KR102145826B1 - 누설전류 감지감도 조절식 zct - Google Patents

Abstract

본 발명은 누설전류 감지감도 조절식 ZCT에 관한 것으로서, ZCT 코어와 ZCT 트립 회로부로 구성되는 ZCT에 있어서, 상기 ZCT 코어에 부하 전원의 선로 중 하나를 n회 권선하여 상기 ZCT 코어의 허용 노이즈를 조정함으로써, 상기 ZCT 트립 회로부의 누설전류 감지감도를 조정하는 것을 특징으로 한다. (n : 자연수)
본 발명에 의하여, 누전차단기의 반응 속도를 제어할 수 있으며, 그 제어방법이 쉽고 간단하여 KS규격에 따른 B형, C형, D형 누전차단기의 생산이 용이하도록 하는 누설전류 감지감도 조절식 ZCT가 제공되는 이점이 있다.

Description

누설전류 감지감도 조절식 ZCT{Leakage current detection sensitivity adjustable zct}

본 발명은 누설전류 감지감도 조절식 ZCT에 관한 것으로서, 더욱 자세하게는 정격전압이 교류 440 V(50 Hz, 60 Hz 또는 50/60 Hz의 정격주파수) 이하, 정격전류가 125 A 이하이고, 정격단락 용량이 25 000 A(50 Hz 또는 60 Hz) 이하인 주택용 및 이와 유사한 용도의 과전류 보호장치를 가진 회로전압 독립형 또는 회로전압 의존형 누전차단기(이하 RCBO라고 한다.)에 대하여 규정한 KS표준규격 “KS C IEC61009-1(최종개정일 2017년08월29일)”(“KS C 4613, 주택용 누전차단기”와 같음)에 따르며, 표준명 '주택용 및 이와 유사한 용도의 과전류 보호장치를 가진 누전차단기(RCBO)'에서 구분하는 B형, C형, D형 누전차단기 제작에 관한 것이다.

본 발명은 누전차단기에 적용되는 순시전류 검출감도 조절장치에 관한 것이다.

누전차단기는 정격누설전류(정격감도전류)를 ZCT(영상변류기: Zero Current Transformer)로 감지하여 정해진 시간 안에 트립코일을 이용하여 차단기를 동작하여 전원을 OFF 시키는 공지의 장치이다.

일반적으로 누전차단기는 도 10에 도시된 바와 같이 외부 전원이 인입되는 위치에 메인차단기(1)가 설치되고, 각 사용 부하에 대하여 단위차단기(2)가 설치된다.

그런데, 도 10에서 각 단위차단기(2) 중 제1 단위차단기(2-1)에 사고가 발생되는 경우, 각 누전차단기의 누전감도 또는 응답속도의 제한이 없다면, 제1 단위차단기(2-1)의 차단속도보다 메인차단기(1)의 차단속도가 더 빠른 경우 각 단위차단기에 연결된 부하 L1. L2, L3 전부가 정전되게 된다.

따라서, 상기 부하 L1. L2, L3 들이 정전 사고에 민감한 제철소 또는 반도체 공정설비라면, 지엽적 사고가 공장 전체로 확장되어 큰 손해를 입게되는 문제가 있다.

누전차단기에 관한 KS규격은 이러한 문제를 해결하면서 동시에 안전을 위하여, 일정 과전류시 정해진 시간 안에 누전차단기가 동작하여 전원을 OFF 시키도록 동작 감도를 규정하고 이를 표 1과 같이 B형, C형, D형 누전차단기로 구분하고 있다.

표 1에서 보여지는 바와 같이 누전차단기의 규격은 정격전류에 대한 과전류 상태에 따라 일정시간 이상 부동작 조건과 일정 시간 이내 동작 조건을 정하고 있다.

이는 일정시간 이상 부동작 함으로써 다른 누전차단기에 연결된 설비를 보호하고, 다른 일정시간 이내 동작하여 자체 연결된 설비를 보호할 수 있게 규정한 KS규격을 예시한 것이다.

즉, 도 10을 예로 들면, 제1 단위차단기(2-1)에 연결된 L1 부하단에서 사고 발생시, 메인차단기(1)는 일정시간 이상 동작하지 않음으로써, L2, L3 부하단의 전원 공급을 유지시키고, 제1 단위차단기(2-1)는 일정시간 이내 동작함으로써 자체 연결된 L1 부하단을 보호할 수 있게 한다.

따라서, 누전차단기는 메인차단기(1)나 단위차단기(2) 각각에 대하여 표 1과 같은 동작 규격이 정해진다.

상기 표 1에서 보여지는 바와 같이 B형 누전차단기의 경우에 정격전류의 3배 전류에서는 응답이 늦을 것과 5배 전류에서는 응답이 빠를 것을 정의하고 있으며, C형, D형 누전차단기에 대해서도 그 정격에 대한 반응속도를 정의하고 있다.

그런데, 일반적으로 누전차단기를 구성하는 ZCT의 반응속도는 고정적이므로, 위의 각 누전차단기 정격을 만족시키기 위해서는 별도의 장치를 부가해야 하는 문제점이 있다.

이러한 별도의 장치를 부가시키는 것은 생산 비용을 상승시키는 것은 물론, 누전차단기 내부의 좁은 공간의 별도의 장치를 장입시키므로 생산성이 저하되는 문제점이 있다.

현재의 기술수준에서 비용상승이나 생산성 저하 문제가 작은 장치로서는 바이메탈을 사용하는 방법이 있으나, 바이메탈은 과전류에 대하여 기구적 동작을 수행하므로, 과전류에 대한 응답속도가 느려 B형, C형, D형 누전차단기의 응답속도를 충족시킬 수 없다.

이하, 종래기술방식에서 상기한 문제점을 해결하기 위하여 시도되고 있는 상기 별도의 장치에 관하여 살펴보면 솔레노이드 코일을 이용하는 방법, 열동-전자식(Thermal Magnetic Type) 장치가 있으나, 상기 바이메탈과 같은 문제점을 안고 있다.

이와 같은 문제점을 해결하기 위한 기술적 노력으로는 CT를 추가하는 방법이 대한민국 특허번호 제10-1982794 '순시 검출 기능을 가지는 차단기', 대한민국 특허번호 제10-1911832 '차단기에 적용되는 순시 전류 검출용 피시비 일체형 씨티소자'가 있으며, ZCT 내에 별도의 추가회로를 설치하여 해결하는 방법으로 대한민국 특허번호 제10-1836949호 '과전류 감지와 누설 전류 감지가 가능한 전류센서 장치'가 있다.

상기 문제점을 해결하기 위한 다양한 노력에도 불구하고, 이와 같은 노력들은 모두 기존의 누전차단기에 별도의 장치를 부가하여 문제 해결을 시도하는 것으로, 상기한 생산 비용의 상승 문제와 협소한 누전차단기 내부 공간의 사용에 의한 생산성 저하 문제를 여전히 동반하고 있는 문제점이 있다.

[0001] 대한민국 특허번호 제10-1982794 '순시 검출 기능을 가지는 차단기' [0002] 대한민국 특허번호 제10-1911832 '차단기에 적용되는 순시 전류 검출용 피시비 일체형 씨티소자' [0003] 대한민국 특허번호 제10-1836949호 '과전류 감지와 누설 전류 감지가 가능한 전류센서 장치'

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 누전차단기의 반응 속도를 조절하여 KS규격에 따른 B형, C형, D형 누전차단기의 생산이 용이하도록 하는 누설전류 감지감도 조절식 ZCT를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 ZCT 코어와 ZCT 트립 회로부로 구성되는 ZCT에 있어서, 상기 ZCT 코어에 상기 ZCT 코어에 자속 노이즈를 형성시키는 노이즈 선로를 n(n : 자연수)회 권선하여 상기 ZCT 코어의 허용 노이즈를 조정함으로써, 상기 ZCT 트립 회로부의 누설전류 감지감도를 조정하는 것을 특징으로 하는 누설전류 감지감도 조절식 ZCT를 기술적 요지로 한다.

여기서, 상기 노이즈 선로는 상기 ZCT 트립 회로부에 연결시키는 ZCT 전원 선로인 것을 특징으로 하는 누설전류 감지감도 조절식 ZCT로 되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 노이즈 선로는 상기 ZCT 트립 회로부 또는 독립된 부속 회로에서 인출된 선로인 것을 특징으로 하는 누설전류 감지감도 조절식 ZCT로 되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 부속 회로는 부저 또는 경광등 회로인 것을 특징으로 하는 누설전류 감지감도 조절식 ZCT로 되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 노이즈 선로에는 가변 임피던스가 연결되어 노이즈 선로로 흐르는 전류량을 가변시켜 상기 ZCT 코어의 허용 노이즈를 조정함으로써, 상기 ZCT 트립 회로부의 누설전류 감지감도를 조정하는 것을 특징으로 하는 누설전류 감지감도 조절식 ZCT로 되는 것이 바람직하다.

상기한 본 발명에 의하여, 누전차단기의 반응 속도를 제어할 수 있으며, 그 제어방법이 쉽고 간단하여 KS규격에 따른 B형, C형, D형 누전차단기의 생산이 용이하도록 하는 누설전류 감지감도 조절식 ZCT가 제공되는 이점이 있다.

도 1은 일반적인 ZCT 구조도
도 2는 ZCT 코일에 흐르는 유도전류와 트리거 반응 속도의 그래프
도 3은 ZCT 사고시 전류 흐름을 설명한 ZCT 구조도
도 4는 본 발명의 일 실시예로서 독립 부하를 노이즈 선로로 연결시킨 회로 구조도
도 5는 본 발명에 의한 ZCT 코일 유도전류와 트리거 반응 속도의 그래프
도 6은 본 발명의 일 실시예로서 ZCT 전원을 노이즈 선로로 연결시킨 회로 구조도
도 7은 도 5에 전류조절 임피던스를 부가시킨 회로 구조도
도 8은 도 6에 전류조절 임피던스를 부가시킨 회로 구조도

이하 도면을 참조하여 본 발명에 관하여 살펴보기로 하며, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기술 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.

그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있으므로 그 정의는 본 발명을 설명하는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

이하의 도 1은 일반적인 ZCT 구조도이며, 도 2는 ZCT 코일에 흐르는 유도전류와 트리거 반응 속도의 그래프이며, 도 3은 ZCT 사고시 전류 흐름을 설명한 ZCT 구조도이며, 도 4는 본 발명의 일 실시예로서 독립 부하를 노이즈 선로로 연결시킨 회로 구조도이며, 도 5는 본 발명에 의한 ZCT 코일 유도전류와 트리거 반응 속도의 그래프이며, 도 6은 본 발명의 일 실시예로서 ZCT 전원을 노이즈 선로로 연결시킨 회로 구조도이며, 도 7은 도 5에 전류조절 임피던스를 부가시킨 회로 구조도이며, 도 8은 도 6에 전류조절 임피던스를 부가시킨 회로 구조도이다.

본 발명은 ZCT에 관한 것이다.

이하, 도 1을 참고하여 ZCT의 작동에 대하여 살펴보기로 한다.

ZCT는 도 1에 도시된 바와 같이 일반적으로 ZCT 코어(20)와 ZCT 코일(40), ZCT 트립회로부(30)로 구성된다.

상기 ZCT 코일(40)에 흐르는 유도 전류를 Ic라고 할 때, 이상적인 ZCT에서 ZCT 트립회로부의 트립동작은 Ic가 0이 아닌 값이 출력됨과 동시에 트립동작을 수행해야 할 것이다.

그러나, 실제의 ZCT는 ZCT 코어(20)에 잔존하는 노이즈 자속 또는 ZCT 코어(20) 내로 흐르는 선로전류 i1과 i2의 전류미차 등의 여러 이유에 의해 Ic ≠ 0 인 노이즈 전류 In 값이 상존하게 된다.

한편, 실제의 ZCT 제작시에는 도 2에 도시된 바와 같이 노이즈 전류 In을 고려하고, 트리거 오동작 방지를 위하여 전류마진 Im을 두고 트립동작이 실행되게 회로 구성된다.

즉, ZCT에서 트립작동전류 I_Tr은 노이즈 전류 In과 트립마진 유도전류 Im에 의해 정해진다.

I_Tr = In + Im

이상의 용어를 정리하면 다음과 같다.

Ic : ZCT 코일에 흐르는 유도전류

In : Ic 중에서 ZCT 코일에 흐르는 노이즈 유도전류

I_Tr : 트립작동전류, ZCT 트립회로부의 트립동작을 실행시키는 유도전류 Ic의 값

Im : ZCT 코일에 허용되는 트립 전류마진(트립동작 작동여유 유도전류)

도 2에 따르면, ZCT는 ZCT 코일(40)에 흐르는 전류 Ic가 상기 트립작동전류 I_Tr 이상 흐를 때, 트립동작을 수행하게 되므로, 상기 트립작동전류 I_Tr에 의해 ZCT의 트립동작시간 T_tr가 결정된다.

한편, 도 3를 참고하여 살펴보면 ZCT 코어(20) 내로 통과되는 선로(10)에서 누설이 발생되는 경우, 누설전류에 의한 ZCT 코일(40) 유도전류 Ic가 흐르게 된다.

도 2에서 보여지는 바와 같이 상기 Ic는 상존 노이즈 유도전류 In에 더해져 증가하므로, 실제의 트립동작시간 T_tr는 I_tr - In 구간에 의해 결정된다.

즉, 도 2에서 보여지는 바와 같이 Im 구간에 의해 트립 동작이 정해지며, Im값이 짧을 수록 트립동작 시간도 빨라짐을 알 수 있다.

한편, ZCT 트립회로부(30)에서 각 규격이나 제품마다 대응하여 Im 값을 조절하는 것은 ZCT 트립회로를 재설계해야 하는 등의 문제가 있으므로 매우 곤란하다.

본 발명은 기존의 ZCT 트립회로부(30)의 재설계나 조정없이 Im 값을 조절하여 누설전류 감지감도를 제어함으로써, KS규격에 따른 B형, C형, D형 누전차단기를 쉽게 생산할 수 있는 기술이다.

이를 위하여 본 발명은 도 4에 도시된 바와 같이 ZCT 코어(20)에 ZCT 코일(40)의 트립마진 유도전류 Im 이내의 값을 가지는 유도전류 i_nx가 흐르게 하는 노이즈 선로(310)를 권선하여 상기 ZCT 코어(20)의 허용 노이즈를 조정하는 것으로 구성된다.

상기 i_nx 는 i_nx = i_n1, i_n2, i_nx....(x= 권선수)로 정의하기로 하며, 이에 의하면, i_nx는 상기 노이즈 선로(310)를 X회 권선했을 때, 상기 ZCT 코일(40)에 흐르는 노이즈 유도전류가 된다.

상기 권선수 X 과 i_nx은 희망하는 설계 수준에 따라 정할 수 있으며, 도 5에 도시된 바와 같이 상기 i_n1 (1회 권선에 의해 추가되는 노이즈 유도전류)이 상기 Im 에 비해 작을 수록 감도 제어 해상도가 좋아짐을 알 수 있다.

또한, 도 5에서 보여지는 바와 같이 권선 수가 증가할 수록 트립동작시간이 빨라짐을 알 수 있다.

요약하면, 상기 i_nx 는 ZCT 코어(20)에 권선되는 노이즈 선로(310) 권선수에 의해 형성되는데, 상기 노이즈 선로(310)는 ZCT 코어(20)에 권선됨에 따라 노이즈 유도전류 In 값 상승에 기여하게 되고, 이러한 ZCT 코어 노이즈 유도전류는 트립 동작시간 T_tr을 결정시킨다.

본 발명은 이러한 원리를 이용하여, ZCT 의 트립 동작시간 T_tr을 제어함으로써, KS규격에 따른 B형, C형, D형 누전차단기를 생산하는 장치를 제공한다.

상기 노이즈 선로(310)를 형성시키는 본 발명의 제1 실시예로서 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 i_nx 를 형성시키는 노이즈 선로(310)가 포함된 독립된 부속회로(300)를 구성하는 것을 고려할 수 있다.

이와 같은 부속회로(300)는 공지의 수준에서 쉽게 구성할 수 있는데, 예를 들어 작은 부저나 경광등과 같이 ZCT에 부속되는 악세사리 회로를 구성하고, 그 입력전원 선로 또는 부하로 가는 선로를 노이즈 선로(310a)로 사용하는 것을 고려할 수 있다.

즉, 도 4에는 부속회로(300)의 전원 선로를 노이즈 선로(310)로 사용된 것으로 예시되어 있으나, 반드시 전원선로에 한정되는 것은 아니며 부하와 연결된 선로를 인출하여 권선할 수도 있다.

한편, 도 5의 회로도는 도 7에 도시된 바와 같이 노이즈 선로(310a)에 가변 임피던스(320)를 부가하여 i_nx 크기를 제어할 수도 있음은 물론이다.

본 발명은 상기 도 4의 실시예와 달리 별도의 부속회로 추가 없이, ZCT 자체에서 노이즈 선로(310)를 형성시킬 수 있다.

이를 달성하기 위하여 본 발명은 도 6에 도시된 바와 같이 ZCT 트립회로부(30)의 입력전원 선로 중 하나를 노이즈 선로(310b)로 사용하면서 n회 권선하여 누전차단기의 반응감도를 조정한다.

도 6의 회로에서도 역시 도 8과 같이 가변 임피던스(320)를 부가하여 전류의 크기를 가변시킬 수 있음은 물론이며, ZCT 트립회로부(30) 내부의 부하와 연결된 임의의 선로를 노이즈 선로(310b)로 사용하면서 n회 권선하여 누전차단기의 반응감도를 조정할 수도 있음은 물론이다.

이하, 도 6의 일실시예에 대한 실험예를 도 9를 참고하여 살펴보기로 한다.

도 9는 본 발명을 검증하기 위한 실험 결과를 정리한 것으로서, 도 6과 같이 ZCT 트립회로부(30)의 입력전원 선로 중 하나를 상기 노이즈 선로(310)로 사용하여 노이즈 전류 In을 측정한 것이다.

도 9는 각 적용예에 대하여 12개의 시료를 이용하였으며, 각 적용예는 노이즈 선로(310)가 권선되지 않은 경우와 1회, 2회 권선시킨 후, ZCT 코어 내부에 180도 위상차가 나는 전류를 흐르게 한 때, 선로간의 전류차이(ZCT 관통 선로간의 전류차이, 위상간 전류차이를 측정한 것이다.

이론적으로는, ZCT 코어(20) 내부로 정상 전류가 180도 위상차를 가지고 흐르게 되면 선로간의 전류차이는 발생되지 않아야 하지만, 실제로는 도 9의 a와 같이 0.3에서 0.6mA 사이의 값으로 위상간 전류 차이를 가짐으로써 노이즈 유도전류 In이 흐름을 간접적으로 알 수 있다.

도 9의 b는 노이즈 선로(310)를 1회 권선한 때의 선로간의 전류차이는 2.3 ~ 2.8mA의 값으로 나타나고, 도 9의 c는 노이즈 선로(310)를 2회 권선한 때의 선로간의 전류차이는 5.3 ~ 5.6mA로 0회 권선한 때보다 권선 수에 비례하여 증가되었음을 알 수 있다.

즉, 노이즈 선로(310)의 권선 수에 비례하여 ZCT 코어에서 유도되는 노이즈 전류값 i_nx도 증가될 것임을 간접적으로 알 수 있다.

이 경우, 증가된 i_nx 값이 도 2의 전류마진보다 작은 경우, ZCT는 트리거 동작을 실행하지 않지만, 트리거 동작까지의 전류마진은 적어지며, 이는 트리거 반응시간이 짧아짐을 의미한다.

도 9의 실험에서 보여지는 바와 같이 본 발명에 의하면 노이즈 선로(310)와 그 권선 수의 제어로 트리거의 반응시간을 제어할 수 있음을 알 수 있다.

표 1을 다시 한번 살펴보면, 누전 차단기의 각 규격은 정격 전류와 트립시간의 요건을 가지고 있는데, 정격전류에 대한 트리거 반응시간(트립시간)을 제어할 수 있으므로, 본 발명에 의하면 누전 차단기의 기본형을 양산하더라도 각 규격에 적합한 ZCT를 쉽게 만들 수 있게 된다.

즉, ZCT 트립회로의 입력전원을 상기 i_nx를 유도하는 노이즈 선로로 사용하면서 권선수를 조절하여 감도 조정하면, 별도의 악세사리 부품을 추가할 필요나, 별도의 회로부를 구성할 필요없이 ZCT 생산시 ZCT 트립회로부의 전원만 ZCT 코어에 1 ~ n 회 권선시키는 것으로 KS규격에 따른 B형, C형, D형 누전차단기를 생산할 수 있다.

즉, 새로운 부품의 추가나 설계 변경없이 생산 방법을 일부 변경시키는 것만으로 KS규격에 따른 B형, C형, D형 누전차단기가 생산되는 이점이 있다.

한편, 종래기술방식에서 누전차단기를 KS규격에 따른 B형, C형, D형 누전차단기로 구분 생산하기 위하여 상기한 선행특허기술들과 같은 노력들이 투자되었으나, 실제로 KS규격에 따른 B형, C형, D형 누전차단기를 민감하게 구분시키는 것이 매우 곤란하여 그 신뢰도에 의심을 받고있는 실정이다.

그러나, 본 발명에 의하면 ZCT의 작동 감도가 자체 조정됨으로써, 그 실행동작의 신뢰도 역시 크게 개선되는 효과가 있다.

이상 본 발명의 설명을 위하여 도시된 도면은 본 발명이 구체화되는 하나의 실시예로서 도면에 도시된 바와 같이 본 발명의 요지가 실현되기 위하여 다양한 형태의 조합이 가능함을 알 수 있다.

따라서 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.

10 : 선로
20 : ZCT 코어
30 : ZCT 트립회로부
40 : ZCT 코일
50 : 선로 부하
300 : 부속회로
310 : 노이즈 선로
320 : 가변 임피던스

Claims (5)

1. ZCT 코어와 ZCT 트립 회로부로 구성되는 ZCT에 있어서,
   상기 ZCT 코어에
   상기 ZCT 코어에 자속 노이즈를 형성시키는 노이즈 선로를 n회(n : 자연수) 권선하여 상기 ZCT 코어의 허용 노이즈를 조정함으로써, 상기 ZCT 트립 회로부의 누설전류 감지감도를 조정하는 것을 특징으로 하는 누설전류 감지감도 조절식 ZCT.
2. 제1항에 있어서 상기 노이즈 선로는
   상기 ZCT 트립 회로부에 연결시키는 ZCT 전원 선로인 것을 특징으로 하는 누설전류 감지감도 조절식 ZCT.
3. 제1항에 있어서 상기 노이즈 선로는
   상기 ZCT 트립 회로부 또는 독립된 부속 회로에서 인출된 선로인 것을 특징으로 하는 누설전류 감지감도 조절식 ZCT.
4. 제3항에 있어서 상기 부속 회로는
   부저 또는 경광등 회로인 것을 특징으로 하는 누설전류 감지감도 조절식 ZCT.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 하나의 항에 있어서
   상기 노이즈 선로에는 가변 임피던스가 연결되어
   노이즈 선로로 흐르는 전류량을 가변시켜 상기 ZCT 코어의 허용 노이즈를 조정함으로써, 상기 ZCT 트립 회로부의 누설전류 감지감도를 조정하는 것을 특징으로 하는 누설전류 감지감도 조절식 ZCT.

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