KR101247208B1

KR101247208B1 - 누전 차단 장치

Info

Publication number: KR101247208B1
Application number: KR1020120086457A
Authority: KR
Inventors: 유재성
Original assignee: 엠티엔시 (주)
Priority date: 2012-08-07
Filing date: 2012-08-07
Publication date: 2013-03-26
Also published as: US20150326003A1; WO2014025087A1

Abstract

본 발명은 누전차단 장치에 관한 것이다.
이러한 본 발명의 한 실시예로 전원이 인가되는 주전원선과 부하 사이에 연결되는 주전원 차단부, 상기 주전원선에 연결되어 상기 주전원선에 발생하는 누설 전류를 감지하여 상기 누설 전류에 따라 해당하는 크기의 전압을 제1 및 제2 출력단자로 출력하는 영상 변류기, 상기 영상 변류기와 연결되어 있고, 상기 영상 변류기로부터 인가되는 상기 전압의 크기를 설정값 이하로 제한하여 출력하는 보호부, 그리고 상기 보호부와 연결되어 있고, 상기 보호부로부터 출력되는 상기 전압간의 차가 발생할 경우, 상기 주전원 차단부를 구동시키는 누전 검출 신호를 출력하여 상기 부하로 인가되는 상기 전원의 차단을 제어하는 누전 검출부를 포함한다.

Description

누전 차단 장치{EARTH LEAKAGE BREAKER}

본 발명은 누전 차단 장치에 관한 것이다.

일반적으로 전력을 공급하는 회로 상에서 누전 차단 장치를 작동시키는 인자로는 실제적인 누설전류 이외에도 낙뢰에 의하여 송전선으로 유기되는 갑작스런 서지(serge) 전압, 합선 및 감전 등이 있다.

하지만, 낙뢰에 의한 서지 전압이 송전선로 유입되거나 대지를 통하여 전자기기 및 전기기기와 같은 부하측으로 유입될 때, 서지 전압으로 인해 발생하는 전계에 의해 누전 차단 장치는 서지 전압을 누설 전류로 잘못 감지한다. 따라서, 누전 차단 장치가 정상적으로 구동되어야 하는 누전 상태가 아님에도 불구하고 누전 차단 장치가 오동작하는 문제가 발생한다

이로 인해, 송전선의 상태가 정상임에도 불구하고 누전 차단 장치의 오동작으로 인해, 송전선에서 부하 측으로 인가되는 전원이 차단되는 문제점가 발생한다.

종래의 누전 차단 장치는 누설 전류를 감지하여 차단되기까지의 시간이 통상 20㎳ 이내에서 동작하며, 고감도 누전차단 장치일 경우 누설 전류가 30mA일 때에는 누전 차단을 위한 차단속도가 0.03초(30㎳)이내이고, 중감도 누전차단장치의 경우 누설 전류가 100mA일 때에는 0.1초(100㎳)로서 적합하지만, 부하의 절연 등이 불안정한 장소에서는 아주 민감하게 동작하며 및 낙뢰에 의한 서지전압 유기 및 충격성 파장에 의한 누전차단기의 오류동작으로 누설전류로 인식 트립 작동을 하여 부하기기 등의 작동이 멈추는 경우가 자주 발생한다.

즉, 수 ㎳ 이내에 흐르는 순간적인 누설 전류는 부하에 악영향을 끼치지 않음에도 불구하고 누전 차단 장치가 불필요하게 동작하여 부하로 인가되는 전원이 차단되어, 전자기기의 동작이 멈추게 되어, 사용자의 불편함이 발생한다.

이처럼, 누전 차단 장치는 부하를 보호하고 인체의 감전을 방지하기 위해 사용되지만, 위에 기술한 것처럼 서지 전압이나 순간적인 노이즈(noise) 등으로 인해 누전 차단 장치가 오작동하여 불필요하게 부하의 동작이 정지되고, 특히 산업용 장비들의 동작이 불필요하게 중지될 경우 심각한 경제적 손실을 초래하게 된다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 서지 전압으로 인한 누전 차단 장치의 오동작을 방지하여 누전 차단 장치의 신뢰도를 향상시키기 위한 것이다.

본 발명의 한 특징에 따른 누전 차단 장치는 전원이 인가되는 주전원선과 부하 사이에 연결되는 주전원 차단부, 상기 주전원선에 연결되어 상기 주전원선에 발생하는 누설 전류를 감지하여 상기 누설 전류에 따라 해당하는 크기의 전압을 제1 및 제2 출력단자로 출력하는 영상 변류기, 상기 영상 변류기와 연결되어 있고, 상기 영상 변류기로부터 인가되는 상기 전압의 크기를 설정값 이하로 제한하여 출력하는 보호부, 그리고 상기 보호부와 연결되어 있고, 상기 보호부로부터 출력되는 상기 전압간의 차가 발생할 경우, 상기 주전원 차단부를 구동시키는 누전 검출 신호를 출력하여 상기 부하로 인가되는 상기 전원의 차단을 제어하는 누전 검출부를 포함한다.

상기 보호부는 상기 영상 변류기의 출력 단자와 상기 누전 검출부에 서로 반대 방향으로 연결된 제1 다이오드와 제2 다이오드를 포함한다.

상기 설정값은 상기 제1 및 제2 다이오드의 문턱 전압이다.

상기 보호부는 상기 영상 변류기의 상기 제1 출력 단자에 일측 단자가 연결되고 상기 제1 다이오드의 캐소드 단자에 타측 단자가 연결된 제1 저항, 그리고 상기 영상 변류기의 상기 제2 출력 단자에 일측 단자가 연결되고 상기 제2 다이오드의 캐소드 단자에 타측 단자가 연결된 제2 저항을 더 포함하고, 상기 제1 다이오드의 애노드 단자는 상기 제2 다이오드의 캐소드 단자와 연결되어 있고, 상기 제2 다이오드의 애노드 단자는 상기 제1 다이오드의 캐소드 단자와 연결되어 있다.

상기 누전 검출부와 연결되고, 상기 누전 검출부에서 출력되는 상기 누전 검출 신호의 상태에 따라 동작 상태가 제어되는 제어신호 출력부, 상기 누전 검출부 및 상기 제어신호 출력부를 초기화시키는 릴레이(relay) 및 상기 릴레이의 동작시간을 유지하는 콘덴서를 구비하는 스위칭 전환부, 상기 주전원선에 연결되고, 상기 제어신호 출력부와 상기 스위칭 전환부의 동작 상태에 따라 상기 주전원 차단부를 구동하여 상기 주전원선에서 상기 부하로 인가되는 전원을 차단하는 트립(trip) 구동부, 그리고 상기 주전원선 및 상기 트립 구동부와 연결되고, 상기 누전 검출부 및 상기 스위칭 전환부에 전원을 공급하는 정류부를 더 포함한다.

상기 릴레이는 코일, 상기 코일에 전류가 흐를 때 상기 누전 검출부와의 접점 상태가 전환되어 상기 누전 검출부를 초기화시키는 제3스위치, 그리고 상기 코일에 전류가 흐를 때 상기 제어신호 출력부와의 접점 상태가 전환되어 상기 제어신호 출력부를 초기화 시키는 제4 스위치를 포함한다.

상기 스위칭 전환부는 상기 콘덴서가 방전되는 시간 동안 상기 릴레이를 동작시키고, 상기 릴레이가 동작되는 시간 동안에 상기 영상 변류기에서 누설 전류가 감지되면 상기 트립 구동부를 동작시켜 상기 주전원선에서 상기 부하로 인가되는 상기 전원을 차단한다.

상기 스위칭 전환부는 상기 콘덴서와 상기 제어 신호 출력부에 연결되어, 상기 제어 신호 출력부가 동작할 때 동작하여 상기 누설 전류의 발생 상태를 표시하는 동작 상태 표시부를 더 포함한다.

상기 동작 상태 표시부는 발광다이오드(LED, Light Emitting Diode)를 포함한다.

상기 동작 상태 표시부는 발광 다이오드의 점등 또는 소등 횟수를 계수하여 계수된 횟수를 출력하는 누전 횟수 출력부를 더 포함한다.

상기 정류부는 브리지 정류 회로이다.

상기 정류부는 직렬로 연결된 8개의 다이오드를 포함한다.

이러한 특징에 따르면, 누설 전류가 감지된 후 정해진 시간 내에 다시 검출될 경우 누설 전류가 발생한 상태로 판정하여 주전원선에 인가되는 주전원을 차단하므로, 주전원선에 연결된 부하의 동작에 악영향을 미치지 않는 순간적인 누설전류로 인해 누전 차단 장치가 불필요하게 동작하는 것이 방지된다. 이로 인해, 부하 보호 동작과는 무관하게 빈번한 발생하는 누전 차단 장치의 동작이 방지되어, 사용자의 불편함이 감소하고 누전 차단 장치의 신뢰도가 향상된다.

또한, 상태 표시부의 동작에 의해 누설 전류의 발생 여부와 발생 횟수 등과 같은 누설 전류의 발생 상태를 사용자가 확인하므로, 사용자의 편리성이 향상된다.

도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 누전 차단 장치의 회로도이다.
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 누전 차단 장치의 동작 타이밍을 나타낸 도면이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

그러면 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 한 실시예에 따른 누전차단장치에 대하여 설명한다.

먼저, 도 1을 참고로 하면 누전차단 장치를 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 한 실시예에 따른 누전차단 장치는 상용 전원이 인가되고 부하(100)에 연결되는 제1 및 제2 주전원선(L1, L2), 제1 및 제2 주전원선(L1, L2)에 연결된 주전원 차단부(10), 두 개의 주전원선(L1, L2)에 연결된 영상 변류기(20), 영상 변류기(20)에 연결된 보호부(30), 보호부(30)에 연결된 누전 검출부(40), 누전 검출부(40)에 연결된 제어신호 출력부(50), 주전원 차단부(10)와 연결된 트립 구동부(60), 트립 구동부(60)와 연결된 정류부(70) 그리고 정류부(70)와 제어신호 출력부(50)에 연결된 스위칭 전환부(80)를 구비한다.

주전원 차단부(10)는 상용 전원과 부하(100) 사이인 제1 주전원선(L1)과 제2 주전원선(L2)의 중간에 위치한 제1 스위치(S1) 및 제2 스위치(S2)를 구비하고 있다.

주전원 차단부(10)의 제1 및 제2 스위치(S1, S2)의 턴온(turn-on) 및 턴오프(turn-off) 상태는 트립 구동부(50)로부터 인가되는 트립 신호에 의하여 제어된다.

제1 및 제2 스위치(S1, S2)가 턴온 될 경우, 제1 및 제2 주 전원선(L1, L2)으로부터 인가되는 전원은 부하(100)쪽으로 공급되어 부하(100)를 동작시키는 구동 전원을 부하(100)에 공급하여 부하(100)가 정상적으로 동작하도록 한다.

하지만, 제1 및 제2 스위치(S1, S2)가 턴오프 될 경우, 제1 및 제2 주 전원선(L1, L2)으로부터 인가되는 전원은 제1 및 제2 스위치(S1, S2)에 의해 차단되어 부하(100)의 동작은 중지된다.

영상 변류기(20)는 주전원 차단부(10)과 연결된 주전원선(L1, L2)이 중심부를 관통하고 있다.

이러한 영상 변류기(20)는 주전원선(L1, L2)에서 발생하는 자기장의 세기를 감지하여 양 출력 단자 사이에 해당하는 크기의 전압을 발생하여 보호부(30)로 인가된다.

보호부(30)는 영상 변류기(20)의 한 출력 단자에 일측 단자가 연결된 제1 저항(R1), 영상 변류기(20)의 다른 출력 단자에 일측 단자가 연결된 제2 저항(R2), 캐소드(cathode) 단자가 제1 저항(R1)의 타측 단자에 연결되는 제1 다이오드(D1), 애노드(anode) 단자가 제1 저항(R1)의 타측 단자와 연결되고 캐소드 단자가 제2 저항(R2)의 타측 단자와 제1 다이오드(D1)의 애노드 단자에 연결된 제2 다이오드(D2)를 구비한다.

보호부(30)의 제1 저항(R1)과 제2 저항(R2)은 영상 변류기(20)에서 생성된 전압을 일차적으로 전압 강하시킨다.

서로 다른 방향으로 연결된 제1 다이오드(D1)와 제2 다이오드(D2)는 영상 변류기(20)로부터 누전 검출부(40)로 인가되는 전압의 크기를 설정값인 순방향 전압(즉, 문턱 전압)(예를 들어, 약 0.3V 내지 1.2V) 이하로 제한한다. 이때, 순방향 전압은 제1 및 제2 다이오드(D1, D2)의 종류에 따라 달라진다.

따라서, 보호부(30)는 영상 변류기(20)로부터 인가되는 압의 크기를 설정값 이하로 제한하여 누전 검출부(40) 쪽으로 출력한다. 누전 검출부(40)는 보호부(30)의 출력단, 즉, 저항(R1)의 타측 단자와 저항(R2)의 타측 단자에 각각 연결된 두 개의 입력단(V_IN), 제어신호 출력부(50)와 연결된 출력단(OUTPUT)을 구비한 누전검출기(41), 누전검출기(41)의 전원단(VCC)과 스위칭 전환부(80) 사이에 연결된 저항(R3), 그리고 전원단(VCC)과 접지 사이에 연결된 콘덴서(capacitor)(C1)를 구비한다. 이러한 누전 검출부(40)는 사이리스터(SCR)와 병렬로 연결된 바리스터(varistor)를 추가로 구비하여, 커다란 전압 변화으로부터 사이스터(SCR)를 보호한다. 이러한 바리스터는 생략 가능하다.

누전 검출부(40)의 누전검출기(41)는 보호부(30)로부터 입력단(V_IN)으로 전압이 인가되지 않으면[즉, 입력단(V_IN) 양단의 전압차가 0V이면] 출력단(OUTPUT)으로 제1 상태의 누전 검출 신호를 출력하고, 보호부(30)로부터 입력단(V_IN)으로 전압이 인가되어 입력단(V_IN) 양단에 전압차가 발생하면 출력단(OUTPUT)으로 제1 상태와 다른 제2 상태의 누전 검출 신호(즉, 주전원 차단부를 구동시킬 수 있는 누전 검출 신호)를 출력한다. 본 예에서, 제1 상태는 제어신호 출력부(50)를 비동작 상태로 유지시키는 상태이고, 제2 상태는 제어신호 출력부(50)를 동작 상태로 유지시키는 상태이다. 한 예로서, 제1 상태는 저레벨(low level) 상태일 수 있고, 제2 상태는 고레벨(high level) 상태일 수 있다.

따라서, 누전 검출부(40)는 보호부(30)로부터 출력되는 전압에서 전압차가 발생할 경우, 주전원 차단부(10)를 구동시키는 누전 검출 신호를 출력하여, 부하(10)로 인가되는 전원의 차단을 제어한다.

저항(R3)과 콘덴서(C1)는 직류 성분에 포함된 리플(ripple) 성분을 제거하는 평활 회로로서 기능한다.

제어신호 출력부(50)는 누전 검출기(41)의 출력단(OUTPUT)에 연결되는 게이트(gate) 단자, 접지와 연결되는 캐소드 단자, 스위칭 전환부(80)에 연결되는 애노드 단자를 구비한 사이리스터(thyristor, SCR)를 구비한다.

이러한 제어 신호 출력부(50)의 사이리스터(SCR)는 누전 검출부(40)로부터 제2 상태의 누전 검출 신호가 게이트 단자로 인가되면 도통 상태가 되고 제1 상태의 누전 검출 신호가 게이트 단자로 인가되면 비도통 상태가 된다.

트립 구동부(60)는 제1 주전원선(L1)에 일측 단자가 연결되고, 정류부(70)에 타측 단자가 연결되는 트립 코일(trip coil)(TC)를 구비한다.

이미 설명한 것처럼, 트립 구동부(60)는 주전원 차단부(10)의 제1 및 제2 스위치(S1, S2)의 턴온 및 턴오프 상태를 제어하므로, 트립 구동부(60)의 동작 상태에 따라 제1 및 제2 스위치(S1, S2)의 동작 상태는 변한다. 따라서, 제1 및 제2 스위치(S1, S2)는 트립 구동부(60)의 트립 코일(TC)와 함께 릴레이(relay)를 형성한다. 본 예에서, 릴레이의 제1 및 제2 스위치(S1, S2)의 초기 상태는 접점 상태를 유지한다.

누전 검출부(40)에 누설 전류 발생 상태 또는 누전 발생 상태가 아닌 정상 상태로 판정되면, 트립 코일(TC)와 제1 및 제2 스위치(S1, S2)로 이루어진 릴레이는 비동작 상태를 유지하고, 이 경우 트립 구동부(60)의 제1 및 제2 스위치(S1, S2)는 턴온 상태를 유지한다.

하지만, 누전 검출부(40)에 의해 누설 전류 발생 상태 또는 누전 발생 상태안 비정상 상태일 경우, 트립 코일(TC)를 통해 전류가 흘러 릴레이는 동작 상태가 되고, 이 경우, 제1 및 제2 스위치(S1, S2)는 턴오프 상태가 된다.

정류부(70)는 주전원선(L1, L2)에서 인가되는 전압을 전파 정류하여, 정류부(70)에 연결된 부분, 즉 누전 검출부(40), 제어신호 출력부(50) 및 스위칭 전환부(80)의 동작에 필요한 전원을 공급한다. 본 예에서, 이러한 정류부(70)는 브리지 정류 회로로 이루어지지만 이에한정되지 않는다.

본 예에서, 정류부(70)는 4개의 다이오드로 구성되는 브리지 정류 회로에 각 단에 다이오드를 한 개씩 더 추가하여 총 8개의 다이오드로 이루어진 브리지 정류 회로이다.

4개의 다이오드를 이루어진 브리지 정류 회로는 입력 전압에 발생하는 충격성 전압(예, 서지 전압)이 브리지 다이오드의 내압보다 큰 경우, 정류부(70)의 파손이 야기된다. 하지만, 본 실시예의 경우, 정류부(70)는 8개의 다이오드로 이루어져 있으며, 각 다이오드를 직렬로 구성하여 분압 시킴으로써 정류부(70)의 내압이 두 배로 증가되어 충격성 전압으로 인한 정류부(70)의 파손 가능성을 현저히 감소시킬 수 있다.

스위칭 전환부(80)는 누전 검출부(40)의 저항(R3)에 연결된 입력단과 정류부(70)의 출력단에 각각 연결된 제1 및 제2 출력단(1, 2)을 구비한 제3 스위치(SW1), 제어신호 출력부(50)의 사이리스터(SCR)의 애노드 단자에 연결된 입력단과 정류부(70)의 출력단자에 연결된 제1 출력부(3)을 구비한 제4 스위치(SW2) 그리고 정류부(70)의 출력 단자와 연결된 코일(L11)를 구비한 릴레이(RL), 정류부(70)의 출력단자에 연결된 콘덴서(C2), 정류부(70)의 출력단과 접지 사이에 연결된 콘덴서(C3), 코일(L11)의 타측 단자와 제4 스위치(SW2)의 제2 출력단(4)에 연결된 저항(R4), 그리고 콘덴서(C2)의 타측 단자와 제4 스위치(SW2)의 제2 출력단(4)에 연결된 동작 상태 표시부(81)를 구비한다.

코일(L11)로 전류가 흐르지 않을 경우, 즉 릴레이(RL)가 동작되지 않거나 은 초기 상태일 경우, 릴레이(RL)의 제1 및 제2 스위치(SW1, SW2)의 입력단은 제2 출력단(2, 4)과 각각 접하고 있다. 반대로, 코일(L11)로 전류가 흘려 릴레이(RL)가 동작하는 동작 상태일 경우, 릴레이(RL)의 제1 및 제2 스위치(SW1, SW2)의 입력단은 제1 출력단(1, 3)으로 접촉 상태를 절환한다.

이때, 릴레이(RL)의 동작 상태가 절환될 때, 즉, 제3 스위치(SW1)의 입력단이 제2 출력단(2)에서 제1 출력단(1) 또는 제1 출력단(1)에서 제2 출력단(2)으로 변경되는 동안 정류부(70)로부터 누전 검출부(40)의 전원단(VCC)으로 인가되는 전압이 차단되어 누전 검출부(40)의 동작은 정지된다. 이 상태에서, 제3 스위치(SW1)의 절환 동작이 완료되어 누전 검출부(40)와의 접점 상태를 절환하면 다시 정류부(70)로부터 전원단(VCC)으로 전압 공급이 재개되므로, 전원단(VCC)으로 전압의 공급이 재기될 때, 누전 검출부(40)는 초기화된다.

제4 스위치(SW2) 역시 릴레이(RL)의 동작 상태가 절환되어 제어 신호 출력부(50)와의 접점 상태가 전환될 때, 즉, 제4 스위치(SW2)의 입력단이 제2 출력단(4)에서 제1 출력단(3) 또는 제1 출력단(3)에서 제2 출력단(4)으로 변경되는 동안, 제어신호 출력부(50)의 사이리스터(SCR)의 애노드 단자로 인가되는 전압이 차단된다. 이러한 사이리스터(SCR)의 전압 차단 동작에 의해 사이리스터(SC)의 상태는 초기화되어, 제2 상태의 누전 검출 신호에 의해 도통 상태를 유지하는 사이리스터(SCR)는 비도통 상태로 초기화된다.

동작 상태 표시부(81)는 콘덴서(C2)의 타측 단자에 애노드 단자가 연결된 발광 다이오드(LED), 발광 다이오드(LED)의 캐소드 단자에 일측 단자가 연결되어 있고 제4 스위치(SW2)의 제2 출력단(4)에 타측 단자가 연결된 저항(R5), 릴레이(RL)의 코일(L11)의 일측 단자와 발광 다이오드(LED)의 캐소다 단자 사이에 위치한 누전 횟수 출력부(82)를 구비한다.

이러한 동작 상태 표시부(81)는 콘덴서(C2)와 제어 신호 출력부(50)에 연결되어, 제어 신호 출력부(50)가 동작할 때 동작하여 누설 전류의 발생 상태를 표시한다.

즉, 누전 검출부(40)로부터 출력된 제2 상태의 누전 검출 신호에 의해 제어 신호 출력부(50)의 사이리스터(SCR)가 도통되면, 동작 상태 표시부(81)의 발광 다이오드(LED)는 동작하여 빛을 발광한다. 하지만 릴레이(RL)의 동작에 의해 제4 스위치(SW2)의 접촉 상태가 제2 출력단(4)에서 제1 출력단(3)으로 전환되면, 발광 다이오드(LED)는 소등 상태로 변하게 된다.

따라서, 발광 다이오드(LED)는 누전 검출부(40)가 누설 전류 발생 상태 또는 누전 발생 상태를 감지하여 제2 상태의 누전 검출 신호를 출력할 때마다 점등된다. 이로 인해, 사용자는 발광 다이오드(LED)의 점등 상태와 소등 상태를 이용하여 누전 발생 여부를 판정하게 된다.

누전 횟수 출력부(82)는 발광 다이오드(LED)가 점등되는 횟수를 계수하여 계수된 횟수를 액정 표시 장치 등과 같은 표시 장치(도시하지 않음)를 통해 사용자에게 표시한다.

이를 위해, 누전 횟수 출력부(82)는 발광 다이오드(LED)의 점등 횟수를 계수하는 계수기와 계수기에서 출력되는 신호에 따라 해당하는 횟수를 표시하는 표시 장치를 구비할 수 있다.

이러한 누전 횟수 출력부(82)에 의해, 사용자는 누설 전류가 발생한 횟수를 정확하게 신속하게 판정하게 된다.

이러한 구조는 갖는 누전 차단 장치의 동작을 도 2를 참고로 하여 설명한다.

먼저, 제1 및 제2 주 전원선(L1, L2)으로 상용전원의 전압이 인가되면, 초기 상태인 턴온 상태를 유지하고 있는 제1 및 제2 스위치(S1, S2)를 통해 부하(100)로 상용 전원과 같은 부하(100)의 구동 전원을 공급한다.

또한, 제1 및 제2 주 전원선(L1, L2)에 인가되는 전압은 영상 변류기(20)를 거치고, 또한 트립 구동부(60)의 트립 코일(TC)에 인가되고, 트립 코일(TC)을 통해 정류기(70)로 인가된다.

이로 인해, 정류기(70)는 인가되는 교류 전압을 전파 정류하여 스위칭 전환부(80)로 인가한다.

따라서, 정류기(70)의 출력단에서 출력되는 전압은 초기 제2 출력단(2)의 접점 상태를 유지하는 릴레이(RL)의 제3 스위치(SW1)를 통해 누전 검출부(40)의 전원단(VCC)으로 인가되어, 누전 검출부(40)에 구동 전압을 인가한다. 이로 인해, 누전 검출부(40)의 동작이 시작된다.

이때, 제1 및 제2 주 전원선(L1, L2)을 통해 흐르는 전류는 트롭 코일(TC)을 통과해 정류부(70)가 인가되어, 트립 코일(TC)에 전류가 흐르지만, 이때, 트립 코일(TC)를 흐르는 전류의 크기는 제1 및 제2 스위치(S1, S2)의 절환 상태를 변경할 정도의 크기를 아니므로, 제1 및 제2 스위치(S1, S2)와 트립 코일(TC)로 이루어진 릴레이는 동작하지 않고 제1 및 제2 스위치(S1, S2)는 초기 상태를 유지하게 된다.

이러한 초기 동작 상태에서, 누전 등으로 인해 누설 전류가 발생하지 않은 정상 상태이면 영상 변류기(20)에서는 전압이 발생하지 않는다[즉, 영상변류기(20) 양단의 전압차는 0V이다].

즉, 제1 주전원선(L1)과 제2 주전원선(L2)의 간의 전류 차이가 발생하지 않은 경우, 누전이 발생하지 않았으므로 두 주전원선(L1, L2)에 흐르는 전류가 동일하여, 영상 변류기(20)는 전압을 생성하지 않고, 두 주전원선(L1, L2) 간의 전류 차이가 발생할 경우에만 발생하는 전류 차이에 비례하는 크기의 전압을 영상 변류기(20)는 출력한다.따라서, 정상 상태일 경우, 영상 변류기(20)로부터 전압이 생성되지 않으므로, 입력단(V_IN)에 전압차가 발생하지 않아 누전 검출부(40)에서 출력되는 누전 검출 신호는 초기 상태인 제1 상태를 유지하고, 이로 인해, 제어신호 출력부(50)의 사이리스터(SCR) 역시 초기 상태인 비도통 상태를 유지한다. 따라서, 릴레이(RL)의 제3 및 제4 스위치(SW1, SW2)의 상태 역시 초기 상태를 유지한다.

하지만, 도 2의 (a)처럼, 누전 등으로 인해 주전원선(L1, L2)에 누설 전류가 발생하여 두 주전원선(L1, L2) 사이에 전류차가 발생하는 비정상 상태일 경우, 영상 변류기(20)에서는 전압이 생성되어 보호부(30)로 출력한다.

보호부(30)로 인가된 전압은 제1 저항(R1) 및 제2 저항(R2)에 의해 전압 강하되어 일차적으로 완충된 후, 제1 및 제2 다이오드(D1, D2) 쪽으로 인가된다.

이때, 저항(R1)을 통과한 전압의 크기가 제2 다이오드(D2)의 문턱 전압 이상일 경우, 제2 다이오드(D2)는 도통 상태가 되며, 제2 다이오드(D2)의 문턱 전압 이상의 전압에 해당하는 전류는 제2 다이오드(D2)와 제2 저항(R2)을 통과해 영상 변류기(20) 쪽으로 흐르게 된다.

또한, 이와 유사하게, 저항(R2)에 의해 전압 강하된 전압의 크기가 제1 다이오드(D1)의 문턱 전압 이상일 경우, 제1 다이오드(D1)는 도통 상태가 되어, 저항(R2)을 통과한 문턱 전압 이상의 전압에 해당하는 전류는 도통된 제1 다이오드(D1)를 거쳐 제2 저항(R1)을 통과해 영상 변류기(20)쪽으로 흐르게 된다.

이로 인해, 영상 변류기(20)에서 전압이 생성되어 두 출력 단자로 출력될 때, 제1 및 제2 저항(R1, R2)을 통과한 전압이 제2 및 제1 다이오드(D2, D2)의 문턱 전압 이상의 전압이면 제2 및 제1 다이오드(D2, D1)의 도통 동작에 의해, 문턱 전압 이상의 전압에 해당하는 전류는 영상 변류기(20) 쪽으로 피드백(feedback)되고, 누전검출부(40)의 누전검출기(41)의 입력단(V_IN)에는 문턱 전압만큼의 전압 차가 발생한다.

이러한 보호부(30)의 동작에 의해, 누전 검출부(40)의 누전검출기(41)의 입력단(V_IN)간에 발생하는 전압 차는 제1 및 제2 다이오드(D1, D2)의 문턱 전압과 같은 크기를 갖게 된다.

하지만, 영상 변류기(20)에서 생성되어 제1 및 제2 저항(R1, R2)을 통과한 전압의 크기가 제1 및 제2 다이오드(D1, D2)의 문턱 전압보다 작을 경우에는 제1 및 제2 다이오드(D1, D2)는 도통되지 않으므로 바로 누전 검출부(40)의 누전검출기(41)의 입력단(V_IN)으로 인가된다.

따라서 누전검출기(41)의 입력단(V_IN)에 발생하는 전압 차는 제1 및 제2 다이오드(D1, D2)의 문턱전압보다 낮은 값을 갖게 된다.

이미 설명한 것처럼, 영상 변류기(20)는 두 주전원선(L1, L2) 간의 전류 차가 증가할수록 생성되는 전압의 크기도 비례하게 증가된다.

하지만, 본 예의 경우, 영상 변류기(20)에 의해 생성된 전압의 크기에 무관하게 누전 검출부(40)의 누전검출기(41)의 입력단(V_IN)에 발생하는 전압 차는 항상 제1 및 제2 문턱 전압 이하의 값을 가지므로, 영상 변류기(20)에서 생성된 전압에 의해 누전 검출부(40)가 파손되는 것이 방지된다.

이처럼, 영상 변류기(30)에서 전압이 생성되어 누전 검출부(40)의 누전 검출기(41)의 입력단(V_IN)에 전압차가 발생하면. 누전 검출부(40)의 누전검출기(41)는 입력단(V_IN)로 전압 차가 발생하면 도 2의 (b)에 도시한 것처럼 제2 상태의 누전 검출 신호를 출력단(OUTPUT)으로 출력한다, 즉 누전 검출기(41)는 입력단(V_IN)에 전압차가 발생하면 누전 발생 상태로 판정하여 제2 상태의 누전 검출 신호를 출력한다. 이처럼, 누전 검출기(41)는 입력단(V_IN)에 전압차가 발생되면, 출력단(OUTPUT)으로 출력되는 누전 검출 신호의 상태를 제1 상태에서 제2 상태로 변경한다.

제어신호 출력부(50)의 사이리스터(SCR)의 게이트 단자로 인가되는 누전 검출 신호의 상태가 제1 상태에서 제2 상태로 변경됨에 따라, 도 2의 (c)처럼 소정의 지연 시간을 거처 사이리스터(SCR)는 비도통 상태에서 도통 상태로 변한다. 이때, 사이리스터(SCR)는 게이트 단자로 인가되는 도통 신호가 차단되어도 도통 상태를 유지하는 래치(latch) 소자이다.

제어신호 출력부(50)의 사이리스터(SCR)가 도통됨에 따라 정류부(70)에서 출력되는 전류는 콘덴서(C2)를 통해 동작 상태 표시부(81)의 발광 다이오드(LED)와 저항(R5)을 거쳐 제2 출력단(4)과 연결된 제3 스위치(SW3)와 사이리스터(SCR)를 접지로 흐르게 된다.

이로 인해, 도 2의 (d)와 같이, 콘덴서(C2)의 충전 동작이 시작되며, 발광 다이오드(LED)는 점등상태가 된다. 도 2의 (d)에 도시한 것처럼, 콘덴서(C2)는 약 2ms 내지 3ms 동안 충전될 수 있다.

이때, 제어신호 출력부(50)의 사이리스터(SCR) 동작으로 릴레이(RL)가 동작되기까지의 시간, 즉 콘덴서(C2)의 충전시간 동안 트립 구동부(60)를 거쳐 정류부(70)와 제어신호 출력부(50)로 통하는 전류에 의해서 트립 구동부(60)가 동작될 수 있으나, 릴레이(RL)의 코일(L11)과 직렬 연결된 저항(R4) 및 콘덴서(C2)와 직렬 연결된 저항(R5)에 의해 제어신호 출력부(50)에 흐르는 전류는 트립 구동부(60)를 동작시킬 수 있는 정도의 크기를 갖지 못한다. 따라서, 콘덴서(C2)가 충전되는 동안 트립 구동부(60)는 제1 및 제2 스위치(S1, S1)를 동작시키지 않고 초기 상태를 유지하게 된다. 이처럼, 트립 코일(TC)을 흐르는 전류의 양을 조절하는 저항(R4, R5)의 값은 필요에 따라 변경 가능하다.

사이리스터(SCR)가 도통된 상태에서 콘덴서(C2)의 충전이 완료되면, 도 2의 (e)에 도시한 것처럼 정류부(70)에서 출력되는 전류는 릴레이(RL)의 코일(L11), 저항(R1)을 거쳐 제2 출력단(4)와 초기 상태를 유지하고 있는 릴레이(RL)의 제4 스위치(SW2), 및 도통된 사이리스터(SCR)를 통해 접지로 흐르게 된다.

이로 인해, 비동작 상태의 릴레이(RL)는 동작 상태로 변하게 되고, 이러한 릴레이(RL)의 동작에 의해 스위치(SW1, SW2)는 초기 상태에서 동작 상태로 변하게 된다. 따라서, 제3 및 제4 스위치(SW1, SW2)의 입력단은 각각 제1 출력단(1, 3)과 접하게 된다.

이때, 제3 및 제4 스위치(SW1, SW2)를 구동하기 위해, 코일(L11)은 10ms 이상 동작 한다. 도 2의 (e)를 참고로 하면, 코일(L11)이 동작하기 전에 이미 콘덴서(C2)는 충전 상태임을 알 수 있다.

이러한 릴레이(RL)의 동작으로 인해, 제3 및 제4 스위치(SW1, SW2)의 입력단이 제2 출력단(2, 4)에서 제1 출력단(1, 3)으로의 접속을 완료하면, 정류부(70)에서 출력되는 전압은 릴레이(RL)의 제3 스위치(SW1)를 통해 누전 검출부(40)의 누전검출기(41)의 전원단(VCC)으로 인가되어 누전 검출기(41)에게 구동 전압을 공급한다. 또한 콘덴서(C2)에 충전된 전압은 도 2의 (d)처럼 방전을 시작하고, 이때, 콘덴서(C2)는 코일(L11)을 통해 방전된다. 이러한 콘덴서(C2)의 방전 동작에 의해 콘덴서(C2)의 방전이 완료될 때까지 릴레이(RL)는 동작 상태를 유지하여 콘덴서(C2)의 방전 기간 동안 릴레이(RL)의 제3 및 제4 스위치(SW1, SW2)의 입력단은 제1 출력단(1, 3)과의 접속 상태를 유지한다.

이처럼, 릴레이(RL)의 동작으로 제3 및 제4 스위치(SW1, SW3)의 접점 상태가 초기 상태에서 동작 상태로 변경되면, 발광 다이오드(LED)는 소등 상태를 유지한다.

이러한 릴레이(RL)의 동작으로 인해, 릴레이(RL)의 제3 및 제4 스위치(SW1, SW2)의 입력단이 초기 상태인 제2 출력단(2, 4)에서 동작 상태인 제1 출력단(1, 3)으로 접속 상태를 변경하는 동안 즉, 입력단과 제2 출력단(2, 4)과의 접속은 끊어지고 제1 출력단(1, 3)과의 접속은 이루어지지 않은 동안(이하, 이 시기를 '스위치 전환 시기'라 함), 릴레이(RL)의 제3 및 제4 스위치(SW1, SW2)의 입력단은 제1 및 제2 출력단(1, 3, 2, 4) 어디에도 접속되지 않은 상태이다.

따라서, 이 스위치 전환 시기 동안, 정류부(70)에서 출력되는 전압은 제3 스위치(SW1)를 통해 누전 검출부(40)의 누전 검출기(41)의 전원단(VCC)으로 인가되지 못하므로, 누전 검출부(40)의 누전 검출기(41)로의 전압 공급이 차단되어 누전 검출기(41)의 동작이 정지되고, 발광 다이오드(LED) 역시 점등 상태에서 소등 상태로 변하게 된다.

이로 인해, 누전 검출기(41)의 출력단(OUTPUT)으로 출력되는 신호가 존재하지 않아, 출력단(OUTPUT)과 연결된 제어신호 출력부(50)의 사이리스터(SCR)의 동작 역시 정지된다.

하지만, 위에 설명한 것처럼, 릴레이(RL)의 제3 및 제4 스위치(SW1, SW2)의 절환 동작이 완료되면, 즉 제3 및 제4 스위치(SW1, SW2)의 입력단과 제1 출력단(1, 3)과의 접속이 완료되면, 누전 검출부(40)의 누전검출기(41)로의 전압 공급이 재개되고, 이러한 전압의 공급에 의해 누전 검출부(40)의 누전 검출기(41)는 초기화된다. 또한, 이러한 누전 검출기(41)의 초기화 동작으로 인해, 누전 검출기(41)의 출력단(OUTPUT)의 상태는 초기 상태인 제1 상태를 유지하므로 제어신호 출력부(50)의 사이리스터(SCR) 역시 초기화 상태로 되어 도통 상태에서 비도통 상태로 된다.

이러한 누전 검출부(40)와 제어신호 출력부(50)의 초기화 동작에 의해, 누전 검출부(40)의 누전 검출기(41)는 다시 누설 전류 발생 상태를 검출할 수 있는 상태가 된다.

이런 상태, 즉 전압 공급의 재개로 인해 누전 검출부(40)의 누전 검출기(41)와 제어신호 출력부(50)의 사이리스터(SCR)는 초기화 상태이고, 콘덴서(C2)의 방전으로 인해 릴레이(RL)는 계속해서 동작 상태를 유지하고 있는 상태인 2차 누전 감시 상태에서, 누전 검출부(40)의 누전 검출기(41)의 입력단(V_IN)에 전압 차가 발생면, 누전 검출기(41)는 제2 상태의 누전 검출 신호를 제어신호 출력부(50)의 사이리스터(51)의 게이트 단자로 인가한다.

이로 인해, 사이리스터(51)는 비도통 상태에서 도통 상태로 변경된다.

따라서, 도 1에서 '①'로 표시한 경로를 통해 상용 전원의 전류는 제1 주전원선(L1)에서 제2 주전원선(L2)으로 흐르게 된다.

이로 인해, 도 2의 (f)에 도시한 것처럼, 릴레이를 구성하는 트립 구동부(60)의 트립 코일(TC)로 전류가 흘러 릴레이가 동작하고, 이로 인해, 트립 코일(TC)과 연결된 제1 및 제2 스위치(S1, S2)는 초기 상태에서 동작 상태로 변경되어, 제1 및 제2 스위치(S1, S2)는 턴오프 상태로 된다.

이러한 제1 및 제2 스위치(S1, S2)의 턴오프 동작에 의해, 제1 및 제1 주전원선(L1, L2)에서 부하(100)로 인가되는 전원이 차단되어 누전 등으로 인해 발생한 누설 전류로 인하여 부하(100)가 손상되는 것이 방지된다.

하지만, 2차 누전 감시 상태에서, 누전 검출부(40)의 누전 검출기(41)가 입력단(V_IN)으로 전압차가 발생하지 않을 경고 콘덴서(C2)의 방전 동작이 완료되면, 릴레이(RL)는 비동작 상태로 전환되어 제3 및 제4 스위치(SW1, SW2)의 접속 상태는 초기 상태로 전환되므로, 제3 및 제4 스위치(SW1, SW2)의 입력단은 제2 출력단(2, 4)과 각각 접속된다.

누전 횟수 출력부(81)는 발광 다이오드(LED)의 캐소드 단자와 연결되어 있으므로, 캐소드 단자의 신호 상태를 이용하여 발광 다이오드(LED)가 점등 상태에서 소등 상태로 전환되는 횟수 또는 소등 상태에서 점등 상태로 전환되는 횟수, 즉 발광 다이오드(LED)의 점등 횟수나 소등 횟수를 계수하고, 계수된 횟수에 해당하는 신호를 표시 장치로 출력한다.

따라서 표시 장치는 인가되는 신호를 이용하여 해당 횟수를 외부로 표시하게 된다. 이러한 누전 횟수 출력부(82)의 동작에 의해 사용자는 누전이 발생한 횟수를 용이하게 신속하게 확인하게 된다.

이와 같이, 누전 검출부(400에 의해 누전 발생 상태가 감지된 후 소정 시간, 즉 콘덴서(C2)의 방전 동작이 완료되기 전에 다시 한번 누전 발생 상태가 감지될 경우에만 제1 및 제2 주전원선(L1, L2)을 통해 공급되는 전원이 차단한다.

따라서, 노이즈 등으로 인해 순간적으로 발생하는 누설 전류 등으로 불필요하게 제1 및 제2 주전원선(L1, L2)의 전원 차단 동작이 방지되므로, 사용자의 편리성이 향상되고 누전 차단 장치의 신뢰도가 향상된다.

또한, 보호부(30)의 동작에 의하여 누전 검출부(40)에 전달되는 전압의 크기가 제한되므로 누설 전류의 양에 비례하는 크기를 갖는 영상 변류기(20)의 출력 전압에 의해 누전 검출부(40)의 파손 및 오류동작을 막아준다.

이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

L1, L2: 주전원선 10: 주전원 차단부
20: 영상 변류기 30: 보호부
R1-R5: 저항 D1, D2: 다이오드
C1, C2: 콘덴서 L11: 코일
TC: 트립 코일 40: 누전 검출부
41: 누전 검출기 50: 제어신호 출력부
SCR: 사이리스터 60: 트립 구동부
TC: 트립 코일 70: 정류부
RL: 릴레이 S1, S2, SW1, SW2: 스위치
80: 스위칭 전환부 81: 동작 상태 표시부
82: 누전 횟수 출력부

Claims

전원이 인가되는 주전원선과 부하 사이에 연결되는 주전원 차단부,
상기 주전원선에 연결되어 상기 주전원선에 발생하는 누설 전류를 감지하여 상기 누설 전류에 따라 해당하는 크기의 전압을 제1 및 제2 출력단자로 출력하는 영상 변류기,
상기 영상 변류기와 연결되어 있고, 상기 영상 변류기로부터 인가되는 상기 전압의 크기를 설정값 이하로 제한하여 출력하는 보호부, 그리고
상기 보호부와 연결되어 있고, 상기 보호부로부터 출력되는 상기 전압간의 차가 발생할 경우, 상기 주전원 차단부를 구동시키는 누전 검출 신호를 출력하여 상기 부하로 인가되는 상기 전원의 차단을 제어하는 누전 검출부
를 포함하며,
상기 보호부는
상기 영상 변류기의 출력 단자와 상기 누전 검출부에 서로 반대 방향으로 연결된 제1 다이오드 및 제2 다이오드를 포함하고,
상기 영상 변류기의 상기 제1 출력 단자에 일측 단자가 연결되고 상기 제1 다이오드의 캐소드 단자에 타측 단자가 연결된 제1 저항, 그리고
상기 영상 변류기의 상기 제2 출력 단자에 일측 단자가 연결되고 상기 제2 다이오드의 캐소드 단자에 타측 단자가 연결된 제2 저항
을 포함하고,
상기 제1 다이오드의 애노드 단자는 상기 제2 다이오드의 캐소드 단자와 연결되어 있고, 상기 제2 다이오드의 애노드 단자는 상기 제1 다이오드의 캐소드 단자와 연결되어 있고,
상기 설정값은 상기 제1 및 제2 다이오드의 문턱 전압인
누전 차단 장치.
삭제
삭제
삭제
제1항에서,
상기 누전 검출부와 연결되고, 상기 누전 검출부에서 출력되는 상기 누전 검출 신호의 상태에 따라 동작 상태가 제어되는 제어신호 출력부,
상기 누전 검출부 및 상기 제어신호 출력부를 초기화시키는 릴레이(relay) 및 상기 릴레이의 동작시간을 유지하는 콘덴서를 구비하는 스위칭 전환부,
상기 주전원선에 연결되고, 상기 제어신호 출력부와 상기 스위칭 전환부의 동작 상태에 따라 상기 주전원 차단부를 구동하여 상기 주전원선에서 상기 부하로 인가되는 전원을 차단하는 트립(trip) 구동부, 그리고
상기 주전원선 및 상기 트립 구동부와 연결되고, 상기 누전 검출부 및 상기 스위칭 전환부에 전원을 공급하는 정류부
를 더 포함하는 누전 차단 장치.
제5항에서,
상기 릴레이는
코일,
상기 코일에 전류가 흐를 때 상기 누전 검출부와의 접점 상태가 전환되어 상기 누전 검출부를 초기화시키는 제3스위치, 그리고
상기 코일에 전류가 흐를 때 상기 제어신호 출력부와의 접점 상태가 전환되어 상기 제어신호 출력부를 초기화 시키는 제4 스위치
를 포함하는 누전 차단 장치.
제5항에서,
상기 스위칭 전환부는 상기 콘덴서가 방전되는 시간 동안 상기 릴레이를 동작시키고,
상기 릴레이가 동작되는 시간 동안에 상기 영상 변류기에서 누설 전류가 감지되면 상기 트립 구동부를 동작시켜 상기 주전원선에서 상기 부하로 인가되는 상기 전원을 차단하는 누전 차단 장치.
제5항에서,
상기 스위칭 전환부는 상기 콘덴서와 상기 제어 신호 출력부에 연결되어, 상기 제어 신호 출력부가 동작할 때 동작하여 상기 누설 전류의 발생 상태를 표시하는 동작 상태 표시부를 더 포함하는 누전 차단 장치.
제8항에서,
상기 동작 상태 표시부는 발광다이오드(LED, Light Emitting Diode)를 포함하는 누설 차단 장치.
제9항에서,
상기 동작 상태 표시부는 발광 다이오드의 점등 또는 소등 횟수를 계수하여 계수된 횟수를 출력하는 누전 횟수 출력부를 더 포함하는 누전 차단 장치.
제5항에서,
상기 정류부는 브리지 정류 회로인 누전 차단 장치.
제11항에서,
상기 정류부는 직렬로 연결된 8개의 다이오드를 포함하는 누전 차단 장치.