KR102208136B1 - 아크-차단 신호 컨버터 - Google Patents

아크-차단 신호 컨버터 Download PDF

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Abstract

본 발명은 아크-차단 신호 컨버터에 관한 것으로서, 단상 또는 3상의 선로에 설치되는 누전차단기 등의 기존 차단장치의 상류측 혹은 하류측에 삽입 연결하여 유해 아크 발생시 기존 차단장치를 이용하여 전원 차단시켜 아크 차단을 할 수 있는 아크-차단 신호 컨버터에 관한 것이다.
이를 위해 본 발명은, 분전반 배선 중간에 삽입 설치되며, 각 상별 아크를 검출하여 유해 아크 신호를 기존 설치 차단기를 동작시키는 차단신호로 변환하는 단일 제품으로 된 아크-차단 신호 컨버터를 구성하며, 표시 색깔 및 점멸 상태가 가변될 수 있는 LED 표시등을 구성하여 전원 차단 원인과 분전반의 각 분기의 현재 상태를 표시하도록 한다.

Description

아크-차단 신호 컨버터{Arc-break Signal Converter}
본 발명은 아크-차단 신호 컨버터에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 단상이나 3상 전원 배선 중간에 삽입 설치하여 유해 아크 발생시 전원선 상에 설치된 차단장치 기성품을 동작시켜 전원 차단할 수 있도록 아크를 차단 신호로 변환하며, 수용함 내의 장치와 각 상의 선로 상에서 외부로 발산되는 아크 방전 전류를 아크유도침으로 흡입 유도하여 소멸시킬 수 있는 아크-차단 신호 컨버터에 관한 것이다.
전기 화재는 지속적으로 발생되고 있으며, 전기 화재 점유율이 전체 화재의 약 20％대를 유지하고 있다. 국내에서는 전기화재를 예방하기 위하여 누전 차단기를 설치하고 있다. 그러나, 누전 차단기가 일반용 주택에 100％ 설치된 상황에서도 전기화재는 지속적으로 발생하고 있다.
누전 차단기는 과전류 및 누설전류를 차단하는 장치로서, 감전사고를 예방하는 효과는 크지만, 아크가 원인이 되어 발생하는 전기화재를 예방하는 측면에서는 미흡하다. 따라서, 최근까지 전기화재는 감소되지 않고 피해액은 증가되고 있는 실정이다.
1994년, 미국의 주요 재해예방기관인 NFPA, CPSC, UL 등을 주축으로 전기화재의 원인을 규명하기 위하여 합동조사 연구를 수행한 결과, 보고서에 의하면 주택의 전기화재는 40％ 이상이 아크 고장(acr-fault)으로 인하여 발생한다고 보고되고 있다.
이에 따라, 미국에서는 2002년부터 주택의 침실 부하기기 전원회로에 아크 차단기(Arc Fault Circuit; AFCI) 설치를 규정하였고, 2008년부터는 주택의 침실, 거실, 서재, 현관 등 대부분의 전기회로에 아크 차단기를 설치하도록 규정을 강화하였다. 그 결과, 주택의 전기화재가 매우 감소되는 효과를 얻을 수 있었다.
국내에서도 근래에 와서 아크 차단기 개발이 시도되고 있다. 그 예로, 한국등록특허 제10-1124278호(이하, '선행문헌') 외에 다수 등록 및 공개되어 있다.
상기한 선행문헌은 아크 결함을 검출하여 회로를 차단하는 AFCI 차단기의 회로 구동 전원을 교류(AC) 라인 대신 전류변환기(CT)로부터 얻도록 하여 무해아크에 의한 오동작을 방지하고, 회로 동작 이상 여부 및 라인 연결 상태를 확인할 수 있는 구성을 개시하고 있다.
그러나, 상기한 선행문헌을 포함한 종래에는 2개의 전원선(220V) 만을 접속하는 단상용 아크 차단기에 국한되어 개발이 집중되었다.
실제 현장에서는 3상 3선식 또는 3상 4선식 등의 많은 3상용 전원 설비 및 장비가 있고 그 부분에서도 역시 계속적인 아크 사고로 인하여 전기화재가 끊이지 않고 있기 때문에 3상용 아크 차단기 개발이 요구되고 있다.
누전 차단기는 아크와 같은 전기적 사고가 언제나 발생될 수 있으나, 아크의 발생 유무를 검출하기가 쉽지 않은 것이 현실이다.
아크의 발생은 2차 피해로 이어져 아크 발생시 생기는 화염이나 파편이 외부로 튀어나가 다른 장비에 피해를 주거나 화재가 발생하여 주택이나 건물이 전소될 수 있는 심각한 문제가 발생할 수 있다.
한국 등록특허번호 제10-1292892호
따라서, 본 발명의 목적은 전술한 점을 감안하여 안출된 것으로, 3상용 아크 차단기를 독립적으로 설치하지 않더라도 누전 차단기 등의 기존 차단기를 동작시켜 단상 및 3상에서의 아크 결함에 대해 전원 차단할 수 있도록 한 아크-차단 신호 컨버터를 제공함에 있다.
본 발명의 목적은 아크검출부에 의해 검출되는 아크 신호를 분석하여 릴레이를 구동하여 누전차단기에 의해 전류를 차단하고, 아크 위치 검출부와 아크 소호 부재를 이용하여 누전차단기, 아크-차단 신호 컨버터, 각 상의 선로 상에서 외부로 발산되는 아크 방전 전류를 아크유도침으로 흡입 유도하여 소멸시키는 아크-차단 신호 컨버터를 제공함에 있다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 아크-차단 신호 컨버터는, 전원 선로에 설치되는 차단기를 이용해 아크에 의한 차단을 수행하는 아크-차단 신호 컨버터에 있어서, 상기 아크-차단 신호 컨버터는, 각 상별 연결단자를 구비하여 전원 배선 중간에 삽입 설치되며, 상기 연결단자의 각 상별로 CT가 연결되어 각 상에 발생되는 유해 아크를 검출하고, 검출되는 아크 신호를 차단신호로 변환하여 상기 차단기로 내보냄을 특징으로 한다.
상기 차단기는 누전차단기이며, 상기 아크-차단 신호 컨버터는 유해 아크 신호 발생시 변환하여 누전차단기가 동작되도록 하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 아크-차단 신호 컨버터는 상기 CT로부터 검출되는 전류를 인가받아 아크 발생시 나타나는 고주파 특성만을 통과시키기 위한 밴드패스필터, 상기 밴드패스필터를 통과한 고주파 특성의 신호를 인가받아 기준레벨과 비교하여 유해 아크만을 출력하는 OP-AMP, 및 상기 OP-AMP로부터 출력되는 유해 아크 파형을 디지털 형태로 변환하는 A/D컨버터를 구비하여 각 상별로 발생되는 아크 신호를 검출하는 아크검출부, 상기 아크검출부에서 검출되는 아크신호를 분석하여 유해 아크 여부를 판단하고, 유해한 아크로 판단시 릴레이를 구동시키는 마이크로프로세서, 상기 마이크로프로세서에 의해 구동되어 차단신호를 내보내는 릴레이, 및 상기 차단기의 차단 동작에 의해 전원 차단시에도 동작 전원이 공급될 수 있도록 충전 가능한 배터리와, 상기 배터리로부터 동작 전원의 공급을 "온(ON)/오프(OFF)" 조작하기 위한 전원스위치를 구비하는 전원부를 포함하여 구성된다.
본 발명의 아크-차단 신호 컨버터는, 다음과 같은 효과를 갖는다.
첫째, 각 상별 연결단자를 구성하여 전원 배선 중간에 삽입 설치할 수 있어 신규 전원 설비에서 뿐만 아니라 기존 전원 설비에도 추가 설치가 용이하다.
둘째, 단상이나 3상의 선로 상에 발생되는 유해 아크를 차단신호로 변환하여 누전차단기 또는 아크 겸용 누전차단기 또는 기타 차단기 등의 기존 차단기를 동작시켜 전원 차단함으로써, 3상 전원 설비 전용 아크 차단기의 개발 및 제조에 따른 기술적, 경제적 어려움을 해결할 수 있다.
즉, 독립된 3상용 아크 차단기 제품을 개발 및 제조하지 않더라도 3상용 전원 설비나 장비에서 아크 차단을 할 수 있다. 이로 인하여, 단상은 물론 3상 전원 설비에서의 아크 차단이 가능하여 전기 화재 사고를 획기적으로 감소시킬 수 있다.
셋째, R, S, T, N의 모든 상에 대하여 사고 아크를 감지할 수 있어 3상의 다른 분기에서 발생한 사고 아크로 인한 단상의 아크차단기 오동작을 방지할 수 있다.
넷째, 통신기능을 구비하여 언제, 어디서든 전원 차단 원인 및 각 전원 분기의 상태 모니터링이 가능하여 전기 차단에 의한 위험 상황 발생시 신속한 대처를 할 수 있다.
다섯째, 아크 검출부에 유해 아크를 검출하여 전원 차단하는 기능 이외에 아크 차단기, 컨버터 및 선로 상에서 발산되는 아크 방전 전류를 아크유도침으로 흡입 유도하여 소멸시키며, 이로 인하여 외부로 발산하는 아크 방전 전류를 땅으로 흘려 보내서 화재 위험 상황을 효율적으로 대비하거나 최소화할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 아크-차단 컨버터를 내장한 수용함의 일례를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 아크-차단 컨버터를 내장한 수용함의 측면 모습을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 아크 위치 검출부의 아크 신호의 위치 검출 모습을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 아크-차단 컨버터를 내장한 수용함에서 아크 소호 부재의 동작 모습을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 아크 소호 부재를 구비한 이동블록부의 상세 구성을 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 아크-차단 신호 컨버터를 나타내는 외관 사시도이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 아크-차단 신호 컨버터를 나타내는 구성도이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 아크-차단 신호 컨버터를 나타내는 구성도이다.
도 9 및 도 10은 본 발명에 따른 아크-차단 신호 컨버터의 설치 형태를 나타내는 개략도이다.
도 11 내지 도 14는 본 발명에 따른 아크-차단 신호 컨버터의 결선 형태를 나타내는 구성도이다.
본 발명의 구체적 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로부터 더욱 명백해질 것이다. 이에 앞서 본 발명에 관련된 공지 기능 및 그 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는, 그 구체적인 설명을 생략하였음에 유의해야 할 것이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명한다.
본 발명에 따른 아크-차단 신호 컨버터를 구비한 수용함에 관하여 도 1 내지 도 13을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 아크-차단 컨버터를 내장한 수용함의 일례를 나타낸 도면이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 아크-차단 컨버터를 내장한 수용함의 측면 모습을 나타낸 도면이다.
본 발명의 실시예에 따른 수용함(60)은 아크-차단 컨버터와 누전 차단기를 내부에 수용하도록 수직으로 세워진 4개의 사각 기둥 형태로 직육면체의 형상을 이루는 프레임(61)과, 상기 프레임(61)의 하부면에 형성하고 공기가 유입되도록 복수개의 유입홀(62a)을 형성된 하부판(62)과, 상기 프레임(61)의 상부면에 형성하고 공기가 배출되도록 복수개의 배출홀(63a)을 형성된 상부판(63)과, 상기 하부판(62)의 하부에 결합되어 프레임(61)의 내부를 냉각시키는 냉각팬(64)을 포함하며, 공기의 흐름에 따라 상측, 하측, 좌측, 우측 중 일부를 상기 프레임(61)의 측면 일부를 개방할 수 있다.
수용함(60)은 냉각팬(64)을 통한 송풍시 송풍되는 바람이 아크-차단 컨버터(1)를 통과하여 컨버터(1)에서 발생되는 열의 영향을 최소화한다.
수용함(60)은 아크-차단 신호 컨버터(1), 누전차단기(2), 아크 위치 검출부(600) 및 아크 소호 부재(700)를 포함한다.
아크-차단 신호 컨버터(1)는 각 상별 입력 연결단자(10a)에 연결되어 각 분기별로 발생되는 아크 신호를 검출하는 아크검출부(100), 검출되는 아크 신호를 분석하여 유해 아크 여부를 판단하고 판단 결과에 따라 릴레이를 구동시키는 마이크로프로세서(200)와, 상기 마이크로프로세서(200)에 의해 구동되어 기설치된 누전 차단기 등의 차단장치에 차단신호를 내보내는 릴레이(300), 자체적으로 동작 전원을 공급하기 위한 전원부(400)와 통신컨버터(500)를 포함하여 구성된다.
아크-차단 신호 컨버터(1)는 아크검출부(100)에 의해 검출되는 아크 신호를 분석하여 릴레이(300)를 구동하여 누전차단기(2)에 의해 전류를 차단하고, 아크 위치 검출부(600)와 아크 소호 부재(700)를 이용하여 누전차단기(2), 아크-차단 신호 컨버터(1), 각 상의 선로 상에서 외부로 발산되는 아크 방전 신호를 아크유도침(830)으로 흡입 유도하여 소멸시킨다.
아크검출부(100)는 분기별로 CT(110a～110d), 밴드패스필터(120a～120d), OP-AMP(130a～130d), A/D 컨버터(140a～140d)를 포함하여 구성된다.
CT(110a～110d)는 아크와 전류를 감지할 수 있는 센서로, 이하의 도 7에 보여진 바와 같이, 본 발명의 아크-차단 신호 컨버터(1) 내부에 포함시켜 구성할 수도 있고, 이하의 도 8에 보여진 바와 같이 아크-차단 신호 컨버터(1) 외부로 분리하여 별도 구성할 수도 있다.
밴드패스필터(Band Pass Filter; BPF)(120a～120d)는 CT(110a～110d)로부터 전류를 인가받아 아크 발생시 나타나는 고주파 특성만을 통과시킨다.
OP-AMP(130a～130d)는 밴드패스필터(120a～120d)를 통과한 고주파의 아크 입력을 인가받아 기준레벨과 비교하여 유해 아크만을 출력한다.
A/D 컨버터(140a～140d)는 OP-AMP(130a～130d)로부터 출력되는 아크 신호 파형을 후단의 마이크로프로세서(200)가 처리할 수 있는 디지털 형태로 변환한다.
전원부(400)는 차단기에 의해 전원 차단시에도 전원 공급될 수 있도록 하는 충전 가능한 배터리 전원을 사용함이 바람직하다.
마이크로프로세서(200)는 일정 주기마다 감지되는 전류폭 변화 상태와 전류 펄스 발생 개수를 연산하여 유해 아크인지 정상 아크인지 판단하고, 유해 아크인 경우, 기설치된 누전 차단기 등의 차단장치에 차단신호를 릴레이(300)로 전송한다.
다시 말해, 마이크로프로세서(200)는 A/D 컨버터(140a～140d)로부터 변환된 디지털 데이터로부터 전류 신호의 기울기가 급격히 변하는 현상을 감지하고, 상기 전류 신호의 불연속성이 존재하는 여부를 판단하고, 상기 전류 신호의 불연속성이 감지되는 전류 영점을 검출하고, 상기 전류 영점을 기초로 전류 신호 펄스의 발생 개수를 연산하며, 전류 신호의 펄스폭들의 변화가 기설정된 기준치 이상인 경우 유해 아크 신호로 판단한다.
이에 더하여 마이크로프로세서(200)는 일회적인 아크 신호인 경우 정상 아크 신호로 판단하고, 기설정된 횟수 이상으로 반복적인 아크 신호 발생으로 최종 유해 아크 신호로 판단한다.
마이크로프로세서(200)는 A/D 컨버터(140a～140d)로부터 수신된 아크 신호 파형을 분석하여 유해 아크 신호라고 판단하면, 기설치된 누전 차단기 등의 차단장치에 차단신호를 릴레이(300)로 전송한다.
릴레이(300)는 마이크로프로세서(200)의 차단신호에 따라 기계적 접점을 개극하여 전류를 차단하게 된다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 아크 위치 검출부의 아크 신호의 위치 검출 모습을 나타낸 도면이다.
수용함(60)의 내부에는 상기 누전차단기(2), 상기 아크-차단 신호 컨버터(1)와 일정거리 이격되어 평행한 위치에 각각 설치되어 외부로 발산하는 아크에서 발생하는 빛을 감지하여 전기 신호로 변환되어 2차원 이미지 신호를 생성하는 아크 위치 검출부(600)를 더 포함한다.
아크 위치 검출부(600)는 수용함(60)의 내부에서 일정 거리 이격하여 하나 이상을 설치할 수 있으며, 자외선용 렌즈부(610), 자외선 선택 필터부(620) 및 이미지 센서부(630)를 포함한다.
자외선용 렌즈부(610)는 누전이 발생 가능한 위치에서 아크가 발생할 때 아크에서 발생하는 빛이 입사된다.
자외선 선택 필터부(620)는 자외선용 렌즈부(610)를 통과한 아크 신호 중 자외선 영역의 빛만을 선택적으로 투과시키고 다른 파장 대역의 빛을 차단하게 된다.
이미지 센서부(630)는 자외선 선택 필터부(620)를 통과한 아크 신호를 결상하여 전기 신호로 변환되고, 2차원 이미지 신호를 생성하여 마이크로프로세서(200)로 전송한다.
이미지 센서부(630)는 광축을 기준으로 입사되는 빛의 고도각과 방위각을 2차원 이미지 신호에서 X 좌표, Y 좌표로 표시되고, 수용함(60) 내의 공간 상에서 아크의 발생 위치를 검출할 수 있다.
마이크로프로세서(200)는 2차원 이미지 신호의 위치에 따른 광량 정보를 분석하여 아크의 발생 여부(누전 발생 여부) 및 아크의 발생 위치를 검출할 수 있다.
이미지 센서부(630)에서 생성된 2차원 이미지 신호에는 주변 영역과 구분되는 발광 지점이 존재하게 된다. 마이크로프로세서(200)는 발광 지점의 2차원 위치 정보로부터 아크가 발생한 위치를 산출하는데, 2차원 이미지 신호에서 X 좌표, Y 좌표를 생성하여 수용함(60) 내부의 공간 상에서 아크 방전의 발생 위치를 산출할 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 아크-차단 컨버터를 내장한 수용함에서 아크 소호 부재의 동작 모습을 나타낸 도면이고, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 아크 소호 부재를 구비한 이동블록부의 상세 구성을 나타낸 도면이다.
아크 소호 부재(700)는 상기 수용함(60)의 내부 공간 상에서는 상기 아크 방전의 발생 위치로 아크유도침(830)을 상하 방향으로 이동시켜 아크 전류를 흡입 유도한다.
아크 소호 부재(700)는 프레임(61)의 상단 일측에 제1 거치대(701)와 프레임(61)의 하단 일측에 제2 거치대(702)를 형성하고, 상기 제1 거치대(701)와 상기 제2 거치대(702)의 사이에 상하 방향으로 일정한 길이의 이송스크류(710)가 형성되고, 상기 이송스크류(710)의 상부 끝단이 상기 제1 거치대(701)와 프레임(61)을 관통하여 제1 구동모터(720)에 결합된다.
상기 이송스크류(710)는 육면체 형상의 중심 부분을 가로질러 이동블록부(730)를 결합한다.
이동블록부(730)는 육면체 형상으로 중심 부분을 상기 이송스크류(710)가 길이 방향으로 관통하도록 관통공을 형성하고, 상기 관통공의 내주면에 이송스크류(710)의 외주면에 형성된 제1 나사산과 대응하는 제2 나사산이 형성된다.
이송스크류(710)는 이동블록부(730)의 관통공에 끼워져서 제1 나사산과 제2 나사산이 나사 결합을 한다. 이에 따라 제1 구동모터(720)의 구동력에 의해 이송스크류(710)가 회전을 하게 되면, 이동블록부(730)는 이송스크류(710)의 상하 방향으로 왕복 이동을 하게 된다.
이동블록부(730)는 전방에 아크 전류를 유도하는 아크유도침(830)을 구비한 수평 이동부(800)가 결합되어 있다. 아크유도침(830)의 형태는 총알 형태로 형성되고, 일측에서 타측으로 갈수록 폭이 좁아져 뽀족한 형태이다.
아크유도침(830)은 누전차단기(2), 아크-차단 신호 컨버터(1), 각 상의 선로 중에서 아크 방전이 발생하는 경우 아크 전류를 흡입 유도하여 접지선을 통해 땅으로 흘려 보내 소멸시키는 기능을 한다.
마이크로프로세서(200)는 이미지 센서부(630)로부터 아크의 발생 위치 정보를 수신하면, 수신한 아크의 발생 위치 정보를 기초로 제1 구동모터(720)를 제어하여 이송스크류(710)를 회전시키고, 이에 따라 아크가 발생된 위치까지 이동블록부(730)를 이동시키도록 제어한다. 여기서, 아크의 발생 위치 정보는 수용함(60) 내에서 아크가 발생할 수 있는 누전차단기(2), 아크-차단 신호 컨버터(1), 각 상의 선로를 위치별로 X 좌표와 Y 좌표로 나타낸다.
이와 같이, 마이크로프로세서(200)는 누전차단기(2), 아크-차단 신호 컨버터(1), 각 상의 선로 상에서 외부로 아크 방전이 발생하면, 아크가 발생한 위치까지 아크유도침(830)을 이동시켜 상기 아크유도침(830)에 의해 흡입 유도된 아크 전류가 고저항 임피던스(미도시)를 통과하여 접지선으로 흐르게 된다.
마이크로프로세서(200)는 2차원 이미지 신호의 위치에 따른 광량 정보를 분석하여 광량 정보가 기설정된 기준값 이하인 경우라고 판단하는 경우, 수평 이동부(800)에 의해 아크유도침(830)을 수평 방향으로 미세 이동하도록 조정한다.
수평 이동부(800)는 이동블록부(730)의 수평 방향인 전면에 결합된 제1 하우징(810)과, 상기 제1 하우징(810)의 내부를 연통되는 제2 하우징(830)과, 상기 제2 하우징(830)의 전면에 아크유도침(830)이 수평으로 결합된다.
상기 제1 하우징(810)의 수용 공간에는 제2 구동모터(812)의 회전축에 피니언기어(811)가 결합되고, 피니언기어(811)에 랙기어(813)의 기어가 맞물려 있다.
제2 하우징(830)은 제1 하우징(810)보다 직경이 작으며, 내부 공간이 제1 하우징(810)과 연통되어 있다. 랙기어(813)는 수평 방향으로 일정한 길이로 형성되며, 제1 하우징(810)의 내부 공간에서 제2 하우징(830)의 내부 공간에 걸쳐서 형성된다.
상기 제2 하우징(830)의 수용 공간에는 랙기어(813)가 제1 하우징(810)을 통과하여 배치되고, 상기 랙기어(813)의 일측 끝단에 스프링부재(821)의 일단이 결합되어 있다.
상기 스프링부재(821)는 일측 끝단이 상기 랙기어(813)의 일단이 결합되고, 타측 끝단에 아크유도침(830)의 일측이 결합된다.
마이크로프로세서(200)는 2차원 이미지 신호의 위치에 따른 광량 정보를 분석하여 광량 정보가 기설정된 기준값 이하인 경우라고 판단하는 경우, 제2 구동모터(812)를 구동시켜 피니언기어(811)를 회전시키고, 상기 피니언기어(811)에 맞물려 있는 랙기어(813)가 이동하여 스프링부재(821)를 가압하며, 이로 인하여 아크유도침(830)을 아크 방전이 발생된 위치에 근접하도록 미세 이동시킨다. 아크유도침(830)의 미세 이동은 아크 방전이 반복적으로 발생되는 위치에 약한 아크 방전 전류까지 흡수하여 소멸시키기 위한 것이다.
이하의 도 7 내지 도 14에서 도시되지 않았으나, 본 발명의 마이크로프로세서(200)는 자외선용 렌즈부(610), 자외선 선택 필터부(620), 이미지 센서부(630)를 구비한 아크 위치 검출부(600), 아크 소호 부재(700)의 제1 구동모터(720), 제2 구동모터(812)에 전기적으로 연결되어 전원을 공급, 차단 신호를 전송하거나 제어 신호를 송수신할 수 있다.
도 6은 본 발명에 따른 아크-차단 신호 컨버터(1)를 보이는 외관도로서, 케이스 외부에 전원 배선 중간에 삽입 설치될 수 있도록 하는 각 상별 연결단자(10), 통신포트(20), 전원스위치(30), 정상 동작 여부를 확인할 수 있도록 하는 테스트버튼(40), 표시 색깔 및 점멸 상태가 가변될 수 있도록 하여 전원 차단 원인과 각 분기의 현재 상태를 표시하는 LED 표시등(50)으로 구성된다.
도 7 및 도 8은 본 발명에 따른 아크-차단 신호 컨버터(1)를 나타내는 구성도로서, 도 7은 전류변환기(Current Transform; CT) 일체형으로, 도 8은 CT 분리형으로 각각 구성된다.
이러한 구성을 갖는 본 발명의 아크-차단 신호 컨버터(1)는 도 9 및 도 10에 보여진 바와 같이, 기존에 설치되어 있는 독립적인 누전 차단기 또는 아크 겸용 누전차단기 등의 차단장치(2) 상류측 또는 하류측의 전원선 상에 연결하여 사용할 수 있다.
또한, 본 발명의 아크-차단 신호 컨버터(1)는 도 9의 (가) 내지 (다) 및 도 5의 (가) 내지 (다)에 보여진 바와 같이, 단상식, 3상 3선식, 3상 4선식에 설치할 수 있다.
이때, 본 발명의 아크-차단 신호 컨버터(1)는 도 10 내지 도 13에 보여진 바와 같은 형태로 결선되게 된다.
도 11은 3상 4선식에서 차단장치(2)의 상류측에 설치시 도 7의 CT 일체형 아크-차단 신호 컨버터(1)의 결선 형태를 보여주고, 도 12는 차단장치(2)의 하류측에 설치시의 결선 형태를 보여준다.
도 11 및 도 12에 보여진 바와 같이, 본 발명의 아크-차단 신호 컨버터(1)의 입출력 연결단자(10a,10b)에는 "R,S,T,N"의 4개 전원선이 연결되어 전원 배선 중간에 삽입 설치되게 된다. 이때, 릴레이(300)에는 "R,S,T,N" 중 임의로 2개의 상을 선택하여 연결하거나 하나의 상을 선택하고 나머지는 접지를 연결하면 된다. 단, 릴레이(300)에 연결되는 2개의 상 중 하나는 기존 설치 차단장치(2) 단의 하류와 연결해야 하고, 나머지 하나는 상류와 연결해야 한다.
도 11에서는, "R"과 "N"의 2개 상을 선택하여 릴레이(300)에 연결하되 "R" 상은 점프 연결단자(10c)를 통해 기존 설치 차단장치(2) 단의 하류에 연결하고, "N" 상은 출력 연결단자(10b)를 통해 기존 설치 차단장치(2) 단의 상류에 연결하게 된다.
도 12에서는, "R"과 "N"의 2개 상을 선택하여 릴레이(300)에 연결하되 "R" 상은 점프 연결단자(10c)를 통해 기존 설치 차단장치(2) 단의 상류에 연결하고, "N" 상은 출력 연결단자(10b)를 통해 기존 설치 차단장치(2) 단의 하류에 연결하게 된다.
이렇게 연결 설치된 상태에서, 아크검출부(100)는 CT(110a～110d)를 통해 각 상의 선로에 흐르는 전류를 검출하고, 밴드패스필터(120a～120d)를 이용해 아크 발생시 나타나는 고주파 특성만을 통과시킨 후 OP-AMP(130a～130d)를 이용해 유해 아크만을 출력하고 이를 A/D변환기(140a～140d)를 이용해 디지털 데이터로 변환한다.
마이크로프로세서(200)는 아크검출부(100)에서 검출된 아크신호가 유해한 아크인지 아닌지를 판단하게 된다.
마이크로프로세서(200)에서 유해한 아크로 판단될 경우 릴레이(300)를 구동시켜 누설신호 등의 차단신호를 인위적으로 발생시켜 누전차단기 등의 차단장치(2)가 동작하여 전원을 차단시키게 된다.
이처럼, 전원 배선 중간에 본 발명의 아크-차단 신호 컨버터(1)를 삽입 설치하여 아크 발생시 아크를 감지하고 그중 화재의 원인이 되는 유해 아크를 분석 및 구분하여 유해 아크를 검출하고 전기 화재의 원인이 되는 유해 아크로 판명된 부분의 신호를 차단신호로 변환하여 기존 설치 차단장치(2)를 동작시켜 전원을 차단토록 한다. 즉, 본 발명의 아크-차단 신호 컨버터(1)는 독립적인 차단기가 아니라 유해 아크 발생시 차단신호를 발생하는 것으로, 누전 차단기 등의 기존 차단기를 이용하여 차단하게 된다.
한편, 본 발명의 아크-차단 신호 컨버터(1)는 내부에 충전 가능한 배터리 전원을 사용하는 전원부(400)의 전원으로 동작하기 때문에, 차단장치(2)에 의해 전원이 차단된 상태에서도 전원 공급 상태가 유지되어 동작하게 된다.
따라서, 본 발명의 아크-차단 신호 컨버터(1)는 아크 결함에 의해 전원 차단이 되더라도 전원을 유지하게 되어 현재 분기의 상태 및 차단 원인 등의 선로의 상태에 대한 정보를 실시간으로 분석할 수 있다.
마이크로프로세서(200)는 분석결과를 LED표시등(50)에 점등 색깔 및 점멸 주기를 다르게 표시하여 차단 원인이나 선로 상태를 사용자가 시각적으로 알 수 있도록 한다.
본 실시예에서, LED표시등(50)는 정상 작동 상태에서 초록색으로, 아크 발생시 파란색, 누전 발생시 빨간색 등으로 구분 표시하여 정상 동작 여부 및 선로의 상태를 시각적으로 확인할 수 있도록 한다. 색깔은 목적에 따라 다르게 할 수 있다.
마이크로프로세서(200)는 또한, 정상적으로 전원이 인가되면 일정한 주기로 정상신호를 생성하고, 아크를 검출하였을 시 아크가 발생하였다는 트립신호를 생성하여 이렇게 생성된 신호를 통신컨버터(500)를 통해 외부로 송신하여 분전반 내의 분기의 전기 상태를 실시간으로 감시하는 분기별 모니터링 기능이 가능하다.
따라서, 위험에 즉각 대처하여야 하는 경우에 요구되는 실시간 차단에 대한 정확한 모니터링이 긴급히 요구되는 경우에 매우 유용하다.
특히, 환풍기, 선풍기 등 공기 순환과 관련된 경우 3상 설비가 되어 있는 경우가 많기 때문에 수천, 수만 마리의 가축을 기르는 계사나 돈사 등 축사 등의 경우 갑작스런 전기 차단에 의한 위험 상황 발생시 그에 대한 모니터링이 즉각 이루어져 신속한 대처를 할 수 있다.
한편, 테스트버튼(40)는 마이크로프로세서(200)에서 릴레이(300)를 구동시키도록 강제 구동 신호를 생성하여 아크 신호가 없더라도 제품의 정상 동작 여부를 확인할 수 있다.
도 13은 3상 4선식에서 차단장치(2)의 상류측에 설치시 도 7의 CT 분리형 아크-차단 신호 컨버터(1)의 결선 형태를 보여주고, 도 14는 차단장치(2)의 하류측에 설치시의 결선 형태를 보여준다.
도 13 및 도 14에 보여진 바와 같이, 본 발명의 아크-차단 신호 컨버터(1)의 입출력 연결단자(10a,10b)에는 "R,S,T,N"의 4개 전원선이 연결되어 전원 배선 중간에 삽입 설치되게 된다. 특히, 입력 연결단자(10a)에는 각 상별 CT(110a～110d)가 연결된다. 릴레이(300)에는 "R,S,T,N" 중 임의로 2개의 상을 선택하여 연결하거나 하나의 상을 선택하고 나머지는 접지를 연결하면 된다. 단, 릴레이(300)에 연결되는 2개의 상 중 하나는 기존 설치 차단장치(2) 단의 하류와 연결해야 하고, 나머지 하나는 상류와 연결해야 한다.
도 13은 "R"과 "N"의 2개 상을 선택하여 릴레이(300)에 연결하되 "R" 상은 점프 연결단자(10c)를 통해 기존 설치 차단장치(2) 단의 하류에 연결하고, "N" 상은 출력 연결단자(10b)를 통해 기존 설치 차단장치(2) 단의 상류에 연결하게 된다.
도 14는 "R"과 "N"의 2개 상을 선택하여 릴레이(300)에 연결하되 "R" 상은 점프 연결단자(10c)를 통해 기존 설치 차단장치(2) 단의 상류에 연결하고, "N" 상은 출력 연결단자(10b)를 통해 기존 설치 차단장치(2) 단의 하류에 연결하게 된다.
이렇게 연결 설치된 상태에서, CT(110a～110d)는 각 상의 선로에 흐르는 전류를 검출하여 본 발명의 아크-차단 신호 컨버터(1)로 인가한다. 아크-차단 신호 컨버터(1)의 아크검출부(100)는 인가되는 전류 신호를 밴드패스필터(120a～120d)를 이용해 아크 발생시 나타나는 고주파 특성만을 통과시킨 후 OP-AMP(130a～130d)를 이용해 유해 아크만을 출력하고 이를 A/D변환기(140a～140d)를 이용해 디지털 데이터로 변환한다. 그 이후의 동작은 도 11 및 도 12에서와 동일하게 수행되어 유해한 아크 발생시 기존 설치 차단장치(2)를 이용해 전원 차단하게 된다.
따라서, 본 발명의 아크-차단 신호 컨버터(1)를 이용하면 독립 규격의 차단기와 같이 정격전류 및 전압 등 다양한 규격별 용량별의 규격인증을 요하는 별도의 독립된 차단기 제품을 규격별로 모두 만들 필요가 없게 된다.
이상으로 본 발명의 기술적 사상을 예시하기 위한 바람직한 실시예와 관련하여 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 이와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용에만 국한되는 것이 아니며, 기술적 사상의 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대해 다수의 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.
1 : 아크-차단 신호 컨버터 2 : 차단장치
10 : 연결단자 20 : 통신포트
30 : 전원스위치 50: LED 표시등
60: 수용함 100 : 아크검출부
200 : 마이크로프로세서 300 : 릴레이
400 : 전원부 500 : 통신컨버터
600: 아크 위치 검출부 700: 아크 소호 부재
800: 수평 이동부

Claims (12)

  1. 전원 선로에 설치되는 누전차단기를 이용하여 아크에 의한 차단을 수행하는 아크-차단 신호 컨버터에 있어서,
    상기 아크-차단 컨버터와 상기 누전차단기를 내부에 수용하도록 수직으로 세워진 4개의 사각 기둥 형태로 직육면체의 형상을 이루는 수용함을 포함하고,
    상기 아크-차단 신호 컨버터는,
    단일 케이스의 제품으로 구성되며, 각 상별 연결단자를 구비하여 전원 배선 중간에 삽입 설치되고, 상기 연결단자의 각 상별로 CT가 연결되어 각 상에 발생되는 유해 아크를 검출하고, 검출되는 아크 신호를 차단신호로 변환하여 상기 누전차단기로 전송하며,
    상기 아크-차단 신호 컨버터는,
    상기 CT로부터 검출되는 전류를 인가받아 아크 발생시 나타나는 고주파 특성만을 통과시키기 위한 밴드패스필터, 상기 밴드패스필터를 통과한 고주파 특성의 신호를 인가받아 기준레벨과 비교하여 유해 아크만을 출력하는 OP-AMP, 및 상기 OP-AMP로부터 출력되는 유해 아크 파형을 디지털 형태로 변환하는 A/D컨버터를 구비하여 각 상별로 발생되는 아크 신호를 검출하는 아크검출부;
    상기 아크검출부에서 검출되는 아크신호를 분석하여 유해 아크 여부를 판단하고, 유해한 아크로 판단시 릴레이를 구동시키는 마이크로프로세서; 및
    상기 마이크로프로세서에 의해 구동되어 차단신호를 내보내는 릴레이를 포함하며,
    상기 수용함의 내부에는 상기 누전차단기, 상기 아크-차단 신호 컨버터와 일정거리 이격되어 평행한 위치에 각각 설치되어 외부로 발산하는 아크에서 발생하는 빛을 감지하여 전기 신호로 변환되어 2차원 이미지 신호를 생성하는 아크 위치 검출부를 더 포함하고, 상기 마이크로프로세서는 상기 2차원 이미지 신호에서 X 좌표와 Y 좌표를 생성하여 상기 수용함의 내부 공간 상에서 아크 방전의 발생 위치를 산출하고, 상기 산출한 발생 위치로 아크유도침을 이동시켜 아크 전류를 흡입 유도하여 접지선을 통해 땅으로 흘려 보내 소멸시키며,
    상기 아크 위치 검출부는,
    누전이 발생한 위치에서 아크가 발생할 때 아크에서 발생하는 빛이 입사되는 자외선용 렌즈부와, 상기 자외선용 렌즈부를 통과한 아크 신호 중 자외선 영역의 빛만을 선택적으로 투과시키고 다른 파장 대역의 빛을 차단하는 자외선 선택 필터부와, 상기 자외선 선택 필터부를 통과한 아크 신호를 결상하여 전기 신호로 변환되고, 2차원 이미지 신호를 생성하여 상기 마이크로프로세서로 전송하고, 상기 마이크로프로세서는 2차원 이미지 신호의 위치에 따른 광량 정보를 분석하여 아크의 발생 여부 및 아크의 발생 위치를 상기 2차원 이미지 신호에서 X 좌표와 Y 좌표를검출하는 것을 특징으로 하는 아크-차단 신호 컨버터.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 수용함의 내부 공간 상에서는 상기 산출한 발생 위치로 아크유도침을 상하 방향으로 이동시켜 아크 전류를 흡입 유도하는 아크 소호 부재를 더 포함하고,
    상기 아크 소호 부재는 상기 수용함 프레임의 상단 일측에 제1 거치대와 프레임의 하단 일측에 제2 거치대를 형성하고, 상기 제1 거치대와 상기 제2 거치대의 사이에 상하 방향으로 일정한 길이의 기둥 형태로 이송스크류가 형성되고, 상기 이송스크류의 상부 끝단이 상기 제1 거치대와 프레임을 관통하여 제1 구동모터에 결합되고, 육면체 형상으로 중심 부분을 상기 이송스크류가 길이 방향으로 관통하도록 관통공을 형성하고, 상기 관통공의 내주면에 상기 이송스크류의 외주면에 형성된 제1 나사산과 대응하는 제2 나사산이 형성하는 이동블록부를 포함하는 것을 특징으로 하는 아크-차단 신호 컨버터.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 마이크로프로세서는 아크의 발생 위치 정보를 수신하면, 수신한 아크의 발생 위치 정보를 기초로 상기 제1 구동모터를 제어하여 상기 이송스크류를 회전시키고, 이에 따라 아크 방전이 발생된 위치까지 상기 이동블록부를 상하 방향으로 이동시키도록 제어하는 것을 특징으로 하는 아크-차단 신호 컨버터.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 누전차단기의 차단 동작에 의해 전원 차단시에도 동작 전원이 공급될 수 있도록 하는 충전 가능한 배터리와, 상기 배터리로부터 동작 전원의 공급을 "온(ON)/오프(OFF)" 조작하기 위한 전원스위치를 구비하는 전원부;
    상기 마이크로프로세서에서 상기 릴레이를 구동시키도록 강제 구동 신호를 생성하여 정상 동작 여부를 확인할 수 있도록 하는 테스트버튼; 및
    정상적인 전원 인가 상태 및 아크 발생을 외부에서 감시 및 모니터링할 수 있도록 외부와 통신하는 통신컨버터를 포함하는 것을 특징으로 하는 아크-차단 신호 컨버터.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 마이크로프로세서는 정상적으로 전원이 인가되면 일정한 주기로 정상신호를 생성하고, 아크를 검출하였을 시 아크가 발생하였다는 트립신호를 생성하여 이렇게 생성된 신호를 상기 통신컨버터를 통해 외부로 송신하여 분전반 내의 분기의 전기 상태를 실시간으로 감시하는 분기별 모니터링 기능이 가능하도록 하는 것을 특징으로 하는 아크-차단 신호 컨버터.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 릴레이는 각 상별 연결 단자중에서 임의로 2개의 상의 연결 단자를 선택하여 연결되며, 상기 릴레이에 연결되는 2개의 상의 연결 단자중 하나는 상기 누전차단기의 하류와 연결되고, 나머지 하나는 상류와 연결되는 것을 특징으로 하는 아크-차단 신호 컨버터.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 아크-차단 신호 컨버터는 유해 아크 신호 발생시 이를 누설 신호로 변환하여 상기 누전차단기가 동작되는 것을 특징으로 하는 아크-차단 신호 컨버터.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 아크-차단 신호 컨버터는 표시 색깔 및 점멸 상태가 가변될 수 있도록 하여 전원 차단 원인과 각 분기의 현재 상태를 표시하는 LED 표시등을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 아크-차단 신호 컨버터.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 CT는 상기 아크-차단 신호 컨버터의 내부에 일체형이나 외부에 분리형으로 구성하는 것을 특징으로 하는 아크-차단 신호 컨버터.
  11. 제3항에 있어서,
    상기 이동블록부는 전방에 아크 전류를 유도하는 아크유도침을 구비한 수평 이동부가 결합되는 것을 특징으로 하는 아크-차단 신호 컨버터.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 아크유도침의 형태는 총알 형태로 형성되고, 일측에서 타측으로 갈수록 폭이 좁아져 뽀족한 형태인 것을 특징으로 하는 아크-차단 신호 컨버터.
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