KR20030072460A

KR20030072460A - 변류기를 이용한 배전선용 차단기

Info

Publication number: KR20030072460A
Application number: KR1020020011319A
Authority: KR
Inventors: 임중우
Original assignee: 상도전기통신 주식회사
Priority date: 2002-03-04
Filing date: 2002-03-04
Publication date: 2003-09-15

Abstract

본 발명은 물리적인 방식으로 동작하는 기존의 누전차단회로의 장점을 유지하면서 다단계 전자차단회로를 구성하여 전류용량의 선택 사용이 가능하도록 한 변류기를 이용한 배전선용 차단기를 제공하기 위한 것으로, 입력되는 교류전원의 일부를 직류 정류하기 위한 정류수단과; 인가되는 전류에 따라 구동되어 정류수단을 통과한 전류를 선택적으로 차단하기 위한 전동차단수단과; 전동차단수단을 통과한 전류의 부하측 유입선로상을 통과하는 부하전류의 수준을 검지하기 위한 전류검지수단과; 전류검지수단에 의해 검지된 부하전류를 인가받아 부하전류에 비례하는 기준전류를 설정하기 위한 기준설정수단과; 기준설정수단에 의해 설정된 기준전류와 정류수단에 의해 정류된 직류전류를 비교하여 증폭하기 위한 비교증폭수단과; 비교증폭수단에서 출력되는 전류 또는 전류검지수단에 의해 검지된 부하전류에 따라 정류수단을 통과한 교류전원을 전동차단수단으로 선택적으로 인가하여 부하측으로의 교류전원 입력이 차단되도록 하기 위한 차단검지수단을 포함하여 이루어지며, 전류검지의 정밀성이 높은 변류기를 채택함으로써 부하전류에 대한 감응의 정확도가 향상되어 부하변화의 즉각 대처가 가능하며, 기존의 물리적인 방식에 따른 누전차단회로의 신뢰성과 같은 장점을 유지하면서 다단계 전자차단회로를 구성함으로써 전류용량의 선택 사용이 가능하게 된다.

Description

변류기를 이용한 배전선용 차단기 {CIRCUIT-BREAKER UTILIZING CURRENT TRANSFORMER}

본 발명은 배전선용 차단기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 감지전류에 대하여 즉각적으로 감응하도록 하기 변류기를 이용한 배전선용 차단기에 관한 것이다.

일반적으로 전력공급 계통에는 다양한 원인에 의하여 부하측으로 과다한 전류가 유입되는 경우가 있다. 이러한 과다전류의 순간적 또는 지속적인 유입에 대응하여 부하측의 장비나 시설 또는 인명을 보호하기 위하여 전력 차단장치가 설치된다. 특히, 배전계통의 부하측에 설치하여 과다 전류의 차단기능에 적합하도록 된 것이 배전선용 차단기이다.

배전선용 차단기는 상용전원 220V~480V에서 정격전류의 범위를 초과하는 전류에 대하여 순간적으로 감응하도록 설계된다.

이하, 사용되는 용어를 설명한다.

변류기(Current Transformer, 또는 CT)는 교류의 큰 전류에서 이에 비례하는 작은 전류를 얻기 위한 장치이다. 변류기 구조의 주요부는 변압기와 같은 성층철심에 권선수가 적은 1차코일과 권선수가 많은 2차코일을 감은 것인데, 2차코일에는 전류계 ·전력계 ·계전기 등을 연결한다. 1차 ·2차의 전류비는 각기 코일 권선수의 반비례와 비슷하다. 1차전류의 정격값은 수십 A에서 수천 A까지 여러 가지가 있으나, 2차전류의 정격값은 대부분이 5A이다. 변류기를 회로에 연결할 때 2차코일은 접지하고, 1차코일은 전압에 따라서 충분한 절연을 한다. 변류기에는 주요부를 탱크 속에 넣고, 이것에 기름을 가득 채운 유입형과 기름을 사용치 않는 건식이 있는데, 건식은 회로의 전압이 약 2만 V 이하의 것에 사용한다. 변류기의 운용시 2차에 많은 계기를 직렬로 넣는 것은 바람직하지 않다. 어느 정도의 계기를 연결할 수 있는가 하는 것은 각 변류기마다 정격부담에 따른다.

단락(또는 합선)은 부하측 전류가 무한대이며 전압이 0 V인 상태이다. 이때에는 순각적인 돌입전류가 발생된다.

영상전류는 옥내배선이나 전기제품이 대지에 대해 절연불량을 일으켰을 때에 흐르는 전류이다. 이에 대응하여 영상전압을 정의한다.

누전(누설전류)은 배전라인의 불량으로 인하여 누설전류가 흐르는 상태이다. 통상 배전라인은 1상이 접지되어 있기 때문에 상용전원의 부하측에 절연불량이 일어나는 경우에는 접지저항에 따라 5~100mA 정도의 누설전류가 흐른다. 이러한 누설전류는 한쪽 상에만 중첩되어 나타나므로 누설전류에 비례한 출력이 얻어진다.

과전류는 전기제품의 정격전류(예: 30A) 이상의 전류이다.

본 발명과 관련된 종래의 배선용 차단기나 누전차단기는 물리적인 방식, 즉 열동형 등으로 동작한다. 그외 다수는 전류에 의한 열팽창 방식을 채택하는데, 이는 전류가 열팽창 계수에 도달되어야만 차단하며, 차단하는 감지전류 또한 균일치 않아 부하전류에 대하여 정확히 감응하는 점이 매우 둔하다. 따라서 부하에 즉각적으로 대처하는 능력이 떨어지는 문제가 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해소하기 위해 창출된 것으로, 본 발명의 목적은 물리적인 방식으로 동작하는 기존의 누전차단회로의 장점을 유지하면서 다단계 전자차단회로를 구성하여 전류용량의 선택 사용이 가능하도록 한 변류기를 이용한 배전선용 차단기를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 변류기를 이용한 배전선용 차단기는, 입력되는 교류전원의 일부를 직류 정류하기 위한 정류수단과; 인가되는 전류에 따라 구동되어 상기 정류수단을 통과한 전류를 선택적으로 차단하기 위한 전동차단수단과; 상기 전동차단수단을 통과한 전류의 부하측 유입선로상을 통과하는 부하전류의 수준을 검지하기 위한 전류검지수단과; 상기 전류검지수단에 의해 검지된 부하전류를 인가받아 상기 부하전류에 비례하는 기준전류를 설정하기 위한 기준설정수단과; 상기 기준설정수단에 의해 설정된 기준전류와 상기 정류수단에 의해 정류된 직류전류를 비교하여 증폭하기 위한 비교증폭수단과; 상기 비교증폭수단에서 출력되는 전류 또는 상기 전류검지수단에 의해 검지된 부하전류에 따라 상기 정류수단을 통과한 교류전원을 상기 전동차단수단으로 선택적으로 인가하여 부하측으로의 교류전원 입력이 차단되도록 하기 위한 차단검지수단을 포함하는 것을 그 특징으로 한다.

도1은 본 발명의 실시예에 따른 변류기를 이용한 배전선용 차단기의 블록도이다.

도2는 본 발명의 실시예에 따른 변류기를 이용한 배전선용 차단기의 적용 블록도이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

110 : 교류전원 입력부120, 170 : 정류부

130 : 누전차단검지회로부

140 : 차단솔레노이드 및 누전테스트 스위치부

150 : 차단스위치부160 : 부하측 전류검지변류기

180 : 기준부200 : 다단계증폭부

210 : DIP 스위치

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 설명한다.

본 실시예는 누전차단회로 등에 사용되는 종래의 방식의 장점을 유지하면서 열동방식 등의 물리적인 동작구조를 배제하고 다단계 전자차단회로를 구성한다. 이러한 다단계 전자차단회로를 이용하여 필요한 전류용량을 선택 사용하는 배전선용 차단기를 구현하는 것이다.

도1에 도시된 바에 따르면, 본 실시예의 차단기는 교류전원 입력부(110), 제1 정류부(120), 누전차단검지회로부(130), 차단솔레노이드 및 누전테스트 스위치부(150), 차단스위치부(150), 부하측 전류검지변류기(160), 제2 정류부(180), 기준부(180), 다단계증폭부(200), DIP(Dual Inline Pin) 스위치(210)를 포함하여 이루어진다.

교류전원 입력부(110)는 220V~480V의 교류전원이 공급되는 부분이다.

제1 정류부(120)는 교류전원 입력부(110)로부터 공급되는 교류전원을 직류 정류하여 누전차단검지회로부(130) 및 다단계증폭부(200)로 직류전원을 공급한다.

누전차단검지회로부(130)는 변류기(CT)로 누설전류를 검지하여 차단솔레노이드를 동작시킨다. 누설전류(누전)의 발생시 누전차단검지회로부(130)가 동작하여 변류기의 영상전압을 정류증폭하여 싸이리스터의 게이트 전류를 가하여 싸이리스터를 래치시키게 된다.

차단솔레노이드 및 누전테스트 스위치부(150)는 누전차단검지회로부(130)의 싸이리스터 출력에 반응하여 트립 차단한다. 누전테스트 스위치는 일정기간(통상 1개월)마다 한번씩 눌러서 누전차단 기능을 점검하기 위한 스위치이다. 차단솔레노이드는 일단이 제1 정류부(120)의 출력의 일단과 상시 연결되어 있고, 다른 일단은 누전차단검지회로부(130)와 누전테스트 스위치의 일단과 연결되어 있다. 제1 정류부(120)의 출력의 다른 일단은 누전테스트 스위치의 다른 일단에 연결된다.

차단스위치부(150)는 기존의 차단 스위치를 그대로 활용하여 누전, 과전류, 그리고 단락에 대하여 전원을 차단한다.

부하측 전류검지변류기(160)는 부하전류의 검지를 위한 것으로, 일반적으로 부하전류의 검지방식은 변류기 방식, 전류배율증폭 방식 등이 다종이 있으나 이중에서 안전성을 고려하여 변류기 방식을 채택한 것이다.

제2 정류부(180)는 변류기 전압을 정류하여 기준부(180)에 직류전류를 공급한다.

기준부(180)는 제2 정류부(180)의 전류를 공급받아 부하전류에 비례한 기준전류를 설정한다. 기준부(180)의 전류설정에 따라 부하최대전류 및 최소전류를 설정할 수 있게 된다.

다단계증폭부(200)는 DIP스위치의 사용최대전류 선택에 따라서 누전차단검지회로부(130)의 싸이리스터 게이트를 구동하여 과전류시 즉각 차단한다. 다단계증폭부(200)는 다수의 OP-증폭기로 구현될 수 있으며, 그 출력단에 출력의 제어를 위하여 트랜지스터를 구비할 수 있다.

DIP 스위치(210)는 전기전자기기의 최대전류에 비례한 전류를 선택하여 과전류로부터 기기의 파손 및 화재를 방지하기 위한 스위치이다.

배전계통에서 배전선용 차단기에 의한 입력전원 차단이 이루어지는 조건은 부하측의 누설전류나 단락, 입력측으로부터의 과전류 유입 등이다. 이때의 과전류는 부하측 정격전류를 초과하는 전류의 지속적인 유입을 의미한다.

이러한 구성에서 입력전원은 교류전원 입력부(110)를 거쳐 제1 정류부(120)로 인가된다. 제1 정류부(120)에서 교류전원의 정류로 발생된 직류전원은 누전차단검지회로부(130)로 인가되는 한편, 교류전원은 차단솔레노이드 및 누전테스트 스위치부(150)로 인가된다.

차단솔레노이드 및 누전테스트 스위치부(150)는 누전차단검지회로부(130)의 제어에 의해 입력전원을 차단하거나 통과시킨다. 차단솔레노이드 및 누전테스트 스위치부(150)를 통과한 전원은 차단스위치부(150)를 거쳐 부하측에 인가된다. 이러한 경로로 배전계통에서 부하측으로의 전원 공급이 이루어진다.

이때 입력전원의 차단과 관련하여 누설전류, 단락, 과전류의 검지를 수행하기 위해 부하측으로의 최종 입력전로에서 변류기를 이용한 전류검지를 수행한다.

부하측 보호를 위한 차단이 이루어지는 조건별 동작을 설명하면 다음과 같다.

우선, 과전류에 대응하는 동작을 설명한다.

부하측 전기제품을 정격전류(예:30A) 이상에서 사용하는 경우, 즉 과전류 상태에서는 부하측 전류검지변류기(160)의 검지전류값이 증가한다. 부하측 전류검지변류기(160)에 의해 검출된 전류값은 제2 정류부(180)에 의해 직류로 변환된 후 기준부(180)로 인가된다. 부하측 전류검지변류기(160)가 부하측 전류를 직접 검지하는 경우에는 업계에 잘 알려진 방식에 따라 적정의 배율회로를 구성할 수도 있다.

기준부(180)는 부하측 전류검지변류기(160)에 의해 검지된 전류값에 따라 기준값을 설정한다. 기준부(180)는 부하측의 정격전류와 변류기의 전류-전압 특성을 고려하여 정격최대전류와 정격최소전류에 해당되는 값을 기준값으로 설정하게 된다.

본 실시예에서는 기준부(180)의 기준값이 10A, 20A, 30A 등으로 설정되는 경우를 예시한 것이다. 여기서 기준부(180)에 의해 설정된 전류값은 다단계증폭부(200)로 인가된다. 기준부(180)로부터 인가된 직류전류는 다단계증폭부(200)내 10A용, 20용, 30A용의 OP-증폭기들로 인가된 후, 각 OP-증폭기들에 의해 제1 정류부(120)로부터 인가되는 직류 입력전원과 비교되어 다단계 증폭된다.

다단계증폭부(200)에 의해 증폭된 전류값은 누전차단검지회로부(130)로 인가되어 과전류에 따른 차단솔레노이드의 구동여부를 제어하게 된다.

여기서 과전류를 방지하기 위해서는 부하측 장비의 최대전류가 고려되어야 한다. 그래서 차단기 사용자는 DIP스위치를 이용하여 부하측 장비의 최대전류에 비례한 전류를 선택할 수 있다. DIP스위치는 10A, 20A, 30A 중의 어느 하나를 선택하는 기능을 하는데, 그 조작은 다단계증폭부(200)내 각 OP-증폭기의 출력을 누전차단검지회로부(130)로 선택 연결시키는 역할을 한다. 다단계증폭부(200)에서 누전차단검지회로부(130)로 제어전류가 인가되는 것이다.

예를 들어, DIP 스위치(210)가 30A로 선택되면 다단계증폭부(200)의 30A용 OP-증폭기의 출력이 제어전류로서 누전차단검지회로부(130)에 인가되는 것이다. 누전차단검지회로부(130)는 제어전류의 유입시 차단솔레노이드 및 누전테스트 스위치부(150)의 차단솔레노이드를 구동시켜 부하측으로의 전원 입력을 차단시키게 된다.

이어서 누전 또는 단락에 대응하는 동작을 설명한다.

누전의 발생시 배전선로(예:2선)의 각 선로에 전류값이 급변한다. 그래서 부하측으로의 전류입력단에서 배전선로의 양단에 부하측 전류검지변류기(160)를 설치하여 통과전류값을 검지한다. 검지된 전류값은 누전으로 인하여 급증된 상태를 나타낼 수 있는데, 일정 수준의 전류값을 미리 설정하여 두었다가 부하측 전류검지변류기(160)에 의해 검지된 전류값이 해당 설정 수준을 넘는 경우에는 누전으로 판정되도록 하면 된다. 이러한 검지방식은 단락의 경우에도 적용된다.

그러므로 부하측 전류검지변류기(160)의 검지전류값에 근거하여 누전 또는 단락의 판정이 이루어지면, 누전차단검지회로부(130)가 차단솔레노이드 및 누전테스트 스위치부(150)의 차단솔레노이드를 구동시켜 입력전원의 차단이 이루어지도록 한다.

한편, 배전선용 차단기는 일정시기마다 동작상태를 검사할 수 있도록 되어야 한다. 따라서 차단솔레노이드 및 누전테스트 스위치부(150)에 누전테스트 스위치를 구비하여 누전차단검지회로부(130)에서 차단솔레노이드로의 연결선로와 제1 정류부(120)의 입력선로간의 단속을 인위적으로 조작할 수 있도록 한다.

누전테스트 스위치는 통상 열려 있고, 점검을 위해 닫히게 되면 제1 정류부(120)를 통과한 전원이 차단솔레노이드로 공급된다. 따라서 차단솔레노이드는 통전되어 구동됨으로써 입력전원을 차단시키게 된다. 누전차단검지회로부(130)로부터 전류 공급을 대체하여 누전테스트 스위치로부터 전류 공급이 이루어지도록 한 후, 그에 따른 동작상태를 점검할 수 있게 되는 것이다.

차단솔레노이드는 인가되는 전류가 일정수준 이하로 감소하면 복귀된다. 차단솔레노이드의 복귀로 인해 입력전원의 재공급이 이루어진다. 이는 자동복귀에 해당한다. 순간적인 누전이나 단락의 발생시에는 자동복귀가 유효하다.

더불어 부하측 전원입력을 수동으로 차단하기 위한 차단스위치부(150)를 둔다. 차단스위치부(150)는 차단솔레노이드 및 누전테스트 스위치부(150)의 차단솔레노이드에 의한 전자적인 차단동작을 보완하기 위한 것으로, 예를 들어 지속되는 누전이나 단락의 경우에 차단솔레이드의 차단과 복귀 동작의 과다한 반복을 방지하기 위해 차단스위치부(150)를 수동으로 개방시키기 위한 것이다.

도2는 본 발명의 적용상태를 예시한 블록도이다.

도2에 도시된 적용예는 다중탭을 갖춘 콘센트 소위 '멀티탭 콘센트'에 적용한 것으로, 콘센트부(310)내 각 콘센트홀(311)의 사이를 연결하는 도선(312)의 위에 부하측 전류검지변류기(322)를 설치한다. 부하측 전류검지변류기(322)를 이처럼 적정위치에 설치하고, 상기 제1 실시예에서 설명한 바와 같은 기타의 구성요소들은 스위칭블록(320)에 둔다. 이때 콘센트의 탭은 다수개 구비되어질 수 있으므로, 부하측 전류검지변류기(322)는 해당 콘센트홀(311)의 개수를 고려하여 구비하면 된다.

상용전원에 적용하는 콘센트의 경우에는 15A의 정격전류를 갖는 것이 보통이므로, DIP스위치(324)는 5A, 10A, 15A의 하나를 선택할 수 있도록 한다. DIP스위치(324)가 5A, 10A, 15A를 선택하므로, 도시되지 아니한 다단계증폭부(200, 도1참조)는 5A, 10A, 15A용의 OP-증폭기로 이루어지도록 하고, 기준부(190, 도1 참조)도 5A, 10A, 15A에서 기준전류를 설정하도록 하면 된다.

더불어 사용자의 편의를 고려하여 DIP스위치(324)의 조작에 따라 현재 설정된 정격전류가 얼마인지를 표시램프(326)를 이용하여 표시한다. 그리고 사용자의 선택에 의한 수동 차단 및 복귀를 위하여 제1 실시예에서와 같이 차단스위치(328)을 둔다.

이로써 간단한 구조의 차단기를 구현하여 상용전원용의 콘센트에 적용함으로써 이에 연견된는 부하측 장비나 인명을 누설전류, 단락, 과전류로부터 효과적으로 보호할 수 있게 된다.

이상 설명한 실시예는 본 발명의 다양한 변화, 변경 및 균등물의 범위에 속한다. 따라서 실시예에 대한 기재내용으로 본 발명이 한정되지 않는다.

본 발명의 변류기를 이용한 배전선용 차단기에 따르면, 전류검지의 정밀성이 높은 변류기를 채택함으로써 부하전류에 대한 감응의 정확도가 향상되어 부하변화의 즉각 대처가 가능하며, 기존의 물리적인 방식에 따른 누전차단회로의 신뢰성과 같은 장점을 유지하면서 다단계 전자차단회로를 구성함으로써 전류용량의 선택 사용이 가능하게 되는 효과가 있다.

Claims

입력되는 교류전원의 일부를 직류 정류하기 위한 정류수단과;

인가되는 전류에 따라 구동되어 상기 정류수단을 통과한 전류를 선택적으로 차단하기 위한 전동차단수단과;

상기 전동차단수단을 통과한 전류의 부하측 유입선로상을 통과하는 부하전류의 수준을 검지하기 위한 전류검지수단과;

상기 전류검지수단에 의해 검지된 부하전류를 인가받아 상기 부하전류에 비례하는 기준전류를 설정하기 위한 기준설정수단과;

상기 기준설정수단에 의해 설정된 기준전류와 상기 정류수단에 의해 정류된 직류전류를 비교하여 증폭하기 위한 비교증폭수단과;

상기 비교증폭수단에서 출력되는 전류 또는 상기 전류검지수단에 의해 검지된 부하전류에 따라 상기 정류수단을 통과한 교류전원을 상기 전동차단수단으로 선택적으로 인가하여 부하측으로의 교류전원 입력이 차단되도록 하기 위한 차단검지수단을 포함하는 것을 그 특징으로 하는 변류기를 이용한 배전선용 차단기.
제 1항에 있어서, 상기 전동차단수단은,

인가되는 교류전류에 따라 가동되는 솔레노이드부와;

상기 차단검지수단으로부터 상기 솔레노이드부로의 전류유입선로상에 상기 정류수단을 통과한 교류전원을 선택적으로 인가하기 위한 누전테스트 스위칭부를포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 변류기를 이용한 배전선용 차단기.
제 1항에 있어서,

상기 전동차단수단과 상기 전류검지수단의 사이에서 운용자의 선택에 따라 선로를 수동 개폐할 수 있도록 하기 위한 차단스위치부를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 변류기를 이용한 배전선용 차단기.
제 1항에 있어서,

상기 비교증폭수단은 다수개의 비교증폭부와;

상기 각 비교증폭부의 출력을 선택하여 상기 차단검지수단으로 인가하기 위한 스위칭부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 변류기를 이용한 배전선용 차단기.