KR100873774B1

KR100873774B1 - 자기진단회로가 내장된 변류기

Info

Publication number: KR100873774B1
Application number: KR1020070046222A
Authority: KR
Inventors: 박이락
Original assignee: 박이락
Priority date: 2007-05-11
Filing date: 2007-05-11
Publication date: 2008-12-15
Also published as: KR20080100096A

Abstract

본 발명은 변류기를 구성하는 코일의 단선이나 납땜불량으로 인한 제품불량시 자체적으로 경보신호를 발생시킬 수 있도록 하는 자기진단회로가 내장된 변류기에 관한 것이다.

이를 실현하기 위한 본 발명은, 변류기와, 상기 변류기의 양단에 연결된 저역통과필터부, 상기 저역통과필터부의 2개 출력라인에서 발생되는 차동전압을 증폭하여 출력하는 차동증폭부, 상기 차동증폭부의 출력이 사전에 설정된 기준전압보다 낮으면 하이레벨의 신호를 출력하는 비교부, 상기 비교부의 출력신호에 따라 원샷펄스신호를 출력하는 원샷회로, 상기 비교부의 출력단에 스위칭소자와 직렬로 연결되어 상기 스위칭소자의 통전여부에 따라 변류기의 단선을 표시하는 단선표시램프, 상기 원샷회로의 출력전압이 분압되어 입력되는 기준전압과 상기 원샷회로의 출력전압이 변류기의 양단을 통해 입력되는 신호전압을 비교하여 게이트신호를 출력하여 상기 스위칭소자의 스위칭제어신호로 인가되도록 이루어진 게이트신호발생부를 포함하여 이루어진 발명이다.

변류기, 자기진단, 경보,

Description

자기진단회로가 내장된 변류기{Current Transformer with diagnosis circuit}

도 1은 본 발명에 따른 회로도,

도 2는 본 발명의 외형도를 나타낸다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 -- 자기진단회로, 12 -- 저역통과필터부,

13 -- 차동증폭부, 14 -- 비교부,

15 -- 충전회로, 16 -- 원샷회로,

17 -- 게이트신호발생부, 20 -- 변류기,

30 -- 전선, L1,L2 -- 출력라인,

SCR -- 스위칭소자, LED -- 단선표시램프,

Q1~Q5 -- 연산증폭기, CT -- 변류기,

본 발명은 전선을 절단하지 않고 비접촉으로 선에 흐르는 자기의 측정을 통해 전류를 측정하는 변류기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 변류기를 구성하는 코일의 단선이나 납땜불량으로 인한 제품불량시 자체적으로 경보신호를 발생시킬 수 있도록 하는 자기진단회로가 내장된 변류기에 관한 것이다.

영상변류기(ZCT: Zero-phase Current Transformer) 또는 변류기(CT: Current Transformer)(이하 '변류기'라 함)는 1차측인 전선에 발생하는 미세한 누전전류를 2차측에 유도되는 출력전압으로 감지하여 누전발생에 따른 경보신호를 발생시킬 수 있도록 한 장치로써, 이는 주로 누전차단기, ELCB(EARTH LEAKAGE CIRCUIT BREAKER),GFCI(Ground Fault Circuit Interrupter), AFCI(Arc Fault Circuit Interrupter), 전자식 전력량계 등 다방면의 전기기기에 사용되어 감전사고를 사전에 방지할 수 있도록 하는데 사용된다.

이러한 변류기는 통상적으로 에나멜 코팅된 코일을 환형의 코어에 권선하여 금속재 또는 합성수지재 케이스 내에서 몰딩시키고, 권선된 코일의 양끝단을 외부와 접속되는 핀, 단자 또는 리드와이어(이하 '접속핀'이라 함) 등에 연결한 구조로 되어 있다.

그런데 고효율용 변류기는 권선수가 많아지게 됨에 따라 부피가 커지는 문제점이 있다. 그리하여 보편적으로 부피를 줄이기 위하여 보통 0.09φ 정도의 굵기를 갖는 코일을 사용하게 되는데, 코일의 직경이 가늘면 코어에 코일을 권선하는 작업시 단선되는 경우가 많고, 또한 납땜시 냉납현상이 많이 발생되는 문제점이 있다.

만일 불량부품을 사용하여 완성품을 조립생산하는 경우 완성품도 결국 불량품으로써 사용할 수 없게 되며, 그에 따라 완성품을 만드는 과정이나, 조립 후 품질검사에서 불량품을 판별해내는 작업과정에서 불필요한 인력 및 시간이 소요되어 경제적 손실을 가져오게 된다. 또한 처음에는 납땜이 된 것으로 검사된 경우에도 추후에 충격을 받게 되면 냉납으로 인해 단선불량이 과다하게 발생하는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기한 사정을 감안하여 발명한 것으로, 변류기 내부에서 단선이 발생한 경우 이를 자체적으로 감지하여 외부로 단선경보신호를 출력하도록 함으로써 변류기의 불량여부를 용이하게 판단할 수 있도록 된 자기진단회로가 내장된 변류기를 제공하고자 함에 그 목적이 있다.

이를 실현하기 위한 본 발명의 자기진단회로가 내장된 변류기는, 변류기와, 상기 변류기의 양단에 연결되어 저역신호만을 출력라인으로 통과시키는 저역통과필터부, 상기 저역통과필터부의 2개 출력라인에서 발생되는 차동전압을 증폭하여 출력하는 차동증폭부, 상기 차동증폭부의 출력이 사전에 설정된 기준전압보다 낮으면 하이레벨의 신호를 출력하는 비교부, 상기 비교부에서 하이레벨의 신호를 출력할 때 원샷펄스신호를 출력하는 원샷회로, 상기 비교부의 출력단에 스위칭소자와 직렬 로 연결되어 상기 스위칭소자의 통전여부에 따라 변류기의 단선을 표시하는 단선표시램프, 상기 원샷회로의 출력전압이 변류기의 단선시 저역통과필터의 입력측 양단에 연결되는 부하저항을 통해 연산증폭기의 반전단자에 입력됨과 아울러 상기 원샷회로의 출력전압이 분압저항을 통해 상기 연산증폭기의 비반전단자에 입력되어 반전단자와 비반전단자에 입력되는 신호에 따라 게이트신호를 출력하여 상기 스위칭소자의 스위칭제어신호로 인가되도록 이루어진 게이트신호발생부를 포함하여 이루어져 있다.

상기 스위칭소자는 실리콘제어정류기인 것을 특징으로 한다.

상기 변류기를 비롯하여 저역통과필터부, 차동증폭부, 비교부, 원샷회로, 단선표시램프, 게이트신호발생부가 케이스내에 삽입되어 몰딩처리되는 한편, 상기 출력라인과 상기 몰딩처리된 내측회로들의 구동전원라인, 경보신호출력라인, 그리고 공통접지라인을 외부회로와 연결하기 위한 접속핀들이 몰딩된 외부로 돌출되도록 설치되고, 단선표시램프가 외부에서 확인가능하도록 일부는 몰딩에 의해 매립되고 일부는 노출되게 설치된 것을 특징으로 한다.

상기 접속핀들에는 외부에 설치되는 단선표시램프에 연결할 수 있는 접속핀이 추가로 설치됨을 특징으로 한다.

이하 본 발명의 바람직한 일실시예에 대한 구성 및 작용을 예시도면에 의거하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 회로도를 나타낸다.

변류기(CT)는 공지된 바와 같이 에나멜 코팅된 코일을 환형의 코어에 권선하여 사용하거나, 혹은 권선된 상태의 코일을 금속재 또는 합성수지재 케이스 내에 몰딩시키고 권선된 코일의 양끝단에는 각각 외부로 돌출되는 단자에 연결되어 인쇄회로기판에 납땜되거나 기타 외부회로에 연결될 수 있도록 된 것이다. 그리하여 변류량을 측정하기 위한 전선(30)이 환형의 코어를 관통하도록 설치된다.

상기 변류기(CT)의 양단에는 저역통과필터부(12)를 매개로 출력라인(L1)(L2)이 연결되어 있다. 상기 저역통과필터부(12)는 출력라인(L1)(L2) 각각에 저항(R1)과 저항(R2)이 각각 연결되고, 저항(R1)(R2)과 변류기(CT)의 사이에 부하저항(RL)이 출력라인(L1)(L2) 양단에 걸쳐 연결되며, 저항(R1)(R2)에서 부하저항(RL)과 대향되는 출력라인(L1)(L2) 양단에 콘덴서(C1)가 연결되어 이루어진 것이다.

한편, 저역통과필터부(12)의 양 출력라인(L1)(L2)은 외부로 연결될 수 있도록 인출됨과 아울러 차동증폭부(13)의 양 입력단으로 각각 연결되어 있다.

차동증폭부(13)는 제1연산증폭기(Q1)와 제2연산증폭기(Q2)가 2단으로 연결되어 구성될 수 있으며, 이 경우 제1연산증폭기(Q1)의 양입력단에는 양 출력라인(L1)(L2)이 각각 연결되고, 상기 제2연산증폭기(Q2)의 비반전단자에는 상기 제1연산증폭기(Q1)의 출력단이 연결되는 한편 상기 제2연산증폭기(Q2)의 반전단자에는 기준전압 인가용의 제너다이오드(ZD1)가 연결되어 있다.

상기 차동증폭부(13)의 출력단에는 비교부(14)가 연결된다. 비교부(14)는 연산증폭기(Q3)를 중심으로 구성되는데, 연산증폭기(Q3)의 반전단자에는 상기 차동증폭부(13)의 출력단이 연결됨과 아울러 접지측과의 사이에 저항(R3)이 연결되고, 연산증폭기(Q3)의 비반전단자에는 기준전압 인가용의 제너다이오드(ZD2)가 연결되며, 연산증폭기(Q3)의 반전단자와 비반전단자 사이에는 저항(R4)이 연결되어 있다.

그리고 차동증폭부(13)에서 출력되는 신호가 교류신호인 경우에는 이를 직류신호로 변환하여 비교부(14)로 입력시키기 위해 비교부(14)의 입력측에 충전회로(15)가 연결될 수 있다. 충전회로(15)는 다이오드(D1)와 콘덴서(C2)로 구성될 수 있다.

비교부(14)의 출력단에는 원샷회로(16)와 역류방지용 다이오드(D2)를 매개로 변류기(CT)의 일단이 연결됨과 아울러, 저항(R5)을 통해 단선표시램프(LED)와 스위칭소자(SCR)의 주회로가 직렬로 연결되어 있다. 원샷회로(16)는 입력단에 하나의 입력신호가 들어오면 설정된 시간만큼 출력이 하이레벨의 상태를 유지하다가 로우레벨로 떨어지는 회로이다. 그리고 스위칭소자(SCR)로는 게이트에 신호가 인가되면 지속적인 게이트 전류의 공급 없이도 주회로에 역전류가 인가되거나 전류가 유지전류 이하로 떨어질 때까지 통전상태를 유지하는 실리콘제어정류기(SCR)가 사용될 수 있다.

한편, 일측에 상기 원샷회로(16)의 출력단이 연결되는 변류기(CT)의 타측에는 게이트신호발생부(17)의 일측 입력단이 연결되고, 게이트신호발생부(17)의 다른 입력단에는 상기 원샷회로(16)의 출력이 분압저항(R8)(R9)에 의해 분압되어 기준전압으로 인가되도록 연결되며, 그리고 게이트신호발생부(17)의 출력단에는 상기 스위칭소자(SCR)의 게이트가 연결된다. 이를 위해 게이트신호발생부(17)는 연산증폭기(Q5)를 중심으로 구성될 수 있는데, 연산증폭기(Q5)의 반전단자에는 변류기(CT) 의 한 단자가 연결됨과 아울러 접지와의 사이에 저항(R7)과 콘덴서(C3)가 병렬로 연결되고, 연산증폭기(Q5)의 비반전단자에는 분압저항(R8)(R9)에 의한 분압전압이 인가되도록 연결됨과 아울러 제어다이오드(ZD4)가 연결되며, 연산증폭기(Q5)의 출력단에는 저항(R6)을 통해 상기 스위칭소자(SCR)의 게이트가 연결되어 구성될 수 있다.

상기 게이트신호발생부(17)의 반전단자에는 변류기(CT)가 단선된 경우에 원샷회로(16)의 출력전압이 저역통과필터(12)의 부하저항(RL)과 저항(R7)에 의해 분압되는 전압이 입력되도록 이루어져 있으며, 이때 부하저항(RL)과 저항(R7)에 의해 분압되어 연산증폭기(Q5)의 반전단자로 입력되는 전압은 분압저항(R8)(R9)에 의해 분압되어 연산증폭기(Q5)의 비반전단자로 입력되는 전압보다 낮도록 설정되어 있다. 이는 변류기(CT)에서 단선이 발생한 경우 연산증폭기(Q5)에서 하이레벨의 게이트 신호가 출력될 수 있도록 하기 위함이다.

이와 같이 구성된 본 발명에 따른 자기진단회로가 내장된 변류기의 작용에 대해 상세히 설명한다.

변류기(CT)가 정상적으로 동작하는 경우 즉 단선되지 않은 경우에는, 전선(30)에 전류가 흐를때 변류기(CT)에 전류파형이 유기되고, 이는 저역통과필터부(12)를 통해 출력라인(L1)(L2)으로 출력된다.

이와 동시에 변류기(CT)의 단선유무를 체크하기 위하여 저역통과필터부(12)의 후단 전압은 차동증폭부(13)로 인가된다.

차동증폭부(13)는 출력라인(L1)(L2) 상의 교류출력을 감지하게 되면 다이오드(D1)를 통해 정류한 후 콘덴서(C2)에 충전을 한다.

상기 콘덴서(C2)에 충전된 전압은 비교부(14)에 있는 연산증폭기(Q3)의 반전입력단으로 입력됨과 아울러 저항(R3)(R4)을 통해 연산증폭기(Q3)의 비반전입력단으로 입력된다. 상기 연산증폭기(Q3)의 비반전입력단에는 제어다이오드(ZD2)가 연결되어 연산증폭기(Q3)에 기준전압을 공급함과 아울러 과전압이 인가되는 경우 연산증폭기(Q3)를 보호하는 작용을 한다. 따라서 콘덴서(C2)에 충전되는 전압에 의거 제어다이오드(ZD2)에 의한 기준전압 ref2와 동일하게 상승하다가 콘덴서(C2)의 충전전압이 제어다이오드(ZD2)에 의한 기준전압 ref2보다 커지면, 즉 변류기(CT)가 단선없이 정상적으로 출력을 하게 되면 비교부(14)의 연산증폭기(Q3)의 출력이 로우레벨 상태를 유지한다.

위와 같이 비교부(14)의 출력이 로우레벨 상태를 유지하면 원샷회로(16)를 트리거시키지 못하여 원샷회로(16)도 로우레벨 상태를 유지하게 되고, 이에 따라 역류방지용 다이오드(D2) 및 변류기(CT)를 통해 게이트신호발생부(17)에 있는 연산증폭기(Q5)의 반전단자로 입력되는 신호도 로우레벨이 되어 게이트신호발생부(17)에서는 로우레벨의 신호가 출력된다.

따라서 게이트신호발생부(17)에서 로우레벨의 신호가 출력되므로 스위칭소자(SCR) 즉 실리콘제어정류기의 게이트에 로우레벨의 신호가 입력되어 스위칭소자는 통전되지 못하고 오프상태를 유지하고 있게 되고, 그에 따라 단선표시램프(LED)도 소등상태를 유지하여 단선이 일어나지 않았음을 표시하게 된다.

그러나 변류기(CT)가 정상적으로 동작하지 않는 경우 즉 단선된 경우에는, 전선(30)에 흐르는 전류를 변류기(CT)가 감지하지 못하게 되어 전류파형이 유기되지 못함에 따라 저역통과필터부(12)를 통해 출력라인(L1)(L2)으로는 로우레벨의 신호가 출력된다.

이에 따라 차동증폭부(13)에서 비교부(14)의 반전입력단으로도 로우레벨의 신호가 입력되어 비교부(14)의 연산증폭기(Q3)에서는 비반전입력단의 기준전압(ref2)이 상기 반전입력단의 로우레벨의 신호보다 높게 설정되어 있음으로 상기 연산증폭기(Q3)의 출력은 하이레벨의 신호를 출력하게 된다.

위와 같이 비교부(14)의 출력이 하이레벨 상태를 유지하면 원샷회로(16)를 트리거시키게 되어 원샷회로(16)의 출력이 하이레벨 상태를 유지하게 된다.

원샷회로(16)에서 출력되는 하이레벨의 신호는 역류방지용 다이오드(D2)를 통해 부하저항(RL)과 저항(R7)에 의해 분압되어 게이트신호발생부(17)에 있는 연산증폭기(Q5)의 반전단자로 입력되는 한편 저항(R8)(R9)을 통해 분압된 전압(ref4)이 게이트신호발생부(17)에 있는 연산증폭기(Q5)의 비반전단자에 기준전압(ref4)으로 인가된다. 이때 저항(R8)(R9)에 의한 분압전압이 부하저항(RL)과 저항(R7)에 의한 분압전압보다 높도록 사전에 설정하여 놓음으로써 연산증폭기(Q5)의 출력 즉, 게이트신호발생부(17)에서는 하이레벨의 신호가 출력된다.

따라서 게이트신호발생부(17)에서 하이레벨의 신호가 출력되므로 스위칭소자(SCR) 즉 실리콘제어정류기의 게이트에 하이레벨의 신호가 입력되어 스위칭소자가 통전됨으로써 단선표시램프(LED)가 점등상태를 유지하여 단선이 일어났음을 표 시하게 된다.

그리고 통전시 상기 단선표시램프(LED)에 구동전원을 공급하는 스위칭소자(SCR)의 주회로중 일단에는 변류기(CT)에 단선이 발생한 경우 경보신호를 출력할 수 있는 경보신호선이 인출될 수 있다.

도 2는 본 발명의 외형도를 나타낸다.

본 발명에 따른 자기진단회로가 내장된 변류기(20)는 환형의 코어에 코일이 권선되어 이루어진 변류기(CT)가 케이스(21)내에 내장되어 에폭시로 몰딩처리된 변류기부(22)와 도 1에 도시된 자기진단회로(10)가 케이스(21)내에 내장되어 에폭시로 몰딩처리된 자기진단부(23) 그리고 상기 변류기(20)를 외측으로 연결하기 위한 단자로써, 출력라인(L1)(L2)과 증폭기가 동작하기 위한 바이어스 인가 전압인 Vcc전원, 외부의 경보기를 동작시키기 위한 출력인 단선경보신호 및 공통단자를 외측회로에 각각 연결하기 위한 접속핀(PIN)들이 설치된 구조로 되어 있다.

아울러 자기진단부(23)의 외측으로는 단선표시램프(LED)가 노출되어 단선표시램프(LED)의 점소등 상태에 따라 단선표시 여부를 용이하게 확인할 수 있도록 되어 있다.

한편, 도시된 예에서는 단선표시램프(LED)가 자기진단부(23)에서 매립된 상태로 일부만 노출된 구조의 예를 설명하고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니고 단선표시램프(LED)를 외측에 설치하고 이를 연결할 수 있도록 접속핀(PIN)을 추가하는 구조로 설치할 수도 있다.

상기한 바와 같이 본 발명은, 변류기를 사용하여 누전차단기, ELCB, GFCI, AFCI, 전자식 전력량계 등을 제작하거나 사용중일 때 변류기에 단선이 발생한 경우 단선표시램프의 점등을 통해 즉시 확인이 가능하여 불량 변류기의 사용에 따른 제품불량을 방지할 수 있고, 변류기의 단선시 신속하게 교체할 수 있는 장점이 있다.

Claims

변류기와, 상기 변류기의 양단에 연결되어 저역신호만을 출력라인으로 통과시키는 저역통과필터부, 상기 저역통과필터부의 2개 출력라인에서 발생되는 차동전압을 증폭하여 출력하는 차동증폭부, 상기 차동증폭부의 출력이 사전에 설정된 기준전압보다 낮으면 하이레벨의 신호를 출력하는 비교부, 상기 비교부에서 하이레벨의 신호를 출력할 때 원샷펄스신호를 출력하는 원샷회로, 상기 비교부의 출력단에 스위칭소자와 직렬로 연결되어 상기 스위칭소자의 통전여부에 따라 변류기의 단선을 표시하는 단선표시램프, 상기 원샷회로의 출력전압이 변류기의 단선시 저역통과필터의 입력측 양단에 연결되는 부하저항을 통해 연산증폭기의 반전단자에 입력됨과 아울러 상기 원샷회로의 출력전압이 분압저항을 통해 상기 연산증폭기의 비반전단자에 입력되어 반전단자와 비반전단자에 입력되는 신호에 따라 게이트신호를 출력하여 상기 스위칭소자의 스위칭제어신호로 인가되도록 이루어진 게이트신호발생부를 포함하여 이루어진 자기진단회로가 내장된 변류기.
제1항에 있어서, 상기 스위칭소자는 실리콘제어정류기인 것을 특징으로 하는 자기진단회로가 내장된 변류기.
제1항에 있어서, 상기 변류기를 비롯하여 저역통과필터부, 차동증폭부, 비교부, 원샷회로, 단선표시램프, 게이트신호발생부가 케이스내에 삽입되어 몰딩처리되는 한편, 상기 출력라인과 상기 몰딩처리된 내측회로들의 구동전원라인, 경보신호출력라인, 그리고 공통접지라인을 외부회로와 연결하기 위한 접속핀들이 몰딩된 외부로 돌출되도록 설치되고, 단선표시램프가 외부에서 확인가능하도록 일부는 몰딩에 의해 매립되고 일부는 노출되게 설치된 것을 특징으로 하는 자기진단회로가 내장된 변류기.
제3항에 있어서, 상기 접속핀들에는 외부에 설치되는 단선표시램프에 연결할 수 있는 접속핀이 추가로 설치됨을 특징으로 하는 자기진단회로가 내장된 변류기.