KR200248264Y1 - 직류 접지개소 검출장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 적어도 2개의 접지발생 구분램프 및 접지용 스위치와 배선용 차단기가 설치된 접지검출회로를 통해 접지발생이 확인되었을 때 접지개소를 검출하기 위한 장치에 관한 것으로서, 접지검출장치는 공급전원이 공급되는 교류 입력변압기와, 콘버터 드라이브 및 제어회로에 의해 조절되어 직류전압으로 전환시키는 콘버터부와, 주파수 설정스위치 및 출력전압 조절스위치를 갖춘 인버터 드라이브 및 제어회로에 조절되어 교류전원을 발생시키는 인버터로 이루어진 주파수 가변수단, 상기 주파수 가변수단에서 발생된 교류전원의 한 단자를 접지시키는 접지단자와, 상기 교류전원의 나머지 한 단자를 상기 접지검출회로의 최상위 배선용 차단기에 연결하는 전압 프로브로 이루어진 연결케이블, 상기 연결케이블을 통해 흐르는 접지전류의 크기를 측정하는 전류 검출용 센서와, 측정된 전류를 전압으로 변환시키는 전류-전압 변환저항으로 이루어진 전류검출수단, 상기 전류검출수단에서 변환된 전압을 구형파의 펄스와 시간주기 구형파로 발생시키고 상기 구형파의 펄스와 시간주기 구형파를 AND 게이트로 처리하는 주파수 검출수단으로 이루어진 것을 특징으로 한다.

Description

직류 접지개소 검출장치{Apparatus for determining the earth portion of D.C.}

본 고안은 직류공급선로에서 접지가 발생했을 때 전원을 꺼지않은 상태에서 접지선로를 검출하기 위한 장치에 관한 것이고, 더 상세하게는 직류공급 부하선로에 어느 특정주파수의 교류전압을 인가하고 이때 흐르는 교류전류의 주파수를 측정한 후 전압주파수와 비교하여 접지선로를 검출하는 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 직류전원은 저장이 가능하여 정전시에도 안정적으로 전류를 공급하는 중요기기의 전원으로 사용하고 있다. 이러한 직류전원의 공급구성은 한 개의 직류전압원, 예를 들어 밧데리로부터 수많은 종류의 중요기기별로 나뭇가지 형태로 전류를 공급하게 되고 있다.

보통, 직류전원은 110V를 사용하고, 그의 공급단자인 (+)극과 (-)극은 접지하지 않는 상태로 운영되고 있는데, 하나의 극을 접지한 상태로 운영하고 있을 때 다른 하나의 극에 접지가 발생하면 단락상태가 되어 아주 큰 단락전류가 흐르게 되고, 이로 인하여 공급선로에 설치된 퓨즈가 융단되어 전원공급 불가상태로 된다. 그 결과, 대형기기의 동작이 멈추는 현상이 자주 발생할 소지가 많다.

또한, 접지가 장시간 지속될 경우 사람이 접촉하여 감전될 위험이 있고, 기기의 열적 스트레스로 인해 화재가 발생할 수가 있다.

한편, 접지가 발생했을 때 신속하게 접지개소를 찾아내어 조치하는 것이 무엇보다도 중요하다. 즉, 종래의 접지검출 원리를 보면, 수많은 직류 공급선로중 어느 하나의 선로에 접지가 발생하였을 때, (+)극과 (-)극 그리고 접지와의 전위차 변화를 이용하여 램프의 밝기가 변하게 되어 접지 발생극을 알 수 있도록 되어 있다.

즉, 일반적인 접지검출회로가 도시되어 있는 도 1을 참조하면, 정상상태에서 접지용 스위치(SW1)는 항상 닫혀있고, 이 상태에서 접지발생 구분램프(L1, L2) 각각의 양단에는 55V 전압이 걸려있다. 그리고, 접지전류 제한용 저항(R1, R2)에 흐르는 전류의 크기는 110V/(R1+R2)이고 부하1(Ld1)에 유입되는 전류(I_load1)와 유출되는 전류(I_load2)의 크기는 동일하다.

만약 P 상에 접지가 발생하면, A점과 B점의 전위차가 동일하게 되므로 제1접지발생 구분램프(L1) 양단에는 전압이 거의 0V가 되어 밝기가 어두워지고 반대로 제2접지발생 구분램프(L2) 양단에는 110V가 걸리게 되어 평상시보다 밝게 빛나게 된다.

이때, 접지전류의 흐름은, 점선으로 표시된 바와 같이, P(+) -> Rg -> Re -> SW1 -> R2 -> N(-)의 순으로 이루어지며, 전류의 크기는 110V/(Rg+Re+R2)이고, 부하1(Ld1)에 유입되는 전류(I_load1)는 유출되는 전류(I_load2)와 접지전류(Ig)의 합이 된다.

한편, N 상에 접지가 발생하면, 제1접지발생 구분램프(L1)가 밝게 빛나고 제2접지발생 구분램프(L2)는 어두워지며, 이때의 접지전류 흐름은 P(+) -> R1 -> SW1 -> Re -> Rg -> N(-)의 순으로 이루어진다. 그리고, 접지전류의 크기는 P상 접지시와 동일하다.

그런데, 이런 검출회로는 접지발생을 쉽게 판별할 수 있지만 수많은 공급선로 중에 어떤 선로에 접지가 발생했는지 알기 위해서는 공급선로 각각의 배선용 차단기를 차단하여 접지가 해소되었는지 여부를 확인해야 한다. 이때, 접지검출 시간이 많이 소요되고 무엇보다도 일시적으로 전원공급을 중단하여 중요설비의 작동을 중단시켜야 하는 문제점이 있다.

본 고안은 상기된 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 고안된 것으로써, 직류공급선로에 미소 교류전류를 통전시키고 그 교류전류의 주파수를 검출하여 전원공급의 중단없이 빠른 시간내에 정확하게 접지된 선로를 검출할 수 있는 장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.

도 1은 일반적인 접지검출회로를 개략적으로 도시한 회로도.

도 2는 접지가 발생하였을 때 직류접지개소를 검출하기 위한 본 고안에 따른 장치를 도시한 설치도.

도 3은 본 고안에 따른 접지개소 검출장치의 작동상태를 나타낸 순서도.

도 4는 본 고안에 따른 접지개소 검출장치의 주파수 가변회로 및 전류 검출회로를 나타낸 회로도.

도 5는 본 고안에 따른 접지개소 검출장치의 주파수 검출회로도.

도 6은 본 고안에 따른 접지개소 검출장치의 주파수 검출회로의 동작파형도.

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >

F1 : 회로보호용 퓨즈 R1,R2 : 접지전류 제한용 저항

L1,L2 : 접지발생 구분램프 SW1,SW2 : 접지용 스위치

MCB : 배선용차단기 A : 접지개소검출 장치

T1 : 입력 변압기 B-1 : 콘버터부

B-2 : 인버터부 T2 : 출력 변압기

C-1 : 입력용 필터 C-2 : 전압증폭기

C-3 : 슈미터 회로 C-4 : 타이머 회로

C-5 : 플립 플롭 C-7 : 액정 표시기

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 고안에 따르면, 적어도 2개의 접지발생 구분램프 및 접지용 스위치와 배선용 차단기가 설치된 접지검출회로를 통해 접지발생이 확인되었을 때 접지개소를 검출하기 위한 장치에 있어서,

입력배선용 차단기를 통해 공급전원이 공급되는 교류 입력변압기와, 콘버터 드라이브 및 제어회로에 의해 조절되어 직류전압으로 전환시키는 콘버터부와, 주파수 설정스위치 및 출력전압 조절스위치를 갖춘 인버터 드라이브 및 제어회로에 조절되어 교류전원을 발생시키는 인버터로 이루어진 주파수 가변수단, 상기 주파수 가변수단에서 발생된 교류전원의 한 단자를 접지시키는 접지단자와, 상기 교류전원의 나머지 한 단자를 상기 접지검출회로의 최상위 배선용 차단기에 연결하는 전압 프로브로 이루어진 연결케이블, 상기 연결케이블을 통해 흐르는 접지전류의 크기를 측정하는 전류 검출용 센서와, 측정된 전류를 전압으로 변환시키는 전류-전압 변환저항으로 이루어진 전류검출수단, 상기 전류검출수단에서 변환된 전압을 구형파의 펄스와 시간주기 구형파로 발생시키고 상기 구형파의 펄스와 시간주기 구형파를 AND 게이트로 처리하는 주파수 검출수단으로 이루어진 것을 특징으로 한다.

즉, 본 고안에 따르면, 직류 접지개소 검출장치는 적어도 2개의 접지발생 구분램프가 설치된 접지검출회로를 통해 접지발생이 확인되면 접지용 스위치를 개방한 후 상용교류 주파수보다 높은 교류전압을 발생시켜 한쪽은 접지시키고 다른쪽은 5개의 직류공급선로의 접지발생극에 동시에 연결하면 접지개소를 통해 폐회로가 구성되어 접지전류가 흐르게 되고 이 접지전류의 크기 및 주파수를 측정한다.

또한, 접지된 선로에 흐르는 전류의 측정주파수는 공급전압의 설정주파수와 거의 동일할 것이며 접지전류의 크기도 건전한 공급선로에 흐르는 누설전류에 비해 아주 클 것이므로 접지선로와 건전선로에 흐르는 전류의 크기 및 주파수를 비교하여 접지개소를 신속하면서 정확하게 찾는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 고안에 따라서 미소 교류전류의 주파수 검출을 통한 직류 접지개소 검출장치를 설명한다.

본 고안에 따른 접지개소 검출장치가 접지검출회로에 접속되어 있는 상태를 도시하고 있는 도 2를 참조하면, P 상에 접지가 발생하면 제1접지용 스위치(SW1)를 개방하고 접지개소 검출장치(10)의 접지단자(A-8)를 접지시킨 후 최상위 공급선로의 배선용 차단기(MCB1 ~ MCB5)의 P(+) 상에 검출장치(10)의 전압 프로브(A-9)를 각각 연결한다.

그리고, 검출장치(10)의 전원 스위치(A-1)을 온(on)시키고 장치이상 표시부(A-2)에서 전원이상 및 퓨즈이상의 유무를 확인한다. 이때, 퓨즈이상 발생시에는 출력보호용 퓨즈(A-6)를 확인하여 소손된 퓨즈를 교환한다. 한편, 출력전압의 주파수를 설정하기 위해 주파수 설정스위치(A-3) 및 출력전압 조정스위치(A-11)를 조작한 후 시작버턴(A-10)을 누른다.

배선용 차단기(MCB1 ~ MCB5)의 P(+) 상별로 전류 및 주파수 표시기(A-5)의 채널 각각의 측정치를 읽어 설정 주파수와 동일한 주파수를 나타내는 채널을 확인한다. 이때, 특정 채널의 전류크기가 나머지 다른 채널의 전류크기보다 큰 값인지 여부을 확인한다. 한편, 각 채널의 전류치가 수mA이면, 전류 조정용 저항(A-4)를 조절하여 전류치를 높여준다.

예를 들어, 배선용 차단기중 MCB5의 선로에서 접지가 발생된 것이 확인되면, 그 하부선로(MCB51 ~ MCB54)에 대해서도 위와 똑같은 방법으로 접지개소를 측정한다. 측정결과, MCB54 선로에 접지가 발생된 것이 확인되면, 그 접지개소를 제거한다.

도 3은 상술된 동작순서의 순서도이다.

도 4는 상기 장치의 주파수 가변회로 및 전류 검출회로 구성을 나타낸 도면으로서, 검출장치(10)의 공급전원은 입력 배선용 차단기(CB1)를 통해 입력변압기(T1)에 공급된다. 콘버터부(B-1)는 인버터부(B-2)에서 필요한 직류전압을 만들기 위해 드라이브 회로 및 콘버터 제어회로(B-3)에 의해 조절되고, 인버터부(B-2)는 드라이브 회로 및 인버터 제어회로(B-4)에 의해 조절된다. 그리고, 인버터부(B-2)는 콘버터부(B-1)에서 만들어진 직류전압을 주파수 설정스위치(11, 12)에서 정해진 주파수와 전압 조정스위치(13)에서 정해진 크기의 교류전압으로 발생시킨다.

인버터부(B-2)에서 발생된 교류전압을 직류공급선로에 인가하면, 접지가 발생된 선로에 있어서는 검출장치(10)의 접지(R_TG)와 공급선로의 접지점(R_g)이 교류전원에 대해 폐회로를 구성하게 되어 접지전류가 흐르게 된다. 즉, 접지전류는 T2 -> F_M1- > R_M1- > R_T1- > R_G- > R_TG-> T2 로 이루어지는 폐회로를 따라 흐른다. 이때, 접지전류의 크기는 출력변압기의 2차전압/(R_M1+ R_T1+ R_G+ R_TG)으로 된다.

접지전류에 의해 전류-전압 변환용 저항(R_M1~ R_M5)의 양단에는 전압이 발생하므로, 이 전압의 주파수를 측정하여 표시하고 또한 접지전류의 크기는 전류 검출용 센서(CT1~CT5)에 의해 검출되어 표시된다.

한편, 접지단자의 검출시 검출장치(10) 내에서의 이상 및 접지 발생극 오결선에 의해 일어날 수 있는 단락에 대해 회로를 보호하는 고속도 출력 보호용 퓨즈(F_M1~ F_M5)가 설치되어 있고, 각 채널마다 전류크기를 조절할 수 있는 전류 조정용 저항(R_T1~ R_T5)이 구비되어 있다.

도 5는 본 고안에 따른 주파수 검출회로도이고, 도 6은 회로구성 요소별 파형을 도시한 그래프로서, 도 4에서 접지전류(Ig)와 전류-전압용 변환저항(R_M)에 의해 발생된 전압은 선로의 커패시터 및 전자유도에 의해 노이즈 성분이 상당수 포함될 수 있어 입력용 필터(C-1)를 거치고 난 후 차동 전압증폭기(C-2)에 의해 증폭되어 슈미터 회로(C-3)에 입력된다. 슈미터 회로(C-3)은 정형파형을 입력주파수와 동일한 구형파로 변환한다.

일반적으로, 주파수란 1초 동안의 주기적인 파형이 몇 번 반복되는 가를 나타내므로, 주파수를 측정하기 위해서는 시간기준파형이 필요하다. 따라서, 타이머 회로(C-4)는 일정 주기의 구형파를 발생하며, 이때 주기조정은 커패시터(C4)와 가변저항기(VR1)에 의해 이루어진다. 그리고, 타이머 회로(C-4)의 출력은 래치회로인 D-플립플롭(C-5)의 입력단자(Din)에 입력된다.

D-플립플롭(C-5)은 1초주기의 단형파를 형성한다. 그리고, 비반전 출력파형(Q)은 AND 게이트(C-6)에 입력된다. AND 게이트(C-6)에서는, 슈미터 회로(C-3)의 출력과 비반전 출력파형(Q)을 비교하고 1초 동안의 구형파 펄스를 계수하여 10진 카운터 7-세그먼트 구동기(C-7) 상에 주파수를 표시한다.

위와 같은 본 고안의 미소교류전류 주파수 검출을 이용한 직류접지개소 검출장치는 직류전원이 공급되고 있는 상태에서 교류전류를 공급선로에 인가하여 주파수 및 전류를 측정하여 중요기기의 정전이 불필요하고 또한 신속하게 접지개소를 찾을 수 있는 이점이 있다.

이상, 상기 내용은 본 고안의 바람직한 실시예를 단지 예시한 것으로 본 고안이 속하는 분야의 당업자는 첨부된 청구범위에 기재된 본 고안의 사상 및 요지로부터 벗어나지 않고 본 고안에 대한 수정 및 변경을 가할 수 있다는 것을 인식하여야 한다.

Claims (3)

1. 적어도 2개의 접지발생 구분램프 및 접지용 스위치와 배선용 차단기가 설치된 접지검출회로를 통해 접지발생이 확인되었을 때 접지개소를 검출하기 위한 장치에 있어서,

   입력배선용 차단기를 통해 공급전원이 공급되는 교류 입력변압기(T1)와, 콘버터 드라이브 및 제어회로(B-3)에 의해 조절되어 직류전압으로 전환시키는 콘버터부(B-1)와, 주파수 설정스위치(11,12) 및 출력전압 조절스위치(13)를 갖춘 인버터 드라이브 및 제어회로(B-4)에 조절되어 교류전원을 발생시키는 인버터(B-2)로 이루어진 주파수 가변수단,

   상기 주파수 가변수단에서 발생된 교류전원의 한 단자를 접지시키는 접지단자(A-8)와, 상기 교류전원의 나머지 한 단자를 상기 접지검출회로의 최상위 배선용 차단기(MCB1~MCB5)에 연결하는 전압 프로브(A-9)로 이루어진 연결케이블,

   상기 연결케이블을 통해 흐르는 접지전류의 크기를 측정하는 전류 검출용 센서(CT1~CT5)와, 측정된 전류를 전압으로 변환시키는 전류-전압 변환저항(R_M1~ R_M5)으로 이루어진 전류검출수단,

   상기 전류검출수단에서 변환된 전압을 구형파의 펄스와 시간주기 구형파로 발생시키고 상기 구형파의 펄스와 시간주기 구형파를 AND 게이트로 처리하는 주파수 검출수단으로 이루어진 것을 특징으로 하는 직류 접지개소 검출장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 구형파 펄스는 입력용 필터(C-1)와, 차동전압증폭기(C-2)와, 슈미터 회로(C-3)를 이용하여 발생되고 상기 시간주기 구형파는 타이머회로(C-4)와, D-플립플롭(C-5)을 이용하여 발생되는 것을 특징으로 하는 직류 접지개소 검출장치.
3. 제1항에 있어서,

   상기 주파수 검출수단의 AND 게이트의 출력값을 표시하는 액정표시기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 직류 접지개소 검출장치.