KR102083285B1

KR102083285B1 - 접지단선 감지에 의한 전력 차단기 작동 기반 부하차단 장치

Info

Publication number: KR102083285B1
Application number: KR1020200010683A
Authority: KR
Inventors: 송기찬
Original assignee: 에스엠인스트루먼트 주식회사
Priority date: 2020-01-29
Filing date: 2020-01-29
Publication date: 2020-03-02

Abstract

접지 단자(또는 접지선)가 불연속일 경우, 누전 차단기의 테스트 스위치를 온(on)시켜, 누전 차단기에 의해 전원을 오프(off) 하여 차단시키는, 접지단선 감지에 의한 전력 차단기 작동 기반 부하차단 장치에 관한 것으로서, 접지단선 감지에 의한 전력 차단기 작동 기반 부하차단 장치에 관한 것으로서, 상용전원을 입력받는 전원 입력부; 부하에 공급되는 전력을 차단하는 전력 차단기; 전원의 입력라인의 전압을 감지하여 감지신호를 출력하는 전원선 감지부; 감지신호를 수신하여 접지연속성 또는 접지불연속성 상태를 검출하는 검출부; 및, 상기 검출부의 제어에 따라 상기 전력 차단부를 동작시키는 릴레이부를 포함하는 구성을 마련한다.
상기와 같은 장치에 의하여, 접지 단선을 감지하면 전력 차단기의 테스트 스위치를 구동시켜 전력을 차단시킴으로써, 상용 전압이나 부하 전류가 대용량이더라도 테스트 스위치만 구동할 수 있는 저전압 릴레이를 사용할 수 있고, 이를 통해 소형 경량화 시킬 수 있다.

Description

접지단선 감지에 의한 전력 차단기 작동 기반 부하차단 장치 { A load breaking device by checking ground using earth leakage circuit breaker }

본 발명은 교류전원을 제공하는 전원공급장치 또는 전원분배장치에 접지 단자의 접지 상태 또는 미접지 상태를 상시 감지하여 접지연속성을 확인하고, 접지가 안되었을 경우 누전 차단기를 이용하여 전원공급장치 또는 전원분배장치의 전원을 차단하는, 접지단선 감지에 의한 전력 차단기 작동 기반 부하차단 장치에 관한 것이다.

특히, 본 발명은 접지 단자(또는 접지선)가 불연속일 경우, 누전 차단기의 테스트 스위치를 온(on)시켜, 누전 차단기에 의해 전원을 오프(off) 하여 차단시키는, 접지단선 감지에 의한 전력 차단기 작동 기반 부하차단 장치에 관한 것이다.

현대생활에 있어서 전기는 필수불가결한 자원 중의 하나이나, 전기에 감전되면 생명을 잃게 되는 등 사람에게 치명적인 상해를 입히기도 한다. 또한, 산업현장에서 전기설비를 작동시키거나 유지 보수 등의 업무를 수행할 때, 전기기계의 전원선과 접지와의 불연속이 발생하게 되어 작업자가 감전 재해나 화상을 입게 되는 경우가 종종 발생하고 있다. 특히, 특고압의 송배전 선로나 기기의 활선 상태에서 점검과 보수 작업을 수행할 때, 전기기계에서 접지와의 불연속성이 발생할 경우, 인체에 치명적인 사고와 설비 고장을 유발할 수 있다.

이러한 감전사고를 예방하기 위해서는 접지 시설 및 누전차단기 설치가 필수적으로 요구된다. 접지의 경우, 접지 상태가 항상 연속적으로 유지되는지 여부를 확인하여야 한다. 또한, 접지식과 비접지식이 혼재하는 경우, 누전 차단기의 동작 불능 등 감전 예방을 위한 사각지대가 발생하기도 한다.

이와 같은 감전재해를 방지하기 위한 방안의 일환으로서, 접지선의 연속성을 확인하기 위한 다양한 장치가 사용되고 있다. 접지상태를 판단할 수 있는 서지보호기[특허문헌 1], 저항형 접지상태를 표시하는 장치[특허문헌 2], 전자제품의 접지 불량을 검출하는 장치[특허문헌 3], 전자파를 흡수하거나 제거하는 접지 확인 콘센트[특허문헌 4] 등의 기술들이 나타나고 있다.

또한, 접지 단자(또는 접지선)가 불연속일 경우, 감전 방지를 위하여 전기기기의 전원을 차단할 뿐만 아니라 전기기기로의 전원 투입이 이루어지지 않도록 하는, 접지단선 감지 및 전원보호장치에 대한 기술이 제시되고 있다[특허문헌 5]. 상기 선행기술의 기술 내용이 도 1 및 도 2에 도시되고 있다.

도 1 또는 도 2에서 보는 바와 같이, 상기 선행기술은 누전 차단기 등 전원 차단부(180)를 통과하는 모든 전류가 릴레이부(150)를 통하여 부하에 공급된다. 이때, 제어부(140)는 접지 연속성 여부를 판단하고, 비접지 상태로 판단하면 릴레이부(140)를 오프(off) 시켜 부하에 공급되는 전류를 차단한다. 즉, 상기 선행기술은 전원측 접지 라인이 정상적인 접지 상태가 아닌 경우 전원 차단부(180)의 동작을 오프 스위칭할 수 없다.

그런데, 상기 선행기술의 릴레이부(150)의 각 릴레이(151a)는 소형 저전압 릴레이로서, 접점을 단속하여 부하에 공급되는 전력을 차단한다. 이 경우 소형 저전압 릴레이(151a)는 통상적으로 12V, 1A 미만의 소전력을 단속하는 점접을 보유하고, 접점 양단간에 인가되는 전압도 100V 미만이다. 따라서 전동기기 등 고전압 가정용 전기기기 또는 전기기구(예를 들어, 상용전압 교류 220V 내지 380 V이고 부하전류가 10A이상인 기기 또는 기구), 산업용 전기기구에 적용하기 위하여, 이에 적합한 대용량 접점을 보유한 릴레이를 사용하여야 한다. 이로 인하여 릴레이의 크기가 대형화 되어야 하여야 한다. 따라서 릴레이의 소형화는 실제 산업 현장에서 종래기술이 적용된 접지단선 검출 장치의 사용에 장해 요인이 되고 있다. 즉, 소형 저전압 릴레이는 그 접점의 융착, 절연파괴 등의 고장원인으로 작용하고 있다.

또한 상기 선행기술에 나타난 바와 같이 릴레이부(150)에 의하여 부하에 공급되는 전력이 차단된다 하더라도, 2개의 선로 중 어느 한쪽은 여전히 연결된 상태이다. 따라서 부하에는 상용전원이 공급되고 있는 상태여서 누전에 따른 위험이 제거되었다고 볼 수 없는 상태이다.

또한 상기 선행기술에 의하면, 사용 현장에서 전원 입력부(110)가 3극 구조(P,N,G)의 콘센트 플러그 타입으로 사용되거나, 단자대에 연결된 상태로 전력을 공급받게 된다. 아울러 부하에 전력을 공급하게 되는 구조이다. 전원 입력부(110)가 3극 구조의 콘센트 플러그 타입이면, 콘센트, 플러그의 각각의 3극(P,N,G)이 동시에 접속되지 아니한다. 즉, P,N 접속부 도체들이 먼저 접속되고 플러그 콘센트의 의 측면에 설치되어 접속되는 G 접속부 접촉이 조금이라도 늦게 접속될 수 있다. 이 경우, 상기 선행기술의 접지단선 검출 장치는 접지 단선으로 판단하여 부하를 차단하거나, 접지 단선을 표시하는 문제점을 가진다.

또한 상기 선행기술에 나타난 접지단선 검출 장치는 마이크로 프로세서, 전원 공급부, 전원선 감지부 등 다수의 반도체 소자와 전자 신호 처리회로로 이루어 진다. 따라서 상기 선행기술은 실제 접지선 단선상태를 감지하여 동작하는지를 판단할 수 없는 문제점을 가지고 있다.

한국 등록특허공보 제10-0941962호(2010.02.12.공고) 한국 공개특허공보 제10-2003-0083472호(2003.10.30.공개) 한국 등록특허공보 제10-0689032호(2007.03.08.공고) 한국 등록특허공보 제10-0407770호(2003.12.01.공고) 한국 등록특허공보 제10-1705090호(2017.02.09.공고)

본 발명의 목적은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 접지 단선을 감지하면, 누전차단기 등 전력 차단기의 테스트 스위치를 온(on)시켜 부하 전력을 차단시키는, 접지단선 감지에 의한 전력 차단기 작동 기반 부하차단 장치를 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 목적은 접지 단선을 감지하면 릴레이 동작 신호를 지연시키고 소정의 시간 이후에 송출하는, 접지단선 감지에 의한 전력 차단기 작동 기반 부하차단 장치를 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 목적은 P라인, N라인, G라인(접지선)으로 구성된 전원선 중에서 G라인에 대지로의 접지 사이에 테스트 스위치를 구비하여, G라인의 접지를 온(on)/오프(off) 시킬 수 있도록 구성하는, 접지단선 감지에 의한 전력 차단기 작동 기반 부하차단 장치를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은 접지단선 감지에 의한 전력 차단기 작동 기반 부하차단 장치에 관한 것으로서, 상용전원을 입력받는 전원 입력부; 부하에 공급되는 전력을 차단하는 전력 차단기; 전원의 입력라인의 전압을 감지하여 감지신호를 출력하는 전원선 감지부; 감지신호를 수신하여 접지연속성 또는 접지불연속성 상태를 검출하는 검출부; 및, 상기 검출부의 제어에 따라 상기 전력 차단부를 동작시키는 릴레이부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 접지단선 감지에 의한 전력 차단기 작동 기반 부하차단 장치에 있어서, 상기 릴레이부는 상기 전력 차단부의 테스트 스위치의 접점에 병렬로 연결되어, 상기 테스트 스위치의 접점을 연결하거나 차단하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 접지단선 감지에 의한 전력 차단기 작동 기반 부하차단 장치에 있어서, 상기 검출부는 접지불연속성 상태를 검출하면, 사전에 정해진 지연 시간 간격으로 반복하여 접지불연속성 상태를 검출하고, 사전에 정해진 최소 반복 횟수 이상으로 검출되면, 상기 릴레이부로 제어신호를 출력하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 접지단선 감지에 의한 전력 차단기 작동 기반 부하차단 장치에 있어서, 상기 최소 반복 횟수는 2 이상인 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 접지단선 감지에 의한 전력 차단기 작동 기반 부하차단 장치에 있어서, 상기 전원 입력부의 접지 라인에 접지단선 테스트 스위치를 구비하고, 상기 접지단선 테스트 스위치의 일 접점은 상기 전원 입력부의 접지 라인에 연결되고, 타 접점은 대지로 접점시키도록 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 접지단선 감지에 의한 전력 차단기 작동 기반 부하차단 장치에 있어서, 상기 전원 입력부의 접지선은 상기 전원 출력부의 접지선에 연결되고, 상기 전원 출력부의 접지선은 부하의 기판에 접지되고, 상기 부하차단 장치는 접지단선 테스트 스위치를 더 구비하되, 상기 접지 단선 테스트 스위치는 온/오프 스위치를 구비하고, 스위치의 일 접점은 대지로 접지시키고, 타 접점은 부하의 기판 접지에 연결되는 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 접지단선 감지에 의한 전력 차단기 작동 기반 부하차단 장치에 의하면, 접지 단선을 감지하면 전력 차단기의 테스트 스위치를 구동시켜 전력을 차단시킴으로써, 상용 전압이나 부하 전류가 대용량이더라도 테스트 스위치만 구동할 수 있는 저전압 릴레이를 사용할 수 있고, 이를 통해 소형 경량화 시킬 수 있는 효과가 얻어진다. 또한, 누전차단기 등 전력 차단기의 특성상 두 선로 모두를 차단하기 때문에, 부하에 공급 되는 전압 전류 모두를 차단하여 감전의 위험을 원천적으로 제거할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 접지단선 감지에 의한 전력 차단기 작동 기반 부하차단 장치에 의하면, 접지 단선을 감지하더라도 릴레이 동작 신호를 지연시킴으로써, 접지의 연속성을 확인할 수 있고, 전원 접속시 발생하는 채터링 등 외란에 의하여 발생하는 오동작을 최소화 할 수 있고, 이를 통해, 장치 제품의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 효과가 얻어진다.

또한, 본 발명에 따른 접지단선 감지에 의한 전력 차단기 작동 기반 부하차단 장치에 의하면, 전원의 접지선에 온/오프 스위치를 구비함으로써, 접지 단선의 감지 및 전력 차단 회로의 정상 여부를 테스트할 수 있는 효과가 얻어진다.

도 1 및 도 2는 종래기술에 따른 부하차단 장치의 구성에 대한 회로도.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 접지단선 감지에 의한 전력 차단기 작동 기반 부하차단 장치에 대한 회로도.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 전원 입력부에 대한 회로도.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 전력 차단부에 대한 회로도.
도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 전원 출력부에 대한 회로도.
도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따른 노이즈 필터부에 대한 회로도.
도 8은 본 발명의 제1 실시예에 따른 전원선 감지부에 대한 회로도.
도 9는 본 발명의 제1 실시예에 따른 입력전원에 대하여 감지된 감지신호를 나타낸 그래프.
도 10은 본 발명의 제1 실시예에 따른 검출부에 대한 회로도.
도 11은 본 발명의 제1 실시예에 따른 감지신호에 따른 상태 판단 및 제어신호를 나타낸 표.
도 12는 본 발명의 제1 실시예에 따른 릴레이부에 대한 회로도.
도 13은 본 발명의 제1 실시예에 따른 직류전원 공급부에 대한 회로도.
도 14는 본 발명의 제3 실시예에 따른 접지 관련 회로도.
도 15는 본 발명의 실시예에 따른 접지 종류를 나타낸 도면.
도 16은 본 발명의 제4 실시예에 따른 접지 관련 회로도.

이하, 본 발명의 실시를 위한 구체적인 내용을 도면에 따라서 설명한다.

또한, 본 발명을 설명하는데 있어서 동일 부분은 동일 부호를 붙이고, 그 반복 설명은 생략한다.

먼저, 본 발명의 제1 실시예에 따른 접지단선 감지에 의한 전력 차단기 작동 기반 부하차단 장치의 개략적인 구성을 도 3을 참조하여 설명한다.

도 3에서 보는 바와 같이, 본 발명의 접지단선 감지에 의한 전력 차단기 작동 기반 부하차단 장치(100)는 상용전원을 입력받는 전원 입력부(10), 누전 차단기 등 전력을 차단하는 전력 차단부(20), 입력된 상용 전원을 부하(200)에 출력하는 전원 출력부(30), 입력 전원의 노이즈를 제거하는 노이즈 필터부(40), 전원의 입력 라인의 전압을 감지하는 전원선 감지부(50), 감지신호를 수신하여 접지연속성 또는 접지불연속성 상태를 검출하는 검출부(60), 검출부(60)의 제어에 따라 전력 차단부(20)의 테스트 스위치를 온/오프 시키는 릴레이부(70)로 구성된다. 추가적으로, 검출부(60)의 검출 결과를 출력하는 표시부(80), 또는, 입력 전원을 직류 전원으로 변환하여 공급하는 직류전원 공급부(90)를 더 포함하여 구성될 수 있다.

먼저, 전원 입력부(10)는 입력전원인 교류전원(예를 들어, AC 200V)을 입력받는다. 도 4에서 보는 바와 같이, 전원 입력부(10)는 전원입력 라인(N1,P1) 및 접지 라인(또는 중성 라인)(G1)으로 구성된다. 바람직하게는, 입력라인(N1,P1)은 2개의 라인으로서 교류 전원이 입력되는 라인이고, 접지라인(G1)은 접지(earth)를 시키는 라인이다.

바람직하게는, 전원 입력부(10)는 외형적으로 플러그 형태로 구성되어, 교류 전원이 공급되는 전원공급장치 또는 전원분배장치(미도시)에 삽입되고, 전원공급장치 또는 전원분배장치(미도시)로부터 교류 전원을 공급받는다. 즉, 입력라인(N1,P1) 및 접지라인(G1)의 끝단에는 입력단자, 접지단자가 구비되어, 해당 입력단자 및 접지단자가 전원공급장치 또는 전원분배장치(미도시)의 전원단자 및 접지단자와 연결된다. 접지라인(G)은 전원공급장치 또는 전원분배장치(미도시)의 접지단자와 연결되어, 접지(earth)된다.

다음으로, 전력 차단부(20)는 누전 차단기 등 전력을 차단하는 장치이다. 도 3에서 보는 바와 같이, 전력 차단부(20)는 전원 입력부(10)와 전원 출력부(30) 사이에 구비된다.

도 5에서 보는 바와 같이, 전력 차단부(20)는 입력라인(N1,P1)과 출력 라인(N2,P2) 사이에 구비되어 전력을 연결하거나 차단하는 전력 차단 장치로서, 바람직하게는, 통상의 누전 차단기로 구성된다.

즉, 전력 차단부(20)는 입력 라인(N1,P1)을 개폐하는 개폐 기구(23), 정격 감도 이상의 전류치를 검출하는 ZCT 또는 영상 변류기(24), 전류가 흐르면 개폐 기구(23)를 분리(개방)시키는 분리 기구(25), 및, 누전 차단 기능을 테스트하는 테스트 스위치(26)로 구성된다. 또한, 누전 상태를 표시하는 누전 표시등(29) 등이 더 구비될 수 있다. 상기와 같은 구성은 통상의 누전 차단기의 구성의 일례이다.

특히, 테스트 스위치(26)는 입력 라인(N1,P1)의 분리 기구(25)로의 연결 접점(27)을 온(on)/오프(off) 시키는 스위치로 구성된다. 즉, 테스트 스위치(26)는 연결 접점 또는 테스트 연결 접점(27)을 온(on)시키면 분리 기구(25)를 구동하도록 구성된다. 이때, 분리 기구(25)가 구동되어 개폐 기구(23)가 동작하여 입력 라인(N1,P1)을 차단시킨다.

또한, 테스트 연결 접점(21)은 릴레이 연결 라인(28) RY1, RY2를 통해 릴레이부(70)의 릴레이(71)와 연결된다. 즉, 릴레이 연결 라인(28) 또는 릴레이(70)의 출력이 테스트 스위치(26)에 병렬로 연결된다. 따라서, 릴레이부(70)에 의해 릴레이(71)가 연결되면, 테스트 연결 접점(27)은 온(on)되어, 테스트 스위치(26)가 눌려진 것과 동일한 효과가 발생한다. 즉, 누전 차단기 등 전력 차단부(20)가 입력 전원 또는 입력 라인을 차단시킨다.

또한 본 발명에서 테스트 신호가 있는 누전차단기를 예시하였으나 이에 한정 하지 아니하며, 테스트 버튼의 동작에 의하여 동작되는 두선로 모두를 차단하는 차단기라면 모두 활용 및 적용할 수 있다. 또한, 이러한 차단기들의 동작은 본 분야에서 관용적으로, 상업화된 누전차단기, 누전과부하겸용 차단기 등을 사용하는 것이어서 구체적 설명을 생략한다.

다음으로, 도 6에서 보는 바와 같이, 전원 출력부(30)는 출력 라인(N2,P2), 및, 접지 라인(G2)을 부하(200)에 공급한다.

다음으로, 노이즈 필터부(40)는 입력 전원에서 노이즈를 제거하는 회로로 구성된다. 도 7에서 보는 바와 같이, 노이즈 필터부(40)는 인덕터와 커패시터를 구비하여 입력 전원의 노이즈를 제거한다.

다음으로, 전원선 감지부(50)는 각 입력라인(N1,P1)에 따라 각 라인 감지부(50a, 50b)를 구성한다. 이를 각각 제1 라인 감지부(50a) 및, 제2 라인 감지부(50b)라 부르기로 한다. 제1 라인 감지부(50a)는 입력라인(N1,P1) 중 하나의 라인(N1)과 접지라인(G1) 간의 전압을 감지하고, 제2 라인 감지부(50b)는 다른 하나의 라인(P1)와 접지 라인(G1) 간의 전압을 감지한다. 즉, 제1 및 제2 라인 감지부(50a, 50b)는 입력라인(N1,P1)과 접지라인(G1) 간의 전위차에 의해 접지연속성을 감지한다.

제1 라인 감지부(50a)는 입력라인(N1)과 접지라인(G1) 사이에 정류부(51a)와 포토커플러 등 절연부(52a)를 직렬로 연결하고, 포토커플러 등 절연부(52a)의 출력(수광부 출력)을 감지신호(In-A)로 출력한다. 정류부(51a)는 다이오드(D1)로 구성되어 교류전원의 역상 전류만을 통과시킨다. 정류부(51a)에 의해 통과된 전류는 절연부(52a)의 발광부를 발광시키고, 이를 수광부에서 수광하여 감지신호(In-A)를 온(On)으로 출력한다. 따라서 제1 라인 감지부(50a)는 입력라인(N1)으로 역상 전원이 입력되는 경우에만 감지신호(In-A)를 온(On)으로 출력한다. 이때의 감지신호를 제1 감지신호라 부르기로 한다. 특히, 제1 라인 감지부(50a)는 접지라인(G1)이 접지연속성 상태(접지된 상태)인 경우에만 입력라인(N1)과 접지라인(G1) 사이로 전류가 흐르므로, 접지연속상 상태에만 제1 감지신호(In-A)를 출력한다. 즉, 접지불연속 상태(접지되지 않은 상태)인 경우에는 입력라인(N1)과 접지라인(G1) 사이로 전류가 흐르지 않기 때문에, 제1 감지신호(In-A)는 오프(off)로 출력된다.

또한, 제2 라인 감지부(50b)는 입력라인(P1)과 접지라인(G1) 사이에 정류부(51b)와 포토커플러 등 절연부(52b)를 직렬로 연결하고, 절연부(52b)의 출력(수광부 출력)을 감지신호(In-B)로 출력한다. 정류부(51b)는 다이오드(D4)로 구성되어 교류전원의 정상 전류만을 통과시킨다. 정류부(51b)에 의해 통과된 전류는 절연부(52b)의 발광부를 발광시키고, 이를 수광부에서 수광하여 감지신호(In-B)를 온(On)으로 출력한다. 따라서 제2 라인 감지부(50b)는 입력라인(P1)으로 정상 전원이 입력되는 경우에만 감지신호(In-B)를 온(On)으로 출력한다. 그리고 제2 라인 감지부(50b)는 접지라인(G1)이 접지연속성 상태(접지된 상태)인 경우에만 입력라인(P1)과 접지라인(G1) 사이로 전류가 흐르므로, 접지연속상 상태에만 제2 감지신호(In-B)를 출력한다. 즉, 접지불연속 상태(접지되지 않은 상태)인 경우에는 입력라인(P1)과 접지라인(G1) 사이로 전류가 흐르지 않기 때문에, 제2 감지신호(In-B)는 오프(off)로 출력된다.

입력되는 전원은 교류전원이므로, 2개의 입력라인(N1,P1)의 각각과 접지라인(G) 사이의 전원을 감지하는 제1 및 제2 라인 감지부(50a,50b)는 정상적인 경우(정상분 또는 역상분) 서로 교차하여 온(On) 신호를 출력한다. 이를 도 9에 도시되고 있다. 도 9는 접지연속성 상태에서 입력되는 교류전원에 대하여, 제1 및 제2 라인 감지부(50a,50b)가 출력하는 제1 및 제2 감지신호(In-A,In-B)를 도시한 것이다. 도 2와 같이, 입력전원이 교류전원이면, 제1 및 제2 라인 감지부(50a,50b)는 온/오프 신호를 서로 교차하여 출력한다. 즉, 공급되는 전원이 역상분인 경우 제1 감지신호가 온(On)으로 출력되고, 제2 감지신호가 오프(off)로 출력된다. 전원이 정상분인 경우, 그 반대로, 제1 감지신호가 오프(off)로 출력되고, 제2 감지신호가 온(On)으로 출력된다.

다음으로, 도 10에서 보는 바와 같이, 검출부(60)는 전원선 감지부(30)로부터 감지신호(In-A, In-B)를 수신하여, 접지연속성 또는 접지불연속성(무접지, 미접지, 비접지) 상태를 검출한다. 또한, 검출부(60)는 접지의 연속성 여부에 따라 제어신호(RY-OUT)를 릴레이부(70)로 출력한다. 또한, 바람직하게는, 검출부(60)는 미접지(무접지, 비접지) 상태 여부 또는 접지 연속성 여부에 따라 표시부(80)에 온/오프 표시신호를 출력한다.

또한, 검출부(60)는 마이크로 컨트롤러 유닛(MCU: Micro Controller Unit)으로서, 하나의 제어칩으로 구성된다. MCU는 감지신호 등을 입력신호로서 입력받고, 제어신호(RY-OUT) 등을 출력신호로서 출력한다. 또한, MCU는 직류전원 공급부(90)에서 생성된 직류전원을 전원으로 제공받는다.

특히, 검출부(60)는 전원선 감지부(30)로부터 온/오프(또는 1/0)의 감지신호를 수신하여, 감지신호들의 신호값에 따라 접지연속성 여부를 판단한다. 검출부(60)에서 감지신호에 따른 접지연속성 판단의 논리 연산은 도 10과 같다.

도 11에서 보는 바와 같이, 2개의 감지신호(In-A, In-B)가 하나는 온(1) 또는 다른 하나는 오프(0)이면 접지연속성 상태로 판단한다. 특히, 제1 감지신호(In-A)가 0이고 제2 감지신호(In-B)가 1이면, 입력전원이 정상 상태이다. 또한, 그 반대인 경우, 즉, 제1 감지신호(In-A)가 1이고 제2 감지신호(In-B)가 0이면, 입력전원이 역상 상태이다. 그리고 제1 및 제2 감지신호(In-A, In-B)가 모두 오프(0)이면 비접지 상태, 즉, 접지 불연속성 상태로 판단한다. 이 경우는 접지라인(G)이 접지되지 않아, 감지신호가 모두 검출되지 않은 경우이다.

또한, 검출부(60)는 입력전원의 접지 상태가 접지 불연속성으로 판단되면, 릴레이부(70)에 제어신호(RY-OUT)를 출력하여, 릴레이부(70)가 전력 차단부(20)를 작동시킨다. 즉, 릴레이부(70)에 출력하는 제어신호(RY-OUT)를 오프(0)로 출력한다.

다음으로, 도 10과 같이, 표시부(80)는 검출부(60)의 출력에 따라 접지 상태 또는 지연 상태 등을 표시한다. 즉, 검출부(60)는 입력전원의 접지 상태에 따라 표시부(80)에 표시신호를 출력한다. 표시부(80)는 전원선(또는 입력라인)의 상태 및 접지 연속성 상태(또는 미접지 상태)를 표시등(LED)을 통하여 외부로 디스플레이한다.

다음으로, 릴레이부(70)는 입력전원을 온/오프하는 릴레이(71)와, 릴레이(71)를 구동하는 구동부(72)로 구성된다.

구동부(72)는 검출부(60)의 제어신호(RY-OUT)에 따라 릴레이(71)를 제어하기 위한 구동신호를 출력한다. 트랜지스터(Q3)는 검출부(60)의 제어신호(RY-OUT)에 의해 동작되어, 구동부(72)가 구동된다.

릴레이(71)는 그 출력 양단 RY1, RY2가 전력 차단부(20)의 테스트 연결 접점(21)과 연결된다. 또한, 릴레이(71)는 구동부(72)의 구동에 의해 온(on)되고, 결국, 테스트 연결 접점(21)이 연결된다. 따라서 전력 차단부(20)의 테스트 스위치(26)가 온(on)되는 효과를 발생시킨다.

즉, 검출부(60)는 전기기기의 전원 투입 전에 전원선이 무접지(접지불연속성) 상태인 경우, 릴레이부(70)를 구동시켜, 전력 차단부(20)의 테스트 스위치(26)를 온(on)시키고, 결국, 전력 차단부(20)가 전력을 차단하도록 제어한다. 그리고 전원선이 정상상태인 경우, 이전의 상태로 복귀하도록 제어한다.

다음으로, 직류전원 공급부(90)는 전원 입력부(10)로부터 교류전원을 입력받아 직류전압(바람직하게는, 5V, 12V)으로 변환하여 반도체 소자 등 전자회로에 전원을 공급한다. 직류전원 공급부(90)는 교류전원을 직류전압으로 변환하는 트랜스와, 트랜스의 출력전압에서 노이즈를 제거하여 정류하는 정류부 등으로 구성된다.

즉, 직류전원 공급부(90)는 정류된 직류 전원을 릴레이부(70) 또는 검출부(60) 등에 전원으로 공급한다.

이러한 본 발명은 접지 단선의 전력 차단 기능을 기존의 누전차단기 등 전력 차단기의 기능에 병합하여 일체화 및 소형화할 수 있다. 이에 따라, 본 발명은 이동용 전기기계/기구를 포함하는 모든 전기실비로부터의 누전으로 인한 감전 재해에 대한 근원적 예방에 기여할 수 있다. 또한, 본 발명은 이동용 전기기계/기구 등 전기기기로부터 접지연속성을 상시 확인하여, 작업 중에라도 접지선의 이탈/단선으로부터 발생할 수 있는 감전 위험성을 미리 감지할 수 있다. 그리고 접지 불연속일 때 전기기기의 입력 전원을 차단함으로써, 누전의 조기감지 및 사전조치를 취하게 하여 감전 재해를 감소시킬 수 있다.

또한, 본 발명은 릴레이가 직접적으로 부하 전력을 차단하지 아니하도록 구성한다. 대신, 본 발명은 누전차단기, 과부하 겸용 누전 차단기 등과 같이 전력회로를 차단하는 차단기들의 동작 테스트 스위치와 병렬로 릴레이를 연결한다. 이를 통해, 접지 단선이 발생한 경우, 전력 차단기의 동작과 연동시키도록 구성한다. 특히, 접지선 단선이 발생 한 경우, 전력 차단기의 전자적으로 작동시키는 테스트 스위치의 양단을 접지단선 감지 장치의 릴레이가 단락됨으로 인하여, 누전 차단기가 동작된다.

따라서 본 발명에 따른 접지단선 감지에 의한 부하차단 장치는, 릴레이를 소형 저전압 릴레이로 사용하더라도, 아무런 문제점을 야기 시키지 아니하고, 장치의 소형 경량화를 달성할 수 있다. 또한, 누전차단기의 특성상 두 선로 모두를 차단함 으로써, 부하에 공급 되는 전압 전류 모두를 차단하고, 감전의 위험을 원천적으로 제거할 수 있다.

다음으로, 본 발명의 제2 실시예에 따른 접지단선 감지에 의한 전력 차단기 작동 기반 부하차단 장치의 개략적인 구성을 설명한다.

본 발명의 제2 실시예는 앞서 설명한 제1 실시예와 모든 구성이 동일하고, 다만, 검출부(60)의 구성에 일부 차이점을 가진다. 이하에서, 제1 실시예와 다른 부분만 설명한다. 설명되지 않은 제2 실시예의 부분은 앞서 설명한 제1 실시예의 설명을 참조한다.

본 발명의 제2 실시예에 따른 검출부(60)는 내부에 타이머 또는 타이머 회로(미도시)를 구비한다. 검출부(60)는 접지 단선 또는 접지불연속성 상태를 검출하면, 타이머를 통해 사전에 설정된 지연 시간 이후에 다시 접지 단선 또는 접지불연속성 상태를 측정한다. 이와 같이, 지연 시간 간격으로 접지불연속 상태를 반복하여 검출한다. 바람직하게는, 지연 시간은 1~99초 사이로 설정한다.

검출부(60)는 접지불연속 상태를 적어도 2회 이상 반복하여 검출하면, 제어신호(RY-OUT)를 릴레이부(70)로 출력한다. 즉, 바람직하게는, 사전에 정해진 최소 반복 횟수 이상 검출하면, 제어신호(RY-OUT)를 릴레이부(70)로 출력한다.

구체적으로, 검출부(60)는 전원선 감지부(50)로부터 입력되는 감지 신호(In-A,In-B)에 따라 단선이라고 판단되면, 즉시 릴레이 동작 신호를 릴레이부(70)로 보내지 않는다. 대신, 검출부(60)에서 1~99초 등 지연 시간 범위 내에서 지연 후 송출함으로서 접지의 연속성을 확인할 수 있다. 또한, 전원 접속시 발생하는 채터링과 같은 외란에 의하여 발생하는 불필요하게 접지단선이라고 인식되어 동작하는 것을 최소화 할 수 있다. 이를 통해, 접지 단선유무 파악에 신뢰성을 향성시키고 전기 감전사고 예방에 기여할 수 있다.

또한, 본 발명에서는 지연회로를 IC의 펌웨어로 프로그래밍하여 탑재할 수 있다. 일례로서, 본 분야에서 상용화된 마이크로프로세서인, 프로그램어블 한 Atmel사의 ATMEGAB(TQOP) 마이크로프로세서의 내재된 기능을 활용하여 구현될 수 있다. 또는, 이와 동등 이상의 마이크로프로세서를 사용할 수 있다.

다음으로, 본 발명의 제3 실시예에 따른 접지단선 감지에 의한 전력 차단기 작동 기반 부하차단 장치의 개략적인 구성을 도 14를 참조하여 설명한다.

본 발명의 제3 실시예는 앞서 설명한 제1 실시예 또는 제2 실시예와 모든 구성이 동일하고, 다만, 접지선(G1,G2)의 구성에 일부 차이점을 가진다. 이하에서, 제1 실시예 또는 제2 실시예와 다른 부분만 설명한다. 설명되지 않은 제3 실시예의 부분은 앞서 설명한 제1 실시예 또는 제2 실시예의 설명을 참조한다.

도 14에서 보는 바와 같이, 전원 입력부(10)의 접지 라인(G)에 접지단선 테스트 스위치(310)를 구비한다. 접지단선 스위치 테스트(310)의 일 접점은 전원 입력부(10)의 접지 라인(G)에 연결되고, 타 접점은 대지로 접지시킨다.

즉, 접지 스위치 테스트(310)는 접지선 단선 시 정상 동작 유무를 판단하기 위한 것이다. 제1 또는 2 실시예에서 나타난 바와 같은 전원선인 P라인, N라인, G라인(접지선)으로 표시되는 전원선 중 G라인이 정상적으로 접지되었는지를 판단하기 위하여, 부하차단 장치가 동작 시 오프 상태인 버튼 스위치를 개제시켜 대지로 접지시킨다.

즉, 접지단선 테스트 스위치를 오픈(off) 시키면 접지상태가 단선인 상태로 인식하여 부하차단 장치가 접지 단선으로 감지하여 동작하게 된다.

도 15는 2가지 형태의 접지를 나타내고 있다. 도 15(a)는 샤시 또는 기판에 일괄 연결된 것을 나타낸다. 즉, 전원선인 N 라인에 연결된 것을 의미하며, 이를 "기판 접지"라 부르기로 한다. 도 15(b)는 대지에 연결되는 접지된 것을 의미한다, 이하 이를 "대지접지"라 부르기로 한다.

상기와 같은 제3 실시예는 전원단, 즉, 전원 입력부(10)에 연결된 상용전원라인에서의 G라인(접지선)의 접지가 정상적이지 아닌지를 확인하는 것이다. 즉, 접지단선 테스트 스위치(310)는 이에 대한 정상동작여부를 판단하는 테스트 버튼이다.

그런데, 제3 실시예의 경우는 누전차단기 후단에 연결되는 부하의 접지상태는 감지할 수 없다. 이하에서 제4 실시예는 이를 해결하기 위한 실시예이다.

다음으로, 본 발명의 제4 실시예에 따른 접지단선 감지에 의한 전력 차단기 작동 기반 부하차단 장치의 개략적인 구성을 도 16을 참조하여 설명한다.

본 발명의 제4 실시예는 앞서 설명한 제3 실시예와 모든 구성이 동일하고, 다만, 접지선(G1,G2)의 구성에 차이점을 가진다. 이하에서, 제3 실시예와 다른 부분만 설명한다. 설명되지 않은 제4 실시예의 부분은 앞서 설명한 제3 실시예의 설명을 참조한다.

도 16에서 보는 바와 같이, 전원 입력부(10)의 접지선(G1)을 전원 출력부(30)의 접지선(G2)에 연결한다. 또한, 전원 출력부(30)의 접지선(G2)은 부하(200)의 기판에 접지된다.

또한, 접지단선 테스트 스위치(320)는 온/오프 스위치를 구비하되, 스위치의 일 접점은 대지로 접지시키고, 타 접점은 부하(200)의 기판 접지에 연결된다.

따라서 본 발명의 제4 실시예에서는 각종 전기기계 기구 등 부하의 실사용에 가장 근접한 상태에서의 접지 단선유무를 감지하여 전원을 모두 차단할 수 있도록 구성된다. 또한, 이의 정상동작 여부를 판단하기 위하여, 전동기, 전열기 등의 전기기계기구(또는 부하)의 외함의 접지부(G5, 기판 접지부이다)와 전원측의 접지라인(G1 또는 G2)과 연결하고, 전기기계기구 외함의 접지부(G6,기판 접지부이다)와 접지선 테스트 스위치(320)를 전기적으로 연결한다. 즉 접지라인(G1 또는 G2)이 전기기계기구 외함의 접지부인 G5와 G6 그리고 접지단선 테스트 스위치(320)를 거처 대지에 접지되게 된다.

이와 같은 연결을 통하여, 전원단의 접지상태와 부하단의 접지 상태를 모두 감지한다. 즉, 부하단의 접지가 단선상로 되면 차단기가 동작되며, 테스트 스위치의 동작에 따라 부하단 전원단 어디에선가의 접지 상태가 접지단선상태로 감지되면 전원을 차단시킨다. 또한, 이의 단선상태가가 감지되는 경우 전체적인 본 발명이 정상적으로 동작되는지를 확인(테스트)할 수 있다.

이상, 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고, 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.

10 : 전원 입력부 20 : 전력 차단부
30 : 전원 출력부 40 : 노이즈 필터부
50 : 전원선 감지부 60 : 제어부
70 : 릴레이부 80 : 표시부
90 : 직류전원 생성부

Claims

접지단선 감지에 의한 전력 차단기 작동 기반 부하차단 장치에 있어서,
상용전원을 입력받는 전원 입력부;
부하에 공급되는 전력을 차단하는 전력 차단부;
전원의 입력라인의 전압을 감지하여 감지신호를 출력하는 전원선 감지부;
감지신호를 수신하여 접지연속성 또는 접지불연속성 상태를 검출하는 검출부; 및,
상기 검출부의 제어에 따라 상기 전력 차단부를 동작시키는 릴레이부를 포함하고,
상기 검출부는 접지불연속성 상태를 검출하면, 사전에 정해진 지연 시간 간격으로 반복하여 접지불연속성 상태를 검출하고, 사전에 정해진 최소 반복 횟수 이상으로 검출되면, 상기 릴레이부로 제어신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 접지단선 감지에 의한 전력 차단기 작동 기반 부하차단 장치.
제1항에 있어서,
상기 릴레이부는 상기 전력 차단부의 테스트 스위치의 접점에 병렬로 연결되어, 상기 테스트 스위치의 접점을 연결하거나 차단하는 것을 특징으로 하는 접지단선 감지에 의한 전력 차단기 작동 기반 부하차단 장치.
제1항에 있어서,
상기 최소 반복 횟수는 2 이상인 것을 특징으로 하는 접지단선 감지에 의한 전력 차단기 작동 기반 부하차단 장치.