KR101736000B1 - 전력 계통의 고장 검출 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전력 계통의 고장 검출 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 선로 주위에 발생하는 자기력을 이용하여 상태 신호를 출력함으로써 노이즈에 따른 동작 지연을 줄일 수 있는 전력 계통의 고장 검출 장치에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 계통의 고장 검출 장치는 선로에 흐르는 선로 전류의 크기에 기초하여 전력 계통의 고장을 검출하는 전력 계통의 고장 검출 장치에 있어서, 상기 선로 주위에 발생하는 자기력을 이용하여 가동부의 일단을 고정부의 일단에 접촉시켜 제1 상태 신호를 출력하는 제1 상태 신호 출력부, 상기 선로 전류의 크기 및 상기 선로 전류의 증가율에 기초하여 제2 상태 신호를 출력하는 제2 상태 신호 출력부 및 상기 제1 상태 신호 및 상기 제2 상태 신호에 기초하여 상기 전력 계통의 고장 여부를 판단하는 판단부를 포함한다.

Description

전력 계통의 고장 검출 장치{Apparatus for detecting defect of electric power system}
본 발명은 전력 계통의 고장 검출 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 선로 주위에 발생하는 자기력을 이용하여 상태 신호를 출력함으로써 노이즈(Noise)에 따른 동작 지연을 줄일 수 있는 전력 계통의 고장 검출 장치에 관한 것이다.
전력 계통의 고장 검출 장치는 전력 계통에 접속되어 전력 계통에 과전류나 단락전류와 같은 고장 전류가 발생했을 때 이를 검출하는 전력 기기이다. 전력 계통의 고장 검출 장치는 고장 전류가 검출되면 회로 차단기를 트립(자동 회로 차단)시키거나 또는 한류(회로를 차단하여 통전전류를 제한)시킨다.
도 1은 종래의 전력 계통의 고장 검출 장치를 도시한 도면이다. 이하 도 1을 참조하여 종래의 전력 계통의 고장 검출 장치(10)가 동작하는 과정을 설명하도록 한다. 종래의 전력 계통의 고장 검출 장치(10)는 선로 전류의 크기 및 선로 전류의 증가율에 기초하여 전력 계통의 고장 여부를 판단할 수 있다.
먼저 검출기(11)가 선로 전류의 크기를 검출하고 증폭기(12)가 검출된 선로 전류의 크기를 증폭한다. 그 다음 비교기(13)는 증폭된 선로 전류의 크기와 제1 설정 값(Ref1)을 비교하여 증폭된 선로 전류의 크기가 제1 설정 값(Ref1) 이상이면 제1 출력 신호를 출력할 수 있다.
한편, 미분기(14)는 전류의 증가율을 산출하고 증폭기(15)는 산출된 선로 전류의 증가율을 증폭한다. 그 다음 비교기(16)는 증폭된 선로 전류의 증가율과 제2 설정 값(Ref2)을 비교하여 증폭된 선로 전류의 증가율이 제2 설정 값(Ref) 이상이면 제2 출력 신호를 출력할 수 있다. 그 다음, 판단부는 제1 출력 신호 및 제2 출력 신호를 기초로 전력 계통의 고장 여부를 판단할 수 있다.
그러나, 종래의 전력 계통의 고장 검출 장치(10)는 전력 계통의 고장 여부만을 판단할 수 있을 뿐 노이즈를 판단할 수 없는 문제점이 있다. 또한, 종래의 전력 계통의 고장 검출 장치(10)는 전력 계통의 고장 여부 검출 후 노이즈를 판단하고 노이즈가 발생하면 동작을 중지한다. 따라서, 종래의 전력 계통의 고장 검출 장치(10)에 따르면 노이즈가 입력될 경우 동작을 중지하는 동안 전력 계통의 고장 여부를 검출할 수 없는 문제점이 있다. 또한, 종래의 전력 계통의 고장 검출 장치(10)는 노이즈에 민감하여 노이즈에 따른 오동작이 발생하는 문제점이 있다.
본 발명은 선로 주위에 발생하는 자기력을 이용하여 상태 신호를 출력함으로써 노이즈에 따른 동작 지연을 줄일 수 있는 전력 계통의 고장 검출 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 선로 주위에 발생하는 자기력을 이용하여 상태 신호를 출력함으로써 노이즈에 따른 오동작을 줄일 수 있는 전력 계통의 고장 검출 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 자기력에 기초한 제1 상태 신호, 선로 전류의 크기 및 선로 전류의 증가율에 기초한 제2 상태 신호를 이용하여 전력 계통의 고장 여부를 판단함으로써 고장 검출의 신뢰도를 높일 수 있는 전력 계통의 고장 검출 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 설정 값과 측정 값을 비교하여 고장 여부를 판단함으로써 고장 검출 시간을 줄일 수 있는 전력 계통의 고장 검출 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 계통의 고장 검출 장치는 선로에 흐르는 선로 전류의 크기에 기초하여 전력 계통의 고장을 검출하는 전력 계통의 고장 검출 장치에 있어서, 상기 선로 주위에 발생하는 자기력을 이용하여 가동부의 일단을 고정부의 일단에 접촉시켜 제1 상태 신호를 출력하는 제1 상태 신호 출력부, 상기 선로 전류의 크기 및 상기 선로 전류의 증가율에 기초하여 제2 상태 신호를 출력하는 제2 상태 신호 출력부 및 상기 제1 상태 신호 및 상기 제2 상태 신호에 기초하여 상기 전력 계통의 고장 여부를 판단하는 판단부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
전술한 바와 같은 본 발명에 의하면 선로 주위에 발생하는 자기력을 이용하여 상태 신호를 출력함으로써 노이즈가 발생 하더라도 전력 계통의 고장 여부를 지속적으로 검출할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의하면 선로 주위에 발생하는 자기력을 이용하여 상태 신호를 출력함으로써 노이즈에 따른 오동작을 줄일 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 자기력에 기초한 제1 상태 신호, 선로 전류의 크기 및 선로 전류의 증가율에 기초한 제2 상태 신호를 이용하여 전력 계통의 고장 여부를 판단함으로써 고장 검출의 신뢰도를 높일 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 설정 값과 측정 값을 비교하여 고장 여부를 판단함으로써 고장 검출 시간을 줄일 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래의 전력 계통의 고장 검출 장치를 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 계통의 고장 검출 장치를 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 고장 상태일 때의 제1 상태 신호 출력부를 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 정상 상태일 때의 제1 상태 신호 출력부를 도시한 도면.
도 5은 본 발명의 일 실시예에 따른 선로 전류의 크기를 도시한 그래프.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 비교부를 도시한 도면.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 비교부를 도시한 도면.
전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 구성요소를 가리키는 것으로 사용된다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 계통의 고장 검출 장치(100)를 도시한 도면이다. 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 계통의 고장 검출 장치(100)는 제1 상태 신호 출력부(110), 제2 상태 신호 출력부(120), 판단부(130) 및 광 신호 변환부(140)를 포함하여 구성될 수 있다. 도 2에 도시된 전류 차단기(100)는 일 실시예에 따른 것이고, 그 구성요소들이 도 2에 도시된 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 일부 구성요소가 부가, 변경 또는 삭제될 수 있다.
도 3는 본 발명의 일 실시예에 따른 고장 상태일 때의 제1 상태 신호 출력부(110)를 도시한 도면이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 정상 상태일 때의 제1 상태 신호 출력부(110)를 도시한 도면이다.
도 5은 본 발명의 일 실시예에 따른 선로 전류의 크기를 도시한 그래프이다. 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 비교부(121)를 도시한 도면이고, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 비교부(122)를 도시한 도면이다. 이하 도 3 내지 도 7을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 계통의 고장 검출 장치(100)를 설명하도록 한다.
제1 상태 신호 출력부(110)는 선로(200) 주위에 발생하는 자기력을 이용하여 가동부(112)의 일단을 고정부(111)의 일단에 접촉시켜 제1 상태 신호를 출력할 수 있다. 가동부(112) 및 고정부(111)는 선로(200) 주변에 구비된 물체로서 가동부(112)는 고정부(111)의 양 끝 단에서 좌우 움직임을 통해 고정부(111)의 양 끝 단을 연결할 수 있다. 고정부(111)는 선로(200) 주변에 고정된 물체이고, 가동부(112)와 고정부(111)의 구성은 동일할 수 있다. 또한, 가동부(112)와 고정부(111)의 모양은 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 사각형에 한정하지 않으며 다른 모양의 도형일 수 있다. 제1 상태 신호는 선로 전류가 고장 상태 또는 정상 상태인지 여부를 나타내는 신호로서 고장 신호 및 정상 신호를 포함할 수 있다.
도 3 및 도 4에 도시된 자속은 자기력의 크기를 도시한 선으로서, 자기력의 크기가 세지면 자속이 많아지고, 자기력의 크기가 약해지면 자속은 줄어든다. 한편, 선로(200) 상에 흐르는 선로 전류의 크기가 커지면 자기력 또한 커지고, 선로 전류의 크기가 작아지면 자기력 또한 작아진다. 자기력의 방향은 앙페르의 오른나사 법칙에 따라 선로 전류가 진행하는 방향의 수직하는 평면 상에 오른나사 방향으로 형성된다. 또한, 자기력은 상술한 가동부(112)를 움직여 고정부(111)와 접촉시킬 수 있다.
일 실시예로 제1 상태 신호 출력부(110)는 스프링(113), 제1 절연체(114) 및 제2 절연체(115)를 포함하여 구성될 수 있다. 도 3 및 도 4에 제1 상태 신호 출력부(110)는 일 실시예에 따른 것이고, 그 구성요소들이 도 3 도 4에 도시된 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 일부 구성요소가 부가, 변경 또는 삭제될 수 있다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 스프링(113)은 가동부(112)의 일단과 고정부(111)의 일단에 연결될 수 있다. 선로 전류의 크기에 비례하여 자기력이 세지면 가동부(112)의 일단이 고정부(111)의 일단에 접촉되는데, 다시 자기력이 감소하면 스프링(113)은 가동부(112)의 일단을 고정부(111)의 일단으로부터 이격 시키는 역할을 한다.
제1 절연체(114)는 스프링(113)의 내부에 위치할 수 있고, 제2 절연체(115)는 가동부(112)의 일단이 고정부(111)의 일단에 접촉되면 제1 절연체(114)와 접촉할 수 있다. 도 3를 참조하면, 고장 상태이므로 선로 전류의 크기가 커지고 이에 따라 자기력의 세기가 커지게 된다. 자기력의 세기가 스프링(113)의 탄성력보다 커지면 가동부(112)의 일단은 고정부(111)의 일단과 접촉하게 된다. 가동부(112)의 일단이 고정부(111)의 일단과 접촉하게 되면 제1 절연체(114)와 제2 절연체(115) 또한 접촉하게 된다. 제1 절연체(114)와 제2 절연체(115)가 접촉하면, 제1 상태 신호 출력부(110)는 고장 신호를 출력할 수 있다.
한편, 도 4를 참조하면 정상 상태이므로 자기력의 크기가 스프링(113)의 탄성력보다 작고, 가동부(112)의 일단은 고정부(111)의 일단에 접촉하지 않고 이격된다. 가동부(112)의 일단이 고정부(111)의 일단과 이격되면, 제1 절연체(114)와 제2 절연체(115) 또한 접촉하지 않는다. 제1 절연체(114)와 제2 전연체가 접촉하지 않으면, 제1 상태 신호 출력부(110)는 정상 신호를 출력할 수 있다.
일 실시예로 제1 상태 신호 출력부(110)는 선로 전류의 크기가 미리 설정된 값 이상이면 고장 신호를 출력하고, 선로 전류의 크기가 미리 설정된 값 미만이면 정상 신호를 출력할 수 있다. 미리 설정된 값은 사용자에 의해 설정될 수도 있고, 제1 상태 신호 출력부(110)에서 자동으로 설정될 수 도 있다.
도 5를 참조하면, 미리 설정된 값은 정상 전류 및 정격 전류보다 크기가 크며, 제1 상태 신호 출력부(110)는 미리 설정된 값을 기준으로 획일적으로 판단함에 따라 고장 검출 시간을 단축시킬 수 있다. 한편, 제1 상태 신호 출력부(110)는 선로 전류의 크기가 일정하면 정상 전류로 판단할 수 있고, 선로 전류의 크기가 일정하지는 않으나 그 크기의 변화가 작을 경우에는 정격 전류로 판단할 수 있다.
제2 상태 신호 출력부(120)는 선로 전류의 크기 및 선로 전류의 증가율에 기초하여 제2 상태 신호를 출력할 수 있다. 먼저 제2 상태 신호 출력부(120)는 선로 전류의 크기를 검출하고 검출된 선로 전류의 크기를 증폭한다. 그 다음 증폭된 선로 전류의 크기와 제1 설정 값을 비교하여 증폭된 선로 전류의 크기가 제1 설정 값 이상이면 제1 출력 신호를 출력할 수 있다. 예를 들어, 선로 전류의 크기가 제1 설정 값 이상이면 제1 출력신호는 "1"이고, 선로 전류의 크기가 제1 설정 값 미만이면 제1 출력신호는 "0"일 수 있다.
또한, 제2 상태 신호 출력부(120)는 선로 전류의 증가율을 검출하고 검출된 선로 전류의 증가율을 증폭한다. 그 다음 증폭된 선로 전류의 증가율과 제2 설정 값을 비교하여 증폭된 선로 전류의 증가율이 제2 설정 값 이상이면 제2 출력 신호를 출력할 수 있다. 이 때 선로 전류의 증가율은 도 5에서 그래프의 기울기 일 수 있으며, 제2 상태 신호 출력부(120)는 도 5도시된 그래프를 미분하여 선로 전류의 증가율을 검출할 수 있다. 한편, 선로 전류의 증가율이 제2 설정 값 이상이면 제2 출력신호는 "1"이고, 선로 전류의 크기가 제2 설정 값 미만이면 제2 출력신호는 "0"일 수 있다.
제1 출력 신호 및 제2 출력 신호가 출력되면 제2 상태 신호 출력부(120)는 이를 기초로 제2 상태 신호를 출력할 수 있다. 예를 들어, 제1 출력 신호가 "1"이고 제2 출력 신호가 "1"이면, 선로 전류의 크기 및 선로 전류의 증가율이 설정 값 이상이므로 고장 상태를 나타내는 제2 상태 신호로서 "1"을 출력할 수 있다. 한편, 제1 출력 신호가 "1"이고 제2 출력 신호가 "0"이면, 선로 전류의 크기만 제1 설정 값 이상이고 선로 전류의 증가율은 제2 설정 값 미만이므로 정상 상태를 나타내는 제2 상태 신호로서 "0"을 출력할 수 있다.
일 실시예로 제2 상태 신호 출력부(120)는 제1 비교부(121), 제2 비교부(122), 출력부(123) 및 검출기(124)를 포함하여 구성될 수 있다. 도 2에 도시된 제2 상태 신호 출력부(120)는 일 실시예에 따른 것이고, 그 구성요소들이 도 2에 도시된 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 일부 구성요소가 부가, 변경 또는 삭제될 수 있다.
제1 비교부(121)는 선로 전류의 크기를 증폭하고, 증폭된 선로 전류의 크기와 제1 설정 값을 비교하여 증폭된 선로 전류의 크기가 제1 설정 값 이상이면 제1 출력 신호를 출력할 수 있다. 도 6을 참조하면, 증폭기(121-1)에서 전류의 크기를 증폭하고 비교기(121-2)에서 제1 설정 값과 증폭된 전류의 크기를 비교할 수 있다.
또한, 제2 비교부(122)는 선로 전류의 증가율을 증폭하고, 증폭된 선로 전류의 증가율과 제2 설정 값을 비교하여 증폭된 선로 전류의 증가율이 제2 설정 값 이상이면 제2 출력 신호를 출력할 수 있다. 도 7를 참조하면, 미분기(122-1)에서 선로 전류의 증가율을 산출하고, 증폭기(122-2)에서 선로 전류의 증가율을 증폭한다. 그 다음, 비교기(122-3)에서 증폭된 선로 전류의 증가율과 제2 설정값을 비교하여 제2 출력 신호를 출력할 수 있다.
출력부(123)는 제1 출력 신호 및 제2 출력 신호를 기초로 제2 상태 신호를 출력할 수 있다. 검출기는 선로(200)와 연결되어 선로 전류 신호를 검출하는 장치로서 검출된 선로 전류 신호를 제1 비교부(121) 및 제2 비교부(122)로 전달할 수 있다.
광 신호 변환부(140)는 제1 상태 신호 출력부(110)에서 제1 상태 신호가 출력되면 제1 상태 신호를 광 신호로 변환할 수 있다. 제1 상태 신호는 전기 신호 이므로 광 신호 변환부(140)는 이를 광 신호로 변환하여 판단부(130)로 전송하는 역할을 한다. 보다 구체적으로, 광 신호 변환부(140)는 전기 신호를 광 신호로 변환하고 광 신호를 광 섬유를 통해 전달한 후, 전달된 광 신호를 다시 전기 신호로 바꾸어 판단부(130)로 전송할 수 있다. 광 섬유는 내부에는 굴절율이 큰 물질을 포함하고, 외부에는 굴절율이 작은 물질을 포함함으로써 광 신호의 전반사를 이용하여 광 신호를 전달한다. 한편, 광 신호 변환부(140)는 포토 다이오드, 광 컨버터 등이 있으며, 광 신호 변환부(140)의 종류는 상술한 실시예에 한정하지 않는다.
판단부(130)는 제1 상태 신호 및 제2 상태 신호에 기초하여 전력 계통의 고장 여부를 판단할 수 있다. 또한, 판단부(130)는 전기 신호로 변환된 제1 상태 신호 및 제2 상태 신호에 기초하여 전력 계통의 고장 여부를 판단할 수도 있다. 예를 들어, 제1 상태 신호가 "1"이고 제2 상태 신호가 "1"이면, 판단부(130)는 전력 계통을 고장 상태로 판단할 수 있다. 한편, 제1 상태 신호가 "1"이고 제2 상태 신호가 "0"이거나 제1 상태 신호가 "0"이고 제2 상태 신호가 "1"면, 판단부(130)는 전력 계통을 정상 상태로 판단할 수 있다. 또한, 판단부(130)는 제1 상태 신호가 "0"이고 제2 상태 신호가 "0"이면 전력 계통을 정상 상태로 판단할 수 있다.
전술한 바와 같은 본 발명에 의하면 선로 주위에 발생하는 자기력을 이용하여 상태 신호를 출력함으로써 노이즈에 따른 동작 지연을 줄일 수 있는 효과가 있다. 또한, 본 발명에 의하면 선로 주위에 발생하는 자기력을 이용하여 상태 신호를 출력함으로써 노이즈에 따른 오동작을 줄일 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 자기력에 기초한 제1 상태 신호, 선로 전류의 크기 및 선로 전류의 증가율에 기초한 제2 상태 신호를 이용하여 전력 계통의 고장 여부를 판단함으로써 고장 검출의 신뢰도를 높일 수 있는 효과가 있다. 또한, 본 발명은 설정 값과 측정 값을 비교하여 고장 여부를 판단함으로써 고장 검출 시간을 줄일 수 있는 효과가 있다.
전술한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.

Claims (6)

  1. 선로에 흐르는 선로 전류의 크기에 기초하여 전력 계통의 고장을 검출하는 전력 계통의 고장 검출 장치에 있어서,
    상기 선로 주위의 자기력에 의해 가동부의 일단이 고정부의 일단에 접촉되는지 여부에 따라, 상기 선로 전류의 상태에 대응한 제1 상태 신호를 출력하는 제1 상태 신호 출력부;
    상기 선로 전류의 크기 및 상기 선로 전류의 증가율에 기초하여 제2 상태 신호를 출력하는 제2 상태 신호 출력부; 및
    상기 제1 상태 신호 및 상기 제2 상태 신호에 기초하여 상기 전력 계통의 고장 여부를 판단하는 판단부를
    포함하는 전력 계통의 고장 검출 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 상태 신호 출력부에서 상기 제1 상태 신호가 출력되면 상기 제1 상태 신호를 광 신호로 변환하는 광 신호 변환부를
    더 포함하는 전력 계통의 고장 검출 장치.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 상태 신호 출력부는
    상기 가동부의 일단과 상기 고정부의 일단에 연결된 스프링;
    상기 스프링의 내부에 위치하는 제1 절연체; 및
    상기 가동부의 일단이 상기 고정부의 일단에 접촉되면 상기 제1 절연체와 접촉하는 제2 절연체를
    포함하는 전력 계통의 고장 검출 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 상태 신호는 고장 신호 및 정상 신호를 포함하고,
    상기 제1 상태 신호 출력부는
    상기 선로 전류의 크기가 미리 설정된 값 이상이면 상기 가동부의 일단이 상기 고정부의 일단에 접촉되어 상기 제1 상태 신호를 상기 고장 신호로 출력하고,
    상기 선로 전류의 크기가 상기 미리 설정된 값 미만이면 상기 가동부의 일단이 상기 고정부의 일단으로부터 이격되어 상기 제1 상태 신호를 상기 정상 신호로 출력하는 전력 계통의 고장 검출 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제2 상태 신호 출력부는
    상기 선로 전류의 크기를 증폭하고, 상기 증폭된 선로 전류의 크기와 제1 설정 값을 비교하여 상기 증폭된 선로 전류의 크기가 상기 제1 설정 값 이상이면 제1 출력 신호를 출력하는 제1 비교부;
    상기 선로 전류의 증가율을 증폭하고, 상기 증폭된 선로 전류의 증가율과 제2 설정 값을 비교하여 상기 증폭된 선로 전류의 증가율이 상기 제2 설정 값 이상이면 제2 출력 신호를 출력하는 제2 비교부; 및
    상기 제1 출력 신호 및 상기 제2 출력 신호를 기초로 상기 제2 상태 신호를 출력하는 출력부를
    포함하는 전력 계통의 고장 검출 장치.
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