KR101904764B1 - 누설전류 검출용 집적회로 및 이 집적회로를 갖는 누전차단기 - Google Patents

누설전류 검출용 집적회로 및 이 집적회로를 갖는 누전차단기 Download PDF

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Abstract

전기선로에 설치된 영상변류기로부터 입력되는 입력신호에 의해 전기선로에 공급되는 전력의 공급을 차단하는 트립 신호를 출력하는 본 발명의 누설전류 검출용 반도체 집적회로는 잡음 제거부를 포함하고, 잡음 제거부는, 영상변류기로부터 입력되는 입력신호의 절대치가 미리 정해진 트립 레벨을 초과할 때마다 펄스신호를 출력하는 펄스변환기와, 펄스변환기가 출력하는 펄스신호의 개수를 누적하여 카운트하는 카운터와, 펄스변환기가 펄스신호를 출력하기 시작하고 나서부터 미리 정해진 지연시간에 도달하면 출력신호를 출력하는 지연시간 발생기와, 카운터의 출력과 지연시간 발생기의 출력을 비교하여, 카운터가 출력하는 펄스신호의 개수가 미리 정해진 값에 도달하고, 동시에 지연시간 발생기가 출력신호를 출력하면 전기선로에 누전이 발생한 것으로 판정하는 비교기를 포함한다.

Description

누설전류 검출용 집적회로 및 이 집적회로를 갖는 누전차단기{INTEGRATED CIRCUIT FOR LEAKAGE CURRENT DETECTION AND EARTH LEAKAGE CIRCUIT BREAKER HAVING THE SAME}
본 발명은 누설전류 검출용 집적회로 및 이 집적회로를 갖는 누전차단기에 관한 것으로, 특히, 영상변류기로부터 누설전류 검출용 집적회로로 입력하는 입력신호에 포함된 고주파 잡음에 의한 누전차단기의 오동작을 방지할 수 있는 누설전류 검출용 집적회로 및 이 집적회로를 갖는 누전차단기에 관한 것이다.
각종 전기선로나 기기 등의 지락(地絡)에 의한 누전 여부를 검출하고, 누전이 검출되면 당해 전기선로 등으로 공급되는 전력공급을 차단함으로써 전기선로나 기기 등에 공급되는 전력의 공급을 중단시키는 장치로 누전차단기가 널리 사용되고 있다.
이와 같은 누전차단기의 누설전류 검출장치(누설전류 검출용 집적회로)에 관한 기술로 특허문헌 1에 기재된 기술이 있다. 도 1은 특허문헌 1에 기재된 종래기술의 누전차단기용 누설전류 감지장치의 회로 구성을 나타내는 도면이다.
외부의 영상변류기로부터 입력되는 누전신호(입력신호)를 증폭하는 제 1 증폭부(13)와, 제 1 증폭부(13)로 입력되는 누전신호의 위상이 180° 반전된 반전신호를 입력받아 증폭하는 제 2 증폭부(14)와, 제 1 및 제 2 증폭부(13, 14)의 출력신호를 가산하여 가산된 누전검출신호를 출력하는 가산부(15)와, 가산부(15)로부터 입력되는 누전검출신호와 미리 설정된 기준전압을 상호 비교하고 그 결과에 따라 하이 레벨 또는 로 레벨의 신호를 출력하는 비교부(16) 및 비교부(16)에서 출력된 신호를 최대의 하이 레벨 또는 로 레벨의 신호로 변환하여 외부의 트립 스위치로 출력하는 출력부(18)를 구비하는 구성으로 하고 있다.
이와 같이 특허문헌 1에 기재된 종래기술의 누설전류 검출장치는 외부의 영상변류기가 검출한 누전신호 중 제 1 증폭부(13)에 의해 증폭된 신호에 의해 포지티브 영역의 누전신호를 검출하고, 제 2 증폭부(14)에 의해 네거티브 영역의 누전신호를 검출하는 이른바 풀 웨이브 검출방식을 이용함으로써 고감도 및 고속 동작이 요구되는 누전차단기에 사용할 수 있도록 하고 있다.
한편, 전기선로나 기기, 특히, 누설전류를 검출하는 영상변류기 주위에 예를 들어 수백 ㎒ 대역의 고주파 무선통신기기가 접근하는 등에 의해 영상변류기로부터 누전차단기의 누설전류 검출장치(누설전류 검출용 집적회로)로 입력되는 입력신호에 예를 들어서 도 2에 나타내는 것과 같은 다양한 종류의 고주파 잡음이 혼입될 수 있고, 이들 고주파 잡음에 의해 실제로 누설전류가 발생하지 않은 정상상태임에도 누설전류 검출용 집적회로는 누설전류가 발생한 것으로 오동작하여 누전차단기를 잘못 트립 시키는 문제가 발생할 수 있다.
그러나 본 발명자들이 확인한 바로는 영상변류기로부터 누설전류 검출용 집적회로로 입력되는 고주파 잡음을 용이하게 제거할 수 있는 선행기술은 발견되지 않았다.
공개특허 10-2010-0080188호 공보(2010. 07. 08. 공개)
본 발명은 종래기술의 상기 문제를 감안하여 이루어진 것으로, 영상변류기로부터 누설전류 검출용 집적회로로 입력하는 입력신호에 포함된 고주파 잡음에 의해 누전상태가 아님에도 누설전류 검출용 집적회로가 누전이 발생한 것으로 오동작하는 것을 방지할 수 있는 누설전류 검출용 집적회로 및 이 집적회로를 갖는 누전차단기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 누설전류 검출용 집적회로는, 전기선로에 설치된 영상변류기로부터 입력되는 입력신호의 크기가 미리 정해진 레벨을 벗어날 때마다 발생하는 펄스신호의 개수를 카운트하여, 미리 정해진 지연시간 동안에 카운트 된 펄스신호의 개수가 미리 정해진 개수와 일치하는가 여부를 비교함으로써 상기 펄스신호가 누전에 의해 발생한 것인가 여부를 판정하는 잡음 제거부를 구비하는 누설전류 검출용 반도체 집적회로에 있어서, 상기 잡음 제거부는, 상기 영상변류기로부터 입력되는 입력신호의 정의 방향 및 부의 방향의 크기가 각각 미리 정해진 트립 레벨을 초과할 때마다 펄스신호를 출력하는 펄스변환기와, 상기 펄스변환기가 출력하는 펄스신호의 개수를 누적하여 카운트하는 카운터와, 상기 펄스변환기가 펄스신호를 출력하기 시작하고 나서부터 미리 정해진 지연시간에 도달하면 출력신호를 출력하는 지연시간 발생기와, 상기 카운터의 출력과 상기 지연시간 발생기의 출력을 비교하여, 상기 카운터가 출력하는 펄스신호의 개수가 미리 정해진 값에 도달하기 전에 상기 지연시간 발생기가 상기 출력신호를 출력하면 상기 전기선로에 누전이 발생하지 않은 것으로 판정하고 상기 카운터 및 상기 지연시간 발생기를 초기화하는 비교기를 포함한다.
또, 상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 누전차단기는, 상기 누설전류 검출용 반도체 집적회로와, 상기 누설전류 검출용 반도체 집적회로의 출력신호에 따라서 상기 전기선로를 차단하는 트립 수단을 포함한다.
본 발명에 의하면, 미리 정해진 지연시간 동안 출력되는 펄스신호의 개수를 카운트하여, 카운트 된 펄스신호의 개수가 미리 정해진 개수와 일치하는가 여부를 비교함으로써 입력신호 중 트립 레벨을 초과하는 크기를 갖는 입력신호가 누전에 의한 신호인가, 아니면 잡음에 의한 신호인가를 구분하도록 하고 있고 있으므로, 입력신호에 포함되는 고주파 잡음에 의한 누전차단기의 오동작을 방지할 수 있다는 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 종래기술의 누전차단기용 누설전류 감지장치의 회로 구성을 나타내는 도면,
도 2는 누설전류 검출용 집적회로의 입력신호에 혼입되는 고주파 잡음의 예를 나타내는 도면,
도 3은 본 발명의 바람직한 실시형태의 누전차단기의 구성을 나타내는 블록도,
도 4는 도 3의 잡음 제거부의 세부 구성을 나타내는 블록도,
도 5는 전기선로의 지락에 의한 누전 발생 시의 잡음 제거부의 동작을 나타내는 타이밍도,
도 6은 도 2 (a)와 같은 유형의 잡음 혼입 시의 잡음 제거부의 동작을 나타내는 타이밍도,
도 7은 도 2 (b)와 같은 유형의 잡음 혼입 시의 잡음 제거부의 동작을 나타내는 타이밍도,
도 8은 변형 예 1의 누전차단기의 구성을 나타내는 블록도,
도 9는 도 8의 잡음 제거부의 세부 구성을 나타내는 블록도,
도 10은 변형 예 2의 트립 레벨 조정을 위한 잡음 제거부의 동작을 나타내는 타이밍 도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시형태의 누전차단기에 대해서 첨부 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다.
먼저, 본 실시형태의 누전차단기가 전기선로에서 실제로 지락이 발생한 결과 영상변류기가 출력하는 출력신호와 잡음신호를 구분하여, 잡음에 의한 오동작을 방지하는 원리에 대해서 설명한다.
예를 들어 주파수 60㎐의 교류 상용전원을 사용하는 전기선로에서 지락에 의해 누전이 발생한 때에는 영상변류기로부터 누전차단기의 누설전류 검출용 집적회로로 입력하는 입력신호는 정의 방향의 트립 레벨(positive trip level, (+) 트립 레벨) 또는 부의 방향의 트립 레벨(negative trip level, (-) 트립 레벨) 중 어느 하나 이상의 트립 레벨을 벗어나는 큰 진폭의 신호가 되나, 이 입력신호의 주파수는 전기선로에 공급되는 교류 상용전원의 주파수와 동일한 주파수인 60㎐로서 변함이 없다(도 5의 상단부 참조).
그러나 예를 들어 고주파 무선통신기기의 접근 등에 의해 영상변류기로부터 누전차단기의 누설전류 검출용 집적회로로 입력하는 입력신호에 포함되는 고주파 잡음신호는 도 2에 나타내는 것과 같이 다양한 크기 및 주파수를 갖는 신호가 될 수 있다.
도 2 (a)는 입력신호에 고주파 잡음신호는 실려 있으나, 그 전체적인 크기는 (+) 및 (-) 트립 레벨을 벗어나지 않고, 순간적으로 글리치(glitch)와 같은 (+) 또는 (-) 트립 레벨을 벗어나는 잡음신호가 포함되는 경우를, 도 2 (b)는 고주파 잡음의 진폭이 지속적으로 (+) 및 (-) 트립 레벨을 벗어나는 형태의 잡음신호가 포함되는 경우를 각각 나타내고 있다.
따라서 본 실시형태에서는 누설전류 검출용 집적회로로 입력되는 입력신호에 포함되는 잡음에 의해 누전차단기가 오동작하는 것을 방지하기 위해 누설전류 검출용 집적회로 내에 잡음 제거부를 설치하고 있고, 이 잡음 제거부는 영상변류기로부터 입력되는 입력신호의 크기가 각각 (+) 트립 레벨 및 (-) 트립 레벨을 벗어날 때마다 펄스신호를 발생한다.
또, 미리 정해진 지연시간 동안 발생한 펄스신호의 개수를 카운트하여, 카운트된 펄스신호의 개수가 미리 정해진 개수와 일치하는가 여부를 비교함으로써 입력신호 중 트립 레벨을 초과하는 크기의 입력신호가 누전에 의한 신호인가, 아니면 잡음에 의한 신호인가를 구분하도록 하고 있다.
앞에서 설명한 것과 같이, 전기선로의 지락에 의한 누전에 의해 영상변류기로부터 누설전류 검출용 집적회로 입력되는 입력신호는 그 진폭은 (+) 트립 레벨 및 (-) 트립 레벨을 각각 벗어나게 되나, 주파수는 변하지 않으므로, 일정시간 동안에 카운트 되는 펄스신호의 개수가 미리 정해진 개수와 일치하면 잡음 제거부는 이를 누전으로 판정한다.
그러나 누전이 아닌 잡음에 의해 영상변류기로부터 누설전류 검출용 집적회로 입력되는 입력신호는 도 2에 나타내는 것과 같이 그 진폭 및 주파수가 일정하지 않으므로, 일정시간 동안에 카운트 되는 펄스신호의 개수가 미리 정해진 개수와 일치할 수 없으며, 따라서 이 경우에는 잡음 제거부는 누전이 아닌 것으로 판정한다.
다음에, 본 발명의 바람직한 실시형태의 누전차단기(100)의 구성에 대해서 설명한다. 도 3은 본 발명의 바람직한 실시형태의 누전차단기의 구성을 나타내는 블록 도이다.
도 3에 나타내는 것과 같이, 본 발명의 바람직한 실시형태의 누전차단기(100)는 전압변환부(110)와 누전신호 입력부(130)와 누설전류 검출용 집적회로(150)를 포함한다.
전압변환부(110)는 전원으로부터 공급되는 전압을 누설전류 검출용 집적회로(150)에 사용하기에 적합한 전압으로 변환하여 후술하는 누설전류 검출용 집적회로(150)의 신호발생부(151)에 공급한다.
누전신호 입력부(130)는 전기선로에 설치되어서 전기선로나 기기 등에 지락이 발생한 때에 전기선로에 포함된 지락 전류를 검출하는 미 도시의 영상변류기로부터 입력되는 입력신호를 입력하며, 영상변류기의 출력은 누전신호 입력부(130)를 통해서 누설전류 검출용 집적회로(150)에 입력된다.
영상변류기, 전압변환부(110) 및 누전신호 입력부(130)는 모두 공지의 구성이므로 여기에서는 더 이상의 상세한 설명은 생략한다.
누설전류 검출용 집적회로(150)는 영상변류기에 의해 검출되어서 누전신호 입력부(130)를 통해서 입력되는 입력신호에 의해 전기선로 등의 누전 여부를 판정하고, 판정결과 전기선로 등에 누전이 발생한 때에는 이들 전기선로를 전원으로부터 분리하기 위한 트립 신호를 출력한다.
도 3에 나타내는 것과 같이, 본 실시형태의 누설전류 검출용 집적회로(150)는 신호발생부(151)와 신호처리부(153)와 잡음 제거부(155) 및 출력부(157)를 포함한다.
신호발생부(151)는 전압변환부(110)로부터 입력되는 전압을 이용하여 각 부에 필요한 신호를 생성하여 신호처리부(153), 잡음 제거부(155) 및 출력부(157) 등의 각 부에 공급한다.
신호처리부(153)는 미 도시의 영상변류기로부터 누전신호 입력부(130)를 통해서 입력되는 입력신호에 대해 예를 들어 증폭 등의 필요한 처리를 실행한다.
잡음 제거부(155)는 누전신호 입력부(130)를 통해서 입력되는 입력신호 중 전기선로의 지락에 의해 발생한 누전에 의해 검출된 실제 누전신호 이외의 신호, 즉 잡음신호에 의한 누전차단기의 오동작을 방지하도록 하며, 상세에 대해서는 후술한다.
출력부(157)는 잡음 제거부(155)로부터 출력되는 출력신호에 따라서 동작하여 미 도시의 트립 코일을 동작시켜서 전기선로를 차단한다.
다음에, 본 발명의 바람직한 실시형태의 잡음 제거부(155)의 상세에 대해서 도 4를 참조하면서 상세하게 설명한다. 도 4는 도 3의 잡음 제거부의 세부 구성을 나타내는 블록도이다.
도 4에 나타내는 것과 같이, 본 실시형태의 잡음 제거부(155)는 펄스변환기(1551)와 카운터(1553)와 지연시간 발생기(1555)와 비교기(1557) 및 제어부(1559)를 포함한다.
펄스변환기(1551)는 신호처리부(153)의 출력과 누전신호 입력부(130)의 출력을 입력으로 하여, 신호처리부(153) 및 누전신호 입력부(130)로부터 각각 입력되는 입력신호의 절대치가 미리 정해진 값(이하, 이 값을 「트립 레벨」이라 하고, 정의 방향의 트립 레벨을 「(+) 트립 레벨」, 부의 방향의 트립 레벨을 「(-) 트립 레벨」이라 한다)을 초과할 때마다 하이 레벨(high level)의 펄스신호를 출력한다.
카운터(1553)는 펄스변환기(1551)가 출력하는 하이 레벨의 펄스신호의 개수를 누적하여 카운트한다.
지연시간 발생기(1555)는 후술하는 비교기(1557)가 출력부(157)로 출력하는 출력신호의 출력을 일정 시간 지연시키며, 펄스변환기(1551)가 하이 레벨의 펄스신호를 출력하기 시작하고 나서부터 미리 정해진 지연시간에 도달하면 하이 레벨의 신호를 출력한다.
비교기(1557)는 카운터(1553)의 출력과 지연시간 발생기(1555)의 출력을 비교하여, 카운터(1553)가 출력하는 펄스신호의 개수가 미리 정해진 값(N)에 도달하고, 동시에 지연시간 발생기(1555)가 하이 레벨의 신호를 출력하면 전기선로에 지락에 의한 누전이 발생한 것으로 판정하고 출력부(157)에 하이 레벨의 신호를 출력한다.
또, 비교기(1557)는 카운터(1553)의 출력과 지연시간 발생기(1555)의 출력을 비교하여, 카운터(1553)가 출력하는 펄스신호의 개수가 미리 정해진 값(N)에 도달하기 전에 지연시간 발생기(1555)가 하이 레벨의 신호를 출력하거나, 반대로, 카운터(1553)가 출력하는 펄스신호의 개수가 미리 정해진 값(N)에 도달했음에도 아직 지연시간 발생기(1555)가 하이 레벨의 신호를 출력하지 않을 때, 다시 말해, 아직 미리 정해진 지연시간에 도달하지 않은 때에는 입력신호에 고주파 잡음이 포함된 것으로 판정하고, 카운터(1553)와 지연시간 발생기(1555)를 초기화한다.
제어부(1559)는 잡음 제거부(155) 각 부의 동작을 제어한다.
여기서, 앞에서 설명한 것과 같이, 전기선로에 지락에 의한 누전이 발생하면 영상변류기로부터 누전차단기의 누설전류 검출용 집적회로로 입력되는 입력신호는 진폭은 변하나 주파수는 변하지 않으므로, 카운터(1553)가 출력하는 펄스신호의 개수(N)가 결정되면 지연시간 발생기(1555)에 의한 지연시간도 미리 결정된다.
구체적으로는, 펄스변환기(1551)는 입력신호가 각각 (+) 트립 레벨 및 (-) 트립 레벨을 벗어날 때마다 1개의 펄스신호를 생성하여 출력하고, 카운터(1553)는 이를 누적하여 카운트하므로, 결과적으로 펄스변환기(1551) 및 카운터(1553)는 전기선로에 공급되는 교류전력의 주파수의 2배의 펄스신호를 각각 출력 및 카운트하게 된다.
또, 지연시간 발생기(1555)는 카운터(1553)가 카운트한 펄스신호의 개수가 미리 정해진 값(N)에 도달할 때에 하이 레벨의 신호를 출력하므로, 미리 정해진 펄스신호의 개수를 N, 전기선로에 공급되는 교류 전원의 주파수를 f(㎐), 주기를 T[sec]라고 하면 지연시간 발생기(1555)가 지연시키는 지연시간은 {지연시간=(N-1)/2f[sec]}, 또는, {지연시간=T/2*(N-1)[sec]}가 된다.
다음에, 도 3 내지 8을 참조하면서 본 실시형태의 누전차단기(100)의 동작에 대해서 설명한다. 도 5는 전기선로의 지락에 의한 누전 발생 시의 잡음 제거부의 동작을 나타내는 타이밍도, 도 6은 도 2 (a)와 같은 유형의 잡음 혼입 시의 잡음 제거부의 동작을 나타내는 타이밍도, 도 7은 도 2 (b)와 같은 유형의 잡음 혼입 시의 잡음 제거부의 동작을 나타내는 타이밍 도이다.
먼저, 도 5의 '정상상태', 즉, 전기선로에 누전이 발생하지 않은 상태에서는 영상변류기는 누전신호를 출력하지 않으며, 따라서 신호처리부(153) 및 누전신호 입력부(130)로부터 펄스변환기(1551)로 각각 입력되는 입력신호의 크기가 각각 (+) 및 (-) 트립 레벨보다 작으므로 펄스변환기(1551)는 펄스신호를 출력하지 않으며, 동시에, 카운터(1553), 지연시간 발생기(1555) 및 비교기(1557)도 어떤 신호도 출력하지 않는다.
도 5의 '누전상태', 즉, 전기선로에서 지락에 의한 누전이 발생하여 영상변류기가 영상신호를 출력하여, 신호처리부(153) 및 누전신호 입력부(130)로부터 펄스변환기(1551)로 입력되는 입력신호의 크기가 정의 방향의 트립 레벨(positive trip level, (+) 트립 레벨) 또는 부의 방향의 트립 레벨(negative trip level, (-) 트립 레벨) 중 어느 한 트립 레벨을 초과한 때에는 펄스변환기(1551)는 하이 레벨의 펄스신호를 출력한다.
또, 카운터(1553)는 펄스변환기(1551)가 하이 레벨의 펄스신호를 출력할 때마다 그 수를 누적 카운트하고, 카운트 결과를 비교기(1557)로 출력한다.
또, 지연시간 발생기(1555)는 펄스변환기(1551)가 펄스신호를 발생하기 시작하고 나서부터 미리 정해진 지연시간이 지나면 하이 레벨의 신호를 비교기(1557)로 출력한다.
비교기(1557)는 카운터(1553)의 출력신호와 지연시간 발생기(1555)의 출력신호를 비교하여, 카운터(1553)가 출력하는 펄스신호의 누적 개수가 미리 정해진 개수(N)에 도달하고, 동시에 지연시간 발생기(1555)가 하이 레벨의 신호를 출력하면 전기선로에 지락에 의한 누전이 발생한 것으로 판단하고 출력부(157)에 하이 레벨의 신호를 출력하며, 출력부(157)는 이 신호를 래치한 후에 미 도시의 트립 수단을 트립하는 트립 신호를 출력한다.
또, 도 6과 같은 '잡음상태', 다시 말해 누설전류 검출용 집적회로(150)에 입력하는 입력신호에 예를 들어서 도 2 (a)와 같이 고주파 잡음은 포함되어 있으나 그 전체적인 크기는 각각 (+) 및 (-) 트립 레벨을 벗어나지 않고, 단지 순간적으로 진폭이 큰 잡음이 발생하여 (+) 및 (-) 트립 레벨을 벗어나는 유형의 고주파 잡음이 포함된 경우, 미리 정해진 지연시간 동안 펄스변환기(1551)는 3개의 펄스신호만을 출력하게 되고, 카운터(1553)에서도 역시 3개의 펄스신호 밖에 카운트 되지 않으므로, 다시 말해, 미리 정해진 지연시간 동안 미리 정해진 개수(N)의 펄스신호가 카운트 되지 않으므로, 비교기(1557)는 전기선로에 누전이 발생하지 않은 것으로 판정하고 카운터(1553)와 지연시간 발생기(1555)를 초기화한 후 종료한다.
또, 도 7과 같은 '잡음상태', 다시 말해 누설전류 검출용 집적회로(150)에 입력하는 입력신호에 예를 들어서 도 2 (b)와 같이 지속적으로 (+) 및 (-) 트립 레벨을 벗어나는 유형의 고주파 잡음이 포함된 경우, 미리 정해진 지연시간에 도달하기도 전에 펄스변환기(1551)는 미리 정해진 개수(N) 이상의 펄스신호를 출력하게 되고, 카운터(1553) 역시 미리 정해진 개수(N) 이상의 펄스신호를 카운트하게 되므로, 다시 말해, 미리 정해진 지연시간에 도달하여 지연시간 발생기(1555)가 하이 레벨의 신호를 출력하기도 전에 이미 미리 정해진 개수(N)의 펄스신호가 카운트되게 되므로, 비교기(1557)는 전기선로에 누전이 발생하지 않은 것으로 판정하고 카운터(1553)와 지연시간 발생기(1555)를 초기화하며, 잡음신호의 입력이 종료할 때까지 카운터(1553)와 지연시간 발생기(1555)를 초기화하는 동작이 고주파 잡음의 입력이 종료할 때까지 반복된다.
이상과 같이, 본 실시형태의 누설전류 검출용 집적회로(150)에 의하면 포지티브 영역의 누전신호 및 네거티브 영역의 누전신호를 모두 검출하는 이른바 풀 웨이브 검출방식을 이용함으로써 고감도 및 고속 동작이 요구되는 누전차단기에 사용할 수 있도록 하면서, 미리 정해진 지연시간 동안 출력되는 펄스신호의 개수를 카운트하여, 카운트 된 펄스신호의 개수가 미리 정해진 개수와 일치하는가 여부를 비교함으로써 입력신호 중 트립 레벨을 초과하는 크기를 갖는 입력신호가 누전에 의한 신호인가, 아니면 잡음에 의한 신호인가를 구분하도록 하고 있고 있으므로, 입력신호에 포함되는 고주파 잡음에 의한 누전차단기의 오동작을 방지할 수 있다.
다음에, 변형 예에 대해서 설명한다.
<변형 예 1>
먼저, 변형 예 1의 누전차단기(200)에 대해서 설명한다. 도 8은 변형 예 1의 누전차단기의 구성을 나타내는 블록도, 도 9는 도 8의 잡음 제거부의 세부 구성을 나타내는 블록도이다.
본 변형 예 1의 누전차단기(200)가 앞에서 설명한 실시형태의 누전차단기(100)와 다른 점은, 앞에서 설명한 실시형태의 누전차단기(100)는 누설전류 검출용 집적회로(150)로 입력하는 입력신호의 크기가 각각 정의 방향의 트립 레벨(positive trip level, (+) 트립 레벨) 및 부의 방향의 트립 레벨(negative trip level, (-) 트립 레벨)을 벗어날 때마다 발생하는 펄스신호의 개수를 카운트하여, 미리 정해진 지연시간 동안에 카운트 된 펄스신호의 개수가 미리 정해진 개수와 일치하는가 여부를 비교함으로써 상기 펄스신호가 누전에 의한 것인가 여부를 판정하도록 하였으며, 이를 위해, 잡음 제거부(155)의 펄스변환기(1551)는 신호처리부(153)의 출력과 누전신호 입력부(130)의 출력을 입력으로 하여, 신호처리부(153) 및 누전신호 입력부(130)로부터 각각 입력되는 입력신호의 절대치가 미리 정해진 값(이하, 이 값을 「트립 레벨」이라 하고, 정의 방향의 트립 레벨을 「(+) 트립 레벨」, 부의 방향의 트립 레벨을 「(-) 트립 레벨」이라 한다)을 초과할 때마다 하이 레벨(high level)의 펄스신호를 출력하도록 하였다.
그러나 본 변형 예 1의 누전차단기(200)의 누설전류 검출용 집적회로(250)는 영상변류기로부터 입력하는 입력신호 중 정의 방향의 신호 또는 부의 방향의 신호 중 어느 한 방향의 신호만을 이용하는 것으로 하며, 따라서 누설전류 검출용 집적회로(250)는 영상변류기로부터 입력하는 입력신호의 크기가 정의 방향의 트립 레벨(positive trip level, (+) 트립 레벨) 또는 부의 방향의 트립 레벨(negative trip level, (-) 트립 레벨) 중 어느 한 방향의 트립 레벨을 벗어날 때마다 발생하는 펄스신호의 개수를 카운트하여, 미리 정해진 지연시간 동안에 카운트 된 펄스신호의 개수가 미리 정해진 개수와 일치하는가 여부를 비교함으로써 상기 펄스신호가 누전에 의한 것인가 여부를 판정하도록 한다.
여기서, 누설전류 검출용 집적회로(250)는 영상변류기로부터 입력하는 입력신호가 (+) 트립 레벨을 벗어날 때마다 발생하는 펄스신호의 개수를 카운트하도록 해도 좋고, 또는, (-) 트립 레벨을 벗어날 때마다 발생하는 펄스신호의 개수를 카운트하도록 해도 좋으나, 이하의 설명에서는 (+) 트립 레벨을 벗어날 때마다 발생하는 펄스신호의 개수를 카운트하는 것으로 하여 설명한다.
또, 이를 위해, 잡음 제거부(255)의 펄스변환기(2551)는 신호처리부(253)의 출력을 입력으로 하여, 신호처리부(253)로부터 입력되는 입력신호의 크기가 미리 정해진 값(이하, 이 값을 「트립 레벨」이라 한다)을 초과할 때마다 하이 레벨(high level)의 펄스신호를 출력한다.
카운터(2553)는 펄스변환기(2551)가 출력하는 하이 레벨의 펄스신호의 개수를 누적하여 카운트한다.
지연시간 발생기(2555)는 비교기(2557)가 출력부(257)로 출력하는 출력신호의 출력을 일정 시간 지연시키며, 펄스변환기(2551)가 하이 레벨의 펄스신호를 출력하기 시작하고 나서부터 미리 정해진 지연시간에 도달하면 하이 레벨의 신호를 출력한다.
비교기(2557)는 카운터(2553)의 출력과 지연시간 발생기(2555)의 출력을 비교하여, 카운터(2553)가 출력하는 펄스신호의 개수가 미리 정해진 값(N)에 도달하고, 동시에 지연시간 발생기(2555)가 하이 레벨의 신호를 출력하면 전기선로에 지락에 의한 누전이 발생한 것으로 판정하고 출력부(257)에 하이 레벨의 신호를 출력한다.
또, 비교기(2557)는 카운터(2553)의 출력과 지연시간 발생기(2555)의 출력을 비교하여, 카운터(2553)가 출력하는 펄스신호의 개수가 미리 정해진 값(N)에 도달하기 전에 지연시간 발생기(2555)가 하이 레벨의 신호를 출력하거나, 반대로, 카운터(2553)가 출력하는 펄스신호의 개수가 미리 정해진 값(N)에 도달했음에도 아직 지연시간 발생기(2555)가 하이 레벨의 신호를 출력하지 않을 때, 다시 말해, 아직 미리 정해진 지연시간에 도달하지 않은 때에는 입력신호에 고주파 잡음이 포함된 것으로 판정하고, 카운터(2553)와 지연시간 발생기(2555)를 초기화한다.
제어부(2559)는 잡음 제거부(255) 각 부의 동작을 제어한다.
앞의 실시형태에서 설명한 것과 마찬가지로 본 변형 예 1에서도, 전기선로에 지락에 의한 누전이 발생하면 영상변류기로부터 누전차단기의 누설전류 검출용 집적회로로 입력되는 입력신호는 진폭은 변하나 주파수는 변하지 않으므로, 본 변형 예 1의 누설전류 검출용 집적회로(250)에서도 카운터(2553)가 출력하는 펄스신호의 개수(N)가 결정되면 지연시간 발생기(2555)에 의한 지연시간도 미리 결정된다.
다만, 본 변형 예 1에서는 펄스변환기(2551)는 입력신호가 (+) 트립 레벨을 벗어날 때마다 1개의 펄스신호를 생성하여 출력하고, 카운터(2553)는 이를 누적하여 카운트하므로, 결과적으로 펄스변환기(2551) 및 카운터(2553)는 전기선로에 공급되는 교류전력의 주파수와 같은 수의 펄스신호를 각각 출력 및 카운트하게 된다.
또, 지연시간 발생기(2555)는 카운터(2553)가 카운트한 펄스신호의 개수가 미리 정해진 값(N)에 도달할 때에 하이 레벨의 신호를 출력하므로, 미리 정해진 펄스신호의 개수를 N, 전기선로에 공급되는 교류 전원의 주파수를 f(㎐), 주기를 T[sec]라고 하면 지연시간 발생기(2555)가 지연시키는 지연시간은 {지연시간=(N-1)/f[sec]}, 또는, {지연시간=T*(N-1)[sec]}가 된다.
누전차단기(200)의 그 외의 구성은 실시형태의 누전차단기(100)와 동일하므로 상세한 설명은 생략한다.
또, 본 변형 예 1의 누전차단기(200)가 영상변류기로부터 입력하는 입력신호로부터 누전 여부를 판정하는 동작은 실시형태의 도 5 내지 7을 이용하여 설명한 것과 기본적으로는 동일하며, 다만, 실시형태에서는 누설전류 검출용 집적회로(150)로 입력하는 입력신호 중 정의 방향의 입력신호 및 부의 방향의 입력신호 모두를 이용하는 것으로 하였으나, 본 변형 예 1에서는 정의 방향의 입력신호만을 이용하고 있으므로, 도 5 내지 7의 (+) 트립 레벨의 입력신호만을 이용하여 누전 여부를 판정하는 점에서만 차이가 있다. 따라서 누전 여부 판정동작의 상세한 설명은 생략한다.
<변형 예 2>
만일, 도 7의 예와 같이, 미리 정해진 지연시간에 도달하기도 전에 미리 정해진 개수(N)의 펄스신호가 카운트 되게 되어서, 잡음신호의 입력이 종료할 때까지 펄스신호의 카운트 동작 및 카운터(1553)와 지연시간 발생기(1555)를 초기화 동작이 반복되면 누설전류 검출용 집적회로(150)의 소비전류가 증가하는 문제가 발생한다.
이하에서는, 상기 경우에 소비전류를 감소시킬 수 있는 방법에 대해서 도 10을 참조하면서 변형 예 2로서 설명한다. 도 10은 변형 예 2의 트립 레벨 조정을 위한 잡음 제거부의 동작을 나타내는 타이밍 도이다.
본 변형 예 2에서는 도 7의 설명에서 카운터(1553)가 미리 정해진 펄스신호의 개수(N)를 카운트하고 카운터(1553) 및 지연시간 발생기(1555)가 초기화되는 횟수를 카운트하는 초기화 횟수 카운터를 잡음 제거부(155)에 추가하여, 초기화 횟수 카운터가 카운트한 값이 미리 정해진 횟수(M)에 도달하면 (+) 트립 레벨 및 (-) 트립 레벨의 크기(의 절대치)를 각각 조정 (+) 트립 레벨 및 조정 (-) 트립 레벨로 증가시키도록 조정하고 있다.
이어서 카운터(1553)를 초기화한 후 지연시간 발생기(1555)의 지연동작을 시작하고, 조정 (+) 트립 레벨 및 조정 (-) 트립 레벨을 벗어나는 신호에 대해서 도 7에서와 동일한 방법으로 동작하여 누전 여부를 확인하며, 지연시간 동작이 완료하면 트립 레벨을 원래의 값으로 복귀하는 동시에 지연시간 발생기(1555)를 초기화한다.
만일, (+) 및 (-) 트립 레벨을 조정 (+) 트립 레벨 및 조정 (-) 트립 레벨로 조정한 후에도 고주파 잡음의 크기가 계속해서 조정 (+) 트립 레벨 및 조정 (-) 트립 레벨을 벗어나면 조정 (+) 트립 레벨 및 조정 (-) 트립 레벨을 더 큰 레벨의 값으로 조정하도록 상기 과정을 더 실행해도 좋다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시형태 및 변형 예에 의해 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시형태 및 변형 예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 범위를 일탈하지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능하다.
또, 상기 실시형태 및 변형 예에서는 펄스변환기(1551, 2551)는 누전신호 입력부(130, 230) 및 신호처리부(153, 253)로부터 입력하는 입력신호의 진폭이 각각 (+) 또는 (-) 트립 레벨을 벗어나면 하이 레벨의 펄스신호를 출력하고, 지연시간 발생기(1555, 2555)는 미리 정해진 지연시간에 도달하면 하이 레벨의 진연신호를 출력하며, 비교기(1557, 2557)는 카운터(1553, 2553)가 출력하는 펄스신호의 개수가 미리 정해진 값(N)에 도달하는 동시에 지연시간 발생기(1555, 2555)가 하이 레벨의 신호를 출력하면 전기선로에 지락에 의한 누전이 발생한 것으로 판단하고 출력부(157, 257)에 하이 레벨의 신호를 출력하는 것으로 하였으나, 각각의 조건을 만족하는 경우에 로 레벨의 신호를 출력하는 것으로 해도 좋다.
또, 상기 실시형태 및 각 변형 예는 서로 조합시켜서 실시해도 좋고 별도로 실시해도 좋다.
100, 200 누전차단기
130, 230 누전신호 입력부
150, 250 누설전류 검출용 집적회로
151, 251 신호발생부
153, 253 신호처리부
155, 255 잡음 제거부
157, 257 출력부
1551, 2551 펄스변환기
1553,2553 카운터
1555, 2555 지연시간 발생기
1557, 2557 비교기

Claims (7)

  1. 삭제
  2. 전기선로에 설치된 영상변류기로부터 입력되는 입력신호의 크기가 미리 정해진 레벨을 벗어날 때마다 발생하는 펄스신호의 개수를 카운트하여, 미리 정해진 지연시간 동안에 카운트 된 펄스신호의 개수가 미리 정해진 개수와 일치하는가 여부를 비교함으로써 상기 펄스신호가 누전에 의해 발생한 것인가 여부를 판정하는 잡음 제거부를 구비하는 누설전류 검출용 반도체 집적회로에 있어서,
    상기 잡음 제거부는,
    상기 영상변류기로부터 입력되는 입력신호의 정의 방향 및 부의 방향의 크기가 각각 미리 정해진 트립 레벨을 초과할 때마다 펄스신호를 출력하는 펄스변환기와,
    상기 펄스변환기가 출력하는 펄스신호의 개수를 누적하여 카운트하는 카운터와,
    상기 펄스변환기가 펄스신호를 출력하기 시작하고 나서부터 미리 정해진 지연시간에 도달하면 출력신호를 출력하는 지연시간 발생기와,
    상기 카운터의 출력과 상기 지연시간 발생기의 출력을 비교하여, 상기 카운터가 출력하는 펄스신호의 개수가 미리 정해진 값에 도달하기 전에 상기 지연시간 발생기가 상기 출력신호를 출력하면 상기 전기선로에 누전이 발생하지 않은 것으로 판정하고 상기 카운터 및 상기 지연시간 발생기를 초기화하는 비교기를 포함하는 누설전류 검출용 반도체 집적회로.
  3. 전기선로에 설치된 영상변류기로부터 입력되는 입력신호의 크기가 미리 정해진 레벨을 벗어날 때마다 발생하는 펄스신호의 개수를 카운트하여, 미리 정해진 지연시간 동안에 카운트 된 펄스신호의 개수가 미리 정해진 개수와 일치하는가 여부를 비교함으로써 상기 펄스신호가 누전에 의해 발생한 것인가 여부를 판정하는 잡음 제거부를 구비하는 누설전류 검출용 반도체 집적회로에 있어서,
    상기 잡음 제거부는,
    상기 영상변류기로부터 입력되는 입력신호의 정의 방향 및 부의 방향 중 어느 한 방향의 크기가 미리 정해진 트립 레벨을 초과할 때마다 펄스신호를 출력하는 펄스변환기와,
    상기 펄스변환기가 출력하는 펄스신호의 개수를 누적하여 카운트하는 카운터와,
    상기 펄스변환기가 펄스신호를 출력하기 시작하고 나서부터 미리 정해진 지연시간에 도달하면 출력신호를 출력하는 지연시간 발생기와,
    상기 카운터의 출력과 상기 지연시간 발생기의 출력을 비교하여, 상기 카운터가 출력하는 펄스신호의 개수가 미리 정해진 값에 도달하였음에도 상기 지연시간 발생기가 상기 출력신호를 출력하지 않으면 상기 전기선로에 누전이 발생하지 않은 것으로 판정하고 상기 카운터 및 상기 지연시간 발생기를 초기화하는 동작을 반복하는 비교기를 포함하는 누설전류 검출용 반도체 집적회로.
  4. 전기선로에 설치된 영상변류기로부터 입력되는 입력신호의 크기가 미리 정해진 레벨을 벗어날 때마다 발생하는 펄스신호의 개수를 카운트하여, 미리 정해진 지연시간 동안에 카운트 된 펄스신호의 개수가 미리 정해진 개수와 일치하는가 여부를 비교함으로써 상기 펄스신호가 누전에 의해 발생한 것인가 여부를 판정하는 잡음 제거부를 구비하는 누설전류 검출용 반도체 집적회로에 있어서,
    상기 잡음 제거부는,
    상기 영상변류기로부터 입력되는 입력신호의 정의 방향 및 부의 방향 중 어느 한 방향의 크기가 미리 정해진 트립 레벨을 초과할 때마다 펄스신호를 출력하는 펄스변환기와,
    상기 펄스변환기가 출력하는 펄스신호의 개수를 누적하여 카운트하는 카운터와,
    상기 펄스변환기가 펄스신호를 출력하기 시작하고 나서부터 미리 정해진 지연시간에 도달하면 출력신호를 출력하는 지연시간 발생기와,
    상기 카운터의 출력과 상기 지연시간 발생기의 출력을 비교하여, 상기 카운터가 출력하는 펄스신호의 개수가 미리 정해진 값에 도달하기 전에 상기 지연시간 발생기가 상기 출력신호를 출력하면 상기 전기선로에 누전이 발생하지 않은 것으로 판정하고 상기 카운터 및 상기 지연시간 발생기를 초기화하는 비교기를 포함하는 누설전류 검출용 반도체 집적회로.
  5. 전기선로에 설치된 영상변류기로부터 입력되는 입력신호의 크기가 미리 정해진 레벨을 벗어날 때마다 발생하는 펄스신호의 개수를 카운트하여, 미리 정해진 지연시간 동안에 카운트 된 펄스신호의 개수가 미리 정해진 개수와 일치하는가 여부를 비교함으로써 상기 펄스신호가 누전에 의해 발생한 것인가 여부를 판정하는 잡음 제거부를 구비하는 누설전류 검출용 반도체 집적회로에 있어서,
    상기 잡음 제거부는,
    상기 영상변류기로부터 입력되는 입력신호의 정의 방향 및 부의 방향의 크기가 각각 미리 정해진 트립 레벨을 초과할 때마다 펄스신호를 출력하는 펄스변환기와,
    상기 펄스변환기가 출력하는 펄스신호의 개수를 누적하여 카운트하는 카운터와,
    상기 펄스변환기가 펄스신호를 출력하기 시작하고 나서부터 미리 정해진 지연시간에 도달하면 출력신호를 출력하는 지연시간 발생기와,
    상기 카운터의 출력과 상기 지연시간 발생기의 출력을 비교하여, 상기 카운터가 출력하는 펄스신호의 개수가 미리 정해진 값에 도달하였음에도 상기 지연시간 발생기가 상기 출력신호를 출력하지 않으면 상기 전기선로에 누전이 발생하지 않은 것으로 판정하고 상기 카운터 및 상기 지연시간 발생기를 초기화하는 동작을 반복하는 비교기를 포함하는 누설전류 검출용 반도체 집적회로.
  6. 청구항 2 또는 청구항 4에 있어서,
    상기 카운터 및 상기 지연시간 발생기를 초기화하는 초기화 횟수를 카운트하는 초기화 횟수 카운터를 더 포함하고,
    상기 초기화 횟수 카운터가 카운트한 값이 미리 정해진 횟수에 도달하면 상기 트립 레벨의 크기를 증가시키는 방향으로 조정하는 누설전류 검출용 반도체 집적회로.
  7. 청구항 2 내지 5 중 어느 한 항에 기재된 누설전류 검출용 반도체 집적회로와,
    상기 누설전류 검출용 반도체 집적회로의 출력신호에 따라서 상기 전기선로를 차단하는 트립 수단을 포함하는 누전차단기.
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