KR101509667B1 - 무극성 누전차단기 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 무극성 누전차단기는 각상의 전원 라인을 관통시켜 상기 전원 라인의 상간전류차이를 검출하는 영상 변류기; 상기 전원 라인에서 전원을 공급받아 누전을 제어하는 누전 감지 IC; 및 상기 누전 감지 IC 또는 상기 누전 감지 IC의 출력 단자에 연결된 스위칭 소자의 전원을 리셋(reset)시키기 위하여, 상기 전원 라인에서 상기 누전 감지 IC 또는 상기 스위칭 소자로 공급되는 전원 파형의 위상을 제어하는 위상 제어 회로부를 포함한다.

Description

무극성 누전차단기{NON-POLAR EARTH LEAKAGE BREAKER}

본 발명의 실시예들은 역접속 시에도 회로 소손이나 화재 발생 등의 위험을 방지할 수 있는 무극성 누전차단기에 관한 것이다.

전기를 사용하다가 보면 선로나 기기의 노후나 기타 원인 등으로 뜻하지 않게 누전 사고가 발생되는 일이 있다. 이에 영상 변류기(ZCT)가 내장된 누전차단기를 선로에 설치하여 누전을 검출하고, 누전 시 누전차단기 내부의 차단 메카니즘을 통하여 부하로 흐르는 선로를 오픈시키도록 하고 있다.

상기 영상 변류기는 각상의 상선라인(R상, S상, T상)이 모두 영상 변류기를 관통하도록 구성되어, 1차측 3상 전원으로부터 유기되는 1차측 전원의 제로 위상을 2차측 권취코일을 통해 소전압으로 검출하여 누전 여부를 판단하게 된다.

즉, 상기 영상 변류기의 권취코일이 감겨진 코어의 동공부를 관통하는 3상 전원(R, S, T)은 위상이 120도의 차이를 가지고 있으며, 상기 3상 전원 중 어느 하나의 전원 전압의 위상이 영상일 경우 나머지 두 전원 전압의 위상의 합은 영전압이 된다. 상기 영상변류기는 이러한 각상의 전원 전압의 파형에서 벡터합을 통해 누전 여부를 판단하게 된다.

다시 말해, 정상 시에는 상선라인(R상, S상, T상)을 통해 부하로 들어갔다가 나오는 전류의 벡터합이 같으므로 아무런 문제가 없으나, 누전이 발생 시에는 부하로 들어갔다가 나오는 전류가 차이가 나므로 그 차이만큼의 전류가 누설 전류로서 상기 영상 변류기를 통해 검출이 되는 것이다.

관련 선행기술로는 공개실용신안공보 제1996-025079호(발명의 명칭: 역접속 가능한 누전차단기, 공개일자: 1996년 7월 22일)가 있다.

본 발명의 일 실시예는 기존 누전차단기의 회로 구성을 개선하여 전원 라인에서 누전 감지 IC 또는 스위칭 소자(SCR)로 공급되는 전원 파형의 위상을 지연 변형시킴으로써, 역접속 시 발생하는 소손이나 화재 등의 위험을 방지할 수 있는 무극성 누전차단기를 제공한다.

본 발명의 일 실시예는 누전 테스트 시 테스트 회로를 원샷 회로(one-shot circuit)로 구성함으로써, 테스트 스위치를 아무리 오래 누르고 있어도 테스트 회로에 과부하가 걸리지 않아 회로 소손이나 화재 등의 위험을 방지할 수 있는 무극성 누전차단기를 제공한다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제(들)로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제(들)은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 무극성 누전차단기는 각상의 전원 라인을 관통시켜 상기 전원 라인의 상간전류차이를 검출하는 영상 변류기; 상기 전원 라인에서 전원을 공급받아 누전을 제어하는 누전 감지 IC; 및 상기 누전 감지 IC 또는 상기 누전 감지 IC의 출력 단자에 연결된 스위칭 소자의 전원을 리셋(reset)시키기 위하여, 상기 전원 라인에서 상기 누전 감지 IC 또는 상기 스위칭 소자로 공급되는 전원 파형의 위상을 제어하는 위상 제어 회로부를 포함한다.

상기 위상 제어 회로부는 상기 스위칭 소자의 애노드 전위를 0으로 만들기 위해, 상기 전원 파형의 위상을 시프트(Shift)시켜 상기 전원 파형이 0전위 구간을 가지도록 하는 것이 바람직하다.

상기 위상 제어 회로부는 상기 전원 파형의 위상을 10도 정도 시프트시키는 것이 바람직하다.

상기 위상 제어 회로부는 상기 전원 라인에 연결된 브릿지 회로를 구성하는 다이오드 중 하나에 병렬 연결되어 형성되되, 상기 하나의 다이오드의 애노드 쪽에 연결되는 가변저항, 상기 가변저항에 직렬로 연결되는 커패시터, 및 상기 가변저항과 상기 커패시터 사이에 일측이 연결되고 상기 하나의 다이오드의 캐소드 쪽에 타측이 연결되는 양방향 제너 다이오드를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 무극성 누전차단기는 상기 무극성 누전차단기의 누전 테스트를 위한 테스트 스위치의 동작 시, 상기 테스트 스위치의 전원 온/오프에 따른 테스트 전류를 설정 시간 동안만 유지시키는 리셋 회로부를 더 포함할 수 있다.

상기 리셋 회로부는 일정 폭의 펄스를 1회만 발생시키는 원샷 회로(one-shot circuit)를 포함할 수 있다.

상기 리셋 회로부는 상기 원샷 회로를 통해 상기 테스트 스위치를 오래 누르고 있어도 100ms 정도의 펄스 전류를 1회만 발생시켜, 순시정격 솔레노이드의 열화 소손을 방지할 수 있다.

기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 첨부 도면들에 포함되어 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 기존 누전차단기의 회로 구성을 개선하여 전원 라인에서 누전 감지 IC 또는 스위칭 소자(SCR)로 공급되는 전원 파형의 위상을 지연 변형시킴으로써, 역접속 시 발생하는 소손이나 화재 등의 위험을 방지할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 누전 테스트 시 테스트 회로를 원샷 회로(one-shot circuit)로 구성함으로써, 테스트 스위치를 아무리 오래 누르고 있어도 상기 테스트 회로에 과부하가 걸리지 않아 회로 소손이나 화재 등의 위험을 방지할 수 있다. 특히, 회로 소손의 경우 트립 코일의 소손 뿐만 아니라 테스트 저항의 소손도 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무극성 누전차단기를 설명하기 위해 도시한 회로도이다.
도 2는 도 1의 위상 제어 회로부의 구성을 상세히 도시한 회로구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 위상 제어 회로부의 출력신호의 일례를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 리셋 회로부의 출력신호의 일례를 도시한 도면이다.

본 발명의 이점 및/또는 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.

기존 누전차단기는 극성이 있어서 사용자가 역접속 시 소손, 화재 발생의 위험이 있다. 역접속 시의 문제점을 구체적으로 나열하면 다음과 같다.

1. 상기 스위칭 소자(104), 예컨대 SCR(Silicon Controlled Rectifier)이 계속 온 되는 문제(전원 애노드(Anode)가 없어야 해제(reset) 되는데 역접속으로 전원이 계속 공급)

2. 누전 발생 시, 상기 누전 감지 IC(120)의 출력은 래치(Latch) 출력으로 전원이 있는 한 계속 출력이 나와서(Out Put) 반도체 스위치인 SCR에 트리거(Triger) 신호를 보내므로 트립 코일(Trip Coil)(102)이 소손하게 되는 문제

3. 상기 트립 코일(102)은 전자석(E-Mag)으로서 전류가 흐르면 아마츄어가 동작하여 차단기에 트립바(Trip-Bar)를 끌어당겨 기구적 접점을 차단하는 역할을 하는데, 공간 때문에 코일의 부피가 적게 형성되어 1초 이상 흐르면 소손하게 되는 문제

이에, 본 발명의 일 실시예에서는 상기 1 내지 3의 문제들은 해결하기 위해, 기존 누전차단기의 회로 구성을 개선하여 전원 라인에서 누전 감지 IC 또는 스위칭 소자(SCR)로 공급되는 전원 파형의 위상을 지연 변형시킴으로써, 역접속 시 발생하는 소손이나 화재 등의 위험을 방지할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에서는 누전 테스트 시 테스트 회로를 원샷 회로(one-shot circuit)로 구성함으로써, 테스트 스위치를 아무리 오래 누르고 있어서 상기 테스트 회로에 과부하가 걸리지 않아 회로 소손이나 화재 등의 위험을 방지할 수 있다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무극성 누전차단기를 설명하기 위해 도시한 회로도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 무극성 누전차단기(100)는 영상 변류기(110), 누전 감지 IC(120), 위상 제어 회로부(130), 및 리셋 회로부(140)를 포함할 수 있다.

상기 영상 변류기(110)는 각상의 전원 라인(101)을 관통시켜 상기 전원 라인(101) 의 상간전류차이를 검출한다.

상기 영상 변류기(110)는 가정용/산업용 또는 단상용/3상용 등의 누전차단기의 종류에 따라 누전의 판단 시에 기준이 되는 누설 기준전압이 설정되어 있다. 구체적인 예를 들면, 우리나라의 경우 가정용 누전차단기의 영상 변류기(110)는 미세전류의 차이가 5mA, 15mA, 30mA 등으로 설정되어 있다.

상기 누전 감지 IC(120)는 상기 전원 라인(101)에서 전원을 공급받아 누전을 제어한다. 상기 누전 감지 IC(120)는 상기 영상 변류기(110)에서 상기 전원 라인(101)의 상간전류차이가 검출되지 않으면 누전 발생 징후가 없는 것으로 판단하여 상기 전원 라인(101)으로부터 전원을 공급받지 않아 동작하지 않게 된다.

하지만, 상기 누전 감지 IC(120)는 상기 영상 변류기(110)에서 상기 전원 라인(101)의 상간전류차이가 검출되면 누전 발생 징후가 있는 것으로 판단하여 상기 전원 라인(101)으로부터 전원을 공급받아 동작하게 된다.

한편, 상기 위상 제어 회로부(130)는 상기 전원 라인(101)에서 상기 누전 감지 IC(120) 또는 상기 스위칭 소자(104)로 공급되는 전원 파형의 위상을 제어한다. 이로써, 상기 위상 제어 회로부(130)는 상기 누전 감지 IC(120) 또는 상기 누전 감지 IC(120)의 출력 단자(OUT)에 연결된 스위칭 소자(104)의 전원을 리셋(reset)시킬 수 있다.

이를 위해, 상기 위상 제어 회로부(130)는 도 2에 도시된 바와 같이 상기 전원 라인(101)에 연결된 브릿지 회로(103)를 구성하는 다이오드 중 하나에 병렬 연결되어 형성되며, 가변저항(210), 커패시터(220) 및 양방향 제너 다이오드(230)를 포함하여 구성될 수 있다. 참고로, 도 2는 도 1의 위상 제어 회로부(130)의 구성을 상세히 도시한 회로구성도이다.

상기 가변저항(210)은 상기 브릿지 회로(103)를 구성하는 다이오드 중 하나의 다이오드의 애노드(A) 쪽에 연결될 수 있다. 상기 커패시터(220)는 상기 가변저항(210)에 직렬로 연결될 수 있으며, 반대쪽에는 그라운드와 연결될 수 있다. 상기 양방향 제너 다이오드(230)는 상기 가변저항(210)과 상기 커패시터(220) 사이에 일측이 연결되고, 상기 브릿지 회로(103)를 구성하는 다이오드 중 하나의 다이오드의 캐소드(K) 쪽에 타측이 연결될 수 있다.

이와 같이, 상기 위상 제어 회로부(130)는 상기 브릿지 회로(103)에 병렬로 연결되어 형성됨으로써 상기 전원 라인(101)에서 상기 누전 감지 IC(120) 또는 상기 스위칭 소자(104)로 공급되는 전원 파형의 위상을 제어할 수 있다.

이때, 상기 위상 제어 회로부(130)는 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 전원 파형의 위상을 시프트(Shift)시켜 상기 전원 파형이 0전위 구간을 가지도록 함으로써, 상기 스위칭 소자(104)의 애노드 전위를 0으로 만들 수 있다. 이때, 상기 위상 제어 회로부(130)는 상기 전원 파형의 위상을 10도 정도 시프트시키는 것이 바람직하다. 참고로, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 위상 제어 회로부의 출력신호의 일례를 도시한 도면으로서, 정상정류파형과 위상제어파형을 비교 설명하기 위해 도 1의 N 노드에서의 출력신호의 파형을 도시한 것이다.

또 달리, 상기 위상 제어 회로부(130)는 상기 전원 파형을 위상 지연 변형시켜 0전위 부위(310, 320)를 60주기로 만듦으로써, 소정 시간 지연 후에 트리거 신호를 출력할 수 있다. 즉, 상기 위상 제어 회로부(130)는 소정 시간 동안 전원 리셋 구간을 갖는 신호를 출력할 수 있다.

상기 스위칭 소자(104)의 일 실시예인 SCR의 특성은 게이트(gate) 신호가 한 번만 있으면 게이트를 오프해도 계속 턴 온 상태를 유지하는데, 오프하기 위해서는 애노드의 전원을 차단(0전위 상태)해야 오프가 된다. 따라서, 상기 위상 제어 회로부(130)는 상기 전원 파형의 위상을 10도 정도 시프트시켜 0전위 구간을 확보하여 상기 SCR의 애노드에 0전위 상태를 만들어 줌으로써, 상기 SCR의 애노드 전원을 차단하여 상기 SCR을 오프시키게 된다.

기존 누전차단기는 극성이 있어서 사용자가 역접속 시 소손, 화재 발생의 위험이 있다. 그러나, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 위상 제어 회로부(130)를 통해 상기 전원 라인(101)에서 상기 누전 감지 IC(120) 또는 상기 스위칭 소자(104)로 공급되는 전원 파형의 위상을 지연 변형시킴으로써, 역접속 시에 소손, 화재 발생 등의 위험을 방지할 수 있다.

다시 말하면, 기존에는 역접속 시 다음과 같은 문제점이 있었다.

1. 상기 스위칭 소자(104), 예컨대 SCR(Silicon Controlled Rectifier)이 계속 온 되는 문제(전원 애노드(Anode)가 없어야 해제(reset) 되는데 역접속으로 전원이 계속 공급)

2. 누전 발생 시, 상기 누전 감지 IC(120)의 출력은 래치(Latch) 출력으로 전원이 있는 한 계속 출력이 나와서(Out Put) 반도체 스위치인 SCR에 트리거(Triger) 신호를 보내므로 트립 코일(Trip Coil)(102)이 소손하게 되는 문제

3. 상기 트립 코일(102)은 전자석(E-Mag)으로서 전류가 흐르면 아마츄어가 동작하여 차단기에 트립바(Trip-Bar)를 끌어당겨 기구적 접점을 차단하는 역할을 하는데, 공간 때문에 코일의 부피가 적게 형성되어 1초 이상 흐르면 소손하게 되는 문제

그러나, 상기 1 내지 3의 문제들은 본 발명의 일 실시예에 의해 해결될 수 있다. 즉, 본 발명의 일 실시예에서는 상기 위상 제어 회로부(130)를 통해 상기 전원 라인(101)에서 상기 누전 감지 IC(120) 또는 상기 스위칭 소자(104)로 공급되는 전원 파형의 위상을 지연 변형시킴으로써, 역접속 시 발생하는 상기 1 내지 3의 기존 문제점들을 방지할 수 있다.

상기 리셋 회로부(140)는 상기 무극성 누전차단기(100)의 누전 테스트를 위한 테스트 스위치의 동작 시, 상기 테스트 스위치의 전원 온/오프(On/Off)에 따른 테스트 전류를 설정 시간 동안만 유지시켜준다.

예를 들면, 상기 리셋 회로부(140)는 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 테스트 스위치를 아무리 오래 누르고 있어도(Test s/w On) 상기 테스트 전류의 펄스 출력을 100ms만 On시키고, 다시 Off를 누르면 또 100ms만 On되는 구성을 가진다. 본 실시예에서, 상기 리셋 회로부(140)는 일정 폭의 펄스 전류를 1회만 발생시키는 원샷 회로(one-shot circuit)로 구현될 수 있다. 참고로, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 리셋 회로부의 출력신호의 일례를 도시한 도면이다.

따라서, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 원샷 회로로 구현된 상기 리셋 회로부(140)를 통해 상기 테스트 스위치를 오래 누르고 있어도 100ms 전도의 펄스 전류를 1회만 발생시켜, 순시정격 솔레노이드, 즉 상기 트립 코일(102)의 열화 소손을 방지할 수 있게 된다.

지금까지 본 발명에 따른 구체적인 실시예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허 청구의 범위뿐 아니라 이 특허 청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

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

101: 전원 라인
102: 트립 코일
103: 브릿지 회로
104: 스위칭 소자(SCR)
110: 영상 변류기
120: 누전 감지 IC
130: 위상 제어 회로부
140: 리셋 회로부

Claims (7)

1. 각상의 전원 라인을 관통시켜 상기 전원 라인의 상간전류차이를 검출하는 영상 변류기;
   상기 전원 라인에서 전원을 공급받아 누전을 제어하는 누전 감지 IC; 및
   상기 누전 감지 IC 또는 상기 누전 감지 IC의 출력 단자에 연결된 스위칭 소자의 전원을 리셋(reset)시키기 위하여, 상기 전원 라인에서 상기 누전 감지 IC 또는 상기 스위칭 소자로 공급되는 전원 파형의 위상을 제어하는 위상 제어 회로부
   를 포함하고,
   상기 위상 제어 회로부는
   상기 전원 라인에 연결된 브릿지 회로를 구성하는 다이오드 중 하나에 병렬 연결되어 형성되되, 상기 하나의 다이오드의 애노드 쪽에 연결되는 가변저항, 상기 가변저항에 직렬로 연결되는 커패시터, 및 상기 가변저항과 상기 커패시터 사이에 일측이 연결되고 상기 하나의 다이오드의 캐소드 쪽에 타측이 연결되는 양방향 제너 다이오드를 포함하는 것을 특징으로 하는 무극성 누전차단기.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 위상 제어 회로부는
   상기 스위칭 소자의 애노드 전위를 0으로 만들기 위해, 상기 전원 파형의 위상을 시프트(Shift)시켜 상기 전원 파형이 0전위 구간을 가지도록 하는 것을 특징으로 하는 무극성 누전차단기.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 위상 제어 회로부는
   상기 전원 파형의 위상을 10도 정도 시프트시키는 것을 특징으로 하는 무극성 누전차단기.
   
4. 삭제
5. 제1항에 있어서,
   상기 무극성 누전차단기의 누전 테스트를 위한 테스트 스위치의 동작 시, 상기 테스트 스위치의 전원 온/오프에 따른 테스트 전류를 설정 시간 동안만 유지시키는 리셋 회로부
   를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무극성 누전차단기.
   
6. 제5항에 있어서,
   상기 리셋 회로부는
   일정 폭의 펄스 전류를 1회만 발생시키는 원샷 회로(one-shot circuit)를 포함하는 것을 특징으로 하는 무극성 누전차단기.
   
7. 제6항에 있어서,
   상기 리셋 회로부는
   상기 원샷 회로를 통해 상기 테스트 스위치를 오래 누르고 있어도 100ms의 펄스 전류를 1회만 발생시켜, 순시정격 솔레노이드의 열화 소손을 방지하는 것을 특징으로 하는 무극성 누전차단기.

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