KR101109109B1 - 누전차단기 자동복귀장치 및 그 방법 - Google Patents

누전차단기 자동복귀장치 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 누전 차단기의 ON/OFF 레버의 수동 조작 상태나, 부하측 과부하로 인한 전원 차단 여부 또는, 누전 발생 여부에 따라 가변하는 누전 차단기의 동작 상태를 감지하는 누전차단기 동작상태 감지부, 상기 누전 차단기의 입력 전원 단자와 병렬로 연결되어, 상기 입력 전원 단자로 유입된 입력 전압에 따라 비례적으로 가변되는 제1 출력 전압을 생성하는 비교 전압 생성부, 상기 누전 차단기의 출력 전원 단자에 연결되어, 누전 발생시 상기 출력 전원 단자로 유입되는 누전 전압에 따라 비례적으로 가변되는 제2 출력 전압을 생성하는 누전 전압 감지부, 상기 누전차단기 동작상태 감지부의 감지 결과와, 상기 제1 출력 전압과 제2 출력 전압 간의 전압 차를 이용하여 구한 누설 전류 값에 따라 누전 해지 여부를 판별하는 누전 해지 판단부 및, 상기 누전 해지 판단부의 판별 결과에 따라 누전 차단기를 ON 상태로 자동복귀시키는 누전차단기 자동복귀부를 포함하여 이루어진 누전차단기 자동복귀장치 및 그 방법에 관한 것으로, 누전 차단기의 입력 전원 단자로 유입되는 입력 전압과, 누전 발생시 누전 차단기의 출력 전원 단자로 유입되는 누전 전압 간의 전압 차를 이용하여 구한 누설 전류 값에 따라 누전 해지 여부를 판별함으로써, 기존 보다 훨씬 정확한 누전 해지 여부 판별이 가능하여, 누전 등으로 인해 OFF 상태로 되어 있는 누전 차단기를 좀 더 정확히 자동으로 복귀시킬 수 있다.

Description

누전차단기 자동복귀장치 및 그 방법{Intelligent recovery device and method of Earth Leakage circuit Breaker}
본 발명은 누전차단기 자동복귀장치 및 그 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 누전 차단기의 입력 전원 단자로 유입되는 입력 전압과, 누전 발생시 누전 차단기의 출력 전원 단자로 유입되는 누전 전압 간의 전압 차를 이용하여 구한 누설 전류 값에 따라 누전 해지 여부를 판별함으로써, 기존 보다 훨씬 정확한 누전 해지 여부 판별이 가능하여, 누전 등으로 인해 OFF 상태로 되어 있는 누전 차단기를 좀 더 정확히 자동으로 복귀시킬 수 있는, 누전차단기 자동복귀장치 및 그 방법에 관한 것이다.
현재 시판되고 있는 자동 복귀형 누전 차단기(누전이 해지되면 사람이 인위적으로 올리지 않고 자동으로 레버가 올라가는 차단기)의 복귀(ON) 방식은 모터를 이용한 기계식과 코일에 큰 전류를 순간적으로 흐르게 하는 전자석 원리가 주류이며, 기구적 특성은 다르지만 방식은 큰 차이가 없다.
복귀 동작 방식 및 누전 감지 방식의 핵심을 간략하게 서술하면 다음과 같다.
A사 제품 : 누전으로 차단기 동작시 누전의 유, 무에 관계없이 일정 시간 후 복귀 동작을 하는 방식.
B사 제품 : 누전 차단기의 출력 전원 단자(부하 측)를 통하여 콘덴서를 이용하여 미약한 전류를 흘려 누전 유, 무를 판단하여 복귀 동작을 하는 방식(한국등록실용신안 제0312397호)
C사 제품 : 누전 차단기의 출력 단자에 유입되는 누설 전류의 양에 의한 발광다이오드(포토 커플러)의 ON/OFF 동작으로 누전 해지를 감지하고 그 누전 허용 값은 고정 저항의 값으로 결정되는 방식(특허등록 제10-0782300호).
먼저, A 제품의 문제점은 누전이 지속되고 있을 시 반복적으로 강제 복귀를 시킴으로 차단기 출력 단자에 연결된 장비파손 및 기구적인 수명(접점의 파손, 전자석 코일의 열화 등)에 문제가 있다.
B 제품은 누전이 발생하면 누전 차단기 출력 전원 단자 측(부하 측)으로 미약한 전류를 흘려 누전이 해지되면 발광 다이오드(포토 커플러)의 ON/OFF 동작에 따라 복귀 동작을 하게 되어 있다.
이러할 경우, 콘덴서 사용으로 전압 공급이 제한적이라 지속적으로 전압을 공급할 수 없고 지속적인 누전이 계속되며 미약한 전류를 흘리는 콘덴서 충전 전압이 떨어져 누전 해지 값이 유동적으로 변해 그 정확도를 신뢰할 수 없다.
C 제품은 B 제품 동작 방식과 반대로 누전 차단기 출력 전원 단자에 유입되는 누전 전압을 이용하여 발광다이오드(포토 커플러)의 ON/OFF 동작에 따라 복귀 동작을 하게 되어 있다.
이러할 경우, 1) 발광 다이오드(포토 커플러)는 온도의 영향을 받는 반도체인데, 즉 상온에서 발광 다이오드가 ON 되는 전류의 값과 영하의 온도에서 ON 되는 전류의 값이 다르다. 그 결과, 같은 제품이 여름철에 감지하는 누전 값과 겨울철에 감지하는 누전 값이 다르게 된다.
2)누전 해지 감도를 조절하기 위해 사용하는 고정 저항인데, 옴의 법칙(I=V/R) 즉, 저항값이 고정되면 전압의 변동에 따라 흐르는 전류의 값은 변하게 된다.
한전(한국전력공사) 선로는 선로의 상태 및 부하의 양에 따라 AC 195V ~ 255V까지 유동적으로 변한다.
결과적으로 195V에서 발광 다이오드(포토 커플러)에 흐르는 전류 값과 255V에서 흐르는 전류 값이 다르다는 결론이 나온다.
그래서, 전압 변동 60V(255V ~ 195V)에 흐르는 전류만큼 발광 다이오드(포토 커플러)의 ON/OFF 동작은 오차가 발생함으로 이것을 이용한 누설 전류 값 역시, 오차가 발생하게 된다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 개발된 것으로, 누설 전류 값을 구함에 있어 오차 범위를 확연히 줄일 수 있고, 같은 제품이 여름철에 감지하는 누전 값과 겨울철에 감지하는 누전 값이 다른 것 등과 같이 온도와 주위 환경의 영향을 받지 않고 정확하게 누전 유, 무 및 누전 값을 알 수 있어, 기존 보다 훨씬 정확하게 누전 해지 여부를 판별하여 그에 따라 보다 정확히 누전 차단기를 자동으로 복귀시킬 수 있도록 하는, 누전차단기 자동복귀장치 및 그 방법을 제공하는데 목적이 있다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 누전차단기 자동복귀장치는,
누전 차단기의 ON/OFF 레버의 수동 조작 상태나, 부하측 과부하로 인한 전원 차단 여부 또는, 누전 발생 여부에 따라 가변하는 누전 차단기의 동작 상태를 감지하는 누전차단기 동작상태 감지부, 상기 누전 차단기의 입력 전원 단자와 병렬로 연결되어, 상기 입력 전원 단자로 유입된 입력 전압에 따라 비례적으로 가변되는 제1 출력 전압을 생성하는 비교 전압 생성부, 상기 누전 차단기의 출력 전원 단자에 연결되어, 누전 발생시 상기 출력 전원 단자로 유입되는 누전 전압에 따라 비례적으로 가변되는 제2 출력 전압을 생성하는 누전 전압 감지부, 상기 누전차단기 동작상태 감지부의 감지 결과와, 상기 제1 출력 전압과 제2 출력 전압 간의 전압 차를 이용하여 구한 누설 전류 값에 따라 누전 해지 여부를 판별하는 누전 해지 판단부 및, 상기 누전 해지 판단부의 판별 결과에 따라 누전 차단기를 ON 상태로 자동복귀시키는 누전차단기 자동복귀부를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 누전 해지 판단부는 상기 누전차단기 동작상태 감지부의 감지 결과가 누전차단기 OFF 상태이고, 상기 제1 출력 전압과 상기 제2 출력 전압을 A/D 변환시켜, A/D변환된 제1 출력 전압의 평균 값과 제2 출력 전압의 평균 값을 구한 다음, 구해진 두 평균 값의 차이 값을 이용해 누설 전류 값을 산출하고, 산출한 누설 전류 값과 설정 누전 해지 값을 비교하여 상기 산출한 누설 전류 값이 상기 설정 누전 해지 값 이하인 시간이 설정 시간 동안 유지된 경우 누전 해지로 판별하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 또 다른 본 발명에 따른 누전차단기 자동복귀방법은,
누전 차단기의 ON/OFF 레버의 수동 조작 상태나, 부하측 과부하로 인한 전원 차단 여부 또는, 누전 발생 여부에 따라 가변하는 누전 차단기의 동작 상태를 감지하는 단계, 상기 누전 차단기의 입력 전원 단자와 병렬로 연결되어, 상기 입력 전원 단자로 유입된 입력 전압에 따라 비례적으로 가변되는 제1 출력 전압을 생성하는 단계, 상기 누전 차단기의 출력 전원 단자에 연결되어, 누전 발생시 상기 출력 전원 단자로 유입되는 누전 전압에 따라 비례적으로 가변되는 제2 출력 전압을 생성하는 단계 및, 상기 감지한 누전 차단기 동작 상태와, 상기 생성된 제1 출력 전압과 제2 출력 전압 간의 전압 차를 이용하여 구한 누설 전류 값에 따라 누전 해지 여부를 판별하는 단계 및, 상기 누전 해지 여부 판별 결과에 따라 누전 차단기를 ON 상태로 자동복귀시키는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 누전 해지 여부를 판별하는 단계는 상기 감지한 누전 차단기 동작 상태가 누전 차단기 OFF 상태이고, 상기 제1 출력 전압과 상기 제2 출력 전압을 A/D 변환시켜, A/D변환된 제1 출력 전압의 평균 값과 제2 출력 전압의 평균 값을 구한 다음, 구해진 두 평균 값의 차이 값을 이용해 누설 전류 값을 산출하고, 산출한 누설 전류 값과 설정 누전 해지 값을 비교하여 상기 산출한 누설 전류 값이 상기 설정 누전 해지 값 이하인 시간이 설정 시간 동안 유지된 경우 누전 해지로 판별하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 누전 차단기의 입력 전원 단자로 유입되는 입력 전압과, 누전 발생시 누전 차단기의 출력 전원 단자로 유입되는 누전 전압 간의 전압 차를 이용하여 구한 누설 전류 값에 따라 누전 해지 여부를 판별함으로써, 기존 보다 훨씬 정확한 누전 해지 여부 판별이 가능하여 누전 등으로 인해 OFF 상태로 되어 있는 누전 차단기를 좀 더 정확히 자동으로 복귀시킬 수 있다.
즉, 본 발명에 따른 누전 해지 여부 판별 방식은 누설 전류 값을 구함에 있어 오차 범위를 확연히 줄일 수 있고, 같은 제품이 여름철에 감지하는 누전 값과 겨울철에 감지하는 누전 값이 다른 것 등과 같이 온도와 주위 환경의 영향을 받지 않고 정확하게 누전 유, 무 및 누전 값을 알 수 있어, 기존 보다 훨씬 정확하게 누전 해지 여부를 판별하여 그에 따라 보다 정확히 누전 차단기를 자동으로 복귀시킬 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 누전차단기 자동복귀장치를 도시한 회로도
도 2는 본 발명에 따른 누전차단기 자동복귀장치의 동작을 순서대로 도시한 플로우 챠트
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 설명한다.
다만, 이하에서 설명되는 실시예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 발명을 쉽게 실시할 수 있을 정도로 상세하게 설명하기 위한 것에 불과하며, 이로 인해 본 발명의 보호범위가 한정되는 것을 의미하지는 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 및 청구범위 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 포함한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 포함할 수 있는 것을 의미한다.
도 1은 본 발명에 따른 누전차단기 자동복귀장치를 도시한 회로도이다.
도 1에 도시된 본 발명에 따른 누전차단기 자동복귀장치의 구조에 앞서 그 원리를 간략하게 설명하면 다음과 같다.
일반 누전 차단기의 누전 감지 회로는 누전 차단기의 출력 전원 단자(부하측)에서 전원을 공급받는다.
그런 관계로 누전 차단기가 오프되면 누전 감지 회로에 전원 공급이 중단되어 아무런 기능을 수행하지 못한다.
하지만, 복귀형 누전 차단기는 전원 공급을 누전 차단기 입력 전원 단자에서 공급받으므로 누전 차단기가 오프되어도 상시 전원이 공급되어 누전 유, 무와 누전 전압 값을 알 수 있다.
그리고, 누전 차단기 오프시 차단기 입력 전원 단자의 전압과 출력 전원 단자에 유입되는 누전 전압 간의 차(입력 전압 값 - 누전 전압 값 = 전압 차)를 이용하면 누설 전류의 값을 정확히 알 수 있다.
또한, 입력 전압이나 누전 전압 값이 변하면 그 전압 차도 같이 변함으로, 상기 방식 즉, 입력 전압과 누전 전압 간의 전압 차를 이용해 누설 전류 값을 구하는 본 방식은 오차의 범위를 확연히 줄일 수 있고, 온도와 주위 환경의 영향을 받지 않고 정확하게 누전 유, 무 및 그 값을 알 수 있으므로 누전 해지 여부에 맞게 정확히 누전차단기를 자동으로 복귀시킬 수 있다.
상기 본 발명에 따른 누전차단기 자동복귀장치는 도 1에 도시된 바와 같이, 크게 누전차단기 동작상태 감지부(101), 비교 전압 생성부(102), 누전 전압 감지부(103), 누전 해지 판단부(104) 및, 누전차단기 자동복귀부(105)를 포함하여 이루어진 구조이다.
여기서, 상기 누전차단기 동작상태 감지부(101)는 누전 차단기의 ON/OFF 레버의 수동 조작 상태나, 부하측 과부하로 인한 전원 차단 여부 또는, 누전 발생 여부에 따라 가변하는 누전 차단기의 동작 상태를 감지하는 것이다. 예를 들어, 누전 차단기의 레버가 수동 조작에 따라 OFF 상태인 경우 또는, 부하 측 과부하로 인해 전원이 차단된 경우, 혹은 누전이 발생된 경우 누전 차단기가 OFF 되었음을 알리는 신호를 상기 누전 해지 판단부(104)로 전송하여 누전 차단기가 동작 중인 것을 알려준다.
상기 누전 발생 감지 동작은 예를 들어, 다음과 같다.
누전 CHECK I.C의 전압(약 15 ~ 20V)과 누전 시 누전차단기 OFF 동작을 수행하는 TRIP 코일 후단에 있는 SCR 반도체의 높은 전압(220V)과 병렬 연결된다. 누전 발생으로 SCR 반도체가 동작하면 SCR 반도체의 높은 전압이 0V로 바뀐다. 이 순간에 낮은 전압에 연결된 콘덴서의 충전 전압과 높은 전압의 전위의 높낮이가 바뀌는 현상이 발생한다. 이 현상으로 포토센스가 동작하며 그 동작 결과에 따라 누전 발생 여부를 감지하여 누전 해지 판단부로 해당 신호를 전송해 알려주는 기능을 수행한다. 누전차단기의 ON/OFF 레버의 수동 조작 또는 부하 측 과부하로 인한 전원 차단시는 SCR 반도체가 동작하지 않으므로 누전으로 인한 것임을 쉽게 알 수 있다.
비교 전압 생성부(102)는 누전 차단기의 입력 전원 단자와 병렬로 연결되어, 상기 입력 전원 단자로 유입된 전압을 일정 전압 이하로 만들고, 유입된 입력 전압에 따라 같은 비율로 비례적으로 가변되는 제1 출력 전압을 생성하여 누전 해지 판단부(104)로 출력한다. 이렇게 출력된 제1 출력 전압(즉, 복귀형 누전 차단기의 입력 전원 단자로 유입된 입력 전압)은 누전 해지 여부 판별시 사용된다.
누전 전압 감지부(103)는 누전 차단기의 출력 전원(부하 측) 단자에 연결되어, 누전 발생시 누전 차단기의 출력 전원 단자로 유입되는 누전 전압에 따라 비례적으로 가변되는 제2 출력 전압을 생성하여 누전 해지 판단부(104)로 출력한다. 이렇게 출력된 제2 출력 전압(즉, 누전 차단기의 출력 전원 단자로 유입된 누전 전압)은 상기 제1 출력 전압(즉, 복귀형 누전 차단기의 입력 전원 단자로 유입된 입력 전압)과 더불어, 누전 해지 여부 판별시 사용된다.
상기 누전 전압 감지 동작을 좀 더 상세히 설명하면 다음과 같다.
누전 차단기의 기본 동작은 차단기 내부에 있는 영상변류기(ZCT: Zero Current Former) 2차 측의 출력 전압의 유, 무와 크기에 따라서 누전차단기가 동작한다.
누전이 없을시는 ZCT를 통과한 각 상에 흐르는 전류의 합 벡터 값이 평형이 되어 "0"이 되지만 누전이 발생되면 ZCT 2차측은 1차 영상 전류에 대응하는 영상전류 값이 출력하게 되어 있다.
누전 차단기의 동작은 누전 차단기의 출력 단자, 즉 부하 측에서 여러 가지 원인으로 누전이 발생하고 일정 누전 값 이상이 되면 누전 차단기는 전원을 차단하게 된다.
누전 차단기의 입력 전원과 출력 전원이 연결(ON 상태)되어 있을시는 ZCT의 출력 값 유, 무와 출력 값으로 누전 값을 알 수 있으나, 누전 차단기가 OFF 되면 누전 감지 회로에 공급하는 전원과 ZCT의 기능이 사라짐으로 누전 값을 알 수 없다.
전압은 높은 곳에서 낮은 곳으로 흐르는 성질에 따라 누전 차단기가 정상(ON 상태)일 경우 높은 전압이 누전 도체를 통하여 낮은 전압 쪽으로 유실된다.
반대로, 누전 차단기가 OFF 되면 누전 차단기 출력 전원 단자 전압이 낮아짐으로 누전 전압은 누전 차단기의 출력 전원 단자로 유입된다.
이 유입되는 전압 값을 수집하여 일정 비율로 변환해 누전 해지 판단부로 입력하면 누전 해지 판단부는 그 전압 값을 누전 해지 여부 판단에 사용하게 된다.
누전 해지 판단부(104)는 누전차단기 동작상태 감지부(101)의 감지 결과와, 상기 제1 출력 전압(즉, 누전 차단기의 입력 전원 단자로 유입된 전압)과 제2 출력 전압(즉, 누전 차단기의 출력 전원 단자로 유입된 누전 전압) 간의 전압 차를 이용하여 구한 누설 전류 값에 따라 누전 해지 여부를 판별하여 그 결과를 누전차단기 자동복귀부(105)로 알려준다.
즉, 상기 누전차단기 동작상태 감지부(101)의 감지 결과가 누전차단기 OFF 상태(즉, 누전 차단기 동작 중)이고, 상기 제1 출력 전압과 상기 제2 출력 전압을 A/D 변환시켜, A/D변환된 제1 출력 전압의 평균 값과 제2 출력 전압의 평균 값을 구한 다음, 구해진 두 평균 값의 차이 값을 이용해 누설 전류 값을 산출하고, 산출한 누설 전류 값과 설정 누전 해지 값을 비교하여 상기 산출한 누설 전류 값이 상기 설정 누전 해지 값 이하인 시간이 설정 시간 동안 유지된 경우 누전 해지로 판별하여 판별 결과를 누전차단기 자동복귀부(105)로 알려준다.
반면, 상기 산출한 누설 전류 값이 상기 설정 누전 해지 값보다 크거나, 상기 산출한 누설 전류 값이 설정 누전 해지 값 이하인 시간이 설정 시간 동안 유지되지 않은 경우 아직 누전 해지하면 안 되는 것으로 판별한다.
상기 누전 해지 판단부(104)는 MCU 또는 CPU를 이용할 수 있는데, MCU는 16bit, 32bit를 사용하면 더욱 정교한 A/D 변환 작업을 할 수 있으며, 정교한 A/D 변환 값은 현재 누전 값을 더욱 세분화해 정확도를 높일 수 있다.
한편, 평균값 산출을 위해 MCU는 1초당 600회 A/D 변환 작업을 시행하고, 누전 해지 값 이하 상태에서 일정 시간을 유지할 때 누전 해지로 인정한다.
누전이 해지되면 누전차단기 자동복귀부(105)로 누전 해지 신호를 보내고, 자동 복귀 신호 발생 후 자동 복귀에 실패하면, 다시 누전 해지를 판단하여 설정 횟수(예: 3회)까지 보내며 그 동작 정상 복귀를 못할 경우엔 더 이상 복귀 신호를 보내지 않는다.
누전차단기 자동복귀부(105)는 상기 누전 해지 판단부(104)의 판별 결과에 따라 누전 차단기를 ON 상태로 자동복귀시키는 것으로, 상기 누전 해지 판단부(104)의 판별 결과 누전이 해지된 경우, 누전차단기의 ON/OFF용 핸들에 연결된 전자석 코일에 충분한 전류를 공급하여 누전차단기를 ON 상태로 자동복귀시킨다.
상기 누전차단기 자동복귀부(105)는 누전차단기의 ON/OFF용 핸들에 연결되며, 복귀에 필요한 충분한 힘을 가지는 전자석 코일로 구성된다. 상기 전자석 코일은 복귀형 누전 차단기의 입력단과 상시 직렬 연결되며, 입력단 전압 크기에 비례하여 전자석 코일의 힘이 달라질 수 있으나, 자동복귀부는 전자석 코일이 일정한 힘이 발생할 수 있도록 구성된다.
이하, 도 1의 본 발명에 따른 누전차단기 자동복귀장치의 동작을 첨부된 도 2를 참조하여 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 누전차단기 자동복귀장치의 동작을 순서대로 도시한 플로우 챠트이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명은 먼저, 누전차단기 동작상태 감지부(101)가 누전 차단기의 동작 상태를 감지한다(S201).
상기 감지 동작은 누전 차단기의 ON/OFF 레버의 수동 조작 상태나, 부하측 과부하로 인한 전원 차단 여부 또는, 누전 발생 여부에 따라 가변하는 누전 차단기의 동작 상태를 감지하는 방식으로 이루어진다.
예를 들어, 누전 차단기의 레버가 수동 조작에 따라 OFF 상태인 경우 또는, 부하 측 과부하로 인해 전원이 차단된 경우, 혹은 누전이 발생된 경우 누전 차단기가 OFF 되었음을 알리는 신호를 상기 누전 해지 판단부로 전송하여 누전 차단기가 동작 중인 것을 알려준다.
상기 누전 발생에 대한 감지 동작은 예를 들어, 다음과 같다.
누전 CHECK I.C의 전압(약 15 ~ 20V)과 누전 시 누전차단기 OFF 동작을 수행하는 TRIP 코일 후단에 있는 SCR 반도체의 높은 전압(220V)과 병렬 연결된다.
누전 발생으로 SCR 반도체가 동작하면 SCR 반도체의 높은 전압이 0V로 바뀐다.
이 순간에 낮은 전압에 연결된 콘덴서의 충전 전압과 높은 전압의 전위의 높낮이가 바뀌는 현상이 발생한다.
이 현상으로 포토센스가 동작하며 그 동작 결과에 따라 누전 발생 여부를 감지하여 누전 해지 판단부로 해당 신호를 전송해 알려주는 기능을 수행한다.
누전차단기의 ON/OFF 레버의 수동 조작 또는 부하 측 과부하로 인한 전원 차단시는 SCR 반도체가 동작하지 않으므로 누전으로 인한 것임을 쉽게 알 수 있다.
다음, 본 발명은 비교 전압 생성부(102)가 누전 차단기의 입력 전원 단자와 병렬로 연결되어, 상기 입력 전원 단자로 유입된 전압을 일정 전압 이하로 만들고, 유입된 입력 전압에 따라 같은 비율로 비례적으로 가변되는 제1 출력 전압을 생성하여 누전 해지 판단부(104)로 출력한다(S202).
이렇게 출력된 제1 출력 전압(즉, 복귀형 누전 차단기의 입력 전원 단자로 유입된 입력 전압)은 누전 해지 여부 판별시 사용된다.
그리고, 누전 전압 감지부(103)는 누전 차단기의 출력 전원(부하 측) 단자에 연결되어, 누전 발생시 누전 차단기의 출력 전원 단자로 유입되는 누전 전압에 따라 비례적으로 가변되는 제2 출력 전압을 생성하여 누전 해지 판단부(104)로 출력한다(S203).
이렇게 출력된 제2 출력 전압(즉, 누전 차단기의 출력 전원 단자로 유입된 누전 전압)은 상기 제1 출력 전압(즉, 복귀형 누전 차단기의 입력 전원 단자로 유입된 입력 전압)과 더불어, 누전 해지 여부 판별시 사용된다.
상기 누전 전압 감지 동작을 좀 더 상세히 설명하면 다음과 같다.
누전 차단기의 기본 동작은 차단기 내부에 있는 영상변류기(ZCT: Zero Current Former) 2차 측의 출력 전압의 유, 무와 크기에 따라서 누전차단기가 동작한다.
누전이 없을시는 ZCT를 통과한 각 상에 흐르는 전류의 합 벡터 값이 평형이 되어 "0"이 되지만 누전이 발생되면 ZCT 2차측은 1차 영상 전류에 대응하는 영상전류 값이 출력하게 되어 있다.
누전 차단기의 동작은 누전 차단기의 출력 단자, 즉 부하 측에서 여러 가지 원인으로 누전이 발생하고 일정 누전 값 이상이 되면 누전 차단기는 전원을 차단하게 된다.
누전 차단기의 입력 전원과 출력 전원이 연결(ON 상태)되어 있을시는 ZCT의 출력 값 유, 무와 출력 값으로 누전 값을 알 수 있으나, 누전 차단기가 OFF 되면 누전 감지 회로에 공급하는 전원과 ZCT의 기능이 사라짐으로 누전 값을 알 수 없다.
전압은 높은 곳에서 낮은 곳으로 흐르는 성질에 따라 누전 차단기가 정상(ON 상태)일 경우 높은 전압이 누전 도체를 통하여 낮은 전압 쪽으로 유실된다.
반대로, 누전 차단기가 OFF 되면 누전 차단기 출력 전원 단자 전압이 낮아짐으로 누전 전압은 누전 차단기의 출력 전원 단자로 유입된다.
이 유입되는 전압 값을 수집하여 일정 비율로 변환해 누전 해지 판단부로 입력하면 누전 해지 판단부는 그 전압 값을 누전 해지 여부 판단에 사용하게 된다.
다음, 본 발명은 누전 해지 판단부(104)가 누전차단기 동작상태 감지부(101)의 감지 결과와, 상기 제1 출력 전압(즉, 누전 차단기의 입력 전원 단자로 유입된 전압)과 제2 출력 전압(즉, 누전 차단기의 출력 전원 단자로 유입된 누전 전압) 간의 전압 차를 이용하여 구한 누설 전류 값에 따라 누전 해지 여부를 판별하여 그 결과를 누전차단기 자동복귀부(105)로 알려준다.
즉, 상기 누전차단기 동작상태 감지부(101)의 감지 결과가 누전차단기 OFF 상태(즉, 누전 차단기 동작 중)이고, 상기 제1 출력 전압과 상기 제2 출력 전압을 A/D 변환시켜, A/D변환된 제1 출력 전압의 평균 값과 제2 출력 전압의 평균 값을 구한 다음, 구해진 두 평균 값의 차이 값을 이용해 누설 전류 값을 산출하고, 산출한 누설 전류 값과 설정 누전 해지 값을 비교하여 상기 산출한 누설 전류 값이 상기 설정 누전 해지 값 이하인 시간이 설정 시간 동안 유지된 경우 누전 해지로 판별하여 판별 결과를 누전차단기 자동복귀부(105)로 알려준다(S204~S206).
반면, 상기 산출한 누설 전류 값이 상기 설정 누전 해지 값보다 크거나, 상기 산출한 누설 전류 값이 설정 누전 해지 값 이하인 시간이 설정 시간 동안 유지되지 않은 경우 아직 누전 해지하면 안 되는 것으로 판별하여 그 결과를 누전차단기 자동복귀부(105)로 알려준다.
상기 누전 해지 판단부(104)는 MCU 또는 CPU를 이용할 수 있는데, MCU는 16bit, 32bit를 사용하면 더욱 정교한 A/D 변환 작업을 할 수 있으며, 정교한 A/D 변환 값은 현재 누전 값을 더욱 세분화해 정확도를 높일 수 있다.
한편, 평균값 산출을 위해 MCU는 1초당 600회 A/D 변환 작업을 시행하고, 누전 해지 값 이하 상태에서 일정 시간을 유지할 때 누전 해지로 인정한다.
누전이 해지되면 누전차단기 자동복귀부(105)로 누전 해지 신호를 보내고, 자동 복귀 신호 발생 후 자동 복귀에 실패하면, 다시 누전 해지를 판단하여 설정 횟수(예: 3회)까지 보내며 그 동작 정상 복귀를 못할 경우엔 더 이상 복귀 신호를 보내지 않는다.
마지막으로, 본 발명은 누전차단기 자동복귀부(105)를 사용해 상기 누전 해지 판단부(104)의 판별 결과에 따라 누전 차단기를 ON 상태로 자동복귀시킨다(S207).
즉, 상기 누전 해지 판단부(104)의 판별 결과 누전이 해지된 경우, 누전차단기의 ON/OFF용 핸들에 연결된 전자석 코일에 전류를 공급하여 누전차단기를 ON 상태로 자동복귀시킨다.
상기 누전차단기 자동복귀부(105)는 누전차단기의 ON/OFF용 핸들에 연결되며, 복귀에 필요한 충분한 힘을 가지는 전자석 코일로 구성된다.
상기 전자석 코일은 복귀형 누전 차단기의 입력단과 상시 직렬 연결되며, 입력단 전압 크기에 비례하여 전자석 코일의 힘이 달라질 수 있으나, 누전차단기 자동복귀부(105)는 전자석 코일이 일정한 힘이 발생할 수 있도록 구성된다.
이상과 같이, 본 발명은 누전 차단기의 입력 전원 단자로 유입되는 입력 전압과, 누전 발생시 누전 차단기의 출력 전원 단자로 유입되는 누전 전압 간의 전압 차를 이용하여 구한 누설 전류 값에 따라 누전 해지 여부를 판별함으로써, 기존 보다 훨씬 정확한 누전 해지 여부 판별이 가능하여 누전 등으로 인해 OFF 상태로 되어 있는 누전 차단기를 좀 더 정확히 자동으로 복귀시킬 수 있다.
즉, 본 발명에 따른 누전 해지 여부 판별 방식은 누설 전류 값을 구함에 있어 오차 범위를 확연히 줄일 수 있고, 같은 제품이 여름철에 감지하는 누전 값과 겨울철에 감지하는 누전 값이 다른 것 등과 같이 온도와 주위 환경의 영향을 받지 않고 정확하게 누전 유, 무 및 누전 값을 알 수 있어, 기존 보다 훨씬 정확하게 누전 해지 여부를 판별하여 그에 따라 보다 정확히 누전 차단기를 자동으로 복귀시킬 수 있다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
101 : 누전차단기 동작상태 감지부 102 : 비교 전압 생성부
103 : 누전 전압 감지부 104 : 누전 해지 판단부
105 : 누전차단기 자동복귀부

Claims (4)

  1. 누전 차단기의 ON/OFF 레버의 수동 조작 상태나, 부하측 과부하로 인한 전원 차단 여부 또는, 누전 발생 여부에 따라 가변하는 누전 차단기의 동작 상태를 감지하는 누전차단기 동작상태 감지부;
    상기 누전 차단기의 입력 전원 단자와 병렬로 연결되어, 상기 입력 전원 단자로 유입된 입력 전압에 따라 비례적으로 가변되는 제1 출력 전압을 생성하는 비교 전압 생성부;
    상기 누전 차단기의 출력 전원 단자에 연결되어, 누전 발생시 상기 출력 전원 단자로 유입되는 누전 전압에 따라 비례적으로 가변되는 제2 출력 전압을 생성하는 누전 전압 감지부;
    상기 누전차단기 동작상태 감지부의 감지 결과와, 상기 제1 출력 전압과 제2 출력 전압 간의 전압 차를 이용하여 구한 누설 전류 값에 따라 누전 해지 여부를 판별하는 누전 해지 판단부; 및
    상기 누전 해지 판단부의 판별 결과에 따라 누전 차단기를 ON 상태로 자동복귀시키는 누전차단기 자동복귀부를 포함하여 이루어진 누전차단기 자동복귀장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 누전 해지 판단부는
    상기 누전차단기 동작상태 감지부의 감지 결과가 누전차단기 OFF 상태이고,
    상기 제1 출력 전압과 상기 제2 출력 전압을 A/D 변환시켜, A/D변환된 제1 출력 전압의 평균 값과 제2 출력 전압의 평균 값을 구한 다음, 구해진 두 평균 값의 차이 값을 이용해 누설 전류 값을 산출하고, 산출한 누설 전류 값과 설정 누전 해지 값을 비교하여 상기 산출한 누설 전류 값이 상기 설정 누전 해지 값 이하인 시간이 설정 시간 동안 유지된 경우 누전 해지로 판별하는 것을 특징으로 하는 누전차단기 자동복귀장치.
  3. 누전 차단기의 ON/OFF 레버의 수동 조작 상태나, 부하측 과부하로 인한 전원 차단 여부 또는, 누전 발생 여부에 따라 가변하는 누전 차단기의 동작 상태를 감지하는 단계;
    상기 누전 차단기의 입력 전원 단자와 병렬로 연결되어, 상기 입력 전원 단자로 유입된 입력 전압에 따라 비례적으로 가변되는 제1 출력 전압을 생성하는 단계;
    상기 누전 차단기의 출력 전원 단자에 연결되어, 누전 발생시 상기 출력 전원 단자로 유입되는 누전 전압에 따라 비례적으로 가변되는 제2 출력 전압을 생성하는 단계; 및
    상기 감지한 누전 차단기 동작 상태와, 상기 생성된 제1 출력 전압과 제2 출력 전압 간의 전압 차를 이용하여 구한 누설 전류 값에 따라 누전 해지 여부를 판별하는 단계; 및
    상기 누전 해지 여부 판별 결과에 따라 누전 차단기를 ON 상태로 자동복귀시키는 단계를 포함하여 이루어진 누전차단기 자동복귀방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 누전 해지 여부를 판별하는 단계는
    상기 감지한 누전 차단기 동작 상태가 누전 차단기 OFF 상태이고,
    상기 제1 출력 전압과 상기 제2 출력 전압을 A/D 변환시켜, A/D변환된 제1 출력 전압의 평균 값과 제2 출력 전압의 평균 값을 구한 다음, 구해진 두 평균 값의 차이 값을 이용해 누설 전류 값을 산출하고, 산출한 누설 전류 값과 설정 누전 해지 값을 비교하여 상기 산출한 누설 전류 값이 상기 설정 누전 해지 값 이하인 시간이 설정 시간 동안 유지된 경우 누전 해지로 판별하는 것을 특징으로 하는 누전차단기 자동복귀방법.



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KR20070075225A (ko) * 2006-04-03 2007-07-18 김형수 지능형 누전차단기의 자동 복귀장치

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