KR101887457B1 - 누전 차단 장치 및 그 제어 방법 - Google Patents

누전 차단 장치 및 그 제어 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 누설 전류를 감지하고, 누전이 감지된 전선을 차단하는 회로 장치 및 그 장치의 제어 방법에 대한 것으로, 전원으로부터 특정 장비에 전류가 유입되는 전선들 중 어느 하나에 연결되며, 상기 유입되는 전류의 전류값을 측정하는 제1 전류 센서와, 상기 특정 장비로부터 상기 전원으로 연결되고 상기 제1 전류 센서가 연결된 전선과 함께 회로를 형성하며 상기 특정 장비에서 유출된 전류가 흐르는 전선에 연결되어 상기 유출되는 전류의 전류값을 측정하는 제2 전류 센서와, 상기 제1 전류 센서와 제2 전류 센서로부터 각각 측정된 전류값을 입력받고, 입력된 두 전류값의 차이를 증폭하여 출력하는 차동 증폭부와, 상기 회로를 형성하는 전선들을 차단하는 차단 스위치, 및, 상기 차동 증폭부의 출력값과 기 설정된 임계값을 비교하여 누전 여부를 판단 및, 누전 여부 판단 결과에 따라 상기 회로를 형성하는 전선들을 차단하도록 상기 차단 스위치를 제어하는 마이크로 프로세서를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

누전 차단 장치 및 그 제어 방법{APPARATUS FOR BREAKING LEAKAGE CURRENT AND METHOD FOR CONTROLLING THEREOF}
본 발명은 누설 전류를 감지하고, 누전이 감지된 전선을 차단하는 회로 장치 및 그 장치의 제어 방법에 대한 것이다.
일반적으로 누전 차단기(Breaker Leakage Current)는 유입 전류와 유출 전류의 크기 차이에 근거하여 누전을 감지하고, 선로를 차단한다. 한편 일반적으로 통상적인 누전 차단기는, 복수의 전선에 설치되는 ZCT(Zero Current Transformer : 영상 변류기)를 이용하여 누전 여부를 검출한다.
여기서 상기 영상 변류기는, 1차 권선으로 3개의 전선을 통과시키고, 2차 권선(coil)은 철심의 둘레에 균일하게 분포시켜 감은 것으로, 3상 전류의 벡터(vector) 합, 즉 3배의 영상 전류에 대응하는 이차 전류를 출력으로 얻는 변류기(Current Transformer, CT)를 의미할 수 있다. 이러한 영상 변류기를 이용하면 상기 전류들의 벡터합이 '0'이 되는지 여부에 따라 누전의 발생 여부를 검출할 수 있다.
예를 들어 유입 전류와 유출 전류의 벡터합이 '0'인 경우는 정상으로 판단하고, 유입 전류와 유출 전류의 벡터합이 '0'이 아닌 경우 비정상, 즉 누전으로 판단하고 누전 차단기의 트립 코일(trip coil)에 발생되는 자력으로 차단이 수행될 수 있다.
한편 이처럼 영상 변류기를 사용하여 영상 전류를 얻는 방법은, 변류기 3개를 이용한 잔류 회로에 의한 방법에 비하여 철심 하나만을 이용하여 상기 영상 전류를 얻을 수 있으므로 철심의 특성차에 의한 오차 영상의 출력이 적다. 이에 따라 고감도의 지락 보호에 주로 사용된다.
그러나 상기 영상 변류기(ZCT)의 경우, 상술한 바와 같이 1차 권선 및 2차 권선을 포함하여 형성된다. 따라서 상기 영상 변류기는 상기 권선들이 구비되는 최소한의 부피를 필요로 하며, 이에 따라 상기 영상 변류기의 크기를 소형화 시키는 데에는 한계가 있다. 그러므로 예를 들어 수백 개의 히터(heater)에 접속되어 있는 각각의 전선에 누전 차단기를 설치하는 것은, 상기 영상 변류기가 필요로 하는 부피로 인해 현실적으로 어렵다.
따라서 현재 통상적으로 설치되는 누전 차단기는, 복수의 히터에 접속되는 복수의 전선이 하나의 영상 변류기를 통해 연결되는 형태로 설치된다. 이에 따라 상기 영상 변류기는 상기 복수의 전선 전체에 대해 누전 발생 여부를 검출 및 누전으로 인한 차단을 수행할 수 있다.
그런데 이러한 통상적인 방법은, 상기 복수의 전선 각각마다 누전을 감지할 수 있는 구성이 아니므로, 상기 복수의 전선 중 하나의 전선에서 누전이 발생된 경우에도 상기 영상 변류기는 상기 복수의 전선 전체 또는 시스템 전체의 전원을 차단하게 된다는 문제가 있다.
본 발명은 전술한 문제 및 다른 문제를 해결하는 것을 목적으로 하는 것으로, 영상 변류기를 사용하지 않고 각 전선의 누전 여부를 검출할 수 있도록 함으로써 그 크기가 대폭 소형화된 누전 차단 장치 및 그 누전 차단 장치의 제어 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적은, 어느 하나의 전선에서 누전이 발생된 경우에, 복수의 전선 전체 또는 시스템 전체의 전원이 차단 없이 상기 누전이 검출된 전선만을 차단할 수 있는 누전 차단 장치 및 그 누전 차단 장치의 제어 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기 또는 다른 목적을 달성하기 위해 본 발명의 일 측면에 따르면, 본 발명의 실시 예에 따른 누전 차단 장치는, 전원으로부터 특정 장비에 전류가 유입되는 전선들 중 어느 하나에 연결되며, 상기 유입되는 전류의 전류값을 측정하는 제1 전류 센서와, 상기 특정 장비로부터 상기 전원으로 연결되고 상기 제1 전류 센서가 연결된 전선과 함께 회로를 형성하며 상기 특정 장비에서 유출된 전류가 흐르는 전선에 연결되어 상기 유출되는 전류의 전류값을 측정하는 제2 전류 센서와, 상기 제1 전류 센서와 제2 전류 센서로부터 각각 측정된 전류값을 입력받고, 입력된 두 전류값의 차이를 증폭하여 출력하는 차동 증폭부와, 상기 회로를 형성하는 전선들을 차단하는 차단 스위치, 및, 상기 차동 증폭부의 출력값과 기 설정된 임계값을 비교하여 누전 여부를 판단 및, 누전 여부 판단 결과에 따라 상기 회로를 형성하는 전선들을 차단하도록 상기 차단 스위치를 제어하는 마이크로 프로세서를 포함하는 것을 특징으로 한다.
일 실시 예에 있어서, 상기 제1 전류 센서 및 제2 전류 센서는, 홀(hole) 소자를 구비하여 전류를 측정하는 홀 전류 센서이며, 회로 기판에 구비될 수 있는 소자 형태로 형성되는 것을 특징으로 한다.
일 실시 예에 있어서, 상기 차단 스위치는, 수의 트랜지스터를 포함하는 릴레이(relay) 회로로 형성되며, 상기 누전 차단 장치는, 상기 소자 형태의 홀 전류 센서로 형성된 상기 제1 및 제2 전류 센서와, 상기 릴레이 회로를 포함하는 PCB(Printed Circuit Board) 형태로 형성되는 것을 특징으로 한다.
일 실시 예에 있어서, 상기 마이크로 프로세서는, 제1 전류 센서에서 측정된 전류값 또는 제2 전류 센서에서 측정된 전류값을 기 설정된 과전류 임계값과 비교하여 과전류 여부를 더 판단하며, 상기 과전류 판단 결과에 따라 상기 회로를 형성하는 전선들 중 과전류가 검출된 전선을 차단하도록 상기 차단 스위치를 제어하는 것을 특징으로 한다.
일 실시 예에 있어서, 상기 누전 발생 여부를 표시하기 위한 표시 LED(Light Emitted Diode)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
일 실시 예에 있어서, 상기 마이크로 프로세서는, 기 설정된 제어 컴퓨터와 더 연결되며, 상기 누전 여부 판단 결과 누전이 검출되면 누전이 검출된 전선에 대한 정보를 상기 제어 컴퓨터가 표시할 수 있도록, 상기 누전이 검출된 전선에 대한 정보를 상기 제어 컴퓨터로 전송하는 것을 특징으로 한다.
상기 또는 다른 목적을 달성하기 위해 본 발명의 일 측면에 따르면, 전원과 특정 장비 사이를 연결하며, 상기 전원과 상기 특정 장비 사이에 회로를 형성하는 복수의 전선들 각각에 연결되어 누전을 검출 및 검출된 누전에 따른 차단을 수행하는 누전 차단 장치의 제어 방법에 있어서, 상기 전원으로부터 상기 특정 장비에 전류가 유입되는 전선들 중 어느 하나로부터, 상기 특정 장비에 유입되는 유입 전류값을 측정하는 단계와, 상기 특정 장비에서 유출된 전류가 흐르며, 상기 어느 하나의 전선과 함께 회로를 형성하는 전선으로부터, 상기 특정 장비에서 유출되는 유출 전류값을 측정하는 단계와, 상기 유입 전류값과 유출 전류값의 차이값을 증폭하는 단계, 및, 상기 증폭된 차이값을 기 설정된 임계값과 비교하여 누전 여부를 판단 및 판단 결과에 따라 상기 회로를 형성하는 전선들을 차단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
일 실시 예에 있어서, 상기 제1 전류 센서 및 제2 전류 센서는, 홀(hole) 소자를 구비하여 전류를 측정하는 홀 전류 센서이며, 회로 기판에 구비될 수 있는 소자 형태로 형성되는 것을 특징으로 한다.
일 실시 예에 있어서, 상기 차단하는 단계는, 복수의 트랜지스터를 포함하는 릴레이(relay) 회로를 제어하여, 상기 회로를 형성하는 전선들을 차단하는 단계이며, 상기 누전 차단 장치는, 상기 소자 형태의 홀 전류 센서로 형성된 상기 제1 및 제2 전류 센서와, 상기 릴레이 회로를 포함하는 PCB(Printed Circuit Board) 형태로 형성되는 것을 특징으로 한다.
일 실시 예에 있어서, 상기 유입 전류값을 측정하는 단계는, 상기 유입 전류값을 기 설정된 과전류 임계값과 비교하여 과전류 여부를 판단하는 단계, 및, 상기 과전류 판단 결과에 따라 상기 회로를 형성하는 전선들 중 상기 유입 전류가 흐르는 전선을 차단하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
일 실시 예에 있어서, 상기 유출 전류값을 측정하는 단계는, 상기 유출 전류값을 기 설정된 과전류 임계값과 비교하여 과전류 여부를 판단하는 단계, 및, 상기 과전류 판단 결과에 따라 상기 회로를 형성하는 전선들 중 상기 유출 전류가 흐르는 전선을 차단하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
일 실시 예에 있어서, 상기 차단하는 단계는, 기 설정된 표시 수단을 통해 상기 누전 여부를 판단한 결과를 표시하는 단계를 더 포함하며, 상기 기 설정된 표시 수단은, 상기 누전 발생 여부를 표시하기 위한 표시 LED(Light Emitted Diode) 또는 기 설정된 제어 컴퓨터에 연결된 출력부임을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 누전 차단 장치 및 그 누전 차단 장치 제어 방법의 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 본 발명은 영상 변류기를 사용하지 않고서도 전선에 발생한 누전 여부를 고감도로 검출할 수 있으므로, 누전 차단 장치의 크기를 대폭 소형화시킬 수 있도록 한다는 효과가 있다.
본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 본 발명은 누전 차단 장치의 크기를 대폭 소형화시킬 수 있으므로, 전력을 소모하는 장치에 연결되는 각 전선마다, 그 전선에서 누전이 발생하였는지 여부를 검출할 수 있도록 함으로써, 복수의 전선 전체 또는 시스템 전체의 전원이 차단 없이 상기 누전이 검출된 전선만을 차단할 수 있다는 효과가 있다.
도 1은 영상 변류기(ZCT)가 구비된 누전 차단 장치가 히터로 연결되는 복수의 전선에 설치된 예를 설명하기 위한 블록도이다.
도 2는 히터에 접속되는 전선에 본 발명의 실시 예에 따른 누전 차단 장치가 구비된 경우의 예를 설명하기 위한 블록도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 누전 차단 장치에서, 누전을 감지하고 해당 전선을 차단하는 동작 과정을 도시한 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 누전 차단 장치에서, 과전류를 감지 및 감지된 과전류에 따라 전선을 차단하는 동작을 도시한 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 누전 차단 장치에서 사용되는 전류 센서 및, 본 발명의 실시 예에 따른 누전 차단 방식이 적용된 히터의 전류 감지 PCB(Printed Circuit Board)의 예를 도시한 예시도이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 누전 차단 방식이 적용된 히터의 전류 감지 PCB(Printed Circuit Board)가 복수개 설치되는 예를 도시한 예시도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 동일하거나 유사한 구성요소에는 동일, 유사한 도면 부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
먼저 도 1은 종래 영상 변류기(ZCT)가 구비된 누전 차단 장치가 히터로 연결되는 복수의 전선에 설치된 예를 보이고 있는 것이다. 도 1에서 전류가 흐르는 경로들은 실선(102a, 102b, 102c, 122)으로, 전류 외에 각종 제어 신호 또는 산출 결과가 전송되는 경로(132, 142)는 점선으로 도시하였다.
도 1을 참조하여 살펴보면, 전원(AC 440V, 100)에서 히터(120)로 복수의 전선(102a, 102b, 102c)이 접속되어 있으며, 상기 복수의 전선(102a, 102b, 102c)은 차단 스위치(110)를 거쳐서 히터(120)로 전류가 유입되도록 형성될 수 있다. 즉, 상기 복수의 전선(102a, 102b, 102c)은 히터(120)로 유입되는 유입 전류가 흐르는 전선들일 수 있다.
한편 히터(120)는 유출 전류 전선(122)으로 전원(AC 440V, 100)과 연결될 수 있으며, 상기 히터(120)에서 유출되는 유출 전류는 상기 유출 전류 전선(122)을 통해 다시 전원(100)으로 유입되어 회로를 구성할 수 있다. 여기서 상기 유출 전류 전선(122)은 도 1에서 실선 하나로 표시되어 있으나, 상기 복수의 유입 전류 전선(102a, 102b, 102c) 각각에 대응되는 전선들로 이루어진 전선일 수 있다.
이처럼 회로가 형성된 상태에서, 영상 변류기(130)는 상기 복수의 전선, 즉 유입 전류 전선들(102a, 102b, 102c) 각각과 연결될 수 있으며, 유출 전류 전선(122)과 연결될 수 있다. 그리고 상기 유입 전류 전선들((102a, 102b, 102c)과 유출 전류 전선(122)에 흐르는 유입 전류들과 유출 전류들의 상으로부터 생성되는 벡터들의 합을 산출할 수 있다. 그리고 산출된 결과를 누전 감지 회로(140)로 입력할 수 있다.
한편 누전 감지 회로(140)는 상기 벡터 합이 '0'인지 아닌지를 검출할 수 있다. 그리고 상기 벡터 합이 '0'인 경우 누전이 없는 것으로 판단할 수 있다. 그러나 상기 벡터 합이 '0'인 경우 누전이 발생한 것으로 판단할 수 있다. 따라서 상기 유입 전류 전선들(102a, 102b, 102c) 중 어느 하나에 누전이 발생하는 경우에도, 상기 영상 변류기(130)에서 산출되는 벡터합은 '0'이 아니게 되며, 이에 따라 누전 감지 회로(140)는 누전이 발생한 것으로 판단하게 된다.
그리고 누전이 발생한 것으로 판단되면, 누전 감지 회로(140)는 차단 스위치(110)를 구동시키기 위한 제어 신호를 전송할 수 있다. 그러면 차단 스위치(110)는 상기 유입 전류 전선들(102a, 102b, 102c)을 단락시켜 차단할 수 있다. 즉, 종래 영상 변류기(130)를 이용하여 차단하는 누전 차단기는, 상기 유입 전류 전선들(102a, 102b, 102c) 중 어느 하나에만 누전이 발생하는 경우일지라도, 상기 유입 전류 전선들(102a, 102b, 102c)을 전체가 단락되어 차단된다.
이에 반해 도 2는 히터(120)에 접속되는 각 전선에, 본 발명의 실시 예에 따른 누전 차단 장치가 구비된 경우의 예를 설명하기 위한 블록도이다.
도 2를 참조하여 살펴보면, 본 발명의 실시 예에 따른 누전 차단 장치는, 히터(120)로 연결되는 특정 유입 전류 전선(200)과, 상기 유입 전류 전선(200)에 대응되는 유출 전류 전선(220) 사이에 형성되는 제1 전류 센서(230), 제2 전류 센서(250), 차동 증폭기(260), 제1 차단 스위치(210), 제2 차단 스위치(222), 그리고 마이크로 프로세서(240)를 포함하여 형성될 수 있다. 그리고 상기 마이크로 프로세서(240)와 연결되는 표시 LED(Light Emitted Diode)를 더 포함할 수 있으며, 상기 마이크로 프로세서(240)는 제어 컴퓨터(270)와 연결되도록 형성될 수 있다.
한편 이러한 누전 차단 장치의 구성은, 누전 차단 장치의 필수적인 구성 요소가 아니어도 얼마든지 다른 구성 요소가 더 구비되거나, 덜 구비될 수도 있음은 물론이다.
먼저 상기 전원(100)으로부터 출력되는 유입 전류는 제1 차단 스위치(210)를 거쳐서 히터(120)로 유입될 수 있다. 그리고 상기 제1 전류 센서(230)는, 상기 차단 스위치(210)로 전류가 유입되는 유입 전류 전선(200)과 연결되어, 상기 유입 전류의 전류값을 센싱할 수 있다.
여기서 상기 제1 전류 센서(230)는 홀(hole) 소자를 이용하여 도선에 흐르는 전류가 만드는 자계를 측정하여 전류값을 측정하는 홀(hole) 전류 센서일 수 있다. 이러한 홀 소자의 경우, 유도 코일을 사용하는 방법에 비하여, 직류로부터 고주파까지 넓은 주파수 범위에서 사용할 수 있고, 감도도 높으며, 측정 레인지의 폭이 넓고, 직선성이 좋다는 장점이 있다.
한편 제2 전류 센서(250)는 히터(120)로부터 전원(100)으로 연결되는 유출 전류 전선(220)와 연결되도록 형성될 수 있다. 그리고 상기 히터(120)로부터 출력되는 유출전류는 제2 차단 스위치(222)를 거쳐서 전원(100)으로 유입될 수 있다. 상기 제2 전류 센서(250) 역시 제1 전류 센서(230)와 마찬가지로 홀 전류 센서로 형성될 수 있으며, 상기 유출 전류의 전류값을 센싱할 수 있다.
한편 상기 제1 전류 센서(230)에서 측정되는 유출 전류의 전류값과, 상기 제2 전류 센서(250)에서 측정되는 유입 전류의 전류값은 차동 증폭기(260)로 입력될 수 있다. 상기 차동 증폭기(260)는 입력 신호의 차에 비례하여 출력을 얻을 수 있는 증폭기로서, 출력 신호의 세기가 상기 두 입력 신호의 차이에 따라 증폭될 수 있다. 즉, 유출 전류의 전류값과 유입 전류의 전류값 사이의 차이가 클 수록 큰 값을 가지는 출력 신호(예 : 전압)가 출력될 수 있다.
한편 상기 차동 증폭기(260)로부터 출력되는 출력 신호는 마이크로 프로세서(240)로 입력될 수 있다. 마이크로 프로세서(240)는 상기 출력 신호의 세기를 측정(예 : 전압 세기)하고, 측정된 결과에 따라 상기 유입 전류 전선(200)과 유출 전류 전선(220)에서 누전이 발생하였는지 여부를 검출할 수 있다. 그리고 누전 검출 결과, 누전이 검출된 경우 마이크로 프로세서(240)는 제1 및 제2 차단 스위치들(210, 222)를 구동시키기 위한 제어 신호를 전송할 수 있다. 그러면 상기 차단 스위치들(210, 222)은 유입 전류 전선(200)의 차단 및 유출 전류 전선(220)의 차단을 수행할 수 있다.
한편 마이크로 프로세서(240)는 상기 누전 검출 결과에 따라 표시 LED(280)를 더 제어하거나, 상기 제어 컴퓨터(270)와의 통신을 수행할 수 있다. 즉, 상기 마이크로 프로세서(240)는 표시 LED(280)를 통해 누전 발생 사실을 표시할 수 있으며, 상기 제어 컴퓨터(270)에 현재 누전이 발생한 전선에 대한 정보를 전송하여, 제어 컴퓨터(270)가 상기 누전에 관련된 조치를 취하거나 또는 사용자에게 이를 알리도록 할 수도 있다.
한편 상술한 바와 같이, 본 발명에서는 상기 차동 증폭기(260)에 의해 유출 전류의 전류값과 유입 전류의 전류값 사이의 차이가 증폭될 수 있다. 따라서 상기 차동 증폭기(260)의 증폭 배율에 따라 누전 검출의 감도가 결정될 수 있다. 즉, 상기 증폭 배율이 높을수록 고감도의 누전 검출이 가능하고, 증폭 배율이 낮을수록 누전 검출 감도는 낮아질 수 있다. 한편 상기 차동 증폭기(260)의 증폭 배율은 사용자에 의해 설정될 수 있으며, 이에 따라 고감도의 누전 검출이 필요한 전선과 그렇지 않은 전선에 서로 다르게 차동 증폭기(260)의 증폭 배율이 설정될 수도 있음은 물론이다.
한편 상기 도 2에서 보이고 있는 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 누전 차단 장치는 영상 변류기(ZCT)를 사용하지 않고서도 고감도의 누전 검출이 가능하다. 또한 상기 홀 전류 센서의 경우 권선, 즉 코일을 사용하지 않으므로, 그 부피가 상기 영상 변류기(ZCT)에 비하여 매우 작다. 또한 차동 증폭기(260)의 경우 복수의 트랜지스터를 이용하는 회로로 PCB(Printed Circuit Board) 형태로 구현이 가능하므로, 누전 차단 장치의 크기를 대폭 소형화시킬 수 있다. 한편 이렇게 누전 차단 장치의 크기가 소형화됨으로써, 본 발명의 실시 예에 따른 누전 차단 장치는 도 2에서 보이고 있는 바와 같이 특정 장치(예 : 히터(120))에 접속되는 각각의 유입-유출 전선에 구비될 수 있다. 따라서 각 유입-유출 전선의 누전 발생 여부를 각각 검출할 수 있으며, 특정 전선의 누전 발생 사실을 제어 컴퓨터(270)에 전송하여 표시되도록 할 수도 있다.
한편 상기 제1 전류 센서(230) 또는 제2 전류 센서(250) 중 적어도 하나는 센싱된 전류값을 바로 마이크로 프로세서(240)에 입력할 수도 있다. 도 2의 경우 제1 전류 센서(230)가 측정된 전류값을 바로 마이크로 프로세서(240)에 전송(232)하는 예를 보이고 있으나, 제2 전류 센서(250)가 측정된 전류값을 바로 마이크로 프로세서(240)에 전송할 수도 있음은 물론이다. 물론 제1 전류 센서(230) 및 제2 전류 센서(250)가 측정된 전류값들을 바로 마이크로 프로세서(240)에 전송하도록 형성될 수도 있다.
이러한 경우 마이크로 프로세서(240)는 차동 증폭기(260)에서 증폭된 전류 차이값 뿐만 아니라, 유입 전류의 전류값을 직접 측정할 수도 있다. 따라서 마이크로 프로세서(240)는 상기 유입 전류의 전류값 또는 유출 전류의 전류값으로부터 과전류의 발생 여부를 더 감지할 수 있으며, 상기 과전류가 검출된 경우 제1 차단 스위치(210) 및 제2 차단 스위치(222)를 제어하여 과전류의 유입을 차단할 수도 있다.
도 3은 이러한 본 발명의 실시 예에 따른 누전 차단 장치에서, 누전을 감지하고 해당 전선을 차단하는 동작 과정을 도시한 흐름도이다. 이하의 설명에서 제1 전류 센서(230)는 전원으로부터 특정 장비에 접속되어 전원으로부터 인가된 전류를 상기 특정 장비로 입력하는 유입 전류 전선에 연결되는 것을 가정하고, 제2 전류 센서(250)는 상기 특정 장비로부터 상기 전원에 접속되어 상기 특정 장비로부터 출력된 전류가 상기 전원으로 입력되는 유출 전류 전선에 연결되는 것을 가정하여 설명하기로 한다. 또한 상기 특정 장비는 히터(120)인 경우를 가정하여 설명하기로 한다.
도 3을 참조하여 살펴보면, 본 발명의 실시 예에 따른 누전 차단 장치는, 먼저 제1 전류 센서(230)를 통해, 유입 전류의 전류값을 측정할 수 있다(S300). 그리고 상기 히터(120)로부터 출력되는 유출 전류의 전류값을 제2 전류 센서(250)를 통해 측정할 수 있다(S302).
그리고 상기 제1 전류 센서(230)의 전류값 측정 결과와 제2 전류 센서(250)의 전류값은 차동 증폭기(260)에 입력될 수 있다. 그러면 차동 증폭기(260)는 상기 제1 전류 센서(230)에서 측정된 유입 전류의 전류값과 상기 제2 전류 센서(250)에서 측정된 유출 전류의 전류값 차이를, 현재 설정된 증폭 레벨에 따라 증폭하여 출력할 수 있다. 즉, 상기 유입 전류의 전류값과 상기 유출 전류의 전류값의 차이가 증폭될 수 있다(S304).
한편 상기 전류값 차이를 증폭한 결과는 마이크로 프로세서(240)에 입력될 수 있다. 그러면 마이크로 프로세서(240)는 상기 증폭된 전류값 차이가 기 설정된 임계값을 초과하는지 여부를 판단할 수 있다(S306). 그리고 상기 S306 단계의 판단 결과, 증폭된 전류값 차이가 기 설정된 임계값을 초과하지 않는 경우라면, 다시 S300 단계 내지 S304 단계로 진행하여 유입 전류와 유출 전류의 전류값을 측정 및, 측정된 전류값의 차이를 증폭하는 과정을 다시 수행하고, 증폭된 차이값과 기 설정된 임계값을 비교하는 과정(상기 S306 단계)을 다시 수행할 수 있다.
반면 상기 S306 단계의 판단 결과, 증폭된 전류값 차이가 기 설정된 임계값을 초과하는 경우라면, 마이크로 프로세서(240)는 현재 누전 차단 장치가 설치된 유출 전류 전선과 그에 대응되는 유입 전류 전선에서 누전이 발생한 것으로 감지할 수 있다. 그리고 제1 차단 스위치(210) 및 제2 차단 스위치(222)를 제어하여 상기 유입 전류 전선(200)과 유출 전류 전선(220)을 단락시킴으로서, 누설 전류가 발생하는 것을 차단할 수 있다(S308).
이러한 경우 상기 S308 단계는, 상기 누전이 감지된 전선에 관련된 정보를 표시하는 단계를 더 포함할 수 있다. 예를 들어 상기 마이크로 프로세서(240)는, 상기 누전이 감지된 전선에 대응되는 표시 LED(290)가 누전 감지에 대응되는 빛을 발광하도록 제어함으로서, 누전이 감지되었음을 표시할 수 있다. 또는 상기 마이크로 프로세서(240)는 상기 누전이 감지된 전선에 대한 정보를 제어 컴퓨터(270)에 전송함으로써, 상기 제어 컴퓨터(270)가 상기 누전이 감지된 전선에 대한 정보를 기 설정된 출력부(예 : 디스플레이부, 도시되지 않음)를 통해 표시하도록 할 수도 있다.
한편, 상기 S300 단계 또는 S302 단계는, 상기 제1 전류 센서(230)를 통해 측정된 유입 전류의 전류값 또는 상기 제2 전류 센서(250)를 통해 측정된 유출 전류의 전류값에 따라 과전류 여부를 판단하고, 판단 결과에 따라 해당 전선을 차단하는 과정을 더 포함할 수 있다.
도 4는 이러한 경우에 본 발명의 실시 예에 따른 누전 차단 장치에서, 과전류를 감지 및 감지된 과전류에 따라 마이크로 프로세서(240)가 전선을 차단하는 동작을 도시한 흐름도이다.
먼저 상기 S300 단계 또는 S302 단계는, 상기 제1 전류 센서(230)를 통해 측정된 유입 전류의 전류값 또는 상기 제2 전류 센서(250)를 통해 측정된 유출 전류의 전류값이 마이크로 프로세서(240)로 입력될 수 있다. 그러면 상기 마이크로 프로세서(240)는 입력된 전류값과 기 설정된 과전류 임계값을 비교할 수 있다(S400).
그리고 상기 S400 단계의 비교 결과, 입력된 전류값이 기 설정된 과전류 임계값을 초과하는 경우라면, 과전류가 발생한 것으로 판단 및, 제1 차단 스위치(210) 및 제2 차단 스위치(222)가 구동되도록 제어 신호를 각 차단 스위치들(210, 222)에 전송할 수 있다(S402). 이에 따라 과전류가 발생하는 경우, 마이크로 프로세서(240)는 과전류가 발생된 전선을 단락시켜, 과전류의 유입을 차단할 수 있다.
한편 상기 S400 단계의 비교 결과, 입력된 전류값이 기 설정된 과전류 임계값을 초과하는 경우라면, 도 3의 다음 단계가 진행될 수 있다. 예를 들어 상기 도 4의 과정이 상기 도 3의 S300 단계에 포함되어 수행된 경우라면, 상기 도 4의 S400 단계의 판단 결과 입력된 전류값이 과전류 임계값을 넘지 않은 경우에, 제2 전류 센서(250)가 유출 전류의 전류값을 측정하는 도 3의 S302 단계가 진행될 수 있다. 반면 상기 도 4의 과정이 상기 도 3의 S302 단계에 포함되어 수행된 경우라면, 상기 도 4의 S400 단계의 판단 결과 입력된 전류값이 과전류 임계값을 넘지 않은 경우에, 유입 전류의 전류값과 상기 유출 전류의 전류값의 차이가 증폭되는 도 3의 S304 단계가 진행될 수 있다.
한편 도 5는 이러한 본 발명의 실시 예에 따른 누전 차단 장치에서 사용되는 전류 센서 및, 본 발명의 실시 예에 따른 누전 차단 방식이 적용된 히터의 전류 감지 PCB(Printed Circuit Board)의 예를 도시한 예시도이다. 그리고 도 6은 이러한 본 발명의 실시 예에 따른 누전 차단 방식이 적용된 히터의 전류 감지 PCB(Printed Circuit Board)가 복수개 설치되는 예를 도시한 예시도이다.
먼저 도 5의 (a)는 본 발명의 실시 예에 따른 누전 차단 장치에 포함된 전류 센서의 예를 보이고 있는 것이다. 그리고 도 5의 (b)는 상기 전류 센서를 이용하여 본 발명의 실시 에에 따른 누전 차단 장치가 PCB(Printed Circuit Board) 형태로 형성된 예를 보이고 있는 것이다.
상기 도 5의 (a)에서 보이고 있는 전류 센서는 제1 전류 센서 또는 제2 전류 센서로 사용될 수 있다. 도 5의 (a)에서 보이고 있는 바와 같이 본 발명의 실시 예에 따른 누전 차단 장치의 전류 센서는 권선을 이용하지 않으므로, 회로 기판에 구비될 수 있는 소자로 형성될 수 있다.
한편 이처럼 전류 센서가 회로 기판에 구비될 수 있는 소자 형태로 구비됨으로써, 본 발명의 실시 예에 따른 누전 차단 장치는, 도 5의 (b)에서 보이고 있는 바와 같이, 두 개의 전류 센서(제1 전류 센서 : 230, 제2 전류 센서: 250)와, 제1 차단 스위치(210) 및 제2 차단 스위치(222)의 기능을 수행하는 2회로용 릴레이(Relay) 회로를 포함하는 PCB(Printed Circuit Board) 형태로 형성될 수 있다. 이에 따라 본 발명의 실시 예에 따른 누전 차단 장치는 그 크기를 대폭 소형화할 수 있다.
한편 이에 따라 본 발명은 특정 장치(예를 들어 히터)에 접속되는 각 전선마다 대응되게 구비될 수 있다. 즉, 도 6에서 보이고 있는 바와 같이, 전원(AC 440V)로부터 연결되는 복수의 전선 각각마다 그에 대응되는 PCB 형태의 본 발명의 실시 예에 따른 누전 차단 장치들(500, 502, 504)이 구비될 수 있다. 따라서 본 발명은 각 전선마다 누전이 발생하였는지 여부 및 과전류가 발생하였는지를 정확하게 감지할 수 있다. 또한 복수의 전선 전체 또는 시스템 전체의 전원이 차단 없이, 상기 누전 또는 과전류가 검출된 특정 전선만을 차단할 수 있다. 또한 상기 누전이 발생한 특정 전선 및 과전류가 발생한 특정 전선을 LED 또는 제어 컴퓨터를 통해 바로 표시할 수 있다.
전술한 본 발명은, 프로그램이 기록된 매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 매체는, 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 매체의 예로는, HDD(Hard Disk Drive), SSD(Solid State Disk), SDD(Silicon Disk Drive), ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광 데이터 저장 장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어, 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 따라서 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.
100 : 전원 120 : 히터
200 : 유입 전류 전선 220 : 유출 전류 전선
210: 제1 차단 스위치 222 : 제2 차단 스위치
230 : 제1 전류 센서 232 : 유출 전류값 측정값
240 : 마이크로 프로세서 250 : 제2 전류 센서
252 : 유입 전류값 측정값 260 : 차동 증폭기
262 : 전류값 차이 증폭값 270 : 제어 컴퓨터
280 : 표시 LED

Claims (12)

  1. 누전 차단 장치에 있어서,
    전원으로부터 특정 장비에 전류가 유입되는 전선들 중 어느 하나에 연결되며, 상기 유입되는 전류의 전류값을 측정하는 제1 전류 센서;
    상기 특정 장비로부터 상기 전원으로 연결되고 상기 제1 전류 센서가 연결된 전선과 함께 회로를 형성하며 상기 특정 장비에서 유출된 전류가 흐르는 전선에 연결되어 상기 유출되는 전류의 전류값을 측정하는 제2 전류 센서;
    상기 제1 전류 센서와 제2 전류 센서로부터 각각 측정된 전류값을 입력받고, 입력된 두 전류값의 차이를 증폭하여 출력하는 차동 증폭부;
    상기 회로를 형성하는 전선들을 차단하는 차단 스위치; 및,
    상기 차동 증폭부의 출력값과 기 설정된 임계값을 비교하여 누전 여부를 판단 및, 누전 여부 판단 결과에 따라 상기 회로를 형성하는 전선들을 차단하도록 상기 차단 스위치를 제어하는 마이크로 프로세서를 포함하며,
    상기 차단 스위치는,
    복수의 트랜지스터를 포함하는 릴레이(relay) 회로로 형성되며,
    상기 누전 차단 장치는,
    상기 제1 및 제2 전류 센서와, 상기 릴레이 회로를 포함하는 PCB(Printed Circuit Board) 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 누전 차단 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 전류 센서 및 제2 전류 센서는,
    홀(hole) 소자를 구비하여 전류를 측정하는 홀 전류 센서이며, 회로 기판에 구비될 수 있는 소자 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 누전 차단 장치.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서, 상기 마이크로 프로세서는,
    제1 전류 센서에서 측정된 전류값 또는 제2 전류 센서에서 측정된 전류값을 기 설정된 과전류 임계값과 비교하여 과전류 여부를 더 판단하며,
    상기 과전류 판단 결과에 따라 상기 회로를 형성하는 전선들 중 과전류가 검출된 전선을 차단하도록 상기 차단 스위치를 제어하는 것을 특징으로 하는 누전 차단 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 누전 발생 여부를 표시하기 위한 표시 LED(Light Emitted Diode)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 누전 차단 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 마이크로 프로세서는,
    기 설정된 제어 컴퓨터와 더 연결되며,
    상기 누전 여부 판단 결과 누전이 검출되면 누전이 검출된 전선에 대한 정보를 상기 제어 컴퓨터가 표시할 수 있도록, 상기 누전이 검출된 전선에 대한 정보를 상기 제어 컴퓨터로 전송하는 것을 특징으로 하는 누전 차단 장치.
  7. 전원과 특정 장비 사이를 연결하며, 상기 전원과 상기 특정 장비 사이에 회로를 형성하는 복수의 전선들 각각에 연결되는 제1 및 제2 전류 센서를 통해 누전을 검출 및, 복수의 트랜지스터를 포함하는 릴레이(relay) 회로로 형성되는 차단 스위치가 누전 검출에 따른 차단을 수행하는 누전 차단 장치의 제어 방법에 있어서,
    상기 전원으로부터 상기 특정 장비에 전류가 유입되는 전선들 중 어느 하나로부터, 상기 특정 장비에 유입되는 유입 전류값을 상기 제1 전류 센서를 통해 측정하는 단계;
    상기 특정 장비에서 유출된 전류가 흐르며, 상기 어느 하나의 전선과 함께 회로를 형성하는 전선으로부터, 상기 특정 장비에서 유출되는 유출 전류값을 상기 제2 전류 센서를 통해 측정하는 단계;
    상기 유입 전류값과 유출 전류값의 차이값을 증폭하는 단계; 및,
    상기 차단 스위치가, 상기 증폭된 차이값을 기 설정된 임계값과 비교하여 누전 여부를 판단 및 판단 결과에 따라 상기 회로를 형성하는 전선들을 차단하는 단계를 포함하며,
    상기 누전 차단 장치는,
    상기 제1 및 제2 전류 센서와, 상기 릴레이 회로를 포함하는 PCB(Printed Circuit Board) 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 누전 차단 장치의 제어 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 제1 전류 센서 및 제2 전류 센서는,
    홀(hole) 소자를 구비하여 전류를 측정하는 홀 전류 센서이며, 회로 기판에 구비될 수 있는 소자 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 누전 차단 장치의 제어 방법.
  9. 삭제
  10. 제7항에 있어서, 상기 유입 전류값을 측정하는 단계는,
    상기 유입 전류값을 기 설정된 과전류 임계값과 비교하여 과전류 여부를 판단하는 단계; 및,
    상기 과전류 판단 결과에 따라 상기 회로를 형성하는 전선들 중 상기 유입 전류가 흐르는 전선을 차단하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 누전 차단 장치의 제어 방법.
  11. 제7항에 있어서, 상기 유출 전류값을 측정하는 단계는,
    상기 유출 전류값을 기 설정된 과전류 임계값과 비교하여 과전류 여부를 판단하는 단계; 및,
    상기 과전류 판단 결과에 따라 상기 회로를 형성하는 전선들 중 상기 유출 전류가 흐르는 전선을 차단하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 누전 차단 장치의 제어 방법.
  12. 제7항에 있어서, 상기 차단하는 단계는,
    기 설정된 표시 수단을 통해 상기 누전 여부를 판단한 결과를 표시하는 단계를 더 포함하며,
    상기 기 설정된 표시 수단은,
    상기 누전 발생 여부를 표시하기 위한 표시 LED(Light Emitted Diode) 또는 기 설정된 제어 컴퓨터에 연결된 출력부임을 특징으로 하는 누전 차단 장치의 제어 방법.
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