KR20170087687A - 자동복구형 누전차단기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 누전차단기의 전원입력 선로(제1 선로(L)와 제2 선로(Neutral : N)로 구성) 측 교류전원을 기반으로 동작전원을 공급하는 전원 공급부, 상기 누전차단기의 누전차단 후 부하 측 예상 누설전류를 측정하는 측정부, 상기 누전차단 후 부하 측으로의 전원 입력을 자동복구하는 자동복구부 및, 상기 누전차단기의 누전차단 신호 입력시, 상기 측정부 및 자동복구부와 연동하여 누전차단 후 부하 측의 예상 누설전류에 따라 자동복구 처리하는 제어유닛을 포함하고, 상기 측정부는 상기 누전 발생에 따라 부하 측이 입력 전원에서 차단된 다음, 전원입력 측 제1 선로(L)에서 전원입력 측 접지된 제2 선로(N) 사이에 미소전류가 흐르도록 상대적 고 저항과 저 션트저항(R _S )을 직렬로 연결한 제1 구성과, 부하 측 제1 선로(L)와 전원입력 측 접지된 제2 선로(N) 사이에 상기 고 저항 값과 동일한 고 저항과 상기 저 션트저항을 직렬로 연결한 제2 구성을 포함하며, 상기 제어유닛은 상기 누전차단기의 누전차단 신호 입력시, 상기 측정부의 측정 동작을 제어하여 상기 제2 구성에 상응해서 상기 저 션트저항에서 발생한 양단 전압(Vo)을 검출하여 디지털 변환하고, 상기 변환된 저 션트저항의 양단 전압(Vo)과 상기 제1 구성에 상응해서 상기 저 션트저항에서 발생하여 디지털 변환한 양단 전압(V_L)을 기반으로, 부하 측 예상 누설전류(I _L )를 아래의 [식]([식] =

)에 따라 산출하여, 상기 산출된 부하 측 예상 누설전류 값이 설정 값 이하일 경우 일시적 누전에 상응하여 자동복구 처리하도록 하고 상기 산출된 부하 측 예상 누설전류 값이 설정 값 초과할 경우 자동복구 미처리하도록 하는 것을 특징으로 하는 자동복구형 누전차단기에 관한 것으로, 교류 입력전압과 무관하여 명확한 차단 후 부하 측의 예상 누설전류 산출 식에 따라 복구 제어유닛 마이크로컴퓨터의 프로그램을 단순화하고 복구동작의 정확성을 높이며, 자동복구 제어유닛의 핵심부인 마이크로컴퓨터가 외부회로와 3000V 이상 격리함으로, 외부에서 유입될 수 있는 낙뢰를 비롯한 서지로부터 자동복구형 누전차단기의 제어유닛을 효과적으로 보호한다.

Description

자동복구형 누전차단기{Automatic recovery type leakage breaker}

본 발명은 자동복구형 누전차단기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 누전 차단 후 관련된 차단 요인이 해소된 경우 부하 측에 자동으로 전원을 공급하여 복구하는 자동복구형 누전차단기에 관한 것이다.

일반적으로, 자동복구형 누전차단기는 과부하나 누전 상황을 확인하여 고장이 해결된 경우, 사람이 차단기를 올리는 것이 아니고 차단기 스스로가 차단기 장치를 올리는 것으로, 선행문헌(국내출원번호 제10-2011-0038565호, 발명의 명칭 : 자동 복구기능이 구비된 누전차단기)에는 자동복구형 누전차단기에 관하여 다음과 같은 사항이 알려져 있다.

일반적으로, 누전차단기는 전원라인과 부하물(일예로서 전기제품 등) 사이에 영상변류기와 차단기구부를 설치하여, 영상변류기에 의해 감지된 전류차를 이상전류 검출부에서 감지하여 이상 전류가 발생될 경우 차단기구부를 작동시켜 부하단으로 공급되는 전원을 차단함에 따라 부하물을 보호하게 된다.

한편, 간헐적인 누전이나 서지, 노이즈 등에 의한 오동작이 발생한 후 복구시 사용자가 수동으로 차단레버를 조작하여 통전시켜야 되는 불편함이 있다. 이를 감안하여 자동 복구형 누전차단기가 출원되어 있다.

즉 전기제품 등에 과부하 발생시 누전차단기의 차단기구부를 통해 전기제품에 공급되는 전원을 차단시킨 후, 일정 시간 경과후 복구장치의 구동으로 인해 차단레버를 강제로 온(ON)시켜 전원을 다시 공급하게 됨으로, 수동에 의한 차단레버를 조작하는 불편함을 해소하였다.

이러한 통상의 자동복구형 누전차단기는 누전차단 후 부하 측의 예상 누설전류 산출 방법이 교류전원 입력 측의 하나를 접지된 선 즉, 중성(N)으로 정하고, 입력 측의 다른 하나를 살아있는 선, 즉 라이브(L)로 정하여서, 자동복구형 누전차단기를 설치하는 경우에 따라서는 이 두 선이 바뀌어 올바른 판별이 되지 않은 경우가 있었고, 또한 제대로 구분하여 연결한 경우에도, 예상 누설전류의 산출을 입력 전압 범위에 대해 몇 단계로 나누어 산출하는 관계이어서, 어떤 입력 전압에서는 예상 누설전류의 산출이 정확하지 않아, 누전차단기 소정의 부동작전류 이하의 예상 누설전류에서 자동복구하지 못하는 결함이 자주 발생하였다.

그리고, 통상의 자동복구형 누전차단기는 도 1에 도시된 바와 같이, 자동복구부가 마이크로컴퓨터로 되어 있어서 직류 5V 이하의 낮은 전압을 사용함으로 서지에 대하여 민감해서 외부에서 유입된 과도현상에 의한 제어부의 손상이나 오동작이 자주 발생한다.

이와 관련하여, 종래의 자동복구형 누전차단기에서는 외부 유입 서지에 대한 보호 수단으로 산화금속 바리스터를 입력 전원선로에 병렬 연결하여 입력 선로 사이의 과전압을 억제할 뿐, 제어부인 마이크로컴퓨터 회로가 차단기 교류입력 회로와 기타 제어 및 신호 회로와 전기적으로 격리되어 있지 않아서, 전원선로에서 유입되는 낙뢰와 같은 공통모드 서지에 견디지 못하는 경우가 많았다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 개발된 것으로, 자동복구형 누전차단기 설치 오류에 의한 동작 오류와, 입력전압 단계별 계산에 따른 복구동작의 부정확을 방지할 수 있도록 하는 자동복구형 누전차단기를 제공하는데 그 목적이 있다.

다른 목적은 일반적인 자동복구형 누전차단기에서 자동복구부가 마이크로컴퓨터로 되어 있어서 직류 5V 이하의 낮은 전압을 사용함으로 서지에 대하여 민감해서 발생하는 외부에서 유입된 과도현상에 의한 제어부의 손상이나 오동작을 방지할 수 있도록 하는 자동복구형 누전차단기를 제공하는데 있다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 자동복구형 누전차단기는,

누전차단기의 전원입력 선로(제1 선로(L)와 제2 선로(Neutral : N)로 구성) 측 교류전원을 기반으로 동작전원을 공급하는 전원 공급부, 상기 누전차단기의 누전차단 후 부하 측 예상 누설전류를 측정하는 측정부, 상기 누전차단 후 부하 측으로의 전원 입력을 자동복구하는 자동복구부 및, 상기 누전차단기의 누전차단 신호 입력시, 상기 측정부 및 자동복구부와 연동하여 누전차단 후 부하 측의 예상 누설전류에 따라 자동복구 처리하는 제어유닛을 포함하고, 상기 측정부는 상기 누전 발생에 따라 부하 측이 입력 전원에서 차단된 다음, 전원입력 측 제1 선로(L)에서 전원입력 측 접지된 제2 선로(N) 사이에 미소전류가 흐르도록 상대적 고 저항과 저 션트저항(R _S )을 직렬로 연결한 제1 구성과, 부하 측 제1 선로(L)와 전원입력 측 접지된 제2 선로(N) 사이에 상기 고 저항 값과 동일한 고 저항과 상기 저 션트저항을 직렬로 연결한 제2 구성을 포함하며, 상기 제어유닛은 상기 누전차단기의 누전차단 신호 입력시, 상기 측정부의 측정 동작을 제어하여 상기 제2 구성에 상응해서 상기 저 션트저항에서 발생한 양단 전압(Vo)을 검출하여 디지털 변환하고, 상기 변환된 저 션트저항의 양단 전압(Vo)과 상기 제1 구성에 상응해서 상기 저 션트저항에서 발생하여 디지털 변환한 양단 전압(V_L)을 기반으로, 부하 측 예상 누설전류(I _L )를 아래의 [식]([식] =

)에 따라 산출하여, 상기 산출된 부하 측 예상 누설전류 값이 설정 값 이하일 경우 일시적 누전에 상응하여 자동복구 처리하도록 하고 상기 산출된 부하 측 예상 누설전류 값이 설정 값 초과할 경우 자동복구 미처리하도록 하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 측정부는 제1, 2 다이오드를 구비하여, 상기 누전차단기 전원입력 측의 제1 선로(L)에 상기 제1 다이오드의 캐소드를 연결하고 제2 선로(N)에 상기 제2 다이오드의 캐소드를 연결하며, 상기 제1, 2 다이오드의 애노드는 공통으로 접속하여 해당 연결점을 측정 기준점으로 제공하는 측정 기준부, 상기 기준점에 상응하여 공통 접점을 측정점으로 제공하고, 제1, 2 접점은 정상 경로와 누전차단 후 부하 측의 누설전류 측정경로에 상응하여 스위칭하는 전기적 연결 구성을 가진 부하누전 점검 스위치, 제3, 4 다이오드를 구비하여, 상기 제3 다이오드의 애노드는 상기 전원입력 측의 제1 선로(L)에 연결하고 상기 제4 다이오드의 애노드는 제2 선로(N)에 연결하며, 상기 제3, 4 다이오드의 캐소드는 공통으로 접속하여 상기 부하누전 점검 스위치의 제1 접점과 전기적 연결 구성을 가지고 상기 제3, 4 다이오드의 캐소드와 상기 부하누전 점검 스위치 사이에 상기 상대적 고 저항이 구비된 정상경로 유지부, 제5, 6 다이오드를 구비하여, 상기 누전차단기 전원부하 측 제1 선로(L)에 상기 제5 다이오드의 캐소드를 연결하고 제2 선로(N)에 상기 제6 다이오드의 캐소드를 연결하며, 상기 제5, 6 다이오드의 애노드를 공통으로 접속하여 상기 부하누전 점검 스위치의 제2 접점과 전기적 연결 구성을 가지고 상기 제5, 6 다이오드의 애노드와 상기 부하누전 점검 스위치 사이에 상기 상대적 고 저항과 같은 값의 고 저항이 구비된 구비된 누설전류 측정부 및, 상기 측정 기준부의 측정 기준점인 공통 애노드에 일단을 연결하고, 타단을 상기 부하누전 점검 스위치의 공통 접점에 연결하여 누설전류에 상응해서 전압을 발생하는 상기 고 저항 값보다 낮은 저 션트저항을 포함하고, 상기 제어 유닛은 상기 부하누전 점검 스위치의 공통 접점과 제2 접점 연결에 상응하여 부하 측 제1 선로(L)와 전원입력 측 제2 선로(N) 사이에 흐르는 미소 전류로 인해 발생하는 상기 저 션트저항의 양단 전압을 검출하여 디지털 변환하고, 상기 변환된 저 션트저항의 양단 전압과 부하 측의 누전발생에 따라 부하 측이 입력 전원으로부터 차단되어 전원입력 측 제1 선로(L)에서 전원입력 측 제2 선로(N) 사이에 흐르는 미소 전류로 인해 발생하는 상기 저 션트저항의 디지털 변환된 양단 전압을 기반으로 상기 [식]에 따라 부하 측 예상 누설전류를 산출하고, 상기 산출된 부하 측 예상 누설전류 값이 설정 값 이하일 경우 일시적 누전에 상응하여 자동복구 처리하도록 하고 상기 산출된 부하 측 예상 누설전류 값이 설정 값 초과할 경우 자동복구 미처리하도록 하는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 전원 공급부로부터 공급된 동작전원에서 설정 전압 이상의 서지 전압을 격리하는 전원용 서지 격리기, 상기 누전차단기의 누전차단 신호에서 서지 전압에 상응하는 전압 이상을 격리하는 차단상태입력용 서지 격리기, 상기 제어유닛의 부하 측 누전점검 명령을 설정 서지 전압 이상 격리하여 상기 측정부로 전달되도록 하는 누전점검용 서지 격리기, 상기 측정부의 저 션트저항에서 발생한 전압을 광 변환하여 1대1 격리 증폭해서, 입력과 출력 사이를 서지 전압 이상 격리하여 상기 제어유닛으로 전달하는 누전신호용 서지 격리기, 상기 제어유닛의 자동복구 명령을 서지 전압 이상 격리하여 상기 자동복구부로 전달하는 자동복구용 서지 격리기 및, 상기 제어유닛의 자동복구 동작상태 출력 신호를 서지 전압 이상 격리하는 복구동작표시용 서지 격리기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 제어유닛에서 산출한 누전차단 후 부하 측의 예상 누설전류 값을 LED(Light Emitting Diode) 또는 LCD(Liquid Crystal Display)에 의해 수치로 표시하는 전류표시기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 교류 입력전압과 무관하여 명확한 차단 후 부하 측의 예상 누설전류 산출 식에 따라 복구 제어유닛 마이크로컴퓨터의 프로그램을 단순화하고 복구동작의 정확성을 높이며, 자동복구 제어유닛의 핵심부인 마이크로컴퓨터가 외부회로와 3000V 이상 격리함으로, 외부에서 유입될 수 있는 낙뢰를 비롯한 서지로부터 자동복구형 누전차단기의 제어유닛을 효과적으로 보호하고 이에 따라서, 복구동작의 부정확과 제어부 고장원인을 경감함으로 전원공급에 대해 일정 수준 이상 유지하며, 전원 복구를 원활히 수행한다.

도 1은 일반적인 자동복구형 누전차단기의 구성을 도시한 도면
도 2는 본 발명에 따른 자동복구형 누전차단기의 구성을 도시한 도면
도 3은 본 발명에 따른 자동복구형 누전차단기의 동작을 순서대로 도시한 도면
도 4는 본 발명에 따른 누전차단 후 부하 측의 예상 누설전류 산출 동작을 설명하기 위한 도면

도 2는 본 발명에 따른 자동복구형 누전차단기의 구성을 도시한 도면이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 자동복구형 누전차단기는 전원입력 선로(제1 선로(L)와 제2 선로(Neutral : N)로 구성) 측 교류전원을 기반으로 동작전원을 공급하는 전원 공급부(208), 상기 누전차단기의 누전차단 후 부하 측의 예상 누설전류를 측정하되, 상기 누전 발생에 따라 부하 측이 입력 전원으로부터 차단된 다음, 전원입력 측 제1 선로(L)에서 전원입력 측 접지된 제2 선로(N) 사이에 미소 전류가 흐르도록 상대적 고 저항과 저 션트저항(210)을 직렬로 연결한 제1 구성과, 부하 측 제1 선로(L)와 전원입력 측 접지된 제2 선로(N) 사이에 상기 고 저항과 같은 값의 고 저항과 상기 저 션트저항(210)을 직렬로 연결한 제2 구성을 가진 측정부, 상기 누전차단기의 누전차단 후 일시적 누전인 경우, 상기 전원입력 선로 측에서 부하 측으로의 전원 입력을 자동복구하는 자동복구부 및, 상기 누전차단기의 누전차단 신호 입력시, 상기 측정부의 측정 동작을 제어하여 상기 제2 구성에 상응해서 상기 저 션트저항(210)에서 발생한 양단 전압(Vo)을 검출하여 디지털 변환하고, 상기 변환된 저 션트저항(210)의 양단 전압(Vo)과 상기 제1 구성에 상응해서 상기 저 션트저항(210)에서 발생한 양단 전압(V_L)을 기반으로, [식]([식] =

)에 따라 부하 측 예상 누설전류를 산출하여 일시적 누전인 경우 전원 입력을 자동복구 처리하는 제어유닛(207)을 포함한다.

전원 공급부(208)는 전원입력 선로(제1 선로(L)와 제2 선로(Neutral : N)로 구성) 측 교류전원을 기반으로 제어유닛(207)에 동작전원을 공급하는 것이다.

측정부는 누전차단기의 누전차단 후 부하 측의 예상 누설전류를 측정하는 것이다. 이를 위해, 상기 측정부는 상기 누전 발생에 따라 부하 측이 입력 전원으로부터 차단된 다음, 전원입력 측 제1 선로(L)에서 전원입력 측 접지된 제2 선로(N) 사이에 미소 전류가 흐르도록 상대적 고 저항과 저 션트저항(210)을 직렬로 연결한 제1 구성과, 부하 측 제1 선로(L)와 전원입력 측 접지된 제2 선로(N) 사이에 상기 고 저항과 같은 값의 고 저항과 상기 저 션트저항(210)을 직렬로 연결한 제2 구성을 가진다. 구체적으로, 상기 측정부는 제1, 2 다이오드를 구비하여, 상기 누전차단기 전원입력 측의 제1 선로(L)에 상기 제1 다이오드의 캐소드를 연결하고 제2 선로(N)에 상기 제2 다이오드의 캐소드를 연결하며, 상기 제1, 2 다이오드의 애노드는 공통으로 접속하여 해당 연결점을 측정 기준점으로 제공하는 측정 기준부, 기 기준점에 상응하여 공통 접점을 측정점으로 제공하고, 제1, 2 접점은 정상 경로와 누전차단 후 부하 측의 누설전류 측정경로에 상응하여 스위칭하는 전기적 연결 구성을 가진 부하누전 점검 스위치, 제3, 4 다이오드를 구비하여, 상기 제3 다이오드의 애노드는 상기 전원입력 측의 제1 선로(L)에 연결하고 상기 제4 다이오드의 애노드는 제2 선로(N)에 연결하며, 상기 제3, 4 다이오드의 캐소드는 공통으로 접속하여 상기 부하누전 점검 스위치의 제1 접점과 전기적 연결 구성을 가지고 상기 제3, 4 다이오드의 캐소드와 상기 부하누전 점검 스위치 사이에 상기 상대적 고 저항이 구비된 정상경로 유지부, 제5, 6 다이오드를 구비하여, 상기 누전차단기 전원부하 측 제1 선로(L)에 상기 제5 다이오드의 캐소드를 연결하고 제2 선로(N)에 상기 제6 다이오드의 캐소드를 연결하며, 상기 제5, 6 다이오드의 애노드를 공통으로 접속하여 상기 부하누전 점검 스위치의 제2 접점과 전기적 연결 구성을 가지고 상기 제5, 6 다이오드의 애노드와 상기 부하누전 점검 스위치 사이에 상기 상대적 고 저항과 같은 값의 고 저항이 구비된 구비된 누설전류 측정부 및, 상기 측정 기준부의 측정 기준점인 공통 애노드에 일단을 연결하고, 타단을 상기 부하누전 점검 스위치의 공통 접점에 연결하여 누설전류에 상응해서 전압을 발생하는 상기 고 저항 값보다 낮은 저 션트저항(210)을 포함한다. 그리고, 상기 측정부는 제어유닛(207)의 누전점검 명령에 상응하여 동작하는 제1 제어정류기(SCR)(209)와 상기 제1 제어정류기(209)에 전기적으로 연결된 점검스위치 구동 릴레이를 포함한 누전 점검 드라이버(driver) 장치와 연동하여 동작한다.

자동복구부(211, 213)는 누전차단기의 누전차단 후 일시적 누전인 경우, 전원입력 선로 측에서 부하 측으로의 전원 입력을 자동복구하는 것이다. 상기 자동복구부는 상기 제어 유닛으로부터 자동복구 명령을 전달받는 복구용 반도체 제2 제어 정류기(SCR)(211)와 전원입력 측 선로의 스위치에 연결된 복구 플런저 솔레노이드부(213)를 포함한다(상기 자동복구부는 종래 기술에 속하는 것으로 여기서는 그에 대한 상세한 설명을 생략함).

제어유닛(207)은 누전차단기의 누전차단 신호 입력시, 상기 측정부의 측정 동작을 제어하여 누전 발생에 따라 부하 측이 입력 전원으로부터 차단된 다음, 전원입력 측 제1 선로(L)에서 전원입력 측 접지된 제2 선로(N) 사이에 미소 전류가 흐르도록 상대적 고 저항과 저 션트저항(210)을 직렬로 연결한 제1 구성으로부터 상기 저 션트저항(210)에서 발생한 양단 전압(Vo)을 검출하여 디지털 변환하고, 상기 변환된 저 션트저항(210)의 양단 전압(Vo)과 부하 측 제1 선로(L)와 전원입력 측 접지된 제2 선로(N) 사이에 상기 고 저항과 같은 값의 고 저항과 상기 저 션트저항(210)을 직렬로 연결한 제2 구성으로부터 상기 저 션트저항(210)에서 발생한 양단 전압(Vo)을 검출하여 디지털 변환해서, 상기 변환된 두 개의 저 션트저항(210) 양단 전압(V_L)을 기반으로, [식]([식] =

)에 따라 부하 측 예상 누설전류를 산출하는 동작으로 된 것이다. 그리고, 상기 제어유닛(207)은 상기 산출된 부하 측 예상 누설전류 값이 설정 값 이하일 경우 일시적 누전에 상응하여 자동복구 처리하도록 하고 상기 산출된 부하 측 예상 누설전류 값이 설정 값 초과할 경우 자동복구 미처리하도록 한다. 보다 간단히 요약한 경우, 상기 제어유닛(207)은 상기 부하누전 점검 스위치의 공통 접점과 제2 접점 연결에 상응하여 부하 측 제1 선로(L)와 전원입력 측 제2 선로(N) 사이에 흐르는 미소 전류로 인해 발생하는 상기 저 션트저항(210)의 양단 전압을 검출하여 디지털 변환하고, 상기 변환된 저 션트저항(210)의 양단 전압과 부하 측의 누전발생에 따라 부하 측이 입력 전원으로부터 차단되어 전원입력 측 제1 선로(L)에서 전원입력 측 제2 선로(N) 사이에 흐르는 미소 전류로 인해 발생하는 상기 저 션트저항(210)의 디지털 변환된 양단 전압을 기반으로 [식]에 따라 부하 측 예상 누설전류를 산출하고, 상기 산출된 부하 측 예상 누설전류 값이 설정 값 이하일 경우 일시적 누전에 상응하여 자동복구 처리하도록 하고 상기 산출된 부하 측 예상 누설전류 값이 설정 값 초과할 경우 자동복구 미처리하도록 한다.

서지 격리기(201 ~ 206)는 제어유닛(207)을 교류전원 선로에서 격리하여 외부에서 유입되는 서지로부터 제어유닛(207)(예를 들어, 마이크로컴퓨터)를 효과적으로 보호하는 것이다. 상기 서지 격리기(201 ~ 206)는 상기 전원 공급부(208)로부터 공급된 동작전원에서 설정 전압 이상의 서지 전압을 격리하는 전원용 서지 격리기(201)(상기 전원용 서지 격리기(201)는 제어유닛(207)의 전원을 설정 전압(3000V) 이상 격리하여 공급하는 직류-직류 변환기로 된 것임), 상기 누전차단기의 누전차단 신호에서 서지 전압에 상응하는 전압 이상을 격리하는 차단상태입력용 서지 격리기(202)(상기 차단상태입력용 서지 격리기(202)는 제어유닛(207)의 차단 후 부하 측 누전점검 및 복구동작 판단을 위한 누전차단부 동작상태 인터페이스 신호의 3000V 이상 격리하는 포토커플러로 된 것임), 상기 제어유닛(207)의 부하 측 누전점검 명령을 설정 서지 전압 이상 격리하여 상기 측정부로 전달되도록 하는 누전점검용 서지 격리기(203)(상기 누전점검용 서지 격리기(203)는 제어유닛(207)의 차단기 상태입력에 의한 부하 측 누전점검 명령을 3000V 이상 격리하여 전달하는 포토커플러로 된 것임), 상기 측정부의 저 션트저항(210)에서 발생한 전압을 광 변환하여 1대1 격리 증폭해서, 입력과 출력 사이를 서지 전압 이상 격리하여 상기 제어유닛(207)으로 전달하는 누전신호용 서지 격리기(204)(상기 누전신호용 서지 격리기(204)는 션트저항의 양단 전압, 즉, 비교전압과 누설전압을 광 변환하여 1대1 격리 증폭해서, 입력과 출력 사이를 3000V 이상 격리하는 1대1 격리증폭기로 된 것임), 상기 제어유닛(207)의 자동복구 명령을 서지 전압 이상 격리하여 상기 자동복구부로 전달하는 자동복구용 서지 격리기(205)(상기 자동복구용 서지 격리기(205)는 제어유닛(207)의 판단에 의한 자동복구 명령을 서지 전압(3000V) 이상 격리하여 전달하는 포토커플러로 된 것임) 및, 상기 제어유닛(207)의 자동복구 동작상태 출력 신호를 서지 전압 이상 격리하는 복구동작표시용 서지 격리기(206)(상기 복구동작표시용 서지 격리기(206)는 제어유닛(207)에 의한 자동복구 동작상태 출력을 서지 전압(3000V) 이상 격리하여 동작상태 표시 LED에 전달하는 자동복구 동작상태 표시 포토커플러로 된 것임)를 포함한다.

전류표시기(표시부(212))는 상기 제어유닛(207)에서 산출한 누전차단 후 부하 측의 예상 누설전류 값을 LED 또는 LCD에 의해 수치로 표시하는 것이다.

도 3은 본 발명에 따른 자동복구형 누전차단기의 동작을 순서대로 도시한 도면이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 자동복구형 누전차단기는 먼저, 부하 측의 누전발생에 따라 부하 측이 입력 전원으로부터 차단된 뒤, 전원입력 측 살아있는(Live) 제1 선로(L)에서 전원입력 측 접지된 제2 선로(N) 사이에 위험하지 않은 낮은 미소 전류(1mA 이하)가 흐르도록 상대적으로 높은 저항과 낮은 션트저항을 직렬로 연결한 제1 구성으로부터, 상기 션트저항의 양단 전압(V ₀ )을 검출하고, 이와 더불어 부하 측 살아있는 제1 선로(L)와 전원입력 측 접지된 제2 선로(N) 사이에 상기 높은 저항 값과 같은 값을 가진 높은 저항과 상대적으로 낮은 션트저항을 직렬로 연결한 제2 구성으로부터, 상기 션트저항의 양단 전압(V _L )을 검출하여(S301 ~ S308, 이때 제어유닛으로의 신호 입력과 출력 전에 서지 전압 격리 처리함), 상기 검출된 션트저항의 두 양단 전압(V ₀ , V _L )을 기반으로 부하 측 예상 누설전류(I _L )를 아래의 [식]에 따라 산출한다.

[식]

상기 [식]을 살펴볼 경우, 교류 입력전압과 무관하므로 정확한 누설전류 예상이 가능함을 알 수 있다.

구체적으로는, 상기 검출된 션트저항의 두 양단 전압 신호를 A/D 변환 입력으로 받아 디지털 변환하고, 제어유닛 내의 디지털 신호처리 시스템에 의하여 가감승제 처리해서, 상기 [식]에 따라 부하 측 예상 누설전류를 산출한다.

다음, 상기 산출된 부하 측 예상 누설전류 값이 설정 값 이하일 경우 일시적 누전으로 판단하여 전원입력 측 선로에서 부하 측으로의 전원 입력을 자동복구한다(S309, 이때 제어유닛에서 자동복구 명령과 자동복구 상태표시 관련 신호 포함하는 신호 인터페이스 전에 서지 전압 격리 처리(S310~S311)함).

그 결과, 본 발명은 종래의 교류 전원입력 측의 하나를 접지된 선 즉, 중성(N) 선으로 정하고, 전원입력 측의 다른 하나를 살아있는 선, 즉 라이브 선(L)로 정하여, 자동복구형 누전차단기를 설치하는 경우는 이 두 선이 바뀌어 올바른 판별이 되지 않는 경우가 있고, 또한 제대로 구분하여 연결한 경우에도, 예상 누설전류의 계산을 입력 전압 범위를 몇 단계로 나누어 계산하는 관계로, 어떤 입력 전압에서는 예상 누설전류의 계산이 정확하지 않아, 누전차단기 소정의 부동작 전류 이하의 예상 누설전류에서 자동복구하지 못하는 결함이 자주 발생하는 점을 해결한다.

즉, 본 발명은 다이오드에 의하여 누설 경로를 자동으로 채택하도록 회로를 구성하고, 상기 [식]을 살펴볼 경우 부하 측 예상 누설전류가 교류 입력전압에 무관하므로, 자동복구형 누전차단기 설치 오류에 의한 동작 오류와, 입력전압 단계별 계산에 따른 복구동작의 부정확을 방지함으로, 상기한 점을 해결한다.

한편, 본 발명에 따른 자동복구형 누전차단기의 자동복구 제어유닛 격리에 의한 서지보호 동작을 설명한다.

즉, 본 발명에 따른 자동복구형 누전차단기는 일반적으로 복구형 누전차단기에서 자동복구부가 마이크로컴퓨터로 되어 있어서 직류 5V 이하의 낮은 전압을 사용함으로 서지에 대하여 민감해서 외부에서 유입된 과도현상에 의한 제어부의 손상이나 오동작이 자주 발생한다.

종래의 자동복구형 누전차단기에서는 외부 유입 서지에 대한 보호 수단으로 산화금속 바리스터를 입력 전원선로에 병렬 연결하여 입력 선로 사이의 과전압을 억제할 뿐, 제어부인 마이크로컴퓨터 회로가 차단기 교류입력 회로와 기타 제어 및 신호 회로와 전기적으로 격리되어 있지 않아서, 전원선로에서 유입되는 낙뢰와 같은 공통모드 서지에 견디지 못하는 경우가 많았다.

이러한 제어부 격리를 위하여 본 발명은 도 2에 도시된 바와 같이, 전원공급은 교류 입력전원을 높은 주파수의 펄스로 변환해서 펄스변압기에 의하여 격리 전달하고, 자동복구 제어를 위한 각종의 입출력 신호는 광 변환하여 포토커플러에 의하여 격리 전달함으로써 제어부(본 발명의 "제어유닛")를 격리한다.

구체적으로, 본 발명에 따른 자동복구형 누전차단기의 제어부 격리에 의한 서지보호 동작의 동작 예는 다음과 같다.

즉, 본 발명에 따른 자동복구형 누전차단기는 자동복구 제어유닛(예를 들어, 마이크로 컴퓨터에 의한 제어부)의 동작전원을 전원입력 측 교류전원에서 공급하되 직류-직류 변환기에 의하여 3000V 이상 격리하여 공급하고, 누전차단기에서 제어유닛으로 제공하는 차단기 상태 입력 신호와, 제어유닛에서 입력 교류전원 측에 출력하는 복구 명령 신호 및 자동복구동작 상태출력 신호, 차단 후 부하 측의 누전상태를 판별할 경우 필요한 전류 루프의 절환을 위한 누전점검명령 신호 등은 LED(Light Emitting Diode)와 포토 트랜지스터(TR)의 조합에 의한 포토아이솔레이터로 3000V 이상 격리하여 신호를 송수신하고, 이와 더불어 서두에서 언급한 차단 후 부하 측의 누전상태 판별에 필요한 션트저항(210) 양단의 전압(V_O/V_L) 레벨은 한 개의 LED와 두 개의 동등 성능 포토 TR로 구성한 선형 포토아이솔레이터와 저 전류 동작 연산증폭기를 조합한 1대1 격리증폭 회로를 통하여 3000V 이상 격리해서 제어유닛 A/D 변환 입력 측에 전달하는 등의 동작으로, 제어유닛을 교류 전원 선로에서 격리함으로, 외부에서 유입되는 서지로부터 제어유닛에 상응하는 마이크로컴퓨터를 효과적으로 보호한다.

이상과 같이, 본 발명은 교류 입력전압과 무관하여 명확한 차단 후 부하 측의 예상 누설전류 산출 식에 따라 복구 제어유닛 마이크로컴퓨터의 프로그램을 단순화하고 복구동작의 정확성을 높이며, 자동복구 제어유닛의 핵심부인 마이크로컴퓨터가 외부회로와 3000V 이상 격리함으로, 외부에서 유입될 수 있는 낙뢰를 비롯한 서지로부터 자동복구형 누전차단기의 제어유닛을 효과적으로 보호하고 이에 따라서, 복구동작의 부정확과 제어부 고장원인을 경감함으로 전원공급에 대해 일정 수준 이상 유지하며, 전원 복구를 원활히 수행한다.

도 4는 본 발명에 따른 누전차단 후 부하 측의 예상 누설전류 산출 동작을 설명하기 위한 도면이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명은 누전차단기 전원입력 측 선로의 한 선 (L1)과 다른 한 선(L2)에 각기 다이오드(D3, D4)의 캐소드를 연결하고, 각 다이오드의 애노드는 공통으로 접속하여 그 연결점을 기준점으로 설정한다.

그리고, 또 한 쌍의 다이오드(D1, D2) 애노드를 전원입력 측(L1 _, L2)에 연결하고, 상기 각 다이오드의 캐소드를 공통으로 접속하여 전류를 미소전류(예를 들어, 1mA) 이내로 흐르게 하는 저항(R1)을 연결하고, 상기 저항(R1)의 다른 한 점을 측정 절환 스위치(S1)의 단자 2에 연결한다.

한편, 부하 측 선로(O1, O2)에서 각 다이오드(D5, D6)의 캐소드를 연결하고, 상기 각 다이오드의 애노드를 접속하여 저항(R2, R2 = R1)를 연결하고 저항(R2)의 다른 한 점을 스위치(S1)의 단자 3에 연결한다.

더불어, 누설전류를 측정하는 션트저항(R _S )의 한 점은 기준점인 공통 애노드에 연결되고, 다른 한 점은 부하누전점검 스위치(S1)의 단자 1에 연결된다.

그리고, 점검 스위치는 릴레이에 의하여 정상 상태(즉, 평상시)에 단자 1과 2가 연결되어 있다가 차단 후 부하회로의 예상 누설전류를 측정할 경우만 소정의 예를 들어, 기설정된 짧은 단시간 동안 단자 1과 단자 3이 연결되게 한다.

도 4에서 전류흐름은 L1을 L로 L2를 N으로 연결한 경우이다. L과 N을 반대로 연결한 경우는 각 다이오드 쌍이 서로 바뀔 뿐 전류 흐름은 같다.

한편, 상기 [식]의 유도는 다음과 같다.

도 4에서, 누전차단기 입력 측 선로의 한 선이 어스되어 있어서, 그 접지저항을 R _e 이라 하고, 누전차단기 출력 측 O ₂ 에서의 어스 누설저항이 R _l 이라 한 경우, 이 두 저항을 더한 값이 전 회로에 걸친 어스 누설저항 R _L 이라 할 수 있다. 그리고, 스위치 S ₁ 이 R ₁ 과 연결되어 있을 경우 션트저항 R _S 양단의 전압 V ₀ 와 전원 입력전압 V와의 관계는, R ₁ + R _S = R 라 할 경우,

이다.

여기서, 다이오드의 온 저항은 R에 비하여 현저히 적으므로 R에 포함된 것으로 본다. 한편, 스위치 S ₁ 이 R ₂ 와 연결되어 있을 경우 션트저항 R _S 양단의 전압 V _L 과 전원 입력전압 V와의 관계는

이다.

위 두 식에서 예상 누설전류 I _L 를 구해야 한다. 누설전류는 다음 식으로 표현된다.

.

먼저, 션트저항 R _S 양단의 전압 V ₀ 와 전원 입력전압 V와의 관계 식에서 V를 구한 경우,

이고, 상기 션트저항 R _S 양단의 전압 V _L 과 전원 입력전압 V와의 관계 식에서 V 를 구하면,

이다.

위의 두 수식은 같으므로,

이고, R _L 에 관하여 정리한 경우,

이 된다.

따라서, 부하 측 누설저항은

이 된다.

위의 식

와 식

에서,

와 같이 예상 누설전류를 구하는 공식인 상기 [식]이 유도된다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
201 : 전원용 서지 격리기 202 : 차단상태입력용 서지 격리기
203 : 누전점검용 서지 격리기 204 : 누전신호용 서지 격리기
205 : 자동복구용 서지 격리기 206 : 복구동작표시용 서지 격리기
207 : 제어유닛 208 : 전원 공급부
209 : 제1 제어정류기 210 : 션트 저항
211 : 제2 제어 정류기 212 : 표시부
213 : 복구 플런저 솔레노이드부

Claims (4)

1. 누전차단기의 전원입력 선로(제1 선로(L)와 제2 선로(Neutral : N)로 구성) 측 교류전원을 기반으로 동작전원을 공급하는 전원 공급부;
   상기 누전차단기의 누전차단 후 부하 측 예상 누설전류를 측정하는 측정부;
   상기 누전차단 후 부하 측으로의 전원 입력을 자동복구하는 자동복구부; 및,
   상기 누전차단기의 누전차단 신호 입력시, 상기 측정부 및 자동복구부와 연동하여 누전차단 후 부하 측의 예상 누설전류에 따라 자동복구 처리하는 제어유닛;
   을 포함하고,
   
   상기 측정부는,
   상기 누전 발생에 따라 부하 측이 입력 전원에서 차단된 다음, 전원입력 측 제1 선로(L)에서 전원입력 측 접지된 제2 선로(N) 사이에 미소전류가 흐르도록 상대적 고 저항과 저 션트저항(R _S )을 직렬로 연결한 제1 구성과, 부하 측 제1 선로(L)와 전원입력 측 접지된 제2 선로(N) 사이에 상기 고 저항 값과 동일한 고 저항과 상기 저 션트저항을 직렬로 연결한 제2 구성을 포함하며,
   
   상기 제어유닛은,
   상기 누전차단기의 누전차단 신호 입력시, 상기 측정부의 측정 동작을 제어하여 상기 제2 구성에 상응해서 상기 저 션트저항에서 발생한 양단 전압(Vo)을 검출하여 디지털 변환하고, 상기 변환된 저 션트저항의 양단 전압(Vo)과 상기 제1 구성에 상응해서 상기 저 션트저항에서 발생하여 디지털 변환한 양단 전압(V_L)을 기반으로, 부하 측 예상 누설전류(I _L )를 아래의 [식]([식] =

   

   )에 따라 산출하여, 상기 산출된 부하 측 예상 누설전류 값이 설정 값 이하일 경우 일시적 누전에 상응하여 자동복구 처리하도록 하고 상기 산출된 부하 측 예상 누설전류 값이 설정 값 초과할 경우 자동복구 미처리하도록 하는 것;
   을 특징으로 하는 자동복구형 누전차단기.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 측정부는
   제1, 2 다이오드를 구비하여, 상기 누전차단기 전원입력 측의 제1 선로(L)에 상기 제1 다이오드의 캐소드를 연결하고 제2 선로(N)에 상기 제2 다이오드의 캐소드를 연결하며, 상기 제1, 2 다이오드의 애노드는 공통으로 접속하여 해당 연결점을 측정 기준점으로 제공하는 측정 기준부;
   상기 기준점에 상응하여 공통 접점을 측정점으로 제공하고, 제1, 2 접점은 정상 경로와 누전차단 후 부하 측의 누설전류 측정경로에 상응하여 스위칭하는 전기적 연결 구성을 가진 부하누전 점검 스위치;
   제3, 4 다이오드를 구비하여, 상기 제3 다이오드의 애노드는 상기 전원입력 측의 제1 선로(L)에 연결하고 상기 제4 다이오드의 애노드는 제2 선로(N)에 연결하며, 상기 제3, 4 다이오드의 캐소드는 공통으로 접속하여 상기 부하누전 점검 스위치의 제1 접점과 전기적 연결 구성을 가지고 상기 제3, 4 다이오드의 캐소드와 상기 부하누전 점검 스위치 사이에 상기 상대적 고 저항이 구비된 정상경로 유지부;
   제5, 6 다이오드를 구비하여, 상기 누전차단기 전원부하 측 제1 선로(L)에 상기 제5 다이오드의 캐소드를 연결하고 제2 선로(N)에 상기 제6 다이오드의 캐소드를 연결하며, 상기 제5, 6 다이오드의 애노드를 공통으로 접속하여 상기 부하누전 점검 스위치의 제2 접점과 전기적 연결 구성을 가지고 상기 제5, 6 다이오드의 애노드와 상기 부하누전 점검 스위치 사이에 상기 상대적 고 저항과 같은 값의 고 저항이 구비된 구비된 누설전류 측정부; 및,
   상기 측정 기준부의 측정 기준점인 공통 애노드에 일단을 연결하고, 타단을 상기 부하누전 점검 스위치의 공통 접점에 연결하여 누설전류에 상응해서 전압을 발생하는 상기 고 저항 값보다 낮은 저 션트저항;
   을 포함하고,
   
   상기 제어 유닛은,
   상기 부하누전 점검 스위치의 공통 접점과 제2 접점 연결에 상응하여 부하 측 제1 선로(L)와 전원입력 측 제2 선로(N) 사이에 흐르는 미소 전류로 인해 발생하는 상기 저 션트저항의 양단 전압을 검출하여 디지털 변환하고, 상기 변환된 저 션트저항의 양단 전압과 부하 측의 누전발생에 따라 부하 측이 입력 전원으로부터 차단되어 전원입력 측 제1 선로(L)에서 전원입력 측 제2 선로(N) 사이에 흐르는 미소 전류로 인해 발생하는 상기 저 션트저항의 디지털 변환된 양단 전압을 기반으로 상기 [식]에 따라 부하 측 예상 누설전류를 산출하고, 상기 산출된 부하 측 예상 누설전류 값이 설정 값 이하일 경우 일시적 누전에 상응하여 자동복구 처리하도록 하고 상기 산출된 부하 측 예상 누설전류 값이 설정 값 초과할 경우 자동복구 미처리하도록 하는 것을 특징으로 하는 자동복구형 누전차단기.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 전원 공급부로부터 공급된 동작전원에서 설정 전압 이상의 서지 전압을 격리하는 전원용 서지 격리기;
   상기 누전차단기의 누전차단 신호에서 서지 전압에 상응하는 전압 이상을 격리하는 차단상태입력용 서지 격리기;
   상기 제어유닛의 부하 측 누전점검 명령을 설정 서지 전압 이상 격리하여 상기 측정부로 전달되도록 하는 누전점검용 서지 격리기;
   상기 측정부의 저 션트저항에서 발생한 전압을 광 변환하여 1대1 격리 증폭해서, 입력과 출력 사이를 서지 전압 이상 격리하여 상기 제어유닛으로 전달하는 누전신호용 서지 격리기;
   상기 제어유닛의 자동복구 명령을 서지 전압 이상 격리하여 상기 자동복구부로 전달하는 자동복구용 서지 격리기; 및,
   상기 제어유닛의 자동복구 동작상태 출력 신호를 서지 전압 이상 격리하는 복구동작표시용 서지 격리기;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동복구형 누전차단기.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 제어유닛에서 산출한 누전차단 후 부하 측의 예상 누설전류 값을 LED(Light Emitting Diode) 또는 LCD(Liquid Crystal Display)에 의해 수치로 표시하는 전류표시기;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동복구형 누전차단기.

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