KR101160416B1

KR101160416B1 - 회로 차단기

Info

Publication number: KR101160416B1
Application number: KR1020100084203A
Authority: KR
Inventors: 도시미츠 노무라; 하루히코 야마자키; 다츠유키 츠카모토
Original assignee: 미쓰비시덴키 가부시키가이샤
Priority date: 2010-01-13
Filing date: 2010-08-30
Publication date: 2012-06-26
Also published as: CN102130437B; CN102130437A; JP5351062B2; JP2011146196A; KR20110083461A

Abstract

단락 전류와 같이 매우 큰 전류가 교류 전로에 흘렀을 경우에서도, 트립 코일에 필요한 전압을 공급하여 확실하게 동작할 수 있는 회로 차단기를 제공한다.
검출 저항(7)이 발생한 출력 전압에 기초하여 교류 전로(1)에 흐르는 전류의 크기에 대응한 시한으로 출력 신호를 출력하는 시한 회로(12)와, 코일 공급 전원 생성 회로(10)로부터 입력된 전압이 트립 코일(4)의 구동 가능 전압값에 도달하였을 때에 출력 신호를 출력하는 전압 검출 회로(11)의 출력 신호의 논리곱(AND) 출력에 의해 트립 코일(4)을 구동하도록 하였다.

Description

회로 차단기{CIRCUIT BREAKER}

본 발명은 교류 전로(電路)에 과전류가 흘렀을 때에 그 전로를 차단하는 회로 차단기에 관한 것이다.

종래의 회로 차단기는 교류 전로의 전류를 검출하는 변류기의 2차 측에 접속된 정류 회로와; 이 정류 회로의 직류측 사이에 접속된 제1 개폐기와; 이 제1 개폐기와 병렬로 접속되어 충전 전압을 회로 차단기의 트립 코일(trip coil)의 여자 전압으로 하는 평활 커패시터, 이 평활 커패시터와 병렬로 접속되어 평활 커패시터의 전압이 소정 값보다 커지면 제1 개폐기의 폐로 기간의 비율이 증가하도록 제1 개폐기를 제어하는 제어 신호를 출력하는 펄스 듀티 변조기 및 이 펄스 듀티 변조기 출력을 단락 제어하는 제2 개폐기를 포함한 제어 전원과; 교류 전로에 흐르는 전류가 과전류 상태로 인해 차단될 때는 제2 개폐기를 단시간 단락하는 원 펄스 발생 회로를 갖추어, 회로 차단기의 트립 코일에 인가되는 여자 전압을 단시간에 높여 회로 차단기의 차단 동작을 앞당기도록 구성하고 있다.(예를 들면, 특허 문헌 1, 도 1 참조)

일본국 특개 평6－60791호 공보

종래의 회로 차단기는 이상과 같이 구성되어 있지만, 교류 전로에 있어서 변류기의 1차 측에 흐르는 전류가 단락 전류와 같이 매우 큰 경우, 변류기의 2차 측에 흐르는 출력 전류의 파형에 왜곡이 생겨 트립 코일에 필요한 전압을 공급할 수 없다고 하는 문제가 있었다.

본 발명은 상기와 같은 과제를 해결하기 위해서 이루어진 것으로, 단락 전류와 같이 매우 큰 전류가 교류 전로에 흘렀을 경우에서도, 트립 코일에 필요한 전압을 공급하여 확실하게 동작할 수 있는 회로 차단기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 관한 회로 차단기는 교류 전로에 흐르는 전류를 변류기로 검출하고, 그 검출 전류에 기초하여 트립 코일 제어 수단에 의해 트립 코일을 동작시켜 상기 교류 전로를 개폐 장치로 차단하는 회로 차단기에 있어서, 상기 변류기의 2차 측에 접속되어 상기 검출 전류를 정류하는 정류 회로와, 이 정류 회로의 출력 측에 접속되어 상기 검출 전류에 따른 출력 전압을 출력하는 검출 저항과, 상기 정류 회로의 출력 측에 병렬 접속되어 상기 정류 회로의 출력단을 개폐하는 제1 스위칭 수단과, 상기 정류 회로로부터 출력된 전압이 소정의 값보다 커졌을 때에, 상기 제1 스위칭 수단의 닫힘시간의 비율이 증가하도록 상기 제1 스위칭 수단을 제어하는 제어 신호를 출력하는 전원 제어 수단과, 상기 정류 회로의 출력 측에 병렬 접속되어 상기 트립 코일에 전력을 공급하는 코일 공급 전원 생성 회로와, 이 코일 공급 전원 생성 회로의 출력 전압이 상기 트립 코일의 구동 가능 전압값에 이르렀을 때에 출력 신호를 출력하는 전압 검출 회로와, 상기 검출 저항의 출력 전압에 기초하여 상기 교류 전로에 흐르는 전류의 크기에 대응한 시한(時限)으로 출력 신호를 출력하는 시한 회로와, 이 시한 회로의 출력 신호에 의해 상기 제1 스위칭 수단을 강제적으로 여는 제2 스위칭 수단과, 상기 시한 회로와 상기 전압 검출 회로의 출력 신호의 논리곱 신호를 상기 트립 코일 제어 수단에 출력하는 AND 회로를 구비한다.

본 발명에 관한 회로 차단기는 시한 회로와 전압 검출 회로의 출력 신호를 AND 시켜 트립 코일을 구동하도록 하였기 때문에, 단락 전류와 같이 매우 큰 전류가 교류 전로에 흘렀을 경우에서도, 트립 코일에 필요한 전압을 공급하여 확실하게 동작할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 형태 1에 있어서의 회로 차단기를 나타내는 블록 회로도이다.
도 2는 실시 형태 1의 동작을 설명하기 위한 타임 차트이다.

실시 형태 1.

도 1은 본 발명의 실시 형태 1에 있어서의 회로 차단기를 나타내는 블록 회로도이다.

도면에 있어서, 교류 전로(1)에는, 회로 차단기(100)를 구성하고, 교류 전로(1)에 흐르는 전류를 개폐하기 위한 개폐 장치(2), 및 교류 전로(1)에 흐르는 전류를 검출하기 위한 변류기(3)가 설치되어 있고, 개폐 장치(2)는 교류 전로(1)에 과전류가 흐르면 트립 코일(4)의 작동에 의해 개로된다.

변류기(3)의 2차 측에는 그 검출 전류를 정류하는 정류 회로(6)가 접속되어 있고, 정류 회로(6)의 출력 측에는 변류기(3)에서 검출한 검출 전류에 따른 출력 전압을 출력하는 검출 저항(7), 전원 평활용 커패시터(20), 정류 회로(6)의 출력단을 개폐하는 제1 스위칭 수단(8), 및 이 제1 스위칭 수단(8)을 후술하는 시한 회로의 출력 신호에 의해 강제적으로 개로하기 위한 제2 스위칭 수단(14)이 설치되어 있다.

또, 정류 회로(6)의 출력 측에는 정류 회로(6)로부터 출력된 전압이 소정의 값보다 커졌을 때에 스위칭 수단(8)의 닫힘시간의 비율이 증가하도록 제1 스위칭 수단(8)을 제어하는 제어신호를 출력하는 전원 제어 수단(9), 트립 코일(4)에 전력을 공급하는 코일 공급 전원 생성 회로(10), 트립 코일(4)의 구동 가능 전압값을 기억함과 아울러 입력된 코일 공급 전원 생성 회로(10)의 전압이 트립 코일(4)의 구동 가능 전압값에 도달했을 때에 출력 신호를 출력하는 전압 검출 회로(11), 검출 저항(7)이 발생한 출력 전압에 기초하여 교류 전로(1)에 흐르는 전류의 크기에 대응한 시한으로 출력 신호를 출력하는 시한 회로(12), 시한 회로(12)와 검출 회로(11)의 출력 신호의 논리곱을 출력하는 AND 회로(13), 및 AND 회로(13)의 출력 신호에 의해 트립 코일(4)을 제어하는 트립 코일 제어 수단(5)이 설치되어 있다.

또, 전원 제어 수단(9)은 코일 공급 전원 생성 회로(10)에 병렬 접속된 기준 전압 발생 회로(9a)로부터 출력된 소정 전압(Vref)과 정류 회로(6)로부터 출력된 출력 전압을 비교하여, 출력 전압이 소정 전압(Vref)을 초과하는 기간에 따른 펄스폭의 펄스 열신호를 트랜지스터로 이루어진 제1 스위칭 수단(8)의 베이스에 출력하는 펄스 듀티 변조기(9b)로 형성되어 있다.

또, 코일 공급 전원 생성 회로(10)는 전압 검출 회로(11)에 전압을 출력하는 제３ 스위칭 수단(10a)과, 시한 회로(12)의 출력 전압에 기초하여 제３ 스위칭 수단(10a)을 제어하는 제４ 스위칭 수단(10b)과, 제３ 스위칭 수단(10a)으로부터 출력된 전류를 충전하는 커패시터로 이루어진 충전 수단(10c)에 의해 형성되어 있다.

다음으로, 이상과 같이 구성된 본 발명의 실시 형태 1에 있어서의 회로 차단기의 동작에 대해서 도 1 및 도 2를 이용하여 설명한다.

교류 전로(1)에 부하 전류(I)가 흐르면, 변류기(3)의 2차 측에 교류의 검출 전류(i)가 흐르고(S01), 정류 회로(6)에 의해서 이 검출 전류(i)를 정류하여 직류 전류(i1)로 변환한다(S02). 검출 전류(i)가 작은 경우, 이 직류 전류(i1)는 전원 평활 커패시터(20)를 충전하고, 검출 저항(7)을 흘러 정류 회로(6)로 돌아간다.

부하 전류(I)가 커져서, 그것에 비례하여 큰 직류 전류(i1)가 전원 평활 커패시터(20)에 흐르면 전원 평활 커패시터(20)의 충전 전압(V0)은 커지고, 전원 평활 커패시터(20)의 충전 전압(V0)의 전압값에 기초하여 전원 제어 수단(9)의 펄스 듀티 변조기(9b)로부터 제1 스위칭 수단(8)을 개폐하는 신호가 출력됨으로써, 충전 전압(V0)이 일정하게 유지된다(S03).

교류 전로(1)에 흐르는 부하 전류(I)가 더욱 커져서, 그것에 따라 검출 저항(7)에 흐르는 직류 전류(i1)가 증가하면(S04), 검출 저항(7)의 양단에 발생하는 검출 전압(V1)이 상승하고(S05), 이 전압 상승을 시한 회로(12)가 검출하여 소정의 시간 후에 트립 코일(4)을 동작시키기 위한 트립 신호 출력 신호(a)를 출력한다(S06).이 트립 신호 출력 신호(a)가 출력되면, 제2 스위칭 수단(14)가 닫힌 상태가 되고, 다시 제1 스위칭 수단(8)은 펄스 듀티 변조기(9b)의 출력 상태에 관계없이 열린 상태가 된다.

또, 동시에 제４ 스위칭 수단(10b)이 닫힌 상태가 됨으로써, 제３ 스위칭 수단(10a)이 닫힌 상태가 된다. 그 때문에 직류 전류(i1)는 전원 평활 커패시터(20)와 충전 수단(10c)에 계속 흘러 충전 전압(V2)을 상승시킨다(S07).

충전 수단(10c)에 충전된 충전 전압(V2)을 검출하는 전압 검출 회로(11)는 트립 코일(4)이 확실하게 동작하는 전압값인 트립 코일 구동 가능 전압까지 상승하는 것을 검출하면, 충전 완료 신호(b)를 출력한다(S08).

트립 신호 출력 신호(a) 및 충전 완료 신호(b)가 함께 출력된 상태에 의해서, AND 회로(13)로부터 트리거 회로 입력 신호(c)가 출력되고(S09), 이로써 트립 코일 제어 수단(5)이 동작하고, 트립 코일(4)이 트립 동작을 행하여 개폐 장치(2)를 동작시킨다.

또한, 이 실시 형태 1에 의하면, 예를 들면 정격 전류(100A)의 회로 차단기에 있어서, 교류 전로(1)에 10,000A의 단락 전류가 흘렀을 경우, 20V 정격의 트립 코일(4)에 대해서 30V를 공급하는 것이 가능하게 되어, 확실하게 차단 동작을 실행할 수 있다.

이상과 같이 본 발명의 실시 형태 1에 의하면, 교류 전로(1)에 흐르는 전류를 변류기(3)로 검출하고, 그 검출 전류에 기초하여 트립 코일 제어 수단(5)에 의해 트립 코일(4)을 동작시켜 교류 전로를 개폐 장치(2)로 차단하는 회로 차단기에 있어서, 변류기의 2차 측에 접속되어 검출 전류를 정류하는 정류 회로(6)와, 이 정류 회로의 출력 측에 접속되어 검출 전류에 따른 출력 전압을 출력하는 검출 저항(7)과, 정류 회로의 출력 측에 병렬 접속되어 정류 회로의 출력단을 개폐하는 제1 스위칭 수단(8)과, 정류 회로로부터 출력된 전압이 소정 값보다 커졌을 때에, 제1 스위칭 수단의 닫힘시간의 비율이 증가하도록 제1 스위칭 수단을 제어하는 제어 신호를 출력하는 전원 제어 수단(9)과, 정류 회로의 출력 측에 병렬 접속되어 트립 코일에 전력을 공급하는 코일 공급 전원 생성 회로(10)와, 이 코일 공급 전원 생성 회로의 출력 전압이 트립 코일의 구동 가능 전압값에 도달했을 때에 출력 신호를 출력하는 전압 검출 회로(11)와, 검출 저항의 출력 전압에 기초하여 교류 전로에 흐르는 전류의 크기에 대응한 시한으로 출력 신호를 출력하는 시한 회로(12)와, 이 시한 회로의 출력 신호에 의해 제1 스위칭 수단을 강제적으로 개로하는 제2 스위칭 수단(14)과, 시한 회로와 전압 검출 회로의 출력 신호의 논리곱 신호를 트립 코일 제어 수단에 출력하는 AND 회로를 구비함으로써, 단락 전류와 같이 매우 큰 전류가 교류 전로에 흘렀을 경우에서도, 트립 코일에 필요한 전압을 공급해 확실하게 동작할 수 있다.

또, 코일 공급 전원 생성 회로(10)는 전압 검출 회로(11)에 전압을 출력하는 제３ 스위칭 수단(10a)과, 시한 회로(12)의 출력 전압에 기초하여 제３ 스위칭 수단(10a)을 제어하는 제４ 스위칭 수단(10b)과, 제３ 스위칭 수단(10a)으로부터 출력된 전류를 충전하는 충전 수단(10c)으로 구성되도록 함으로써, 트립 검출 출력과 동시에 충전 처리를 행할 수 있어서, 고속으로 동작시킬 수 있는 효과가 있다

1: 교류 전로 2: 개폐 장치
3: 변류기 4: 트립 코일
5: 트립 코일 제어 수단 6: 정류 회로
7: 검출 저항 8: 제1 스위칭 수단
9: 전원 제어 수단 9a: 기준 전압 발생 회로
9b: 펄스 듀티 변조기 10: 코일 공급 전원 생성 회로
10a: 제３ 스위칭 수단 10b: 제４ 스위칭 수단
10c: 충전 수단 11: 전압 검출 회로
12: 시한 회로 13: AND 회로
14: 제2 스위칭 수단 20: 전원 평활용 커패시터
100: 회로 차단기

Claims

교류 전로에 흐르는 전류를 변류기로 검출하고, 그 검출 전류에 기초하여 트립 코일 제어 수단에 의해 트립 코일을 동작시켜 상기 교류 전로를 개폐 장치로 차단하는 회로 차단기에 있어서,
상기 변류기의 2차 측에 접속되어 상기 검출 전류를 정류하는 정류 회로와,
상기 정류 회로의 출력 측에 접속되어 상기 검출 전류에 따른 출력 전압을 출력하는 검출 저항과,
상기 정류 회로의 출력 측에 병렬 접속되어 상기 정류 회로의 출력단을 개폐하는 제1 스위칭 수단과,
상기 정류 회로로부터 출력된 전압이 소정 값보다 커졌을 때에, 상기 제1 스위칭 수단의 닫힘시간의 비율이 증가하도록 상기 제1 스위칭 수단을 제어하는 제어 신호를 출력하는 전원 제어 수단과,
상기 정류 회로의 출력 측에 병렬 접속되어 상기 트립 코일에 전력을 공급하는 코일 공급 전원 생성 회로와,
상기 코일 공급 전원 생성 회로의 출력 전압이 상기 트립 코일의 구동 가능 전압값에 이르렀을 때에 충전 완료 신호를 출력하는 전압 검출 회로와,
상기 검출 저항의 출력 전압에 기초하여 상기 교류 전로에 흐르는 전류의 크기에 대응한 시한으로 트립 신호 출력 신호를 출력하는 시한 회로와,
상기 시한 회로의 출력 신호에 의해 상기 제1 스위칭 수단을 강제적으로 여는 제2 스위칭 수단과,
상기 시한 회로와 상기 전압 검출 회로의 출력 신호의 논리곱 신호를 상기 트립 코일 제어 수단에 출력하는 AND 회로를 구비하는 것을 특징으로 하는 회로 차단기.
청구항 1에 있어서, 상기 코일 공급 전원 생성 회로는,
상기 전압 검출 회로에 전압을 출력하는 제３ 스위칭 수단과,
상기 시한 회로의 출력 전압에 기초하여 상기 제３ 스위칭 수단을 제어하는 제４ 스위칭 수단과,
상기 제３ 스위칭 수단으로부터 출력된 전류를 충전하는 충전 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 회로 차단기.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 전원 제어 수단은,
상기 코일 공급 전원 생성 회로에 병렬 접속된 기준 전압 발생 회로와,
상기 정류 회로로부터 출력된 출력 전압이 상기 기준 전압 발생 회로로부터 출력된 소정 전압을 초과하는 기간에 따른 펄스폭의 펄스 열(列)신호를 상기 제1 스위칭 수단의 제어 신호로서 출력하는 펄스 듀티 변조기를 구비하는 것을 특징으로 하는 회로 차단기.