KR100827208B1

KR100827208B1 - 오작동 방지 기능을 갖는 누전차단기

Info

Publication number: KR100827208B1
Application number: KR1020060110472A
Authority: KR
Inventors: 유재성
Original assignee: 엠티엔시 (주)
Priority date: 2006-11-09
Filing date: 2006-11-09
Publication date: 2008-05-06

Abstract

본 발명은 오작동 방지 기능을 갖는 누전차단기에 관한 것이다. 본 발명은 누설 전류 이외의 써지(Surge) 및 노이즈 등을 구분하여 누전 발생시에만 전원차단동작이 구현되는 것으로, 종래의 누전감지 기능을 갖는 누전차단기에 전류의 주파수 파형을 분석하는 실시간 아날로그 분석기와, 써지 전류의 인입여부를 판단하는 써지 인입 분석기와, 전반적인 제어기능과 함께 각 회로부에서 전달한 신호값을 통해 누전발생 여부를 판단하고 트립 구동부에 동작 제어신호를 인가하는 마이컴을 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

누전차단기, 써지(Surge), 노이즈, 실시간 아날로그 분석기, 써지 인입 분석기, 영상변류기, 누전검출부, 트립 구동부

Description

오작동 방지 기능을 갖는 누전차단기 {A EARTH LEAKAGE BREAKER}

도 1은 종래의 누전차단기를 나타낸 블록 구성도

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 오작동 방지 기능을 갖는 누전차단기의 구성을 개략적으로 도시한 블록 구성도

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 실시간 아날로그 분석기의 구성을 개략적으로 도시한 블록 구성도

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 써지 인입 분석기의 구성을 개략적으로 도시한 블록 구성도

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

111 : 제1영상변류기 112 : 제2영상변류기

120 : 증폭부 130 : A/D 컨버터

140 : 누전검출부 150 : 마이컴

160 : 실시간 아날로그 분석기 161 : 제1차동증폭기

162 : 제2차동증폭기 163 : AC/DC RMS

164 : 가산기 165 : 비교기

170 : 써지 인입 분석기 171 : 바리스터

172 : 전류제한부 173 : 변류기

174 : 신호감지부 180 : 트립 구동부

190 : 전원공급부 200 : 표시부

본 발명은 오작동 방지 기능을 갖는 누전차단기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 누설 전류와 노이즈 및 써지 등을 구분하여 누설 전류에만 전원 차단동작이 구현되는 오작동 방지 기능을 갖는 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 전류 동작형 차단기로서, 영상변류기(ZCT : Zero-phase current transformer)를 검출 기구로 사용하고 있다.

종래의 누전차단기는 도 1에 도시한 바와 같다.

도 1에 도시한 바와 같이 종래 누전차단기의 기본 구성은 전원선의 지락전류를 검출하는 영상변류기(ZCT,10)와, 상기 영상변류기(10)로부터 검출한 신호값을 소정의 크기로 증폭하는 증폭부(20)와, 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 A/D컨버터(30)와, 검출된 지락전류에 따라 회로의 차단여부를 판단하는 누전검출부(40)와, 상기 누전검출부(40)로부터 인가된 제어신호에 따라 회로의 차단동작을 수행하는 트립 구동부(50)와, 누전차단기에 동작전원을 공급하는 전원공급부(60)로 구성된다.

그러나, 상기와 같은 종래의 누전차단기에 의하면 외부에서 전원선을 타고 써지가 유입되거나 강한 전자파 간섭 또는 전자파 장해(EMI)에 의해 트립 구동부(50)가 동작하여 부하측의 전원을 차단하는 경우가 종종 발생하였다.

결국, 인체의 감전방지를 위해 누전차단기가 사용되지만 써지 전류 및 순간적인 노이즈 등으로 인해 누전차단기가 오작동할 수 있으며, 이러한 누전차단기의 오작동으로 인해 가정용 및 산업용 장비들이 동작불능 상태를 일으키게 되어 불편을 겪게 되고, 특히 산업용 무인화 장비들이 동작불능 상태를 일으키는 경우에는 경제적 손실을 함께 불러오는 문제점도 있었다.

본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 부하측으로 연결된 전원공급선으로부터 지락전류 검출시 그 원인이 누전에 의한 것인지 또는 써지(Surge) 및 노이즈에 의한 것인지를 판단하여 누전 발생시에만 트립 구동부가 동작하는 오작동 방지 기능을 갖는 누전차단기를 제안하고자 함에 본 발명의 목적이 있다.

또한, 누전차단기에 디스플레이 수단을 구비하여 누설 전류 발생시 현재의 누설 전류량을 시각적으로 확인할 수 있는 누전차단기를 제안하고자 함에 본 발명의 다른 목적이 있다.

본 발명이 의도하는 목적을 달성하기 위한 기술적인 특징은 : 부하측에 연결되는 전원라인으로부터 인입되는 써지전류를 감지하는 써지 인입 분석기와; 부하측에 연결되는 전원라인으로부터 지락전류를 검출할 수 있도록 설치된 제1영상변류기 및 제2영상변류기와; 상기 제1영상변류기로부터 지락전류 감지시 누전판단의 기준이 되는 설정된 기준레벨과 비교하여 누전발생 여부를 판단하는 누전검출부와; 상기 제2영상변류기로부터 감지한 지락전류의 주파수 파형을 실시간으로 감지하여 출력하는 실시간 아날로그 분석기와; 상기 실시간 아날로그 분석기와 상기 써지 인입 분석기에서 출력되는 신호가 입력되고, 상기 누전검출부의 판단에 따라 누전발생 판단시 트립 구동부에 동작 제어신호를 전달하며 누전차단기의 전반적인 제어기능을 담당하는 마이컴과; 상기 누전검출부의 판단에 따라 누전발생 판단시 부하로 인가되는 공급전원을 차단하는 트립 구동부와; 상기 마이컴으로부터 인가된 제어신호에 따라 현재의 누설 전류 발생량, 써지 및 노이즈 발생에 따른 실시간 상태 정보를 시각적으로 출력하는 표시부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이와 같은 본 발명은 누설 전류와 노이즈 및 써지 등을 구분하여 실제 누설 전류가 발생되었을 때에만 전원 차단 동작을 하여 노이즈 및 써지 등에 의한 누전 차단기의 오작동을 방지할 수 있게 되어, 인체의 감전사고와 누전에 의한 화재를 방지함은 물론, 가정용 전기전자제품의 작동 중단 및 산업용 장비들의 생산 지연이 발생되는 폐단을 해소할 수 있는 것이다.

본 발명의 특징과 장점은 첨부된 도면에 의하여 설명되는 실시에에 의하여 더욱 명확하게 이해될 것이다

다음에서 본 발명의 실시예를 설명한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 오작동 방지 기능을 갖는 누전차단기의 구성을 개략적으로 도시한 블록도이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 실시간 아날로그 분석기의 구성을 개략적으로 도시한 블록도이며, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 써지 인입 분석기의 구성을 개략적으로 도시한 블록도를 나타내고 있다.

우선 도 2를 참조하면, 본 발명은 부하측에 연결되는 전원라인(L1, L2)으로부터 지락전류를 검출할 수 있도록 설치된 제1영상변류기(111) 및 제2영상변류기(112)와, 상기 제1영상변류기(111)로부터 감지한 신호를 증폭하는 증폭부(120)와, 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 A/D컨버터(130)와, 누전발생 여부를 판단하는 누전검출부(140)와, 누전차단기의 전반적인 제어기능을 담당하는 것으로 누전발생시 트립 구동부(180)에 동작 제어신호를 인가하는 마이컴(150)과, 지락전 류의 파형을 감지하는 실시간 아날로그 분석기(160)와, 허용전압 이상의 써지(surge)전압을 감지하는 써지 인입 분석기(170)와, 누설 전류 발생시 전원라인(L1, L2)으로 흐르는 전류를 차단하는 트립 구동부(180)와, 누전차단기에 동작전원을 공급하는 전원공급부(190)와, 현재의 누설 전류 시각적으로 출력하는 표시부(200)를 포함하여 구성된다.

상기에서 제1영상변류기(111)는 전원라인(L1, L2)으로부터 누전발생에 따른 지락전류를 검출하기 위해 구성된 것으로, 누전발생시 제1영상변류기(111)로부터 검출된 미세한 신호는 증폭부(120)를 통해 소정의 크기로 증폭된다.

상기 증폭부(120)로부터 출력되는 신호는 A/D컨버터(130)에 의해 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하며, 변환된 디지털 신호는 누전검출부(140)에 인가된다.

상기에서 누전검출부(140)는 A/D컨버터(130)로부터 인가된 신호를 누전판단의 기준이 되는 설정된 기준레벨과 비교하여 누전발생 여부를 판단하며, 부하측에 흐르는 누설 전류가 설정된 기준치 이상으로 판단되면 마이컴(150)에 전원차단 요청신호를 전달한다.

마이컴(150)은 누전차단기의 전반적인 제어기능을 담당하는 것으로, 제1영상변류기(111)로부터 감지되어 전달된 신호가 누전발생에 의한 것인지, 써지 전류 또는 노이즈에 의한 것인지 여부를 판단하고, 누전 발생시에는 전원투입을 신속히 차단하도록 트립 구동부(180)에 동작 제어신호를 전달하는 기능을 포함한다.

트립 구동부(180) 누전발생시 부하로 인가되는 공급전원을 차단하는 것으로, 마이컴(150)으로부터 전달된 제어신호에 의해 동작한다. 즉, 마이컴(150)으로부터 전달되는 제어신호에 따라 전기회로를 개방하거나 폐쇄시키는 스위칭 절환동작을 수행한다. 바람직하게, 상기 트립 구동부(190)에 적용되는 스위칭수단은 실리콘 제어 정류기(SCR, Silicon Controlled Rectifier)과 같은 무접점 방식의 반도체 소자가 적용된다.

전원공급부(190)는 누전차단기를 구성하는 각 회로부에 동작전원을 공급하는 것으로 전원라인(L1, L2)측으로부터 교류(AC)전원을 공급받아 직류(DC)전원으로 변환한 후 공급한다.

표시부(200)는 마이컴(150)으로부터 인가된 제어신호에 따라 현재의 상태값을 시각적으로 출력하는 것으로, 누설 전류 발생 및 써지, 노이즈 발생에 따른 상태정보와, 누설 전류 발생시 현재의 누설 전류량 등을 표시한다.

또한, 상기 표시부(200)는 LED, 7-시그먼트 LED, LCD 등의 디스플레이 소자가 적용될 수 있다.

상술한 상기 구성은 부하측으로 인가되는 전원라인(L1, L2)으로부터 지락전류 발생시 이를 누전상태로 인지하고 해당 누설 전류가 기준이 되는 설정값 이상이면 전원을 차단하도록 제어하는 각 회로부의 구성과 기능에 대해 설명하였다.

그러나, 전원라인(L1, L2)으로부터 지락전류가 감지되었다 하더라도 모두 누전상태라고 판단할 수는 없다. 즉, 누전 상태 이외의 순간적인 노이즈 및 써지 전 류등이 그 원인이 될 수도 있다.

본 발명의 실시예에 따르면 누설 전류 이외의 순간적인 노이즈 및 써지 전류 등에 의해서는 부하측으로 공급되는 전원이 차단되지 않도록 하기 위해서 추가적인 구성요소가 더 포함된다.

즉, 전원라인(L1, L2)으로부터 지락전류를 검출하기 위해 구성된 제2영상변류기(112)와, 상기 제2영상변류기(112)로부터 감지한 지락전류의 주파수 파형을 실시간으로 감지하는 실시간 아날로그 분석기(160)가 더 포함된다.

또한, 전원라인(L1, L2)으로부터 허용전압 이상의 써지(surge)가 인입될 경우 이를 감지하기 위해 써지 인입 분석기(170)를 더 포함한다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 실시간 아날로그 분석기(160)의 구성을 개략적으로 도시한 블록 구성도이다.

도 3에 도시한 바와 같이, 실시간 아날로그 분석기(160)는 제2영상변류기(112)로부터 검출된 아날로그 신호 중 반파장 신호를 검출하는 제1차동증폭기(161)와, 상기 제1차동증폭기(161)의 반대측 반파장을 검출하는 제2차동증폭기(162)와, 상기 제1차동증폭기(161)와 제2차동증폭기(162)의 각 반파장 신호를 조합하여 전파를 만드는 것으로 일종의 전파정류회로에 해당하는 가산기(164)와, 상기 가산기(164)로부터 인가되는 신호 크기와 미리 설정된 기준이 되는 신호 크기를 비교하여 설정된 기준신호 이상의 값이 인가되면 마이컴(150) 측에 누전 발생 상황에 따른 인터럽트 신호를 전달하는 비교기(165)를 포함하여 구성된다.

또한, 실시간 아날로그 분석기(160)는 제2영상변류기(112)로부터 검출된 신호로 현재의 누설 전류량을 계산하는 AC/DC 알엠에스(RMS, 163) 회로를 더 포함한다.

상기 AC/DC RMS(163) 회로로부터 계산된 누설 전류량은 표시부(200)를 통해 디스플레이하고자 아날로그 신호를 디지털신호로 변환하여 마이컴(150) 측으로 전달한다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 써지 인입 분석기(170)의 구성을 개략적으로 도시한 블록 구성도이다.

도 4에 도시한 바와 같이, 써지 인입 분석기(170)는 부하측으로 인가되는 전원라인(L1,L2)으로부터 분기된 전원선을 감지하도록 형성되며, 써지 인입 분석기(170) 는 바리스터(171)와, 전류제한부(172)와, 변류기(173)와, 신호감지부(174)가 포함되어 구성된다.

상기에서 바리스터(171)는 전원라인(L1, L2)으로부터 분기된 전원선을 감지하여 써지(surge) 인입에 따른 허용전압이 초과되면 전류가 흐르도록 구성된 것이며, 전류제한부(172)는 써지발생시 전류의 흐름을 차단 또는 제한하기 위한 구성된 것이며, 변류기(173)는 전원라인(L1, L2)에서 분기된 전원선으로부터 전류의 흐름을 감지하기 위해 구성된 것이다. 상기 변류기(173)로부터 전류의 흐름이 감지되면 해당 신호는 신호감지부(174)로 인가되며 신호감지부(174)는 써지전류가 인입되었다고 판단하여 감지신호를 마이컴(150)에 전달한다.

이하, 본 발명의 실시예에 따른 오작동 방지 기능을 갖는 누전차단기의 동작 과정에 대해 보충 설명한다.

제1영상변류기(111)로부터 지락전류를 감지하면, 누전검출부(140)에서는 누전판단의 기준이 되는 설정된 기준레벨과 비교하여 현재 누전상태로 판단시 해당 신호를 마이컴(150) 측으로 전달한다.

지락전류 발생시 제1영상변류기(111)와 함께 제2영상변류기(112)에서도 해당 신호를 감지하고 실시간 아날로그 분석기(160)에서는 지락전류의 주파수 파형을 분석한다.

즉, 우리나라에서 사용하고 있는 교류 주파수는 60Hz이므로 이에 근거한 주파수 파형이 검출되면 누전상황으로 판단할 수 있다. 그러나, 써지전류 및 각종 노이즈 등에 의해 감지된 지락전류의 주파수는 60Hz가 아닌 다른 크기의 주파수 파형이 감지될 것이다.

또한, 써지 인입 분석기(170)에서는 써지 신호 여부를 감지하며 써지 발생시 이를 마이컴(150)측에 전달한다.

마이컴(150) 측에서는 제1영상변류기(111)로부터 지락전류가 감지되더라도 이를 누전상태로 판단하지 않고, 실시간 아날로그 분석기(160)로부터 인가된 주파수 파형과, 써지 인입 분석기(170)로부터 써지 발생여부를 감지한 후 누전 여부를 판단한다. 즉, 마이컴(150)에서는 써지전류 및 노이즈 등이 아닌 누전상태일 경우에만 트립 구동부(180)에 동작신호를 전달하여 공급전원을 차단하도록 한다.

이상에서 본 발명에 대한 기술 사상을 첨부 도면과 함께 서술하였지만 이는 본 발명의 가장 양호한 실시 예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 이 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자이면 누구나 본 발명의 기술 사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형과 모방이 가능함은 명백한 사실이다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 오작동 방지 기능을 갖는 누전차단기에 의하면, 누설 전류 이외의 순간적인 써지 전류 및 강한 전자파 간섭 또는 전자파 장해 등과 같은 노이즈에 의해서도 트립 구동부가 동작하던 종래 누전차단기의 문제점을 해결하여 누전차단기의 신뢰성을 향상시키게 되는 효과가 있다.

또한, 써지 전류 및 각종 노이즈 등에 의한 누전차단기의 오작동으로 각종 가정용 및 산업용 장비들이 동작 불능 상태를 일으키던 문제점을 해결할 수 있는 효과도 있다.

Claims

누전차단기에 있어서,

부하측에 연결되는 전원라인으로부터 인입되는 써지전류를 감지하는 써지 인입 분석기와;

부하측에 연결되는 전원라인으로부터 지락전류를 검출할 수 있도록 설치된 제1영상변류기 및 제2영상변류기와;

상기 제1영상변류기로부터 지락전류 감지시 누전판단의 기준이 되는 설정된 기준레벨과 비교하여 누전발생 여부를 판단하는 누전검출부와;

상기 제2영상변류기로부터 감지한 지락전류의 주파수 파형을 실시간으로 감지하여 출력하는 실시간 아날로그 분석기와;

상기 실시간 아날로그 분석기와 상기 써지 인입 분석기에서 출력되는 신호가 입력되고, 상기 누전검출부의 판단에 따라 누전발생 판단시 트립 구동부에 동작 제어신호를 전달하여 누전차단기의 전반적인 제어기능을 담당하는 마이컴과;

상기 누전검출부의 판단에 따라 누전발생 판단시 부하로 인가되는 공급전원을 차단하는 트립 구동부와;

상기 마이컴으로부터 인가된 제어신호에 따라 현재의 누설 전류 발생량 및 써지 노이즈 발생에 따른 실시간 상태정보를 시각적으로 출력하는 표시부를 포함하는 것을 특징으로 하는 오작동 방지 기능을 갖는 누전차단기.
제 1항에 있어서, 상기 실시간 아날로그 분석기(160)는 :

제2영상변류기(112)로부터 검출된 아날로그 신호 중 반파장 신호를 검출하는 제1차동증폭기(161)와;

상기 제1차동증폭기(161)의 반대측 반파장을 검출하는 제2차동증폭기(162)와;

상기 제1차동증폭기(161)와 제2차동증폭기(162)의 각 반파장 신호를 조합하여 전파를 만드는 것으로 일종의 전파정류회로에 해당하는 가산기(164)와;

상기 가산기(164)로부터 인가되는 신호 크기와 미리 설정된 기준이 되는 신호 크기를 비교하여 설정된 기준신호 이상의 값이 인가되면 마이컴(150) 측에 인터럽트 신호를 전달하는 비교기(165)와;

제2영상변류기(112)로부터 검출된 신호로 현재의 누설 전류량을 계산하는 AC/DC RMS(163) 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 오작동 방지 기능을 갖는 누전차단기.
제 1항에 있어서, 상기 써지 인입 분석기(170)는 :

전원라인(L1, L2)으로부터 분기된 전원선을 감지하여 써지(surge) 인입에 따른 허용전압 초과시 전류가 흐르도록 형성된 바리스터(171)와;

써지발생시 전류의 흐름을 차단 또는 제한하기 위해 구성된 전류제한부(172)와;

전원라인(L1, L2)에서 분기된 전원선으로부터 전류의 흐름을 감지하기 위해 구성된 변류기(173)와;

상기 변류기(173)로부터 전류의 흐름을 감지시 써지 전류가 인입되었다고 판단하여 감지신호를 마이컴(150)으로 전달하는 신호감지부(174)를 포함하는 것을 특징으로 하는 오작동 방지 기능을 갖는 누전차단기.