KR200246218Y1 - 낙뢰 인식 제어기가 설치된 누전 차단기 - Google Patents

Abstract

낙뢰 인식 제어기가 설치된 누전 차단기는 전기를 전원으로 사용하는 분야에서, 낙뢰시에 전기, 전자 장치의 파손되는 문제점을 해소하기 위해 ,낙뢰를 감지하는 피뢰기 부, 피뢰기 방전시 접지 전류를 감지하는 영상 변류기부,영상 변류기의 신호를 검출 작동하는 지락 검출부, 지락 검출부 출력으로 작동하는 트립 코일부, 트립코일로 작동되는 낙뢰 회로 차단기부와 접지 전류를 어스 시키는 접지 단자를 구비 한다.

본 고안의 누전 차단기는 일반 가정, 상점, 빌딩,대소형 공장 배전반, 원격 자동 제어 설비, 공중 전화기,이동전화 기지국 등에 사용된다.

Description

낙뢰 인식 제어기가 설치된 누전 차단기(Thunderbolt Identefecation Arrester + Varister ELB)

본 고안은 누전 차단기에 관한 것으로서, 누전 차단기에 낙뢰 인식 제어기의 기능을 부가해 사용하는 전기 기기 및 전자 장치가 누전과 낙뢰에 대해 안전하게 작동되는 누전 차단기에 관한 것이다.

고안이 속하는 분야의 종래 누전 차단기는 1930년 대에 배전 전압이 높은 구라파에서 절연 파괴 된 전기기기에서의 감전 사고 방지를 목적으로 생겼는데 현재의 한국기술은 일본에서의 기술 이전 및 기본 법을 그대로 전수 해와 일본(1974년 제정)의 전기 설비 기술 기준이나 우리나라나 동일한 상태이다, 1976년에 KS-C-4613 누전 차단기를 전기 설비 기술 기준으로 제정 한바 있다.

KS-C-4613 누전 차단기의 현재 1998년의 적용 범위와 사용 상태 ,누전 차단기의 종류, 종류에 따른 정격에 관하여 기술 한다.

적용 범위는 주파수 60㎐, 교류 600V 이하인 전로의 지락 보호에 사용하며, 전류 동작형 누전 차단기에 대해 규정 하며, 누전차단기란 지락 검출 장치, 트립 장치, 개폐 기구등을 절연물 용기 안에 1조로 조립 한것을 말한다. 사용 상태는 주위 온도 -10 ∼ 40 ℃ 표고 2000m 이하, 상대 습도 45 ∼ 85% 및 이상한 진동 및 충격을 받지 않는 상태 이며 누전 차단기의 종류는 전류 동작형 누전 차단기,꽂음 접속식 누전 차단기, 고속형 누전 차단기, 시연형 누전 차단기,반한시 형 누전 차단기, 감전 보호용 누전 차단기 , 고감도형 중감도형 저감도형등이 있으며, 이기능을 기본으로 정격의 전기 방식 및 극수의 종류는 단상 2선식 2극, 단상 3선식 3극, 3상 3선식 3극, 3상 4선식 4극이 있으며 보호 목적의 종류는 지락 보호용, 지락 보호 및 과부하 보호 겸용 , 지락 보호, 과부하 보호 및 단락 보호 겸용이 있다.

정격 전압은 110V, 220V, 110/220V, 220/380V, 380V, 460V 600V로 되며 정격 전류는 15 - 2500A로 27가지가 있는데 위에서의 기술 기준의 상태에서는 낙뢰에 관한 것은 표기 되어 있지 않으며 기구적인 구조에서도 단상 2선식 2극은 스위치 2극에 따른 단자의 수가 1극당 2개이므로 입력 전원측 2개 출력 부하측 2개로 단자수는 모두 4개이다. 나머지 3극식은 6개, 4극식은 8개 뿐이므로 이것은 누전에 연관된 기술만 있는 것임을 알수 있다, 그러나 누전 차단기의 용도는 일반 주택, 상점, 빌딩, 공장 자동화 설비등 무궁하게 많으나 누전차단기가 설치됨으로 누전은 막아 감전사고는 줄이나 선로에서 입력되는 낙뢰는 막지 못하므로 전기 장치를 쓰는 많은 사람은 낙뢰에 대하여 언제 고장 날지 모르는 상태를 안고있는 것이 문제점으로 되어 있다.

누전 차단기의 전 후단에 한전 라인의 계량기와 분배용 차단기가 설치되어 있는 바 전기 설비 기준에 낙뢰 방지에 관련된 것을 설치하란 사항이 없는 것이 현재의 실정인데 누전 차단기 안에 낙뢰가 소전력일때는 방지 역활을 하며 낙뢰가 대전력일때 낙뢰 전압을 감지하여 누전 차단기의 트립 장치로 개폐 기구를 작동 시켜 차단하는 낙뢰 인식 제어 장치를 기술 방향으로 제공한다.

제1도는 종래의 누전 차단기의 회로.

제2도는 본 고안의 낙뢰 인식 제어기가 설치된 누전 차단기 회로.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

MC1 : 트립 코일 ESU 1 : 지락 검출부

CB1 : 회로 차단기 V1 : 바리스타

R,S,T : 전원측 단자 U,V,W : 부하측 단자

ZCT1 : 영상 변류기

MC2 : 트립 코일 ESU 2 : 지락 검출부

R, T : 전원측 단자 U, W : 부하측 단자

TCB1 : 낙뢰 회로 차단기 ZCT2 : 영상 변류기

A1-A3 : 피뢰기 I1 : 방전 전류

G : 그라운드 접지 E : 후레임 접지

본 고안의 작동 원리는 기본의 누전 차단기에 낙뢰 인식 제어기능을 부가하여 누전이 되어도 차단 되며 낙뢰가 인입 되어 소전력 (170 J)이하 일때는 방지기로 작동 하며 대 전력(170 J)이상 일때는 차단기가 작동하여 낙뢰는 끊고 회로상의 나머지 고전압(2.17배 이상)은 계속 방전하여 안전 전압(1.5배) 까지 강하 후 복귀하여 회로를 보호하는 작동을 한다.

인입 되는 낙뢰도 노멀 모드와 콤몬 모드가 있는데 노멀 모드의 A3(Arrester)는 낙뢰 입력이 R, T 양단에 고전압이 인입 될때 작동 되는데 자신의 작동 개시전압(정격 전압 X 2.17)에서 방전되어 20㎲- 3ms동안 낙뢰 전압을 계속 방전하여 정격 전압의 150%까지 오면 작동을 정지하고 원상 복귀한다.콤몬 모드의 A1, A2는 라인과는 작동하지 않고 라인과 접지와의 사이에 전압이 형성 될때 작동 하는데 낙뢰가 콤몬 모드로 입력된 전압이 방전 개시 전압(정격 전압 X 2.17)이 되면 방전 하여 회로상의 전압 상승을 억제하며 회로의 파괴를 막고 노멀 모드 또는 콤몬 모드의 피뢰기가 작동시 방전 전류(I1)의 양을 영상 변류기(ZCT2)에서 측정하여 이상 되는 전류(50A)와 시간(2ms)이 되면 차단기를 끊으며 회로상에 남아 있는 고전압은 안전 전압까지 계속 방전하는 동작을원리로 설명 한다.

본 고안의 구성에서 제 1도의 종래 누전 차단기의 회로를 설명하면 전원측 단자 R, S, T 3선이 입력 되는 데 이것은 3상 3선식 회로이다 이도면에서 S상 라인이 없어지면 단상 누전 차단기 회로가 되는데, 본 도면 제 1도는 KS-C-4613의 삼상 3선식 누전 차단기 회로이며, 단상은 회로가 안나와 있지만 제 1도의 S상 라인이 없는 것이 단상 누전 차단기 회로가 된다.

여기서 전원측 단자(R,S,T)에 예로 정격 220V가 입력 되면 차단 기구(CB1)를 거쳐 영상 변류기(ZCT1)를 통과한 후 부하측 단자(U,V,W)에 연결 된다. 사용중 기기의 누전이 되면 누전된 선(예: U)에는 접지로 전류가 흘러 회로가 형성 되지만 다른 선(예: V, W)에는 반대 극성의 전류가 흐르지 않아 영상 변류기(ZCT1)의 1차에서 U선의 누전 전류가 감지되고 2차에서 누전 전압으로 출력 되어, 지락 검출부(ESU1:Earth Senser Unit)에 입력 되어 트립 코일을 작동 시켜 차단기구(CB1)는 끊어 진다. 끊어 짐과 동시(20-30ms)에 모든 전기기기는 작동을 정지하는 무전압 상태로 들어가 2차적인 감전 및 기기의 과전류로 인한 파괴를 방지한다 ,이렇게 누전에는 신속히 작동 하지만 부하측(U,V,W)의 누전이 아닌 전원측 단자(R,S,T)에 낙뢰 전기가 형성 될때의 작동 기능은 없으므로 기기가 파손 된후, 파손에 의한 누전 전류를 감지 된후에야 차단되지만 전자 기기는 내부적인 완전한 파손이 되어도 차단은 안되어 2차 3차에 의한 계속된 낙뢰에는 완전한 파괴로 이어져 치명적인 손실을 입으며 낙뢰 전기에 의한 사고가 무방비인 것이 현재 누전 차단기의 문제점으로 남아 있다.

제 2도의 낙뢰 인식 제어기가 설치된 누전 차단기에서는 누전에 의한 기능은 제 1도의 누전 차단기와 동일 하게 작동되면 낙뢰 전기 인입시 자신의 정격 전압 보다 2.17배 이상 되는 전기가 입력되면 방전을 개시하여 회로를 보호하기 시작한다. 방전이 되어도 회로 전압이 하강되지 않으면, 계속 방전시 동작 전류(50A ∼5000A)의 상승과 시간 (20㎲-3ms)의 상승으로 영상 변류기(ZCT2)에서 계속 이상 작동 전류가 감지되면 지락 검출부(ESU2) 작동(50A이상,2ms이상), 트립코일(MC2) 작동, 낙뢰 회로 차단기 TCB1(Thunderbolt Circuit Breaker)의 작동으로 전원측(R, T)은 완전히 부하(U,W)와 차단 된다, 차단 후에 부하측 단자(U,W)에 남아 있는 고전압(2.17배)은 A1,A2,A3가 계속 방전하여 단자 U, W가 정격전압의 1.5배가 되기까지 작동하여 회로를 보호한다. 여기서 A1, A2는 콤몬 모드로 작동 되며 A3는 노멀 모드로 작동 되어 전원측의 어느 방향에서의 고전압도 방지 할수 있다.

위의 내용에서 전원 정격이 220V 일때 콤몬 모드의 A1에 R단자와 G단자 사이에 낙뢰 전기가 형성되면 477V에서 작동 되기 시작(정격 전압 X 2.17배)하여 최대 제한 전압 748V(정격 전압 X 3.4배)까지 방전하여 충전된 전기를 방전후에 안전 전압 330V(정격 전압 X 1.5)까지 작동후 정지 한다, 그러나 방전이 계속 되어도 단자 U와 G 사이의 전압이 477V 이하로 하강하지 않고 계속 상승시 방전전류(I1)가 50-5000A, 방전시간이 20㎲-3ms 이상 영상 변류기(ZCT2)에서 감지 되면 지락 검출부(ESU 2) 작동(50A이상,2ms이상), 트립코일(MC2) 작동, 낙뢰 회로 차단기(TCB1) 작동되며 전원측(R,T)을 완전히 끊은 후 부하측 단자(U,W)에 남아있는 330V 이상의 전압은 계속 방전하여 회로를 보호한다. 이 회로에서 사용한 피뢰기는 170(J:주울)으로 이것의 용량은 170(J)=0.24 x 748 x 5000 x 50㎲ 공식에 3-4회 이상의 계속된 낙뢰를 방전 내열량으로 선정 된다.

방전 시간은 위의 20㎲-3ms 인데 이것은 낙뢰 모의 시험 장치에서 시험하면 고압 콘덴서 직결 단락시 방전 시간이 2-5ms까지 되는 것을 측정하여 실제 낙뢰에 작동하는 20㎲-3ms로 정하였다. 그리고 외국(미국,일본:UL 1449) 일반 낙뢰의 규정에 전류 방전 시간은 8-20㎲로 전압 방전 시간은 1-50㎲로 하는 것이 외국 규격 시험의 예로 하고 있다. 그러나 이 규격은 실제 낙뢰 전기의 계속된 연발 동작에는 모두 파괴되는 것이 현실이다.

콤몬 모드 A2의 T 단자와 G 단자 사이에 낙뢰 전기가 형성되면 477V(정격 전압 X 2.17배)에서 작동 되기 시작하여 최대 제한 전압 748V(정격 전압 X 3.4배)까지 방전하여 충전된 전기를 방전후에 안전 전압 330V(정격 전압 X 1.5)까지 작동후 정지한다, 그러나 방전 이 계속 되어도 단자 W와 G 사이의 전압이 477V 이하로 하강 하지 않고 계속 상승시 방전전류(I1)가 50-5000A, 방전 시간이 20㎲-3ms 이상 영상 변류기(ZCT2)에서 감지 되면 지락 검출부(ESU 2) 작동(50A이상,2ms이상), 트립코일(MC2) 작동, 낙뢰 회로 차단기(TCB1) 작동되며 전원측(R,T)을 완전히 끊은 후 부하측 단자(U,W)에 남아있는 330V 이상의 전압은 계속 방전하여 회로를 보호한다.

노멀 모드의 A3는 R 단자와 T 단자 사이에 낙뢰 전기가 형성되면 콤몬 모드에서와 같이 477VDC(정격 전압 X 2.17배)에서 작동 되기 시작하여 최대 제한 전압 748VDC(정격 전압 X 3.4배)까지 방전하여 충전된 전기를 방전후에 안전 전압 330VDC(정격 전압 X 1.5)까지 작동후 정지 한다, 그러나 방전이 계속 되어도 단자 U와 W 사이의 전압이 477VDC 이하로 하강하지 않고 계속 상승이 방전전류(I1)가 50-5000A, 방전 시간이 20㎲-3ms 이상 영상 변류기(ZCT2)에서 감지 되면 지락 검출부(ESU 2) 작동(50A이상,2ms이상), 트립코일(MC2) 작동, 낙뢰 회로 차단기(TCB1) 작동되며 전원측(R,T)을 완전히 끊은 후 부하측 단자(U,W)에 남아있는 330V 이상의 전압은 계속 방전하여 회로를 보호한다.

본 고안의 효과로는 일반 가정, 상점, 빌딩, 공장, 연구 및 실험실, 원격 제어 장치, 공중 전화기, 이동 전화 기지국등에서 전기 장치 운전중 낙뢰 전기 인입시 고장은 발생 되는데, 본 발명의 누전차단기에서 낙뢰 전기가 인식되면 자신의 방전 전류량에 의해 소전력은 방지기로서 작동하며 대전력시는 차단기를 끊고 충전된 전기를 방전시키면 부하측 회로는 자신의 이상 파괴 전압으로 인한 과전류로 부터 안전하게 되는 기능을 부가하면 낙뢰로 인한 기기의 파손으로 재산상의 손실과, 기계 가동 정지로 인한 약속 불이행,납기 지연 등을 막아 개인과 개인, 회사와 개인간 등 상호간의 신뢰를 쌓을수 있으며, 본 장치를 사용 하므로 인한 손실은 다시 스위치를 투입 할때 까지의 시간 동안 쉬는 시간이 생기는 것일 뿐 낙뢰로 인한 불안감과 막대한 손실을 막을 수 있다.

Claims (1)

1. 피뢰기구와 차단 기구부로 구성 되는 누전 차단기 회로에 있어서, 전원측 단자(R,T)와 부하측 단자(U,W) 및 피뢰기(A1,A2,A3)와 영상 변류기(ZCT2)와 지락 검출부(ESU2),트립 코일(MC2),낙뢰 회로 차단기(TCB1)로 구성되고, 낙뢰 전기를 피뢰기 (A1,A2,A3)에서 감지하고 피뢰기(A1,A2,A3) 방전 전류(I1)를 영상 변류기(ZCT2)가 전류를 감지하여, 감지된 전류가 지락 검출부(ESU2)에 입력 되면, 대전력시에 지락 검출부(ESU2)에서 출력되고, 트립 코일(MC2)이 작동 되어 낙뢰 회로 차단기(TCB1)가 작동하며, 차단 후 회로에 남아있는 낙뢰 전기는 피뢰기(A1,A2,A3)가 계속 방전하여, 안전 전압으로 보호되는 것을 특징으로하며 피뢰기 콤몬 모드(A1,A2) 작동시 방전 전류(I1)를 어스 시키는 접지 단자(G)를 포함하는 낙뢰 인식 제어기가 설치된 누전 차단기 회로.