KR101183923B1 - 누전 차단장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 누전 차단장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 누전, 과전압 발생 후에 정상상태로 복원되면 개방하였던 차단스위치를 자동으로 복귀시켜 정상적으로 전원을 부하측에 공급하는 누전 차단장치에 관한 것이다.
본 발명은 과전압 또는 누설전류 또는 과부하 발생 시에 상용전원의 입력을 차단하는 차단스위치와, 상용 전원 입력측과 상기 차단스위치 사이에 연결되며, 상기 차단스위치가 오프된 상태에서도 전원 입력측의 과전압 또는 누설전류를 검출하는 누설전류 측정부와, 부하 측의 누전 또는 과부하를 검출하는 누전검출 제어부와, 상기 누설전류 측정부가 전원 입력측의 과전압 또는 누설전류를 검출한 경우 및 상기 누전검출 제어부가 부하측의 과전압 또는 과부하를 검출한 경우 상기 차단스위치를 오프시키고 상기 과전압 또는 누설전류 또는 과부하 상태가 정상상태로 복귀되면 상기 차단스위치를 온시키는 구동부와, 상기 차단스위치 오프 시에도 상용전원을 정전압으로 변환하여 상기 누설전류 측정부, 누전검출 제어부 및 구동부에 구동전원을 공급하는 정전압부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
누전 차단장치, 브리지 회로, 누설전류 측정부, 정전압부

Description

누전 차단장치 {Electrical Leakage Braking System}
본 발명은 누전 차단장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 누전 및 과전압에 따른 전원 차단 및 공급을 자동으로 수행하도록 한 누전 차단장치에 관한 것이다.
일반적으로 누전 차단장치는 각종 전기선로에서 여러 가지의 이유로 누전이나 과부하가 걸리는 경우에 전력공급을 차단하여 인체에 대한 감전사고와, 누전에 의한 화재 발생 및 아크의 발생으로 인한 전기기계기구의 손상으로부터 보호하고 있다.
현재 적용하고 있는 누전 차단장치(정격전압 110/220V, 정격부하전류 30A, 정격감도전류 30mA인 것)는 부하측으로 흘러들어가는 전류와 부하에서 흘러나오는 전류의 차를 검출하여 전기회로를 개로하는 구조이다.
이러한 누전 차단장치는 가정용 분전반이나, 산업용 분전반, 배전반에 사용되어 가정용은 AC110~220V의 전기선로에 사용되며, 산업용은 AC220~460V에 사용된다.
그리고 일반 가정의 경우 정격감도 전류가 30mA인 누전차단기가 주로 설치되나 습 기가 있는 장소인 목욕탕, 부엌, 세탁실 등에서 전기용품을 취급할 경우는 안전도 증강을 위해 감도전류가 일반 누전 차단장치보다 작은 정격감도 전류를 갖는 누전 차단장치가 설치된다.
상기 누전 차단장치는 부하측의 누전에 의하여 지각전류가 발생하면 이를 검출하여 회로를 차단하는 방식을 취하고 있는 전류동작형 차단기로서, 영상변류기(ZCT ; Zero-phase current transformer)를 검출 기구로 주로 사용된다.
전기회로가 정상이라면 영상변류기에 발생한 자속은 서로 상쇄되므로, 전자기유도에 의한 누전전류는 검출되지 않으나, 전기회로가 비정상이라면 누전이나 과부하에 상응하는 만큼의 자속차이가 발생하므로, 전자기유도에 의해서 자속차이에 상응하는 누전전류가 영상변류기로부터 출력된다.
상기 누전전류를 전압으로 변환하고, 이때 전압은 매우 낮은 전압으로서 이를 증폭기가 충분한 전압 레벨로 증폭하고, 증폭한 전압이 미리 설정된 기준전압 이상으로 될 경우에 차단 스위치를 동작시켜 전력공급을 차단하게 된다.
한편, 최근에는 다양한 무인자동화기기(예를 들어 자동 공기조화장치, 이동통신 기지국, 중계기 등)들이 개발되고 그 보급이 많아지고 있는 실정이며, 이러한 무인자동화기기에는 기기에 가해지는 전기적 충격(예를 들어 누전, 과전류, 합선, 낙뢰 등)에서 기기를 보호하기 위하여 누전 차단장치가 별도로 설치된다.
상기 무인자동화기기에서 전기적 충격에 의하여 누전 차단기가 작동되어 차단되는 경우 무인자동화기기의 특성상 무인자동화기기를 다시 작동시켜야 할 경우에는 근거리 또는 원거리에 있는 작업자가 직접 무인자동화기기에 접근하여 전원을 차단하 고 있는 누전차단기를 초기 상태로 복구시켜야 한다.
이러한 경우 작업자가 무인자동화기기에서 원거리에 있을수록 무인자동화기기의 재작동에 소요되는 시간이 길어지게 되어 무인자동화기기의 작동효율을 떨어뜨리며, 무인자동화기기를 조작하기 위한 별도의 인력이 소요되는 문제점이 있었다.
이에 누전 차단장치가 작동되어 전원의 공급이 차단될 경우, 공급되는 전원의 이상 유무에 따라 누전 차단장치를 작동시킨 전기적 충격의 원인이 제거되면 누전차단기의 작동상태를 초기상태(전원이 공급되는 상태)로 전환하기 위한 누전 차단장치의 개발이 시급한 설정이다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 누전 상태가 해제된 이후에 자동으로 차단스위치를 복귀시키도록 한 누전 차단장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 강제누전 발생부가 필요 없어 제조 단가가 저렴하고 부피가 작아 소형화할 수 있는 누전 차단장치를 제공하는데 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 누전 차단장치는 과전압 또는 누설전류 또는 과부하 발생 시에 상용전원의 입력을 차단하는 차단스위치와, 상용 전원 입력측과 상기 차단스위치 사이에 연결되며, 상기 차단스위치가 오프된 상태에서도 전원 입력측의 과전압 또는 누설전류를 검출하는 누설전류 측정부와, 부하 측의 누전 또는 과부하를 검출하는 누전검출 제어부와, 상기 누설전류 측정부가 전원 입력측의 과전압 또는 누설전류를 검출한 경우 및 상기 누전검출 제어부가 부하측의 과전압 또는 과부하를 검출한 경우 상기 차단스위치를 오프시키고 상기 과전압 또는 누설전류 또는 과부하 상태가 정상상태로 복귀되면 상기 차단스위치를 온시키는 구동부와, 상기 차단스위치 오프 시에도 상용전원을 정전압으로 변환하여 상기 누설전류 측정부, 누전검출 제어부 및 구동부에 구동전원을 공급하는 정전압부를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 누설전류 측정부는 상용전원을 정류하는 DC 변환부와, 상기 DC 변환부와 부하 사이에 직렬연결되어 전압분배 법칙에 의해 누설전류에 따른 DC 전압을 측정하는 2개의 저항과, 기준전압 발생부와, 상기 측정된 DC 전압과 기준전압을 비교하는 전압비교기와, 상기 비교결과에 따라 차단스위치의 개방 또는 복귀 여부를 판단하여 구동부의 작동을 제어하는 제어부로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 전압비교기와 제어부 사이에 전기절연부를 구비하여 신호 전달 시에 전기적으로 절연시키는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 따른 누전 차단장치에 있어서, 구동부는 상용전원 라인 사이에 솔레노이드(코일)와 브리지회로를 직렬 연결하고 상기 브리지회로의 출력단 사이에 사이리스터(SCR)를 직렬 연결하며 상기 사이리스터를 상기 누설전류 측정부에 의해 제어되도록 하여 상기 차단스위치를 온/오프시키는 2개의 구동회로를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 솔레노이드(코일)는 사이리스터(SCR : Silicon Controlled Rectifier)가 구동되어 전류가 흐름에 의해 차단스위치를 온 또는 오프시키는 동작을 한다.
삭제
삭제
상술한 과제 해결 수단에 의하면, 누전 상태가 해제된 이후에 자동으로 복귀 가능하다.
또한, 정밀한 측정을 할 수 있고, 추가로 강제누전 발생부가 필요 없으며, 따라서 제조 단가가 저렴하고 부피가 작아 소형화할 수 있다.
이하 본 발명의 실시예에 대하여 첨부된 도면을 참고로 그 구성 및 작용을 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 누전 차단장치에서 누설전류 감지를 위한 연결 구성도로서, 이에 도시한 바와 같이 상용 전원 입력측과 부하측 사이의 전원라인 상에 누전저항(10)과 누설전류 측정부(20)가 병렬 연결된다.
삭제
누전이 발생하면 누설전류가 누전저항(10)과 누설전류 측정부(20)에 분배되어 흐른다. 상기 누전저항(10)은 큰 누설전류가 흐를 때 상기 누설전류 측정부(20)로 허용치보다 큰 전류가 흐르지 않도록 하여 상기 누설전류 측정부(20)를 보호하기 위한 것이다.
따라서, 누설전류 측정부(20)는 병렬연결된 누전저항(10)에 의해 분배된 전류를 이용하여 누설전류의 량을 측정하게 된다.
삭제
도 2는 도 1에 나타낸 누설전류 측정부의 회로도로서 이에 도시한 바와 같이, 상용전원 입력측과 부하측 사이의 전원라인에 직렬연결되는 2개의 저항(R1,R2)과, 전압비교기(22), 기준전압 발생부(23), 전기절연부(24), 제어부(25)를 포함하여 구성된다.
삭제
전원측에 누전 또는 과전압이 발생되면 누전전류가 2개의 저항(R1,R2)을 통하여 흐르게 되고, 저항값의 비에 따른 전압 분배법칙에 의해 상기 누설전류가 DC전압으로 변환되어 전압비교기(22)에 입력된다.
상기 전압비교기(22)는 상기 저항(R1,R2)으로 측정한 전압과 기준전압 발생부(23)에서 출력된 기준전압을 비교한다.
상기 전압비교기(22)는 비교결과에 따른 신호를 제어부(25)로 출력하는데, 신호 전달시 전기적으로 절연시키기 위해 포토커플러와 같은 전기절연부(24)를 전압비교기(22)와 제어부(25) 사이에 연결하는 것이 바람직하다.
상기 제어부(25)는 전압비교기(22)의 출력신호를 판별하여 상용전원 입력 차단 여부를 판단하고 그 판단결과에 따라 차단스위치(SW1)의 오프/온을 위해 구동부(31)를 제어한다.
미설명부호 11은 DC 정전압부로서 상용 교류(AC) 전원을 정류하여 상기 저항(R1,R2)으로 흐르게 함은 물론 상기 정류된 직류(DC) 전원을 정전압으로 변환하여 차단스위치(SW1) 오프 시에도 누설전류 측정부(20)의 구동전원으로 공급한다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 누전 차단장치의 구성도로서, 차단스위치(SW1), DC 정전압부(11)(33), 누설전류 측정부(20), 영상변류기(ZCT), 누설검출제어부(32) 및 구동부(31)를 포함하여 구성한다.
또한, 입출력 양단의 전원라인에 브리지 회로(BD1,BD2)가 각각 연결된다.
상기 입력측 브리지 회로(BD1)의 출력단에 DC 정전압부(11)와 누설전류 측정부(20)가 연결된다. 상기 누설전류 측정부(20)의 구성은 도 2와 동일하다.
따라서, 상기 누설전류 측정부(20)는 누설전류를 측정하여 누전 또는 과전압을 검출한 경우 구동부(31)를 제어하여 차단스위치(SW1)를 오프시키게 된다. 이때, DC 정전압부(11)는 상용전원 입력과 차단스위치(SW1) 사이에 연결됨으로 정전압을 누설전류 측정부(20)에 공급하여 누설전류 측정이 계속 이루어지도록 한다.
이후 누전 또는 과전압이 해소되었음이 판별되면 누설전류 측정부(20)는 상기 구동부(31)를 제어하여 차단스위치(SW1)를 온상태로 복귀시키게 된다.
상기 구동부(31)는 솔레노이드(코일)나 모터 등으로 이루어져 차단스위치(SW1)를 OFF하여 전원을 차단하거나, OFF된 차단스위치(SW1)를 ON으로 복귀시켜 차단되었던 전원을 부하측에 공급한다.
상기 차단스위치(SW1)는 구동부(31)에 의해 온/오프되어 부하측에 전원을 공급하거나 차단한다.
또한, 영상변류기(ZCT)와 누전검출 제어부(32)는 기본적으로 누전 측정시 구비되는 것으로, 전원라인 상에 설치된 영상변류기(ZCT)는 부하의 누전 혹은 과부하 등으로 인해 전원라인 상에 흐르는 지락전류를 검출한다. 상기 출력측 브리지 회로(BD1)의 출력단에 DC 정전압부(33)가 연결되어 누설전류제어부(32)에 정전압을 공급한다.
상기 누전검출 제어부(32)는 부하에 누전 및/또는 과부하가 걸렸는지를 판단하고, 부하에 누전 및/또는 과부하의 발생을 검출하면 구동부(31)를 제어하여 차단스위치(SW1)를 오프(OFF)시키게 된다.
또한, 본 발명에서는 외부에서 인위적으로 차단스위치(SW1)를 ON/OFF할 수 있도록 ON/OFF 입력신호를 갖는 외부 제어부(34)가 누설전류 측정부(20)의 제어부(25)에 더 연결될 수 있다.
이와 같이 입력신호를 가짐으로써 자동 개폐기능을 수행할 수 있는 바, 일반 자동 개폐기는 ON 동작시 소모전류가 크므로 전력낭비를 가져올 수 있으나, 본 발명에 따른 ON/OFF 입력신호를 갖는 누전 차단장치는 유지전류가 필요 없으므로 에너지효율 절약 차원에서 장점을 가지므로 가로등이나 일반 ON/OFF 제어시스템에 사용시 에너지 절약 효과를 볼 수 있다.
상기 ON/OFF 입력신호의 전달시 전기적으로 절연시키기 위해 외부 제어부(34)와 제어부(25) 사이에 포토커플러(U1,U2)를 개재하여 포토커플러(U1,U2)를 통해 ON/OFF 입력신호를 전달하도록 함이 바람직하다.
한편, 출력측 브리지 회로(BD2)와 입력측에는 누전을 테스트하기 위한 스위치(SW2)가 연결된다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 누전 차단장치의 회로도로서, 구동부(31)와 누설전류 차단부(20)의 제어부(25)만을 도시한 것이다.
상기 구동부(31)는 브리지 회로(BD1,BD2)에 솔레노이드(코일)(L1,L2)를 연결하고 상기 브리지 회로(BD1,BD2)에 각각 사이리스터(SCR1,SCR2)를 연결하여 제어부(25)가 상기 사이리스터(SCR1,SCR2)를 구동함에 따라 차단스위치(SW1)를 온(ON)/오프(OFF)한다.
입력측에 연결된 브리지 회로(BD1)에 연결된 솔레노이드(L1)를 ON 솔레노이드라 하고, 출력측에 연결된 브리지 회로(BD2)에 연결된 솔레노이드(L2)를 OFF 솔레노이드라 가정한다.
누전이라 판단하면 제어부(25)는 사이리스터(SCR2)에 제어신호를 출력하여 구동시키게 된다.
이에 따라 사이리스터(SCR2)가 도통되어 OFF 솔레노이드(L2)와 브리지 회로(BD2)에 전류가 흐르게 됨으로 상기 OFF 솔레노이드(L2)가 여자된다.
이에 의해 차단스위치(SW1)가 오프(OFF)되어 부하에 공급되는 교류전원을 강제로 차단하게 된다.
이후, 차단스위치(SW1)이 개방되어 있는 상태에서 누설 전류를 측정하여 법규상 부동작 전류(15mA이하)가 되면 제어부(25)는 사이리스터(SCR1)에 제어신호를 출력하여 구동시키게 된다. 이때, 사이리스터(SCR2)는 제어부(25)에 의해 오프된다.
이에 따라 사이리스터(SCR1)가 도통되어 ON 솔레노이드(L1)와 브리지 회로(BD1)에 전류가 흐르게 됨으로 상기 ON 솔레노이드(L1)가 여자된다.
이에 의해 오프(OFF)되었던 차단스위치(SW1)가 구동(ON)되어 차단된 교류전원을 부하측에 공급하게 된다.
이와 같이 입출력 양단의 브리지 회로(BD1,BD2)가 평상시에는 구동부 스위치 역할을 하고, 누설 전류 측정시에는 DC 전원 생성과 신호원의 입력으로 사용되어 별도의 누전발생 장치가 필요 없다.
본 발명은 상기한 실시예에서 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 요지에서 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 변경하여 실시할 수 있으며, 이 역시 본 발명의 청구범위에 속한다 할 것이다.
도 1은 본 발명의 누전 차단장치에서 누설전류 감지를 위한 연결 구성도.
도 2는 도 1에 나타낸 누설전류 측정부의 회로도.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 누전 차단장치의 구성도.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 누전 차단장치의 회로도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10: 누전저항 20: 누설전류 측정부
22: 전압비교기 23: 기준전압 발생부
24: 전기절연부 25: 제어부
31: 구동부 34: 외부 제어부
BD1,BD2: 브리지 회로 L1,L2: 솔레노이드
SW1: 차단스위치

Claims (4)

  1. 삭제
  2. 과전압 또는 누설전류 또는 과부하 발생 시에 상용전원의 입력을 차단하는 차단스위치와,
    상용 전원 입력측과 상기 차단스위치 사이에 연결되며, 상기 차단스위치가 오프된 상태에서도 전원 입력측의 과전압 또는 누설전류를 검출하는 누설전류 측정부와,
    부하 측의 누전 또는 과부하를 검출하는 누전검출 제어부와,
    상기 누설전류 측정부가 전원 입력측의 과전압 또는 누설전류를 검출한 경우 및 상기 누전검출 제어부가 부하측의 과전압 또는 과부하를 검출한 경우 상기 차단스위치를 오프시키고 상기 과전압 또는 누설전류 또는 과부하 상태가 정상상태로 복귀되면 상기 차단스위치를 온시키는 구동부와,
    상기 차단스위치 오프 시에도 상용전원을 정전압으로 변환하여 상기 누설전류 측정부, 누전검출 제어부 및 구동부에 구동전원을 공급하는 정전압부를 포함하는 것을 특징으로 하는 누전 차단장치.
  3. 삭제
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 구동부는
    상용전원 라인 사이에 솔레노이드(코일)와 브리지회로를 직렬 연결하고 상기 브리지회로의 출력단 사이에 사이리스터(SCR)를 직렬 연결하며 상기 사이리스터를 상기 누설전류 측정부에 의해 제어되도록 하여 차단스위치를 각기 온 또는 오프시키는 2개의 구동회로로 구성함을 특징으로 하는 누설 차단장치.
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