KR101379813B1 - 직류 누전 차단기 - Google Patents

Abstract

직류 누전 차단기가 개시된다. 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 입력 전류와 부하를 통과한 출력 전류의 차이를 전압값으로 변환하는 전류 검출부와 온도에 따라 변화될 수 있는 전압값을 계산하는 기준 전압부와 전류 검출부에서의 전압값과 기준 전압부에서의 전압값을 비교하는 비교부와 비교부에서의 결과가 미리 설정된 값과 비교하여 누전 여부를 판단하는 누전 검출부와 누전 검출부에서 누전으로 판단되는 경우 직류 전원과 부하와의 연결을 차단하는 접속 차단부를 포함하는 직류 누전 차단기가 제공된다.
본 발명에 따르면, 온도 변화에 따른 직류 누전 차단기의 오동작을 방지할 수 있고, 오동작 여부를 시간적으로 판단할 수 있게 하여 직류 누전 차단기의 오동작을 최소화하면서도 누전 차단의 효과는 유지할 수 있게 되는 장점이 있다.

Description

직류 누전 차단기{Direct current leakage breaker}

본 발명은 직류 누전 차단기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 온도 변화에 의한 직류 누전 차단기의 오동작을 방지하는 것이 가능하게 하는 직류 누전 차단기에 관한 것이다.

전기가 누설되는 경우 각종 전기/전자 기기 등에 직접적으로 손상을 입히게 되거나, 감전 사고나 화재의 발생 등이 우려된다.

이러한 전기의 누설을 사전에 감지하여 전기를 차단하는 누전 차단기는 가정을 비롯하여 산업에 이용되는 각종 전기/전자 기기 등에 널리 사용되고 있다.

이에 따라 다양한 종류의 누전 차단기가 개발되어 제공되고 있으며, 특히 최근에는 널리 쓰이는 교류뿐만 아니라 직류의 경우에도 누전을 차단할 수 있는 누전 차단기가 개발되고 있다.

종래의 직류 누전 차단기를 포함하는 누전 차단기는 입력된 전류값과 출력되는 전류값을 비교하여 그 차이가 발생하는 경우 누전이 있는 것으로 판단하고 전원을 차단하는 것이 널리 알려진 일반적인 구성이다.

그러나 직류 누전 차단기의 경우 교류 누전 차단기와 달리 일정 자속이 유도전압을 만들 수 없으므로 교류용 누전차단기의 원리를 사용할 수 없는 문제점이 있다.

그리고 직류에서 누전 발생시 입력된 전류값과 출력되는 전류값의 차이는 수 mA에 불과하기 때문에 매우 정밀도가 높은 측정이 필요하며 외부 환경의 영향에 의해 변화될 수 있는 문제점이 있다.

특히, 전류의 특성상 전류값의 크기는 온도 변화에 따라 그 크기가 변화될 수 있는데 직류에서 누전 발생시 입력된 전류값과 출력되는 전류값의 차이는 수 mA에 불과하므로 온도에 변화에 더욱 민감하게 된다.

따라서 외부 환경이나 아크 발생 등으로 인한 온도의 변화에 따라 직류 누전 차단기가 오동작하게 되는 문제점이 있다.

특히 온도가 높은 외부 환경 예를 들면, 제철소 등의 경우라든가, 소형 전자/전기 기기의 경우 회로적 구성 등이 복잡하여 발열이 많이 발생하는 경우 등에는 온도의 변화에 따라 입력 및 출력 전류값이 달라질 수 있으므로 이로 인하여 직류 누전 차단기가 오동작할 수 있다.

또한, 전원과 부하의 연결을 위한 스위칭 부분에서 스위칭시에 발생되는 아크로 인하여 순간적으로 열이 발생하는 등의 경우 직류 누전 차단기가 오동작할 수 있게 된다.

그리고 직류 누전 차단기의 동작이 입력 및 출력 전류값이 다른 경우 즉각적으로 전원을 차단하게 되는 것이 일반적이므로 이에 따라 외부적에서의 냉각 장치 등의 동작만으로는 전원이 차단될 수 있는 등 직류 누전 차단기의 오동작이 많이 발생되는 문제점이 있다.

상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해, 본 발명은 온도 변화에 따른 오동작을 방지하는 것이 가능하게 하는 직류 누전 차단기를 제안하는 것이다.

또한, 오동작 여부를 시간적으로 판단할 수 있게 하여 직류 누전 차단기의 오동작을 최소화하면서도 누전 차단의 효과는 유지할 수 있게 하는 직류 누전 차단기를 제안하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적들은 이하의 실시예에 대한 설명을 통해 쉽게 이해될 수 있을 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일 측면에 따르면 직류 누전 차단기가 제공된다.

본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 직류 누전 차단기에 있어서, 입력 전류와 부하를 통과한 출력 전류의 차이를 전압값으로 변환하는 전류 검출부; 온도에 따라 변화될 수 있는 전압값을 계산하는 기준 전압부; 상기 전류 검출부에서의 전압값과 상기 기준 전압부에서의 전압값을 비교하는 비교부; 상기 비교부에서의 결과를 미리 설정된 값과 비교하여 누전 여부를 판단하는 누전 검출부; 및 상기 누전 검출부에서 누전으로 판단되는 경우 직류 전원과 상기 부하와의 연결을 차단하는 접속 차단부를 포함하는 것을 특징으로 하는 직류 누전 차단기가 제공된다.

상기 전류 검출부는 노이즈(noise)에 의해 발생되는 입력 전류와 부하를 통과한 출력 전류의 차이를 필터링하는 필터부를 더 포함할 수 있다.

상기 직류 누전 차단기는 온도 측정부를 더 포함하고, 상기 기준 전압부는 상기 온도 측정부에서 측정된 온도를 이용하여 상기 온도에 따라 변화될 수 있는 전압값을 계산할 수 있다.

상기 누전 검출부가 상기 비교부에서의 비교 결과를 미리 설정된 값과 비교하여 누전 여부를 판단하는 것은, 상기 비교부에서의 비교 결과가 미리 설정된 범위 내에서 미리 설정된 시간 동안 계속되는지 여부를 판단하여 누전 여부를 판단하는 것일 수 있다.

상기 직류 누전 차단기는 상기 직류 전원과 상기 부하의 연결을 스위칭하는 스위칭부를 더 포함하고, 상기 접속 차단부는 상기 스위칭부가 오프(off) 상태가 되도록 하여 상기 직류 전원과 상기 부하와의 연결을 차단할 수 있으며, 이 경우 상기 직류 누전 차단기는, 상기 스위칭부에서의 온/오프(on/off)시에 발생되는 아크(arc)를 제거하는 아크 소호부를 더 포함할 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 직류 누전 차단기에 의하면, 온도 변화에 따른 직류 누전 차단기의 오동작을 방지할 수 있는 장점이 있다.

또한, 오동작 여부를 시간적으로 판단할 수 있게 하여 직류 누전 차단기의 오동작을 최소화하면서도 누전 차단의 효과는 유지할 수 있게 되는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 직류 누전 차단기의 구성을 도시한 도면.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.

및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다.

일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

도 1을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 직류 누전 차단기의 구성을 살펴보기로 한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 직류 누전 차단기의 구성을 도시한 도면이다.

먼저 본 발명에 의한 직류 누전 차단기(100)는 직류 전원(200)과 연결되는 부하(300) 사이에 위치하여 누전을 감지하여 누전으로 판단되는 경우 직류 전원(200)과 부하(300)와의 연결을 차단한다.

누전의 판단과 직류 전원(200)과 부하(300)와의 연결 차단을 위한 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 직류 누전 차단기(100)의 구성은 전류 검출부(110), 기준 전압부(120), 비교부(130), 누전 검출부(140) 및 접속 차단부(150)를 포함한다.

전류 검출부(110)는 입력 전류와 부하(300)를 통과한 출력 전류를 비교하여 전류값의 차이를 전압으로 변환한다.

한편, 전류 검출부는 주변의 전자파 등에 의한 노이즈(noise)에 의해 발생되는 입력 전류와 부하를 통과한 출력 전류의 차이를 필터링하는 필터부(미도시)를 더 포함할 수 있다.

필터부를 더 포함함으로써 전자파나 주변 환경 등에 의해 발생하는 노이즈를 제거함으써 보다 정확하게 입력 전류와 부하를 통과한 출력 전류의 차이를 보다 정확하게 측정할 수 있다.

기준 전압부(120)는 측정된 온도에 따라 변화될 수 있는 전압값을 계산한다.

이를 위해 기준 전압부(120)는 본 발명에 의한 직류 누전 차단기(100)에 포함되어 있거나 기준 전압부(120) 자체에 포함될 수 있 온도 측정부(미도시)와 연결될 수 있으며, 온도 측정부에서 측정된 온도를 기준으로 온도에 따라 변화될 수 있는 전압값을 계산하거나 이를 미리 계산하여 저장하고 있는 것도 가능하다.

한편, 널리 알려진 바와 같이 동일한 전원에 연결되는 경우라도 일반적으로 온도가 높으면 전압이 낮아지게 되므로, 기준 전압부(120)에서는 측정된 온도에 따라 변화될 수 있는 전압값을 계산하도록 하는 것이다.

이를 통해 외부 환경이나 직류 전원(200)과 연결되는 전자/전기 기기의 온도가 변화함에 따라 누전 차단기가 오동작하는 것을 방지하는 것이 가능하게 된다.

한편, 비교부(130)는 전류 검출부(110)를 통해 검출된 전압과 기준 전압부(120)에서 계산된 전압값을 비교한다.

누전 검출부(140)는 비교부(130)에서의 결과가 미리 설정된 값보다 크거나 작은지 여부 즉 비교부(130)에서의 비교 결과와 미리 설정된 값을 비교하여 누전 여부를 판단한다.

또한, 누전 검출부(140)는 비교부(130)에서의 결과가 미리 설정된 값 이상이나 이하인지 여부뿐만 아니라 미리 설정된 시간 동안 지속되는지 여부를 더 이용하여 누전 여부를 판단할 수 있다.

즉, 전류 검출부(110)에서의 전압값과 기준 전압부(120)에서의 전압갑을 비교한 비교부(130)에서의 비교 결과가 미리 설정된 값보다 크거나 작은 경우에 해당하고 또한 미리 설정된 시간 동안 계속하여 미리 설정된 범위 내에 있는 경우에만 이를 누전으로 판단하는 것도 가능하다.

이는 아크 등으로 인한 순간적인 온도의 변화나 주변의 노이즈 등으로 인한 전압값의 변화가 가능한 점 등을 고려한 것이며, 이를 위해 미리 설정되는 시간은 본 발명에 의한 직류 누전 차단기(100)가 이용되는 전자/전기 기기의 종류나 주변 환경 등 다양한 요소를 고려하여 설정될 수 있다.

예를 들어, 미세한 누전의 경우 이를 용인할 수 있는 전자/전기 기기의 종류나 주변 환경이라면 미리 설정되는 시간을 크게 하는 것도 가능할 것이나, 미세한 누전도 용인되지 않는 전자/전기 기기의 종류나 주변 환경이라면 시간을 고려하지 않도록 하거나 그 시간의 크기를 매우 짧게 하는 것도 가능하다.

한편, 상기한 설명에서는 비교부(130)에서의 비교 결과가 미리 설정된 값보다 크거나 작은 경우라고 설명하였으나 이는 미리 설정된 값과 비교하여 이상이거나 초과인 경우 그리고 이하이거나 미만인 경우 등을 모두 포함한다.

접속 차단부(150)는 누전 검출부(140)에서 누전으로 판단되는 경우 직류 전원(200)과 부하(300)와의 연결을 차단한다.

접속 차단부(150)가 직류 전원(200)과 부하(300)와의 연결을 차단하는 것은 다양한 방법으로 구현 가능하며, 본 발명에서는 직류 전원(200)과 부하(300)와의 연결을 차단하는 방법에 대해 특별히 한정되지 않는다.

예를 들면, 직류 전원(200)과 부하(300)와의 연결 회로 상에 스위칭부(미도시)를 구비하고 스위칭부의 온/오프(on/off) 동작을 통해 직류 전원과 부하와의 연결을 차단하도록 하는 방법이 가능하다.

그리고 이러한 스위칭부의 온/오프 동작은 코일에 전류를 흘려 자기력을 발생시키고 이를 통해 스위치가 동작하도록 하는 방법 등이 가능하나 이에 한정되는 것은 아니다.

한편, 직류 전원(200)과 부하(300)와의 연결 회로 상에 스위칭부를 구비하는 경우 본 발명에 의한 직류 누전 차단기는 스위칭부의 스위칭시 즉 온/오프시에 발생되는 아크 발생을 제거하는 아크 소호부(미도시)를 더 포함할 수 있다.

아크는 가동 접점의 고정 접점으로의 접근 또는 가동 접점의 고정 접점으로부터의 분리에 따라 발생하며, 특히 고정 접점과 가동 접점 간의 거리가 소정의 범위일 때, 고정 접점과 가동 접점 간에 형성된 전계가 챔버 내측의 절연 내력을 초과하기 때문에 발생하는 것으로 알려져 있다.

이러한 아크가 발생하는 경우, 고정 접점과 가동 접점이 서로 접촉하는 면이 손상되고 이에 의해, 고정 접점과 가동 접점의 접촉 저항이 증가할 수 있다.

또한, 전술한 바와 같이 순간적으로 온도가 상승하는 등의 온도 변화도 발생하게 될 수 있다.

따라서 이로 인하여 전류 검출부(110)에서의 계산되는 입력 전류와 부하(300)를 통과한 출력 전류를 비교한 전압값이 변화될 수 있으므로 이러한 아크 소호부를 본 발명에 의한 직류 누전 차단기(100)에 더 포함함으로써 보다 효과적이고 지속적으로 누전 차단 성능을 발휘할 수 있게 하는 것이 가능하게 된다.

상기한 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대해 통상의 지식을 가진 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 하기의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.

100: 직류 누전 차단기 110: 전류 검출부 120: 기준 전압부
130: 비교부 140: 누전 검출부 150: 접속 차단부
200: 직류 전원 300: 부하

Claims (6)

1. 직류 누전 차단기에 있어서,
   입력 직류 전류와 부하를 통과한 출력 직류 전류의 차이를 직류 전압값으로 변환하는 전류 검출부;
   온도 측정부를 포함하여 구성되고, 온도에 따라 변화될 수 있는 직류전압값을 계산하거나 이를 미리 저장하여 두고, 상기 온도 측정부에서 측정된 온도를 기준으로 상기 온도 변화에 따라 변화될 수 있는 직류 전압값을 계산하는 기준 전압부;
   상기 전류 검출부에서 변환된 직류 전압값과 상기 기준 전압부에서의 온도 변화에 따라 변화된 직류 전압값을 비교하는 비교부;
   상기 비교부에서의 결과를 미리 설정된 값과 비교하여 상기 비교부에서의 비교 결과가 미리 설정된 시간 동안 지속되는지 또는 미리 설정된 시간 동안 계속하여 미리 설정된 범위 내에 있는지에 따라 누전 여부를 판단하는 누전 검출부; 및
   상기 누전 검출부에서 누전으로 판단되는 경우 상기 입력 직류 전원과 상기 부하와의 연결을 차단하는 접속 차단부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 직류 누전 차단기.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 전류 검출부는 노이즈(noise)에 의해 발생되는 입력 직류 전류와 부하를 통과한 출력 직류 전류의 차이를 필터링하는 필터부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 직류 누전 차단기.
   
3. 삭제
4. 삭제
5. 제1항에 있어서,
   상기 직류 누전 차단기는 상기 직류 전원과 상기 부하의 연결을 스위칭하는 스위칭부를 더 포함하고,
   상기 접속 차단부는 상기 스위칭부가 오프(off) 상태가 되도록 하여 상기 직류 전원과 상기 부하와의 연결을 차단하는 것을 특징으로 하는 직류 누전 차단기.
   
6. 제5항에 있어서,
   상기 직류 누전 차단기는,
   상기 스위칭부에서의 온/오프(on/off)시에 발생되는 아크(arc)를 제거하는 아크 소호부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 직류 누전 차단기.
   
   

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