KR20170016573A - 비정형파 검출회로를 구비하는 누전차단기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 누전차단기에 관한 것으로, 누설전류의 크기에 따른 자력의 변화로 누설전류를 감지하는 누전감지부; 과전압을 검출하는 과전압감지부; 및 누전차단제어부를 포함하고, 상기 누전차단제어부는, 누설전류파형의 전압위상을 검출하는 위상검출부; 상기 위상검출부에서 검출되는 파형을 표준신호와 비교하여 저항성 누설전류 또는 유도성 전류를 판단하는 위상신호판별부를 더 포함하는 비정형파 검출회로를 구비하는 누전차단기가 제공된다.
본 발명에 따르면, 누설전류파형의 벡터합을 이용하여 정격 용량을 기준으로 누전 차단기의 작동 여부를 판별하는 종래 방식의 차단기와 달리 뇌 서지에 의한 비정형파와 같은 용량성 누설전류에 대해서는 차단기가 작동하지 않도록 하고, 저항성 누설전류에 대해서만 차단기가 작동되도록 함으로써 중요 부하기기의 작동 신뢰성을 높이고 수명을 늘릴 수 있으며, 실제 저항성 누설전류를 차단함으로써 부하기기를 보호하도록 할 수 있다. 또한 UPS와 같은 부가적인 전력 설비에 대한 비용을 줄일 수 있어 경제성을 높힐 수 있다.

Description

비정형파 검출회로를 구비하는 누전차단기{Circuit breaker with informal waveform detection circuit}

본 발명은 누전차단기에 관한 것으로, 좀더 상세하게는 비정형파인 고조파와 뇌 서지에 의한 전압 변화를 감지하여 누전차단기를 선별적으로 작동시킴으로써 불필요한 전원차단에 의한 장비손상과 작동 중지 문제를 방지할 수 있는 비정형파 검출회로를 구비하는 누전차단기에 관한 것이다.

일반적으로, 현재의 단상용 누전차단기 처음 개발된 이후 큰 기능의 개선이 없이 현재까지 사용되어왔다.

과거에는 부하기기가 단순한 전열기구나 건축물의 조명용으로 주로 사용되어왔으나, 정보사회인 현대에는 인터넷 망이나 이동통신 중계기의 전원공급과 CCTV등 각종 무인으로 운용되는 공공시설물의 전원용으로도 많이 사용되고 있다. 사용 환경도 건축물의 실내가 아닌 건축물의 옥상이나 지하실 또는 가로변, 산악지역 등으로 취약한 환경이다.

이러한 환경에서 누전차단기는 15~30mA이상의 누설전류만 발생하면 동작하는 예민한 기기이기 때문에, 부하기기에서 발생되는 노이즈나 주변기기에서 유도되는 서지전압 또는 낙뢰 등으로 인한 누전차단기의 오동작으로 인한 정전으로 서비스 중단 등의 많은 피해가 발생되고 있는 현실이다.

현재 주로 사용되고 있는 누전차단기의 누전감지방식은 영상변류기(Zero Phase Current Transformer)를 사용하여 선간에 발생되는 불평형전류를 감지하는 방식으로, 각 상에 흐르는 전류의 편차를 감지하여 그 크기가 설정량(15~30mA)이상이 되면 누전으로 인식하여 트립코일을 구동시켜 전원을 차단시키는 방식이다. 영상변류기(ZCT)의 2차측 신호의 크기가 설정량 이상이 되면 누전으로 인식하는 피크검출 방식이기 때문에 어떠한 신호든지 영상변류기의 출력에 일정레벨 이상의 신호가 발생되기만 하면 누전차단기가 동작하는 메커니즘으로 구성되어 있다.

현재 국내에서 사용되고 있는 대부분의 누전차단기는 이러한 감지방식을 사용하고 있으며 허용전류와 차단전류의 차이에 의해서만 구분이 되고 있고, 부하기기의 특성에 따른 안정된 동작을 위한 구분은 되지 않고 있다. 이러한 상황에서 가정의 전원공급용이나 중요한 전산기기나 인터넷 통신 중계기에도 전류용량만 같으면 동일한 누전차단기를 사용하게 되어있다. 이러한 상황이다 보니 무인기기나 야외의 중계기 등에서는 항상 정전을 대비한 설비를 하여야 하는 추가적인 부담이 따른다.

국내 등록실용신안 제20-0355725호(공고일: 2004.07.07)는 낙뢰나 이상 신호가 발생되어 차단기로 유입되면 이를 전압이 상대적으로 낮은 선로인 유출선로(L라인으로 유입 시 N라인과 그라운드, N라인으로 유입 시 L라인과 그라운드)로 바이패스시킴으로써 단기의 내부 회로가 보호되고 누전차단기의 오동작이 방지되는 차단기가 제공된다.

상기 인용기술은 영상변류기 앞단에 병렬로 낙뢰 보호회로와 서지 보호회로가 있어 뇌서지를 1차로 방전시킨다는 특징이 있다. 그러나 상기 인용기술은 부하기기의 손상에 주된 원인이 되는 저항성 누설전류에 대응할 수 없다는 단점이 있다.

상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 영상변류기(ZCT)에서 감지된 신호의 크기와 주기를 각각 비교하여 설정레벨 이상의 신호에 대해 차단기가 작동하도록 함으로써 실제 누전 전류에 대해서만 차단기가 작동하도록 하는 비정형파 검출회로를 구비하는 누전차단기가 제공된다.

본 발명의 다른 목적들은 이하의 실시예에 대한 설명을 통해 쉽게 이해될 수 있을 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일 측면에 따르면, 누설전류를 감지하여 주전원을 차단시키도록 동작되는 누전 차단기에 있어서, 전원단자에서 부하선로를 통해 대지로 흐르는 누설전류의 크기에 따른 자력의 변화로 누설전류를 감지하는 누전감지부; 상기 전원단자에 인가되는 과전압을 검출하는 과전압감지부; 및 미리 설정된 프로그램에 의하여 상기 누전감지부를 통해 흐르는 아날로그 누설전류 입력신호를 디지털 신호로 변환하여 누설전류의 설정량 및 누설전류파형의 주기를 비교하고, 상기 과전압감지부를 통해 인가되는 과전압에 상응하는 주기값을 비교하여 실제 누전상태일 때에만 후단의 주전원 차단부를 구동시키는 신호를 출력하는 누전차단제어부를 포함하고, 상기 누전차단제어부는, 누설전류파형의 전압위상을 검출하는 위상검출부; 상기 위상검출부에서 검출되는 파형을 표준신호와 비교하여 저항성 누설전류 또는 유도성 전류를 판단하는 위상신호판별부를 더 포함하는 비정형파 검출회로를 구비하는 누전차단기가 제공된다.

여기에서 상기 위상신호판별부는, 상기 위상검출부에서 검출되는 파형이 표준신호에 비해 45°보다 빠를 시 저항성 누설전류로 판단하고, 상기 파형이 표준신호에 비해 45°보다 느릴 시 유도성 부하인 것으로 판단하도록 설정되는 것을 특징으로 하는 비정형파 검출회로를 구비하는 누전차단기가 제공된다.

또한 상기 누전차단제어부는 하나의 집적회로로 구성되는 것을 특징으로 하는 누전차단기가 제공된다.

본 발명에 따른 비정형파 검출회로를 구비하는 누전차단기에 따르면, 누설전류파형의 벡터합을 이용하여 정격 용량을 기준으로 누전 차단기의 작동 여부를 판별하는 종래 방식의 차단기와 달리 뇌 서지에 의한 비정형파와 같은 용량성 누설전류에 대해서는 차단기가 작동하지 않도록 하고, 저항성 누설전류에 대해서만 차단기가 작동되도록 함으로써 중요 부하기기의 작동 신뢰성을 높이고 수명을 늘릴 수 있으며, 실제 저항성 누설전류를 차단함으로써 부하기기를 보호하도록 할 수 있다.

또한 UPS와 같은 부가적인 전력 설비에 대한 비용을 줄일 수 있어 경제성을 높힐 수 있다.

도 1은 본 발명인 비정형파 검출회로를 구비하는 누전차단기의 일 실시예를 도시한 회로구성도이다.
도 2는 누설전류의 벡터합을 설명하는 개략도이다.
도 3은 본 발명인 비정형파 검출회로를 구비하는 누전차단기제어부의 동작을 도시한 흐름도이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고, 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고, 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니고, 본 발명의 기술 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 식으로 이해 되어야 하고, 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명하며, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성요소에 대해서는 동일한 참조 번호를 부여하고, 이에 대해 중복되는 설명을 생략하기로 한다.

도 1은 본 발명인 비정형파 검출회로를 구비하는 누전차단기의 일 실시예를 도시한 회로구성도이다.

도 1에 따르면, 본 발명은 누전감지부(10), 과전압감지부(20), 누전차단제어부(30) 및 주전원 차단부(40)로 구성될 수 있다.

누전감지부(10)는 홀센서(HS)로 구비되고, 전원단자(H,N)를 통해 흐르는 전류의 크기에 따른 자력의 변화로 누설전류를 감지하도록 마련된다. 홀센서(HS)는 전원선로 둘레에 설치되어 전압 변화에 따라 자력이 변화하는 원리를 이용하여 누전 여부를 감지할 수 있다. 홀센서는 기존의 누설전류감지기와 달리 전원선로에 직접 접촉되지 않기 때문에 유도성 인덕턴스가 발생하지 않아 누설전류 측정의 오차가 없고 정확도가 향상되며, 외부 노이즈를 차단할 수 있다.

과전압감지부(20)는 금속산화 바리스터(MOV)와 방전관(21)으로 구성되어 전원단자(N,H)에 인가되는 과전압을 검출하는 역할을 한다. 방전관(21)은 과전압감지부(20)를 통해 감지된 과전압에 의하여 켜짐으로써 누전차단제어부(30)에 과전압을 입력하는 광 결합소자이다. 전원단자(N,H)로 과전압이 인가되면, 과전압감지부(20) 내의 가스방전관(21)이 방전되면서 발생된 빛으로 광결합소자가 켜지면서 과전압감지신호를 누전차단제어부(30)로 출력하게 된다.

누전차단제어부(30)는 미리 설정된 프로그램에 의하여 누전감지부(10)를 통해 흐르는 아날로그 누설전류 입력신호를 A/D변환기(32)에 의해 디지털 신호로 변환하여 누설전류의 설정량 및 누설전류파형의 주기와 위상을 비교하여 실제 누전상태일 때에만 후단의 주전원 차단부(40)를 구동시키는 신호를 출력한다.

도 3을 참조하면, 누전차단제어부(30)에서는 누설감지신호가 입력되면 파형정형을 실행한 후, 누설전류파형의 주기를 미리 설정된 주기값(16~17ms)과 비교하여 설정된 주기값과 일치하게 되면 누설전류의 유입상태로 판단하여 출력단에 신호를 출력하고, 이에 따라 주전원차단부(40) 내의 트립코일(TC)을 구동시켜 평싱사 온(on) 상태인 주전원차단부(40) 내의 스위치를 오프(off)시키게 되므로 부하단자(H1,N1)로 인가되는 주전원을 차단하게 된다.

또한 누전차단제어부(30)에서는 홀센서(HS)를 통해 감지된 아날로그 누설전류 입력신호를 내부의 A/D변환기(32)를 통해 디지털 신호로 변환한 후, 제어부(35)에서 누설전류값을 미리 설정된 전류값(30mA)과 비교하여 설정된 전류값 이상이 되면 누설전류의 유입상태로 판단하여 전술한 바와 같이 그 출력단에 신호를 출력하고 주전원차단부(40) 내의 스위치를 오프시켜 부하단자(H1,N1)로 인가되는 주전원을 차단하게 된다.

또한 누전차단제어부(30)에서는 A/D변환기(32)를 통해 입력되는 디지털 신호의 위상값을 위상검출부(33)를 통해 산출하고, 위상신호판별부(34)에서 이를 정형파와 비교함으로써 누설전류 발생을 감지하게 된다.

도 2를 참조하면, 누설전류는 저항성 누설전류와 용량성 누설전류의 벡터합으로 구성되며, 누설전류의 위상각 θ가 기준값 45°에 비해 빠르거나 느릴 경우 각각 용량성 누설전류 또는 저항성 누설전류로 판단될 수 있다.

이와 같이 위상신호판별부(34)에서 누설전류가 판별되면, 누전차단기의 설정에 따라 용량성 누설전류에 대해서는 정상처리하고, 저항성 누설전류에 대해서는 주전원차단부(40)가 작동되도록 제어부(35)를 설정함으로써 뇌 서지 또는 노이즈에 의한 용량성 누설전류로 인해 누전차단기가 작동하는 것을 방지할 수 있다.

이와 같은 본 발명에 따른 비정형파 검출회로를 구비하는 누전차단기의 작용을 설명하기로 한다.

본 발명에 따르면 누설전류의 파형 주기를 분석함으로써 정형파 여부, 위상값 분석에 따른 저항성 누설전류 여부를 확인하여 부하기기의 전원을 차단하거나 인가상태를 유지하도록 함으로써, 뇌 서지나 노이즈에 의한 전압 변동으로 누전차단기가 오작동하여 부하기기의 작동이 중지되는 문제점을 방지할 수 있다.

이와 같이 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 설명하였으나, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 이루어질 수 있음은 물론이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이러한 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

10 : 누전감지부 20 : 과전압감지부
30 : 누전차단제어부 31 : 전원부
32 : A/D변환기 33 : 위상검출부
34 : 위상신호판별부 35 : 제어부
36 : 구동부 40 : 주전원차단부

Claims (3)

1. 누설전류를 감지하여 주전원을 차단시키도록 동작되는 누전 차단기에 있어서,
   전원단자에서 부하선로를 통해 대지로 흐르는 누설전류의 크기에 따른 자력의 변화로 누설전류를 감지하는 누전감지부;
   상기 전원단자에 인가되는 과전압을 검출하는 과전압감지부; 및
   미리 설정된 프로그램에 의하여 상기 누전감지부를 통해 흐르는 아날로그 누설전류 입력신호를 디지털 신호로 변환하여 누설전류의 설정량 및 누설전류파형의 주기를 비교하고, 상기 과전압감지부를 통해 인가되는 과전압에 상응하는 주기값을 비교하여 실제 누전상태일 때에만 후단의 주전원 차단부를 구동시키는 신호를 출력하는 누전차단제어부를 포함하고,
   상기 누전차단제어부는,
   누설전류파형의 전압위상을 검출하는 위상검출부;
   상기 위상검출부에서 검출되는 파형을 표준신호와 비교하여 저항성 누설전류 또는 유도성 전류를 판단하는 위상신호판별부를 더 포함하는 비정형파 검출회로를 구비하는 누전차단기.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 위상신호판별부는,
   상기 위상검출부에서 검출되는 파형이 표준신호에 비해 45°보다 빠를 시 저항성 누설전류로 판단하고, 상기 파형이 표준신호에 비해 45°보다 느릴 시 유도성 부하인 것으로 판단하도록 설정되는 것을 특징으로 하는 비정형파 검출회로를 구비하는 누전차단기.
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 누전차단제어부는 하나의 집적회로로 구성되는 것을 특징으로 하는 비정형파 검출회로를 구비하는 누전차단기.
   
   
   

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