KR200286171Y1 - 결상시 지락보호 가능한 전자식(電子式) 누전 차단기 - Google Patents

Abstract

1. 본 지락보호 가능 누전차단기의 기능

각종 전기기기 또는 전기용품사용시 누전에 의한 화재 또는 감전사고가 발생한다. 이 경우 자동적으로 전원을 차단하여 지락사고의 발생을 미연에 방지하기 위해 누전 차단기를 사용하고 있는데 현재 우리나라에서 사용하고 있는 누전차단기는 결상시에는 지락사고가 방지되지 않는 전자식 누전차단기이다. 이는 접지측 인입선 단선에 의한 결상시에 일어나는데, 이제까지는 이런 결함이 있는 ELB가 계속 사용되고 있었던 것이다. 그러나 이와 같은 지락 사고는 그 원인 판별이 어려워 우리 나라에서는 지락사고가 원인별로 정확하게 파악되고 있지 못하고 있는 형편이다. 이를 추정할 수 있는 별첨 표1의 일본의 관련통계에 의할 것 같으면 지락사고의 30∼40%가 결상시에 발생하고 있음을 알 수가 있다. 이는 접지측 인입선 접속불량 또는 단선시 ELB가 동작되지 않아 전력은 공급되지 않으나 비접지측 인입선과 그에 연결된 부하에는 전원 전압이 인가되고 있으므로, 그 부위에서 누전이 발생할 수 있어 화재가 발생한다든가, 인체가 접촉될 때에는 감전사고가 발생한다. 그래서 이와 같은 경우에도 지락보호가 가능한 누전차단기의 출현이 절실히 요구되고 있었다.

본 고안은 이에 부응하기 위해서 개발된 결상시에도 지락보호가 가능한 전자식 누전차단기로서 이는 접지측 인입선 단선으로 인한 결상시에는 단선후 여러 가지 과정을 거쳐 트림코일이 동작하여 전원 개폐기가 개방되게 하여 전원을 차단함으로써 지락사고가 발생하지 못하게 하는 기능을 갖게 한 것이다. 그뿐 아니라 이 누전차단기는 접지측 인입선 단선으로 인한 감도전류를 지중회로로 통과시키고 있는데 그 전기적 특성이 수많은 조건에 의해 크게 변화하기 때문에 지중회로를(감도전류 통과직후) ELB회로로부터 즉각 분리되도록 했으므로 ELB의 정상복귀 후의 동작에 하등의 지장을 주지 않는다.

따라서 이 누전차단기는 단선된 인입선을 다시 연결시키고 개폐기를 재투입하면 그 기능이 즉각 회복된다. 이로써 누전으로 이한 화재의 발생이나 인체의 접촉으로 인한 감전사고는 완전히 방지된다.

2. 본 누전차단기의 기타 특징을 종합 열거하면 다음과 같다.

① 접지측 인입선 단선시 이를 대신할 지중전류 통로가 구성된다.

② 차단 회로 가동을 위해 신호전류(감도전류이상)를 흘려야 하는데 그의 전원으로서 원래의 전원전압을 이용한 것도 또 하나의 특징이며

③ 또 그 전류의 제어범위를 감도전류와 같이 고정된 값이 아니라 감도전류이상으로서 그의 수배까지 달하여도 무방하므로 지중호로 저항의 환경변화 또는 경년변화 등이 있더라도 별 지장이 없게 한 것이 큰 특징이다.

④ 정상 가동시에는 접지 회로가 분리되므로, E.L.B의 감도전류, 부동작 전류 등에 신경을 쓸 필요가 없다.

⑤ 결상시 ELB 동작회로의 전원으로 콘덴서 충전 전력을 사용하고 있는 것도 또 하나의 특징이다.

⑥ 본 E.L.B기능은 부하의 연결 여부에 관계없이 기능한다.

⑦ 일반 정전시에는 SS는 개방되지 않는다.

Description

결상시 지락보호 가능한 전자식(電子式) 누전 차단기{omitted}

(1) 누전차단기의 기본원리

도면 제1도의 누전차단기 회로도에 있어서 부하부에서 누전이 발생하면 ELB는 다음과 같은 동작을 하게 된다.

① 회로도의 교류전원 전압이 브리지 정류회로 BD에 의해 직류전압으로 변환되어 ELB의 감지접압변조회로 ELBIC에 인가된다.

② 누전이 발생하면 전원 입, 출 인입선 L₁-L₂, N₁-N₂의 전류간에 누전 전류만큼 차이가 발생하는데 그 값은 미리 설정된 ELB의 감도 전류를 초과하게 되면 예를 들어 30mA로 설정되었으면 30mA를 초과하면 감지코일 SC에 전압이 유기되고 전압변조기 ELBIC에 전달된다. 한편 ELBIC에는 부리지정류 회로부 BD에 의해 ELBIC에 그 동작전력이 공급되고 있어 이 전압이 ELBIC에서 변조되어 Thyristor Q₁을 도통케 하여 개폐기 SS의 Trip Coil Tc에 전류가 흘러 SS가 개방되어 전원을 차단 지락보호가 가능하게 된다.

(2) 결상

ELB를 통하여 부하에 전력을 공급하고 있을 때 전원이 끊기는 현상을 결상이라고 하는데, 결상이 되는 원인은 전원의 정전, 비접지측 인입선 단선, 접지측 인입선 단선의 3가지 경우가 있다. 이의 어느 경우에 있어서나 ELB에 동작 전력이 공급되지 않아 ELB의 전원 개폐기는 동작되지 않는다. 따라서 비접지측 인입선이 단선된 경우에는 전력은 공급되고 있지 않으나 그에 연결된 부하기기 및 회로에는 전압이 인가되고 있으므로 충전부의 절연 열화부위에 인간이 접촉할 때에는 감전사고가 발생하고, 누전이 될 때에는 화재가 발생할 수 있다. 이때에도 이를 지락보호가 되게 하기 위해서 고안한 것이 본 결상시 보호가능 누전차단기이다.상기한 결상현상 중 비접지측 인입선이 단선된 경우에는 그에 연결된 부하기기에 전압이 인가되고 있으므로 충전부의 절연 열화부위에 인간이 접촉할 때에는 감전사고가 발생하고, 누전이 될 때에는 화재가 발생할 수 있다. 이때에도 지락보호가 되게 하는 ELB 다시 말해서 전원변압기의 접지측 인입선이 단선된 경우에도 감전이나 누전으로 인한 화재가 발생하지 않게 하는 전자식 누전차단기를 개발코자 하는 것이 본 고안의 목적이다.본 고안은 반도체, 트랜지스터, 사이리스터 등 단자부품으로 구성된 전자회로를 종전의 누전차단기에 추가시킴으로써 결상시에는 지락보호가 불가능했던 누전차단기를 지락보호가 가능케 한 것으로서 도면 제1도의 누전차단기 회로도를 보면 알 수 있듯이 부하부에서 누전이 발생하면 ELB는 다음과 같은 동작을 하게 된다.① 회로도의 교류전원 전압이 브리지 정류회로 BD에 의해 직류전압으로 변환되어 ELB의 감지접압변조를 위한 ELBIC에 인가된다.② 누전이 발생하면 전원 입, 출입선 L₁-L₂, N₁-N₂의 전류간에 누전 전류만큼 차이가 발생하는데 그 값은 미리 설정된 ELB의 감도 전류를 초과하게 되면 예를 들어 30mA로 설정되었으면 30mA를 초과하면 감지코일 SC에 전압이 유기되고 이 전압변조부 ELBIC에 전달된다. 한편 ELBIC에는 브리지정류 회로부 BD에 의해 그 동작전력이 공급되고 있어 이 전압이 ELBIC에서 변조되어 Thyristor Q₁을 도통케 하여 개폐기 SS의 Trip Coil Tc에 전류가 흘러 SS가 개방되어 전원을 차단 지락보호가 가능하게 하는 것이 종전의 누전차단의 기술로서 전기안전분야기술이었다.그러나 전원변압기의 접지측인입선이 접속불량이거나 단선의 경우에도 감전사고나 누전에 의한 화재가 발생함을 알게 되었다. 일반적으로 ELB를 통하여 부하에 전력을 공급하고 있을 때 전원이 끊기는 현상을 결상이라고 하는데, 결상이 되는 원인은 전원의 정전, 비접지측 인입선 단선, 접지측 인입선 단선의 3가지 경우가 있다. 이의 어느 경우에 있어서나 ELB에 동작 전력이 공급되지 않아 ELB의 전원 개폐기는 동작되지 않는다.

① 전기한 바 있듯이 결상에는 그 원인에 따라 여러 가지 경우가 있으나 결국은 비접지측 인입선 단선으로 이한 결상시에 지락보호가 가능하면 그 원인 종류에 관계없이 언제나 지락보호가 가능하므로 이를 "접지측인입선단선시에 지락보호가 가능하기만 하면 이는 어느 때나 지락 보호가 가능하므로 완전한 누전차단기"라고 할 수 있다. 따라서 본 고안누전차단기를 사용할 경우에는 지락보호가 안되는 경우가 없다. 앞으로는 본 고안의 누전차단기를 "누전차단기"라고 칭하고 현재 사용되고 있는 누전차단기에(결상시에는 보호불가능)이라고 표시케 하는 것이 더 합리적이라고 생각된다.

② 상기한 바와 같이 정의한 결상시 지락보호 누전차단기가 되게 하기 위해 본 고안에서는 제1도와 같이 그 회로를 구분 구성하였다.

ⅰ) 지중회로의 구성과 그의 통전

접지측 인입선 단선시 그를 대신할 지중회로를 다음과 같이 구성하였다.

그림1에 표시된 바와 같이 전원변압기 접지측 단자N₁에서 파선으로 시작한 지중통로 끝에 그 1단을 접지시킨 저항 Rc를 RL의 한접점에 연결시키고 그 상대접점을 L₂에 연결 그 타단인 L₁에서 변압기 2차권선을 통하여 N1에 이루게 해놓고 RL이 여자될 경우 접지회로가 폐회로가 되게 하였다.

ⅱ) 결상판별회로의 구축과 그의 동작

접지측 인입선단선과 동시에 그림1의 결상판별부의 BD의 인가 전압이 0이되므로 그 출력 D.C전압도 0이 되어 C₂의 전하는 R₂를 통하여 방전하기 시작 Tr의 베이스 전압이 0이 될 때 Tr의 코렉터의 전하에 의해 Q₂가 도통 C₁의 전하가 RL을 여자함으로써 지중회로가 완성 SC를 관통하고 있는 L₁-L₂에 변압기 2차 측전압에 의해 감도전류는 지중통로에 Rc를 추가시켜 이에 의해 제한되는 ELB의 감도전류이상이 전류 Is가 흐르게 한다. 이때 Rc의 값은 일반접지봉을 지중에 꽂거나 근처에 있는 전기기기의 노출부가 지면에 접촉되고 있을 때는 그 부위에 접촉시키면 충분하다.

감도전류의 크기는 그의 통전이 순간적이어서 ELB회로가 파손될 염려는 없다. 이는 대체적으로 15mA∼수100mA로서 SS가 개방된다.

ⅲ) SS의 차단부

Is에 의해 SC에 전압이 유기되고 그 전압이 ELBIC에 인가되면 ELBIC는 이를 변조 C₃에 축적되었던 전하를 전력원으로 하여 Q₁이 도통 Tc를 여자 SS를 개방시킨다.

이때 SS를 재투입해서 사용해야 하는데 투입이 안되면 누전이 발생한 것이므로 이를 수리해야 하고 투입이 되면 결상으로 원인이므로 이를 수리한 후 투입 사용하면 된다.

제1도는 본 고안의 단상 1단 접지식 220V 2선식 배전방식의 경우의 누전 차단기로서 지중회로부, 결상판별부, 차단부로 구성되어 있으며 도면의 주요부분에 대한 보호를 설명하면 아래와 같다.

TO : 전원트랜스 L : 부하

N₁, L₁: 전원인입선단자 N₂, L₂: 전원부하측단자

SS : 전원차단기 SC : 누전감지코일

BD : 브리지 다이오드 C₁: RL 여자용전하 축적용 컨덴서

R₁, R₂, R₃R₄: 결상판별회로부저항 C₂: 결상판별 콘덴서

Tr : 결상판별부 트랜지스터 Q₂: 결상판별부사이리스터

RL : 접지용 계전기 D : 반도체 들

C₃: 차단부 전원용 전하축적용 콘덴서 Q₁: 전원차단부사이리스터

Tc : 차단기트립코일 ELBIC : 감지전압변조회로

Rc : 지중회로 전류값 설정용 저항 R₅: 차단부 회로저항

① 지중회로의 구축

상기한 바와 같이 접지측 인입선 단선으로 인한 결상시에도 지락보호가 가능한 누전차단기가 되게 하기 위해서는 제1도의 접지측단자 N₁를 R_c를 거쳐 트라스(T0)의 접지단자간에 지중통로를 구성시켜 이를(L₁L₂)와 연결 폐회로를 만들어 전원전압에 의해 전류 Is가 흐르게 한다.

이는 접지측 인입선 단선과 동시에(BD)의 교류측전압이 0이 되므로 상대측 직류전압도 0이 되어 C₂의 전화가 방전(Tr)의 작용에 의해 Q₂에 게이트전압이 인가됨으로써 이것이 도통되어 C₁의 전하일부가 방전(Tr)를 여자함으로써 이루어진다.

② 개폐기의 동작

①에 의해 (SC)에 유기된 전압이 C₃의 전하에 의해 그 동작 전압을 유지하고 있던 ELBIC에 전달되었다가 변조되어 Q₁의 게이트에 인가되며 이를 도통케 하여 (C₃)의 방전전류에 의해(SS)를 개방시킴으로써 지락사고가 발생할 수 없게 하는 것이다.

③ C₁, C₃값의 증대

종래의 ELB에서 ELB 동작용 DC회로 전압의 평활을 유지해 왔는데 이번 고안의 ELB에서는 전기한 바 있듯이 전압이 인가되지 않은 상태에서 캐패시터의 방전전류에 의해 (RL)과 (Tc)를 여자해야 하므로 그 용량을 증대시켰다.

④ 폐회로 작성시(RL)를 여자함으로써 그를 완성시켜 IS가 흐르게 했는데 C₁의 방전전류에 의하여 동작하여 RL의 여자의 중단으로 지중회로는 ELB의 원회로에서 분리되기 때문에 정상상태에 있어서 부하전류의 분류로 인한 감도전류의 상하(上下)한 값의 제한이라든가, 감도전류의 변화에 대한 대응이 필요하지 않아 결상시 지락보호 누전차단기(전자식)가 출현케 한 키 포인트가 된 것이다.

⑤ 이 경우 ELB를 정상상태로 복귀시키려면 단선된 접지치측인입선을 연결하고(SS)를 재투입해놓으면 된다.

⑥ 과부하 차단기능을 부가하더라도 그 기능에 아무런 영향을 주지 않는다.

⑦ 단선의 확인이나 접지 상태의 점검용 기구를 부가시켜도 무방하다.

이상과 같이 종전의 전자식누전차단기는 결상시에 지락보호가 불가능했으나 새로이 결상판별회로를 개발부가하고 지중회로를 구축해서 그에 감도전류가 흐르게 함으로써 결상시에 SS가 개방되게 했을 뿐 아니라 지중회로를 ELB에서 분리시킴으로써 그 회로의 전기적 정수들이 ELB회로에 미치는 부정적인 영향이 제거됨으로써 평상시 지락보호기능에 아무런 역효과가 미치지 않게 하였다.

Claims (1)

1. 그림 1에 표시한 바와 같이 전원변압기(TO)의 접지측 단자 N₁에서 시작한 지중회로 끝에 그 1단을 접지시킨 저항 Rc를 계전기 RL의 한 접점에 연결시키고 그 상대 접점을 L₂에 연결, 그 타단인 L₁에서 변압기 2차 권선을 통하여 N₁에 이루게 해 놓고 계전기 RL이 여자될 경우 접지회로가 폐회로가 되게 하였다.

   단, 접지측 인입선 단선과 동시에 그림 1의 결상 판별부의 부리지 다이오드 BD의 인가전압도 0이 됨으로 그 출력 DC전압도 0이 됨으로 커패시터 C₂의 전하는 R₂를 통하여 방전하기 시작, 트랜지스터 Tr의 베이스 전압이 0이 될 때, 트랜지스터 Tr의 코렉터의 전하에 의해 사이리스터 O₂가 도통 커패시터 C₁의 방전전류가 RL을 여자함으로써 지중회로가 완성 감지코일 SC를 관통하고있는 인입선 L_1~L₂에 변압기 2차 전압에 의해 감도전류 15mA 이상의 전류 Is가 흐르게 된다.

   이때 Rc의 저항은 일반 가정용 기기의 접지정도로 충분하다.

   그리고 일반 누전차단기 작용시와는 달리 15mA이상 수100mA까지의 광범위 이상이라 할 지라도 그 충전시간이 극히 짧아 사고없이 개폐기 SS가 개방된다. 이로서 접지측 인입선 단선에 의한 지락보호는 이루어 진다. 이때 인입선 단선을 수리하고 SS를 재투입하면 일반누전차단기 기능을 발휘하는 일반누전차단기로 복귀되는 것이다.

   따라서 기히 설정된 누전전류 이상의 전류가 흐르면 SC에 전압이 유기되어 ELBIC에 변조되어 소정의 시간동안 Q₁을 도통시켜 C₃의 방전전류가 SS의 여자회로 Tc를 여자소정시간내에 SS를 개방시킨다. 이 경우에 기히 접지회로는 개방된 상태임으로 접지저항의 경년변화 접지장소의 상이 등에 관계없이 완전한 결상시 지락보호가능전자식 누전차단기로서 본 실용신안고안등록 대상이다.