KR100901754B1 - 반도체 스위칭 소자를 이용한 변류기 2차 단자의 무전원 개방 방지장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반도체 스위칭 소자를 이용한 변류기 2차 단자의 무전원 개방 방지장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 개방 방지장치를 구동하기 위한 전원을 별도로 구비하지 않아도 구동이 가능하며, 반도체 스위칭 소자를 이용하므로 스위칭에 따른 손실이 없고, 라인 복구시 자동으로 폐회로가 개방되므로 타이머에 의한 운전이 요구되지 않아 오동작을 최소화시킬 수 있는 반도체 스위칭 소자를 이용한 변류기 2차 단자의 무전원 개방 방지장치를 제공하기 위한 것이다.

그 기술적 구성은 본 발명은 변류기 2차 단자가 개방되어 인가된 전압을 변압하는 변압부; 상기 변압부에서 출력된 전압을 정류 및 평활하는 제1 정류부; 상기 제1 정류부에서 출력된 전압이 기 설정된 기준 전압을 초과하는 경우, 반도체 스위칭 소자가 스위칭되어 폐회로를 형성시키는 단락 회로부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

변류기, 개방, 전류계, 2차, 반도체 스위칭 소자, SSR, SCR, 무전원

Description

반도체 스위칭 소자를 이용한 변류기 2차 단자의 무전원 개방 방지장치{APPARATUS FOR BATTERYLESS PREVENTING FROM OPENING OF CURRENT TRANSFORMER SECOND TERMINAL USING SOLID STATE RELAY}

본 발명은 반도체 스위칭 소자를 이용한 변류기 2차 단자의 무전원 개방 방지장치에 관한 것으로, 변류기 2차 단자의 개방에 따른 폐회로 형성에 전원이 별도로 요구되지 않으며, 라인 복구시 스위치를 수동으로 조작하여 전원을 해제시킬 필요가 없어 오동작의 위험을 최소화할 수 있는 반도체 스위칭 소자를 이용한 변류기 2차 단자의 무전원 개방 방지장치에 관한 것이다.

일반적으로, 변류기(CT: Current Transformer)는 교류의 큰 전류에서 그것에 비례하는 작은 전류를 얻음으로써 교류 전류계의 측정 범위를 확대하기 위해 사용되는 장치이다.

변류기의 구조는 변압기와 같은 성층철심(成層鐵心)에 권선수(捲線數)가 적은 1차 코일과 권선수가 많은 2차 코일을 감은 것인데, 2차 코일에는 전류계, 전력계, 계전기(繼電器) 등을 연결한다.

변류기의 1차 코일 및 2차 코일의 전류비는 각기 코일 권선수의 반비례하며, 1차 전류의 정격값은 수십 암페어(A)에서 수천 암페어까지 여러 가지가 있으나, 2차 전류의 정격값은 대부분 5 A 정도이다.

한편, 변류기의 2차 단자는 변압기와는 달라서 2차 단자를 단락(Short)시키는 것은 안전하나 개방(Open)시키는 것은 위험한데, 그 이유는 변류기의 1차 코일에 전류가 흐르는 상태에서 2차 코일을 개방하게 되면, 1차측 단자의 전류가 모든 철심을 자화시켜 철심이 포화되어 발열하고, 이로 인해 코일의 손상 내지 변류기의 폭발 위험성 및 감전사고의 위험성이 있기 때문이다.

따라서, 변류기의 2차 코일에 연결된 전류계, 전력계 등의 계측기 내부 회로가 개방되거나 기타 사유로 인해 변류기의 2차 코일이 개방될 경우, 이를 감지하여 즉시 개방 상태를 차단시켜야 하며, 이를 위해 개방된 2차 단자를 단락시킬 수 있는 기능을 가진 회로를 변류기의 2차 단자에 연결해야 한다.

또한, 상기와 같은 개방감지 및 차단을 위한 회로는 개방을 감지하여 단자를 단락시킨 후, 관리자가 변류기의 2차 단자의 개방된 원인을 찾아서 이를 제거할 때까지 단락된 상태를 계속하여 유지해야 한다.

만약, 단락 상태를 불완전하게 유지하여 관리자가 수리작업을 하는 도중에 갑자기 개방 상태로 전환되는 경우가 발생되면, 관리자가 감전사고를 당할 수 있기 때문이다.

이와 같은 위험성이 있음에도 불구하고 현재 변류기의 2차 코일의 개방으로 인한 사고 방지 대책은 거의 전무한 실정이므로 이를 예방하기 위한 장치의 개발이 요청되고 있다.

따라서, 변류기를 비롯하여 전기설비에 연결된 각종 계측기기, 예컨데 전류계, 전력계, 계전기, 기록계 등에 대한 점검이나 수리작업을 하는 경우, 감전 사고를 방지하기 위해 작업을 하는 동안 변류기의 2차 단자를 안정적으로 단락 유지시켜야 할 필요가 있다.

이러한 기술의 일 예로서, 등록특허 제0644142호는 변류기의 개방을 감지하면 회로를 단락시키는 변류기 개방감지장치이다. 이를 도 1을 참조하여 설명한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 릴레이식 감지회로의 입력 단자는 변류기의 2차 단자에 연결되어 있어서 변류기 2차 단자의 개방시 유기되는 전압을 입력신호로 받는다.

그리고, 2차 단자가 개방되어 입력되는 전압은 과도 전압이며, 이러한 과전압을 차단할 필요가 있기 때문에, 회로 보호부인 TNR(Surge Observer)을 삽입하여 과전압을 제거하고, 이를 신호원으로 사용하기 위해 다이오드(D1)에서 정류한 후, 콘덴서(C1)에서 평활시켜 직류로 변환시킨다.

여기서, 저항(R1)은 콘덴서의 방전 및 비교 증폭기(OP AMP) 입력의 개방을 방지한다, 또 비교증폭기는 입력 신호의 전압과 기준 전압을 비교하여 개방 여부를 판단하고, 개방된 경우 저항(R5)을 통하여 전류를 제한하며, 일정 정도의 전류가 제한된 전류를 트랜지스터(TR)로 인가시켜 릴레이 코일로 흐르게 한다.

이와 같이, 릴레이 코일에 전류가 흐르면 자기 유도에 의해 제1 연동 스위치(S1)가 동작함과 동시에, 릴레이의 일측 노드 전위를 접지(GND)시켜서 릴레이의 자기를 유지시켜 저항(R6)를 통하여 2차 단자로 흐르는 전류를 제한한다.

또한, 제2 연동 스위치, 즉 경보 스위치(S2)는 경보 시스템과 연결시켜서 릴레이 동작시, 경보가 발생되도록 함으로써 관리자에게 변류기의 개방 상태를 알릴 수 있도록 한다.

여기서, 제3 연동 스위치, 즉 단락 스위치(S3)가 작동하면 변류기의 개방 단자는 즉시 단락(Short) 상태가 되며, 발광 다이오드(LED)를 연결하여 릴레이가 동작하는 동안 동작 상태를 표시하도록 하였다.

그리고, 복구 스위치(RESET-SW)는 릴레이의 자기 유지를 해제하기 위한 것으로, 복구 스위치를 관리자가 누르면 릴레이의 전압이 오프(OFF)되므로 자기 유지 기능이 사라지고, 릴레이는 원래 상태로 되돌아 온다.

도 2는 도 1의 변류기 개방감지장치가 구현된 전기설비의 블록구성도이며, 전기 설비에 연결된 실시예를 도시한다. 변류기의 1차 단자에는 일반적인 전원과 부하가 연결되어 있고, 2차 단자에는 전류계, 전력계, 계전기, 기록계 등의 각종 계측기와 종래 기술에 따른 감지 장치가 연결되어 있다.

변류기의 2차 단자가 개방되면, 개방 전압은 감지 장치의 입력 신호가 되어 과전압을 보호부에서 차단하고, 정류부에서 신호를 정류하여 직류로 변환하며, 비교부는 기준 전압과 정류 신호의 값을 비교하고, 단락 회로부에서는 비교 결과에 따라 변류기의 2차 단자를 단락시킨다.

그러나, 종래 기술에 따른 변류기의 개방감지장치는 과전압을 차단하기 위한 회로 보호부와 직류로 변환하는 소자의 구성이 복잡하고, 기준 전압을 설정하고 증폭기(OP AMP)로 비교하기 때문에 비교하는 단계에 따른 부품 수가 증가하며, 비교 증폭기와 2차 단자를 단락시키는 릴레이가 연결되어 임펄스, 노이즈와 같은 교란에 약하므로 정확한 제어 및 구동이 이루어지지 않으며, 개방에 따른 누전을 방지하기 위한 폐회로를 구성하기 위하여 각 구성 소자에 별도로 전원을 인가해야 하고, 라인 복구시 타이머를 이용하여 전원을 해제시키거나 또는 수동으로 조작하는 등의 부가적인 조작이 요구되며, 이에 따라 폐회로를 개방시키는 동작의 오류가 발생할 위험이 있는 등의 문제점이 있었다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 변류기 2차 단자의 개방을 방지하기 위하여 형성되는 폐회로는 별도의 전원을 필요로 하지 않기 때문에, 라인 복구시 2차 단자가 단락되어 전원 공급이 끊기면 자동적으로 폐회로가 해제될 수 있는 반도체 스위칭 소자를 이용한 변류기 2차 단자의 무전원 개방 방지장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 다른 목적은 사이리스터와 같은 반도체 스위칭 소자를 이용하므로, 릴레이 접점 스위칭에 따른 손실 및 오류를 최소화할 수 있는 반도체 스위칭 소자를 이용한 변류기 2차 단자의 무전원 개방 방지장치를 제공하는 데 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 변류기 2차 단자가 개방되어 인가된 전압을 변압하는 변압부; 상기 변압부에서 출력된 전압을 정류 및 평활하는 제1 정류부; 상기 제1 정류부에서 출력된 전압이 기 설정된 기준 전압을 초과하는 경우, 반도체 스위칭 소자가 스위칭되어 폐회로를 형성시키는 단락 회로부를 포함한다.

여기서, 상기 변압부에서 상기 제1 정류부로 흐르는 전류에 의해 전압이 발생되는 변류부; 상기 변류부에서 발생된 전압을 정류 및 평활하는 제2 정류부; 상기 제2 정류부에서 출력된 전압에 의해 반도체 스위칭 소자가 스위칭되어 경보 메세지를 출력하는 경보 릴레이부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 제1 정류부 및 제2 정류부는 입력된 전압을 정류하기 위한 제1 브릿지 정류기 및 제2 브릿지 정류기; 상기 제1 브릿지 정류기 및 제2 브릿지 정류기에서 출력된 전압을 평활하기 위한 제1 커패시터 및 제2 커패시터를 포함하는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 단락 회로부는 상기 제1 정류부에서 출력된 전압을 증감시키기 위한 가변 저항; 상기 가변 저항에 의해 증감된 전압이 인가되는 션트 레귤레이터; 상기 가변 저항에 의한 전압이 상기 션트 레귤레이터의 기준 전압을 초과하는 경우, 턴 온(on)된 션트 레귤레이터를 통해 전류가 인가되어 도통되는 포토 다이오드; 상기 포토 다이오드가 도통되어 흐르는 전류가 트리거되어 상기 폐회로가 형성되도록 래칭되는 사이리스터를 포함하는 것을 특징으로 한다.

더불어, 상기 사이리스터의 음극에서 양극으로 흐르는 전류를 막을 수 있도록 구비되는 다이오드를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제1 커패시터와 상기 다이오드 및 사이리스터는 병렬로 연결되고, 상기 사이리스터의 게이트로 상기 제1 포토 커플러의 출력단이 연결되며, 상기 포토 커플러의 입력단과 상기 션트 레귤레이터의 음극이 연결되고, 상기 션트 레귤레이터의 양극과 상기 가변 저항이 연결되는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 변류기의 2차 단자에 폐회로를 수동으로 형성시키기 위해, 상기 변압부와 상기 제1 정류부 및 변류부 사이에 수동으로 조작되는 단락용 스위치를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 변류부의 입력측은 상기 단락용 스위치와 상기 제1 브릿지 정류기 사이에 구비되고, 상기 변류부의 출력측은 상기 제2 브릿지 정류기의 입력 단자와 연결되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 경보 릴레이부는 상기 제2 정류부에서 출력된 전압으로 발광되는 발광 소자; 상기 발광 소자를 통해 흐르는 전류에 의해 도통되는 제2 포토 커플러를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이상에서 설명한 바와 같이 상기와 같은 구성을 갖는 본 발명은 변류기 2차 단자의 개방으로 인해 폐회로가 형성되기 위한 각 구성 요소로 별도의 전원을 공급하지 않기 때문에, 폐회로가 해제되는 경우에도 별도의 전원 해제 작업을 위한 스위칭 조작을 필요로 하지 않으며, 이에 따라 별도의 조작을 최소화할 수 있어 폐회로 해제의 오류율을 낮출 수 있어 사고 안전도를 증가시킬 수 있고, 반도체 스위칭 소자를 이용하므로 스위칭 접점 온/오프에 따른 마모를 줄일 수 있으며, 반도체 스위칭 소자의 전류 래칭(Current Latching) 기능을 이용하기 때문에 스위칭 손실을 줄일 수 있는 등의 효과를 거둘 수 있다.

이하, 본 발명에 따른 실시예를 첨부된 예시도면을 참고로 하여 상세하게 설명한다.

도 3은 본 발명에 따른 반도체 스위칭 소자를 이용한 변류기 2차 단자의 무전원 개방 방지장치를 도시한 회로구성도이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 반도체 스위칭 소자를 이용한 변류기 2차 단자의 무전원 개방 방지장치(1)는 변압부(10), 단락용 스위치(20), 제1 정류부(30), 단락 회로부(40), 변류부(50), 제2 정류부(60), 경보 릴레이부(70)를 포함한다.

본 발명에 따른 반도체 스위칭 소자를 이용한 변류기 2차 단자의 무전원 개방 방지장치(1)는 변류기의 2차 단자에 전류 계측을 위해 연결된 전류계가 고장나거나 또는 연결된 선이 끊어져 개방(Open)된 경우, 또는 전류계 등에 대한 점검이나 수리작업을 하는 경우, 감전 사고를 방지하기 위해 작업을 하는 동안 변류기의 2차 단자를 안정적으로 단락시키기 위해 구비된다.

상기 변압부(10)는 변류기의 2차 단자가 개방된 경우, 상기 변압부(10)에 걸리는 전압을 변압시키기 위해 구비되며, 상기 변압부(10)에서 변압된 전압은 폐회로를 형성하기 위한 각 구성 요소의 전원으로 인가된다.

그리고, 상기 단락용 스위치(20)는 상기 전류계 등을 점검하거나 또는 반도체 스위칭 소자의 래칭 전류(Latching Current)를 완전히 소거하기 위해 사용된다.

여기서, 반도체 스위칭 소자는 SCR, SSR 등의 솔리드 스테이트 소자, 무접점 릴레이 소자를 포함한다.

또한, 상기 제1 정류부(30)는 변류기의 2차 단자가 개방된 경우, 상기 변압부(10)를 거쳐 인가된 교류 전압이 직류로 변환되도록 정류하기 위해 구비되며, 교 류를 평활시켜 각 전압이 0V 까지 떨어지는 것을 막도록 이루어진다.

그리고, 상기 단락 회로부(40)는 상기 제1 정류부(30)에서 인가된 전원을 입력받고, 상기 인가된 전원이 기 설정된 기준 전압 보다 큰 경우에 반도체 스위칭 소자(SSR: Solid State Relay 또는 SCR)를 이용하여 변류기 2차 단자의 개방 상태를 폐쇄하기 위한 폐회로를 형성한다.

즉, 상기 인가된 전압이 기 설정된 기준 전압을 초과하는 경우, 상기 반도체 스위칭 소자(SSR)의 입력 측에 동작 전압(Pick-up Voltage) 이상의 HIGH 신호가 인가되고, 포토 커플러가 동작하여 트리거 회로에 의해 스위칭 소자(Traic 또는 SCR)가 턴 온(on)되어 출력 측에 흐르게 됨으로써, 폐회로(Closed Circuit)를 형성하는 것이다.

반대로, 회로가 복구되어 상기 반도체 스위칭 소자(SSR 또는 SCR)에 래칭 전류 이하의 전류가 흐르면 자동적으로 회로는 개방(OPEN)된다.

따라서, 상기 단락 회로부(40)에 기 설정된 기준 전압을 초과하는 전압이 인가된 경우에는 변류기 2차 단자의 개방 상태인 것으로 판단하고, 상기 개방 상태를 전환하기 위하여 상기 단락 회로부(40)가 폐회로를 형성함으로써 단락 상태를 만드는 것이다.

여기서, 변류기의 2차 단자가 단락되었더라도 상기 단락 회로부(40)가 작동되면 사용자 및 관리자는 고장 또는 이상을 감지하지 못할 수 있으므로, 단락 회로부(40)가 임시적으로 폐회로를 형성하고 있다는 사실을 알리기 위해 경보 릴레이부(70)를 구비한다.

이때, 상기 경보 릴레이부(70)를 구동하기 위해 제2 정류부(60)는 상기 변압부(10)의 전압을 정류하여 상기 경보 릴레이부(70)로 인가시키고, 상기 제2 정류부(60)로 전류를 도통시키기 위해 변류부(50)를 이용한다.

그리고, 상기 변류부(50)는 상기 변압부(10)를 통해 제1 정류부(30) 측으로 흐르는 전류에 의해 상기 변류부(50)의 2차측에 전압이 유도되고, 이를 이용하여 제2 정류부(60)에서는 유도된 전압에 따른 전류를 정류한다. 경보 릴레이부(70)를 동작시키기 위한 전류는 상기 변류부(50)의 1차에 비하여 현저히 작다는 것을 고려하여 변류부를 선정한다.

본 발명에 따른 반도체 스위칭 소자를 이용한 변류기 2차 단자의 무전원 개방 방지장치(1)는 변류기의 2차 단자가 개방되면, 개방된 상태에서 유기되는 전압을 변압부(10)에서 변환하고, 제1 정류부(30)를 통해 정류된 전류를 이용하여 단락 회로부(40)에서는 폐회로를 형성함과 동시에, 상기 제1 정류부(30)로 흐르는 전류에 의해 변류부(50)로 유도된 전압을 제2 정류부(60)에서 정류하여 상기 경보 릴레이부(70)에서 사용자 또는 관리자에게 변류기 2차 단자의 개방 상태를 알릴 수 있도록 이루어진다.

또한, 본 발명에 따른 반도체 스위칭 소자를 이용한 변류기 2차 단자의 무전원 개방 방지장치(1)는 폐회로를 구성하기 위한 각 구성 요소에 전원이 별도로 인가되지 않아도 구동 가능하기 때문에, 그 구성이 간단하다.

더불어, 반도체 스위칭 소자를 이용하여 폐회로를 형성하는 스위칭 기능을 실시하기 때문에, 사이리스터 래칭(Thyristor Latching)으로 스위칭 손실이 발생하 지 않으며, 변류기 2차 단자가 복구된 경우 스위치를 수동으로 조작하지 않아도 폐회로가 개방되기 때문에 불필요한 조작을 삭제할 수 있음과 동시에 오동작의 위험을 줄일 수 있다.

도 4는 본 발명에 따른 반도체 스위칭 소자를 이용한 변류기 2차 단자의 무전원 개방 방지장치를 도시한 회로도이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 도 4의 회로도는 본 발명에 따른 반도체 스위칭 소자를 이용한 변류기 2차 단자의 무전원 개방 방지장치(1)를 구현한 것이며, 이에 한정되지 않고 변형 가능한 실시예이다.

우선, 변압부(10)는 전원선의 전류를 계측하기 위한 전류계와 병렬로 연결되고, 상기 전류계 등의 검전기가 수리 및 고장으로 개방되었을 경우, 변류기 2차 단자의 개방을 막기 위해 상기 변압부(10)로 전압이 흐르도록 한다.

상기 변압부(10)는 변류기의 2차 단자가 개방된 경우, 상기 변압부(10)에 걸리는 전압을 변압시키기 위해 구비되며, 상기 변압부(10)에서 변압된 전압은 폐회로를 형성하기 위한 각 구성 요소의 전원으로 인가된다.

여기서, 상기 변압부(10)는 상기 변류기 2차 단자(J10)의 출력인 1번 핀에는 과전류 방지용 퓨즈(F3, FUSE)가 구비되고, 1번 핀과 2번 핀 사이에는 가변 저항(VR3, VR4)를 병렬로 구비한다.

이에 따라, 상기 가변 저항(VR3, VR4) 양단에 걸린 전압은 변압기(L4)의 1번 단자, 4 번 단자로 걸리게 되며, 이는 2번 단자 및 3 번 단자로 변압된 전압이 출력되어 단락용 스위치(20)를 지나게 된다.

상기 변압기(L4)는 본 발명의 실시예에서 FIT68-4 소자를 이용하였으며, 이는 토로이달 변류부(Toroidal Transformer)이고 100 와트의 전력에서 DC/DC 변환이 가능하며, 250KHz 까지 펄스를 증가시킬 수 있다.

상기 FIT68-4는 예를 들면, www.TriadMagnectics.com에서 판매되고 있는 제품으로 사용될 수도 있다.

이때, 단락용 스위치(20)는 오프(OFF)된 상태로 폐회로를 형성시키지 않으며, 본 발명에 따른 반도체 스위칭 소자를 이용한 변류기 2차 단자의 무전원 개방 방지장치(1)를 테스트하는 경우에만 수동으로 온(ON) 시키도록 구비된다.

따라서, 상기 변압부(10)에서 변압된 출력 전압은 제1 정류부(30) 및 변류부(50)로 전달된다.

이때, 상기 변압기(L4)의 출력인 3번 핀과 상기 제1 정류부(30)의 제1 브릿지 정류기(31)의 1번 핀이 연결되며, 상기 변압기(L4)의 출력인 2번 핀과 상기 변류부(50)의 입력인 2번 핀 및 3번 핀을 지나 상기 제1 브릿지 정류기(31)의 3번 핀으로 연결된다.

따라서, 제1 정류부(30)로 전압이 인가되는 동시에, 상기 변류부(50)의 2번 핀 및 1 번 핀을 지나는 전류(Bypass Current)에 의해 상기 변류부(50)의 2차측 출력 단자에 전압이 유기된다.

상기 제1 정류부(30)의 제1 브릿지 다이오드(31)로 정류된 교류는 직류로 변환되고, 평활을 위해 상기 제1 브릿지 다이오드(31)의 4번 핀 및 2번 핀과 평활용 제1 커패시터(32)를 연결시킨다.

상기 제1 정류부(30)를 통과한 직류는 단락 회로부(40)로 전달되고, 이는 가변 저항(41)으로 인가된다.

여기서, 가변 저항(41)은 인가된 전압을 기준 전압과 비교하기 전에, 상기 인가된 전압을 어느 정도로 증가 또는 감소시킬 것인지를 제어하기 위해 구비되며, 상기 가변 저항(41)의 값은 인가된 전압의 강도를 조정하는 데 이용된다.

또한, 상기 가변 저항(41)의 양단에 걸린 전압은 션트 레귤레이터(42)로 인가되는데, 상기 인가된 전압이 상기 션트 레귤레이터(42)의 기준 전압을 초과하는 경우에는 션트 레귤레이터(42)가 도통되어 전류가 흐를 수 있게 된다.

따라서, 상기 션트 레귤레이터(42)를 통해 흐르는 전류는 저항(R23) 및 저항(R30)을 지나 포토 커플러(43)로 입력되고, 상기 흐르는 전류에 의해 상기 포토 커플러(43)가 턴 온되면, 저항(R10)을 통해 사이리스터(44, thyristor)의 게이트로 입력되어 상기 사이리스터(44)가 도통된다.

여기서, 사이리스터(44)는 전력 시스템에서 전류 및 전압의 제어에 사용되는 전력반도체 소자로서, 양극(anode), 음극(cathode) 및 게이트(gate)의 3 단자로 구성되어 있으며, 게이트에 신호가 인가되면 지속적인 게이트 전류의 공급 없이도 주회로에 역전류가 인가되거나 전류가 유지 전류(holding currrent) 이하로 떨어질 때까지 통전 상태를 유지한다.

그리고, 사이리스터(44)는 래치-업(Latch-up) 또는 래칭 전류(Latching Current)에 의해 전원이 인가되지 않을 때까지 상태를 유지하게 된다.

여기서, 래치-업은 입력 및 출력 전압이 정격 전압을 초과하여 내부 소자에 큰 전류가 흐르는 경우, 혹은 전원 단자에 전압이 정격을 넘어가 내부 소자가 항복 상태에 이르는 경우에 발생하며, 이러한 상태는 순간적일지라도 한번 상태가 바뀌면, 그 상태를 계속적으로 유지하게 되는 것을 일컫는다.

따라서, 한번 도통된 사이리스터(44)는 계속적으로 그 상태를 유지하게 되며, 전원이 인가되지 않을 때까지 그 상태를 유지하므로 2차 개방 상태가 유지되는 동안에는 계속적으로 폐회로를 형성할 수 있도록 이루어진다.

그리고, 상기 다이오드(45)는 상기 사이리스터(44)에 인가되는 전류가 사이리스터(44)의 음극에서 양극 방향으로 전류가 흐르는 것을 막을 수 있도록 전류의 방향을 설정하기 위해 구비된다.

이에 따라, 상기 다이오드(45) 및 사이리스터(44)를 기준으로 폐회로가 형성되어 변류기 2차 단자의 개방 상태에 따른 감전 사고 등을 방지할 수 있도록 구성된다.

한편, 상기 제2 정류부(60)로 인가된 전류는 제2 브릿지 정류기(61) 및 제2 커패시터(62)를 통해 정류 및 평활되고, 경보 릴레이부(70)로 인가되어 저항(R13)을 통해 전류가 흐르게 된다.

또한, 상기 저항(R13)을 통해 흐르는 전류는 발광 소자(71)를 통해 사용자에게 경고를 알리는 빛을 출력함과 동시에, 제2 포토 커플러(72)를 통해 턴 온된 릴레이에 의해 스피커 등으로 경보 메세지가 출력되게 되는 것이다.

더불어, 변류기의 2차 개방 상태가 종료된 경우에는 본 발명에 따른 반도체 스위칭 소자를 이용한 변류기 2차 단자의 무전원 개방 방지장치(1)에 전원이 인가 되지 않으므로, 반도체 스위칭 소자를 이용한 변류기 2차 단자의 무전원 개방 방지장치(1)가 구동하지 않고, 이에 따라 전원이 인가되지 않도록 스위치를 조작하지 않아도 되며, 타이머에 의한 2차 단자 개방시 운전이 필요없게 되어 오동작의 위험을 최소화할 수 있다.

도 5는 도 4의 각 구성 요소에 걸린 전압 및 전류를 도시한 그래프이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 제1 브릿지 정류기를 통과한 파형은 1차 정류 전압으로 표기를 하였고, 변류부의 2차측 전압은 CT 2차 Terminal Voltage로 표기를 하였으며, 변류부의 2차측 전압과 제2 브릿지 정류기를 통과한 파형은 각각 CT 2차 전류, 2차 정류 전류로 표기하였다.

이를 통하여, 각 구성 요소로 인해 과전류가 제거되고 이를 통해 과전류를 검출할 수 있어, 변류기의 2차측 개방 상태를 확인할 수 있도록 파형이 출력되는 것을 확인할 수 있다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이 같은 특정 실시예에만 한정되지 않으며 해당 분야에서 통상의 지식을 가진자라면 본 발명의 특허청구범위 내에 기재된 범주 내에서 적절하게 변경이 가능할 것이다.

도 1은 종래 기술에 따른 릴레이식 변류기 개방감지장치의 회로구성도.

도 2는 도 1의 변류기 개방감지장치가 구현된 전기설비의 블록구성도.

도 3은 본 발명에 따른 반도체 스위칭 소자를 이용한 변류기 2차 단자의 무전원 개방 방지장치를 도시한 회로구성도.

도 4는 본 발명에 따른 반도체 스위칭 소자를 이용한 변류기 2차 단자의 무전원 개방 방지장치를 도시한 회로도.

도 5는 도 4의 각 구성 요소에 걸린 전압 및 전류를 도시한 그래프.

<도면의 주요 부분에 대한 도면 부호의 간단한 설명>

1: 반도체 스위칭 소자를 이용한 변류기 2차 단자의 무전원 개방 방지장치

10: 변압부 20: 단락용 스위치

30: 제1 정류부 31: 제1 브릿지 정류기

32: 제1 커패시터 40: 단락 회로부

41: 가변 저항 42: 션트 레귤레이터

43: 제1 포토 커플러 44: 사이리스터

45: 다이오드 50: 변류부

60: 제2 정류부 61: 제2 브릿지 정류기

62: 제2 커패시터 70: 경보 릴레이부

71: 발광 소자 72: 제2 포토 커플러

Claims (9)

1. 변류기 2차 단자가 개방되어 인가된 전압을 변압하는 변압부;

   상기 변압부에서 출력된 전압을 정류 및 평활하는 제1 정류부;

   상기 제1 정류부에서 출력된 전압이 기 설정된 기준 전압을 초과하는 경우, 반도체 스위칭 소자가 스위칭되어 폐회로를 형성시키는 단락 회로부;

   상기 변압부에서 상기 제1 정류부로 흐르는 전류에 의해 전압이 발생되는 변류부;

   상기 변류부에서 발생된 전압을 정류 및 평활하는 제2 정류부; 및

   상기 제2 정류부에서 출력된 전압에 의해 반도체 스위칭 소자가 스위칭되어 경보 메세지를 출력하는 경보 릴레이부를 포함하고,

   상기 제1 정류부 및 제2 정류부는

   입력된 전압을 정류하기 위한 제1 브릿지 정류기 및 제2 브릿지 정류기; 및

   상기 제1 브릿지 정류기 및 제2 브릿지 정류기에서 출력된 전압을 평활하기 위한 제1 커패시터 및 제2 커패시터를 포함하고,

   상기 단락 회로부는

   상기 제1 정류부에서 출력된 전압을 증감시키기 위한 가변 저항;

   상기 가변 저항에 의해 증감된 전압이 인가되는 션트 레귤레이터;

   상기 가변 저항에 의한 전압이 상기 션트 레귤레이터의 기준 전압을 초과하는 경우, 턴 온(on)된 션트 레귤레이터를 통해 전류가 인가되어 도통되는 포토 다이오드; 및

   상기 포토 다이오드가 도통되어 흐르는 전류가 트리거되어 상기 폐회로가 형성되도록 래칭되는 사이리스터를 포함하되, 상기 사이리스터의 음극에서 양극으로 전류가 흐르는 것을 막기 위해 구비되는 다이오드를 더 포함하고,

   상기 제1 커패시터와 상기 다이오드 및 사이리스터는 병렬로 연결되고, 상기 사이리스터의 게이트로 상기 제1 포토 커플러의 출력단이 연결되며, 상기 포토 커플러의 입력단과 상기 션트 레귤레이터의 음극이 연결되고, 상기 션트 레귤레이터의 양극과 상기 가변 저항이 연결되고,

   상기 변류기의 2차 단자에 폐회로를 수동으로 형성시키기 위해, 상기 변압부와 상기 제1 정류부 및 변류부 사이에 수동으로 조작되는 단락용 스위치를 더 포함하고,

   상기 변류부의 입력측은 상기 단락용 스위치와 상기 제1 브릿지 정류기 사이에 구비되고, 상기 변류부의 출력측은 상기 제2 브릿지 정류기의 입력 단자와 연결되고,

   상기 경보 릴레이부는

   상기 제2 정류부에서 출력된 전압으로 발광되는 발광 소자; 및

   상기 발광 소자를 통해 흐르는 전류에 의해 도통되는 제2 포토 커플러를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 스위칭 소자를 이용한 변류기 2차 단자의 무전원 개방 방지장치.
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