KR200229007Y1

KR200229007Y1 - 자기진단기능을가지는전자식전원차단장치

Info

Publication number: KR200229007Y1
Application number: KR2019980013387U
Authority: KR
Inventors: 신형호
Original assignee: 이종수; 엘지산전 주식회사
Priority date: 1998-07-21
Filing date: 1998-07-21
Publication date: 2001-07-19
Also published as: KR20000003282U

Abstract

본 고안은 자기 진단 기능을 가지는 전자식 전원 차단장치에 관한 것으로, 종래의 기술에 있어서는 과부하 등에 의한 단락사고 발생시 이를 검출하더라도 장치 내부의 자체 결함으로 인하여 전원을 차단시키지 못하였을 경우는 큰 사고를 유발하게 되는 문제점이 있었다. 따라서, 본 고안은 사용자가 테스트 스위치를 누름에 따라 트립 유니트에 공급되는 전원을 차단하고, 대신 미소 전류를 인가하여 그 값의 검출 여부에 의해 트립 유니트의 상태를 진단하여 출력하는 자기 진단부를 더 포함하여 구성함으로써, 사용자가 수시로 트립코일의 상태를 점검할 수 있도록 하여 MCCB고장으로 인한 사고를 미연에 방지할 수 있도록 하는 효과가 있다.

Description

자기 진단 기능을 가지는 전자식 전원 차단장치{MOLD CASE CIRCUIT BREAKER HAVING SELF-CHECKING FUNCTION}

본 고안은 전자식 전원 차단장치(MCCB : Mold Case Circuit Breaker)에 관한 것으로, 특히 과부하 등에 의한 단락시 내부의 고장으로 인하여 전원을 차단시키지 못하는 것을 방지하기 위하여 내부에 자기 진단 기능을 추가하여 사용자가 수시로 트립코일의 상태를 점검할 수 있도록 함으로써, MCCB고장으로 인한 사고를 미연에 방지할 수 있도록 하는 자기 진단 기능을 가지는 전자식 전원 차단장치에 관한 것이다.

도1은 종래 전자식 전원 차단장치의 구성을 보인 블록도로서, 이에 도시된 바와 같이 3상의 상용 전원으로 부터 각 상(R, S, T)의 전류를 검출하는 전류 검출 소자(RCT, SCT, TCT)와; 상기 각 전류 검출 소자(RCT, SCT, TCT)를 통해 검출된 각 상(R, S, T)의 전류를 정류하여 출력하는 정류부(10)와; 상기 정류부(10)에서 출력된 양의 정류 전압을 입력받아 마이크로 프로세서(70) 및 각 부를 구동시키는데 필요한 정전압으로 변환 출력하는 정전원부(20)와; 상기 정류부(10)에서 발생된 음의 정류 전압을 입력받아 이를 양의 정류 전압으로 반전 증폭하여 출력하는 반전 증폭부(30)와; 상기 반전 증폭부(30)를 통하여 증폭된 각 상(R, S, T)의 출력을 오아 조합하여 가장 큰 상의 출력이 정격 전류의 N배가 흐르면 제어신호를 출력하여 트립 유니트(80)를 구동시키는 순시전류 검출부(40)와; 상기 반전 증폭부(30)에서 출력된 아날로그 전압을 마이크로 프로세서(70)의 입력으로 사용할 수 있도록 디지탈신호로 바꾸어 출력하는 아날로그/디지탈 변환부(50)와; 사용자에 의해 전원 차단장치가 검출할 수 있는 정격전류를 셋팅받아 그 셋팅된 값을 마이크로 프로세서(70)에 출력하는 특성 설정부(60)와; 기 설정된 프로그램에 의해 상기 아날로그/디지탈 변환부(50)를 통해 입력받은 검출전압이 특성 설정부(60)에서 설정된 정격 전류를 초과할 경우는 트립 유니트(80)에 제어신호를 출력하는 마이크로 프로세서(70)와; 상기 마이크로 프로세서(70)에서 출력되는 제어신호 또는 상기 순시전류 검출부(40)에서 출력되는 제어신호에 의해 동작되어 전원을 차단하는 트립 유니트(80)로 구성된 종래 전자식 전원 차단장치의 동작 및 작용을 설명하면 다음과 같다.

전류 검출 소자(RCT, SCT, TCT)에 의해 3상(R, S, T)의 상용 전원으로 부터 전류를 검출하여 정류부(10)에 출력하면 상기 정류부(10)는 내부의 브릿지 다이오드 회로(미도시)에 의해 각 상에 대하여 정류하여 양(+)의 전파 정류 전압과 음(-)의 전파 정류 전압을 발생하게 된다.

이때 양의 정류 전압은 정전원부(20)에 인가하여 트립 유니트(80)와 마이크로 프로세서(60) 및 각 부를 구동시키기 위한 정전압(VCC)을 출력하고, 음(-)의 정류 전압은 반전 증폭부(30)에 인가하여 양(+)의 정류 전압으로 변환한다.

또한, 순시 전류 검출부(40)는 반전 증폭부(30)의 각 상의 출력을 오아 조합하여 가장 큰 상의 출력이 정격전류의 N배(보통 11배)의 전류가 흐르면 단락 사고로 판단하여 가능한 빨리 전원을 차단하기 위하여 마이크로 프로세서(70)에 의해 구동되지 않고 독립적으로 제어신호를 출력하여 트립 유니트(80)를 구동하게 된다.

예를 들어 MCCB에 정격 전류가 흐르면 전류 검출 소자의 출력이 70mA라고 하고, 반전 증폭부(30)의 출력으로는 최대 297mV가 출력되고, 단락 사고 발생시는 전류 검출 소자의 출력이 770mA가 되고, 반전 증폭부(30)의 출력으로는 최대 3.26V가 출력되어 11배 이상의 전류가 흐르게 되면 마이크로 프로세서(70)의 제어에 관계없이 즉시 트립 유니트(80)를 구동하여 전원을 차단한다.

다음, 특성 설정부(60)는 MCCB에 흐를 수 있는 정격 전류를 설정하는 곳으로 디지탈 코드 스위치(미도시)를 사용하여 설정된 값이 디지탈 출력으로 나와 마이크로 프로세서(70)의 입력포트에 연결되어 사용자가 설정한 정격전류값을 인식하게 된다.

이에 따라 마이크로 프로세서(70)는 파워 온이 되면 도2의 순서도에 도시된 바와 같이 내부의 레지스터(미도시) 및 플래그(미도시)를 초기화 시키고, 특성 설정부(60)에 설정된 정격 전류를 입력 받은 후 3상의 상용 전원으로 부터 1주기 마다 최대의 상을 검출하여 그 값이 정격 전류의 110퍼센트(%)를 초과하는지를 비교하여 초과할 경우는 상기 초과 비율에 따라 정해진 트립시간을 계산한 후 트립 유니트 제어 플래그를 세트하게 된다.

이와 같이 트립 유니트 제어 플래그가 셋팅되면 마이크로 프로세서(70)는 트립 유니트(80)를 제어하여 전원을 차단하게 되고, 다시 처음으로 되돌아가 상기 과정을 반복 수행하게 된다.

그러나, 상기 종래의 장치에 있어서는 과부하 등에 의한 단락사고 발생시 순시전류검출부나 마이크로프로세서에 의해 이를 정상적으로 검출하더라도 트립 유니트와 같은 장치 내부의 자체 결함으로 인하여 전원을 차단시키지 못하였을 경우는 큰 사고를 유발하게 되는 문제점이 있었다.

따라서, 본 고안은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 사용자가 수시로 트립코일의 정상동작 상태 여부를 점검할 수 있도록 함으로써, MCCB고장으로 인한 오동작을 미연에 방지할 수 있도록 하는 자기 진단 기능을 가지는 전자식 전원 차단장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

도1은 종래 전자식 전원 차단장치의 구성을 보인 블록도.

도2는 종래 전자식 전원 차단장치의 동작 순서도.

도3은 본 고안에 의한 자기 진단 기능을 가지는 전자식 전원 차단장치의 구성을 보인 블록도.

도4는 본 고안에 의한 자기 진단부의 동작 순서도.

도5는 도3에서 자기 진단부의 구성을 보인 회로도.

*****도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*****

100 : 자기 진단부 100a : 트립코일 구동부

100b : 미소전류 인가부 100c : 미소전류 검출부

100d : 에러 표시부 R1∼R7 : 저항

SCR : 반도체 스위치 Q1,Q2 : 트랜지스터

D1∼D4 : 다이오드 C1∼C3 : 커패시터

LED : 발광 다이오드 S/W1 : 스위치

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 고안의 구성은, 3상의 상용 전원으로 부터 각 상의 전류를 검출하여 가장 큰 상의 출력이 사용자에 의해 설정된 정격 전류를 초과할 경우, 제어신호를 출력하여 트립 유니트를 구동시키는 순시전류 검출부와; 상기 각 상의 출력전류가 사용자가 설정한 정격 전류와 비교하여 이를 초과할 경우 트립 유니트를 구동시키는 마이크로프로세서에 의해 이중으로 트립 유니트를 구동하는 전원 차단장치에 있어서, 사용자가 테스트 스위치를 누름에 따라 트립 유니트에 공급되는 전원을 차단하고, 대신 미소 전류를 인가하여 그 값의 검출 여부에 의해 트립 유니트의 상태를 진단하여 출력하는 자기 진단부를 더 포함하여 구성함으로써 달성되는 것으로, 이하 본 고안에 따른 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 3은 본 고안을 적용한 자기 진단 기능을 가지는 전자식 전원 차단 장치의 구성을 보인 블록도로서, 이에 도시한 바와 같이 3상의 상용 전원으로 부터 각 상의 전류를 검출하여 가장 큰 상의 출력이 사용자에 의해 설정된 정격 전류를 초과할 경우, 제어신호를 출력하여 트립 유니트를 구동시키는 순시전류 검출부와; 상기 각 상의 출력전류가 사용자가 설정한 정격 전류와 비교하여 이를 초과할 경우 트립 유니트를 구동시키는 마이크로프로세서에 의해 이중으로 트립 유니트를 구동하는 전원 차단장치에 있어서, 사용자가 테스트 스위치(S/W1)를 누름에 따라 트립 유니트(80)에 공급되는 전원을 차단하고, 대신 미소 전류를 인가하여 그 값의 검출 여부에 의해 트립 유니트(80)의 상태를 진단하여 출력하는 자기 진단부(100)를 더 포함하여 구성한다.

여기서, 상기 자기 진단부(100)는 도5에 도시된 바와 같이 마이크로 프로세서(70)의 제어신호에 의해 트립 유니트(80)의 트립코일(COIL)을 구동하는 트립코일 구동부(100a)와; 사용자가 테스트 스위치(S/W1)를 누름에 따라 트립코일(COIL)의 구동 전원전압(VCC)을 차단하고, 대신 마이크로 프로세서(70)에서 출력하는 미소전류를 인가하는 미소전류 인가부(100b)와; 상기 미소전류 인가부(100b)에서 인가한 미소전류를 상기 트립코일(COIL)의 출력단으로 부터 검출하여 아날로그/디지탈 변환부(50)에 출력하는 미소전류 검출부(100c)와; 상기 미소전류 검출부(100c)의 전류 검출 결과 트립코일(COIL)에 이상이 발생되었을 경우 이를 표시하는 에러 표시부(100d)로 구성된다.

여기서, 상기 트립코일 구동부(100a)는 일측이 마이크로 프로세서(70)의 출력포트(P1)에 연결된 저항(R1)과; 일측이 접지되고 다른 일측이 상기 저항(R1)의 다른 일측에 연결된 커패시터(C1)와; 콜렉터에 저항(R2)을 통하여 전원전압(VCC)을입력받고, 베이스가 상기 저항(R1)및 커패시터(C1)의 공통 접속점에 연결된 트랜지스터(Q1)와; 상기 트랜지스터(Q1)의 에미터에 순방향으로 연결된 다이오드(D1)와; 애노드가 순시전류 검출부(40)의 출력단에 연결되고, 캐소드가 상기 다이오드(D1)의 캐소드와 공통 연결된 다이오드(D2)와; 일측이 상기 두 다이오드(D1,D2)의 공통 접속점에 연결된 저항(R3)과; 일측이 접지되고 다른 일측이 상기 저항(R3)의 다른 일측에 접속된 커패시터(C2)와; 캐소드측이 접지되고, 게이트측이 상기 저항(R3)및 커패시터(C2)의 공통 접속점에 연결된 반도체 스위치(SCR)와; 일측이 상기 반도체 스위치(SCR)의 애노드측에 연결되고, 다른 일측에 전원전압(VCC)을 입력받는 트립코일(COIL)과; 상기 트립코일(COIL)과 역방향으로 병렬 연결된 다이오드(D4)로 구성된다.

상기 미소전류 인가부(100b)는 일 접점(N2)이 접지된 스위치(S/W1)의 다른 일 접점(N1)이 저항(R6)을 통해 전원전압(VCC)을 입력받고, 마이크로 프로세서(70)의 입력포트(P4)와 연결되며, 애노드가 상기 마이크로 프로세서(70)의 출력포트(P2)와 연결되고, 캐소드가 상기 트립코일 구동부(100a)의 다이오드(D4)의 캐소드에 접속된 다이오드(D3)와; 상기 스위치(S/W1)의 일 접점(N3)에 전원전압(VCC)을 입력받고, 다른 접점(N4)에 상기 트립코일 구동부(100a)의 다이오드(D4)의 캐소드에 접속되어 구성된다.

상기 미소전류 검출부(100c)는 콜렉터가 상기 트립코일 구동부(100a)의 반도체 스위치(SCR1)의 애노드에 연결되고, 베이스가 저항(R5)을 통해 마이크로 프로세서(70)의 포트(P3)에 연결되고, 그 베이스에 일측이 접지된 커패시터(C3)가공통 접속된 트랜지스터(Q2)와; 일측이 접지되고, 다른 일측이 상기 트랜지스터(Q2)의 에미터 및 아날로그/디지탈 변환부(50)의 입력단에 연결된 저항(R4)으로 구성된다.

상기 에러 표시부(100d)는 애노드가 상기 마이크로 프로세서(70)의 출력포트(P5)에 연결되고, 캐소드가 일측이 접지된 저항(R7)의 다른 일측에 연결된 발광 다이오드(LED)로 구성된 것으로, 이와 같이 구성한 본 고안은 자기 진단부(100)를 제외한 각 부의 동작이 종래와 같으므로 설명을 간단히 하기 위해 생략하고, 제4도를 참조로 트립코일(COIL)을 진단하는 동작 과정을 설명한다.

먼저, 상기 미소전류 인가부(100b)는 사용자가 트립 유니트(80)의 이상유무를 점검하기 위해 4접점으로 구성된 테스트 스위치(S/W1)를 누르기 전까지는 저항(R6)을 통해 전원전압(VCC)이 마이크로프로세서(70)의 입력포트(P4)로 인가되어 정상 모드인 것으로 판단하여 대기 상태로 있다가, 사용자가 테스트 스위치(S/W1)를 누르게 되면 정상 상태에서는 오프되어 있던 접점(N1,N2)이 서로 연결되어 전원전압(VCC)이 모두 접지로 흐르게 됨으로써 포트(P4)의 입력은 '로우'레벨이 되고, 동시에 정상 상태에서 서로 연결되어 있던 접점(N3,N4)은 반대로 오프되어 트립코일(COIL)에 인가하던 전원전압(VCC)을 차단시키게 된다.

그리고, 마이크로프로세서(70)는 상기 입력포트(P4)의 상태를 감시하고 있다가 입력포트(P4)의 레벨이 '하이'에서 '로우'로 바뀌게 되면 테스트 모드로 전환된 것으로 판단하여 출력포트(P2,P3)를 '하이'레벨로 전환한다.

그러나, 상기 출력포트(P2,P3)를 통해 출력되는 전류는 발광 다이오드를 구동시킬정도의 아주 미소한 전류가 된다.

이에 따라 상기 포트(P2)와 연결된 다이오드(D3)를 통해 미소전류가 트립코일(COIL)에 인가되고, 포트(P3)와 연결된 트랜지스터(Q2)는 저항(R5)을 통해 '하이'레벨을 입력받아 턴온되고, 상기 트립코일(COIL)을 통과한 미소전류가 트랜지스터(Q2)를 통과하여 저항(R4)에 의해 전압으로 변환되어 아날로그/디지탈 변환부(50)에 출력된다.

이때 상기 미소전류 검출부(100c)에서 검출되는 전류는 상기 트립코일(COIL)이 정상일 경우에, 트립코일(COIL)의 저항값을 Rtc라고 하고, 아날로그/디지탈 변환부(50)에 입력되는 전압을 TN이라 할 때, 그 값은 다음의 수학식1과 같이 구할 수 있다.

여기서, 트립코일(COIL)이 단락되었을 경우 저항값(Rtc)은 무한대가 되므로 검출전압(TO)은 0V가 되고, 트립코일(COIL) 쇼트시에 검출전압(TS)은 상기 수학식1에 의해 (VCC-0.4V-0.4V)가 된다.

상기와 같이 검출된 전압을 입력받은 마이크로 프로세서(70)는 그 값이 정상 상태일 때의 전압(TC)에서 일정범위(최소전압:TN1, 최대전압:TN2)를 벗어나게 될 경우 트립코일(COIL)에 이상이 있는 것으로 판단하여 출력포트(P5)에 '하이'를 출력한다.

이에 따라 에러 표시부(100d)의 발광 다이오드(LED)가 발광하여 트립코일(COIL)에에러가 있음을 사용자에게 알리게 된다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 고안 자기 진단 기능을 가지는 전자식 전원 차단장치는 전자식 전원 차단장치의 내부에 트립 유니트의 동작상태를 점검할 수 있는 기능을 추가하여 사용자가 수시로 트립코일의 상태를 점검할 수 있도록 함으로써, 전자식 전원 차단장치의 고장으로 인한 오동작을 미연에 방지할 수 있도록 하는 효과가 있다.

Claims

3상의 상용 전원으로 부터 각 상의 전류를 검출하여 가장 큰 상의 출력이 사용자에 의해 설정된 정격 전류를 초과할 경우, 제어신호를 출력하여 트립 유니트를 구동시키는 순시전류 검출부와; 상기 각 상의 출력전류가 사용자가 설정한 정격 전류와 비교하여 이를 초과할 경우 트립 유니트를 구동시키는 마이크로프로세서에 의해 이중으로 트립 유니트를 구동하는 전원 차단장치에 있어서, 사용자가 테스트 스위치를 누름에 따라 트립 유니트에 공급되는 전원을 차단하고, 대신 미소 전류를 인가하여 그 값의 검출 여부에 의해 트립 유니트의 상태를 진단하여 출력하는 자기 진단부를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 자기 진단 기능을 가지는 전자식 전원 차단장치.
제1항에 있어서, 상기 자기 진단부는 마이크로 프로세서의 제어신호에 의해 트립 유니트의 트립코일을 구동하는 트립코일 구동부와; 사용자가 테스트 스위치를 누름에 따라 트립코일의 구동 전원전압을 차단하고, 대신 마이크로 프로세서에서 출력하는 미소전류를 인가하는 미소전류 인가부와; 상기 미소전류 인가부에서 인가한 미소전류를 상기 트립코일의 출력단으로 부터 검출하여 아날로그/디지탈 변환부에 출력하는 미소전류 검출부와; 상기 미소전류 검출부의 전류 검출 결과 트립코일에 이상이 발생되었을 경우 이를 표시하는 에러 표시부로 구성된 것을 특징으로 하는 자기 진단 기능을 가지는 전자식 전원 차단장치.
제2항에 있어서, 상기 트립코일 구동부는 일측이 마이크로 프로세서의 출력포트(P1)에 연결된 저항(R1)과; 일측이 접지되고 다른 일측이 상기 저항(R1)의 다른 일측에 연결된 커패시터(C1)와; 콜렉터에 저항(R2)을 통하여 전원전압(VCC)을 입력받고, 베이스가 상기 저항(R1)및 커패시터(C1)의 공통 접속점에 연결된 트랜지스터(Q1)와; 상기 트랜지스터(Q1)의 에미터에 순방향으로 연결된 다이오드(D1)와; 애노드가 순시전류 검출부(40)의 출력단에 연결되고, 캐소드가 상기 다이오드(D1)의 캐소드와 공통 연결된 다이오드(D2)와; 일측이 상기 두 다이오드(D1,D2)의 공통 접속점에 연결된 저항(R3)과; 일측이 접지되고 다른 일측이 상기 저항(R3)의 다른 일측에 접속된 커패시터(C2)와; 캐소드측이 접지되고, 게이트측이 상기 저항(R3)및 커패시터(C2)의 공통 접속점에 연결된 반도체 스위치(SCR)와; 일측이 상기 반도체 스위치(SCR)의 애노드측에 연결되고, 다른 일측에 전원전압(VCC)을 입력받는 트립코일(COIL)과; 상기 트립코일(COIL)과 역방향으로 병렬 연결된 다이오드(D4)로 구성된 것을 특징으로 하는 자기 진단 기능을 가지는 전자식 전원 차단장치.
제2항에 있어서, 상기 미소전류 인가부는 일 접점(N2)이 접지된 스위치(S/W1)의 다른 일 접점(N1)이 저항(R6)을 통해 전원전압(VCC)을 입력받고, 마이크로 프로세서의 입력포트(P4)와 연결되며, 애노드가 상기 마이크로 프로세서의 출력포트(P2)와 연결되고, 캐소드가 상기 트립코일 구동부의 다이오드(D4)의 캐소드에 접속된 다이오드(D3)와; 상기 스위치(S/W1)의 일 접점(N3)에 전원전압(VCC)을 입력받고, 다른접점(N4)에 상기 트립코일 구동부의 다이오드(D4)의 캐소드에 접속되어 구성된 것을 특징으로 하는 자기 진단 기능을 가지는 전자식 전원 차단장치.
제2항에 있어서, 미소전류 검출부는 콜렉터가 상기 트립코일 구동부의 반도체 스위치의 애노드에 연결되고, 베이스가 저항을 통해 마이크로 프로세서의 포트(P3)에 연결되고, 그 베이스에 일측이 접지된 커패시터가 공통 접속된 트랜지스터와; 일측이 접지되고, 다른 일측이 상기 트랜지스터의 에미터 및 아날로그/디지탈 변환부의 입력단에 연결된 저항으로 구성된 것을 특징으로 하는 자기 진단 기능을 가지는 전자식 전원 차단장치.