KR20130030757A

KR20130030757A - 예상 밖 동작 방지 기능이 있는 누전 검출 장치

Info

Publication number: KR20130030757A
Application number: KR1020127030583A
Authority: KR
Inventors: 고조 가타오카
Original assignee: 유겐가이샤 라이프테크노스
Priority date: 2010-05-24
Filing date: 2011-04-25
Publication date: 2013-03-27
Also published as: US9400302B2; JP2011249042A; CN102906847A; WO2011148749A1; JP4873763B2; CN102906847B; US20130063842A1; KR101421564B1

Abstract

[과제] 전원측 지락에 기인한 예상 밖 전류에 의한 불필요한 예상 밖 동작에 의한 정전이나 불필요한 경보가 생산상 장해가 되고 있다. 고감도 동작 영역의 누전 검출 동작을 저해하지 않고 예상 밖 동작을 방지하는 누전 검출 장치를 제공한다.
[해결 수단] 예상 밖 동작의 원인이 되는 피감시 전기회로의 변압기 B종 접지상과 D종 또는 C종 접지극 또는 여기에 접속하는 전기 설비의 접지 구조물과의 사이에 발생하는 전기회로 대지 간 전압을 감시하고, 이 전압을 기준으로 하여 영상변류기가 검출한 누설전류의 위상을 판정하고, 누설전류가 검출 영상변류기의 부하측(L)에서 전원측(K), 즉 변압기측을 향하는 예상 밖 전류인 경우로서, 또한 전기회로 대지 간 전압이 적절히 정정된 동작 감도 전압 정정치를 초과한 경우에는, 해당 누전 검출 장치의 출력 동작을 정지하는 출력 제어 회로를 부가함으로써 누전 검출 장치의 고감도 동작 영역을 저해하지 않고 예상 밖 전류에 의한 불필요한 동작을 방지한다.

Description

예상 밖 동작 방지 기능이 있는 누전 검출 장치{Electrical leakage detection apparatus with unexpected motion blocking function}

본 발명은, 전기의 안전이나 보안을 확보하기 위한 누전 계전기 및 누전 차단기 등의 누전 검출 장치에 관한 것이다.

노동 안전 위생 규칙에 근거하여 이동형 휴대용의 전동기계 기구에 의한 사람의 감전 사상 사고 방지를 목적으로 개발된 감전 방지용 누전 차단기나 누전 계전기 등의 누전 검출 장치는, 염가이면서 사용하기 편리하여 보급이 확대되어 거치형 산업 생산 설비의 감전 방지나 누전 경보, 지락(地絡) 차단 등 다양하게 사용되어 왔다.

최근 전기 부하 설비는 고도화된 제어계를 포함한 장치가 증가함에 따라 발생하는 광역의 노이즈 전력 성분의 비산 방지나 오동작 방지의 목적으로 다량의 정전 용량을 가진 노이즈 방지 장치가 병설되고, 이에 따라 상시 누설전류의 증가나, 전원측 지락에 기인한 예상 밖 전류에 의한 불필요한 예상 밖 동작에 의한 정전이나 불필요한 경보가 생산상의 장해가 되고 있다.

특허문헌 1: 일본 특허 제3517737호

변전소의 변압기에 시공하는 B종 접지 공사를 공유하는 동일 계통 내에서 지락 사고가 발생하면, 지락처가 되는 건물 접지 구조물(일반적으로 D종 또는 C종 접지극에 접속)과 각 변압기의 B종 접지극 간의 대지저항(大地抵抗)Rdb에 지락 전류가 흐름으로써 강하 전압이 발생하고 이것이 전기회로 대지(對地) 간 전압Vdb로서 Rdb와 병렬 접속을 구성하는 각 배전 계통의 대지(對地) 정전 용량에도 추가되어 예상 밖 전류로서 영상(zero-phase) 누설전류가 흐르고, 누전 차단기나 누전 계전기 등의 누전 검출 장치가 「예상 밖 동작」을 하는 현상을 자주 볼 수 있다.

또, 단상삼선식 전기회로나 별모양 결선으로 중성점에 B종 접지되어 있는 전기회로 등, 각 상의 전기회로 대지 간 정전 용량이 평형되어 각 상 누설전류가 서로 상쇄하여 누설전류가 잠재화되어 있는 부하 전기회로에서도, 지락에 의해 발생하는 전기회로 대지 간 전압Vdb는 영상 전압이므로 각 상의 대지간 정전 용량의 합성치에 대해 예상 밖 전류가 흘러 예상 밖 동작의 원인이 된다.

도 3은 예상 밖 동작의 설명도로서, 단상삼선식 전등 변압기(Tr1)의 중성상v와 삼상삼선Δ결선식 동력 변압기(Tr2)의 일단S상을 B종 접지로서 공통 B종 접지 모선(Ebn)에 일괄적으로 B종 접지 공사의 접지극(EB)에 접속한 표준적인 변전소에, 종래형 누전 차단기(ELB1, ELB2)를 설치한 예이다.

도 3에서 동력 변압기의 T상이 P점에서 지락 저항Rg를 통해 접지하는 지락 사고시의 동작에 대해 설명하기로 한다. 지락 저항Rg는 예상 밖 동작의 중요한 요인으로, 이것이 0Ω에 가까워질수록 전기회로 대지 간 전압Vdb가 증가하여 예상 밖 동작 발생 확률이 증가한다.

지락 저항Rg에 의해 생긴 지락 전류Ig는 D종 접지극(ED) 또는 여기에 접속하는 접지 구조물을 사이에 두고 동력 변압기의 R상 S상의 대지 정전 용량(C2)을 통해 동력 변압기로 되돌아오는 예상 밖 전류Ic2와, 전등 변압기의 u상, v상, w상의 정전 용량(C1)을 통해 전등 변압기를 거쳐 동력 변압기로 되돌아오는 예상 밖 전류Ic1과, D종 접지 공사의 접지극(ED)과 B종 접지 공사의 접지극(EB)간의 대지저항Rdb를 통해 B종 접지선에서부터 공통 접지 모선(Ebn)을 거쳐 동력 변압기로 되돌아오는 전류Ib로 분류한다. 이때 Ib가 Rdb에 흐름으로써 발생하는 강하 전압Vdb는, B종 접지극을 공유하는 각 변압기의 저압 부하측 정전 용량(C1, C2)에도 동시에 추가되어 이미 설명한 예상 밖 전류Ic2, Ic1를 흐르게 한다.

Ic1이 전등 변압기(Tr1)의 저압 부하 회로에 설치된 누전 차단기(ELB1)의 동작 감도 전류를 초과한 경우에는 ELB1은 예상 밖 동작, 즉 불필요한 동작을 하여 부하측을 정전시키는 장해를 일으키게 된다.

지락 전류Ig에서 자선(自線) 예상 밖 전류Ic2를 뺀 전류가 동력 변압기에 설치한 누전 차단기(ELB2)의 동작 감도 전류를 초과한 경우에는, ELB2는 정정(整定) 동작 시한 경과 후에 자선 지락에 의한 정상적인 차단 동작을 하는데, 지락 발생에서 차단 동작에 도달하는 시한 동안에는 지락 전류로서 Rg, Rdb, 전기회로 대지 간 정전 용량(C1, C2) 등으로 정해지는 전류가 흐른다. 도면으로부터 알 수 있듯이 지락상T와 B종 접지상S 사이의 대지 전압이 지락 저항Rg와 접지극 간 저항Rdb에 의해 안분되고, 설비 유지보수 중에 발생하는 스파크 지락의 경우 Rg는 거의 0Ω이기 때문에 Rdb에 발생하는 전기회로 대지 간 전압Vdb는 동력 변압기의 T상 S상간 전압과 거의 동일해지고 이때 예상 밖 동작이 많이 발생한다.

현상태에서의 대책은, 동작 감도 전류를 지락에 의해 발생하는 최대 전기회로 대지 간 전압에 의해 흐르는 예상 밖 전류보다 크게 정정하여 예상 밖 동작을 방지하는 것인데, 감전 방지용으로서 필요한 고감도 동작을 시키기는 힘들다.

또 영상 전압을 검출하여 지락 방향 계전 방식으로 하는 것도 효과적인데, B종 접지를 시공하는 직접 접지 배전 방식의 전기회로에서는, 이것을 부주의하게 사용한 경우, 접지극 간 저항의 증감이나 통합 접지화 등에 의한 접지극 간 저항의 부정 등의 상황으로는 안정적인 영상 전압의 확보가 어려운 경우가 상정되어, 역시 감전 방지용 고감도 동작과의 공존은 어렵다.

본 발명은, 종래형의 누전 차단기 또는 누전 계전기 등의 누전 검출 장치를 기본으로 하고 이에 추가하여 예상 밖 동작의 원인이 되는 피감시(被監視) 전기회로의 변압기 B종 접지상과 D종 또는 C종 접지극 혹은 여기에 접속하는 전기 설비의 접지 구조물과의 사이에 발생하는 전기회로 대지 간 전압을 감시하고, 이 전압을 기준으로 하여 영상변류기가 검출한 누설전류의 위상 판정을 실시하여 누설전류가 검출 영상변류기의 부하측(L)에서 전원측(K), 즉 변압기측을 향하는 예상 밖 전류인 경우로서, 또한 전기회로 대지 간 전압이 적절히 정정된 동작 감도 전압 정정치를 초과한 경우에는 해당 누전 검출 장치의 출력 동작을 정지하는 출력 제어 회로를 부가함으로써 누전 검출 장치의 고감도 동작 영역을 저해하지 않고 예상 밖 전류에 의한 불필요한 동작을 방지하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 구성을 상세히 설명하면, 피감시 전기회로의 누설전류를 검출하는 영상변류기(ZCT)와, 이것에 의해 검출한 전류치가 적절히 정정된 동작 감도 전류치를 초과했을 때 누전 발생 신호를 송출하는 전류 정정 레벨 검출 회로와, 누전 발생 신호를 받아 누전 경보 신호를 발생하는 경보 출력 회로로 구성되는 누전 검출 회로에 추가하여, 피감시 전기회로 또는 변압기군의 공통 B종 접지 회로와 D종 접지극 또는 여기에 접속하는 전기 설비의 쇠상자나 건물 철골 등 접지 구조물과의 사이에 발생하는 전기회로 대지 간 전압Vdb를 검출하고, 이 전압을 기준으로 하여 판정한 누설전류의 방향이 검출 영상변류기의 부하측(L)에서 전원측(K), 즉 변압기측을 향하는 예상 밖 전류인 경우에는, 예상 밖 위상 검출 신호를 발생하는 예상 밖 위상 검출 회로와, 전기회로 대지 간 전압이 적절히 정정된 동작 감도 전압치를 초과했을 때 전압 레벨 검출 신호를 발생하는 전압 정정 레벨 검출 회로와, 예상 밖 위상 검출 신호와 전압 레벨 검출 신호 모두가 갖춰졌을 때에 예상 밖 동작 상태 검출 신호를 출력하는 예상 밖 동작 상태 판별 회로와, 예상 밖 동작 상태 검출 신호를 받아 출력 제어 회로에 출력 정지 신호를 보내는 출력 정지 신호 출력 회로와, 출력 정지 신호를 받아 누전 검출 회로가 발하는 누전 경보 신호를 정지시키는 출력 제어 회로를 갖춘 누전 검출 방법에 의해 과제를 해결한다.

본 발명에 의하면 피감시 전기회로의 전기회로 대지 간 정전 용량에 전기회로 대지 간 전압이 추가됨으로써 흐르는 예상 밖 누설전류가 누전 검출 장치의 동작 감도 전류 정정치 이하가 되는 전압으로 전압 정정 레벨 검출 회로의 동작 감도 전압치를 정정하고, 전기회로 대지 간 전압이 동작 감도 전압치를 초과하고 또한 전기회로 대지 간 전압Vdb의 위상으로부터 판정한 누설전류의 방향이 검출 영상변류기의 L측에서 K측을 향하는 전원측 지락에 의한 예상 밖 전류 위상에서 피감시 전기회로에서의 지락 사고가 아니라는 것을 확인할 수 있었던 경우에만 누전 경보 동작을 정지하므로, 동작 감도 전압 정정치 이하의 고감도 동작 영역에서의 통상 누전 검출 동작에 영향이 없고, 동작 감도 전류를 감전 방지용으로서 필요한 고감도로 정정할 수 있다. 물론 고감도로 정정한 경우에도 전원측 지락 등 타회로의 스파크 지락 등 완전 지락 시에는 전기회로 대지 간 전압이 발생하므로 예상 밖 동작을 피할 수 있다.

다시 말하면, 전기회로 대지 간 전압이 동작 감도 전압 정정치 이하의 범위에서는 누전 차단기 혹은 누전 계전기 등 통상의 고감도 동작 영역의 동작을 저해하지 않고, 전기회로 대지 간 전압이 동작 감도 전압 정정치를 초과하는 예상 밖 동작 위험 영역이고 또한 누설전류 위상이 예상 밖 동작 상태로 판별된 경우에만 출력 제어 회로가 작동하여 작동 잠금(trip lock)을 걸어 누전 차단 혹은 누전 경보 동작을 정지하므로, 고감도형의 감전 방지용 누전 차단기나 누전 계전기에 대해서도 안심하고 적용할 수 있다.

B종 접지극과 D종 접지극의 극간 저항값의 변동이나 접지극을 한 점에 모아 공유화하는 통합 접지 방식으로 접지극 간 저항이 0이 되는 경우 등, 각종 접지 방식이 혼재하는 현장에 사용해도 전기회로 대지 간 전압이 발생하지 않는 경우에는 종래형의 누전 검출 장치로서 동작하므로 안심하고 사용할 수 있다.

본 발명을 적용한 예상 밖 동작 방지 기능이 있는 감전 방지용 고감도 누전 차단기는, 정전하지 않고 유지보수를 실시할 수 밖에 없는 생산 설비의 전기 제어계 보수 작업 등에서 감전 사고 방지를 겸한 활용을 많이 기대할 수 있다.

사용의 편리성면에서도, 본 발명을 적용한 예상 밖 동작 방지 기능이 있는 감전 방지용 고감도 누전 차단기를 공사 시공할 때, 본 기기의 접지 단자를 D종 접지 또는 전기 설비의 접지 구조물에 접속하기만 하면 되므로 시공이 용이하고, 만약 이 접지 접속을 실시하지 않은 경우에도 종래와 동등한 고감도 누전 차단기로서 기능하므로 시공상 리스크가 적다.

도 1은 공통 B종 접지 공사를 시공한 단상삼선식 변압기 및 삼상삼선Δ결선 방식의 변압기로 구성하는 변전소의 변압기 저압 주회로에 본 발명의 예상 밖 동작 방지 기능이 있는 누전 차단기를 설치한 실시예이다.
도 2는 단상삼선식 및 삼상삼선Δ결선용의 예상 밖 동작 방지 기능이 있는 누전 차단기의 동작 계통도이다.
도 3은 예상 밖 동작의 설명도이다.
도 4는 공통 B종 접지 공사를 시공한 단상삼선식 변압기 및 삼상삼선Y결선 방식의 변압기로 구성하는 변전소의 변압기 저압 주회로에 본 발명의 예상 밖 동작 방지 기능이 있는 누전 차단기를 설치한 실시예이다.
도 5는 삼상삼선Y결선 방식 변압기용의 예상 밖 동작 방지 기능이 있는 누전 차단기의 동작 계통도이다.
도 6은 공통 B종 접지 공사를 시공한 단상삼선식 변압기 및 삼상사선Y결선 방식의 변압기로 구성하는 변전소의 변압기 저압 주회로에 본 발명의 예상 밖 동작 방지 기능이 있는 누전 차단기를 설치한 실시예이다.
도 7은 삼상사선Y결선 방식 변압기용의 예상 밖 동작 방지 기능이 있는 누전 차단기의 동작 계통도이다.
도 8은 공통 B종 접지 공사를 시공한 단상삼선식 변압기, 삼상삼선Δ결선식 변압기, 삼상삼선Y결선식 변압기 및 삼상사선Y결선식 변압기로 구성하는 변전소의 변압기 저압 주회로에 본 발명의 예상 밖 동작 방지 기능이 있는 누전 계전기를 설치한 실시예이다.
도 9는 예상 밖 동작 방지 기능이 있는 누전 계전기의 동작 계통도이다.

감전 방지용 누전 차단기나 누전 계전기 등 누전 검출 장치의 고감도 동작을 저해하지 않고, 본 장치의 설치 부분에서 전원측 또는 동일 B종 접지 공유 계통 내 타회로의 지락에 의해 발생하는 예상 밖 동작을 방지한다는 목적을, 예상 밖 동작의 원인이 되는 변압기 B종 접지극과 D종 또는 C종 접지극 간의 전기회로 대지 간 전압을 감시하고 그 전압의 위상을 기준으로 하여 누전 검출 장치의 영상변류기가 검출한 누설전류의 방향이 검출 영상변류기의 부하측(L)에서 전원측(K)을 향하는 예상 밖 누설전류, 즉 검출 영상변류기의 전원측 지락에 의한 예상 밖 전류로 판별되고, 또한 예상 밖 동작 방지를 위해 필요한 허용 최대 전압 정정치를 초과한 조건하에서는 누전 검출 장치의 출력 동작을 정지하는 제어를 하여 예상 밖 동작을 방지하는 누전 검출 방법에 의해 실현되었다.

<실시예 1>

도 1은 단상삼선식 전등 변압기(Tr1)의 중성상v와 삼상삼선식 동력 변압기(Tr2)의 일단S상을 B종 접지로서 공통 접지 모선(Ebn)에 일괄적으로 B종 접지 공사의 접지극(EB)에 접속한 표준적인 변전소에, 본 발명을 적용한 예상 밖 동작 방지 기능이 있는 누전 차단기(11, 21)를 설치한 일실시예에서 누전 차단기(11, 21)는 모두 동일 성능의 것이다.

도 1에서 동력 변압기(Tr2)의 T상이 P점에서 지락 저항Rg에 의해 접지하는 지락 사고시의 동작에 대해 설명하기로 한다. 지락 저항Rg에 의해 생긴 지락 전류Ig는 D종 접지극(ED) 또는 여기에 접속하는 접지 구조물을 사이에 두고 동력 변압기의 R상 S상의 대지 정전 용량(C2)을 통해 동력 변압기로 되돌아오는 전류Ic2와, 전등 변압기(Tr1)의 u상, v상, w상의 정전 용량(C1)을 통해 전등 변압기(Tr1)를 경유하여 동력 변압기(Tr2)로 되돌아오는 전류Ic1와, D종 접지 공사의 접지극(ED)과 B종 접지 공사의 접지극(EB)간의 대지저항Rdb를 통해 B종 접지선 및 공통 접지 모선(Ebn)을 거쳐 동력 변압기(Tr2)로 되돌아오는 Ib로 분류한다. 이때 Ib가 흐름으로써 Rdb에 발생하는 강하 전압Vdb는 Rdb와 병렬 접속을 구성하는 전기회로 대지 간 정전 용량(C2, C1)에도 동시에 추가되어 예상 밖 전류(Ic2, Ic1)를 흐르게 한다.

Tr1의 부하 전기회로에 설치된 본 발명의 예상 밖 동작 방지 기능이 있는 누전 차단기(11)는 통상 내장되는 영상변류기(15)에서 누설전류(17)를 검출하고, 이것이 적절히 정정된 동작 감도 전류치를 초과했을 때 내장된 차단기를 차단 신호(16)에 의해 차단하는 통상의 누전 차단기의 구성에 출력을 제어하는 회로를 부가한 것이다. 한편 예상 밖 상태 감시용으로서 접지극(ED, EB) 간의 전기회로 대지 간 전압Vdb를 접속선(13, 14)으로 넣어 감시하고 있으며, 이 전압과 누설전류 사이에서 위상을 비교하여 결과가 역상, 즉 검출 영상변류기(15)의 부하측(L)에서 전원측(K)을 향해 흐르는 위상의 전류인 경우 이것을 예상 밖 전류로 판정하여 예상 밖 위상 검출 신호를 출력하고, 아울러 전기회로 대지 간 전압Vdb가 적절히 정정된 동작 감도 전압 정정치를 초과한 경우에는 누전 차단기의 출력 동작을 정지하는 제어를 실시하여 불필요한 예상 밖 동작을 방지한다.

도 1의 예에서는 누설전류(17)는 접지극(ED)에서부터 부하측 전기회로의 대지 정전 용량(C1)을 통해 영상변류기(15)의 L측에서 K측을 향하는 전류로 점선 화살표와 같이 흐르기 때문에 전기회로 대지 간 전압Vdb의 위상과는 역상이 되어 예상 밖 위상 검출 신호가 발생하고, 여기에 전압 레벨 검출 신호가 더해지면 예상 밖 동작 상태 검출 신호가 출력되어 출력 제어 회로에서 누전 경보 신호에 의한 출력 신호 발생은 정지되고 차단 동작은 이루어지지 않아 예상 밖 전류에 의한 불필요한 동작은 방지된다.

Tr2의 부하 전기회로에 설치된 본 발명의 예상 밖 동작 방지 기능이 있는 누전 차단기(21)는 통상 내장되는 영상변류기(25)에서 누설전류(27)를 검출하고 이것이 소정의 동작 전류를 초과했을 때 내장된 차단기를 차단 신호(26)에 의해 차단하는 통상의 누전 차단기의 구성에 출력을 제어하는 회로를 부가한 것이다.

한편 예상 밖 상태 감시용으로서 접지극(EB, ED) 간의 전기회로 대지 간 전압Vdb를 접속선(23, 24)으로 넣어 감시하고 있으며, 이 전압과 누설전류(27) 사이에서 위상을 비교하여 결과가 동상 전류이면 자선 지락 전류로 판정하여 예상 밖 위상 검출 신호는 출력하지 않고, 따라서 전기회로 대지 간 전압Vdb가 동작 감도 전압 정정치를 초과한 경우에도 예상 밖 동작 상태로는 판별되지 않아 출력 제어 회로에 대한 누전 경보 신호에 의한 출력 신호는 발생하지 않고 출력 정지 등의 제어는 이루어지지 않기 때문에 통상의 누전 차단기로서 차단 동작을 한다.

도 1의 예에서는 누설전류(27)는 동력 변압기(Tr2)의 T상에서부터 지락점(P)과 지락 저항Rg를 거쳐 ED로 향하는 전류Ig와 ED에서부터 자선 대지간 정전 용량(C2)을 통해 동변압기의 S상 및 R상을 향해 흐르는 자선 예상 밖 전류Ic2의 벡터합이 되는데, 통상 Rdb의 저항값은 C2의 임피던스에 비해 훨씬 작기 때문에 전류의 방향은 당연히, 점선 화살표(27)와 같이 영상변류기의 변압기측(K)에서 부하측(L)으로 향하는 전류 방향이 되어 전기회로 대지 간 전압Vdb의 벡터와 동상이 되므로 예상 밖 위상 검출 신호를 출력하지 않고 전기회로 대지 간 전압이 동작 감도 전압 정정치를 초과한 경우에도 예상 밖 동작 상태로서는 판별하지 않고 누전 경보 출력에 대한 아무런 제어도 하지 않기 때문에 누전 차단기는 통상의 동작을 하게 된다.

도 2는 예상 밖 동작 방지 기능이 있는 누전 차단기(11 또는 21)의 상세한 동작 계통도이다. 누설전류Io(도 1의 17 또는 27)는 영상변류기(ZCT)(도 1의 15 또는 25)에 의해 검출되고, 그 출력은 「전류 입력 처리 회로」(101)의 k, l, 입력에 접속되어 노이즈나 서지의 방지 및 증폭 등의 처리 후 「전류 정정 레벨 검출 회로」(102)에 보내진다. 이 회로에서는 검출 전류치가 적절히 정정된 동작 감도 전류치를 초과함으로써 누전 발생을 인식하여 누전 발생 신호를 「경보 출력 회로」(103)에 보내고 「경보 출력 회로」(103)에서는 누전 경보 신호로서 「출력 제어 회로」(104)에 송치된다.

한편 「전압 입력 처리 회로」(105)의 입력 단자(Bn)는 접속선(4)(도 1의 14 또는 24)에 의해 피감시 회로의 B종 접지상에 접속되어 있고, 이 상은 도 1에 도시한 바와 같이 공통 접지 모선(Ebn)을 거쳐 B종 접지극(EB)에 접속된다.

또 「전압 입력 처리 회로」(105)의 입력 단자(Ed)는 본 기기의 외부 인출 접지 단자(Edt)를 거쳐 D종 접지극 등에 접속된다.

따라서 피감시 전기회로의 B종 접지극(EB)와 D종 접지극(ED) 간의 전기회로 대지 간 전압Vdb는 「전압 입력 처리 회로」(105)의 Bn와 Ed 사이에 공급된다. 「전압 입력 처리 회로」에서는 노이즈나 서지의 방지 및 증폭 등의 처리 후 「전압 정정 레벨 검출 회로」(106)에 보내진다. 이 회로에서는 적절히 정정된 동작 감도 전압치를 초과함으로써 예상 밖 동작이 발생할 가능성이 있는 전기회로 대지 간 전압 발생을 인식하여 전압 레벨 검출 신호를 「예상 밖 동작 상태 판별 회로」(108)에 보낸다.

「예상 밖 위상 검출 회로」(107)에는, 「전류 입력 처리 회로」(101)에서 전류 위상 신호와 「전압 입력 처리 회로」(105)에서 전압 위상 신호가 공급되고 있고, 양자의 위상이 역상, 즉 검출 영상변류기(ZCT)의 부하측(L)에서 전원측(K)을 향해 흐르는 위상의 전류일 때 전원측의 지락에 의한 예상 밖 전류로서 인식하여 예상 밖 위상 검출 신호를 「예상 밖 동작 상태 판별 회로」(108)에 출력한다.「예상 밖 동작 상태 판별 회로」(108)에서는, 전압 레벨 검출 신호와 예상 밖 위상 검출 신호가 동시에 입력되었을 때, 예상 밖 동작 상태 검출 신호를 「출력 정지 신호 출력 회로」(109)에 보내고 여기에서부터 출력 정지 신호가 「출력 제어 회로」(104)에 송치되어 누전 경보 신호의 「출력 회로」로의 송치를 정지하는 제어를 하므로 누전 차단 동작이 잠금되어 차단 동작은 이루어지지 않고 예상 밖 동작이 방지된다.

검출 전류치가 동작 감도 전류 정정치를 초과한 경우에 「예상 밖 위상 검출 회로」(107)에 대해 전류 위상 신호가 전압 위상 신호와 동상으로 판정되었을 때, 또는 전기회로 대지 간 전압Vdb가 동작 감도 전압 정정치에 도달하지 않았을 때에는 「예상 밖 동작 상태 판별 회로」(108)의 판별 요건인 전압 레벨 검출 신호와 예상 밖 위상 검출 신호가 동시에 입력이라는 조건을 충족하지 않기 때문에 출력은 발생하지 않는다. 따라서 「예상 밖 동작 상태 판별 회로」에서는 이후의 회로로의 신호 출력은 발생하지 않기 때문에, 통상의 누전 차단기로서 누전 경보 신호는 「출력 제어 회로」를 거쳐 출력 신호로서 「출력 회로」에 도달하여 차단기를 작동시킨다.

상술한 바와 같이 본 발명을 적용한 예상 밖 동작 방지 기능이 있는 누전 차단기에서는, 예상 밖 동작 방지 기능의 동작 개시 전압, 즉 동작 감도 전압 정정치를 피감시 전기회로의 전기회로 대지 간 정전 용량과 B종 접지 공사를 공유하는 전기회로의 최대 대지간 전압 및 동작 감도 전류로부터 적절한 값을 선정하여 정정하면, 전기회로 대지 간 저항Rdb에 그 정정 전압이 발생하는 지락 전류가 흐르는 지락 상태까지는 종래 그대로의 고감도 누전 차단기로서 동작하고, 이것을 초과하는 지락 전류가 흐르는 예상 밖 동작 위험의 지락 상태에서는 누전 차단기의 동작 감도 전류 정정치를 초과하는 예상 밖 전류가 있더라도 예상 밖 동작 상태를 검출하면 불필요한 차단 동작은 하지 않기 때문에 안심하고 고감도 동작으로 정정하여 사용할 수 있다.

사용예로서 B종 접지 공사를 공유하는 변압기군 안에 50Hz 420V의 Y결선 변압기가 있는 변전소 내의 단상삼선 변압기(105-105/210V)의 피감시 전기회로에서 전기회로 대지 간 정전 용량이 합계 3μf인 전기회로에 본 발명의 예상 밖 동작 방지 기능이 있는 누전 차단기를 설치하는 경우에 대해 설명하기로 한다.

설치하는 누전 차단기의 감도 전류를 감전 방지용으로서 30mA로 정정하고자 하는 경우의 동작 감도 전압의 정정에 대해서는, 예상되는 최대 전기회로 대지 간 전압은 420V의 1선 완전 지락시에 420/√3=242V가 되고 이때의 예상 밖 전류는 ωcv로부터 228mA가 된다. 또 30mA의 누전 차단기의 부동작 전류는 50%, 즉 15mA이하이므로, 예상 밖 동작 방지 기능이 개시되는 동작 감도 전압 정정치는 242V×(15/228)=15.9 V가 된다.

덧붙이자면 전기회로 대지 간 저항Rdb를 10Ω으로 가정하면, 이 상태는 1.59A지락 상태가 되고 지락 저항Rg는 약141Ω의 지락 상태가 된다는 것을 알 수 있다.

즉, 400V계통에서의 완전 지락에 의해 지락 전류 24.2A, 피감시 전기회로의 대지 정전 용량이 3μf인 전기회로에서 최대 예상 밖 전류 228mA가 예측되는 전기회로의 감전 방지용 누전 차단기로서 30mA의 동작 감도 전류를 예상 밖 동작의 염려 없이 사용할 수 있게 된다.

또 이 상태에서 동작 감도 전류치를 15mA로 정정한 경우에 대해서는, 피감시 전기회로 105V계통에서 지락 저항7kΩ에 의한 지락이 발생하면, 지락 전류Ig=105/7010=0.015A가 되어 누전 경보 신호를 발생한다.

전기회로 대지 간 전압Vdb는, Rdb×Ib=0.15V로서 동작 감도 전압 정정치에 도달하지 않고 예상 밖 동작 상태 판별 회로는 작동하지 않기 때문에 출력 제어 회로는 작동하지 않고 누전 경보 신호에 의해 종래의 누전 차단기와 같이 동작 시한 후에 차단한다.

피감시 전기회로가 아닌 다른 변압기 계통이 되는 420V Y결선 변압기 계통에서 Rg가 거의 0Ω이 되는 스파크 지락이 발생하면 이것이 복구될 때까지의 시간, 지락 전류Ig=242/10=24.2A가 흐름 동작 감도 전류치 15mA를 초과하기 때문에 누전 경보 신호가 출력 제어 회로에 공급된다. 한편 전기회로 대지 간 전압Vdb는, Rdb×Ib=242V로서 동작 감도 전압 정정치 15.9V를 초과하기 때문에 전압 레벨 검출 신호가 발생한다. 또 예상 밖 위상 검출 회로에는 전류 위상 신호와 전압 위상 신호가 입력되므로 누설전류의 위상이 예상 밖 전류 위상이라고 판정되어 예상 밖 위상 검출 신호를 발생한다. 예상 밖 동작 상태 판별 회로에서는 전압 레벨 검출 신호와 예상 밖 위상 검출 신호가 동시에 공급되므로 예상 밖 동작 상태 검출 신호를 출력 정지 신호 출력 회로를 사이에 두고 출력 정지 신호로서 출력 제어 회로에 공급하고 누전 경보 신호를 부정하여 출력 신호를 정지하는 제어를 하여 누전 차단기의 차단 기능은 잠금되어 작동하지 않아 예상 밖 전류에 의한 불필요한 동작이 방지된다.

<실시예 2>

도 4는, 단상삼선식 전등 변압기(Tr1)의 중성상v와 삼상삼선Y결선식 동력 변압기(Tr3)의 중성점 단자(O)를 B종 접지로서 공통 접지 모선(Ebn)에 일괄적으로 B종 접지 공사의 접지극(EB)에 접속한 변전소에, 본 발명의 예상 밖 동작 방지 기능이 있는 누전 차단기(11, 31)를 설치한 일실시예이다. 예상 밖 동작 방지 기능이 있는 누전 차단기(31)는 삼상삼선Y결선식 동력 변압기용으로서 B종 접지극 접속 단자(Bnt)를 독립 단자로서 설치한 본 발명을 적용한 예상 밖 동작 방지 기능이 있는 누전 차단기로서, 이 단자는 접속선(34)으로 Y결선 변압기의 중성점(O)에 접속되어 있다.

P점에서의 지락에 의한 예상 밖 전류의 흐름과 예상 밖 동작 방지 기능이 있는 누전 차단기의 기본적인 동작은 실시예 1과 같다.

도 5는 예상 밖 동작 방지 기능이 있는 누전 차단기(31)의 계통도로서, 삼상삼선Y결선식 동력 변압기용으로서 B종 접지극 접속 단자(Bnt)를 독립 단자로 한 것으로서, 단상삼선식 변압기, 삼상삼선Δ결선식 변압기의 전기회로라도 단자(Bnt)를 전기회로의 B종 접지상에 접속함으로써 범용형으로서도 사용할 수 있다.

<실시예 3>

도 6은 단상삼선식 전등 변압기(Tr1)의 중성상v와 삼상사선Y결선식 동력 변압기(Tr4)의 중성점 단자(O)를 B종 접지로서 공통 접지 모선(Ebn)에 일괄적으로 B종 접지 공사의 접지극(EB)에 접속한 변전소에, 본 발명의 예상 밖 동작 방지 기능이 있는 누전 차단기(11, 41)를 설치한 일실시예이다.

예상 밖 동작 방지 기능이 있는 누전 차단기(41)는 삼상사선Y결선식 동력 변압기용으로서 주회로를 4선 대응으로 하고 B종 접지극 접속 단자(Bnt)를 독립 단자로 하여 설치한 본 발명의 예상 밖 동작 방지 기능이 있는 누전 차단기로서, 이 단자는 접속선(44)으로 Y결선 변압기의 중성점(O)에 접속되어 있다.

P점에서의 지락에 의한 예상 밖 전류의 흐름과 예상 밖 동작 방지 기능이 있는 누전 차단기의 동작은 지락 전기회로의 대지 정전 용량(C4)과 지락 자선 예상 밖 전류Ic4가 대신하는 것 외에 기본적인 동작은 실시예 1과 동일하다.

도 7은, 예상 밖 동작 방지 기능이 있는 누전 차단기(41)의 계통도로서, 삼상사선Y결선식 동력 변압기용으로서 주회로를 4선 대응으로 하고 B종 접지극 접속 단자(Bnt)를 독립 단자로 한 것으로서, 단상삼선식 변압기, 삼상삼선Δ결선식 변압기, 삼상삼선Y결선식 변압기의 전기회로라도 단자(Bnt)를 전기회로의 B종 접지상에 접속함으로써 사용 가능하다.

<실시예 4>

도 8은 단상삼선식 전등 변압기(Tr1)의 중성상v와 삼상삼선식 동력Δ결선식 변압기(Tr2)의 일단S상, 삼상삼선Y결선식 동력 변압기(Tr3)의 중성점 단자(O), 삼상사선Y결선식 동력 변압기(Tr4)의 중성점 단자(O)를 각각 B종 접지로서 공통 접지 모선(Ebn)에 일괄적으로 B종 접지 공사의 접지극(EB)에 접속한 변전소에, 본 발명의 예상 밖 동작 방지 기능이 있는 누전 계전기(100)를 설치한 일실시예이다.

P점에서의 지락에 의한 예상 밖 전류의 흐름과 예상 밖 동작 방지 기능이 있는 누전 계전기의 동작은, C3와 C4에 흐르는 전류 Ic3', Ic4'가 증가하는 것과 차단 기구가 없는 것을 제외하면 기본적인 동작은 실시예 1과 동일하다.

도 9는 예상 밖 동작 방지 기능이 있는 누전 계전기(100)의 계통도로서, Z1, Z2를 각각 ZCT의 신호 출력 단자(k, l)에, Bn단자를 전기회로의 B종 접지상에, Ed단자를 D종 접지극 등에 접속함으로써 각종 결선 방식의 변압기에 사용 가능하다.

<산업상 이용 가능성>

절연 지락 감시 장치, 절연 지락 계전기에도 적용하여 효과적인 활용을 기대할 수 있다.

11, 21, 31, 41 각 예상 밖 동작 방지 기능이 있는 누전 차단기
13, 23, 33, 43 각 예상 밖 동작 방지 기능이 있는 누전 차단기의 D종 접지극 접속선
4, 14, 24, 34, 44 각 예상 밖 동작 방지 기능이 있는 누전 차단기의 B종 접지상 접속선
15, 25, 35, 45 각 예상 밖 동작 방지 기능이 있는 누전 차단기가 내장된 영상변류기
6,16, 26, 36, 46 각 예상 밖 동작 방지 기능이 있는 누전 차단기가 내장된 차단 기구
17, 27, 37, 47 각 예상 밖 동작 방지 기능이 있는 누전 차단기가 내장된 영상변류기를 흐르는 누설전류
100 예상 밖 동작 방지 기능이 있는 누전 계전기
101 전류 입력 처리 회로
102 전류 정정 레벨 검출 회로
103 경보 출력 회로
104 출력 제어 회로
105 전압 입력 처리 회로
106 전압 정정 레벨 검출 회로
107 예상 밖 위상 검출 회로
108 예상 밖 동작 상태 판별 회로
109 출력 정지 신호 출력 회로
110 출력 회로
Bn 전기회로의 B종 접지상 신호 입력 단자
Bnt 전기회로의 B종 접지상 신호 입력 중계 단자
C1, C2, C3, C4 각 변압기 전기회로의 대지간 정전 용량
Ed C종 D종 등 접지 접속 단자
EB 변압기의 B종 접지 공사의 접지극
Ebn 변전소 내의 B종 접지를 모으는 공통 접지 모선
ED 변압기의 D종 접지 공사의 접지극
Ib B종 접지 공사의 접지선을 흐르는 지락 전류
Ic1 C1을 흐르는 예상 밖 전류
Ic2 C2를 흐르는 예상 밖 전류
Ig 지락점 전류
Io ZCT창 안을 흐르는 누설전류
P 지락점
Rg 지락 저항
Rdb B종 접지와 D종 접지의 극간 저항
Vdb B종 접지와 D종 접지의 극간에 발생하는 전기회로 대지 간 전압
ZCT 영상변류기
Z1 ZCT 출력 신호 k측 입력 단자
Z2 ZCT 출력 신호 l측 입력 단자

Claims

검출한 누설전류가 적절히 정정된 동작 감도 전류 정정치를 초과하고, 또한 피감시 전기회로의 변압기 B종 접지상과 D종 또는 여기에 접속하는 전기 설비의 접지 구조물 등과의 사이에 발생하는 전기회로 대지 간 전압을 기준으로 한 누설전류의 위상이 검출 영상변류기의 부하(L)측에서 전원(K)측, 즉 변압기측을 향하는 예상 밖 전류이며, 또한 전기회로 대지 간 전압이 적절히 정정된 동작 감도 전압 정정치를 초과한 경우에는 해당 누전 검출 장치의 출력 동작을 정지하는 출력 제어 회로를 부가한 누전 검출 장치.
피감시 전기회로의 누설전류를 검출하는 영상변류기(ZCT)와 이것에 의해 검출한 전류치가 적절히 정정된 동작 감도 전류치를 초과했을 때에 누전 발생 신호를 송출하는 전류 정정 레벨 검출 회로와, 누전 발생 신호를 받아 누전 경보 신호를 발생하는 경보 출력 회로로 구성되는 누전 검출 회로에 추가하여,
피감시 전기회로 또는 변압기군의 공통 B종 접지 회로와 D종 접지극 또는 여기에 접속하는 전기 설비의 쇠상자나 건물 철골 등 접지 구조물과의 사이에 발생하는 전기회로 대지 간 전압을 검출하고, 이 전압을 기준으로 하여 판정한 누설전류의 방향이 검출 영상변류기의 부하측(L)에서 전원측(K), 즉 변압기측을 향하는 예상 밖 전류인 경우에는 예상 밖 위상 검출 신호를 발생하는 예상 밖 위상 검출 회로와,
전기회로 대지 간 전압이 적절히 정정된 동작 감도 전압치를 초과했을 때 전압 레벨 검출 신호를 발생하는 전압 정정 레벨 검출 회로와,
예상 밖 위상 검출 신호와 전압 레벨 검출 신호 모두가 갖춰졌을 때에 예상 밖 동작 상태 검출 신호를 출력하는 예상 밖 동작 상태 판별 회로와,
예상 밖 동작 상태 검출 신호를 받아 출력 제어 회로에 출력 정지 신호를 보내는 출력 정지 신호 출력 회로와,
출력 정지 신호를 받아 누전 검출 회로가 발하는 누전 경보 신호를 정지시키는 출력 제어 회로를 구비한 누전 계전기.
피감시 전기회로의 누설전류를 검출하는 영상변류기(ZCT)와, 이것에 의해 검출한 전류치가 적절히 정정된 동작 감도 전류치를 초과했을 때에 누전 발생 신호를 송출하는 전류 정정 레벨 검출 회로와, 누전 발생 신호를 받아 누전 경보 신호를 발생하는 경보 출력 회로로 구성되는 누전 검출 회로에 추가하여,
피감시 전기회로 또는 변압기군의 공통 B종 접지 회로와,
D종 접지극 또는 여기에 접속하는 전기 설비의 쇠상자나 건물 철골 등 접지 구조물과의 사이에 발생하는 전기회로 대지 간 전압을 검출하고, 이 전압을 기준으로 하여 판정한 누설전류의 방향이 검출 영상변류기의 부하측(L)에서 전원측(K), 즉 변압기측을 향하는 예상 밖 전류인 경우에는, 예상 밖 위상 검출 신호를 발생하는 예상 밖 위상 검출 회로와,
전기회로 대지 간 전압이 적절히 정정된 동작 감도 전압치를 초과했을 때 전압 레벨 검출 신호를 발생하는 전압 정정 레벨 검출 회로와,
예상 밖 위상 검출 신호와 전압 레벨 검출 신호 모두가 갖춰졌을 때에 예상 밖 동작 상태 검출 신호를 출력하는 예상 밖 동작 상태 판별 회로와,
예상 밖 동작 상태 검출 신호를 받아 출력 제어 회로에 출력 정지 신호를 보내는 출력 정지 신호 출력 회로와,
출력 정지 신호를 받아 누전 검출 회로가 발하는 누전 경보 신호를 정지시키는 출력 제어 회로를 구비한 누전 차단기.