KR102381071B1 - 무감전 시스템을 갖춘 수배전반 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 수배전반 내부에 누설 전류가 발생하는 경우 이를 즉시 상쇄하여 감전 사고를 미연에 방지할 수 있있도록 하는 수배전반 무감전 시스템에 관한 것으로,
본 발명의 수배전반 무감전 시스템에 따르면, 누설전류가 일정치 이상 흐르는 경우 대지 접지에 역전압을 가하여 누설전류를 상쇄함으로서, 부하로의 전력 공급을 차단하지 않은 상태 즉, 차단기를 트립하지 않은 상태에서도 누설전류에 의한 감전 사고를 방지할 수 있으며, 그에 따라 부하로의 돌발적인 전력 공급 중단에 따른 여러가지 폐해를 방지할 수 있게 되며,
수배전반에 누설전류가 흐르는 경우, 경고음이나 점멸 경고등에 의해 누설전류 발생 상태를 경보함으로서, 작업자나 사용자가 부하를 안정적으로 오프시킨 후 차단기의 차단 및 절연 불량부의 보수 작업을 수행할 수 있게 된다.

Description

무감전 시스템을 갖춘 수배전반 {Switch Gear having the System for Preventing Electric Shock}

본 발명은 수배전반의 무감전 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 수배전반 내부에 누설 전류가 발생하는 경우 이를 즉시 상쇄하여 감전 사고를 미연에 방지할 수 있도록 하는 수배전반 무감전 시스템에 관한 것이다.

수배전반은 각종 부하로 공급되는 전력을 배분 및 개폐하는 장치로, 감전방지를 위한 폐쇄 외함 내부에 주회로 차단기기와 감시 제어용 기기를 수납하여 사용자의 요구 조건에 따라 전력 계통 감시, 보호, 조작이 가능하도록 구성된다.

수배전반 내부의 전원 단자는 전원 공급선을 통해 각종 부하에 연결되는 데, 과부하나 단락 등으로 인해 전원 공급선이나 부하에 과전류가 발생하는 경우 이러한 과전류 흐름을 차단하지 않으면 부하 측 장비의 파손을 초래하며, 심한 경우 화재가 발생할 수 있다.

따라서, 수배전반 내부에는 차단기가 설치되어 있어서, 부하로의 과전류 흐름이 감지되는 경우 차단기의 스위치가 오프되어, 부하 측으로 공급되는 전원을 강제로 차단함으로써 장비의 파손이나 화재등을 방지하고, 과전류 흐름이 해소되면 차단기가 연결되어 부하로 전원이 공급되도록 구성되어 있다.

한편, 배전반 내부의 전기회로의 절연 불량 예컨대, 전선의 피복이나 애자 등 절연물의 열화나 기계적인 손상 등이 발생하면, 절연 불량 지점의 누설 전류가 안전상 만들어 놓은 대지 접지(earth ground)측으로 흘러나가는 누전 흐름이 발생하게 되며, 절연 불량 지점에 접촉하는 도체(예를 들어 수배전반의 외부 패널)가 있는 경우, 이 도체를 통해 누설 전류가 흐르게 되어 감전사고가 발생할 수 있다.

수배전반내 누설전류에 의한 감전사고를 방지하기 위한 기술로, 수배전반 내부에 과전류 센서와는 별도로 누설전류 감지센서를 설치하여, 누설 전류가 일정치 이상 되는 경우 메인 차단기를 오프시켜, 수배전반 내부로의 전류 유입을 근본적으로 차단시키는 방식이 일반적으로 적용되고 있다.

그러나, 누설전류를 차단하기 위해 메인 차단기를 오프시키는 경우, 수배전반에 연결되는 각종 부하(장치)나 전원 공급선에 아무런 문제가 없음에도 불구하고 모든 부하가 갑자기 동작을 멈추게 되므로, 일례로 작업 중이던 컴퓨터의 작업 내용을 잃게 되는 등 부하로의 돌발적인 전력 공급 중단에 따른 여러가지 폐해가 발생한다는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기 언급한 종래 수배전반의 누설전류에 의한 감전 방지 방식의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 부하로의 전력 공급을 차단하지 않은 상태에서도 누설전류에 의한 감전 사고를 미연에 방지할 수 있도록 하는 수배전반 무감전 시스템을 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은, 수배전반에 누설전류가 흐르는 경우, 부하로의 전력 공급을 차단하지 않은 상태에서 누설전류에 의한 감전 사고를 방지함과 동시에, 경고음이나 경고등에 의해 누설전류 발생 상태를 경보함으로서, 작업자나 사용자로 하여금 부하를 안정적으로 오프시킨 후 차단기의 차단 및 절연 불량부의 보수 작업을 수행할 수 있도록 하는 수배전반 무감전 시스템을 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 수배전반 비감전 시스템은, 각종 부하로 공급되는 전력을 배분 및 개폐하는 장치로, 폐쇄 외함 내부에 회로 차단기기와 감시 제어용 기기를 수납하여 사용자의 요구 조건에 따라 전력 계통 감시, 보호, 조작이 가능하도록 구성되는 수배전반의 누설전류에 의한 감전을 방지하는 비감전 시스템에 있어서, 교류전원의 전압을 측정하는 전원전압 측정부; 상기 외함 내부에 배치되는 판넬접지부스바의 전압을 측정하는 대지접지전압 측정부; 상기 대지접지전압 측정부의 측정값을 입력받아, 상기 대지접지전압이 미리 설정된 기준값을 초과하는 경우 상기 전원전압과 상기 대지접지전압으로부터 듀티비를 연산하여 출력하는 제어부; 2차 코일은 수배전반의 중성선과 상기 판넬접지부스바 사이에 배치되고, 1차 코일의 일단은 상기 중성선에 연결되는 출력측 트랜스를 구비하는 누설전류제어 역전압 출력부; 제어전극은 상기 제어부에 연결되어 상기 제어부에서 출력되는 듀티비에 따라 온되며, 일측 주전극은 전력선에 연결되는 트라이악과, 1차코일의 일단은 상기 트라이악의 타측 주전극에 연결되고, 1차코일의 타단은 상기 중성선에 연결되며, 2차코일의 일단은 상기 전력선에 연결되고, 2차코일의 타단은 상기 출력측 트랜스의 1차코일 타단에 연결되는 제어측 트랜스를 구비하는 누설전류제어 역전압 조절부를 구비하는 것을 특징으로 한다.

대지접지전압이 일정치 이상인 경우 배전반 내부의 전기회로의 절연 불량 등이 발생하여 누설전류가 흐르는 것으로 판단할 수 있는 바, 본 발명의 특징에 따르면, 누설전류가 일정치 이상 흐르는 경우 대지 접지에 역전압을 가하여 누설전류를 상쇄함으로서, 부하로의 전력 공급을 차단하지 않은 상태 즉, 차단기를 트립하지 않은 상태에서도 누설전류에 의한 감전 사고를 방지할 수 있으며, 그에 따라 부하로의 돌발적인 전력 공급 중단에 따른 여러가지 폐해를 방지할 수 있게 된다.

상기 판넬접지부스바와 접지함의 지면접지 부스바의 연결선에 설치되는 변류기(CT)를 구비하여, 상기 연결선에 흐르는 전류를 측정하여 상기 제어부에 출력하는 접지누설전류 측정부를 더 구비하며, 상기 제어부는, 상기 접지누설전류 측정부의 출력값을 기초로, 누설전류값이 0값에 접근하도록 상기 듀티비를 보정하여 출력하는 것이 바람직한 바, 본 발명의 이러한 특징에 따르면, 접지 상태나 판넬의 내부저항 분포 등에 따른 영향을 크게 받지 않고 누설전류를 보다 확실하게 상쇄할 수 있게 된다.

상기 전력선과 상기 중성선 사이에 설치되는 영상 변류기(ZCT)를 구비하여, 각 상의 동일하지 않는 영상전류를 부하의 누설전류로 측정하여 제어부에 출력하는 상누설전류 측정부를 구비하여, 표시부에 표시하여 줌으로서, 부하에서의 미세 누설전류가 있는지 여부를 감시할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

상기 대지접지전압이 미리 설정된 기준값을 초과하는 경우, 상기 제어부로 부터 출력 신호에 따라 감전위험 경보를 발하는 경보부를 더 구비하는 것이 바람직한 바, 본 발명의 이러한 특징에 따르면, 수배전반에 누설전류가 흐르는 경우, 경고음이나 점멸 경고등에 의해 누설전류 발생 상태를 경보함으로서, 작업자나 사용자가 부하를 안정적으로 오프시킨 후 차단기의 차단 및 절연 불량부의 보수 작업을 수행할 수 있게 되며, 누설전류 경보부 외에 상기 제어부로부터의 출력에 의해, 상기 전원전압, 상기 대지접지전압, 상기 접지누설전류 및 상기 상누설전류 중 적어도 하나를 표시하는 표시부를 더 구비하여, 수배전반 및 부하에서의 전류 누설 상태를 항시 점검할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

본 발명의 수배전반 무감전 시스템에 따르면, 누설전류가 일정치 이상 흐르는 경우 대지 접지에 역전압을 가하여 누설전류를 상쇄함으로서, 부하로의 전력 공급을 차단하지 않은 상태 즉, 차단기를 트립하지 않은 상태에서도 누설전류에 의한 감전 사고를 방지할 수 있으며, 그에 따라 부하로의 돌발적인 전력 공급 중단에 따른 여러가지 폐해를 방지할 수 있게 된다.

또한, 수배전반에 누설전류가 흐르는 경우, 경고음이나 점멸 경고등에 의해 누설전류 발생 상태를 경보함으로서, 작업자나 사용자가 부하를 안정적으로 오프시킨 후 차단기의 차단 및 절연 불량부의 보수 작업을 수행할 수 있게 된다.

도 1은 본 발명에 일실시예에 따른 수배전반 비감전 시스템의 전체적인 회로도.
도 2는 전류측정부에 적용되는 OP앰프 증폭회로의 예시도.

이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 일실시예에 따른 수배전반 비감전 시스템의 전체적인 회로도로서, 본 실시예에 따른 수배전반 비감전 시스템은, 교류전원의 전압을 측정하는 전원전압 측정부(20)와, 외함(P1) 내부의 판넬접지부스바(P3)의 전압을 측정하는 대지접지전압 측정부(30)와, 대지접지전압 측정부(30)의 측정값을 입력받아, 대지접지전압이 미리 설정된 기준값을 초과하는 경우 전원전압과 대지접지전압으로부터 듀티비를 연산하여 출력하는 제어부(10)와, 2차 코일(E2)은 수배전반의 중성선(N)과 판넬접지부스바(P3) 사이에 배치되고, 1차 코일(E1)의 일단은 중성선(N)에 연결되고, 타단은 제어측 트랜스(TR1)의 2차 코일(E2)에 연결되는 출력측 트랜스(TR2)를 구비하는 누설전류제어 역전압 출력부(70)과, 제어전극이 제어부(10;MUC)에 연결되어, 제어부(10)에서 출력되는 듀티비에 따라 온되며, 일측 주전극은 전력선(R)에 연결되고, 타측 주전극은 제어측 트랜스(TR1)의 1차 코일(E1) 연결되는 트라이악(U2)과, 1차코일(E1)의 일단은 트라이악(U2)의 주전극에 연결되고, 1차코일(E1)의 타단은 중성선(N)에 연결되며, 2차코일(E2)의 일단은 전력선(R)에 연결되고, 2차코일(E2)의 타단은 출력측 트랜스(TR2)의 1차 코일(E1) 타단에 연결되는 제어측 트랜스(TR1)로 구성된다.

저항 Rr은 저항 소자가 아닌 절연저항을 예시적으로 나타내는 부분으로, 평상시 수배전반 내부 절연물의 절연 상태가 양호한 경우에는 이를 통해 전류가 흐르지 않으나, 절연물의 열화나 기계적인 손상 등이 발생하면, 절연 불량 지점의 누설 전류가 이 부분에 접촉하는 외함의 판넬(P1) 등의 도체를 통해 대지접지(earth ground)측으로 흘러 나가게 되며, 판넬접지부스바(P3)에는 정상상태에서는 전류가 흐르지 않으므로 전압이 0이나, 누설전류가 발생하는 경우 대지 저항(Re)에 의해 전압이 걸리게 된다. 저항 Rr은 저항 소자가 아닌 절연저항을 예시적으로 나타내는 부분으로, 평상시 수배전반 내부 절연물의 절연 상태가 양호한 경우에는 이를 통해 전류가 흐르지 않으나, 절연물의 열화나 기계적인 손상 등이 발생하면, 절연 불량 지점의 누설 전류가 이 부분에 접촉하는 외함의 판넬(P1) 등의 도체를 통해 대지접지(earth ground)측으로 흘러 나가게 되며, 판넬접지부스바(P3)에는 정상상태에서는 전류가 흐르지 않으므로 전압이 0이나, 누설전류가 발생하는 경우 대지 저항(Re)에 의해 전압이 걸리게 된다.

대지접지전압 측정부(30)는 누설전류 발생시의 대지접지전압을 측정하는 것으로서, 실시간으로 전압 상태를 측정하여 제어부(10)에 제공하는 회로면 어느 것이나 무방하며, 제어부(10)를 구성하는 MCU의 ADC 포트에 전압신호 출력하도록 구성하는 것이 바람직하다

전원전압 측정부(20)는 교류 전원의 전압을 실시간으로 측정하여 제어부(10)에 제공하는 것으로서, 이 또한, MCU의 ADC 포트에 전압신호 출력하도록 구성하는 것이 바람직하다.

접지누설전류 측정부(40)나 상누설전류 측정부(50)는 각각 변류기(CT)와 영상 변류기(ZCT)의 코일에 의해 전류 흐름에 따른 자기장 변화를 감지하여 전류를 측정하도록 하는 것이 바람직한 바, 코일에 유도된 전압을, 예를 들어 도 2의 OP앰프 증폭회로를 통해 증폭하여 제어부(10)를 구성하는 MCU의 ADC 포트에 출력하도록 구성하는 것이 바람직하다.

변류기(CT)는 외함(P1)의 판넬접지부스바(P3)와 접지함(P2)의 지면접지 부스바(P4)의 연결선에 설치되어, 접지선에 흐르는 누설전류를 측정하여 제어부(10)에 출력하는 바, 제어부(10)는, 접지누설전류 측정부(40)의 출력값을 기초로, 누설전류값이 0값에 접근하도록 듀티비를 보정하여 누설전류제어 역전압 조절부(60)로 출력하게 된다.

영상 변류기(ZCT)는 전력선(R)과 중성선(N)에 설치되어, 양쪽 라인을 흐르는 전류의 차이를 측정하는 데, 전력선(R)과 중성선(N)에 흐르는 전류가 동일한 레벨일 때는 정상전류이고, 동일하지 않을 레벨일 때는 비정상적으로 어디선가에 누설전류가 흐르고 있다는 것인 바, 영상 변류기(ZCT)는 동일하지 않는 영상전류를 부하의 누설전류로 측정하게 된다.

한편, 제어부(10)는 대지접지전압 측정부(30)로부터 입력된 대지접지전압이 미리 설정된 기준값을 초과하는 경우, 경보부(81)에 신호를 주어 감전위험 경보를 발하도록 하는 데, 경보신호는 사용자나 작업자의 주위를 환기시킬 수 있도록 경고음이나 점멸 경고등 등을 적용하는 것이 바람직하다.

경보부(81)에 의해 감전위험 경보가 발생된 경우, 작업자는 부하 사용자에게 부하를 안정적으로 오프시키도록 고지한 후, 차단기의 외함을 절연 장갑 등을 착용한 상태에서 안전하게 개방한 후, 차단기를 오프시키고 절연 불량부의 보수 작업을 수행하게 된다.

표시부(82)는 제어부(10)로부터의 출력에 의해, 전원전압, 대지접지전압, 접지누설전류 및 상누설전류를 문자로 표시하여, 수배전반 내부의 상황을 항시 점검할 수 있도록 한다.

누설전류제어 역전압 조절부(60)는 제어부(10)로부터 듀티 신호를 받아, 트라아악(U2)의 양방향 온오프 작용에 의해 교류 전압을 듀티비에 따라 감압하여 누설전류제어 역전압 출력부(70)로 전달하는 역할을 하는 것으로, MCU의 출력포트 단자와 TRIAC(U2)의 게이트 단자를 직접 연결하는 경우, MCU의 제어신호에 리플 노이즈가 생겨 오류가 발생하는 경우가 있었는 바, 본 실시예와 같이, MCU의 출력포트 단자와 TRIAC(U1)의 게이트 단자 사이에 포토 TRIAC(U2)을 설치하여, 포토 TRIAC(U2)을 매개로 신호를 전달하는 것이 바람직하며, 트라이악(U2)과 제어측 트랜스(TR1) 사이에는 노이즈 필터(Rf, Cf)와 과전압제한 저항(Rv)를 설치하는 것이 바람직하다.

누설전류제어 역전압 출력부(70)의 출력측 트랜스(TR2)의 2차 코일(E2)은 수배전반의 중성선(N)과 판넬접지부스바(P3) 사이에 배치되어, 누설전류를 상쇄시키기 위한 역접압을 가하는 것으로, 누설전류가 발생하는 경우 대지 저항(Re)에 의해 판넬접지부스바(P3)에 전압이 걸리게 되는 데, 이에 대응되는 역전압을 가함으로서, 누설전류를 상쇄시키기 되는 바, 제어부(10)는 대지접지전압 측정부(30)에 의해 측정된 대지접지전압에 대응되는 전압이 출력측 트랜스(TR2)의 2차 코일(E2)에 가해지도록 전원전압 측정부(20)에 의해 측정된 전원전압을 감압시킬 듀티비를 연산하여 누설전류제어 역전압 조절부(60)로 출력하게 되며, 전술한 바와 같이 접지누설전류 측정부(40)의 출력값을 기초로, 누설전류값이 0값에 접근하도록 듀티비를 보정하며 누설전류제어 역전압 조절부(60)로 출력함으로서, 접지 상태나 전류 누설경로의 상태에 따른 오차를 피드백으로 보정하게 된다.

미설명 부호 VR1, VR2는 과전압 제한용 베리스터, Rt는 TR1, TR2의 돌입전류를 제한하기 위한 NTC 서미스터, AC R, AC N은 부하에 전력을 공급하기 위한 전원 단자, Ro는 출력측 트랜스(TR2)출력전류를 안정화시키기 위한 부하저항을 각각 나타낸다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 수배전반 비감전 시스템에 따르면, 누설전류가 일정치 이상 흐르는 경우 대지 접지에 역전압을 가하여 누설전류를 상쇄함으로서, 부하로의 전력 공급을 차단하지 않은 상태 즉, 차단기를 트립하지 않은 상태에서도 누설전류에 의한 감전 사고를 방지할 수 있으며, 그에 따라 부하로의 돌발적인 전력 공급 중단에 따른 여러가지 폐해를 방지할 수 있게 된다.

또한, 수배전반에 누설전류가 흐르는 경우, 경고음이나 점멸 경고등에 의해 누설전류 발생 상태를 경보함으로서, 작업자나 사용자가 부하를 안정적으로 오프시킨 후 차단기의 차단 및 절연 불량부의 보수 작업을 수행할 수 있게 된다.

이상 실시예는, 본 발명을 설명의 편의상 특정예를 들어 설명하였지만, 상기한 실시예는 본 발명의 예시적인 실시예에 불과하므로, 청구범위에 명기된 본 발명의 정신과 범위 내에서 여러 가지로 변형 또는 변경이 가능하다.

10 : 제어부 20 : 전원전압측정부
30 : 대지접지전압 측정부 40 : 접지누설전류 측정부
50 : 상누설전류 측정부 60 : 누설전류제어 역전압 조절부
70 : 누설전류제어 역전압 출력부

Claims (5)

1. 각종 부하로 공급되는 전력을 배분 및 개폐하는 장치로, 폐쇄 외함 내부에 회로 차단기기와 감시 제어용 기기를 수납하여 사용자의 요구 조건에 따라 전력 계통 감시, 보호, 조작이 가능하도록 구성되는 수배전반의 누설전류에 의한 감전을 방지하는 비감전 시스템에 있어서,
   교류전원의 전압을 측정하는 전원전압 측정부;
   상기 외함 내부에 배치되는 판넬접지부스바의 전압을 측정하는 대지접지전압 측정부;
   상기 대지접지전압측정부의 측정값을 입력받아, 상기 대지접지전압이 미리 설정된 기준값을 초과하는 경우 상기 전원전압 측정부로부터 입력받은 전원전압과 상기 대지접지전압으로부터 듀티비를 연산하여 출력하는 제어부;
   2차 코일은 수배전반의 중성선과 상기 판넬접지부스바 사이에 배치되고, 1차 코일의 일단은 상기 중성선에 연결되는 출력측 트랜스를 구비하는 누설전류제어 역전압 출력부;
   제어전극은 상기 제어부에 연결되어 상기 제어부에서 출력되는 듀티비에 따라 온되며, 일측 주전극은 전력선에 연결되는 트라이악과, 1차코일의 일단은 상기 트라이악의 타측 주전극에 연결되고, 1차코일의 타단은 상기 중성선에 연결되며, 2차코일의 일단은 상기 전력선에 연결되고, 2차코일의 타단은 상기 출력측 트랜스의 1차코일 타단에 연결되는 제어측 트랜스를 구비하는 누설전류제어역전압 조절부;를 구비하는 것을 특징으로 하는 수배전반 비감전 시스템.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 판넬접지부스바와 접지함의 지면접지 부스바의 연결선에 설치되는 변류기(CT)를 구비하여, 상기 연결선에 흐르는 전류를 측정하여 상기 제어부에 출력하는 접지누설전류 측정부를 더 구비하며, 상기 제어부는, 상기 접지누설전류 측정부의 출력값을 기초로, 누설전류값이 0값에 접근하도록 상기 듀티비를 보정하여 출력하는 것을 특징으로 하는 수배전반 비감전 시스템.
   
3. 제 2항에 있어서,
   상기 전력선과 상기 중성선 사이에 설치되는 영상 변류기(ZCT)를 구비하여, 각 상의 동일하지 않는 영상전류를 부하의 누설전류로 측정하여 제어부에 출력하는 상누설전류 측정부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 수배전반 비감전 시스템.
   
4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
   상기 대지접지전압이 미리 설정된 기준값을 초과하는 경우, 상기 제어부로 부터 출력 신호에 따라 감전위험 경보를 발하는 경보부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 수배전반 비감전 시스템.
   
5. 제 3항에 있어서,
   상기 제어부로부터의 출력에 의해, 상기 전원전압, 상기 대지접지전압, 상기 접지누설전류 및 상기 상누설전류 중 적어도 하나를 표시하는 표시부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 수배전반 비감전 시스템.

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