KR19990057441A - 역위상 변압기를 이용한 누설전류 경보/차단 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전기기기에서 누설되는 누설전류를 검출하여 누전되는 전기기기에 공급되는 전원을 차단함으로써 감전사고를 방지하기 위한 장치에 관한 것으로, 특히, 변압기 2차측에서 출력되는 교류전원의 위상이 대지접지전위점을 기준으로 상호 반대인 역위상변압기(10)와; 상기 역위상변압기(10)의 출력단에 접속되어 가상접지전위점을 형성하는 가상접지부(40)와; 상기 가상접지부(40)의 가상 접지전위점에 접속된 전기기기의 표면을 이루는 전기기기도전성물질(30)과; 상기 전기기기도전성물질(30)를 통해 전류가 누설되는 지의 여부를 지속적으로 검출하여, 전류가 누설될 경우 이를 나타내는 신호를 출력하는 누전검출부(50)와; 상기 누전검출부(50)에서 전류가 누설된다는 신호가 인가될 경우, 전기기기에 공급되는 전원을 차단하는 전원제어부(60)와; 상기 누전검출부(50)에서 전류가 누설된다는 신호가 인가될 경우, 이를 나타내는 경보신호를 출력하는 경보신호발생부(70)와; 교류전원을 직류전원으로 변환하여, 상기 누전검출부(50)와, 전원제어부(60) 및 경보신호발생부(70)에 인가하는 직류전원공급부(20)를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 역위상 변압기를 이용한 누설전류 경보/차단 장치이다.

이러한 본 발명은, 누전이 발생하였을 경우 전기기기에 공급되는 전원을 차단함과 동시에 이를 나타내는 경보신호를 시각표시장치와 청각표시장치를 통해 나타내줌으로써, 감전사고를 방지할 수 있게 되는 효과가 있는 것이다.

Description

역위상 변압기를 이용한 누설전류 경보/차단 장치

본 발명은 전기기기에서 누설되는 누전전류를 검출하여 누전되는 전기기기에 공급되는 전원을 차단함으로써 감전사고를 방지하기 위한 장치에 관한 것으로, 특히, 변압기 2차측에서 출력되는 교류전원의 위상이 대지(大地)접지전위(이하 접지전위라 한다.)점을 기준으로 상호 반대인 역위상 변압기의 특성을 이용하여, 세탁기, 냉장고, 전자레인지, 전동기, 전기히터 등의 감전 위험이 있는 전기기기에서 누설되는 누설전류를 검출하여, 전기가 누전되고 있다고 판단될 경우, 상기 전기기기에 인가되는 전원을 차단함과 동시에 이를 경보하여 줌으로써, 감전사고를 방지하기 위한 것이다.

주지하다시피, 세탁기, 냉장고, 전자레인지, 전동기, 전기히터 등의 전기기기는 제품의 특성상 그 표면이 도전성 물질로 이루어져 있다.

따라서, 상기 전기기기에서 누전이 발생되고 있는 상태에서 사용자가 접촉하게 되면 감전사고가 발생하게 된다.

그러므로, 도전성 물질을 이용하여 제품의 표면을 형성할 경우에는, 첫째, 그 표면을 비도전성 물질(예: 페인트)로 코딩하고, 둘째, 접지단자를 설치하여 접지선을 통해 이를 접지전위점(또는 접지전위를 가지는 접지단자)에 접속하도록 하며, 셋째, 누전차단기를 통해 전기기기에 전원을 공급되도록 함으로써 감전사고를 예방하였다.

다시말해, 첫째, 도전성 물질로 이루어진 제품의 표면을 비도전성 물질로 코팅함으로써 사용자와 제품 표면의 접촉을 방지하였고, 둘째, 접지단자를 설치하여 이를 접지선을 통해 접지점위점에 접속하도록 함으로써(예를들어, 땅에 묻거나, 건물의 접지단자에 접속하도록 함으로써), 전기기기에서 누전이 발생하였을 경우, 이를 접지전위점으로 흐르도록 유도하였으며, 셋째, 누전차단기를 통해 전기기기에 전원을 인가함으로써, 누전 발생시 전기기기에 공급되는 전원을 차단하여 감전사고를 방지하도록 하였다.

그러나, 상기와 같은 종래의 감전사고 방지 방법 중 첫 번째 방법인 비도전성 물질을 코팅하는 방법은, 제품의 오랜 사용이나 긁힘등으로 인하여 상기 비도전성 물징의 코팅이 벗겨졌을 경우에는, 인체가 이에 접촉하게 되어 감전사고를 유발하게 된다는 문제점이 있었다.

또한, 접지단자와 접지선을 이용하여 전기기기의 도전성 물질을 대지의 접지전위점에 접속하도록 하는 상기 두 번째 방법은, 사용자의 부주의나 방법상의 어려움으로 인하여 전기기기의 도전성 물질을 접지전위점에 접속시키기 못하는 경우가 발생해 감전사고를 유발하게 된다는 문제점이 있었다.

예를 들어, 세탁기, 전자레인지, 냉장고 등의 전기기기에는 제품 외부로 접지선이 돌출되어 이를 접지전위점에 접속시키도록 되어 있으나, 전자레인지나 세탁기 등의 설치위치(사용위치)가 대지의 접지전위점과는 거리상 많이 이격되어 있어, 이를 접지전위점에 접속시키기가 용이하지 않다는 문제점이 있었다.

즉, 통상적으로 전자레인지나 냉장고의 경우에는 부엌에, 세탁기의 경우에는 세면실에 설치하는 것으로, 상기의 설치장소는 대지와는 많은 거리를 두고 있어(아파트의 경우에는 더욱 먼 거리를 두고 있음) 대지에 매설할 수 없고, 3구 콘센트를 사용하는 경우에는 접지단자가 설치되지 않은 건물이 많아 이를 이용할 수 없어, 결과적으로 전기기기의 접지단자에서 인출된 접지선을 접지전위에 접속시킬 수가 없게 된다는 문제점이 있었다.

이하, 누전차단기를 통해 전기기기에 전원을 인가하는 세 번째 방법에 대해 설명하면 다음과 같다.

주지하다시피, 누전되는 전기기기에 인체가 접촉되었을 경우에는 "전원인가단자→전기기기의 도전성 물질→인체→대지"로 이루어지는 폐루프가 형성된다.

이때, 인체를 통과하는 전류는, 그 주기가 심장의 맥동 주기를 초과하여 1초당 50mA(50 미리 암페어) 이상을 초과하게 되면 인체에 치명적인 영향을 미치게 된다. 따라서, 누전차단기는, 감전전류 30mA 이하, 동작시간 0.1초 이하인 고감도, 고속인 것이 요구된다.

그러나, 상기와 같은 누전차단기를 통해 전기기기에 전원을 인가할 경우에도, 첫째, 전기기기를 접지전위점에 접속하지 않았을 경우에는 누전을 검출할 수 없다는 문제점이 있으며, 둘째, 비록 전기기기를 접지단자 및 접지선을 통해 접지전위점에 접속한 경우에도, 전기기기 온/오프(ON/OFF)시, 공급되는 전원선의 모두를 차단하는 경우(예를 들어, 단상 2선식 전원의 경우, 전원 스위치 오프시 상기 두선 모두 차단하는 경우)에는 누전을 검출할 수 없어 감전사고를 야기하게 된다는 문제점이 있었다.

다시말해, 전기기기를 접지전위점에 접속하지 않았을 경우에는, 비록 누전이 되고 있다 할지라도 누전되는 전류의 폐루프(전원인가단자→전기기기→접지선→대지로 이루어지는 폐루프)가 형성되지 않아 전류의 균형이 깨어지지 않게 되고, 이로인해 인체로 인한 폐루프(전원인가단자→전기기기→인체(이때 접지선은 접지전위점에 접속되지 않은 플로팅(FLOATING) 상태이므로 제외된다.)→대지로 이루어지는 폐루프)가 형성되기 전까지는 누전차단기가 이를 감지하지 못하게 된다는 문제점이 있었다.

즉, 누전차단기를 전원의 양 전원선에 흐르는 전류의 양을 검출하여, 전기기기에 유입되었다가 유출되는 전류의 양이 동일하지 않을 경우 이를 누전이라 판단하여 동작하게 되는데, 전기기기를 접지전위점에 접속시키지 않았을 경우에는 누설되는 전류의 방출 경로가 형성되지 않아 전기기기에 유입되었다가 유출되는 전류의 양이 거의 비슷해지고, 이로인해 누전을 검출할 수 없게 되어 누선사고를 야기하게 된다는 문제점이 있었다.

또한, 전기기기를 접지전위점에 접속하였을 경우에도, 상기 전기기기에 공급되는 전원선을 동시에 모두 온/오프 시키게 되면, 전기기기에 공급되는 전원을 차단하였을 경우에는 누전을 감지할 수 없게 된다는 문제점이 있었다.

즉, 상술한 종래의 누전차단기는 누전차단기를 통해 공급되는 전류의 양과, 전기기기 등으로 이루어진 폐루프를 통해 되돌아오는 전류의 양을 검출하여, 양자가 동일하지 않을 경우 이를 누전이라 판단하여 동작하는 것으로, 전기기기에 공급되는 양 전원선이 오프된 상태에서는, 누전되는 전기기기를 통해 누설되는 전류가 없으므로 이를 검출할 수 없게 된다.

따라서, 전기기기에 공급되는 양 전원선이 차단된 상태에서 누전요인이 발생되어 누전이 되더라도 이를 검출할 수 없게 된다. 그러므로, 상기 누전되는 전기기기에 전원이 인가되는 순간에 누전이 발생하게 되고, 이로인해 감전사고를 유발하게 된다는 문제점 등이 있었다.

본 발명의 목적은 상기와 같은 종래의 문제점을 해소하기 위한 것으로, 특히, 역위상 변압기 2차측 출력단자에 가상접지전위점을 설치한 후, 상기 가상접지전위점에 전기기기의 표면을 이루는 도전성 물질을 접속하여, 누전이 발생할 경우 상기 가상접지전위점을 통해 전류가 흐르도록 함으로써, 전기기기를 대지의 접지전위점에 접속하지 않더라도 누전을 검출할 수 있도록 한 것이다. 또한, 누전이 발생하였을 경우에는 전기기기에 공급되는 전원을 차단함과 동시에 이를 경보하여 줌으로써, 누전으로 인한 감전사고를 방지할 수 있는 "역위상 변압기를 이용한 누설전류 경보/차단 장치"를 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명 "역위상 변압기를 이용한 누설전류 경보/차단 장치"는, 변압기 2차측에서 출력되는 교류전원의 위상이 대지접지전위점을 기준으로 상호 반대인 역위상변압기와; 상기 역위상변압기의 출력단에 접속되어 가상접지전위점을 형성하는 가상접지부와; 상기 가상접지부의 가상 접지전위점에 접속된 전기기기의 표면을 이루는 전기기기도전성물질과; 상기 전기기기도전성물질을 통해 전류가 누설되는 지의 여부를 지속적으로 검출하여, 전류가 누설될 경우 이를 나타내는 신호를 출력하는 누전검출부와; 상기 누전검출부에서 전류가 누설될다는 신호가 인가될 경우, 전기기기에 공급되는 전원을 차단하는 전원제어부와; 상기 누전검출부에서 전류가 누설될다는 신호가 인가될 경우, 이를 나타내는 경보신호를 출력하는 경보신호발생부와; 교류전원을 직류전원으로 변환하여, 상기 누전검출부와, 전원제어부 및 경보신호발생부에 인가하는 직류전원공급부를 포함하여 구성됨을 그 기술적 구성상의 특징으로 한다.

또한, 상기 가상접지부는, 동일한 크기의 제1저항과 제2저항을 직렬로 접속한 후, 상기 직렬로 접속된 제1저항과 제2저항의 공통접속점에 접속된 단자 이외의 단자를 역위상변압기 2차측 출력단에 각기 접속함으로써, 상기 제1저항과 제2저항의 공통접속점이 대지 접지전위를 가지는 가상접지전위점이 되도록 함을 특징으로 한다.

또한, 상기 가상접지부는, 동일한 크기의 제1콘덴서와 제2콘덴서를 직렬로 접속한 후, 상기 직렬로 접속된 제1콘덴서와 제2콘덴서의 공통접속점에 접속된 단자 이외의 단자를 역위상변압기 2차측 출력단에 각기 접속함으로써, 상기 제1콘덴서와 제2콘덴서의 공통접속점이 대지 접지전위를 가지는 가상접지전위점이 되도록 함을 특징으로 한다.

또한, 상기 누전검출부는, 전기기기도전성물질과 가상접지부 사이에 접속되어, 상기 전기기기도전성물질에서 전류가 누설될 경우, 이에 대한 전위차를 형성하는 저항과; 상기 저항에 보호저항을 통해 병렬접속된 발광부와, 직류전원공급부에서 공급되는 (+) 전위에 접속된 수광부로 이루어져, 상기 저항에 전위차가 발생할 경우 상기 발광부에서 입사되는 광량에 비례하는 전압, 또는 전류를 출력하는 광스위칭수단으로 구성됨을 특징으로 한다.

또한, 상기 누전검출부는, 전기기기도전성물질과 가상접지부 사이에 접속되어, 상기 전기기기도전성물질에서 전류가 누설될 경우, 이에 대한 전위차를 형성하는 저항과; 상기 저항에 보호저항을 통해 병렬접속된 발광부와, 직류전원공급부에서 공급되는 (+) 전위에 접속된 수광부로 이루어져, 상기 저항에 전위차가 발생할 경우 상기 발광부에서 입사되는 광량에 비례하는 전압, 또는 전류를 출력하는 광스위칭수단과; 상기 광스위칭수단에서 출력되는 전압, 또는 전류를 기 설정된 소정의 기준값과 비교하여, 상기 광스위칭수단에서 출력되는 전압, 또는 전류의 값이 상기 기준값 이상일 경우에만 신호를 출력하는 비교수단을 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

또한, 상기 누전검출부는, 전기기기도전성물질과 가상접지부 사이에 접속되어, 상기 전기기기도전성물질에서 전류가 누설될 경우, 이에 대한 전위차를 형성하는 저항과; 상기 저항에 보호저항을 통해 병렬접속된 발광부와, 직류전원공급부에서 공급되는 (+) 전위에 접속된 수광부로 이루어져, 상기 저항에 전위차가 발생할 경우 상기 발광부에서 입사되는 광량에 비례하는 전압, 또는 전류를 출력하는 광스위칭수단과; 상기 광스위칭수단에서 출력되는 전압, 또는 전류를 증폭하여 출력하는 증폭수단을 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

또한, 상기 누전검출부는, 전기기기도전성물질과 가상접지부 사이에 접속되어, 상기 전기기기도전성물질에서 전류가 누설될 경우, 이에 대한 전위차를 형성하는 저항과; 상기 저항에 보호저항을 통해 병렬접속된 발광부와, 직류전원공급부에서 공급되는 (+) 전위에 접속된 수광부로 이루어져, 상기 저항에 전위차가 발생할 경우 상기 발광부에서 입사되는 광량에 비례하는 전압, 또는 전류를 출력하는 광스위칭수단과; 상기 광스위칭수단에서 출력되는 전압, 또는 전류를 증폭하여 출력하는 증폭수단과; 상기 증폭수단에서 출력되는 전압, 또는 전류를 기 설정된 소정의 기준값과 비교하여, 상기 광스위칭수단에서 출력되는 전압, 또는 전류의 값이 상기 기준값 이상일 경우에만 신호를 출력하는 비교수단을 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

또한, 상기 전원제어부는, 전기기기의 전원입력단에 접속되며, 소정의 제어신호에 의해 동작되어, 상기 전기기기에 공급되는 전원을 차단하는 릴레이와; 상기 누전검출부에서 출력되는 신호에 의해 동작되어, 상기 릴레이의 동작을 제어하는 스위칭수단으로 구성됨을 특징으로 한다.

또한, 상기 경보신호발생부는, 상기 누전검출부에서 출력되는 신호에 의해 동작되어, 누전이 되고 있음을 나타내는 시각표시수단과; 상기 누전검출부에서 출력되는 신호에 의해 동작되어, 누전이 되고 있음을 나타내는 청각표시수단으로 구성됨을 특징으로 한다.

또한, 상기 직류전원공급부는, 이중절연변압기를 사용한 정류회로로 구성함을 특징으로 한다.

상기 이중절연변압기를 사용한 정류회로는, 이중절연변압기와; 상기 이중절연변압기의 2차측에 접속되어 교류를 전파 정류하는 브릿지전파정류회로와; 상기 브릿지전파정류회로의 전파신호 출력단에 병렬접속되어, 상기 브릿지전파정류회로에서 출력된 전압을 소정의 값 이하로 제한하는 제너다이오드와; 상기 제너다이오드에 병렬 접속되어, 상기 제너다이오드를 통해 인가되는 전압을 평활하는 평활콘덴서로 구성됨을 특징으로 한다.

이러한 본 발명 " 역위상 변압기를 이용한 누설전류 경보/차단 장치"는, 역위상변압기의 특성을 이용하여 대지 접지전위점을 갖는 가상접지부를 만들어, 상기 가상접지부의 가상접지전위점에 전기기기의 표면을 이루는 도전성 물질을 접속한 후, 누전검출부를 통해 누전 여부를 지속검출하여, 누전이 발생하였을 경우에는 전기기기에 공급되는 전원을 차단함과 동시에 이를 나타내는 경보신호를 시각표시수단과 청각표시수단을 통해 나타내줌으로써, 감전사고를 방지할 수 있게 되는 것이다.

도 1a는 단상 2선식 교류전원의 접지상태를 나타낸 도면,

도 1b는 도 1a의 파형을 나타낸 도면,

도 2a는 역위상 변압기의 구성을 나타낸 회로도,

도 2b는 도 2a의 2차측 교류전원의 출력파형을 접지전위점을 기준으로 하여 나타낸 도면,

도 3a는 역위상 변압기의 다른 구성을 나타낸 회로도,

도 3b는 도 3a의 2차측 교류전원의 출력파형을 나타낸 도면,

도 4 는 본 발명 "역위상 변압기를 이용한 누설전류 경보/차단 장치"의 구성을 나타낸 블록도,

도 5 는 본 발명 "역위상 변압기를 이용한 누설전류 경보/차단 장치"의 일 실시예를 나타낸 회로블록도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 역위상 변압기20 : 직류전원공급부

30 : 전기기기도전성물질40 : 가상접지부

50 : 누전검출부60 : 전원제어부

70 : 경보신호발생부71 : 시각표시수단

72 : 청각표시수단A : 전기기기

이하, 본 발명 " 역위상 변압기를 이용한 누설전류 경보/차단 장치"의 기술적 사상에 따른 일 실시예를 들어 첨부된 도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 실시예에서는, 직류전원공급부를 이중절연변압기를 사용하는 정류회로로 구성하고, 가상접지부를 역위상변압기 2차측에서 출력되는 전압을 1/2로 분압하는 두 개의 저항으로 구성하여 그 공통접속점을 가상접지전위점으로 하며, 누전검출부를 저항과 광스위칭수단 및, 비교수단을 사용하여 구성한다.

또한, 상기 광스위칭수단은 포토커플러(PHOTO COUPLER)로 구성하며, 경보신호발생부의 시각표시수단은 LED(LIGHT EMITTING DIODE)로, 청각표시수단은 부저로 구성한다.

또한, 상기 비교수단을 이루는 비교기는 전압의 크기를 비교하는 비교기를 사용하여 구성한다.

한편, 본 발명에서 사용하는 역위상 변압기는 본인의 선출원 발명인 대한민국 특허출원 제 97-67993호 " 역위상 변압기"와, 본인이 동일자로 특허출원하는 " 역위상 변압기"에서 제안된 것으로, 이에는 1:1 역위상 변압기와 1:M 역위상 변압기가 있다. 여기서 M은 2차측 코일권선수를 의미한다.

상기 1:1 역위상 변압기의 일 예는, 도 2a에서 도시되는 바와 같이, 코일을 자성체를 중심으로 N회 동일방향으로 권취한 후, 상기 코일의 시작점에 1차측 전원의 핫라인을 접속하고, 상기 코일의 2N/3회 권취 지점에 1차 전원의 콜드 라인을 접속하고, 상기 코일의 1N/3회 권취 지점과, 끝점에서 2차측 전원이 출력되도록 하여, 상기 코일의 1N/3회 권취 지점과, 끝점에서 출력되는 2차측 전원의 위상이 상호 반대가 되도록 구성된다.

또한 상기 1:M 역위상 변압기의 일 예는, 도 3a에서 도시되는 바와 같이, 코일을 자성체를 중심으로 N회 동일방향으로 권취한 후, 상기 코일상의 임의의 두 지점에 1차측 전원의 핫라인과 콜드라인을 각각 접속하고, 상기 콜드라인의 접속점을 중심으로 하여, 일측 방향으로 다수개의 접점을 설치하고, 타측 방향으로 상기 일측 방향에 설치된 다수개의 각 접점과 코일 권선수가 각각 대칭되는 위치에 동일 수의 접점을 설치하여, 상기 콜드라인의 접속점을 중심으로 코일 권선수가 동일한, 상호 대칭되는 접점을 각 쌍으로 하여, 각 쌍에서 전압이 상이하며, 위상이 상호 반대되는 다수개의 2차측 전원이 출력되도록 구성된다.

여기서, 상기 콜드라인은 대지에 접지된 전원선을 말하는 것이며, 핫라인은 대지에 접지되지 않는 전원선을 말한다. 즉, 가정, 또는 공장 등의 전원 사용처에 전원이 인가되기 전, 변압기 등에서 대지에 접지된 전원선을 콜드라인이라 하며, 그렇지 않은 전원선을 핫라인이라 한다.

또한, 상기 자성체는, 철, 니켈, 강철, 코발트 및, 이들의 혼합물이나 저주파 특성이 좋은 규소강판 등으로 구성된다.

또한 도면중 미설명 부호 (a, f)는 1차측 전원의 핫라인 접속점을, (c, j)는 1차측 전원의 콜드라인 접속점을, (b, d, e, g, h, i, k, l, m, n)은 2차측 전원 출력탭을, (b', d', e', g', h', i', k', l', m', n')은 2차측 전원 출력단자를, (b", d", e", g", h", i", k", l", m", n")은 2차측 전원 출력단자에서 출력되는 전압파형을 각각 나타낸 것이다.

이와 같이 구성된 역위상 변압기는, 2차측에서 출력되는 양단자간의 위상이 접지전위점을 기준으로 상호 반대가 되도록 하여, 접지전위점을 기준으로 한 각 출력단자의 전위차가, 출력단자 양단간 전위차의 1/2이 되도록 함으로써, 전압의 크기에 비례하는 전기장의 발생을 감소시킨 것이다.

즉, 도 1a와 도 1b에 예시한 바와 같은 110V의 교류전원이 1차측에 인가될 경우, 1:1 역위상 변압기의 경우에는 도 2b와 같은 교류전원으로, 1:M 역위상 변압기의 경우에는 도 3b와 같은 교류전원으로 바꾸어 출력시키게 되는 것이다.

다시말해, 도 1a, 도 1b와 같이, 접지전위점을 기준으로 할 때 110V의 전위차를 갖는 교류전원을 1차측에 인가하게 되면, 이를 역이상 변압기에서 변화시켜, 1:1 역위상 변압기의 경우에는 (+)55V와 (-)55V의 교류전원을 각 출력단자에 출력시켜 양 출력단자 사이의 전위차가 110V가 되도록 하고, 1:M 역위상 변압기의 경우에는 원하는 출력 전압의 1/2 크기를 갖는 교류전원을 각 출력단자에 출력시켜 양 출력단자 사이의 전위차가 원하는 값이 되도록 함으로써, 전기장의 발생을 감소시킨 것이다.

즉, 역위상 변압기 2차측 교류전원 출력단자 사이의 1/2 지점(2차측 전원을 형성하는 코일 권선수가 1/2 되는 지점)을 접지전위점에 접속함으로 인해, 2차측 교류전원 출력단자 사이의 전위차는 전기기기의 동작 전위차가 되나, 각 교류전원 출력단자의 전위차는 접지전위점을 기준으로 할 때 동작 전위차의 1/2이 되도록 함으로써, 전위차가 커질수록 증가되는 전기장의 발생을 근본적으로 감소시킨 것이다.

<실시예>

먼저, 도 4에서 도시되는 바와 같이, 역위상변압기(10)의 출력단에 직류전원공급부(20)와, 전기기기(A)와, 가상접지부(40)를 접속한 후, 상기 가상접지부(40)의 가상접지전위점에 전기기기의 표면을 이루는 전기기기도전성물질(30)을 접속한다.

또한, 상기 전기기기도전성물질(30)에서 가상접지부(40)의 가상접지전위점으로 흐르는 누설전류를 검출하도록 누전검출부(50)를 설치한 후, 상기 누전검출부(50)의 출력단에 전원제어부(60)와, 경보신호발생부(70)를 접속하여 본 실시예를 구성한다.

여기서, 상기 가상접지부(40)는, 도 5에서 도시되는 바와 같이, 동일한 크기의 저항값을 갖는 제1저항(R1)과 제2저항(R2)을 직렬 접속한 후, 이를 역위상 변압기(10)의 2차측 전원 출력단에 병렬 접속하여 구성한다.

이때, 가상접지전위점(G)은, 상기 제1저항(R1)과 제2저항(R2)의 공통접속점이 된다.

또한, 상기 누전검출부(50)는, 상기 전기기기도전성물질(30)에서 전류가 누설될 경우, 이에 대한 전위차를 형성하는 저항(R4)을 전기기기도전성물질(30)과 가상접지부(40)의 가상접지전위점(G) 사이에 접속하고, 상기 저랑(R4)에 보호저항(R5)을 통해 포토커플러(PC)의 발광부를 병렬 접속하고, 상기 포토커플러(PC)의 수광부 출력단에 비교기(COMP)를 접속하여 구성한다.

도면중 미설명 부호 (R10)은 출력저항이다.

또한, 상기 비교기(COMP)의 반전 입력단에 접속된 저항 (R6)과 (R7)은, 직류전원공급부(20)에서 공급되는 전압을 상기 (R6)과 (R7)의 저항값 크기에 따른 비율로 분압하여, 상기 비교기(COMP)의 기준값으로 설정하기 위한 분압저항이다.

또한, 상기 비교기(COMP)의 출력단에 제1스위칭 트랜지스터(TR1)의 베이스 단자를 접속하고, 상기 제1스위칭 트랜지스터(TR1)의 스위칭 동작에 의해 릴레이(RL)가 동작하도록 릴레이 코일(RC)을 접속하며, 상기 릴레이 코일(RC)에 의해 동작하는 릴레이 스위치(RSW1, RSW2)를 전기기기(A)의 전원 입력선 양단에 각각 접속하여, 상기 제1스위칭 트랜지스터(TR)의 스위칭 동작에 따라 전기기기(A)에 공급되는 전원을 제어하도록 구성한다.

여기서, 상기 릴레이 스위치(RSW1, RSW2)는, 릴레이(RL) 오프시, 즉 스위칭 트랜지스터(TR)가 오프 될 때, 상시 온 되어 있는 스위치이며, 다이오드(D)는 릴레이 보호용 다이오드이다.

한편, 상기 비교기(COMP)의 신호 출력단에 보호저항(R12)을 통해 제2스위칭 트랜지스터(TR2)의 베이스 단자를 공통접속한 후, 상기 제2스위칭 트랜지스터(TR2)의 스위칭 동작에 의해 시각표시수단(71)인 LED(LED)와, 청각표시수단인 부저(BZ)를 보호저항(R8, R9)을 통해 직류전원공급부(20)의 (+)전원에 접속하여 경보신호발생부(70)를 구성한다.

도면중 미설명 부호 (R11)은 풀업저항을 나타낸 것이다.

또한, 이중절연변압기(T)의 1차측에 역위상 변압기의 2차측 교류전원을 접속하고, 2차측에 브릿지전파정류회로(BD)와, 출력저항(R1)과, 제너다이오드(ZD) 및 평활콘덴서(C1)를 순차적으로 접속하여 상기 직류전원공급부(10)를 구성한다.

도면중 미설명 부호 (SW1)과 (SW2)는, 사용자에 의해 조작되어, 상기 전기기기(A)에 인가되는 전원을 제어하는 스위치이다.

이하, 상기와 같이 구성된 본 실시예의 동작을 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 전기기기(A)의 표면을 이루는 전기기기도전성물질(30)에서 누설전류가 발생하지 않을 경우에 대해 설명하면 다음과 같다.

전기기기도전성물질(30)에서 누전이 되지 않으면, 상기 저항 (R4)에 의한 전위차가 영(ZERO)이므로, 포토커플러(PC)의 발광부가 동작하지 않게 된다.

그러면, 상기 포토커플러(PC)의 수광부가 오프 상태를 유지하여 비교기(COMP)의 비반전 입력단자(+)에 인가되는 전압이 영이 되어, 상기 비교기(COMP)에서 출력되는 전압이 (-)가 된다.

따라서, 제1스위칭 트랜지스터(TR1)와, 제2스위칭 트랜지스터(TR2)가 오프되어, 상기 LED(LED)와, 부저(BZ)가 동작하지 않게 됨과 동시에, 릴레이(RL)의 릴레이 코일(RC)에 전류가 흐르지 않게 된다.

그러므로, 상시 온 상태를 유지하는 릴레이 스위치(RSW1, RSW2)가 동작하지 않게 되어 전기기기(A)에 전원이 공급되게 되는 것으로, 이로인해 상기 전기기기(A)는 정상동작을 하게 된다.

그러나, 전기기기(A)의 표면을 이루는 상기 전기기기도전성물질(30)에서 누설전류가 발생하였을 경우에는, 상기 누설되는 전류가 저항(R4)을 통해 가상접지부(40)의 가상접지전위점(G)으로 흐르게 되므로, 상기 저항(R4) 양단간에 전위차가 생기게 된다.

또한, 상기 저항(R4) 양단에 전위치가 발생되면 상기 전위차로 인하여 포토커플러(PC)의 발광부가 온 되게 된다.

그러면, 상기 발광부에서 입사되는 광량에 비례하는 전압이 포토커플러(PC) 수광부의 출력단에 비교기(COMP)의 비반전 입력단자(+)에 입력되게 된다.

이후, 상기 비교기(COMP)는, 상기 포토커플러(PC)의 수광부에서 출력되는 전압을 비교기(COMP)의 반전 입력단자(-)에 설정된 기준값과 비교하여, 그 값이 클 경우에는 (+)전압을 출력하고, 상기 기준값 보다 작을 경우에는 (-)전압을 출력하게 된다.

이때, 상기 비교기(COMP)에서 출력된 전압이 (-)전압일 경우에는 상기 정상동작일 경우와 동일한 동작을 하게 된다. 이는 상기에서 설명한 바와 같으므로 설명을 생략한다.

한편, 상기 비교기(COMP)에서 출력된 전압이 (+)전압이 경우에는, 제1스위칭 트랜지스터(TR1)와, 제2스위칭 트랜지스터(TR2)가 온 되어, 상기 LED(LED)와, 부저(BZ)가 동작함과 동시에, 릴레이(RL)의 릴레이 코일(RC)에 전류가 흐르게 된다.

상기 릴레이 코일(RC)에 전류가 흐르게 되면, 상시 온 상태를 유지하는 릴레이 스위치(RSW1, RSW2)가 동작하게 되어 오프되므로, 전기기기(A)에 공급되는 전원이 차단되게 되는 것이다.

즉, 전기기기도전성물질(30)에 흐르는 누설전류가 상기 저항 (R6)과 (R7)에 의해 설정한 기준값 이상일 경우에는, 시각표시수단(71)인 LED(LED)과 청각표시수단(72)인 부저(BZ)를 통해 사용자에게 누전되고 있음을 알림과 동시에, 릴레이(RL)를 통해 전기기기(A)에 공급되는 전원을 차단함으로써, 감전사고를 방지할 수 있게 되는 것이다.

이때, 상기 저항(R6)과 (R7)의 분압비, 즉 기준값을 조정하면 상기 전원제어부(60)과, 경보신호발생부(70)가 동작하게 되는 누설전류의 양을 조절할 수 있는 것으로, 실제에 있어서는 1mA 이하에서 동작하도록 구성된다.

따라서, 누전에 의한 감전사고를 방지할 수 있게 되는 것이다.

그러나, 상기의 실시예에 있어서는, 광스위칭수단인 포토커플러에서 출력되는 신호를 바로 비교수단인 비교기에 입력하여 비교하였으나, 상기 포토커플러와 비교기 사이에 증폭수단을 접속하여 더욱 정밀한 누설전류 검출을 할 수 있음을 밝혀둔다.

또한, 상기의 실시예에 있어서는, 가상접지부와 누전검출부 및, 전원제어부와 경보신호발생부의 동작전원을, 이중절연변압기를 사용하는 정류회로로 구성하였으나, 건전지, 또는 충전회로가 구비된 충전지를 사용할 수 있음을 밝혀둔다.

또한, 상기의 실시예에 있어서는, 누전검출부에서 출력되는 신호를, 전원제어부와 경보신호발생부에 직접 인가하여 동작시켰으나, 상기 누전검출부와 경보신호발생부 사이에 공지의 래치(LATCH)회로나 버퍼(BUFFER), 또는 채터링(CHATTERING) 방지회로 등을 추가 접속하여 구성함으로 인해, 순간적인 전위 변동으로 인한 오동작을 방지할 수 있음을 밝혀둔다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명 " 역위상 변압기를 이용한 누설전류 경보/차단 장치"는, 특히, 역위상변압기의 특성을 이용하여 대지 접지전위점을 갖는 가상접지부를 만들어, 상기 가상접지부의 가상접지전위점에 전기기기의 표면을 이루는 도전성 물질을 접속한 후, 누전검출부를 통해 누전 여부를 지속검출하여, 누전이 발생하였을 경우 전기기기에 공급되는 전원을 차단함과 동시에 이를 나타내는 경보신호를 시각표시장치와 청각표시장치를 통해 나타내줌으로써, 감전사고를 방지할 수 있게 되는 효과가 있는 것이다.

Claims (11)

1. 변압기 2차측에서 출력되는 교류전원의 위상이 대지접지전위점을 기준으로 상호 반대인 역위상변압기와; 상기 역위상변압기의 출력단에 접속되어 가상접지전위점을 형성하는 가상접지부와; 상기 가상접지부의 가상 접지전위점에 접속된 전기기기의 표면을 이루는 전기기기도전성물질과; 상기 전기기기도전성물질을 통해 전류가 누설되는 지의 여부를 지속적으로 검출하여, 전류가 누설될 경우 이를 나타내는 신호를 출력하는 누전검출부와; 상기 누전검출부에서 전류가 누설된다는 신호가 인가될 경우, 전기기기에 공급되는 전원을 차단하는 전원제어부와; 상기 누전검출부에서 전류가 누설된다는 신호가 인가될 경우, 이를 나타내는 경보신호를 출력하는 경보신호발생부와; 교류전원을 직류전원으로 변환하여, 상기 누전검출부와, 전원제어부 및 경보신호발생부에 인가하는 직류전원공급부를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 역위상 변압기를 이용한 누설전류 경보/차단 장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 가상접지부는, 동일한 크기의 제1저항과 제2저항을 직렬로 접속한 후, 상기 직렬로 접속된 제1저항과 제2저항의 공통접속점에 접속된 단자 이외의 단자를 역위상변압기 2차측 출력단에 각기 접속함으로써, 상기 제1저항과 제2저항의 공통접속점이 대지 접지전위를 가지는 가상접지전위점이 되도록 함을 특징으로 하는 역위상 변압기를 이용한 누설전류 경보/차단 장치.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 가상접지부는, 동일한 크기의 제1콘덴서와 제2콘덴서를 직렬로 접속한 후, 상기 직렬로 접속된 제1콘덴서와 제2콘덴서의 공통접속점에 접속된 단자 이외의 단자를 역위상변압기 2차측 출력단에 각기 접속함으로써, 상기 제1콘덴서와 제2콘덴서의 공통접속점이 대지 접지전위를 가지는 가상접지전위점이 되도록 함을 특징으로 하는 역위상 변압기를 이용한 누설전류 경보/차단 장치.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 누전검출부는, 전기기기도전성물질과 가상접지부 사이에 접속되어, 상기 전기기기도전성물질에서 전류가 누설될 경우, 이에 대한 전위차를 형성하는 저항과; 상기 저항에 보호저항을 통해 병렬접속된 발광부와, 직류전원공급부에서 공급되는 (+) 전위에 접속된 수광부로 이루어져, 상기 저항에 전위차가 발생할 경우 상기 발광부에서 입사되는 광량에 비례하는 전압, 또는 전류를 출력하는 광스위칭수단으로 구성됨을 특징으로 하는 역위상 변압기를 이용한 누설전류 경보/차단 장치.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 누전검출부는, 전기기기도전성물질과 가상접지부 사이에 접속되어, 상기 전기기기도전성물질에서 전류가 누설될 경우, 이에 대한 전위차를 형성하는 저항과; 상기 저항에 보호저항을 통해 병렬접속된 발광부와, 직류전원공급부에서 공급되는 (+) 전위에 접속된 수광부로 이루어져, 상기 저항에 전위차가 발생할 경우 상기 발광부에서 입사되는 광량에 비례하는 전압, 또는 전류를 출력하는 광스위칭수단과; 상기 광스위칭수단에서 출력되는 전압, 또는 전류를 기 설정된 소정의 기준값과 비교하여, 상기 광스위칭수단에서 출력되는 전압, 또는 전류의 값이 상기 기준값 이상일 경우에만 신호를 출력하는 비교수단을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 역위상 변압기를 이용한 누설전류 경보/차단 장치.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 누전검출부는, 전기기기도전성물질과 가상접지부 사이에 접속되어, 상기 전기기기도전성물질에서 전류가 누설될 경우, 이에 대한 전위차를 형성하는 저항과; 상기 저항에 보호저항을 통해 병렬접속된 발광부와, 직류전원공급부에서 공급되는 (+) 전위에 접속된 수광부로 이루어져, 상기 저항에 전위차가 발생할 경우 상기 발광부에서 입사되는 광량에 비례하는 전압, 또는 전류를 출력하는 광스위칭수단과; 상기 광스위칭수단에서 출력되는 전압, 또는 전류를 증폭하여 출력하는 증폭수단을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 역위상 변압기를 이용한 누설전류 경보/차단 장치.
7. 제 1 항에 있어서, 상기 누전검출부는, 전기기기도전성물질과 가상접지부 사이에 접속되어, 상기 전기기기도전성물질에서 전류가 누설될 경우, 이에 대한 전위차를 형성하는 저항과; 상기 저항에 보호저항을 통해 병렬접속된 발광부와, 직류전원공급부에서 공급되는 (+) 전위에 접속된 수광부로 이루어져, 상기 저항에 전위차가 발생할 경우 상기 발광부에서 입사되는 광량에 비례하는 전압, 또는 전류를 출력하는 광스위칭수단과; 상기 광스위칭수단에서 출력되는 전압, 또는 전류를 증폭하여 출력하는 증폭수단과; 상기 증폭수단에서 출력되는 전압, 또는 전류를 기 설정된 소정의 기준값과 비교하여, 상기 광스위칭수단에서 출력되는 전압, 또는 전류의 값이 상기 기준값 이상일 경우에만 신호를 출력하는 비교수단을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 역위상 변압기를 이용한 누설전류 경보/차단 장치.
8. 제 1 항에 있어서, 상기 전원제어부는, 전기기기의 전원입력단에 접속되며, 소정의 제어신호에 의해 동작되어, 상기 전기기기에 공급되는 전원을 차단하는 릴레이와; 상기 누전검출부에서 출력되는 신호에 의해 동작되어, 상기 릴레이의 동작을 제어하는 스위칭수단으로 구성됨을 특징으로 하는 역위상 변압기를 이용한 누설전류 경보/차단 장치.
9. 제 1 항에 있어서, 상기 경보신호발생부는, 상기 누전검출부에서 출력되는 신호에 의해 동작되어, 누전이 되고 있음을 나타내는 시각표시수단과; 상기 누전검출부에서 출력되는 신호에 의해 동작되어, 누전이 되고 있음을 나타내는 청각표시수단으로 구성됨을 특징으로 하는 역위상 변압기를 이용한 누설전류 경보/차단 장치.
10. 제 1 항에 있어서, 상기 직류전원공급부는, 이중절연변압기를 사용한 정류회로로 구성함을 특징으로 하는 역위상 변압기를 이용한 누설전류 경보/차단 장치.
11. 제 10 항에 있어서, 상기 이중절연변압기를 사용한 정류회로는, 이중절연변압기와; 상기 이중절연변압기의 2차측에 접속되어 교류를 전파 정류하는 브릿지전파정류회로와; 상기 브릿지전파정류회로의 전파신호 출력단에 병렬접속되어, 상기 브릿지전파정류회로에서 출력된 전압을 소정의 값 이하로 제한하는 제너다이오드와; 상기 제너다이오드에 병렬 접속되어, 상기 제너다이오드를 통해 인가되는 전압을 평활하는 평활콘덴서로 구성됨을 특징으로 하는 역위상 변압기를 이용한 누설전류 경보/차단 장치.