KR20060110749A

KR20060110749A - 누전차단기

Info

Publication number: KR20060110749A
Application number: KR1020060021870A
Authority: KR
Inventors: 다카히로 쿠도; 히사노부 아사노
Original assignee: 후지 덴키 홀딩스 가부시키가이샤
Priority date: 2005-04-19
Filing date: 2006-03-08
Publication date: 2006-10-25
Also published as: TW200707875A; FR2884644A1; CN1855341B; FR2884644B1; JP2006302601A; JP4742232B2; TWI368371B; KR100972274B1; CN1855341A

Abstract

교류전로에 결상이나 미소한 누전전류가 발생하고 있는 경우에도, 확실하게 누전테스트를 실행할 수 있는 신뢰성이 높은 누전차단기를 제공한다.

누전차단기에 있어서의 다상교류전로(1)의 전상(全相)의 전로로부터 급전(給電)되어 소정의 출력전압을 형성하는 전원회로(5)를 설치하고, 테스트회로(7)에, 상기 전원회로(5)를 전원으로 하여 누전모의전류를 발생시키는 교류전로에 가해지는 교류전원의 주파수와 다른 주파수로 발진하는 발진회로(7c)와, 상기 발진회로(7c)로부터 영상변류기(3)로 누전모의전류를 공급하는 회로의 개폐를 조작하는 테스트스위치(7b)를 설치한다.

Description

누전차단기{GROUND FAULT CIRCUIT INTERRUPTER}

도 1은 본 발명의 누전차단기를 나타낸 블록구성도이다.

도 2는 본 발명의 누전차단기의 전원회로 및 테스트회로의 상세를 나타낸 회로구성도이다.

도 3은 종래의 누전차단기를 나타낸 블록구성도이다.

* 부호의 설명 *

1 : 교류전로 1A : 전원측 접속단자

1B : 부하측 접속단자 2 : 개폐부

3 : 영상변류기(zero phase current transformer)

3a : 누전전류검출코일

3t : 테스트코일 4 : 트립장치(tripping device)

5 : 전원회로 6 : 누전판별회로

7 : 테스트회로 7a : 조정저항

7b : 테스트스위치 7c : 발진회로

10 : 누전차단기

51 : 3상전파 정류회로(three-phase full-wave rectifying circuit)

52 : 정전압회로(constant-voltage circuit)

본 발명은, 전동기나 기타의 각종 부하가 접속된 배전계통에 발생하는 누전을 검출하여, 누전으로 인한 파급사고를 미연에 방지하기 위한 누전차단기, 특히 그 테스트회로가 부가된 누전차단기의 개량에 관한 것이다.

누전차단기의 누전동작 테스트를 정확하게 실시하기 위해, 종래부터 누전차단기에 부가된 테스트회로가 여러 가지로 고안되어 왔다. 도 3은 그 일례를 나타낸 것이다. 도 3은, 특허문헌 1에 개시된 종래의 누전차단기의 구성을 간략화하여 나타낸 것이다.

도 3에 있어서, 1은 3상(three-phase)의 교류전로, 2는 상기 교류전로(1)를 개폐하는 개폐부, 3은 교류전로(1)를 1차코일로 하여 상기 교류전로(1)의 누전전류를 검출하는 영상변류기, 6은 상기 영상변류기(3)의 누전전류 검출코일(3a)로부터 출력되는 검출전류로부터 누전 발생의 유무를 판별하는 누전판별회로로서, 누전 발생이 검지되면 그것을 나타내는 신호를 출력하도록 구성되어 있다. 4는 누전판별회로(6)의 출력신호에 따라 동작하며, 개폐부(2)의 도시되지 않은 개폐기구를 트립하여, 접점을 열고 교류전로(1)를 차단하는 트립장치이다. 누전판별회로(6)에는, 3상의 교류전로(1) 중 2상의 전로(electrical paths of two phases)로부터 전원이 공급된다. 7은, 누전트립의 테스트를 실시하는 테스트회로로서, 개폐부(2), 영상변류기(3), 트립장치(4) 및 누전판별회로(6)가 정상적으로 동작하는지 여부를 확인 하기 위한 것이다. 상기 테스트회로(7)는, 교류전로(1)의 2상의 라인 사이로부터 영상변류기(3)의 테스트코일(3t)로 공급되는 테스트전류의 크기를 조정하는 저항(7a)과 테스트전류를 개폐하는 누름버튼식 테스트스위치(7b)로 구성된다. 8은, 교류전로(1)가 접속되는 교류전원, 9는 교류전로(1)에 접속되는 부하이다.

이와 같이 구성된 누전차단기는, 부하 등에 있어서 누전이 발생하여 교류전로(1)에 누전전류가 흐르면, 영상변류기(3)에 의해 상기 누전전류가 검출되고, 검출코일(3a)로부터 누전판별회로(6)로 입력된다. 검출된 누전전류가 미리 설정된 판별레벨보다 초과되어 있으면, 누전판별회로(6)는 누전 발생을 나타내는 출력신호를 발생하여 트립장치(4)에 부여한다. 트립장치(4)는 즉시, 그것에 결합되어 있는 개폐기구를 트립하여, 개폐부의 개폐접점을 열고, 교류전로(1)를 차단하여 부하(9) 등을 누전으로부터 보호한다.

또한, 누전차단기의 누전차단동작의 테스트는, 테스트회로(7)의 테스트스위치(7b)를 온으로 조작하여 교류전로(1)로부터 저항(7a)을 통해 영상변류기(3)에 설치된 테스트코일(3t)로 소정 크기의 누전모의전류를 공급함으로써 실시한다. 이에 따라 영상변류기(3)의 누전전류 검출코일(3a)로부터 누전전류를 검출한 경우와 동일한 검출출력이 얻어지며, 누전판별회로(6)가 그 검출출력을 판별하여 누전 발생을 나타내는 신호를 출력한다. 이에 따라, 트립장치(4)가 동작하고, 개폐부(2)를 트립하여 차단시킨다. 이러한 테스트에 의해, 영상변류기(3), 누전판별회로(6) 및 트립장치(4)가 정상적으로 동작하는지 여부를 확인할 수 있다.

[특허문헌 1] 일본 특허공개공보 제2003-45312호

이러한 종래의 누전차단기에 있어서는, 누전테스트를 위한 누전모의전류를 교류전로의 2상의 라인 사이로부터 얻고 있으므로, 그 누전모의신호를 발생시키는 테스트회로가 접속된 상 중 어느 1상이 결상(缺相)되면 누전테스트를 실시할 수 없다는 문제가 있다.

또한, 교류전로에 누전판별회로가 동작하지 않는, 즉 판별레벨 이하의 미소한 누전전류가 발생하고 있는 경우, 누전전류와 누전모의전류는 주파수가 일치하므로, 양자의 위상이 역위상으로 일치하면 누전모의전류가 실제의 누전전류에 의해 상쇄되어 판별레벨을 밑도는 크기가 되어, 누전테스트를 실행할 수 없게 된다는 문제도 있다.

본 발명은, 이러한 문제를 해결하여, 교류전로에 결상이나 미소한 누전전류가 발생하고 있는 경우에도 확실하게 누전테스트를 실행할 수 있는 신뢰성이 높은 누전차단기를 제공하는 것을 과제로 하는 것이다.

상기와 같은 과제를 해결하기 위해, 본 발명은, 다상교류전로를 개폐하는 개폐부와, 상기 다상교류전로의 누전전류를 검출하는 영상변류기와, 상기 영상변류기의 누전전류 검출코일의 출력전류로부터 누전 발생의 유무를 판정하는 누전판별회로와, 상기 누전판별회로의 누전 발생을 나타내는 출력신호에 의해 상기 개폐부를 트립하여 차단하는 트립장치와, 상기 다상교류전로로부터 상기 누전판별회로로 전력을 공급하는 전원회로와, 상기 영상변류기의 테스트코일로 누전모의전류를 공급 하도록 한 테스트회로를 구비한 누전차단기로서, 상기 전원회로는, 다상교류전로의 전상(全相)의 전로로부터 급전(給電)되며, 상기 테스트회로는, 상기 전원회로를 전원으로 하여 누전모의전류를 발생시키는 발진회로와, 이 발진회로로부터 상기 영상변류기로 누전모의전류를 공급하는 회로의 개폐를 조작하는 테스트스위치로 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서는, 테스트회로의 발진회로를, 상용주파수(50 또는 60Hz) 이외의 발진주파수로 설정하는 것이 좋다.

또한, 본 발명에서는, 상기 영상변류기의 테스트코일을 2회전(turn) 이상의 권선수로 하는 것이 좋다.

이하, 본 발명을 도면에 나타낸 실시예에 관련하여 설명한다.

도 1은, 본 발명의 실시예를 나타낸 블록구성도이다.

도 1에 있어서, 10은 누전차단기로서, 통상적으로는 구성요소의 전부가 절연수지제의 몰드케이스 내에 수납되어 컴팩트하게 형성되어 있다. 상기 누전차단기(10)는, 전원측 접속단자(1A)와 부하측 접속단자(1B)를 접속하는 3상의 교류전로(1), 상기 교류전로(1)를 개폐하는 개폐부(2), 교류전로(1)의 전상의 도체가 삽입통과되어 상기 교류전로(1)에 흐르는 누전전류를 검출하는 영상변류기(3), 상기 영상변류기(3)의 누전전류검출코일(3a)의 검출전류를 감시하여 누전의 유무를 판별하는 누전판별회로(6), 상기 누전판별회로(6)의 누전 발생을 나타내는 출력신호에 의해 상기 개폐부(2)의 개폐기구를 트립하여 개폐부(2)를 열고 교류전로(1)를 차단하는 트립장치(4)를 구비하는 동시에, 상기 개폐부(2), 영상변류기(3), 트립장치(4) 및 누전판별회로(6)가 정상적으로 동작하는지 여부를 확인하기 위한 누전테스트회로(7)와, 누전판별회로(6) 및 테스트회로(7)에 동작전력을 공급하는 전원회로(5)를 구비하고 있다. 테스트회로(7)의 출력은, 영상변류기(3)에 설치한 테스트코일(3t)을 통해 영상변류기(3)에 전자적으로 결합되어 있다. 그리고, 전원측 접속단자(1A)에는 교류전원(8)이, 부하측 단자(1B)에는 부하(9)가 각각 접속된다.

상기 전원회로(5)는, 도 2에 상세히 나타낸 바와 같이, 교류전로(1)의 3상으로부터 공급되는 교류전력을 정류하여 직류전력으로 변환하는 3상전파 정류회로(51)와, 정류회로(51)의 출력전압을 소정의 전압으로 제어하는 정전압회로(52)로 구성된다. 그리고 상기 전원회로(5)의 출력전압이 누전판별회로(6) 및 테스트회로(7)에 전원으로서 가해진다.

테스트회로(7)는, 누전테스트 시에 조작되는 누름버튼식 테스트스위치(7b)와, 소정 주파수의 진동전류를 발생시키는 발진회로(7c)와, 테스트전류를 조정하는 조정저항(7a)을 구비하고 있으며, 테스트회로(7)의 테스트스위치(7b), 발진회로(7c) 및 조정저항(7a)이 영상변류기(3)의 테스트코일(3t)을 통해 전원회로(5)에 직렬로 접속된다.

발진회로(7c)는, NAND게이트(Q1), NOT게이트(Q2, Q3), 저항(R1, R2) 및 콘덴서(C1)로 구성된다. 상기 발진회로(7c)는, 테스트스위치(7b)가 온으로 되었을 때, NAND게이트(Q1)의 출력이 L레벨이 되어 콘덴서(C1)와 저항(R1)의 값에 따라 다음의 수식에 근사한 주파수(f)로 발진한다.

f=1/(2.2·R1·C1)(Hz)

발진회로(7c)로부터 영상변류기(3)의 테스트코일(3t)에 공급되는 테스트전류(It)의 크기는, 전원회로(5)의 출력전압(V1)과 저항(7a)에 의해 결정되므로, 저항(7a)의 크기를 조정함으로써 소정 값으로 설정할 수 있다.

이러한 테스트회로(7)에 있어서, 테스트스위치(7b)를 온으로 하면, 발진회로(7c)가 발진동작하여, 주파수(f)로 진동하는 소정의 테스트전류(누전모의전류; It)가 영상변류기(3)의 테스트코일(3t)로 공급된다. 이에 따라, 영상변류기(3)의 누전전류 검출코일(3a)로부터 테스트전류(It)에 대응한 검출전류가 얻어져, 누전판별회로(6)에 가해진다. 상기 테스트전류(It)는, 미리 설정된 판정레벨을 초과하는 크기로 선정되어 있으므로, 누전판별회로(6)는 즉시 누전 발생을 나타내는 신호를 트립장치(4)에 부여한다. 이에 따라, 정상적으로 동작하고 있는 경우에는, 개폐부(2)의 도시되지 않은 개폐기구가 트립됨으로써, 개폐부(2)의 개폐접점이 열려, 교류전로(1)가 차단된다. 이로써, 정상적인 동작을 하는 것이 확인되면, 테스트를 종료한다.

이와 같이, 본 발명의 누전차단기에서는, 전원회로(5)에 3상전파 정류회로(51)를 설치하고, 상기 정류회로에 의해 3상의 교류전로(1)의 전상의 전압을 정류하여 직류전압을 얻고 있으므로, 3상의 교류전로(1)중 어느 1상이 결상되더라도 직류전압을 얻을 수 있다. 그리고, 결상에 의해 전원회로(5)의 입력전압이 변화하더라도, 전원회로(5)의 출력전압은 정전압회로(52)에 의해 V1으로 일정하게 유지되기 때문에, 영상변류기(3)의 테스트코일(3t)에는 미리 정해진 소정의 테스트전류(It)를 공급할 수 있다. 따라서, 교류전로(1)에 결상이 발생한 경우라도 누전테스트를 실시할 수 있다.

또한, 누전테스트를 행할 때, 누전차단기에 누전판별회로(6)의 판정레벨에 도달하지 않은 누전전류가 발생하고 있는 경우를 고려할 수 있다. 이러한 경우, 테스트회로(7)에서 형성되는 테스트전류(누전모의전류)와 실제의 누전전류의 주파수가 동일하고 위상이 역위상으로 일치하면, 테스트전류가 누전전류에 의해 상쇄되어, 누전판별회로(6)로부터 누전 발생을 나타내는 신호가 출력되지 않게 되므로, 누전차단기가 정상인 경우라 하더라도 테스트의 결과로서 동작불량이 나타나게 된다.

따라서, 본 발명에서는, 테스트회로(7)의 발진회로(7c)의 발진주파수(f)를, 누전차단기에서 사용되는 상용전원계통은, 주파수가 50 또는 60Hz이기 때문에, 이와 다른 40 또는 70Hz로 설정하도록 한다. 발진회로(7c)의 발진주파수(f)가 이와 같이 상용주파수와는 다른 주파수로 설정되어 있으면, 누전테스트 시에, 테스트전류(누전모의전류)가 실제의 미소한 누전전류에 의해 상쇄되지 않으므로, 정확하게 테스트를 행할 수 있어, 누전테스트의 신뢰성을 높일 수 있다.

또한, 누전차단기의 누전판별레벨은 누전감도전류의 70％정도로 설정되기 때문에, 감도전류가 30㎃로 설정되어 있는 경우, 누전판별회로(6)의 누전판별레벨은 21㎃정도로 설정되므로, 영상변류기(3)의 테스트코일(3t)이 1 회전인 경우, 테스트회로(7)로부터 공급되는 테스트전류(누전모의전류; It)는 21㎃ 이상으로 할 필요가 있다. 이 전류를 부담하는 전원회로(5)는, 부하전류에 의한 발열 등의 문제가 있기 때문에, 공급전류를 가능한 한 낮게 억제하는 것이 바람직하다. 이 때문에, 본 발명에서는, 영상변류기(3)의 코일 스페이스에 여유가 있는 경우에는, 테스트코일(3t)의 권선수를 2 회전 이상의 복수(n) 회전으로 한다. 이에 따라, 테스트코일(3t)로 공급하는 테스트전류(It)를 1 회전일 경우에 필요한 전류의 1/n로 감소시킬 수 있으므로, 전원회로(5)의 출력전류를 낮게 억제할 수 있으며, 전원회로(5)의 전력소비를 감소시킬 수 있다.

본 발명에서는, 누전판별회로로 급전하는 전원회로를 다상의 교류전류로의 전상에 접속하여 전상으로부터 전력을 얻고 있으므로, 교류전로의 1상이 결상되더라도 누전테스트를 실행할 수 있다. 또한, 테스트회로의 발진회로에 의해 교류전로의 주파수와 다른 주파수의 누전모의전류를 형성할 수 있으므로, 누전으로 판별되지 않은 누전전류가 발생하고 있더라도 그 영향을 받지 않고 확실하게 누전테스트를 행할 수 있기 때문에, 테스트회로의 신뢰성을 높일 수 있다.

Claims

다상교류전로(multiphase alternating current electrical paths)를 개폐하는 개폐부와, 상기 다상교류전로의 누전전류를 검출하는 영상변류기(zero-phase current transformer)와, 상기 영상변류기의 누전전류 검출코일의 출력전류로부터 누전 발생의 유무를 판정하는 누전판별회로와, 상기 누전판별회로의 누전 발생을 나타내는 출력신호에 의해 상기 개폐부를 트립하여 차단하는 트립 장치(tripping device)와, 상기 다상교류전로로부터 상기 누전판별회로로 전력을 공급하는 전원회로와, 상기 영상변류기의 테스트코일에 누전모의전류를 공급하도록 한 테스트회로를 구비한 누전차단기로서,

상기 전원회로는, 다상교류전로의 모든 상의 전로로부터 급전되며, 상기 테스트회로는, 상기 전원회로를 전원으로 하여 누전모의전류를 발생시키는 발진회로와, 상기 발진회로로부터 상기 영상변류기로 누전모의전류를 공급하는 회로의 개폐를 조작하는 테스트스위치로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 누전차단기.
제 1항에 있어서, 테스트회로의 발진회로는, 상용주파수(50 또는 60Hz) 이외의 발진주파수로 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 누전차단기.
제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 영상변류기의 테스트코일의 권선수를 2회전(turn) 이상으로 한 것을 특징으로 하는 누전차단기.