KR101889535B1 - 누전차단기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 누전차단기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전원회로에서의 입력전압을 이용하여 영상변류기(ZCT)의 권선에 전류신호를 인가시켜 줌으로써 회로구성이 간단하면서도 소신호 부품으로 회로구성이 가능한 누전처단기에 관한 것이다.
본 발명에 따른 누전차단기는 다상교류선로를 개폐하기 위한 개폐기구부; 상기 다상교류선로의 누설전류를 검출하는 영상변류기; 상기 영상변류기에서 검출된 누설전류를 이용하여 누전 발생의 유무를 판정하는 누전판별회로; 상기 누전판별회로에서 누전 발생으로 판정되었을 경우 출력되는 누전발생출력신호에 의해 상기 개폐기구부를 트립하여 차단하는 트립 장치; 상기 영상변류기에 누전모의전류를 공급하기 위한 테스트회로; 및 상기 다상교류선로로부터의 교류전원을 입력으로 하여 상기 누전판별회로 및 상기 테스트회로로 전력을 공급하는 전원회로;를 포함하여 구성되고, 상기 테스트회로는: 상기 전원회로 입력단의 하나 이상의 상의 교류전원신호를 입력으로 하여 상기 교류전원신호를 상기 영상변류기의 테스트신호인 누전모의전류로 변환하여 상기 영상변류기로 전달하기 위한 신호변환회로; 및 상기 신호변환회로로부터 상기 영상변류기로 누전모의전류를 공급하는 회로의 개폐를 조작하는 테스트스위치;로 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.

Description

누전차단기{Earth Leakage Breaker}

본 발명은 누전차단기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전원회로에서의 입력전압을 이용하여 영상변류기(ZCT)의 권선에 전류신호를 인가시켜 줌으로써 회로구성이 간단하면서도 소신호 부품으로 회로구성이 가능한 누전처단기에 관한 것이다.

누전차단기란 누전 검출부, 영상변류기, 차단기구 등으로 구성된 장치로써 전기기계기구의 금속제 외함 또는 외피 등의 금속제 부분에 누전, 절연파괴 등으로 인하여 발생되는 지락전류가 일정 값 이상일 경우 주어진 동작시간 이내에 전기기계기구의 전로를 차단하는 장치를 말한다.

누전차단기는 통상 누전검출부, 영상변류기 및 차단부로 구성되어 있으며, 대단히 적은 누설전류를 정확하게 잡는 것은 영상 변류기와 누전 검출부이다. 누전이 없는 상태에서는 영상변류기를 통해 흐르는 전류와 되돌아가는 전류와 같은 수치로 되어있고, 흐르는 전류에 따라 영상변류기에 발생하는 자속은 서로 상쇄되지만, 누전이 발생한 상태에서는, 영상변류기를 통해 흐르는 전류에 차가 생기며, 이 전류차에 의해서 영상변류기에 자속이 생겨 이 자속에 의하여 영상변류기 이차권선의 누전검출부에 신호를 보내게 된다. 이 신호에 따라서 누전검출부가 누전 TRIP 기구를 동작시키고 누전차단기는 회로를 차단하게 된다.

누전차단기의 종류에는 테스트 스위치를 장착하여 테스트 스위치를 누르면 차단동작을 실행하도록 하는 방식이 있다. 이 방식의 원리는 누전차단기가 누전전류를 감지하기 위한 영상변류기(ZCT)에 누전된 상황과 유사한 모의 전류를 흘림으로써 회로부 및 기구부가 정상 동작하여 트립동작을 수행함을 확인하는 것이다.

누전전류를 발생시키는 방법으로는 두가지 방법이 있는데 첫번째는 테스트 스위치를 누르면 발진회로부가 동작하여 발진회로의 출력 전류를 영상변류기(ZCT)의 제 2권선(2턴이상)에 흘려주어 영상변류기(ZCT)의 제 1권선에서 이를 감지하는 방식이다. 또 다른 방법은 영상변류기(ZCT)에 제 2 권선을 감지 않고, 영상변류기(ZCT) 전단의 전력선 1선과 영상변류기(ZCT) 후단의 전력선 1선 사이에 테스트 버튼과 저항을 직렬로 연결하여 버튼이 눌려지면 비교적 큰 누전전류(제 2권선이 없으므로 제2권선의 턴수만큼 큰 전류)를 흐를 수 있도록 한 방식이다.

이러한 종래의 누전전류를 발생시켜 누전차단기를 구현하는 것과 관련된 종래기술로는 등록특허 제 10-0972274 호가 있다.

도 1은 종래기술인 등록특허 제 10-0972274 호의 회로구성을 보여주는 도면이다.

도 1을 참조하면, 종래의 누전차단기는 전원측 접속단자(1A)와 부하측 접속단자(1B)를 접속하는 3상의 교류전로(1), 상기 교류전로(1)를 개폐하는 개폐부(2), 교류전로(1)의 전상의 도체가 삽입통과되어 상기 교류전로(1)에 흐르는 누전전류를 검출하는 영상변류기(3), 상기 영상변류기(3)의 누전전류검출코일(3a)의 검출전류를 감시하여 누전의 유무를 판별하는 누전판별회로(6), 상기 누전판별회로(6)의 누전 발생을 나타내는 출력신호에 의해 상기 개폐부(2)의 개폐기구를 트립하여 개폐부(2)를 열고 교류전로(1)를 차단하는 트립장치(4)를 구비하는 동시에, 상기 개폐부(2), 영상변류기(3), 트립장치(4) 및 누전판별회로(6)가 정상적으로 동작하는지 여부를 확인하기 위한 누전테스트회로(7)와, 누전판별회로(6) 및 테스트회로(7)에 동작전력을 공급하는 전원회로(5)를 구비하고 있다. 상기 누전테스트회로(7)는 테스트스위치(7b) 및 발진회로(7c)로 구성된다.

그러나 도 1에서 보인 종래의 누전차단기와 같이 발진회로를 사용할 경우 소신호 처리이므로 전력 소모가 적고, 작은 부품을 사용하여 구현할 수 있다는 장점이 있는 반면 회로가 복잡해진다는 단점이 있다.

이러한 단점을 극복하기 위하여 직접 전류를 인가하는 방식으로 누전차단기를 구현하며 도 2에서는 이러한 종래의 누전차단기의 구성을 보여주고 있다.

하지만 이러한 적접전류 인가 방식은 부품 수는 적고 간단한 반면 높은 전압의 정격과 발진 회로 방식에 비해 비교적 큰 전류를 흘려 주어야 하므로 테스트 버튼 및 저항이 커져야 한다는 단점이 있다.

한국등록특허 10-0972274호 : 누전차단기

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로, 본 발명에 따르면, 누전차단기에서 정상 동작 유무를 확인하기 위한 테스트 버튼 회로와 관련하여 기존의 발진회로를 통한 테스트 전류 인가 또는 테스트 버튼과 저항을 통한 직접 테스트 전류 인가 방식과 다르게 입력 전압을 이용하여 저 소비전력의 테스트 신호 발생 회로를 갖는 누전차단기가 제공된다.

본 발명의 실시예에 따른 누전차단기는 다상교류선로를 개폐하기 위한 개폐기구부; 상기 다상교류선로의 누설전류를 검출하는 영상변류기; 상기 영상변류기에서 검출된 누설전류를 이용하여 누전 발생의 유무를 판정하는 누전판별회로; 상기 누전판별회로에서 누전 발생으로 판정되었을 경우 출력되는 누전발생출력신호에 의해 상기 개폐기구부를 트립하여 차단하는 트립 장치; 상기 영상변류기에 누전모의전류를 공급하기 위한 테스트회로; 및 상기 다상교류선로로부터의 교류전원을 입력으로 하여 상기 누전판별회로 및 상기 테스트회로로 전력을 공급하는 전원회로;를 포함하여 구성되고, 상기 테스트회로는: 상기 전원회로 입력단의 하나 이상의 상의 교류전원신호를 입력으로 하여 상기 교류전원신호를 상기 영상변류기의 테스트신호인 누전모의전류로 변환하여 상기 영상변류기의 제 2차 권선으로 전달하기 위한 신호변환회로; 및 상기 신호변환회로로부터 상기 영상변류기로 누전모의전류를 공급하는 회로의 개폐를 조작하는 테스트스위치를 포함한다.

상기 신호변환회로는 OP-AMP의 하나의 입력단에 상기 전원회로의 하나 이상의 상으로부터 입력받은 상기 교류전원신호가 상기 테스트스위치에 의해 연결되도록 하여 상기 테스트스위치의 온/오프 구동에 따라 상기 OP-AMP의 하나의 입력단에 상기 교류전원신호의 입력이 온/오프되어 상기 교류전원신호를 변환하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 신호변환회로는 차동증폭회로를 이용하여 구현되고, 상기 차동증폭회로의 두 입력단에는 상기 전원회로의 임의의 두 개의 상으로부터 입력되는 서로 다른 두개의 상을 갖는 상기 교류전원신호가 입력되고, 상기 테스트스위치는 상기 차동증폭회로의 출력단에 연결되도록 하여 상기 교류전원신호를 변환하는 것을 특징으로 한다.

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본 발명에 따르면, 전원회로에서의 입력 전압에 대한 정보를 활용하여 영상변류기(ZCT)의 제 2권선에 전류 신호를 줌으로써 회로가 간단해지고, 소신호 부품으로 회로구성이 가능한 누전차단기를 제공한다는 장점이 있다.

도 1은 종래기술인 등록특허 제 10-0972274 호의 회로구성을 보여주는 도면,
도 2는 직접 전류를 인가하는 방식으로 누전차단기의 구성을 보여주는 도면,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 누전차단기의 구성을 보여주는 도면,
도 4a 내지 도 4e는 상기 신호변환회로의 구현예를 보여주는 도면,
도 5는 전원회로에서 R상, S상 및 T상의 3상의 교류전원신호를 센싱하는 것을 보여주기 위한 참고도이다.

이하 본 발명의 실시예에 대하여 첨부된 도면을 참고로 그 구성 및 작용을 설명하기로 한다.

도면들 중 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 참조번호 및 부호들로 나타내고 있음에 유의해야 한다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 또한, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

또한 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전적인 의미로 해석되어서는 아니 되며, 발명자들은 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있으며 본 발명의 범위가 다음에 기술하는 실시예에 한정되는 것은 아니다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 누전차단기의 구성을 보여주는 도면이다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 누전차단기는 개폐기구부(100), 영상변류기(500), 누전판변회로(300), 트립장치(200), 테스트회로(600) 및 전원회로(400)로 구성된다.

상기 개폐기구부(100)는 다상교류선로를 개폐하기 위한 것이고, 상기 영상변류기(500)는 상기 다상교류선로의 누설전류를 검출하기 위한 것이다. 상기 누전판변회로(300)는 상기 영상변류기(500)에서 검출된 누설전류를 이용하여 누전 발생의 유무를 판정하기 위한 것이고, 상기 트립장치(200)는 상기 누전판별회로(300)에서 누전 발생으로 판정되었을 경우 출력되는 누전발생출력신호에 의해 상기 개폐기구부(100)를 트립하여 차단한다. 상기 테스트회로(600)는 상기 영상변류기(500)에 누전모의전류를 공급하기 위한 회로이고, 상기 전원회로(400)는 상기 다상교류선로로부터의 교류전원을 입력으로 하여 상기 누전판별회로(300) 및 상기 테스트회로(600)로 전력을 공급한다.

상기 테스트회로(600)는 신호변환회로(610)와 테스트스위치(620)로 구성되는데, 상기 테스트스위치(620)는 상기 신호변환회로(610)로부터 상기 영상변류기(500)로 누전모의전류를 공급하는 회로의 개폐를 조작하기 위한 것이다.

상기 신호변환회로(610)는 상기 전원회로의 하나 이상의 상의 교류전원신호를 입력으로 하여 상기 교류전원신호를 상기 영상변류기의 테스트신호인 누전모의전류로 변환하여 상기 영상변류기로 전달한다. 종래에는 발진회로를 이용하여 테스트신호인 누전모의전류를 만들어 영상변류기로 공급하는 방식을 이용하였지만 본 발명의 실시예에 따른 누전차단기에서는 누전모의전류를 발진회로를 이용하여 별도로 발생시키는 것이 아니라 전원회로의 입력단의 교류전원신호를 입력으로 하여 이 교류전원신호를 스위칭회로 또는 비교회로 등을 이용하여 일정한 주파수 및 일정한 전압이나 전류를 갖는 신호로 변환하여 이를 누전 테스트신호로 사용한다는 점이 특징이다. 종래와 같이 신호를 별도로 발진하여 발생시키기 위해서는 회로구성이 복잡해지지만 본 발명에서와 같이 발진회로를 사용하지 않고 상기 교류전원신호를 스위칭하거나 비교회로를 이용하여 변환하는 경우에는 신호 발진을 위한 회로에 비해 회로구성을 간단하게 하여 누전테스트신호를 만드는 것이 가능해지기 때문이다.

상기 영상변류기는 누전모의전류를 흘려 자속을 발생시키기 위한 제 2차권선을 갖는 구조일 때 상기 신호변환회로는 상기 누전모의전류를 상기 영상변류기의 제 2차 권선으로 전달한다.

도 5는 전원회로(400)의 입력단에서 R상, S상 및 T상의 3상 교류선로에서 각 상의 교류전원신호를 센싱하여 상기 신호변환회로로 전달하는 것을 보여주기 위한 참고도이다. 도 5를 참조하면, R상, S상 및 T상의 3상 교류선로에서 각각 교류전원신호가 센싱된다.

상기 신호변환회로(610)는 상기 전원회로의 입력단으로부터 하나 이상의 상의 교류전원신호를 입력으로 받도록 구현할 수도 있고, 또는 전원회로가 아니라 상기 전원회로의 입력단에 연결되어 있는 다상교류선로에서 직접 하나 이상의 상의 교류전원신호를 입력받도록 구현할 수도 있으며, 어느 방식을 사용하든 교류선로에서 직접 교류전원신호를 입력받아 이를 신호변환을 통해 누전모의전류로 변환하여 상기 영상변류기로 전달하는 점에서는 차이가 없다.

상기 신호변환회로(610)는 주파수가 60Hz인 상기 교류전원신호를 동일하게 60Hz의 주파수를 갖는 구형파 또는 사인파로 변환한다. 하지만 60Hz의 교류전원신호를 60Hz가 아닌 다른 주파수를 갖는 구형파 또는 사인파로 변환하는 것도 가능하다.

상기 신호변환회로(610)는 다양한 방식으로 회로구성을 할 수 있다. 예를 들면, 트랜지스터를 이용하여 상기 교류전원신호를 스위칭하는 방법, 포토커플러를 이용하여 상기 교류전원신호를 스위칭하는 방법도 가능하고, OP-AMP나 차동증폭회로를 이용하여 상기 교류전원신호 각각을 비교하여 신호변환하는 방식으로도 구현이 가능하다.

도 4a 내지 도 4e는 상기 신호변환회로의 구현예를 보여주는 도면이다.

도 4a 및 도 4b를 참조하면, 상기 신호변환회로(610)는 BJT트랜지스터 또는 FET트랜지스터를 스위치로 사용하여 상기 교류전원신호를 스위칭하여 입력전압보다 낮은 전압의 신호로 변환한다.

도 4d를 참조하면, 상기 신호변환회로(610)는 포토커플러를 스위치로 사용하여 상기 교류전원신호를 스위칭하여 입력전압보다 낮은 전압의 신호로 변환한다.

도 4c를 참조하면, 상기 신호변환회로(610)는 OP-AMP의 하나의 입력단에 상기 전원회로의 하나 이상의 상으로부터 입력받은 상기 교류전원신호가 상기 테스트스위치에 의해 연결되도록 하여 상기 테스트스위치의 온/오프 구동에 따라 상기 OP-AMP의 하나의 입력단에 상기 교류전원신호의 입력이 온/오프되어 상기 교류전원신호를 변환한다.

도 4e를 참조하면, 상기 신호변환회로(610)는 차동증폭회로를 이용하여 구현되고, 상기 차동증폭회로의 두 입력단에는 상기 전원회로의 임의의 두 개의 상으로부터 입력되는 서로 다른 두개의 상을 갖는 상기 교류전원신호가 입력되고, 상기 테스트스위치는 상기 차동증폭회로의 출력단에 연결되도록 하여 상기 교류전원신호를 변환한다.

100 : 개폐기구부 200 : 트립장치
300 : 누전판별회로 400 : 전원회로
500 : 영상변류기 600 : 테스트회로
610 : 신호변환회로 620 : 테스트스위치

Claims (7)

1. 개폐기구부와 트립장치를 구비하는 누전차단기에 있어서,
   다상교류선로를 개폐하기 위한 개폐기구부;
   상기 다상교류선로의 누설전류를 검출하는 영상변류기;
   상기 영상변류기에서 검출된 누설전류를 이용하여 누전 발생의 유무를 판정하는 누전판별회로;
   상기 누전판별회로에서 누전 발생으로 판정되었을 경우 출력되는 누전발생출력신호에 의해 상기 개폐기구부를 트립하여 차단하는 트립 장치;
   상기 영상변류기에 누전모의전류를 공급하기 위한 테스트회로; 및
   상기 다상교류선로로부터의 교류전원을 입력으로 하여 상기 누전판별회로 및 상기 테스트회로로 전력을 공급하는 전원회로;를 포함하여 구성되고,
   상기 테스트회로는:
   상기 전원회로 입력단의 하나 이상의 상의 교류전원신호를 입력으로 하여 상기 교류전원신호를 상기 영상변류기의 테스트신호인 누전모의전류로 변환하여 상기 영상변류기로 전달하기 위한 신호변환회로; 및
   상기 신호변환회로로부터 상기 영상변류기로 누전모의전류를 공급하는 회로의 개폐를 조작하는 테스트스위치를 포함하고,
   상기 신호변환회로는 OP-AMP의 하나의 입력단에 상기 전원회로의 하나 이상의 상으로부터 입력받은 상기 교류전원신호가 상기 테스트스위치에 의해 연결되도록 하여 상기 테스트스위치의 온/오프 구동에 따라 상기 OP-AMP의 하나의 입력단에 상기 교류전원신호의 입력이 온/오프되어 상기 교류전원신호를 변환하는 것을 특징으로 하는 누전차단기.
   
2. 개폐기구부와 트립장치를 구비하는 누전차단기에 있어서,
   다상교류선로를 개폐하기 위한 개폐기구부;
   상기 다상교류선로의 누설전류를 검출하는 영상변류기;
   상기 영상변류기에서 검출된 누설전류를 이용하여 누전 발생의 유무를 판정하는 누전판별회로;
   상기 누전판별회로에서 누전 발생으로 판정되었을 경우 출력되는 누전발생출력신호에 의해 상기 개폐기구부를 트립하여 차단하는 트립 장치;
   상기 영상변류기에 누전모의전류를 공급하기 위한 테스트회로; 및
   상기 다상교류선로로부터의 교류전원을 입력으로 하여 상기 누전판별회로 및 상기 테스트회로로 전력을 공급하는 전원회로를 포함하여 구성되고,
   상기 테스트회로는:
   상기 전원회로 입력단의 하나 이상의 상의 교류전원신호를 입력으로 하여 상기 교류전원신호를 상기 영상변류기의 테스트신호인 누전모의전류로 변환하여 상기 영상변류기로 전달하기 위한 신호변환회로; 및
   상기 신호변환회로로부터 상기 영상변류기로 누전모의전류를 공급하는 회로의 개폐를 조작하는 테스트스위치를 포함하고,
   상기 신호변환회로는 차동증폭회로를 이용하여 구현되고, 상기 차동증폭회로의 두 입력단에는 상기 전원회로의 임의의 두 개의 상으로부터 입력되는 서로 다른 두개의 상을 갖는 상기 교류전원신호가 입력되고, 상기 테스트스위치는 상기 차동증폭회로의 출력단에 연결되도록 하여 상기 교류전원신호를 변환하는 것을 특징으로 하는 누전차단기.
   
3. 제 1항 및 제 2항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 영상변류기는 누전모의전류를 흘려 자속을 발생시키기 위한 제 2차권선을 포함하여 구성되고,
   상기 신호변환회로는 상기 전원회로 입력단의 하나 이상의 상의 교류전원신호를 입력으로 하여 상기 교류전원신호를 상기 영상변류기의 테스트신호인 누전모의전류로 변환하여 상기 영상변류기의 제 2차 권선으로 전달하는 것을 특징으로 하는 누전차단기.
   
4. 제 1항 및 제 2항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 신호변환회로는 주파수가 60Hz인 상기 교류전원신호를 일정한 주파수의 구형파 또는 사인파의 상기 누전모의전류로 변환하는 것을 특징으로 하는 누전차단기.
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