KR200453295Y1 - 큰 충전전류 전로용 누전차단기 - Google Patents

큰 충전전류 전로용 누전차단기 Download PDF

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Abstract

전선로에 흐르는 저항성 누설전류는 그대로 검출하나 용량성 누설전류('충전전류'라고도 한다)는 실제보다 축소하여 검출하는 누설전류 센서를 이용하여, 검출된 누설전류가 전선로의 실제의 용량성 누설전류보다 적게 함으로써, 전선로의 용량성 누설전류로 인한 오동작을 저감시키는 누전차단기에 관한 것이다.
누전차단기, 충전전류, 용량성 누설전류, 누설전류 센서

Description

큰 충전전류 전로용 누전차단기{ELECTRIC LEAKAGE CURRENT BRAKER FOR LARGE CHARGING CURRENT POWER LINE}
본 고안은, 전선로의 용량성 누설전류('충전전류'라고도 부른다)로 인한 누전차단기의 오동작을 저감하기 위한 것이다. 보다 상세하게는, 전선로에 흐르는 저항성 누설전류는 그대로 검출하나 용량성 누설전류는 실제보다 적게 검출하는 누설전류 센서를 이용하여, 전선로에 실제로 큰 용량성 누설전류가 흘러도 누설전류 센서에 전선로의 실제 누설전류보다 적은 용량성 누전전류가 검출되게 함으로써 누전차단기의 오작동을 방지하는 누전차단기에 관한 것이다.
전선로에는 전선로 및 전선로에 접속된 전기기기의 대지절연 열화로 전선로에서 대지로 누설전류가 흐르는데 이것을 저항성 누설전류(Igr)라 한다. 또한 전선로에는 전선로 및 전선로에 접속된 전기기기의 대지정전용량으로 전선로에서 대지로 누설전류가 흐르는데 이것을 용량성 누설전류(Igc)라 한다. 따라서 전선로에는 저항성 누설전류(Igr)와 용량성 누설전류(Igc)가 합쳐진 합성 누설전류(Ig)가 흐른다(도 1 참조).
도 1을 참고하면 기존의 누전차단기(1)는 전선로의 합성 누설전류(Ig)를 검 출하는, 영상변류기로 구성된 누설전류 센서(2), 검출된 누설전류(Is)를 증폭하는 증폭기(3), 누전차단기가 작동하여야하는 누설전류 값을 설정한 기준부(5), 검출된 누설전류(Is)와 기준치를 비교하여 검출된 누설전류(Is)가 기준치를 초과할 때 출력을 내는 비교기(4), 및 비교기(4)가 출력을 내면 누전차단기의 접점을 개방하는 차단코일(6)로 구성되어 있다. 여기서 누설전류 센서(2)는 통상의 영상변류기(ZCT, Zero Current Transformer)로 구성되어 있으며 누설전류 센서(2)의 주권선(7)에서 검출된 누설전류(Is)가 출력된다.
합성 누설전류(Ig)는 저항성 누설전류(Igr)와 용량성 누설전류(Igc)의 벡터 합이고, 검출된 누설전류(Is)는 합성 누설전류(Ig)와 값이 같다. 전선로의 누설전류와 검출된 누설전류(Is)와의 관계를 수식으로 표현하면 아래와 같다.
Ig = Igr + Igc - - - - - - -(1)
Is = Ig - - - - - - - - - - (2)
그런데 인체감전시 인체에 흐르는 전류도 저항성 누설전류(Igr)이고, 전기화재를 일으키는 누설전류도 저항성 누설전류(Igr)이고, 용량성 누설전류(Igc)는 인체감전과 누전화재와 무관하다. 그러므로 누전차단기는 전선로에 흐르는 저항성 누설전류(Igr)를 검출하여 이 값이 기준치 이상이 되면 작동하는 것이 이상적이다.
기존의 누전차단기에서는 영상변류기(ZCT)를 이용한 누설전류 센서로 전선로의 누설전류를 검출하고 있는데 이것은 저항성 누설전류(Igr)만을 검출할 수 없고 합성 누설전류(Ig)를 검출한다. 따라서 기존의 누전차단기는 합성 누설전류(Ig) 값이 기준치 이상이 되면 작동한다. 합성 누설전류(Ig)는 저항성 누설전류(Igr)와 용량성 누설전류(Igc)의 합이므로 인체감전과 누전화재와 관계가 없는 용량성 누설전류(Igc)가 큰 전선로에서는 저항성 누설전류(Igr)의 값이 작아도 누전차단기가 동작하게 된다. 즉 누전차단기가 오동작하고 불시의 정전이 발생한다.
본 고안은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 고안의 목적은, 첫째로 전선로에 흐르는 저항성 누설전류는 그대로 검출하나 용량성 누설전류는 실제보다 적게 검출하는 누설전류 센서를 고안하고 둘째로 이 센서를 이용하여 향상된 기능을 가진 누전차단기를 구성하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 고안의 누전차단기는, 누전차단기 내의 누설전류 센서에 실제 전선로에 흐르는 용량성 누설전류 보다 적은 값의 용량성 누설전류가 검출되게 하기 위하여 기존의 누설전류 센서에 보조권선을 설치하여 전선로에 흐르는 용량성 누설전류를 상쇄할 수 있는 전류를 흘려준다. 용량성 누설전류를 상쇄할 수 있는 방법에는 2가지가 있다. 첫째는 누설전류 센서의 보조권선에 전선로에 흐르는 용량성 누설전류와 반대방향으로 용량성 전류(Ic)를 흘려주는 방법이고 둘째는 누설전류 센서의 보조권선에 유도성 전류(In)를 흘려주는 방법이다. 이상의 용량성 전류(Ic)와 유도성 전류(In)를 상쇄전류라 부른다. 다시 말하면 누설전류 센서의 보조권선에 상쇄전류를 흘려 누설전류 센서에 전선로에 흐르는 실제의 용량성 누설전류보다 적은 용량성 누설전류가 검출되도록 한다. 따라서 누전차단기의 오동작을 방지할 수 있다.
본 고안의 특징에 따라, 전선로의 용량성 누설전류로 인한 오동작을 저감시킨 누전차단기로서, 영상변류기(ZCT), 상기 영상변류기의 주권선(7) 옆에 감겨진 보조권선(10) 및 상기 보조권선(10)에 접속된 콘덴서(11)를 포함하고, 상기 영상변류기의 주권선(7)에서 검출된 누설전류(Is)를 출력하는 콘덴서형 누설전류 센서(9); 상기 출력된 누설전류(Is)를 증폭하는 증폭기(3); 누전차단기가 작동하여야 하는 누설전류 값인 기준치를 제공하는 기준부(5); 상기 검출된 누설전류(Is)와 기준치를 비교하여, 검출된 누설전류(Is)가 기준치를 초과할 때 출력을 내는 비교기(4); 및 비교기(4)가 출력을 내면 누전차단기의 접점을 개방하는 차단코일(6);을 포함하고, 상기 콘덴서(11)를 이용하여 전선로의 용량성 누전전류와 반대방향의 용량성 전류를 상기 보조권선(10)에 흘려 주권선(7)에서 검출된 누설전류(Is)가 전선로의 실제 용량성 누설전류보다 적게 함으로써, 전선로의 용량성 누설전류에 대한 정상동작 범위를 확대시킨 누전차단기가 제공된다.
본 고안의 또 다른 특징에 따라, 전선로의 용량성 누설전류로 인한 오동작을 저감시킨 누전차단기로서, 영상변류기(ZCT), 상기 영상변류기의 주권선(7) 옆에 감겨진 보조권선(10) 및 상기 보조권선(10)에 접속된 인덕터(13)를 포함하고, 주권선(7)에서 검출된 누설전류(Is)를 출력하는 인덕터형 누설전류 센서(12); 상기 출력된 누설전류(Is)를 증폭하는 증폭기(3); 누전차단기가 작동하여야하는 누설전류 값인 기준치를 제공하는 기준부(5); 상기 검출된 누설전류(Is)와 기준치를 비교하여, 검출된 누설전류(Is)가 기준치를 초과할 때 출력을 내는 비교기(4); 및 비교기(4)가 출력을 내면 누전차단기의 접점을 개방하는 차단코일(6);을 포함하고, 상기 인덕터(13)를 이용하여 전선로의 용량성 누전전류와 동일방향의 유도성 전류를 상기 보조권선(10)에 흘려 주권선(7)에서 검출된 누설전류(Is)가 전선로의 실제 용 량성 누설전류보다 적게 함으로써, 전선로의 용량성 누설전류에 대한 정상동작 범위를 확대시킨 누전차단기가 제공된다.
본 고안에 따른 누전차단기는 용량성 누설전류 즉 충전전류가 많이 흐르는 전선로에서 충전전류에 의한 오동작을 일으키지 않아 예기치 않은 정전으로 인한 경제적 손실과 각종 혼란을 방지할 수 있다.
첫째로 우천시 용량성 누전전류가 증가하여 누전치단기의 오동작이 빈번히 발생하는 가로등, 교통신호등, 야외 조명등, 등의 전선로에 본 고안을 적용하면 누전차단기의 오동작이 현저히 감소하여 정전으로 인한 교통혼잡과 교통사고 그리고 야외 행사의 혼란을 방지할 수 있다.
둘째로 용접기, 인버터, 등의 반도체 회로를 사용하는 산업체의 전선로에는 용량성 누전전류가 많이 흐르는데 본 고안품을 적용하면 불시의 정전이 방지되어 생산라인의 정지로 인한 생산차질과 제품의 품질저하 등의 경제적 손실을 방지할 수 있다.
이하, 실시예를 통하여 본 고안을 좀 더 구체적으로 살펴본다.
도 2 및 도 3은 본 고안의 실시예에 따른 누전차단기의 구성을 도시한 것이다. 도 4는 기존의 누전차단기와 본 고안의 누전차단기에 대한 차단특성을 비교한 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 고안의 누전차단기(8; 콘덴서형 누전차단기)는 콘덴서 형 누설전류 센서(9)와 기존 누전차단기(1; 도 1 참조)의 구성요소와 같은 증폭기(3), 누전차단기의 작동을 판단하는 비교기(4), 기준부(5), 누전차단기를 작동시키는 차단코일(6)로 구성되어 있다. 콘덴서형 누설전류 센서(9)는 통상의 영상변류기에 보조권선(10)을 두고 여기에 콘덴서(11)를 연결하여 용량성 전류(Ic)가 흐르도록 되어 있다. 이 용량성 전류(Ic)는 전선로의 용량성 누설전류(Igc)를 상쇄하기 위하여 주권선(7)에 유도된 전선로의 용량성 누설전류(Igc)와 반대 방향으로 흐르도록 전류회로가 구성되었다. 전선로의 누설전류(Ig)와 검출된 누설전류(Is)와의 관계를 수식으로 표현하면 아래와 같다.
Is = Ig - Ic = Igr + ( Igc - Ic ) - - - - - - - - (3)
즉 콘덴서형 누설전류 센서(9)에 검출된 누설전류(Is)에는 전선로의 용량성 누설전류(Igc)에서 콘덴서에 의한 전류(Ic)가 감해진 용량성 누설전류가 검출된다.
도 3을 참조하면, 본 고안의 누전차단기(8'; 인덕터형 누전차단기)의 다른 실시예를 나타낸다. 이 실시예는 인덕터형 누전차단기라고도 할 수 있는 본 고안의 누전차단기(8')가 인덕터형 누설전류 센서(12)와 기존 누전차단기(1; 도 1 참조)의 구성요소와 같은 증폭기(3), 비교기(4), 기준부(5), 차단코일(6)로 구성되어 있다. 인덕터형 누설전류 센서(12)는 통상의 영상변류기에 보조권선(10)을 두고 여기에 인덕터(13)를 연결하여 유도성 전류(In)가 흐르도록 되어 있다. 이 유도성 전류(In)는 전선로의 용량성 누설전류(Igc)를 상쇄하기 위하여 주권선(7)에 유도된 전선로의 용량성 누설전류(Igc)와 동일 방향으로 흐르도록 전류회로가 구성되었다. 전선로의 누설전류(Ig)와 검출된 누설전류(Is)와의 관계를 수식으로 표현하면 아래 와 같다.
Is = Ig - In = Igr + ( Igc - In ) - - - - - - - - (4)
즉 유도성 누설전류 센서 또는 인덕터형 누설전류 센서(12)에 검출된 누설전류(Is)에는 전선로의 용량성 누설전류(Igc)에서 인덕터에 의한 전류(In)가 감해진 용량성 누설전류가 검출된다.
도 4는 기존 누전차단기와 본 고안의 누전차단기의 차단특성을 나타낸다. 곡선 A는 정격동작전류 30mA, 정격부동작전류 15mA, 감도전류 25mA인 기존 누전차단기의 차단특성을 나타낸다. 이 누전차단기는 전선로의 누설전류가 30mA이상이면 작동하고, 15mA이하에서는 작동하지 않아야 한다. 감도전류가 25mA이므로 전선로의 용량성 누설전류(Igc)가 없는 경우에는 저항성 누설전류(Igr)가 25mA를 초과하면 누전차단기가 동작한다. 그런데 전선로의 용량성 누설전류(Igc)가 20mA를 초과하면 저항성 누설전류(Igr)가 15mA 이하에서 누전차단기가 동작하므로 이 누전차단기의 규격에서 벗어난다. 정격부동작전류 15mA가 만족되는 범위는 전선로의 용량성 누설전류(Igc)가 20mA 이내에서만 가능하다. 즉 기존 누전차단기의 정상동작 범위는 용량성 누설전류(Igc)가 0 mA에서 20mA까지의 범위이다.
곡선 B는 앞에서 설명한 기존 누전차단기(1)의 누설전류 센서(2)를 콘덴서형 또는 인덕터형 누설전류 센서(9,12)로 대치한 후 10mA의 상쇄전류를 흘린 본 고안의 누전차단기(8, 8')의 차단특성을 나타낸다. 전선로의 용량성 누설전류(Igc)가 없는 경우에는 저항성 누설전류(Igr)가 23mA를 초과하면 누전차단기가 동작하고 전선로의 용량성 누설전류(Igc)가 10mA인 경우에는 저항성 누설전류(Igr)가 25mA를 초과하면 누전차단기가 동작한다. 그런데 본 고안의 경우에는 전선로의 용량성 누설전류(Igc)가 30mA를 초과해야 저항성 누설전류(Igr)가 15mA 이하에서 누전차단기가 동작하므로 정격부동작전류 15mA가 만족되는 범위는 전선로의 용량성 누설전류(Igc)가 30mA 이내가 된다. 즉 본 고안의 누전차단기(8, 8')의 정상동작 범위는 용량성 누설전류(Igc)가 0mA에서 30mA까지의 범위이다.
곡선 A와 곡선 B를 비교해 보면 본 고안의 누전차단기(8, 8')는 기존 누전차단기(1)에 비하여 전선로의 용량성 누설전류(Igc)에 대한 정상동작 범위가 20mA에서 30mA로 10mA 더 확대되었음을 알 수 있다. 이것은 기존 누전차단기(1)의 정상동작 범위의 150%로 확대된 것이다.
도 4의 경우는 상쇄전류(Ic)를 10mA로 한 경우인데 실제로 상쇄전류를 15mA까지도 할 수 있어 이 경우는 본 고안의 누전차단기(8, 8')의 정상동작 범위를 기존 누전차단기(1)의 정상동작 범위의 175%까지도 확대 가능하다.
본 고안을 바람직한 실시예를 통해 설명하였는데, 당업자라면 이들을 변경 및 수정하는데 어려움이 없으며 변경 및 수정된 실시예 모두 첨부된 청구범위의 범위에 포함된다는 것을 이해할 것이다.
도 1은 기존 누전차단기의 구성과 전선로의 누설전류를 도시한 도면,
도 2는 콘덴서로 상쇄전류를 흘리는 본 고안의 누전차단기를 도시한 도면,
도 3은 인덕터로 상쇄전류를 흘리는 본 고안의 누전차단기를 도시한 도면, 및
도 4는 기존(A) 및 본 고안(B)의 누전차단기의 차단특성곡선을 도시한 그래프.
1: 기존 누전차단기 2: 누설전류 센서
3: 증폭기 4: 비교기
5: 기준부 6: 차단코일
7: 주권선 8, 8': 본 고안의 누전차단기
9: 콘덴서형 누설전류 센서 10: 보조권선
11: 콘덴서 12: 인덕터형 누설전류 센서
13: 인덕터

Claims (2)

  1. 전선로의 용량성 누설전류로 인한 오동작을 저감시킨 누전차단기로서,
    영상변류기(ZCT, Zero Current Transformer), 상기 영상변류기의 주권선(7) 옆에 감겨진 보조권선(10) 및 상기 보조권선(10)에 접속된 콘덴서(11)를 포함하고, 상기 영상변류기의 주권선(7)에서 검출된 누설전류(Is)를 출력하는 콘덴서형 누설전류 센서(9);
    상기 출력된 누설전류(Is)를 증폭하는 증폭기(3);
    누전차단기가 작동하여야하는 누설전류 값인 기준치를 제공하는 기준부(5);
    상기 검출된 누설전류(Is)와 기준치를 비교하여, 검출된 누설전류(Is)가 기준치를 초과할 때 출력을 내는 비교기(4); 및
    비교기(4)가 출력을 내면 누전차단기의 접점을 개방하는 차단코일(6);을 포함하고,
    상기 콘덴서(11)를 이용하여 전선로의 용량성 누전전류와 반대방향의 용량성 전류를 상기 보조권선(10)에 흘려 주권선(7)에서 검출된 누설전류(Is)가 전선로의 실제 용량성 누설전류보다 적게 함으로써, 전선로의 용량성 누설전류에 대한 정상동작 범위를 확대시킨 것을 특징으로 하는 누전차단기.
  2. 전선로의 용량성 누설전류로 인한 오동작을 저감시킨 누전차단기로서,
    영상변류기(ZCT, Zero Current Transformer), 상기 영상변류기의 주권선(7) 옆에 감겨진 보조권선(10) 및 상기 보조권선(10)에 접속된 인덕터(13)를 포함하고, 상기 영상변류기의 주권선(7)에서 검출된 누설전류(Is)를 출력하는 인덕터형 누설전류 센서(12);
    상기 출력된 누설전류(Is)를 증폭하는 증폭기(3);
    누전차단기가 작동하여야하는 누설전류 값인 기준치를 제공하는 기준부(5);
    상기 검출된 누설전류(Is)와 기준치를 비교하여, 검출된 누설전류(Is)가 기준치를 초과할 때 출력을 내는 비교기(4); 및
    비교기(4)가 출력을 내면 누전차단기의 접점을 개방하는 차단코일(6);을 포함하고,
    상기 인덕터(13)를 이용하여 전선로의 용량성 누전전류와 동일방향의 유도성 전류를 상기 보조권선(10)에 흘려 주권선(7)에서 검출된 누설전류(Is)가 전선로의 실제 용량성 누설전류보다 적게 함으로써, 전선로의 용량성 누설전류에 대한 정상동작 범위를 확대시킨 것을 특징으로 하는 누전차단기.
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