KR101197414B1 - 침수 시 누전방지장치 - Google Patents

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KR101197414B1 KR1020120079110A KR20120079110A KR101197414B1 KR 101197414 B1 KR101197414 B1 KR 101197414B1 KR 1020120079110 A KR1020120079110 A KR 1020120079110A KR 20120079110 A KR20120079110 A KR 20120079110A KR 101197414 B1 KR101197414 B1 KR 101197414B1
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유겐가이샤 아이피에프
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Abstract

침수에도 불구하고 누전을 방지할 수 있는 장치가 개시된다. 단자극성 고정부가 제1 및 제2입력단자와 접지단자를 포함하는 입력단자부와 제1 및 제2 출력단자를 포함하는 출력단자부 사이에 배치되어, 제1 및 제2 입력단자가 교류전원용 콘센트의 상전압단자 및 중성점단자에 연결됨에 있어서 제1입력단자-상전압단자 및 제2입력단자-중성점단자로 서로 연결되거나 또는 이와 반대로 서로 연결되는지에 상관없이 언제나, 제1출력단자가 중성점단자와 전기적으로 연결됨과 동시에 제2출력단자가 상전압단자와 전기적으로 연결되도록 해준다. 연결단자대는 절연체로 된 몸체부의 일측에 노출된 채 서로 이격되어 전기적으로 절연되어 있고 제1 및 제2 출력단자를 부하에 전기적으로 연결시켜주며 자신의 상면에 배치된 제1 및 제2 연결단자를 포함한다. 누전방지 도전체는 상전압단자와 전기적으로 연결된 제2연결단자에는 연결되지 않지만 중성점단자와 연결된 제1연결단자에는 연결되고, 연결단자대의 측방의 적어도 일부, 연결단자대의 상방의 적어도 일부, 연결단자대의 측방 및 상방 각각의 일부 중 적어도 어느 한 가지를 포위하는 형태로 제2연결단자의 주변에 배치된다. 이런 구성에 따르면, 연결단자대가 침수 시 제2연결단자에서 나온 전류는 물을 통해 누전방지 도전체로 흘러들어가고 다른 곳으로는 감전을 유발시킬 정도 이상의 전류가 흐르지 않도록 함으로써 누전 및 감전을 방지해준다.

Description

침수 시 누전방지장치 {Apparatus for protecting an electric leakage when filled with water}
본 발명은 전기장치의 노출된 단자들이 침수되는 경우 그 단자들 간에 흐르는 누전전류를 저감시켜 감전을 방지하면서 그 전기장치의 정상적인 작동을 보장해주는 누전방지장치에 관한 것이다.
한국 공개특허공보 제10-2005-0037986호(이하, '종래기술'이라 함)는 전기기기 또는 전기장치가 통전 중에 침수되었을 때 나충전부로부터 흘러나오는 누설전류를 흡수하여 누전사고 또는 감전 사고를 방지하는 침수누전방지장치를 개시한다. 그 침수누전방지장치는 몇 가지 실시예로 예시되어 있는데, 그 실시예들의 공통점은 노출된 연결단자들(단상접속단자 P, 중성점단자 N, 접지단자 E)이 배치된 연결단자대(terminal block)를 포함하여 차단기와 안정기 등과 같은 다른 디바이스들을 모두 커버하는 정도로 넓은 면적을 갖는 평판형 금속판을 중성점 단자(N) 또는 접지단자(E)에 전기적으로 연결한 채 이들 연결단자대, 차단기, 안정기 등의 저면 밑에 배치되는 형태로 설치한 구성이라는 점이다. 그 종래기술의 설명에 의하면, 이런 구성에 의해, 그 연결단자대의 노출된 연결단자들이 침수되더라도 나충전부를 통해 흘러나오는 전류의 거의 대부분은 그 평판형 금속판을 통해 흐르게 되어 인체가 물에 접촉하더라도 인체를 통해 흐르는 전류의 세기가 극히 미약하여 감전 또는 누전 사고가 방지될 수 있다고 한다.
하지만, 본 발명자가 상기 종래기술과 동일한 구성의 침수누전방지장치를 만들어 실험해본 바에 따르면, 상기 종래기술은 몇 가지의 치명적인 약점이 있는 것을 발견하였다.
첫째는 누전 및 감전 방지효과를 얻기 위해서는 누전방지용 금속판이 교류전원의 중성점단자에 연결되어야 하는데, 이를 완벽하게 보장해주는 것이 문제로 된다. 상기 종래기술의 설명에 따르면, 침수누전방지효과를 얻기 위해서는 평판형 금속판이 교류전원의 중성점단자(N)나 접지단자(E)에 연결되어야 한다. 이를 위한 한 가지 방법은 연결단자대를 설치할 때 단상 교류전원 공급선로 두 가닥 중에서 전원측의 중성점단자에 연결된 제1공급선로를 미리 찾아내어 그것을 평판형 금속판이 연결되는 연결단자와 직결시키고 나머지 제2공급선로를 나머지 연결단자에 직결시키는 방법이다. 그런데 이 방법은 전원측의 중성점단자에 연결된 제1공급선로를 찾아내야 하는 번거로움이 있고, 잘못 찾아서 연결하면 원하는 누전 및 감전 방지효과를 얻을 수 없으며, 부하에 전원공급을 할 필요가 없는 때에도 부하는 항상 전원측에 연결되어 있게 하여 전력낭비를 초래하는 문제가 있다. 필요한 때에만 부하를 전원측에 연결되도록 하기 위해서는 전원측과 연결단자대 사이에 플러그와 콘센트를 배치하는 방안을 고려할 수 있다. 이 방안의 경우, 그 평판형 금속판이 교류전원측에 전기적으로 연결되는 경로를 보면, 연결단자대의 단자->플러그 단자->콘센트를 통한다. 그 평판형 금속판이 교류전원의 중성점단자에 연결되기 위해서는 그 평판형 금속판이 연결된 연결단자대의 제1연결단자(J1)와 연결된 플러그 단자가 교류전원측의 중성점단자에 연결된 콘센트 단자와 연결되는 것을 완벽히 보장할 수 있어야 한다. 플러그는 연결단자대의 세 개의 단자와 각각 전기적으로 연결된 두 개의 플러그 단자(IN1, IN2)와 하나의 접지단자(G)를 갖는다. 두 개의 플러그 단자(IN1, IN2)는 외관이 서로 동일하다. 교류전원이 인가되는 콘센트의 두 콘센트단자 즉, 교류전원의 중성점단자와 연결된 제1콘센트단자(N) 및 단상전압단자와 연결된 제2콘센트단자(R) 역시 외관이 동일하다. 따라서 사용자가 플러그를 콘센트에 꽂을 때 제1플러그단자(IN1)가 제1 콘센트단자(N)에 반드시 연결되게 하기 위해서는 두 개의 플러그 단자 중 어느 것이 제1플러그단자(IN1)인지를 알아야 하고, 동시에 두 개의 콘센트단자 중 어느 것이 제1콘센트단자(N)인지도 알아야 한다. 이런 조건을 보장하는 것은 실제로 매우 어렵다. 설사 플러그와 콘센트의 단자 극성을 알고 있는 사용자라도 플러그를 콘센트에 꽂을 때 그 점에 주의하지 않게 되면 올바른 극성으로 연결하지 못하는 실수를 범할 수도 있다. 사용자 실수를 방지하기 위해, 플러그 단자와 콘센트 단자에 극성 표시를 해두는 것이 한 가지 방법이 되겠으나, 이런 점을 모르는 사용자가 플러그를 콘센트에 꽂을 가능성도 있고, 부주의에 따른 실수 유발의 가능성도 고려할 때, 이 방법 또한 완전한 것이 되지 못한다.
또한, 종래기술은 누전방지용 금속판이 '접지단자(E)'에 연결되어도 같은 효과가 얻어지는 것처럼 설명하고 있지만, 본 발명자가 실험해본 바에 의하면 누전방지용 금속판을 '중성점 단자(N)'가 아닌 접지단자(E)에 연결하면 원하는 누전 및 감전 방지 효과를 얻을 수 없었다.
둘째, 그 종래기술이 제안한 누전방지용 도전성 금속판은 그 종래기술이 주장하는 것처럼의 침수 시 누전 및 감전 방지기능을 제공하지 못한다는 점이다. 본 발명자가 여러 가지 테스트를 통해 확인한 바에 따르면 그 원인이 누전방지용 도전성 금속판이 '평판형' 구조인 점에 있었다. 본 발명자의 실험에 의하면 그 종래기술이 제시한대로 커다란 평판형의 금속판을 연결단자대 등의 아래에 배치한 구성은 그 연결단자대가 침수 된지 수초 내지 수십 초 만에 누설전류량이 커져 누전차단기가 작동하여 부하에 대한 전원공급이 끊기고 연결단자대를 침수시킨 물에 손을 담그면 전기감전의 충격이 느껴졌다. 이렇게 되는 원인은 그 누전방지용 도전성 금속판과 단상전압단자에 연결된 제2연결단자 간의 거리가 지나치게 멀고 그들 사이에는 절연물질로 된 연결단자대의 몸체가 배치되어 그들 간의 최단경로를 통해 전류가 흐르는 것을 방해하는 점 때문에 그들 사이의 저항값이 크고, 그에 따라 그 제2연결단자에서 나오는 전류량의 일부는 그 누전방지용 도전성 금속판으로 흘러들어가지만 나머지 상당량의 전류는 다른 곳으로 누설되기 때문인 것으로 추정된다. 그 종래기술은 그 누전방지용 평판형 도체판의 크기를 사용전압이 380V일 때 50X30cm로 제시하였지만, 본 발명자가 시험해본 바에 따르면 이보다 훨씬 더 큰 사이즈(예컨대, 60x60cm)의 도체판을 사용하면 누전차단기가 떨어지는 시간이 좀 더 길어지는 변화는 생기지만, 결국에는 누전차단기가 작동하였다. 도체판의 사이즈를 키워서 해결할 수 있는 문제가 아니었다. 실제적으로도 도체판이 설치될 수 있는 공간적인 제약 등의 이유로 도체판의 사이즈를 무한정 키울 수도 없는 노릇이다. 평판형 도체판의 크기의 문제로는 근본적으로 해결할 수 없는 문제점이다.
이렇듯 상기 종래기술은 위와 같은 문제점들 때문에, 주장하는 누전 및 감전 방지효과를 제공하지 못하였다.
본 발명은 이런 문제점들을 해결하기 위한 것으로, 연결단자에 연결되는 누전방지용 도체의 구조적 개선을 통해 연결단자대의 침수 시 누전 및 감전 방지와 부하에 대한 정상적인 전원공급을 완벽히 보장해줄 수 있고, 부하에 연결된 연결단자대와 교류전원측 사이에 플러그와 콘센트를 배치하여 필요한 때에만 부하를 교류전원측에 연결할 수 있게 하되, 그 플러그를 콘센트에 꽂았을 때 언제나 그 누전방지용 도체판이 교류전원의 중성점단자에 연결되는 것을 보장함으로써 사용자의 무지 또는 실수에 의한 오동작을 원천적으로 예방할 수 있는 침수시 누전방지장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따르면, 제1입력단자(IN1), 제2입력단자(IN2), 그리고 접지단자(G)를 포함하는 입력단자부; 제1출력단자(OUT1), 제2출력단자(OUT2)를 포함하는 출력단자부; 상기 입력단자부와 상기 출력단자부 사이에 배치되어, 상기 제1 및 제2 입력단자(IN1, IN2)가 교류전원용 콘센트의 상전압단자(R) 및 중성점단자(N)에 연결됨에 있어서 (i) 상기 제1입력단자(IN1)와 상기 상전압단자(R)가 서로 연결됨과 동시에 상기 제2입력단자(IN2)와 상기 중성점단자(N)가 서로 연결되거나 또는 (ii) 이와 반대로 상기 제1입력단자(IN1)와 상기 중성점단자(N)가 서로 연결됨과 동시에 상기 제2입력단자(IN2)와 상기 상전압단자(R)가 서로 연결되는지에 상관없이 언제나, 상기 제1출력단자(OUT1)가 상기 중성점단자(N)와 전기적으로 연결되도록 하고 동시에 상기 제2출력단자(OUT2)가 상기 상전압단자(R)와 전기적으로 연결되도록 하는 단자극성 고정부; 절연체로 된 몸체부와, 상기 몸체부의 상면에 노출된 채 서로 이격되어 전기적으로 절연되게 배치되어 있고 상기 제1출력단자(OUT1) 및 상기 제2출력단자(OUT2)를 부하에 전기적으로 각각 연결시켜주는 제1연결단자(J1) 및 제2연결단자(J2)를 포함하는 연결단자대; 및 상기 상전압단자(R)와 전기적으로 연결된 상기 제2연결단자(J2)에는 전기적으로 연결되지 않지만 상기 중성점단자(N)와 전기적으로 연결된 상기 제1연결단자(J1)에는 전기적으로 연결되고, 상기 연결단자대의 측방의 적어도 일부, 상기 연결단자대의 상방의 적어도 일부, 상기 연결단자대의 측방 및 상방 각각의 적어도 일부 중 적어도 어느 한 가지를 포위하는 형태로 상기 제2연결단자(J2)의 주변에 배치된 누전방지 도전체를 구비하여, 상기 누전방지도전체에 의해, 상기 연결단자대가 침수 시 상기 제2연결단자(J2)에서 나온 전류는 물을 통해 상기 누전방지 도전체로 대부분 흘러들어가고 다른 곳으로는 감전을 유발시킬 정도 이상의 전류가 흐르지 않도록 함으로써 누전 및 감전을 방지해주는 것을 특징으로 하는 침수 시 누전방지장치가 제공된다.
상기 단자극성 고정부는, 상기 제1입력단자(IN1)와 상기 제2입력단자(IN2)가 상기 교류전원용 콘센트의 상기 상전압단자(R)와 상기 중성점단자(N)에 각각 연결되어 있는 동안에는 제1 제어신호(여기신호)를 출력하고, 상기 제1입력단자(IN1)와 상기 제2입력단자(IN2)가 교류전원의 상기 중성점단자(N)와 상기 상전압단자(R)에 각각 연결되어 있는 동안에는 제2 제어신호(비여기신호)를 출력하는 스위칭제어부; 및 상기 제2제어신호(비여기신호)가 입력되면 상기 제1출력단자(OUT1)와 상기 제1입력단자(IN1)를 서로 연결되도록 함과 동시에 상기 제2출력단자(OUT2)와 상기 제2입력단자(IN2)를 서로 연결되도록 하는 반면, 상기 제1제어신호(여기신호)가 입력되면 상기 제1출력단자(OUT1)와 상기 제2입력단자(IN2)를 서로 연결되도록 함과 동시에 상기 제2출력단자(OUT2)와 상기 제1입력단자(IN1)를 서로 연결되도록 스위칭하는 스위칭부를 포함할 수 있다. 상기 스위칭부는, 자신에 전류가 흐를 때는 여기상태가 되고 전류가 흐르지 않을 때는 비여기상태가 되는 릴레이코일; 및 상기 비여기상태에서는 상기 제1출력단자(OUT1)를 상기 제1입력단자(IN1)와 연결시켜줌과 동시에 상기 제2출력단자(OUT2)를 상기 제2입력단자(IN2)와 연결시켜주는 반면, 상기 여기상태에서는 상기 제1출력단자(OUT1)를 상기 제2입력단자(IN2)와 연결시켜줌과 동시에 상기 제2출력단자(OUT2)를 상기 제1입력단자(IN1)와 연결시켜주도록 스위칭하는 릴레이 스위칭단자를 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 스위칭제어부는, 상기 제1입력단자(IN1)와 상기 제2입력단자(IN2)가 상기 교류전원용 콘센트의 상기 상전압단자(R)와 상기 중성점단자(N)에 각각 연결되어 있는 동안에는 상기 릴레이코일에 전류를 흘려 상기 여기상태를 만들고, 상기 제1입력단자(IN1)와 상기 제2입력단자(IN2)가 상기 중성점단자(N)와 상기 상전압단자(R)에 각각 연결되어 있는 동안에는 상기 릴레이코일에 전류를 흘려보내지 않아 상기 비여기상태를 만들어주는 릴레이제어부를 포함할 수 있다.
상기 단자극성 고정부는 상기 제1입력단자(IN1)와 상기 제2입력단자(IN2)를 통해 입력되는 교류전압을 상기 스위칭제어부의 동작에 필요한 직류전압으로 변환하는 SMPS부를 더 포함하는 것이 바람직하다.
상기 누전방지 도전체는, 일 구성예에 따르면, 상기 제1연결단자(J1)에서 상기 몸체부를 아래쪽으로 관통하는 수직도체부와, 상기 수직도체부의 끝에서 수평방향으로 절곡되어 상기 몸체부의 바닥을 가로질러 상기 바닥의 바깥으로 연장된 바닥도체부와, 상기 바닥도체부의 끝에서 위쪽으로 절곡되어 상기 몸체부의 측면과 대면하면서 상기 연결단자대의 상면보다 낮지 않은 높이까지 연장된 판형의 측면도체부를 포함할 수 있다. 상기 측면도체부는 상단의 높이가 상기 연결단자대의 높이보다 적어도 5mm 더 높은 것이 바람직하다.
상기 누전방지 도전체는 상기 측면도체부의 상단에서 상기 연결단자대의 상면 쪽으로 절곡되어 상기 연결단자대의 상면의 적어도 일부를 덮는 상부도체부를 더 포함할 수도 있다.
상기 입력단자부는 필요 시에만 상기 교류전원용 콘센트에 꽂아 교류전원을 공급받는 플러그 타입으로 구성된 것이 바람직하다.
상기 누전방지 도전체는 (i) 상기 연결단자대를 내부에 수납하여 측면을 완전히 포위할 수 있는 통형 구조 또는 (ii) 상기 제2연결단자(J2)를 포위하면서 상기 연결단자대를 일주하는 폐고리 구조로 된 것일 수 있다.
또한, 상기 누전방지 도전체는, 상기 제1연결단자(J1)에서 상기 몸체부의 위쪽으로 절곡 연장되는 상부수직도체부를 포함한 구조일 수 있다. 나아가 상기 누전방지 도전체는 상기 상부수직도체부의 상단에서 상기 연결단자대의 상면 쪽으로 절곡되어 상기 제2연결단자(J2) 위를 덮도록 연장되는 상부 수평도체부를 포함하는 것일 수도 있다.
상기 누전방지 도전체는 전류흐름방향에 대한 수직단면의 넓이가 10mm2 이상인 것이 바람직하다. 누전방지 도전체는 사각형 도체판으로 구성하는 경우 그 도체판의 너비는 상기 연결단자대의 너비보다 작지 않는 것이 바람직하다.
상기 누전방지 도전체는 상기 제2연결단자(J2)의 하방에 위치하는 제1부분, 측방에 위치하는 제2부분, 상방에 위치하는 제3부분 들 중 적어도 두 가지 부분을 포함하며, 그 적어도 두 가지 부분들 중에서 적어도 어느 한 부분은 상기 제2 연결단자(J2)로부터 15mm 이내에 위치하고 나머지 부분은 30mm 이내에 위치하는 것이 바람직하다.
상기 누전방지 도전체는 상기 연결단자대의 측방 또는 상방에 위치하는 평판형 도전체 부분에 복수 개의 관통 구멍이 뚫려 있는 형태로 구성될 수 있다.
본 발명에 따르면, 사용자는 플러그 단자를 전원 콘센트에 꽂는 방향에 신경쓸 필요가 없다. 두 가지 방향 중 아무 방향으로 플러그를 꽂아도 누전방지 도전체는 항상 누전 및 감전방지 효과를 얻을 수 있는 단자 연결이 이루어진다(즉, 누전방지 도전체가 중성점단자에 연결된다).
또한, 노출된 연결단자들이 물에 침수되어도 물을 통해 그 연결단자와 누전방지 도전체 사이의 직선경로로만 전류가 흐르고 다른 곳으로는 거의 새지 않으므로, 물을 통한 누설전류는 거의 없어 물에 인체가 닿더라도 감전이 발생하지 않는다. 뿐만 아니라, 누설전류가 없으므로 누전차단기가 작동하지 않아 부하에는 정상적인 전력 공급이 이루어질 수 있다. 즉, 침수로 인해 전기장치가 오작동 되는 일이 생기지 않게 된다.
도 1은 본 발명에 따른 누전방지장치의 전체적인 구성을 나타내는 블록도이고;
도 2는 도 1의 단자극성고정부의 전기회로의 일예를 도시한 회로도이며;
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 연결단자대와 누전방지 도전체의 배치를 도시하며;
도 4는 도 3의 절단선 A-A에서 본 단면도이며;
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 연결단자대와 누전방지 도전체의 배치를 도시하며;
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 연결단자대와 누전방지 도전체의 배치를 도시하며;
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 연결단자대와 누전방지 도전체의 배치를 도시한다.
이하에서는 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예에 관하여 구체적으로 설명하기로 한다.
도 1에 나타낸 것처럼 본 발명에 따른 누전방지장치(100)는 입력단자부(240), 출력단자부(250), 그리고 이들 사이에 배치된 단자극성 고정부(200), 연결단자대(300), 그리고 누전방지 도전체(400)을 포함한다. 이 누전방지장치(100)는 연결단자대(300)가 물에 침수되었을 경우에도 누설전류가 밖으로 흐르지 않고 연결단자대(300)의 연결단자와 누전방지 도전체(400) 사이에서만 흐르게 하여 누전을 방지해주고, 침수를 일으킨 물속에 인체가 닿더라도 감전이 일어나지 않게 해주는 기능을 제공한다.
입력단자부(240)는 제1입력단자(IN1), 제2입력단자(IN2), 그리고 접지단자(G)를 포함한다. 이 입력단자부(240)는 필요 시 콘센트(90)에 꽂거나 뺄 수 있는 플러그 형태로 구성할 수 있다. 출력단자부(250)는 제1출력단자(OUT1)와 제2출력단자(OUT2)를 포함한다. 이 출력단자부(250)는 전선을 통해 연결단자대(300)의 연결단자들(J1, J2)과 전기적으로 연결된다.
단자극성 고정부(200)는 입력단자부(240)와 출력단자부(250) 사이에 배치되어, 제1 및 제2 입력단자(IN1, IN2)가 교류전원용 콘센트(90)의 상전압단자(R) 및 중성점단자(N)에 연결됨에 있어서 IN1-R 및 NI2-N로 서로 연결되거나 또는 이와 반대로(즉, IN2-R 및 NI1-N ) 서로 연결되는지에 상관없이 언제나, 제1출력단자(OUT1)가 콘센트(90)의 중성점단자(N)와 전기적으로 연결되도록 해줌과 동시에 제2출력단자(OUT2)가 콘센트(90)의 상전압단자(R)와 전기적으로 연결되도록 해준다. 이런 기능을 제공하기 위해, 단자극성 고정부(200)는 기본적으로 스위칭부(210)와 스위칭제어부(220)를 포함한다. 여기서, 콘센트(90)는 교류전원의 상전압단과 중성점단에 각각 연결된 상전압단자(R)와 중성점단자(N), 그리고 접지된 접지단자(G)를 포함한다.
스위칭제어부(220)는 제1입력단자(IN1)와 제2입력단자(IN2)가 콘센트(90)의 상전압단자(R)와 중성점단자(N)에 각각 연결되어 있는 동안에는 제1 제어신호(여기신호)를 출력하는 반면, 제1입력단자(IN1)와 제2입력단자(IN2)가 교류전원의 상기 중성점단자(N)와 상기 상전압단자(R)에 각각 연결되어 있는 동안에는 제2 제어신호(비여기신호)를 출력하도록 동작한다. 스위칭부(210)는 스위칭제어부(220)로부터 제2제어신호(비여기신호)가 입력되면 제1출력단자(OUT1)와 제1입력단자(IN1)를 서로 연결되도록 함과 동시에 제2출력단자(OUT2)와 제2입력단자(IN2)를 서로 연결되도록 한다. 반면에, 스위칭제어부(220)로부터 제1제어신호(여기신호)가 입력되면, 스위칭부(210)는 제1출력단자(OUT1)와 제2입력단자(IN2)를 서로 연결되도록 함과 동시에 제2출력단자(OUT2)와 제1입력단자(IN1)를 서로 연결되도록 스위칭 한다.
스위칭부(210)는 도 2에 도시된 것처럼 예컨대 릴레이(RY1)로 구현할 수 있다. 릴레이(RY1)는 자신에 전류가 흐를 때는 여기상태가 되고 전류가 흐르지 않을 때는 비여기상태가 되는 릴레이코일(212)과, 비여기상태에서는 제1출력단자(OUT1)를 제1입력단자(IN1)와 연결시켜줌과 동시에 제2출력단자(OUT2)를 제2입력단자(IN2)와 연결시켜주는 반면, 여기상태에서는 제1출력단자(OUT1)를 제2입력단자(IN2)와 연결시켜줌과 동시에 제2출력단자(OUT2)를 제1입력단자(IN1)와 연결시켜주도록 스위칭하는 릴레이 스위칭단자(214)를 포함한다. 이 경우, 스위칭제어부(220)는 릴레이(RY1)를 제어하는 릴레이제어회로로 구성한다. 즉, 스위칭제어부(220)는 제1입력단자(IN1)와 제2입력단자(IN2)가 교류전원 콘센트(90)의 상전압단자(R)와 중성점단자(N)에 각각 연결되어 있는 동안에는 릴레이코일(212)에 전류를 흘려 여기상태를 만들고, 제1입력단자(IN1)와 제2입력단자(IN2)가 교류전원 콘센트(90)의 중성점단자(N)와 상전압단자(R)에 각각 연결되어 있는 동안에는 릴레이코일(212)에 전류를 흘려보내지 않아 비여기상태를 만들어주도록 구성된다.
도 2에 따르면, 220번으로 표시된 릴레이제어회로는 제1입력단자(IN1)에 걸리는 전압이 접지단자의 전압을 비교하여 상기 제1입력단자(IN1)에 걸리는 전압이 상기 접지단자의 전압보다 높은 동안에만 출력단으로 로직하이 전압이 출력되고 그 외의 경우에는 로직 로우 전압이 출력되는 전압비교회로(D3, R5, R9, C8, R6, R7, OP-앰프(U2A))와, 이 OP-앰프(U2A)의 출력단에 로직하이 전압이 출력되는 경우에만 도통되어 릴레이코일로 전류를 흐르게 하는 스위칭회로(R8, Q1, D4)를 포함하는 구성을 갖는다.
단자극성 고정부(200)는 제1입력단자(IN1)와 제2입력단자(IN2)를 통해 입력되는 교류전압을 스위칭제어부(220)의 동작에 필요한 직류전압으로 변환하는 SMPS부(230)를 더 포함할 수 있다. 이 SMPS부(230)는 도 2에 도시된 것처럼 예컨대 콘센트(90)의 상전압단자(R)와 중성점단자(N)에 연결되어 교류전압을 입력받아 전파정류 함으로써 직류전압으로 변환하는 정류회로(232)와, 이 정류회로(232)의 출력 직류전압을 입력받아 릴레이제어부(220)의 OP-앰프(U2A)의 동작에 필요한 전압(Vcc)로 변환하는 SMPS회로(234)를 포함한다. 이 SMPS 회로(234)는 통상의 알려진 SMPS회로를 그대로 채용하면 되고, 본 발명이 새로 만든 것이 아니므로 여기서는 이에 관한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
출력단자(OUT1, OUT2)는 연결단자대(300)를 통해 부하(비도시)와 연결된다. 연결단자대(300)는 절연체로 된 몸체부(310)와, 이 몸체부(310)의 상면에 노출된 채 서로 이격되어 전기적으로 절연되어 있으며 제1출력단자(OUT1)와 제2출력단자(OUT2)를 부하(비도시)에 전기적으로 연결시켜주기 위한 제1연결단자(J1(S, L))와 제2연결단자(J2(S, L))를 포함한다. 즉, 제1연결단자 J1(S)와 J1(L)에는 제1출력단자(OUT1)와 부하의 제1입력단(비도시)이 전기적으로 연결되고, 제2연결단자 J2(S)와 J2(L)에는 제2출력단자(OUT2)와 부하의 제2입력단(비도시)이 전기적으로 연결된다.
다음으로, 누전방지 도전체(400)은 콘센트(90)의 상전압단자(R)(즉, 전기에너지가 걸려있는 단자)와 전기적으로 연결된 제2연결단자(J2)에는 전기적으로 연결되지 않지만 콘센트(90)의 중성점단자(N)와 전기적으로 연결된 제1연결단자(J1)에는 전기적으로 연결된다. 누전방지 도전체(400)는 그 일부가 연결단자대(300)의 측방에 배치되는 경우, 그것의 높이는 연결단자대(300)의 상면의 높이보다 낮지 않아야 한다. 노전방지 도전체(400)의 적어도 일부분이 제2연결단자(J2)에 보았을 때 적어도 일부분이 보이도록 제2연결단자(J2)의 주변에 배치되는 것이 바람직하다. 이런 배치를 함으로써, 연결단자(J1, J2)들이 침수 시 상전압단자(R)에 연결된 제2연결단자(J2)로부터 흘러나오는 누설전류 대부분은 물을 통해 중성점단자(N)에 연결된 제1연결단자(J1)로 흘러들어가게 되어 제2연결단자(J2)와 누전방지 도전체(400) 간의 직선 경로를 약간 벗어나면 거의 누설전류가 흐르지 않아 감전현상이 일어나지 않게 된다. 또한, 제2연결단자(J2)와 누전방지 도전체(400) 사이의 물이 적정한 저항값을 제공해줌으로써 제1 및 제2 연결단자(J1, J2)에 연결된 부하(비도시)는 이 물(저항)과 병렬연결을 이루어, 그 부하 또한 정상적인 동작을 계속할 수 있게 된다.
연결단자(J1, J2)들이 침수가 되더라도 누전방지 도전체(400)를 제2연결단자(J2)에 대하여 이와 같이 배치해야만 누설전류의 외부 유출을 막아 감전을 방지해주고 부하의 정상적인 동작을 보장할 수 있다는 점을 앞서 언급한 종래기술은 알지 못했다. 그 종래기술은 누전방지용 도전체를 '평판형' 도체판으로 구현한 것을 제시하였다. 그런데 상전압단자에 연결된 연결단자에서는 그 감지방지용 평판형 도체판이 보이지 않는다. 그들 사이에는 절연물질로 된 연결단자대의 몸체가 배치되어 그들 간의 최단경로를 통해 전류가 흐르는 것을 방해하므로 그들 간의 저항값을 커지게 된다. 그 결과 상전압단자에 연결된 연결단자로부터 나온 전류의 일부는 누전방지용 도전체로 흘러들어가겠지만 상당량이 평판형 도체판이 아닌 다른 곳으로도 새나가게 된다. 본 발명자가 실험해본 바에 의하면, 누전방지용 도전체가 아닌 다른 곳으로 누설되는 전류량은 누전차단기가 작동할 정도로 많아 연결단자들이 침수 된 후 수 초 내지 수십 초의 시간이 경과하면 누전차단기가 작동하여 부하에 전원공급이 끊어지게 된다. 당연히 그 침수 영역의 물에 손을 담그면 전기충격이 강하게 느껴지는 감전현상도 일어난다. 그 종래기술은 그 누전방지용 평판형 도체판의 크기를 사용전압이 380V일 때 50x30cm로 제시하였지만, 본 발명자가 시험해본 바에 따르면 이보다 훨씬 더 큰 사이즈의 도체판을 사용하여도 누전차단기의 작동을 막을 수가 없었다.
본 발명자는 이런 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 누전방지용 도전체의 형상, 설치 위치, 연결단자(J1, J2)에 대한 배치관계 등을 다양하게 변화시키면서 실제적인 테스트를 수행하였다. 테스트 결과, 위에서 언급한 것처럼 그 종래기술처럼 누전방지 도전체(400)를 제2연결단자(J2)가 설치된 연결단자대(300)의 바닥면에 평행한 평판형 도체판 형태로 배치하여서는 누전과 그에 따른 감전을 막을 수 없었다.
누전방지 도전체(400)는 전도성이 좋은 금속 예컨대, 구리 또는 구리 합금, 알루미늄 또는 알루미늄 합금을 사용하여 만드는 것이 바람직하다.
누전방지 도전체(400)는 연결단자(J1, J2)가 상면에 배치된 연결단자대(300)의 측방의 적어도 일부를 포위하는 형태, 또는 연결단자대의 상방의 적어도 일부를 포위하는 형태, 또는 연결단자대(300)의 측방 및 상방의 적어도 일부를 포위하는 형태 등과 같이 연결단자(J1, J2)를 측방 및/또는 상방에서 포위하는 형태로 배치될 때, 만족할 만한 정도의 누전 및 감전 방지 효과를 얻을 수 있다. 누전방지 도전체(400)가 연결단자대(300)의 측방의 일부만 포위하는 형태로 배치되는 경우, 보다 확신한 누전 및 감전 방지 효과를 얻기 위해서는 교류전원의 상전압단자와 전기적으로 연결된 연결단자(J2)에서 그 누전방지 도전체(400)의 적어도 일부가 보이도록 하는 것이 바람직하다. 누전 및 감전 방지 효과는 누전방지 도전체(400)가 연결단자(J2)를 포위하는 면적이 넓을수록 더 좋게 나타난다. 이런 요건을 만족시키도록 누전방지 도전체(400)를 구현하는 방안은 여러 가지로 다양할 수 있다. 그 중 대표적인 실시예가 도 3 내지 7에 예시되어 있다.
먼저 도 3과 4에 도시된 실시예에 따르면, 누전방지 도전체(400)가 연결단자대(300)의 일 측면과 대면하도록 배치된 예이다. 구체적으로, 연결단자대(300)는 육면체의 상면에 적어도 2열 이상의 홈(320, 322)들이 분리벽(325)을 사이에 두고 평행하게 마련되어 있는 절연체로 만든 몸체부(310)와, 제1홈(320) 안에 배치되고 콘센트(90)의 중성점단자(N)와 연결된 제1연결단자(J1)와, 제2홈(322) 안에 배치되고 콘센트(90)의 상전압단자(R)와 연결된 제2연결단자(J2)를 포함한다. 이 제1연결단자(J1)는 전원소스측 즉, 단자극성고정부(200)의 출력단자(OUT1)에 연결되는 단자(J1(S))와 부하측에 연결되는 단자(J1(L))를 포함하며, 제2연결단자(J2)도 마찬가지로 전원소스측과 부하측에 각각 연결되는 두 단자(J2(S), J2(L))를 포함한다. 같은 홈 안에 배치된 전원측 단자와 부하측 단자는 전기적으로 연결되어 있음은 물론이다.
누전방지 도전체(400)는, 도 4의 단면도에 도시된 것처럼, 제1연결단자(J1)에서 몸체부(310)를 아래쪽으로 관통하는 수직도체부(410), 이 수직도체부(410)의 말단에서 수평방향으로 절곡되어 몸체부(310)의 바닥을 가로질러 바깥으로 연장된 바닥도체부(420), 그리고 이 바닥도체부(420)의 끝에서 위쪽으로 절곡되어 제2연결단자(J2)가 보이는 높이까지 연장되어 몸체부(310)의 측면과 대면하도록 배치된 판형의 측면도체부(430)를 포함한다. 이 누전방지 도전체(400)는 볼트(440)를 이용하여 몸체부(310)에 고정된다. 측면도체부(430)는 몸체부(310)의 측면과는 이격되기만 하면 된다. 다만, 측면도체부(430)의 상단 높이(h2)는 수직방향으로 연결단자대(300)의 상면의 높이(h1)보다 최소한 5mm 이상 더 높은 것이 바람직하다. 이 정도의 높이차 Δh가 보장될 때, 누전방지 도전체(400)의 누전 및 감전 방지 기능이 확실히 발휘됨을 여러 가지 테스트를 통해 확인할 수 있었다. 측면도체부(430)의 높이는 높을수록 누전 및 감전 방지 기능이 더 잘 발휘되므로, 실제 적용에 있어서는 설치에 허용되는 공간의 크기를 고려하여 적정한 높이로 만들면 될 것이다.
또한, 측면도체부(430)는 연결단자대(300)의 측면과 접촉되지 않고 이격되기만 하면 되나 지나치게 멀리 이격되면 측면도체부(430)와 제2연결단자(J2) 간의 저항값이 지나치게 커져서 제2연결단자(J2)에서 나온 전류가 전부 측면도체부(430)로 입력되지 못하고 다른 곳으로 누설되는 양이 많아진다. 연결단자대(300) 측면으로부터 측면도체부(430)까지의 간격 d를 점점 증가시키면서 누전의 정도를 시험해본 바에 따르면, 바닥도체부(410)가 제2연결단자(J2)로부터 15mm 이내로 위치하는 조건하에서 측면도체부(430)가 제2연결단자(J2)로부터 300mm 정도까지 이격되더라도 그 제2연결단자(J2)와 측면도체부(430) 사이의 영역에서만 전류가 흐를 뿐 다른 곳으로 흘러나가는 전류량이 미미하여 상기 영역을 벗어난 영역의 물 속에 손을 넣었을 때 감전을 느낄 수 없었고 누전차단기(비도시)도 작동하지 않았다. 하지만, 측면도체부(430)와 제2연결단자(J2) 간의 이격거리가 300mm를 넘어서면서부터는 그들 사이의 영역 이외의 다른 곳으로 흘러나가는 전류량이 늘어나 상기 영역을 벗어난 물 속에 손을 넣었을 때 감전이 느껴졌고 누전차단기가 작동하여 연결단자(J1, J2)에 연결된 부하에 대한 전력 공급이 끊어졌다.
이와 달리, 바닥도체부(420)가 제2연결단자(J2)로부터 15mm 이상 이격된 경우에는, 측면도체부(430)의 제2연결단자(J2)로부터의 이격거리가 크게 제한되는 것을 발견할 수 있었는데, 측면도체부(430)는 제2연결단자(J2)로부터 15mm 이내로 이격되어야 누전 및 감전을 방지할 수 있었다.
이와 같은 실제 테스트를 통해 알 수 있는 점은 누전방지 도전체(400)가 제2연결단자(J2)의 하방과 측방에 위치하는 부분을 포함할 때, 누전 및 감전을 방지하기 위해서는 누전방지 도전체(400)의 하방 부분(즉, 바닥도체부(420))과 측방 부분(즉, 측면도체부(430)) 중 적어도 어느 하나는 제2연결단자(J2)로부터 15mm 이내에 위치할 필요가 있다는 점이다. 이런 조건을 만족하는 경우 나머지 하나는 제2연결단자(J2)로부터 300mm까지는 이격될 수 있다.
누전방지용 도전체(400)는 예상되는 누전전류량을 감안하여 사이즈를 정할 필요가 있다. 제2연결단자(J2)에서 나와 물을 통해 측면도체부(430)의 상부로 흘러들어간 누설전류는 바닥도체부(420)와 수직도체부(410)를 차례로 통과하여 제1연결단자(J1)로 흐른다. 누전방지용 도전체(400)의 각 도체부(430, 420, 410)는 이와 같은 누설전류의 전류흐름방향에 대한 수직단면의 넓이가 예상 누전전류량에 비해 지나치게 좁으면, 흐르는 누설전류량에 비해 도체 저항값이 커서 과열된다. 그에 따라, 침수된 그 도체부(430, 420, 410)들 주변의 물이 끓는 현상이 나타난다. 본 발명자가 실험으로 확인한 바에 의하면, 예컨대 교류 전원이 220V이고 연결단자대가 수돗물로 침수된 경우, 구리로 만든 누전방지용 도전체(400)의 각 도체부(430, 420, 410)는 누설전류의 흐름방향에 대한 수직단면의 넓이(예컨대 측면도체부(430)의 경우 이 수직단면의 넓이는 도 3에서 측면도체부(430)를 위에서 아래로 볼 때의 단면적 즉, 가로방향 폭이 좁고 세로방향 길이가 긴 직사각형 단면적의 넓이가 이에 해당함)가 적어도 10mm2 이상인 것이 바람직하다.
도 5에 예시된 것처럼, 누전방지 도전체(400-1)는 수직도체부(410), 바닥도체부(420), 측면도체부(430) 외에도 그 측면도체부(430)의 상단에서 다시 몸체부(310)의 상면 쪽으로 절곡되어 연장된 상부도체부(435)를 더 포함할 수 있다. 나아가, 또 다른 측면도체부(450)와 상부도체부(455)를 더 포함하여, 연결단자(J1, J2)를 좌우 양 측면과 상부에서 포위하는 형태로 배치할 수도 있다. 누전방지 도전체(400-1)가 연결단자(J2)를 더 넓은 면적으로 포위하므로 도 3에 비해 더 확실한 누전방지 및 감전방지 기능을 제공한다. 이 누전방지 도전체(400-1)도 수직도체부(410)를 통해 제1연결단자(J1)와 전기적으로 연결되어 있음은 물론이다. 몸체부(310)의 상부는 연결단자(J1, J2)에 대한 전선 연결 작업을 위한 공간 제공을 위해 도 5에 도시된 것처럼 두 상부도체부(435, 455) 사이를 비위 두는 것이 바람직하나, 그 두 상부도체부(435, 455)의 폭을 약간 좁혀 작업공간이 마련되면 두 상부도체부(435, 455)를 연결하여 몸체부(310) 상부를 전부 덮어도 무방할 것이다. 상부도체부(435, 455)는 연결단자대 상면으로부터 적어도 5mm이상이 되도록 하는 것이 바람직하다. 하지만, 상부도체부(435, 455)와 제2연결단자(J2)가 지나치게 멀리 이격되면 그들 간의 저항값이 지나치게 커져서 제2연결단자(J2)에서 나온 전류가 상부도체부(435, 455)가 아닌 다른 곳으로 새는 량이 많아져 누전 및 감전 방지 기능이 정상적으로 작동되지 않을 수 있다.
본 발명자가 시험해 본 바에 따르면, 누전방지 도전체(400-1)의 바닥도체부(420)와 측면도체부(430) 중 적어도 어느 하나가 제2연결단자(J2)로부터 15mm 이내에 위치하는 경우, 상부도체부(435, 455)와 연결단자대 상면 간의 간격이 300mm까지는 누전방지 도전체(400-1)과 제2연결단자(2) 사이의 영역에서만 전류가 흐르고 다른 영역으로 새나가는 누설전류를 미미하여 그 다른 영역에서의 감전은 느낄 수 없다. 하지만 상기 간격이 300mm를 넘어서면 상기 다른 영역에서도 감전을 느낄 수 있을 정도로 누전이 발생하였고, 누전차단기가 동작하여 부하에 대한 전력공급이 차단되었다. 만약, 누전방지 도전체(400-1)의 바닥도체부(420)와 측면도체부(430) 둘 다 제2연결단자(J2)로부터 15mm 이상 이격되어 있으면, 누전 및 감전이 일어나지 않기 위해서는 상부도체부(435, 455)가 제2연결단자(J2)로부터 15mm를 벗어나지 않는 위치에 배치되어야 한다.
결국, 누전방지 도전체는 제2연결단자(J2)의 하방에 위치하는 제1부분, 측방에 위치하는 제2부분, 상방에 위치하는 제3부분 들 중 적어도 두 가지 부분을 포함한 구성을 가진다고 할 때, 그 적어도 두 가지 부분들 중에서 적어도 어느 한 부분은 제2 연결단자(J2)로 15mm 이내에 위치하고 나머지 부분은 30mm 이내에 위치할 때, 누전과 감전을 방지할 수 있다.
누전방지 도전체(400)의 측면도체부(430)는 반드시 바닥도체부(420)에 대하여 직각일 필요는 없다. 도 6에 도시된 누전방지 도전체(400-2)처럼, 측면도체부(430-1)는 바닥도체부(420)에 대하여 둔각 또는 예각으로 절곡되어도 무방하다. 다만, 측면도체부(430-1)의 최상단은 제2 연결단자(J2)보다 낮지 않은 높이인 것이 바람직하며, 제2연결단자(J2)보다 최소한 5mm이상 더 높은 위치까지 연장되는 것이 더욱 바람직하다.
연결단자(J1, J2)는 또한 도 6에 도시된 것처럼 연결단자대(300)의 몸체부(310)의 홈이 없는 평편한 상면에 배치될 수도 있다.
도 7은 누전방지 도전체의 또 다른 예를 보여준다. 누전방지 도전체(400-3)는 연결단자대(300)의 상부에 배치된 형태이다. 즉, 누전방지 도전체(400-3)는 연결단자대(300)의 상면에 배치된 제1 연결단자(J1)에 전기적으로 연결된 채 위쪽으로 소정길이 연장된 수직도체부(460)를 포함한 형태일 수 있다. 나아가, 도시된 것처럼 누전방지 도전체(400-3)는 이 수직도체부(460)의 상단에서 절곡되어 연결단자대(300)의 상면을 덮으면서 적어도 제2연결단자(J2) 근처까지 연장된 수평도체부(470)를 더 포함할 수도 있다. 수직도체부(460)만 있는 것에 비해 수평도체부(470)를 더 포함하는 것이 누전 및 감전 방지 기능이 더 좋은 것은 물론이다. 이 수평도체부(470)는 연결단자대의 상면과 최소한 5mm 이상 이격되게 배치하는 것이 바람직하다. 또한, 연결단자(J1, J2)에 전선 연결 작업을 할 수 있도록 연결단자(1, 2) 바로 위쪽에 연결단자용 나사조립공(480)이 마련된다.
한편, 이상의 여러 실시예에서 누전방지 도전체(400)는 제2연결단자(J2)로부터 앞서 언급한 이격거리 범위에 위치하기만 하면 되고, 그것의 형상에는 특별한 제한이 없다. 제2연결단자(J2) 주변에 더 넓은 면적의 누전방지 도전체(400)가 배치될 수록 누설전류의 방지 효과는 더 커진다. 예컨대 바닥도체부(420)와 측면도체부(430)는 수직도체부(410)에서 뻗어 나온 한 갈래로만 되어 있는 형태인데, 이러한 단일 갈래 형태에만 국한되는 것은 아니고, 측면도체부는 수직도체부(410)에서 서로 다른 복수의 방향으로 갈라져 연장된 복수 개의 갈래로 이루어진 형태(예컨대 십자형태 등)로 만들 수도 있을 것이다.
또한, 누전방지 도전체를 도 5의 두 상면도체부(435, 455)를 연결하여 바닥도체부, 측면도체부, 그리고 상부도체부가 제2연결단자(J2)를 포위하면서 연결단자대를 일주하는 폐고리 구조로 구성할 수도 있다. 나아가, 누전방지 도전체는 상부만 개방된 원통형 또는 사각통형과 같이 통형으로 만들어 연결단자대를 그 안에 수납하여 측면을 완전히 포위할 수 있는 형태로 구성할 수도 있다.
나아가, 누전방지 도전체(400, 400-1, 400-2, 400-3)는 연결단자대(300)의 측방 또는 상방에 위치하는 평판형 도전체에는 복수 개의 관통 구멍이 뚫려 있는 형태로 만들 수 있다. 본 발명자는 이유는 밝혀내지 못했지만, 연결단자를 둘러싸는 그 평판형 도전체에 관통구멍들이 형성되어 있으면, 누설전류 저감효과가 더 좋아지는 것을 발견할 수 있었다.
위와 같은 구성을 갖는 누전방지장치(100)의 연결단자들(J1, J2)이 침수 시 작동이 어떻게 되는지 설명한다.
위에서 도 2를 참조하여 설명한 바와 같이 단자극성 고정부(200)의 동작에 의해, 입력단자(IN1, IN2, G)들이 마련된 플러그 타입의 입력단자부(240)를 콘센트(90)에 어떤 방향으로 꽂는지에 상관없이 언제나, 교류전원의 중성점(N)-콘센트(90)의 중성점단자(N)-제1입력단자(IN1)-제1출력단자(OUT1)-제1연결단자(J1)의 연결 관계와 교류전원의 상전위점(R)-콘센트(90)의 상전압단자(R)-제2입력단자(IN2)-제2출력단자(OUT2)-제2연결단자(J2)의 연결 관계가 이루어진다. 이런 단자 연결관 계하에 부하에 교류전원이 공급되는 동안에 연결단자(J1, J2)가 침수된 경우를 가정한다.
순수는 이온을 포함하지 않으므로 우수한 절연체이지만, 물속에 이온을 제공하는 불순물의 농도가 높아질수록 전류가 더 잘 흐르게 된다. 물의 전기전도도는 순수가 0.055 ㎲/㎝, 깨끗한 수돗물이 50 ㎲/㎝, 일반식수(최대치)는 1055 ㎲/㎝, 바닷물은 53 ㎳/㎝이다. 여기서 단위는 전기저항의 역수 mho로 나타내나, 국제적으로는 S(Siemens) 단위가 통용되고 있다. 통상적으로 전기장치가 침수될 때, 그 물은 순수는 아니고 수돗물 수준 또는 그 보다 약간 더 많은 불순물(이온)을 포함하는 것으로 볼 수 있다. 침수에 관여한 물이 깨끗한 수돗물이나 일반식수 정도나 그보다 더 높은 전기전도도를 갖는 경우가 일반적일 것이므로 이런 경우를 가정한다.
침수 전의 제1연결단자(J1)와 제2연결단자(J2) 사이는 절연된 상태여서 제1연결단자(J1)과 연결된 누전방지 도전체(400)와 제2연결단자(J2) 사이에도 전류가 흐르지 않는다. 하지만, 그 연결단자들(J1, J2)과 누전방지 도전체(400)가 침수되면, 교류전원의 상전위점(R)에 연결된 제2연결단자(2)와 중성점(N)-제1연결단자(J1)에 연결된 누전방지 도전체(400) 사이의 물이 전기흐름의 통로역할을 할 수 있다. 침수 동안에 예컨대 제2연결단자(J2)에서 전류가 흘러나오게 되어 물을 통해 흐르게 된다. 누전방지 도전체(400)가 침수에 관여한 물보다 훨씬 높은 전기전도도를 가지고, 전류는 저항이 낮은 경로를 따라 흐르는 속성이 있다. 그러므로 제2연결단자(J2)에서 흘러나오는 전류는 거의 대부분 근처에 있는 누전방지 도전체(400)로 흘러들어가도 다른 곳으로 새나가는 전류량은 극히 미미한 수준이 된다. 아울러 제2연결단자(J2)를 통해 나온 전류가 다른 곳으로 거의 새지 않고 누전방지 도전체(400)를 통해 다시 제1연결단자(J1)로 귀환한다. 그 결과, 제2연결단자(J2)에서 누전방지 도전체(400)를 잇는 직선경로영역 안으로 인체가 진입해 들어갈 때만 약간의 전기 충격을 느낄 뿐, 비록 침수에 관여한 물속이라도 그 직선경로영역을 약간만 벗어나면 감전을 전혀 느끼지 못한다. 다른 데로 빠져나가는 전류량 즉, 누설전류량이 극히 미미하므로, 누설전류차단기가 작동하지 않는다. 또한, 이런 상태에서는 제2연결단자(J2)와 누전방지 도전체(400)-제1연결단자(J1) 사이의 물은 저항체(부하)로 기능하고 실제 부하와 병렬연결을 이루어, 실제 부하에는 침수에도 불구하고 침수 전과 마찬가지로 정상적인 전압이 계속 공급되어 그 부하는 정상적으로 작동할 수 있게 된다.
이상 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 기술하였지만, 본 발명이 속하는 기술 분야에 있어서 통상의 지식을 가진 사람이라면, 청구범위에 기재된 범위를 벗어나지 않으면서 본 발명을 여러 가지로 변형 또는 설계 변경하여 실시하는 경우에는 본 발명의 범주로 간주한다.
90: 콘센트 100: 누전방지장치
200: 단자극성 고정부 212: 릴레이코일
214: 릴레이스위치 220: 스위칭제어부(릴레이제어회로)
230: SMPS부 232: 정류부
234: SMPS회로 240: 입력단자부
250: 출력단자부 300: 연결단자대
310: 몸체부 320: 홈
400, 400-1, 400-2, 400-3: 누전방지 도전체
410: 수직도체부 420: 바닥도체부
430: 측면도체부 435, 455: 상면도체부

Claims (16)

  1. 제1입력단자(IN1), 제2입력단자(IN2), 그리고 접지단자(G)를 포함하는 입력단자부;
    제1출력단자(OUT1), 제2출력단자(OUT2)를 포함하는 출력단자부;
    상기 입력단자부와 상기 출력단자부 사이에 배치되어, 상기 제1 및 제2 입력단자(IN1, IN2)가 교류전원용 콘센트의 상전압단자(R) 및 중성점단자(N)에 연결됨에 있어서 (i) 상기 제1입력단자(IN1)와 상기 상전압단자(R)가 서로 연결됨과 동시에 상기 제2입력단자(IN2)와 상기 중성점단자(N)가 서로 연결되거나 또는 (ii) 이와 반대로 상기 제1입력단자(IN1)와 상기 중성점단자(N)가 서로 연결됨과 동시에 상기 제2입력단자(IN2)와 상기 상전압단자(R)가 서로 연결되는지에 상관없이 언제나, 상기 제1출력단자(OUT1)가 상기 중성점단자(N)와 전기적으로 연결되도록 하고 동시에 상기 제2출력단자(OUT2)가 상기 상전압단자(R)와 전기적으로 연결되도록 하는 단자극성 고정부;
    절연체로 된 몸체부와, 상기 몸체부의 상면에 노출된 채 서로 이격되어 전기적으로 절연되게 배치되어 있고 상기 제1출력단자(OUT1) 및 상기 제2출력단자(OUT2)를 부하에 전기적으로 각각 연결시켜주는 제1연결단자(J1) 및 제2연결단자(J2)를 포함하는 연결단자대; 및
    상기 상전압단자(R)와 전기적으로 연결된 상기 제2연결단자(J2)에는 전기적으로 연결되지 않지만 상기 중성점단자(N)와 전기적으로 연결된 상기 제1연결단자(J1)에는 전기적으로 연결되고, 상기 연결단자대의 측방의 적어도 일부, 상기 연결단자대의 상방의 적어도 일부, 상기 연결단자대의 측방 및 상방 각각의 적어도 일부 중 적어도 어느 한 가지를 포위하는 형태로 상기 제2연결단자(J2)의 주변에 배치된 누전방지 도전체를 구비하여,
    상기 누전방지도전체에 의해, 상기 연결단자대가 침수 시 상기 제2연결단자(J2)에서 나온 전류는 물을 통해 상기 누전방지 도전체로 대부분 흘러들어가고 다른 곳으로는 감전을 유발시킬 정도 이상의 전류가 흐르지 않도록 함으로써 누전 및 감전을 방지해주는 것을 특징으로 하는 침수 시 누전방지장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 단자극성 고정부는,
    상기 제1입력단자(IN1)와 상기 제2입력단자(IN2)가 상기 교류전원용 콘센트의 상기 상전압단자(R)와 상기 중성점단자(N)에 각각 연결되어 있는 동안에는 제1 제어신호(여기신호)를 출력하고, 상기 제1입력단자(IN1)와 상기 제2입력단자(IN2)가 상기 교류전원용 콘센트의 상기 중성점단자(N)와 상기 상전압단자(R)에 각각 연결되어 있는 동안에는 제2 제어신호(비여기신호)를 출력하는 스위칭제어부; 및
    상기 제2제어신호(비여기신호)가 입력되면 상기 제1출력단자(OUT1)와 상기 제1입력단자(IN1)를 서로 연결되도록 함과 동시에 상기 제2출력단자(OUT2)와 상기 제2입력단자(IN2)를 서로 연결되도록 하는 반면, 상기 제1제어신호(여기신호)가 입력되면 상기 제1출력단자(OUT1)와 상기 제2입력단자(IN2)를 서로 연결되도록 함과 동시에 상기 제2출력단자(OUT2)와 상기 제1입력단자(IN1)를 서로 연결되도록 스위칭하는 스위칭부를 포함하는 것을 특징으로 하는 침수 시 누전방지장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 스위칭부는, 자신에 전류가 흐를 때는 여기상태가 되고 전류가 흐르지 않을 때는 비여기상태가 되는 릴레이코일; 및 상기 비여기상태에서는 상기 제1출력단자(OUT1)를 상기 제1입력단자(IN1)와 연결시켜줌과 동시에 상기 제2출력단자(OUT2)를 상기 제2입력단자(IN2)와 연결시켜주는 반면, 상기 여기상태에서는 상기 제1출력단자(OUT1)를 상기 제2입력단자(IN2)와 연결시켜줌과 동시에 상기 제2출력단자(OUT2)를 상기 제1입력단자(IN1)와 연결시켜주도록 스위칭하는 릴레이 스위칭단자를 포함하며,
    상기 스위칭제어부는, 상기 제1입력단자(IN1)와 상기 제2입력단자(IN2)가 상기 교류전원용 콘센트의 상기 상전압단자(R)와 상기 중성점단자(N)에 각각 연결되어 있는 동안에는 상기 릴레이코일에 전류를 흘려 상기 여기상태를 만들고, 상기 제1입력단자(IN1)와 상기 제2입력단자(IN2)가 상기 중성점단자(N)와 상기 상전압단자(R)에 각각 연결되어 있는 동안에는 상기 릴레이코일에 전류를 흘려보내지 않아 상기 비여기상태를 만들어주는 릴레이제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 침수 시 누전방지장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 릴레이제어부는 상기 제1입력단자(IN1)에 걸리는 전압을 접지단자의 전압과 비교하여 상기 제1입력단자(IN1)에 걸리는 전압이 상기 접지단자의 전압보다 높은 동안에만 출력단으로 로직하이 전압이 출력되고 그 외의 경우에는 로직로우 전압이 출력되는 전압비교회로; 및 상기 전압비교회로의 출력단에 상기 로직하이 전압이 출력되는 경우에만 도통되어 상기 릴레이코일로 전류를 흐르게 하는 스위칭회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 침수 시 누전방지장치.
  5. 제2항에 있어서, 상기 단자극성 고정부는 상기 제1입력단자(IN1)와 상기 제2입력단자(IN2)를 통해 입력되는 교류전압을 상기 스위칭제어부의 동작에 필요한 직류전압으로 변환하는 SMPS부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 침수 시 누전방지장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 누전방지 도전체는, 상기 제1연결단자(J1)에서 상기 몸체부를 아래쪽으로 관통하는 수직도체부와, 상기 수직도체부의 끝에서 수평방향으로 절곡되어 상기 몸체부의 바닥을 가로질러 상기 바닥의 바깥으로 연장된 바닥도체부와, 상기 바닥도체부의 끝에서 위쪽으로 절곡되어 상기 몸체부의 측면과 대면하면서 상기 연결단자대의 상면보다 낮지 않은 높이까지 연장된 판형의 측면도체부를 포함하는 것을 특징으로 하는 침수 시 누전방지장치.
  7. 제6에 있어서, 상기 바닥도체부와 상기 측면도체부는 상기 수직도체부를 기준으로 서로 다른 복수의 방향으로 갈라져 연장된 복수 개의 갈래로 이루어진 것을 특징으로 하는 침수 시 누전방지장치.
  8. 제6항에 있어서, 상기 측면도체부는 상단의 높이가 상기 연결단자대의 높이보다 적어도 5mm 더 높은 것을 특징으로 하는 침수 시 누전방지장치.
  9. 제6항에 있어서, 상기 누전방지 도전체는 상기 측면도체부의 상단에서 상기 연결단자대의 상면 쪽으로 절곡되어 상기 연결단자대의 상면의 적어도 일부를 덮는 상부도체부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 침수 시 누전방지장치.
  10. 제1항에 있어서, 상기 입력단자부는 필요 시에만 상기 교류전원용 콘센트에 꽂아 교류전원을 공급받는 플러그 타입으로 구성된 것을 특징으로 하는 침수 시 누전방지장치.
  11. 제1항에 있어서, 상기 누전방지 도전체는 (i) 상기 연결단자대를 내부에 수납하여 측면을 완전히 포위할 수 있는 통형 구조 또는 (ii) 상기 제2연결단자(J2)를 포위하면서 상기 연결단자대를 일주하는 폐고리 구조로 된 것을 특징으로 하는 침수 시 누전방지장치.
  12. 제1항에 있어서, 상기 누전방지 도전체는 상기 제1연결단자(J1)에서 상기 몸체부의 위쪽으로 절곡 연장되는 상부수직도체부를 포함한 것을 특징으로 하는 침수 시 누전방지장치.
  13. 제12항에 있어서, 상기 누전방지 도전체는 상기 상부수직도체부의 상단에서 상기 연결단자대의 상면 쪽으로 절곡되어 상기 제2연결단자(J2)를 덮도록 연장되는 상부 수평도체부를 포함하는 것을 특징으로 하는 침수 시 누전방지장치.
  14. 제1항에 있어서, 상기 누전방지 도전체는 전류흐름방향에 대한 수직단면의 넓이가 10mm2 이상인 것을 특징으로 하는 침수 시 누전방지장치.
  15. 제1항에 있어서, 상기 누전방지 도전체는 상기 제2연결단자(J2)의 하방에 위치하는 제1부분, 측방에 위치하는 제2부분, 상방에 위치하는 제3부분 들 중 적어도 두 가지 부분을 포함하며, 그 적어도 두 가지 부분들 중에서 적어도 어느 한 부분은 상기 제2 연결단자(J2)로부터 15mm 이내에 위치하고 나머지 부분은 30mm 이내에 위치하는 것을 특징으로 하는 침수 시 누전방지장치.
  16. 제1항에 있어서, 상기 누전방지 도전체는 상기 연결단자대의 측방 또는 상방에 위치하는 평판형 도전체 부분에 복수 개의 관통 구멍이 뚫려 있는 것을 특징으로 하는 침수 시 누전방지장치.
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