KR20160015425A - 저압용 tn-c-s 접지계통에서의 pen 도체 결상 차단 장치 - Google Patents

저압용 tn-c-s 접지계통에서의 pen 도체 결상 차단 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 저압용 TN-C-S 접지계통에서의 PEN 도체 결상 차단 장치에 관한 것으로서, 프레임 접지(FG)를 통해 폐루프를 형성하고 있는 폐루프 형성부; 상기 폐루프 형성부를 통해 폐루프가 형성된 경우, 이에 따른 신호를 검출하는 신호 검출부; 전원 투입과 동시에 상기 신호 검출부를 통해 수신되는 신호를 감지하여 중성선과 상선 간의 오접속을 판단하며, 전원 감시 중, 상기 신호 검출부로부터 수신되는 신호를 감지하여 중성선 결상을 판단하고, 감시 전원을 기 설정된 전압 및 지속시간을 기준으로 비교하여 과전압 및 저전압을 판단하는 제어 판단부; 상기 제어 판단부를 통해 판단된 중성선 결상, 과전압 및 저전압 발생에 따라 트립을 수행하는 트립부; 상기 제어 판단부를 통해 판단된 중성선 결상, 과전압 및 저전압 발생에 따라 경보를 엘이디 및 경고음을 통해 시청각적으로 표시하는 표시부; 및 상시전원이 투입될 경우 배터리를 통해 충전을 수행하며, 중성선 결상이 발생할 경우 충전된 직류전원을 이용하여 상기 트립부 및 표시부에 전원을 공급하는 전원부; 를 포함한다.

Description

저압용 TN-C-S 접지계통에서의 PEN 도체 결상 차단 장치{Low-voltage open phase circuit breaker for PEN conductor in TN-C-S grounding system}
본 발명은 결상 차단 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 저압용 TN-C-S 접지계통에서 부하측 단상선로와 연결된 PEN 도체(중성선 또는 N상)의 단선 시 프레임 접지(FG)를 이용하여 중성선 결상, 과전압 및 저전압을 검출하고, 전원부의 충전 배터리를 이용하여 부하측 단상 전원을 트립시킴으로써, 인체 감전 예방 및 부하측 단상 선로와 부하를 보호할 수 있는 중성선 결상 및 과전압/저전압 검출 보호회로가 내장된 결상 차단 장치에 관한 것이다.
배선용 차단기의 트립장치와 관련해서는, 한국등록특허 제10-0331889호(이하, '선행문헌') 외에 다수 등록 및 공개되어 있다.
상기한 선행문헌은, 정류부, 평활부 및 평활부와 병렬 연결된 트립코일을 구비한 배선용 차단기의 전압 트립장치에 있어서, 평활부의 출력전압을 기준전압과 비교하는 비교기; 에노드가 상기 평활부 일단에 연결되고 케소드가 접지되며 게이트가 상기 비교기의 출력단에 연결되어 비교기의 출력에 따라 상기 평활부의 출력전압을 접지시키는 SCR; 상기 정류부의 출력전압중 상기 비교기의 최대 동작전압 이내의 출력전압만이 비교기에 인가되도록 하는 정전압부를 포함하여 구성된다.
일반적으로 전기화재나 감전 사고의 예방을 위해 배선용 차단기(Molded Case Circuit Breaker: MCCB)와 누전 차단기(Earth Leakage Breaker: ELB)를 전원회로에 설치한다.
배선용 차단기는 과전류나 단락전류에 의한 전기재해를 예방하기 위하여, 그리고 누전 차단기는 전류가 정해진 경로 이외로 누설됨에 의해 발생될 수 있는 전기화재나 감전을 예방하기 위해, 이를 회로적으로 감지하여 전원을 차단함으로써 사용자를 보호하기 위한 목적에 사용된다.
그러나, 기존의 TT 접지계통에서 분전반에 사용되는 배선용 차단기 또는 누전 차단기는 누설 전류에 의한 인체의 감전사고, 누전으로 인한 화재, 과전류 및 단락에 의한 안전사고 등을 예방 및 보호할 수 있으나, 향후 우리나라에 도입하고자 하는 저압용 TN-C-S 접지계통에서는, PEN 도체 결상이 되면 차단기의 제어전원의 공급이 중단되어 보호기능을 상실한 상태에서 차단기에 접속된 부하기기 등을 통한 인체 감전이나 부하측 단상선로 보호에 대해서는 아무런 기능이 없다.
한국등록특허 제10-0331889호.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 저압용 TN-C-S 접지계통에서 부하측 단상선로와 연결된 PEN 도체(중성선 또는 N상)의 단선 시 프레임 접지(FG)를 이용하여 중성선 결상, 과전압 및 저전압을 검출하고, 전원부의 충전 배터리를 이용하여 부하측 단상 전원을 트립시킴으로써, 인체 감전 예방 및 부하측 단상 선로와 부하를 보호할 수 있는 중성선 결상 및 과전압/저전압 검출 보호회로가 내장된 결상 차단 장치를 제공함에 목적이 있다.
이러한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명은 결상 차단 장치에 관한 것으로서, 프레임 접지(FG)를 통해 폐루프를 형성하고 있는 폐루프 형성부; 상기 폐루프 형성부를 통해 폐루프가 형성된 경우, 이에 따른 신호를 검출하는 신호 검출부; 전원 투입과 동시에 상기 신호 검출부를 통해 수신되는 신호를 감지하여 중성선과 상선 간의 오접속을 판단하며, 전원 감시 중, 상기 신호 검출부로부터 수신되는 신호를 감지하여 중성선 결상을 판단하고, 감시 전원을 기 설정된 전압 및 지속시간을 기준으로 비교하여 과전압 및 저전압을 판단하는 제어 판단부; 상기 제어 판단부를 통해 판단된 중성선 결상, 과전압 및 저전압 발생에 따라 트립을 수행하는 트립부; 상기 제어 판단부를 통해 판단된 중성선 결상, 과전압 및 저전압 발생에 따라 경보를 엘이디 및 경고음을 통해 시청각적으로 표시하는 표시부; 및 상시전원이 투입될 경우 배터리를 통해 충전을 수행하며, 중성선 결상이 발생할 경우 충전된 직류전원을 이용하여 상기 트립부 및 표시부에 전원을 공급하는 전원부; 를 포함한다.
또한 상기 제어 판단부는, 전원 투입과 동시에 상기 신호 검출부를 통해 검출신호를 입력받아, 입력된 검출신호가 60Hz 파형인지 여부를 판단하는 오접속 판단모듈; 상기 오접속 판단모듈을 통해 오접속이 아닌 것으로 판단된 경우 소정시간 이후부터 교류전원 투입 시점을 감지하고, 전원 감시를 수행하는 전원 감시모듈; 상기 전원 감시모듈의 전원 감시 중, 상기 신호 검출부를 통해 검출신호를 입력받아, 입력된 검출신호가 60Hz 파형인지 여부를 판단하는 중성선 결상 판단모듈; 및 상기 전원 감시모듈의 전원 감시 중, 전압감시 단자를 통해 입력된 전압이 기 설정값을 초과한 상태에서 소정시간 이상 지속되는지 여부 및 기 설정값 미만인 상태에서 소정시간 이상 지속되는지 여부를 판단하는 전압 판단모듈; 을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 오접속 판단모듈은, 판단결과, 60Hz 파형일 경우, 중성선(N)과 R상이 변경된 오접속으로 판단하여 상기 표시부를 통해 오접속 경보를 시청각적으로 표시하도록 제어하며, 60Hz 파형이 아닐 경우, 오접속이 아닌 것으로 판단하여 상기 표시부를 통해 초기화 성공 알림을 표시하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 중성선 결상 판단모듈은, 판단결과, 60Hz 파형일 경우, 중성선 결상으로 판단하고 트립신호를 생성하여 상기 트립부로 전송하고, 상기 표시부를 통해 중성선 결상 경보를 시청각적으로 표시하도록 제어하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 전압 판단모듈은, 판단결과, 기 설정값을 초과하여 소정시간 이상 지속될 경우, 과전압으로 판단하고 트립신호를 생성하여 상기 트립부로 전송하고, 상기 표시부를 통해 과전압 경보를 시청각적으로 표시하도록 제어하는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 전압 판단모듈은, 판단결과, 기 설정값 미만인 상태에서 소정시간 이상 지속될 경우, 저전압으로 판단하고 트립신호를 생성하여 상기 트립부로 전송하고, 상기 표시부를 통해 저전압 경보를 시청각적으로 표시하도록 제어하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, TN-C-S 접지계통에서 PEN 도체 단선시 부하측 단상전원을 차단시킴으로써 인체 감전 및 부하측 단상선로와 부하를 보호하여 전기재해 예방의 안전성을 확보할 수 있다. 구체적으로는, 폐루프를 형성에 따른 신호를 검출함으로써 중성선 결상을 판단할 수 있으며, 중성선(N)과 R상 간의 오접속, 전압 감시를 통해 과전압 및 저전압을 판단할 수 있는 효과가 있다.
도 1 은 본 발명에 따른 저압용 TN-C-S 접지계통에서의 PEN 도체 결상 차단 장치에 관한 회로도.
도 2 는 본 발명에 따른 저압용 TN-C-S 접지계통에서의 PEN 도체 결상 차단 장치에 관한 전체 구성도.
본 발명의 구체적 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다. 이에 앞서 본 발명에 관련된 공지 기능 및 그 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는, 그 구체적인 설명을 생략하였음에 유의해야 할 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명한다.
본 발명에 따른 저압용 TN-C-S 접지계통에서의 PEN 도체 결상 차단 장치에 관하여 도 1 내지 도 2 를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 1 은 본 발명에 따른 저압용 TN-C-S 접지계통에서의 PEN 도체 결상 차단 장치에 관한 회로도이며, 도 2 는 본 발명에 따른 저압용 TN-C-S 접지계통에서의 PEN 도체 결상 차단 장치에 관한 전체 구성도이다.
도 1 및 도 2 에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 결상 차단 장치는 저압용 TN-C-S 접지계통에서 부하측 단상선로와 연결된 중성선의 단선 시 프레임 접지(FG)를 이용하여 중성선 결상, 과전압 및 저전압을 검출하고, 전원부의 충전 배터리를 이용하여 부하측 단상 전원을 트립시키는 구조로서, 도시된 바와 같이 폐루프 형성부(100), 신호 검출부(200), 제어 판단부(300), 트립부(400), 표시부(500) 및 전원부(600)를 포함하여 이루어진다.
폐루프 형성부(100)는 프레임 접지(FG)를 통해 폐루프를 형성하고 있다.
신호 검출부(200)는 폐루프 형성부(100)를 통해 폐루프가 형성된 경우, 이에 따른 신호를 검출한다.
이때, 신호 검출부(200)는 트리거 펄스를 검출신호로서 생성하는 포토 커플러가 구성될 수 있다.
제어 판단부(300)는 전원 투입과 동시에 신호 검출부(200)를 통해 수신되는 신호를 감지하여 중성선(N)과 상선(R상)간의 오접속을 판단하며, 전원 감시 중, 신호 검출부(200)로부터 수신되는 신호를 감지하여 중성선 결상을 판단하고, 감시 전원을 기 설정된 전압 및 지속시간을 기준으로 비교하여 과전압 및 저전압을 판단하는 바, 도 2 에 도시된 바와 같이 오접속 판단모듈(310), 전원 감시모듈(320), 중성선 결상 판단모듈(330) 및 전압 판단모듈(340)을 포함한다.
구체적으로, 오접속 판단모듈(310)은 전원 투입과 동시에 신호 검출부(200)를 통해 검출신호를 입력받아, 입력된 검출신호가 60Hz 파형인지 여부를 판단한다.
판단결과, 60Hz 파형일 경우, 오접속 판단모듈(310)은 중성선(N)과 R상이 변경된 오접속으로 판단하여 표시부(500)를 통해 오접속 경보를 시청각적으로 표시하도록 제어하며, 60Hz 파형이 아닐 경우, 오접속이 아닌 것으로 판단하여 표시부(500)를 통해 초기화 성공 알림을 표시한다.
이때, 오접속 판단모듈(310)은 초기화 성공 알림을 다수개 엘이디(LED)의 순차 점멸 및 알림음 출력이 되도록 제어할 수 있다.
전원 감시모듈(320)은 오접속 판단모듈(310)을 통해 오접속이 아닌 것으로 판단된 경우 소정시간 이후부터 교류전원 투입 시점을 감지하고, 전원 감시를 수행한다.
이때, 전원 감시모듈(320)은 오접속 판단모듈(310)의 초기화 성공 알림 후 1초 내지 7초 바람직하게, 5초 이후부터 교류전원 투입 시점 감지 및 전원 감시를 수행할 수 있다.
한편, 전원 감시모듈(320)은 감시 전원이 154V를 초과하기 전까지 전원이 투입이 되지 않은 것으로 판단한다. 이는, 전원부(600)의 배터리에 충전된 전원이 이미 투입되어 있기 때문으로서, 교류전원이 투입된 것으로 판단한 시점 이후로 중성선 결상, 과전압 및 저전압 판단을 위한 전원 감시를 수행한다.
중성선 결상 판단모듈(330)은 전원 감시모듈(320)의 전원 감시 중, 신호 검출부(200)를 통해 검출신호를 입력받아, 입력된 검출신호가 60Hz 파형인지 여부를 판단한다.
판단결과, 60Hz 파형일 경우, 중성선 결상 판단모듈(330)은 중성선 결상으로 판단하고 트립신호를 생성하여 트립부(400)로 전송하고, 표시부(500)를 통해 중성선 결상 경보를 시청각적으로 표시하도록 제어한다.
전압 판단모듈(340)은 전원 감시모듈(320)의 전원 감시 중, 과전압을 판단하기 위하여, 전압감시 단자를 통해 입력된 전압이 기 설정값을 초과한 상태에서 소정시간 이상 지속되는지 여부를 판단한다.
판단결과, 기 설정값을 초과하여 소정시간 이상 지속될 경우, 전압 판단모듈(340)은 과전압으로 판단하고 트립신호를 생성하여 트립부(400)로 전송하고, 표시부(500)를 통해 과전압 경보를 시청각적으로 표시하도록 제어한다.
또한, 전압 판단모듈(340)은 전원 감시모듈(320)의 전원 감시 중, 저전압을 판단하기 위하여, 전압감시 단자를 통해 입력된 전압이 기 설정값 미만인 상태에서 소정시간 이상 지속되는지 여부를 판단한다.
판단결과, 기 설정값 미만인 상태에서 소정시간 이상 지속될 경우, 전압 판단모듈(340)은 저전압으로 판단하고 트립신호를 생성하여 트립부(400)로 전송하고, 표시부(500)를 통해 저전압 경보를 시청각적으로 표시하도록 제어한다.
본 실시예에서, 과전압 판단을 위한 전압 및 지속시간을 244V 및 0.4초로 설정하였으며, 저전압 판단을 위한 전압 및 지속시간을 170V 및 0.4초로 설정하였으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
이때, 전압 판단모듈(340)은 과전압 및 저전압 판단시 0.1초 내지 2초 바람직하게 1초 주기이며, 1회 내지 7회 바람직하게 5회 다수개 엘이디(LED) 점멸 및 경고음 출력이 되도록 제어할 수 있다.
트립부(400)는 제어 판단부(300)를 통해 판단된 중성선 결상, 과전압 및 저전압 발생에 따라 트립을 수행한다.
표시부(500)는 제어 판단부(300)를 통해 판단된 중성선 결상, 과전압 및 저전압 발생에 따라 경보를 엘이디 및 경고음을 통해 시청각적으로 표시한다.
전원부(600)는 상시전원이 투입될 경우 배터리를 통해 충전을 수행하며, 중성선 결상이 발생할 경우 충전된 직류전원을 이용하여 트립부(400) 및 표시부(500)에 전원을 공급한다.
이때, 전원부(600)는 전체 감시회로에서 사용하는 직류전원은 저가형의 비절연 방식의 직류전원 회로로 구성되어 있다. 즉, 메인 차단기를 올리면 교류전원이 폐루프 형성부(100)의 C1을 통해 충분히 낮은 전류로 제한되어 공급되어지고, D1, D2, D3, D4로 구성된 전파 정류부와, 전원부(600)의 정전압 다이오드 및 콘덴서를 통과하여 직류전원으로 변환된다.
이상으로 본 발명의 기술적 사상을 예시하기 위한 바람직한 실시예와 관련하여 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 이와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용에만 국한되는 것이 아니며, 기술적 사상의 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대해 다수의 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.
100: 폐루프 형성부
200: 신호 검출부
300: 제어 판단부
400: 트립부
500: 표시부
600: 전원부
310: 오접속 판단모듈
320: 전원 감시모듈
330: 중성선 결상 판단모듈
340: 전압 판단모듈

Claims (6)

  1. 저압용 TN-C-S 접지계통에서 부하측 단상선로와 연결된 중성선의 단선 시 프레임 접지(FG)를 이용하여 중성선 결상, 과전압 및 저전압을 검출하고, 전원부의 충전 배터리를 이용하여 부하측 단상 전원을 트립시키는 결상 차단 장치에 있어서,
    프레임 접지(FG)를 통해 폐루프를 형성하고 있는 폐루프 형성부;
    상기 폐루프 형성부를 통해 폐루프가 형성된 경우, 이에 따른 신호를 검출하는 신호 검출부;
    전원 투입과 동시에 상기 신호 검출부를 통해 수신되는 신호를 감지하여 중성선과 상선 간의 오접속을 판단하며, 전원 감시 중, 상기 신호 검출부로부터 수신되는 신호를 감지하여 중성선 결상을 판단하고, 감시 전원을 기 설정된 전압 및 지속시간을 기준으로 비교하여 과전압 및 저전압을 판단하는 제어 판단부;
    상기 제어 판단부를 통해 판단된 중성선 결상, 과전압 및 저전압 발생에 따라 트립을 수행하는 트립부;
    상기 제어 판단부를 통해 판단된 중성선 결상, 과전압 및 저전압 발생에 따라 경보를 엘이디 및 경고음을 통해 시청각적으로 표시하는 표시부; 및
    상시전원이 투입될 경우 배터리를 통해 충전을 수행하며, 중성선 결상이 발생할 경우 충전된 직류전원을 이용하여 상기 트립부 및 표시부에 전원을 공급하는 전원부; 를 포함하는 저압용 TN-C-S 접지계통에서의 PEN 도체 결상 차단 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어 판단부는,
    전원 투입과 동시에 상기 신호 검출부를 통해 검출신호를 입력받아, 입력된 검출신호가 60Hz 파형인지 여부를 판단하는 오접속 판단모듈;
    상기 오접속 판단모듈을 통해 오접속이 아닌 것으로 판단된 경우 소정시간 이후부터 교류전원 투입 시점을 감지하고, 전원 감시를 수행하는 전원 감시모듈;
    상기 전원 감시모듈의 전원 감시 중, 상기 신호 검출부를 통해 검출신호를 입력받아, 입력된 검출신호가 60Hz 파형인지 여부를 판단하는 중성선 결상 판단모듈; 및
    상기 전원 감시모듈의 전원 감시 중, 전압감시 단자를 통해 입력된 전압이 기 설정값을 초과한 상태에서 소정시간 이상 지속되는지 여부 및 기 설정값 미만인 상태에서 소정시간 이상 지속되는지 여부를 판단하는 전압 판단모듈; 을 포함하는 것을 특징으로 하는 저압용 TN-C-S 접지계통에서의 PEN 도체 결상 차단 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 오접속 판단모듈은,
    판단결과, 60Hz 파형일 경우, 중성선(N)과 R상이 변경된 오접속으로 판단하여 상기 표시부를 통해 오접속 경보를 시청각적으로 표시하도록 제어하며, 60Hz 파형이 아닐 경우, 오접속이 아닌 것으로 판단하여 상기 표시부를 통해 초기화 성공 알림을 표시하는 것을 특징으로 하는 저압용 TN-C-S 접지계통에서의 PEN 도체 결상 차단 장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 중성선 결상 판단모듈은,
    판단결과, 60Hz 파형일 경우, 중성선 결상으로 판단하고 트립신호를 생성하여 상기 트립부로 전송하고, 상기 표시부를 통해 중성선 결상 경보를 시청각적으로 표시하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 저압용 TN-C-S 접지계통에서의 PEN 도체 결상 차단 장치.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 전압 판단모듈은,
    판단결과, 기 설정값을 초과하여 소정시간 이상 지속될 경우, 과전압으로 판단하고 트립신호를 생성하여 상기 트립부로 전송하고, 상기 표시부를 통해 과전압 경보를 시청각적으로 표시하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 저압용 TN-C-S 접지계통에서의 PEN 도체 결상 차단 장치.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 전압 판단모듈은,
    판단결과, 기 설정값 미만인 상태에서 소정시간 이상 지속될 경우, 저전압으로 판단하고 트립신호를 생성하여 상기 트립부로 전송하고, 상기 표시부를 통해 저전압 경보를 시청각적으로 표시하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 저압용 TN-C-S 접지계통에서의 PEN 도체 결상 차단 장치.
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