KR20110032871A - 누전 차단장치 - Google Patents

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Abstract

지속시간을 이용하여 서지전류와 누설전류를 구별하고 누설전류 발생시에만 동작하도록 하며 나아가 동작시간을 가변시킬 수 있는 누전차단장치가 개시된다.
본 발명은, 내부에 전원을 제공하는 전원부를 포함하는 누전 차단장치에 있어서, 배전선로에 발생한 서지전류 및 누설전류를 검출하기 위한 영상변류기(ZCT); 상기 서지전류 또는 누설전류에 의해 상기 영상변류기의 2차 코일에 유기된 전압에 대응하는 신호를 출력하고 상기 누전 차단장치의 동작을 위한 동작신호가 수신되면 상기 누전 차단장치를 동작시키는 제어부; 및 상기 제어부로부터 출력되는 신호의 지속시간에 따라 서지전류 또는 누설전류의 발생 여부를 결정하여 누설전류 발생시에는 상기 누전 차단장치의 동작신호를 상기 제어부로 출력하는 서지보호부; 를 포함하는 누전 차단장치를 제공한다.
서지전류, 누설전류, 누전, 차단, 영상변류기, 저항, 커패시터

Description

누전 차단장치{LEAKAGE CURRENT BREAKING APPARATUS}
본 발명은 누전 차단장치에 관한 것으로서, 특히 서지전류와 누설전류의 지속시간을 이용하여 서로 구별하고 누설전류 발생시에만 동작하도록 하며, 나아가 동작시간을 가변시킬 수 있는 누전 차단장치에 관한 것이다.
일반적으로 누전차단기(leakage current breaker)는 선로 또는 선로에 접속된 전기기기의 절연 열화에 의한 누전과 부하 충전부의 인체 접촉에 의한 누설전류가 일정한 크기 이상으로 흐를 경우 선로를 개방시켜 화재 또는 감전사고를 미연에 방지하기 위한 기기이다. 고전압의 전류가 흐르는 변압기의 전기회로, 폭발 위험이 있는 화약고 내의 전기시설 등에는 안전을 위해 반드시 누전차단기를 설치해야 한다. 또한 습기가 많은 장소의 전기회로, 옥외의 사람이 닿기 쉬운 장소에 설치한 전기시설에도 감전사고 방지를 위해 누전차단기의 설치가 권장된다.
그런데 이러한 누전차단기는 예기치 못한 서지전류(surge current)에 의한 오작동이 많아 사용에 불편한 것이 현실이다. 통상적으로 서지전압과 누설전류 모 두 내부의 미리 설정된 기준전압보다 크기 때문에 누전차단기에서 서지전류를 누설전류로 인식하여 서지전류 발생시에도 동작하는 경우가 많다. 이러한 서지전류에 의한 오동작을 방지하기 위하여 종래에는 누전차단기에 서지전류를 차단하거나 필터링하는 회로를 구비하는 기술이 제시되어 있다.
도 1은 종래의 누전차단기의 구성도이다.
도 1을 참조하면, 종래의 누전차단기(10)에서는 1차 코일에 흐르는 전류가 영상변류기(ZCT:Zero Current Transformer)(11)를 거쳐 2차 코일로 유기되고, 2차 코일 전류는 감도저항(12)을 통해 신호전압으로 전환된다. 이러한 신호전압은 서지전압(surge voltage)과의 구별을 위해 저항(R)과 커패시터(C)로 구성된 필터를 이용하여 서지전압을 필터링하는 서지보호회로(13)를 거쳐 IC칩(14)으로 입력되며 IC칩(14)내의 오피앰프(OP-AMP)의 기준전압과 비교되어 출력신호가 나온다. 이 출력신호는 노이즈필터(15)를 거쳐 스위칭 신호로 이용된다. IC칩(14)은 전원부(16)에서 전압을 공급받는다.
그런데, 이러한 누전차단기(10)는 IC칩(14)의 전단에 서지보호회로(13)를 구성하여 서지전류를 필터링하고 있으나, 1차측 전류가 클 경우에는 한계가 있다. 또한, 노이즈필터(15)의 커패시터(C3)의 시정수를 이용하여 서지전류와 누설전류를 구별하는 방법이 있는데, 이 경우 커패시터(C3)의 용량이 커져야 하며 이는 영상변류기(ZCT)(11)에서 볼 때 회로의 임피던스가 커져 감도전류가 변하여 사용이 불가능해진다는 문제점이 있다.
또한, 영상변류기(ZCT)(11)의 턴수를 증가시켜 서지전류 자체를 줄일 수 있 는데, 이는 영상변류기(11)의 크기 증대를 초래하고 그에 비례하여 가격이 상승하며 공간제약이 큰 누전차단기의 경우 적용이 어렵다는 문제점이 있다. 나아가, 종래의 누전차단기(10)의 경우 동작시간은 제품 고유의 특성이므로 한 번 정해지면 고정되어 상황에 따른 적용이 불가능하여 제품의 사용폭이 제한된다는 문제점도 안고 있다.
본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 배전선로에서 서지전류와 누설전류의 지속시간을 이용하여 누설전류 발생시에만 누전 차장장치를 동작시킬 수 있는 누전 차단장치를 제공하는데 목적이 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 누전 차단장치의 동작시간을 가변시킬 수 있도록 하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은,
내부에 전원을 제공하는 전원부를 포함하는 누전 차단장치에 있어서, 배전선로에 발생한 서지전류 및 누설전류를 검출하기 위한 영상변류기(ZCT); 상기 서지전류 또는 누설전류에 의해 상기 영상변류기의 2차 코일에 유기된 전압에 대응하는 신호를 출력하고 상기 누전 차단장치의 동작을 위한 동작신호가 수신되면 상기 누전 차단장치를 동작시키는 제어부; 및 상기 제어부로부터 출력되는 신호의 지속시간에 따라 서지전류 또는 누설전류의 발생 여부를 결정하여 누설전류 발생시에는 상기 누전 차단장치의 동작신호를 상기 제어부로 출력하는 서지보호부; 를 포함하는 누전 차단장치를 제공한다.
본 발명의 실시 예에서, 상기 서지보호부는, 상기 제어부로부터 출력된 신호를 스위칭 신호로 입력받고, 일단은 상기 제1저항(R1)을 통해 상기 전원부와 연결 되고 타단은 접지와 연결되는 제1스위치(TR1); 상기 제1스위치(TR1)과 제1저항(R1)의 연결점에서의 전압을 제2저항(R2)를 통해 스위칭 신호로 입력받고 일단은 제3저항(R3)을 통해 상기 전원부와 연결되고 타단은 접지와 연결되는 제2스위치(TR2); 상기 제2스위치(TR2)와 제3저항(R3) 간의 연결점과 접지 사이에 상기 제2스위치(TR2)에 각각 병렬로 연결된 제4저항(R4) 및 제5저항(R5); 및 상기 제4저항(R4)과 제5저항(R5)의 연결점과 접지 사이에 상기 제5저항(R5)에 병렬로 연결된 커패시터(C)를 포함하고, 상기 커패시터(C)는 상기 제5저항(R5)에 걸리는 전압을 충전하고, 상기 커패시터(C)가 충전되면 상기 제어부로 동작신호를 출력한다.
이때, 상기 제어부에서 상기 누설전류에 의한 유기전압에 대응된 신호를 출력하는 경우 상기 커패시터(C)는 완전히 충전됨이 바람직하며, 또한 상기 제어부에서 상기 서지전류에 의한 유기전압에 대응된 신호를 출력하는 경우 상기 커패시터(C)는 완전히 충전되지 않음이 바람직하다.
본 발명의 실시 예에서, 상기 제어부로부터 출력되는 신호에 포함된 노이즈신호를 제거하는 필터링부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에서, 상기 제어부는 상기 서지전류 또는 누설전류에 의해 상기 영상변류기의 2차 코일에 유기된 전압을 미리 설정된 기준전압과 비교하여 상기 유기전압이 상기 기준전압보다 큰 경우에 상기 유기전압을 출력함이 바람직하다.
본 발명의 다른 실시 예에서, 상기 서지보호부는, 상기 제어부로부터 출력된 신호를 스위칭 신호로 입력받고, 일단은 상기 제1저항(R1)을 통해 상기 전원부와 연결되고 타단은 접지와 연결되는 제1스위치(TR1); 상기 제1스위치(TR1)과 제1저항(R1)의 연결점에서의 전압을 제2저항(R2)를 통해 스위칭 신호로 입력받고 일단은 제3저항(R3)을 통해 상기 전원부와 연결되고 타단은 접지와 연결되는 제2스위치(TR2); 상기 제2스위치(TR2)와 제3저항(R3) 간의 연결점과 접지 사이에 상기 제2스위치(TR2)에 각각 병렬로 연결된 제4저항(R4) 및 제5저항(R5); 상기 제4저항(R4)과 제5저항(R5)의 연결점과 접지 사이에 상기 제5저항(R5)에 병렬로 연결된 적어도 두 개 이상의 커패시터(C1~Cn); 및 상기 제4저항(R4)과 제5저항(R5)의 연결점과 상기 적어도 두 개 이상의 커패시터(C1~Cn) 중 어느 하나를 선택적으로 연결하기 위해 스위칭하는 제3스위치(SW); 를 포함하고, 상기 선택적으로 연결된 커패시터는 상기 제5저항(R5)에 걸리는 전압을 충전하고, 상기 연결된 커패시터가 충전되면 상기 제어부로 동작신호를 출력한다.
여기서, 상기 두 개 이상의 커패시터를 선택적으로 연결함에 따라 상기 동작신호가 출력되는 시간을 가변시켜 상기 누전 차단장치의 동작시간을 조정함이 바람직하다.
또한, 상기 누전 차단장치의 동작시간은 상기 제5저항(R5) 및 상기 선택적으로 연결된 커패시터의 용량에 의해 결정됨이 바람직하다.
또한, 상기 제어부에서 상기 누설전류에 의한 유기전압에 대응된 신호를 출력하는 경우 상기 선택적으로 연결된 커패시터는 완전히 충전됨이 바람직하며, 나아가, 상기 제어부에서 상기 서지전류에 의한 유기전압에 대응된 신호를 출력하는 경우 상기 선택적으로 연결된 커패시터는 완전히 충전되지 않음이 바람직하다.
본 발명에 의하면 누전 차단장치에서 서지전류가 누설전류에 비해 지속시간이 짧다는 특성을 이용하여 누설전류와 구별하고 누설전류가 발생한 경우에만 누전 차단장치를 동작시킴으로써 서지전류에 의한 오동작을 방지할 수 있으며, 이에 따라 누전 차단장치에서 동작의 신뢰성을 높일 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면 누전 차단장치의 동작시간을 가변시킬 수 있기 때문에 필요한 상황에 따라 사용 폭을 넓힐 수 있다는 장점이 있다.
이하에서, 본 발명의 바람직한 실시 예가 첨부된 도면들을 참조하여 설명할 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.
본 발명은 누전 차단장치를 제공한다. 본 발명의 누전 차단장치는 서지전류 발생시에는 동작하지 않고 누설전류 발생시에만 동작하도록 함으로써 예기치 못한 서지전류에 의한 오동작을 예방할 수 있도록 한다. 이와 같이, 본 발명에서는 서지전류와 누설전류를 구별함으로써 누설전류가 발생한 경우 누전 차단장치가 동작하도록 한다. 본 발명에서는 이러한 서지전류와 누설전류의 구분은 서지전류와 누설 전류의 지속시간을 이용한다. 또한, 본 발명은 누전 차단장치의 동작시간을 가변시킴으로써 상황에 따라 누전 차단기의 사용 폭을 넓힐 수 있도록 한다.
도 2는 본 발명에 따른 서지전류와 누설전류의 지속시간을 비교한 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 배전선로에서 검출되는 서지전류와 누설전류는 기준전압(Vref)보다 크고, 서지전류는 누설전류에 비해 지속시간이 짧다. 즉, 서지전류의 지속시간을 t1이라 하고 누설전류의 지속시간을 t2라고 하면, t1과 t2는 t1<t2의 관계를 갖는다. 본 발명은 이러한 서지전류와 누설전류의 지속시간의 차이를 이용하여 서지전류와 누설전류의 발생을 구분하고, 누설전류 발생시에만 누전 차단장치가 동작하도록 함으로써 서지전류 발생으로 인한 누전 차단장치의 오동작을 방지하도록 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 누전 차단장치의 구성도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 누전 차단장치(100)는 영상변류기(ZCT)(110), 제어부(120), 전원부(130), 필터부(140) 및 서지보호부(150)를 포함하여 구성된다.
영상변류기(ZCT)(110)는 배전선로의 누설전류를 검출하기 위한 장치이다. 특히 배전선로에 누설전류나 서지전류 등 사고성 전류가 발생하면 영상변류기(110)의 2차 코일로 전류가 유기되고, 2차 코일의 전류는 소정의 저항에 의해 전압으로 변환된다. 이와 같이 유기된 전압은 제어부(120)로 제공된다.
제어부(120)는 오피앰프(OP-AMP)(미도시)를 포함하며, 오피앰프에 의해 유기전압과 기설정된 기준전압이 비교되어 출력신호가 결정된다. 서지전류나 누설전류와 같이 사고성 전류가 발생하면 유기전압은 도 2에서와 같이 기준전압보다 크게 검출되어 오피앰프는 출력단자를 통해 출력을 낸다. 이러한 출력은 서지전류나 누설전류에 대응되며, 출력신호의 크기 및 지속시간은 서지전류나 누설전류의 크기 및 지속시간에 따른다.
전원부(130)는 제어부(120) 및 서지보호부(150)에 동작 전원을 공급한다.
필터부(140)는 저항과 커패시터가 병렬로 연결되어 제어부(120)로부터의 출력신호에 포함된 노이즈 신호를 필터링한다.
서지보호부(150)는 제어부(120)로부터 출력되는 신호의 지속시간에 따라 그 출력신호가 서지전류에 의한 것인지 누설전류에 의한 것인지 판단하고, 서지전류에 의한 것이면 동작신호를 출력하지 않고 누설전류에 의한 것이면 동작신호를 출력한다. 다시 말하면, 제어부(120)로부터의 출력신호는 서지전류 또는 누설전류에 의한 것으로서 이 출력신호의 지속시간에 따라 동작신호를 출력할 것인지 아닌지를 판단하는 것이다. 이러한 동작신호의 출력여부에 따라 누전 차단장치가 동작할 것인지가 결정된다. 따라서, 서지보호부(150)는 지속시간이 짧은 서지전류가 발생한 경우에는 동작신호를 출력하지 않음으로써 누전 차단장치가 동작하지 않도록 하고 상대적으로 지속시간이 긴 누설전류가 발생한 경우에는 동작신호를 출력함으로써 누전 차단장치가 동작하도록 한다.
이를 위하여 서지보호부(150)는 제1스위치(TR1), 제2스위치(TR2), 다수의 저 항(R1~R5) 및 커패시터(C)를 포함한다. 제1스위치(TR1)는 제어부(120)로부터 출력되는 신호를 스위칭 신호로 이용한다. 제1스위치(TR1)의 일단은 제1저항(R1)을 통해 전원부(120)와 연결되고 타단은 접지와 연결된다. 또한, 제2스위치(TR2)는 제1스위치(TR1)와 제1저항(R1)의 연결점에서의 전압을 스위칭 신호로 이용한다. 제2스위치(TR2)의 일단은 제3저항(R3)을 통해 전원부(120)와 연결되고 타단은 접지와 연결된다. 제2스위치(TR2)와 제3저항(R3)의 연결점에서의 전원은 제4저항(R4) 및 제5저항(R5)에 의해 분배된다. 제4저항(R4) 및 제5저항(R5)의 연결점은 출력단자와 연결된다. 이 출력단자의 출력신호는 제어부(120)로 입력된다. 제5저항(R5)은 커패시터(C)와 병렬로 연결되며, 제5저항(R5)에 걸리는 전압은 커패시터(C)에 충전된다.
도 3을 참조하여, 본 발명의 일 실시 예에 따른 누전 차단장치(100)의 동작을 설명한다. 배전선로에서 서지전류 또는 누설전류가 발생하면 본 발명의 누전 차단장치(100)에서는 영상변류기(110)의 2차 코일에 전류가 유기된다. 2차 코일에 유기된 전류는 감도저항(111)에 의해 전압으로 변환되어 제어부(120)로 입력된다. 제어부(120)는 내부의 오피앰프에 의해 유기전압과 기준전압을 비교하여 결정된 신호를 출력한다. 이러한 출력신호의 크기 및 지속시간은 서지전류 또는 누설전류에 의해 결정된다.
우선, 누설전류가 발생한 경우 누설전류에 의한 유기전압은 제어부(120)의 오피앰프는 그 유기전압이 기준전압보다 크므로 하이신호를 출력한다. 이러한 하이신호는 누설전류에 의한 유기전압에 대응되어 크기 및 지속시간을 갖는다. 이와 같 이 하이신호가 출력되면 제1스위치(TR1)을 온시킨다. 제1스위치(TR1)이 온되면서 전원부(130)에 의한 제2스위치(TR2)의 스위칭 신호는 제1스위치(TR1)을 통해 접지로 빠져나가고 제2스위치(TR2)는 오프상태가 된다. 이처럼 제2스위치(TR2)가 오프되면서 전원부(130)로부터의 동작전원은 제3저항(R3)를 지나 제4저항(R4)와 제5저항(R5)에 분배되고 제5저항(R5)에 전압이 걸리게 된다. 제5저항(R5)에 분배된 전압에 의해 커패시터(C)가 충전된다. 커패시터(C)에 충전이 완료되면 출력단자로 동작신호가 출력되어 제어부(120)로 입력된다. 제어부(120)는 동작신호가 수신되면 누전 차단장치(100)를 동작시킨다. 누설전류는 상대적으로 지속시간이 길기 때문에 커패시터(C)가 완전히 충전될 때까지 유지되고, 완전히 충전되면 출력단자로 동작신호가 출력된다. 이와 같이, 정상적인 누설전류의 발생시에는 제5저항(R5)에 걸리는 전압까지 커패시터(C)에 완전히 충전되도록 누설전류가 유지되어 출력단자에 동작신호가 출력됨으로써 제어부(120)에 의해 누전 차단장치(100)가 동작하게 된다.
한편, 서지전류가 발생한 경우 서지전류에 의한 유기전압은 제어부(120)의 오피앰프는 그 유기전압이 기준전압보다 크므로 하이신호를 출력한다. 이러한 하이신호는 서지전류에 의한 유기전압에 대응되어 크기 및 지속시간을 갖는다. 이와 같이, 하이신호가 출력되면 제1스위치(TR1)을 온시킨다. 제1스위치(TR1)이 온되면서 전원부(130)에 의한 제2스위치(TR2)의 스위칭 신호는 제1스위치(TR1)을 통해 접지로 빠져나가고 제2스위치(TR2)는 오프상태가 된다. 제2스위치(TR2)가 오프되면서 전원부(130)로부터의 동작전원은 제3저항(R3)를 지나 제4저항(R4)와 제5저항(R5)에 분배되고 제5저항(R5)에 전압이 걸리게 된다. 제5저항(R5)에 분배된 전압에 의해 커패시터(C)가 충전된다. 그런데 서지전류는 지속시간이 짧기 때문에 이 커패시터(C)를 완전히 충전시키지 못하고 소멸된다. 즉, 서지전류는 출력단자에서 동작신호를 출력하기까지 커패시터(C)를 완전히 충전하지 못하고 소멸된다. 따라서, 동작신호는 출력되지 못하므로 제어부(120)는 누전 차단장치(100)를 동작시키지 않는다. 이와 같이, 서지전류의 발생시에는 제5저항(R5)에 걸리는 전압까지 커패시터(C)에 완전히 충전되도록 서지전류가 유지되지 못하기 때문에 커패시터(C)가 충전되지 못하여 출력단자에 동작신호가 출력되지 않음으로써 제어부(120)에 의해 누전 차단장치(100)가 동작하지 않게 된다.
여기서, 제5저항(R5)에 걸리는 전압은 하기 수식 1과 같이 나타낼 수 있고, 제5저항(R5)에 걸리는 전압까지 커패시터(C)에 충전되는 시간, 즉 출력단자로 동작신호가 출력되는 시간은 하기 수식 2에 나타난 시정수(RC)에 의해 조절될 수 있다.
[수식 1]
Figure 112009058811826-PAT00001
[수식 2]
Figure 112009058811826-PAT00002
여기서, Vi는 제5저항에 걸리는 전압, C는 커패시터 용량, R은 제5저항 값이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 누전 차단장치의 구성도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 누전 차단장치(200)는 영상변류기(ZCT)(210), 제어부(220), 전원부(230), 필터부(240), 서지보호부(250) 및 동작시간 조정부(260)를 포함하여 구성된다. 여기서, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 누전 차단장치(200)는 도 3에서 도시한 누전 차단장치(100)의 구성에서 동작시간 조정부(260)가 추가된 형태이다. 따라서 도 3 및 도 4에 각각 도시되어 있는 영상변류기(ZCT)(110,210), 제어부(120,220), 전원부(130,230) 및 필터부(140,240)는 ㅅ서 동일한 동작을 수행하므로 중복설명은 생략한다. 서지보호부(250)는 동작시간 조정부(260)를 포함한다. 이러한 동작시간 조정부(260)는 누전 차단장치(100)의 동작시간을 가변시키는 역할을 한다. 이를 위해 동작시간 조정부(260)는 제5저항(R5)와 각각 병렬로 연결된 다수의 커패시터(C1~Cn) 및 이들 커패시터(C1~Cn)를 스위칭하는 제3스위치(SW)를 포함한다. 제3스위치(SW)의 스위칭 동작에 따라 제5저항(R5)에 걸리는 전압이 충전될 커패시터가 결정된다. 선택된 커패시터(C1~Cn)에 충전이 완료됨에 따라 출력단자에 동작신호가 출력되어 제어부(120)로 입력되므로 각 커패시터(C1~Cn)의 용량에 따라 동작신호가 출력되는 시간을 조정할 수 있으며, 이로써 누전 차단장치의 동작시간을 조절할 수 있게 된다.
도 4를 참조하여, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 누전 차단장치(200)의 동작을 설명한다. 배전선로에서 서지전류 또는 누설전류가 발생하면 영상변류기(210)에 유기된 전압은 제어부(120)로 입력되고 제어부(120)의 오피앰프는 유기전압이 기준전압보다 크므로 하이신호를 출력한다 하이신호가 출력되면 제1스위치(TR1)을 온시킨다. 제1스위치(TR1)이 온되면서 전원부(130)의 전원은 제1스위치(TR1)을 통해 접지로 빠져나가고 제2스위치(TR2)는 오프상태가 된다. 제2스위치(TR2)가 오프되면서 전원부(130)로부터의 동작전원은 제3저항(R3)를 지나 제4저항(R4)와 제5저항(R5)에 분배되고 제5저항(R5)에 전압이 걸리게 된다. 제5저항(R5)에 분배된 전압에 의해 제3스위치(SW)에 의해 선택된 어느 하나의 커패시터가 충전된다. 충전시간은 상기의 수식 2의 시정수(RC)에 의해 결정되므로 선택된 커패시터의 용량에 의해 결정된다. 이와 같이, 다수의 커패시터(C1~Cn)를 병렬로 연결하여 어느 하나를 선택함으로써 누전 차단장치의 동작시간을 가변시킬 수 있게 된다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 서지전류 및 누설전류 발생에 따른 신호를 도시한 도면이다.
도 5(a)는 서지전류 발생시의 신호를 도시하고, 도 5(b)는 누설전류 발생시의 신호를 도시하고 있다. 참고로, 도면에서 A,B,C,D는 도 3 및 도 4에 도시된 누전 차단장치의 회로에서의 위치를 표시한 것이다.
먼저, 도 5(a)에서와 같이 서지전류가 발생한 경우, 서지전류는 오피앰프에 설정된 기준전압(Vref)보다 크게 나타나므로 오피앰프는 하이신호를 출력하게 되어 A위치(제1스위치(TR1)의 스위칭 신호)에는 서지전류가 기준전압(Vref)보다 큰 시간동안에 하이신호를 나타낸다. 이때 제1스위치(TR1)이 온되면 B위치(제2스위치(TR2)의 스위칭 신호)에서는 신호가 없으므로 제2스위치(TR2)는 오프된다. C위치(제5저항의 전압)에서는 제5저항(R5)에 전압이 걸리므로 하이신호를 출력한다. D위치(커패시터에 걸리는 전압)에서는 충전이 시작된다. 하지만, 서지전류의 지속시간이 짧아 충전이 되다가 서지전류가 소멸됨으로써 Vc까지 충전되지 못한다. 이로써 출력단자로는 동작신호가 출력되지 않기 때문에 누전 차단장치는 동작하지 않는다.
한편, 도 5(b)에서와 같이 누설전류는 서지전류에 비해 지속시간이 길다. 이로써 A,B,C,D 위치에서의 신호 유지시간도 길게 나타난다. 도면을 참조하면, 누설전류가 발생한 경우, 누설전류는 오피앰프에 설정된 기준전압(Vref)보다 크게 나타나므로 오피앰프는 하이신호를 출력하게 되어 A위치(제1스위치(TR1)의 스위칭 신호)에서는 서지전류가 기준전압(Vref)보다 큰 시간동안 하이신호를 나타낸다. 이때 제1스위치(TR1)이 온되면 B위치(제2스위치(TR2)의 스위칭 신호)에서는 신호가 없으므로 제2스위치(TR2)는 오프된다. C위치(제5저항의 전압)에서는 제5저항(R5)에 전압이 걸리므로 하이신호를 출력한다. D위치(커패시터에 걸리는 전압)에서는 충전이 시작된다. 누설전류는 지속시간이 길기 때문에 커패시터의 용량까지 충전이 된다. 이로써 출력단자로는 동작신호가 출력되어 누전 차단장치는 동작하게 된다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 누전 차단장치는 서지전류로 인한 오 동작을 방지하기 위하여, 서지전류가 누설전류에 비해 지속시간이 짧다는 특성을 이용하여 서지전류와 누설전류를 구분하고, 누전 차단장치가 서지전류가 발생한 경우에는 동작하기 않고 누설전류가 발생한 경우에만 동작하도록 한다. 또한, 누전 차단장치를 동작시키는 동작신호를 커패시터의 충전시간에 따라 변경됨을 이용하여 서로 다른 용량을 갖는 다수의 커패시터 중 어느 하나를 선택적으로 사용함으로써 누전 차단장치의 동작시간을 임의로 가변시킬 수 있도록 한다.
이상에서 설명한 본 발명은 바람직한 실시 예들을 통하여 상세하게 설명되었지만, 본 발명은 이러한 실시 예들의 내용에 한정되는 것이 아님을 밝혀둔다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 비록 실시 예에 제시되지 않았지만 첨부된 청구항의 기재 범위 내에서 다양한 본 발명에 대한 모조나 개량이 가능하며, 이들 모두 본 발명의 기술적 범위에 속함은 너무나 자명하다 할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
누전 차단장치는 고전압의 배전선로에 의무적으로 설치되어야 한다. 이러한 누전 차단장치는 서지전류에 의해 전기기기의 오작동을 유발하는 경우가 발생한다. 따라서, 서지전류로부터 기기를 보호하기 위한 서지보호회로가 마련되어야 한다.
이러한 측면에서 볼 때, 본 발명에 따른 누전 차단장치는 서지전류와 누설전 류의 지속시간을 이용하여 누설전류의 발생을 감지하고 누설전류 발생시에만 동작할 수 있도록 함으로써 기기를 보호하고 오동작을 예방할 수 있다. 또한, 누전 차단장치의 동작시간을 임의로 조정할 수 있기 때문에 사용 폭을 넓힐 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 누전 차단장치는 배전선로 등의 전력계통에서 매우 유용하게 사용될 수 있을 것이다.
도 1은 종래의 누전차단기의 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 서지전류와 누설전류의 지속시간을 비교한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 누전 차단장치의 구성도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 누전 차단장치의 구성도이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 서지전류 및 누설전류 발생에 따른 신호를 도시한 도면이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
110 : 영상변류기 120 : 제어부
130 : 전원부 140 : 필터부
150 : 서지보호부 160 : 동작시간 조정부

Claims (11)

  1. 내부에 전원을 제공하는 전원부를 포함하는 누전 차단장치에 있어서,
    배전선로에 발생한 서지전류 및 누설전류를 검출하기 위한 영상변류기(ZCT);
    상기 서지전류 또는 누설전류에 의해 상기 영상변류기의 2차 코일에 유기된 전압에 대응하는 신호를 출력하고 상기 누전 차단장치의 동작을 위한 동작신호가 수신되면 상기 누전 차단장치를 동작시키는 제어부; 및
    상기 제어부로부터 출력되는 신호의 지속시간에 따라 서지전류 또는 누설전류의 발생 여부를 결정하여 누설전류 발생시에는 상기 누전 차단장치의 동작신호를 상기 제어부로 출력하는 서지보호부;
    를 포함하는 누전 차단장치.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 서지보호부는,
    상기 제어부로부터 출력된 신호를 스위칭 신호로 입력받고, 일단은 상기 제1저항(R1)을 통해 상기 전원부와 연결되고 타단은 접지와 연결되는 제1스위치(TR1);
    상기 제1스위치(TR1)과 제1저항(R1)의 연결점에서의 전압을 제2저항(R2)를 통해 스위칭 신호로 입력받고 일단은 제3저항(R3)을 통해 상기 전원부와 연결되고 타단은 접지와 연결되는 제2스위치(TR2);
    상기 제2스위치(TR2)와 제3저항(R3) 간의 연결점과 접지 사이에 상기 제2스위치(TR2)에 각각 병렬로 연결된 제4저항(R4) 및 제5저항(R5); 및
    상기 제4저항(R4)과 제5저항(R5)의 연결점과 접지 사이에 상기 제5저항(R5)에 병렬로 연결된 커패시터(C)를 포함하고,
    상기 커패시터(C)는 상기 제5저항(R5)에 걸리는 전압을 충전하고, 상기 커패시터(C)가 충전되면 상기 제어부로 동작신호를 출력함을 특징으로 하는 누전 차단장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 제어부에서 상기 누설전류에 의한 유기전압에 대응된 신호를 출력하는 경우 상기 커패시터(C)는 완전히 충전됨을 특징으로 하는 누전 차단장치.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 제어부에서 상기 서지전류에 의한 유기전압에 대응된 신호를 출력하는 경우 상기 커패시터(C)는 완전히 충전되지 않음을 특징으로 하는 누전 차단장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어부로부터 출력되는 신호에 포함된 노이즈신호를 제거하는 필터링부를 더 포함함을 특징으로 하는 누전 차단장치.
  6. 청구항 1에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 서지전류 또는 누설전류에 의해 상기 영상변류기의 2차 코일에 유기된 전압을 미리 설정된 기준전압과 비교하여 상기 유기전압이 상기 기준전압보다 큰 경우에 상기 유기전압을 출력함을 특징으로 하는 누전 차단장치.
  7. 청구항 1에 있어서, 상기 서지보호부는,
    상기 제어부로부터 출력된 신호를 스위칭 신호로 입력받고, 일단은 상기 제1저항(R1)을 통해 상기 전원부와 연결되고 타단은 접지와 연결되는 제1스위치(TR1);
    상기 제1스위치(TR1)과 제1저항(R1)의 연결점에서의 전압을 제2저항(R2)를 통해 스위칭 신호로 입력받고 일단은 제3저항(R3)을 통해 상기 전원부와 연결되고 타단은 접지와 연결되는 제2스위치(TR2);
    상기 제2스위치(TR2)와 제3저항(R3) 간의 연결점과 접지 사이에 상기 제2스위치(TR2)에 각각 병렬로 연결된 제4저항(R4) 및 제5저항(R5);
    상기 제4저항(R4)과 제5저항(R5)의 연결점과 접지 사이에 상기 제5저항(R5)에 병렬로 연결된 적어도 두 개 이상의 커패시터(C1~Cn); 및
    상기 제4저항(R4)과 제5저항(R5)의 연결점과 상기 적어도 두 개 이상의 커패시터(C1~Cn) 중 어느 하나를 선택적으로 연결하기 위해 스위칭하는 제3스위치(SW); 를 포함하고,
    상기 선택적으로 연결된 커패시터는 상기 제5저항(R5)에 걸리는 전압을 충전하고, 상기 연결된 커패시터가 충전되면 상기 제어부로 동작신호를 출력함을 특징으로 하는 누전 차단장치.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 두 개 이상의 커패시터를 선택적으로 연결함에 따라 상기 동작신호가 출력되는 시간을 가변시켜 상기 누전 차단장치의 동작시간을 조정함을 특징으로 하는 누전 차단장치.
  9. 청구항 7에 있어서,
    상기 누전 차단장치의 동작시간은 상기 제5저항(R5) 및 상기 선택적으로 연결된 커패시터의 용량에 의해 결정됨을 특징으로 하는 누전 차단장치.
  10. 청구항 7에 있어서,
    상기 제어부에서 상기 누설전류에 의한 유기전압에 대응된 신호를 출력하는 경우 상기 선택적으로 연결된 커패시터는 완전히 충전됨을 특징으로 하는 누전 차단장치.
  11. 청구항 7에 있어서,
    상기 제어부에서 상기 서지전류에 의한 유기전압에 대응된 신호를 출력하는 경우 상기 선택적으로 연결된 커패시터는 완전히 충전되지 않음을 특징으로 하는 누전 차단장치.
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