KR101337809B1 - 다양한 아크 및 과부하를 감지하여 전력 공급을 차단할 수 있는 전원 차단 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 실시예에 따른 전원 차단 장치는 전원 선로 상의 미세 아크로 인한 고주파 펄스 전류에 의해 고주파 초크 코일에 유기되는 전압에 기초하여 제1 스위칭 소자를 도통하며, 제1 스위칭 소자가 도통되는 동안에 미세 아크 검출 전류를 출력하는 미세 아크 검출부, 전원 선로 상의 대전류 아크로 인해 전원 선로 상에 삽입된 코일에서 일어난 자기장의 변동에 기초하여 제2 스위칭 소자가 도통되는 동안에 대전류 아크 검출 전류를 출력하는 대전류 아크 검출부, 미세 아크 검출 전류 또는 대전류 아크 검출 전류를 지연 커패시터에 소정의 시정수를 가지고 누적적으로 충전시키며, 지연 커패시터의 전압이 소정의 레벨에 이르면 아크 검출 신호를 출력하는 지연부, 동작 전압이 인가되면 부하 측과 전원 선로를 전기적으로 차단할 수 있는 전원 차단부 및 아크 검출 신호에 의해 전원 차단부에 동작 전압을 연결하는 제1 스위치를 포함할 수 있다.

Description

다양한 아크 및 과부하를 감지하여 전력 공급을 차단할 수 있는 전원 차단 장치{ELECTRIC CIRCUIT BREAKER CAPABLE OF CIRCUIT-BREAKING WHEN DETECTING ARC AND OVER-LOAD}

본 발명은 전원 차단 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 전기 선로에 발생할 수 있는 다양한 아크 및 과부하를 감지하여 전력 공급을 차단할 수 있는 전원 차단 장치에 관한 것이다.

가정용 또는 산업용으로 전기 장치들을 사용할 때에, 전원 선로의 불량, 접지 불량, 부하의 고장, 사용자의 실수 등의 원인으로 발생하는 이상 상황들은 선로의 단락, 부하의 과전류, 아크 등의 다양한 형태로 나타난다.

속칭 콘센트(power outlet 또는 socket)나 멀티탭(multi strip 또는 power board)으로 불리는 전원 차단 장치들은 이상 상황을 감지하는 기능이 아예 없거나, 있더라도 몇몇 제한된 이상 상황, 예를 들어 누전을 감지할 경우 전원 공급을 차단하는 단독 기능만 갖추고 있다. 대부분의 건물이나 가옥에 전원 선로에 설치되는 누전 차단기는 누전만 검출할 수 있다. 이렇듯 통상적인 전원 차단 장치들은 누전 외에 다른 이상 상황을 검출하지 못하는 경우가 많고 전기 재해를 예방하는 데에 한계가 있다.

한편, 전기 누전은 통상적으로 화재의 원인으로 알려져 있지만, 누전이 전력 낭비나 감전 사고의 원인이 될 가능성이 크다고 할지라도 실제로 누전 현상으로 인해 화재가 일어날 가능성은 크지 않다. 따라서 전원 차단 장치가 전기 누전을 검출하여 전원을 차단하는 기능만을 가진 경우에는 화재를 방지하는 효과를 발휘하기 어렵다.

오히려, 전기 화재는 전기 선로나 전기 기기의 이상으로 인한 아크의 불꽃에 의해 주변의 인화 물질이 착화하거나, 부하에 많은 전류가 흐르는 과부하로 인한 과전류에 의한 과열 때문에 발생하거나, 부하 자체의 과전류가 아니더라도 부하에 연결되는 말단 전원 선로가 단락을 일으킬 경우에 그 선로가 용량이 작은 일종의 부하로써 작용하면서 생기는 과열에 의해 발생하는 경우가 많다.

그런데, 비록 아크가 화재의 원인이 될 가능성이 크기는 하지만, 아크는 전원 스위치를 올리거나 플러그를 꽂거나 뺄 때도 쉽게 관찰되는 현상이기 때문에 아크가 검출되었다고 무조건 전원을 차단한다면 전기 기기를 제대로 사용할 수 없을 것이다. 따라서, 과부하를 감지하는 기능을 기본적으로 가지면서, 사용자가 전원을 켜거나 끌 때 생길 수 있는 짧은 아크와 화재의 원인이 될 수 있는 연속적인 아크를 구별하여 적절하게 전원을 차단할 수 있는 전원 차단 회로 및 전원 차단 장치가 필요하다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 화재를 발생시킬 수 있는 연속적인 전압형 미세 아크와 대형 전류형 아크를 검출할 수 있고, 이에 따라 전원을 차단할 수 있는 전원 차단 장치를 제공하는 데에 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 미세 아크와 대형 아크 뿐 아니라, 과부하로 인한 선로 과열 또는 선로 이상으로 인한 순간적인 전압 강하 시에도 전원을 차단할 수 있는 전원 차단 장치를 제공하는 데에 있다.

본 발명의 일 측면에 따른 전원 차단 장치는,

전원 선로 상의 미세 아크로 인한 고주파 펄스 전류에 의해 고주파 초크 코일에 유기되는 전압에 기초하여 제1 스위칭 소자를 도통하며, 상기 제1 스위칭 소자가 도통되는 동안에 미세 아크 검출 전류를 출력하는 미세 아크 검출부;

전원 선로 상의 대전류 아크로 인해 상기 전원 선로 상에 삽입된 코일에서 일어난 자기장의 변동에 기초하여 제2 스위칭 소자가 도통되는 동안에 대전류 아크 검출 전류를 출력하는 대전류 아크 검출부;

상기 미세 아크 검출 전류 또는 대전류 아크 검출 전류를 지연 커패시터에 소정의 시정수를 가지고 누적적으로 충전시키며, 상기 지연 커패시터의 전압이 소정의 레벨에 이르면 아크 검출 신호를 출력하는 지연부;

동작 전압이 인가되면 부하 측과 상기 전원 선로를 전기적으로 차단할 수 있는 전원 차단부; 및

상기 아크 검출 신호에 의해 상기 전원 차단부에 상기 동작 전압을 연결하는 제1 스위치를 포함할 수 있다.

일 실시예에 따라, 상기 미세 아크 검출부는,

상기 전원 선로에 삽입되고 상기 고주파 초크 코일과 폐회로를 이루는 인덕터를 포함하며,

상기 폐회로는 상기 인덕터와 상기 고주파 초크 코일의 단자 1 사이에 제2 커패시터가 직렬로 연결되고, 상기 인덕터와 상기 고주파 초크 코일의 단자 2 사이에는 제1 다이오드와 제1 커패시터가 직렬로 연결되며,

상기 고주파 초크 코일의 단자 2와 다른 전원 선로 사이에 제4 다이오드가 연결되고,

상기 고주파 초크 코일은 일단이 고주파 정류용 다이오드를 통해 상기 제1 스위칭 소자의 제어 단자와 상기 제2 커패시터에 공통적으로 연결되고, 타단이 상기 제1 스위칭 소자의 입력 단자와 상기 제2 다이오드의 애노드 및 상기 제4 다이오드의 애노드에 연결될 수 있다.

일 실시예에 따라, 상기 대전류 아크 검출기는

상기 전원 선로 상의 대전류 아크로 인한 전류 변동에 의해 상기 전원 선로 상에 삽입된 코일에서 자기장의 변동이 일어나면, 자기장의 변동에 의해 변류기에 유기되는 전압에 기초하여 상기 제2 스위칭 소자를 도통하며, 상기 제2 스위칭 소자가 도통되는 동안에 상기 제2 스위칭 소자를 거쳐 흐르도록 대전류 아크 검출 전류를 출력할 수 있다.

일 실시예에 따라, 상기 대전류 아크 검출기의 제2 스위칭 소자는 리드 스위치(Reed Switch)이고,

상기 전원 선로 상의 대전류 아크로 인한 전류 변동에 의해 상기 전원 선로 상에 삽입된 코일에서 일어나는 자기장의 변동에 의해 상기 리드 스위치가 도통되는 동안에 상기 리드 스위치를 거쳐 흐르도록 대전류 아크 검출 전류를 출력할 수 있다.

일 실시예에 따라, 상기 지연부는

상기 미세 아크 검출 전류 또는 상기 대전류 아크 검출 전류의 적어도 일부로 인해 상기 지연 커패시터에 충전된 전하를 방전하는 지연 저항;

상기 지연 커패시터에 누적적으로 충전된 전압이 소정 레벨에 이르면 도통하는 정전압 소자; 및

상기 정전압 소자가 도통할 때에 도통되어 상기 아크 검출 신호를 출력하는 제3 스위칭 소자를 포함할 수 있다.

일 실시예에 따라, 상기 제1 스위치는 제어 단자에 상기 아크 검출 신호가 수신되면 전원 선로와 상기 전원 차단부를 전기적으로 연결하는 커플링 소자를 포함할 수 있다.

일 실시예에 따라, 상기 전원 차단부는

상기 아크 검출 신호에 의해 상기 제1 스위치가 통전되어 상기 동작 전압이연결되면 상기 부하 측과 전기적으로 절연되고, 상기 아크 검출 신호가 소멸한 후에도 부하 측과 전기적인 절연 상태가 유지되는 자기 유지형 릴레이를 포함할 수 있다.

일 실시예에 따라, 상기 자기 유지형 릴레이는,

상기 제1 스위치가 통전되어 상기 동작 전압이 연결되거나 또는 전원 선로의 전압이 인가되면 자화되는 구동 코일; 및

상기 구동 코일의 자화에 의해 자기적으로 상기 전원 선로와 부하 측을 연결하는 위치에서 상기 전원 선로와 상기 구동 코일을 연결하는 위치로 절환되는 3단자 스위치를 포함할 수 있다.

일 실시예에 따라, 상기 전원 차단부는,

상기 3단자 스위치와 상기 구동 코일 사이에 삽입되는 수동 복귀 스위치를 더 포함하며,

상기 수동 복귀 스위치가 상기 구동 코일이 동작 중에 있을 때에 열리면, 상기 구동 코일과 전원 선로 사이의 연결이 차단되고, 상기 3단자 스위치가 상기 전원 선로와 상기 부하 측을 연결하는 위치로 절환될 수 있다.

일 실시예에 따라, 상기 전원 차단 장치는,

과부하 또는 합선으로 인한 전류 변동에 의해 변류기에 유기되는 교류 전압을 정류한 직류 전압이 소정의 레벨을 초과하면 과부하 검출 신호를 출력하는 과부하 검출부를 더 포함할 수 있다.

일 실시예에 따라, 상기 전원 차단 장치는,

상기 과부하 검출 신호에 의해 상기 전원 차단부에 상기 동작 전압을 연결하는 제2 스위치를 더 포함할 수 있다.

일 실시예에 따라, 상기 전원 차단 장치는,

두 전원 선로 사이에 연결된 커패시터에 정류된 전압을 충전하고, 충전된 전압을 상기 동작 전압으로서 제공하는 동작 전압 생성부를 더 포함할 수 있다.

일 실시예에 따라, 상기 전원 차단 장치는,

전원 선로 상에 과부하 또는 합선으로 인한 전류 변동에 의해 전원 선로 상에 삽입된 제2 코일에서 일어나는 자기장의 변동에 의해 제2 리드 스위치가 도통되는 동안에 상기 동작 전압이 상기 제2 리드 스위치를 거쳐 상기 전원 차단부로 연결되도록 동작하는 과부하 검출부를 더 포함할 수 있다.

일 실시예에 따라, 상기 전원 차단 장치는,

청구항 13에 있어서, 두 전원 선로 사이에 연결된 커패시터에 정류된 전압을 충전하고, 충전된 전압을 상기 동작 전압으로서 제공하는 동작 전압 생성부를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 전원 차단 장치에 따르면, 전선 및 전기 기구 등의 이상 상태, 즉 연결 불량, 단락에 의한 합선, 과부하, 선로 과열, 선로 저항 변화 등으로 인하여 발생할 수 있는 스파크, 아크, 과부하, 전압 강하와 과열로 인한 화재 등의 재해를 하나의 전원 차단 장치로써 방지할 수 있다.

특히, 전기 기구 내부에서 일어날 수 있는 미세 아크도 감지할 수 있고, 대형 전류형 아크도 감지하여 대처할 수 있다.

나아가, 접지 라인을 필요로 하지 않고 단상 교류 선로에 간단히 적용할 수 있어, 독자적인 전원 차단 장치로서, 또는 기존의 가정용 및 산업용 전원 차단 장치에 부가적으로 장착함으로써, 폭넓게 이용될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전원 차단 장치를 예시한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전원 차단 장치를 구체적으로 예시한 회로도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전원 차단 장치의 미세 아크 검출부를 예시한 회로도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전원 차단 장치의 대전류 아크 검출부를 예시한 회로도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전원 차단 장치의 과부하 검출부를 예시한 회로도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 전원 차단 장치의 전원 차단부를 예시한 회로도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전원 차단 장치를 예시한 블록도이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전원 차단 장치를 구체적으로 예시한 회로도이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전원 차단 장치의 대전류 아크 검출부를 예시한 회로도이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전원 차단 장치의 과부하 검출부와 전원 차단부를 예시한 회로도이다.

본문에 개시되어 있는 본 발명의 실시예들에 대해서, 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본문에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 된다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전원 차단 장치를 예시한 블록도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전원 차단 장치를 구체적으로 예시한 회로도이다.

도 1 및 도 2를 함께 참조하면, 전원 차단 장치(10)는 통상적으로 건물 벽체에 설치되어 있는 예를 들어 속칭 콘센트(power outlet)에 삽입할 입력 플러그와 같은 계통 전원 입력 측의 입력 전원 단자(18), 예를 들어 부하 장치의 플러그를 삽입할 소켓과 같은 출력 전원 단자(19), 그리고 입력 전원 단자(18)와 출력 전원 단자(19) 사이에 연결된 미세 아크 검출부(11), 대전류 아크 검출부(12), 지연부(13), 과부하 검출부(14), 동작 전압 생성부(15), 전원 차단부(16)를 포함할 수 있고, 필터링부(17)를 더 포함할 수 있다.

먼저, 각 구성요소들을 간략히 소개하면 다음과 같다.

미세 아크 검출부(11)는 전원 선로(AC1)에 연결된 전압 센서(111), 예를 들어 인덕터(T3)를 이용하여 미세 아크가 검출될 때마다 검출되는 미세 아크의 강약에 상응하는 미세 아크 검출 전류를 지연부(13)에 인가한다.

예를 들어, 부하 장치에서 또는 전원 선로에서 전류를 거의 동반하지 않는 전압형 미세 아크가 발생할 경우에, 미세 아크 검출부(11)는 전원 선로를 따라 전파되는 미세 아크로 인한 고주파 펄스를 인덕터(T3)에 유기된 전압에 기초하여 검출하고, 이러한 고주파 펄스가 검출될 때마다 검출된 고주파 펄스의 크기와 폭에 상응하는 펄스 형태로 미세 아크 검출 전류를 지연부(13)에 출력할 수 있다.

대전류 아크 검출부(12)는 대전류 아크에 의해 자기장의 변화를 유도할 수 있는 코일을 이용하는 전류 센서(121), 예를 들어 변류기(CT: current transformer)를 이용하여 대전류를 동반하는 대형 아크가 검출될 때마다 검출되는 대형 아크의 강약에 상응하는 대전류 아크 검출 전류를 지연부(13)에 인가한다.

또한, 만약 전기 부하 장치에 한두 번의 발생으로도 화재를 일으킬 수 있는 중대형의 전류형 아크가 발생할 경우에는, 대전류 아크 검출부(12)가 대전류 아크로 인해 전원 선로에 나타나는 유기 교류 전압 및 고주파 펄스 전류를 변류기(CT)에 유기된 전압에 기초하여 검출할 수 있다. 만약 검출된 유기 교류 전압 및 고주파 펄스 전류가 소정 크기 이상일 경우에, 대전류 아크 검출부(12)는 유기 교류 전압의 크기와 출현 시간에 상응하는 펄스 형태로 대전류 아크 검출 전류를 지연부(13)에 인가한다.

지연부(13)는 미세 아크 검출 전류 또는 대전류 아크 검출 전류를 누적할 수 있는 적분기를 포함하도록 구현될 수 있는데, 이러한 적분기는 예를 들어, 지연 커패시터(131)와 지연 저항(132)로써 구현될 수 있다. 이때 지연 커패시터(131)는 미세 아크 검출 전류 또는 대전류 아크 검출 전류에 의해 충전될 수 있고, 지연 커패시터(131)에 충전된 전하는 지연 저항(132)에 의해 소정의 시정수를 가지고 방전될 수 있다.

만약 미세 아크 또는 대전류 아크가 소정의 수준 이상으로 지속적으로 또는 강하게 발생하여 지연 커패시터(131)가 소정 전압 이상으로 충전되면, 지연부(13)는 아크 검출 신호를 생성하여 전원 차단부(16)의 제1 스위치(161)로 출력한다.

예를 들어, 만약 미세 아크 검출부(11)에서 검출된 전압형 미세 아크가 화재 유발 가능성이 있는 지속적인 미세 아크라면, 또는 만약 대전류 아크 검출부(12)에서 검출된 전류형 대형 아크가 화재를 유발할 정도로 강력하고 지속적인 아크라면, 연속적인 미세 아크 검출 전류들 또는 대전류 아크 검출 전류들로 인해 지연 커패시터(131)에 전하가 누적되면서 지연 커패시터(131)의 양단 전압이 소정의 기준 전압 레벨보다 높아지고, 이에 따라 아크 검출 신호가 생성될 수 있다.

반면에, 만약 검출되는 미세 아크 또는 대전류 아크가 일시적이고 순간적인 성격이라면, 지연 커패시터(131)에 누적되는 전하는 지연 저항(132)에 의해 방전되고, 누적된 검출 신호는 시간이 지남에 따라 사라진다. 따라서 화재 위험성이 없고 단발적인 아크에 의해서는 전원이 차단되지 않는다.

도 2의 실시예에서는 지연부(13)가 공유되도록 설계되었지만, 실시예에 따라서, 미세 아크 검출부(11)와 대전류 아크 검출부(12)가 각각을 위한 지연회로를 별도로 가지도록 설계될 수 있다. 이 경우, 각각의 지연회로는 각각의 아크 검출 신호를 출력할 것이고, 각각의 아크 검출 신호가 전원 차단부(16)에서 각각의 스위치를 활성화하도록 연결될 수 있다.

다음으로, 과부하나 합선으로 인해 전원 선로에 전류가 급증하거나 전압이 강하될 경우에, 과부하 검출부(14)는 과부하 검출 신호를 생성하여 전원 차단부(16)의 제2 스위치(162)로 출력한다.

예를 들어, 과부하 검출부(14)는 전류 센서(141), 예를 들어 변류기(CT)를 이용하여 전원 선로(AC2)의 과부하로 인하여 교류 전류가 급증하거나 비정상적인 전압 강하로 인하여 교류 전류가 급증하는 것을 감지하고 과부하 검출 신호를 생성할 수 있다.

실시예에 따라, 대전류 아크 검출부(12)의 전류 센서(121)와 과부하 검출부(14)의 전류 센서(141)는 각자 별도의 변류기 소자로 구현될 수도 있고, 하나의 변류기 소자를 공유할 수도 있다.

이때, 전압 강하로 인하여 과부하 검출부(14)가 교류 전류의 급증을 감지할 경우에, 전원 선로(AC1)의 전압이 낮아 전원 차단부(16)가 제대로 동작하지 못할 수 있다. 동작 전압 생성부(15)는 평상 시에 적절한 동작 전압으로 충전되어 있다가, 전압 강하와 함께 과부하 검출부(14)가 과부하 검출 신호를 출력하면서 제2 스위치(162)가 닫히면, 충전된 동작 전압을 제2 스위치(162)를 통해 릴레이(163)가 동작하는 데에 필요한 구동 전압으로서 릴레이(163)에 제공할 수 있다.

전원 차단부(16)는, 아크 검출 신호에 의해 제1 스위치(161)가 닫히거나 또는 과부하 검출 신호에 의해 제2 스위치(162)가 닫히면, 릴레이(163)에 의해 출력 전원 단자(19)로 연결되는 전원 경로(AC1)가 전기적으로 단절됨으로써, 전원을 차단할 수 있다.

실시예에 따라, 제1 스위치(161) 또는 제2 스위치(162)는 지연부(13)와 과부하 검출부(14)에서 출력되는 신호에 의해 릴레이(163)를 교류 전원 전압에 또는 직류 동작 전압에 전기적으로 연결 또는 차단할 수 있는 예를 들어, 2단자 스위치, 포토커플러(photo-coupler) 또는 2단자 릴레이(relay)와 같은 소자로써 구현될 수 있다.

한편, 전원 차단부(16)의 릴레이(163)는 입력 전원 단자(18)와 출력 전원 단자(19) 사이의 도선에 삽입된 3단자 스위치(164)를 포함하며, 제1 및 제2 스위치(161, 162)의 동작에 의해 3단자 스위치(164)를 전원 출력 전원 단자(19) 또는 구동 코일(165) 중 하나에 연결하도록 구동함으로써 부하에 대한 전력 공급을 연결 또는 차단시킬 수 있다.

예를 들어, 릴레이(163)는 제2 스위치(162)가 닫히면 동작 전압 생성부(15)에 충전된 직류 전압에 의해 솔레노이드 구동 코일(165)이 동작되며, 솔레노이드 구동 코일(165)에 의해 3단자 스위치(164)의 연결 접점이 단자 2에서 단자 3으로 이동하여, 입력 전원 단자(18)와 출력 전원 단자(19) 사이의 전기적 연결이 단절된다. 이때, 릴레이(163)는 그 이름에도 불구하고, 릴레이 소자뿐 아니라 릴레이와 유사한 동작을 할 수 있는 스위치 등의 전기 소자로 구현될 수 있다.

일단 전원 차단부(16)가 부하에 전력 공급을 차단하면 그러한 차단 상태는 입력 전원 단자(18)로부터 외부에서 전력이 전원 차단부(16)에 공급되는 한 계속될 수 있다. 나아가, 전원 차단부(16)는 아크나 과부하로 인해 전원이 차단된 후에 수동으로 전원 공급을 재개할 수 있는 수동 복귀 스위치(166)를 더 포함할 수 있다. 만약 입력 전원 단자(18)를 벽체 콘센트에서 분리하거나 또는 수동 복귀 스위치(166)를 작동시켜 전원 차단부(16)에 전력 공급을 중단하면, 전원 차단부(16)는 차단 동작 이전의 연결 상태로 복귀한다. 수동 복귀 스위치(166)가 닫힌 상태에서는 전원 차단 상태가 유지되다가, 수동 복귀 스위치(166)가 사용자에 의해 열리면 릴레이(163)가 원래의 연결 상태로 돌아감으로써 전원 경로가 다시 연결되어 전원이 재공급될 수 있다.

도 1, 도 2 및 도 3을 참조하여 미세 아크 검출부(11)의 구성과 동작을 좀더 상세하게 설명하면, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전원 차단 장치의 미세 아크 검출부에 대한 구체적인 회로도를 예시한 것이다.

간략하게 설명하면, 미세 아크 검출부(11)는 양 전원 선로(AC1, AC2) 사이에 연결된 인덕터(111, T3) 및 초크 코일(L1)에 의해 전원 선로에 미세 아크로 인한 고주파 펄스를 검출하고, 이러한 고주파 펄스의 검출에 따라 제1 스위칭 소자(Q1)를 도통시키며, 제1 스위칭 소자(Q1)가 도통되는 동안 미세 아크 검출 전류들을 소정의 시정수를 가진 지연 커패시터(131)에 출력시켜 누적적으로 충전시킨다.

미세 아크는 플러그를 꽂거나 뺄 때에나, 전원 스위치를 켜고 끌 때에 순간적으로 일어날 수 있고, 전기 부하나 선로의 이상으로 인해 미세한 스파크가 수 초 이내에 연속적으로 발생할 수도 있는데, 전자의 경우에는 전원을 차단하지 말아야 하거나 차단할 필요가 없지만 후자의 경우에는 화재의 위험이 있으므로 전원을 차단하여야 한다.

부하나 선로에서 발생한 미세 아크는 대체로 수 kHz에서 수 GHz까지의 주파수 성분을 가진 펄스 전류로 발현한다. 이러한 고주파 펄스 전류는 교류 선로를 타고 전파되다가 필터부(17)에서 저지되고, 미세 아크 검출부(11)에서 검출될 수 있다. 미세 아크 검출부(11)는 고주파 펄스가 검출될 때마다 미세 아크 검출 전류를 출력한다.

먼저, 전원 선로에 삽입된 필터부(17)는 정상적인 상용 전원의 저주파 교류 성분은 통과시키지만 부하 측에서 발생한 미세 아크에 의한 고주파 펄스가 계통 측으로 전파되는 것은 저지하며, 또한 미세 아크로 인한 고주파 펄스가 미세 아크 검출부(11)의 동작을 촉발할 수 있도록 보조할 수 있다.

이를 위해 필터부(17)는 교류 선로(AC1, AC2)에 각각 직렬로 삽입된 두 인덕터(T1, T2)를 포함할 수 있다. 제1 인덕터(T1)와 제2 인덕터(T2)는 고주파 인덕터로써, 일정 주파수 이상의 고주파의 통과를 저지할 수 있다.

구체적으로, 교류 선로(AC1, AC2)의 입력 측 양단에 또는 부하 측 양단에 삽입된 고주파 인덕터(T1, T2)는 부하 측에서 발생한 고주파 펄스가 입력 단자(18) 측의 계통(grid)으로 전파되는 것을 억지하고, 또한 입력 단자(18) 측에서 전파될 수 있는 외부의 고주파 서지를 저지함으로써 전원 차단 장치(10)가 파손되는 것을 막을 수 있다.

한편, 필터부(17)는 외부로부터 전달되는 서지를 흡수할 수 있도록 입력 단자(18) 측의 전원 선로에 병렬로 연결된 TNR(비선형 가변 저항기(NVR: non-linear variable resistor)의 일종으로서 TNR은 상표명)을 더 포함할 수 있다.

정상적인 상태에서는 필터부(17)가 삽입된 전원 선로에는 미세 아크 검출부(11)의 동작을 촉발할 수 있는 고주파 전압이 나타나지 않는다. 하지만 미세 아크로 인한 고주파 펄스 전류가 발생할 경우, 고주파 펄스 전류는 제1 및 제2 인덕터(T1, T2)를 통과하지 못하고 고주파 펄스 전압이 제3 인덕터(T3)에 유기된다.

고주파 초크 코일 소자는 고주파 교류 신호에 대해 높은 임피던스를 가지기 때문에 아크 펄스에 의한 고주파 펄스 전압이 인가되면 양단에 전압차를 발생시킨다. 정상 상태에서는 고주파 초크 인덕터(L1)는 저주파 교류 전압을 그대로 통과시키며 양단에 전압차가 형성되지 않는다.

제3 인덕터(T3)에 유기된 고주파 펄스 전압은 제1 커패시터(C1), 제2 커패시터(C2), 제1 다이오드(D1)과 고주파 초크(L1)가 이루는 폐회로에 의해 고주파 초크(L1)에 인가된다. 고주파 초크(L1)가 고주파 펄스에 의해 포화되면서 양단(단자 1 및 2 사이)에 약간의 전압이 유기된다.

고주파 초크(L1)는 단자 1이 고주파 정류 다이오드인 제2 다이오드(D2)에 의해 제1 스위칭 소자(Q1)의 입력 단자 2와 연결되고, 단자 2는 제1 스위칭 소자(Q1)의 입력 단자 1에 연결된다. 따라서 고주파 초크(L1)의 양단에 유기된 전압은 제2 다이오드(D2)에 의해 정류되면서 제1 스위칭 소자(Q1)의 양 입력 단자 1 및 2 사이에 전압차를 형성하고 제1 스위칭 소자(Q1)를 도통시킨다.

제1 스위칭 소자(Q1)가 도통되면 단자 3에서 단자 1로 전류가 흐를 수 있게 되는데, 미세 아크가 사라지면, 고주파 초크(L1)에 유기된 전압도 사라지고, 제1 스위칭 소자(Q1)가 비활성화되어 단자 3과 단자 1 사이의 전류 경로가 닫히기 때문에, 지연 커패시터(C4)에 흐르던 미세 아크 검출 전류도 사라진다.

이로 인해, 미세 아크가 발생할 때마다, 미세 아크 검출부(11)와 지연부(13)에서는 전원 선로(AC1)로부터 제3 다이오드(D3), 제4 저항(R4), 지연 커패시터(131, C4), 제6 다이오드(D6), 제5 저항(R5)를 거쳐 제1 스위칭 소자(Q1)의 단자 3와 단자 1, 제4 다이오드(D4)를 통해 전원 선로(AC2)까지 미세 아크 검출 전류가 흐를 수 있는 경로가 일시적으로 형성된다.

미세 아크 검출 전류는 미세 아크의 발생 시마다 제1 스위칭 소자(Q1)의 단자 1과 단자 3의 일시적인 도통으로 인해 펄스 형태로 발생한다.

한편, 제1 LED(LED1)는 전원 차단 장치(10)에 전원이 인가되고 있음을 알 수 있게 하는 신호 램프이다. 제1 저항(R1)은 정상적인 전원 공급 시에 제2 커패시터(C2)에 걸리는 전압을 방전하기 위한 용도인데, 제1 저항(R1)에 흐르는 미세 전류로서 제1 LED(LED1)을 구동시켜 발광시킴으로써 전원이 인가되고 있음을 표시할 수 있다.

제1 스위칭 소자(Q1)의 단자 1과 단자 3 사이의 일시적인 도통으로 제3 다이오드(D3), 제2 LED(LED2), 제3 저항(R3), 제1 스위칭 소자(Q1)의 단자 3과 단자 1, 제4 다이오드(D4)로 이어지는 전류 경로도 형성되는데, 이로 인해 미세 아크가 검출될 때마다 제2 LED(LED2)가 점멸하도록 할 수 있다.

한편, 미세 아크의 고주파 펄스 전류가 제1 및 제2 다이오드(D1, D2)를 통과할 때에 제1 및 제2 커패시터(C1, C2)에 의해 저주파 대역은 통과하지 못하고 고주파 대역만 통과하는데, 이 펄스 전류가 제1 및 제2 커패시터(C1, C2)를 거치면 수십 MHz 이상의 고주파 성분만 남게 된다. 이에 따라, 부하의 정상적인 사용 시에도 생길 수 있는 수 kHz에서 수천 kHz 정도의 노이즈 성분은 아크 검출에 배제되고, 전원 차단 장치(10)의 오동작이 최소화될 수 있다.

미세 아크 검출부(11)가 생성하는 미세 아크 검출 전류는 지연부(13) 내의 지연 커패시터(131)를 충전한다. 지연부(13)는 연속적인 아크에 의한 미세 아크 검출 전류들이 인가되면서 충전되는 지연 커패시터(131)의 전압 레벨이 소정의 기준 전압, 예를 들어 제너 다이오드(ZD1)와 같은 정전압 소자(133)의 항복 전압을 초과하면 제1 스위치(161)를 도통시킬 수 있는 아크 검출 신호를 생성한다.

이때, 지연부(13)는 한두 차례의 짧은 아크가 발생할 경우에는, 지연 커패시터(131)에 충전된 전압 레벨이 소정의 기준 전압, 예를 들어 제너 다이오드(ZD1)의 항복 전압을 초과하지 못하기 때문에 아크 검출 신호를 생성하지 못한다.

나아가, 더 이상 아크가 발생하지 않으면 지연 커패시터(131)에 연결된 지연 저항(132)에 의해 지연 커패시터(131)가 시간이 지나면서 곧바로 방전되도록 구성된다.

이렇게 하여 미세 아크 검출부(11)는 위험성이 크지 않은 한두 차례의 순간적이거나 인위적인 아크는 무시하면서 실제 화재의 위험성이 큰 연속적인 미세 아크를 정확하게 검출할 수 있다.

구체적으로 도 3을 참조하면, 미세 아크 검출부(11)의 제1 스위칭 소자(Q1)에서 출력된 미세 아크 검출 전류는 미세 아크 펄스가 검출될 때마다 실질적으로 미세 아크 펄스의 형태와 유사한 파형을 가지고 발생할 수 있으며, 지연부(13)에 인가되면 지연부(13) 내의 제4 커패시터(C4)의 충전을 야기한다. 제4 커패시터(C4)의 충전 속도는 제1 스위칭 소자(Q1)의 전류 구동 능력, 제4 저항(R4) 또는 제5 저항(R5)의 값에 의해 조절될 수 있다.

만약 충분히 연속적이고 위험한 아크 펄스가 존재하지 않으면, 제1 스위칭 소자(Q1)가 오프되면서 미세 아크 검출 전류가 더 이상 흐르지 않으며, 그때까지 제4 커패시터(C4)에 충전된 전하는 가변 지연 저항(R6)에 의해 방전될 수 있다. 제4 커패시터(C4)의 방전 속도는 가변 지연 저항(R6)의 가변 저항 값에 의해 조절할 수 있다.

만약 충분히 연속적인 아크 펄스의 존재로 인해 아크 검출 전류가 지속적으로 발생하면 제4 커패시터(C4)의 양단에 소정의 기준 전압보다 충분히 높은 전압이 유기될 수 있고, 이에 따라 아크 검출 신호가 생성될 수 있다.

예를 들어 아크 검출 전류가 지속적으로 흐르면 제4 커패시터(C4)가 계속 충전되고, 제4 커패시터(C4) 양단의 전압이 예를 들어 제너 다이오드(zener diode)로 구현될 수 있는 정전압 다이오드(ZD1)의 항복 전압보다 높아질 수 있는데, 이 경우 정전압 다이오드(ZD1)가 도통되면서 제3 스위칭 소자(Q3)의 입력 단자 2에 교류 전원(AC1)이 연결되고, 제3 스위칭 소자(Q3)가 도통되면서 단자 3과 단자 1 사이에 전류 경로가 형성된다. 제3 스위칭 소자(Q3)의 단자 3에서 단자 1로 흐르는 전류는 아크 검출 신호의 역할을 하면서 제1 스위치(161)을 구성하는 제1 포토 커플러(PTC1)를 활성화시킬 수 있다.

또한, 제4 저항, 제6 다이오드(D6) 및 제5 저항(R5)은, 전원 선로 사이의 높은 교류 전압 레벨을 고려하여, 지연부(13)에 적절한 전압 강하를 제공하고 전류의 역류를 방지하며, 제4 커패시터(C4)의 충전 속도를 적절히 결정하기 위함이다.

한편, 제2 저항(R2)와 제3 커패시터(C3)는 제1 스위칭 소자(Q1)를 보호하고 도통 동작을 원활하게 만들기 위해 연결된 회로 소자이다.

이어서, 도 1, 도 2 및 도 4를 참조하여 대전류 아크 검출부(12)의 구성과 동작을 좀더 상세하게 설명하면, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전원 차단 장치의 대전류 아크 검출부를 예시한 회로도이다.

교류 전류의 급격한 변동을 검출할 수 있는 전류 센서(121)가 교류 선로(AC2)에 장착되어 있다. 대전류 아크가 발생하면서 출력 전원 단자(19)에서 입력 전원 단자(18) 측으로 펄스 전류가 흐르면, 예를 들어 변류기(CT)와 같은 전류 센서(121)의 양단에 소정의 전압이 유기된다. 변류기(121)에 유기된 전압은 변류기(121)의 양단에 병렬로 연결된 검출 커패시터(C6)를 충전시키고, 검출 커패시터(C6)의 충전 전압이 소정 전압 레벨 이상이면 대전류 아크 검출부(12)는 대전류 아크 검출 전류를 생성할 수 있다.

구체적으로 도 4를 참조하여 설명하면, 먼저 제2 스위칭 소자(Q2)의 입력 단자 1은 제5 다이오드(D5)를 통해 전원 선로(AC2)에 연결되어 있어, 제2 스위칭 소자(Q2)의 입력 단자 1 및 2의 전위는 평소에는 거의 같거나 제2 스위칭 소자(Q2)의 도통을 일으키지 않는 정도의 차이만을 가진다.

대전류 아크가 발생하면, 변류기(121) 양단에 전압이 유기되면서 제10 고주파 다이오드(D10)에 의해 정류된 전압이 제9 저항(R9)를 통해 제7 커패시터(C7)에 충전되고, 제7 커패시터(C7)의 충전 전압이 급상승하면서 제8 저항(R8)에 의해 제7 커패시터(C7)에 충전된 전압이 방전되기 시작하고, 제2 스위칭 소자(Q2)의 입력 단자 2의 전위가 높아지면서 제2 스위칭 소자(Q2)가 도통한다.

제2 스위칭 소자(Q2)의 도통에 따라, 전원 선로들(AC1, AC2) 사이에 제3 다이오드(D3), 제4 저항(R4), 지연 커패시터(C4). 제7 다이오드(D7), 제7 저항(R7), 제2 스위칭 소자(Q2)의 단자 3과 1, 제5 다이오드(D5)로 이어지는 전류 경로가 형성되고, 이 전류 경로에 대전류 아크 검출 전류가 흘러 지연 커패시터(C4)에 충전이 이루어진다.

대전류 아크가 사라지면 제7 커패시터(C7)에 충전된 전하는 곧바로 방전되고 제2 스위칭 소자(Q2)는 다시 비활성화되기 때문에, 전류 경로는 닫힌다.

전류 경로가 형성되는 사이에 지연 커패시터(C4)에 충전되는 전압이 제너다이오드(ZD1)의 항복 전압에 이르지 못하거나, 또한 후속하는 대전류 아크가 없어 지연 커패시터(C4)에 재차 충전되는 전압이 제너다이오드(ZD1)의 항복 전압에 이르지 못하면, 제3 스위칭 소자(Q3)가 도통되지 않고 아크 검출 신호는 생성되지 않는다.

따라서, 화재 가능성이 있는 유해한 대전류 아크가 있을 경우에만 한 차례의 아크 발생에도 지연부(13)에서 제3 스위칭 소자(Q3)가 도통되어 아크 검출 신호를 생성하도록 하고, 전기 기기 사용 중에 있을 수 있는 단순 아크 현상이나 형광등, 점멸기 등에 의해 생길 수 있는 느린 아크는 무시될 수 있다.

한편, 제15 저항(R15)과 제5 커패시터(C5)는 제3 스위칭 소자(Q3)를 보호하고 도통 동작을 원활하게 만들기 위해 연결된 회로 소자이다.

이렇듯, 미세 아크 검출부(11)와 대전류 아크 검출부(12)의 동작에 따르면, 지연부(13)는 지연 커패시터(131)를 미세 아크 검출 전류 또는 대전류 아크 검출 전류의 적어도 일부로써 충전하고, 지연 커패시터(131)에 충전된 전하를 방전하는 지연 저항(132)을 포함하며, 나아가 지연 커패시터에 누적적으로 충전된 전압이 소정 레벨에 이르면 도통하는 예를 들어 제너 다이오드(ZD1)와 같은 정전압 소자(133)와, 정전압 소자(133)가 도통할 때에 도통되어 아크 검출 신호를 출력하는 제3 스위칭 소자(Q3)를 포함할 수 있다.

이어서, 도 1, 도 2 및 도 5를 참조하여 전원 차단 장치(10)의 과부하 검출부(14)의 구성과 동작을 살펴보면 다음과 같다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전원 차단 장치의 과부하 검출부를 예시한 회로도이다.

교류 전류의 급격한 변동을 검출할 수 있는 과부하 검출부(14)의 전류 센서(141)가 교류 전원 선로(AC2)에 장착되어 있다. 실시예에 따라, 전류 센서(141)는 과부하 검출부(14)만을 위해 장착될 수도 있지만, 대전류 아크 검출부(12)의 전류 센서(121)를 공유할 수도 있다.

부하측에서 과부하 또는 합선이 발생하면, 교류 전원 선로(AC2)에 급격한 전류 변화가 발생하는데, 이러한 전류 변화는 대전류 아크와 다른 주파수 대역과 에너지를 가지므로 대전류 아크 검출부(12)로는 검출되지 않는다.

이러한 전류 변화에 의해 변류기(CT)와 같은 전류 센서(141)의 양단에 소정의 유기된 교류 전압은 브리지 다이오드(D11)와 제9 다이오드(C9)를 거쳐 소정의 직류 전압으로 변환된다. 변환된 직류 전압은 전류 제어용 제10 저항(R10)과 회로 보호용 제11 저항(R11)을 거쳐 제2 스위치(162) 역할을 하는 제2 포토 커플러(PCT2)에 과부하 검출 신호로서 인가될 수 있다.

회로 보호용 제너 다이오드(DS)와 회로 보호용 커패시터(CS)는 변류기(CT)에 발생할 수 있는 돌발적인 전압 변동에 대비하기 위한 회로이다.

이어서, 도 1, 도 2 및 도 6을 참조하여 전원 차단 장치(10)의 전원 차단부(16)의 구성과 동작을 살펴보면 다음과 같다. 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 전원 차단 장치의 전원 차단부를 예시한 회로도이다.

전원 차단부(16)는 지연부(13)에서 출력되는 아크 검출 신호에 의해 활성화되어 릴레이(163)를 제어하는 제1 스위치(161)와, 과부하 검출부(14)에서 출력되는 과부하 검출 신호에 의해 활성화되어 릴레이(163)를 제어하는 제2 스위치(162)를 포함하며, 전원 전압 또는 동작 전압 생성부(15)의 동작 전압에 연결 시에 구동되어 전원의 연결 상태를 절환하는 릴레이(163)를 포함할 수 있다.

실시예에 따라, 제2 스위치(162)는 전원 전압을 릴레이(163)에 인가시킬 수도 있다. 하지만, 통상적으로 과부하나 합선 상태가 되면 선로 자체의 임피던스가 부하로 작용하여 급격히 과열되고 화재로 이어지기 쉬운데, 전원 선로(AC1)의 전압 자체가 낮아지기 때문에 종래의 개폐기로는 속도가 늦고 오차가 크다.

따라서 이에 대비하여 미리 동작 전압을 준비하기 위한 회로가 필요한데, 그러한 회로가 동작 전압 생성부(15)이다. 동작 전압 생성부(15)는 평소에 적량의 전기 에너지를 저장해 두었다가, 필요 시에 릴레이(163)에 전달하여 구동시킬 수 있다.

동작 전압 생성부(15)는 두 교류 전원 선로(AC1, AC2) 사이에 제8 다이오드(D8), 제13 저항(R13), 제8 커패시터(C8) 및 제9 다이오드(D9)로 구성되는 직류 전압 충전 회로이다. 제8 다이오드(D8)와 제9 다이오드(D9)를 이용하여 정류된 직 전류가 제13 저항(R13)과 제8 커패시터(C8)에 흘러 제8 커패시터(C8)가 충전된다. 제8 커패시터(C8)가 일단 완전히 충전되면 이후에 방전 경로가 없기 때문에, 동작 전압 생성부(15)로 인한 전력 소비는 크게 문제되지 않는다.

아크 검출 신호가 발생할 경우에는 제1 스위치(161)가 닫히면서 전원 선로(AC1)과 연결되며, 전원 선로(AC1)로부터 릴레이(163)의 솔레노이드 구동 코일(165)에 전원 전압을 인가한다.

과부하 검출 신호가 발생할 경우에는 제2 스위치(162)가 닫히면서, 릴레이(163)의 구동 코일(165)에 전원 전압 또는 바람직하게는 동작 전압 생성부(15)에 충전된 소정 레벨의 동작 전압을 인가한다.

한편, 제1 및 제2 스위치(161, 162)는 포토커플러 스위치(PTC1, PTC2) 또는 통상적인 릴레이로도 구현될 수 있다. 이 경우, 아크 검출 신호 또는 과부하 검출 신호가 활성화되었을 때에 포토커플러 스위치(PTC1, PTC2) 내부의 발광 다이오드가 발광하고, 수광 다이오드가 광을 수신하면서 통전된다. 만약 릴레이로 구현될 경우에는 미세 아크 검출 신호 또는 과부하 검출 신호가 활성화되었을 때에 릴레이가 닫히면서 통전된다. 포토커플러나 릴레이의 특성상, 양단이 전기적으로 절연되고, 역방향으로 신호가 전달되지 않으므로, 검출 신호들의 생성이나 소멸이 릴레이(163)의 동작에 의해 영향을 받지 않는다.

릴레이(163)는 평시에는 3단자 스위치(164)의 스위칭 도체를 단자 2의 위치에 유지하지만, 전원 전압 또는 소정 동작 전압의 인가 시에는 구동 코일(165)의 자화에 의해 자기력으로 스위칭 도체를 단자 3 위치로 이동시켜, 3단자 스위치(164)를 절환될 수 있다. 구동 코일(165)의 자기장이 사라지면, 스위칭 도체는 스프링 등의 복원력에 의해 단자 2의 위치로 복원된다.

이러한 릴레이(163)는 자기 유지형 릴레이로 구현될 수 있다. 이 경우, 자기 유지형 릴레이는, 동작 신호가 사라지면 원 위치로 복귀하는 통상의 릴레이와 달리, 동작 신호가 인가되어 특정 단자 위치로 절환된 후에 그 동작 신호가 사라지더라도 절환된 단자 위치를 스스로 유지할 수 있다.

예를 들어, 전원 선로(AC1)에 삽입된 3단자 스위치(164)는 정상 상태에서는 단자 2의 위치에서 입력 전원 단자(18) 측과 출력 전원 단자(19) 측을 전기적으로 연결하지만, 구동 코일(165)에 의해 일단 자기장이 형성되면 스위치 도체가 단자 3의 위치로 절환되어 입력 전원 단자(11) 측(또는 동작 전압 생성부(15) 측)과 구동 코일(165)을 전기적으로 연결한다.

이러한 릴레이(163)의 구동 코일(165)은 단자 1이 제1 스위치(161)를 통해 전원 선로(AC1)와 연결되고, 제2 스위치(162)를 통해 동작 전압 생성부(15)의 제8 커패시터(C8)에 연결되며, 단자 2는 전원 선로(AC2)에 연결되어 있다.

3단자 스위치(164)가 단자 2에 연결된 상태에서 제1 스위치(161)가 도통되면, 제1 스위치(161)를 통해 전원 선로(AC1)로부터 구동 코일(165)에 전류가 흘러 자화되면서 전원 선로(AC1)에 삽입된 3단자 스위치(164)를 자기력으로 단자 2에서 단자 3로 절환시키며, 출력 전원 단자(19) 측에 대한 전원 공급을 차단시키면서 동시에 단자 3으로부터 구동 코일(165)이 전원 선로(AC1)에 연결되어 전류가 구동 코일(165)에 계속 흐를 수 있게 한다.

마찬가지로, 3단자 스위치(164)가 단자 2에 연결된 상태에서 제2 스위치(162)가 도통되면, 제2 스위치(162)를 통해 동작 전압 생성부(15)로부터 구동 코일(165)에 전류가 흘러 자화되면서 전원 선로(AC1)에 삽입된 3단자 스위치(164)를 자기력으로 단자 2에서 단자 3로 절환시키며, 출력 전원 단자(19) 측에 대한 전원 공급을 차단시키면서 동시에 단자 3으로부터 구동 코일(165)이 전원 선로(AC1)에 연결되어 전류가 구동 코일(165)에 계속 흐를 수 있게 한다.

이로써 일단 자기 유지형 릴레이(163)가 구동되면, 입력 전원 단자(18)에서 전원이 연결되어 있는 한, 이후에 아크 검출 신호 또는 과부하 검출 신호가 비활성되어더라도, 다시 말해, 제1 스위치(161) 및 제2 스위치(162)가 다시 열리더라도, 자기 유지형 릴레이(163)의 구동 코일(165)이 계속 작동하면서 부하 측에 대한 전원 공급을 차단할 수 있다.

수동 복귀 스위치(166)는, 예를 들어 푸시 버튼 스위치로서, 평소에는 닫혀있지만 만약 사용자가 이를 누르는 동안에 열리며, 열리면 자기 유지형 릴레이(163)가 구동된 상태에서 3단자 스위치(164)의 단자 3과 구동 코일(165) 사이의 전기적 연결을 차단한다. 따라서 수동 복귀 스위치(165)가 오프되면 구동 코일(165)에 흐르던 전류가 끊기고, 자기 유지형 릴레이(163)의 동작도 중단되고, 코일(165)에 의한 자기력으로 단자 3에 절환되어 있던 3단자 스위치(164)가 자기력이 사라지면서 단자 3에서 다시 단자 2로 절환되며, 부하 측에 전력 공급이 재개될 수 있다.

도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전원 차단 장치를 예시한 블록도이고, 도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전원 차단 장치를 구체적으로 예시한 회로도이다.

도 7 및 도 8을 함께 참조하면, 전원 차단 장치(70)는 계통 전원 입력 측의 입력 전원 단자(78), 출력 전원 단자(79), 그리고 입력 전원 단자(78)와 출력 전원 단자(79) 사이에 연결된 미세 아크 검출부(71), 대전류 아크 검출부(72), 지연부(73), 과부하 검출부(74), 동작 전압 생성부(75), 전원 차단부(76)를 포함할 수 있고, 필터링부(77)를 더 포함할 수 있다.

도 7의 전원 차단 장치(70)는 도 1의 전원 차단 장치(10)와 대체로 유사하며, 도 7의 전원 차단 장치(70)의 미세 아크 검출부(71), 지연부(73), 동작 전압 생성부(75), 전원 차단부(76)는 도 1의 전원 차단 장치(10)의 미세 아크 검출부(11), 지연부(13), 동작 전압 생성부(15), 전원 차단부(16)와 각각 실질적으로 동일하게 설명될 수 있으므로, 여기서는 설명을 생략한다.

미세 아크 검출부(71)는 전원 선로(AC1)에 연결된 전압 센서(711), 예를 들어 인덕터(T3)를 이용하여 미세 아크가 검출될 때마다 검출되는 미세 아크의 강약에 상응하는 미세 아크 검출 전류를 지연부(73)에 인가한다.

예를 들어, 부하 장치에서 또는 전원 선로에서 전류를 거의 동반하지 않는 전압형 미세 아크가 발생할 경우에, 미세 아크 검출부(71)는 전원 선로를 따라 전파되는 미세 아크로 인한 고주파 펄스를 인덕터(T3)에 유기된 전압에 기초하여 검출하고, 이러한 고주파 펄스가 검출될 때마다 검출된 고주파 펄스의 크기와 폭에 상응하는 펄스 형태로 미세 아크 검출 전류를 지연부(73)에 출력할 수 있다.

대전류 아크 검출부(72)는 대전류 아크에 의해 자기장의 변화를 유도할 수 있는 코일을 이용하는 리드 릴레이(Reed Relay)(721)에 의해 대전류 아크를 검출할 수 있고, 대전류를 동반하는 대형 아크가 검출될 때마다 대전류 아크 검출 전류를 지연부(73)에 인가한다.

리드 릴레이는 진공의 튜브 내에 두 개의 자성합금을 이격시켜놓은 리드 스위치에 코일을 감은 소자이다. 리드 스위치는 속도가 빠르고 신뢰성이 매우 높다.

리드 릴레이(721)의 동작을 설명하면, 정상적인 상태에서 코일에 교류 전원 전류를 흐를 때에는 리드 스위치를 이루는 두 자성합금이 접촉하지 않지만, 만약 코일에 대전류 아크가 흐르면, 코일에서 발생하는 자기장이 강해지면서 리드 스위치의 두 자성합금이 서로 다른 극성으로 자화되고 결국 서로 접촉하게 되어 리드 스위치를 통전시킨다.

대전류 아크 검출부(72)의 리드 릴레이(721)의 역할은 도 1의 대전류 아크 검출부(12)의 전류 센서(121) 및 제2 스위칭 소자(Q2)의 역할에 상응할 수 있다. 대전류 아크 검출부(72)이 도 1의 대전류 아크 검출부(12)와 유사한 점은 코일을 기반으로 하여 대전류 아크가 있을 때에 코일에서 자기장의 변화가 크게 발생하고, 그러한 자기장의 변화가 전류 경로를 형성하는 스위칭을 일으킨다는 점이다. 차이점은 도 1의 대전류 아크 검출부(12)에서는 코일의 자기장 변화가 인접한 다른 코일에서 유기되는 전압을 이용하는 반면에 대전류 아크 검출부(72)는 코일의 자기장 변화로 인해 더 강하게 자화되는 자성체를 이용한다는 점이다.

대전류를 동반하는 대형 아크가 전원 선로(AC2)를 통해 흐르면 리드 릴레이(721)의 코일에 대전류 아크가 흐르면서 강한 자기장이 발생하고, 리드 스위치를 통전시킨다. 통전된 리드 스위치를 통해 대전류 아크 검출 전류가 흐를 수 있다. 대전류 아크 검출부(72)의 동작은 도 9에서 상세히 설명한다.

지연부(73)는 미세 아크 검출 전류를 누적할 수 있는 적분기를 포함하도록 구현될 수 있고, 도 1의 지연부(13)와 실질적으로 동일하므로 설명을 생략한다.

도 8의 실시예에서는 지연부(73)가 미세 아크 검출부(71)와 대전류 아크 검출부(72)에 의해 공유되도록 설계되었지만, 실시예에 따라서, 미세 아크 검출부(71)와 대전류 아크 검출부(72)가 각각을 위한 지연회로를 별도로 가지도록 설계되거나, 또는 미세 아크 검출부(71)만 지연 회로를 가지도록 설계될 수 있다. 이 경우, 각각의 지연회로는 각각의 아크 검출 신호를 출력할 것이고, 각각의 아크 검출 신호가 전원 차단부(76)에서 각각의 스위치를 활성화하도록 연결될 수 있다.

다음으로, 과부하나 합선으로 인해 전원 선로에 전류가 급증하거나 전압이 강하될 경우에, 과부하 검출부(74)가 통전되면서 동작 전압 생성부(75)에 누적되어 있던 전기 에너지를 전원 차단부(76)의 릴레이(763)에 공급하여 릴레이(763)를 활성화시킨다.

과부하 검출부(74)는 대전류 아크 검출부(72)와 유사하게 제2 리드 릴레이(741)를 이용하여 전원 선로(AC2)의 과부하로 인하여 교류 전류가 급증하거나 또는 비정상적인 전압 강하로 인하여 교류 전류가 급증하는 것을 감지하고 통전될 수 있다.

급증한 교류 전류가 전원 선로(AC2)를 통해 흐르면 제2 리드 릴레이(741)의 코일에 대전류가 흐르면서 강한 자기장이 발생하고, 리드 스위치를 통전시킨다. 동작 전압 생성부(75)에 충전된 전압에 의해 통전된 리드 스위치를 통해 과부하 검출 신호가 흐를 수 있다.

과부하 검출부(74)의 상세한 동작은 도 10을 참조하여 아래에서 설명된다.

동작 전압 생성부(75)는 평소에 적량의 전기 에너지를 저장해 두었다가, 필요 시에 릴레이(763)에 전달하여 구동시킬 수 있다.

동작 전압 생성부(75)는 두 교류 전원 선로(AC1, AC2) 사이에 제8 다이오드(D8), 제13 저항(R13), 제8 커패시터(C8) 및 제9 다이오드(D9)로 구성되는 직류 전압 충전 회로이다. 제8 다이오드(D8)와 제9 다이오드(D9)를 이용하여 정류된 직류 전류가 제13 저항(R13)과 제8 커패시터(C8)에 흘러 제8 커패시터(C8)가 충전된다. 제8 커패시터(C8)가 일단 완전히 충전되면 이후에 방전 경로가 없기 때문에, 동작 전압 생성부(75)로 인한 전력 소비는 크게 문제되지 않는다.

전원 차단부(76)는, 아크 검출 신호에 의해 제1 스위치(761)가 닫히거나 또는 과부하 검출부(74)의 제2 리드 릴레이(741)가 닫히면, 릴레이(763)에 의해 출력 전원 단자(79)로 연결되는 전원 경로(AC1)가 전기적으로 단절됨으로써, 전원을 차단할 수 있다.

실시예에 따라, 제1 스위치(761)는 지연부(73)와 과부하 검출부(74)에서 출력되는 신호에 의해 릴레이(763)를 교류 전원 전압에 또는 직류 동작 전압에 전기적으로 연결 또는 차단할 수 있는 예를 들어, 2단자 스위치, 포토커플러(photo-coupler) 또는 2단자 릴레이(relay)와 같은 소자로써 구현될 수 있다.

한편, 전원 차단부(76)의 릴레이(763)는 입력 전원 단자(78)와 출력 전원 단자(79) 사이의 도선에 삽입된 3단자 스위치(764)를 포함하며, 제1 스위치(761) 및 제2 리드 릴레이(741)의 동작에 의해 3단자 스위치(764)를 전원 출력 전원 단자(79) 또는 구동 코일(765) 중 하나에 연결하도록 구동함으로써 부하에 대한 전력 공급을 연결 또는 차단시킬 수 있다.

예를 들어, 릴레이(763)는 제2리드 릴레이(741)가 닫히면 동작 전압 생성부(75)에 충전된 직류 전압에 의해 솔레노이드 구동 코일(765)이 동작되며, 솔레노이드 구동 코일(765)에 의해 3단자 스위치(764)의 연결 접점이 단자 2에서 단자 3으로 이동하여, 입력 전원 단자(78)와 출력 전원 단자(79) 사이의 전기적 연결이 단절된다. 이때, 릴레이(763)는 그 이름에도 불구하고, 릴레이 소자뿐 아니라 릴레이와 유사한 동작을 할 수 있는 스위치 등의 전기 소자로 구현될 수 있다.

일단 전원 차단부(76)가 부하에 전력 공급을 차단하면 그러한 차단 상태는 입력 전원 단자(78)로부터 외부에서 전력이 전원 차단부(76)에 공급되는 한 계속될 수 있다. 나아가, 전원 차단부(76)는 아크나 과부하로 인해 전원이 차단된 후에 수동으로 전원 공급을 재개할 수 있는 수동 복귀 스위치(766)를 더 포함할 수 있다. 만약 입력 전원 단자(78)를 벽체 콘센트에서 분리하거나 또는 수동 복귀 스위치(766)를 오프시켜 전원 차단부(76)의 릴레이(763)에 전력 공급을 중단하면, 전원 차단부(76)는 차단 동작 이전의 연결 상태로 복귀한다. 수동 복귀 스위치(766)가 닫힌 상태에서는 전원 차단 상태가 유지되다가, 수동 복귀 스위치(766)가 사용자에 의해 열리면 릴레이(763)의 솔레노이드 구동 코일(765)이 자기장을 잃고 3단자 스위치(764)의 스위칭 도체가 원래의 연결 상태 즉 단자 2로 돌아감으로써 전원 경로가 다시 연결되어 전원이 재공급될 수 있다.

도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전원 차단 장치의 대전류 아크 검출부를 예시한 회로도이다.

도 7, 도 8 및 도 9를 함께 참조하면, 평상 시에 정상적인 교류 전원 전류가 전원 선로(AC2)에 흐를 때에는 제1 리드 릴레이(721)의 코일은 약한 자기장을 발생시키며 리드 스위치의 두 자성합금을 충분히 자화시키지 못한다. 따라서 리드 스위치는 오픈된 상태를 유지한다.

대전류 아크가 발생하면, 먼저 제1 리드 릴레이(721)의 코일에 아크로 인한 대전류가 흐르고, 코일에 형성된 자기장의 세기가 급증하면서 리드 스위치의 두 자성합금을 서로 다른 극성으로 자화시킨다. 강하게 자화된 자성합금들이 서로 접촉하면 리드 스위치가 닫히고, 전원 선로(AC1)에서 제3 다이오드(D3), 제4 저항(R4), 지연부(73)의 제4 커패시터(C4), 제1 리드 릴레이(721)의 닫힌 리드 스위치와 제1 스위치 저항(RS1), 제4 다이오드(D4), 전원 선로(AC2)에 이르는 전류 경로가 형성되고, 이 전류 경로를 따라 대전류 아크 검출 전류가 흐른다.

대전류 아크 검출 전류에 의해 제4 커패시터(C4)가 충전되면서 지연부(73)의 제3 스위칭 소자(Q3)의 단자 1의 전압이 단자 2의 전압에 비해 충분히 낮아지면 제3 스위칭 소자(Q3)가 도통되면서 단자 3과 단자 1 사이에 전류 경로가 형성된다. 제3 스위칭 소자(Q3)의 단자 3에서 단자 1로 흐르는 전류는 아크 검출 신호의 역할을 하면서 제1 스위치(761)을 구성하는 제1 포토 커플러(PTC1)를 활성화시킬 수 있다.

한편, 제1 리드 릴레이(721)에서 코일에 병렬로 연결된 저항은 대전류 아크 발생 시에 전류의 우회 경로로써, 그리고 아크 검출 후에 코일에 축적된 에너지를 소모하여 자기장을 제거함으로써 리드 스위치가 다시 오픈되도록 하는 소자로써 기능할 수 있다.

도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전원 차단 장치의 과부하 검출부와 전원 차단부(76)를 예시한 회로도이다.

도 7, 도 8 및 도 10을 함께 참조하면, 평상 시에 정상적인 교류 전원 전류가 전원 선로(AC2)에 흐를 때에는 제2 리드 릴레이(741)의 코일은 약한 자기장을 발생시키며 리드 스위치의 두 자성합금을 충분히 자화시키지 못한다. 따라서 리드 스위치는 오픈된 상태를 유지한다.

과부하로 전류가 급증하면, 먼저 제2 리드 릴레이(741)의 코일에 과대 전류가 흐르고, 코일에 형성된 자기장의 세기가 급증하면서 리드 스위치의 두 자성합금을 서로 다른 극성으로 자화시킨다. 강하게 자화된 자성합금이 접촉하면 리드 스위치가 닫히고, 공급 전압 생성부(75)의 제8 커패시터(C8)에 충전된 전기 에너지가 제2 리드 릴레이(741)의 닫힌 리드 스위치를 통해 전원 차단부(76)의 릴레이(763)로 인가된다.

이어서, 전원 차단 장치(70)의 전원 차단부(76)의 구성과 동작을 살펴보면 다음과 같다.

전원 차단부(76)는 지연부(73)에서 출력되는 아크 검출 신호에 의해 통전되는 제1 스위치(761)와, 과부하 검출부(74)에서 출력되는 과부하 검출 신호에 의해 활성화되며 전원 전압 또는 동작 전압 생성부(75)의 동작 전압에 연결 시에 구동되어 전원의 연결 상태를 절환하는 릴레이(763)를 포함할 수 있다.

아크가 발생하면 아크 검출 신호가 발생하면서 제1 스위치(761)가 닫히고, 전원 선로(AC1)와 릴레이(763)가 연결되며, 전원 선로(AC1)로부터 릴레이(763)의 솔레노이드 구동 코일(765)에 전원 전압이 인가된다.

제1 스위치(761)는 포토커플러 스위치(PTC1) 또는 통상적인 릴레이로도 구현될 수 있다. 이 경우, 아크 검출 신호가 활성화되었을 때에 포토커플러 스위치(PTC1) 내부의 발광 다이오드가 발광하고, 수광 다이오드가 광을 수신하면서 통전된다. 만약 릴레이로 구현될 경우에는 미세 아크 검출 신호가 활성화되었을 때에 릴레이가 닫히면서 통전된다. 포토커플러나 릴레이의 특성상, 양단이 전기적으로 절연되고, 역방향으로 신호가 전달되지 않으므로, 검출 신호의 생성이나 소멸이 릴레이(763)의 동작에 의해 영향을 받지 않는다.

과부하가 발생할 때에는 과부하 검출부(75)의 제2 리드 릴레이(741)가 닫히면서, 릴레이(763)의 구동 코일(765)에 동작 전압 생성부(75)에 충전된 소정 레벨의 동작 전압이 인가된다. 부하에 정상적으로 전원이 공급되는 동안에 동작 전압 생성부(75)에 소정의 전기 에너지가 저장되는데, 과부하가 검출되어 과부하 검출부(74)가 통전되면 동작 전압 생성부(75)에 저장된 전기 에너지가 전원 차단부(76)의 솔레노이드 구동 코일(765)에 전달되는 것이다. 이 전달된 전기 에너지를 기반으로 릴레이(763)가 구동될 수 있다.

릴레이(763)는 평시에는 3단자 스위치(764)의 스위칭 도체를 단자 2의 위치에 유지하지만, 전원 전압 또는 소정 동작 전압의 인가 시에는 구동 코일(765)의 자화에 의해 자기력으로 스위칭 도체를 단자 3 위치로 이동시켜, 3단자 스위치(764)를 절환될 수 있다. 구동 코일(765)의 자기장이 사라지면, 스위칭 도체는 스프링 등의 복원력에 의해 단자 2의 위치로 복원된다.

이러한 릴레이(763)는 도 2의 릴레이(763)와 마찬가지로 자기 유지형 릴레이로 구현될 수 있다.

이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명이 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 이는 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 아래에 기재된 특허청구범위에 의해서만 파악되어야 하고, 이와 균등하거나 또는 등가적인 변형 모두는 본 발명 사상의 범주에 속한다 할 것이다.

10, 70 전원 차단 장치 11, 71 미세 아크 검출부
12, 72 대전류 아크 검출부 13, 73 지연부
14, 74 과부하 검출부 15, 75 동작 전압 생성부
16, 75 전원 차단부 17, 77 필터부
18, 78 입력 전원 단자 19, 79 출력 전원 단자

Claims (14)

1. 전원 선로 상의 미세 아크로 인한 고주파 펄스 전류에 의해 고주파 초크 코일에 유기되는 전압에 기초하여 제1 스위칭 소자를 도통하며, 상기 제1 스위칭 소자가 도통되는 동안에 미세 아크 검출 전류를 출력하는 미세 아크 검출부;
   전원 선로 상의 대전류 아크로 인해 상기 전원 선로 상에 삽입된 코일에서 일어난 자기장의 변동에 기초하여 제2 스위칭 소자가 도통되는 동안에 대전류 아크 검출 전류를 출력하는 대전류 아크 검출부;
   상기 미세 아크 검출 전류 또는 대전류 아크 검출 전류를 지연 커패시터에 소정의 시정수를 가지고 누적적으로 충전시키며, 상기 지연 커패시터의 전압이 소정의 레벨에 이르면 아크 검출 신호를 출력하는 지연부;
   동작 전압이 인가되면 부하 측과 상기 전원 선로를 전기적으로 차단할 수 있는 전원 차단부; 및
   상기 아크 검출 신호에 의해 상기 전원 차단부에 상기 동작 전압을 연결하는 제1 스위치를 포함하며,
   상기 대전류 아크 검출부는
   상기 전원 선로 상의 대전류 아크로 인한 전류 변동에 의해 상기 전원 선로 상에 삽입된 코일에서 자기장의 변동이 일어나면, 자기장의 변동에 의해 변류기에 유기되는 전압에 기초하여 상기 제2 스위칭 소자를 도통하며, 상기 제2 스위칭 소자가 도통되는 동안에 상기 제2 스위칭 소자를 거쳐 흐르도록 대전류 아크 검출 전류를 출력하는 것을 특징으로 하는 전원 차단 장치.
2. 전원 선로 상의 미세 아크로 인한 고주파 펄스 전류에 의해 고주파 초크 코일에 유기되는 전압에 기초하여 제1 스위칭 소자를 도통하며, 상기 제1 스위칭 소자가 도통되는 동안에 미세 아크 검출 전류를 출력하는 미세 아크 검출부;
   전원 선로 상의 대전류 아크로 인해 상기 전원 선로 상에 삽입된 코일에서 일어난 자기장의 변동에 기초하여 제2 스위칭 소자가 도통되는 동안에 대전류 아크 검출 전류를 출력하는 대전류 아크 검출부;
   상기 미세 아크 검출 전류 또는 대전류 아크 검출 전류를 지연 커패시터에 소정의 시정수를 가지고 누적적으로 충전시키며, 상기 지연 커패시터의 전압이 소정의 레벨에 이르면 아크 검출 신호를 출력하는 지연부;
   동작 전압이 인가되면 부하 측과 상기 전원 선로를 전기적으로 차단할 수 있는 전원 차단부; 및
   상기 아크 검출 신호에 의해 상기 전원 차단부에 상기 동작 전압을 연결하는 제1 스위치를 포함하며,
   상기 미세 아크 검출부는,
   상기 전원 선로에 삽입되고 상기 고주파 초크 코일과 폐회로를 이루는 인덕터를 포함하며, 상기 폐회로는 상기 인덕터와 상기 고주파 초크 코일의 단자 1 사이에 제2 커패시터가 직렬로 연결되고, 상기 인덕터와 상기 고주파 초크 코일의 단자 2 사이에는 제1 다이오드와 제1 커패시터가 직렬로 연결되며, 상기 고주파 초크 코일의 단자 2와 다른 전원 선로 사이에 제4 다이오드가 연결되고, 상기 고주파 초크 코일은 일단이 고주파 정류용 다이오드인 제2 다이오드를 통해 상기 제1 스위칭 소자의 제어 단자와 상기 제2 커패시터에 공통적으로 연결되고, 타단이 상기 제1 스위칭 소자의 입력 단자와 상기 제2 다이오드의 애노드 및 상기 제4 다이오드의 애노드에 연결되는 것을 특징으로 하는 전원 차단 장치.
3. 삭제
4. 전원 선로 상의 미세 아크로 인한 고주파 펄스 전류에 의해 고주파 초크 코일에 유기되는 전압에 기초하여 제1 스위칭 소자를 도통하며, 상기 제1 스위칭 소자가 도통되는 동안에 미세 아크 검출 전류를 출력하는 미세 아크 검출부;
   전원 선로 상의 대전류 아크로 인해 상기 전원 선로 상에 삽입된 코일에서 일어난 자기장의 변동에 기초하여 제2 스위칭 소자가 도통되는 동안에 대전류 아크 검출 전류를 출력하는 대전류 아크 검출부;
   상기 미세 아크 검출 전류 또는 대전류 아크 검출 전류를 지연 커패시터에 소정의 시정수를 가지고 누적적으로 충전시키며, 상기 지연 커패시터의 전압이 소정의 레벨에 이르면 아크 검출 신호를 출력하는 지연부;
   동작 전압이 인가되면 부하 측과 상기 전원 선로를 전기적으로 차단할 수 있는 전원 차단부; 및
   상기 아크 검출 신호에 의해 상기 전원 차단부에 상기 동작 전압을 연결하는 제1 스위치를 포함하며,
   상기 대전류 아크 검출부의 제2 스위칭 소자는 리드 스위치(Reed Switch)이고, 상기 전원 선로 상의 대전류 아크로 인한 전류 변동에 의해 상기 전원 선로 상에 삽입된 코일에서 일어나는 자기장의 변동에 의해 상기 리드 스위치가 도통되는 동안에 상기 리드 스위치를 거쳐 흐르도록 대전류 아크 검출 전류를 출력하는 것을 특징으로 하는 전원 차단 장치.
5. 청구항 1, 2 및 4 중 어느 한 항에 있어서, 상기 지연부는
   상기 미세 아크 검출 전류 또는 상기 대전류 아크 검출 전류의 적어도 일부로 인해 상기 지연 커패시터에 충전된 전하를 방전하는 지연 저항;
   상기 지연 커패시터에 누적적으로 충전된 전압이 소정 레벨에 이르면 도통하는 정전압 소자; 및
   상기 정전압 소자가 도통할 때에 도통되어 상기 아크 검출 신호를 출력하는 제3 스위칭 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 전원 차단 장치.
6. 전원 선로 상의 미세 아크로 인한 고주파 펄스 전류에 의해 고주파 초크 코일에 유기되는 전압에 기초하여 제1 스위칭 소자를 도통하며, 상기 제1 스위칭 소자가 도통되는 동안에 미세 아크 검출 전류를 출력하는 미세 아크 검출부;
   전원 선로 상의 대전류 아크로 인해 상기 전원 선로 상에 삽입된 코일에서 일어난 자기장의 변동에 기초하여 제2 스위칭 소자가 도통되는 동안에 대전류 아크 검출 전류를 출력하는 대전류 아크 검출부;
   상기 미세 아크 검출 전류 또는 대전류 아크 검출 전류를 지연 커패시터에 소정의 시정수를 가지고 누적적으로 충전시키며, 상기 지연 커패시터의 전압이 소정의 레벨에 이르면 아크 검출 신호를 출력하는 지연부;
   동작 전압이 인가되면 부하 측과 상기 전원 선로를 전기적으로 차단할 수 있는 전원 차단부; 및
   상기 아크 검출 신호에 의해 상기 전원 차단부에 상기 동작 전압을 연결하는 제1 스위치를 포함하며,
   상기 제1 스위치는 제어 단자에 상기 아크 검출 신호가 수신되면 전원 선로와 상기 전원 차단부를 전기적으로 연결하는 커플링 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 전원 차단 장치.
7. 청구항 1, 2 및 4 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전원 차단부는
   상기 아크 검출 신호에 의해 상기 제1 스위치가 통전되어 상기 동작 전압이연결되면 상기 부하 측과 전기적으로 절연되고, 상기 아크 검출 신호가 소멸한 후에도 부하 측과 전기적인 절연 상태가 유지되는 자기 유지형 릴레이를 포함하는 것을 특징으로 하는 전원 차단 장치.
8. 청구항 7에 있어서, 상기 자기 유지형 릴레이는,
   상기 제1 스위치가 통전되어 상기 동작 전압이 연결되거나 또는 전원 선로의 전압이 인가되면 자화되는 구동 코일; 및
   상기 구동 코일의 자화에 의해 자기적으로 상기 전원 선로와 부하 측을 연결하는 위치에서 상기 전원 선로와 상기 구동 코일을 연결하는 위치로 절환되는 3단자 스위치를 포함하는 것을 특징으로 하는 전원 차단 장치.
9. 청구항 8에 있어서, 상기 전원 차단부는,
   상기 3단자 스위치와 상기 구동 코일 사이에 삽입되는 수동 복귀 스위치를 더 포함하며,
   상기 수동 복귀 스위치가 상기 구동 코일이 동작 중에 있을 때에 열리면, 상기 구동 코일과 전원 선로 사이의 연결이 차단되고, 상기 3단자 스위치가 상기 전원 선로와 상기 부하 측을 연결하는 위치로 절환되는 것을 특징으로 하는 전원 차단 장치.
10. 청구항 1, 2, 4 및 6 중 어느 한 항에 있어서,
    과부하 또는 합선으로 인한 전류 변동에 의해 변류기에 유기되는 교류 전압을 정류한 직류 전압이 소정의 레벨을 초과하면 과부하 검출 신호를 출력하는 과부하 검출부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전원 차단 장치.
11. 청구항 10에 있어서,
    상기 과부하 검출 신호에 의해 상기 전원 차단부에 상기 동작 전압을 연결하는 제2 스위치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전원 차단 장치.
12. 청구항 11에 있어서, 두 전원 선로 사이에 연결된 커패시터에 정류된 전압을 충전하고, 충전된 전압을 상기 동작 전압으로서 제공하는 동작 전압 생성부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전원 차단 장치.
13. 전원 선로 상의 미세 아크로 인한 고주파 펄스 전류에 의해 고주파 초크 코일에 유기되는 전압에 기초하여 제1 스위칭 소자를 도통하며, 상기 제1 스위칭 소자가 도통되는 동안에 미세 아크 검출 전류를 출력하는 미세 아크 검출부;
    전원 선로 상의 대전류 아크로 인해 상기 전원 선로 상에 삽입된 코일에서 일어난 자기장의 변동에 기초하여 제2 스위칭 소자가 도통되는 동안에 대전류 아크 검출 전류를 출력하는 대전류 아크 검출부;
    상기 미세 아크 검출 전류 또는 대전류 아크 검출 전류를 지연 커패시터에 소정의 시정수를 가지고 누적적으로 충전시키며, 상기 지연 커패시터의 전압이 소정의 레벨에 이르면 아크 검출 신호를 출력하는 지연부;
    동작 전압이 인가되면 부하 측과 상기 전원 선로를 전기적으로 차단할 수 있는 전원 차단부; 및
    상기 아크 검출 신호에 의해 상기 전원 차단부에 상기 동작 전압을 연결하는 제1 스위치를 포함하며,
    전원 선로 상에 과부하 또는 합선으로 인한 전류 변동에 의해 전원 선로 상에 삽입된 제2 코일에서 일어나는 자기장의 변동에 의해 제2 리드 스위치가 도통되는 동안에 상기 동작 전압이 상기 제2 리드 스위치를 거쳐 상기 전원 차단부로 연결되도록 동작하는 과부하 검출부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전원 차단 장치.
14. 청구항 13에 있어서, 두 전원 선로 사이에 연결된 커패시터에 정류된 전압을 충전하고, 충전된 전압을 상기 동작 전압으로서 제공하는 동작 전압 생성부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전원 차단 장치.

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