KR20020075648A - 인체감지회로 및 이를 내장한 전원차단장치 - Google Patents

Abstract

차단기를 도통시킨 경우 인체가 갖고 있는 고유한 전기저항과 정전용량값을 인식한 후 전원을 자동적으로 도통시키는 전원차단장치에 관한 것으로, 전자 기기 또는 전기 기기에 연결되고 또한 상용전원이 공급되는 배선에서 인체의 접촉을 감지하기 위해, 인체감지회로에 동작 전원을 공급하는 전원부, 배선에 있어서의 전기적 저항, 용량성 리액턴스, 유도성 리액턴스, 전류 및 전압을 감지하는 감지부, 감지부에서 검출된 데이터와 미리 설정된 데이터를 비교하여 인체 접촉의 유무를 판정하는 연산부, 연산부와 연동하여 인체 접촉의 유무를 확인할 수 있는 소정의 주파수를 발진하는 발진부, 연산부에서의 판정 결과에 따라 배선으로 상용 전원을 공급하거나 또는 차단하는 출력제어부 및 인체감지회로의 외부에서 입력된 데이터 또는 신호를 수신하여 출력제어부를 작동시키는 외부신호 입력부를 구비하며, 배선으로의 전원 공급시, 전원은 배선에 즉시 인가되지 않고 일정시간 동안 배선의 상태 및 인체의 접촉 상태를 확인한 후 공급된다.

이러한 장치를 이용하는 것에 의해, 인체의 접촉, 배선의 합선, 선로누전, 배선용량의 과다 등의 문제가 있는 경우, 인체감지회로의 동작에 의해 부하 측으로 전원이 공급되지 않으므로, 배선상의 문제점을 복구하는 복구작업자가 감전될 염려가 없게 된다.

Description

인체감지회로 및 이를 내장한 전원차단장치{Human body sensitive circuit and power supply cutoff apparatus having thereof}

본 발명은 인체감지회로 및 이를 내장한 전원차단장치에 관한 것으로, 특히 차단기를 도통시킨 경우 인체가 갖고 있는 고유한 전기저항과 정전용량값을 인식한 후 전원을 자동적으로 도통시키는 전원차단장치에 관한 것이다.

최근, 일반가정, 사무실 또는 공장 등에 있어서 다수의 전자기 기기를 사용하므로서 발생하는 전기누전 또는 단전 등의 사고를 복구하는 작업이 빈번해지고 있다.

이러한 전원복구 작업시 감전 등에 의한 인명을 보호하기 위해 인명보호용 누전차단기 등이 상용화되어 설치되고 있다. 도 1은 일반적인 가정이나 사무실 또는 공장에서 사용되고 있는 누전차단기의 블럭도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 누전차단기(3)은 계량기(1)과 부하(5) 사이에 설치되어 있다. 계량기(1)과 부하(5) 사이에 설치된 누전차단기(3)은 인체에 치명적인 20㎃이상의 누전전류가 발생하였을 때 작동되도록 설정되어 인명을 보호하고 있으나, 누전차단기(3)은 기계식으로 구성되어 있기 때문에 20㎃이상의 누전전류가 발생해도 민감하게 작동하지 못하는 경우가 있으며, 또한 장시간 누전차단기(3)이 개폐되지 않을 경우에는 개폐부에 이상이 발생하여 오동작하는 경우가 종종 발생하여 인명피해를 입는 문제점이 있었다.

그리고 기계식 누전 차단기(3)가 작동하는 누전전류의 미만에서도 감전사를 당하는 경우가 있으며, 또한 누전 전류가 급격히 상승하는 시점에서도 인간이 감전사를 당하는 경우가 발생하므로 이러한 누전 차단기(3)는 이를 예방하지 못하는 문제점이 있었다.

상기와 같은 구성을 갖는 누전차단기의 문제점을 해결하기 위한 기술의 1예가 대한민국 공개특허공보 특2000-0037579호에 개시되어 있다. 도 2는 상기 공보에 개시된 전원차단장치의 회로도이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 기계식 누전차단기(20)의 출력라인에 접속된 상태에서 데이터 입력부(15)에 상승 임계치 누설전류에 해당된 데이터와 한계치 누설전류에 해당된 데이터를 입력하면, 시스템 콘트롤러(70)는 이를 스캔하여 소정의 메모리 영역에 저장한다.

그 후, 상승 임계치 누설전류에 해당된 데이터와 한계치 누설전류에 해당된 데이터를 저장한 상태에서 누설검출부(40)은 부하나 이를 연결한 전선라인에 의해서 발생하는 초기누설전류를 검출하여 증폭부(50)의 연산증폭기와 저항 및 콘덴서를 통해 아날로그/디지털 변환부(60)에 공급한다. 아날로그/디지털 변환부(60)에 공급된 누설 전류가 디지털 신호로 변환되어 시스템콘트롤러(70)에 공급되면, 시스템콘트롤러(70)은 초기누설전류를 측정한 다음 측정된 초기누설전류가 한계치 이상인가를 판단한다.

판단 결과 초기누설전류가 한계치 이상이 아니면, 초기 측정된 누설전류를 기준 누설전류로 자동 설정한 후 누설전류를 측정한다. 측정된 누설 전류가 한계치 이상인가를 판단하고, 한계치 이상이 아니면 상승 임계치 이상인가를 판단한다. 그 결과, 상승 임계치 이상이 아니면, 계속 부하에 전원을 공급한다.

또한, 판단 결과가 한계치 이상이거나 상승 임계치 이상이면, 표시부(80)와 경고음 발생부(75)에 구동 신호를 공급하여 누설 체크를 표시하고 경고음을 발생함과 동시에 스위칭 구동부(85)에 구동 제어 신호를 공급하여 스위칭부(90)를 작동 시켜 부하(30)에 공급되는 전원을 자동으로 차단하여 누전을 방지한다.

그러나, 상기 공보에 기재된 기술은 전자 기기 또는 전기 기기의 사용 중의 안전을 확보하기 위한 기술로서, 인명의 안전을 확인하기 위해 사용 전압(전류)을 인가하기 전에 점검하여 인명(불안 요소)의 존재 여부를 감지할 수 가 없었다.

즉, 종래의 누전 차단기는 차단기를 도통(ON)시키면, 곧바로 전원이 부하 측에 인가되어 부하 측에 접촉하여 작업중인 작업자에게 충격을 주며 그 때 흐르는 누설 전류에 의하여 누전차단기가 트립(TRIP) 또는 차단(OFF)하게 되어 있으므로, 전원 복구 작업을 하는 도중, 복구 작업자 이외의 다른 작업자가 복구 완료의 상태로 인식하여 누전 차단기를 도통시키면, 복구 작업자가 감전되는 사고가 발생하게 된다.

본 발명의 목적은 상술한 바와 같은 문제점을 해소하기 위해 이루어진 것으로서, 인체가 갖고 있는 고유한 전기저항과 정전용량값을 기기나 전기 용품이 갖고 있는 전기 저항과 정전용량값과 비교, 구분하여 감전 및 안전 사고를 예방할 수 있는 인체감지회로를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 상기 인체감지회로를 내장하여 감전 사고를 예방할 수 있는 전원차단장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 배선의 합선 여부, 선로 누전, 배선용량의 과다를 확인하여 모든 조건이 만족할 때만 전원을 도통 시키는 전원차단장치를 제공하는것이다.

도 1은 통상의 누전차단기의 블럭도,

도 2는 도 1에 도시된 통상의 누전차단기의 문제점을 해결하기 위한 전원차단장치의 회로도,

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전원차단장치의 개요도,

도 4는 도 3에 있어서 작업자가 배선에 접속된 경우의 인체접촉 등가회로도,

도 5는 도 3에 도시된 인체감지회로의 블럭도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

302 : 배선 303 : 안전 차단기

305 : 인체감지회로 501 : 전원부

502 : 감지부 503 : 연산부

504 : 발진부 505 : 출력제어부

506 : 외부신호 입력부

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 인체감지회로는 전자 기기 또는 전기 기기에 연결되고 또한 상용전원이 공급되는 배선에서 인체의 접촉을 감지하기 위해 인체감지회로에 동작 전원을 공급하는 전원부, 배선에 있어서의 전기적 저항, 용량성 리액턴스, 유도성 리액턴스, 전류 및 전압을 감지하는 감지부, 감지부에서 검출된 데이터와 미리 설정된 데이터를 비교하여 인체 접촉의 유무를 판정하는 연산부, 연산부와 연동하여 인체 접촉의 유무를 확인할 수 있는 소정의 주파수를 발진하는 발진부 및 연산부에서의 판정 결과에 따라 배선으로 상용 전원을 공급하거나 또는 차단하는 출력제어부 및 인체감지회로의 외부에서 입력된 데이터 또는 신호를 수신하여 출력제어부를 작동시키는 외부신호 입력부를 포함하며, 배선으로의 전원 공급시, 전원은 배선에 즉시 인가되지 않고 일정시간 동안 배선의 상태 및 인체의 접촉 상태를 확인한 후 공급되는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명의 인체감지회로에 있어서, 연산부에서의 인체접촉의 유무의 판정은 0.3초 이내에 실행된다.

또, 본 발명의 인체감지회로에 있어서, 발진부에서 발진되는 주파수의 범위는 60㎐ ∼ 100㎒이다.

또, 본 발명의 인체감지회로에 있어서, 감지부에서 검출된 데이터는 인체가 갖고 있는 고유한 전기저항과 정전용량값이며, 미리 설정된 데이터는 전자 기기 또는 전기 기기가 갖고 있는 전기 저항과 정전용량이다.

또, 상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 전원차단장치는 실외로부터 공급되는 상용 전원을 계량하는 계량기, 전자 기기 또는 전기 기기 등으로 이루어진 부하, 계량기와 부하를 연결시키는 배선, 배선과 인체의 접촉을 감지하는 인체감지회로를 갖고, 배선으로 전원을 공급할 때, 배선으로 즉시 전원이 인가되지 않고 소정의 시간 동안 인체감지회로에 의한 감지 동작 후 이상이 없는 경우에만 배선으로 전원을 공급하는 전원차단부를 구비하며, 인체감지회로는 인체감지회로에 동작 전원을 공급하는 전원부, 배선에 있어서의 전기적 저항, 용량성 리액턴스, 유도성 리액턴스, 전류 및 전압을 감지하는 감지부, 감지부에서 검출된 데이터와 미리 설정된 데이터를 비교하여 인체 접촉의 유무를 판정하는 연산부, 연산부와 연동하여 인체 접촉의 유무를 확인할 수 있는 소정의 주파수를 발진하는 발진부, 연산부에서의 판정 결과에 따라 배선으로 상용 전원을 공급하거나 또는 차단하는 출력제어부 및 인체감지회로의 외부에서 입력된 데이터 또는 신호를 수신하여 출력제어부를 작동시키는 외부신호 입력부를 포함한다.

또, 본 발명의 전원차단장치에 있어서, 연산부에서의 인체접촉의 유무의 판정은 0.3초 이내에 실행된다.

또, 본 발명의 전원차단장치에 있어서, 발진부에서 발진되는 주파수의 범위는 60㎐ ∼ 100㎒이다.

또, 본 발명의 전원차단장치에 있어서, 감지부에서 검출된 데이터는 인체가 갖고 있는 고유한 전기저항과 정전용량값이며, 미리 설정된 데이터는 전자 기기 또는 전기 기기가 갖고 있는 전기 저항과 정전용량인 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다. 또한, 동일부분에는 동일 부호를 사용하고 반복적인 설명은 생략한다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전원차단장치의 개요도이다.

도 3에 있어서, (301)은 옥외 배선에서 계량기를 통해 공급되는 220V 또는 120V의 입력측 전원선 이고, (302)는 전원선(301)에 연결되고 실내의 전자 기기 또는 전기 기기 등의 부하로 상용 전력을 공급하는 출력측 배선이다.

(303)은 본 발명에 따른 인체감지회로(305)를 갖는 안전 차단기로서, 배선(302)과 인체의 접촉을 감지하고, 배선(302)으로 전원을 공급할 때, 소정의 시간, 예를 들어 0.3초 이내 동안 배선으로 공급되는 전원을 차단한다. 이 안전차단회로(305)에 대해서는 후에 상세히 설명한다.

또, (303)은 N,F,B의 차단기이고, (307)은 인체감지회로(305)의 접지이며, (308)은 릴레이 또는 트라이악 등의 반도체 무접점 릴레이를 나타낸다.

도 3에 도시된 바와 같이, 실내의 전자 기기 또는 전기 기기 등의 단선을 복구하기 위해 작업자가 복구 작업을 하는 경우, 작업자가 작업장의 바닥 등에 접지 되어 있으므로, 배선(302)에서 작업자로 전류 Ic가 흐른다.

작업자, 즉 인체로 흐르는 전류의 상태를 도 4에 따라 설명한다. 도 4는 도 3에 있어서 작업자가 배선(302)에 접속된 경우의 인체접촉 등가회로도이다.

도 4에 있어서, (401)은 인체감지회로(305)내의 고주파용 저압트랜스이다.

인체의 전기적 저항과 정전용량은 각 개인 마다 다르나, 대부분 유도성 부하인 전자 기기나 가전기기와는 쉽게 구분할 수 있다. 도 4에서 알 수 있는 바와 같이, 인체가 배선(302)에 접속되어 배선으로부터 전류Ic가 흐르는 경우, 인체의 상태는 인체 저항R_C와 인체정전 용량X_C의 병렬 접속으로 이루어진다.

이 인체접촉 등가회로에서 인체에 충격이 아주 미미한 전원(5V이하, 60㎐∼100㎒)을 배선에 인가하면, 아래의 식에서 알 수 있는 바와 같이, 인체에 흐르는 전류 Ic는 주파수에 비례하여 커진다.

즉, I_C＝V/X_CX_C＝1/2πfC I_C＝2πfC·V

(여기서, X_C는 용량성 리액턴스이고, f는 주파수이고, C는 정전용량이다.)

상술한 바와 같이, 주파수에 비례하여 용량성 전류가 증감하면서 전기적 위상각도 변화하므로, 본 발명에서는 이를 인체감지회로(305)에서 연산 처리하는 것에 의해, 복구 작업자의 감전을 방지하게 된다.

다음에 본 발명에 따른 인체감지회로(305)를 도 5에 따라 설명한다.

도 5에 있어서, (501)은 인체감지회로(305) 자체를 동작시키기 위한 전원을 공급하는 전원부이고, (502)는 배선(302)에 있어서의 전기적 저항, 용량성 리액턴스, 유도성 리액턴스, 전류 및 전압을 감지하는 감지부이다.

(503)은 감지부(502)에서 검출된 데이터와 미리 설정된 데이터를 비교하여 인체 접촉의 유무를 판정하는 연산부로서, 메모리를 구비한 마이컴으로 이루어진다,

즉, 연산부(503)은 감지부(502)에서 검출된 인체가 갖고 있는 고유한 전기저항, 정전용량값 등의 데이터와 전자 기기 또는 전기 기기가 갖고 있는 전기 저항, 정전용량값 등의 데이터를 비교하여 판정한다.

(504)는 연산부(503)과 연동하여 인체 접촉의 유무를 확인할 수 있는 소정의 주파수, 예를 들어 60㎐ ∼ 100㎒를 발진하는 발진부이고, (505)는 연산부(503)에서의 판정 결과에 따라 부하 측의 배선(302)로 상용 전원을 공급하거나 또는 차단하는 출력제어부이다.

이 출력제어부(505)는 인체접촉여부에 관련하여 전원의 공급여부, 배선의 안전여부 등을 확인하는 부분으로서, 릴레이, 반도체(트라이악 등), 무접점 릴레이 등을 구비하여 회로를 차단하거나 연결하는 기능을 갖는다.

(506)은 외부신호 입력부로서, 리모콘, 전화 등의 데이터 입력, 전원제어에 의한 신호가 입력되며, 이 인체감지회로(305)가 동작되어 출력제어부(505)가 작동된다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 있어서는 누전차단기나 자동차단기(N.F.B)와 같이 차단기의 동작 레버를 도통(ON)시키기 위하여 조작하면, 전압이 인가되지 않은 짧은 시간(예 0.3초)에 인체의 접촉여부, 배선의 합선여부, 선로누전, 배선용량의 과다를 확인하여 모든 조건이 만족할 때에만 전원을 부하 측에 인가하게 된다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 전원차단장치에 의하면, 차단기의 동작레버를 ON시키더라도 부하 측이 정상이 아닌 경우, 예를 들어 인체의 접촉, 배선의 합선, 선로누전, 배선용량의 과다 등의 문제가 있는 경우, 인체감지회로의 동작에 의해부하 측으로 전원이 공급되지 않으므로, 배선상의 문제점을 복구하는 복구작업자가 감전되는 안전 사고를 예방할 수 있고, 전기화재등을 미연에 방지할 수 있다.

즉, 본원 발명의 전원차단장치에 있어서는 인체의 접촉여부, 배선의 합선여부, 선로누전, 배선용량의 과다를 확인하여 모든 조건이 만족할 때에만 전원을 부하 측에 인가하게 되므로, 복구 작업의 완성도를 별다른 도구(테스터기)없이 용이하게 확인할 수 있다는 효과도 얻어진다.

이상, 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니고 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.

상기 실시예에 있어서는 배선 상에 문제가 생긴 경우 복구 작업을 하는 작업자의 감전에 대해서만 기술하였지만, 이에 한정되는 것은 아니고, 전기 기기 사용상의 누전의 경우, 물기가 있는 손으로 전기 기기를 조작하는 경우 또는 유아들이 콘센트에 금속 물질을 삽입하는 경우에 있어서도 인체감지회로가 작동되어 부하 측으로 공급되는 전원이 자동으로 차단되므로, 더욱 안전하게 전자 기기나 전기 기기를 다룰 수 있다는 효과도 얻어진다.

Claims (8)

1. 전자 기기 또는 전기 기기에 연결되고 또한 상용전원이 공급되는 배선에서 인체의 접촉을 감지하는 인체감지회로에 있어서,

   상기 인체감지회로에 동작 전원을 공급하는 전원부,

   상기 배선에 있어서의 전기적 저항, 용량성 리액턴스, 유도성 리액턴스, 전류 및 전압을 감지하는 감지부,

   상기 감지부에서 검출된 데이터와 미리 설정된 데이터를 비교하여 인체 접촉의 유무를 판정하는 연산부,

   상기 연산부와 연동하여 인체 접촉의 유무를 확인할 수 있는 소정의 주파수를 발진하는 발진부,

   상기 연산부에서의 판정 결과에 따라 상기 배선으로 상용 전원을 공급하거나 또는 차단하는 출력제어부 및

   상기 인체감지회로의 외부에서 입력된 데이터 또는 신호를 수신하여 상기 출력제어부를 작동시키는 외부신호 입력부를 포함하며,

   상기 배선으로의 전원 공급시, 전원은 상기 배선에 즉시 인가되지 않고 일정시간 동안 상기 배선의 상태 및 인체의 접촉 상태를 확인한 후 공급되는 것을 특징으로 하는 인체감지회로.
2. 제1항에 있어서,

   상기 연산부에서의 인체접촉의 유무의 판정은 0.3초 이내에 실행되는 것을 특징으로 하는 인체감지회로.
3. 제1항에 있어서,

   상기 발진부에서 발진되는 주파수의 범위는 60㎐ ∼ 100㎒인 것을 특징으로 하는 인체감지회로.
4. 제1항에 있어서,

   상기 감지부에서 검출된 데이터는 인체가 갖고 있는 고유한 전기저항과 정전용량값이며,

   상기 미리 설정된 데이터는 상기 전자 기기 또는 전기 기기가 갖고 있는 전기 저항과 정전용량인 것을 특징으로 하는 인체감지회로.
5. 실외로부터 공급되는 상용 전원을 계량하는 계량기,

   전자 기기 또는 전기 기기 등으로 이루어진 부하,

   상기 계량기와 상기 부하를 연결시키는 배선,

   상기 배선과 인체의 접촉을 감지하는 인체감지회로를 갖고, 상기 배선으로 전원을 공급할 때, 상기 배선으로 즉시 전원이 인가되지 않고 소정의 시간 동안 상기 인체감지회로에 의한 감지 동작 후 이상이 없는 경우에만 상기 배선으로 전원을 공급하는 전원차단부를 구비하는 전원차단장치에 있어서,

   상기 인체감지회로는 상기 인체감지회로에 동작 전원을 공급하는 전원부, 상기 배선에 있어서의 전기적 저항, 용량성 리액턴스, 유도성 리액턴스, 전류 및 전압을 감지하는 감지부, 상기 감지부에서 검출된 데이터와 미리 설정된 데이터를 비교하여 인체 접촉의 유무를 판정하는 연산부, 상기 연산부와 연동하여 인체 접촉의 유무를 확인할 수 있는 소정의 주파수를 발진하는 발진부, 상기 연산부에서의 판정 결과에 따라 상기 배선으로 상용 전원을 공급하거나 또는 차단하는 출력제어부 및 상기 인체감지회로의 외부에서 입력된 데이터 또는 신호를 수신하여 상기 출력제어부를 작동시키는 외부신호 입력부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전원차단장치.
6. 제5항에 있어서,

   상기 연산부에서의 인체접촉의 유무의 판정은 0.3초 이내에 실행되는 것을 특징으로 하는 전원차단장치.
7. 제5항에 있어서,

   상기 발진부에서 발진되는 주파수의 범위는 60㎐ ∼ 100㎒인 것을 특징으로 하는 전원차단장치.
8. 제5항에 있어서,

   상기 감지부에서 검출된 데이터는 인체가 갖고 있는 고유한 전기저항과 정전용량값이며,

   상기 미리 설정된 데이터는 상기 전자 기기 또는 전기 기기가 갖고 있는 전기 저항과 정전용량인 것을 특징으로 하는 전원차단장치.