KR20210114769A - 차단기 및 이의 신호 검출 회로 - Google Patents

차단기 및 이의 신호 검출 회로 Download PDF

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KR20210114769A
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Abstract

본 발명은 차단기가 설치된 선로로부터 사고 전류가 입력되어, 상기 사고 전류를 전압 신호로 변환하는 입력부, 상기 전압 신호를 입력받아, 상기 전압 신호를 반전시킨 반전 신호를 출력하는 인버터부, 상기 전압 신호 및 상기 반전 신호를 입력받아, 상기 전압 신호 및 상기 반전 신호를 정류한 정류 신호를 출력하는 정류부 및 상기 정류 신호를 입력받아, 상기 정류 신호를 증폭시켜 상기 차단기의 동작 여부를 판단하는 근거가 되는 검출 신호를 출력하는 증폭부를 포함하는 차단기의 신호 검출 회로 및 이를 포함한 차단기에 관한 것이다.

Description

차단기 및 이의 신호 검출 회로{CIRCUIT BREAKER AND CIRCUIT FOR DETECTING SIGNAL OF CIRCUIT BREAKER}
본 발명은 선로를 보호하는 차단기 및 이의 신호 검출 회로에 관한 것이다.
본 발명은 차단기의 Override 계전 동작 수행을 위한 신호 검출에 관한 것이다.
계전기 및 차단기에서의 Override 신호란 순시 전류보다 더 큰 전류가 인가되었을 때, 순시 동작보다 우선하여 Trip 동작을 수행하기 위한 신호를 말한다. 순시 전류보다 더 큰 전류가 순시 전류 동작 시간(보통 50ms 이내)만큼 인가되면 차단기와 그 뒤에 연결된 제품들이 손상되므로, 더 빠른 시간에 차단 동작을 수행해야 한다. 따라서 Override 계전동작 회로는 차단기에서 필수적인 기능이라고 할 수 있다.
근래에 대부분의 차단기들은 MCU를 이용하여 디지털 계전 동작을 수행한다. 일반적으로 60Hz의 전원을 사용하기 때문에 1주기 데이터를 수집하는데 16.67ms가 걸리고, 이 데이터를 연산하여 계전 동작 수행 여부를 결정하기까지 소요되는 시간과 실제 차단기가 동작하는데 걸리는 시간을 고려하면 최소20ms 이상 소요된다. 하지만 Override 계전 동작은 디지털 계전 동작이 아닌 아날로그 계전 동작이므로 빠른 시간 안에 동작할 수 있으며, 입력되는 신호가 클수록 Override 동작 시간도 짧아지게 된다.
Override 계전 동작 회로의 원리는, 우선 정현파의 전류가 차단기에 입력되면 차단기에서는 정현파의 전압 신호로 변환하고, 이 전압 신호가 일정 기준전압 이상이 되면 차단기 동작을 위한 신호를 생성하여 Override 계전 동작을 수행하게 된다. 도 1a 및 도 1b는 종래에 사용되고 있는 Override 신호 검출 회로의 예시로, 두 회로 모두 정방향 신호와 역방향 신호 각각을 반파 정류하고, 그 뒷단에 증폭기를 적용하여 전파정류 신호를 생성한다. 그 다음은 적정 Override Reference 전압을 선정하고 증폭기에서 적절한 증폭 배수를 선정하는 작업이 필요하다. 이러한 종래의 신호 검출 회로는 회로 구성에 따른 여러 제약이 따르게 된다. 도 1a에 도시된 바와 같은 회로는, 반전 증폭기와 비반전 증폭기의 증폭 배수를 각각 구해주어야 하는데, 이는 설계자의 시간과 노력이 많이 필요하게 되는 한계가 있다. 또한, 도 1b에 도시된 바와 같은 회로는, 차동 증폭기 증폭 배수를 구해주는 과정이 줄어들지만, 정방향 신호와 역방향 신호를 반파정류 한 신호가 다른 다이오드를 거치기 때문에 신뢰성이 떨어지는 한계가 있다.
본 발명은 상술한 바와 같은 종래기술의 한계를 개선하는 것을 과제로 한다.
즉, 본 명세서는 Override 신호 검출을 위한 회로를 간소화하고, Override 신호의 검출이 정확하게 이루어질 수 있는 차단기의 신호 검출 회로 및 이를 포함한 차단기를 제공하고자 한다.
상술한 바와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 차단기의 신호 검출 회로의 실시 예는, 상기 차단기가 설치된 선로로부터 사고 전류가 입력되어, 상기 사고 전류를 전압 신호로 변환하는 입력부, 상기 전압 신호를 입력받아, 상기 전압 신호를 반전시킨 반전 신호를 출력하는 인버터부, 상기 전압 신호 및 상기 반전 신호를 입력받아, 상기 전압 신호 및 상기 반전 신호를 정류한 정류 신호를 출력하는 정류부 및 상기 정류 신호를 입력받아, 상기 정류 신호를 증폭시켜 상기 차단기의 동작 여부를 판단하는 근거가 되는 검출 신호를 출력하는 증폭부를 포함한다.
일 실시 예에 있어서, 상기 입력부는, 입력단이 상기 선로와 연결되고, 출력단이 상기 인버터부의 입력단 및 상기 정류부의 입력단 각각과 연결될 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 입력부는, 상기 사고 전류를 정현파의 전압 신호로 변환하여, 상기 전압 신호를 상기 인버터부 및 상기 정류부 각각에 출력할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 인버터부는, 입력단이 상기 입력부의 출력단과 연결되고, 출력단이 상기 정류부의 입력단과 연결될 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 인버터부는, 상기 전압 신호의 극성을 반전시켜 상기 반전 신호를 생성하고, 상기 반전 신호를 상기 정류부에 출력할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 정류부는, 입력단이 상기 입력부의 출력단 및 상기 인버터부의 출력단 각각과 연결되고, 출력단이 상기 증폭부의 입력단과 연결될 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 정류부는, 상기 전압 신호 및 상기 반전 신호가 중첩된 중첩 신호를 정방향 반파 정류하여 상기 정류 신호를 생성하고, 상기 정류 신호를 상기 증폭부에 출력할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 증폭부는, 입력단이 상기 정류부의 출력단과 연결되고, 출력단이 상기 차단기의 제어부의 입력단과 연결될 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 증폭부는, 상기 정류 신호를 차동 증폭시켜 상기 검출 신호를 생성하고, 상기 검출 신호를 상기 차단기의 제어부로 출력할 수 있다.
또한, 상술한 바와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 차단기의 실시 예는, 상기 차단기가 설치된 선로로부터 사고 전류가 입력되어, 상기 사고 전류를 근거로 상기 차단기의 동작 여부를 판단하는 근거가 되는 검출 신호를 생성하는 검출부, 상기 검출 신호를 근거로 상기 차단기의 동작 여부를 판단하여, 판단 결과에 따라 상기 차단기의 동작을 제어하는 제어 신호를 생성하는 제어부 및 상기 제어 신호를 근거로 상기 선로를 차단하는 차단 동작을 수행하는 차단부를 포함하고, 상기 검출부는, 상기 사고 전류가 입력되어, 상기 사고 전류를 전압 신호로 변환하는 입력부, 상기 전압 신호를 입력받아, 상기 전압 신호를 반전시킨 반전 신호를 출력하는 인버터부, 상기 전압 신호 및 상기 반전 신호를 입력받아, 상기 전압 신호 및 상기 반전 신호를 정류한 정류 신호를 출력하는 정류부 및 상기 정류 신호를 입력받아, 상기 정류 신호를 증폭시켜 상기 검출 신호를 출력하는 증폭부를 포함한다.
본 발명에 따른 차단기 및 이의 신호 검출 회로는, 인버터를 통해 전압 신호를 반전시켜, 반전 신호를 이용하여 검출 신호를 생성함으로써, 신호 검출을 위한 회로가 간소화되고, Override 신호의 검출이 정확하게 이루어질 수 있게 되는 효과가 있다.
이에 따라, 본 발명에 따른 차단기 및 이의 신호 검출 회로는, 차단기의 설계 및 제작이 용이해짐은 물론, 설계 및 제작에 소모되는 비용 및 시간을 절감시킬 수 있게 되는 효과가 있다.
이에 더불어, 본 발명에 따른 차단기 및 이의 신호 검출 회로는, 차단기의 성능 및 신뢰성이 증대될 수 있게 됨은 물론, 선로의 보호가 보다 정확하고 안정적으로 이루어질 수 있게 되는 효과도 있다.
도 1a는 종래의 신호 검출 회로의 구성 및 원리를 나타낸 블록도 a.
도 1b는 종래의 신호 검출 회로의 구성 및 원리를 나타낸 블록도 b.
도 2는 본 발명에 따른 차단기의 실시 예에 따른 구성도.
도 3은 본 발명에 따른 차단기의 신호 검출 회로의 실시 예에 따른 구성도.
도 4는 도 3에 도시된 바와 같은 신호 검출 회로의 구체적인 구성을 나타낸 구성도.
도 5는 도 4에 도시된 바와 같은 신호 검출 회로의 검출 신호 생성 과정을 나타낸 블록도.
도 6은 본 발명에 따른 차단기의 검출 신호를 통한 동작 여부 판단 예시를 설명하기 위한 예시도.
이하에서는, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 차단기 및 이의 신호 검출 회로의 실시 예들을 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
또한, 본 명세서에 개시된 기술을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 기술의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 기술의 사상을 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 그 기술의 사상이 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 됨을 유의해야 한다.
먼저, 도 2를 참조하여 본 발명에 따른 차단기의 구성을 설명한다.
본 발명에 따른 차단기(100)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 검출부(10), 제어부(20) 및 차단부(30)를 포함한다.
상기 차단기(100)는, 전류가 흐르는 선로(PL)에 설치되어, 상기 선로(PL)에서 발생하는 이상 전류 및 이상 전압 중 하나 이상을 검출하여, 검출 결과에 따라 상기 선로(PL)를 보호하는 보호 장치를 의미한다.
이를테면, 상기 차단기(100)가 설치된 선로에서 발생하는 사고 또는 이상 발생으로 인해 기준치 이상의 전류 및 전압 중 하나 이상이 유기되면, 상기 선로를 보호하도록 차단 동작하게 될 수 있다.
상기 차단기(100)에서 상기 검출부(10)는, 상기 차단기(100)의 동작 근거가 되는 전류 및 전압 중 하나 이상을 검출하는 신호 검출 회로를 의미한다.
상기 검출부(10)는, 상기 차단기(100)가 설치된 선로(PL)로부터 사고 전류가 입력되어, 상기 사고 전류를 근거로 상기 차단기(100)의 동작 여부를 판단하는 근거가 되는 검출 신호를 생성한다.
상기 검출부(10)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 입력부(11), 인버터부(12), 정류부(13) 및 증폭부(14)를 포함한다.
상기 입력부(11), 상기 인버터부(12), 상기 정류부(13) 및 상기 증폭부(14)를 포함하여, 상기 사고 전류가 입력되면 상기 검출 신호를 생성하는 상기 검출부(10)의 구체적인 구성 및 신호 검출 과정은, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같을 수 있다.
상기 입력부(11)는, 상기 차단기(100)가 설치된 상기 선로(PL)로부터 상기 사고 전류(FC)가 입력되어, 상기 사고 전류(FC)를 전압 신호(VS)로 변환한다.
상기 입력부(11)는, 입력단이 상기 선로(PL)와 연결되고, 출력단이 상기 인버터부(12)의 입력단 및 상기 정류부(13)의 입력단 각각과 연결될 수 있다.
이에 따라, 상기 입력부(11)는, 상기 선로(PL)로부터 상기 사고 전류(FC)가 입력되면, 상기 사고 전류(FC)를 상기 전압 신호(VS)로 변환하여, 상기 인버터부(12) 및 상기 정류부(13) 각각에 출력하게 될 수 있다.
상기 입력부(11)는, 상기 사고 전류(FC)를 정현파의 전압 신호(VS)로 변환하여, 상기 전압 신호(VS)를 상기 인버터부(12) 및 상기 정류부(13) 각각에 출력할 수 있다.
즉, 상기 전압 신호(VS)는, 정현파 형태의 신호일 수 있다.
상기 인버터부(12)는, 상기 전압 신호(VS)를 입력받아, 상기 전압 신호(VS)를 반전시킨 반전 신호(IS)를 출력한다.
상기 인버터부(12)는, 입력단이 상기 입력부(11)의 출력단과 연결되고, 출력단이 상기 정류부(13)의 입력단과 연결될 수 있다.
이에 따라, 상기 인버터부(12)는, 상기 입력부(11)로부터 상기 전압 신호(VS)를 입력받아 상기 반전 신호(IS)를 생성하고, 상기 반전 신호(IS)를 상기 정류부(13)에 출력하게 될 수 있다.
상기 인버터부(12)는, 상기 전압 신호(VS)의 극성을 반전시켜 상기 반전 신호(IS)를 생성하고, 상기 반전 신호(IS)를 상기 정류부(13)에 출력할 수 있다.
즉, 상기 반전 신호(IS)는, 상기 전압 신호(VS)와 극성이 반대인 형태의 신호일 수 있다.
상기 정류부(13)는, 상기 전압 신호(VS) 및 상기 반전 신호(IS)를 입력받아, 상기 전압 신호(VS) 및 상기 반전 신호(IS)를 정류한 정류 신호(RS)를 출력한다.
상기 정류부(13)는, 입력단이 상기 입력부(11)의 출력단 및 상기 인버터부(12)의 출력단 각각과 연결되고, 출력단이 상기 증폭부(14)의 입력단과 연결될 수 있다.
이에 따라, 상기 정류부(13)는, 상기 입력부(11) 및 상기 인버터부(12) 각각으로부터 상기 전압 신호(VS) 및 상기 반전 신호(IS) 각각을 입력받아 상기 정류 신호(RS)를 생성하고, 상기 정류 신호(RS)를 상기 증폭부(14)에 출력하게 될 수 있다.
상기 정류부(13)는, 상기 전압 신호(VS) 및 상기 반전 신호(IS)가 중첩된 중첩 신호(VS+IS)를 정방향 반파 정류하여 상기 정류 신호(RS)를 생성하고, 상기 정류 신호(RS)를 상기 증폭부(14)에 출력할 수 있다.
즉, 상기 정류 신호(RS)는, 상기 중첩 신호(VS+IS)에서 - 성분이 정류된 형태의 신호일 수 있다.
상기 증폭부(14)는, 상기 정류 신호(RS)를 입력받아, 상기 정류 신호(RS)를 증폭시켜 상기 차단기(100)의 동작 여부를 판단하는 근거가 되는 상기 검출 신호(CS)를 출력한다.
상기 증폭부(14)는, 입력단이 상기 정류부(13)의 출력단과 연결되고, 출력단이 상기 차단기(100)의 상기 제어부(20)의 입력단과 연결될 수 있다.
이에 따라, 상기 증폭부(14)는, 상기 정류부(13)로부터 상기 정류 신호(RS)를 입력받아 상기 검출 신호(CS)를 생성하고, 상기 검출 신호(CS)를 상기 제어부(20)에 출력하게 될 수 있다.
상기 증폭부(14)는, 상기 정류 신호(RS)를 차동 증폭시켜 상기 검출 신호(CS)를 생성하고, 상기 검출 신호(CS)를 상기 제어부(20)로 출력할 수 있다.
즉, 상기 검출 신호(CS)는, 상기 정류 신호(RS)가 증폭된 형태의 신호일 수 있다.
여기서, 상기 증폭부(14)는, 기결정된 증폭비로 상기 정류 신호(RS)를 증폭시키게 될 수 있다.
이를테면, 상기 차단기(100)의 동작 여부를 판단할 수 있는 형태의 증폭비가 기결정되어, 상기 정류 신호(RS)를 상기 제어부(20)에서 동작 여부를 판단할 수 있는 형태로 증폭시키게 될 수 있다.
즉, 상기 검출 신호(CS)는, 상기 제어부(20)에서 동작 여부를 판단할 수 있는 형태로 증폭된 신호일 수 있다.
이처럼 상기 검출부(10)가 상기 사고 전류(FC)를 검출하여 상기 검출 신호(CS)를 생성하여 상기 제어부(20)에 전달하게 됨으로써, 상기 제어부(20)가 동작 여부를 판단한 결과에 따라 상기 차단부(30)가 차단 동작을 수행하게 될 수 있다.
상기 제어부(20)는, 상기 검출 신호(CS)를 근거로 상기 차단기(100)의 동작 여부를 판단하여, 판단 결과에 따라 상기 차단기(100)의 동작을 제어하는 제어 신호를 생성한다.
상기 제어부(20)는, 상기 검출 신호(CS)를 근거로 상기 차단부(30)를 동작시키는 상기 제어 신호를 생성하여, 상기 차단부(30)에 출력할 수 있다.
상기 제어부(20)는, 상기 검출 신호(CS)의 크기를 기설정된 기준 크기와 비교하여, 상기 제어 신호를 생성할 수 있다.
이를테면, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 검출 신호(CS)가 기준 전압(Vr)을 초과(x)하게 되면, 상기 차단부(30)가 동작하도록 상기 제어 신호를 생성하여 상기 차단부(30)에 출력하게 될 수 있다.
도 6에 도시된 바와 같은 상기 검출 신호(CS)의 파형은, 60[Hz]의 전원을 검출한 결과로, 상기 검출 신호(CS)의 첫 번째 주기(4[ms]) 및 두 번째 주기(12[ms])에서 상기 기준 전압(Vr)이 초과(x)되는 검출 결과를 나타낸다.
이에 따라, 상기 차단기(100)에서는 상기 검출 신호(CS)의 단위 주기에 해당하는 4[ms] 및 12[ms] 시기에서 상기 차단부(30) 동작 여부 판단 및 제어 신호 생성이 이루어지게 되어, 기존의 디지털 계전 방식에서 검출, 판단 및 제어가 이루어지는 20[ms] 시간보다 빠르게 차단 동작이 이루어지게 될 수 있다.
상기 차단부(30)는, 상기 제어 신호를 근거로 상기 선로(PL)를 차단하는 차단 동작을 수행한다.
상기 차단부(30)는, 상기 제어부(20)로부터 상기 제어 신호를 입력받으면, 상기 선로(PL)를 차단하도록 차단 동작을 수행할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명의 바람직한 실시 예들은 기술적 과제를 해결하기 위해 개시된 것으로, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자(당업자)라면 본 발명의 사상 및 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가 등이 가능할 것이며, 이러한 수정 등은 이하의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.
10: 검출부(신호 검출 회로) 11: 입력부
12: 인버터부 13: 정류부
14: 증폭부 20: 제어부
30: 차단부 100: 차단기

Claims (10)

  1. 차단기의 신호 검출 회로에 있어서,
    상기 차단기가 설치된 선로로부터 사고 전류가 입력되어, 상기 사고 전류를 전압 신호로 변환하는 입력부;
    상기 전압 신호를 입력받아, 상기 전압 신호를 반전시킨 반전 신호를 출력하는 인버터부;
    상기 전압 신호 및 상기 반전 신호를 입력받아, 상기 전압 신호 및 상기 반전 신호를 정류한 정류 신호를 출력하는 정류부; 및
    상기 정류 신호를 입력받아, 상기 정류 신호를 증폭시켜 상기 차단기의 동작 여부를 판단하는 근거가 되는 검출 신호를 출력하는 증폭부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 신호 검출 회로.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 입력부는,
    입력단이 상기 선로와 연결되고, 출력단이 상기 인버터부의 입력단 및 상기 정류부의 입력단 각각과 연결되는 것을 특징으로 하는 신호 검출 회로.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 입력부는,
    상기 사고 전류를 정현파의 전압 신호로 변환하여, 상기 전압 신호를 상기 인버터부 및 상기 정류부 각각에 출력하는 것을 특징으로 하는 신호 검출 회로.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 인버터부는,
    입력단이 상기 입력부의 출력단과 연결되고, 출력단이 상기 정류부의 입력단과 연결되는 것을 특징으로 하는 신호 검출 회로.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 인버터부는,
    상기 전압 신호의 극성을 반전시켜 상기 반전 신호를 생성하고, 상기 반전 신호를 상기 정류부에 출력하는 것을 특징으로 하는 신호 검출 회로.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 정류부는,
    입력단이 상기 입력부의 출력단 및 상기 인버터부의 출력단 각각과 연결되고, 출력단이 상기 증폭부의 입력단과 연결되는 것을 특징으로 하는 신호 검출 회로.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 정류부는,
    상기 전압 신호 및 상기 반전 신호가 중첩된 중첩 신호를 정방향 반파 정류하여 상기 정류 신호를 생성하고, 상기 정류 신호를 상기 증폭부에 출력하는 것을 특징으로 하는 신호 검출 회로.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 증폭부는,
    입력단이 상기 정류부의 출력단과 연결되고, 출력단이 상기 차단기의 제어부의 입력단과 연결되는 것을 특징으로 하는 신호 검출 회로.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 증폭부는,
    상기 정류 신호를 차동 증폭시켜 상기 검출 신호를 생성하고, 상기 검출 신호를 상기 차단기의 제어부로 출력하는 것을 특징으로 하는 신호 검출 회로.
  10. 차단기에 있어서,
    상기 차단기가 설치된 선로로부터 사고 전류가 입력되어, 상기 사고 전류를 근거로 상기 차단기의 동작 여부를 판단하는 근거가 되는 검출 신호를 생성하는 검출부;
    상기 검출 신호를 근거로 상기 차단기의 동작 여부를 판단하여, 판단 결과에 따라 상기 차단기의 동작을 제어하는 제어 신호를 생성하는 제어부; 및
    상기 제어 신호를 근거로 상기 선로를 차단하는 차단 동작을 수행하는 차단부;를 포함하고,
    상기 검출부는,
    제1 항 내지 제9 항 중 어느 한 항의 신호 검출 회로인 것을 특징으로 하는 차단기.
KR1020200030333A 2020-03-11 2020-03-11 차단기 및 이의 신호 검출 회로 KR20210114769A (ko)

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