KR102095406B1 - 누전 차단기 - Google Patents

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KR102095406B1
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미쓰비시덴키 가부시키가이샤
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Abstract

2 이상의 위상이 다른 누전 테스트 신호를 검출 저항(4)에 출력하고, 검출 저항(4)에서 발생한 검출 전압을 차동 입력 기능을 가지는 A/D 변환 회로(5a)를 이용하여 신호 검출 회로(5)에 가져온다. 신호 검출 회로(5)는 상기 검출 전압이 일정 이상이면 트리핑 신호 또는 경보 출력 신호를 출력한다.

Description

누전 차단기
이 발명은, 내장된 IC 또는 마이크로 컨트롤러의 2개의 포트로부터 누전 테스트 신호를 출력함과 함께, 누전 테스트 신호의 듀티비와 위상을 변화시킬 수 있는 누전 차단기에 관한 것이다.
종래, 누전 차단기로서, 누전을 검출했을 경우의 동작이 건전한지 여부를 확인하는 수단으로서, 누전 테스트 기능을 구비하고 있다. 누전 테스트 기능을 구비한 누전 차단기로서, 누설 전류를 검출하는 영상 변류기와, 상기 영상 변류기의 2차측 출력 전류를 전압으로 변환하는 검출 저항과, 상기 검출 저항에 발생한 전압을 A/D 변환을 이용하여 가져 오는 신호 검출 회로와, 상기 영상 변류기의 3차 권선에 누전 테스트 신호를 출력하는 누전 테스트 회로를 구비하고, 상기 누전 테스트 회로로부터 상기 누전 테스트 신호를 영상 변류기의 3차 권선에 인가함으로써, 상기 누전 테스트 신호에 따른 상기 영상 변류기의 2차측 출력 전류를 상기 신호 검출 회로가 검출하고, 누전 특성에 따라 전로를 차단하거나 또는 누전 알람 경보를 출력하도록 구성된 누전 차단기가 있다.
또한, 예를 들면, 일본 특개평 9－219923호 공보(특허 문헌 1), 일본 실개평 6－84380호 공보(특허 문헌 2), 일본 특개 2014－11909호 공보(특허 문헌 3)에는, 누전 또는 지락을 검출하여 전류를 차단하는 기능을 갖고, 누전 시험 또는 지락 시험을 행할 수 있는 차단기가 개시되어 있다.
[특허 문헌 1] 특개평 9－219923호 공보 [특허 문헌 2] 실개평 6－84380호 공보 [특허 문헌 3] 특개 2014－11909호 공보
종래의 누전 차단기는, 내장된 IC 또는 마이크로 컨트롤러의 하나의 포트로부터 누전 테스트 신호를 출력시키는 것이기 때문에, 단순한 구형(矩形) 파형 밖에 모의(模擬)할 수 없었다.
또한, 테스트 신호를 포트 출력으로 모의했을 경우, 통상의 누전 전류 파형은 교류 파형인데 반해, 테스트 신호는 단순한 구형 파형으로서, 모의 파형으로서는 교류 파형을 모의할 수 없다는 점에서 불충분했다.
게다가, 내장된 IC 또는 마이크로 컨트롤러의 하나의 포트로부터 누전 테스트 신호를 출력시키기 때문에, 포트가 가지는 출력 용량에 따른 출력 밖에 내지 못하고, 필요하면 외부에 버퍼 회로 등을 부가할 필요가 있었다.
이 발명은, 전술한 것과 같은 종래의 누전 차단기의 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로, 교류 파형에 가까운 모의 파형의 출력을 가능하게 하고, 또한 사이리스터 부하 파형과 같은 특수 파형의 모의도 가능하게 한 누전 차단기를 얻는 것을 목적으로 하는 것이다.
이 발명에 따른 누전 차단기는, 교류 전로에 흐르는 누설 전류를 검출하는 영상 변류기와, 상기 영상 변류기의 2차측 출력 전류를 전압으로 변환하는 검출 저항과, 상기 검출 저항에 발생한 전압을 A/D 변환하여 가져오고, 상기 A/D 변환하여 가져온 검출 전압이 일정 이상이면 트리핑 신호 또는 경보 신호를 출력하는 신호 검출 회로와, 2개 이상의 위상이 다른 누전 테스트 신호를 출력하는 누전 테스트 회로와, 상기 트리핑 신호 또는 경보 출력 신호를 받아 동작하는 경보 출력 회로와, 상기 누전 테스트 신호를 출력하는 트리거 회로를 구비한 것이다.
이 발명에 따른 누전 차단기는, 교류 전로에 흐르는 누설 전류를 검출하기 위한 영상 변류기와, 상기 영상 변류기의 2차측 출력 전류를 전압으로 변환하는 검출 저항과, 상기 검출 저항에 발생한 전압을 A/D 변환하여 가져오고, 검출 전압이 일정 이상이면 트리핑 신호 또는 경보 신호를 출력하는 신호 검출 회로와, 2개 이상의 위상이 다른 누전 테스트 신호를 출력하는 누전 테스트 회로와, 상기 트리핑 신호 또는 경보 출력 신호를 받아 동작하는 경보 출력 회로와, 상기 누전 테스트 신호를 출력하는 트리거 회로를 구비하였으므로, 테스트 동작시키는 경우의 누전 테스트 신호를, 단순한 구형 파형이 아니라 실제 파형에 가까운 파형을 간이하게 출력할 수 있어, 예를 들면, 사이리스터 회로에 흐르는 것 같은 위상이 일정하지 않은 파형이 입력되었을 경우에도, 누전 테스트 회로로부터 모의 신호 파형을 출력함으로써, 정상적으로 동작하는지 확인이 가능해진다.
이 발명의 상기 이외의 목적, 특징, 관점 및 효과는, 도면을 참조하는 이하의 이 발명의 상세한 설명으로부터 추가로 명확하게 될 것으로 생각된다.
도 1은 이 발명의 실시 형태 1에 따른 누전 차단기를 나타내는 블록도이다.
도 2는 이 발명의 실시 형태 1에 따른 누전 차단기의 누전 테스트 회로의 개요를 나타내는 회로도이다.
도 3은 이 발명의 실시 형태 1에 따른 누전 차단기의 누전 테스트 회로로부터 출력되는 제1 모의 파형 패턴을 나타내는 차트도이다.
도 4는 이 발명의 실시 형태 1에 따른 누전 차단기의 누전 테스트 회로의 상세를 설명하는 도면이다.
도 5는 이 발명의 실시 형태 1에 따른 누전 차단기의 누전 테스트 회로로부터 출력되는 제2 모의 파형 패턴을 나타내는 차트도이다.
도 6은 이 발명의 실시 형태 1에 따른 누전 차단기의 누전 테스트 회로로부터 출력되는 제3 모의 파형 패턴을 나타내는 차트도이다.
도 7은 이 발명의 실시 형태 2에 따른 누전 차단기를 나타내는 블록도이다.
이하, 이 발명에 따른 누전 차단기의 적합한 실시 형태에 대해서 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
실시 형태 1.
도 1은 이 발명의 실시 형태 1에 따른 누전 차단기를 나타내는 블록도이다.
도 1에 있어서, 누전 차단기(100)는 단위 전로인 제1상 교류 전로(1a), 제2상 교류 전로(1b), 제3상 교류 전로(1c)로 이루어지는 교류 전로(1)를 각각 개폐하는 개폐 접점(2)과, 교류 전로(1) 중에 삽입되어, 교류 전로(1)에 흐르는 누설 전류에 비례한 전류 신호를 출력하는 영상 변류기(3)와, 이 영상 변류기(3)로부터 생성된 전류 신호를 이 전류 신호에 비례한 전압 신호로 변환하는 검출 저항(4)과, 검출 저항(4)의 전압 신호를 차동 입력 기능을 가지는 A/D 변환 회로(5a)에 의해 디지털 데이터로서 가져오고, 누전을 검출하는 신호 검출 회로(5)와, 규정의 누설 전류치를 상회하여, 신호 검출 회로(5)의 검출 전압이 일정 이상인 경우, 신호 검출 회로(5)의 출력 신호에 의해 활성화되는(enerziging)되는 트리핑 코일(6a)을 갖고, 이 트리핑 코일(6a)의 부세시 개폐 접점(2)을 개리 구동하는 트리핑 회로(6)와, 교류 전로(1)에 누설 전류가 흐르지 않은 상태로 누설 전류가 흘렀을 때 누전 차단기(100)가 정상 동작하는지 확인하기 위한 트리거 신호(7a)를 출력하는 트리거 회로(7)와, 이 트리거 회로(7)로부터의 트리거 신호(7a)에 기초하여 영상 변류기(3)의 3차 권선(8)에 전류를 흐르게 하는 누전 테스트 회로(9)를 가지고 있다.
또한, 누전 차단기(100)는 신호 검출 회로(5)로부터 경보 신호(5b)를 출력시켜 경보 출력 회로를 동작시킴으로써, 접점 출력 또는 LED에 의한 표시를 행하는 경보 출력 회로(10)를 가지고 있다.
누전 테스트 회로(9)는, 도 2에 나타낸 바와 같이 제1 포트(9a), 제2 포트(9b) 및 제어부(9c)로 구성되어 있다.
제1 포트(9a)는 전원에 드레인이 접속된 p형 전계 효과 트랜지스터인 제1 FET(9a1)와, 드레인이 제1 FET(9a1)의 소스에 접속되고 소스가 그라운드에 접속된 n형 전계 효과 트랜지스터인 제2 FET(9a2)로 구성되어 있다. 또한, 제1 FET(9a1)의 게이트와 제2 FET(9a2)의 게이트는 접속되어 있고, 그 접속점은 제어부(9c)에 접속되어 있다.
누전 테스트 회로(9)의 제2 포트(9b)도 마찬가지로, 도 2에 나타낸 바와 같이, 전원에 드레인이 접속된 p형 전계 효과 트랜지스터인 제3 FET(9b1)와, 드레인이 제3 FET(9b1)의 소스에 접속되고 소스가 그라운드에 접속된 n형 전계 효과 트랜지스터인 제4 FET(9b2)로 구성되어 있다. 또한, 제3 FET(9b1)의 게이트와 제4 FET(9b2)의 게이트는 접속되어 있고, 그 접속점이 제어부(9c)에 접속되어 있다. 트리거 회로(7)로부터의 트리거 신호(7a)도 제어부(9c)에 입력되고 있다. 또한, 도 2에 있어서, 부호 9c1는 제어부(9c)의 제1 출력을 나타내고, 부호 9c2는 제어부(9c)의 제2 출력을 나타내고 있다.
그리고, 도 1에 나타낸 바와 같이, 제1 FET(9a1)의 소스와 제2 FET(9a2)의 드레인의 접속점은, 영상 변류기(3)의 3차 권선(8)의 일단에 접속되고, 제3 FET(9b1)의 소스와 제4 FET(9b2)의 드레인의 접속점이, 3차 권선(8)의 타단에 접속되어 있다. 또한, 3차 권선(8)에는 3차 권선(8)에 흐르는 전류를 규정하기 위한 저항(8a)이 마련되어 있다.
실시 형태 1에 따른 누전 차단기는 상기와 같이 구성되어 있고, 다음으로, 누전 테스트에 대해 설명한다.
누전 테스트는 누설 전류가 발생했을 때, 누전 차단기(100)가 올바르게 동작하는지를 확인하는 기능으로서, 교류 전로(1)에 누설 전류가 흐르지 않은 상태로 유사 누설 전류를 3차 권선(8)에 흘리고, 누설 전류가 흘렀을 때 누전 차단 동작을 하는지 확인하는 테스트이다.
다음으로, 누전 테스트의 상세 동작에 대해 설명한다.
트리거 회로(7)로부터 트리거 신호(7a)를 누전 테스트 회로(9)의 제어부(9c)에 입력하고, 누전 테스트 회로(9)로부터 누설 전류의 모의 파형을 출력시킴으로써, 신호 검출 회로(5)의 A/D 변환 회로(5a)는 누설 전류의 모의 파형을 검출한다. 누설 전류의 모의 파형은 미리 규정된 누설 전류치를 상회하는 파형으로 한다. 누설 전류의 모의 파형을 검출한 신호 검출 회로(5)는 트리핑 신호를 트리핑 코일(6a)에 출력하여, 트리핑 회로(6)를 동작시켜, 개폐 접점(2)을 개로하고, 교류 전로(1)를 차단한다. 아울러, 경보 신호(5b)를 출력시켜 경보 출력 회로(10)를 동작시킨다. 이것에 의해, 교류 전로(1)에 누설 전류가 발생했을 때와 같은 동작을 확인할 수 있다.
본 실시의 형태에 있어서의 누전 테스트 회로(9)로부터 누설 전류의 모의 파형을 출력하는 방법은, 영상 변류기(3)의 3차 권선(8)에 직접, 유사 누설 전류를 인가하는 구성이다.
도 3은 누전 테스트 회로(9)로부터 출력되는 제1 모의 파형 패턴을 나타내는 차트도이다. 또한, 도 4는 누전 테스트 회로(9)의 상세를 설명하는 도면으로, (a)는 제1 포트(9a)가 Hi, 제2 포트(9b)가 Lo 출력인 때, (b)는 제1 포트(9a)가 Lo, 제2 포트(9b)가 Hi 출력인 때를 나타내고 있다.
도 3에 나타낸 바와 같이, 누전 테스트 회로(9)의 제1 포트(9a) 및 제2 포트(9b)를 교대로 Hi로 함으로써, 모의적으로 구형파의 교류 파형을 구성하고, 3차 권선(8)에 모의 파형의 전류를 흘린다.
보다 상세하게는, 도 4 (a)에 나타낸 바와 같이, 제어부(9c)의 제1 출력(9c1)을 Hi 출력, 제어부(9c)의 제2 출력(9c2)을 Lo 출력함으로써, 제1 포트(9a)가 Hi, 제2 포트(9b)가 Lo가 되고, 3차 권선(8)에는 제1 포트(9a)로부터 제2 포트(9b)로 전류가 흐른다.
다음으로, 도 4 (b)에 나타낸 바와 같이, 제어부(9c)의 제1 출력(9c1)을 Lo 출력, 제어부(9c)의 제2 출력(9c2)을 Hi 출력함으로써, 제1 포트(9a)가 Lo, 제2 포트(9b)가 Hi가 되고, 3차 권선(8)에는 제2 포트(9b)로부터 제1 포트(9a)로 전류가 흐른다.
그리고, 이 전류에 의해 영상 변류기(3)의 2차 권선이 여자(勵磁)되어, 3차 권선(8)에 통전된 전류에 비례한 여자 전류가 발생한다. 이 여자 전류에 의해 검출 저항(4)의 양단에 3차 권선(8)에 통전된 전류에 비례한 전압이 발생하고, 신호 검출 회로(5)의 A/D 변환 회로(5a)에서 디지털 데이터로서 신호 검출 회로(5)에 받아 들여진다. 그리고, 유사 누설 전류는 규정 전류치를 상회하는 파형으로 하고 있기 때문에, 신호 검출 회로(5)는 트리핑 코일(6a)을 여자하여 트리핑 회로(6)를 동작시킴으로써, 개폐 접점(2)을 개로하여 교류 전로(1)를 차단하는 테스트 동작을 행한다.
신호 검출 회로(5)의 A/D 변환 회로(5a)는 차동 입력 기능을 가지고 있고, 누전 테스트 회로(9)의 제1 포트(9a) 및 제2 포트(9b)로부터 각각 신호를 출력시킴으로써, 교류 파형을 모의한 신호로 할 수 있다. 도 5는 누전 테스트 회로(9)로부터 출력되는 제2 모의 파형 패턴을 나타내는 차트도이며, 보다 정현파에 가까운 파형을 출력시킨 예이다. 즉, 제1 포트(9a)와 제2 포트(9b)의 출력에 위상차 φ를 갖게하는 것으로, 단순한 구형파가 아니라, 보다 정현파에 가까운 모의 파형을 출력시킬 수 있다. 또한, 포트로부터 임의로 위상 제어하는 것이 가능하기 때문에, 예를 들면, 사이리스터 회로와 같은 위상이 어긋난 테스트 파형에서의 동작 확인도 가능하고, 상정되는 파형의 누설 전류가 발생했을 경우 올바르게 차단 동작하는지 여부의 확인을 테스트 신호로 행할 수 있다. 또한, 제1 포트(9a)와 제2 포트(9b)의 출력 각각을 임의의 듀티비로 변경해도 좋고, 제1 포트(9a)와 제2 포트(9b)의 출력의 파형 제어를 행하는 것에 의해, 테스트 동작시키는 경우의 누전 테스트 신호를, 단순한 구형 파형이 아니라 실제 파형에 가까운 파형을 간이하게 출력하는 것이 가능해진다.
또한, 도 6은 누전 테스트 회로(9)로부터 출력되는 제3 모의 파형 패턴을 나타내는 차트도이며, 반파 정류된 지락 전류를 모의한 파형을 출력시킨 예이다. 즉, 제2 포트(9b)의 출력이 없게 함으로써 가능해진다. 누전 검출 특성으로서 교류의 지락만 검출 가능한 타입은 「Type AC」, 반파 정류된 지락도 검출 가능한 타입은 「Type A」라고 되어 있다. 테스트 신호로서 「Type A」의 모의 파형도 제2 포트(9b)의 출력을 Lo로 함으로써 가능해진다.
이상과 같이, 실시 형태 1에 따른 누전 차단기는, 교류 전로에 흐르는 누설 전류를 검출하기 위한 영상 변류기와, 상기 영상 변류기의 2차측 출력 전류를 전압으로 변환하는 검출 저항과, 상기 검출 저항에 발생한 전압을 A/D 변환하여 가져오고, 검출 전압이 일정 이상이면 트리핑 신호 또는 경보 신호를 출력하는 신호 검출 회로와, 2개 이상의 위상이 다른 누전 테스트 신호를 출력하는 누전 테스트 회로와, 상기 트리핑 신호 또는 경보 출력 신호를 받아 동작하는 경보 출력 회로와, 상기 누전 테스트 신호를 출력하는 트리거 회로를 구비하고 있으므로, 테스트 동작시키는 경우의 누전 테스트 신호를, 단순한 구형 파형이 아니라 실제 파형에 가까운 파형을 간이하게 출력할 수 있어, 예를 들면 사이리스터 회로에 흐르는 것과 같은 위상이 일정하지 않은 파형이 입력되었을 경우에도, 누전 테스트 회로로부터 모의 신호 파형을 출력함으로써 정상적으로 동작하는지 확인이 가능해진다.
실시 형태 2.
다음으로, 이 발명의 실시 형태 2에 따른 누전 차단기에 대해 설명한다. 도 7은 실시 형태 2에 따른 누전 차단기를 나타내는 블록도로, 실시 형태 1과 동일 또는 상당하는 부분에는 동일 부호를 부여하고 상세 설명을 생략한다.
실시 형태 2에 따른 누전 차단기(200)는 누전 테스트 회로(9)로부터 누설 전류의 모의 파형을 출력하는 방법으로서, 신호 검출 회로(5)의 A/D 변환 회로(5a)에 직접 전압 신호를 인가하는 구성으로 한 것이다.
누전 테스트 회로(9)를 신호 검출 회로(5)의 A/D 변환 회로(5a)에 접속하고, 누전 테스트 회로(9)의 전압 신호를 신호 검출 회로(5)의 A/D 변환 회로(5a)에 인가하여 교류 파형을 모의한 신호를 출력한다. 이것에 의해, 신호 검출 회로(5)의 A/D 변환 회로(5a)로 디지털 데이터로서 신호 검출 회로(5)에 받아 들여져 규정 누설 전류치를 상회하는 파형으로 하고 있다. 그리고, 트리핑 신호를 출력하여 트리핑 코일(6a)을 여자하여, 트리핑 회로(6)를 동작시킨다. 이것에 의해, 개폐 접점(2)을 개로하여 교류 전로(1)를 차단하는 테스트 동작을 가능하게 한다. 또한, 그 외의 구성, 동작에 대해서는 실시 형태 1과 동일하므로, 설명은 생략한다.
이 실시 형태 2에 따른 누전 차단기(200)에 있어서도, 실시 형태 1에 따른 누전 차단기(100)와 마찬가지의 효과를 발휘한다.
이상에 있어서, 이 발명의 실시 형태 1과 2에 대해 설명했지만, 이 발명은 그 발명의 범위 내에 있어서, 각 실시 형태를 자유롭게 조합하거나, 각 실시 형태를 적절히 변형, 생략하는 것이 가능하다.

Claims (7)

  1. 교류 전로에 흐르는 누설 전류를 검출하는 영상 변류기와,
    상기 영상 변류기의 2차측 출력 전류를 전압으로 변환하는 검출 저항과,
    상기 검출 저항에 발생한 전압을 A/D 변환하여 가져오고, 상기 A/D 변환하여 가져온 검출 전압이 일정 이상이면 트리핑 신호 또는 경보 신호를 출력하는 신호 검출 회로와,
    복수의 포트를 구비하고, 상기 복수의 포트 각각으로부터 2 이상의 위상이 다른 누전 테스트 신호를 출력하는 누전 테스트 회로와,
    상기 트리핑 신호 또는 경보 출력 신호를 받아 동작하는 경보 출력 회로와,
    상기 누전 테스트 신호를 출력하는 트리거 회로를 구비하고,
    상기 신호 검출 회로는, 차동 입력 기능을 가지고, 상기 누전 테스트 회로의 복수의 포트 각각으로부터 출력되는 2 이상의 위상이 다른 누전 테스트 신호는 상기 신호 검출 회로에 입력되는 것을 특징으로 하는 누전 차단기.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 신호 검출 회로는, 차동 입력 기능을 가지는 A/D 변환 회로를 내장함과 함께, 상기 누전 테스트 회로로부터 출력되는 2 이상의 위상이 다른 누전 테스트 신호는, 상기 A/D 변환 회로에 직접 또는 간접적으로 입력되고 있는 것을 특징으로 하는 누전 차단기.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 누전 테스트 회로는, 상기 영상 변류기의 3차 권선에 접속되어 있으며, 상기 교류 전로에 누설 전류가 발생하고 있지 않아도, 누설 전류가 발생했을 때 생기는 동작이 가능한 것을 특징으로 하는 누전 차단기.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 누전 테스트 회로는, 상기 A/D 변환 회로에 접속되어 있으며, 상기 교류 전로에 누설 전류가 발생하고 있지 않아도, 누설 전류가 발생했을 때 생기는 동작이 가능한 것을 특징으로 하는 누전 차단기.
  5. 청구항 3에 있어서,
    상기 누전 테스트 회로는, 상기 3차 권선의 일단에 접속된 제1 포트와, 상기 3차 권선의 타단에 접속된 제2 포트를 가지는 것을 특징으로 하는 누전 차단기.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 누전 테스트 회로는, 상기 검출 저항의 일단에 접속된 제1 포트와, 상기 검출 저항의 타단에 접속된 제2 포트를 가지는 것을 특징으로 하는 누전 차단기.
  7. 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 누전 테스트 회로로부터 출력되는 신호는, 위상 제어 또는 파형 제어할 수 있고, 상기 위상 제어 또는 파형 제어로 인해 발생시키는 테스트 신호도 동작을 확인하고자 하는 파형에 맞추어 설정할 수 있는 것을 특징으로 하는 누전 차단기.
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