KR102345359B1 - 접지형 지락 차단장치 및 그 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 접지형 지락 차단장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 금속재질 가로등의 접지에 전류가 흐르는 것을 측정하여 1차측과 2차측의 감도전류를 모두 검출하여 전원을 차단하는 접지형 지락 차단장치 및 그 방법에 관한 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 접지형 지락 차단장치는, 금속재질의 가로등주에 구비되고 가로등주의 접지를 통하여 지락되는 전류만을 감지해 동작하는 SELB(Streetlight Earth Leakage Breaker); 및
가로등 분전함의 각 분기회로에 설치되어 상기 SELB와 지중선로를 통해 연결되어 지중선로를 관리하는 SELP(Streetlight Earth Leakage Protector); 를 포함하되,
상기 SELB와 SELP에 각각 내장되는 CPU는 디지털 방식으로 판단하고 명령하는 것을 특징으로 한다.

Description

접지형 지락 차단장치 및 그 방법 {Grounding Ttype Ground Breaking Device and Method}

본 발명은 접지형 지락 차단장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 금속재질 가로등의 접지에 전류가 흐르는 것을 측정하여 1차측과 2차측의 감도전류를 모두 검출해서 전원을 차단하는 접지형 지락 차단장치 및 그 방법에 관한 것이다.

거리를 밝히는 가로등이나 보안등과 같은 외부 설치 조명장치는 교류 전원을 공급받아 설정된 시간에 점등되었다가 꺼지도록 설계되어 유지 관리되고 있다.

이와 같은 가로등은 통행이 빈번한 도로에 설치되므로 통행인들과의 접촉에 노출되어 있어, 금속재질로 이루어져 있는 가로등 지주의 특성상 우기나 장마철에는 가로등에 공급되는 전원으로부터 통행인들이 감전되는 사고가 발생할 소지가 높다.

기존에는 금속재질로 이루어져 있는 가로등 지주(가로등주)의 누설전압을 검출하기 위하여 가로등주와 이 가로등주에서 일정거리 떨어진 지점의 주변에 접지(b점)를 시설하여 기준전압을 검출하였으나 가로등 주변의 전압분포가 달라 한 지점을 특정하였을 때 편차가 발생할 소지가 있다.

또한, 가로등주 밖의 표면에 접지를 시설하여야 하므로 각종 도로 공사로 인하여 훼손되기 쉽다.

그리고 대부분의 국내 가로등 또는 보안등에 설치되어있는 감전보호 방식은 혹시 가로등에서 발생할지 모르는 인체감전을 방지하는 전류식 차단방식으로 분전함에 인체보호용 누전차단기를 설치하고 있으며, 감전방지시스템의 유지비용이 과다한 문제점이 있다.

즉, 기존에는 가로등의 감전 사고를 방지할 목적으로 인체보호용 누전차단기를 설치하여 사용하고 있으나, 누전차단기는 잦은 오동작으로 인하여 값싼 누전차단기를 유지하기 위해 실제로는 위험하지도 않은 가로등 지중전선로를 연간 수천억의 비용을 지출하여 교체하여야 한다.

이와 같이 종래 가로등 분전함에서 누전차단기가 자주 동작하는 원인을 상세히 설명하면 다음과 같다.

전기설비기술기준에는 전선로의 각 분기 회로마다 기기가 발생할 때 자동으로 차단되는 장치를 설치하도록 하고, 이에 따라 가로등 분전함이 각 분기 회로에 누전차단기를 설치한다.

가로등 회로는 같은 방향으로 A, B 선로가 격등으로 9~10등으로 구성되어 전선로가 600M에서 길게는 800M에 이르게 된다.

이러한 가로등 전선로는 지중에 설치하여야 하며 초기시설에는 절연이 완벽하다 하더라도 점등과 부점등의 반복으로 전선을 입선한 관로에 결로현상이 발생하게 되며 대지정전용량 및 선간 인피던스 등 여러 가지 요인으로 인하여 누전으로 오인할 전류의 차이가 발생하게 된다.

더군다나 메탈램프와 안정기로 구성된 가로등의 구성요인이 점등시에 안정기코일의 충전전류는 물론 경우에 따라서는 안정기에서 흔히 발생하는 누전과 메탈램프의 특성상 점등시 발화될 때 발생되는 노이즈로 인하여 누전으로 오인되는 상간 전류차가 발생하게 된다.

때론 초기점등시에 마그네트에서 발생하는 스위칭노이즈 역시 누전차단기를 트립시키는 원인이 된다.

상술한 다양한 이유로 분전함의 분기 회로에 설치되어 있는 누전차단기가 동작하게 되면 회로에 있는 모든 가로등이 부점등되어 정전범위가 매우 크다.

이와 같은 정전범위를 줄이기 위해 가로등주 마다 고감도 누전차단기를 별도로 설치하지만 위와 같은 이유로 차단이 되는 요인을 방지할 수가 없으므로 정전범위를 줄이는 효과가 크지 않다.

전류의 속도(흐름 속도)는 1초에 지구를 일곱 바퀴 반(30만km)을 돈다는 빛의 속도와 같고, 분전함에서 가장 멀리 떨어진 가로등도 불과 1km 이내에 위치하므로, 실제로 안정기나 모갈(소켓)에서 발생하는 누전이라 하더라도 가로등주에 설치되어 있는 누전차단기를 통과해 분기회로의 누전차단기를 동작시키게 된다.

상기 고감도 누전차단기는 인체보호용이 30mA(15mA 이내 부동작형)인데 반하여 15mA(7.5mA 이내 부동작형)로 더 작은 누설전류에 작동한다는 원리이므로 그 동작시간은 동일하다.

상기 누전차단기는 양상간의 전류차이를 판단하여 설정된 전류(30mA) 이상이면 단순하게 누설전류라고 판단하고 차단기가 동작하는 것으로, 이때 바이메탈에 의한 열동형 차단방식을 채용하여 반응하는 것이 정확하지 않으므로 15mA 이내 부동작이라는 단서가 붙어 30mA 누전차단기지만 15mA 이상이면 동작한다.

가로등 1회로에 10등주가 설치되고, 각 등주 마다 1~5mA 이내의 미세한 누전이 발생한다고 가정하면 가로등주에 있는 누전차단기는 아무리 고감도라 하더라도 동작하지 않으나, 회로 전체에 합산되는 누설전류는 15mA를 넘기므로 분전함에 설치된 분기회로의 누전차단기가 동작할 수 밖에 없다.

결론으로 종래 가로등주 안에 설치하는 누전차단기는 효과가 미미하고, 오히려 동작할 때 발생하는 스위칭노이즈로 인하여 같은 회로에 설치된 다른 누전차단기를 동작시킬 원인이 되기도 한다.

또한, 2차측(램프)의 전로에서 영상변류기(ZCT)로 누설전류를 검출하여 차단하는 종래의 일반적인 누전차단기는 1차측에서 누전이 발생하는 것을 검출할 수 없고 2차측 전원만 차단시키는 문제점이 있었다.

그리고 가로등주내 설치하는 전압검출식 누전차단기는 중성점(neutral)에 이상전압이 발생할 때에 가로등주에 전압발생으로 오인할 수 있으며 플로팅(floating) 전류를 누설전류로 오인할 수 있어 정확한 누설전압을 검출하기 어려운 문제점이 있었다.

등록번호 제10-1913805호(공고일자 2018년10월31일)

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 금속재질 가로등의 접지에 전류가 흐르는 것을 측정하여 감도전류를 검출함으로써 1차측에 누전이 발생하는 것을 검출할 수 있고 정확한 누설전압을 검출할 수 있는 접지형 지락 차단장치 및 그 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 기기 1차측의 누설전류라고 인식될 때에 기기접지를 통해 지락 증폭시켜 분전함에 설치된 누전차단기를 동작시킴으로써 2차측은 물론 1차측의 전원을 차단할 수 있는 접지형 지락 차단장치 및 그 방법을 제공하는데 있다.

본 발명은 후단부의 전원에서 발생하는 누설전류와 기기전단부에 발생하는 누설전류는 모두 금속재질의 가로등주를 통하여 인체에 감전되는 점을 착안하여 금속재질 가로등의 접지에 전류가 흐르는 것을 측정하여 감도전류를 검출한다.

또한, 기기 2차측은 물론 기기 1차측에서 발생하는 누선전류 모두를 감지해 2차측의 누전은 2차측을 차단하는 것을 물론 기기 1차측의 누설전류라고 인식될 때에는 기기접지를 통해 지락 증폭시켜 분전함에 설치된 누전차단기가 동작하도록 한다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 접지형 지락 차단장치는, 금속재질의 가로등주에 구비되고 가로등주의 접지를 통하여 지락되는 전류만을 감지해 동작하는 SELB(Streetlight Earth Leakage Breaker); 및

가로등 분전함의 각 분기회로에 설치되어 상기 SELB와 지중선로를 통해 연결되어 지중선로를 관리하는 SELP(Streetlight Earth Leakage Protector); 를 포함하되,

상기 SELB와 SELP에 각각 내장되는 CPU는 디지털 방식으로 판단하고 명령하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 SELB는 가로등주의 접지를 통하여 지락되는 전류를 검출하는 제1ZCT와,

상기 제1ZCT에서 검출되는 전류가 제1설정전류 이상인 경우 제1마그네트 스위치를 제어하여 램프에 공급되는 2차측 전원을 차단하는 제1CPU와,

상기 제1CPU의 제어에 의해 가로등주의 누전을 알리는 감전주의 경고방송을 출력하는 스피커를 구비하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 2차측 전원을 차단하였음에도 제1ZCT를 통해 전류가 검출되는 경우, 상기 제1CPU는 분전함의 분기회로측인 1차측 전원를 강제로 차단하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 SELP는 분전함에 누전이 발생한 경우 전류를 검출하는 제2ZCT와,

상기 제2ZCT에서 검출되는 전류가 제2설정전류 이상인 경우 제2마그네트 스위치를 제어하여 SELB에 공급되는 1차측 전원을 차단하는 제2CPU를 구비하는 것을 특징으로 한다.

그리고 상기 제2설정전류는 제1설정전류보다 큰 것을 특징으로 한다.

본 발명의 실시예에 따른 접지형 지락 차단방법은, (a) 가로등주 내에 누전이 발생한 경우 제1ZCT에서 가로등주의 접지를 통하여 지락되는 전류를 검출하여 제1CPU에 출력하는 단계;

(b) 상기 제1CPU에서 검출되는 전류가 제1설정전류 이상인 경우 제1마그네트 스위치를 제어하여 램프에 공급되는 2차측 전원을 차단하는 단계; 및

(c) 상기 2차측 전원 차단에도 검출되는 전류가 설정전류 이상인 경우 상기 제1CPU에서 분전함의 분기회로측인 1차측 전원를 강제로 차단하는 단계;

를 포함하여 구성된다.

그리고 상기 (b)단계나, 상기 (c)단계에서 1차측 전원을 강제로 차단하지 않는 경우 스피커를 통해 가로등주의 누전을 알리는 감전주의 경고방송을 출력하는 것을 특징으로 한다.

가로등 지중전선로에 적용 하지 못하는 기존 누전차단기의 사용으로 잦은 정전 민원이 발생하게 되면 지중전선로의 교체없이는 다른 방법이 없어, 결국 임시방편으로 감전사고를 예방할 수 없는 과전류차단기로 교체 사용하는 곳이 비일비재 하나, 상술한 과제의 해결수단에 의하면 이런 문제를 완전히 해결할 수 있어 감전사고부터 국민의 생명을 더욱 안전하게 보호할 수 있다.

또한, 매년 반복되는 노후전선교체공사 명목의 유지 보수비용이 낭비되고, 교체된 지중전선로는 2년도 못가서 절연이 파괴되어, 결국 예산을 낭비해야 하나, 상술한 과제의 해결수단에 의하면 낭비되는 예산을 절감할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 접지형 지락 차단장치의 블록 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 접지형 지락 차단방법을 나타내는 순서도이다.

이하 본 발명의 실시예에 대하여 첨부된 도면을 참고로 그 구성 및 작용을 설명하기로 한다.

도면들 중 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 참조번호 및 부호들로 나타내고 있음에 유의해야 한다.

하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.

또한, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 접지형 지락 차단장치의 블록 구성도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 접지형 지락 차단방법을 나타내는 순서도이다.

본 발명의 실시예에 따른 접지형 지락 차단장치는 금속재질의 가로등주에 구비되는 SELB(Streetlight Earth Leakage Breaker)(10)와, 분전함에 설치되고 상기 SELB(10)와 지중선로(L2)를 통해 연결되어 지중선로를 관리하는 SELP(Streetlight Earth Leakage Protector)(20)가 유기적으로 조합되어 가로등 분기회로 전체를 관리한다.

상기 SELB(10)는 가로등주의 접지를 통하여 지락되는 전류(예를 들어 인체보호용 15mA 이내 차단하는 고감도)만을 감지해 동작한다.

상기 SELP(20)는 가로등 분전함의 각 분기회로에 설치되어 지중선로 전체를 관리한다.

상기 지중선로(L2)는 예를 들어 지중 60cm에 설치되며 이곳에서 200mA 이내의 누전이 발생하더라도 지상에 있는 사람이 감전사하지 않는다.

상기 SELB(10)와 SELP(20)는 각각 CPU(14,24)를 내장하고, 내장된 CPU는 판단과 명령으로 구성되는 디지털 방식으로 동작하므로 설정된 값에서 정확히 동작한다.

상기 SELB(10)는 램프(12), 마그네트 스위치(13), CPU(14), 스피커(15) 및 ZCT(16)를 구비한다.

여기서 상기 금속재질의 가로등주 자체는 접지선(L1)을 통해 접지되며, 가로등주 내에 누전이 발생한 경우(S21) ZCT(16)는 이와 같이 가로등주의 접지를 통하여 지락되는 전류를 검출하여 CPU(14)에 출력한다(S22,S23).

상기 CPU(13)는 검출되는 전류가 설정전류 예를 들어 15mA 이상인 경우 램프의 점소등을 수행하는 마그네트 스위치(13)를 제어하여 램프(12)에 공급되는 2차측 전원을 차단함으로써 램프를 소등한다(S24).

상기 램프는 백열등과 백열등을 점등시키기 위한 안정기로 구성되며, 상기 안정기는 백열등 점등과 동시에 충전전류가 발생하고 백열등은 점등시 스파크로 인하여 기존의 누전차단기에서는 이를 누전으로 인식하여 전원을 차단시킨다.

그러나 이와 같이 가로등주의 접지를 통하여 지락되는 전류를 인식하여 차단할 경우에 실제로 지락되는 누설전류에만 반응하므로 오동작을 최소화할 수 있다.

또한, 상기 CPU(13)는 검출되는 전류가 설정전류, 예를 들어 15mA 이상인 경우 스피커(15)를 통해 행인들의 안전을 위하여 가로등주의 누전을 알리는 감전주의 경고방송을 한다(S28).

상기 2차측 전원을 차단하였는데도 불구하고 계속 누전이 발생하면 ZCT(16)에서 가로등주의 접지를 통하여 지락되는 전류를 검출하여 CPU(14)에 출력한다(S25).

이때에는 가로등주의 인입부 즉 1차측의 누전을 의심해야 하며 분전함의 분기회로에 설치된 누전차단기(1차측 전원)를 강제로 차단시킨다(S27).

또한, 상기 1차측 전원을 차단하지 않는 경우 스피커(15)를 통해 행인들의 안전을 위하여 가로등주의 누전을 알리는 감전주의 경고방송을 한다(S28).

상기 SELP(20)는 가로등 분전함의 각 분기회로에 설치되며 마그네트 스위치(23), CPU(24) 및 ZCT(26)를 구비한다.

분전함에 누전이 발생한 경우 ZCT(26)는 전류를 검출하여 CPU(24)에 출력한다.

상기 CPU(24)는 검출되는 전류가 설정전류 예를 들어 200mA 이상인 경우 1차측의 점소등을 수행하는 마그네트 스위치(23)를 제어하여 SELB(10)에 공급되는 1차측 전원을 차단함으로써 가르등주를 소등한다.

여기서 분전함의 분기회로에 200mA 이내의 중감도 누전차단기를 사용하게 되면 가로등주에 200mA 이내의 누설전류가 발생하는 경우 행인의 접촉으로 감전사고의 위험이 있으므로, 가로등주 내 지락 차단장치는 당연히 감도전류를 15mA 이내의 고감도로 하여 행인이 접촉하더라도 위해하지 않도록 한다.

특히 신호등은 누전이 발생하여 전원을 차단한다면 오히려 교통사고로 사망하는 사고 발생이 더 많을 뿐아니라 막대한 재산상의 손해도 예측할 수 있다.

이런 이유로 무작정 대부분의 신호등은 설치한지 오래지 않아 부득불 도로를 가로질러 가공선로를 설치하지 않을 수 없다.

이런 이유로 누전발생시 누전 차단보다 우선하여 보행자의 안전을 위하여 감전주의 경고방송이 필요하다.

이상에서 본 발명에 대한 기술 사상을 첨부 도면과 함께 서술하였지만, 이는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다.

또한, 이 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 본 발명의 기술 사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.

10: SELB(Streetlight Earth Leakage Breaker)
12: 램프 13: 마그네트 스위치
14: CPU 15: 스피커
16: ZCT
20: SELP(Streetlight Earth Leakage Protector)
23: 마그네트 스위치 24: CPU
26: ZCT

Claims (7)

1. 금속재질의 가로등주에 구비되고 가로등주의 접지를 통하여 지락되는 전류만을 감지해 동작하는 SELB(Streetlight Earth Leakage Breaker); 및
   가로등 분전함의 각 분기회로에 설치되어 상기 SELB와 지중선로를 통해 연결되어 지중선로를 관리하는 SELP(Streetlight Earth Leakage Protector); 를 포함하되,
   상기 SELB와 SELP에 각각 내장되는 CPU는 디지털 방식으로 판단하고 명령하되,
   상기 SELB는 가로등주의 접지를 통하여 지락되는 전류를 검출하는 제1ZCT와, 상기 제1ZCT에서 검출되는 전류가 제1설정전류 이상인 경우 제1마그네트 스위치를 제어하여 램프에 공급되는 2차측 전원을 차단하고, 상기 2차측 전원을 차단하였음에도 제1ZCT를 통해 전류가 검출되는 경우 분전함의 분기회로측인 1차측 전원을 강제로 차단하는 제1CPU와, 1차측 전원을 강제로 차단하지 않는 경우 상기 제1CPU의 제어에 의해 가로등주의 누전을 알리는 감전주의 경고방송을 출력하는 스피커를 구비하고,
   상기 SELP는 분전함에 누전이 발생한 경우 전류를 검출하는 제2ZCT와, 상기 제2ZCT에서 검출되는 전류가 제2설정전류 이상인 경우 제2마그네트 스위치를 제어하여 SELB에 공급되는 1차측 전원을 차단하는 제2CPU를 구비하는 것을 특징으로 하는 접지형 지락 차단장치.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 제1항에 있어서,
   상기 제2설정전류는 제1설정전류보다 큰 것을 특징으로 하는 접지형 지락 차단장치.
6. (a) 가로등주 내에 누전이 발생한 경우 제1ZCT에서 가로등주의 접지를 통하여 지락되는 전류를 검출하여 제1CPU에 출력하는 단계;
   (b) 상기 제1CPU에서 검출되는 전류가 제1설정전류 이상인 경우 제1마그네트 스위치를 제어하여 램프에 공급되는 2차측 전원을 차단하는 단계;
   (c) 상기 2차측 전원 차단에도 검출되는 전류가 설정전류 이상인 경우 상기 제1CPU에서 분전함의 분기회로측인 1차측 전원를 강제로 차단하는 단계; 및
   (d) 상기 분전함에 누전이 발생한 경우 제2ZCT에서 전류를 검출하고, 제2CPU에서 제2ZCT에서 검출되는 전류가 제2설정전류 이상인 경우 제2마그네트 스위치를 제어하여 분전함의 분기회로측인 1차측 전원을 차단하는 단계; 를 포함하고,
   상기 (b)단계나, 상기 (c)단계에서 1차측 전원을 강제로 차단하지 않는 경우 스피커를 통해 가로등주의 누전을 알리는 감전주의 경고방송을 출력하는 것을 특징으로 하는 접지형 지락 차단방법.
7. 삭제

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