KR20160061565A - 지연 회로를 가진 접촉 불량 검출이 가능한 한류 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따르면 부하특성에 따른 노이즈가 미약한 소정 위상 범위에서의 펄스 수를 카운트함으로써 접촉 불량을 정밀하게 검출할 수 있는 지연 회로를 가진 접촉 불량 검출이 가능한 한류 장치를 제공할 수 있다.
본 발명에 따른 지연 회로를 가진 접촉 불량 검출이 가능한 한류 장치는, 교류전원전압에 포함된 소정 전압 레벨 이상의 노이즈 펄스를 통과시키는 고역 통과 필터부(110); 상기 고역 통과 필터부의 출력측에 배치되고, 상기 고역 통과 필터부를 통과하는 상기 노이즈 펄스를 증폭하는 증폭부(115); 상기 교류전원전압의 위상 중 영전위 점으로부터 소정 위상까지 포함된 펄스에 한하여 통과시키도록 구성된 펄스통과부(125); 상기 펄스통과부의 출력측에 배치되고, 상기 교류전원의 기본파 개수를 카운트하고, 상기 교류전원전압에 포함된 펄스를 카운트하여 접촉 불량 검출 신호를 출력하는 카운터부(130); 상기 접촉 불량 검출 신호에 응답하여 릴레이를 동작시키는 릴레이 동작부(140); 상기 릴레이가 동작하지 않을 때 닫혀 있는 차단 스위치(147); 상기 차단 스위치와 직렬연결되어 주전류 경로를 형성하는 주회로 스위치(145); 상기 릴레이가 동작할 때, 닫히는 동작 스위치(149); 상기 동작 스위치와 직렬연결되어 주전류 경로를 형성하는 바이패스회로 스위치(150); 및 상기 바이패스회로 스위치와 직렬연결된 한류부(155)를 포함하고, 상기 카운터부 내 제1 카운터의 리셋 터미널에는 상기 전원전압의 기본파가 영전위로부터 시작하는 첫번째 주기에 포함된 스파크 또는 아크에 대해서는 카운트하지 않도록 구성된 지연 회로를 포함한다.

Description

지연 회로를 가진 접촉 불량 검출이 가능한 한류 장치{LIMITER DEVICE CAPABLE OF CONTACT FAILURE DETECTION HAVING DELAY CIRCUIT}

본 발명은 접촉 불량을 검출할 수 있는 한류 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전기 회로에서의 접촉 불량으로 인한 아크 또는 스파크 발생을 검출하고, 스위치의 온오프에 의한 오동작을 줄일 수 있는 지연 회로를 가진 접촉 불량 검출이 가능한 한류 장치에 관한 것이다.

전체 화재발생의 약 30%가 전기화재이며, 그 중 60% 이상이 배선계통의 이상으로 인해 발생하는데, 배선계통의 이상으로 인한 화재 중 대다수가 접촉불량으로 인한 과열, 아크 또는 선간 절연불량으로 인한 트래킹/아크 사고이다.

이와 같은 배선계통의 사고는 일반적으로 예방점검이 불가능하다는 문제점이 있으며, 특히 선간 절연물이 오염되거나 탄화되어 발생하는 절연불량은 일종의 부하전류이므로 기존의 접지 간 절연측정기 또는 누전차단기로는 측정할 수 없다.

이러한 선간 절연불량, 즉, 선간 누전의 경우, 미세한 전류의 아크방전이기 때문에 밝은 곳에서는 육안으로 보이지 않고, 어두운 경우에만 미세한 실과 같은 아크방전이 지속되며, 아크열에 의하여 절연물이 탄화되면 부도체가 도체로 변한다.

또한 아크방전의 특성상 전류가 잘 흐를 수 있는 궤도를 따라 방전이 이루어지는 때문에 트래킹 아크라고도 한다. 즉, 낙뢰시 낙뢰아크의 모양이 나뭇가지 모양으로 구불구불한 형상과 유사하다. 이러한 트래킹 아크의 경우 아크전류가 너무 작아 일반적인 아크검출 기술로는 감지할 수 없는데, 일반적인 아크차단기는 부하측으로 흐르는 전류파형의 형상 및 방전 시 발생하는 왜파(歪波) 전류의 크기 및 전압 각도에 기준하여 아크전류인지 정상적인 부하전류인지 구분하는데, 아크전류가 작은 경우 전력에 포함된 노이즈와 구분할 수 없어서 미세한 전류인 트래킹 아크를 탐지하기는 불가능하다.

현재 아크차단기 또는 아크경보기의 인증규정에도 부하전류 5암페어[A]를 기준으로 인증하는 실정이다. 그러나, 5암페어[A]는 매우 큰 전류값이어서 접촉 불량으로 인해 절연물의 탄화가 상당 수준으로 진행된 상태로 전기화재를 예방하는 차원의 전류값 수치에 해당한다고 볼 수 없다.

한편, 한국등록특허 제0914999호의 저압 옥내전로의 아크검출형 차단기는 저주파 및 고주파 영역에서 선형적 특성을 유지하며, 병렬 아크 전류에 의한 화재를 포함한 손상을 방지하고 병렬 아크에 의한 순시적 대전류를 검출하며, 전류를 검출 파라미터로 사용해서 병렬 아크 전류를 검출하는 변류기(CT); 위 전류센서에 의해 검출된 신호를 적분하는 적분부; 위 적분부에 의해 적분된 신호에서 고주파 노이즈를 제거하고 전류를 제한하는 필터부; 위 필터부를 통과한 신호를 전파정류하는 정류부; 위 정류부에서 정류된 신호를 증폭하는 증폭부; 위 증폭부에서 증폭된 전류를 전압으로 변환하는 변환부; 위 변환부에 의해 변환된 전압을 인가받아 도통하며 게이트에 전류신호가 직접 인가되는 SCR; 및 위 SCR의 애노드측에 연결되어 구동되며 차단기를 동작시켜 회로를 차단시키는 트립코일을 포함한다.

또한, 한국공개특허 2013-0095947호에 개시된 저압 옥내 전로의 아크 검출장치는, 외부전압 입력라인과 부하단 사이에 설치되는 CT; 상기 CT로부터 아크 결함에 의한 전류를 검출하는 아크검출부; 상기 전원 라인에 현재 입력되고 있는 전압의 위상을 검출하는 전압위상검출부; 및 상기 검출된 전압위상과 전류를 비교하여 아크인식구간의 전압위상에서 전류에 아크가 발생되면 아크특성으로 판단하고, 그외 구간의 전압위상에서 전류에 아크가 발생되면 부하특성으로 판단하는 마이크로프로세서를 포함한다.

그런데, 위와 같이 전류를 검출하여 아크를 검출하는 장치는, 변류기(CT)를 사용하기 때문에 변류기 내 코어에 자기포화현상이 발생하게 되면, 부하의 크기에 따라 인덕턴스값이 달라져 검출감도가 변할 수밖에 없다. 또한, 부하측에 설치된 캐패시터(예컨대, 전원장치에 결합되는 캐패시터, EMI 필터에 필요로 하는 캐패시터, 정온열선과 결합되는 캐패시터, 또는 역률개선 및 노이즈 제거용으로 사용되는 캐패시터)에 의해 입력되는 전류에 포함된 전체 고조파분이 흐르게 되어 고감도로 검출하는 데에는 한계가 있어 수 암페어 이상의 경우에만 적용된다. 또한, 변류기를 사용하면 전원을 통과시키므로 설치하거나 이동 등에 불편함이 있다.

한국등록특허 10-0914999호 저압 옥내전로의 아크검출형 차단기 한국공개특허 10-2013-0095947호 아크 검출장치 및 방법 한국등록특허 10-1053665호 한류 장치 한국등록특허 10-0981824호 고장 전류 구동 차단기

본 발명의 목적은 부하특성에 따른 노이즈가 미약한 소정 위상 범위에서의 펄스 수를 카운트함으로써 접촉 불량을 정밀하게 검출할 수 있고, 스위치의 온오프에 의한 오동작을 줄일 수 있는 지연 회로를 가진 접촉 불량 검출이 가능한 한류 장치를 제공한다.

본 발명에 따른 지연 회로를 가진 접촉 불량 검출이 가능한 한류 장치는, 교류전원전압에 포함된 소정 전압 레벨 이상의 노이즈 펄스를 통과시키는 고역 통과 필터부(110); 상기 고역 통과 필터부의 출력측에 배치되고, 상기 고역 통과 필터부를 통과하는 상기 노이즈 펄스를 증폭하는 증폭부(115); 상기 교류전원전압의 위상 중 영전위 점으로부터 소정 위상까지 포함된 펄스에 한하여 통과시키도록 구성된 펄스통과부(125); 상기 펄스통과부의 출력측에 배치되고, 상기 교류전원의 기본파 개수를 카운트하고, 상기 교류전원전압에 포함된 펄스를 카운트하여 접촉 불량 검출 신호를 출력하는 카운터부(130); 상기 접촉 불량 검출 신호에 응답하여 릴레이를 동작시키는 릴레이 동작부(140); 상기 릴레이가 동작하지 않을 때 닫혀 있는 차단 스위치(147); 상기 차단 스위치와 직렬연결되어 주전류 경로를 형성하는 주회로 스위치(145); 상기 릴레이가 동작할 때, 닫히는 동작 스위치(149); 상기 동작 스위치와 직렬연결되어 주전류 경로를 형성하는 바이패스회로 스위치(150); 및 상기 바이패스회로 스위치와 직렬연결된 한류부(155)를 포함하고, 상기 카운터부 내 제1 카운터의 리셋 터미널에는 상기 전원전압의 기본파가 영전위로부터 시작하는 첫번째 주기에 포함된 스파크 또는 아크에 대해서는 카운트하지 않도록 구성된 지연 회로를 포함한다.

또한, 상기 소정 위상이라 함은 상기 교류전원의 영전위 점을 기준하여 20 내지 30도이거나, 200 내지 210도이다.

또한, 상기 카운터부는, 상기 교류전원의 기본파가 상기 제2 개수에 도달하면 제1 상태 신호를 출력하는 제2 카운터; 및 상기 제2 카운터의 출력에 리셋되고, 상기 교류전원의 기본파가 상기 제2 개수에 도달하는 동안, 상기 교류전원에 포함된 펄스가 제1 개수 이상 카운트되면 접촉 불량 검출 신호를 출력하는 제1 카운터를 포함한다.

또한, 상기 제1 및 제2 카운터는 상기 제2 카운터로부터 출력되는 상기 제1 상태 신호에 응답하여 리셋된다.

또한, 상기 차단 스위치와 상기 동작 스위치는 교번적으로 동작한다.

또한, 상기 한류부는 초전도체이다.

본 발명에 따르면, 변류기를 사용하지 않으므로 부하전류와 무관하기 때문에 해당 회로의 설치 위치에 제약받지 않으며, 순간적인 스파크/아크에 대해서는 감지하지 않고, 연속적이거나 반복적인 경우에 작동한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 지연 회로를 가진 접촉 불량 검출이 가능한 한류 장치 회로도, 및
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 지연 회로를 가진 접촉 불량 검출이 가능한 한류 장치의 주요부 타이밍도이다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

측정 가능한 모든 전기 부하는 교류 사인파 전압 파형의 위상 25도를 넘어선 지점에서 고조파 성분의 노이즈가 발생한다. 이는 순시 전압이 0볼트 근처인 경우에는 노이즈 발생의 소스가 미약하기 때문으로 생각된다.

그런데, 접촉 불량이 있으면, 위상 0도 내지 25 사이에서도 순시 전압의 크기에 무관하게 고조파 성분의 노이즈가 발생한다.

예컨대, 0.1마이크로패럿의 캐패시터를 선간으로 내장한 EMI 필터에서는 접촉 불량시 전원 전압의 위상각과 무관하게 고조파 성분의 노이즈가 심하게 발생한다.

다른 예시로, 선간 정전용량은 1미터 당 0.1마이크로 패럿인 폴리머 소재의 정온열선에서는 접촉 불량시 15볼트 이상의 매우 큰 고조파 성분의 노이즈가 전원 전압의 위상각과 무관하게 발생한다.

또 다른 예시로, 10와트(W)급 유도성 부하인 소형 팬 모터에서는 접촉 불량시 역기전력에 의해 15볼트 이상의 매우 큰 고조파 성분의 노이즈가 전원 전압의 위상각과 무관하게 발생한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 지연 회로를 가진 접촉 불량 검출이 가능한 한류 장치 회로도이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 지연 회로를 가진 접촉 불량 검출이 가능한 한류 장치의 주요부 타이밍도이다.

본 발명의 일실시예에 따른 지연 회로를 가진 접촉 불량 검출 장치는, 서지 보호부(105), 고역 통과 필터부(110), 증폭 보호부(113), 증폭부(115), 동작전원 발생부(120), 펄스 통과부(125), 카운터부(130), 리셋부(135), 릴레이 동작부(140), 주회로 스위치(145), 바이패스회로 스위치(150), 및 한류부(155)를 포함한다.

서지 보호부(105)는 입력 전원라인(L)과 접지라인(G) 사이에 배치되고, 금속 산화물 바리스터일 수 있다.

고역 통과 필터부(110)는 전원에 포함된 소정 전압 레벨 이하의 노이즈 펄스를 통과시킨다.

증폭보호부(113)는 고역 통과 필터부(110)의 출력측과 접지 사이에 배치되고, 고역 통과 필터부(110)를 통과하는 소정 전압 레벨(예컨대, 12V) 이상의 노이즈 펄스를 전원측의 서지 보호부(105)로 보냄으로써 증폭용 인버터(U1)를 보호한다.

증폭부(115)는 고역 통과 필터부(110)의 출력측에 배치되고, 고역 통과 필터부(110)를 통과하는 소정 전압 레벨 이상의 노이즈 펄스에 대하여 증폭한다.

동작전원 발생부(120)는 입력 전원라인(L)과 접지라인(G) 사이에 병렬연결되어 동작 전원을 발생시킨다.

펄스 통과부(125)는 0 내지 25도의 위상 범위에 포함된 펄스를 통과시키도록 구성된다. 도 2의 타이밍도를 참조하면, 인버터(U3)는 전원전압의 상반주기(위상 0~180도)에서는 "Low(0)"을, 또는 전원전압의 하반주기(위상 180~360도)에서는 "High(1)"을 출력한다(N2). 전원에 포함된 노이즈가 위상에 무관하게 고르게 분포되었다고 가상하면(N3), 노아게이트(U4)는 입력이 "Low(0)", "Low(0)"일 때, "High(1)"을 출력한다(N4). 저항 R10과 캐패시터 C8의 시정수를 이용하여 인버터(U5)는 인버터(U3)의 출력보다 소정 시간 지연된 구형파를 출력한다(N5). 이때, 저항 R10과 캐패시터 C8의 시정수가 약 위상각 25도에 해당될 수 있다. 인버터(U5)와 노아게이트(U4)의 출력을 입력으로 하는 낸드게이트(U6)는 위상각 0도 내지 25도 이내에서 발생한 고조파 성분의 노이즈가 있을 때 "Low(0)"를 출력한다.

카운터부(130)는 펄스 통과부(125)의 후단에 제1 및 제2 리플 카운터를 구비하고, 제1 리플 카운터(IC1)는 노이즈 펄스의 개수를 카운트하여 소정 개수 이상이면 "H" 상태 신호를 출력하고, 제2 리플 카운터(IC2)는 전원전압의 주파수를 카운트하여 제1 리플 카운터(IC1)의 계수 시간을 결정한다. 즉, 전원전압의 주파수가 60Hz 이므로 제2 리플 카운터(IC2)는 0.53초가 경과되는 32번째 주기에 이르면 "H"상태 신호를 출력하여 자기 자신 및 제1 리플 카운터(IC1)를 리셋시키고, 제1 리플 카운터(IC1)는 0.53초 이내에 64개 이상의 노이즈 펄스가 카운트 되면 "H" 상태 신호를 출력한다.

리셋부(135)는 제2 리플 카운터(IC2)의 출력과 리셋 터미널 사이에 배치되는 프로그램 가능 단접합 트랜지스터(PUT)를 포함한다.

즉, 펄스통과부(125) 내 낸드게이트(U6)의 펄스 출력이 "L" 상태 신호로 천이하는 순간, PUT가 턴온되어 제1 및 제2 리플 카운터는 reset 상태에서 set 상태로 전환되고, 제2 리플 카운터(IC2)가 "H" 상태 신호를 출력하는 순간, PUT는 역전압에 의해 턴오프되어 리셋 상태로 전환된다.

릴레이 동작부(140)는 제1 리플 카운터(IC1)의 출력에 연결되는 릴레이 코일을 포함한다.

제1 리플 카운터(IC1)의 리셋 터미널에 저항(R12)과 캐패시터(C9)를 연결함으로써 제1 리플 카운터(IC1)의 동작 개시가 지연된다.

부연 설명하면, 펄스통과부(125) 내 낸드게이트(U6)의 펄스 출력이 "L" 상태 신호로 천이하는 순간, PUT가 턴온되어 제2 리플 카운터(IC2)가 reset 상태에서 set 상태로 전환되고, 소정 시간(저항(R12)과 캐패시터(C9)에 의한 시정수)이 경과한 후 제1 리플 카운터(IC1)는 reset 상태에서 set 상태로 전환되며, 제2 리플 카운터(IC2)가 "H" 상태 신호를 출력하는 순간, PUT는 역전압에 의해 턴오프되어 reset 상태로 대기한다.

이에 따라, 저항(R12)과 캐패시터(C9)의 시정수 만큼 제1 리플 카운터(IC1)의 reset 지연으로 온오프시 발생하는 스파크 또는 아크에 대해서는 카운트하지 않는다. 구체적으로, 1Hz(16ms) 동안의 펄스를 카운트하지 않음으로써 온오프 스위칭에 의한 오동작을 방지할 수 있다.

접촉 불량 여부에 관하여 설명하면 다음과 같다.

접촉 불량이 없는 정상시에는 릴레이 코일(RL)이 동작하지 않기 때문에, 차단 스위치(147)가 닫혀 있고, 주전류는 주회로 스위치(145) 및 차단 스위치(147)를 경유하여 흐른다.

접촉 불량이 발생하는 비상시에는 릴레이 코일(RL)이 동작하기 때문에, 동작 스위치(149)가 닫히는 한편, 차단 스위치(147)는 개방되고, 주전류는 동작 스위치(149), 바이패스회로 스위치(150), 및 한류부(155)를 거쳐 우회하여 흐른다.

한편, 본 발명의 일실시예에 따른 지연 회로를 가진 한류 장치는 주회로 스위치(145)와 바이패스회로 스위치(150)를 동작시켜 한류부(155)의 초전도체가 저항체로 상전이 하기 전에 차단 스위치(147)의 아크를 소멸시키고, 선로 변경을 완료한다. 이후, 한류 장치에서 한류부(155)에 구비된 초전도체의 상전이에 의해 한류가 이루어져 반주기 이내에 고속 한류가 수행된다.

본 발명에 따른 한류 장치는 접촉 불량이 검출되는 경우 접촉 불량 전류가 경유하는 바이패스 회로에만 한류부(155)가 배치되어 접촉 불량 전류가 충분히 증가하기 이전에 한류를 개시할 수 있다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

105: 서지 보호부 110: 고역 통과 필터부
113: 증폭 보호부 115: 증폭부
120: 동작전원 발생부 125: 펄스 통과부
130: 카운터부 135: 리셋부
140: 릴레이 동작부 145: 주회로 스위치
150: 바이패스회로 스위치 155: 한류부

Claims (6)

1. 교류전원전압에 포함된 소정 전압 레벨 이상의 노이즈 펄스를 통과시키는 고역 통과 필터부(110);
   상기 고역 통과 필터부의 출력측에 배치되고, 상기 고역 통과 필터부를 통과하는 상기 노이즈 펄스를 증폭하는 증폭부(115);
   상기 교류전원전압의 위상 중 영전위 점으로부터 소정 위상까지 포함된 펄스에 한하여 통과시키도록 구성된 펄스통과부(125);
   상기 펄스통과부의 출력측에 배치되고, 상기 교류전원의 기본파 개수를 카운트하고, 상기 교류전원전압에 포함된 펄스를 카운트하여 접촉 불량 검출 신호를 출력하는 카운터부(130);
   상기 접촉 불량 검출 신호에 응답하여 릴레이를 동작시키는 릴레이 동작부(140);
   상기 릴레이가 동작하지 않을 때 닫혀 있는 차단 스위치(147);
   상기 차단 스위치와 직렬연결되어 주전류 경로를 형성하는 주회로 스위치(145);
   상기 릴레이가 동작할 때, 닫히는 동작 스위치(149);
   상기 동작 스위치와 직렬연결되어 주전류 경로를 형성하는 바이패스회로 스위치(150); 및
   상기 바이패스회로 스위치와 직렬연결된 한류부(155)를 포함하고,
   상기 카운터부 내 제1 카운터의 리셋 터미널에는 상기 전원전압의 기본파가 영전위로부터 시작하는 첫번째 주기에 포함된 스파크 또는 아크에 대해서는 카운트하지 않도록 구성된 지연 회로를 포함하는 접촉 불량 검출이 가능한 한류 장치.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 소정 위상이라 함은 상기 교류전원의 영전위 점을 기준하여 20 내지 30도이거나, 200 내지 210도인 것을 특징으로 하는 지연 회로를 가진 접촉 불량 검출이 가능한 한류 장치.
   
3. 제1항에 있어서, 상기 카운터부는,
   상기 교류전원의 기본파가 상기 제2 개수에 도달하면 제1 상태 신호를 출력하는 제2 카운터; 및
   상기 제2 카운터의 출력에 리셋되고, 상기 교류전원의 기본파가 상기 제2 개수에 도달하는 동안, 상기 교류전원에 포함된 펄스가 제1 개수 이상 카운트되면 접촉 불량 검출 신호를 출력하는 제1 카운터
   를 포함하는 지연 회로를 가진 접촉 불량 검출이 가능한 한류 장치.
   
4. 제3항에 있어서,
   상기 제1 및 제2 카운터는 상기 제2 카운터로부터 출력되는 상기 제1 상태 신호에 응답하여 리셋되는 것을 특징으로 하는 지연 회로를 가진 접촉 불량 검출이 가능한 한류 장치.
   
5. 제4항에 있어서,
   상기 차단 스위치와 상기 동작 스위치는 교번적으로 동작하는 지연 회로를 가진 접촉 불량 검출이 가능한 한류 장치.
   
6. 제4항에 있어서,
   상기 한류부는 초전도체인 것을 특징으로 하는 지연 회로를 가진 접촉 불량 검출이 가능한 한류 장치.
   
   

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