KR102553291B1

KR102553291B1 - 누설전류 제한 및 지락 또는 누전 검출 시스템

Info

Publication number: KR102553291B1
Application number: KR1020220133551A
Authority: KR
Inventors: 주성민; 주수현
Original assignee: 주성민; 주수현
Priority date: 2022-08-03
Filing date: 2022-10-17
Publication date: 2023-07-07
Also published as: KR20240019012A; KR20240019025A

Abstract

본 발명은, 전원을 공급하는 전원측과 부하측 사이의 지락 또는 누전을 검출 가능하게 마련된 지락 또는 누전 검출 시스템에 관한 것으로, 수배전선로와 부하가 연결된 전력선 사이의 전원을 절연 가능하게 마련된 절연변압부와; 상기 절연변압부의 어느 한 선은 고저항으로 접지된 접지선을 포함하고, 상기 접지선을 제외한 선 중 어느 하나의 선에서 지락 또는 누전이 발생한 경우 상기 접지선의 전위를 연속적인 신호로 검출된 상기 접지선 전위를 입력 가능하게 마련된 누설전류 검출부와; 상기 누설전류 검출부로부터 출력된 전위가 입력되어 설정된 전압을 검출전압으로 출력 가능하게 마련된 검출전압 출력부와; 지락 또는 누전에 각각 대응하여 설정된 지락판단설정전위값 또는 누전판단설정전위값과 상기 검출전압 출력부에서 출력된 전위를 비교하여 지락 또는 누전을 판단한 후 판단결과를 출력하는 비교검출부와; 상기 비교검출부에서 출력을 AND연산 또는 OR연산을 가능하게 마련된 디지털 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
부하측으로 공급되는 전원에서 누전과 지락을 구분하여 검출하고 경보할 수 있어 누전에 대한 카테고리를 세분화하여 단순히 누설전류를 제한하는 역할 뿐만 아니라 각종 누전요인을 분석적으로 출력할 수 있다.

Description

누설전류 제한 및 지락 또는 누전 검출 시스템 {Leakage Current restriction and Grounding or Electric Leakage Detection System}

본 발명은, 누설전류 제한 및 지락 또는 누전 검출 시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로 누설 전류를 무해한 값으로 제한하면서도 지락 또는 누전을 구분하여 검출하고 검출한 결과에 기초하여 부하측의 전원을 차단 또는 유지하면서 경보를 발생시킬 수 있도록 구조를 개선한 누설전류 제한 및 지락 또는 누전 검출 시스템에 관한 것이다.

우리의 생활을 영위하고나 산업설비를 운영하기 위하여 다양한 종류의 필수불가결한 요소가 있다. 이러한 필수불가결한 요소 중에는 각종 전자기기나 설비 등에 전력을 공급하는 전기도 포함된다. 이러한 전기는 편리함을 주는 동시에 사고를 유발시키기도 한다.

이러한 사고 중에 누전이 포함된다. 누전은 전류가 원래 흘러야 할 도선이 아닌 그 외의 경로로 흐르는 현상이다.

건조상 인체 감전, 침수상 인체 감전, 지락을 통틀어 누전이라고 한다. 인축에 직접적인 영향을 주는 감전에는 건조상 인체 감전, 침수상 인체 감전이 있다. 인축에 직접적인 영향을 주지는 않지만 화재로 이어질 수 있는 사고에는 지락이 있다.

이러한 각종 누전 현상으로부터 인축 감전 및 화재에 안전할 수 있도록 고안된 장치가 누전차단기이다. 누전차단기는 누전현상이 발생하면 0.03초 이내에 차단기를 떨어뜨려 감전이나 화재를 예방할 수 있다.

그러나 누전차단기는 감전 및 지락 사고로부터 근본적인 안전 대책이 될 수 없다. 누전차단기는 원리 상 누전이 발생한 후에 이를 감지하여 차단기를 작동시키는데, 누전차단기가 차단되기 직전의 순간적인 전류가 인축에 영향을 줄 수 있다.

이에 수 년 전부터 흔히 ‘무감전’이라고 통칭되는 기술들이 개발되고 있다. 각 사의 무감전 기술은 각기 다른 형태로 침수 시 혹은 건조 상의 누전으로부터 감전 사고를 예방한다.

이에 보다 효과적으로 누전을 지락 및 누전으로 구분하여 검출하고 사용자가 지락 또는 누전 발생시 부하측으로 공급되는 전원을 차단할 것인지 유지할 것인지를 선택하는 것이 바람직하다.

또한, 보다 효과적으로 어느 한 선이 지락 또는 누전이 발생하였는지를 판단할 수 있는 것이 바람직할 것이다.

[참고문헌]

등록특허공보 제10-1726340호 (2017.04.12. 공고)

등록특허공보 제10-2169232호 (2020.10.27. 공고)

본 발명의 목적은, 부하측으로 공급되는 전위를 연속적으로 감지하여 누전과 지락을 구분하여 검출하고 경보할 수 있는 지락 또는 누전 검출 시스템을 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 다른 목적은, 고저항 접지를 통해 침수의 경우뿐만 아니라 건조 상에서도 상전을 직접 접촉하여도 감전으로부터 보호할 수 있으며, 아날로그 및 디지털의 장점을 활용하여 신뢰성과 안전성을 향상시킬 수 있는 지락 또는 누전 검출 시스템을 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 또 다른 목적은, 지락 또는 누전을 검출한 결과에 대응하여 사용자가 부하측으로 공급되는 전원을 차단할 것인지 유지할 것인지를 선택할 수 있는 지락 또는 누전 검출 시스템을 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 또 다른 목적은, 접지 여부와 무관하게 복수의 선 중 어느 선에 지락 또는 누전이 발생하였는지를 검출할 수 있는 지락 또는 누전 검출 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 목적은, 전원을 공급하는 전원측과 부하측 사이의 지락 또는 누전을 검출 가능하게 마련된 지락 또는 누전 검출 시스템에 있어서, 수배전선로와 부하가 연결된 전력선 사이의 전원을 절연 가능하게 마련된 절연변압부와; 상기 절연변압부의 어느 한 선은 고저항으로 접지된 접지선을 포함하고, 상기 접지선을 제외한 선 중 어느 하나의 선에서 지락 또는 누전이 발생한 경우 상기 접지선의 전위를 연속적인 신호로 검출된 상기 접지선 전위를 입력 가능하게 마련된 누설전류 검출부와; 상기 누설전류 검출부로부터 출력된 전위가 입력되어 설정된 전압을 검출전압으로 출력 가능하게 마련된 검출전압 출력부와; 지락 또는 누전에 각각 대응하여 설정된 지락판단설정전위값 또는 누전판단설정전위값과 상기 검출전압 출력부에서 출력된 전위를 비교하여 지락 또는 누전을 판단한 후 판단결과를 출력하는 비교검출부와; 상기 비교검출부에서 출력을 AND연산 또는 OR연산을 가능하게 마련된 디지털 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 지락 또는 누전 검출 시스템에 의하여 달성된다.

또한, 상기 비교검출부는, 지락에 대응하여 설정된 지락판단설정전위값과 상기 검출전압 출력부에서 출력된 전위를 비교하여 상기 검출전압 출력부에서 입력된 전위가 상기 지락판단설정전위값보다 크면 ‘High’를 출력하는 지락 비교검출부와, 누전에 대응하여 설정된 누전판단설정전위값과 상기 검출전압 출력부에서 출력된 전위를 비교하여 상기 검출전압 출력부에서 입력된 전위가 상기 누전판단설정전위값 보다 더 크면 ‘High’를 출력하는 누전 비교검출부를 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 고저항의 범위는 10㏀ 이상을 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 고저항을 거쳐 발생하는 전류 범위는 0.01mA ~ 5mA를 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 디지털제어부는, 상기 비교검출부에서 지락 및 누전으로 판단한 결과가 입력되면 지락으로 출력하고, 상기 비교검출부에서 누전으로 판단한 결과가 입력되면 누전으로 출력하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 디지털 제어부에서 출력된 출력에 기초하여 지락 또는 누전시에 부하측 전원을 차단할 것인지 유지할 것인지를 선택하는 선택스위치부;를 더 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 디지털 제어부에서는 상기 지락 비교검출부와 상기 누전 비교검출부에서 모두 ‘High’가 입력되는 경우 지락과 관련된 출력을 ‘High’로 출력하고 상기 누전 비교검출부에서만 ‘High’가 입력되는 경우 누전 관련된 출력을 ‘High’로 출력하는 것이 바람직하다.

한편, 본 발명의 목적은, 전원을 공급하는 전원측과 부하측 사이의 어느 하나의 선이 지락 또는 누전이 되었는지 검출 가능하게 마련된 지락 또는 누전 검출 시스템에 있어서, 수배전선로와 부하가 연결된 전력선 사이의 전원을 절연 가능하게 마련된 절연부와; 상기 절연부에서 분기된 각 선의 전위를 연속적인 신호로 검출하고 검출된 전위 전위를 낮추어 입력 가능하게 마련된 누설전류 검출부와; 상기 누설전류 검출부에서 입력되는 선 중에서 선택된 선과 다른 선의 전위를 비교하고 검출하는 전위비교검출부와; 상기 전위비교검출부의 출력을 AND연산, OR연산 또는 비트연산을 가능하게 마련된 디지털 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 지락 또는 누전 검출 시스템에 의해서도 달성된다.

또한, 상기 전위비교검출부는 선택된 어느 한 선의 입력선과 선택되지 않은 선 중에서 어느 한선의 입력선이 각각 전환되어 입력 가능하게 한쌍의 병렬로 연결된 차등증폭기를 포함하는 단위전위비교검출부가 복수로 구비된 것이 바람직하다.

또한, 상기 단위전위비교검출부에서는 상기 각 단위전위비교검출부의 차등증폭기에서 출력되는 출력단이 연결되어 대표값이 상기 디지털 제어부로 각각 입력되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 한쌍의 출력단에서 출력되는 상기 대표값은 비트화 되어 있고 상기 디지털 제어부에서 비트연산을 하여 어느 선이 지락 또는 누전이 되었는지를 판단하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따르면, 부하측으로 공급되는 전위를 연속적으로 감지하여 누전과 지락을 구분하여 검출하고 경보할 수 있는 지락 또는 누전 검출 시스템을 제공할 수 있다.

또한, 고저항 접지를 통해 침수의 경우뿐만 아니라 건조 상에서도 상전을 직접 접촉하여도 감전으로부터 보호할 수 있으며, 아날로그 및 디지털의 장점을 활용하여 신뢰성과 안전성을 향상시킬 수 있는 지락 또는 누전 검출 시스템을 제공할 수 있다.

또한, 지락 또는 누전을 검출한 결과에 대응하여 사용자가 부하측으로 공급되는 전원을 차단할 것인지 유지할 것인지를 선택할 수 있는 지락 또는 누전 검출 시스템을 제공할 수 있다.

또한, 접지 여부와 무관하게 복수의 선 중 어느 선에 지락 또는 누전이 발생하였는지를 검출할 수 있는 지락 또는 누전 검출 시스템을 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 단상 2선식 검출 시스템의 회로도,
도 2a 내지 도 2d는 검출 시스템의 작동 과정을 설명하기 위한 회로도,
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 3선식 검출 시스템의 회로도,
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 4선식 검출 시스템의 회로도이고,
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 회로도,
도 6a 내지 도 6는 도 5의 제1 작동 과정을 설명하기 위한 부분회로도,
도 7a 내지 도 7b는 도 5의 제2 작동 과정을 설명하기 위한 부분회로도이다.

본 발명의 일실시예에 따른 누설 전류 제한 및 지락 또는 누전 검출 시스템(1000, 이하에서 ‘검출 시스템’이라 함)에 대하여 도 1 내지 도 7b를 참조하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 단상 2선식 검출 시스템의 회로도이고, 도 2a 내지 도 2d는 검출 시스템의 작동 과정을 설명하기 위한 회로도이며, 도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 3선식 검출 시스템의 회로도이고, 도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 4선식 검출 시스템의 회로도이며, 도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 회로도이고, 도 6a 내지 도 6e는 도 5의 제1 작동 과정을 설명하기 위한 부분회로도이며, 도 7a 내지 도 7b는 도 5의 제2 작동 과정을 설명하기 위한 부분회로도이다.

본 발명을 보다 상세하게 설명하기에 앞서, 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 구현예(態樣, aspect)(또는 실시예)들을 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

각 도면에서 동일한 참조부호, 특히 십의 자리 및 일의 자리 수, 또는 십의 자리, 일의 자리 및 알파벳이 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 기능을 갖는 부재를 나타내고, 특별한 언급이 없을 경우 도면의 각 참조부호가 지칭하는 부재는 이러한 기준에 준하는 부재로 파악하면 된다.

또 각 도면에서 구성요소들은 이해의 편의 등을 고려하여 크기나 두께를 과장되게 크거나(또는 두껍게) 작게(또는 얇게) 표현하거나, 단순화하여 표현하고 있으나 이에 의하여 본 발명의 보호범위가 제한적으로 해석되어서는 안 된다.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 구현예(태양, 態樣, aspect)(또는 실시예)를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, ~포함하다~ 또는 ~이루어진다~ 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

<제1 실시예>

본 발명의 일실시예에 따른 전원을 공급하는 전원측과 부하측 사이의 지락 또는 누전을 검출 가능하게 마련된 지락 또는 누전 검출 시스템(1000)은, 수배전선로와 부하가 연결된 전력선 사이의 전원을 절연 가능하게 마련된 절연변압부(1100)와; 상기 절연변압부(1100)의 어느 한 선은 고저항(1130)으로 접지된 접지선을 포함하고, 상기 접지선을 제외한 선 중 어느 하나의 선에서 지락 또는 누전이 발생한 경우 상기 접지선의 전위를 연속적인 신호로 검출된 상기 접지선 전위를 입력 가능하게 마련된 누설전류 검출부(1200)와; 상기 누설전류 검출부(1200)로부터 출력된 전위가 입력되어 설정된 전압을 검출전압으로 출력 가능하게 마련된 검출전압 출력부(1300)와; 지락 또는 누전에 각각 대응하여 설정된 지락판단설정전위값 또는 누전판단설정전위값과 상기 검출전압 출력부(1300)에서 출력된 전위를 비교하여 지락 또는 누전을 판단한 후 판단결과를 출력하는 비교검출부(1400)와; 상기 비교검출부(1400)에서 출력을 AND연산 또는 OR연산을 가능하게 마련된 디지털제어부(1500);를 포함하는 것이 바람직하다.

본 실시예에서는 지락 및 누전 여부는 구분하여 경보를 울리고 어느 한 선이 지락 또는 누전이 되었는지에 대하는 구분하지 않고 경보를 울린다. 예를 들면, 3선식의 경우 제1선(도면 등에서 ‘L1’참조), 제2선(도면 등에서 ‘L2’ 참조) 및 제3선(도면 등에서 ‘L3’ 참조) 중 어느 하나의 선에서 지락 또는 누전이 검출되면 경보를 나타내게 된다. 이는 후술하는 다른 실시예(제2 실시예)와 차이를 갖는 부분이다. 즉, 제1 실시예에서는 고장 선로를 구분하지 않으나 제2 실시예에서는 어느 선로가 고장인지를 구분(L1, L2 및 L3 중 어느 한 선에서 고장인지 또는 복수의 선에서 고장인지)하여 검출할 수 있다.

검출 시스템(1000)은, 상기 디지털제어부(1500)에서 출력된 출력에 기초하여 지락 또는 누전시에 부하측 전원을 차단할 것인지 유지할 것인지를 선택하는 선택스위치부(1600);를 더 포함하되, 상기 지락과 관련되어 ‘High’로 출력된 단자나 상기 누전과 관련되어 ‘High’로 출력된 단자와 연결되어 상기 선택스위치부(1600)에서 선택되어 작동하는 부하측 전원을 유지하면서 램프를 포함하는 경보를 작동시키는 유지경보릴레이(1730, Relay2 또는 R2)와 부하측 전원을 차단하면서 램프를 포함하는 경보를 작동시키는 차단경보릴레이(1750, Relay1 또는 R1)를 더 포함하는 것이 바람직하다.

절연변압부(1100)는 배전 선로인 1차측과 부하가 연결된 2차측을 절연시킨다. 아울러 중성점을 포함하는 어느 한 선을 고저항(1130) 접지하여 누설전류를 무해한 값으로 제한하는 역할을 한다. 에너지 보존법칙에 의하여 절연변압부(1100)로부터 출력된 전류는 절연변압부(1100)로 귀환된다. 이 과정에서 귀환경로를 고저항 접지함으로써 전류를 제한한다.

이러한 절연변압부(1100)는 절연변압기 또는 발전기를 포함하는 것이 바람직하다.

본 실시예에서는 누설전류를 제한하기 위하여 고저항(1130)이라는 종래기술의 저항보다 더 큰 임피던스를 적용한다. 종래기술에서 수옴 내지 수백옴의 저항을 통해 중성선을 접지하는 방식이 적용되는 것이 일반적이다.

그러나, 본 발명에서는 고저항(1130)을 활용하여 누설전류가 발생하더라도 인축에 무해한 정도의 누설전류값으로 제한할 수 있다. 즉, 본 발명에 적용되는 고저항(1130, 이하에서 필요에 따라 참조번호 생략함)은 10㏀에서 수Mega 옴의 범위를 포함하는 것이 바람직하다. 이러한 고저항을 거쳐 누설전류값이 5mA 이하로 제한될 수 있다.

종래기술에 따른 비접지 계통 혹은 고저항 접지 계통에서 누설전류를 검출하는 방식에는 GPT(Ground Potential Transformer)를 활용한 SGR (Selecting Ground Relay) 작동 방식 혹은 CT를 활용한 OCGR 계전기 동작 방식 등이 있다. 이러한 종래기술에 따른 계전기 동작 방식의 특징은 지락전류량을 검출하여 계전기를 동작시킨다는 것이다. 이런 이유로 계전기를 동작시키기 위해서는 설정값 이상의 지락전류가 발생해야 한다. 예를 들면, GPT를 활용한 SGR계전기 동작 방식에서도 완전 지락시 약 380mA의 지락전류가 발생하여야 계전기가 동작한다. CT 등의 전류센서를 활용한 동작은 수 암페어(A)의 지락전류를 검출하므로 이러한 전류값은 인축의 직접적인 감전으로부터 보호할 수 있는 범위를 벗어난다.

즉, 종래의 기술들은 지락 발생시 지락전류를 일정부분 제한하고 이를 검출하는 정도에 불과하다. 이러한 이유로 델타 결선의 비접지 방식에서는 지락전류가 워낙 작기 때문에 지락검출에 어려움을 겪고 있다.

그러나 본 발명은 전류 검출 방식이 아니라 고장(지락 또는 누전) 전위 검출 방식이기 때문에 검출 및 동작에 있어서 전류량에 영향을 받지 않는다. 따라서 고저항의 값을 전류량에 상관없이 조절할 수 있고, 심지어는 대지로부터 전력선을 절연하여 비접지하더라도 정확한 계측과 동작이 가능하다. 이러한 특징 이외에도 특정 선로의 침수 여부를 구분하여 검출할 수 있다. 또한 본 발명은 침수 시 뿐만 아니라 건조 상에서 상선을 직접 접촉하여도 감전으로부터 보호를 받을 수 있으며, 실시간 차단, 경보가 가능하다.

전원공급부(1800)는 본 발명에 따른 누설전류 검출부(1200), 검출전압 출력부(1300) 등의 회로에 전원을 공급하는 역할을 한다. 전원공급부(1800)는 SMPS 일수도 있고, 공지된 다른 종류의 직류 전원 공급장치를 포함할 수 있다.

누설전류 검출부(1200)는 절연변압부(1100)의 중성점의 전위를 연속적인 신호로써 검출한다. 예를 들면, 누전 발생 시 절연변압부(1100) 중성점의 전위는 상당히 높은 전위이기 때문에 이를 일정 비율로 낮춰서 반전증폭기 (non-inverting amplifier)의 입력단으로 인가한다. 이에 대해 비례적인 전압 값이 누설전류 검출부(1200)의 출력단으로 출력된다.

검출전압 출력부(1300)는 누설전류 검출부(1200)로부터 연속적인 전위를 입력으로 받고, 설정 전압(예를 들면, 약 0.7V) 이상이 인가되면 트랜지스터가 도통된다. 트랜지스터의 이미터 컬렉터 단이 도통되면 누설전류 검출부(1200)의 출력값에 비례하는 전압값이 출력된다.

비교검출부(1400)는 지락비교검출부(1430)와 누전비교검출부(1450)로 구분된다.

지락비교검출부(1430)는 OP Amp (operational amplifier)를 활용한 비교기 출력을 포함한다. 검출전압 출력부(1300)의 출력을 지락비교검출부(1430)의 비반전입력단자에 인가하고, 미리 설정되어 있던 값을 반전입력단자에 인가하여 두 값을 비교한다. 비교 결과, 비반전입력단자의 값이 더 클 경우 ‘High’를 출력한다.

여기서, 비교검출부(1400)로 입력되는 값은 판단설정전위값 입력부(1370)에서 비교검출부(1400)에서 판단 기준이 될 수 있도록 미리 설정된 값이다. 예를 들면, 지락비교검출부(1430)의 반전입력단자로 입력되는 값은 ‘4’volt 이고, 누전비교검출부(1450)의 반전입력단자로 입력되는 값은 ‘0.5’volt이다.

누전비교검출부(1450)는 지락비교검출부(1430)와 마찬가지로 OP Amp를 활용한 비교기 출력을 포함한다. 검출전압 출력부(1300)의 검출전압을 비반전입력단자에 전위로 인가하고, 판단설정전위값 입력부(1370)에서 미리 설정되어 있던 값을 반전입력단자에 인가하여 두 값을 비교한다. 누전비교검출부(1450)에서 비교한 결과 비반전입력단자의 값이 더 클 경우 ‘High’를 출력한다.

디지털제어부(1500)는 마이크로 컨트롤러 유닛 (MCU : Micro Control Unit)을 포함하는 디지털 제어부이다. 지락비교검출부(1430)의 출력과 누전비교검출부(1450)의 출력을 통해 AND 연산과 OR 연산을 수행한다.

예를 들면, 지락비교검출부(1430)와 누전비교검출부(1450)에서 모두 ‘High’가 디지털제어부(1500)의 입력으로 들어오면 디지털제어부(1500)는 지락 담당 핀을 ‘High’로 출력시킨다. 반면에, 만약 누전비교검출부(1450)에서만 ‘High’가 입력되면 디지털제어부(1500)는 누전 담당 핀을 ‘High’로 출력한다.

선택스위치부(1600)는 사용자가 미리 설정할 수 있는 영역으로 부하측의 전원을 차단시키고 경보를 발생시키는 ‘차단 모드’와 부하측의 전원을 유지시키고 경보를 발생시키는 ‘유지 모드’로 구분된다.

예를 들면, 사용자가 선택스위치부(1600)에서 ‘차단 모드’를 선택한 경우, 지락 또는 누전 발생시 회로는 차단됨과 동시에 경보가 발생한다. 반면에, 사용자가 선택스위치부(1600)에서 ‘유지 모드’를 선택한 경우, 지락 또는 누전 발생시 회로에서는 전원이 정상적으로 공급됨과 동시에 경보가 발생한다.

릴레이부(1700)는 디지털제어부(1500)로부터 동작 신호를 출력 받고 예를 들면 차단경보릴레이(1750) 및 유지경보릴레이(1730)를 포함하는 릴레이를 구동시킨다.

릴레이부(1700)의 작동에 따라 유지램프(1733), 유지경보(1735), 차단램프(1733) 및 차단경보(1735)가 대응하여 점등되거나 알람, 점멸, 소리를 발생시켜 경보를 알려줄 수 있다.

그리고, 지락이나 누전이라고 판단된 경우 대응한 지락램프(1763) 또는 누전램프(1765)가 점등되는 것이 바람직하다.

그리고 설명하지 않은 전원차단스위치(110)는 전원공급부(1800)에서 공급되는 전원을 차단하는 스위치이다.

한편, 본 발명에 따른 차단경보방식과 누전차단기의 차단방식은 다음의 점에서 차이를 갖는다.

누전차단기는 누설되는 양에 의하여 차단 여부가 결정된다. 누전시에 순간적으로 큰 전류가 흐르고 이를 감지하여 차단하기 때문에 차단되기 직전의 짧은 순간에 큰 전류에 의하여 감전 사고가 발생할 수 있다.

반면에 본 발명에서는 누설전류량을 검출 내지 감지하는 것이 아니라 각 선로의 전위변화를 연속적인 값으로 입력하여 논리레벨로 분석하는 방식이므로 누전차단기와 달리 누전 부위 직접 접촉시에도 상시 저항성 전류값은 5mA 이하로 제한되어 있어 감전 사고를 예방할 수 있다. 그리고 이러한 상태를 경보 또는 차단 여부를 알려줄 수 있다.

이러한 구성을 갖는 검출 시스템(1000)의 작동 과정을 도 1 내지 도 2d를 참조하여 ‘지락 - 차단 모드’, ‘지락 - 유지 모드’ ‘누전 - 차단 모드’ 및 ‘누전 - 유지 모드’의 경우로 구분하여 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 이하에서 단상 2선식에만 한정되지 않고 단상 3선식, 3상 3선식, 3상 4선식에도 적용됨은 물론이다.

<실시예 1> - (지락 - 차단 모드)

이하의 본 실시예들은 어느 한 선(로)이라도 침수 혹은 지락이 되면 선로를 구분하지 않고 고장 발생 여부만을 출력하고 차단할 것인지 유지할 것인지를 알려주는 방식이다.

도 2a에 도시된 바와 같이, 사용자가 선택스위치부(1600)에서 ‘차단 모드’를 먼저 선택한다.

선로 어디에선가 지락이 발생(도 2a의 ① 참조)하면(L선이 접지 혹은 대지에 접촉하는 사고), 고저항(1130)으로 접지되어 있던 선로는 0V에서 220V로 전환된다(도 2a의 ③, ④ 참조). 반대로 원래 상을 가지고 있던 선로(상선)은 220V에서 0V로 전환된다(도 2a의 ② 참조).

이는 절연변압부(1100)의 중성점에 고저항으로 접지가 되어 있기 때문에 가능하다. 만일 절연변압부(1100)의 중성점에 직접 접지가 되어있었다면 지락이 발생하는 순간 막대한 전류와 스파크가 발생한다. 이는 매우 위험한 상황이다. 이러한 고저항 접지를 통해 누설전류를 설정된 범위에서 제한할 수 있다.

중성선에 220V가 인가되면 이 곳에 연결되어 있던 누설전류 검출부(1200)(반전증폭부)에 비례하여 강압된 전압이 입력으로 들어간다. 출력은 입력에 대해 반전증폭의 원리에 의하여 이루어진다(도 2a의 ⑤ 참조). 이 때 출력 파형은 반파를 포함한다. 이러한 출력 반파 파형은 뒷단의 다이오드와 커패시터에 의해 평활 된 직류가 된다.

이 신호가 검출전압 출력부(1300)(트랜지스터부)의 게이트 신호로 인가되면 검출전압 출력부(1300)의 컬렉터 이미터가 도통된다. 도통됨과 동시에 검출전압 출력부(1300)로부터 전압이 출력된다(도 2a의 ⑥ 참조, 예를 들면 출력 전압은 ‘4.5 Volt’이다). 출력되는 전압은 누설전류 검출부(1200)(반전증폭부)의 값의 크기에 비례하여 출력된다.

검출전압 출력부(1300)로부터 출력된 전압은 지락비교검출부(1430) 및 누전비교검출부(1450)(비교부)의 비반전입력단자에 각각 인가된다.

여기서 지락비교검출부(1430)와 누전비교검출부(1450)의 반전입력단자에 각각 인가되는 전압은 다음과 같다.

저항을 통한 전압분배 회로인 판단설정전위값 입력부(1370)를 구성하고 최저치의 기준전압(예를 들면, 0.5 Volt)은 누전비교검출부(1450)의 반전입력단자로, 최고치의 기준전압(예를 들면, 4 Volt)은 지락비교검출부(1430)의 반전입력단자로 인가한다.

지락이 발생한 경우 지락비교검출부(1430)(비교부)는 두 입력의 전압을 비교한 결과 ‘High’로 출력하고, 누전비교검출부(1450)(비교부)도 마찬가지로 비교한 결과 ‘High’로 출력한다(도 2a의 ⑦ 내지 ⑩ 참조).

즉, 예를 들면 지락비교검출부(1430)로 검출전압이 4.5 Volt로, 판단설정전위값 입력부(1370)에서 최고치 4 Volt가 각각 입력되면, 검출전압인 4.5 Volt가 4 Volt보다 더 높기 때문에 지락비교검출부(1430)에서는 ‘High’가 출력된다(도 2a의 ⑦ 및 ⑧ 참조).

그리고, 누전비교검출부(1450)로 검출전압이 4.5 Volt로, 판단설정전위값 입력부(1370)에서 최저치 0.5 Volt가 각각 입력되면, 검출전압인 4.5 Volt가 0.5 Volt 보다 더 높기 때문에 누전비교검출부(1450)에서는 ‘High’가 출력된다(도 2a의 ⑨ 및 ⑩ 참조).

지락비교검출부(1430) 및 누전비교검출부(1450)의 두 검출회로에서 출력된 ‘High’는 뒷단의 마이크로 컨트롤러 유닛을 포함하는 디지털제어부(1500)의 입력으로 인가된다(도 2a의 ⑧ 및 ⑩ 참조).

디지털제어부(1500)는 두 개의 입력 핀에 모두에 ‘High’가 입력될 경우 AND 연산에 수행하여 릴레이부(1700) 및 지락 담당 핀에 ‘High’를 출력한다(도 2a의 ⑪, ⑫ ⑬ 및 ⑮ 참조). 릴레이부(1700)는 선택스위치부(1600)에서 차단 모드로 선택되었기 때문에 차단경보릴레이(1750, 이하에서 ‘R1’이라 함)를 ON 시키고 본회로(교류 전원 회로)는 차단됨과 동시에 경보를 발생시킨다(도 2a의 ⑭ 참조). 그리고, 지락 담당 핀에 ‘High’가 출력되면서 지락 경고 LED를 포함하는 지락램프(1763)가 점멸하기 시작한다(깜빡깜빡)(도 2a의 원기호 ‘16’ 참조).

사용자가 고장을 해결하고 리셋 버튼을 누르면 회로는 원래대로 돌아가서 정상적으로 동작한다.

<실시예 2> (지락 - 유지 모드)

도 2b에 도시된 바와 같이, 사용자가 선택스위치부(1600)에서 ‘유지 모드’를 먼저 선택한다.

이하의 제2 실시예에서 제1 실시예와 동일한 부분에 대하여는 설명을 생략한다. 즉 도 2b에서와 같이 ‘유지 모드’로 설정한 부분과 유지경보릴레이(1730, 이하에서 ‘R2’ 라 함) 부분이 도 2a와 상이하다.

선택스위치부(1600)에서 ‘유지 모드’를 선택하였기 때문에 N2가 ON 되고, 본 회로(교류 전원회로)는 정상 전원이 유지됨과 동시에 경보를 발생시킨다(도 2b의 ⑭ 참조)한다. 또한 지락 담당 핀에 High가 출력되면서 지락램프(1763) 점멸하기 시작한다(깜빡깜빡, 도 2b의 원기호 ‘16’ 참조). 사용자가 고장을 해결하고 리셋 버튼을 누르면 회로(경보 등을 포함)는 원래대로 돌아가서 정상적으로 동작한다.

<실시예 3> (누전 - 차단 모드)

도 2c에 도시된 바와 같이, 사용자가 선택스위치부(1600)에서 ‘차단 모드’를 먼저 선택한다.

다음 선로 어디에선가 누전이 발생하면(도 2c의 ① 참조), 상선이 특정 저항체를 통하여 대지 혹은 접지에 접촉하는 사고로, 도선 직접 접촉에 의한 인체 감전, 침수된 도선에 의한 인체 감전, 저항체를 타고 대지에 흐르는 형태의 누전 등을 포함할 수 있다.

절연변압부(1100)에 연결된 중성선에 일정 전압이 인가된다(도 2c의 ③, ④ 참조). 인가된 전압만큼 기존의 상선에 인가되던 220V전압 또한 비례적으로 감소한다(도 2c의 ② 참조). 이는 중성점에 접지된 고저항과 누전부위의 저항값의 전압분배에 의해 결정된다.

중성선에는 누설전류 검출부(1200)(반전증폭부)의 입력이 연결되어 있다. 입력으로 일정 전압이 누설전류 검출부(1200)의 회로의 구성에 의해 강압되어 인가된다. 누설전류 검출부(1200)는 연속적인 값을 입력으로 받아서 마찬가지로 연속적인 값을 비례적으로 출력한다(도 2c의 ⑤ 참조).

누설전류 검출부(1200)의 출력은 다이오드와 커패시터를 거쳐서 평활된 직류가 된다.

이 직류전압은 검출전압 출력부(1300)(트랜지스터부)에 인가되고, 검출전압 출력부(1300)(트랜지스터부)는 누설전류 검출부(1200)의 출력에 비례하는 값을 출력한다(도 2c의 ⑥ 참조). 통상적으로 누전이 발생한 경우 누설전류 검출부(1200)에서 출력되는 값은 1 Volt 이상에서 4 Volt 미만의 값을 갖는다.

지락비교검출부(1430)에서는 비반전 입력단자 전압(예를 들면, 4 Volt 미만)보다 반전 입력단자 전압(예를 들면, 4 Volt 미만)이 더 크기 때문에 지락비교검출부(1430)는 지락의 경우와 달리 ‘Low’를 출력한다(도 2c의 ⑦ 및 ⑧ 참조).

반면에, 누전비교검출부(1450)의 비반전 입력 단자 전압(예를 들면, 1 Volt 이상에서 4 Volt 미만)은 반전입력단자 전압(예를 들면, 0.5 Volt)보다 크기 때문에 누전비교검출부(1450)는 ‘High’를 출력한다(도 2c의 ⑨ 및 ⑩ 참조).

지락비교검출부(1430)와 누전비교검출부(1450)의 출력전압은 디지털제어부(1500)에 인가된다(도 2c의 ⑧ 및 ⑩ 참조). 디지털제어부(1500)로 ‘Low’와 ‘High’가 각각 인가되면 디지털제어부(1500)는 OR 연산을 통해 릴레이부(1700)와 누전 담당 핀에 ‘High’를 출력한다(도 2c의 ⑪, ⑫ ⑬ 및 ⑮ 참조).

릴레이부(1700)는 선택스위치부(1600)에서 차단모드로 선택하였기 때문에 R1을 ‘ON’시킨다.

이러한 ‘R1’의 작동에 의하여 본 회로(교류 전원회로)는 차단되고, 경보가 울린다(도 2c의 ⑭ 참조). 또한 누전 담당 핀을 통해 LED는 점멸된다(도 2c의 원기호 ‘16’ 참조).

<실시예 4> (누전 - 유지 모드)

도 2d에 도시된 바와 같이, 사용자가 선택스위치부(1600)에서 ‘유지 모드’를 먼저 선택한다.

이하의 제4 실시예에서 제3 실시예와 동일한 부분에 대하여는 설명을 생략한다. 즉 도 2d에서와 같이 ‘유지 모드’로 설정한 부분과 유지경보릴레이(1730, 이하에서 ‘R2’ 라 함) 부분이 도 2c와 상이하다.

선택스위치부(1600)에서 ‘유지 모드’를 선택하였기 때문에 R2가 ON 되고, 본 회로(교류 전원회로)는 정상 전원이 유지됨과 동시에 경보를 발생시킨다(도 2d의 ⑭ 참조)한다. 또한 누전 담당 핀에 High가 출력되면서 누전램프(1765) 점멸하기 시작한다(깜빡깜빡, 도 2d의 원기호 ‘16’ 참조). 사용자가 고장을 해결하고 리셋 버튼을 누르면 회로(경보 등을 포함)는 원래대로 돌아가서 정상적으로 동작한다.

<제2 실시예>

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 검출 시스템(2000)은, 도 5 내지 도 7b에 도시된 바와 같이, 전원을 공급하는 전원측과 부하측 사이의 어느 하나의 선이 지락 또는 누전이 되었는지 검출 가능한 기능을 하며, 수배전선로와 부하가 연결된 전력선 사이의 전원을 절연 가능하게 마련된 절연부(2100)와; 상기 절연부(2100)에서 분기된 각 선의 전위를 연속적인 신호로 검출하고 검출된 전위 전위를 낮추어 입력 가능하게 마련된 누설전류 검출부(2200)와; 상기 누설전류 검출부(2200)에서 입력되는 선 중에서 선택된 선과 다른 선의 전위를 비교하고 검출하는 전위비교검출부(2300)와; 상기 전위비교검출부(2300)의 출력을 AND연산, OR연산 또는 비트연산을 가능하게 마련된 디지털 제어부(2500);를 포함하는 것이 바람직하다.

본 실시예에서는 앞에서 설명한 바와 달리 어떤 선(로)가 지락 또는 침수(누전)되었는지가 검출될 수 있고 고장 발생 선로를 검출하여 이를 알려주면서도 고장 발생 선로를 유지할 것인지 차단할 것인지가 선택될 수 있다.

본 실시예에서는 앞에서 설명한 실시예와 달리 고저항이 접지 되어 있지 않는 것으로 도시되어 있지만, 앞에서 설명한 고저항으로 접지된 것을 제외하는 것은 아니다.

전원공급부(2800)는 본 발명에 따른 누설전류 검출부(2200), 전위비교검출부(2300), 디지털제어부(2500), 선택스위치부(2600), 릴레이부(2700) 등의 회로에 전원을 공급하는 역할을 한다. 전원공급부(2800)는 SMPS 일수도 있고, 공지된 다른 종류의 직류 전원 공급장치를 포함할 수 있다.

누설전류 검출부(2200)는 절연부(2100)의 어느 한 선(도 5의 L1, L2, L3 참조)의 전위를 연속적인 신호로써 검출한다. 예를 들면, 누전 발생 시 절연부(2100) 중성점의 전위 혹은 각 선로의 전위는 상당히 높은 전위이기 때문에 이를 일정 비율로 낮춰서 누설전류 검출부(2200)의 반전증폭기 (non-inverting amplifier)의 입력단으로 인가한다. 이에 대해 비례적인 전압 값이 누설전류 검출부(2200)의 출력단으로 출력된다.

본 실시예에서는 앞에서 설명한 실시예와 달리 검출전압 출력부 및 비교검출부가 포함되지 않는다.

누설전류 검출부(2200)에서 출력된 값은 후단의 전위비교검출부(2300)로 입력된다.

전위비교검출부(2300)는 선택된 어느 한 선의 입력선과 선택되지 않은 선 중에서 어느 한선의 입력선이 각각 전환되어 입력 가능하게 한 쌍의 병렬로 연결된 차등증폭기를 포함하는 단위전위비교검출부(2310 내지 2330)가 복수로 구비된 것이 바람직하다.

그리고, 단위전위비교검출부(2310 내지 2330)에서는 상기 각 단위전위비교검출부(2310 내지 2330)의 차등증폭기에서 출력되는 한 쌍의 출력단이 연결되어 상기 디지털 제어부(2500)로 각각 입력되는 것이 바람직하다. 그리고, 한쌍의 출력단에서 출력되는 값은 비트화 되어 있고 입력된 비트값을 상기 디지털 제어부(2500)에서 비트연산을 하여 어느 선이 지락 또는 누전이 되었는지를 판단하는 것이 바람직하다.

이러한 전위비교검출부(2300)의 구성과 구체적인 작동 과정은 도 6a 내지 도 6d를 참조하여 후술한다.

선택스위치부(2600)에서는 상기 디지털 제어부(2500)에서 출력된 출력에 기초하여 지락 또는 누전시에 부하측 전원을 차단할 것인지 유지할 것인지를 사용자가 선택할 수 있다.

릴레이부(2700)는 디지털 제어부(2500)에서 출력하는 신호를 받고 어느 선로에서 지락 또는 누전이 발생하였는지, 차단할 것인지, 유지할 것인지에 대한 정보 내지 경보를 발생시키는 복수의 릴레이를 구비하고 있다.

여기서, 도 5의 ‘Re1’은 ‘L1’선에 대한 유지경보릴레이, ‘Re2’는 ‘L2’선에 대한 유지경보릴레이, ‘Re3’은 ‘L3’선에 대한 유지경보릴레이, ‘Re4’는 ‘L1’, ‘L2’ 및 ‘L3’선 중에 복수의 선에 대한 유지경보릴레이, ‘Re5’은 세 선 중 어느 한 선 이상에서 문제발생시 차단경보릴레이를 각각 나타낸다.

전원공급부(2800)는 앞에서 설명한 실시예와 동일하므로 설명을 생략한다.

이러한 구성을 갖는 본 실시예에 따른 검출시스템(2000)의 작동 과정을 도 5 내지 도 7b를 참고하여 설명하면 다음과 같다.

본 실시예는 3상 3선식 델타 결선을 예시로 들고 있지만 나머지 결선방식은 원리가 동일하여 도시하지 않았을 뿐이다. 또한 이해의 편의를 위해서 지락 발생 상황을 예시로 드는 것으로 지락의 상황에 한정적으로 적용되는 것은 아니다.

<실시예 1> [지락 + 차단 모드]

어느 한 선의 지락 여부를 검출하고 지락이 발생된 경우 선로를 차단하도록 사용자가 선택스위치부(2600)를 ‘차단’을 선택한 예이다.

도 6a에 도시된 바와 같이, 어디에선가 지락이 발생하면(도 6a의 ① 참조) 지락이 발생한 선로(도 6a의 ‘L1’ 참조)의 전위는 ‘0’이 되고(도 6a의 ② 참조), 비접지 계통에서 한 선 지락시 나머지 건전상(도 6a의 ‘L2’ 및 ‘L3’ 참조)들은 지락 혹은 누전시 전위 상승 현상으로 인해 정상 상전압으로부터 최대 루트3배만큼의 전위상승이 발생한다(도 6a의 ③ 참조).

예를 들면, L1상 지락 시 L1상은 ‘0’ 전위가 되고 L2, L3상의 전위는 정상상태의 전위보다 최대 루트3배만큼 증가한 값이다. 이때 각 선(로)의 누설전류 검출부(2200)는 절연부(2100)로부터 각 상의 전위를 상시 연속적인 신호로 받는다. 각 상의 전위는 상당히 높은 전위이므로 누설전류 검출부(2200)에 인가시 전위를 강압하여 인가하는 것이 특징이다.

도 6b에 도시된 바와 같이, 누설전류 검출부(2200)의 반전증폭회로에 의해 각 상의 특정 전위가 반파의 형태로 출력되고, 반파는 다이오드와 커패시터를 통한 정류회로를 통과하여 평활화 된 직류로 출력된다. 누설전류 검출부(2200)로부터 출력된 각 상의 출력전위 값은 전위비교검출부로 인가된다. 예를 들면, 누설전류 검출부(2200)를 통과한 L1의 전위는 ‘0’ volt이고(도 6b의 ④ 및 ‘P1’ 참조), L2 및 L3의 전위는 약 5 volt로 누설전류 검출부(2200)에서 전위가 낮아진다(도 6b의 ⑤와 ⑥ 및 ‘P2’와 ‘P3’ 참조).

도 6c에 도시된 바와 같이 전위비교검출부(2300)에서 먼저 ‘L1’ 및 ‘L2’선의 각 전위값 ‘P1’ 및 ‘P2’를 상호 비교하는 과정을 예로 들어 설명한다.

전위비교검출부(2300)는 비교 대상이 되는 두 상의 전위(예를 들면, ‘P1’과 ‘P2’, ‘P2’과 ‘P3’ 및 ‘P3’과 ‘P1’)를 차동증폭회로를 통해서 이중 검출하는 각각의 단위전위비교검출부(2310 내지 2330)를 포함하는 것을 특징으로 한다. 단위전위비교검출부(2310 내지 2330)는 두 개의 차동증폭기가 이중 감시하고, 그 출력값이 두 개의 다이오드를 통해서 하나의 대표값으로 출력되는 것이 특징이다. 여기서 한 쌍의 병렬로 연결된 차동증폭기를 갖는 단위전위비교검출부(2310 내지 2330)는 두 선의 입력이 상호 전환되어 입력되어 출력되는 값을 상호 비교하여 결과치를 비트화하여 출력한다.

전위비교검출부(2300)의 일실시예를 구체적으로 설명하면 다음과 같다. L1과 L2 각각의 누설전류 검출부(2200)로부터 전위인 ‘P1’ 및 ‘P2’를 인가받는다(도 6c의 ‘P1’의‘⑦ 0volt’ 및 ‘P2’의‘⑧ 5volt’ 참조). 두 전위는 도 6c의 제일 앞단의 단위전위비교검출부(2310)의 차동증폭기 입력으로 각각 연결되고, 양단의 전위를 비교한다. 비교 결과 전위차 발생 시, 양 또는 음의 형태로 출력된다. 본 발명에서는 음의 출력은 사용하지 않으므로 음의 형태로 출력시 ‘0’V가 된다. 여기서‘0’ V가 출력되면 이 회로는 논리의 오류가 발생하므로, 차동증폭기의 입력단을 서로 전환하여 또 하나의 차동증폭기를 구성한다. 이전의 차동증폭기는 ‘0’V를 출력(도 6c의 ‘⑩ 0V 참조)하지만 또 하나의 차동증폭기에서는 양의 전압이 출력(도 6c의 ‘⑪ 5V’ 참조) 된다(도 6c의 ‘High Level’, ‘D1’ 및 ‘D3’ 참조)

단위전위비교검출부(2310 내지 2330)의 결과는 두 개의 차동증폭기의 출력단에 대해 단방향으로 전류 방향을 유지시켜 주기 위해서 두 개의 다이오드와 함께 공통으로 연결한 형태로 최종 출력한다.

비교결과, 양단의 전위차가 발생하지 않으면 이중 검출 구조로 구성된 전위비교검출부(2300)에서는 ‘0’V를 출력한다(도 6c의 ‘Low Level’ 및 ‘D2’ 참조).

위의 과정을 ‘L2’ 및 ‘L3’의 전위값 ‘P2’ 및 ‘P3’를 비교(도 6c의 두 번째 단위전위비교검출부(2320) 참조)하고, ‘L3’ 및 ‘L1’의 전위값 ‘P3’ 및 ‘P1’를 비교(도 6c의 세 번째 단위전위비교검출부(2330) 참조)하고 대푯값을 출력한다(도 6c의 ‘D1’, ‘D2’ 및 ‘D3’ 참조). 출력된 값은 비트화하여 디지털 제어부(2500)에 인가한다.

도 6d에 도시된 바와 같이, 디지털 제어부(2500)는 전위비교검출부(2300)로부터 입력 받은 신호를 비트 화하여 비트 연산을 수행한다. 가령 3개의 비교전위검출부로부터 각각 1/0/1(도 6d에서 ‘D1’- High, ‘D2’ - Low 및 ‘D3’ - High 참조)의 값을 입력받으면 이에 대응하는 출력핀을 high로 출력한다(도 6d의 ‘원기호16’ - ‘L1 대응핀 High 출력’ 참조).

이에, 출력된 high는 지락이 발생한 선로에 대응하는 출력 릴레이를 ‘on’시킨다. 이와 동시에 디지털 제어부(2500)와 연결된 LCD 패널을 통해 ‘L1’선에 지락이라는 고장이 발생했다는 시청각정보가 동시에 제공될 수 있다. 출력은 차단경보모드이므로 차단경보 릴레이를 ‘on’시키고(도 6d의 ‘원기호17’ ‘차단경보릴레이 on’ 참조) 회로는 차단된다(도 6d의 ‘원기호18’ 트립코일 on / 도 6e의 ‘원기호20’ ‘차단기 트립’ 참조).

도 6e에 도시된 바와 같이 해당하는 경보가 울린다(도 6e의 ‘원기호19’ ‘차단경보부저 on’ 참조).

<실시예 2>

본 실시예는 구체적으로 설명하지 않은 부분은 앞에서 설명한 <실시예 1>과 동일하다.

도 7a에 도시된 바와 같이, 디지털 제어부(2500)는 전위비교검출부(2300)로부터 입력 받은 신호를 비트 화하여 비트 연산을 수행한다. 가령 3개의 비교전위검출부로부터 각각 1/0/1(도 7a에서 ‘D1’- High, ‘D2’ - Low 및 ‘D3’ - High 참조)의 값을 입력받으면 이에 대응하는 출력핀을 high로 출력한다(도 7a의 ‘원기호16’ - ‘L1 대응핀 High 출력’ 참조).

이에, 출력된 high는 지락이 발생한 선로에 대응하는 출력 릴레이를 ‘on’시킨다(도 7a의 ‘원기호17’ ‘(L1)유지경보릴레이’ 참조). 이와 동시에 디지털 제어부(2500)와 연결된 LCD 패널을 통해 ‘L1’선에 지락이라는 고장이 발생했다는 시청각정보가 동시에 제공될 수 있다. 출력은 유지경보모드이므로 유지경보 릴레이 중 ‘Re1’을 ‘on’시키고(도 7a의 ‘원기호17’ 참조) 회로는 차단되지 않는다.

도 7b에 도시된 바와 같이 해당하는 경보가 울린다(도 7b의 ‘원기호18’ ‘(L1)유지경보부저 on’ 참조).

이상에서는 하나의 선에서만 지락이 발생한 경우를 설명하였지만, 두 개의 선에 지락이 발생할 수도 있으며 이러한 것도 앞에서 설명한 내용에 따라 검출을 할 수 있다.

본 실시예는 지락뿐만 아니라 적어도 어느 한 선이 누전된 경우도 검출을 할 수 있음은 물론이다.

즉, 지락의 경우에 대하여만 본 실시예(제2 실시예)에서 설명하였지만 누전의 경우에도 앞에서 설명한 내용(제1 실시예)과 본 실시예의 설명 내용을 참조하면 제2 실시예에서 적어도 어느 한 선로에서 누전이 발생한 경우 선로를 유지할 것인지 차단할 것인지를 검출하고 경보하는 것은 본 기술이 속하는 통상의 기술자가 용이하게 이해할 수 있으므로 구체적인 설명을 생략한다.

본 발명은 앞의 설명에서도 알 수 있는 바와 같이 전위의 연속적인 신호를 받을 때는 아날로그적으로 작동한다. 즉, 연속적인 값들에 대한 각각의 출력을 광범위하게 처리할 수 있기 때문에 아날로그가 유리하다.

반면에, 출력이 ‘High’와 ‘Low’ 두 가지의 신호만을 가지고 있는 디지털이 유리하다. 만약에 이 경우에도 아날로그로적으로 출력을 처리할 경우 애매한 신호에 대한 처리가 미흡할 수 있다. 이에, 본 발명은 마이크로 컨트롤러유닛을 포함하는 디지털제어부(1500)를 활용하여 일정하고 정확한 출력을 낼 수 있다.

이러한 아날로그와 디지털의 조합을 통해 아날로그의 광범위한 입력신호를 처리할 수 있는 장점과 디지털의 일정하고 정확한 출력을 낼 수 있는 장점을 모두 활용할 수 있어 바람직하다.

또한, 본 발명은 두 선뿐만 아니라 한 선의 침수 시에도 누설전류를 제한할 수 있고 지락 사고에도 누설전류를 제한할 수 있다.

그리고, 본 발명은 선로가 침수되는 경우 시청각 경보가 가능(램프 및 경보를 발생)하며, 하나의 도선을 직접 접촉 시에도 누설전류의 제한이 가능하며 지락과 누전을 구분할 수 있고 지락 또는 누전 발생 시 부하측으로의 전력 공급을 지속할 것인지(차단 모드 또는 유지 모드)를 사용자가 선택할 수 있으며 극성을 따라 맞추어 주지 않아도 동작이 가능하다는 장점을 갖는다.

이에, 본 발명에 따르면, 부하측으로 공급되는 전위를 연속적으로 감지하여 누전과 지락을 구분하여 검출하고 경보할 수 있는 지락 또는 누전 검출 시스템을 제공할 수 있다.

여기서, 본 발명의 일 실시예를 도시하여 설명하였지만, 본 발명의 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 원칙이나 정신에서 벗어나지 않으면서 본 실시예를 변형할 수 있음을 알 수 있을 것이다. 발명의 범위는 첨부된 청구항과 그 균등물에 의해 정해질 것이다.

1000 : 검출 시스템 1100 : 절연변압부
1110 : 접지선 1130 : 고저항
1200 : 누설전류 검출부
1300 : 검출전압 출력부 1370 : 판단설정전위값 입력부
1400 : 비교검출부 1430 : 지락비교검출부
1450 : 누전비교검출부
1500 : 디지털제어부 1600 : 선택스위치부
1700 : 릴레이부 1730 : 유지경보릴레이
1733 : 유지램프 1735 : 유지경보
1750 : 차단경보릴레이 1733 : 차단램프
1735 : 차단경보 1763 : 지락램프
1765 : 누전램프
1800 : 전원공급부 110 : 전원차단스위치
2000 : 검출 시스템 2100 : 절연부
2200 : 누설전류검출부 2300 : 전위비교검출부
2310, 2320, 2330 : 단위전위비교검출부
2500 : 디지털제어부 2600 : 선택스위치부
2700 : 릴레이부 2800 : 전원공급부

Claims

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전원을 공급하는 전원측과 부하측 사이의 어느 하나의 선이 지락 또는 누전이 되었는지 검출 가능하게 마련된 지락 또는 누전 검출 시스템에 있어서,
수배전선로와 부하가 연결된 전력선 사이의 전원을 절연 가능하게 마련된 절연부와;
상기 절연부에서 분기된 각 선의 전위를 연속적인 신호로 검출하고 검출된 전위 전위를 낮추어 입력 가능하게 마련된 누설전류 검출부와;
상기 누설전류 검출부에서 입력되는 선 중에서 선택된 선과 다른 선의 전위를 비교하고 검출하는 전위비교검출부와;
상기 전위비교검출부의 출력을 AND연산, OR연산 또는 비트연산을 가능하게 마련된 디지털 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 지락 또는 누전 검출 시스템.
제8항에 있어서,
상기 전위비교검출부는 선택된 어느 한 선의 입력선과 선택되지 않은 선 중에서 어느 한선의 입력선이 각각 전환되어 입력 가능하게 한쌍의 병렬로 연결된 차등증폭기를 포함하는 단위전위비교검출부가 복수로 구비된 것을 특징으로 하는 지락 또는 누전 검출 시스템.
제9항에 있어서,
상기 단위전위비교검출부에서는 상기 각 단위전위비교검출부의 차등증폭기에서 출력되는 출력단이 연결되어 대표값이 상기 디지털 제어부로 각각 입력되는 것을 특징으로 하는 지락 또는 누전 검출 시스템.
제10항에 있어서,
상기 한쌍의 출력단에서 출력되는 상기 대표값은 비트화 되어 있고 상기 디지털 제어부에서 비트연산을 하여 어느 선이 지락 또는 누전이 되었는지를 판단하는 것을 특징으로 하는 지락 또는 누전 검출 시스템.
제8항에 있어서,
상기 디지털 제어부에서 출력된 출력에 기초하여 지락 또는 누전시에 부하측 전원을 차단할 것인지 유지할 것인지를 선택하는 선택스위치부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 지락 또는 누전 검출 시스템.