KR101522955B1

KR101522955B1 - 결상 보호 차단기

Info

Publication number: KR101522955B1
Application number: KR1020150008854A
Authority: KR
Inventors: 홍성희
Original assignee: 에이치제이산전(주)
Priority date: 2015-01-19
Filing date: 2015-01-19
Publication date: 2015-05-28

Abstract

본 발명은 3상 전원 공급라인의 결상을 검출하여 상기 3상 전원 공급라인과 부하(Load) 측의 연결을 차단하는 결상 보호 차단기에 관한 것으로서, 3상 전원 입력단에 연결되어 각 상 입력 전원의 저전압을 검출하는 저전압 검출부(110); 상기 3상 전원 공급라인의 각 상선에 연결되는 브리지 다이오드(D1, D2, D3, D4, D5, D6)로 구성되어 입력 전원을 정류하는 정류부(400); 상기 정류부의 정류 출력단에 연결되는 저전압 검출용 발광 다이오드(300)와, 상기 저전압 검출용 발광 다이오드(300)에 직렬 연결되는 트랜지스터(TR)와, 상기 트랜지스터(TR)의 베이스 단자에 병렬 접속되는 저항(R3) 및 커패시터(C1)로 구성되는 동작 지연부(410); 상기 저전압 검출용 발광 다이오드(300)의 입력단에 역방향으로 접속되는 역류 방지 다이오드(D7)와, 상기 역류 방지 다이오드(D7)의 캐소드 단자와 중성선 사이에 접속되는 축전용 커패시터(C2)로 구성되는 역류 방지 충전부(420); 상기 축전용 커패시터(C2)에 병렬 접속되며 차단기의 트립 코일(510)로의 전원 입력을 스위칭하는 사이리스터(520); 및 상기 저전압 검출부(110)와 상기 사이리스터(520)의 게이트 단자 사이에 연결되며, 상기 저전압 검출용 발광 다이오드(300)와 포토 커플러를 구성하여 상기 저전압 검출 발광 다이오드(300)의 광 출력에 의해 턴 온 되는 포토 트랜지스터(310)를 포함한다.
본 발명에 따르면, 저전압 검출부에서 저전압 검출 신호가 인가되어도 정전 시에는 저전압 검출 시 동작하는 포토 커플러를 곧바로 오프시키고, 정전 후 전원 복구 시에는 저전압 검출신호를 지연시켜 전달함으로써, 결상에 의한 전압 강하와 정전 및 전원 복구 시의 전압 강하를 구분하여 보호 차단기를 동작시킬 수 있으며, 궁극적으로는 보호 차단기의 오동작을 방지할 수 있는 효과가 있다.

Description

결상 보호 차단기{CIRCUIT BRAKER CAPABLE OF PROTECTING OPEN PHASE}

본 발명은 결상 보호 차단기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 결상에 의한 저전압과 정전에 의한 저전압을 구분하여 동작할 수 있는 새로운 결상 보호 차단기에 관한 것이다.

일반적으로, 도 1에 도시한 바와 같은 3상 4선식 배전체계에서 부하 측은 R, S, T 상 중 어느 하나와 중성선인 N 상으로부터 전원을 공급받는 단상 부하(10), 또는, R, S, T 3상으로부터 전원을 공급받는 3상 부하(20)로 구성된다. 통상적으로 국내의 3상 4선식 배전체계에서 3상 부하는 AC 380V이고 단상 부하는 AC 220V로 제공된다.

그런데, 각 상(R, S, T 상)의 결상이나 각 상과 N 상과의 오결선 시에 상간에는 이상 전압이 발생한다. 이상 전압의 크기는 부하상태가 유도성 부하인지 용량성 부하인지와, 부하의 크기 및 혼용 비율에 따라 과전압이나 저전압의 형태로 나타난다. 이러한 이상 전압에 의하여 부하측에서는 전기기기의 소손 내지 파괴가 유발되므로, 배전라인에서는 결상에 의한 이상 전압 발생 시에 보호 차단기를 동작시켜야 한다.

결상에 의한 과전압 및 저전압을 검출하고 검출 결과에 따라 보호 차단기의 트립 코일을 여자시키는 다양한 방법들이 개시되어 있다. 대한민국 등록특허 제10-0451250호는 논리 회로를 이용하여 하나의 상에 대한 결상을 검출하며, 결상 검출 시에 3상 전원을 동시에 차단하고 있다. 대한민국 등록특허 제10-1052471호는 3상 4선식 배전 계통에서 중성선에 결상이 발생할 경우 과전압에 의해 부하의 기기가 소손되는 것을 방지하는 장치를 개시하고 있다.

이와 같이 종래 알려진 결상 보호 차단기는 결상에 따른 과전압을 검출하는 것에 초점이 맞춰져 있었다. 하지만, 상선의 결상에 의한 이상 전압은 저전압의 형태로 나타날 수도 있다. 알려진 결상 보호 차단기 중 결상에 의한 저전압을 검출하여 동작하는 차단기도 존재하지만, 문제는 결상에 의한 저전압 검출과 정전에 의한 저전압 검출을 구분하는 것이 곤란하다는 것이다.

예를 들어, 순간 정전에 의해 부하측에 전원 공급이 중단될 때 보호 차단기는 이를 저전압으로 인식하여 보호 차단기를 동작시킬 수 있다. 보호 차단기는 반드시 수동으로 복귀시켜야 하므로, 전원이 재차 투입되어도 트립 상태를 유지하게 된다. 즉, 관리자가 수동으로 차단기를 복귀시키기 전까지 부하측에 전원 공급이 중단되는 문제점이 있다.

대한민국 등록특허 제10-0451250호 대한민국 등록특허 제10-1052471호

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 결상에 의한 전압 강하와 정전에 의한 전압 강하를 구분하여 동작하도록 하며, 순간 정전 이후 전원 복구 시에 결상에 의한 저전압 검출 동작을 지연시켜 저전압 검출부가 오작동하는 것을 방지하는 결상 보호 차단기를 제공함에 그 목적이 있다.

본 발명의 일실시예에 따른 결상 보호 차단기는, 3상 전원 공급라인의 결상을 검출하여 상기 3상 전원 공급라인과 부하(Load) 측의 연결을 차단하는 결상 보호 차단기에 있어서, 3상 전원 입력단에 연결되어 각 상 입력 전원의 저전압을 검출하는 저전압 검출부(110); 상기 3상 전원 공급라인의 각 상선에 연결되는 브리지 다이오드(D1, D2, D3, D4, D5, D6)로 구성되어 입력 전원을 정류하는 정류부(400); 상기 정류부의 정류 출력단에 연결되는 저전압 검출용 발광 다이오드(300)와, 상기 저전압 검출용 발광 다이오드(300)에 직렬 연결되는 트랜지스터(TR)와, 상기 트랜지스터(TR)의 베이스 단자에 병렬 접속되는 저항(R3) 및 커패시터(C1)로 구성되는 동작 지연부(410); 상기 저전압 검출용 발광 다이오드(300)의 입력단에 역방향으로 접속되는 역류 방지 다이오드(D7)와, 상기 역류 방지 다이오드(D7)의 캐소드 단자와 중성선 사이에 접속되는 축전용 커패시터(C2)로 구성되는 역류 방지 충전부(420); 상기 축전용 커패시터(C2)에 병렬 접속되며 차단기의 트립 코일(510)로의 전원 입력을 스위칭하는 사이리스터(520); 및 상기 저전압 검출부(110)와 상기 사이리스터(520)의 게이트 단자 사이에 연결되며, 상기 저전압 검출용 발광 다이오드(300)와 포토 커플러를 구성하여 상기 저전압 검출 발광 다이오드(300)의 광 출력에 의해 턴 온 되는 포토 트랜지스터(310)를 포함한다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 결상 보호 차단기는, 상기 포토 트랜지스터(310)와 상기 사이리스터(520)의 게이트 단자 사이에 연결되는 쇼트키 다이오드(SD)에 의해 상기 포토 트랜지스터(310)의 출력 전류를 제어하는 전류 제어부(430)를 더 포함한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 결상 보호 차단기는, 상기 3상 전원 입력단에 연결되어 각 상 입력 전원의 과전압을 검출하는 과전압 검출부(100); 상기 과전압 검출부(100)의 출력단에 연결되는 과전압 검출용 발광 다이오드(200); 및 상기 사이리스터(520)의 게이트 단자와 부하측 사이에 연결되며, 상기 과전압 검출용 발광 다이오드(200)와 포토 커플러를 구성하여 상기 과전압 검출용 발광 다이오드(200)의 광 출력에 의해 턴 온 되는 포토 트랜지스터(210)를 더 포함한다.

본 발명의 결상 보호 차단기에 따르면, 저전압 검출부에서 저전압 검출 신호가 인가되어도 정전 시에는 저전압 검출 시 동작하는 포토 커플러를 곧바로 오프시키고, 정전 후 전원 복구 시에는 저전압 검출신호를 지연시켜 전달함으로써, 결상에 의한 전압 강하와 정전 및 전원 복구 시의 전압 강하를 구분하여 보호 차단기를 동작시킬 수 있으며, 궁극적으로는 보호 차단기의 오동작을 방지할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 일반적인 3상 4선식 배전체계에서의 부하 결선을 예시한 회로도,
도 2는 본 발명에서의 과전압 및 저전압 검출부를 예시한 회로도, 및
도 3은 본 발명에 따른 결상 보호 차단기의 회로 구성을 예시한 회로도이다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 구체적인 실시예가 설명된다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대하여 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물, 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

명세서 전체에 걸쳐 유사한 구성 및 동작을 갖는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 그리고 본 발명에 첨부된 도면은 설명의 편의를 위한 것으로서, 그 형상과 상대적인 척도는 과장되거나 생략될 수 있다.

실시예를 구체적으로 설명함에 있어서, 중복되는 설명이나 당해 분야에서 자명한 기술에 대한 설명은 생략되었다. 또한, 이하의 설명에서 어떤 부분이 다른 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 기재된 구성요소 외에 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

또한, 명세서에 기재된 "~부", "~기", "~모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다. 또한, 어떤 부분이 다른 부분과 전기적으로 연결되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 다른 구성을 사이에 두고 연결되어 있는 경우도 포함한다.

도 2는 본 발명에서의 과전압 및 저전압 검출부를 예시한 회로도이고, 도 3은 본 발명에 따른 결상 보호 차단기의 회로 구성을 예시한 회로도이다.

먼저 도 2를 참조하면, 3상 4선식 배전라인에서 R, S, T 각 상의 상선과 중성선(N) 사이에는 과전압 검출부(100) 및 저전압 검출부(110)가 설치된다. 과전압 검출부(100) 및 저전압 검출부(110)는 통상의 3상 4선식 배전반에서와 마찬가지로, 계기용 변압기를 이용하여 상용전원 전압을 계기용 전압으로 변압하고, 변압된 계기용 전압으로부터 상용전원의 과전압 및 저전압을 검출하여 검출신호를 출력한다.

이때, R, S, T 상 중 어느 하나의 결상이 발생하거나 상선과 중성선이 오결선 된 경우 잘 알려진 바와 같이 이상 전압이 발생하는데, 종래 배전반에서는 정전에 의한 순간 전압 강하 또는 정전 후 복구 시의 전압 강하를 저전압으로 인식하는 경우가 있었다. 본 발명의 결상 보호 차단기는 결상에 의한 전압 강하와 정전에 의한 전압 강하를 구분하여 동작하며, 이하 도 3의 회로도를 참조하여 보호 차단기 회로 구성 및 작용에 대하여 설명한다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 결상 보호 차단기의 회로 구성은 정류부(400)와, 동작 지연부(410)와, 역류 방지 충전부(420)와, 전류 제한부(430)와, 정류부(400)와 부하(Load) 사이에 연결되는 보호 계전기(500)와, 정류부(400)와 중성선 사이에 연결되는 차단기의 트립 코일(510) 및 트립 코일(510)의 여자를 위한 사이리스터(520)로 구성된다.

정류부(400)는 3상 전원 입력단에 설치된 브리지 다이오드(D1, D2, D3, D4, D5, D6)로 구성된다. 정류부(400)는 상용전원을 입력받아 보호 차단기의 회로로 정류 전원을 전달한다. 도시한 바와 같이, R, S, T 상의 각 상선에 각각 순방향으로 다이오드 D1, D2, D3가 접속되어 있어 R, S, T 상 중 어느 하나의 상이 결상되거나 두 개의 상이 동시에 결상된 경우에도 보호 차단기의 회로에는 정상적으로 정류 전원이 인가될 수 있다.

브리지 다이오드 D1, D2, D3의 접속점과 D4, D5, D6의 접속점 사이에는 동작 지연부(410)가 설치된다. 동작 지연부(410)는 정류 출력단에 연결되는 저전압 검출용 발광 다이오드(300)와, 저전압 검출용 발광 다이오드(300)에 직렬 연결되는 트랜지스터(TR)와, 트랜지스터(TR)의 베이스 단자에 병렬 접속되는 저항(R3) 및 커패시터(C1)로 구성된다.

도시한 바와 같이, 정류 출력단과 저전압 검출용 발광 다이오드(300) 사이에는 입력 전원의 전압 강하를 위하여 저항(R2)이 설치되며, R, S, T 상 중 어느 하나의 상이라도 연결된 상태라면 저전압 검출용 발광 다이오드(300)는 점등 상태를 유지한다.

트랜지스터(TR)의 베이스 단자에 병렬 접속되는 저항(R3) 및 커패시터(C1)는 정전 후 전원 복구 시에 저전압 검출용 발광 다이오드(300)의 동작을 지연시키기 위한 적분 회로로서, 전원 복구 시에 "t=R3*C1"의 시정수만큼 저전압 검출용 발광 다이오드(300)의 동작이 지연된다. 이 시정수는 정전 후 전원 복구 시에 발생되는 저전압이 정상 전압으로 승압되는데 걸리는 시간보다 좀 더 여유있게 설정된다.

한편, 도 2의 저전압 검출부(110)의 출력라인은 도 3의 회로도에서 포토 트랜지스터(310)의 입력라인에 연결된다. 이 포토 트랜지스터(310, PC2)는 저전압 검출용 발광 다이오드(300, PC2)와 쌍을 이루는 포토 커플러(PC2)이다. 따라서 저전압 검출용 발광 다이오드(300)의 광 출력에 의해 베이스 단자에 신호가 인가되어 턴 온 된다. 그리고 저전압 검출부(110)의 출력 신호가 전해지면 도통되어 사이리스터(520)의 게이트 단자에 게이트 신호를 전달한다.

이때, 포토 트랜지스터(310)의 출력단과 사이리스터(520)의 게이트 단자 사이에는 쇼트키 다이오드(SD)를 포함하는 전류 제어부(430)가 설치되어, 포토 트랜지스터(310)의 출력 전류를 제어하고 사이리스터(520)의 고속 동작을 보장하여 트립 코일(510)이 곧바로 여자될 수 있도록 한다.

역류 방지 충전부(420)는 저전압 검출용 발광 다이오드(300)의 입력단에 역방향으로 접속되는 역류 방지 다이오드(D7)와, 역류 방지 다이오드(D7)의 캐소드 단자와 중성선 사이에 접속되는 축전용 커패시터(C2)로 구성된다. 축전용 커패시터(C2)는 트립 코일(510)과 병렬로 접속되어 트립 코일(510)에 과도한 전류가 인가되는 것을 방지한다. 역류 방지 다이오드(D7)는 정전이 발생된 이후 축전용 커패시터(C2)의 방전에 의해 발생되는 전류가 동작 지연부(410)로 유입되는 것을 차단하여, 정전 시에 저전압 검출용 발광 다이오드(300)가 곧바로 오프(Off) 될 수 있도록 한다. 즉, 정전이 발생될 경우 저전압 검출부(110)에서 검출 신호가 출력되어도 저전압 검출용 발광 다이오드(300)가 오프되어 트립 신호가 차단된다. 따라서 정전이 발생될 때 이를 저전압으로 인식하여 보호 차단기가 트립되는 것을 방지할 수 있다.

이후 다시 활선이 되면(예컨대, 순간 정전 이후 곧바로 상용전원이 복구되는 등과 같이), 동작 지연부(410)의 저항(R3) 및 커패시터(C1)로 구성된 적분 회로에 의해 소정 시간(복구 전원이 정상 전압으로 승압되는 시간만큼의) 지연되어 저전압 검출용 발광 다이오드(300)가 동작한다. 따라서, 정전 이후 전원이 복구될 때에도 이를 저전압으로 인식하여 보호 차단기가 트립되는 것을 방지할 수 있다.

한편, 본 발명의 결상 보호 차단기는 결상에 의한 과전압을 검출하여 보호 차단기를 동작시키는 기능 역시 내포하고 있다. 도 2의 회로도에서와 같이 과전압 검출부(100)의 출력단과 중성선 사이에는 전압 강하를 위한 저항(R1)을 매개로 하여 과전압 검출용 발광 다이오드(200)가 접속된다. 과전압 검출용 발광 다이오드(200, PC1)는 도 3의 회로도에 도시된 포토 트랜지스터(210, PC1)와 쌍을 이루어 포토 커플러(PC1)를 구성한다. 포토 트랜지스터(210)의 일단은 부하 측과 연결되며 타단은 사이리스터(520)의 게이트 단자에 연결된다.

과전압 검출부(100)에서 검출 신호가 발생될 때 과전압 검출용 발광 다이오드(200)가 점등된다. 그리고 포토 트랜지스터(210)에 부하 측이 연결된 상태에서 과전압 검출용 발광 다이오드(200)의 광 신호에 의해 포토 트랜지스터(210)가 턴 온 되어 트립 코일(520)을 여자시킨다.

위에서 개시된 발명은 기본적인 사상을 훼손하지 않는 범위 내에서 다양한 변형예가 가능하다. 즉, 위의 실시예들은 모두 예시적으로 해석되어야 하며, 한정적으로 해석되지 않는다. 따라서 본 발명의 보호범위는 상술한 실시예가 아니라 첨부된 청구항에 따라 정해져야 하며, 첨부된 청구항에 한정된 구성요소를 균등물로 치환한 경우 이는 본 발명의 보호범위에 속하는 것으로 보아야 한다.

100 : 과전압 검출부 110 : 저전압 검출부
200 : 과전압 검출용 발광 다이오드 210 : 포토 트랜지스터
300 : 저전압 검출용 발광 다이오드 310 : 포토 트랜지스터
400 : 정류부 410 : 동작 지연부
420 : 역류 방지 충전부 430 : 전류 제어부
500 : 보호 계전기 510 : 트립 코일
520 : 사이리스터

Claims

3상 전원 공급라인의 결상을 검출하여 상기 3상 전원 공급라인과 부하(Load) 측의 연결을 차단하는 결상 보호 차단기에 있어서,
3상 전원 입력단에 연결되어 각 상 입력 전원의 저전압을 검출하는 저전압 검출부(110);
상기 3상 전원 공급라인의 각 상선에 연결되는 브리지 다이오드(D1, D2, D3, D4, D5, D6)로 구성되어 입력 전원을 정류하는 정류부(400);
상기 정류부의 정류 출력단에 연결되는 저전압 검출용 발광 다이오드(300)와, 상기 저전압 검출용 발광 다이오드(300)에 직렬 연결되는 트랜지스터(TR)와, 상기 트랜지스터(TR)의 베이스 단자에 병렬 접속되는 저항(R3) 및 커패시터(C1)로 구성되는 동작 지연부(410);
상기 저전압 검출용 발광 다이오드(300)의 입력단에 역방향으로 접속되는 역류 방지 다이오드(D7)와, 상기 역류 방지 다이오드(D7)의 캐소드 단자와 중성선 사이에 접속되는 축전용 커패시터(C2)로 구성되는 역류 방지 충전부(420);
상기 축전용 커패시터(C2)에 병렬 접속되며 차단기의 트립 코일(510)로의 전원 입력을 스위칭하는 사이리스터(520); 및
상기 저전압 검출부(110)와 상기 사이리스터(520)의 게이트 단자 사이에 연결되며, 상기 저전압 검출용 발광 다이오드(300)와 포토 커플러를 구성하여 상기 저전압 검출 발광 다이오드(300)의 광 출력에 의해 턴 온 되는 포토 트랜지스터(310)
를 포함하는 것을 특징으로 하는 결상 보호 차단기.
제1항에 있어서,
상기 포토 트랜지스터(310)와 상기 사이리스터(520)의 게이트 단자 사이에 연결되는 쇼트키 다이오드(SD)에 의해 상기 포토 트랜지스터(310)의 출력 전류를 제어하는 전류 제어부(430)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 결상 보호 차단기.
제1항에 있어서,
상기 3상 전원 입력단에 연결되어 각 상 입력 전원의 과전압을 검출하는 과전압 검출부(100);
상기 과전압 검출부(100)의 출력단에 연결되는 과전압 검출용 발광 다이오드(200); 및
상기 사이리스터(520)의 게이트 단자와 부하측 사이에 연결되며, 상기 과전압 검출용 발광 다이오드(200)와 포토 커플러를 구성하여 상기 과전압 검출용 발광 다이오드(200)의 광 출력에 의해 턴 온 되는 포토 트랜지스터(210)
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 결상 보호 차단기.