KR20090006309A

KR20090006309A - 누전차단기의 전자파장애 방지장치

Info

Publication number: KR20090006309A
Application number: KR1020070069513A
Authority: KR
Inventors: 유인기; 임철수
Original assignee: 유인기
Priority date: 2007-07-11
Filing date: 2007-07-11
Publication date: 2009-01-15
Also published as: KR100933533B1

Abstract

본 발명은 누전차단기가 주변의 전자파에 의해 트립장치를 구동시켜야 하는 상황에서 구동시키지 못하거나 혹은 구동시키지 말아야 하는 상황에서 구동시키는 등의 오동작을 방지하기 위한 누전차단기의 전자파장애 방지장치에 관한 것이다.

이를 실현하기 위한 본 발명의 누전차단기의 전자파장애 방지장치는, 전기선로의 영상전류를 검출하는 영상변류기; 상기 영상변류기의 출력으로부터 잡음을 제거하는 필터회로; 상기 필터회로에 연결되어, 두 입력신호의 차에 비례하는 출력신호를 발생하는 차동증폭기; 상기 차동증폭기의 출력단에 연결되는 버퍼회로; 상기 버퍼회로의 출력단에 연결되는 시간지연회로; 상기 시간지연회로에 연결되는 비교기; 상기 비교기의 출력단에 연결되는 랫치회로; 상기 랫치회로의 출력단에 연결되어 트립장치를 구동하는 트립제어신호를 출력하는 출력구동회로; 그리고 상기 트립제어신호에 따라 주전원선로를 연결 또는 차단하는 트립장치;를 포함하여 이루어진 발명이다.

누전차단기, 전자파장애, EMC, 고주파방사내성시험,

Description

누전차단기의 전자파장애 방지장치{Device for preventing electric magnetic interference of a electric leakage current breaker}

본 발명은 누전차단기의 전자파장애 방지장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 누전차단기가 주변의 전자파에 의해 트립장치를 구동시켜야 하는 상황에서 구동시키지 못하거나 혹은 구동시키지 말아야 하는 상황에서 구동시키는 등의 오동작을 방지하기 위한 누전차단기의 전자파장애 방지장치에 관한 것이다.

일반적으로 누전차단기는 전기선로 등에서 절연이 불완전하여 누전될 때, 전기선로에 공급되는 전기를 차단하여 전기선로에서 인체에 대한 감전사고 및 누전에 의한 화재, 아크에 의한 전기기계기구의 손상을 방지하기 위한 장치로써, 그 종류로는 전압동작형과 전류동작형이 있다.

소용량 누전차단기는 대부분 전류동작형으로 누전차단기 본체 케이스 내부에 도 1에 도시된 바와 같이 영상변류기(ZCT: Zero Phase Current Transformer)(10)와 같은 전류센서를 넣고 누전시 영상전류를 검출한다음 이 전류를 차동증폭기(20)로 증폭하여 트립장치(30)를 차단하여 위험을 예방토록 하는 장치이다.

그런데, 상기 영상변류기(10)는 중공원통형 철심에 2차코일(11)을 권선한 구조로 이루어져, 구조상 고주파의 무선 주파수수신 안테나 역할을 하도록 되어 있어 있기 때문에, 영상변류기(10)에 고주파가 유기되면 2차 코일에 출력이 발생되는데, 누전차단기의 특성상 전원주파수 50~60 ㎐에 고주파 잡음이 중첩되어 차동증폭기(20) 입력측을 교란시킴으로써 결국 트립장치(30)에서 오동작을 유발시킨다.

이와 같은 오동작이 일어나는 누전차단기의 출하를 방지하기 위하여 제작단계에서는 고주파방사내성시험과 고주파방사전도내성시험 등을 거치게 된다.

고주파방사내성시험의 스위프(SWEEP) 시험은 시료(누전차단기)에 정격의 30% 누설전류를 인가한 후 1m 거리에서 고주파 출력 10V/m를 0.5~1초간 안테나방향 수직 및 수평으로 80㎒ ~ 1㎓, 1.4㎒ ~ 2㎓까지 1% 단위로 증가시키며 방사하고, 그 결과 시료에서 오동작이 발생되지 않아야 하는데, 앞서 설명된 종래 누전차단기는 오동작이 발생한다.

또한, 고주파방사내성시험의 스팟(SPOT) 시험은 시료에 정격의 125%의 누설전류를 인가한 후 1m 거리에서 고주파 출력 10V/m를 안테나방향 수직 및 수평으로 80㎒ 내지 2㎓ 대역에서 주어진 조건에 맞는 고주파를 방사할 때 각 주파수에서 30㎳ 이내에 정확하게 동작하여야 하는데, 앞서 설명된 종래 누전차단기는 240~480㎒ 사이에서 동작하지 않는 경우가 발생한다.

그리고, 고주파방사전도내성시험의 스위프(SWEEP) 시험은 시료(누전차단기)에 정격의 30% 누설전류를 인가한 후 1m 거리에서 고주파 출력 10V/m를 0.5~1초간 안테나방향 수직 및 수평으로 150㎑~80㎒ 까지 1% 단위로 증가시키며 방사하고, 그 결과 시료에서 오동작이 발생되지 않아야 하는데, 앞서 설명된 종래 누전차단기는 오동작이 발생한다.

아울러, 고주파방사전도내성시험의 스팟(SPOT) 시험은 시료에 정격의 125%의 누설전류를 인가한 후 1m 거리에서 고주파 출력 10V/m를 안테나방향 수직 및 수평으로 80㎒ 내지 2㎓ 대역에서 주어진 조건에 맞는 고주파를 방사할 때 각 주파수에서 30㎳ 이내에 정확하게 동작하여야 하는데, 앞서 설명된 종래 누전차단기는 동작하지 않는 경우가 발생한다.

본 발명은 상기한 사정을 감안하여 발명한 것으로, 전기선로의 누전여부를 검출하는 영상변류기의 출력에서 저역, 중역, 고역의 소정 주파수 대역별로 잡음신호를 제거하여 순간적인 잡음에 의해 발생할 수 있는 오동작을 방지하고, 소정시간 이상 누전신호가 검출되는 경우에만 정상적으로 누전신호가 감지된 것으로 판단하여 누전차단기를 동작시키도록 된 누전차단기의 전자파장애 방지장치를 제공하고자 함에 목적이 있다.

상기한 목적을 실현하기 위한 본 발명의 누전차단기의 전자파장애 방지장치 는, 전기선로의 영상전류를 검출하는 영상변류기; 상기 영상변류기의 출력으로부터 잡음을 제거하는 필터회로; 상기 필터회로에 연결되어, 두 입력신호의 차에 비례하는 출력신호를 발생하는 차동증폭기; 상기 차동증폭기의 출력단에 연결되는 버퍼회로; 상기 버퍼회로의 출력단에 연결되는 시간지연회로; 상기 시간지연회로에 연결되는 비교기; 상기 비교기의 출력단에 연결되는 랫치회로; 상기 랫치회로의 출력단에 연결되어 트립장치를 구동하는 트립제어신호를 출력하는 출력구동회로; 그리고 상기 트립제어신호에 따라 주전원선로를 연결 또는 차단하는 트립장치;를 포함하여 이루어져 있다.

상기 필터회로는 영상변류기의 2차코일로부터 인출되는 제1, 제2 단자, 상기 제1 단자와 차동증폭기의 비반전단자 사이에 제1 저항과 제1 콘덴서가 L형을 이루어 연결되는 고역차단필터, 상기 제2 단자와 차동증폭기의 비반전단자 사이에 제2,제3 저항과 제2 콘덴서가 역 L형을 이루어 연결되는 저역차단필터, 상기 차동증폭기의 입력 양단 사이에 제3 콘덴서가 각각 연결되어, 상기 제1 저항을 중심으로 제3 콘덴서와 Π형을 이루는 제1 중역차단필터와 상기 제2,제3 저항을 중심으로 제3 콘덴서와 Π형을 이루는 제2 중역차단필터로 이루어짐을 특징으로 한다.

상기 필터회로는 영상변류기의 2차코일로부터 인출되는 제1, 제2 단자, 상기 제1 단자와 차동증폭기의 비반전단자 사이에 제1 저항과 제1 콘덴서가 L형을 이루어 연결되는 고역차단필터, 상기 제2 단자와 차동증폭기의 비반전단자 사이에 제2,제3 저항과 제2 콘덴서가 역 L형을 이루어 연결되는 고역차단필터, 상기 차동증폭기의 입력단과 영상변류기의 2차 코일 양단 사이에 제3 콘덴서와 제4 콘덴서가 각 각 연결되어, 상기 제1 저항을 중심으로 제3 콘덴서와 제4 콘덴서가 Π형을 이루는 제1 중역차단필터와 상기 제2,제3 저항을 중심으로 제3 콘덴서와 제4 콘덴서가 Π형을 이루는 제2 중역차단필터로 이루어짐을 특징으로 한다.

상기한 바에 따른 본 발명은 영상변류기를 통해 입력되어 누전차단기의 트립장치를 오동작시킬 수 있는 전자파 잡음이 영상변류기의 출력측에서 차단됨으로써 누전차단기의 오동작에 따른 감전사고, 화재발생 등을 미연에 방지할 있는 효과가 있다.

이하 예시도면에 의거하여 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 구성 및 작용을 상세히 설명한다. 본 발명에 따른 설명에 있어서 앞서 설명한 종래기술인 도 1과 동일한 기능 및 작용을 하는 구성요소에 대하여는 동일한 참조부호를 부여한다.

도 2는 본 발명에 따른 누전차단기의 제어회로도를 나타낸다.

상용전원의 전원선에서 누전이 발생하는지 여부를 감지하기 위해서는 상용 전원선이 환형의 영상변류기(10) 내를 관통하도록 설치하고, 상용 전원선에 전류가 흐르는 동안 영상변류기(10)의 2차코일(11)로부터 검출되는 영상전류를 분석하여 누전이 발생하는지 여부를 판단하게 된다.

이때, 상기 영상변류기(10)의 2차코일(11)에서 출력되는 신호는 필터회로(40)를 통해 잡음을 제거하게 된다.

상기 필터회로(40)는 2차코일(11)에 유기된 잡음에 대하여 고역, 중역, 저역 주파수 대역별로 각각 제거한 후 차동증폭기(50)로 출력한다.

도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 필터회로(40:40A,40B)의 실시예를 각각 나타낸 것이다.

필터회로(40:40A,40B)의 일실시예인 도 3에 도시된 필터회로(40A)에서 고역주파수의 잡음은 영상변류기(10)의 2차코일(11)로부터 인출되는 양 단자중 하나의 단자에 제1 저항(R1)을 통해 차동증폭기(50)의 비반전단자를 연결하고 차동증폭기(50)와의 접속점과 접지사이에 제1 콘덴서(C1)를 연결하여 상기 제1 저항(R1)과 제1 콘덴서(C1)가 L형을 이루어 연결되는 고역차단필터에 의거 제거된다.

또한, 저역주파수의 잡음은 영상변류기(10)의 2차코일(11)로부터 인출되는 양 단자중 또다른 하나의 단자에 제2, 제3 저항(R2)(R3)을 통해 차동증폭기(50)의 반전단자를 연결하고 차동증폭기(50)와의 접속점과 접지사이에 제2 콘덴서(C2)를 연결하여 상기 제2,제3 저항(R2)(R3)과 제2 콘덴서(C2)가 역 L형을 이루어 연결되는 저역차단필터에 의거 제거된다.

아울러, 중역주파수의 잡음은 차동증폭기(50)의 입력 양단 사이에 제3 콘덴서(C3)가 연결되어, 상기 제1 저항(R1)을 중심으로 제3 콘덴서(C3)와 Π형을 이루는 제1 중역차단필터와 상기 제2,제3 저항(R2)(R3)을 중심으로 제3 콘덴서(C3)와 Π형을 이루는 제2 중역차단필터에 의거 제거된다.

도 4는 본 발명에 따른 필터회로의 다른 실시예를 나타낸 것으로, 도 3에 도시된 실시예에서 영상변류기(10)의 2차 코일(11) 양단에 제4 콘덴서(C4)가 연결되고, 상기 제1 저항(R1)과 차동증폭기(5) 사이에 제4저항(R4)이 추가로 연결되어, 도 3에 도시된 실시예에서와 같은 저역, 중역, 고역 주파수대역의 잡음을 차단할 수 있는 필터회로(40B)를 구성한 것이다.

그런데 도 3 및 도 4에 도시된 필터회로(40: 40A,40B)에서 저주파대역의 잡음이 차단된다고 하더라도 대략 60Hz이상부터 차단되므로 잡음신호만 복조시켜 보면 10Hz이하 주파수의 잡음은 차단되지 않는다. 그리하여 본 발명에서는 상용주파수 대역에 1Hz가 16.67㎳ 이므로 실제 누전신호의 펄스폭이 8.3㎳이내인 점을 감안하여, 다음과 같이 차동증폭기(50)를 통과하는 잡음신호 또는 누전신호가 8㎳이내인 경우에는 잡음신호로 판단하여 트립장치(30)를 동작시키지 않고 8㎳이상인 경우에만 누전신호로 판단하여 트립장치(30)를 동작시키도록 이루어져 있다.

도 5는 도 2에 도시된 본 발명의 누전차단기의 전자파장애 방지장치에 따른 요부 파형도를 나타낸다

도 5의 (a)는 60Hz의 상용전원선에 흐르는 이상적인 전류파형을 도시한 것으로, 상용전원선에 잡음신호가 포함되거나 누전이 발생하는 경우 앞서 설명된 바와 같이 필터회로(40) 및 차동증폭기(50)를 거쳐 복조된 다음 버퍼회로(60)에서 도 5의 (b)와 같은 누전신호가 검출되는 것으로 가정하여 설명한다. 도 5의 (b)에 도시된 누설전류는 다양한 형태의 누설전류가 발생하는 경우를 설명하기 위한 것으로서, 도시된 예에서는 누설전류 발생시간에 따른 트립장치의 구동을 설명하기 위하여 누설전류 발생시간을 점차 증가시킨 예들이다.

버퍼회로(60)의 출력단에는 시간지연회로(70)를 통하여 비교기(80)가 연결되는데, 시간지연회로(70)는 버퍼회로(60)의 출력단에 저항(R5)을 통해 비교기(80)의 비반전단자가 연결됨과 아울러 저항(R6)과 콘덴서(C4)를 매개로 원샷타이머회로(71)의 셋트/리셋트단자가 연결되고, 원샷타이머회로(71)의 출력단에 역방향 다이오드(Dd)를 매개로 상기 비교기(80)의 비반전단자가 연결되며, 상기 비교기(80)의 비반전단자에 충전용 콘덴서(Cc)가 연결되는 한편 비교기(80)의 반전단자에는 기준전압이 설정되어 이루어진 것이다. 특히, 상기 원샷타이머회로(71)는 펄스폭 가변저항(Rt)을 조정하여 예컨대 8ms로 고정하여 노이즈신호 또는 잡음신호가 예컨대 8ms 이상 지속되는 경우에만 트립장치(30)를 구동시킬 수 있도록 된 것이다. 그러나 목적에 따라 8ms이내에서도 트립장치(30)를 구동시킬 수 있는 누전신호로 판단하도록 할 수 있으나, 실제 누전신호의 발생시간을 고려하여 8ms가 바람직하다.

상기 원샷타이머회로(71)는 버퍼회로(60)에서 도 5의 (b)와 같은 누전신호 또는 잡음신호가 출력될 때 펄스상승시기인 라이징 에지에서 도 5의 (c)와 같은 셋트신호가 입력되고 펄스하강시기인 폴링 에지에서 도 5의 (d)와 같은 리셋트신호가 입력되어 도 5의 (e)와 같은 출력을 발생한다.

도 5의 (f)는 도 5의 (e)와 같은 원샷타이머회로(71)의 출력에 의거하여 충전용 콘덴서(Cc)에 충전되는 파형을 나타내며, 도 5의 (g)는 비교기(80)의 출력을 나타낸다.

이를 좀 더 상술하면, 원샷타이머회로(71)의 입력단자(Set/Reset)에 최초 하이 또는 로우 펄스가 입력되면 출력단자는 하이 출력상태가 되어 버퍼회로(60)에서 저항(R5)을 통하여 콘덴서(Cc)에 충전되는 전압을 방전시키지 못한다. 이와 같이 콘덴서(Cc)에서 충전동작이 진행되던 중에 버퍼회로(60)의 출력(노이즈신호 또는 누전신호)이 없으면 원샷타이머회로(71)의 리셋트단자가 로우로 되어 원샷타이머회로(71)의 출력도 로우로 떨어짐에 따라 콘덴서(Cc)에 충전되어 있던 전압이 역방향 다이오드(Dd)를 통하여 방전되어 로우레벨로 떨어진다.

즉, 노이즈 또는 누전신호의 크기가 원샷타이머회로(71)의 저항(Rt)에 의해 정해진 펄스발생시간인 8ms보다 짧게 지속되면 비교기(80)의 반전단자에 설정된 기준전압보다 크게 충전될 수 없게 됨에 따라 비교기(80)에서는 트립장치(30)를 구동하기 위한 신호를 출력하지 않게 된다.

그러나, 도 5의 (b)에서 후반부에 도시된 펄스와 같이 누전신호가 지속적으로 입력되면 도 5의 (e)와 같이 원샷타이머회로(71)에서 8ms를 갖는 펄스를 지속적으로 출력하게 되고, 콘덴서(Cc)에서는 저항(R5)을 통한 버퍼회로(60)의 전압이 8ms동안 충전이 가능하게 되므로, 결국 비교기(80)의 반전단자에 설정된 기준전압보다 큰 전압으로 충전이 이루어져서 비교기(80)에서는 하이신호를 출력하게 된다.

따라서, 상기 비교기(80)에서 출력되는 하이신호에 의거 랫치회로(90)에서는 도 5의 (g)와 같이 지속적으로 하이신호를 출력하여 구동회로(100)를 통해 트립장치(30)를 트립시켜 주전원선을 통해 부하로 공급되던 전원을 차단함으로써 누전에 따른 각종 사고를 방지할 수 있게 된다.

상기와 같이 본 발명은 필터회로를 통하여 일반적인 저주파대역부터 고주파대역까지의 잡음신호를 제거함과 아울러 시간지연회로를 통하여 예컨대 10Hz이하의 저주파 잡음신호도 제거함으로써 저주파에서 고주파에 이르기까지 전 대역에 걸쳐 잡음신호에 따른 누전차단기의 오동작을 방지할 수 있게 된다.

도 1은 종래 누전차단기의 제어회로도,

도 2는 본 발명에 따른 누전차단기의 제어회로도,

도 3은 도 2에 따른 필터회로의 상세회로도,

도 5는 도 2의 요부 파형도를 나타낸다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 -- 영상변류기, 11 -- 2차 코일,

20 -- 차동증폭기, 30 -- 트립장치,

40 -- 필터회로, 50 -- 차동증폭기,

60 -- 버퍼회로, 70 -- 시간지연회로,

71 -- 원샷타이머회로, 80 -- 비교기,

90 -- 랫치회로, 100 -- 구동회로.

Claims

전기선로의 영상전류를 검출하는 영상변류기; 상기 영상변류기의 출력으로부터 잡음을 제거하는 필터회로; 상기 필터회로에 연결되어, 두 입력신호의 차에 비례하는 출력신호를 발생하는 차동증폭기; 상기 차동증폭기의 출력단에 연결되는 버퍼회로; 상기 버퍼회로의 출력단에 연결되는 시간지연회로; 상기 시간지연회로에 연결되는 비교기; 상기 비교기의 출력단에 연결되는 랫치회로; 상기 랫치회로의 출력단에 연결되어 트립장치를 구동하는 트립제어신호를 출력하는 출력구동회로; 그리고 상기 트립제어신호에 따라 주전원선로를 연결 또는 차단하는 트립장치;를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 누전차단기의 전자파장애 방지장치.
제1항에 있어서, 상기 필터회로는 영상변류기의 2차코일로부터 인출되는 제1, 제2 단자, 상기 제1 단자와 차동증폭기의 비반전단자 사이에 제1 저항과 제1 콘덴서가 L형을 이루어 연결되는 고역차단필터, 상기 제2 단자와 차동증폭기의 비반전단자 사이에 제2,제3 저항과 제2 콘덴서가 역 L형을 이루어 연결되는 저역차단필터, 상기 차동증폭기의 입력 양단 사이에 제3 콘덴서가 각각 연결되어, 상기 제1 저항을 중심으로 제3 콘덴서와 Π형을 이루는 제1 중역차단필터와 상기 제2,제3 저항을 중심으로 제3 콘덴서와 Π형을 이루는 제2 중역차단필터로 이루어짐을 특징으로 하는 누전차단기의 전자파장애 방지장치.
제1항에 있어서, 상기 필터회로는 영상변류기의 2차코일로부터 인출되는 제1, 제2 단자, 상기 제1 단자와 차동증폭기의 비반전단자 사이에 제1 저항과 제1 콘덴서가 L형을 이루어 연결되는 고역차단필터, 상기 제2 단자와 차동증폭기의 비반전단자 사이에 제2,제3 저항과 제2 콘덴서가 역 L형을 이루어 연결되는 고역차단필터, 상기 차동증폭기의 입력단과 영상변류기의 2차 코일 양단 사이에 제3 콘덴서와 제4 콘덴서가 각각 연결되어, 상기 제1 저항을 중심으로 제3 콘덴서와 제4 콘덴서가 Π형을 이루는 제1 중역차단필터와 상기 제2,제3 저항을 중심으로 제3 콘덴서와 제4 콘덴서가 Π형을 이루는 제2 중역차단필터로 이루어짐을 특징으로 하는 누전차단기의 전자파장애 방지장치.
제1항 내지 제3항에 있어서, 상기 시간지연회로는 버퍼회로에서 8ms 이상 하이신호가 입력되는 경우 트립신호를 출력하도록 이루어진 것을 특징으로 하는 누전차단기의 전자파장애 방지장치.
제4항에 있어서, 상기 시간지연회로는 버퍼회로의 출력단에 저항을 통해 비교기의 비반전단자가 연결됨과 아울러 저항과 콘덴서를 매개로 원샷타이머회로의 셋트/리셋트단자가 연결되고, 상기 원샷타이머회로의 출력단에 역방향 다이오드를 매개로 상기 비교기의 비반전단자가 연결되며, 상기 비교기의 비반전단자에 충전용 콘덴서가 연결되는 한편 비교기의 반전단자에는 기준전압이 설정되어 이루어진 것을 특징으로 하는 누전차단기의 전자파장애 방지장치.