KR100912645B1

KR100912645B1 - 중성선 결상시에도 트립기능을 갖는 단상2선식 회로차단기

Info

Publication number: KR100912645B1
Application number: KR1020090024212A
Authority: KR
Inventors: 김관영; 정영철; 이제덕
Original assignee: 주식회사 대륙; 정영철
Priority date: 2009-03-20
Filing date: 2009-03-20
Publication date: 2009-08-17

Abstract

본 발명은 3상4선식 전원공급라인에서 3상중 어느 한상과 중성선을 각각 연결하여 단상2선으로 전원을 공급하는 단상2선 방식의 선로에서 3상4선선로에서의 중성선 결상에 따른 단상2선식 선로의 과전압발생이나, 단상2선식 선로에서의 중성선 결상시 또는 누전이 발생하는 경우에 부하측으로 공급되는 단상2선식 전원을 차단하는 단상2선식 회로차단기에 관한 것이다.

본 발명은 상선과 중성선으로 구성된 단상2선식 전원라인에서 제어전원을 공급받아 단상전원라인의 중성선 결상, 누전 또는 과전압을 감지하면 트립코일을 구동하여 차단기의 접점을 오픈하여 부하기기로 공급되는 단상전원을 차단하는 단상2선식 회로차단기에 있어서, 중성선 결상여부를 검출하여 중성선 결상시에 사이리스터를 턴온시켜 상선과 접지선을 통하여 차단기의 제어회로에 제어전원을 지속적으로 공급하면서 중성선 결상 검출신호를 발생시키는 중성선 결상 검출부; 상기 제어전원을 공급하는 메인라인인 3상4선식 전원라인의 중성선 결상에 따른 단상전원라인의 과전압검출신호를 발생시켜 콘트롤부에 전달하는 과전압검출부; 상기 중성선 결상 검출신호 및 과전압 검출신호를 수신하여 중성선이 지속적으로 결상되는 경우에 트립신호를 발생시키거나, 과전압의 크기에 따라 소정 지연시간 경과후에 제어신호로 트립신호를 발생시키는 콘트롤부; 상기 콘트롤부의 제어신호에 따라 중성선 결상시 상선과 접지선을 통전시켜 트립코일을 여자하여 차단기의 접점을 오픈시키는 사이리스터; 및 과전압 발생시에 트립코일을 여자하여 차단기의 접점을 오픈시 키는 사이리스터;로 구성된 것을 특징으로 하는 중성선 결상시에도 누전 및 과전압에 대한 트립기능을 갖는 단상2선식 회로차단기를 제시한다.

본 발명을 통해, 단상2선식 분기회로에 사용되는 회로차단기에서 3상4선식 모선회로의 중성선이 결상되는 과정에서 발생되는 과전압에 대한 보호는 물론, 단상2선식 분기회로에서의 중성선 결상시에는 제어전원의 위치를 평상시에는 상선-중성선에서 중성선 결상시 상선-접지선으로 절환하여 중성선 결상에 대한 차단기의 접점이 오픈되어 부하기기로의 전원공급이 차단되는시간 동안 회로차단기에 제어전원을 공급함으로써, 단상2선식 선로에서 중성선이 결상되더라도 과전압 및 누전에 의한 인체감전사고시 회로차단기 내부의 제어회로가 정상적으로 동작하여 안전하게 회로차단기를 동작시킬 수 있는 효과를 가져오게 된다.

단상 2선식, 중성선, 결상, 트립코일, 사이리스터(SCR)

Description

중성선 결상시에도 트립기능을 갖는 단상2선식 회로차단기{The single-phase circuit braker built in trip function though neutral phase fails}

본 발명은 모선라인인 3상4선식 전원방식에서 상선((R, S, T상)과 중성선을 연결하여 전원을 공급하는 단상2선식 방식의 분기선로(R상-N상, S상-N상, T상-N상)에서의 중성선 결상을 검출하는 방법 및 중성선 결상이나 과전압 발생시에 트립코일을 구동하여 부하측으로 공급되는 단상전원을 차단하는 단상2선식 회로차단기에 관한 것이다.

더욱 상세하게는 상기의 단상2선 방식의 분기선로에서 중성선이 결상되는 것을 검출하여, 중성선이 결상되더라도 제어전원의 공급위치를 상선과 접지석측으로 절환시켜 제어회로가 정상적으로 동작할 수 있도록 하여 중성선 결상시 발생할 수 있는 인체감전사고와 누전에 의한 화재 및 과전압 유입에 따른 재산의 손실을 사전에 방지하기 위한 단상2선식 회로차단기에 관한 것이다.

분전반에 중성선 결상보호용 차단기를 사용하는 경우, 일반적으로 단상3선식 및 3상4선식 중성선 결상보호용 차단기는 제어회로에 공급되는 제어전원을 상선(R, S, T상)-중선선(N)이 아닌 상선(R, S, T상)-상선((R, S, T상)에 연결하여 제어회로 를 구동시키는 방식으로 되어 있다.

도 1은 단상3선식을 도2는 3상4선식의 TN-S접지방식을 도시한 것으로서, 도시된 바와 같이 차단기 내부의 제어회로에 상선(R, S, T, 이하 H로 표시한다)을 연결하여 제어전원을 공급한다.

도 1에 도시된 단상3선식 및 도 2에 도시된 3상4선식의 경우에는 중성선이 결상되더라도 제어전원은 지속적으로 공급되어 제어회로의 구동 및 차단기를 트립시키는 데에는 특별하게 문제가 발생하지 않는다.

도 3a, 도3b는 단상2선식의 전원 공급방식에서 정상적으로 전원이 공급되는 상태의 선로에 일반 차단기와 누전차단기가 연결된 상태를 도시한 것이다.

도 3a는 도시된 바처럼, 3상 4선식의 선로에서 상선(H)과 중성선(N)을 이용하여 단상2선식 분기회로를 구성하는 경우, 도 3b에 도시된 바처럼 선로에 누전이 발생되는 경우는 누전차단기의 내부회로가 작동하여 전원라인과 연결되는 누전차단기의 접점을 오픈하여 전원을 차단하도록 구성된다.

이와 같이, 상선(H)과 중성선(N)라인으로 폐루프를 형성하고 있는 상태에서는 누전차단기 내부의 회로를 구동하기 위한 제어전원이 공급된다.

도 4a, 도 4b는 단상2선식 전원공급방식에서 중성선이 결상되는 경우에 발생되는 일반 차단기와 누전차단기의 상태를 도시한 것이다.

도 4b에 도시된 바처럼, 중성선이 결상된다면 상선(H)과 중성선(N)라인이 폐 루프를 형성할 수 없으므로 당연히 부하기기로의 전원공급 자체가 차단되며, 마찬가지로 누전차단기의 트립장치를 구동하기 위한 내부 제어회로에 제어전원의 공급도 차단된다.

따라서, 전원과 연결된 누전차단기의 접점은 제어전원이 공급되지 않는 상태에서는 초기상태 그대로 항상 닫힌 상태를 유지하게 된다.

이와 같은 구조, 즉 단상 2선식 회로에서 중성선이 결상된 경우는 차단기의 닫혀있는 접점을 통하여 상선(H)의 전압이 그대로 부하기기까지 인가되어 있는 상태로서 상선(H)과 대지(G)간에는 사용전압이 그대로 걸려있게 된다.

그러므로, 중선선의 결상으로 누전차단기의 제어전원의 공급이 중단되어 누전차단기가 누전에 대한 보호기능을 상실한 상태에서 누전차단기에 접속된 부하기기 등을 통하여 인체가 감전되거나, 대지로 큰 전류가 누설되는 경우 인명피해나 화재로 인한 큰 손해를 야기하게 되는 문제를 갖고 있다.

다시 말해, H상라인에서 말단 부하기기에 전압이 걸려있는 상태이기 때문에, 만약 부하기기의 도전부에 인체가 접촉되는 경우에는, 인체 자체가 접지 기능을 하게 되어 인체를 통하여 전기가 흐르면서 감전사고가 발생할 수 있는 문제에 항상 노출되어 있게 된다.

즉, 중성선이 결상되는 경우에 전원과 연결되는 누전차단기의 접점을 오픈하기 위한 트립장치를 작동하기 위해 누전차단기 내부의 제어회로를 구동하기 위한 제어전원이 공급되어야 하는데, 상기의 경우처럼 중성선이 결상되는 경우에 제어전원 자체가 누전차단기에 공급되지 못한 상태에서 상선(H)에서 말단 부하기기로 전 압이 걸려있게 되는 문제를 가져오게 된다.

따라서, 단상 2선식의 경우에 중성선의 역할은 단상3선식 또는 3상4선식의 중성선의 역할과는 확연한 차이를 보이고 있는 바, 중성선 결상시에 회로차단기에 제어전원이 전혀 공급되지 않는다는 점에서, 중성선이 결상되더라도 회로차단기로 제어전원이 공급되는 단상3선식이나 3상4선식 회로방식과는 접근방식이 전혀 다르며, 특히 3상4선방식의 선로에서 중성선과 상선(H)라인을 통하여 다수의 단상2선식 분기회로를 구성하는 경우에 3상4선의 모선회로의 중성선이 결상되는 경우 부하기기들의 임피던스의 분배차이에 따라 다수의 분기회로에 과전압이 인가되어 부하기기가 손상되는 문제점 및 앞서 설명한 단상2선방식에서 중성선이 결상되는 경우에 발생되는 상기의 문제점에 대한 해결책을 갖도록 제작된 회로차단기는 전무한 상태이다.

상기의 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 단상 2선식 분기회로를 사용하는 회로차단기에서, 3상 4선식 모선회로의 중성선이 결상되는 경우에 다수의 분기회로에 과전압이 인가되거나 누전이 발생하여 피해가 발생하는 것을 방지하기 위해, 중성선 결상을 검출하여 즉시 상선과 접지를 연결하므로써, 중성선이 결상되더라도 차단기 내부의 제어회로에 계속적인 제어전원이 공급되도록 하여 누전, 과전압 및 중성선 결상시에 제어회로를 통해 트립장치를 구동하여 차단기의 접점을 오픈할 수 있도록 구성된 단상 2선식 회로차단기를 제시하는 것을 목적으로 한다.

또한, 중성선 결상이 순간결상이 아닌 계속적으로 결상 상태가 유지되는 경우, 즉 계속되는 중성선 결상시에만 상선과 접지가 연결되어 제어전원이 계속적으로 공급되는 단상 2선식 회로차단기를 제시하는 것을 목적으로 한다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 상선과 중성선을 연결하는 단상전원라인에서 제어전원을 공급받아 중성선 결상을 검출하면 즉시 상선과 접지선을 연결하여 누전 및 과전압 검출부로 제어전원을 계속적으로 공급하고, 일정시간 이상 중성선 결상이 계속되는 경우에는 트립코일을 구동하여 회로차단기의 접점을 오픈하여 부하기기로 공급되는 단상전원을 차단하는 단상2선식 회로차단기를 제시한다.

상기 단상2선식 회로차단기에서는 중성선 결상여부를 검출하여 중성선 결상이 감지되면 즉시 사이리스터를 턴온시켜 상선과 접지선을 통하여 차단기의 제어회로에 제어전원을 지속적으로 공급하면서 중성선 결상 검출신호를 발생시키는 중성선 결상 검출부; 상기 제어전원을 공급하는 메인라인인 3상4선식 전원라인의 중성선 결상에 따른 단상전원라인의 과전압검출신호를 발생시켜 콘트롤부에 전달하는 과전압검출부;

상기 중성선 결상 검출신호 및 과전압 검출신호를 수신하여 중성선이 지속적으로 결상되는 경우에 트립신호를 발생시키거나, 과전압의 크기에 따라 소정 지연시간 경과후에 제어신호로 트립신호를 발생시키는 콘트롤부; 상기 콘트롤부의 제어신호에 따라 중성선 결상시 상선과 접지선을 통전시켜 트립코일을 여자하여 차단기의 접점을 오픈시키는 사이리스터; 및 과전압 발생시에 트립코일을 여자하여 차단기의 접점을 오픈시키는 사이리스터로 구성된 것을 특징으로 하는 중성선 결상시에도 누전 및 과전압에 대한 트립기능을 갖는 단상2선식 회로차단기를 제시한다.

상기 콘트롤부는 상기 과전압검출부로부터 입력된 전압의 크기가 단상전원의 정격전압의 120%를 초과하고 135%이하로 감지되면 콘트롤부에서 트립신호를 제어신호로 발생하기 까지의 지연시간을 길게, 135%를 초과하는 크기로 감지되면 트립신호를 발생시킬 때까지의 지연시간을 짧게 하여 과도한 과전압으로부터 확실하게 부하기기를 보호할 수 있도록 구성될 수 있다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 상선과 중성선을 연결하는 단상전원라인에서 제어전원을 공급받아 중성선 결상을 감지하면 즉시 상선과 접지선을 연결하는 단상전원라인에서 제어전원을 계속적으로 공급받고, 일정시간 이상 중성선 결상이 계속되는 경우에는 트립코일을 구동하여 회로차단기의 접점을 오픈하여 부하기기로 공급되는 단상전원을 차단하는 단상2선식 회로차단기를 제시한다.

상선과 접지선에 연결되어 중성선이 결상되는 경우에 포토커플러의 신호가 끊어지면 충전시간만큼의 시간을 지연시켜 방전신호를 발생하는 콘덴서와, 상기 콘덴서의 방전신호를 게이트 신호로 수신하여 턴온되어 중성선 결상시에 상선과 접지선을 통해 트립코일에 전압을 인가하기 위한 사이리스터를 포함하여 구성된 중성선 결상검출부; 상기 제어전원을 공급받아 구동되며 상기 과전압검출부로부터 입력되는 검출전압이 정격전압을 초과하는 경우 트립신호를 발생시키는 콘트롤부; 및 과전압발생시에 상기 콘트롤부에서 발생된 트립신호를 게이트 신호로 수신하여 턴온되어 트립코일에 전압을 인가하는 사이리스터;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 중성선 결상시에도 누전 및 과전압에 대한 트립기능을 갖는 단상2선식 회로차단기를 제시한다.

상기 제어전원을 공급받아 구동되며, 영상변류기를 통해 누전신호를 감지하면 트립신호를 발생시켜 사이리스터에 게이트 신호로 보내는 누전검출부;를 더 포함하여 구성될 수 있다.

본 발명인 중성선 결상시에도 트립기능을 갖는 단상2선식 회로차단기에 의해서 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.

첫번째로, 단상 2선식 분기회로에 사용하는 회로차단기에서 중성선 결상시에도 과전압 및 누전검출부에 제어전원을 계속적으로 공급하여 인체감전 사고와 누전에 의한 화재 및 과전압에 의한 손실을 사전에 방지할 수 있도록 차단기의 접점을 오픈할 수 있는 효과를 가져오게 된다.

두번째로, 단상2선식 분기회로를 사용하는 회로차단기에서 단상2선회로의 중성선 결상시에 콘트롤부 및 콘덴서의 방전전압을 통해 사이리스터를 턴온시켜 트립코일을 구동하여 회로차단기의 접점을 오픈할 수 있는 효과를 가져오게 된다.

세번째로, 중성선 결상시 순간결상과 계속적인 중성선 결상을 구별하기 위하여 중성선 결상 검출부에서 발생되는 검출신호를 과전압검출부에 내장된 카운터로 카운팅하여 분석하여 중성선의 지속적인 결상을 판단할때만 상선과 접지선을 통전시켜 트립코일을 구동시키는 사이리스터에 제어신호를 보냄으로써, 중성선이 계속적으로 결상상태가 유지되는 경우에만 회로차단기를 차단시킬 수 있는 효과가 있다.

네번째로, 과전압검출부에서 발생시킨 과전압신호를 콘트롤부에 내장된 타이 머로 시간을 카운팅하여 순간과전압과 계속적인 과전압을 구분하여 과전압이 계속적으로 유지되는 경우에만 회로차단기를 차단시킬 수 있는 효과가 있다.

다섯번째로, 과전압검출부에서 과전압이 인가됨을 콘트롤부에서 판단하여 트립신호를 발생하는 경우에 과전압을 정격전압과 비교함으로써 과전압의 크기에 따라 차단기의 접점을 오픈하기 위한 트립신호의 발생시점을 조절함으로써, 과전압의 크기가 상대적으로 큰 경우에는 보다 신속히 회로차단기의 접점을 오픈하기 위한 트립신호의 발생하도록 하여 과전압에 의한 부하기기의 소손으로 발생되는 재산피해를 보다 확실하게 사전에 방지할 수 있는 효과가 있다.

이하 본 발명인 중성선 결상시에도 트립기능을 갖는 단상2선식 회로차단기에 관해 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 5a, 5b는 본 발명에 의한 단상2선식 회로차단기를 간략화한 도면으로서, 본 발명의 단상2선식 회로차단기는 상시에 상선(H상 라인)과 중성선(N상라인)을 연결하는 단상전원라인을 통해 제어전원이 중성선결상검출부(100), 누전검출부(200), 콘트롤부(300), 과전압검출부(400)으로 인가된다.

상기 누전검출부(200)는 영상변류기(ZCT)의 2차측 출력전류를 수신하여 누전의 발생유무를 감지하며, 누전발생을 감지하게 되면 제어신호로서 트립신호를 발생시켜 사이리스터(SCR1, 500)를 턴온시키게 되고, 트립코일(700)에 전압이 인가되어 단상전원을 연결시키는 회로차단기의 접점을 오픈시키면서 부하기기로 공급되는 단상전원을 차단하게 된다.

상기 과전압검출부(400)는 제어전원을 공급받아 구동되면서 과전압신호를 발생시키며, 콘트롤부(300)에서 상기 과전압신호를 수신하여 과전압여부를 판단하게 되는데, 이 때 과전압이 인가되면 소정의 지연시간 경과 후 제어신호로서 트립신호를 발생시켜 사이리스터(SCR1, 500)에 게이트신호로 보내어 사이리스터(SCR2, 500)를 턴온시키게 되고, 트립코일(700)에 전압을 인가되어 단상전원을 연결시키는 회로차단기의 접점을 오픈시키면서 부하기기로 공급되는 단상전원을 차단하게 된다.

종래의 단상2선식 방식의 회로차단기의 경우는 중성선이 결상되면 단상전원이 회로차단기로 공급이 되지 않기 때문에 상기 누전검출부(200)나 과전압검출부(400)등에 제어전원이 인가되지 않는다.

도 5b는 본 발명에 따른 중성선이 결상된 경우의 회로차단기의 상태를 도시한 것으로서, 본 발명의 중성선 결상검출부(100)에서 중성선 결상여부를 감지하면 즉시 사이리스터(SCR3, 150)를 턴온시켜 중성선결상검출부(100), 콘트롤부(300), 과전압검출부(400), 누전검출부(200)에 상선(H)과 접지선(G)을 통하여 제어전원을 공급하여 내부 제어회로가 정상적으로 동작할 수 있도록 함과 동시에 과전압검출부(400)에서는 콘트롤부(300)에 과전압신호를 전달한다.

또한, 중성선 결상검출부(100)에서는 중성선 결상 여부를 감지하면 콘트롤부(300)에 중성선 검출신호를 전달한다. 상기 콘트롤부(300)에서는 검출신호를 수신하여 내장된 내부 프로세스에 의해 검출신호를 분석하여 중성선 결상여부를 판단 하며, 만약 중성선이 지속적으로 결상되는 상태로 판단된 경우 제어신호를 발생, 출력시켜 사이리스터(SCR2, 600)에 게이트신호로 보내게 된다.

상기 사이리스터(SCR2, 600)는 상기 콘트롤부(300)에서 발생된 제어신호를 게이트신호로 수신하여 턴온되고 트립코일(700)에 전압이 인가되어 단상전원을 연결시키는 회로차단기의 접점을 오픈시키면서 부하기기로 공급되는 단상전원을 차단하게 된다.

즉, 중성선(N상 라인) 결상이 감지되면 중성선결상검출부(100)에서는 즉시 상기 사이리스터(SCR3, 150)를 턴온시켜 R,S,T상 라인인 상선(H상라인)라인과 접지선(G)이 통전되도록 함으로써, 결국 회로차단기에는 중성선 결상이 검출되어 콘트롤부(300)에서 검출신호를 통해 지속적인 중성선 결상여부를 판단하여 회로차단기의 접점을 오픈시키는 지연시간만큼 단상전원이 계속적으로 공급될 수 있다.

다시말해, 본 발명의 상기 구성을 통해 단상2선식 회로차단기에서 중성선이 결상되면서 인체감전 또는 누전이 발생하거나 과전압이 발생하더라도 종래의 회로차단기와는 달리 중성선결상이 감지되면 즉시 사이리스터(SCR3, 150)가 구동되어 중성선결상검출부(100), 콘트롤부(300), 누전검출부(200) 및 과전압검출부(400)에 계속적으로 제어전원을 인가할 수 있는 특징을 갖게됨으로써 트립코일(700)을 구동시켜 회로차단기의 접점을 오픈시켜 부하기기로의 전원공급을 차단할 수 있어 인체감전사고나 누전에 따른 화재 및 과전압에 의한 사고를 사전에 방지할 수 있는 효과를 갖게 된다.

도 6은 본 발명인 단상2선식 회로차단기의 제 1실시예를 나타내는 구체화하여 나타낸 도면으로서, 도시된 바와 같이 상선과 중성선을 연결하는 단상전원라인에서 제어전원을 공급받아 중성선 결상, 과전압 또는 누전을 검출하면 트립코일을 구동하여 차단기의 접점을 오픈하여 부하기기로 공급되는 단상전원을 차단하는 단상 2선식 회로차단기를 나타내고 있다.

중성선 결상 검출부(100)는 상선과 중성선을 통해 통전되는 단상전원에서 중성선 결상여부를 검출하여 중성선 결상여부가 감지되면 즉시 사이리스터(SCR3, 150)에 검출신호를 보내고, 상기 사이리스터(SCR3, 150)는 상기 검출신호를 게이트신호로 수신하여 턴온되어 상선과 접지선을 통전시키는 스위치로 기능하게 된다.

즉, 중성선(N상라인)의 결상이 감지되면서 상기 사이리스터(SCR3, 150)에 의해 통전된 상선과 접지선을 통해 단상전원이 공급되므로, 중성선결상검출부(100), 콘트롤부(300), 과전압검출부(400) 및 누전검출부(200)에는 중성선 결상에 따른 차단 지연시간만큼 단상전원이 계속적으로 공급되는 것이다.

중성선 결상검출부(100)는 상선과 중성선을 통해 통전되는 단상전원을 통해 중성선 결상 검출신호를 발생시켜 콘트롤부(300)의 PB1단자로 검출신호를 입력하며, 콘트롤부(300)에서는 내장된 프로세스로 검출신호를 분석하여 중성선 결상여부를 판단하게 되는데, 이와 관련된 프로세스 처리방식에 관한 자세한 내용은 도 7에서 후술한다.

단상2선식은 3상4선회로의 중성선과 상선을 이용하여 다수의 분기회로를 구성하게 되는데, 일반적으로 3상4선회로에서의 중성선 결상시에는 다수의 분기회로 별로 부하기기의 임피던스차이로 인하여 과전압이 발생하게 된다.

따라서, 콘트롤부(300)는 중성선이 결상이 감지되면서 과전압검출부(400)에서 전압강하되어 PB3단자로 인가되는 검출전압을 내장된 내부 프로세스의 기준전압과 비교하여 과전압이 인가되었는지를 판단하며, 과전압이 인가되었다고 판단하는 경우는 PB2단자로 트립신호를 발생하여 사이리스터(SCR1, 500)의 게이트신호로 보내어 사이리스트(SCR1, 500)를 통전시키고, 이를 통해 결국 트립코일(700)에 차단기의 접점을 오픈시키도록 전압이 인가된다.

도 7은 중성선 결상 검출부의 검출신호를 나타내는 상태도로서, 도 7의 좌측은 중성선 결상 검출부(100)는 상시상태, 즉 상선과 중성선을 연결하여 단상전원이 정상적으로 공급되는 상태에서는 검출신호를 나타내며, 우측도면은 중성선이 결상되는 과정에서 발생되는 검출신호를 나타낸다.

중성선결상검출부(100)에서 발생된 검출신호는 콘트롤부(300)로 보내지며, 콘트롤부(300)는 검출신호를 내장된 내부카운터로 클럭펄스의 주파수를 카운팅하여 중성선이 결상되고 있는지를 판단하게 된다.

상기 콘트롤부(300)는 내부에 CPU 또는 MPU, 마이컴등의 프로세서가 포함되어 구성될 수 있으며, 상시전원이 공급되다가 중성선이 결상되는 과정에서 발생되는 검출신호의 주파수를 내부 카운터로 클럭을 카운팅하면서 중성선 결상을 판단한다.

다시말해, 우리나라의 경우 60Hz 주파수를 사용하는 경우에, 콘트롤부(300) 는 중성선 결상 검출부(100)에서 발생된 일정주기(16.6ms)의 트리거펄스신호에서 주파수(진동수) 60Hz를 카운팅하면서, 예를 들어 진동수가 3이하와 같은 순간 중성선 결상의 경우에는 사이리스터(SCR2, 600)에 회로차단기의 접점을 오픈시키기 위한 제어신호를 발생하지 않는다.

즉, 일정주기의 트리거 펄스가 계속되면서 진동수가 콘트롤부(300)의 프로그램된 프로세스의 소정의 진동수 이상으로 지속되는 경우, 즉 중성선이 일정시간이상 계속적으로 결상상태를 유지하는 경우만 사이리스터(SCR2, 600)를 통전시켜 트립코일(700)을 구동하여 회로차단기의 접점을 오픈하기 위한 제어신호를 발생하게 하여, 불필요하게 트립코일(700)이 구동되어 회로차단기의 접점이 오픈되는 것을 방지하도록 한다.

본 발명의 제 1실시예에서는 중성선(N상라인)이 결상되는 경우라도, 중성선 결상이 감지되면서 상기 사이리스터(SCR3, 150)에 의해 통전된 상선과 접지선을 통해 단상전원이 공급되므로, 중성선 결상검출부(100), 콘트롤부(300), 과전압검출부(400) 및 누전검출부(200)에는 지속적인 중성선 결상시에 트립코일(700)이 구동되어 회로차단기의 접점이 오픈되는 시점까지의 지연시간만큼 제어전원이 계속적으로 공급된다.

도 6에 도시된 중성선 결상 검출부(100)에는 도시된 바와 같이 중성선 결상과정에서 트랜지스터(Q1, Q2)가 직렬 연결시켜 일정 주기의 트리거 펄스를 검출신호로 발생시키도록 구성될 수 있으며, 도 9에 도시된 바처럼, 상기 중성선 결상 검 출부(100')에는 중성선 결상과정에서 일정 주기의 트리거 펄스를 검출신호로 발생시키는 포토커플러가 구성될 수 있다.

도 8은 과전압발생시에 콘트롤부의 트립신호 발생방식을 나타내는 상태도로서, 상기 콘트롤부(300)에는 과전압검출부(400)에서 콘트롤부(300)로 입력되는 검출전압이 정격전압을 초과하는 경우가 검출되면 콘트롤부(300)에서 단상전원을 차단하기위한 제어신호인 트립신호를 발생하게 된다.

과전압검출부(400)에서 전압강하된 검출전압이 콘트롤부(300)으로 입력되며, 바람직하게는 상기 콘트롤부(300)로 입력되는 검출전압이 단상전압의 정격전압을 120%를 초과하는 경우 콘트롤부(300)에서 트립신호를 발생하여 사이리스터(SCR1, 500)에 게이트신호로 보내어 사이리스터(SCR1, 500)를 턴온시켜 트립코일(700)에 전압이 인가되도록 한다.

상기 콘트롤부(300)에는 상기 검출전압의 크기가 정격전압의 120% 초과로 감지되면 검출전압의 크기가 커질수록 빠른시간내에 회로차단기의 접점을 오픈하도록, 검출전압의 크기에 따라 상기 사이리스터(SCR1, 500)로 보내는 제어신호의 발생시점을 설정한 프로세스가 내장될 수 있다.

상기 콘트롤부(300)는 상기 콘트롤부로 입력된 검출전압의 크기가 단상전압(220V)의 120%를 초과하고 135% 이하로 감지되면 감지후 300ms 후에 차단기의 접점을 오픈하도록 트립신호를 발생하게 되며, 단상전압의 135%를 초과하는 검출전압이 감지되면 감지후 100ms후에 차단기의 접점을 오픈하도록 트립신호를 발생하도록 구성된 프로세스가 내장될 수 있다.

이와같이, 콘트롤부(300)에서 과전압이 인가됨을 판단하여 트립신호를 발생하는 경우에 과전압을 단상전압의 정격전압과 비교함으로써 과전압의 크기에 따라 차단기의 접점을 오픈하기 위한 트립신호의 발생시점을 조절함으로써 과전압의 크기가 상대적으로 큰 경우에는 보다 신속히 트립신호를 발생하도록 하여 과전압에 의한 부하기기의 소손 및 그에 따른 화재등의 사고를 사전에 방지하도록 구성하는 것이다.

또한, 과전압검출부(400)에서 발생시킨 과전압 검출신호를 콘트롤부(300)에 내장된 타이머를 통해 과전압 검출신호의 시간을 카운팅하여 순간과전압과 계속적인 과전압을 구분하여 과전압이 계속적으로 유지되는 경우에만 회로차단기를 차단시키도록 구성할 수도 있다.

도 10은 본 발명의 제 2실시예에 따른 중성선 결상시에 트립기능을 갖는 단상2선식 회로차단기의 실시예를 나타내는 도면이며, 도시된 바처럼 상선(H)과 중성선(N)을 연결하는 단상전원라인에서 제어전원을 공급받아 중성선 결상을 검출하면 사이리스터(SCR4, 140)를 턴온시켜 상선(H)과 접지선(G)을 통하여 트립코일(700)을 구동하여 차단기의 접점을 오픈하여 부하기기로 공급되는 단상전원을 차단하는 중성선 결상검출부(100)가 포함된 단상2선식 회로차단기가 구성되어 있다.

상기 중성선 결상 검출부(100)에는 상선(H)과 중성선(N)을 연결하는 상기 단상전원라인으로부터 중성선 결상을 검출하는 포토커플러(160)가 장착되고, 상선(H) 과 접지선(G)을 연결하는 단상전원라인에서 중성선 결상시 트립신호의 발생시점을 지연시키는 저항(180)과 트립코일(700)에 전압을 인가시키기 위해 사이리스터(SCR4, 140)에 게이트신호를 발생시키는 콘덴서(120)가 포함된다.

다시말해, 상선과 중성선을 연결하는 단상전원라인으로부터 단상전원의 공급시 작동되는 다이오드(162)와 상기 다이오드(162)가 작동시에 턴온되어 전류가 흐르는 트랜지스터(164)로 구성되어 중성선 결상을 검출하는 포터커플러(160)가 구성된다.

또한, 콘덴서(120)는 상선과 접지선을 연결하는 단상전원라인에 장착된다. 상기 콘덴서(120)는 상기 트랜지스터(164)의 에미터단자와 병렬로 연결되어 상기 트랜지스터(164)가 작동시에는 단락상태를 유지한다.

중성선이 결상되어 다이오드(162)로 전압이 인가되지 않아 다이오드(162)가 동작하지 않으면 상기 트랜지스터(164)가 작동되지 않으며, 이때 콘덴서(120)는 단락이 해제되어 상선과 접지선을 연결하는 단상전원라인에서 단상전원을 공급받아 충전된다. 상기 콘덴서(120)가 충전된 후 방전시에 방전신호를 게이트신호로 수신하여 턴온되어 상선과 접지선을 통해 트립코일에 전압을 인가하는 사이리스터(SCR4, 140)가 구성된다.

본 발명의 제2실시예에 의한 중성선 결상 검출부의 보다 자세한 작동원리를 도 11a 내지 11b의 도면을 참조하여 설명한다.

도 11a 내지 11b는 중성선결상검출부의 작동상태를 나타내는 도면으로서, 도 11a를 참조하면, 상선과 중성선을 연결하여 단상전원이 공급되면 포토커플러(160)의 다이오드(162)에 전압이 걸리고, 그에 따라 포토커플러(160)의 트랜지스터(164)에 화살표 방향으로 전류가 흐르게 되면서 콘덴서(120)에는 전원이 충전되지 않는다.

다시 설명하면, 상기 콘덴서(120)와 포토커플러(160)의 트랜지스터(164)의 에미터 단자가 병렬로 연결되어 있으므로 트랜지스터(164)가 동작을 하면 콘덴서(120)의 양극이 트랜지스터(164)에 의해 단락되어지므로 전원이 충전될 수 없게 된다.

도 11b를 참조할 때 중성선이 결상되면, 상기 포토커플러(160)에 전원이 차단되어 다이오드(162)가 작동을 멈추고 이에 따라 다이오드의 작동에 의해 발생되는 신호가 끊어지게 되며, 상기 다이오드의 작동에 의해 발생되는 신호를 입력받아 턴온되는 트랜지스터(164)에 신호가 끊어지게 됨으로써, 상기 트랜지스터(164)가 작동을 멈추어 상시에 단락되어 있던 콘덴서(120)의 양극의 단락상태가 해제된다.

이 때, 콘덴서(120)의 양극의 단락상태가 해제되면 상선(H)과 접지선(G)을 연결하여 단상전원이 공급되면서 저항(180)과 콘덴서(120)를 직렬연결한 회로에서 저항(180)을 통해 감쇠된 전류가 콘덴서(120)에 충전되고, 콘덴서(120)의 최대용량만큼 충전이 완료되면 콘덴서의 고유특성에 따라 점선표시된 방향처럼 사이리스터(SCR4, 140)의 게이트로 방전을 하게 된다.

상기 사이리스터(SCR4, 140)는 콘덴서(120)의 방전신호를 게이트신호로 수신하여 턴온되어 상선(H)과 접지선(G)을 통하여 트립코일(700)을 구동하여 차단기의 접점을 오픈하여 부하기기로 공급되는 단상전원을 차단하게 된다.

상기 저항(180)은 감쇠된 전류가 콘덴서(120)에 충전되도록 하여, 콘덴서(120)를 보호하게 된다.

또한, 본 발명의 제 2실시예에서 상기 도 10에 도시된 바처럼, 과전압검출부(400)는 상선(H)과 중성선(N)을 연결하는 단상전원라인에서 제어전원을 공급받아 감압한 검출전압을 콘트롤부(300)에 인가하고, 콘트롤부(300)는 검출전압을 기준전압과 비교하여 정격전압을 초과하는 전압이 감지되면 콘트롤부(300)에 내장된 프로세서에서 과전압이 발생을 판단하게 된다.

바람직하게는, 상기 콘트롤부(300)에는 상기 검출전압의 크기가 정격전압의 120% 초과로 감지되면 검출전압의 크기가 커질수록 빠른시간내에 회로차단기의 접점을 오픈하도록, 검출전압의 크기에 따라 상기 사이리스터(SCR1, 500)로 보내는 제어신호의 발생시점을 설정한 프로세스가 내장될 수 있다.

상기 콘트롤부(300)는 상기 콘트롤부로 입력된 검출전압의 크기가 단상전압(220V)의 120%를 초과하고 135% 이하로 감지되면 감지후 300ms 후에 차단기의 접점을 오픈하도록 트립신호를 발생하게 되며, 단상전압의 135%를 초과하는 검출전압이 감지되면 감지후 100ms후에 차단기의 접점을 오픈하도록 트립신호를 발생하도록 설정된 프로세스가 내장될 수 있다.

또한, 콘트롤부(300)에는 내부 타이머회로를 포함하여, 타이머로 과전압 검출전압의 시간을 카운팅하여 순간과전압과 계속적인 과전압을 구분하여 과전압이 계속적으로 유지되는 경우에만 회로차단기를 차단시킬 수 있도록 구성할 수 있다.

본 발명의 회로차단기에는 단상전원에서 제어전원을 공급받아 구동되며, 영상변류기를 통해 누전신호를 감지하면 트립신호를 발생하여 상기 사이리스터(SCR1, 500)에 게이트신호로 보내는 누전검출부(200)가 구성된다.

앞서 설명한 본 발명의 제1실시예는 중성선이 지속적으로 결상되면 콘트롤부(300)를 통해 발생된 제어신호에 의해 사이리스터(SCR3, 150)를 동작시켜 회로차단기의 접점을 차단하도록 구성하였으나, 본 발명의 제2실시예에서는 이와는 달리 중성선이 결상되면 중성선 결상 검출부(100)에서 직접 사이리스터(SCR4, 140)를 동작하여 회로차단기의 접점을 오픈하는 구성의 차이점을 갖고 있다.

도 10을 참조하면, 콘트롤부(300)는 8번단자를 통해 제어전원을 공급받아 구동되며, 과전압검출부(400)에서 전압강하된 과전압 검출신호가 콘트롤부(300)의 2번 단자로 입력된다.

상기 과전압 검출신호가 정격전압을 초과하는 경우 7번단자를 통해 트립신호 를 발생하게 된다. 여기에, 상기 콘트롤부(300)에서 발생된 트립신호를 게이트신호로 수신하여 턴온되어 트립코일(700)에 전압을 인가하는 사이리스터(SCR1, 500)가 구성된다.

또한, 누전검출부(200)는 8번 단자를 통해 제어전원을 공급받아 구동되며, 영상변류기를 통해 1,2단자로 누전신호를 감지하면 7번단자를 통해 트립신호를 발생하여 상기 사이리스터(SCR1, 500)에 게이트신호로 보내도록 구성된다.

본 발명의 제2실시예에서는 제 1실시예와는 달리 콘트롤부(300)에서 지속적인 중성선 결상여부를 판단하던 회로차단기의 접점을 오픈하는 구성을 변경하여, 중성선 결상검출부(100) 자체내에서 중성선 결상시에 회로차단기의 접점을 오픈하도록 구성하여 보다 심플하게 회로차단기를 구성할 수 있는 효과가 있다.

이상 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해서 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않고 본 발명의 기술적 사상의 범위에서 벗어나지 않는 한도내에서 여러가지 변형이 가능함은 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명하다 할 것이다.

도 1은 단상 3선식에서 차단기의 연결상태를 나타내는 상태도이다.

도 2는 삼상 3선식에서 차단기의 연결상태를 나타내는 상태도이다.

도 3a, 3b는 단상2선식 방식의 전원공급방식으에서 차단기가 연결된 상태를 도시한 상태도이다.

도 4a, 4b는 단상2선식 방식의 전원공급방식에서 중성선이 결상되는 경우에 발생되는 차단기의 상태를 도시한 상태도이다.

도 5a, 5b는 본 발명에 의한 단상2선식 회로차단기를 간략화한 도면이다.

도 6은 본 발명인 단상2선식 회로차단기의 제 1실시예를 나타내는 구체화하여 나타낸 도면이다.

도 7은 중성선 결상 검출부의 검출신호를 나타내는 상태도이다.

도 8은 콘트롤부의 트립신호 발생방식을 나타내는 상태도이다.

도 9는 일정 주기의 트리거 펄스를 검출신호로 발생시키는 포토커플러가 구성된 중성선 결상 검출부를 나타내는 도면이다.

도 10은 본 발명의 제 2실시예에 따른 중성선 결상시 트립기능을 갖는 단상2선식 회로차단기의 실시예를 나타내는 도면이다.

도 11a 내지 11b는 중성선결상검출부의 작동상태를 나타내는 도면이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

100: 중성선 결상 검출부 120: 콘덴서

160: 포토커플러

162: 다이오드 164: 트랜지스터

180: 저항

200: 누전검출부

300: 콘트롤부 400: 과전압검출부

500: 사이리스터(SCR1) 600: 사이리스터(SCR2)

150: 사이리스터(SCR3) 140: 사이리스터(SCR4)

700: 트립코일

Claims

상선과 중성선을 연결하는 단상전원라인에서 제어전원을 공급받아 트립코일을 구동하여 차단기의 접점을 오픈하여 부하기기로 공급되는 단상전원을 차단하는 단상 2선식 회로차단기에 있어서,

중성선 결상이 감지되면 제어신호를 발생하는 중성선결상검출부가 포함되며,

상기 중성선결상검출부에는 중성선 결상 감지시에 발생된 제어신호를 게이트신호로 수신하여 턴온되어 상기 차단기의 접점이 오픈되기 전까지 상선과 접지선을 연결하여 회로차단기의 모든 내부회로에 제어전원을 공급하는 사이리스터(SCR3, 150)가 포함된 것을 특징으로 하는 중성선 결상시에도 트립기능을 갖는 단상2선식 회로차단기.
제 1항에 있어서,

중성선 결상이 감지되면 중성선결상검출부에서 일정주기의 트리거 펄스를 검출신호로 발생하며, 상기 검출신호를 수신하여 상기 검출신호의 주파수를 카운팅하여 중성선의 순간결상여부를 판단하는 콘트롤부;가 더 포함된 것을 특징으로 하는 중성선 결상시에도 트립기능을 갖는 단상2선식 회로차단기.
제 2항에 있어서,

상기 중성선 결상 검출부에는 일정 주기의 트리거 펄스를 검출신호로 발생시 키는 포토커플러가 구성된 것을 특징으로 하는 중성선 결상시에도 트립기능을 갖는 단상2선식 회로차단기.
제 2항에 있어서,

상기 중성선 결상 검출부에는 일정 주기의 트리거 펄스를 검출신호로 발생시키는 직렬연결된 트랜지스터가 구성된 것을 특징으로 하는 중성선 결상시에도 트립기능을 갖는 단상2선식 회로차단기.
제 2항에 있어서,

상기 콘트롤부는 상기 검출신호의 카운팅된 주파수의 개수가 일정개수 이상인 경우에 제어신호를 발생시키고, 상기 제어신호를 게이트신호로 수신하여 턴온되어 트립코일에 전압을 인가하는 사이리스터(SCR2, 600);가 더 포함된 것을 특징으로 하는 중성선 결상시에도 트립기능을 갖는 단상2선식 회로차단기.
상선과 중성선을 연결하는 단상전원라인에서 제어전원을 공급받아 트립코일을 구동하여 차단기의 접점을 오픈하여 부하기기로 공급되는 단상전원을 차단하는 단상 2선식 회로차단기에 있어서,

중성성 결상이 감지되면 상선과 접지선을 연결하여 제어전원을 공급하도록 사이리스터(SCR3, 150)를 턴온시키는 제어신호를 발생시키는 중성선 결상검출부;

상기 중성선 결상검출부에서 발생되는 중성선 검출신호를 수신하여 상기 검 출신호의 주파수를 카운팅하여 중성선의 순간결상여부를 판단하는 콘트롤부; 및

상기 콘트롤부에서 중성선 결상이 순간결상이 아니라고 판단시 발생되는 제어신호를 게이트신호로 수신하여 턴온되어 트립코일에 전압을 인가하는 사이리스터(SCR2, 600);를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 중성선 결상시에도 트립기능을 갖는 단상2선식 회로차단기.
제 6항에 있어서,

제어전원을 공급받아 구동되면서, 과전압을 검출하기 위한 검출신호를 상기 콘트롤부로 발생시키는 과전압검출부; 및

상기 콘트롤부로 입력되는 검출신호의 검출전압이 정격전압을 초과하는 경우에 상기 콘트롤부에서 발생되는 제어신호를 게이트신호로 수신하여 턴온되어 트립코일에 전압이 인가되도록 구성된 사이리스터(SCR1, 500);를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 중성선 결상시에도 트립기능을 갖는 단상2선식 회로차단기.
제 7항에 있어서,

상기 콘트롤부에는 상기 검출전압의 크기가 정격전압의 120% 초과로 감지되면 검출전압의 크기가 커질수록 빠른시간내에 회로차단기의 접점을 오픈하도록, 검출전압의 크기에 따라 상기 사이리스터(SCR1, 500)로 보내는 제어신호의 발생시점을 설정한 프로세서가 내장된 것을 특징으로 하는 중성선 결상시에도 트립기능을 갖는 단상2선식 회로차단기.
상선과 중성선을 연결하는 단상전원라인에서 제어전원을 공급받아 트립코일을 구동하여 차단기의 접점을 오픈하여 부하기기로 공급되는 단상전원을 차단하는 단상 2선식 회로차단기에 있어서,

상선과 중성선을 연결하는 단상전원라인으로부터 단상전원의 공급시 작동되는 다이오드와 상기 다이오드의 작동에 의해 턴온되어 전류가 흐르는 트랜지스터로 구성되어 중성선 결상을 검출하는 포터커플러;

상선과 접지선을 연결하는 단상전원라인에 장착되며 상기 트랜지스터의 에미터단자와 병렬로 연결되어 상기 트랜지스터가 작동시 단락상태를 유지하다가, 중성선이 결상되어 상기 트랜지스터가 작동되지 않는 경우 단락이 해제되어 상선과 접지선을 연결하는 단상전원라인에서 단상전원을 공급받아 충전되는 콘덴서; 및

상기 충전된 콘덴서에서 방전신호를 게이트신호로 수신하여 턴온되어 상선과 접지선을 통해 트립코일에 전압을 인가하는 사이리스터(SCR4, 140);를 포함하여 구성된 중성선 결상시에도 트립기능을 갖는 단상2선식 회로차단기.
제 9항에 있어서,

상기 사이리스터(SCR4, 140)로 송신되는 상기 콘덴서의 방전신호의 발생시점을 지연시키기 위하여 상기 콘덴서와 직렬연결된 저항이 더 포함된 것을 특징으로 하는 중성선 결상시에도 트립기능을 갖는 단상2선식 회로차단기.
제 9항에 있어서,

제어전원을 공급받아 구동되면서 과전압을 검출하기 위한 검출신호를 발생시키는 과전압검출부;

상기 검출신호를 수신하여 검출신호의 검출전압이 정격전압을 초과하는 경우에 제어신호를 발생하는 콘트롤부; 및

상기 콘트롤부에서 발생되는 제어신호를 게이트신호로 수신하여 턴온되어 트립코일에 전압이 인가되도록 구성된 사이리스터(SCR1, 500);를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 중성선 결상시에도 트립기능을 갖는 단상2선식 회로차단기.
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