KR101515321B1

KR101515321B1 - 전자식 회로 차단기

Info

Publication number: KR101515321B1
Application number: KR1020137029091A
Authority: KR
Inventors: 도시미츠 노무라; 미츠기 모리; 게이타 하마노
Original assignee: 미쓰비시덴키 가부시키가이샤
Priority date: 2011-05-24
Filing date: 2011-05-24
Publication date: 2015-04-24
Also published as: JPWO2012160647A1; CN103563039A; WO2012160647A1; EP2717289A4; EP2717289B1; CN103563039B; EP2717289A1; KR20140003629A; JP5289648B2

Abstract

전자 회로에서의 트립 장치와 함께 전자기 트립 장치를 탑재한 전자식 회로 차단기에 있어서, 교류 전로에 과대 전류가 흘러, 전류값이 올바르게 계측되고 있지 않은 것을 판별 가능하게 한 전자식 회로 차단기를 얻는다.
교류 전로(1)에 흐르는 전류가 소정의 값을 초과하면, 소정의 시간 후에 개폐 접점(2)을 개로하는 트립 신호를 출력하는 시한 회로(11)와, 트립 신호에 의하여 활성화되어, 개폐 접점(2)을 개로시키는 전자식 트립 장치(3)와, 교류 전로(1)에 흐르는 과대 전류에 의하여 전자기적으로 활성화되어, 전자식 트립 장치(3)보다 고속으로 개폐 접점(2)을 개로시키는 전자기 트립 장치(4)와, 전자식 트립 장치(3) 또는 전자기 트립 장치(4)에 의하여 개폐 접점이 개로되었을 때 출력 신호를 생성하는 경보 장치(5)를 구비하고, 시한 회로(11)는 경보 장치(5)의 출력 신호를 입력받아, 이 출력 신호의 생성 타이밍에 기초하여 전류 검출 수단(6)의 출력 신호에 의한 사고 전류값의 계측이 정확한지 여부를 판별한다.

Description

전자식 회로 차단기{ELECTRONIC CIRCUIT BREAKER}

이 발명은 트립(trip) 동작한 상태를 전기적 신호로 변환하기 위한 경보 장치를 구비한 전자식(電子式) 회로 차단기에 관한 것이다.

종래, 전자식 회로 차단기로서 교류 전로(電路)의 전류를 검출하는 변류기와, 이 변류기의 2차 출력을 전파 정류(全波整流)하는 정류 회로와, 정류 회로에 접속된 전원 회로를 구비하고, 교류 전로의 전류에 비례한 전압을 출력하기 위한 검출 저항과, 검출된 전압 신호의 레벨이 소정의 값을 초과하면 소정의 시간 후에 트립 신호를 출력하는 시한(時限) 회로와, 트립 신호에 의하여 구동하는 전자기(電磁氣) 트립 장치(예를 들면, 트립 코일)를 구비하고, 개폐 수단을 통하여 전로를 차단하도록 구성한 회로 차단기가 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참조).

이러한 종류의 회로 차단기에 있어서, 트립 동작한 사고 전류를 계측하는 경우는 시한 회로에서 계측한 전류값을 사고 전류로 함으로써 계측 가능하다.

또, 단락 등에 의하여 대전류가 전로에 흘렀을 때에 순간적으로 차단하기 위하여 전자 회로로된 트립 장치(장시한 및 단시한 특성)와, 순시 특성의 기계적인 전자기 트립 장치를 탑재하는 것이 일반적이다(예를 들면, 특허문헌 2 참조).

[특허문헌 1] 일본 특허 제2851485호 공보

[특허문헌 2] 일본 특개평7-326273호 공보

종래의 회로 차단기를 소형화하기 위하여, 교류 전로의 전류를 검출하는 변류기를 소형화하는 것이 필요하지만, 변류기를 소형화하면 변류기의 코어의 단면적을 줄이게 되어, 단락 등에 의한 과대 전류 영역에서는 자기 포화로 인하여 변류기의 출력이 왜곡 파형이 되어, 전류값을 올바르게 계측할 수 없다. 또, 이와 같은 과대 전류 영역에서는 시한 회로가 트립 신호를 출력하기 전에 전자기 트립 장치가 동작하여 개폐 접점을 개로(開路)하므로, 전류값을 올바르게 계측할 수 없는 경우가 있어, 부정확한 전류값이 표시된다는 문제가 있었다.

이 발명은 상기한 바와 같은 과제를 해결하기 위하여 이루어진 것으로서, 전자식(電子式) 트립 장치와 함께 전자기(電磁氣) 트립 장치를 탑재한 전자식 회로 차단기에 있어서, 교류 전로에 과대 전류가 흐르고, 전류값이 올바르게 계측되어 있지 않은 것을 판별 가능하게 한 전자식 회로 차단기를 얻는 것을 목적으로 한 것이다.

이 발명에 관한 전자식 회로 차단기는, 교류 전로를 개폐하는 개폐 접점과, 상기 교류 전로에 흐르는 전류를 검출하여, 상기 전류에 따른 검출 신호를 출력하는 전류 검출 수단과, 이 전류 검출 수단의 출력 신호에 기초하여, 상기 교류 전로에 흐르는 전류가 소정의 값을 초과하면, 소정의 시간 후에 상기 개폐 접점을 개로하는 트립 신호를 출력하는 시한 회로와, 상기 트립 신호에 의하여 활성화(energized)되어 상기 개폐 접점을 개로시키는 전자식 트립 장치와, 상기 교류 전로에 흐르는 과대 전류에 의하여 전자기적으로 활성화되어, 상기 전자식 트립 장치보다 고속으로 상기 개폐 접점을 개로시키는 전자기 트립 장치와, 상기 전자식 트립 장치 또는 전자기 트립 장치에 의하여 상기 개폐 접점이 개로되었을 때 출력 신호를 생성하는 경보 장치를 구비하고, 상기 시한 회로는 상기 경보 장치의 출력 신호를 입력받아, 이 출력 신호의 생성 타이밍에 기초하여, 상기 전류 검출 수단의 출력 신호에 의한 사고 전류값의 계측이 정확한지 여부를 판별하는 것이다.

이 발명에 의하면, 전자식 트립 장치와 함께 전자기 트립 장치를 탑재한 전자식 회로 차단기에 있어서, 경보 장치의 출력 신호를 시한 회로에 입력함으로써, 교류 전로에 과대 전류가 흘러, 전류값이 올바르게 계측되어 있지 않은 경우에는 이 사실을 정확하게 판별할 수 있는 전자식 회로 차단기를 용이하게 얻을 수 있다.

도 1은 이 발명의 실시형태 1에 있어서의 전자식 회로 차단기의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 2는 실시형태 1에 있어서의 시한 회로의 블록도이다.
도 3은 실시형태 1에 있어서의 전자식 회로 차단기의 동작을 나타낸 타이밍 차트이다.
도 4는 실시형태 1에 있어서의 변류기의 출력 파형도이다.
도 5는 실시형태 1에 있어서의 시한 회로의 동작을 나타낸 플로차트이다.

실시형태 1.

도 1은 이 발명의 실시형태 1에 있어서의 전자식 회로 차단기의 구성을 나타내는 블록도, 도 2는 시한 회로(11)의 구성을 나타내는 블록도, 도 3은 실시형태 1에 있어서의 전자식 회로 차단기의 동작을 나타내는 타이밍 차트, 도 4는 변류기(6)의 출력 파형도, 도 5는 판별 회로(117)의 동작을 나타내는 플로차트이다.

도 1에 있어서, 전자식 회로 차단기(100)는, 교류 전로(1)를 개폐하는 개폐 접점(2)과, 교류 전로(1)에 마련되어, 교류 전로(1)에 흐르는 부하 전류에 비례한 전류 신호를 출력하는 변류기(6)와, 교류 전로(1)에 마련되어 과대 전류에 의하여 개폐 접점(2)을 개로시키는 기계적인 전자기 트립 장치(4)와, 변류기(6)의 2차 측에 접속된 정류 회로(7)와, 후술하는 트랜지스터(10)를 통하여 정류 회로(7)의 출력 측에 접속된 검출 저항(9)과, 트랜지스터(10)와 병렬 접속된 전원 회로(8)와, 전원 회로(8)에 병렬 접속되어, 전원 전압이 공급됨과 아울러, 검출 저항(9)과 접속되어, 검출된 전압 신호의 레벨이 소정의 값을 넘으면 소정의 시간 후에 출력 신호를 출력하는 시한 회로(11)와, 시한 회로(11)의 출력 신호에 의하여 구동되어, 개폐 접점(2)을 개로시키는 트립 코일(3)과, 시한 회로(11)에 접속되어, 사고 전류 등의 계측값을 표시하는 표시부(12)(예를 들면, 액정 표시 장치를 포함함)를 가진다.

또, 시한 회로(11)에는 전자식 회로 차단기(100)가 트립하여 개폐 접점(2)이 개로된 상태를 전기적 신호로 변환하여 출력하는 경보 장치(이하 AL 이라 한다)(5)가 접속되어 있다.

전원 회로(8)는 정류 회로(7)의 양의 출력측과 트립 코일(3) 사이에 접속된 역류 방지 장치, 예를 들면 다이오드(81)와, 이 다이오드(81)의 캐소드와 전원 회로(8)의 어스선(earth線) 사이에 접속된 평활 콘덴서(82)와, 이 평활 콘덴서(82)와 병렬 접속된 기준 전압 생성 장치(83)와, 이 기준 전압 생성 장치(83)와 평활 콘덴서(82)의 사이에 설치되어, 전원 회로(8)의 출력 전압 Vout과 기준 전압 생성 장치의 출력 전압 Vref를 비교하여 출력 전압 Vout이 출력 전압 Vref를 초과하고 있는 기간에 따른 펄스폭의 펄스열(pulse列) 신호를 트랜지스터(10)의 베이스로 출력하는 펄스 듀티 변조기(84)로 구성되어 있다.

시한 회로(11)는 검출 저항(9)에 유기(誘起)되는 출력 전압 신호의 실효값을 얻는 파형 변환 회로(111)와, 파형 변환 회로(111)로부터의 아날로그 전압 신호를 디지털 신호로 변환하는 A／D 변환 회로(112)와, 이 A／D 변환 회로(112)로부터의 디지털 신호에 기초하여 교류 전로(1)에 흐르는 전류값을 연산하는 부하 전류 연산부(113)와, 부하 전류 연산값에 대한 트립 시간의 관계로 이루어진 과전류 트립 특성 및 정격 전류를 설정하는 특성 설정부(114)와, 이 특성 설정부(114)로 설정된 과전류 트립 특성과 부하 전류 연산부(113)에 의한 전류값에 기초하여 과전류 트립 신호를 출력하는 마이크로 컴퓨터(CPU)를 포함한 제어 장치(115)와, 이 제어 장치(115)로부터의 트립 신호에 의하여 트립 코일(3)을 활성화하는 트립 회로(116)와, 제어 장치(115)로부터의 트립 신호와, AL(5)로부터 출력되는 AL 신호를 입력으로 하여, 개폐 접점(2)이 트립되었을 때에, 전자기 트립 장치(4)에 의한 트립 동작인지, 트립 코일(3)에 의한 트립 동작인지를 판별하는 판별 회로(117)로 구성된다.

또, 제어 장치(115)는 접속되어 있는 표시부(12)(예를 들면, 액정 표시 장치를 포함함)에 부하 전류 연산부(113)의 연산 결과를 표시시킨다.

다음으로, 교류 전로(1)에 과전류가 흘렀을 경우의 트립 동작에 대하여, 도 3의 타이밍 차트를 참조하면서 설명한다.

전자 회로(트립 코일(3))에 의한 트립의 경우, 교류 전로(1)에 통전이 개시되면, 시한 회로(11)에 설정된 소정의 시간이 경과 후, 트립 코일(3)이 활성화되어 개폐 접점(2)이 개로된다. 개폐 접점(2)이 실제로 개로하고 나서, AL 동작 지연 시간의 후에, 시한 회로(11)에 입력되어 있는 AL(5)의 출력 신호가 전환된다. 또한, 정상적으로 계측 가능한 과전류 영역에서는 전자기 트립 장치(4)는 동작하지 않는다.

한편, 단락 등에 의하여 과대 전류가 흘렀을 경우에는, 전자기 트립 장치(4)에 의한 트립 동작이 실시된다. 이 경우, 전자기 트립 장치(4)가 트립 코일(3)에 의한 트립 동작보다 빨리 동작하여 개폐 접점(2)을 개로한다.

개폐 접점(2)이 실제로 개로하고 나서, AL 동작 지연 시간의 후에, 시한 회로(11)에 입력되고 있는 AL(5)의 출력 신호가 전환된다.

전자기 트립 장치(4)에 의하여 트립하는 과대 전류 영역에서는, 도 4에 나타낸 바와 같이 변류기(6)의 출력 파형이 왜곡 파형이 되기 때문에 사고 전류를 정상적으로 계측할 수 없다.

상기의 이유로 인해, 과대 전류 영역에 있어서, 전자기 트립 장치(4)에 의한 트립 동작과 트립 코일(3)에 의한 트립 동작에는 트립 시간차가 발생하기 때문에, AL(5)의 출력 신호의 전환에도 시간차가 발생한다.

판별 회로(117)는 제어 장치(115)로부터 출력되는 트립 신호와, AL(5)로부터 출력되는 AL 신호를 입력으로 하여, 각각의 입력의 타이밍에 따라 트립 방법의 차이를 식별할 수 있다.

도 5에 나타낸 플로차트를 이용하여 사고 전류의 표시 처리에 대하여 설명한다.

먼저, 회로 차단기의 투입에 따른 통전 개시시에, 단락 등의 과대 전류가 흘렀을 경우에 대하여 설명한다.

이 경우, 제어 장치(115)에 의한 통전 전류 계측 처리는 시간적으로 늦을 가능성이 있으므로, 초기화 처리(스텝 S101)를 실시한 후 통전 시간 판정 1(스텝 S102)을 실시하지만, 통전 시간 T가 소정의 시간 T1에 이르지 않았으므로, 스텝 S103의 통전 시간 T의 적산 처리로 진행된다.

다음으로, 스텝 S104에서 AL(5)로부터의 입력 신호가 ON 인지 여부를 판정한다. AL(5)로부터의 입력 신호가 ON이 아닌 경우에는 스텝 S102로 되돌아간다. AL(5)로부터의 입력 신호가 ON인 경우, 스텝 S105로 진행하고, 통전 시간 T가 소정의 시간 T2를 초과하고 있는지의 판정을 실시한다.

통전 시간 T가 소정의 시간 T2를 초과하고 있는 경우에는, 전자기 트립 장치(4)는 동작하지 않고, 시한 회로(11)의 트립 신호에 의하여 트립 코일(3)이 구동되어 트립하였다고 판단한다.

즉, 금회의 과대 전류는 CPU(115)에 의하여 정확하게 계측할 수 있는 범위 내이었으므로, CPU(115)가 계측한 전류값을 사고 전류로서 세트한다(스텝 S106).

한편, 통전 시간 T가 소정의 시간 T2를 초과하지 않은 경우에는, 전자기 트립 장치(4)가 동작하여 트립하였다고 판단한다. 즉, 금회의 과대 전류는 CPU(115)에 의하여 정확하게 계측할 수 없을 정도로 큰 값이었으므로, CPU(115)가 계측한 전류값은 정확하지 않다고 생각되므로, 사고 전류로서 계측 가능값보다 큰 소정의 값을 세트한다(스텝 S107). 혹은, 표시부(12)에 사고 전류가 계측 범위 외였다는 것을 나타내는 표시를 실시한다.

다음으로, 회로 차단기가 투입된 후에 단락 등의 과대 전류가 흘렀을 경우 에 대하여 설명한다.

이 경우, 통전 개시부터 시간이 경과하고 있으므로, 통전 시간 판정 1(스텝 S102)에서 통전 시간 T가 소정의 시간 T1에 이르고 있으므로, 처리는 스텝 S108 이후로 진행한다. 순시 전류값의 검출 처리를 실시하고(스텝 S108), 그 순시 전류값이 트립 동작에 이르는 과전류인지 여부의 판정을 실시한다(스텝 S109).

순시 전류값이 과전류가 아닌 때에는, 순시 전류값의 검출 처리(스텝 S108)로 되돌아간다. 한편, 순시 전류값이 과전류이었던 경우에는 통전 시간 T를 초기화하고(스텝 S108), 재차, 통전 시간 T의 적산 처리를 실시한다(스텝 S111).

다음으로, 스텝 S112에서, AL(5)로부터의 입력 신호가 ON 인지 여부를 판정한다. AL(5)로부터의 입력 신호가 ON이 아닌 경우에는 스텝 S111로 되돌아가, 통전 시간 T의 적산 처리를 실시한다. AL(5)로부터의 입력 신호가 ON인 경우, 스텝 S105로 진행하여, 통전 시간 T가 소정의 시간 T2를 초과하고 있는지의 판정을 실시한다.

이후의 처리는 회로 차단기의 투입에 따른 통전 개시시에, 단락 등의 과대 전류가 흘렀을 경우와 같다.

이상과 같이 본 실시형태에 의하면, AL(5)의 출력 신호를 시한 회로(11)에 입력하고 있으므로, AL(5)의 출력 신호의 전환 타이밍에 따라서, 전자기 트립 장치(4)에 의한 동작인지, 트립 코일(3)에 의한 트립 동작인지를 식별할 수 있어, 교류 전로에 과대 전류가 흘러, 전류값이 올바르게 계측되어 있지 않은 것을 표시할 수 있다.

또, 시한 회로(11)에 표시부(12)를 접속하고 있으므로, 교류 전로에 과대 전류가 흘러, 전류값이 올바르게 계측되어 있지 않을 때에, 계측 가능값보다 큰 소정의 값을 사고 전류로서 표시시켜 과대 전류가 흐른 것을 표시할 수 있다.

1 교류 전로, 2 개폐 접점
3 트립 코일, 4 전자기 트립 장치,
5 AL(경보 장치), 6 변류기,
7 정류 회로, 8 전원 회로,
81 다이오드, 82 평활 콘덴서,
83 기준 전압 생성 장치, 84 펄스 듀티 변조기,
9 검출 저항, 10 트랜지스터,
11 시한 회로, 111 파형 변환 회로,
112 A／D 변환 회로, 113 부하 전류 연산부,
114 특성 설정부, 115 제어 장치(CPU),
116 트립 회로, 117 판별 회로,
12 표시부

Claims

교류 전로(電路)를 개폐하는 개폐 접점과, 상기 교류 전로에 흐르는 전류를 검출하여, 상기 전류에 따른 검출 신호를 출력하는 전류 검출 수단과, 이 전류 검출 수단의 출력 신호에 기초하여, 상기 교류 전로에 흐르는 전류가 소정의 값을 초과하면, 소정의 시간 후에 상기 개폐 접점을 개로(開路)하는 트립 신호를 출력하는 시한 회로와, 상기 트립 신호에 의해 활성화(energized)되어 상기 개폐 접점을 개로시키는 전자식(電子式) 트립 장치와, 상기 교류 전로에 흐르는 과대 전류에 의하여 전자기(電磁氣)적으로 활성화되어, 상기 전자식 트립 장치보다 고속으로 상기 개폐 접점을 개로시키는 전자기 트립 장치와, 상기 전자식 트립 장치 또는 전자기 트립 장치에 의하여 상기 개폐 접점이 개로되었을 때 출력 신호를 생성하는 경보 장치를 구비하고,
상기 시한 회로는 상기 경보 장치의 출력 신호를 입력받아, 이 출력 신호의 생성 타이밍에 기초하여, 상기 전류 검출 수단의 출력 신호에 의한 사고 전류값의 계측이 정확한지 여부를 판별하는 것을 특징으로 하는 전자식 회로 차단기.
청구항 1 에 있어서,
상기 시한 회로에 접속된 표시부를 가지고, 상기 시한 회로는 상기 사고 전류값의 계측이 정확하지 않다고 판별하였을 때, 상기 표시부에 상기 사고 전류값의 계측이 정확하지 않은 것을 나타내는 표시를 실시하는 것을 특징으로 하는 전자식 회로 차단기.
청구항 2에 있어서,
상기 사고 전류값의 계측이 정확하지 않은 것을 나타내는 표시로서 계측 범위보다 큰 값을 표시하는 것을 특징으로 하는 전자식 회로 차단기.
청구항 2 에 있어서,
상기 시한 회로는, 상기 경보 장치의 출력 신호 및 상기 트립 신호에 의하여 상기 사고 전류값의 계측이 정확한지 여부를 판별하는 판별 회로와, 상기 전류 검출 수단의 출력 신호에 기초하여 상기 사고 전류값을 연산하는 부하 전류 연산부를 구비하고, 상기 시한 회로는 상기 판별 회로가 상기 사고 전류값의 계측이 정확하지 않다고 판별하였을 때, 상기 표시부에 상기 사고 전류값으로서 소정의 값을 표시시키는 것을 특징으로 하는 전자식 회로 차단기.