Application number: KR1020050087655A
Authority: KR
Inventors: 이상열; 조신연
Original assignee: 주식회사 헤코; 이소엽
Priority date: 2005-09-21
Filing date: 2005-09-21
Publication date: 2007-02-20

Abstract

AFCI 차단기의 전원회로는 아크 검출용 전류변환기(Current Transformer; CT)를 이용하여 회로 구동 전원을 얻기 위한 것이다. 본 발명은 교류(AC) 라인에 흐르는 전류의 차를 전압으로 변환하여 아크 발생을 검출하는 CT의 일측에 교류 라인의 상 도전선과 중립 도전선중 한 선을 일정회 감아, 그 감겨진 도전선에 의해 유도되는 전압을 정류 및 정전압하여 필요한 전원을 얻도록 구성된다. 따라서, 본 발명은 아크(Arc)성 노이즈나 라이트닝 서지(Lighting Surge) 등에 의한 오동작 발생을 방지할 수 있는 효과를 제공한다.

AFCI, CT, 전원

Description

ＡＦＣＩ차단기의 전원회로{ＡＦＣＩ Power Circuit}

도 1은 종래 AFCI차단기의 전원회로를 나타낸 회로도,

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 AFCI차단기의 전원회로를 나타내는 회로도,

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 AFCI차단기의 전원회로를 나타내는 회로도,

도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 AFCI차단기의 전원회로를 나타내는 회로도,

도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 AFCI차단기의 전원회로를 나타내는 회로도,

도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 AFCI차단기의 전원회로를 나타내는 회로도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

11 : 소스 12 : 부하

13,21 : CT 14,16,22 : 정류회로

15 : 전원차단기 23 : 정전압회로

31 : 지연회로

본 발명은 아크 결함을 차단할 수 있는 아크 결함 보호용 차단기(Arc Fault Circuit Interrupter; AFCI)에 관한 것으로서, 특히 회로 구동 전원을 교류(AC) 전원 라인 대신 아크 검출용 전류변환기(Current Transformer; CT)에서 얻도록 한 AFCI차단기의 전원회로에 관한 것이다.

일반적으로 화재나 감전 사고 예방을 위해서 가정에서는 배선용 차단기와 누전 차단기를 사용한다. 배선용 차단기는 전선을 보호하기 위한 목적에 사용되는 것이고, 누전 차단기는 사용자가 전기기기를 사용하는 중에 감전되었을 때 이를 회로적으로 감지하여 전원을 차단함으로써 사용자를 보호하기 위한 목적에 사용되는 것이다.

배선용 차단기와 누전 차단기가 설치되어 있음에도 불구하고, 전 세계적으로 매년 많은 화재가 발생하고 있는데, 이는 아크형 결함(Arcing type fault)이 발생하기 때문이다. 아크형 결함이 발생하는 원인은 예컨대, 노화, 절연 및 배선 파괴, 과사용 또는 과전류에 의한 기계적 및 전기적 스트레스, 연결 결함 및 절연과 배선에 대한 과도한 기계적 손상 등 매우 다양하다. 이러한 아크형 결합은 저전류 및 고임피던스이고, 차단기의 열적 문턱값(Thermal threshold) 이하의 평균 실효값(Root Mean Square; RMS)을 갖는 전류를 발생시키기 때문에 케이블 단절 장치가 결함에 반응하지 않게 되고, 그에 따라 화재가 발생하는 경우가 많아진다.

그래서, 아크 결함을 차단할 수 있는 아크 결함 보호용 차단기(AFCI)는 필수적으로 요구되고 있다. 아크 결함을 검출하여 이를 차단하는 종래 AFCI 차단기를 도 1에 도시하였다.

도 1은 종래 AFCI 차단기를 개략적으로 나타낸다.

도 1에 나타낸 종래 AFCI 차단기는, 소스(11)와 부하(12) 사이의 교류 전원 라인에 CT(13)가 연결된다. CT(13)는 교류 라인(AC Line)의 상 도전선(Hot)과 중립 도전선(Neutral; Neu)에 흐르는 전류 변화량을 검출하여 그 검출된 신호로부터 아크 발생 여부를 판단하게 된다. 즉, CT(13)는 전류의 시간에 따른 변화량을 전압 신호로 출력한다. CT(13)에서 출력되는 교류 전압신호는 정류회로(14)를 통해 직류 신호로 정류된다. 여기서, 정류회로(14)는 4개의 다이오드로 이루어진 브리지회로를 채용하였지만, 이에 한정되지는 않는다. 정류회로(14)에서 정류된 신호를 통하여 아크 결함 발생 여부를 판단하게 되며, 아크 결함이 발생한 경우에는 교류 라인(AC Line)에 연결된 전원차단기(15)를 작동시켜 소스(11)에서 부하(12) 측으로 인가되는 전원을 차단한다. 전원차단기(15)는 교류 라인의 상 도전선(Hot)과 중립 도전선(Neu)에 각각 스위치를 직렬 연결시켜 스위치의 절환 접속에 의해 전원이 차단되도록 한다.

한편, 부하(12)측 회로 구동 전원은 교류 라인(AC Line)에서 직접 인출하여 저항(R1)으로 분압하고, 정류회로(16)를 통해 정류하여 얻어낸다.

하지만, 교류 라인(AC Line)에서 직접 전원을 얻기 때문에 부하(12)측이 아닌 주위에서 발생한 아크신호(Arc Signal)가 유입되어 업-스트림(Up-stream)에 의 한 오동작이 빈번하게 발생된다. 또한, 교류 라인에 유입되는 라이트닝 서지(Lighting Surge)에 의해 비정상적인 트립(Trip)이 발생하여 오동작하기 쉬우며, 서지 대책 회로를 삽입시 제조원가가 상승하게 된다. 신호 유입을 필터링하기 위해 필터회로를 삽입할 수도 있지만, 이 경우 설치 공간의 제약이 따른다.

따라서, 본 발명의 목적은 전술한 문제점들을 해소하기 위하여, 회로 구동 전원을 교류 라인 대신 아크 검출용 전류변환기(CT)로부터 얻을 수 있도록 한 AFCI 차단기의 전원회로를 제공함에 있다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 AFCI 차단기의 전원회로는, 아크 검출용 전류변환기(CT)에서 검출된 신호에 따라 아크 발생 여부를 판단하여 전원을 차단시키는 AFCI 차단기에 있어서, 교류 전원이 공급되는 도전선이 일측에 일정회 감겨져 있는 CT와, 상기 CT의 일측에 감겨진 도전선으로부터 유도되는 교류 전압신호를 직류신호로 정류하기 위한 정류회로, 및 상기 정류된 신호를 정전압하여 부하측 각 회로의 필요한 구동 전원으로 공급하기 위한 정전압회로를 포함한다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 기술하기로 한다.

도 2는 본 발명에 따른 AFCI 차단기를 개략적으로 나타낸다. 도 2에 나타낸 AFCI 차단기는 도 1 종래 AFCI 차단기와 동일하게 구성되며, 그에 더하여 교류 라인(AC Line)의 상 도전선(Hot)이 일측에 일정회 감기는 변형된 CT(21), CT(21)의 일측에 감겨진 도전선으로부터 유도되는 교류 전압신호를 직류신호로 정류하는 정류회로(22), 및 정류회로(22)에서 정류된 신호를 정전압하여 필요한 회로 구동 전원을 출력하는 정전압회로(23)를 포함한다. 여기서, 도 1 구성과 동일한 구성에 대해서는 동일한 참조부호를 사용한다. 본 실시예에서는 상 도전선(Hot)을 CT(21)에 감았지만, 중립 도전선(Neu)을 감아도 무방하다.

이러한 구성을 갖는 도 2의 AFCI 차단기는 소스(11)측 교류 라인(AC Line)을 통해 120 Vac가 유입된다. 교류 전원 라인에 연결된 아크 검출용 전류변환기인 CT(21)는 라인상의 전류차를 전압으로 변환한다. 이때, CT(21)의 일측에 감겨져 있는 상 도전선(Hot) 또는 중립 도전선(Neu)에 의해 120 Vac 전압이 정류회로(22)쪽으로 유도된다. 정류회로(22)는 CT(21)에 의해 유도된 120 Vac를 직류(DC)형태로 정류한다. 여기서, 정류회로(22)는 4개의 다이오드로 이루어진 브리지회로를 채용하였지만, 이에 한정되지 않음은 당업자에게 자명하다. 정류회로(22)에서 정류된 전압은 정전압회로(23)에서 정전압되어 부하측 각 회로의 필요한 구동 전원으로 공급된다.

도 3은 도 2의 AFCI 차단기에 지연회로를 채용한 경우를 나타낸다. 도 3에 나타낸 AFCI 차단기는 도 2 본 발명의 AFCI 차단기와 동일하게 구성되며, 정류회로(22)와 정전압회로(23) 사이에 지연회로(31)를 더 포함하도록 구성된다.

도 3에서, 정류회로(22)에서 정류된 전압은 지연회로(31)의 저항(R2)과 커패시터(C3)에 의한 시정수(RC)ㄷ값만큼 시간지연된 후 복수개의 npn 트랜지스터(Q2,Q3)를 통해 뒷단의 정전압회로(23)로 출력된다. 지연회로(31)를 통해 필요로 하는 시간 만큼 지연을 주어 구동전원을 인가한다. 나머지 구성의 동작은 도 2와 동일하므로 더 이상의 구체적인 설명은 생략한다.

도 4는 본 발명에 따른 AFCI 차단기의 다른 실시예로, 이는 1개의 CT(21)를 이용하여 구동 전원과 아크 검출을 병행하도록 구성된다. 즉, 도 4에 보여진 AFCI 차단기는 CT(21)에 복수개의 정류회로(14,22)가 공통 연결되도록 구성된다.

도 4에서, CT(21)는 교류 전원 라인상에 흐르는 전류의 차를 전압으로 변환하여 정류회로(14)로 출력한다. 이때, CT(21)의 일측에 감겨진 도전선으로부터 유도되는 전압은 정류회로(22)로 출력된다. 정류회로(14)는 교류 전압신호를 직류신호로 정류하여 아크를 검출할 수 있도록 한다. 정류회로(22)는 유도전압을 정류하여 부하(12)측 회로 구동 전원으로 사용할 수 있도록 한다. 이는 1개의 CT(21)와 2개의 정류회로(14,22)를 사용하여 아크 검출과 동시에 회로 구동 전원을 얻을 수 있다.

도 5는 본 발명에 따른 AFCI 차단기의 또 다른 실시예로, 이는 1개의 CT(21)를 이용하여 구동 전원과 아크 검출을 병행하는 데 있어 도 4의 AFCI 차단기처럼 복수개의 정류회로(14,22)를 사용하지 않고 전원 정류 라인에 의해 아크 검출하도록 구성된다. 즉, 도 5에 보여진 AFCI 차단기는 정류회로(22)의 전원 정류 라인으로부터 아크 검출 라인(51)을 인출한다.

도 5에서, CT(21)는 교류 전원 라인상에 흐르는 전류의 차를 전압으로 변환하여 정류회로(14)로 출력한다. 이때, CT(21)의 일측에 감겨진 도전선으로부터 유도되는 전압은 정류회로(22)로 출력된다. 정류회로(22)는 유도전압을 정류하여 부 하(12)측 회로 구동 전원으로 사용할 수 있도록 한다. 이때, 정류회로(22)의 출력은 아크 검출 라인(51)을 통해 아크 발생 여부 판단하는 데 사용된다. 이는 1개의 CT(21)와 정류회로(22)를 사용하여 아크 검출과 동시에 회로 구동 전원을 얻을 수 있다.

도 6은 본 발명에 따른 AFCI 차단기의 또 다른 실시예로, 이는 아크 검출을 위한 CT(13)와 별개로 전원을 얻기 위한 CT(21)를 추가로 구성하는 형태를 갖는다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 AFCI 차단기의 전원회로는 교류 라인(AC Line) 대신 아크 검출용 전류변환기(CT)를 이용하여 필요한 회로 구동 전원을 얻도록 함으로써, 부하측에 연결된 전자기기가 동작하여야 만 CT가 동작하여 전원을 얻을 수 있어 기기 전원스위치가 오프된 상태에서 교류 라인에 유입되는 라이트링 서지 등의 아크성 여러 많은 신호로 인한 오동작 발생을 방지할 수 있는 효과를 갖는다.

Claims

아크 검출용 전류변환기(CT)에서 검출된 신호에 따라 아크 발생 여부를 판단하여 전원을 차단시키는 AFCI 차단기에 있어서,

교류 전원이 공급되는 도전선이 일측에 일정회 감겨져 있는 CT(21);

상기 CT(21)의 일측에 감겨진 도전선으로부터 유도되는 교류 전압신호를 직류신호로 정류하기 위한 정류회로(22); 및

상기 정류회로(22)에서 정류된 신호를 정전압하여 아크 발생 여부를 판단하는 회로에 필요한 구동전원을 공급하기 위한 정전압회로(23)를 포함하는 AFCI 차단기의 전원회로.
제 1항에 있어서, 상기 CT(21)는 교류 전원 라인의 상 도전선과 중립 도전선중 하나가 감기는 것을 특징으로 하는 AFCI 차단기의 전원회로.
제 1항에 있어서, 상기 정류회로(22)와 정전압회로(23) 사이에 연결되며, 상기 구동 전원을 시간 지연을 주어 인가하기 위한 지연회로(31)를 더 포함하는 AFCI 차단기의 전원회로.
제 1항에 있어서, 상기 정류회로는 구동 전원과 아크 검출이 병행되도록, 상기 CT(21)로부터의 유도전압과 CT(21)의 전류변화량에 따른 전압을 각각 정류하기 위한 복수개의 정류회로(14,22)인 것을 특징으로 하는 AFCI 차단기의 전원회로.
제 1항에 있어서, 상기 정류회로(22)에서 정류된 신호에 따라 아크 발생 여부를 판단하도록, 전원 정류 라인으로부터 아크 검출 라인(51)을 인출함을 특징으로 하는 AFCI 차단기의 전원회로.
제 1항에 있어서, 상기 CT는 교류 라인 상에 흐르는 전류의 차를 전압으로 변환하여 출력하는 아크 검출용(13)과, 도전선이 일정회 감겨 구동 전원을 유도하기 위한 전원 유도용(21) 각각을 구비하며,

상기 정류회로(22)는 각각의 CT(13,21)에 일대일 대응하게 연결됨을 특징으로 하는 AFCI 차단기의 전원회로.