KR20080075937A - 복합형 누전 차단기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 복합형 누전 차단기에 관한 것이다.

본 발명은 외부전압 입력라인과 부하단 사이에 외부전압을 공급 및 차단하는 스위치와; 상기 부하단의 전류차를 검출하여 과전류 검출시 상기 스위치를 오프하는 누전차단기와; 상기 외부전압 입력라인에 과전류를 감지하여 과전류 감지시 상기 입력라인을 오프하는 과전류차단기를 포함하고, 상기 외부전압 입력라인에 아크 결함에 의한 전압을 감지하여 아크 결함 감지시 상기 스위치를 오프하는 아크 결함 차단기를 구성하여 상기 배선 및 부하단에 아크 결함 및 과부하에 의한 누전 발생시 외부전압 입력라인을 차단함으로써, 아크 결함 및 과부하에 의한 누전으로부터 감전 또는 화재 및 부하의 손상을 방지하게 되는 것이다.

아크 결함, 누전 차단기

Description

복합형 누전 차단기{COMPLEX TYPE LEACKAGE CURRENT CIRCUIT BREAKER}

도 1은 종래 누전차단기의 전체 블록도

도 2는 본 발명 복합형 누전 차단기의 전체 블록도

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

LINE-HOT, NEU; 외부전압 입력라인, LOAD-HOT,NEU; 부하

SW1, SW2; 스위치 20; 누전 차단기

21; 영상변류기 22; 누전검출부

23; 누전제어부 30; 과전류검출기

40; 아크 결함 차단기 41; 아크감지기

42; 아크검출부 43; 증폭부

44; 아크제어부

본 발명은 복합형 누전 차단기에 관한 것으로, 상세하게는 가정용 전기 기기가 접속되는 전원코드나 옥내배선 등의 손상으로 인한 아크 결함 및 부하 단의 과부하에 의한 누전을 검출하고 차단함으로써 상기 아크 결함으로 인한 감전 및 화재 와 누전으로 인한 부하 손상을 방지할 수 있도록 한 복합형 누전차단기에 관한 것이다.

일반적으로 가정이나 건물 등에 인체의 감전사고 및 누전에 의한 화재를 방지하기 위하여 누전 차단기 또는 합선에 의한 과전류 및 부하 단을 보호하기 위하여 배선용 차단기를 사용하게 되는바, 상기 누전 차단기는 도 1에 도시한 바와 같이, 외부전압 입력라인(LINE-HOT,NEU)과 부하(LOAD-HOT,NEU)단 사이에 외부전압을 공급 및 차단하는 스위치(SW1)(SW2)와; 상기 스위치(SW1)(SW2)를 통해 입력되는 입력라인(LINE-HOT,NEU)의 전류차를 검출하는 영상변류기(ZCT)(11)와, 상기 영상변류기(11)에서 검출된 누전 전류로부터 불필요한 노이즈를 제거하여 필요한 누전 신호만을 출력하는 누전검출부(12)와; 상기 누전검출부(12)에서 출력된 누전신호와 기준신호 레벨과 비교하고 비교에 따른 제어신호를 출력하는 누전제어부(13)와; 상기 누전제어부(13)에 출력되는 신호에 따라 솔레노이드를 구동하여 상기 스위치(SW1)(SW2)를 온/오프하면서 입력라인(LINE-HOT,NEU)을 단락/개방하는 스위칭 구동부(14)로 구성하게 된다.

상기와 같이 구성된 종래의 누전 차단기는 입력라인(LINE-HOT,NEU)에 흐르는 전류를 상기 영상 변류기(11)를 통해서 전류차를 검출하고, 상기 검출된 전류차는 누전검출부(12)를 통해서 필터링하여 누전신호만을 검출하며, 상기 검출된 누전신호는 누전제어부(13)를 통해서 기준신호 레벨과 비교 판단한 후, 누전발생시 스위칭구동부(14)를 통해서 솔레노이드로 상기 스위치(SW1)(SW2)를 오프 하여 외부전압을 차단함으로써, 누전으로 인한 인명 및 화재를 방지하게 된다.

한편 상기 배선용 차단기는 도 1에서 외부전압 입력라인(LINE-HOT,NEU)과 부하(LOAD-HOT,NEU) 사이에 열전소자와 솔레노이드 밸브를 조합한 오일대시포트(ODP) 또는 시연 특성을 갖는 바이메탈(BIMETAL)과 순시동작하는 전자석을 조합한 과전류검출기를 접속하여, 상기 부하(LOAD)에 정격 전류 이상의 과전류가 흐르는 경우, 과전류를 감지하여 즉시 외부전압 입력라인(LINE-HOT,NEU)과 부하(LOAD-HOT,NEU)를 단락하여 과전류를 차단함으로써 부하를 보호하게 된다.

이와 같이 상기 누전 차단기 또는 배선용 차단기를 설치하여 누전 또는 과전류로부터 감전 및 화재 또는 부하의 손상을 방지해 오고 있으나, 상기 누전 차단기 또는 배선용 차단기가 방지하지 못하는 것은 다양한 전기적 결함이 존재하기 때문이며, 그 중에서 가장 큰 비중을 차지하는 것이 아크 결함(Arcing fault)이다.

상기 아크 결함은 배전 계통에서부터 옥내 배선 및 전원코드, 부하(전자기기)에 이르기까지 모든 영역에서 발생하게 되며, 상기 아크 결함이 발생하는 원인은 노화, 절연 및 피복 손상 또는 과전류에 의한 기계적 및 전기적 스트레스, 연결 결함 및 절연과 배선에 대한 과도한 기계적 손상 등에 의하여 피복된 전선의 외부로 노출되면서 금속 외피를 통해 전류가 흐르는 것으로, 대부분의 아크 결함은 배선용 차단기인 과전류 차단기 또는 누전차단기에 의해서도 보호되지 않는다.

그 이유는 상기 아크 결함이 신속하게 과전류를 유발하거나, 직접 접지되지 않는 경우가 많고, 또한 저 전류, 고 임피던스 상태에서도 발생하기 때문이다.

또한 상기 아크 결함은 고온으로 발생하기 때문에 접지를 통하여 충분한 누설전류를 발생시키는 경우에만 접지결함 보호용 차단기(GFCI)에 의해 검출할 수 있 고, 또한 아크 결함에 의한 전류는 차단기의 열적/자기적 구조의 파라미터를 초과하는 경우에만 차단기가 동작하기 때문에, 아크 결함을 차단할 수 있는 아크 결함 보호용 차단기(AFCI)가 필수적으로 요구되는 실정이다.

본 발명의 목적은 과부하에 의한 누전은 물론, 배선 및 부하의 전원 코드 등의 전기적인 결함으로 인해 발생 되는 아크 결함을 차단하여 감전사고나 화재 발생을 방지하고자 하는 데 있다.

상기의 목적을 실현하기 위하여 본 발명은 외부전압 입력라인과 부하단 사이에 외부전압을 공급 및 차단하는 스위치와; 상기 부하단의 전류차를 검출하여 과전류 검출시 상기 스위치를 오프하는 누전차단기와; 상기 외부전압 입력라인에 과전류를 감지하여 과전류 감지시 상기 입력라인을 오프하는 과전류차단기를 포함하고, 상기 외부전압 입력라인에 아크 결함에 의한 전압을 감지하여 아크 결함 감지시 상기 스위치를 오프하는 아크 결함 차단기를 포함한다.

따라서 본 발명에 의하면, 외부전압 입력라인과 부하단 사이에 누전차단기 및 과전류차단기와 아크 결함차단기를 구성하여, 상기 입력라인 및 부하 단에 과전류, 누전 또는 아크 발생시 상기 누전차단기 및 과전류차단기 또는 아크 결함차단기로 입력라인을 차단하여 줌으로써, 과전류, 누전 및 아크 결함에 의한 감전이나 화재 발생으로 방지할 수 있게 되는 것이다.

이하 첨부되는 도면에 의거 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명 복합형 누전 차단기의 전체 블록도로서, 본 발명은 외부전압 입력라인(LINE-HOT, NEU)과 부하(LOAD-HOT,NEU) 사이에 누전차단기(20), 과전류차단기(30), 아크 결함차단기(40)를 포함한다.

상기 누전차단기(20)는 스위치(SW1)(SW2), 영상변류기(21), 누전검출부(22), 누전제어부(23), 스위칭 구동부(24)로 구성된다.

상기 스위치(SW1)(SW2)는 외부전압 입력라인(LINE-HOT,NEU), 부하(LOAD-HOT,NEU)사이에 각각 구성되어 온/오프 동작하면서 상기 외부전압 입력라인(LINE-HOT, NEU)을 개방 및 단락하게 된다.

상기 영상변류기(ZCT)(21)는 상기 스위치(SW1)(SW2)와 부하(LOAD-HOT,NEU) 사이에 접속되어 상기 외부전압 입력라인(LINE-HOT,NEU)의 누전이나 과부하에 따른 전류차를 감지하게 된다.

상기 누전검출부(22)는 상기 영상변류기(21)에서 감지된 누전 전류로부터 불필요한 노이즈를 제거하여 누전신호만을 검출하게 되며, 상기 누전검출기(22)는 RC 필터회로로 구성된다.

상기 누전제어부(23)는 상기 누전검출부(22)에서 검출된 누전신호와 기설정된 기준신호 레벨과 비교하고 비교에 따른 제어신호를 출력하게 되며, 통상적으로 마이콤(MICOM)으로 구성된다.

상기 스위칭 구동부(24)는 상기 누전제어부(23)에 출력되는 신호에 따라 상기 스위치(SW1)(SW2)를 온/오프하면서 입력라인(LINE-HOT,NEU)을 단락 / 개방하게 되며, 사이리스터(SCR)와 솔레노이드(SOLENOID)로 구성된다.

상기 과전류차단기(30)는 상기 외부전압 입력라인(LINE-HOT, NEU) 중 입력라인(LINE-HOT)에 접속되어, 상기 과전류 검출시 상기 외부전압 입력라인(LINE-HOT, NEU)를 오프하게 되며, 상기 과전류차단기(30)는 열전소자로 바이메탈(BIMETAL)과오일이 함침된 솔레노이드를 조합한 오일대시포트(ODP)로 구성된다.

상기 오일대시포트(ODP)는 솔레노이드의 기자력과 제동유의 점성, 스프링 등으로 시연 특성을 조정하며, 단락전류와 같은 대전류가 흐르때 자속의 증대로 플랜지의 이동없이 즉시 동작하게 된다.

상기 아크 결함차단기(40)는 아크감지기(41), 아크검출부(42), 증폭부(43), 아크제어부(44)로 구성된다.

상기 아크감지기(41)는 상기 외부전압 입력라인(LINE-HOT, NEU)중 입력라인(LINE-HOT)에 접속되어, 상기 입력라인(LINE-HOT)의 배선결함에 의해 발생 되는 전압차를 감지하게 되며, 상기 아크감지기(41)는 정온도 특성 저항값을 갖는 열전소자로 구성하게 되며, 상기 열전소자는 서로 다른 열팽창 계수를 갖는 금속을 접합하여 열 온도에 따른 만곡되는 바이메탈(BIMETAL)로 구성할 수 있다.

상기 아크검출부(42)는 상기 아크감지기(41)에서 감지된 전압을 필터링하여 불필요한 노이즈를 제거한 아크 전압을 출력하게 되며, 상기 아크검출부(42)는 저항(R)과 콘덴서(C)로 구성되는 필터회로로 구성된다.

상기 증폭부(43)는 상기 아크검출부(42)에서 검출된 아크 전압을 증폭하여 출력하게 되며, 상기 증폭기(42)는 연산증폭기(OP)와 수동소자들로 구성된다.

상기 아크제어부(44)는 상기 증폭부(43)에서 증폭된 전압을 기준신호 레벨과 비교 판단하여 비교에 따른 제어신호를 출력하게 되며, 상기 아크제어부(44)는 마이콤(MICOM)과 주변 수동소자들로 구성되어 스위치(SW1)(SW2)를 온.오프하는 스위칭구동부(24)를 제어하게 된다.

상기와 같이 구성되는 본 발명은 초기에 외부전압 입력라인(LINE-HOT,NEU)과 부하(LOAD-HOT,NEU) 사이에 설치된 상기 스위치(SW1)(SW2)가 온 상태가 되어 상기 입력라인(LINE-HOT, NEU)으로부터 입력되는 전압은 상기 입력라인(LINE-HOT)에 접속된 열전소자(41)(바이메탈;BIMETAL), 스위치(SW1)(SW2) 및 영상변류기(21)를 통해서 부하(LOAD-HOT,NEU)로 흐르게 되므로 전류가 흐르게 된다.

이때 상기 영상변류기(21)에서는 상기 입력라인(LINE-HOT, NEU)을 통과하고 있는 전류차를 감지하여 누전검출부(22)로 입력하게 되는데, 상기 부하(LOAD-HOT,NEU)에 의해 누설전류가 발생하지 않는 경우에는 상기 입력라인(LINE-HOT, NEU)으로부터 부하(LOAD-HOT,NEU)로 흐르는 입, 출력 전류가 일정하게 되므로 상기 영상 변류기(21)에서는 전류차가 없는 일정한 전류를 검출하여 누전검출부(22)로 입력하게 된다.

반면에 상기 부하에 의해 누설 전류가 발생하게 되는 경우, 상기 입력라인(LINE-HOT, NEU)으로부터 부하(LOAD-HOT,NEU)로 흐르는 입출력 전류에 차이가 발생하게 되어, 상기 영상변류기(21)에서는 전류차를 검출하여 누전검출기(22)로 입력하게 되고, 상기 누전검출부(22)에서는 입력된 전류를 필터링하여 불필요한 노이즈가 제거된 누전신호를 검출하여 누전제어부(23)에 입력하게 된다.

따라서, 상기 누전제어부(23)에서는 검출된 누전신호와 기설정된 기준신호 레벨과 비교하여 비교 차가 없는 경우에는 누설전류가 발생하지 않은 것으로 판단하여 스위칭구동부(24)에 로우신호를 출력함으로써 스위칭구동부(24)를 구동시키지 않게 된다.

그러므로 상기 외부전압 입력라인(LINE-HOT,NEU)과 부하(LOAD-HOT,NEU) 사이에 설치된 상기 스위치(SW1)(SW2)는 계속해서 온 상태를 유지하면서 부하(LOAD-HOT,NEU)에 전압을 공급하게 된다.

반면에, 상기 누전제어부(23)에서는 검출된 누전신호와 기설정된 기준신호 레벨과 비교하여 비교 차가 있는 경우에는 누설전류가 발생한 것으로 판단하여 스위칭구동부(24)에 하이신호를 출력함으로써 스위칭구동부(24)를 구동시켜 솔레노이드(SOL)에 전류를 흘려 이와 연동하는 상기 외부전압 입력라인(LINE-HOT,NEU)과 부하(LOAD-HOT,NEU) 사이에 설치된 상기 스위치(SW1)(SW2)를 오프시켜 부하(LOAD-HOT,NEU)에 흐르는 전압을 차단하여 부하를 손상을 방지하게 된다.

그리고, 상기 외부전압 입력라인(LINE-HOT,NEU)에 접속된 과전류차단기(30)인 오일대시포트(ODP)와 조합된 상기 열전소자(41)(바이메탈)에 의하여 과전류 감지시, 상기 오일대시포트(ODP)는 즉시 동작하면서 상기 바이메탈을 오프하여 외부전압 입력라인(LINE-HOT,NEU)을 차단하여 과전류를 차단하게 된다.

한편, 상기 누전 차단 동작을 수행하는 도중, 전기적인 요인 중 배선계통의 결함에 의해 아크 결함이 발생하게 되면, 상기 외부전압 입력라인(LINE-HOT)과 상기 스위치(SW1)(SW2) 사이에 설치된 아크감지기(41) 즉 열전소자는 정온도 특성 저항값으로 동작하게 되면서 양단 간에 전압 차를 감지하여 상기 감지된 전압 차를 아크검출부(32)에 입력하게 된다.

상기 아크검출부(32)에서는 입력된 전압 차를 필터링하여 불필요한 노이즈를 제거한 아크 전압을 검출하여 증폭부(33)에 입력하게 되고, 상기 증폭부(33)에서는 입력된 아크 전압을 구동전압에 알맞는 크기로 증폭한 후 아크제어부(34)에 입력하게 된다.

따라서 상기 아크제어부(34)에서는 입력된 전압 신호와 기 설정된 기준 레벨 신호와 비교하여 비교 차가 없는 경우에는 아크 결함에 의한 전류가 발생하지 않은 것으로 판단하여 상기 스위칭구동부(24)에 로우신호를 출력함으로써 스위칭구동부(24)를 구동시키지 않게 되어 상기 스위치(SW1)(SW2)는 계속해서 온 상태를 유지하면서 상기 외부전압 입력라인(LINE-HOT,NEU)으로부터 부하(LOAD-HOT,NEU)에 전압을 공급하게 된다.

반면에, 상기 아크제어부(34)에서는 입력되는 신호와 기설정된 기준신호 레벨과 비교하여 비교 차가 있는 경우에는 아크 결함에 의한 전류가 발생한 것으로 판단하여 스위칭구동부(24)에 하이신호를 출력함으로써 스위칭구동부(24)를 구동시켜 솔레노이드(SOL)에 전류를 흘려 이와 연동하는 상기 외부전압 입력라인(LINE-HOT,NEU)과 부하(LOAD-HOT,NEU) 사이에 구성된 상기 스위치(SW1)(SW2)를 오프시켜 줌으로써, 상기 부하(LOAD-HOT,NEU)에 흐르는 전압을 차단하여 아크 결함에 의한 감전이나 화재를 방지하게 되는 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 외부전압 입력라인과 부하 사이에 과 부하에 의한 전류차를 감지하는 누전차단기, 과전류를 차단하는 과전류차단기 및 배선의 전기적인 결함에 의한 아크 결함을 검출하는 아크 결함 차단기를 구성하여, 상기 부하단의 과부하에 의한 과전류 및 배선의 결합에 의한 아크 결함 발생시 열전소자 및 스위치로 외부전압 입력라인을 차단함으로써, 과부하에 의한 과전류, 누전 및 아크 결함으로부터 감전 또는 화재 및 부하의 손상을 방지하게 되는 것이다.

Claims (3)

1. 외부전압 입력라인과 부하단 사이에 외부전압을 공급 및 차단하는 스위치와; 상기 부하단의 전류차를 검출하여 과전류 검출시 상기 스위치를 오프하는 누전차단기와; 상기 외부전압 입력라인에 과전류를 감지하여 과전류 감지시 상기 입력라인을 오프하는 과전류차단기를 포함하고, 상기 외부전압 입력라인(HOT)에는 아크 결함에 의한 전압을 감지하여 아크결함 감지시 상기 스위치를 오프하는 아크 결함 차단기를 포함하는 복합형 누전 차단기.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 아크 결함차단기는 외부전압 입력라인의 아크 결함에 의한 양단의 전압을 감지하는 아크감지기와; 상기 아크감지기에서 감지된 전압차에 불필요한 노이즈를 제거하여 아크 전압을 검출하는 아크검출부와; 상기 아크검출부에서 검출된 아크 전압을 증폭하는 증폭부와; 상기 증폭부에서 증폭된 전압을 기준신호 레벨과 비교 판단하여 스위치를 온/오프하는 스위칭구동부를 제어하는 아크 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합형 누전 차단기.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 아크 감지기는 정온도 특성 저항값을 갖는 열전소자인 것을 특징으로 하는 복합형 누전 차단기.

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