KR102126314B1 - 누전 차단기 및 이에 착탈 가능한 아크 검출 장치 - Google Patents

누전 차단기 및 이에 착탈 가능한 아크 검출 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 누전 차단기와 아크 검출 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 누전 차단기 및 이에 착탈 가능한 아크 검출 장치에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 누전차단기와 아크 검출 장치는 누전차단기 본체; 및 상기 누전차단기 본체에 착탈 가능하게 결합되어 아크 전류를 검출하는 아크 검출 모듈을 포함하고, 상기 아크 검출 모듈은, 상기 누전차단기 본체의 제1 부하측 단자에 연결되고, 선로에 흐르는 아크 전류를 검출하는 아크 검출부; 상기 아크 검출부로부터 전달된 아크 검출 신호에 따라 아크 전류를 판단하는 제어부; 상기 제어부의 제어 신호에 따라 신호 또는 전류를 출력하는 출력부;를 포함한다.

Description

누전 차단기 및 이에 착탈 가능한 아크 검출 장치{Earth Leakage Breaker and Arc Detecting Device detatchable thereto}
본 발명은 누전 차단기와 아크 검출 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 누전 차단기 및 이에 착탈 가능한 아크 검출 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 누전차단기(Earth Leakage Breaker)는 분전반 내에 설치되어 누전에 의한 감전사고나 화재 및 과전류에 의한 각종 안전사고를 방지하기 위해 사용되는 기기이다. 즉, 누전차단기는 선로 상에 발생하는 누전을 감지하고 누전량이 설정치 이상이 되면, 트립 신호를 트립 코일(trip coil)에 보내어 차단기를 트립시킨다.
선로에 발생하는 사고 중에서 화재를 발생시키는 주요한 요인 중의 하나로 선로 상에 발생하는 아크(arc)가 주목되었다. 전기 화재의 원인에 대한 분석 결과, 전기 화재의 선행 요인으로서 아크가 발생하는 사례가 많다는 사실이 발견되었기 때문이다.
종래의 배선용/누전 차단기는 정격전류의 100% 이상인 사고전류(과전류는 통상적으로 정격 전류의 150%~500%, 단락 전류(사고 전류, 합선)는 정격 전류의 1000% 이상)가 흐를 경우에 신속하게 선로를 차단할 수 있다.
그런데, 부하가 있는 선로 상에 발생하는 아크 전류는 그 크기가 보통 정격 전류 이내이다. 아크 전류를 직렬 아크와 병렬 아크로 나누어 볼 때, 부하 단선이나 접촉 불량에 의해 발생하는 직렬 아크는 부하 전류를 통해 흐르기 때문에 통상 그 크기가 정격 전류 범위 이내이고, 합선에 의한 단락전류(병렬 아크) 발생시에도 보통 합선 지점에 일정량의 임피던스(impedence)가 있으므로 보통 1kA 미만의 낮은 단락전류가 흐르게 된다. 하지만, 이러한 작은 아크 전류에 의해서도 주변에 인화성 물질이 있을 경우 화재로 이어질 수 있다.
이와 같은 저전류 영역에서의 아크 전류는 기존의 배선용/누전 차단기에서는 신속한 차단이 불가능하므로 전기화재가 발생할 수 있었다.
이에 따라, 이러한 아크를 감지하여 아크 전류 발생시 선로를 차단하는 기능이 누전 차단기에 구현되었다. 이러한 아크 검출 및 차단 기능을 갖는 차단기를 AFCI(Arc Fault Circuit Interrupters)라고도 한다.
도 1에 종래기술에 따른 아크/누전 겸용 차단기(1)의 내부 회로 블록도(Block Diagram)가 도시되어 있다.
종래기술에 따른 아크/누전 겸용 차단기(1)의 구성은 다음과 같다.
전원(11)과 부하(2) 사이에 차단부(3)가 마련된다. 차단부(3)는 트립 코일(4)에 의해 동작한다.
트립 코일(4), 제어부(8) 및 기타 내부 부품(소자)에 전원을 공급하기 위한 전원부(전원회로)(5)가 마련된다. 전원부(5)는 외부 전원(11)으로부터 전압을 취하여 각 소자에 제공하는 것으로 직류 전원을 제공할 수 있다.
누설전류를 검출하기 위한 누설전류 검출부(6)가 마련된다. 누설전류 검출부(6)는 보통 영상변류기(Zero Current Transformer, ZCT)로 구성된다. 아크전류를 검출하기 위한 아크전류 검출부(7)가 마련된다. 아크전류 검출부(7)는 보통 영상변류기(Current Transformer, CT)로 구성된다.
또한, 각 검출부(CT)(6,7)로부터 입력된 신호로부터 누전전류와 아크전류를 판변하기 위한 제어부(8)가 마련된다. 통상 제어부는 펌웨어(firmware)가 탑재된 Micro Control Unit(MCU)으로 구성된다.
또한 이상 신호(누전 또는 아크) 발생시 차단기를 차단(트립)시키기 위한 트립 코일(4)에 전원을 개폐(On/Off)하기 위하여 스위치 소자(10)가 마련된다. 스위치 소자(10)는 SCR(silicon controlled rectifier), FET(field effect transistor) 등의 반도체 제어소자로 구성된다.
위와 같은 누전 검출 기능 및 아크 검출 기능은 차단기 내부에 설치되는 PCB회로 기판 상에 통합적으로 구성된다.
종래기술에 따른 아크/누전 겸용 차단기의 작용은 다음과 같다.
전원부(5)는 외부 전원(11)으로부터 교류 전원(AC)을 입력받아 제어부(5)와 기타 부품 및 회로가 동작할 수 있도록 직류 전압을 제공한다.
누설전류 검출부(6)는 누설전류를 감지(sensing)하여 그 신호를 제어부(8)에 전달하고, 아크전류 검출부(7)는 감지하여 그 신호를 제어부(8)에 전달한다.
제어부(8)에서는 누설전류/아크전류 검출 펌웨어(알고리즘)에 의해 그 크기와 진성 여부를 판단하여 사고전류라고 판단되면 트립 코일(4)을 제어하기 위하여 스위치 소자(10)를 트리거(trigger)(On) 시킨다.
한편, 차단기의 정상적인 동작 확인을 위하여 누설전류 검출부(6)에 1턴 이상으로 구비된 테스트 권선에 모의 누설/아크 전류를 발생시켜 차단기가 정상 동작하는지 여부를 확인할 수 있도록 테스트부(9)가 마련될 수 있다.
그런데, 이와 같은 누전 / 아크 검출기는 매우 가격이 높아 사용자에게 부담이 된다. 또하, 기존에 사용되던 누전 차단기를 통째로 교체하여야 하므로 비효율적이다. 또한 제품 설치 후 아크 검출기능을 필요에 의해 배제하고자 할 경우에도 분리 기능이 제공되지 않으므로 불편하다. 더불어, 차단기 기구부 내에 누전차단기와 아크차단기 검출 기능을 모두 구현하기 위해서 제품의 부피(사이즈)가 커지는 문제점도 있다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하고자 안출된 것으로, 그 목적은 아크 검출 기능을 갖는 독립적인 모듈로서 누전 차단기에 착탈식으로 적용할 수 있는 아크 검출 장치를 제공하는 것이다.
또한, 기존에 사용되는 누전 차단기에 변경을 가하지 않거나 최소한의 변경 작업을 통하여 적용할 수 있는 아크 검출 장치를 제공하는 것이다.
또한, 가격이 저렴한 아크 검출 장치를 제공하는 것이다.
또한, 누전 차단기에 장착 후, 사용자의 필요에 따라 아크 검출 기능을 선택적으로 적용할 수 있도록 하는 아크 검출 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 누전차단기와 아크 검출 장치는 누전차단기 본체; 및 상기 누전차단기 본체에 착탈 가능하게 결합되어 아크 전류를 검출하는 아크 검출 모듈을 포함하고, 상기 아크 검출 모듈은, 상기 누전차단기 본체의 제1 부하측 단자에 연결되고, 선로에 흐르는 아크 전류를 검출하는 아크 검출부; 상기 아크 검출부로부터 전달된 아크 검출 신호에 따라 아크 전류를 판단하는 제어부; 상기 제어부의 제어 신호에 따라 신호 또는 전류를 출력하는 출력부;를 포함한다.
여기서, 상기 누전차단기 본체는 선로를 개폐하는 차단부 및 상기 차단부를 동작시키는 트립 코일을 포함하고, 상기 출력부에서 출력되는 신호 또는 전류에 따라 상기 트립 코일이 동작하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 아크 검출 모듈에는, 일측에 상기 제1 부하측 단자에 연결되는 접속 단자가 구비되고, 타측에 상기 접속 단자와 부하를 연결하는 제2 부하측 단자가 구비되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 아크 검출 모듈은 상기 제어부와 출력부에 직류 전원을 제공하는 전원부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 출력부의 어느 하나의 출력 단자가 상기 접속 단자의 어느 하나의 상에 연결되고, 상기 출력부의 다른 하나의 출력 단자가 상기 누전차단기 본체의 전원측 단자의 다른 하나의 상에 연결되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 출력부의 다른 하나의 출력 단자에는 출력 저항이 구비되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 본체에는 누설 전류 검출 기능 시험을 위하여 모의 누설 전류를 발생시키는 제1 테스트부가 구비되고, 상기 아크 검출 모듈에는 아크 전류 검출 기능 시험을 위하여 모의 아크 전류를 발생시키는 제2 테스트부가 구비되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 아크 검출 모듈에는 상기 제어부에 연결되어 선로에 흐르는 전기의 특성을 표시하는 표시부가 구비되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 누전차단기 본체의 외함에는 상기 제1 부하측 단자가 노출되는 제1 부하측 단자홀이 형성되고, 상기 아크 검출 모듈의 외함에는 상기 제1 부하측 단자홀에 끼움결합되는 결합돌기가 돌출 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 누전차단기 본체의 외함에는 상기 제1 테스트부에 연결되는 테스트 단자가 노출되는 테스트 단자홀이 형성되고, 상기 아크 검출 모듈의 외함에는 상기 출력부의 출력 단자가 노출되어 상기 테스트 단자에 연결되도록 하는 단자홀이 형성되는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 누전차단기 본체의 외함에는 상기 트립 코일에 연결되는 회로를 개폐하는 스위치 소자에 연결되는 스위치 단자가 노출되는 스위치 단자홀이 형성되고, 상기 아크 검출 모듈의 외함에는 상기 출력부의 출력 단자가 노출되어 상기 스위치 단자에 연결되도록 하는 단자홀이 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 각 실시예에 따른 누전차단기와 아크 검출 장치에 의하면 누전 차단기에 착탈 가능하고 아크 검출 기능을 갖는 모듈이 독립적으로 구비되므로 누전 차단기에 선택적으로 적용할 수 있다.
이러한 아크 검출 모듈은 기존에 사용되는 누전 차단기에 변경을 가하지 않거나, 단자 연결부를 구성하는 등의 최소한의 변경 작업을 통하여 적용할 수 있다.
또한, 아크 검출 기능만 가지고 있으므로 누전/아크 검출 기능을 통합적으로 갖춘 차단기에 비해 가격이 저렴하다.
또한, 누전 차단기에 장착 후, 사용자의 필요에 따라 아크 검출 기능을 선택적으로 사용할 수 있어 편리하다.
도 1은 종래기술에 따른 아크/누전 차단기의 내부 회로 블록도이다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 누전차단기와 아크 검출 장치의 사시도로서 각각 누전차단기에 결합된 상태 및 분리된 상태이다.
도 4는 도 2의 실시예에 따른 누전차단기와 아크 검출 장치의 내부 회로 블록도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 누전차단기와 아크 검출 장치의 사시도이다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 누전차단기와 아크 검출 장치의 사시도 및 내부 회로 블록도이다.
도 8 및 도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 누전차단기와 아크 검출 장치의 사시도 및 내부 회로 블록도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 설명하되, 이는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세하게 설명하기 위한 것이며, 이로 인해 본 발명의 기술적인 사상 및 범주가 한정되는 것을 의미하지는 않는 것이다.
도면을 참조하여 본 발명의 각 실시예에 따른 누전차단기와 아크 검출 장치에 대하여 상세히 설명하기로 한다.
도 2 및 도 3에 본 발명의 일 실시예에 따른 누전차단기와 아크 검출 장치의 사시도가 도시되어 있다. 각각 누전차단기에 아크 검출 장치가 결합된 상태 및 분리된 상태를 나타낸다. 또한, 도 4에는 도 2의 실시예에 따른 누전차단기와 아크 검출 장치의 내부 회로 블록도가 도시되어 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 누전차단기와 아크 검출 장치는 선로를 개폐하는 차단부(25) 및 상기 차단부(25)를 동작시키는 트립 코일(26)을 갖는 누전차단기 본체(20); 상기 누전차단기 본체(20)에 착탈 가능하게 결합되어 아크 전류를 검출하는 아크 전류 모듈(40)을 포함하고, 상기 아크 검출 모듈(40)은, 상기 누전차단기 본체(20)의 제1 부하측 단자(21)에 연결되는 아크 검출부(60); 상기 아크 검출부(60)로부터 전달된 아크 검출 신호에 따라 아크 전류를 판단하는 제2 제어부(50); 상기 제2 제어부(50)의 제어 신호에 따라 상기 트립 코일(26)이 작동하도록 신호 또는 전류를 출력하는 출력부(55);를 포함하여 구성된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 누전차단기와 아크 검출 장치는 누전차단기 본체와 아크 검출 모듈(아크 검출 장치)로 구성된다. 여기서, 누전차단기를 누전차단기 본체 또는 단순히 본체라 칭하기로 한다. 또한, 단순히 모듈이라고 칭하는 경우에는 아크 검출 모듈을 지칭하는 것이다. 한편, 전원부와 같이 본체 및 모듈에 공통적으로 구비되는 구성요소에 있어서는 이를 구분하기 위하여 '제1', '제2'와 같은 접두어를 사용할 수 있다. 이때, '제1'은 본체에 부속된 구성요소에 적용되고, '제2'는 모듈에 적용된 구성요소에 사용될 수 있다.
도 2에 본체(20)와 아크 검출 모듈(40)이 결합된 상태가 도시되어 있고, 도 3에는 본체(20)와 아크 검출 모듈(40)이 분리된 상태가 도시되어 있다.
누전 차단기 본체(20)와 아크 검출 모듈(40)은 각각 상자 형태의 외함(29,49)을 갖는다.
아크 검출 모듈(40)은 본체(20)에 결합 또는 분리될 수 있다. 여기서, 본체(20)의 일측에 아크 검출 모듈(40)이 결합된다. 예를 들면, 아크 검출 모듈(40)은 본체(20)의 부하측에 결합될 수 있다. 여기서, 본체(20)의 제1 외함(39)의 부하측의 일면과 아크 검출 모듈(40)의 제2 외함(49)의 일면이 맞닿는 방식으로 결합될 수 있다.
아크 검출 모듈(40)의 접속 단자(41)가 본체(20)의 제1 부하측 단자(21)에 연결된다. 이때, 아크 검출 모듈(40)의 접속 단자(41)는 체결부재(예를 들면 나사)에 의해 본체(20)의 제1 부하측 단자(21)에 결합된다. 이를 위해, 접속 단자(41)에는 나사홀(41a)이 형성될 수 있다. 이러한, 나사 조립 작업은 본체(20)의 제1 부하측 단자(21) 상부에 형성된 제1 조립홀(37)을 통해 이루어질 수 있다.
이와 같이, 본체(20)와 아크 검출 모듈(40)은 본체(20)의 제1 부하측 단자(21)와 아크 검출 모듈(40)의 접속 단자(41)의 결합에 의해 간단하게 이루어질 수 있다. 이 경우, 본체(20)의 제1 부하측 단자(21)와 아크 검출 모듈(40)의 접속 단자(41)는 본체(20)와 아크 검출 모듈(40) 사이의 전기적 연결 통로가 될 뿐만 아니라, 기계적 결합 기능도 담당하게 된다. 즉, 아크 검출 모듈(40)은 본체(20)로부터 이탈되지 않는다.
본체(20)의 제1 외함(39)에는 전면(도면상 좌측)에 전원측 단자홀(24)이 형성되고, 후면에 제1 부하측 단자홀(22)이 형성된다. 제1 부하측 단자홀(22)과 전원측 단자홀(24)의 내부에는 각각 제1 부하측 단자(21)와 전원측 단자(23)가 배치된다.
아크 검출 모듈(40)의 제2 외함(49)에는 전면에 접속 단자(41)가 노출될 수 있는 접속단자홀(42)이 형성되고, 후면에는 부하(90)가 연결될 수 있도록 제2 부하측 단자홀(44)이 형성된다.
제2 부하측 단자(43)에 부하(90)가 연결된다. 아크 검출 모듈(40)의 상부에는 제2 조립홀(47)이 형성되어 제2 부하측 단자(43)와 부하(90)를 결합하기 위한 작업 공간이 제공된다.
도 3의 내부 회로 블록도를 더 참조하기로 한다.
누전차단기 본체(20)에는 전원측 단자(23), 제1 부하측 단자(21), 차단부(25), 제1 전원부(27), 제1 제어부(28), 스위치 소자(29), 누전검출부(30) 등이 구성된다.
전원측 단자(23)에는 전원이 연결되어 전류와 전압을 공급하게 된다. 이때 전원은 교류 전원이 공급될 수 있다. 전원측 단자(23)는 복수 개로 구성된다. 즉, 복수 개의 선(Line) 또는 상(Phase)에 각각 구비된다.
전원측 단자(23)와 제1 부하측 단자(21) 사이에 차단부(25)가 마련된다. 차단부(25)는 과전류, 사고전류 및 누설전류 발생시 트립 코일(26)의 작용에 의해 동작하여 회로(선로)를 차단하게 된다. 차단부(25)는 세부적으로 도시하지는 않았지만, 핸들(35)에 가해지는 사용자의 조작력 또는 트립 코일(26)에 발생하는 전자기력에 의해 동작하는 개폐기구(미도시) 및 단자(21,23)에 연결되어 회로(선로)를 직접적으로 개폐하는 접점부(미도시)를 포함한다.
제1 전원부(27)가 마련된다. 제1 전원부(27)는 전원측 단자(23)로부터 외부 전원을 입력받아 제1 제어부(28) 및 기타 구성부 및 회로에 전원을 공급한다. 이때, 제1 전원부(27)는 교류를 직류로 변환하여 각 소자에 제공할 수 있다.
제1 제어부(28)가 마련된다. 제1 제어부(28)는 누전검출부(30)에서 입력받은 신호를 분석하여 누설 전류가 발생하였는지 여부를 판단한다. 이러한 판단은 미리 설정된 기준 전압 값과의 비교에 의해 이루어질 수 있다. 제1 제어부(28)는 누설 전류라고 판단하는 경우에는 트립 코일(26)을 작동시키기 위해 스위치 소자(29)에 트립 제어 신호를 보낸다.
스위치 소자(29)가 마련된다. 스위치 소자(29)는 SCR(silicon controlled rectifier), FET(field effect transistor) 등의 반도체 제어소자로 구성될 수 있다. 이에 따라, On/Off 기능을 수행한다.
스위치 소자(29)는 제1 제어부(28)의 트립 명령에 따라 트립 코일(26)을 동작시킨다. 이를 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.
제1 제어부(28)에서 스위치 소자(29)에 전송된 트립 제어 신호는 스위치 소자(29)의 게이트 구동신호로서 제공되고 스위치 소자(29)는 트립 제어 신호가 있을 경우 이에 응답하여 턴 온(turn on)된다.
스위치 소자(29)가 온(On) 되면 제1 전원부(27), 트립 코일(26) 및 스위치 소자(29) 간 회로가 폐로되고, 트립 코일(26)에 제1 전원부(27)로부터의 직류 전류가 흘러 트립 코일(26)이 여자(magnetization)된다. 트립 코일(26)이 여자됨에 따라 차단부(25)가 트립 위치로 동작하도록 트리거하게 된다.
누전검출부(30)는 영상 변류기(ZCT)로 구성될 수 있다. 누전검출부(30)는 회로 상에 흐르는 누설전류를 감지(sensing)하여 제1 제어부(28)에 신호를 입력하게 된다. 영상 변류기는 각 선로가 코어의 중심을 통과하게 설치되어 각 선로 중 어느 하나에서라도 누전이 있는 경우 상기 코어에 감긴 2차 코일에 유도 전압이 유기되도록 한 것으로서, 해당 유도 전압 신호는 누전 검출 신호로서 제1 제어부(28)에 전달된다. 이때, 누전검출부(30)와 제1 제어부(28) 사이에는 감도 선택회로가 구비되어 누전 검출 신호를 구분하여 전달할 수 있다.
제1 테스트부(31)는 본체(20)의 누전 검출 기능이 제대로 작동하는지 확인하기 위하여 마련된다. 제1 테스트부(31)는 시험신호 즉, 가상의 누전 검출 신호(모의 누설 전류)를 발생시켜 출력하는 회로부이다. 제1 테스트부(31)는 발진회로라고도 한다.
제1 테스트부(31)는 제1 테스트 버튼(32)과 누전검출부(30) 사이에 접속되어 제1 테스트 버튼(32)이 눌러졌을 때 이에 응답하여 시험신호를 발생시킨다. 누전검출부(30)는 이에 응답하여 제1 제어부(28)에 누설 검출 신호를 보내게 된다. 제1 테스트부(31)의 제1 테스트 버튼(32)은 본체(20)의 외부에 노출되어 사용자가 용이하게 작동시킬 수 있다.
아크 검출 모듈(40)은 접속단자(41), 제2 부하측 단자(43), 제2 전원부(45), 제2 제어부(50), 출력부(55), 아크검출부(60), 제2 테스트부(65), 표시부(70) 등이 구성된다.
접속단자(41)와 제2 부하측 단자(43)는 전술한 바와 같다. 접속단자(41)는 본체(20)의 제1 부하측 단자(21)에 연결되고, 제2 부하측 단자(43)는 부하(90)에 연결된다.
제2 전원부(45)가 마련된다. 제2 전원부(45)는 교류(AC) 전원을 입력받아 아크 검출 모듈(40) 내의 제2 제어부(50) 및 기타 구성부 및 회로에 전원을 공급한다. 이때, 제2 전원부(45)는 교류를 직류로 변환하여 각 소자에 제공할 수 있다.
제2 제어부(50)가 마련된다. 제2 제어부(50)는 아크검출부(60)에서 입력받은 신호를 분석하여 진성 아크 여부를 판단한다. 이러한 판단은 사전에 설정된 기준값 또는 사전에 설정된 파형과 비교하는 방식으로 수행될 수 있다. 제2 제어부(50)는 아크검출부(60)에서 입력받은 신호값이 진성 아크라고 판단하는 경우에는 본체(20)의 트립 코일(26)을 작동시키기 위해 출력부(55)에 트립 제어 신호를 보낸다.
출력부(55)가 마련된다. 출력부(55)는 반도체 제어 소자 또는 스위치 소자로 구성될 수 있다. 출력부(55)는 입력라인과 출력라인을 갖는다. 출력부(55)는 포토커플러(Photocoupler), SCR, FET 등의 소자로 구성될 수 있다. 출력부(55)는 제2 제어부(50)로부터 트립 제어 신호를 받아 본체(20)에 출력한다. 출력부(55)는 제2 제어부(50)의 트립 제어 신호에 따라 본체(20)의 트립 코일(26)을 작동시키기 위한 출력 신호를 발생시키거나 출력 전류를 보내게 된다.
출력부(55)의 출력 신호는 본체(20)의 전원측 단자(23) 또는 스위치 소자(29) 또는 제1 테스트부(31) 등에 연결되어 트립 코일(26)을 작동시킬 수 있다. 먼저, 이 실시예에서는 본체(20)의 전원측 단자(23)에 연결되는 경우에 해당한다.
출력부(55)의 양극(Anode)은 아크 검출 모듈(40) 내부의 어느 하나의 상(예를 들면 접속 단자 중에서 어느 하나의 상)에 연결되고, 음극(Cathode)은 출력선 또는 출력단자(57)를 통해 본체(20)의 전원측 단자(23)의 다른 하나의 상에 연결된다. 제2 제어부(50)의 트립 신호에 따라 출력부(55)가 온(On)되면 제2 전원부(45), 출력부(55), 본체(20)의 전원측 단자(23)는 폐로되어 전류(I1)가 흐르게 된다. 누전차단기 본체(20)의 누전검출부(30)는 이를 누설전류로 검출하게 되므로, 트립 코일(26)이 작동하여 회로는 차단된다.
여기서, 출력부(55)의 음극에는 전류 발생 또는 분압을 위해 출력저항(56)이 구비될 수 있다. 이에 따라, 누설전류량을 설정할 수 있다.
본 실시예에서는 출력부(55)로부터 본체(20)의 회로상에 전류를 흐르게 하여, 본체(20)에서는 누설전류가 흐르는 것으로 판단하여 차단부(25)를 동작시키도록 하는 것이다.
아크검출부(60)는 회로 상에 흐르는 아크 전류를 감지하여 제2 제어부(50)에 신호를 입력하게 된다. 아크검출부(60)는 회로 상의 어느 한 상에 설치되는 변류기(CT)로 구성될 수 있다. 아크검출부(60)는 회로 상에 흐르는 아크전류를 감지(sensing)하여 제2 제어부(50)에 신호를 입력하게 된다. 변류기는 회로 상의 어느 한 선로에 설치되어 아크 전류가 발생하는 경우 코어에 감긴 2차 코일에 유도 전압이 유기되도록 한 것으로서, 해당 유도 전압 신호는 아크 검출 신호로서 제2 제어부(50)에 전달된다. 이때, 아크검출부(60)와 제2 제어부(50) 사이에는 감도 선택회로가 구비되어 아크 검출 신호를 구분하여 전달할 수 있다.
제2 테스트부(65)는 본체(20)의 아크 검출 기능이 제대로 작동하는지 확인하기 위하여 마련된다. 제2 테스트부(65)는 시험신호 즉, 가상의 아크 검출 신호(모의 아크 전류)를 발생시켜 출력하는 회로부이다.
제2 테스트부(65)는 제2 테스트 버튼(66)과 아크검출부(60) 사이에 접속되어 제2 테스트 버튼(66)이 눌러졌을 때 이에 응답하여 시험신호를 발생시킨다. 아크검출부(60)는 이에 응답하여 제2 제어부(50)에 아크 검출 신호를 보내게 된다. 제2 테스트부(65)의 제2 테스트 버튼(66)은 아크 검출 모듈(40)의 외부에 노출되어 사용자가 용이하게 작동시킬 수 있다.
본체(20)의 전원측 단자(23)에 아크 검출 모듈(40)의 출력부(55)가 연결된다. 아크 검출 모듈(40)은 아크 신호가 발생하는 경우 출력부(55)를 통해 본체(20)에 모의 누설 전류를 흐르게 하는 방식으로 동작한다. 이에 따라, 본체(20)는 누설 전류가 발생한 것으로 인식하고 차단부(25)를 작동시키게 된다.
표시부(70)는 아크 검출 모듈(40)의 상태를 나타내게 된다. 표시부(70)는 제2 외함(49)에 노출된다. 표시부(70)는 LCD display, LED display 등으로 구성될 수 있다. 표시부(70)에는 전기에 관한 각종 정보가 표시될 수 있다. 이러한 정보에는 전류, 전압, 역률, 전력량, 전력품질, 아크 발생 여부 등을 포함한다. 이러한 상태는 제2 제어부(50)에 의해 선별적으로 표시될 수 있다.
또한, 이러한 표시 형태에는 알람이나 경보 기능을 포함할 수 있다. 이러한 알람이나 경보 기능에는 소리를 이용하여 표시할 수 있다. 이 경우에는 표시부(70)는 소리 발생 소자나 스피커를 포함할 수 있다.
만일, 본 실시예에서 전원측 단자(23)에 연결된 출력 단자(57)가 제거되는 경우에는 아크 검출 모듈(40)은 단지 아크를 검출하고 이의 발생을 표시하고 알리는 기능만을 수행하게 된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 아크 검출 장치에 의하면, 본체의 부하측 단자에 아크 검출 모듈의 접속 단자를 연결하고, 본체의 전원측 단자 중 어느 한 상에 출력 단자를 연결하므로 결합이 용이하다. 따라서, 본체(20)와 아크 검출 모듈(40) 간의 결합 및 분리가 용이하다.
도 5에는 아크 검출 모듈(40)의 다른 실시예가 도시되어 있다. 이 실시예에서 접속단자홀(42)에는 결합돌기(48)가 각각 하나 이상 형성된다. 이에 따라, 아크 검출 모듈(40)은 본체(20)에 끼움 결합된다. 아크 검출 모듈(40)의 결합돌기(48)가 본체(20)의 제1 부하측 단자홀(22)에 끼움 결합된다. 이에 따라, 본체(20)와 아크검출부(60)의 결합력은 증진된다. 또한, 단자 간의 연결에 의한 결합이 아니므로 단자는 기계적 지지력을 가질 필요가 없어 안정적인 전류 통전이 유지된다.
여기서, 결합돌기(48)는 합성수지 등으로 이루어져 소정의 탄성을 갖도록 하는 것이 바람직하다. 이에 따라, 억지 끼움이 가능하다. 결합돌기(48)에는 걸림부(48a)가 형성되어 본체(20)의 제1 부하측 단자홀(22)에 끼워진 후 임의로 이탈하지 않도록 할 수 있다.
도 6 및 도 7에 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 아크 검출 모듈(140)의 사시도 및 내부 회로 블럭도가 도시되어 있다.
본체(20)와 아크 검출 모듈(40)의 기본적인 구성은 이전 실시예와 같은 경우 그 세부적인 설명을 생략하고 차별되는 부분을 위주로 설명하기로 한다.
누전차단기 본체(20)에는 전원측 단자(23), 제1 부하측 단자(21), 차단부(25), 제1 전원부(27), 제1 제어부(28), 스위치 소자(29), 누전검출부(30) 등이 구성된다.
본체(120)의 외함(39)의 일부에는 테스트 단자홀(125)이 복수 개 형성된다. 테스트 단자홀(125)은 제1 부하측 단자홀(22)의 상부에 형성될 수 있다. 테스트 단자홀(125)에는 테스트 단자(126,127)가 각각 배치된다. 여기서, 테스트 단자(126,127)는 제1 테스트부(31)의 접점(스위치) 양단에 각각 연결되는 단자이다. 테스트 단자(126,127)가 제1 테스트부(31)에 연결되므로 테스트 단자(126,127)에 입력(전류)이 발생하는 경우 본체(20)의 제1 테스트 버튼(32)을 작동시킨 결과를 가져온다.
아크 검출 모듈(140)의 외함(49)에는 단자홀(146)이 복수 개 형성된다. 단자홀(146)은 접속단자홀(42)의 상부에 형성될 수 있다. 단자홀(146)에는 출력 단자(157,158)가 각각 배치된다. 여기서, 아크 검출 모듈(140)의 단자홀(146) 및 출력 단자(157,158)는 각각 본체(120)의 테스트 단자홀(125) 및 테스트 단자(126,127)에 대응하는 것이다. 따라서, 아크 검출 모듈(140)이 본체(120)에 결합되면, 출력 단자(157,158)는 자동적으로 테스트 단자(126,127)에 접속된다.
아크 검출 모듈(140)은 접속단자(41), 제2 부하측 단자(43), 제2 전원부(45), 제2 제어부(50), 출력부(55), 아크검출부(60), 제2 테스트부(65), 표시부(70) 등이 구성된다. 각 구성부품은 이전 실시예와 동일한 경우 개별적인 설명을 생략하기로 한다.
출력부(55)가 마련된다. 출력부(55)의 출력 단자(157,158)는 각각 본체(120)의 테스트 단자(126,127)에 연결된다. 일례로, 출력부(55)의 음극 출력 단자(157)는 본체(120)의 테스트부(31)의 어느 하나의 상의 테스트 단자(126)에 연결되고, 출력부(55)의 양극 출력 단자(158)는 본체(120)의 테스트부(31)의 다른 하나의 상의 테스트 단자(127)에 연결된다. 따라서, 출력부(55)에 출력 신호가 발생하는 경우 본체(120)의 제1 테스트 버튼(32)을 동작시키는 것과 같은 효과를 낸다.
아크 검출 모듈(140)에서 아크를 검출하여 출력부(55)가 출력 신호를 내보내면, 제2 전원부(45), 출력부(55), 제1 테스트부(65)는 폐로되어 전류(I2)가 흐르고, 이에 따라 본체(120)에서는 누설 전류가 흐르는 것으로 판단하여 제1 제어부(28)의 명령에 따라 트립 코일(26)에 전류가 흘러 자화되고 차단부(25)가 동작하여 회로는 차단된다.
도 8 및 도 9에 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 누전 차단기 본체(240)와 아크 검출 모듈(240)의 사시도 및 내부 회로 블록도가 도시되어 있다.
본체(220)와 아크 검출 모듈(240)의 기본적인 구성은 처음 실시예와 같은 경우 그 세부적인 설명을 생략하기로 한다.
누전차단기 본체(220)에는 전원측 단자(23), 제1 부하측 단자(21), 차단부(25), 제1 전원부(27), 제1 제어부(28), 스위치 소자(29), 누전검출부(30) 등이 구성된다.
본체(220)의 외함(39)의 일부에는 스위치 단자홀(225)이 형성된다. 스위치 단자홀(225)은 제1 부하측 단자홀(22)의 상부에 형성될 수 있다. 스위치 단자홀(225)에는 스위치 단자(226,227)가 각각 배치된다. 여기서, 스위치 단자(226,227)는 스위치 소자(29)의 양단에 각각 연결되는 단자이다. 스위치 단자(226,227)가 스위치 소자(29)에 연결되므로 스위치 단자(226,227)에 입력(전류)이 발생하는 경우 본체(20)의 스위치 소자(29)을 작동시킨 결과를 가져온다.
아크 검출 모듈(240)의 외함(49)에는 단자홀(246)이 형성된다. 단자홀(246)은 접속단자홀(42)의 상부에 형성될 수 있다. 단자홀(246)에는 출력 단자(257,258)가 각각 배치된다. 여기서, 아크 검출 모듈(240)의 단자홀(246) 및 출력 단자(257,258)는 각각 본체(220)의 스위치 단자홀(225) 및 스위치 단자(226,227)에 대응하는 것이다. 따라서, 아크 검출 모듈(240)이 본체(220)에 결합되면, 출력 단자(257,258)는 자동적으로 스위치 단자(226,227)에 접속된다.
아크 검출 모듈(240)은 접속단자(41), 제2 부하측 단자(43), 제2 전원부(45), 제2 제어부(50), 출력부(55), 아크검출부(60), 제2 테스트부(65), 표시부(70) 등이 구성된다. 각 세부 구성부품은 이전 실시예와 같은 경우 개별적인 설명을 생략하기로 한다.
출력부(55)가 마련된다. 출력부(55)의 양극(Anode)과 음극은 각각 스위치 소자(29)의 양극과 음극에 각각 연결된다. 즉, 출력부(55)의 음극 출력 단자(257)는 본체(220)의 음극 스위치 단자(226)에 연결되고, 출력부(55)의 양극 출력 단자(258)는 본체(220)의 양극 스위치 단자(227)에 연결된다. 따라서, 출력부(55)에 출력 신호가 발생하는 경우 본체(120)의 스위치 소자(29)를 온(On) 동작시키는 것과 같은 효과를 낸다. 이에 따라, 본체(20)에서는 트립 코일(26)을 동작시킨다.
아크 검출 모듈(240)에서 아크를 검출하여 출력부(55)가 출력 신호를 내보내면, 제2 전원부(45), 출력부(55), 스위치 소자(29)는 폐로되어 전류(I3)가 흐르고, 이에 따라 본체(220)에서는 트립 코일(26)에 전류가 흘러 자화되고 차단부(25)가 동작하여 회로는 차단된다.
이 실시예에서는 이전 실시예들과 같이 모의 누설 전류를 발생시키거나 제1 테스트부를 거치지 않으므로 누설 전류 판단 과정이 생략되고 직접적으로 스위치 소자를 동작시키므로 신속하게 이루어진다.
본 발명의 각 실시예에 따른 누전차단기와 아크 검출 장치에 의하면 누전 차단기에 착탈 가능하고 아크 검출 기능을 갖는 모듈이 독립적으로 구비되므로 누전 차단기에 선택적으로 적용할 수 있다.
이러한 아크 검출 모듈은 기존에 사용되는 누전 차단기에 변경을 가하지 않거나, 단자 연결부를 구성하는 등의 최소한의 변경 작업을 통하여 적용할 수 있다.
또한, 아크 검출 기능만 가지고 있으므로 누전/아크 검출 기능을 통합적으로 갖춘 차단기에 비해 가격이 저렴하다.
또한, 누전 차단기에 장착 후, 사용자의 필요에 따라 아크 검출 기능을 선택적으로 사용할 수 있어 편리하다.
이상에서 설명한 실시예들은 본 발명을 구현하는 실시예들로서, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
20,120,220 누전차단기 본체 21 제1 부하측 단자
22 제1 부하측 단자홀 23 전원측 단자
24 전원측 단자홀 25 차단부
26 트립 코일 27 제1 전원부
28 제1 제어부 29 스위치 소자
30 누전검출부 31 제1 테스트부
32 제1 테스트 버튼 35 핸들
37 제1 조립홀 39 제1 외함
40,140,240 아크 검출 모듈 41 접속단자
42 접속단자홀 43 제2 부하측 단자
44 제2 부하측 단자홀 45 제2 전원부
47 제2 조립홀 48 결합돌기
48a 걸림부 49 제2 외함
50 제2 제어부 55 출력부
56 출력저항 57,157,158,257,258 출력단자
60 아크검출부 65 제2 테스트부
66 제2 테스트 버튼 70 표시부
90 부하

Claims (11)

  1. 누전차단기 본체; 및
    상기 누전차단기 본체에 착탈 가능하게 결합되어 아크 전류를 검출하는 아크 검출 모듈을 포함하고,
    상기 누전차단기 본체는,
    전원측 단자로부터 외부 전원을 입력받는 제1 전원부; 및
    누설 전류 검출 기능 시험을 위하여 모의 누설 전류를 발생시키는 제1 테스트부;를 포함하고,
    상기 아크 검출 모듈은,
    상기 누전차단기 본체의 제1 부하측 단자에 연결되고, 선로에 흐르는 아크 전류를 검출하는 아크 검출부;
    상기 아크 검출부로부터 전달된 아크 검출 신호에 따라 아크 전류를 판단하는 제어부;
    상기 제어부의 제어 신호에 따라 신호 또는 전류를 출력하는 출력부;
    상기 제어부와 출력부에 직류 전원을 제공하는 제2 전원부; 및
    아크 전류 검출 기능 시험을 위하여 모의 아크 전류를 발생시키는 제2 테스트부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 누전차단기용 아크 검출 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 누전차단기 본체는 선로를 개폐하는 차단부 및 상기 차단부를 동작시키는 트립 코일을 포함하고,
    상기 출력부에서 출력되는 신호 또는 전류에 따라 상기 트립 코일이 동작하는 것을 특징으로 하는 누전차단기용 아크 검출 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 아크 검출 모듈에는, 일측에 상기 제1 부하측 단자에 연결되는 접속 단자가 구비되고, 타측에 상기 접속 단자와 부하를 연결하는 제2 부하측 단자가 구비되는 것을 특징으로 하는 누전차단기용 아크 검출 장치.
  4. 삭제
  5. 제3항에 있어서, 상기 출력부의 어느 하나의 출력 단자가 상기 접속 단자의 어느 하나의 상에 연결되고, 상기 출력부의 다른 하나의 출력 단자가 상기 누전차단기 본체의 전원측 단자의 다른 하나의 상에 연결되는 것을 특징으로 하는 누전차단기용 아크 검출 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 출력부의 다른 하나의 출력 단자에는 출력 저항이 구비되는 것을 특징으로 하는 누전차단기용 아크 검출 장치.
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서, 상기 아크 검출 모듈에는 상기 제어부에 연결되어 선로에 흐르는 전기의 특성을 표시하는 표시부가 구비되는 것을 특징으로 하는 누전차단기용 아크 검출 장치.
  9. 제1항에 있어서, 상기 누전차단기 본체의 외함에는 상기 제1 부하측 단자가 노출되는 제1 부하측 단자홀이 형성되고, 상기 아크 검출 모듈의 외함에는 상기 제1 부하측 단자홀에 끼움결합되는 결합돌기가 돌출 형성되는 것을 특징으로 하는 누전차단기용 아크 검출 장치.
  10. 제1항에 있어서, 상기 누전차단기 본체의 외함에는 상기 제1 테스트부에 연결되는 테스트 단자가 노출되는 테스트 단자홀이 형성되고, 상기 아크 검출 모듈의 외함에는 상기 출력부의 출력 단자가 노출되어 상기 테스트 단자에 연결되도록 하는 단자홀이 형성되는 것을 특징으로 하는 누전차단기용 아크 검출 장치.
  11. 제2항에 있어서, 상기 누전차단기 본체의 외함에는 상기 트립 코일에 연결되는 회로를 개폐하는 스위치 소자에 연결되는 스위치 단자가 노출되는 스위치 단자홀이 형성되고, 상기 아크 검출 모듈의 외함에는 상기 출력부의 출력 단자가 노출되어 상기 스위치 단자에 연결되도록 하는 단자홀이 형성되는 것을 특징으로 하는 누전차단기용 아크 검출 장치.
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