KR19980036155U - 전원차단기의 과열경보장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 차단기가 동작하여 전원공급을 차단시키기 전에 차단기의 과열여부를 감지하여 차단기가 연결된 설비에 이상이 발생되었음을 알리는 전원차단기의 과열경보장치에 관한 것으로, 이를 달성하기 위한 수단으로써, 전원차단기에 있어서, 상기 전원차단기의 온도를 검출하는 온도검출부와, 상기 온도검출부에 의하여 검출된 차단기의 온도를 시각적으로 표시하는 온도표시부와, 상기 온도검출부에 의하여 검출된 차단기의 온도가 설정된 온도보다 높으면 경고표시를 하여 작업자에게 이상을 알리는 과열경보회로부를 구비한다.

Description

전원차단기의 과열경보장치

본 고안은 전기설비의 이상발생시 그 전기설비로의 주전원공급을 차단시키는 전원차단기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 차단기가 동작하여 전원공급을 차단시키기 전에 차단기의 과열여부를 감지하여 차단기가 연결된 설비에 이상이 발생되었음을 알리는 전원차단기의 과열경보장치에 관한 것이다.

일반적으로, 전원차단기는 어떤 전기설비와 전원사이에 구비되어 그 전기설비에 이상이 발생될 때 2차적인 피해를 방지하기 위하여 그 전기설비로 공급되는 전원을 차단시키는 것으로, 그 차단동작원리에 따라서 바이메탈을 이용한 차단기, 전자석 원리를 이용한 차단기, 전자회로를 이용한 차단기 등 여러 가지가 개발되어 있다.

제 1 도는 기존에 사용되는 전원차단기를 도시한 것으로써, 제 1 도 (A)에 일반적인 전원차단기의 외형을 보였으며, 제 1 도 (B)에는 전원차단기의 내부 구조를 보였고, 제 1 도 (C)에는 상기에 보인 전원차단기의 동작원리를 보였다.

상기에서, 제 1 도 (C)에 보인 원리도를 보면, 일반적으로 전원차단기는 조작레버(11)를 좌우로 조작함에 의하여 상기 조작레버(11)에 스프링으로 연결된 상부접촉핀(12)이 상하운동하여 하부접촉편(13)에 연결된 접점과 접촉하거나 떨어지고, 상기에서, 상부접촉핀(12)과 하부접촉편(13)은 각각 전원단과 전기설비(회로)측에 연결되는 것으로, 상기 상부접촉편(12)이 하부접촉편(13)에 떨어짐에 의하여 전원이 공급되고, 상부접촉편(12)이 하부접촉편(13)과 떨어짐에 의하여 전원이 차단된다.

그런데, 상기와 같은 기존의 전원차단기는 단순하게 전기설비에 과부하가 걸리는 등의 이상발생시 동작하여 전원공급을 차단시키는 것으로써, 전원공급의 차단된 전기설비의 갑작스런 동작중지로 인하여 부수적인 피해가 발생할 수 있는 문제점이 있었다.

예를 들어, 크게는 공장 등에서, 갑작스럽게 전원을 차단하면 공장설비의 가동이 중단되어 생산에 막대한 피해를 입게 될 수 있으며, 작게는 가정의 경우, 컴퓨터 등을 사용하고 있을 때 전원이 차단되면 중요한 데이타를 잃어버리게 되는 피해등이 발생할 수 있는 것이다.

본 고안은 상기와 같은 종래의 문제점들을 해결하고자 안출된 것으로써, 그 목적은 차단기내부의 접점온도를 감지하여 차단기 2차부하측의 전기설비증설 등으로 인한 부하증가 등을 검출하여 경고함으로써 전원차단전에 이를 해결하여 전원차단으로 인한 피해를 줄이고자 하는 전원차단기의 과열경보장치를 제공하는데 있는 것이다.

제 1 도 (A)는 종래 전원차단기의 외형을 보이는 구조도이다.

제 1 도 (B)는 종래 전원차단기의 내부구조를 보이는 단면도이다.

제 1 도 (C)는 종래 전원차단기의 온/오프작용을 보이는 윈리도이다.

제 2 도는 본 고안에 의한 전원차단기의 과열경보장치를 도시한 회로구성도이다.

제 3 도는 전원차단기에의 서미스터 설치예를 보이는 사시도이다.

제 4 도 (A)는 본 고안에 의한 과열경보장치가 연결된 전원차단기를 보이는 외형도이다.

제 4 도 (B)는 본 고안에 의한 과열경보장치의 외형도이다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

21 : 전원차단기22 : 온도검출부

23 : 온도표시부24 : 과열감지경보부

24a : 기준온도설정부24b : 비교부

24c : 경보부25 : 전원부

상술한 본 고안의 목적을 달성하기 위한 기술적인 수단으로써, 본 고안은 전원차단기에 있어서,

상기 전원차단기의 온도를 검출하는 온도검출부와,

상기 온도검출부에 의하여 검출된 차단기의 온도를 시각적으로 표시하는 온도표시부와,

상기 온도검출부에 의하여 검출된 차단기의 온도가 설정된 온도보다 높으면 경고표시를 하여 작업자에게 이상을 알리는 과열경보회로부를 구비함에 의한다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 고안의 구성 및 작용을 상세하게 설명하고자 한다.

제 2 도는 본 고안에 의한 전원차단기의 과열경보장치를 도시한 회로구성도로써, 전원차단기(21)의 고정된 접촉편에 설치되어 해당 접촉편의 온도를 감지하는 서미스터(T)로 이루어지는 온도검출부(22)와, 상기 서미스터(T)의 양단에 연결되어 저항값을 전류신호를 변환하는 저항/전류변환기(23a)와 상기 저항전류변환기(23a)로부터의 전류신호에 따른 온도를 디지탈값으로 나타내는 디지탈온도기(23b)로 이루어지는 온도표시부(23)와, 캐패시터(C1)와 다이오드(D1)과 다수의 저항(R1, VR1, R2)가 병렬로 연결한 후 상기 가변저항(VR1)으로부터 기준온도인출단이 연결되는 기준온도설정부(24a)와, 상기 기준온도설정부(24a)의 기준온도인출단에 그 음극이 연결되고 그 양극은 다수의 저항(R4), (R3) 및 가변저항(VR2)를 통해 상기 서미스터(T)에 그 양극이 연결되는 비교기(241)와 상기 비교기(241)의 출력단과 양극을 연결하는 저항(R5) 및 가변저항(VR3)으로 이루어지는 비교부(24b)와, 상기 비교부(24b)의 출력단에 직렬연결되는 두 저항(R9), (R10)과 상기 두 저항(R9, R10)의 접점에 그 베이스가 연결되는 트랜지스터(TR1)와 상기 트랜지스터(TR1)의 콜렉터에 저항(R12)를 통해 연결되는 경고램프(LED)와 상기 트랜지스터(TR1)의 콜렉터에 연결되는 다이오드(D2) 및 릴레이(RY2)와 상기 릴레이(RY2)가 여자될때 스위칭동작하는 스위치(SW)를 통해 전원에 연결되는 부저(BZ)로 이루어지는 경보부(24C)와, 상기 전원차단기(21)의 1차부하측에 1차코일이 연결되는 트랜스포머(TR)와 상기 트랜스포머(TR)의 1차코일에 연결되는 릴레이(RY1)와 상기 트랜스포머(TR)의 2차코일에 연결되어 그 2차코일로부터 출력되는 교류를 정류하여 상기 회로에 인가하는 브릿지회로(B)로 이루어지는 전원부(25)를 구비한다.

제 3 도는 전원차단기(21)에 설치된 서미스터(T)를 보여주는 사시도로써, 아크소호판(211)의 하부에 위치하는 가동접촉부(212)가 접촉되는 접점이 있는 고정접촉부(215)를 고정시키는 마그네트(214)에 고정용동판(221)을 이용하여 서미스터(T) 를 설치한다.

제 4 도 (A)는 본 고안에 따른 과열경보장치가 연결된 차단기의 외형을 보이는 도면으로써, 41은 서미스터(도시생략)이 설치된 전원차단기이고, 42는 상기 전원차단기(41)와 연결되며 온도표시부와 램프 및 부저가 구비되어 있는 과열경보장치이다.

제 4 도 (B)는 기존의 전자차단기에 용이하게 설치할 수 있도록 된 과열경보장치를 도시한 외형도로써, 43은 기존의 전자차단기에 삽입하기 쉬운 디스크형서미스터이다.

전자차단기에 있어서, 2차부하측 설비나 기기에 이상이 발생하면 해당 설비나 기기에 과다한 전류가 흐르게 되고, 그 과다한 전류에 의하여 발열이 발생하여 설비나 기기에 치명적인 손상이 발생하게 된다.

이때, 전자차단기에 온도는 2차부하측에 흐르는 전류와 관계가 있는데, 이는 주울의 법칙과 오음법칙으로 증명된다. 주울의 법칙에 의하면, H=0.24×I₂×R×T이고, 여기에서, H는 열량, 0.24는 주울계수, I는 전류, R은 저항, T는 시간을 나타낸다. 따라서, 온도는 전류의 제곱에 비례하고, 저항에 비례하며, 시간의 영향도 받는다. 상기에서, 전류 및 저항은 2차부하측에 문제가 발생하거나, 설비의 과다증설시에 가장 많은 영향을 받는 것으로써, 전원측의 접촉불량으로도 그 값은 증가한다. 그러므로, 온도의 변화는 2차부하측의 전류 및 저항변화를 나타낸다. 그리고, 2차부하측의 증설로 인하여 전력(P)의 사용이 증가하게 되면, 전류(I)가 증가하고(왜냐하면, P=V*I 이다), 이 전류증가에 의하여 주울열이 상승하여 온도도 증가한다.

따라서, 전원차단기의 온도변화를 검출함으로써, 그 2차부하측에 연결된 설비나 기기의 이상 및 부하증가 등을 검출할 수 있게 된다.

따라서, 본 고안은 전원차단기의 온도를 검출하여 2차부하측의 설비나 기기의 이상을 검출하고자 하는 것으로써, 제 3 도에 보인 바와 같이 온도를 검출할 수 있는 소자인 서미스터(T)를 전원차단기의 고정접촉부(215)에 구비되는 마그네트(214)에 부착한다.

상기 서미스터(T)는 주변온도에 따라 그 저항값이 변하는 소자로써, 상기 고정접촉부(215)를 흐르는 전류에 의한 주울열의 변화에 따라 그 저항값이 변하게 된다.

상기 서미스터(T)의 양단은 저항/전류변환기(23a)에 연결되어 있어, 이 저항/전류변환기(23a)는 상기 서미스터(T)의 저항값을 전류신호로 변환한다. 그리고, 이 전류신호는 디지탈온도기(23b)로 인가되어, 디지탈온도기(23b)를 동작시키고, 이에 디지탈온도기(23b)는 상기 서미스터(T)의 저항값에 대응하는 온도, 즉 차단기(21)의 온도를 숫자로 나타낸다.

상기 온도에 따른 서미스터(T)의 저항변화값은 아래 표 1 과 같다.

[표 1]

또한, 상기 서미스터(T)는 저항(R4) 및 가변저항(VR2)을 통해 비교기(241)의 +단자에 연결된다. 따라서, 상기 서미스터(T)의 저항값으로 전원전압이 분압되어 비교기(314)의 +단자에 인가된다.

그리고, 상기 비교기(241)의 -단자는 가변저항(VR1)에 연결되어 있는 것으로, 저항(R1, R2) 및 가변저항(VR1)에 의하여 전원전압이 분압되어 비교기(241)의 -단자로 인가된다. 이 -단자로 인가되는 전압이 +단자로 인가되는 서미스터(T)의 저항값에 대응하는 전압과 비교될 기준전압이 된다. 그러므로, 적업자의 의도에 따라 가변저항(VR1)을 조정하여 기준전압을 바꿀 수 있다. 상기 기준전압은 과열허용온도에 따라서 설정되어야 하는데, 기존의 전원차단기가 차단동작하는 온도보다 낮은 온도에 대응하도록 설정한다.

예를 들어, 전원차단기(21)가 차단동작하는 시점이 40℃라고 할 때, 온도가 40℃이상이 되면, 전원차단기(21)는 동작하여 전원공급을 차단시킨다. 본 고안은 전원공급이 차단되기 전에 이를 미리 경보하여 작업자가 수리 및 점검할 시간을 줌으로써 갑작스런 전원차단에 따른 피해를 막고자 하는 것이므로, 상기 전원차단기(21)가 동작하기 전에 알 수 있어야 한다. 따라서, 전원차단기(21)의 동작온도보다 낮은 온도(예를 들어, 30℃)에서 경보가 동작하도록 설정한다. 상기 설정온도(즉, 30℃)에 대응하는 기준전압의 설정방법은 상기 표 1 을 참고하여 서미스터(T)의 주변온도가 30℃일때의 저항값 24,72KΩ을 입력하고, 상기 가변저항(VR1)을 조정하여 비교기(241)로부터 하이레벨신호가 출력되도록 하는 것이다.

따라서, 비교기(241)는 그 -단자로 입력되는 기준전압에 그 +단자로 입력되는 차단기온도에 대응하는 전압을 비교하여, +단자로 인가되는 전압이 기준전압(-단자)보다 크면(즉, 설정온도보다 차단기의 온도가 높아지면) 하이레벨신호를 출력하고, 기준전압보다 작으면(즉, 설정온도보다 차단기의 온도가 낮으면) OV 이하의 로우레벨신호를 출력한다.

상기 비교기(241)의 출력신호는 저항(R9)을 통해 트랜지스터(TR1)의 베이스로 인가되므로, 트랜지스터(TR1)은 상기 비교기(241)의 출력신호에 따라서 도통/차단동작한다. 즉, 하이레벨신호가 출력되면(다시말해서, 설정온도보다 높으면) 트랜지스터(TR1)는 도통되고, 이에 전원이 콜렉터단자를 통해 흘러, 경고램프(LED)가 점등되며, 제 2 릴레이(RY2)가 여자되어, 스위치(SW)가 접점(NO)로 스위칭동작한다. 따라서 부저(BZ)로 동작전원이 인가되어, 부저(BZ)로부터 경고음이 출력된다.

반대로, 로우레벨신호가 출력되면(다시 말해서, 설정온도보다 낮으면), 트랜지스터(TR1)는 차단상태가 되므로, 경고램프(LED) 및 제 2 릴레이(RY2)에 전원이 인가되지 않아, 경고램프(LED)는 소동상태에 있고, 부저(BZ)는 동작하지 않는다.

상기한 회로들이 동작하기 위한 전원은 전원부(25)에 의하여 인가되는데, 이 전원부(25)는 전원차단기(21)의 2차측부하에 연결되어, 그 전원을 트랜스포머(TR)로 변환하고, 브릿지회로(B)에 의하여 직류로 정류하여 상기 회로에 인가한다.

그러므로, 본 고안에 의한 과열경보장치는 전원차단기(21)가 도통상태에 있을 때, 즉 설비나 기기로 전원이 인가되고 있을때에만 동작한다.

이와 같이, 본 고안에 가장 중요한 문제는 차단기의 정확한 온도를 검출하는 것으로써, 이를 위해서는 온도 감지가 신속하고 주위 온도변화에 영향을 작게 받으며 정밀도가 높은 센서를 채용하여야 한다. 본 고안에서는 이와 같은 조건을 만족하는 서미스터를 채용하였다. 이 서미스터는 반도체의 온도에 의한 저항 변화는 금속보다 크기 때문에 금속의 측온저항체보다 감도가 높으며, 또 비저항은 순수 금속에 비해서 훨씬 크므로 온도수감부분을 작게할 수 있다. 이 수감 부분이 작다는 것은 측정 대상과 열평형에 달하기 위하여 출입하는 열량이 작아도 된다는 것이므로, 대상의 상태를 혼란시키지 않고 측정할 수 있는 잇점이 있으며, 응답 속도도 빨리 할 수 있기 때문에 온도 측정이 우수하다.

본 고안에서는 서미스터(T)를 전원차단기(21)의 고정측접점단자에 부착하여 2차 부하측 설비상태감시는 물론 차단기자체의 접점불량도 검출할 수 있도록 하였다.

그리고, 과열경보회로의 동작전원은 전원차단기(21)의 2차부하측에서 인출하여 트랜스포머(TR)를 채용하여 전자회로(24)에 필요로 하는 전원으로 변환하여 사용하므로 차단기(21)에 전원이 투입되기 전에는 과열경보회로가 동작하지 않는다.

그러므로, 별도의 경보회로를 위한 전원도 필요하지 않게 되어 전력손실도 줄이고 경보회로에 별도의 전원스위치를 설치하지 않아도 된다.

그리고, 과열경보설정온도는 기존차단기의 허용기준온도인 40℃보다 낮은 온도로 설정하는데, 이때 설비점검자가 충분히 조치할 수 있는 시간적인 여유를 반영하여야 한다. 본 고안에서는 과열경보설정온도를 약 30℃로 설정하였는데, 정격전류의 125%의 전류가 흐를 경우, 30℃에서 차단기동작온도인 40℃까지는 약 60분이 소요되는 것으로 측정되어 충분한 시간적 여유를 갖을 수 있게 되는 것이다.

제 4 도는 본 고안에 의한 과열경보장치를 모듈화시켜 전원차단기에 부착한 예를 보이는 외형도이다. 이와 같이, 현재온도를 나타내는 표시부와 부저 및 램프가 외부에 나타나게 모듈화시키고 제 4 도 (B)와 같이 전원차단기내에 삽입될 서미스터를 디스크형으로 하여 부착이 용이하도록 하게 할 수도 있다.

상술한 바와 같이, 본 고안은 차단기의 동작전에 이를 미리 경고해 줌으로써, 갑작스런 전원공급차단으로 인한 중요설비의 피해를 최소활 할 수 있는 효과가 있으며, 또한 전원차단기의 접점불량을 검출할 수 있는 효과가 있으며, 부착된 디지탈온도계를 통해 전원차단기의 온도를 직접 확인할 수 있으므로, 작업자가 설비의 상태를 보다 정확하게 인식할 수 있게 하는 우수한 효과가 있는 것이다.

Claims (4)

1. 전원차단기에 있어서,

   상기 전원차단기의 온도를 검출하는 온도검출부와,

   상기 온도검출부에 의하여 검출된 차단기의 온도를 시각적으로 표시하는 온도표시부와,

   상기 온도검출부에 의하여 검출된 차단기의 온도가 설정된 온도보다 높으면 경고표시를 하여 작업자에게 이상을 알리는 과열경보회로부를 구비함을 특징으로 하는 전원차단기의 과열경보장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 온도검출부는 전원차단기의 고정접촉부에 부착되는 서미스터(T)로 이루어짐을 특징으로 하는 전원차단기의 과열경보장치.
3. 제 1 항 및 제 2 항에 있어서,

   상기 과열경보회로부는

   상기 전원차단기의 2차부하측단자에 그 1차측코일이 연결되는 트랜스포머(TR)와 상기 트랜스포머(TR)의 2차코일에 연결되어 교류를 정류하는 브릿지회로(B)로 이루어지는 전원부(25)와,

   상기 전원부로부터 인가되는 동작전원을 소정 전압으로 분압하는 직렬결합된 다수의 저항(R1, R2) 및 가변저항(VR1)과 상기 저항들(R1, R2, VR1)에 병열연결되는 다이오드(D1)와 캐패시터(C2)로 이루어지는 기준온도설정부(24a)와,

   상기 전원부로부터 인가되는 동작전원을 그 저항비로 분압하도록 저항(R3)와 가변저항(VR2)을 직렬결합하고, 상기 가변저항(VR2)의 타단을 상기 서미스터(T)에 연결하며, 상기 저항(R3)와 가변저항(VR2)의 접점을 저항(R4)를 통해 비교기(241)의 +단자에 연결하고, 상기 비교기(241)의 -단자는 상기 기준온도설정부(24a)의 가변저항(VR1)에 연결하며, 상기 비교기의 출력단과 +단자사이에 저항(R5) 및 가변저항(R8, VR3)가 연결되는 비교부(24b)와,

   상기 비교부(24b)의 출력단이 저항(R9)를 통해 트랜지스터(TR1)의 베이스에 연결하며, 상기 베이스는 저항(R10)을 통해 그라운드시키고, 그 콜렉터에는 저항(R12) 및 경고램프(LED)를 통해 전원단에 연결하고, 또한 릴레이(RY2)를 연결하며, 상기 릴레이의 여자스위치(SW)를 부저(BZ)의 전원인가단에 연결하는 경보부(24c)로 이루어짐을 특징으로 하는 전원차단기의 과열경보장치.
4. 제 1 항 및 제 2 항에 있어서,

   상기 경보장치의 동작기준온도는 전원차단기의 차단동작설정온도보다 낮게 설정함을 특징으로 하는 전원차단기의 과열경보장치.