KR100825851B1 - 누전 차단기 - Google Patents

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KR100825851B1
KR100825851B1 KR1020070013148A KR20070013148A KR100825851B1 KR 100825851 B1 KR100825851 B1 KR 100825851B1 KR 1020070013148 A KR1020070013148 A KR 1020070013148A KR 20070013148 A KR20070013148 A KR 20070013148A KR 100825851 B1 KR100825851 B1 KR 100825851B1
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다카히로 구도
쇼우지 사사키
야스히로 다카하시
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후지 덴키 기기세이교 가부시끼가이샤
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Abstract

본 발명은 누전 테스트 회로가 제공되는 누전 차단기로서, 영상 변류기의 이차측에 제공된 연산 증폭기를 포함한 능동 필터 회로가 테스트 동작의 신뢰성을 향상시키기 위해 개선된다. 누전 차단기는 다상 교류 회로(1)의 누전 전류를 검출하는 영상 변류기(3), 누전 검출 회로(4), 누전 검출 회로(4)의 출력 신호에 의해 교류 회로(1)의 접속을 개방시키는 트리핑 디바이스(5), 테스트 스위치(6a)의 온 상태의 동작에 의해 누전을 모의 실험하기 위해 이루어진 테스트 전류 It를 공급하는 테스트 회로(6), 및 영상 변류기(3)와 누전 검출 회로(4) 사이에 제공되며, 영상 변류기(3)의 이차측 출력 전류 Is를 감도 설정 유닛(11)에서의 설정값에 대응하는 증폭 정도로 증폭시키도록 증폭 소자로서 연산 증폭기가 제공된 필터 및 증폭기 유닛(10)을 포함한다. 누전 차단기에서는, 연산 증폭기(10a)를 포함한 능동 필터 회로가 필터 및 증폭기 유닛(10)에 통합된다. 테스트를 행하는 경우, 테스트 오작동을 야기하는 노이즈와 오프셋 컴포넌트를 제거할 수 있도록, 능동 필터 회로는 로우 패스 필터 회로에서 밴드 패스 필터 회로로 스위칭된다.

Description

누전 차단기 {EARTH LEAKAGE BREAKER}
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 누전 차단기의 주요 회로의 구성을 도시한 회로도.
도 2는 도 1에 도시된 필터 및 증폭기 유닛에 포함된 능동 필터 회로의 세부 사항을 도시한 회로도.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 필터 및 증폭기 유닛에 포함된 능동 필터 회로의 세부 사항을 도시한 회로도.
도 4는 테스트 회로가 제공된 종래 누전 차단기 회로의 일례를 도시한 블록도.
도 5는 테스트 회로가 제공된 종래 누전 차단기 회로의 다른 예를 도시한 블록도.
도 6은 도 5에 도시된 전원 회로 및 테스트 회로의 세부 사항을 도시한 회로도.
도 7은 도 6에 도시된 영상 변류기의 이차측의 회로에 증폭기 유닛이 부가적으로 제공된 종래 누전 차단기 회로의 또 다른 예를 도시한 회로도.
<도면 부호의 간단한 설명>
1: 3상 교류 회로
2: 주요 회로 스위칭 콘택 디바이스
3: 영상 변류기
3a: 누전 검출 권선
3b: 테스트 권선
4: 누전 검출 회로
5: 트립 코일(트리핑 디바이스)
6: 테스트 회로
6a: 테스트 스위치
6b: 발진 회로
9: 전원 회로
10: 필터 및 증폭기 유닛
10a: 연산 증폭기
10b: 아날로그 스위치
11: 감도 설정 유닛
본 발명은 배전 계통에서 발생하는 누전을 검출하여 누전 사고를 미연에 방지하기 위한 누전 차단기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 누전 트리핑(tripping) 기능의 동작을 확인하기 위한 테스트 회로가 제공되는 누전 차단기에 관한 것이다.
잘 알려진 바와 같이, 누전 차단기는 누전 트리핑 기능의 동작을 확인하는 테스트 회로(예를 들어, 특허 문헌 1 참조)가 제공된다. 도 4는 테스트 회로가 제공된 종래 누전 차단기 회로의 일례로서 도시된, 특허 문헌 1에 개시된 회로의 블록도이다.
도 4에서, 참조 부호 1, 2 및 3은 각각 3상 교류(AC; alternating current) 회로, AC 회로(1)를 스위칭하는 주회로 스위칭 콘택 디바이스, 및 AC 회로(1)를 일차 권선(winding)으로 하여 AC 회로(1)의 누전 전류를 검출하는 영상(zero-phase) 변류기를 나타낸다. 참조 부호 4, 5 및 6은 각각 누전 검출 회로, 트립 코일(트리핑 유닛) 및 테스트 회로를 나타낸다. 누전 검출 회로(4)는 영상 변류기(3)의 누전 검출 권선(이차 권선)(3a)의 출력 전류로부터 AC 회로(1)의 누전이 발생했는지 여부를 판별하고, 누전 발생이 검출된 경우 트립 신호를 출력한다. 트립 코일(5)은 누전 검출 회로(4)의 출력 신호에 의해 주회로 스위칭 콘택(contact) 디바이스(2)를 개방시킨다. 테스트 회로(6)는 누전 트리핑 기능의 동작을 체크한다. 참조 부호 7, 8 및 9는 각각 AC 전원, AC 회로(1)에 접속된 로드 및 AC 회로(1)의 위상 간 전압을 정류하여 누전 검출 회로(4)에 전력을 공급하는 전원 회로를 나타낸다.
여기서, 테스트 회로(6)는 테스트 회로(6)에 흐르는 테스트 전류의 크기를 조정하기 위한 전류 제한 저항(6a) 및 누름 단추형의 테스트 스위치(6b)를 포함한다. 또한, 테스트 회로(6)는 영상 변류기(3)의 누전 검출 권선(3a)과 전자기적으로 결합되는 테스트 권선(3b)을 통해 3상 AC 회로(1)의 2개의 상 사이에 접속된다. 누 전 검출 회로(4)에는 3상 AC 회로(1)의 2개의 상 사이에 접속된 전원 회로(정류 회로, 9)를 통해 전력이 공급되도록 제공된다.
잘 알려진 바와 같이, 상기의 구성에서 AC 회로의 로드(8) 측에 누전(지락 사고 또는 누전 전류) 발생으로 인해 영상 변류기(3)의 일차 회로에서 불평형 전류가 흐르게 되면, 이 전류가 영상 변류기(3)에 의해 누전 전류로서 검출된다. 영상 변류기(3)의 이차측 출력이 누전 검출 권선(3a)으로부터 누전 검출 회로(4)에 입력된다. 누전 검출 회로(4)에서 검출된 누전 전류가 미리 설정된 임계값을 초과하면(정격 감도 전류에 대응하는 임계값), 누전 검출 회로(4)는 출력 신호를 발생시켜 트립 코일(5)에 인가한다. 이 인가된 신호에 기초하여, 트립 코일(5)은 스위칭 메커니즘을 트립하여 주회로 스위칭 콘택 디바이스(2)를 개방시키며, 이에 의해 AC 회로(1)가 차단되어 로드(8)를 누전으로부터 보호한다.
누전 차단기의 동작 테스트를 행하는 경우에는, 주회로 스위칭 콘택 디바이스(2)가 온인 상태에서 테스트 회로(6)의 누름 단추형 테스트 스위치(6b)가 온 상태가 되도록 동작된다. AC 회로(1)로부터 전류 제한 저항(6a)을 통해 영상 변류기(3)에 권선된 테스트 권선(3b)에 누전을 모의 실험하는 테스트 전류(누전 모의 전류) It를 공급시킨다. AC 회로(1)에 누전 전류가 흐르는 경우와 마찬가지로, 영상 변류기(3)가 이차측 출력을 발생시키도록 함으로써, 출력 전류 Is가 누전 검출 권선(3a)으로부터 누전 검출 회로(4)에 주어진다. 이에 기초하여, 누전 검출 회로(4)는 트립 신호를 출력하여 주회로 스위칭 콘택 디바이스(2)를 트립함으로써, AC 회로(1)를 차단시킨다. 이 테스트를 행하는 것에 의해, 영상 변류기(3), 누전 검출 회로(4) 및 트립 코일(5)을 포함한 트리핑 메커니즘이 정상적으로 기능하는지 여부를 체크할 수 있다.
한편, 보다 높은 보호 기능을 제공하는 누전 차단기를 요구하는 경향이 있다. 국제 규격(IEC)에서는, 누전 차단기에 결상(open-phase) 보호를 행할 수 있는 기능이 요구된다. 이러한 관점에서, 종래 구성으로 도 4에 도시된 누전 차단기에서는, 3상 AC 회로(1)가 안정적인 상태인 조건 하에 누전 차단 테스트가 정상적으로 행해질 수 있다. 그러나, 테스트 회로(6)가 연결되고 누전 검출 회로(4)가 접속되어 있는 3상 AC 회로(1)에 앞선 상에 결상이 있는 경우, 또는 정격 감도 전류 레벨 이하의 저레벨을 갖는 역위상 누전 전류가 생성되는 경우, 정상적인 누전 테스트가 행해질 수 없다는 문제점이 있다.
따라서, 이의 대안으로서, 본 발명자는 이전에 일본 공개특허 제2006-302601호에 누전 차단기에 대해 제안한 바 있다. 제안된 누전 차단기에서는, 3상 AC 회로의 모든 상으로부터 전기 전력이 공급되는 전원 회로가 테스트 회로 및 누전 검출 회로에 대한 전원으로 채용되어 있다. 이와 함께, 이 테스트 회로에서는, 발진 회로가 더 제공된다. 발진 회로는 (전력 주파수를 갖는) AC 회로(1)에서 결상이 발생하거나, 정격 감도 전류 이하의 누전 전류가 생성되는 경우에도 테스트가 적합하게 행해질 수 있도록, 전력 주파수와 상이한 주파수를 갖는 테스트 전류를 생성한다. 다음에서는, 회로를 도시한 블록도인 도 5와, 도 5에 도시된 전원 회로 및 테스트 회로의 세부 사항을 도시한 회로도인 도 6을 참조하여, 누전 차단기의 회로 구성 및 기능에 대한 설명이 이루어질 것이다.
즉, 도 5 및 도 6에 도시된 회로 구성에서는, 전원 회로(9)는 3상 AC 회로(1)의 모든 상의 라인에 접속된 3상 풀 웨이브(full wave) 정류 회로(9a), 정전압 전원 회로(9b) 및 평활 커패시터(9c)를 포함한다. 전원 회로(9)를 통해, 전력이 누전 검출 회로(4) 및 테스트 회로(6)에 공급될 것이다. 테스트 회로(6)에서는, 누름 단추형 테스트 스위치(6a)와 발진 회로(6b)가 조합된다. 테스트를 행하는 경우, 발진 회로(6b)는 전력 주파수(50Hz 또는 60Hz)와 상이한 주파수 밴드의 테스트 전류 It를 생성한다. 이 테스트 전류 It는 영상 변류기(3)의 테스트 권선(3b)에 공급되어, 테스트를 행한다. 상기의 구성에서는 전원 회로(9) 및 테스트 회로(6)를 채용함으로써, 3상 AC 회로(1)의 하나의 상에서 결상이 발생하는 경우에도, 또는 정격 감도 전류 이하의 미세 누전 전류가 생성되는 상태에서도, 누전 테스트가 정상적으로 행해질 수 있다.
제안(도 5 및 도 6)에 따른 누전 차단기로써, 도 4에 도시된 종래 누전 차단기와 비교하여 누전 테스트의 신뢰성이 개선되나, 여전히 실용면에서는 해결해야 할 다음의 문제점이 남아있다. 범용 누전 차단기에서는, 보호 목적 및 배전 계통의 보호 접지 저항의 크기와 같이 사용자측 조건에 따라 정격 감도 전류의 크기가 선택되고 설정될 수 있도록 감도 설정 유닛이 제공된다. 감도 설정 유닛에는 각각이 상이한 저항을 갖는 복수의 검출 저항이 제공된다. 각각의 검출 저항은 영상 변류기(3)의 이차 권선에 접속되어, 그것의 이차측 출력 전류를 그것의 저항값에 대응하는 전압으로 변환한다. 검출 저항의 접속은 적합한 검출 저항이 선택될 수 있도록, 설정된 정격 감도 전류의 크기에 따라 스위칭된다.
부가적으로, 상기의 누전 차단기의 테스트 동작에서, 테스트 전류 It는 영상 변류기(3)의 이차측에 설정된 감도(일반적으로, 최소 감도 전류와 최대 감도 전류 간에 10배 정도의 차이가 있음)에 대응하여 이루어진 크기로 테스트 회로(6)를 통해 테스트 권선(3b)에 공급되어야 한다. 그러나, 도 4 및 도 5에 도시된 회로 구성에서는, 테스트 전류 It의 크기가 전원 회로의 공급 전력 용량에 따른 특정 상수값에 제한된다. 따라서, 예를 들어 영상 변류기(3)의 이차측에 최소 감도로 설정되어 있는 누전 검출 감도로써 테스트가 행해지는 경우, 다음의 문제점이 있다. 영상 변류기(3)의 이차측으로부터 누전 검출 회로(4)에 공급되는 출력 전류 Is가, 누전 검출 회로(4)에서 설정된 임계값보다 적을 정도로 크기가 부족하여, 누전 테스트 기능의 정상 동작을 방해하는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명자는 상업화 발달 하에 다음의 시스템을 더 제안하였다. 이 시스템에서는, 영상 변류기의 이차측과 누전 검출 회로 사이에 증폭기 유닛이 제공된다. 증폭기 유닛은 유닛에 대한 전원으로서 전원 회로를 갖고, 테스트 스위치의 온 상태의 동작시 영상 변류기로부터 누전 검출 회로에 공급되는 이차측 출력 전류의 증폭 제어를 행한다. 증폭 정도가 이차측 출력 전류의 크기를 설정된 누전 검출 감도에 대응하는 크기로 되게 할 수 있을 정도로 이차측 출력 전류가 증폭되도록 제어가 행해진다. 이는 예를 들어, 누전 차단기의 최저 누전 검출 감도가 선택되어 사용되는 경우에도, 누전 테스트가 정상적으로 행해질 수 있도록 한다.
도 7은 도 6에 도시된 영상 변류기의 이차측의 회로에서 상기의 증폭기 유닛이 부가적으로 제공된 종래 누전 차단기 회로의 예를 도시한 회로도이다. 도 7에 도시된 회로에서는, 영상 변류기(3)의 이차측의 회로에서, 증폭 소자로서 연산 증폭기(10a)를 갖는 필터 및 증폭기 유닛(10)이 새로 부가적으로 제공된다. 누전 테스트를 행하는 경우, 필터 및 증폭기 유닛(10)의 증폭 정도(이득)는 감도 설정 유닛(11)에서 선택되어 설정된 감도(정격 감도 전류의 크기가 사용자 측에서 선택되어 설정됨)에 대응하는 증폭 정도로 다양하게 조정된다. 테스트 스위치(6a)가 온 상태로 동작되는 경우, 누전 검출 권선(3a)으로부터 출력된 출력 전류 Is는 후술된 필터 및 증폭기 유닛(10)의 증폭기를 통해 이후의 단계에서 누전 검출 회로(4)에 공급되게 한다.
여기에서, 필터 및 증폭기 유닛(10)에서는, 증폭 소자로서 제공된 연상 증폭기(10a)와 함께 능동 필터 회로(다중-루프 피드백형 로우 패스 필터)로서 어셈블된 반전 증폭기가 형성된다. 능동 필터로서 어셈블되어 있는 반전 증폭기에 대하여, 반전 입력 단자에, 그리고 연상 증폭기(10a)의 피드백 회로에서는, 수동 필터 소자(주파수 의존 임피던스)로서 저항(R1 내지 R3) 및 커패시터(C)가 외부에 부가된다. 반전 증폭기와 함께, 증폭 정도를 조정하기 위한 입력 저항(R4 내지 R6) 및 입력 저항(R4 내지 R6)의 접속을 선택적으로 스위칭하기 위한 아날로그 스위치(10b)가 더 조합되어 필터 및 증폭기 유닛(10)을 형성한다. 또한, 아날로그 스위치(10b)는 테스트 스위치(6a)의 온 상태 동작에 의해 주어진 제어 신호를 수신함에 의해 활성화 상태가 된다. 동시에, 아날로그 스위치(10b)는 입력 저항(R4 내지 R6)으로부터 감도 설정 유닛(11)에서 설정된 감도에 대응하는 저항을 갖는 하나의 입력 저항을 선택하고, 선택된 입력 저항을 연산 증폭기(10a)에 접속시킨다.
이어서, 상기의 회로 구성을 갖는 누전 테스트에서의 동작에 대해 설명이 이루어질 것이다.
(1) 테스트 스위치 오프[비테스트(non-test)시]
이 상태에서, 테스트 회로(6)의 발진 회로(6b)는 입력 저항(R4 내지 R6)의 어느 하나도 회로에 접속되어 있지 않으며 필터 및 증폭기 유닛(10)의 아날로그 스위치(10b)가 비활성인 정지 상태에 있다. 따라서, 증폭기의 증폭 정도 A는 A=R2/R1로서 주어진다.
(2) 테스트 스위치 온(테스트시)
누전 테스트에서 테스트 스위치(6a)의 온 상태 동작은 테스트 전류(It)를 발진 회로(6b)로부터 영상 변류기(3)의 테스트 권선(3b)에 공급시킨다. 이와 함께, 필터 및 증폭기 유닛(10)의 아날로그 스위치(10b)는 활성화되고, 동시에 감도 설정 유닛(11)에서 설정된 감도에 대응하는 저항을 갖는 하나의 입력 저항이, 저항(R1)에 병렬로 접속되어 있는 입력 저항(R4 내지 R6)으로부터 선택된다. 이는 선택된 저항의 저항을 Rx로 하여, 증폭기[연산 증폭기(10a)]의 증폭 정도 A를 A=R2× (R1+Rx)/(R1× Rx)로서 제공한다. 여기서, 입력 저항(R4 내지 R6) 각각의 저항값은 누전 검출 감도의 설정값 각각에 대응하여 적합하게 결정되어 이루어진다. 따라서, 영상 변류기(3)의 이차측으로부터 필터 및 증폭기 유닛(10)을 통해 누전 검출 회로(4)에 입력된 전류 Is는 누전 검출 회로(4)에서 미리 설정된 임계값을 초과하는 값을 가지도록 증폭될 수 있다. 이는 예를 들어 누전 차단기의 누전 검출 감도가 최저값으로서 선택되어 있는 경우에도, 테스트가 정상적으로 행해질 수 있게 한다. 또한, 테스트 전류의 주파수와 매칭하여 설정된 주파수 특성을 갖는 연산 증폭기(10a)를 사용함으로써 능동 로우 패스 필터가 어셈블된다. 이는 연산 증폭기(10a)에서 발생된 노이즈(테스트 전류보다 높은 주파수 범위를 가짐)가 연산 증폭기(10a)의 출력에 중첩되며 이후의 단계에서 누전 검출 회로(4)에 입력되는 것을 억제하고, 이 노이즈가 잘못된 입력이 되어 야기되는 누전 검출 회로(4)의 오작동을 방지한다.
[특허 문헌 1] 일본 특허 제2003-45312호 (도 1)
그러나, 도 7에 도시된 회로 구성은 테스트의 동작 신뢰성을 확보하는 데 있어서 여전히 다음의 문제점이 남아 있다. 즉, 필터 및 증폭기 유닛(10)에서 증폭 소자로서의 연산 증폭기(10a)는 오프셋 전압[직류(DC) 컴포넌트]을 생성하는 문제점을 갖는다. 오프셋 전압에 대하여, 도 7에 도시된 회로의 능동 필터는 고주파수 밴드의 노이즈를 컷팅할 수 있으나, DC 컴포넌트의 오프셋 전압을 제거할 수 없어 컴포넌트가 연산 증폭기(10a)의 출력에 중첩된다. 따라서, 필터 및 증폭기 유닛(10)의 증폭 정도가 증가되어 누전 테스트가 행해지는 경우, 누전을 모의 실험하는 어떤 테스트 전류도 주어지지 않은 경우에도, 높은 증폭 정도로 증폭된 오프셋 전압이 잘못 입력되어 누전 검출 회로(4)의 오작동을 야기한다. 이는 누전 검출 회로의 잘못된 트리핑 동작 가능성이 있어 테스트 동작의 신뢰성을 감소시킨다.
본 발명은 전술한 점을 고려하여 이루어지며, 상기 문제점을 해결하여 테스트 신뢰성을 개선하도록 배열된 누전 차단기를 제공하는 것을 목적으로 한다. 상기 문제점을 해결하기 위하여, 도 7의 회로 구성에 기초하여, 영상 변류기의 이차측 회로에 삽입된 연산 증폭기로 어셈블된 능동 필터를 개선하여, 필터의 주파수 특성을 차단기가 테스트 중인지 아닌지의 여부에 따라 변화될 수 있게 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따르면, 교류 회로를 개페하는 스위칭 콘택 디바이스; 교류 회로의 누전 전류를 검출하는 영상(zero-phase) 변류기로서, 상기 영상 변류기는 모의 누전 전류가 공급되는 테스트 권선을 갖는 것인, 영상 변류기; 누전 검출 감도의 설정을 위해 영상 변류기의 이차측에 접속된 누전 검출 감도 설정 유닛; 영상 변류기의 이차측의 출력으로부터 교류 회로의 누전 발생 유무를 판정하고, 누전이 발생한 경우 신호를 출력하는 누전 검출 회로; 누전 검출 회로의 출력 신호를 수신함에 의해 스위칭 콘택 디바이스를 개방시키는 트리핑 유닛; 발진 회로 및 테스트 스위치가 제공되는 테스트 회로로서, 상기 발진 회로는 전력 주파수와 상이한 주파수로 설정되는 주파수를 갖는 모의 누전 전류를 발생시키고, 상기 테스트 스위치는 온 상태로 되어있는 경우 영상 변류기의 테스트 권선에 모의 누전 전류를 공급하는 것인, 테스트 회로; 및 영상 변류기의 이차측과 누전 검출 회로 사이에 제공된 증폭 유닛으로서, 증폭 소자로서 제공된 연상 증폭기와 그것의 외부에 부가된 수동 필터 소자를 통합한 능동 필터 회로를 갖고, 영상 변류기의 이차측으로부터 누전 검출 회로에 공급된 출력 전류를 증폭시켜, 설정된 누전 검출 감도에 대응하는 크기로 제공하는 것인, 증폭 유닛을 포함하는 누전 차단기가 제공된다. 이 누전 차단기에서, 증폭 유닛은 능동 필터 회로를, 평상시에 형성되는 로우 패스 필터 회로와 테스트시에 형성되는 밴드 패스 필터 회로 사이에 서 스위칭하는 필터 회로 스위칭 유닛이 제공되어야 한다(청구항 1). 차단기는 다음과 같이 구현될 수 있다.
(1) 연산 증폭기를, 로우 패스용 필터 소자, 로우 패스용 필터 소자와 함께 밴드 패스 필터 회로를 형성하는 밴드 패스용 필터 소자 및 밴드 패스용 필터 소자를 로우 패스용 필터 소자에 접속시켜 밴드 패스 필터 회로를 형성하는 필터 회로 스위칭 유닛과 조합함에 의해 능동 필터 회로가 형성된다(청구항 2).
(2) 상기 (1)의 차단기에서, 각각 밴드 패스용 필터 소자 및 밴드 패스용 필터 소자를 로우 패스용 필터 소자에 접속시키는 필터 회로 스위칭 유닛을 포함하는 두 개의 조합이 능동 필터 회로를 로우 패스 필터 회로와 밴드 패스 필터 회로 사이에서 스위칭하도록 제공된다(청구항 3).
다음에서는, 첨부된 도면에 도시된 예에 기초하여 본 발명의 실시예가 설명될 것이다. 각각의 예를 도시한 도면에서, 도 7의 구성 요소에 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 부호 및 기호로 나타내고, 그에 대한 설명은 생략한다.
[제1 실시예]
본 발명의 제1 실시예가 도 1 및 도 2에 도시된다. 도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 누전 차단기의 주요 회로의 구성을 도시한 회로도이다. 도 2는 도 1에 도시된 필터 및 증폭기 유닛(10)에 통합된 능동 필터 회로의 세부 사항을 도시한 회로도이다. 도면의 단순화를 위해, 도 7에 도시된 증폭 정도를 조정하기 위한 입력 저항의 도시는 생략된다.
도 2에서, 증폭 소자로서 연산 증폭기(10a)를 갖는 필터 및 증폭기 유닛(10)의 회로에서는, 다중 루프 피드백형 로우 패스 필터의 회로가 형성된다. 다중 루프 피드백형 로우 패스 필터 회로에서는, 로우 패스용 필터 소자로서 저항(R1 내지 R3) 및 커패시터(C1 및 C2)가 연산 증폭기(10a)의 외부에 부가된다. 이에 부가적으로, 연산 증폭기(10a)의 반전 입력 단자측에서는, 저항(R4), 커패시터(C3) 및 아날로그 스위치(10b)의 직렬 접속이 저항(R1)에 병렬로 배열된다. 저항(R4) 및 커패시터(C3)는 밴드 패스용 필터 소자이며, 아날로그 스위치(10b)가 폐쇄될 때 밴드 패스용 필터를 로우 패스용 필터 소자에 접속시킨다. 따라서, 테스트를 행할 때, 밴드 패스용 필터 소자와 로우 패스용 필터 소자는 밴드 패스 필터 회로를 형성하도록 조합된다. 도 7에 도시된 회로와 마찬가지로, 아날로그 스위치(10b)는 테스트 스위치(6a)에 연계되어, 테스트 스위치(6a)가 온 상태로 동작되는 경우 활성화되어 밴드 패스용 필터 소자를 로우 패스용 필터 소자에 접속시킨다. 테스트를 행하지 않은 경우에는, 아날로그 스위치(10b)가 오프되어 밴드 패스용 필터 소자를 밴드 패스 필터 회로로부터 접속이 끊어지도록 한다.
이어서, 회로에 있어서 테스트시 및 비테스트시인 경우, 회로의 각각의 주파수 특성에 대한 설명이 이루어질 것이다.
(1) 테스트 스위치 오프(비테스트시)
이 상태에서는, 테스트 회로(6)의 발진 회로(6b)가 동작 중이고, 필터 및 증폭기 유닛(10)의 아날로그 스위치(10b)는 그것의 접속이 오프이며 비활성화된다. 따라서, 연산 증폭기(10a)로 어셈블된 능동 필터는 로우 패스 필터로서 기능하여, 고주파수 밴드의 노이즈 컴포넌트가 연산 증폭기(10a)의 출력에 중첩되는 것을 방지하며, 이에 따라 높은 누전 검출 특성을 확보하며 AC 회로의 누전 보호가 행해지도록 한다.
(2) 테스트 스위치 온(테스트시)
누전 테스트에서 테스트 스위치(6a)의 온 상태 동작은 도 7에 도시된 회로에 대하여 설명된 바와 같이, 필터 및 증폭기 유닛(10)의 증폭 정도를 감도 설정 유닛(11)에서 설정된 감도에 대응하는 증폭 정도로 조정시킨다. 이 상태에서, 영상 변류기(3)의 이차측 출력은 누전 검출 회로(4)에 입력된다. 동시에, 도시된 아날로그 스위치(10b)는 활성화 상태(온으로 접속)로 들어가 밴드 패스용 필터 소자[저항(R4) 및 커패시터(C3)]를 로우 패스용 필터 소자[저항(R1 내지 R3) 및 커패시터(C1 내지 C3)]에 접속시킨다. 이는 능동 필터 회로가 로우 패스 필터 회로에서, 발진 회로(6b)로부터 공급된 테스트 전류 It의 주파수 범위에 대응하는 주파수 범위를 패스 범위로 하는 밴드 패스 필터 회로로 변하도록 한다. 따라서, 테스트 전류 It의 주파수 범위보다 더 높은 주파수 범위를 갖는 노이즈 컴포넌트와 저주파수 범위의 오프셋 컴포넌트의 둘 다가 제거된다. 이로 인해 테스트가 행해질 때 증폭 정도가 증가되어 있는 경우에도, 연산 증폭기(10a)에서 생성된 오프셋 전압으로 인한 잘못된 신호 때문에 누전 검출 회로의 오작동이 발생하는 것을 방지하며, 테스트 동작이 정상적으로 행해질 수 있게 한다.
[제2 실시예]
본 발명의 제2 실시예에 따른 필터 및 증폭기 유닛에 통합된 능동 필터 회로 의 세부 사항이 도 3에 도시된다. 이 실시예는 청구항 3에 대응한다. 이 실시예에서는, 상기의 제1 실시예의 회로를 더 개선하여 누전 차단기의 제품 신뢰성을 향상시킨다. 개선된 회로에서는, 밴드 패스 필터의 패스 밴드 너비가 확대되도록 하며, 회로 컴포넌트의 특성 또는 온도 드리프트의 변동에 의해 야기되는 테스트 주파수의 변동에 대한 허용 오차가 목표값보다 적어지는 것을 방지한다. 도 3에 도시된 회로 구성에서는, 도 2에 도시된 바와 같이 각각 밴드 패스용 필터 소자와, 테스트시 밴드 패스용 필터 소자를 로우 패스용 필터 소자에 접속시키는 아날로그 스위치를 포함하는 두 개의 조합이 제공된다. 두 개의 조합은 다음과 같이 연산 증폭기(10a)의 반전 입력 단자측에 접속되어야 한다.
즉, 도 3에 도시된 회로에서는, 연산 증폭기(10a)의 반전 입력 단자에 접속된 저항(R1)에, 커패시터(C3), 저항(R4), 및 하나의 아날로그 스위치(10b)의 직렬 접속이 병렬로 접속된다. 이와 함께, 연산 증폭기(10a)의 반전 입력 단자에 접속된 저항(R3)에, 커패시터(C4), 저항(R5), 및 다른 하나의 아날로그 스위치(10b)의 직렬 접속이 병렬로 접속된다. 테스트를 행하는 경우, 아날로그 스위치(10b)의 온 상태 동작에 의해, 능동 필터 회로가 로우 패스 필터 회로에서 밴드 패스 필터 회로로 전환되도록 한다.
상기 설명한 바와 같이 배열된 필터 및 증폭기 유닛(10)의 회로에서는, 밴드 패스 필터로서의 패스 밴드의 너비가 도 2에 도시된 필터 및 증폭기 회로(원 포인트 스위칭 시스템)의 너비에 비교하여 확대되며, 테스트 주파수 변동에 대한 허용 오차가 목표값의 1.8배 만큼 개선되어 설계 마진을 얻을 수 있는 것으로 확인되었 다. 이는 커패시터(C3 및 C4)의 커패시턴스 값을, 테스트 회로(6)의 발진 회로(6b)에서 생성된 테스트 전류 It의 주파수(센터 주파수)에 맞추어 적합하게 설정한 결과이다. 또한, 실제 차단기에 대해 본 발명자에 의해 행해진 검증 테스트에서, 아무런 테스트 전류가 공급되지 않을 때 오작동이 발생하지 않으며, 누전 테스트가 행해질 때 누전 검출 감도의 설정에 관계없이 누전 테스트가 정상적으로 행해지는 것으로 확인되었다.
본 발명에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.
(1) 필터 및 증폭 유닛에 통합된 능동 필터 회로를, 로우 패스 필터 회로에서 밴드 패스 필터로 스위칭함에 의해, 고주파수 범위의 노이즈 컴포넌트와 저주파수 범위의 오프셋 컴포넌트가 제거된다. 따라서, 테스트 전류의 주파수 범위에 대응하는 주파수 범위를 갖는 신호만이 능동 필터 회로를 패스시켜 이후의 단계에서 누전 검출 회로로 출력될 수 있다. 이로 인해 테스트가 행해질 때 증폭 정도가 증가되어 있는 경우에도, 노이즈 및 오프셋 전압으로 인한 누전 검출 회로의 오작동을 방지하여, 테스트 동작의 신뢰성을 더욱 향상시킨다.
(2) 또한, 각각 연산 증폭기의 입력측에 접속된 밴드 패스용 필터 소자 및 밴드 패스용 필터 소자를 로우 패스용 필터 소자에 접속시키는 스위치를 포함하는, 제공된 두 개의 조합으로 밴드 패스 필터 회로가 형성된다. 이로 인해 밴드 패스 필터의 패스 밴드 너비를 확대할 수 있게 된다. 따라서, 테스트 전류의 주파수 변동, 즉 회로 컴포넌트의 특성의 변동 또는 온도 드리프트에 의해 야기되는 변동에 대한 허용 오차가 목표값보다 적어지는 것을 방지할 수 있는 필터 회로의 강건 설계를 용이하게 달성할 수 있다.

Claims (3)

  1. 누전 차단기로서,
    교류 회로를 개폐하는 스위칭 콘택 디바이스;
    교류 회로의 누전 전류를 검출하는 영상(zero-phase) 변류기로서, 상기 영상 변류기는 모의 누전 전류가 공급되는 테스트 권선을 갖는 것인, 영상 변류기;
    누전 검출 감도의 설정을 위해 상기 영상 변류기의 이차측에 접속된 누전 검출 감도 설정 수단;
    상기 영상 변류기의 이차측의 출력으로부터 교류 회로의 누전 발생 유무를 판정하고, 누전이 발생한 경우 신호를 출력하는 누전 검출 회로;
    상기 누전 검출 회로의 출력 신호를 수신함에 의해 상기 스위칭 콘택 디바이스를 개방시키는 트리핑 수단;
    발진 회로 및 테스트 스위치가 제공되는 테스트 회로로서, 상기 발진 회로는 전력 주파수와 상이한 주파수로 설정되는 주파수를 갖는 모의 누전 전류를 발생시키고, 상기 테스트 스위치는 온 상태로 되어있는 경우 상기 영상 변류기의 테스트 권선에 상기 모의 누전 전류를 공급하는 것인, 테스트 회로; 및
    상기 영상 변류기의 이차측과 상기 누전 검출 회로 사이에 제공된 증폭 수단으로서, 증폭 소자로서 제공된 연상 증폭기와, 그것의 외부에 부가된 수동 필터 소자를 통합한 능동 필터 회로를 갖고, 상기 영상 변류기의 이차측으로부터 상기 누전 검출 회로에 공급된 출력 전류를 증폭시켜 설정된 누전 검출 감도에 대응하는 크기로 제공하는 것인, 증폭 수단
    을 포함하고,
    상기 증폭 수단은 상기 능동 필터 회로를 평상시에 형성되는 로우 패스 필터 회로와 테스트시에 형성되는 밴드 패스 필터 사이에서 스위칭하는 필터 회로 스위칭 수단이 제공되는 것인 누전 차단기.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 연산 증폭기를, 로우 패스용 필터 소자, 상기 로우 패스용 필터 소자와 함께 상기 밴드 패스 필터 회로를 형성하는 밴드 패스용 필터 소자 및 상기 밴드 패스용 필터 소자를 상기 로우 패스용 필터 소자에 접속시켜 상기 밴드 패스 필터 회로를 형성하는 필터 회로 스위칭 수단과 조합함에 의해, 상기 능동 필터 회로가 형성되는 것인 누전 차단기.
  3. 청구항 2에 있어서,
    각각 밴드 패스용 필터 소자 및 상기 밴드 패스용 필터 소자를 상기 로우 패스용 필터 소자에 접속시키는 필터 회로 스위칭 수단을 포함하는 두 개의 조합이 상기 능동 필터 회로를 상기 로우 패스 필터 회로와 상기 밴드 패스 필터 회로 사이에서 스위칭하도록 제공되는 것인 누전 차단기.
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