KR102048367B1 - 순시 전력 레벨의 시간 측정에 기초한 전원 차단 방법 및 장치 - Google Patents

순시 전력 레벨의 시간 측정에 기초한 전원 차단 방법 및 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR102048367B1
KR102048367B1 KR1020190037745A KR20190037745A KR102048367B1 KR 102048367 B1 KR102048367 B1 KR 102048367B1 KR 1020190037745 A KR1020190037745 A KR 1020190037745A KR 20190037745 A KR20190037745 A KR 20190037745A KR 102048367 B1 KR102048367 B1 KR 102048367B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
signal
power
control signal
load
trip
Prior art date
Application number
KR1020190037745A
Other languages
English (en)
Inventor
이준배
김용규
Original Assignee
제일전기공업 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 제일전기공업 주식회사 filed Critical 제일전기공업 주식회사
Priority to KR1020190037745A priority Critical patent/KR102048367B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102048367B1 publication Critical patent/KR102048367B1/ko
Priority to EP20164812.8A priority patent/EP3719946B1/en
Priority to US16/827,964 priority patent/US20200313420A1/en

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H3/00—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
    • H02H3/26—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to difference between voltages or between currents; responsive to phase angle between voltages or between currents
    • H02H3/32—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to difference between voltages or between currents; responsive to phase angle between voltages or between currents involving comparison of the voltage or current values at corresponding points in different conductors of a single system, e.g. of currents in go and return conductors
    • H02H3/34—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to difference between voltages or between currents; responsive to phase angle between voltages or between currents involving comparison of the voltage or current values at corresponding points in different conductors of a single system, e.g. of currents in go and return conductors of a three-phase system
    • H02H3/347—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to difference between voltages or between currents; responsive to phase angle between voltages or between currents involving comparison of the voltage or current values at corresponding points in different conductors of a single system, e.g. of currents in go and return conductors of a three-phase system using summation current transformers
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H3/00—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
    • H02H3/08—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to excess current
    • H02H3/10—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to excess current additionally responsive to some other abnormal electrical conditions
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R15/00—Details of measuring arrangements of the types provided for in groups G01R17/00 - G01R29/00, G01R33/00 - G01R33/26 or G01R35/00
    • G01R15/14—Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks
    • G01R15/18—Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks using inductive devices, e.g. transformers
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/50—Testing of electric apparatus, lines, cables or components for short-circuits, continuity, leakage current or incorrect line connections
    • G01R31/52—Testing for short-circuits, leakage current or ground faults
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H1/00—Details of emergency protective circuit arrangements
    • H02H1/0007—Details of emergency protective circuit arrangements concerning the detecting means
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H3/00—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
    • H02H3/08—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to excess current
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H3/00—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
    • H02H3/16—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to fault current to earth, frame or mass
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B3/00—Line transmission systems
    • H04B3/54—Systems for transmission via power distribution lines
    • H04B3/542—Systems for transmission via power distribution lines the information being in digital form
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B2203/00—Indexing scheme relating to line transmission systems
    • H04B2203/54—Aspects of powerline communications not already covered by H04B3/54 and its subgroups
    • H04B2203/5404—Methods of transmitting or receiving signals via power distribution lines
    • H04B2203/542—Methods of transmitting or receiving signals via power distribution lines using zero crossing information

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Emergency Protection Circuit Devices (AREA)
  • Breakers (AREA)

Abstract

본 발명은 순시 전력 레벨의 시간 측정에 기초한 전원 차단 방법 및 장치에관한 것으로서, 본 발명은 변류기(CT), 전압 검출기 등에서 측정된 값이 주제어부에 입력될 때 디지털 분석 처리 과정에서 미리 정한 임계치 이상의 값인지 여부를 정확히 판단함으로써, 부하측의 순간적인 과전류나 누전/단락에 기인한 과전류 등에 대한 빠르고 정확한 전원 차단으로 전원을 공급받는 부하를 효과적으로 보호할 수 있는 전원 차단 방법 및 장치를 제공한다.

Description

순시 전력 레벨의 시간 측정에 기초한 전원 차단 방법 및 장치{Circuit Breaker Based on Period Measurement of Instantaneous Power Level and Method thereof}
본 발명은 전원을 공급받는 부하를 보호하기 위하여 전원 투입을 차단하되, 부하측 순간적인 또는 누전/단락에 기인한 과전류 측정을 통해 빠르고 정확한 전원 차단이 이루어지는 전원 차단 방법 및 장치에 관한 것이다.
일반적으로 누전 차단기와 같은 전원 차단 장치는 가정, 상가, 공장, 사무실, 백화점 등의 분전반 등에 설치되어, 부하측 누전, 배선 단락 등의 경우에 발생하는 과전류에 따라 전자석 또는 바이메탈이 동작하여 전원 공급선으로부터 내부 부하로 인입되는 전선과의 콘택(contact)이 이격되도록 오프됨으로써 내부 부하로 전원 공급을 차단시킨다. 일반적으로 누전 차단기는, 링구조의 ZCT(Zero Phase Current Transformer, 영상변류기)를 이용한다. ZCT는 테스트 전류가 인가되거나 부하측 누전전류 발생의 경우에 이를 감지하여 트립장치가 동작하게 함으로써, 전원 공급선의 인입단자와 내부 부하에 연결된 부하단자 간의 연결을 끊어 내부 부하로의 전원 공급이 차단되도록 한다. 또한, 일반적으로 분전반 등에는 누전 차단기와 함께 부하측 순간적인 과전류나 과전압을 검출하여 부하로의 전원 차단이 이루어지도록 한다.
그러나, 기존의 순시 전원 차단 방법은 예를 들어 변류기(CT, Current Transformer) 등에서 측정된 값이 증가하는 경우에 미리 정한 임계치를 넘어가는지 여부를 빠르고 정확하게 결정하지 못하여 후속 회로의 보호를 위한 적절한 전원 차단이 이루어지지 못하는 한계가 있다.
관련선행문헌으로서 특허출원번호 제10-2012-0122027호 (2012.12.31.) 등이 참조될 수 있다.
따라서, 본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은, 변류기(CT), 전압 검출기 등에서 측정된 값이 주제어부에 입력될 때 디지털 분석 처리 과정에서 미리 정한 임계치 이상의 값인지 여부를 정확히 판단함으로써, 부하측의 순간적인 과전류나 누전/단락에 기인한 과전류 등에 대한 빠르고 정확한 전원 차단으로 전원을 공급받는 부하를 효과적으로 보호할 수 있는 전원 차단 방법 및 장치를 제공하는 데 있다.
먼저, 본 발명의 특징을 요약하면, 상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일면에 따른 전원 차단 장치의 전원 차단 방법은, 부하에 전원을 공급하는 전원선에 결합된 ZCT, 변류기 또는 전압검출기를 이용하여 각각에서 검출하는 검출 신호를 수신하는 단계; 상기 검출 신호를 기초로 입력되는 대상신호에 대하여 상기 부하로의 전원 공급에 대한 순시 트립 또는 누전 트립을 위한 제어신호를 생성하는 단계; 및 상기 제어신호에 따라 상기 부하로의 전원 공급을 차단하는 단계를 포함하고, 상기 제어신호를 생성하는 단계에서, 상기 대상신호의 ADC 값을 생성하여 상기 대상신호의 ADC 값의 연속된 하강 신호와 상승 신호에서 미리 정한 신호크기 레벨이 동일한 시점 간의 간격을 기초로 상기 제어신호를 생성하는 것을 특징으로 한다.
상기 전원 차단 방법은, 상기 전원은 교류전원이고, 상기 제어신호를 생성하는 단계 전에, 상기 검출 신호를 정류하여 상기 대상신호를 생성하는 단계를 더 포함한다.
상기 신호크기 레벨이 동일한 시점 간의 간격은 상기 교류전원의 반주기 내에서 판단되며, 상기 전원인 60Hz 교류 전원에 대해 상승 신호의 제로 교차점(Zero crossing)으로부터 6msec 이내, 바람직하게는 4msec 내에 상기 간격이 판단될 수 있다.
상기 제어신호를 생성하는 단계에서, 상기 간격과, 상기 대상신호에 대한 상기 순시 트립 또는 누전 트립을 위한 임계치 간의 비교를 통하여 상기 부하 측의 순간적인 또는 누전이나 단락에 의한 과전류에 대해 상기 부하로의 전원 공급을 효과적으로 차단하기 위한 것을 특징으로 한다.
상기 ZCT, 변류기 또는 전압검출기에 의한 각각의 상기 검출 신호 중 하나 또는 복수에 대한 상기 미리 정한 신호크기 레벨이 동일한 시점 간의 간격의 조건 만족에 따라 상기 제어신호를 생성할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 일면에 따른 전원 차단 장치의 전원 차단 방법은, 부하에 전원을 공급하는 전원선에 결합된 ZCT, 변류기 또는 전압검출기를 이용하여 각각에서 검출하는 검출 신호를 수신하는 단계; 상기 검출 신호를 기초로 입력되는 대상신호에 대하여 상기 부하로의 전원 공급에 대한 순시 트립 또는 누전 트립을 위한 제어신호를 생성하는 단계; 및 상기 제어신호에 따라 상기 부하로의 전원 공급을 차단하는 단계를 포함하고, 상기 제어신호를 생성하는 단계에서, 상기 대상신호의 ADC 값을 생성하여 상기 ADC의 사양에 따른 포화 디지털값 발생 여부를 판단하고 포화 시간 동안의 포화폭을 기초로 상기 제어신호를 생성하는 것을 특징으로 한다.
상기 본 발명의 다른 일면에 따른 전원 차단 방법은, 상기 전원은 교류전원이고, 상기 제어신호를 생성하는 단계 전에, 상기 검출 신호를 정류하여 상기 대상신호를 생성하는 단계를 더 포함한다.
상기 포화폭의 시간적 길이는 상기 교류전원의 반주기 내에서 상기 대상신호의 상기 ADC 값을 기초로 판단될 수 있다.
상기 제어신호를 생성하는 단계에서, 상기 대상신호의 ADC 값에 대하여 샘플링 주기 dt 마다 상기 ADC 값의 변화량 da을 산출하고, da/dt의 누적값을 산출하여, 상기 누적값이 증가하다가 감소하기 전 소정의 범위 내로 유지하는 시간 동안에 대한 상기 포화폭을 기초로 상기 제어신호를 생성할 수 있다.
예를 들어, 상기 ADC 값의 시간적 변화 추이 파형에서, 상기 포화가 일어나기 전까지 시간축 상의 상기 전원의 반주기 파형의 면적이 증가하다가 상기 포화 후에 상기 파형의 면적이 감소하며, 포화 상태 시에는 상기 검출 신호의 크기가 커질수록 상기 포화폭과 상기 파형의 면적이 감소하고 상기 파형의 위상이 해당 상승 신호의 제로 교차점에 가까워 지는 특성을 이용하여, 작은 용량의 상기 변류기와 해당 ADC의 적용 시에도 대전력의 상기 전원에 대하여 상기 제어신호를 발생시켜 상기 부하로의 전원 공급을 차단시킬 수 있도록 하였다.
상기 전원은 교류전원이고, 상기 제어신호를 생성하는 단계 전에, 상기 검출 신호를 정류한 상기 대상신호를 생성하며, 상기 교류전원의 반주기 마다 리셋한 후 산출한 상기 누적값을 이용할 수 있다.
상기 제어신호를 생성하는 단계에서, 상기 대상신호에 대한 디지털 분석 처리 과정에서 미리 정한 한계치 이상의 포화된 디지털 값에 대하여 상기 순시 트립 또는 누전 트립을 위한 임계치 이상의 값인지 여부를 판단해 상기 부하 측의 순간적인 또는 누전이나 단락에 의한 과전류에 대해 상기 부하로의 전원 공급을 효과적으로 차단할 수 있다.
상기 ZCT, 변류기 또는 전압검출기에 의한 각각의 상기 검출 신호 중 하나 또는 복수에 대한 상기 포화폭의 조건 만족에 따라 상기 제어신호를 생성할 수 있다.
상기 본 발명의 전원 차단 방법은, 상기 순시 트립 또는 누전 트립 이전의 소정의 기간 동안의 상기 대상신호의 ADC 값의 데이터를 메모리에 저장하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 본 발명의 전원 차단 방법은, 상기 대상신호의 ADC 값의 데이터에 대한 텍스트 또는 그래프를 실시간으로 디스플레이 장치에 표시하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 일면에 따른 전원 차단 장치는, 부하에 전원을 공급하는 전원선에 결합된 ZCT, 변류기 또는 전압검출기; 상기 ZCT, 변류기 또는 전압검출기에서 검출하는 검출 신호를 기초로 입력되는 대상신호에 대하여 상기 부하로의 전원 공급에 대한 순시 트립 또는 누전 트립을 위한 제어신호를 생성하는 주제어부; 및 상기 제어신호에 따라 상기 부하로의 전원 공급의 차단을 위한 써킷 브레이커를 포함하고, 상기 주제어부는, 상기 대상신호의 ADC 값을 생성하여 상기 대상신호의 ADC 값의 연속된 하강 신호와 상승 신호에서 미리 정한 신호크기 레벨이 동일한 시점 간의 간격을 기초로 상기 제어신호를 생성하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 본 발명의 또 다른 일면에 따른 전원 차단 장치는, 부하에 전원을 공급하는 전원선에 결합된 ZCT, 변류기 또는 전압검출기; 상기 ZCT, 변류기 또는 전압검출기에서 검출하는 검출 신호를 기초로 입력되는 대상신호에 대하여 상기 부하로의 전원 공급에 대한 순시 트립 또는 누전 트립을 위한 제어신호를 생성하는 주제어부; 및 상기 제어신호에 따라 상기 부하로의 전원 공급의 차단을 위한 써킷 브레이커를 포함하고, 상기 주제어부는, 상기 대상신호의 ADC 값을 생성하여 상기 ADC의 사양에 따른 포화 디지털값 발생 여부를 판단하고 포화 시간 동안의 포화폭을 기초로 상기 제어신호를 생성하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 전원 차단 방법 및 장치에 따르면, 변류기(CT), 전압 검출기 등을 이용하여 측정된 대상 신호가 주제어부에 입력될 때, 디지털 분석 처리 과정에서 대상신호에 대한 순시 트립 또는 누전 트립을 위한 임계치 조건의 만족 여부를 반주기 내에서 신속히 판단해 부하 측의 순간적인 또는 누전이나 단락에 의한 과전류에 대해 부하로의 전원 공급을 효과적으로 차단할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 전원 차단 방법 및 장치에 따르면, 변류기(CT), 전압 검출기 등을 이용하여 측정된 대상 신호가 주제어부에 입력될 때, 디지털 분석 처리 과정에서 미리 정한 한계치 이상의 포화된 디지털 값에 대하여 임계치 이상의 값인지 여부를 정확히 판단함으로써, 부하측의 순간적인 과전류나 누전/단락 전류에 대한 빠르고 정확한 전원 차단으로 전원을 공급받는 부하를 효과적으로 보호할 수 있다.
본 발명에 관한 이해를 돕기 위해 상세한 설명의 일부로 포함되는 첨부도면은, 본 발명에 대한 실시예를 제공하고 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전원 차단 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전원 차단 장치의 동작 설명을 위한 흐름도이다.
도 3은 본 발명에서 예시하는 교류 전원을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명에서 예시하는 정류부에서 출력되는 정류된 신호를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 주제어부에서의 미리 정한 신호크기 레벨이 동일한 시점 간의 간격을 이용한 과전류 판단을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 주제어부에서의 전류/전압의 ADC 값에서의 포화된 시간 동안의 포화폭 산출을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 주제어부에서의 da/dt의 누적값에 따른 과전류 판단의 개념을 설명하기 위한 도면이다.
이하에서는 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 대해서 자세히 설명한다. 이때, 각각의 도면에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타낸다. 또한, 이미 공지된 기능 및/또는 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 이하에 개시된 내용은, 다양한 실시 예에 따른 동작을 이해하는데 필요한 부분을 중점적으로 설명하며, 그 설명의 요지를 흐릴 수 있는 요소들에 대한 설명은 생략한다. 또한 도면의 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시될 수 있다. 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것이 아니며, 따라서 각각의 도면에 그려진 구성요소들의 상대적인 크기나 간격에 의해 여기에 기재되는 내용들이 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서, 본 발명과 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. 상세한 설명에서 사용되는 용어는 단지 본 발명의 실시 예들을 기술하기 위한 것이며, 결코 제한적이어서는 안 된다. 명확하게 달리 사용되지 않는 한, 단수 형태의 표현은 복수 형태의 의미를 포함한다. 본 설명에서, "포함" 또는 "구비"와 같은 표현은 어떤 특성들, 숫자들, 단계들, 동작들, 요소들, 이들의 일부 또는 조합을 가리키기 위한 것이며, 기술된 것 이외에 하나 또는 그 이상의 다른 특성, 숫자, 단계, 동작, 요소, 이들의 일부 또는 조합의 존재 또는 가능성을 배제하도록 해석되어서는 안 된다.
또한, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되는 것은 아니며, 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전원 차단 장치(100)를 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전원 차단 장치(100)는, 부하에 전원을 공급하는 전원선에 결합된, ZCT(Zero Phase Current Transformer, 영상변류기)(20), 변류기들(Current Transformer)(30, 40), 전압검출기(50)를 포함하며, 신호 변환이나 조정을 위한 정류부들(21, 31, 41, 51), 증폭기들(22, 32, 42), 전압조정부(52)를 포함한다. 정류부들(21, 31, 41, 51) 각각과 증폭기들(22, 32, 42)이나 전압조정부(52) 사이에는, 저역통과필터링을 통해 고주파 노이즈를 제거하기 위한 LPF(Low Pass Filter)(23, 33, 43, 53)가 각각 구비될 수 있다. 또한, 전원 차단 장치(100)는, 이와 같은 구성 요소들로부터의 신호들을 분석해 부하로의 전원 차단 여부를 제어하기 위한 주제어부(110), 써킷 브레이커(Circuit Breaker)(120), 스위치(10)를 포함한다.
전원 차단 장치(100)는, 가정, 상가, 공장, 사무실, 백화점 등의 분전반 등에 설치되어, 부하측 누전, 배선 단락, 아크 등의 경우에 발생하는 과전류에 따라, 주제어부(110)가 제어 신호를 발생시켜서, 써킷 브레이커(120)는 제어신호에 따라 부하로의 전원 공급의 차단을 위한 구동 신호를 생성하고, 스위치(10)는 이에 따라 트립장치(예, 크로스바, 래치 등의 작동)를 구동하여, 교류 전원이 인입되는 인입단자와 부하로 연결되는 부하단자 간의 연결을 차단(단자간 콘택이 이격되도록 오프시킴)시킴으로써 부하로의 전원 공급을 차단한다.
주제어부(110)는 위와 같은 전원 차단 장치(100)의 구성 요소들의 전반적인 제어를 담당하며, ZCT(20), 변류기(30, 40) 또는 전압검출기(50)에서 검출하는 검출 신호를 기초로 입력되는 대상신호에 대하여 부하로의 전원 공급에 대한 순시 트립(순간적인 과전류에 대한 트립장치의 구동), 누전 트립(누전 시의 과전류에 대한 트립장치의 구동), 또는 아크 트립(아크에 의한 과전류에 대한 트립장치의 구동)을 위한 제어신호를 생성한다. 주제어부(110)는 구성 요소들의 전반적인 제어를 위하여 반도체 프로세서 등의 하드웨어(예, 마이크로 콘트롤 유닛(MCU), 중앙 콘트롤 유닛(CPU) 등)로 구성될 수 있으며, 또한, 응용 프로그램 등 소프트웨어와 조합하여 동작하도록 구현될 수 있다.
ZCT(20)는 2개의 전원선(예, 핫 라인과 중성선)이 관통하기 위한 링구조물을 가지며(일반적으로 테스트를 위한 테스트선의 관통을 포함함), ZCT(20)는 스위치(10)와 부하 사이에서 링구조물을 관통하는 2개의 전원선(예, 핫 라인과 중성선)에 흐르는 전류를 감지하여 과전류 발생 등 그에 상응하는 전기적 신호를 검출 신호로서 생성한다. 예를 들어, 부하 측의 순간적인 또는 누전이나 단락에 의한 과전류 발생에 따라, ZCT(20)의 링구조물을 관통하는 전원선들의 전류 합산값이 제로가 되지 않는 경우에, ZCT(20)는 그에 상응하는 전기적 신호를 생성하며, ZCT(20)의 해당 신호는 브리지다이오드 등 전파 정류를 위한 정류부(21)와 소정의 레벨로 신호를 증폭하기 위한 증폭기(22)를 거쳐 전원 순시 트립, 누전 트립, 또는 아크 트립을 위한 대상 신호로서 주제어부(110)로 입력된다.
본 발명에서, 인입되는 교류 전원은 핫 라인과 중성선인 것을 예시하여 설명하지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 경우에 따라 3상 3선식/4선식 등의 전원을 부하에 공급하는 경우에 3개, 4개(예, 3상 R, S, T와 중성선 N) 등의 전원선에도 유사하게 적용될 수도 있다.
변류기들(30, 40)은 각각의 전원선에 대하여 전류의 크기에 대응되는 전기적 신호를 해당 검출 신호로서 생성한다. 변류기들(30, 40) 각각의 해당 전기적 신호는 브리지다이오드 등 정류부(31/41)와 소정의 레벨로 신호를 증폭하기 위한 증폭기(32/42)를 거쳐 주제어부(110)로 순시 트립, 누전 트립, 또는 아크 트립을 위한 대상 신호로서 입력될 수 있다.
전압검출기(50)는 2개의 전원선에서의 전압의 크기(예, 220V)에 대응되는 전기적 신호를 도 3과 같이 해당 검출 신호로서 생성한다. 전압검출기(50)의 해당 전기적 신호는 도 4와 같이 브리지다이오드 등 정류부(51)에 의해 정류되며, 전압조정부(52)는 주제어부(110)로 입력하기 위한 소정의 레벨로 신호를 조정하여 주제어부(110)로 순시 트립, 누전 트립, 또는 아크 트립을 위한 대상 신호로서 입력할 수 있다.
본 발명에서, 주제어부(110)는 ZCT(20), 변류기(30/40) 또는 전압검출기(50)에서 검출하는 검출 신호를 기초로 정류부(21, 31, 41, 51)와 증폭기(22, 32, 42)/전압조정부(52)에서 처리된 후 입력되는 해당 대상신호를 분석하여 부하로의 전원 공급에 대한 순시 트립 또는 누전 트립을 위한 제어신호를 생성한다. 즉, 주제어부(110)는 해당 대상신호의 ADC(Analog to Digital Converter) 값을 생성하며 이에 따라 디지털 분석 처리 과정에서 대상신호에 대한 순시 트립 또는 누전 트립을 위한 임계치 조건의 만족 여부를 반주기 내에서 신속히 판단해 부하 측의 순간적인 또는 누전이나 단락에 의한 과전류에 대해 부하로의 전원 공급을 효과적으로 차단할 수 있다. 예를 들어, 부하측 누전, 배선 단락, 아크 등의 경우에 발생하는 과전류에 따라, 주제어부(110)가 제어 신호를 발생시켜서, 써킷 브레이커(120)는 제어신호에 따라 부하로의 전원 공급의 차단을 위한 구동 신호를 생성하고, 스위치(10)는 이에 따라 트립장치(예, 크로스바, 래치 등의 작동)를 구동하여, 교류 전원이 인입되는 인입단자와 부하로 연결되는 부하단자 간의 연결을 차단(단자간 콘택이 이격되도록 오프시킴)시킴으로써 부하로의 전원 공급을 차단한다.
주제어부(110)는 이와 같은 순시 트립, 누전 트립, 또는 아크 트립 이전의 소정의 기간 동안(예, 10초, 20초, 30초... 등 1분 이내)의 대상신호의 ADC 값의 데이터를 메모리에 저장할 수 있다. 예를 들어, USB(Universal Serial Bus) 포트에 연결된 휘발성 메모리 등에 일정 기간의 대상신호의 ADC 값의 데이터를 저장함으로써, 해당 차단 발생의 원인분석 및 후속 조치가 빠르게 이루어지도록 응용될 수 있다.
나아가, 주제어부(110)는 이와 같은 순시 트립, 누전 트립, 또는 아크 트립 발생에 따른 전원 차단에 대하여, 해당 대상신호의 ADC 값의 데이터에 대한 텍스트 또는 그래프 형태로 실시간으로 디스플레이 장치(예, LCD, LED 등)에 표시할 수 있도록 하기 위한 데이터를 출력할 수 있다. 이러한 표시에 따라 전원 차단 시의 해당 데이터를 파악하기 위해 외부 인터페이스를 연결하지 않아도 디스플레이 장치(예, LCD, LED 등)를 통하여 통하여 즉각적으로 직렬 아크 혹은 병렬 아크 혹은 과부하 등에 의한 과전류 발생인지 등을 용이하게 확인할 수 있게 된다.
특히, 본 발명에서는 교류전원의 반주기 내에서 부하측 누전, 배선 단락, 아크 등에 의한 과전류에 대해 신속한 트립이 이루어지도록 함으로써, 과전류에 의한 후속 회로의 손상, 화재 등의 재난에 효과적으로 대비할 수 있도록 하였다.
예를 들어, 주제어부(110)는, 해당 전류/전압 검출에 대한 대상신호의 ADC 값을 생성하여 해당 대상신호의 ADC 값의 연속된 하강 신호와 상승 신호(하강신호와 상승신호의 연속, 또는 상승신호와 하강신호의 연속)에서 미리 정한 신호크기 레벨이 동일한 시점 간의 간격이, 과전류 발생 시 달라짐을 이용하여, 전원 차단을 위한 상기 제어신호를 생성할 수 있다. 즉, 변류기(30/40), 전압 검출기(50) 등을 이용하여 측정된 대상 신호가 주제어부(110)에 입력될 때, 디지털 분석 처리 과정에서 대상신호에 대한 순시 트립 또는 누전 트립을 위한 임계치 조건의 만족 여부를 반주기 내에서 신속히 판단해 부하 측의 순간적인 또는 누전이나 단락에 의한 과전류에 대해 부하로의 전원 공급을 효과적으로 차단할 수 있도록 하였다.
다른 방법으로서, 주제어부(110)는, 해당 전류/전압 검출에 대한 대상신호의 ADC 값을 생성하여 내부에 포함된 ADC의 사양(예, 8비트 등)에 따른 포화 디지털값 발생 여부를 판단하고 포화 시간 동안의 포화폭이 미리 정한 임계치 보다 커짐을 이용하여, 전원 차단을 위한 상기 제어신호를 생성할 수 있다. 즉, 변류기(30/40), 전압 검출기(50) 등을 이용하여 측정된 대상 신호가 주제어부(110)에 입력될 때, 디지털 분석 처리 과정에서 미리 정한 한계치 이상의 포화된 디지털 값에 대하여 임계치 이상의 값인지 여부를 정확히 판단함으로써, 부하측의 순간적인 과전류나 누전/단락 전류에 대한 빠르고 정확한 전원 차단으로 전원을 공급받는 부하를 효과적으로 보호할 수 있도록 하였다.
이하, 도 2의 흐름도를 이용하여 본 발명의 일 실시예에 따른 전원 차단 장치(100)의 동작을 좀 더 자세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전원 차단 장치(100)의 동작을 설명하기 위한 흐름도이다.
먼저, ZCT(20), 변류기들(30, 40), 전압검출기(50)는 각각의 검출 신호를 생성한다(S110). ZCT(20)는 스위치(10)와 부하 사이에서 링구조물을 관통하는 2개의 전원선(예, 핫 라인과 중성선)에 흐르는 전류를 감지하여 과전류 발생 등 그에 상응하는 전기적 신호를 검출 신호로서 생성한다. 변류기들(30, 40)은 각각의 전원선에 대하여 전류의 크기에 대응되는 전기적 신호를 해당 검출 신호로서 생성한다. 전압검출기(50)는 2개의 전원선에서의 전압의 크기(예, 220V)에 대응되는 전기적 신호를 도 3과 같이 해당 검출 신호로서 생성한다.
ZCT(20), 변류기들(30, 40), 전압검출기(50) 각각에서 생성한 검출 신호는 정류 또는 증폭이나 조정되어 대상 신호로서 주제어부(110)로 입력된다(S120). ZCT(20)가 생성하는 해당 검출 신호는 브리지다이오드 등 정류부(21)와 소정의 레벨로 신호를 증폭하기 위한 증폭기(22)를 거쳐 순시 트립, 누전 트립, 또는 아크 트립을 위한 대상 신호로서 주제어부(110)로 입력된다. 변류기들(30, 40) 각각에서 생성된 해당 검출 신호들은 브리지다이오드 등 정류부(31/41)와 소정의 레벨로 신호를 증폭하기 위한 증폭기(32/42)를 거쳐 주제어부(110)로 순시 트립, 누전 트립, 또는 아크 트립을 위한 대상 신호로서 입력될 수 있다. 전압검출기(50)가 생성한 해당 검출 신호는 도 4와 같이 브리지다이오드 등 정류부(51)에 의해 정류되며, 전압조정부(52)는 주제어부(110)로 입력하기 위한 소정의 레벨로 신호를 조정하여 주제어부(110)로 순시 트립, 누전 트립, 또는 아크 트립을 위한 대상 신호로서 입력할 수 있다.
주제어부(110)는 ZCT(20), 변류기(30/40) 또는 전압검출기(50)에서 검출하는 검출 신호를 기초로 정류부(21, 31, 41, 51)와 증폭기(22, 32, 42)/전압조정부(52)에서 처리된 후 입력되는 해당 대상신호를 분석하여 부하로의 전원 공급에 대한 순시 트립, 누전 트립, 또는 아크 트립을 위한 제어신호를 생성한다(S130).
주제어부(110)는 해당 대상신호의 ADC(Analog to Digital Converter) 값을 생성하며 이에 따라 디지털 분석 처리 과정에서 대상신호에 대한 순시 트립, 누전 트립, 또는 아크 트립을 위한 임계치 조건의 만족 여부를 반주기 내에서 신속히 판단해 부하 측의 순간적인 또는 누전이나 단락에 의한 과전류에 대해 부하로의 전원 공급을 효과적으로 차단할 수 있다. 즉, 본 발명에서는 인입되는 교류전원의 반주기 내에서 부하측 누전, 배선 단락, 아크 등에 의한 과전류에 대해 신속한 트립이 이루어지도록 함으로써, 과전류에 의한 후속 회로의 손상, 화재 등의 재난에 효과적으로 대비할 수 있도록 한다.
예를 들어, 주제어부(110)는, 해당 전류/전압 검출에 대한 대상신호의 ADC 값을 생성하여 해당 대상신호의 ADC 값의 연속된 하강 신호와 상승 신호(하강신호와 상승신호의 연속, 또는 상승신호와 하강신호의 연속)에서 미리 정한 신호크기 레벨이 동일한 시점 간의 간격이, 과전류 발생 시 달라짐을 이용하여, 전원 차단을 위한 상기 제어신호를 생성할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 주제어부에서의 미리 정한 신호크기 레벨이 동일한 시점 간의 간격을 이용한 과전류 판단을 설명하기 위한 도면이다.
주제어부(110)가 대상신호의 ADC 값을 도 5와 같이 샘플링 시간 0,1,2,3,..에 대하여(예, 전원 60Hz에서 반주기 8.3msec의 1/100 간격) 해당 전류/전압의 대상신호에 대한 ADC 값을 산출한 경우에, 같은 주기에서 해당 전류/전압이 증가하면, 연속된 하강 신호와 상승 신호에서 미리 정한 신호크기 레벨(예, ADC 값 50)이 동일한 시점 간의 간격이 T3, T2, T1,..으로 감소한다. 상승 신호와 하강 신호의 연속된 부분에서도 마찬가지로 해당 전류/전압이 증가하는 경우에 해당 간격은 감소한다. 따라서, 연속된 하강 신호와 상승 신호에서 미리 정한 신호크기 레벨(예, ADC 값 50)이 동일한 시점 간의 간격과, 해당 대상신호에 대한 순시 트립 또는 누전 트립을 위한 소정의 임계치(예, T1) 간의 비교를 통하여, 해당 간격이 임계치보다 작게 될 때 부하 측의 순간적인 또는 누전이나 단락에 의한 과전류로 인식해 부하로의 전원 공급을 효과적으로 차단할 수 있게 된다.
즉, 변류기(30/40), 전압 검출기(50) 등을 이용하여 측정된 대상 신호가 주제어부(110)에 입력될 때, 디지털 분석 처리 과정에서 대상신호에 대한 순시 트립 또는 누전 트립을 위한 임계치 조건의 만족 여부를 반주기 내에서 신속히 판단해 부하 측의 순간적인 또는 누전이나 단락에 의한 과전류에 대해 부하로의 전원 공급을 효과적으로 차단할 수 있도록 하였다.
이와 같은 본 발명의 전류/전압 측정 방법은 ADC 샘플을 높게 할수록 정밀하게 측정이 가능하며 해당 간격 부분은 실제 부하가 걸리지 않은 부분이기 때문에 측정 장치나 후속 회로 등에 영향을 주지 않고 전류나 전압을 측정할 수 있게 된다. 이 특성을 이용할 경우 실제 부하가 인가 되지 않은 상태에서 입력 전류나 전압을 측정할 수 있기 때문에 빠르게 차단하여 부하에 영향을 주지 않고 대전력 신호를 검출할 수 있다. 또한, 기존의 방법에서는 전력량 산출을 위해서는 최소 반주기(8.3ms)의 입력신호를 모니터링 해야지만 대상 신호의 전류 등을 모니터링할 수 있지만, 본 발명에서는 60Hz 교류 전원에 대해 상승 신호의 제로 교차점(Zero crossing)으로부터 6msec 이내, 바람직하게는 4msec 이내에서 과전류를 검출하여 차단할 수 있다.
이와 같은 예에서 주제어부(110)는 ZCT(20), 변류기(30/40) 또는 전압검출기(50) 중 어느 하나의 검출 신호에 대한 해당 대상신호를 분석하여 부하로의 전원 공급에 대한 순시 트립 또는 누전 트립을 위한 제어신호를 생성하는 경우를 예로 들어 설명하였지만, 이에 한정되지 않으며, 경우에 따라서는 ZCT(20), 변류기(30/40) 및 전압검출기(50)의 검출신호들 중 2개 이상 복수의 선택된 검출신호들의 대상신호들에 대한 위와 같은 조건 만족 여부로 위와 같은 제어신호를 생성할 수도 있다. 예를 들어, 연속된 하강 신호와 상승 신호에서 미리 정한 신호크기 레벨(예, ADC 값 50)이 동일한 시점 간의 간격과 각각의 임계치 간의 비교를 통하여, 모두 해당 간격이 각각의 임계치 보다 작게 나오면, 부하 측의 순간적인 또는 누전이나 단락에 의한 과전류에 대해 부하로의 전원 공급을 차단하도록 설계될 수도 있다.
순시 전원 측정 시 기존에는 전파정류 회로를 이용하여 반주기별 전압/전류 검출시 반주기 전체 영역에 대한 모니터링 값을 기초로 발생된 전체 전력을 파악하는 방법이 있었으나, 본원 발명에서는 검출신호의 제로 교차점(Zero crossing) 부근으로부터 소정의 레벨 정도에서 파악되는 펄스폭을 모니터링하여 순간 전력을 용이하게 파악할 수 있도록 한다.
다른 방법으로서, 주제어부(110)는, 해당 전류/전압 검출에 대한 대상신호의 ADC 값을 생성하여 내부에 포함된 ADC의 사양(예, 8비트 등)에 따른 포화 디지털값 발생 여부를 판단하고 포화 시간 동안의 포화폭이 미리 정한 임계치 보다 커짐을 이용하여, 전원 차단을 위한 상기 제어신호를 생성할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 주제어부에서의 전류/전압의 ADC 값에서의 포화된 시간 동안의 포화폭 산출을 설명하기 위한 도면이다. 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 주제어부에서의 da/dt의 누적값에 따른 과전류 판단의 개념을 설명하기 위한 도면이다.
주제어부(110)가 대상신호의 ADC 값을 도 6과 같이 샘플링 시간 0,1,2,3,..에 대하여(예, 전원 60Hz에서 반주기 8.3msec의 1/100 간격) 해당 전류/전압의 대상신호들(610, 620, 630)에 대한 ADC 값을 산출한 경우에, 같은 주기에서 해당 전류/전압이 증가하여 어느 정도 이상이 되면, 주제어부(110)의 내부에 포함된 ADC의 사양(예, 8비트= 256 계조 등)으로 구분할 수 없는 포화상태로 되며, 포화된 시간 동안의 포화폭(포화된 시간폭)이 미리 정한 임계치 보다 큰 경우 부하 측의 순간적인 또는 누전이나 단락에 의한 과전류로 인식해 이때 부하로의 전원 공급을 효과적으로 차단할 수 있게 된다.
이와 같은 점을 이용하기 위하여, 주제어부(110)는, 해당 대상신호의 ADC 값에 대하여 샘플링 주기 dt 마다 해당 ADC 값의 변화량 da을 산출하고, da/dt의 누적값을 산출하여, 해당 누적값이 증가하다가 감소하기 전 소정의 범위 내로 유지하는(소정의 범위에서 변동(fluctuation)을 허용할 수 있음) 시간 동안에 대한 포화폭을 기초로 제어신호를 생성할 수 있다. 도 7은 해당 전류/전압이 10, 20,..50, 100, 200, 300, ..이 증가함에 따라 해당 대상 신호의 da/dt의 누적값의 예를 나타내며, 도 6의 620, 630과 같이 포화가 있는 경우에는, da/dt의 누적값이 증가하다가 감소하기 전 소정의 범위 내로 유지하는 시간 동안에 대한 포화폭이 나타남을 알 수 있다.
다만, 교류 전원의 반주기 마다 신호가 하강으로부터 상승하는 형태를 반복하므로, da/dt의 누적값도 같은 형태를 취하게 되어 데이터 관리의 편의상, 인입되는 교류 전원의 반주기 마다 da/dt의 누적값을 리셋(예, 제로)하여, 교류 전원의 반주기 마다 반복적으로 da/dt의 누적값을 산출하여 위와 같은 제어신호를 생성하는 것이 바람직하다.
이와 같이, 변류기(30/40), 전압 검출기(50) 등을 이용하여 측정된 대상 신호가 주제어부(110)에 입력될 때, 디지털 분석 처리 과정에서 미리 정한 한계치 이상의 포화된 디지털 값에 대하여 임계치 이상의 값인지 여부를 정확히 판단함으로써, 부하측의 순간적인 과전류나 누전/단락 등에 의한 과전류에 대해 빠르고 정확한 부하로의 전원 차단으로 전원을 공급받는 부하를 효과적으로 보호할 수 있도록 하였다.
나아가, 이때, 도 6과 같은 ADC 값의 시간적 변화 추이 파형에서, 포화가 일어나기 전까지 시간축 상의 교류전원의 반주기 파형의 면적이 증가하다가 포화 후에 해당 파형의 면적이 감소하며, 포화 상태 시에는 해당 검출 신호의 크기가 커질수록 620, 630과 같이 포화폭과 파형의 면적이 감소하고 해당 파형의 위상이 해당 상승 신호의 제로 교차점에 가까워 지는 특성을 갖는다. 본 발명에서는 이를 이용하여, 작은 용량의 변류기(30/40)와 주제어부(110) 내의 작은 용량의 해당 ADC의 적용 시에도 대전력의 전원에 대하여 위와 같은 제어신호를 발생시켜 부하로의 전원 공급을 효과적으로 차단시킬 수 있도록 하였다.
이와 같은 예에서 주제어부(110)는 ZCT(20), 변류기(30/40) 또는 전압검출기(50) 중 어느 하나의 검출 신호에 대한 해당 대상신호를 분석하여 부하로의 전원 공급에 대한 순시 트립 또는 누전 트립을 위한 제어신호를 생성하는 경우를 예로 들어 설명하였지만, 이에 한정되지 않으며, 경우에 따라서는 ZCT(20), 변류기(30/40) 및 전압검출기(50)의 검출신호들 중 2개 이상 복수의 선택된 검출신호들의 대상신호들에 대한 위와 같은 조건 만족 여부로 위와 같은 제어신호를 생성할 수도 있다. 예를 들어, 대상신호들의 ADC 값의 포화된 시간 동안의 포화폭(포화된 시간폭)이 미리 정한 각각의 임계치 간의 비교를 통하여, 모두 해당 포화폭이 각각의 임계치 보다 크게 나오면, 부하 측의 순간적인 또는 누전이나 단락에 의한 과전류에 대해 부하로의 전원 공급을 차단하도록 설계될 수도 있다. 여기서 각각의 임계치는 동일할 수도 있고, 서로 다른 값을 가질 수도 있다.
이와 같이, 부하측 누전, 배선 단락, 아크 등의 경우에 발생하는 과전류에 따라, 주제어부(110)가 해당 제어 신호를 발생시키면, 써킷 브레이커(120)는 제어신호에 따라 부하로의 전원 공급의 차단을 위한 구동 신호를 생성하고(도 2의 S140 참조), 스위치(10)는 이에 따라 트립장치(예, 크로스바, 래치 등의 작동)를 구동하여, 교류 전원이 인입되는 인입단자와 부하로 연결되는 부하단자 간의 연결을 차단(단자간 콘택이 이격되도록 오프시킴)시킴으로써 부하로의 전원 공급을 차단한다(도 2의 S150 참조).
주제어부(110)는 이와 같은 순시 트립, 누전 트립, 또는 아크 트립 이전의 소정의 기간 동안(예, 10초, 20초, 30초... 등 1분 이내)의 대상신호의 ADC 값의 데이터를 메모리에 저장할 수 있다. 예를 들어, USB 포트에 연결된 휘발성 메모리 등에 일정 기간의 대상신호의 ADC 값의 데이터를 저장함으로써, 해당 차단 발생의 원인분석 및 후속 조치가 빠르게 이루어지도록 응용될 수 있다. 나아가, 주제어부(110)는 이와 같은 순시 트립, 누전 트립, 또는 아크 트립 발생에 따른 전원 차단에 대하여, 해당 대상신호의 ADC 값의 데이터에 대한 텍스트 또는 그래프 형태로 실시간으로 디스플레이 장치(예, LCD, LED 등)에 표시할 수 있도록 하기 위한 데이터를 출력할 수 있다. 이러한 표시에 따라 전원 차단 시의 해당 데이터를 파악하기 위해 외부 인터페이스를 연결하지 않아도 디스플레이 장치(예, LCD, LED 등)를 통하여 통하여 즉각적으로 직렬 아크 혹은 병렬 아크 혹은 과부하 등에 의한 과전류 발생인지 등을 용이하게 확인할 수 있게 된다.
일반적으로, 전원 입력에 대한 전류 혹은 전압의 측정은 한주기 동안의 피크(PEAK) 검출 혹은 입력값의 합에 의하여 측정한다. 전원 60Hz 주파수를 기준으로 전압 혹은 전류를 측정하기 위해서는 통상 16.6ms의 입력 신호를 모니터링해야 전력 측정이 가능하다. 그러므로, 순간적인 대전력 신호가 들어 온다 하더라도 최소 16ms 이상의 결과를 모니터링 해야만 결과치를 얻을수 있는 한계가 있다. 특히 차단기의 단락 시험의 경우 2500A 입력에 대하여 전자식 모니터링을 수행할 경우 16ms의 입력을 모니터링할 경우 기구부의 회로 등이 파손될 수 있기 때문에 기존에는 대전력 신호 입력시 전기적 자성의 신호를 이용한 마그네틱 방식에 의하여 대전력 신호를 차단하는 방식으로 차단기기 구현되어 있다.
본 발명은 전자식 차단기에 적용 시에 이러한 문제를 해결한다. 신호 입력에 대하여 정류 회로를 적용할 경우 반주기에 반복되는 전력 신호를 취득하여 전력을 모니터링 할 경우 더 빠른 전력 측정 결과를 취득할 수 있다. 이러한 전력 측정 결과에 대하여 정밀도를 필요할 경우 이동 평균한 결과를 적용할 경우 더 높은 정밀도를 측정할 수 있다. 예를 들어, 1% 정밀도의 변류기(CT)를 사용하여 신호를 검출할 경우 10 주기 동안의 신호에 대한 평균을 적용할 경우 정밀도는 0.1%로 증가할 수 있다.
주택용 누전 차단기의 경우 순시 시험과 단락 시험으로 나눈다, 주택용 누전차단기의 C형의 경우 정격 전류의 5배에서 0.1초 이상의 차단시간과 정격전류 10배에서 0.1초 이내의 차단 시간을 요청하며 단락 시험의 경우 2500A 전류를 인가할 경우 차단하는 시간 동안 기구부가 파손없이 견디어 내야 하는 시험이다. 이러한 시험은 각 상별로 시험을 진행한다. 이러한 시험을 만족하기 위하여 기존에 바이메탈 혹은 마그네틱에 의한 적용으로 진행하였으나 시험에서 실패할 경우가 많았다. 이 문제를 해결하기 위해 디지털 방식에 의한 전력 검출을 제안하는 경우가 있으나 낮은 전류에서 대전력 전류에 대한 검출을 해야 하기 때문에 변류기에 대한 적응에도 어려움이 있다.
본 발명에서 제안하는 방식은 낮은 용량의 변류기를 적용 하여도 대전력에 대해 성공적으로 과전류를 검출해 전원 차단이 이루어질 수 있도록 한 것이다. 대부분의 변류기는 사양에 따라 검출 가능한 용량의 한계가 있으며 그 이상의 신호 입력이 들어올 경우 신호의 왜곡이 발생하여 전류 측정에 어려움을 갖고 있다. 또한 검출을 하는 ADC의 경우도 대용량에 맞게 설정할 경우 낮은 용량의 전류를 측정할 수 없으며 낮은 용량에서는 대용량 대전력의 신호를 측정할 수 없는 단점을 갖고 있다. 이러한 부분이 전자식 차단기의 한계인 부분도 있기에 기존의 방식에 있어서도 기구적인 특성에 의해서 차단기가 개발되어 적용되는 한계가 있어 왔으나, 본 발명은 이를 개선하였다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 전원 차단 장치(100)에 따르면, 변류기(30/40), 전압 검출기(50)등을 이용하여 측정된 대상 신호가 주제어부(110)에 입력될 때, 디지털 분석 처리 과정에서 대상신호에 대한 순시 트립 또는 누전 트립을 위한 임계치 조건의 만족 여부를 반주기 내에서 신속히 판단해 부하 측의 순간적인 또는 누전이나 단락에 의한 과전류에 대해 부하로의 전원 공급을 효과적으로 차단할 수 있다. 또한, 디지털 분석 처리 과정에서 미리 정한 한계치 이상의 포화된 디지털 값에 대하여 임계치 이상의 값인지 여부를 정확히 판단함으로써, 부하측의 순간적인 과전류나 누전/단락 전류에 대한 빠르고 정확한 전원 차단으로 전원을 공급받는 부하를 효과적으로 보호할 수 있다.
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
스위치(10)
ZCT(20)
변류기(30, 40)
전압검출기(50)
정류부(21, 31, 41, 51)
증폭기(22, 32, 42)
LPF(23, 33, 43, 53)
전압조정부(52)
주제어부(110)
써킷 브레이커(120)

Claims (18)

  1. 전원 차단 장치의 전원 차단 방법에 있어서,
    부하에 전원을 공급하는 전원선에 결합된 ZCT, 변류기 또는 전압검출기를 이용하여 각각에서 검출하는 검출 신호를 수신하는 단계;
    상기 검출 신호를 기초로 입력되는 대상신호에 대하여 상기 부하로의 전원 공급에 대한 순시 트립 또는 누전 트립을 위한 제어신호를 생성하는 단계; 및
    상기 제어신호에 따라 상기 부하로의 전원 공급을 차단하는 단계를 포함하고,
    상기 제어신호를 생성하는 단계에서, 상기 대상신호의 ADC 값을 생성하여 상기 대상신호의 ADC 값의 연속된 하강 신호와 상승 신호에서 미리 정한 신호크기 레벨이 동일한 시점 간의 간격을 기초로 상기 제어신호를 생성하고,
    상기 제어신호를 생성하는 단계에서, 상기 간격과, 상기 대상신호에 대한 상기 순시 트립 또는 누전 트립을 위한 임계치 간의 비교를 통하여 상기 부하 측의 순간적인 또는 누전이나 단락에 의한 과전류에 대해 상기 부하로의 전원 공급을 차단하기 위한 것을 특징으로 하는 전원 차단 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전원은 교류전원이고,
    상기 제어신호를 생성하는 단계 전에, 상기 검출 신호를 정류하여 상기 대상신호를 생성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전원 차단 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 신호크기 레벨이 동일한 시점 간의 간격은 상기 교류전원의 반주기 내에서 판단되는 것을 특징으로 하는 전원 차단 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 전원인 60Hz 교류 전원에 대해 상승 신호의 제로 교차점(Zero crossing)으로부터 6msec 이내에 상기 간격이 판단되는 것을 특징으로 하는 전원 차단 방법.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 ZCT, 변류기 또는 전압검출기에 의한 각각의 상기 검출 신호 중 하나 또는 복수에 대한 상기 미리 정한 신호크기 레벨이 동일한 시점 간의 간격과, 각각의 임계치를 비교하여 상기 제어신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 전원 차단 방법.
  7. 전원 차단 장치의 전원 차단 방법에 있어서,
    부하에 전원을 공급하는 전원선에 결합된 ZCT, 변류기 또는 전압검출기를 이용하여 각각에서 검출하는 검출 신호를 수신하는 단계;
    상기 검출 신호를 기초로 입력되는 대상신호에 대하여 상기 부하로의 전원 공급에 대한 순시 트립 또는 누전 트립을 위한 제어신호를 생성하는 단계; 및
    상기 제어신호에 따라 상기 부하로의 전원 공급을 차단하는 단계를 포함하고,
    상기 제어신호를 생성하는 단계에서, 상기 대상신호의 ADC 값을 생성하여 상기 ADC의 사양에 따른 포화 디지털값 발생 여부를 판단하고 포화 시간 동안의 포화폭을 기초로 상기 제어신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 전원 차단 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 전원은 교류전원이고,
    상기 제어신호를 생성하는 단계 전에, 상기 검출 신호를 정류하여 상기 대상신호를 생성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전원 차단 방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 포화폭의 시간적 길이는 상기 전원의 반주기 내에서 상기 대상신호의 상기 ADC 값을 기초로 판단되는 것을 특징으로 하는 전원 차단 방법.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 제어신호를 생성하는 단계에서,
    상기 대상신호의 ADC 값에 대하여 샘플링 주기 dt 마다 상기 ADC 값의 변화량 da을 산출하고, da/dt의 누적값을 산출하여, 상기 누적값이 증가하다가 감소하기 전 소정의 범위 내로 유지하는 시간 동안에 대한 상기 포화폭을 기초로 상기 제어신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 전원 차단 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 ADC 값의 시간적 변화 추이 파형에서, 상기 포화가 일어나기 전까지 시간축 상의 상기 전원의 반주기 파형의 면적이 증가하다가 상기 포화 후에 상기 파형의 면적이 감소하며, 포화 상태 시에는 상기 검출 신호의 크기가 커질수록 상기 포화폭과 상기 파형의 면적이 감소하고 상기 파형의 위상이 해당 상승 신호의 제로 교차점에 가까워 지는 특성을 이용하여, 작은 용량의 상기 변류기와 해당 ADC의 적용 시에도 대전력의 상기 전원에 대하여 상기 제어신호를 발생시켜 상기 부하로의 전원 공급을 차단하기 위한 것을 특징으로 하는 전원 차단 방법.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 전원은 교류전원이고, 상기 제어신호를 생성하는 단계 전에, 상기 검출 신호를 정류한 상기 대상신호를 생성하며, 상기 교류전원의 반주기 마다 리셋한 후 산출한 상기 누적값을 이용하는 것을 특징으로 하는 전원 차단 방법.
  13. 제7항에 있어서,
    상기 제어신호를 생성하는 단계에서, 상기 대상신호에 대한 디지털 분석 처리 과정에서 미리 정한 한계치 이상의 포화된 디지털 값에 대하여 상기 순시 트립 또는 누전 트립을 위한 임계치 이상의 값인지 여부를 판단해 상기 부하 측의 순간적인 또는 누전이나 단락에 의한 과전류에 대해 상기 부하로의 전원 공급을 효과적으로 차단하기 위한 것을 특징으로 하는 전원 차단 방법.
  14. 제7항에 있어서,
    상기 ZCT, 변류기 또는 전압검출기에 의한 각각의 상기 검출 신호 중 하나 또는 복수에 대한 상기 포화폭과, 각각의 임계치를 비교하여 상기 제어신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 전원 차단 방법.
  15. 제1항 또는 제7항에 있어서,
    상기 순시 트립 또는 누전 트립 이전의 소정의 기간 동안의 상기 대상신호의 ADC 값의 데이터를 메모리에 저장하는 단계
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전원 차단 방법.
  16. 제1항 또는 제7항에 있어서,
    상기 대상신호의 ADC 값의 데이터에 대한 텍스트 또는 그래프를 실시간으로 디스플레이 장치에 표시하는 단계
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전원 차단 방법.
  17. 부하에 전원을 공급하는 전원선에 결합된 ZCT, 변류기 또는 전압검출기;
    상기 ZCT, 변류기 또는 전압검출기에서 검출하는 검출 신호를 기초로 입력되는 대상신호에 대하여 상기 부하로의 전원 공급에 대한 순시 트립 또는 누전 트립을 위한 제어신호를 생성하는 주제어부; 및
    상기 제어신호에 따라 상기 부하로의 전원 공급의 차단을 위한 써킷 브레이커를 포함하고,
    상기 주제어부는, 상기 대상신호의 ADC 값을 생성하여 상기 대상신호의 ADC 값의 연속된 하강 신호와 상승 신호에서 미리 정한 신호크기 레벨이 동일한 시점 간의 간격을 기초로 상기 제어신호를 생성하고,
    상기 간격과, 상기 대상신호에 대한 상기 순시 트립 또는 누전 트립을 위한 임계치 간의 비교를 통하여 상기 부하 측의 순간적인 또는 누전이나 단락에 의한 과전류에 대해 상기 부하로의 전원 공급을 차단하기 위한 것을 특징으로 하는 전원 차단 장치.
  18. 부하에 전원을 공급하는 전원선에 결합된 ZCT, 변류기 또는 전압검출기;
    상기 ZCT, 변류기 또는 전압검출기에서 검출하는 검출 신호를 기초로 입력되는 대상신호에 대하여 상기 부하로의 전원 공급에 대한 순시 트립 또는 누전 트립을 위한 제어신호를 생성하는 주제어부; 및
    상기 제어신호에 따라 상기 부하로의 전원 공급의 차단을 위한 써킷 브레이커를 포함하고,
    상기 주제어부는, 상기 대상신호의 ADC 값을 생성하여 상기 ADC의 사양에 따른 포화 디지털값 발생 여부를 판단하고 포화 시간 동안의 포화폭을 기초로 상기 제어신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 전원 차단 장치.
KR1020190037745A 2019-04-01 2019-04-01 순시 전력 레벨의 시간 측정에 기초한 전원 차단 방법 및 장치 KR102048367B1 (ko)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190037745A KR102048367B1 (ko) 2019-04-01 2019-04-01 순시 전력 레벨의 시간 측정에 기초한 전원 차단 방법 및 장치
EP20164812.8A EP3719946B1 (en) 2019-04-01 2020-03-23 Power interruption method and device based on periodic measurement of instantaneous power level
US16/827,964 US20200313420A1 (en) 2019-04-01 2020-03-24 Power Interruption Method and Device Based on Periodic Measurement of Instantaneous Power Level

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190037745A KR102048367B1 (ko) 2019-04-01 2019-04-01 순시 전력 레벨의 시간 측정에 기초한 전원 차단 방법 및 장치

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR102048367B1 true KR102048367B1 (ko) 2019-11-26

Family

ID=68731331

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020190037745A KR102048367B1 (ko) 2019-04-01 2019-04-01 순시 전력 레벨의 시간 측정에 기초한 전원 차단 방법 및 장치

Country Status (3)

Country Link
US (1) US20200313420A1 (ko)
EP (1) EP3719946B1 (ko)
KR (1) KR102048367B1 (ko)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113466742A (zh) * 2021-08-02 2021-10-01 江苏大学 基于变压器低压侧线电压的110kV线路自适应断线保护方法
KR102377795B1 (ko) * 2021-12-01 2022-03-24 제일전기공업 주식회사 불연속 구간 검출에 의한 아크 검출 방법

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102063287B1 (ko) * 2019-07-29 2020-01-08 제일전기공업 주식회사 전력 위상 측정과 아크 검출에 기초한 전원 차단 방법 및 장치
CN115106635A (zh) * 2022-07-14 2022-09-27 深圳市海浦蒙特科技有限公司 Dsp控制器及中频逆变焊接电源的恒流控制方法、装置

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20100007087U (ko) * 2008-12-31 2010-07-08 엘에스산전 주식회사 전자식 모터 보호 차단기
JP2014196920A (ja) * 2013-03-29 2014-10-16 パナソニック株式会社 漏電検出装置

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005304148A (ja) * 2004-04-09 2005-10-27 Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd 絶縁監視システム
KR100956162B1 (ko) * 2009-06-19 2010-05-06 주식회사 헤코 복합형 전기안전 차단기 및 그 방법
KR20120122027A (ko) 2011-04-28 2012-11-07 연세대학교 원주산학협력단 무선 센서네트워크에서의 거리 추정 시스템, 거리 추정장치 및 방법
KR101864624B1 (ko) * 2014-07-11 2018-06-07 엘에스산전 주식회사 누전 차단기용 누전 결정 회로
KR102016218B1 (ko) 2017-09-29 2019-09-04 주식회사 와이즈터치 압력 센서 및 이의 제조 방법

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20100007087U (ko) * 2008-12-31 2010-07-08 엘에스산전 주식회사 전자식 모터 보호 차단기
JP2014196920A (ja) * 2013-03-29 2014-10-16 パナソニック株式会社 漏電検出装置

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113466742A (zh) * 2021-08-02 2021-10-01 江苏大学 基于变压器低压侧线电压的110kV线路自适应断线保护方法
CN113466742B (zh) * 2021-08-02 2022-09-13 江苏大学 基于变压器低压侧线电压的110kV线路自适应断线保护方法
KR102377795B1 (ko) * 2021-12-01 2022-03-24 제일전기공업 주식회사 불연속 구간 검출에 의한 아크 검출 방법

Also Published As

Publication number Publication date
EP3719946A1 (en) 2020-10-07
EP3719946B1 (en) 2023-08-02
EP3719946C0 (en) 2023-08-02
US20200313420A1 (en) 2020-10-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102048367B1 (ko) 순시 전력 레벨의 시간 측정에 기초한 전원 차단 방법 및 장치
US11349293B2 (en) Processor-based circuit interrupting devices
US8654487B2 (en) Methods, systems, and apparatus and for detecting parallel electrical arc faults
KR100956162B1 (ko) 복합형 전기안전 차단기 및 그 방법
US7219023B2 (en) Method and device for the detection of fault current arcing in electric circuits
JP2509182B2 (ja) 遮断器のデジタル固体引外し装置
US7791346B2 (en) Device and method for testing an electrical power branch circuit
US11283256B2 (en) Power interruption method and device based on phase measurement and arc detection of power level
JPS61240815A (ja) 遮断器のデジタル固体引外し装置
KR20100132316A (ko) 블랙박스 기능을 갖춘 전력 품질 관리 장치 및 방법, 그리고 부하별 전력 사용량 분석 장치
KR20200093979A (ko) 누전 차단기 및 그 누설 전류 검출 방법
US10495680B2 (en) Systems and methods for detecting current transformer ultrasaturation to enhance relay security and dependability
KR20030080540A (ko) 과부하 검출 회로 차단기
JP6509029B2 (ja) 分電盤
KR102377795B1 (ko) 불연속 구간 검출에 의한 아크 검출 방법
KR20120136952A (ko) 고저항 지락고장 검출 시스템 및 그 방법
KR101019462B1 (ko) 임펄스 검출을 이용한 아크결함 판단방법
KR100268016B1 (ko) 누전차단기의 누전전류 표시장치 및 방법
RU2820252C2 (ru) Устройство и способ обнаружения обрыва в трансформаторе тока с двумя сердечниками, а также автоматический выключатель
KR102270144B1 (ko) 순시성 누설전류에서 시간순차 비교 알고리즘을 적용하여 순간 왜곡파형에 의해 불필요하게 차단되는 불편을 방지하는 중감도 3상 누전차단기와 누설경보기
KR100441947B1 (ko) 계기용변류기 및 3상불평형 이상검출장치
CN108233331B (zh) 电源断路器
US20230112526A1 (en) Method for monitoring abnormal conditions in an electrical distribution system
JP3187856B2 (ja) 微地絡配電線認識装置
KR20220023409A (ko) 지능형 전자 장치

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant