KR20130141091A

KR20130141091A - 누전차단기 및 그 제어 방법

Info

Publication number: KR20130141091A
Application number: KR1020120064203A
Authority: KR
Inventors: 최영길
Original assignee: 한국전기연구원
Priority date: 2012-06-15
Filing date: 2012-06-15
Publication date: 2013-12-26
Also published as: KR101410745B1

Abstract

본 발명은 누전차단기 및 그 제어 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전기 차단이 발생하지 않은 상태에서 누전검출 기능 및 소자들의 양호 또는 불량을 용이하게 확인할 수 있고, 누전검출 기능의 전반적인 제어를 하는 제어부 등을 보호할 수 있도록 한 누전차단기 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
즉, 본 발명은 누전차단 기능을 수행하는 누전검출 전자회로와 이를 제어하는 제어부를 포토커플러를 매개로 절연 및 광신호 전달 가능하게 연결하고, 제어부에 가누전 발생시점 기준을 위한 구형파를 제공하는 가누전 발생시점 제공부도 전원공급라인과 포토커플러를 매개로 절연 및 광신호 전달 가능하게 연결함으로써, 제어부를 낙뢰 등과 같은 자연현상으로부터 소손되지 않게 보호할 수 있고, 누전차단기의 테스트버턴을 누르지 않고서도 누전차단기가 가지는 누전검출 기능의 양호 또는 불량 상태를 자동으로 확인할 수 있도록 한 누전차단기 및 그 제어 방법을 제공하고자 한 것이다.

Description

누전차단기 및 그 제어 방법{ELECTRIC LEAKAGE CIRCUIT BREAKER AND METHOD FOR CONTROLLING THE SAME}

본 발명은 누전차단기 및 그 제어 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전기 차단이 발생하지 않은 상태에서 누전검출 기능 및 소자들의 양호 또는 불량을 용이하게 확인할 수 있고, 누전검출 기능의 전반적인 제어를 하는 제어부 등을 보호할 수 있도록 한 누전차단기 및 그 제어 방법에 관한 것이다.

잘 알려진 바와 같이, 누전차단기는 누전이 발생할 경우 누전을 검출하여 사용 중인 전기를 차단하는 기능을 하는 것으로서, 누전검출을 위한 누전검출 전자회로가 포함되어 있다.

이러한 누전차단기의 유용한 기능에도 불구하고, 낙뢰와 같은 주변 환경에 의하여 누전차단기의 누전검출 전자회로가 직간접적인 전기적 충격을 받아서 쉽게 소손되는 현상이 발생되고 있고, 결국 누전차단기의 누전검출 능력을 상실하는 경우가 빈번하게 일어나고 있다.

따라서, 누전차단기의 누전검출 능력을 언제든지 테스트하기 위하여, 즉 누전차단기를 설치한 후에도 누전검출 능력의 양호 또는 불량을 확인하기 위하여, 누전차단기에 갖추어진 테스트 버튼을 눌러서 누전검출 전자회로의 누전검출 기능에 대한 상실여부를 확인할 수 있다.

그러나, 테스트버튼을 누르면 임의의 누설전류에 의하여 차단부의 스위치가 오프되고, 그에 따라 누전차단기를 통해 공급되는 전기가 차단되면서 사용 중인 전기전자 제품이 꺼지게 되는 불편함이 있고, 또한 다시 전기 공급을 위한 리셋버튼을 조작해야 하는 불편함이 있다.

또한, 전기전자 제품에 전기가 차단되어 오프되면, 사용 중에 있던 전기전자제품의 기능을 다시 리셋하여 조절해주어야 하는 등의 불편함이 또 따르게 된다.

이러한 불편함을 해결하기 위한 종래 기술로서, 전원공급라인을 차단하지 않고 주기적으로 누전에 대한 셀프 테스트를 할 수 있고, 일정 기간마다 지속적으로 누전차단기를 테스트해야 하는 번거로움을 해소할 수 있으며, 또한 누전 테스트 동작 후에 리셋 버튼을 다시 조작하는 불편함을 해소할 수 있는 셀프 테스트용 누전차단기가 공개특허공보 공개번호 제2005-0104882호(2005.11.03)에 제안되어 있다.

종래의 셀프 테스트용 누전차단기는 첨부한 도 2에 도시된 바와 같이, 전원(12)과 부하(14)를 도전 가능하게 연결하는 주전원라인인 전원공급라인(H, N)과, 전원공급라인(H, N) 사이의 전류차를 감지하는 영상변류기(ZCT, 10)와, 전원공급라인(H, N)에 설치되어 전원(12)과 부하(14)간의 전원공급 및 차단 기능을 하는 차단부(40)와, 차단부(40)의 전원차단 동작을 제어하는 구동부(30)와, 영상변류기(10)의 양단 전류차를 감지하여 누설전류 발생 여부를 판단하고 판단 결과로서 누전 검출신호를 발생시키는 누전검출부(20)와, 가누전 발생회로(60)에 주기적으로 누전 셀프 테스트 신호를 제공하는 제어부(50)와, 셀프 테스트 신호(STest)에 응답하여 전원공급라인(H, N)에 누설전류를 발생시키는 가누전 발생회로(60) 등을 포함하여 구성되어 있다.

이때, 실제 누전신호이든 자동점검(셀프 테스트)에 의한 가누전 신호든 간에 누전검출부(20)에서 검출된 누선 검출신호가 항상 제어부(50)로 입력된다.

만일, 부하(14)에 기준치 이상의 누설전류가 발생하여 누전검출부(20)로부터 제어부(50)에 실제 누전신호가 입력되면, 제어부(50)는 높은 전압의 구동신호를 구동부(30)에 인가하여 전원공급라인(H, N)이 차단되도록 한다.

좀 더 상세하게는, 상기 제어부(50)에서 전원 차단을 위한 트리거 신호로서, 임계전압 이상의 전압을 갖는 구동신호를 구동부(30)의 사이리스터(SCR1)에 인가하면, 사이리스터(SCR1)가 턴-온 됨과 동시에 일종의 솔레노이드인 트립코일(31)에 전자기 유도 현상이 발생하여 트립코일(31)이 차단부(40)의 스위치를 오프시키는 작동을 하게 됨으로써, 전원공급라인(H, N)의 전원공급이 차단되는 상태가 된다.

반면, 제어부(50)의 셀프 테스트 신호(STest)에 응답하여 가누전 발생회로(60)에서 전원공급라인에 누설전류를 발생시킴과 함께 누전검출부(20)로부터 제어부(50)에 가누전신호가 입력되면, 제어부(50)에서 임계전압 이하의 구동전압을 갖는 구동신호를 구동부(30)의 사이리스터(SCR1)에 인가하여 사이리스터(SCR1)는 턴-온 되지만, 차단부(40)의 스위치를 오프시킬 정도로 트립코일(31)이 작동되지 않게 되므로 전원공급라인(H, N)의 전원공급이 차단되지 않게 된다.

이러한 제어부(50)의 테스트 결과에 따른 누전검출부(20) 또는 구동부(30)의 정상 동작 여부는 LED 등을 포함하는 통상의 표시장치(70)를 통하여 확인할 수 있다.

그러나, 상기한 종래의 셀프테스트용 누전차단기는 다음과 같은 문제점이 있다.

우선, 낙뢰와 같은 주변 환경에 의하여 누전차단기의 누전검출 전자회로 뿐만 아니라, 각종 전자소자로 이루어진 제어부도 낙뢰에 의한 전기적 충격을 받아서 소손될 수 있고, 그에 따라 누전 셀프 테스트 기능을 비롯한 실제 누전에 의한 전기 차단 기능을 상실하게 되는 문제점이 있다.

즉, 가누전 신호을 발생시켜 누전검출 능력을 자동 검사하는 셀프 테스트 진단 구간이 아닌 실제 누전을 차단하는 동작 구간에서, 실제 누전이 발생하면, 이미 낙뢰 등에 의하여 제어부가 고장난 상태에서는 누전에 대응한 전기 차단 기능을 하지 못하는 문제점이 있다.

한편, 종래의 누전차단기에 있어서, 제어부(50)는 타이머에 의하여 가누전 발생회로(60)에 주기적으로 셀프 테스트 신호를 제공하되, 제어부(50)는 전원공급라인과 연결된 다이오드 브리지(33)에서 발생된 정류파의 전압(Vc)(예를 들면, 60Hz 또는 120Hz의 주파수를 갖는 맥류파)를 받아들여서 주기적으로 셀프 테스트 신호(STest)를 발생시키며, 또한 상기 정류파의 전압(Vc)은 다이오드와 커패시터(C)를 지나면서 평활되어 제어부(50)에서 직류 전원 전압(Vdc)으로 사용된다.

다시 말해서, 가누전 발생시점에 대한 기준을 다이오드 브리지회로(33)에 의해 발생되는 120Hz의 정류파의 전압(Vc) 영점 주기를 기준으로 이용하고, 또한 구동부(30)와 제어부(50)의 구동전원 DC전압을 다이오드 브리지회로(33)에 의해 발생되는 120Hz 정류파의 전압(Vc)을 전압원으로 이용한다.

이때, 실제 누전신호이든 셀프 테스트(자동점검)에 의한 가누전 신호이든 누전신호를 누전검출부(20)에서 검출하면 제어부(50)에서 사이리스터(SCR1)를 턴-온시키는 바, 이때의 사이리스터(SCR1) 턴-온과 동시에 정류파의 전압(Vc)이 순간적으로 구동부(30)와 제어부(50)에 공급되지 않는 오프(OFF) 상태가 되고, 이에 제어부(50)는 순간적 정류파의 전압(Vc)이 공급 중단되는 신호변환을 통해서 가누전 신호발생에 대응한 누전검출의 기본회로인 누전검출부(20)와 사이리스터(SCR1), 그리고 솔레노이드인 트립코일(31)로 이어지는 회로의 각 소자에 이상이 없음을 판단한다.

그러나, 위와 같은 가누전 셀프테스트의 진단과 관계없이 다이오드 브리지회로(33)에 의해 발생하는 정류파의 전압(Vc)이 120Hz의 매 주기마다 전압 영점을 발생하기 때문에, 셀프테스트 진단을 위해 실행되는 사이리스터(SCR1)의 턴-온 시점에서 정류파의 전압(Vc)의 전압 영점을 정확하게 구별하기 어려운 문제점이 있고, 그에 따라 누전 셀프테스트 진단이 원할하게 이루어질 수 없는 결과를 초래할 수도 있다.

또한, 가누전 신호를 발생시키기 위한 가누전 발생회로(60)는 전원공급라인(H,N)과 연결되는 저항(R)과 사이리스터(SCR2)로 구성되어 있는 바, 제어부(50)의 셀프 테스트 신호(STest)에 응답하여 사이리스터(SCR2)가 턴-온되면서 가누전이 발생하더라도, 사이리스터(SCR2)의 턴-온 시점에 따라서 전원공급라인(H,N)을 흐르는 60Hz 교류 상태에 의해서 일정하지 않은 가누전값이 누전검출부(20)에 입력되어 누전검출부의 가누전 검출 동작이 제대로 이루어지지 않게 되는 문제점이 발생할 수 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 누전차단 기능을 수행하는 누전검출 전자회로와 이를 제어하는 제어부를 포토커플러를 매개로 절연 및 광신호 전달 가능하게 연결하고, 제어부에 가누전 발생시점 기준을 위한 구형파를 제공하는 가누전 발생시점 제공부도 전원공급라인과 포토커플러를 매개로 절연 및 광신호 전달 가능하게 연결함으로써, 제어부를 낙뢰 등과 같은 자연현상으로부터 소손되지 않게 보호할 수 있고, 누전차단기의 테스트버턴을 누르지 않고서도 누전차단기가 가지는 누전검출 기능의 양호 또는 불량 상태를 자동으로 확인할 수 있도록 한 누전차단기 및 그 제어 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 구현예는: 전원공급라인과, 전원공급라인 사이의 전류차를 감지하는 영상변류기와, 전원공급라인에 설치되어 전원공급 및 차단 기능을 하는 차단부와, 차단부의 전원차단 동작을 제어하는 구동부와, 영상변류기로부터의 누설전류 발생 여부를 판단하여 누전 검출신호를 발생시키는 누전검출부를 포함하는 누전차단기에 있어서, 누전차단기의 제반 동작을 제어하는 제어부를 상기 누전검출부 및 구동부와 절연 및 광신호 교환 가능하게 연결하고, 상기 제어부에 가누전 발생시점 기준을 위한 구형파를 제공하는 가누전 발생시점 제공부를 별도로 배치하여 전원공급라인과 절연 및 광신호 교환 가능하게 연결하며, 상기 제어부의 가누전신호 출력단과 영상변류기 사이에 누전검출부에서 검출 가능한 가누전 신호를 발생시키는 가누전 발생회로를 연결하여서 된 것을 특징으로 하는 누전차단기를 제공한다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 구현예는: 제어부에서 가누전을 발생시키기 위한 가누전 트리거 신호를 가누전발생회로의 제1가누전 발생회로로 출력하는 단계와; 제2DC 전원으로부터의 전류가 영상변류기의 가누전발생코일로 인가되면서 제1가누전 발생회로로 흐르는 단계와; 영상변류기의 가누전발생코일에서 자기장이 형성되는 동시에 이때의 자기장이 일정한 크기의 가누전 신호로서 누전검출부에 입력되는 단계와; 상기 누전검출부로 입력된 가누전 신호가 트리거 신호로서, 구동부의 사이리스터로 전달되어 사이리스터가 턴-온되는 단계와; 상기 사이리스터의 턴-온에도 불구하고, 트립코일이 차단부의 스위치 온 상태가 유지되어 부하에 전기가 계속 공급되는 단계와; 누전검출부에서 구동부쪽으로 가누전 신호가 전달될 때, 가누전 검출신호가 제1포토커플러의 발광소자를 지나는 동시에 발광소자로부터 수광소자로 광신호가 전송되는 단계와; 제1포토커플러의 수광소자에서 수신된 광신호가 제어부의 진단신호 입력단자에 입력되는 동시에 입력된 입력신호가 변환하는 것을 제어부에서 누전 진단 결과로서 인식하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 누전차단기 제어 방법을 제공한다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 구현예는: 원격 통신을 통하여 전기 공급을 강제적으로 차단시키기 위한 요청신호를 제어부의 통신단자에 입력하는 단계와; 제어부에서 강제 차단의 목적으로 강제 누전을 발생시키기 위한 강제 누전 트리거 신호를 가누전발생회로의 제2가누전 발생회로로 출력하는 단계와; 제2DC 전원으로부터의 전류가 영상변류기의 가누전발생코일로 인가되면서 제2가누전 발생회로로 흐르는 단계와; 영상변류기의 가누전발생코일에서 자기장이 형성되고, 이때의 자기장은 실제 누전과 같은 신호로서 누전검출부에 입력되는 단계와; 상기 누전검출부로 입력된 가누전 신호가 트리거 신호로서, 구동부의 사이리스터로 전달되어 사이리스터가 턴-온되는 단계와; 사이리스터가 턴-온되는 동시에 트립코일에 전자기 유도 현상이 발생하여 트립코일이 차단부의 스위치를 오프시킴으로써, 전원공급라인의 전원공급이 차단되는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 누전차단기 제어 방법을 제공한다.

상기한 과제 해결 수단을 통하여, 본 발명은 다음과 같은 효과를 제공한다.

본 발명에 따르면, 낙뢰에 의한 대지전압 급작스런 상승으로 반도체 칩 또는 회로소자 등을 포함하는 누전검출 전자회로가 오동작 및 불량 상태임을 확인하고자, 별도의 테스트 버튼을 누르지 않고도 주기적으로 누전차단기의 작동 상태를 자가 점검할 수 있고, 자가 점검시에도 전기가 차단되지 않게 되므로 사용중인 전기전자 제품이 꺼지는 등의 불편을 해소할 수 있다.

특히, 누전차단 기능을 수행하는 누전검출 전자회로와 이를 제어하는 제어부를 포토커플러를 매개로 절연 및 광신호 전달 가능하게 연결하고, 제어부에 가누전 발생시점 기준을 위한 구형파를 제공하는 가누전 발생시점 제공부도 전원공급라인과 포토커플러를 매개로 절연 및 광신호 전달 가능하게 연결함으로써, 제어부가 낙뢰 등에 의하여 소손되는 현상을 방지할 수 있다.

또한, 가누전 발생시점 제공부에서 제공된 구형파에 의하여 제어부에서 정확한 가누전 발생주기를 출력할 수 있도록 함으로써, 항상 일정한 크기의 가누전 신호를 누전검출부에 검출할 수 있고, 그에 따라 가누전에 의한 누전차단기의 누전 차단 기능에 대한 자가 점검이 안정적으로 이루어질 수 있다.

또한, 홍수 등과 같은 자연재해가 발생될 경우, 원거리 통신을 통하여 누전차단기의 차단부 스위치를 오프시켜 전기 공급을 강제적으로 차단하여, 감전 사고등의 전기 안전사고를 예방할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 누전차단기를 나타내는 회로도,
도 2는 종래의 누전차단기를 나타내는 회로도.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 상세하게 설명하기로 한다.

첨부한 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 누전차단기는 전원(12)과 부하(14)를 도전 가능하게 연결하는 주전원라인인 전원공급라인(H, N)과, 전원공급라인(H, N) 사이의 전류차를 감지하는 영상변류기(ZCT, 10)와, 전원공급라인(H, N)에 설치되어 전원(12)과 부하(14)간의 전원공급 및 차단 기능을 하는 차단부(40)와, 차단부(40)의 전원차단 동작을 제어하는 구동부(30)와, 영상변류기(10)의 양단 전압차를 감지하여 누설전류 발생 여부를 판단하고 판단 결과로서 누전 검출신호를 발생시키는 누전검출부(20)를 기본적으로 포함하여 구성된다.

이때, 상기 영상변류기(10)에는 가누전을 위한 가누전발생코일(16)이 더 감기게 되고, 누전검출기(20)는 실제 누전 검출신호 뿐만아니라 가누전발생코일(16)에서 발생되는 자기를 감지하여 가누전 검출신호를 생성하는 역할을 한다.

본 발명은 누전차단기의 제반 동작을 제어 및 확인하는 제어부(50)가 누전검출부(20) 및 구동부(30)와 절연 가능하게 연결되는 동시에 누전검출부(20)의 누전 검출신호 출력시에만 광신호 교환 가능하게 연결되는 점, 뿐만 아니라 제어부(50)에 가누전 발생시점 기준을 위한 구형파를 제공하는 가누전 발생시점 제공부(80)를 별도로 배치하여 전원공급라인(H, N)과 절연 및 광신호 교환 가능하게 연결시킨 점에 주된 특징이 있다.

상기 제어부(50)는 전원공급라인의 전원 차단되지 않을 정도의 가누전 트리거신호를 출력하는 제1가누전 출력단자(A)와, 전원공급라인의 전원 차단이 될 정도의 강제 누전 트리거 신호를 출력하는 제2가누전 출력단자(B)와, 제어부(50)의 동작을 위한 전원을 공급받는 전원입력단자(C)와, 제1포토커플러(PH1)의 광수신부로부터의 진단신호를 수신하는 진단신호 입력단자(D)와, 가누전 발생시점 제공부(80)로부터 구형파를 수신하는 가누전 발생시점 입력단자(H)를 포함한다.

그 밖에, 상기 제어부(50)는 가누전 자동 진단을 위한 주기 설정값이 압력되는 진단주기 입력단자(E)와, 여러개의 누전차단기를 원할하게 관리하기 위한 ID 번호 설정값이 입력되는 ID 번호 입력단자(F)와, 원거리 및 근거리 통신에 의한 제어신호를 송수신하는 통신단자(G)를 더 포함한다.

본 발명의 바람직한 구현예로서, 상기 제어부(50)는 일종의 절연체이면서 광신호를 교환하는 제1포토커플러(PH1)에 의하여 누전검출부(20) 및 구동부(30)와 절연 가능하게, 그리고 광신호 수신 가능하게 연결된다.

좀 더 상세하게는, 상기 제1포토커플러(PH1)의 발광소자가 누전검출부(20)에서 구동부(30)의 사이리스터(SCR1)쪽으로 연결되는 배선라인에 도전 가능하게 연결되고, 제1포토커플러(PH1)의 수광소자가 제어부(50)의 진단신호 입력단자(D)로 연장되는 배선라인에 연결된다.

이에, 상기 제1포토커플러(PH1)의 발광소자와 수광소자는 광신호 교환만 할 뿐 서로 절연된 상태이므로, 수광소자쪽의 제어부(50)도 발광소자쪽의 누전검출부(20) 및 구동부(30)와 절연된 상태가 되고, 반면 누전검출부(20)에서 구동부(30)로 전류신호가 흐를 때 발광소자에 전류가 인가되면 발광소자가 발광을 하여 이때의 광신호가 수광소자쪽으로 전달되며, 광신호만이 전달될 뿐 상호 절연 상태는 유지된다.

본 발명의 더욱 바람직한 구현예로서, 상기 가누전 발생시점 제공부(80)도 일종의 절연체이면서 광신호를 교환하는 제2포토커플러(PH2)에 의하여 전원공급라인(H, N)과 절연 및 광신호 교환 가능하게 연결된다.

즉, 상기 가누전 발생시점 제공부(80)는 가누전 발생시점 기준을 위한 구형파를 생성하여 제어부(50)에 제공하는 역할을 하는 것으로서, 제2포토커플러(PH2)의 발광소자가 전원공급라인(H, N)과 도전 가능하게 연결되고, 제2포토커플러(PH2)의 수광소자가 제어부(50)의 가누전 발생시점 입력단자(H)로부터 연장된 배선라인에 연결되며, 제2포토커플러(PH2)의 발광소자 양단에는 전원공급라인(H, N)과 각각 연결되는 제1저항(R1) 및 제2저항(R2)이 연결된다.

이에, 상기 전원공급라인(H, N) 사이에 연결된 제2포토커플러(PH1)의 발광소자가 발광하면, 이때의 광신호가 제2포토커플러(PH2)의 수광소자로 전달되고, 물론 광신호만이 전달될 뿐 상호 절연 상태는 유지된다.

연이어, 상기 제2포토커플러(PH2)의 수광소자로 전달된 광신호를 기반으로 구형파가 생성되는 바, 이 구형파는 제어부(50)의 가누전 발생시점 입력단자(H)로 입력된다.

한편, 상기 제어부(50)의 제1가누전 출력단자(A) 및 제2가누전 출력단자(B)에는 가누전 발생회로(60)가 연결되는데, 본 발명의 가누전 발생회로(60)는 트랜지스터로 구축되는 것으로서 제1가누전 출력단자(A)와 연결되는 제1가누전 발생회로(TR1)와 제2가누전 출력단자(B)와 연결되는 제2가누전 발생회로(TR2)를 포함한다.

또한, 상기 제어부(50)에서 가누전 발생시점 제공부(80)로부터 제공된 구형파 신호를 기준으로 일정한 크기의 가누전 트리거신호를 출력하여, 가누전 발생회로(60)에서 가누전이 발생될 수 있도록 절연 방식의 AC/DC전원장치(90)가 전원(12)과 별도로 연결되어 구성되고, 특히 AC/DC전원장치(90)로부터 제1DC 전원(DC1) 및 제2DC 전원(DC2)이 분기된다.

또한, 상기 제1DC 전원(DC1)은 제어부(50)의 전원입력단자(D)에 연결되고, 상기 제2DC 전원(DC2)은 영상변류기(10)에 더 감겨진 가누전발생코일(16)의 일단과 도전 가능하게 연결되며, 가누전발생코일(16)의 타단은 제1가누전 발생회로(TR1) 및 제2가누전 출력단자(B)의 드레인단에 연결된다.

따라서, 상기 제어부(50)에서 제1가누전 발생회로(TR1) 또는 제2가누전 발생회로(TR2)에 가누전 트리거 신호를 인가하면, 제2DC 전원(DC2)으로부터의 전류가 영상변류기(10)의 가누전발생코일(16)로 인가되는 동시에 가누전발생코일(16)에서 자기장을 형성하게 되고, 이때의 자기장은 항상 일정한 크기의 가누전 신호로서 누전검출부(20)에 안정적으로 입력된다.

한편, 상기 제어부(50)에는 실제 누전 또는 가누전에 의한 자가점검시, 누전검출부(20) 또는 구동부(30)의 정상 동작 여부를 표시할 수 있도록 한 LED 등을 포함하는 통상의 표시장치(70)가 포함된다.

여기서, 상기한 구성으로 이루어진 본 발명의 누전차단기에 대한 동작 및 제어 방법을 설명하면 다음과 같다.

실제 누전 발생시

전원공급라인(H,L)의 전원라인(H)을 통해 흐르는 전류가 부하(14)를 거쳐 중성라인(N)으로 흐를 때, 부하(14)쪽에 누전이 발생되면, 중성라인(N)을 통해 흐르는 전류량이 감소하여 전원라인(H)과 중성라인(N)을 따라 흐르는 전류량이 달라지게 되며, 이때의 달라진 전류량(차)를 영상변류기(10)에서 감지한다.

이어서, 상기 누전검출부(20)는 영상변류기(10) 양단 사이의 전압차를 감지하여 누전여부를 검출하고, 그 누전검출신호를 구동부(30)로 전달한다.

따라서, 상기 구동부(30)의 사이리스터(SCR1)가 검출신호에 응답하여 턴-온되면, 일종의 솔레노이드인 트립코일(31)에 전자기 유도 현상이 발생하여 트립코일(31)이 차단부(40)의 스위치를 오프시키는 작동을 하게 됨으로써, 전원공급라인(H, N)의 전원공급이 차단되는 상태가 되어, 누전으로 인한 사고를 방지할 수 있게 된다.

이때, 누전검출부(20)에서 실제 누전검출신호를 구동부(30)에 전달할 때, 누전검출신호가 제1포토커플러(PH1)의 발광소자를 통과하는 동시에 이때의 광신호가 수광소자로 전송된다.

이에 따라, 제1포토커플러(PH1)의 수광소자에서 수신된 광신호가 제어부(50)의 진단신호 입력단자(D)에 입력됨으로써, 제어부(50)는 실제 누전검출 동작이 제대로 이루어지고 있는지를 연산할 수 있고, 그 연산된 결과는 표시장치(70)를 통하여 표시되어진다.

가누전 발생에 의한 자가진단

낙뢰와 같은 주변 환경 또는 노후화에 의하여 누전차단기의 누전검출 전자회로(누전검출부(20) 및 구동부(30) 등)가 소손될 수 있으므로, 누전 차단 구성 및 기능이 양호 또는 불량인지를 다음과 같이 주기적으로 진단한다.

상기 제2포토커플러(PH2)로부터 구형파를 수신한 제어부(50)에서 구형파를 가누전 발생시점 기준으로 정하고 있는 상태인 바, 먼저 제어부(50)에서 가누전을 발생시키기 위한 짧은 주기의 구형파로 된 가누전 트리거 신호(구동부의 솔레노이드인 트립코일(31)이 차단부의 스위치를 오프시키지 않을 정도의 신호)를 제1가누전 출력단자(A)를 통하여 제1가누전 발생회로(TR1)로 인가한다.

이어서, 제1가누전 발생회로(TR1)에 가누전 트리거 신호가 인가됨에 따라, 제2DC 전원(DC2)으로부터의 전류가 영상변류기(10)의 가누전발생코일(16)을 거쳐 일종의 트랜지스터인 제1가누전 발생회로(TR1)로 흐르게 된다.

따라서, 제2DC 전원(DC2)으로부터의 전류가 영상변류기(10)의 가누전발생코일(16)로 인가되는 동시에 가누전발생코일(16)에서 자기장이 형성되고, 이때의 자기장은 항상 일정한 크기의 가누전 신호로서 누전검출부(20)에 안정적으로 입력된다.

이어서, 상기 누전검출부(20)로 입력된 가누전 신호가 트리거 신호로서, 구동부(30)의 사이리스터(SCR1)로 전달됨에 따라, 사이리스터(SCR1)가 턴-온된다.

이때, 상기 사이리스터(SCR1)를 턴-온시키는 가누전 트리거 신호는 구동부(30)의 솔레노이드인 트립코일(31)이 차단부(40)의 스위치를 오프시키지 않을 정도의 전류신호이므로, 차단부(40)의 스위치가 온 상태를 유지하여 전원공급라인(H, N)의 전원공급이 차단되지는 않게 되며, 이에 따라 누전차단기를 통해 공급되는 전기가 차단되면서 사용중인 전기전자 제품이 순간적으로 꺼지는 현상을 방지하여 전기전자 제품을 사용하는 사용자 편의성을 제공할 수 있다.

상기 누전검출부(20)에서 구동부(30)쪽으로 가누전 신호가 전달될 때, 가누전 검출신호가 제1포토커플러(PH1)의 발광소자를 통과하여 발광소자가 발광을 하는 동시에 이때의 광신호가 수광소자로 전송된다.

연이어, 제1포토커플러(PH1)의 수광소자에서 수신된 광신호가 제어부(50)의 진단신호 입력단자(D)에 입력되고, 이에 제어부(50)는 진단신호 입력단자(D)로 입력된 입력신호가 변환하는 것을 인식하여 누전검출의 기본회로인 누전검출부(20)와 구동부(30)의 각 회로소자(사이리스터(SCR1), 트립코일(31) 등)에 이상이 없음을 진단할 수 있고, 그 진단 결과는 표시장치(70)에 표시된다.

이와 같이, 낙뢰와 같은 주변 환경 또는 노후화에 의하여 누전차단기의 누전검출 전자회로(누전검출부(20) 및 구동부(30) 등)의 소손 여부를 확인하여 누전 차단 구성 및 기능이 양호 또는 불량인지를 주기적으로 진단할 수 있다.

특히, 제어부(50)가 누전검출부(20) 및 구동부(30)와 제1포토커플러(PH1)에 의하여 절연 가능하게 연결되고, 뿐만 아니라 가누전 발생시점 기준을 위한 구형파를 제공하는 가누전 발생시점 제공부(80)도 전원공급라인(H, N)과 절연 가능하게 연결된 상태이므로, 제어부를 낙뢰 등으로부터 용이하게 보호하여 고장을 방지할 수 있다.

한편, 상기 제어부(50)의 진단주기 입력단자(E)를 통하여 가누전 자가진단 주기를 입력할 수 있고, 일정 지역에 여러개의 누전차단기가 존재하는 경우 원할한 관리를 위하여 제어부(50)의 ID 번호 입력단자(F)를 통하여 ID 번호 설정값을 입력할 수 있다.

원거리 통신에 의한 누전차단기의 차단부 스위치 오프 동작

누전차단기가 설치된 위치에 홍수 등과 같은 재난이 발생되는 경우, 원거리 통신을 통하여 누전차단기의 차단부 스위치를 오프시켜 전기 공급을 강제적으로 차단시킬 수 있다.

먼저, 통신을 통하여 전기 공급을 강제적으로 차단시키기 위한 요청신호가 제어부(50)의 통신단자(G)로 입력되면, 제어부(50)에서는 실제 누전과 같은 효과를 발생시키기 위한 긴 주기의 구형파로 된 강제 누전 트리거 신호(구동부의 솔레노이드인 트립코일(31)이 차단부의 스위치를 오프시킬 정도의 신호)를 제2가누전 출력단자(B)를 통하여 제2가누전 발생회로(TR2)로 인가한다.

이어서, 제2가누전 발생회로(TR2)에 강제 누전 트리거 신호가 인가됨에 따라, 제2DC 전원(DC2)으로부터의 전류가 영상변류기(10)의 가누전발생코일(16)을 거쳐 일종의 트랜지스터인 제2가누전 발생회로(TR2)로 흐르게 된다.

따라서, 제2DC 전원(DC2)으로부터의 전류가 영상변류기(10)의 가누전발생코일(16)로 인가되는 동시에 가누전발생코일(16)에서 자기장이 형성되고, 이때의 자기장은 실제 누전과 같은 신호로서 누전검출부(20)에 입력된다.

그에 따라, 상기 누전검출부(20)로 입력된 강제 누전 신호가 트리거 신호로서, 구동부(30)의 사이리스터(SCR1)로 전달됨에 따라, 사이리스터(SCR1)가 턴-온되는 동시에 일종의 솔레노이드인 트립코일(31)에 전자기 유도 현상이 발생하여 트립코일(31)이 차단부(40)의 스위치를 오프시키는 작동을 하게 됨으로써, 전원공급라인(H, N)의 전원공급이 차단되는 상태가 되고, 이에 따라 홍수 및 범람에 의한 재난시 감전 사고를 예방할 수 있다.

10 : 영상변류기 12 : 전원
14 : 부하 16 : 가누전발생코일
20 : 누전검출부 30 : 구동부
31 : 트립코일 33 : 다이오드 브리지
40 : 차단부 50 : 제어부
60 : 가누전 발생회로 70 : 표시장치
80 : 가누전 발생시점 제공부 90 : AC/DC전원장치
A : 제1가누전 출력단자 B : 제2가누전 출력단자
C : 전원입력단자 D : 진단신호 입력단자
E : 진단주기 입력단자 F : ID 번호 입력단자
G : 통신단자 H : 가누전 발생시점 입력단자
PH1 : 제1포토커플러 SCR1 : 사이리스터
PH2 : 제2포토커플러 H,N : 전원공급라인
R1 : 제1저항 R2 : 제2저항
TR1 : 제1가누전 발생회로 TR2 : 제2가누전 발생회로
DC1 : 제1DC 전원 DC2 : 제2DC 전원

Claims

전원공급라인(H, N)과, 전원공급라인(H, N) 사이의 전류차를 감지하는 영상변류기(10)와, 전원공급라인(H, N)에 설치되어 전원공급 및 차단 기능을 하는 차단부(40)와, 차단부(40)의 전원차단 동작을 제어하는 구동부(30)와, 영상변류기(10)로부터의 누설전류 발생 여부를 판단하여 누전 검출신호를 발생시키는 누전검출부(20)를 포함하는 누전차단기에 있어서,
누전차단기의 제반 동작을 제어하는 제어부(50)를 상기 누전검출부(20) 및 구동부(30)와 절연 및 광신호 교환 가능하게 연결하고, 상기 제어부(50)에 가누전 발생시점 기준을 위한 구형파를 제공하는 가누전 발생시점 제공부(80)를 별도로 배치하여 전원공급라인(H, N)과 절연 및 광신호 교환 가능하게 연결하며, 상기 제어부(50)의 가누전신호 출력단(A,B)과 영상변류기(10) 사이에 누전검출부(20)에서 검출 가능한 가누전 신호를 발생시키는 가누전 발생회로(60)를 연결하여서 된 것을 특징으로 하는 누전차단기.
청구항 1에 있어서,
상기 제어부(50)는 제1포토커플러(PH1)에 의하여 누전검출부(20) 및 구동부(30)와 절연 및 광신호 수신 가능하게 연결되는 것을 특징으로 하는 누전차단기.
청구항 2에 있어서,
상기 제1포토커플러(PH1)의 발광소자가 누전검출부(20)와 구동부(30)의 사이리스터(SCR1) 사이에 연결되고, 제1포토커플러(PH1)의 수광소자가 제어부(50)의 진단신호 입력단자(D)쪽에 연결되는 것을 특징으로 하는 누전차단기.
청구항 1에 있어서,
상기 가누전 발생시점 제공부(80)는 제2포토커플러(PH2)에 의하여 전원공급라인(H, N)과 절연 및 광신호 수신 가능하게 연결되는 것을 특징으로 하는 누전차단기.
청구항 4에 있어서,
상기 제2포토커플러(PH2)의 발광소자가 전원공급라인(H, N)과 도전 가능하게 연결되고, 제2포토커플러(PH2)의 수광소자가 제어부(50)의 가누전 발생시점 입력단자(H)쪽과 연결되며, 제2포토커플러(PH2)의 발광소자 양단에는 전원공급라인(H, N)과 각각 연결되는 제1저항(R1) 및 제2저항(R2)이 연결된 것을 특징으로 하는 누전차단기.
청구항 1에 있어서,
상기 제어부(50)는:
가누전 트리거신호를 출력하는 제1가누전 출력단자(A)와;
강제 누전 트리거신호를 출력하는 제2가누전 출력단자(B)와;
전원을 공급받는 전원입력단자(C)와;
제1포토커플러(PH1)의 광수신부로부터의 진단신호를 수신하는 진단신호 입력단자(D)와;
가누전 자동 진단을 위한 주기 설정값이 압력되는 진단주기 입력단자(E)와;
ID 번호 설정값이 입력되는 ID 번호 입력단자(F)와;
원거리 및 근거리 통신에 의한 제어신호를 송수신하는 통신단자(G);
가누전 발생시점 제공부(80)로부터 구형파를 수신하는 가누전 발생시점 입력단자(H);
를 포함하는 것을 특징으로 하는 누전차단기.
청구항 6에 있어서,
상기 제어부(50)의 전원입력단자(C)에는 전원과 별도로 연결된 절연 방식의 AC/DC전원장치(90)으로부터 분기된 제1DC 전원(DC1)이 연결되는 것을 특징으로 하는 누전차단기.
청구항 1에 있어서,
상기 영상변류기(10)에는 가누전을 위한 가누전발생코일(16)이 감겨진 것을 특징으로 하는 누전차단기.
청구항 1에 있어서,
상기 가누전 발생회로(60)는:
제어부(50)의 제1가누전 출력단자(A)와 연결되어 영상변류기(10)의 가누전발생코일(16)에 가누전전류를 인가하는 제1가누전 발생회로(TR1)와;
제어부(50)의 제2가누전 출력단자(B)와 연결되어 영상변류기(10)의 가누전발생코일(16)에 강제누전 전류를 인가하는 제2가누전 발생회로(TR2);
로 구성된 것을 특징으로 하는 누전차단기.
청구항 8 또는 청구항 9에 있어서,
상기 영상변류기(10)의 가누전발생코일(16)의 일단에 전원과 별도로 연결된 절연 방식의 AC/DC전원장치(90)으로부터 분기된 제2DC 전원(DC2)이 연결되고, 가누전발생코일(16)의 타단은 제1가누전 발생회로(TR1) 및 제2가누전 출력단자(B)에 연결되는 것을 특징으로 하는 누전차단기.
제어부(50)에서 가누전을 발생시키기 위한 가누전 트리거 신호를 가누전발생회로(60)의 제1가누전 발생회로(TR1)로 출력하는 단계와;
제2DC 전원(DC2)으로부터의 전류가 영상변류기(10)의 가누전발생코일(16)로 인가되면서 제1가누전 발생회로(TR1)로 흐르는 단계와;
영상변류기(10)의 가누전발생코일(16)에서 자기장이 형성되는 동시에 이때의 자기장이 일정한 크기의 가누전 신호로서 누전검출부(20)에 입력되는 단계와;
상기 누전검출부(20)로 입력된 가누전 신호가 트리거 신호로서, 구동부(30)의 사이리스터(SCR1)로 전달되어 사이리스터(SCR1)가 턴-온되는 단계와;
상기 사이리스터(SCR1)의 턴-온에도 불구하고, 트립코일(31)이 차단부(40)의 스위치 온 상태가 유지되어 부하에 전기가 계속 공급되는 단계와;
누전검출부(20)에서 구동부(30)쪽으로 가누전 신호가 전달될 때, 가누전 검출신호가 제1포토커플러(PH1)의 발광소자를 지나는 동시에 발광소자로부터 수광소자로 광신호가 전송되는 단계와;
제1포토커플러(PH1)의 수광소자에서 수신된 광신호가 제어부(50)의 진단신호 입력단자(D)에 입력되는 동시에 입력된 입력신호가 변환하는 것을 제어부(50)에서 누전 진단 결과로서 인식하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 누전차단기 제어 방법.
청구항 11에 있어서,
가누전 발생시점 제공부(80)에서 가누전 발생시점 기준을 위한 구형파를 생성하여 제어부(50)에 제공하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 누전차단기 제어 방법.
청구항 11에 있어서,
상기 제어부(50)에서 출력되는 가누전 트리거 신호는 구동부의 솔레노이드인 트립코일(31)이 차단부(40)의 스위치를 오프시키지 않을 정도의 짧은 주기의 구형파로 출력되는 것을 특징으로 하는 누전차단기 제어 방법.
청구항 11에 있어서,
상기 제어부에서 인식된 누전 진단 결과를 표시장치(70)에 표시하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 누전차단기 제어 방법.
청구항 11에 있어서,
상기 제어부(50)의 진단주기 입력단자(E)를 통하여 가누전 자가진단 주기를 입력하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 누전차단기 제어 방법.
청구항 11에 있어서,
일정 지역에 여러개의 누전차단기가 존재하는 경우 원할한 관리를 위하여 제어부(50)의 ID 번호 입력단자(F)를 통하여 ID 번호 설정값을 입력하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 누전차단기 제어 방법.
원격 통신을 통하여 전기 공급을 강제적으로 차단시키기 위한 요청신호를 제어부(50)의 통신단자(G)에 입력하는 단계와;
제어부(50)에서 강제 누전을 발생시키기 위한 강제 누전 트리거 신호를 가누전발생회로(60)의 제2가누전 발생회로(TR2)로 출력하는 단계와;
제2DC 전원(DC2)으로부터의 전류가 영상변류기(10)의 가누전발생코일(16)로 인가되면서 제2가누전 발생회로(TR2)로 흐르는 단계와;
영상변류기(10)의 가누전발생코일(16)에서 자기장이 형성되고, 이때의 자기장은 실제 누전과 같은 신호로서 누전검출부(20)에 입력되는 단계와;
상기 누전검출부(20)로 입력된 가누전 신호가 트리거 신호로서, 구동부(30)의 사이리스터(SCR1)로 전달되어 사이리스터(SCR1)가 턴-온되는 단계와;
사이리스터(SCR1)가 턴-온되는 동시에 트립코일(31)에 전자기 유도 현상이 발생하여 트립코일(31)이 차단부(40)의 스위치를 오프시킴으로써, 전원공급라인(H, N)의 전원공급이 차단되는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 누전차단기 제어 방법.
청구항 17에 있어서,
상기 제어부(50)에서는 출력되는 강제 누전 트리거 신호는 구동부의 솔레노이드인 트립코일(31)이 차단부(40)의 스위치를 오프시킬 정도의 긴 주기의 구형파로 출력되는 것을 특징으로 하는 누전차단기 제어 방법.