KR20040037767A - 저압 1상용 과전압 누전차단기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 기존 누전차단기의 기능에 전압검출 회로를 추가하여 전원측으로부터 과전압 인가시 또는 부하측 누전발생시 회로를 순간적으로 차단하여 부하설비의 보호와 인축의 감전방지를 도모할 수 있는 저압 1상용 과전압 누전차단기에 관한 것이다.

본 발명은 구성되며,누설전류 검출기를 통해 부하측 불평형 전류를 검출하고, 이를 증폭하여 트립코일을 구동시키고 이 트립코일의 동작에 의해 전원선의 차단 스위치가 개방되는 누전 차단기에, 입력 교류전력을 직류전력으로 출력하는 정류부와, 정류부의 직류전력과 기준 전압을 비교하여 과전압 발생시 출력을 발생하는 과전압 비교검출부를 부설하여 이뤄지며, 과전압 발생시 트립코일은 과전압 비교검출부의 출력을 증폭시킨 후 트립코일을 여자시킴으로써 전원라인을 개방시키게 된다.

Description

저압 1상용 과전압 누전차단기{The circuit-breaker for earth leakage and overvoltage}

본 발명은 저압 1상용 과전압 차단기에 관한 것이며, 보다 상세히는 기존 누전차단기의 기능에 전압검출 회로를 추가하여 전원측으로부터 과전압 인가시 또는 부하측 누전발생시 회로를 순간적으로 차단하여 부하설비의 보호와 인축의 감전방지를 도모할 수 있는 저압 1상용 과전압 누전차단기에 관한 것이다.

3상 4선식 220/380V 저압배전선로에서 접지측전선(또는 중선선)이 단선될 경우, 단선 지점의 부하측 각 상전압은 그지점 부하측 각상 임피던스의 불평형정도에 따라 기준전압(220V)보다 작거나, 기준전압(220V)보다 월등히 높은 과전압이 인가될 수 있다. 과전압의 범위는 부하측 임피던스값의 상대적 크기에 따라 달라지며, 통상 300V부근까지 도달되고 경우에 따라 일시적인 최대치로 380V에 가까운 과전압도 인가될 수 있다.

이러한 과전압은 일반가정에서 보편적으로 널리 사용하고 있는 가전기기중 전자부품을 주로 사용하는 PC, TV, 게임오락기, 음향기기 등에 손상을 주어 사용불능상태에 이르게한다.

또한, 부하측의 각 상에 인가되는 과전압은 상부하를 통해 과전류가 흐르게 하여, 부하의 소손뿐만 아니라 경우에 따라서는 전기사용가에 화재 등을 유발할 수 있다.

한편, 종래에 있어서 누전차단기는 일반적으로 열동식 바이메탈 또는 영상변류기를 이용하여 전기사용장소에서 고장이 발생할 경우 전원측으로의 파급을 방지하거나 누전이 생겼을 경우 전기사용자의 안전을 위해 자동으로 회로를 차단하고 있다.

도 1은 이러한 종래의 열동식 바이메탈(B) 및 영상 변류기(Z.C.T)를 이용한 누전차단기의 일반적인 구성도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 종래 누전차단기(10)는, 회로에 누전이 발생할 경우, 영상 변류기(Z.C.T)를 통과하는 전류가 불평형해진다. 이에 따라 누전검출 증폭부(11)는 누전에 따른 출력을 발생시키고 트립코일 구동부(12)를 통해 트립코일(13)을 여자시켜 회로의 차단 스위치(SW)를 개방시키게 된다. 한편, 정상전류가 흐르거나 누전현상이 발생하지 않을 경우에는 바이메탈(B)은 동작하지 않게 되고, 또한 영상변류기(Z.C.T)를 통과하는 전류가 평형을 이루게 되므로 누전검출 증폭부(11)도 동작하지 않게 되어 부하에 정상적으로 전원이 공급된다.

동작확인 버튼(14)은 누전차단기의 정상동작 여부를 확인하기 위한 시험버튼으로서, 버튼(14)를 누르면 부하라인에는 불평형 전류가 흐르게 되고 누전발생시와 동일하게 차단 스위치(SW)를 개방하게 한다.

하지만, 종래의 누전차단기는 상기된 바와 같이 전기사용장소에서 발생하는 누전(또는 과부하)에 대한 회로차단 기능만을 갖기 때문에, 중선선 단선 등과 같은 사고로 인해 전원측으로부터 과전압이 인가될 경우 전원선로를 개방시킬 수 없게 되어 과전압에 의한 부하 소손뿐만 아니라 화재발생 및 인축의 피해를 유발할 수 있다.

또한, 과전압 사고로 인해 전기사업자로서는 매년 피해보상으로 막대한 비용을 지출하게 되는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 상술한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 전력 계통에 누전이 발생하거나 전원측으로부터 과전압이 인가될 경우 전원선로를 신속하게 차단함으로써 누전과 과전압으로 인한 전기사용가의 전기기기 소손이나 인축의 피해를 방지할 수 있는 저압 1상용 과전압 누전차단기를 제공하는데 있다.

상기 본 발명의 목적을 달성하기 위한 저압 1상용 과전압 누전차단긴는, 누설전류 검출기를 통해 부하측 불평형 전류를 검출하고, 이를 증폭하여 트립코일을 구동시키고 이 트립코일의 동작에 의해 전원선의 차단스위치가 개방되는 누전 차단기에 있어서, 입력 교류전력을 직류전력으로 출력하는 정류부;와 상기 정류부의 직류전력과 기준 전압을 비교하여 과전압 발생시 출력을 발생하는 과전압 비교검출부; 및 상기 과전압 비교검출부의 출력을 증폭시킨 후 트립코일을 여자하여 전원라인의 차단 스위치를 개방시키는 트립코일 구동부로 구성된다.

도 1은 종래의 누전차단기에 대한 구성도.

도 2는 본 발명에 따른 저압 1상용 과전압 누전차단기에 대한 회로 구성도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

Z.C.T: 영상 변류기SW: 차단 스위치

21: 정류부22: 다이악

23: 누설전류 비교검출부24: 과전압 비교검출부

25: 트립코일 구동부27: 트립코일

28: 누전 동작확인 버튼29: 과전압 동작확인 버튼

이하, 본 발명에 따른 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명에 따른 저압 1상용 과전압 누전차단기에 대한 회로 구성도이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 누전 차단기는 누전으로인한 부하측 누설전류를 감지하기 위한 영상 변류기(Z.C.T)와, 입력 교류전력을 직류전류으로 정류하는 정류부(21)와, 상기 영상 변류기(Z.C.T)로부터의 감지전류를 기준전류값과 비교하여 누설전류 발생여부를 검출하는 누설전류 비교검출부(23)와, 상기 정류부(21)로부터의 직류전압값을 기준전압과 비교하여 과전압발생 여부를 확인하는 과전압 비교검출부(24)와, 상기 누설전류 비교검출부(23)와 상기 과전압 비교검출부(24)로부터의 출력값을 증폭시킨 후 사이리스터(26)를 활성화시키고트립코일(27)을 여자시킴으로써 전원라인의 차단 스위치를 개방시키는 트립코일 구동부(25)로 이뤄진다.

상기 정류부(21)는 입력되는 교류전압을 직류전압으로 변환시키는 장치로서, 도시된 것은 다이오드에 의한 전파정류회로이다. 이러한 정류회로는 실시예에 따라 반파 또는 전파정류 등으로 실현할 수 있다.

또한, 상기 정류부(21)의 출력단에는 병렬로 다이악(22)을 구성할 수 있다. 다이악(22)에 인가되는 전압이 정격값(기준 전압) 이하일 경우는 전류 흐름이 없게 되고, 정격값을 넘는 과전압이 인가될 경우는 다이악(22)의 전압은 브레이크 오버전압을 초과하게 되어 전류가 흐르게 된다. 이로 인해 트립코일(27)이 여자되어 전원라인을 순간적으로 개방할 수 있다.

또한, 저항(R1)과 커패시터(C1)는 저역통과 필터링을 위한 부분으로서, 다량의 맥동분을 포함한 직류전압에서 고주파 성분을 제거하여 일정한 직류전압값을 상기 과전압 비교검출부(24)에 제공한다.

또한, 커패시터(C1)에는 역병렬로 제너다이오드(D3)가 구성된다. 이때, 제너다이오드(D3)는 입력되는 직류전압이 제너다이오드(D3)의 역방향 항복전압을 초과할 경우(즉, 전원라인에 과전압이 발생할 경우), 역방향 도통되어 과전류가 흐르게 되고, 그 단자전압이 상기 과전압 비교검출부(24)에 제공됨으로써 과전압 발생여부를 확인할 수 있게 한다. 이때, 저항(R1)은 제너다이오드(D3)의 역방향 도통시 과도한 전류가 흐르는 것을 제한하게 된다.

상기 누설전류 비교검출부(23)는 상기 영상 변류기(Z.C.T)를 통해 감지된 불평형 전류를 기준전류값과 비교하여 소정의 출력을 발생하게 된다. 이로써 누설전류의 발생여부를 확인하게 되고 이를 상기 트립코일 구동부(25)에 제공하게 된다.

또한, 상기 과전압 비교검출부(24)는 상기 정류부(21)와 저항(R1) 및 커패시터(C1)를 통해 입력되는 직류전압값을 기준전압과 비교하여 과전압의 발생여부를 확인한다.

즉, 과전압 발생시에는 상기 제너다이오드(D3)가 단락되어 0전압값과 기준전압의 비교에 의해 소정의 전압차값이 출력되어 상기 트립코일 구동부(25)로 제공된다.

따라서, 과전압 인기시에만 상기 과전압 비교검출부(24)는 출력을 나타내고, 기준전압에 해당하는 정상전압으로 동작할 경우는 출력을 발생하지 않는다.

상기 트립코일 구동부(25)는 상기 누설전류 비교검출부(23)와 상기 과전압 비교검출부(24)에서 출력이 발생할 경우 이를 증폭시킨 후, 이를 통해 사이리스터(26)를 턴온시키고 트립코일(27)을 구동시키게 된다.

따라서, 본 발명에 따르면, 누전뿐만 아니라 과전압 발생시에도 트립코일(27)을 구동시켜 전원라인의 차단 스위치(SW)를 순간적으로 차단할 수 있게 된다.

또한, 본 발명에 따른 과전압 누전차단기는 누설전류와 과전압에 대해 차단기가 정상적으로 동작되는지 여부를 시험하기 위해 누전 동작확인 버튼(28)과 과전압 동작확인 버튼(29)를 구비한다.

상기 누전 동작확인 버튼(28)을 누르게 되면, 부하라인에는 불평형 전류가발생하게 되고, 이에 따라 영상 변류기(Z.C.T) 및 누설전류 비교검출부(23)가 작동하여 전원라인은 순간적으로 개방된다. 누전 동작확인 버튼(28)과 직렬로 구성된 저항(R4)은 동작시험시 과대한 전류의 흐름을 제한하기 위한 것이다.

또한, 상기 과전압 동작확인 버튼(29)을 누르면, 상기 정류부(21)로부터 출력되는 직류전압은 저항(R2)과 저항(R3)을 통해 분압되어 상기 과전압 비교검출부(24)에 제공되고, 과전압 인가시와 같은 상황을 발생됨으로써, 만약 과전압 인가될 경우 누전 차단기가 정상적으로 동작되는지 여부를 시험할 수 있게 된다.

본 발명은 영상 변류기(Z.C.T)를 통해 불평형 누설전류를 차단하는 공지된 누전 차단기에 과전압 검출회로를 부설한 것으로서, 먼저 과전류 발생으로 인한 누전 차단기의 동작을 알아보면 다음과 같다.

평상시에는 차단 스위치(SW)는 투입상태를 유지하므로 입력전원은 부하측으로 정상공급된다.

하지만, 부하측에서 누전이 발생하게 되면, 출력측 부하라인 사이에는 불평형 전류가 흐르게 되어 영상 변류기(Z.C.T)를 통해 감지되고, 이는 상기 누설전류 비교검출부(23)에서 기준전류값과 비교된 후 일정한 출력값을 나타내게 된다.

그리고, 비교된 출력값은 상기 트립코일 구동부(25)에서 증폭된 후 다이리스터(26)를 활성화시키고 트립코일(27)을 여자시킴으로써 전원라인의 차단 스위치(SW)를 개방하게 한다.

따라서, 부하측에 과전류가 흐르거나 누전이 발생하게 되면, 누설전류 비교검출부(23) 및 트립코일(27)의 작동에 의해 전원라인이 즉시 차단되어 부하측의 전기기기 및 인명의 피해를 방지할 수 있게 된다.

한편, 본 발명에 따른 과전압 차단기는 전원측으로부터 정격전압 또는 과전압이 인가될 경우 다음과 같이 동작한다.

먼저, 정격전압의 인가시에는, 전원전압은 상기 정류부(21)에 의해 전파정류되어 저항(R1)을 통해 제너다이오드(D3)에 역방향으로 가해진다.

이때의 전압상태는 제너다이오드(D3)의 역방향 항복전압 이하기 되므로 제너다이오드(D3)는 차단상태가 되고, 커패시터(C1)를 통해 상기 과전압 비교검출부(24)로 입력되는 전압은 정격전압에 대한 전파정류된 직류값이 되므로 상기 과전압 비교검출부(24)는 출력을 내지않게 된다. 이로 인해 트립코일 구동부(25) 및 트립코일(27)은 동작하지 않게 되어 전원선로는 연결상태를 계속 유지하게 된다.

그러나, 과전압이 전원선로를 통하여 부하에 인가될 경우는, 상기 정류부(21)를 통해 제너다이오드(D3)로 유입되는 전압이 제너다이오드(D3)의 항복전압 이상이 되므로 제너다이오드(D3)는 단락상태가 되며, 상기 과전압 비교검출부(24)에서는 0전압과 기준전압이 비교되어 소정의 출력을 발생하게 된다.

또한, 비교 출력된 전압차는 상기 트립코일 구동부(25)에서 증폭되고, 이로 인해 사이리스터(26)가 턴온되어 트립코일(27)을 여자시킴으로써 전원선로의 차단 스위치(SW)를 개방할 수 있게 된다.

따라서, 본 발명에 따르면, 부하측 누전뿐만 아니라 전원라인의 과전압을 검출하여 전원라인을 즉시 개방시킴으로써 과전압으로 인한 부하측의 전기기기 등의 소손을 완벽하게 방지할 수 있게 된다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 저압 1상용 과전압 누전차단기는 전력계통의 누전사고뿐만 아니라 전원측으로부터 과전압이 인가될 경우에도 전원선로를 신속하게 차단시킴으로써, 전기사용가의 전기 및 전자기기를 효율적으로 보호할 수 있고 수용가에서의 화재발생 및 인축의 감전 등을 예방할 수 있다.

또한, 전기사업자로서는 이러한 사고로 인해 전기사용가에 지급할 보상비용를 획기적으로 줄이므로써 경제적 이득을 얻을 수 있게 된다.

이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 저압 1상용 과전압 누전차단기를 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구의 범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.

Claims (4)

1. 누설전류 검출기를 통해 부하측 불평형 전류를 검출하고, 이를 증폭하여 트립코일(27)을 구동시키고 이 트립코일(27)의 동작에 의해 전원선의 차단스위치(SW)가 개방되는 누전 차단기에 있어서,

   입력 교류전력을 직류전력으로 출력하는 정류부(21);와

   상기 정류부(21)의 직류전력과 기준 전압을 비교하여 과전압 발생시 출력을 발생하는 과전압 비교검출부(24); 및

   상기 과전압 비교검출부(24)의 출력을 증폭시킨 후 트립코일(27)을 여자하여 전원라인의 차단 스위치(SW)를 개방시키는 트립코일 구동부(25)로 구성되는 것을 특징으로 하는 저압 1상용 과전압 누전차단기.
2. 제 1항에 있어서, 상기 정류부(21)는 저항(R1)과 커패시터(C1)의 필터링 작용에 의해 입력 교류전압을 일정한 직류전압값으로 출력하는 것을 특징으로 하는 저압 1상용 과전압 누전차단기.
3. 제 1항에 있어서, 상기 과전압 비교검출부(24)는 상기 정류부(21)와 역병렬로 연결된 제너다이오드(D3)를 통해 역항복 전압을 초과하는 과전압이 인가될 경우 이를 기준 전압과 비교하여 소정의 출력을 발생하는 것을 특징으로 하는 저압 1상용 과전압 누전차단기.
4. 제 1항에 있어서, 버튼 누름동작에 의해 과전압 인가시와 같은 전압값을 상기 과전압 비교검출부(24)에 제공하는 과전압 동작확인 버튼(29)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 저압 1상용 과전압 누전차단기.