KR20220006917A - 누전 차단기 및 그 누전 차단기의 제어 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 누전 차단기 및 그 누전 차단기에 대한 것으로, 전로에 흐르는 전류를 검출하는 전류 검출부와, 트립 제어 신호가 수신되면 전로와 부하 사이의 연결을 차단하는 트립부와, 전류 검출부에서 검출된 전류로부터, 양의 피크값과 음의 피크값, 실효값, 기본파 크기, 3고조파 비율을 검출 및, 기 설정된 1주기 동안의 크기 평균값을 산출하는 특징 검출부 및, 검출된 피크값들의 비율에 근거하여 상기 검출된 전류를, 기 설정된 파형을 가지는 제1 누설 전류 또는 상기 기 설정된 파형과 다른 파형을 가지는 제2 누설 전류 중 어느 하나로 1차 판단하고, 상기 1차 판단 결과 상기 검출된 전류가 상기 제1 누설 전류로 판단되는 경우, 상기 실효값, 3고조파 비율 및 기본파 크기 중 적어도 하나와 상기 크기 평균값에 근거하여 상기 트립 제어 신호를 상기 트립부로 출력하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

누전 차단기 및 그 누전 차단기의 제어 방법{ELCB(EARTH LEAKAGE CIRCUIT BREAKER) AND CONTROL METHOD FOR THE ELCB}

본 발명은 누전 차단기 및 그 누전 차단기의 제어 방법에 대한 것이다.

누전 차단기는 전동기계기구와 같은 부하가 접속되어 있는 전로에서 누전으로 인한 감전 위험을 방지하기 위해 사용되는 기기이다. 이를 위해 누전 차단기는, 전력이 공급되는 전로로부터 전류를 검출하는 검출부와 상기 전로와 부하가 연결된 접점을 개폐 구동하는 차단부를 포함할 수 있으며, 누전 또는 지락이 검출되는 경우에 상기 차단부의 트립 동작를 수행하여 전로와 부하의 연결을 차단할 수 있다.

한편 통상적인 누전 차단기는, 전로로부터 검출된 전류의 기본파, 제3 고조파, 피크(peak)값 등 다양한 특징들에 근거하여, 검출된 전류를 평형 전류 또는 누전 또는 지락에 따른 전류(누설 전류 또는 지락 전류)로 판별할 수 있다. 여기서 평형 전류는 0의 값을 가지는 평형 상태의 전류를 의미할 수 있으며, 상기 누전 또는 지락이 발생하지 않은 상태에서 검출되는 전류일 수 있다.

반면 검출된 전류가 평형 전류가 아니라고 판단하는 경우, 피크값의 크기에 근거하여 지락 전류로 구분하거나 또는 누설 전류로 판별하여 전로로부터 부하를 차단시킬 수 있다.

한편 누설 전류는 직류 성분을 포함하지 않는 순수한 정현파의 교류 성분의 전류로서 양의 극성과 음의 극성을 모두 포함하는 파형을 가지는 AC형 누설 전류와, 직류 성분이 포함된 교류 맥동 전류를 포함하여 양의 극성과 음의 극성 중 어느 하나만을 포함하는 반파 파형을 가지는 A형 누설 전류로 구분될 수 있다. 이처럼 구분된 전류들은 하기 표 1에서 보이고 있는 바와 같다.

[표]

여기서 평형 전류는 정상 상태에서 흐르는 전류로서, 입력 전류와 출력 전류의 합이 이상적으로는 0으로 출력 파형이 출력되지 않아야 하나, 실질적으로는 임피던스 부정합, 영상 변류기의 포화 현상 등 물리 현상으로 인해 0점을 교차하는 시점에 파형이 출력될 수 있다.

그런데 정상적인 평형 전류라고 할지라도, 상기 표 1에서 보이고 있는 바와 같이, 모터의 기동에 따른 기동 전류 또는 인버터에서 발생하는 고조파의 영향으로 발생하는 노이즈가 포함될 수 있다. 이 경우 노이즈는 짧은 시간 동안 양 또는 음의 값을 가지는 전류 신호의 형태로 검출될 수 있다. 한편 표 1에서 보이고 있는 바와 같이, 위상각이 큰 A형 누설 전류는 0이 아닌 값을 가지는 파형의 지속 시간이 짧고, 소정의 피크값을 가지므로, 평형 전류에 노이즈가 포함된 형태와 그 파형이 유사할 수 있다. 특히 고주파 비율이 높은 135도 A형 누설 전류의 파형의 경우, 노이즈가 포함된 평형 전류와 그 파형이 매우 유사하여 구분이 어려울 수 있다.

따라서 노이즈가 포함된 정상 상태의 평형 전류인 경우, A형 누설 전류(예 : 135도 A형 누설 전류)와 그 파형이 유사함에 따라 평형 전류임에도 불구하고 A형 누설 전류로 오 판단될 가능성이 있으며, 평형 전류임에도 불구하고 트립 동작이 수행되는 문제점이 있다.

본 발명은 노이즈를 포함하는 평형 전류와 A형 누설 전류를 보다 정밀하게 구분할 수 있는 누전 차단기 및 그 누전 차단기의 제어 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

또한 본 발명은 노이즈를 포함하는 평형 전류에 대해 트립 동작이 잘못 수행되는 것을 방지할 수 있는 누전 차단기 및 그 누전 차단기의 제어 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

상기 또는 다른 목적을 달성하기 위해 본 발명의 일 측면에 따르면, 본 발명의 실시 예에 따른 누전 차단기는, 전로에 흐르는 전류를 검출하는 전류 검출부와, 트립 제어 신호가 수신되면 전로와 부하 사이의 연결을 차단하는 트립부와, 전류 검출부에서 검출된 전류로부터, 양의 피크값과 음의 피크값, 실효값, 기본파 크기, 3고조파 비율을 검출 및, 기 설정된 1주기 동안의 크기 평균값을 산출하는 특징 검출부 및, 검출된 피크값들의 비율에 근거하여 상기 검출된 전류를, 기 설정된 파형을 가지는 제1 누설 전류 또는 상기 기 설정된 파형과 다른 파형을 가지는 제2 누설 전류 중 어느 하나로 1차 판단하고, 상기 1차 판단 결과 상기 검출된 전류가 상기 제1 누설 전류로 판단되는 경우, 상기 실효값, 3고조파 비율 및 기본파 크기 중 적어도 하나와 상기 크기 평균값에 근거하여 상기 트립 제어 신호를 상기 트립부로 출력하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

일 실시 예에 있어서, 상기 제어부는, 상기 누전 차단기의 감도 전류를 기준으로, 복수의 서로 다른 위상 제어값에 따른 제1 누설 전류들의 상기 1주기 동안의 평균 크기들 중 어느 하나에 근거하여 기준값을 설정하고, 상기 검출된 전류 신호로부터 산출된 상기 1주기 동안의 크기 평균값과 상기 기준값을 비교한 결과에 근거하여 상기 트립 제어 신호를 출력하는 것을 특징으로 한다.

일 실시 예에 있어서, 상기 제어부는, 상기 복수의 서로 다른 위상 제어값에 따른 제1 누설 전류들의 상기 1주기 동안의 평균 크기들 중 작은 값을 상기 기준값으로 설정하는 것을 특징으로 한다.

일 실시 예에 있어서, 상기 복수의 서로 다른 위상 제어값에 따른 제1 누설 전류들은, 90도로 위상이 제어된 제1 누설 전류 또는 135도로 위상이 제어된 제1 누설 전류임을 특징으로 한다.

일 실시 예에 있어서, 상기 누전 차단기의 감도 전류는, 서로 다른 위상 제어값을 가지는 제1 누설 전류들 각각에 따라 서로 다르게 설정되는 것을 특징으로 한다.

일 실시 예에 있어서, 상기 특징 검출부는, 상기 검출된 전류로부터, 기 설정된 값 이상의 크기를 가지는 전류 신호가 발생한 시간을 검출하고, 검출된 시간과 상기 1주기에 대응하는 시간의 비율을 유효 전류 시간비로 더 산출하고, 상기 제어부는, 상기 1차 판단 결과, 상기 검출된 전류가 상기 제1 누설 전류로 판단되는 경우, 상기 1주기 동안의 크기 평균값과 상기 유효 전류 시간비 중 적어도 하나에 근거하여 상기 트립 제어 신호를 출력하는 것을 특징으로 한다.

일 실시 예에 있어서, 상기 제어부는, 상기 유효 전류 시간비와 기 설정된 기준비율을 비교한 결과, 상기 유효 전류 시간비가 상기 기준비율 보다 더 큰 경우, 상기 크기 평균값에 근거하여 상기 트립 제어 신호를 출력하는 것을 특징으로 한다.

일 실시 예에 있어서, 상기 전류 검출부는, 상기 피크값들 중 작은 값을 기준값으로 설정하고, 산출된 피크값들의 비율이 기 설정된 피크값 기준 비율을 초과하는 경우 상기 검출된 전류를 상기 제1 누설 전류로 판별하며, 산출된 피크값들의 비율이 상기 피크값 기준 비율보다 작거나 같은 경우 상기 검출된 전류를 상기 제2 누설 전류로 판별하는 것을 특징으로 한다.

일 실시 예에 있어서, 상기 피크값 기준 비율은 1임을 특징으로 한다.

일 실시 예에 있어서, 상기 제어부는, 상기 1차 판단 결과에 따라 상기 제1 누설 전류에 따른 제1 판별 과정 및 상기 제2 누설 전류에 따른 제2 판별 과정 중 어느 하나에 따른 판별 결과에 근거하여 상기 트립 제어 신호를 출력하며, 상기 제1 판별 과정은, 상기 실효값과 상기 3고조파 비율에 근거하여 누설 전류 여부를 판별하는 과정이며, 상기 제2 판별 과정은, 상기 기본파의 크기와 상기 3고조파 비율에 근거하여 누설 전류 여부를 판별하는 과정임을 특징으로 한다.

일 실시 예에 있어서, 상기 제어부는, 상기 제1 판별 과정에 따라 상기 검출된 전류가 누설 전류로 판별된 경우, 상기 크기 평균값과 기 설정된 기준값을 비교한 결과에 따라 상기 트립 제어 신호를 출력하거나, 또는 상기 검출된 전류에 대해 상기 제2 판별 과정을 더 수행하고, 더 수행된 상기 제2 판별 과정에 따른 판별 결과에 근거하여 상기 트립 제어 신호를 출력하는 것을 특징으로 한다.

상기 또는 다른 목적을 달성하기 위해 본 발명의 일 측면에 따르면, 본 발명의 실시 예에 따른 누전 차단기의 제어 방법은, 전로에 흐르는 전류를 검출하는 단계와, 상기 검출된 전류로부터, 양의 피크값 및 음의 피크값을 검출하는 단계와, 상기 검출된 피크값들의 비율에 따라, 상기 검출된 전류를 기 설정된 파형을 가지는 제1 누설 전류 또는 상기 기 설정된 파형과 다른 파형을 가지는 제2 누설 전류 중 어느 하나로 1차 판단하는 단계 및, 상기 1차 판단 결과 상기 검출된 전류가 상기 제1 누설 전류로 판단되는 경우, 상기 검출된 전류로부터 측정된 실효값, 3고조파 비율 및 기본파 크기 중 적어도 하나와 상기 검출된 전류로부터 산출된 기 설정된 1주기 동안의 크기 평균값에 근거하여 상기 전로로부터 부하를 차단시키기 위한 트립 제어 신호를 출력하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

일 실시 예에 있어서, 상기 트립 제어 신호를 출력하는 단계는, 상기 1차 판단 결과 상기 검출된 전류가 상기 제1 누설 전류로 판단되는 경우, 상기 크기 평균값과 기 설정된 기준값을 비교하는 단계 및, 상기 비교 결과에 근거하여, 상기 제1 누설 전류에 따른 제1 판별 과정 및, 상기 제2 누설 전류에 따른 제2 판별 과정 중 어느 하나에 따른 판별 결과에 근거하여 상기 트립 제어 신호를 출력하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

일 실시 예에 있어서, 상기 기준값은, 상기 누전 차단기의 감도 전류를 기준으로, 복수의 서로 다른 위상 제어값에 따른 제1 누설 전류들의 상기 1주기 동안의 평균 크기들 중 어느 하나에 근거하여 설정되는 값임을 특징으로 한다.

일 실시 예에 있어서, 상기 기준값은, 상기 복수의 서로 다른 위상 제어값에 따른 제1 누설 전류들의 상기 1주기 동안의 평균 크기들 중 작은 값이며, 상기 복수의 서로 다른 위상 제어값에 따른 제1 누설 전류들은, 90도로 위상이 제어된 제1 누설 전류 또는 135도로 위상이 제어된 제1 누설 전류임을 특징으로 한다.

일 실시 예에 있어서, 상기 크기 평균값과 기 설정된 기준값을 비교하는 단계는, 상기 검출된 전류 신호로부터 기 설정된 값 이상의 크기를 가지는 전류 신호가 발생한 시간에 근거하여 산출되는 유효 전류 시간비와 기 설정된 기준비율을 비교하고, 비교 결과에 따라 상기 크기 평균값과 기 설정된 기준값을 비교하는 단계임을 특징으로 한다.

일 실시 예에 있어서, 상기 크기 평균값과 기 설정된 기준값을 비교하는 단계는, 상기 유효 전류 시간비와 기준 비율을 비교한 결과, 상기 유효 전류 시간비가 상기 기준비율 보다 더 큰 경우에 상기 크기 평균값과 기 설정된 기준값을 비교하고, 상기 유효 전류 시간비가 상기 기준비율 보다 작거나 같은 경우 상기 제2 판별 과정에 따른 판별 결과에 따라 트립 제어 신호를 출력하는 단계임을 특징으로 한다.

일 실시 예에 있어서, 상기 검출된 전류를 1차 판단하는 단계는, 상기 피크값들 중 작은 값을 기준값으로 설정하고, 산출된 피크값들의 비율이 기 설정된 피크값 기준 비율을 초과하는 경우 상기 검출된 전류를 상기 제1 누설 전류로 판별하며, 산출된 피크값들의 비율이 상기 피크값 기준 비율보다 작거나 같은 경우 상기 검출된 전류를 상기 제2 누설 전류로 판별하는 단계임을 특징으로 한다.

일 실시 예에 있어서, 상기 피크값 기준 비율은 1임을 특징으로 한다.

일 실시 예에 있어서, 상기 트립 제어 신호를 출력하는 단계는, 상기 1차 판단 결과, 상기 검출된 전류가 상기 제1 누설 전류로 판단되는 경우, 상기 제1 누설 전류에 따른 제1 판별 과정에 따라 누설 전류 여부를 판단하는 단계와, 상기 제1 판별 과정에 따른 판별 결과, 상기 검출된 전류가 누설 전류인 경우 상기 크기 평균값과 기 설정된 기준값을 비교하는 단계 및, 상기 크기 평균값과 기 설정된 기준값을 비교한 결과에 따라 상기 트립 제어 신호를 출력하거나, 또는 상기 제2 누설 전류에 따른 제2 판별 과정에 따른 판별 결과에 따라 상기 트립 제어 신호를 출력하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 누전 차단기 및 그 누전 차단기의 제어 방법의 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 본 발명은 검출된 전류가 A형 누설 전류로 구분되는 경우에, 1주기 동안의 전류 신호 평균 크기를 산출하고, 산출된 평균 전류 신호 크기가 기 설정된 기준값보다 작은 경우 검출된 전류를 평형 전류로 구분할 수 있다.

이에 따라 본 발명은 일시적인 노이즈를 포함하는 평형 전류가 A형 누설 전류로 오인되어 트립 동작이 수행되는 것을 사전에 방지할 수 있다는 효과가 있다.

도 1은 본 발명과 관련된 누전 차단기의 구조를 설명하기 위한 블록도이다.
도 2는 본 발명과 관련된 누전 차단기가 전로에 연결되는 예를 도시한 블록도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 누전 차단기가 전류 검출 결과에 따라 트립 동작을 수행하는 동작 과정을 도시한 예이다.
도 4a와 도 4b는, 본 발명의 실시 예에 따른 평균 전류 신호 크기 및 평균 전류 신호 기준값을 설명하기 위한 예시도이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 누전 차단기가 전류 검출 결과에 따라 트립 동작을 수행하는 다른 동작 과정을 도시한 예이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 유효 전류 시간비를 설명하기 위한 예시도이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 누전 차단기가, 평균 전류 신호 크기와 유효 전류 시간비에 근거하여 A형 누설 전류 여부를 구분하는 동작 과정을 도시한 것이다.
도 8은 노이즈를 포함하는 전류가 검출되는 경우, 본 발명에 따른 누전 차단기가 검출된 전류가 평형 전류로 구분하는 예를 설명하기 위한 예시도이다.

본 명세서에서 사용되는 기술적 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아님을 유의해야 한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다

본 명세서에서, "구성된다." 또는 "포함한다." 등의 용어는 명세서상에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계를 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 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 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 또한 이하에서 설명되는 각각의 실시 예들 뿐만 아니라, 실시 예들의 조합은 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 변경, 균등물 내지 대체물로서, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 해당될 수 있음은 물론이다.

도 1은 본 발명과 관련된 누전 차단기(10)의 구조를 설명하기 위한 블록도이다. 그리고 도 2는 본 발명과 관련된 누전 차단기가 전로에 연결되는 예를 도시한 블록도이다.

먼저 도 1을 참조하여 살펴보면, 본 발명의 실시 예에 따른 누전 차단기(10)는 제어부(100)와, 전로를 통해 부하로 입력 및 부하로부터 출력되는 전류를 검출하는 누설 전류 검출부(110), 검출된 전류를 변환하는 변환부(120), 상기 검출된 전류를 1차적으로 특정 유형의 누설 전류로 구분하기 위한 특징들을 검출하는 제1 특징 검출부(130), 상기 1차 구분 결과에 따른 방식으로 상기 검출된 전류가 누설 전류 인지 여부를 판별하기 위한 특징들을 검출하는 제2 특징 검출부(140), 상기 전로에 연결된 개폐기를 제어하여 트립 동작을 수행하는 트립부(150), 그리고 메모리(160)를 포함하여 구성될 수 있다. 또한 출력부(170)를 더 포함하여 구성될 수 있다.

누설 전류 검출부(110)는, 복수의 전로에 흐르는 전류를 검출할 수 있다. 이를 위해 누설 전류 검출부(110)는, 도 2에 도시된 바와 같이 복수의 전로가 관통하도록 설치되는 링(ring)형의 코어(core)와, 해당 코어에 감겨서 전류 검출 신호를 출력하는 2차 권선으로 구성된 영상 변류기(ZCT; zero current transformer)(111)를 포함하여 이루어질 수 있다.

상기 영상 변류기(ZCT)(111)는, 이론적으로 전로에서 검출되는 전기 벡터의 합이 정상 상태에서는 '0'이 되어야 하지만, 지락(누전)이 발생한 경우 벡터의 합이 0이 되지 않는 것을 이용하여 전로에 흐르는 누설 전류를 검출할 수 있다. 즉, 영상 변류기(ZCT)(111)를 통과하여 전로에 흐르는 전류의 경우, 누전이 발생하지 않은 경우에는 부하로 입력되는 전류와 출력되는 전류가 서로 같으므로, 평형 상태의 전류(크기가'0'에 가까운 전류)가 출력될 수 있다. 그러나 전로에서 누전 또는 지락이 발생한 경우에는, 부하에 입력되는 전류와 부하로부터 출력되는 전류의 차이가 발생하고, 이 차이만큼의 전류가 지락 전류 또는 누설 전류로서 검출될 수 있다.

또한 상기 누설 전류 검출부(110)는 전류 신호의 크기를 측정하기 위한 션트 저항(113)을 포함할 수 있으며, 상기 누설 전류 검출 신호에 혼입될 수 있는 고주파 노이즈를 제거하기 위한 저역 통과 필터(112)를 포함하여 구성될 수 있다.

한편 상기 도 2의 설명에서는 R, S, T 3상의 전류가 공급되는 3개의 전로로부터 누설 전류를 검출하는 것을 예로 들어 설명하였으나 본 발명이 이에 적용되는 것은 아니다. 즉, 상기 3상 전류 중 두 개의 전류를 공급받는 단상 부하에 연결되는 전로에도 본 발명이 적용될 수 있다. 즉 누설 전류 검출부(110)는 3상의 전류가 흐르는 3상 전로 모두로부터 누설 전류를 검출하거나 또는 3상 중 일부의 전로로부터 누설 전류를 검출할 수도 있음은 물론이다.

그리고 변환부(120)는 누설 전류 검출부(110)에서 검출된 전류를 디지털 신호로 변환할 수 있다. 보다 자세하게 변환부(120)는 ADC(Analog Digital Converter) 모듈(121)을 포함할 수 있으며, ADC 모듈(121)을 통해 상기 누설 전류 검출부(110)에서 검출된 전류 신호를 샘플링하고 샘플링된 전류 신호를 시간 영역의 디지털 신호로 변환할 수 있다. 또한 상기 변환부(120)는 DFT(Discrete Fourier Transform) 모듈(122)을 포함할 수 있으며, 상기 DFT 모듈(122)을 통해 시간 영역의 디지털 신호를 이산 푸리에 변환을 통해 주파수 영역의 디지털 신호로 변환할 수 있다.

그리고 제1 특징 검출부(130)는 상기 누설 전류 검출부(110)에서 검출된 전류를 특정 유형의 누설 전류로 구분하기 위한 특징들을 검출할 수 있다. 이러한 특징들은 기 설정된 1주기 동안 검출된 전류 신호의 양(+) 또는 음(-)의 최대값, 즉 피크(peak)값이나 상기 1주기 동안 검출된 전류 신호의 크기, 또는 상기 1주기 동안 기 설정된 크기 이상의 양 또는 음의 전류 신호가 검출된 시간일 수 있다. 이러한 특징들을 검출하기 위해 상기 제1 특징 검출부(130)는 피크값 검출부(131), 평균 전류 신호 크기 산출부(132), 유효 전류 시간비 산출부(133)를 포함할 수 있다.

먼저 피크값 검출부(131)는 상기 누설 전류 검출부(110)에서 상기 1주기 동안에 검출된 전류로부터 양의 값을 가지는 전류 신호의 최대값, 즉 양의 피크값과 음의 값을 가지는 전류 신호의 최대값(음의 피크값)을 검출할 수 있다.

일 예로 상기 누설 전류 검출부(110)에서 검출되는 전류 신호를, 션트 저항(Shunt register)을 통해 상기 전류 신호에 대응하는 전압으로 측정하는 경우, 상기 양의 피크값은 상기 1주기 동안에 검출된 전류 신호에 대응하는 전압들 중 최고 전압을 의미할 수 있으며, 상기 음의 피크값은 상기 1주기 동안에 검출된 전류 신호에 대응하는 전압들 중 최저 전압을 의미할 수 있다.

한편 상기 평균 전류 신호는 상기 기 설정된 1주기 동안의 검출된 전류 신호의 크기 평균을 의미할 수 있다. 따라서 상기 평균 전류 신호 크기 산출부(132)는 상기 1주기 동안에 검출된 전류 신호 크기의 합을 산출할 수 있으며, 상기 1주기 동안의 기 설정된 단위 시간당 평균 신호 크기를 산출할 수 있다.

이 경우 상술한 바와 같이 상기 검출되는 전류 신호가, 대응하는 전압값으로 측정되는 경우라면, 상기 평균 전류 신호 크기 산출부(132)는 상기 1주기 동안 검출되는 양의 전압과 음의 전압을 모두 합산하고, 합산된 전압값을 상기 1주기 동안의 단위 시간당 평균값으로 환산할 수 있다.

일 예로 상기 합산된 전압값이 16mv이고, 1주기가 16ms이며, 기 설정된 단위 시간이 1ms인 경우라면, 상기 평균 전류 신호 크기 산출부(132)는 1주기 동안 단위 시간(1ms)당 평균 1mV가 검출된 것으로 평균 전류 신호의 크기를 산출할 수 있다. 이 경우 산출된 평균 전류 신호의 크기는 절대값 연산을 통해 양의 값으로 산출될 수 있다.

한편 상기 유효 전류 시간은 상기 1주기 동안에 기 설정된 크기 이상의 크기를 가지는 전류 신호가 검출된 시간을 의미할 수 있다. 일 예로 유효 전류가 +1mV 또는 -1mV인 경우라면 상기 유효 전류 시간은 전류 신호에 대응하는 전압값이 +1mV 이상 또는 -1mV 이하인 전압이 검출된 시간을 의미할 수 있다. 그리고 유효 전류 시간비 산출부(133)는 상기 1주기 동안 검출된 유효 전류 시간과 상기 1주기에 대응하는 시간의 비율을 산출하여, 상기 1주기 동안 기 설정된 유효 전류값 보다 큰 크기를 가지는 전류 신호가 검출된 비율, 즉 유효 전류 시간비를 산출할 수 있다.

한편 상기 제1 특징 검출부(130)는 상기 누설 전류 검출부(110)에서 검출된 전류의 유형에 따라 검출된 전류가 누설 전류인지 또는 지락 전류인지 여부를 판별하기 위한 다양한 특징들을 검출할 수 있다. 이러한 특징들은 기본파의 크기나 실효값(RMS, Root Mean Square), 또는 3고조파의 비율일 수 있으며, 상기 특징들을 검출하기 위해 제1 특징 검출부(130)는 기본파 크기 검출부(141), 실효값 산출부(142) 및 3고조파 비율 산출부(143)를 포함할 수 있다.

먼저 기본파는 비정현파를 합성하는 복수의 정현파 중 주파수 성분 중 가장 낮은 주파수 성분을 의미할 수 있으며, 기본파 크기 검출부(141)는 상기 기본파의 크기를 검출할 수 있다. 기본파로서, 유럽은 50Hz, 대한민국은 60Hz 주파수를 일반적으로 사용하며, 이에 따라 상기 기본파 크기 검출부(141)는 대한민국의 경우 60Hz의 주파수 성분의 크기를, 유럽의 경우 50Hz 주파수 성분의 크기를 검출할 수 있다.

그리고 실효값은 입력된 교류 전류와 같은 주기파의 1주기 동안의 순시값의 제곱을 평균한 값에 대한 제곱근값을 의미할 수 있다. 실효값 산출부(142)는 누설 전류 검출부(110)에서 검출된 1주기 동안의 전류에 대한 실효값을 산출할 수 있다. 정편파의 경우 교류 전류의 실효값은 최대 진폭의 0.707배이며, 실효값에 대응하는 직류 전류의 전기 에너지와 동일한 전기 에너지를 의미할 수 있다.

또한 3고조파는 기본파의 3배가 되는 주파수의 고조파를 의미할 수 있다. 그리고 3고조파 비율은 주파수 영역에서 기본파 성분의 크기에 대비하여 상기 3고조파 성분의 비율(%)을 의미할 수 있다. 상기 3고조파 비율 산출부(143)는 상기 변환부(120)에서 검출된 이산 푸리에 결과에 근거하여 상기 기본파 성분의 크기와 3고조파 성분의 크기를 산출할 수 있으며, 산출된 크기들의 비율에 근거하여 상기 3고조파 비율을 산출할 수 있다.

또한 트립부(150)는 각 전로와 부하 사이의 접점을 트립시킬 수 있는 개폐부(153)를 포함하며, 상기 제어부(100)로부터 출력되는 트립 제어 신호에 따라 각 전로와 부하 사이의 연결을 차단할 수 있다.

보다 자세하게 상기 트립부(150)는 사이리스터(thyristor)와 같이 게이트 제어 신호에 따라 온 또는 오프되는 반도체 스위치로 구성될 수 있다. 그리고 상기 스위칭 소자(151)는 상기 제어부(100)와 연결될 수 있으며, 상기 게이트 제어 신호로서 트립 제어 신호를 입력받을 수 있다. 따라서 스위칭 소자(151)는 상기 제어부(100)에서 트립 제어 신호가 출력되는 경우 온 된 상태로 전환될 수 있다.

한편 트립 코일부(152)는 상기 스위칭 소자(151)가 온 된 상태일 때 여자(magnetizing)되는 트립 코일(trip coil)을 포함할 수 있다. 그리고 트립 코일이 여자될 때 자기 흡입력에 의해 이동하는 아마추어(armature)를 포함할 수 있다. 그리고 상기 트립 코일부(152)의 아마추어는 상기 개폐부(153)가 각 전로와 부하 사이의 접점을 트립시키도록 트리거(trigger)하는 역할을 수행할 수 있다. 따라서 상기 스위칭 소자(151)가 온 상태로 전환되면, 상기 개폐부(153)는 각 전로와 단상 부하 사이의 접점을 트립할 수 있다. 여기서 트립(trip)은 각 전로와 단상 부하 사이를 개방하는 것을 의미할 수 있다. 즉, 회로가 개방됨으로써 전로와 단상 부하 사이의 연결이 차단될 수 있다.

그리고 메모리(160)는 본 발명의 실시 예에 따른 누전 차단기(10)의 기능을 지원하는 다양한 데이터를 저장할 수 있다. 메모리(160)는 본 발명의 실시 예에 따라 제1 특징 검출부(130)에서 검출된 특징들에 근거하여 제어부(100)가 누설 전류 검출부(110)에서 검출된 전류를 특정 유형의 누설 전류로 구분하는 알고리즘과 관련된 다양한 데이터들을 저장할 수 있다.

일 예로 메모리(160)는 상기 제1 특징 검출부(130)에서 검출된 특징들과 비교할 수 있는 대조군의 데이터들이 저장될 수 있다. 일 예로 메모리(160)에는 특정 누설 전류 유형에 대응하는 피크값 비율이 피크 기준값으로 포함될 수 있으며, 특정 위상 제어값에 따른 A형 누설 전류의 평균 전류 신호의 크기가, 평균 전류 신호의 기준값으로 포함될 수 있다. 또한 유효 전류 시간을 산출하기 위한 기준인 유효 전류값과, 1주기에 대응하는 시간값 등이 저장될 수 있다.

뿐만 아니라 상기 메모리(160)에는 상기 제2 특징 검출부(140)에서 검출된 특징들에 근거하여 서로 다른 방식으로, 상기 검출된 전류를 누설 전류 또는 지락 전류로 판단하기 위한 알고리즘들과 관련된 데이터들을 저장할 수 있다. 일 예로 메모리(160)에는 기 설정된 기본파에 관련된 정보와 실효값을 산출하기 위한 알고리즘 및, 3고조파 성분을 산출하기 위한 알고리즘과 관련된 데이터들이 포함될 수 있다. 또한 상기 누설 전류와 지락 전류 여부를 판별하기 위한 다양한 기준 데이터들이 포함될 수 있다.

한편 상기 메모리(160)에는 본 발명에 관련된 누전 차단기(10)의 사양(specification) 또는 규격에 관련된 정보들이 저장될 수 있다. 일 예로 메모리(160)에는 누전 차단기(10)에서 허용되는 전류 크기, 즉 감도 전류에 대한 정보들이 저장될 수 있다.

여기서 상기 감도 전류는 누설 전류 또는 지락 전류가 아닌 것으로 판단될 수 있는 전류 크기를 의미할 수 있다. 여기서 상기 평균 전류 신호 기준값은 상기 누전 차단기(10)의 감도 전류의 크기에 따라 결정될 수 있으며, 기준이 되는 누설 전류의 유형에 따라 상기 감도 전류의 크기는 서로 다른 값을 가질 수 있다.

일 예로 A형 누설 전류 중 90도 누설 전류에 대응하는 감도 전류 크기와 135도 누설 전류에 대응하는 감도 전류의 크기는 서로 다르게 설정될 수 있다. 따라서 90도 누설 전류(A형)에 대응하는 평균 전류 신호 기준값과 135도 누설 전류(A형)에 대응하는 평균 전류 신호 기준값은 서로 다르게 결정될 수 있다.

한편 제어부(100)는 연결된 각 구성 요소를 제어하며, 누전 차단기(10)의 전반적인 동작을 제어할 수 있다. 보다 자세하게 제어부(100)는 누설 전류 검출부(110)에서 검출된 전류 신호에 대해 제1 특징 검출부(130)를 제어하여 피크값을 산출할 수 있다. 그리고 산출된 피크값을 기 설정된 피크값 비율과 비교하고, 비교 결과에 따라 상기 누설 전류 검출부(110)에서 검출된 전류(이하, 현재 검출된 전류)를 A형 누설 전류 또는 AC형 누설 전류 중 어느 하나로 1차 판단할 수 있다.

그리고 제어부(100)는 1차 판단된 누설 전류의 유형에 따라, 서로 다른 방식으로 현재 검출된 전류가 누설 전류나 지락 전류인지 또는 평형 전류인지 여부를 최종 판단할 수 있다. 그리고 최종 판단 결과 현재 검출된 전류가 누설 전류(A형 누설 전류 또는 AC형 누설 전류)이거나 지락 전류인 경우에는 상기 트립부(150)를 제어하기 위한 트립 제어 신호를 출력할 수 있다. 그러나 상기 최종 판단 결과 현재 검출된 전류가 평형 전류인 경우에는 트립 없이 누설 전류를 검출하는 과정을 계속 수행할 수 있다.

이하 상기 1차 판별 결과, 현재 검출된 전류가 A형 누설 전류로 판별된 경우에 A형 누설 전류인지 여부를 최종 판별하는 과정을 A형 누설 전류 판별 과정이라고 하기로 한다. 그리고 상기 1차 판별 결과, 현재 검출된 전류가 AC형 누설 전류로 판별된 경우에 AC형 누설 전류인지 또는 평형 전류인지를 최종 판별하는 과정을 AC형 누설 전류 판별 과정이라고 하기로 한다.

그리고 제어부(100)는, 상기 1차 판별 결과, 현재 검출된 전류가 A형 누설 전류로 판별되는 경우, 상기 A형 누설 전류 판별 과정을 통해 누설 전류 여부를 최종 판별하고, 최종 판별된 결과에 따라 트립 제어 신호를 출력할 수 있다.

여기서 제어부(100)는 트립 제어 신호를 출력하기 전에 현재 검출된 전류 신호의 평균 전류 신호 크기 또는 유효 전류 시간비 중 적어도 하나에 근거하여 현재 검출된 전류가 A형 누설 전류인지 여부를 다시 확인할 수 있다. 그리고 다시 확인한 결과 검출된 전류가 A형 누설 전류인 경우에는 상기 트립 제어 신호를 출력할 수 있다. 반면, 검출된 전류가 A형 누설 전류가 아니라고 판단되면, 제어부(100)는 AC형 누설 전류 판별 과정을 더 수행하여 현재 검출된 전류가 평형 전류인지 AC형 누설 전류인지 여부를 판별할 수 있다. 이하 이러한 제어부(100)의 전류 판별 과정을 하기 도 3을 참조하여 보다 자세하게 살펴보기로 한다.

또는 제어부(100)는, 상기 누설 전류 검출부(110)에서 검출된 전류가 1차 판별 과정을 통해 A형 누설 전류로 판별되면, 현재 검출된 전류의 전류 신호로부터 평균 전류 신호 크기 및 유효 전류 시간비 중 적어도 하나를 산출할 수 있다. 그리고 산출된 평균 전류 신호 및 유효 전류 시간비 중 적어도 하나에 근거하여, 현재 검출된 전류가 A형 누설 전류인지 여부를 재확인할 수 있다.

그리고 제어부(100)는 상기 재확인 결과에 따라 A형 누설 전류 판별 과정 또는 AC형 누설 전류 판별 과정 중 어느 하나를 통해, 현재 검출된 전류를 누설 전류나 지락 전류로 판별하여 트립 제어 신호를 출력할 수 있다. 또는 평형 전류로 판별하여 트립 제어 신호를 출력하지 않을 수 있다. 이하 이러한 제어부(100)의 전류 판별 과정을 하기 도 5를 참조하여 보다 자세하게 살펴보기로 한다.

한편 본 발명의 실시 예에 따른 누전 차단기(10)는 출력부(170)를 더 포함할 수 있다. 상기 출력부(170)는 현재 누설 전류 검출부(110)에서 검출된 전류가 평형 전류 또는 누설 전류나 지락 전류로 판별된 결과 및 트립 여부를 표시할 수 있다. 이 경우 판별 결과가 누설 전류인 경우라면 출력부(170)는 검출된 전류의 판별 결과에 따라 A형 누설 전류 또는 AC형 누설 전류임을 표시할 수도 있음은 물론이다.

상기 출력부(170)는 무선 통신부(도시되지 않음)를 더 포함할 수 있다. 그리고 무선 통신부를 통해 기 설정된 이동 단말기를 포함하여 적어도 하나의 무선 통신 기기에 연결될 수 있다. 그리고 상기 무선 통신부를 통해 상기 전류 판별 결과와 트립 동작 수행 여부를 적어도 하나의 무선 통신 기기에 전송할 수 있다.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 누전 차단기(10)가 전류 검출 결과에 따라 트립 동작을 수행하는 동작 과정을 도시한 예이다. 그리고 도 4a와 도 4b는, 본 발명의 실시 예에 따른 평균 전류 신호 크기 및 평균 전류 신호 기준값을 설명하기 위한 예시도이다.

먼저 도 3을 참조하여 살펴보면, 본 발명의 실시 예에 따른 누전 차단기(10)의 제어부(100)는 먼저 누설 전류 검출부(110)를 통해 전로에 흐르는 전류로부터 전류 신호(전류에 대응하는 전압)를 검출할 수 있다. 그러면 제어부(100)는 변환부(120)를 제어하여 아날로그 형태로 검출된 전류 신호를 시간 영역의 디지털 신호로 변환하거나 또는 주파수 영역의 디지털 신호로 변환할 수 있다(S300).

그리고 제어부(100)는 디지털 신호로 변환된 전류 신호로부터 누설 전류 여부를 판단하기 위한 적어도 하나의 특징들을 검출할 수 있다(S302). 예를 들어 S302 단계는 상기 변환된 전류 신호로부터 양의 피크값과 음의 피크값을 검출할 수 있다. 또한 기본파의 크기와 실효값, 그리고 3고조파 비율 중 적어도 하나를 산출할 수 있다. 그리고 1주기 동안 합산된 전류 신호의 크기에 근거하여 평균 전류 신호의 크기를 산출하거나, 또는 1주기 동안에 기 설정된 유효 전류값 이상의 크기를 가지는 전류 신호가 검출된 시간을 측정하여 유효 전류 시간비를 산출할 수 있다.

그러면 제어부(100)는 상기 S302 단계에서 검출된 특징들 중 양의 피크값의 크기와 음의 피크값의 크기에 근거하여 피크값의 비, 즉 피크비를 산출할 수 있다. 그리고 산출된 피크비가 기 설정된 피크 기준값을 초과하는지 여부를 검출할 수 있다(S304). 그리고 산출된 피크비가 상기 피크 기준값보다 큰 경우라면, 제어부(100)는 현재 검출된 전류가 A형 누설 전류 유형이라고 1차 판단할 수 있다.

여기서 상기 피크 기준값은 '1'일 수 있다. 일 예로, 현재 검출된 전류 신호가 순수 정현파와 같이, 양의 전류 신호와 음의 전류 신호가 대칭을 이루는 경우에는 양의 피크값, 즉 양의 전류 신호 최대값과 음의 피크값, 즉 음의 전류 신호 최대값은 서로 동일할 수 있다. 따라서 정현파와 유사한 형태를 가지는 전류, 즉 AC형 누설 전류에 가까울수록 피크비는 '1'에 가까울 수 있다.

반면 검출된 전류 신호가 순수 정현파와 다른 경우, 즉 양의 전류 신호와 음의 전류 신호가 대칭을 이루지 않는 경우, 양의 피크값과 음의 피크값 중 어느 하나는 다른 하나보다 그 크기가 작을 수 있다. 한편 제어부(100)는 두 개의 피크값 중 작은 값을 기준으로 상기 피크비를 산출하므로, 양의 전류 신호와 음의 전류 신호가 대칭을 이루지 않을수록, 상기 피크비는 '1'보다 큰 값을 가질 수 있다. 따라서 만약 검출된 전류 신호가 A형 누설 전류와 같이 양의 극성 성분이나 음의 극성 성분 중 어느 하나만을 포함하는 경우라면, 상기 피크비는 '1'보다 훨씬 큰 값을 가질 수 있다.

따라서 제어부(100)는 상기 피크비를 통해 검출된 전류가 양의 전류 신호와 음의 전류 신호가 대칭되는 정도를 검출하고, 이를 기 설정된 기준값, 즉 피크 기준값에 따라 구분함으로써, 현재 검출된 전류가 AC형 누설 전류 유형인지 또는 A형 누설 전류 유형인지 여부를 1차 판단할 수 있다.

한편, A형 누설 전류의 경우, 양의 값과 음의 값을 모두 가지는 AC형 누설 전류와 달리, 양의 값 또는 음의 값 하나만을 가지므로, 실효값의 크기를 산출하여 트립 여부를 판단할 수 있다. 따라서 제어부(100)는 현재 검출된 전류로부터 산출된 실효값을 기 설정된 기준 실효값과 비교하여, 현재 검출된 전류가 누설 전류(A형 누설 전류)인지 여부를 판별할 수 있다(S306).

상기 S306 단계의 비교 결과, 현재 검출된 전류로부터 산출된 실효값이 기 설정된 기준값, 즉 기준 실효값보다 작은 경우라면 제어부(100)는 현재 검출된 전류(이하 상기 S300 단계에서 검출된 전류)가 평형 전류라고 판별할 수 있다. 따라서 제어부(100)는 트립 제어 신호를 출력하지 않고 다시 S300 단계로 진행하여 전류 신호를 검출 및 검출된 전류 신호를 변환하는 과정을 다시 수행할 수 있다.

그러나 상기 S306 단계의 비교 결과, 현재 검출된 전류로부터 산출된 실효값이 기 설정된 기준값, 즉 기준 실효값보다 큰 경우라면 제어부(100)는 현재 검출된 전류가 누설 전류라고 판별할 수 있다.

그리고 상기 S306 단계의 비교 결과에 따라 현재 검출된 전류가 누설 전류로 판별된 경우라면, 제어부(100)는 현재 검출된 전류가 평형 전류인지 누설 전류인지 여부를 3고조파의 비율에 근거하여 다시 한번 판단할 수 있다(S308). 여기서 상기 3고조파 기준 비율은 A형 누설 전류 여부를 판별하기 위한 3고조파 비율 기준값일 수 있으며, 바람직하게는 70%로 설정될 수 있다. 다만 이는 본 발명의 일 실시 예로서 그 기준값은 다르게 설정될 수 있다.

상기 S308 단계의 3고조파 비율 비교 결과, 현재 검출된 전류 신호로부터 산출되는 3고조파 비율이 기 설정된 A형 3고조파 기준 비율보다 작은 경우라면 제어부(100)는 현재 검출된 전류가 평형 전류라고 판별할 수 있다. 반면 상기 S308 단계의 3고조파 비율 비교 결과, 상기 산출된 3고조파 비율이 기 설정된 A형 3고조파 기준 비율보다 작은 경우라면 제어부(100)는 현재 검출된 전류가 A형 누설 전류라고 판별할 수 있다. 이하 상기 S306 단계에서 S308 단계에 이르는 과정을, A형 누설 전류를 판별하기 위한 A형 누설 전류 판별 과정(S400)이라고 하기로 한다.

한편 상기 S304 단계에서, 산출된 피크비가 기 설정된 피크 기준값보다 같거나 작은 경우라면, 제어부(100)는 현재 검출된 전류가 AC형 누설 전류 유형이라고 1차 판단할 수 있다.

그러면 제어부(100)는 현재 검출된 전류의 기본파와 누전 차단기(10)에서 허용 가능한 전류의 크기, 즉 누전 차단기(10)의 감도 전류의 크기 비율을 산출할 수 있다. 그리고 산출된 비율, 즉 기본파 크기 비율을 기 설정된 기준비와 비교할 수 있다(S312).

예를 들어, 감도 전류가 100mA이고, 기본파의 크기가 60mA일 때, 기본파의 크기 비율은 60%로 산출될 수 있다. 이 경우 상기 기준비가 70%로 설정된 경우라면, 상기 기본파의 크기 비율이 기준비보다 작으므로 제어부(100)는 현재 검출된 전류가 평형 전류라고 판단할 수 있다. 그러면 제어부(100)는 트립 제어 신호를 출력하지 않을 수 있으며, S300 단계로 진행하여 전류를 검출하는 과정을 다시 시작할 수 있다.

반면 감도 전류에 대한 기본파의 크기 비율이 상기 기준비보다 큰 경우라면, 제어부(100)는 현재 검출된 전류가 누설 전류라고 판별할 수 있다. 그리고 상기 S312 단계의 비교 결과에 따라 현재 검출된 전류가 누설 전류로 판별된 경우라면, 제어부(100)는 현재 검출된 전류가 평형 전류인지 누설 전류인지 여부를 3고조파의 비율에 근거하여 다시 한번 판단할 수 있다(S314).

보다 구체적으로 상기 S314 단계에서, 제어부(100)는 검출된 전류 신호로부터 검출된 3고조파의 비율과 기 설정된 고조파 기준 비율을 비교할 수 있다. 여기서 상기 3고조파 기준 비율은 AC형 누설 전류 여부를 판별하기 위한 3고조파 비율 기준값일 수 있으며, 바람직하게는 50%로 설정될 수 있다. 다만 이는 본 발명의 일 실시 예로서 그 기준값은 다르게 설정될 수 있다.

이하 상기 S308 단계에서 A형 누설 전류 판단에 사용되는 3고조파 기준 비율과, 상기 S314 단계에서 AC형 누설 전류 판단에 사용되는 3고조파 기준 비율을 구분하기 위하여, 전자를 A형 3고조파 기준 비율이라고 하기로 하고, 후자를 AC형 3고조파 기준 비율이라고 하기로 한다.

그리고 상기 S314 단계의 판별 결과, 검출된 전류 신호로부터 검출된 3고조파의 비율 보다 AC형 3고조파 기준 비율이 큰 경우라면 제어부(100)는 현재 검출된 전류가 평형 전류라고 판단할 수 있다. 그러면 제어부(100)는 트립 제어 신호를 출력하지 않을 수 있으며, S300 단계로 진행하여 전류를 검출하는 과정을 다시 시작할 수 있다.

그러나 상기 S314 단계의 판별 결과, 검출된 전류 신호로부터 검출된 3고조파의 비율 보다 AC형 3고조파 기준 비율이 작거나 같은 경우라면 제어부(100)는 현재 검출된 전류가 누설 전류, 즉 AC형 누설 전류라고 판단할 수 있다. 그러면 제어부(100)는 트립부(150)를 제어하여 트립 동작을 수행하기 위한 트립 제어 신호를 출력할 수 있다(S316). 이하 상기 S312 단계에서 S314 단계에 이르는 과정을, AC형 누설 전류를 판별하기 위한 AC형 누설 전류 판별 과정(S450)이라고 하기로 한다.

한편 상기 A형 누설 전류 판별 과정(S400)을 통해, 현재 검출된 전류가 A형 누설 전류로 판별되면, 제어부(100)는 현재 검출된 전류로부터 산출된 평균 전류 신호의 크기와 기 설정된 평균 전류 신호 기준값을 비교할 수 있다(S310).

여기서 상기 평균 전류 신호 크기는, 기 설정된 1주기 동안에 검출된 전류의 크기값의 평균을 의미할 수 있다. 일 예로 누설 전류 검출부(110)에서 기 설정된 1주기(예 : 16ms) 동안에 검출된 전류 신호가, 양의 값과 음의 값을 모두 포함하고, 양의 전류 신호 크기의 합이 +4mV, 음의 전류 신호 크기의 합이 -16mV이면, 상기 1주기 동안에 수신된 전류 신호의 크기합은 -16mV의 음의 값을 가지는 전류 신호일 수 있다. 이러한 경우 상기 누설 전류 검출부(110)에서 검출된 전류 신호는, 기 설정된 단위 시간 1mv 마다 평균 1mv의 크기(|- 1mV|)를 가지는 전류 신호일 수 있다.

이처럼 1주기 동안의 평균 전류 신호의 크기가 산출되면, 제어부(100)는 산출된 평균 전류 신호의 크기를 기 설정된 평균 전류 신호 기준값과 비교할 수 있다(S310).

여기서 상기 기 설정된 평균 전류 신호 기준값은 누전 차단기(10)의 감도 전류로서, 누전 차단기(10)에서 허용 가능한 전류의 크기에 따라 달라질 수 있다.

도 4a 및 도 4b는 이와 같이 누전 차단기(10)에서 허용 가능한 전류, 즉 감도 전류의 크기에 따라 결정되는 평균 전류 신호 기준값을 설명하기 위한 예시도이다.

상술한 바와 같이, A형 누설 전류의 경우 직류 성분이 혼합된 전류로서, 양 또는 음의 값 중 어느 하나의 값을 가지는 전류 신호를 의미할 수 있다. 이러한 A형 누설 전류는 상기 표 1에서 보이고 있는 바와 같이, 파형에 따라 크게 0도, 90도, 135도 A형 누설 전류로 구분할 수 있다.

한편 A형 누설 전류의 경우 상술한 바와 같이 양 또는 음의 값 중 어느 하나의 값만을 가지므로, 한 주기에 해당하는 전류 신호 크기의 합은 양의 전류 신호의 합 또는 음의 전류 신호의 합이 될 수 있다. 그리고 상기 전류 신호 크기의 합이 누전 차단기(10)의 감도 전류 크기보다 큰 경우에 누전 차단기(10)는 검출된 전류를 A형 누설 전류로 판단하고 트립 제어 신호를 출력할 수 있다.

먼저 도 4a를 참조하여 살펴보면, 도 4a는 A형 누설 전류의 경우에 누전 차단기(10)의 감도 전류 크기에 대응하는 전류 신호의 크기를 보이고 있다. 일 예로 상기 점선 그래프(400)는 누전 차단기(10)의 감도 전류 크기에 대응하는 0도 A형 누설 전류를 의미할 수 있다.

그런데 0이 아닌 전류값을 가지는 위상 구간이, 0도 A형 누설 전류 보다 짧은 90도 A형 누설 전류의 경우, 도 4a의 (a)에서 보이는 실선 그래프(410)와 같이 누전 차단기(10)의 감도 전류 크기에 대응하는 90도 A형 누설 전류는 보다 높은 전압값을 가질 수 있다. 여기서 전압값은 션트 저항을 통해 간접적으로 측정되는 전류값에 대응될 수 있다. 그리고 이를 1주기 동안의 시간에 따른 평균을 산출하면, 도 4a의 (b)에서 보이고 있는 바와 같이 상기 누전 차단기(10)의 감도 전류 크기에 대응하는 90도 A형 누설 전류에 대한 1주기 동안의 (단위 시간 별) 평균 전류 신호 크기가 산출될 수 있다.

한편 도 4b의 (b)는, 누전 차단기(10)의 감도 전류 크기에 대응하는 135도 A형 누설 전류를 도시한 것이다. 135도 A형 누설 전류의 경우, 0이 아닌 전류값을 가지는 위상 구간이 90도 A형 누설 전류 보다 짧으므로, 도 4b의 (b)에서 보이는 실선 그래프(450)와 같이, 더 높은 전압값을 가질 수 있다.

그리고 이를 1주기 동안의 시간에 따른 평균을 산출하면, 도 4b의 (b)에서 보이고 있는 바와 같이 상기 누전 차단기(10)의 감도 전류 크기에 대응하는 135도 A형 누설 전류에 대한 1주기 동안의 (단위 시간 별) 평균 전류 신호 크기가 산출될 수 있다.

이론적으로는 도 4a에서 도시한 90도 A형 누설 전류와 도 4b에서 도시한 135도 A형 누설 전류 모두, 누전 차단기(10)의 사양에 따른 감도 전류 크기에 따른 것으로, 전류 신호의 크기 합은 서로 동일할 수 있다. 그리고 전류 신호 크기의 합이 동일함에 따라 평균 전류 신호의 크기는 서로 동일할 수 있다.

그러나 135도 A형 누설 전류의 크기의 경우, 도 4b의 (a)에서 보이고있는 바와 같이 위상 구간에 비하여 높은 전압값을 가지므로, 위상 차이에 따른 전압값의 차이가 크다. 따라서 샘플링 간격에 따라 오차가 크게 발생할 수 있다. 이에 따라 전류 신호의 크기 합이 달라질 수 있으며, 이러한 오차로 인해 90도 A형 누설 전류의 평균 전류 신호 크기와 서로 다른 값을 가질 수 있다.

뿐만 아니라 누전 차단기(10)는 누설 전류의 유형에 따라 서로 다른 크기의 감도 전류가 설정될 수 있다. 일 예로 90도 A형 누설 전류에 대응하는 감도 전류 크기와, 135도 A형 누설 전류에 대응하는 감도 전류 크기는 서로 다를 수 있다. 이 경우 1주기 동안의 90도 A형 누설 전류에 대응하는 평균 전류 신호 크기(도 4a의 (b), 90도 평균 전류 신호 크기)와 1주기 동안의 135도 A형 누설 전류에 대응하는 평균 전류 신호 크기(도 4b의 (b), 135도 평균 전류 신호 크기)는 서로 다른 값을 가질 수 있다.

한편 본 발명의 실시 예에 따른 누전 차단기(10)의 제어부(100)는 상기 90도 평균 전류 신호 크기와 135도 평균 전류 신호 크기 중 어느 하나를, 상기 S310 단계의 평균 전류 신호 기준값으로 설정할 수 있다. 예를 들어 제어부(100)는 S310 단계에서, 상기 90도 평균 전류 신호 크기와 135도 평균 전류 신호 크기 중, 작은 값을 상기 평균 전류 신호 기준값으로 설정할 수 있다. 그리고 현재 검출된 전류로부터 산출된 평균 전류 신호 크기와 비교할 수 있다.

한편 상기 S310 단계의 비교 결과, 현재 검출된 전류로부터 산출된 1주기 동안의 평균 크기(평균 전류 신호 크기)가, 상기 평균 전류 신호 기준값보다 같거나 큰 경우라면, 제어부(100)는 현재 검출된 전류가 A형 누설 전류라고 판단할 수 있다. 그러면 제어부(100)는 트립부(150)를 제어하여 트립 동작을 수행하기 위한 트립 제어 신호를 출력할 수 있다(S316).

그러나 상기 S310 단계의 비교 결과, 누설 전류 검출부(110)로부터 검출된 전류 신호의 1주기 동안의 평균 크기(평균 전류 신호 크기)가, 상기 평균 전류 신호 기준값보다 작은 경우라면, 제어부(100)는 현재 검출된 전류가 A형 누설 전류가 아니라고 판단할 수 있다.

그러면 제어부(100)는 검출된 전류로부터 검출되는 특징들에 근거하여 현재 검출된 전류가 AC형 누설 전류인지 여부를 판별하는 과정(S450)을 통해 AC형 누설 전류인지 여부를 다시 판별할 수 있다. 따라서 제어부(100)는 상기 S312 단계로 진입하여, 상기 S312 단계 내지 S314 단계에 이르는 과정을 더 수행하여, 현재 검출된 전류가 평형 전류인지 또는 누설 전류(AC형 누설 전류)인지 여부를 판별할 수 있다.

이 경우, 모터의 기동 전류 또는 인버터의 고조파로 인한 노이즈 등이 포함된 평형 전류는, AC형 누설 전류 여부를 판별하는 과정(S450)에서 평형 전류로 판별될 수 있으며, 이에 따라 상기 노이즈를 포함하는 평형 전류가 A형 누설 전류로 판별되어 발생하는 트립 동작 오류가 발생할 가능성을 보다 낮출 수 있다.

한편, 상기 S312 단계에서 기본파의 크기 비율을 판단한 결과, 기본파의 크기 비율이 기준비보다 큰 경우, 제어부(100)는 현재 검출된 전류가 지락 전류인지 여부를 더 판단할 수도 있다. 일 예로 제어부(100)는 상기 S312 단계의 판단 결과 검출된 전류의 양 또는 음의 피크값이, 상기 지락 전류를 검출하기 위해 기 설정된 기준값보다 큰 값을 가지는지 여부에 따라, 현재 검출된 전류가 지락 전류인지 여부를 판단할 수도 있다.

그리고 지락 전류로 판단되지 않는 경우에 한해 상기 S314 단계로 진행하여 3고조파 비율에 따라 누설 전류 여부를 판단할 수도 있다. 이 경우 만약 현재 검출된 전류가 지락 전류로 판단되면, 제어부(100)는 바로 상기 S316 단계로 진행하여 트립 제어 신호를 출력하고, 부하와 전로 사이의 연결을 차단할 수도 있다.

한편 상술한 도 3에서는 피크비에 근거하여 현재 검출된 전류가 A형 누설 전류인지 여부를 1차 판단하고, 1차 판단 결과 A형 누설 전류인 경우 A형 누설 전류 판별 과정(S400)을 통해 누설 전류 여부를 판별하고, 판별 결과 누설 전류(A형 누설 전류)로 판별되는 경우, 트립 동작을 수행하기 전에 검출된 전류의 평균 전류 신호 크기를 이용하여 다시 한번 평형 전류 여부를 판별하는 구성을 설명하였다.

그러나 도 3에서 설명한 과정은, 먼저 A형 누설 전류를 판별하는 과정(S400)을 통해 누설 전류 여부가 판단된 이후에, 다시 AC형 누설 전류를 판별하는 과정(S450)을 통해 평형 전류로 판별하는 과정으로서, A형 누설 전류 판별 과정(S400)이 선행되는 과정일 수 있다. 즉, A형 누설 전류를 판별하는 과정(S400)과 AC형 누설 전류를 판별하는 과정(S450)을 모두 거쳐야 하므로, 평형 전류로 판별되는데 소요되는 시간이 길어지고, 불필요한 연산이 더 수행될 수도 있다.

이에 A형 누설 전류 여부를 판별하는 과정(S400)을 수행하기 전에, 상기 평균 전류 신호 크기에 근거하여 A형 누설 전류 여부를 판별하는 과정을 먼저 수행할 수도 있음은 물론이다. 즉, 상기 도 3의 S304 단계에서 1차 전류 유형을 판별한 결과, 현재 검출된 전류가 A형 누설 전류로 판별되는 경우, 상기 S310 단계를 먼저 수행함으로써 A형 누설 전류 판별 과정(S400) 또는 AC형 누설 전류 판별 과정(S450) 중 어느 하나의 과정을 통해 평형 전류 여부가 검출되도록 할 수도 있음은 물론이다.

도 5는 이러한 경우에 본 발명의 실시 예에 따른 누전 차단기(10)의 동작 과정을 도시한 예이다.

도 5를 살펴보면, 상기 도 3과 동일하게 S300 단계에서 누설 전류 검출부(110)를 통해 전류가 검출될 수 있으며, S300 단계에서 검출된 전류로부터 피크값, 실효값, 기본파의 크기, 3고조파 비율 및 1주기 동안의 전류 신호 크기와 같은 다양한 특징들이 검출될 수 있다.

그리고 제어부(100)는 S304 단계로 진행하여 현재 검출된 전류로부터 피크비를 산출하고 산출된 피크비를 기 설정된 피크 기준값과 비교하여, 현재 검출된 전류가 A형 누설 전류인지 또는 AC형 누설 전류 인지 여부를 1차 판단할 수 있다.

한편 상기 1차 판단된 전류의 유형이 AC형 누설 전류인 경우, 제어부(100)는 AC형 누설 전류를 판별하는 과정(S450)을 통해 현재 검출된 전류가 평형 전류인지, 누설 전류인지 여부를 판별할 수 있다. 뿐만 아니라 피크값과 기 설정된 최대 피크값을 비교하여 현재 검출된 전류가 지락 전류인지 여부를 판별할 수 있다. 그리고 현재 검출된 전류가 누설 전류 또는 지락 전류인 경우라면 S316 단계로 진행하여 트립 제어 신호를 출력할 수 있다.

반면 상기 1차 판단된 전류의 유형이 A형 누설 전류인 경우, 제어부(100)는 S310 단계로 진행하여 현재 검출된 전류에 대한 1주기 동안의 평균 전류 신호 크기와 기 설정된 평균 전류 신호 크기의 기준값을 비교할 수 있다.

그리고 비교 결과 현재 검출된 전류에 대한 평균 전류 신호 크기가 기준값보다 더 큰 경우라면, A형 누설 전류를 판별하는 과정(S400)을 통해 현재 검출된 전류가 평형 전류인지, 누설 전류인지 여부를 판별할 수 있다. 그리고 현재 검출된 전류가 누설 전류인 경우라면 S316 단계로 진행하여 트립 제어 신호를 출력할 수 있다.

그러나 비교 결과 현재 검출된 전류에 대한 평균 전류 신호 크기가 기준값보다 더 작거나 같은 경우라면, 제어부(100)는 AC형 누설 전류를 판별하는 과정(S450)을 수행할 수 있다. 그리고 상기 AC형 누설 전류를 판별하는 과정(450)을 통해 현재 검출된 전류가 평형 전류인지 여부를 판별하고, 평형 전류가 아닌 경우 S316 단계로 진행하여 트립 제어 신호를 출력할 수 있다.

따라서 도 5에서 설명된 과정의 경우, 1차 판단된 전류의 유형이 A형 누설 전류인 경우에도, 1주기 동안의 평균 전류 신호 크기에 근거하여 A형 누설 전류 여부를 재확인한 이후에 A형 누설 전류 판별 과정(S400)을 수행하므로, 어느 하나의 누설 전류 판별 과정만으로 평형 전류인지 여부가 판별될 수 있다. 따라서 보다 짧은 시간에 보다 작은 연산량으로 평형 전류 여부가 검출될 수 있다.

한편 상술한 설명에서는, 1주기 동안의 평균 전류 신호 크기에 따라 A형 누설 전류 여부를 재확인(S310 단계)하는 것만을 설명하였으나, 상기 평균 전류 신호 크기 뿐만 아니라, 1주기 동안에 유효한 크기를 가지는 전류 신호가 검출된 시간의 비율, 즉 유효 전류 시간비를 더 고려하여 A형 누설 전류 여부를 재확인할 수도 있음은 물론이다.

도 6은 이러한 유효 전류 시간비를 설명하기 위한 예시도이다.

도 6을 참조하여 살펴보면, 도 6은 기 설정된 1주기 동안에 누설 전류 검출부(110)에서 검출된 전류 신호의 예를 보이고 있다. 이 경우 검출된 전류 신호는 노이즈나 임피던스 부정합 등의 문제로 평형 전류라고 할지라도 0이 아닌 음 또는 양의 값을 가질 수 있다. 따라서 영상 변류기를 통해 이를 검출할 경우, 도 6에서 보이고 있는 바와 같은 파형을 가지는 전류 신호가 검출될 수 있다.

이러한 경우 제어부(100)는 일정 크기 이상의 값을 가지는 전류 신호가 검출되는 시간을 측정할 수 있다. 즉, 제어부(100)는 기 설정된 양(+)의 전압값과 음(-)의 전압값을 벗어나는 크기를 가지는 전류 신호가 검출되는 경우에 이를 0이 아닌 전류, 즉 유효한 전류가 검출된 것으로 판단할 수 있다. 그리고 기 설정된 1주기 동안의 시간과 상기 유효한 전류가 검출된 시간의 비율을 산출하여 상기 유효 전류 시간비를 산출할 수 있다.

한편 유효 전류 시간비가 산출되면, 제어부(100)는 산출된 유효 전류 시간비와 상기 평균 전류 신호 크기 중 적어도 하나에 근거하여, 상기 S310 단계에서 A형 누설 전류 여부를 재확인할 수도 있다.

도 7은 이처럼 본 발명의 S310 단계에서, 평균 전류 신호 크기와 유효 전류 시간비에 근거하여 A형 누설 전류 여부를 구분하는 동작 과정을 도시한 것이다.

도 7을 참조하여 살펴보면, 본 발명의 실시 예에 따른 누전 차단기(10)의 제어부(100)는 상기 도 3 또는 도 5에서 S310 단계가 시작되면, 먼저 유효 전류 시간비와 기 설정된 시간비, 즉 기준 시간비를 비교할 수 있다(S700).

일 예로 상기 표 1에서 보이고 있는 바와 같이, 노이즈의 경우 전류 신호가 검출되는 위상 구간이 매우 짧기 때문에 이에 대한 유효 전류 시간비를 검출하는 경우 유효 전류 시간비가 매우 작게 산출될 수 있다. 그리고 상기 기준 시간비 역시 매우 작은 값이 설정될 수 있다(예 : 1ms). 따라서 상기 유효 전류 시간비가 기 설정된 기준 시간비와 작거나 같은 정도로 매우 작은 경우라면, 제어부(100)는 현재 검출된 전류가 노이즈가 포함된 평형 전류로 판단할 수 있으며, 바로 AC형 누설 전류를 판별하는 과정(S450)으로 진입하여 평형 전류 여부를 판별할 수 있다.

그러나 유효 전류 시간비가 기 설정된 기준 시간비보다 큰 경우라면, 제어부(100)는 현재 검출된 전류로부터 평균 전류 신호 크기를 산출할 수 있다. 그리고 산출된 평균 전류 신호 크기와 기 설정된 기준값을 비교한 결과에 따라 AC형 누설 전류를 판별하는 과정(S450)을 더 수행하여 평형 전류 여부를 판별할 수 있다(도 3). 또는 상기 AC형 누설 전류를 판별하는 과정(S450) 또는 A형 누설 전류를 판별하는 과정(S400) 중 어느 하나를 통해 평형 전류 여부를 판별할 수 있다(도 5).

여기서 상기 기 설정된 기준값은, 누전 차단기(10)의 감도 전류에 따른 복수의 서로 다른 위상 제어값에 따른 A형 누설 전류의 1주기 동안의 평균 전류 신호 크기들 중 작은 값을 의미할 수 있다. 또한 상기 감도 전류는 위상이 서로 다른 A형 누설 전류 별로 다르게 설정될 수도 있다.

한편 제어부(100)는 상기 유효 전류 시간비 및 평균 전류 신호 크기 중 적어도 하나에 근거한 판단 결과, 현재 검출된 전류가 A형 누설 전류로 판별되지 않는 경우, 현재 검출된 전류를 평형 전류로 바로 판별할 수도 있다.

그러면 제어부(100)는 상기 S700 단계에서 유효 전류 시간비가 기준 시간비보다 작거나 같거나, 상기 S702 단계에서 평균 전류 신호 크기가 기준값(평균 전류 신호 기준값)보다 작거나 같은 경우, 도 3 또는 도 5의 S300 단계로 진입하여 누설 전류 검출부(110)가 전류를 검출하는 과정을 다시 시작할 수도 있다. 따라서 AC형 누설 전류 판별 과정이 수행되지 않으므로 트립 제어 신호가 출력되지 않으며, 트립 동작이 수행되지 않을 수 있다. 그러므로 전로에 부하가 연결되는 상태가 유지될 수 있다.

도 8은 노이즈를 포함하는 전류가 검출되는 경우, 본 발명에 따른 누전 차단기(10)가 검출된 전류가 평형 전류로 구분하는 예를 설명하기 위한 예시도이다.

도 8을 참조하여 살펴보면, 도 8의 (a)는 모터 기동 전류 또는 인버터의 고조파로 인한 노이즈가 포함된 전류가 검출되는 예를 도시한 것이다. 이 경우 노이즈는 도 8의 (a)에서 보이고 있는 바와 같이 일정값 이상의 양 또는 음의 전압값을 가지는 전류 신호로 나타날 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 누전 차단기(10)의 제어부(100)는 도 8의 (a)에서 도시된 바와 같은 전류가 검출되는 경우, 먼저 양 또는 음의 피크값을 검출하고, 둘 중 작은 값을 기준으로 피크비를 산출할 수 있다. 이 경우 양의 피크값은 0에 가까운 값으로 검출될 수 있으며, 음의 피크값은 노이즈의 최대 전압에 해당되는 값을 가지므로 피크비는 1보다 훨씬 큰 값으로 산출될 수 있다. 따라서 피크 기준값이 '1'인 경우라면, 제어부(100)는 현재 검출된 전류를 A형 누설 전류라고 1차 판단할 수 있다.

한편, 검출된 전류가 A형 누설 전류로 1차 판단된 경우, 제어부(100)는 A형 누설 전류 판별 과정(S400)을 거친 후(도 3에 따른 경우(A형 누설 전류 판별 과정(400)에서 A형 누설 전류로 판별된 경우를 가정함) ), 또는 상기 1차 판단 이후 바로(도 5에 따른 경우), 상기 검출된 전류 신호에 따른 평균 전류 신호 크기와 기준 크기(평균 전류 신호 기준값)를 비교할 수 있다.

이 경우 기준값, 즉 트립 구동이 요구되는 90도 A형 누설 전류 또는 135도 누설 전류에 대한 1주기 동안의 평균 전류 신호의 크기는, 도 8의 (b)에서 보이고 있는 점선 그래프(800)와 같이 나타날 수 있다.

반면 도 8의 (a)에서 보이고 있는 전류의 경우, 노이즈로 인해 극히 짧은 시간 동안에 일정 크기 이상의 전류가 발생한 경우이므로, 1주기에 해당하는 시간으로 평균 크기를 산출하면 도 8의 (b)에서 보이고 있는 실선 그래프(810)와 같이 나타날 수 있다. 따라서 기준이 되는 상기 90도 A형 누설 전류 또는 135도 누설 전류에 대한 1주기 동안의 평균 전류 신호의 크기보다 작은 값을 가질 수 있다.

그러므로 본 발명의 실시 예에 따른 누전 차단기(10)의 제어부(100)는, 검출된 전류가 피크비에 근거하여 A형 누설 전류로 판별되는 경우라고 할지라도 상기 1주기 동안의 평균 전류 신호 크기를 비교한 결과에 따라 현재 검출된 전류를 평형 전류로 판단할 수 있다. 이에 따라 노이즈등을 포함하는 전류 신호가 A형 누설 전류로 오인되어 트립 동작이 수행되는 경우가 사전에 방지될 수 있다.

한편 상술한 설명에서는 피크 기준값으로 1이 설정되는 예를 가정하여 설명하였으나, 본 발명이 이에 한정되는 것이 아니며, 얼마든지 1 외에 다른 값이 설정될 수 있다.

또한 상기 S304 단계의 경우 양의 피크값과 음의 피크값 중 작은 값을 기준으로 피크비를 산출하였기에, 피크비가 피크 기준값보다 큰 경우에 A형 누설 전류로 판별하고, 작은 경우에 AC형 누설 전류로 판별하는 구성을 설명하였다. 그러나 피크비를 산출하는 기준이 달라지는 경우, 즉 양의 피크값과 음의 피크값 중 큰 값이 기준이 되는 경우, 피크비가 피크 기준값보다 작은 경우에 A형 누설 전류로 판별하고, 큰 경우에 AC형 누설 전류로 판별될 수 있음은 물론이다.

한편 상술한 설명에서는 S302 단계에서, 누설 전류 검출부(110)로부터 검출된 전류를 변환한 결과에 대하여, 전류 유형을 구분하기 위한 다양한 특징들이 검출되는 것으로 설명하였다. 그러나 이와는 달리, 각 특징별로 전류 유형을 판단하는 과정에서 필요한 특징들이 검출될 수도 있음은 물론이다.

즉, 상기 S304 단계에서는 피크비의 비교를 위해 상기 S302 단계에서 변환된 전류 신호로부터 양의 피크값 및 음의 피크값을 검출하는 과정을 더 포함할 수 있으며, 상기 S306 단계에서는 실효값의 비교를 위해 상기 변환된 전류 신호로부터 실효값을 산출하는 과정을 더 포함할 수 있다. 또한 S312 단계에서는 기본파의 크기 비교를 위해 상기 변환된 전류 신호로부터 기본파의 크기를 검출하는 과정을 더 포함할 수 있으며, S308 단계 및 S314 단계에서는 3고조파 비율의 비교를 위해 상기 변환된 전류 신호로부터 3고조파 비율을 산출하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이 경우 상기 S302 단계는 생략될 수도 있다.

전술한 본 발명은, 프로그램이 기록된 매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 매체는, 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 매체의 예로는, HDD(Hard Disk Drive), SSD(Solid State Disk), SDD(Silicon Disk Drive), ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광 데이터 저장 장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어, 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다.

또한, 상기 컴퓨터는 상기 제어부를 포함할 수도 있다. 따라서 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.

10 : 누전 차단기 100 : 제어부
110 : 누설 전류 검출부 120: 변환부
121 : ADC 모듈 122 : DFT 모듈
130 : 제1 특징 검출부 131 : 피크값 검출부
132 : 평균 전류신호 크기산출부 133 : 유효전류 시간비 산출부
140 : 제2 특징 검출부 141 : 기본파 크기 산출부
142 : 실효값 산출부 143 : 3고조파 비율 산축부
150 : 트립부 160 : 메모리
170 : 출력부

Claims (20)

1. 전로에 흐르는 전류를 검출하는 전류 검출부;
   트립 제어 신호가 수신되면 전로와 부하 사이의 연결을 차단하는 트립부;
   전류 검출부에서 검출된 전류로부터, 양의 피크값과 음의 피크값, 실효값, 기본파 크기, 3고조파 비율을 검출 및, 기 설정된 1주기 동안의 크기 평균값을 산출하는 특징 검출부; 및,
   검출된 피크값들의 비율에 근거하여 상기 검출된 전류를, 기 설정된 파형을 가지는 제1 누설 전류 또는 상기 기 설정된 파형과 다른 파형을 가지는 제2 누설 전류 중 어느 하나로 1차 판단하고,
   상기 1차 판단 결과 상기 검출된 전류가 상기 제1 누설 전류로 판단되는 경우, 상기 실효값, 3고조파 비율 및 기본파 크기 중 적어도 하나와 상기 크기 평균값에 근거하여 상기 트립 제어 신호를 상기 트립부로 출력하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 누전 차단기.
2. 제1항에 있어서, 상기 제어부는,
   상기 누전 차단기의 감도 전류를 기준으로, 복수의 서로 다른 위상 제어값에 따른 제1 누설 전류들의 상기 1주기 동안의 평균 크기들 중 어느 하나에 근거하여 기준값을 설정하고,
   상기 검출된 전류 신호로부터 산출된 상기 1주기 동안의 크기 평균값과 상기 기준값을 비교한 결과에 근거하여 상기 트립 제어 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 누전 차단기.
3. 제2항에 있어서, 상기 제어부는,
   상기 복수의 서로 다른 위상 제어값에 따른 제1 누설 전류들의 상기 1주기 동안의 평균 크기들 중 작은 값을 상기 기준값으로 설정하는 것을 특징으로 하는 누전 차단기.
4. 제2항에 있어서,
   상기 복수의 서로 다른 위상 제어값에 따른 제1 누설 전류들은,
   90도로 위상이 제어된 제1 누설 전류 또는 135도로 위상이 제어된 제1 누설 전류임을 특징으로 하는 누전 차단기.
5. 제2항에 있어서, 상기 누전 차단기의 감도 전류는,
   서로 다른 위상 제어값을 가지는 제1 누설 전류들 각각에 따라 서로 다르게 설정되는 것을 특징으로 하는 누전 차단기.
6. 제1항에 있어서,
   상기 특징 검출부는,
   상기 검출된 전류로부터, 기 설정된 값 이상의 크기를 가지는 전류 신호가 발생한 시간을 검출하고, 검출된 시간과 상기 1주기에 대응하는 시간의 비율을 유효 전류 시간비로 더 산출하고,
   상기 제어부는,
   상기 1차 판단 결과, 상기 검출된 전류가 상기 제1 누설 전류로 판단되는 경우, 상기 1주기 동안의 크기 평균값과 상기 유효 전류 시간비 중 적어도 하나에 근거하여 상기 트립 제어 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 누전 차단기.
7. 제6항에 있어서, 상기 제어부는,
   상기 유효 전류 시간비와 기 설정된 기준비율을 비교한 결과, 상기 유효 전류 시간비가 상기 기준비율 보다 더 큰 경우, 상기 크기 평균값에 근거하여 상기 트립 제어 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 누전 차단기.
8. 제1항에 있어서, 상기 전류 검출부는,
   상기 피크값들 중 작은 값을 기준값으로 설정하고,
   산출된 피크값들의 비율이 기 설정된 피크값 기준 비율을 초과하는 경우 상기 검출된 전류를 상기 제1 누설 전류로 판별하며,
   산출된 피크값들의 비율이 상기 피크값 기준 비율보다 작거나 같은 경우 상기 검출된 전류를 상기 제2 누설 전류로 판별하는 것을 특징으로 하는 누전 차단기.
9. 제8항에 있어서,
   상기 피크값 기준 비율은 1임을 특징으로 하는 누전 차단기.
10. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 1차 판단 결과에 따라 상기 제1 누설 전류에 따른 제1 판별 과정 및 상기 제2 누설 전류에 따른 제2 판별 과정 중 어느 하나에 따른 판별 결과에 근거하여 상기 트립 제어 신호를 출력하며,
    상기 제1 판별 과정은,
    상기 실효값과 상기 3고조파 비율에 근거하여 누설 전류 여부를 판별하는 과정이며,
    상기 제2 판별 과정은,
    상기 기본파의 크기와 상기 3고조파 비율에 근거하여 누설 전류 여부를 판별하는 과정임을 특징으로 하는 누전 차단기.
11. 제10항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 제1 판별 과정에 따라 상기 검출된 전류가 누설 전류로 판별된 경우, 상기 크기 평균값과 기 설정된 기준값을 비교한 결과에 따라 상기 트립 제어 신호를 출력하거나, 또는 상기 검출된 전류에 대해 상기 제2 판별 과정을 더 수행하고, 더 수행된 상기 제2 판별 과정에 따른 판별 결과에 근거하여 상기 트립 제어 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 누전 차단기.
12. 전로에 흐르는 전류를 검출하는 단계;
    상기 검출된 전류로부터, 양의 피크값 및 음의 피크값을 검출하는 단계;
    상기 검출된 피크값들의 비율에 따라, 상기 검출된 전류를 기 설정된 파형을 가지는 제1 누설 전류 또는 상기 기 설정된 파형과 다른 파형을 가지는 제2 누설 전류 중 어느 하나로 1차 판단하는 단계; 및,
    상기 1차 판단 결과 상기 검출된 전류가 상기 제1 누설 전류로 판단되는 경우, 상기 검출된 전류로부터 측정된 실효값, 3고조파 비율 및 기본파 크기 중 적어도 하나와 상기 검출된 전류로부터 산출된 기 설정된 1주기 동안의 크기 평균값에 근거하여 상기 전로로부터 부하를 차단시키기 위한 트립 제어 신호를 출력하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 누전 차단기의 제어 방법.
13. 제12항에 있어서, 상기 트립 제어 신호를 출력하는 단계는,
    상기 1차 판단 결과 상기 검출된 전류가 상기 제1 누설 전류로 판단되는 경우, 상기 크기 평균값과 기 설정된 기준값을 비교하는 단계; 및,
    상기 비교 결과에 근거하여, 상기 제1 누설 전류에 따른 제1 판별 과정 및, 상기 제2 누설 전류에 따른 제2 판별 과정 중 어느 하나에 따른 판별 결과에 근거하여 상기 트립 제어 신호를 출력하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 누전 차단기의 제어 방법.
14. 제13항에 있어서, 상기 기준값은,
    상기 누전 차단기의 감도 전류를 기준으로, 복수의 서로 다른 위상 제어값에 따른 제1 누설 전류들의 상기 1주기 동안의 평균 크기들 중 어느 하나에 근거하여 설정되는 값임을 특징으로 하는 누전 차단기의 제어 방법.
15. 제14항에 있어서,
    상기 기준값은,
    상기 복수의 서로 다른 위상 제어값에 따른 제1 누설 전류들의 상기 1주기 동안의 평균 크기들 중 작은 값이며,
    상기 복수의 서로 다른 위상 제어값에 따른 제1 누설 전류들은,
    90도로 위상이 제어된 제1 누설 전류 또는 135도로 위상이 제어된 제1 누설 전류임을 특징으로 하는 누전 차단기의 제어 방법.
16. 제13항에 있어서,
    상기 크기 평균값과 기 설정된 기준값을 비교하는 단계는,
    상기 검출된 전류 신호로부터 기 설정된 값 이상의 크기를 가지는 전류 신호가 발생한 시간에 근거하여 산출되는 유효 전류 시간비와 기 설정된 기준비율을 비교하고, 비교 결과에 따라 상기 크기 평균값과 기 설정된 기준값을 비교하는 단계임을 특징으로 하는 누전 차단기의 제어 방법.
17. 제16항에 있어서,
    상기 크기 평균값과 기 설정된 기준값을 비교하는 단계는,
    상기 유효 전류 시간비와 기준 비율을 비교한 결과,
    상기 유효 전류 시간비가 상기 기준비율 보다 더 큰 경우에 상기 크기 평균값과 기 설정된 기준값을 비교하고,
    상기 유효 전류 시간비가 상기 기준비율 보다 작거나 같은 경우 상기 제2 판별 과정에 따른 판별 결과에 따라 트립 제어 신호를 출력하는 단계임을 특징으로 하는 누전 차단기의 제어 방법.
18. 제12항에 있어서, 상기 검출된 전류를 1차 판단하는 단계는,
    상기 피크값들 중 작은 값을 기준값으로 설정하고,
    산출된 피크값들의 비율이 기 설정된 피크값 기준 비율을 초과하는 경우 상기 검출된 전류를 상기 제1 누설 전류로 판별하며,
    산출된 피크값들의 비율이 상기 피크값 기준 비율보다 작거나 같은 경우 상기 검출된 전류를 상기 제2 누설 전류로 판별하는 단계임을 특징으로 하는 누전 차단기의 제어 방법.
19. 제18항에 있어서,
    상기 피크값 기준 비율은 1임을 특징으로 하는 누전 차단기의 제어 방법.
20. 제12항에 있어서, 상기 트립 제어 신호를 출력하는 단계는,
    상기 1차 판단 결과, 상기 검출된 전류가 상기 제1 누설 전류로 판단되는 경우, 상기 제1 누설 전류에 따른 제1 판별 과정에 따라 누설 전류 여부를 판단하는 단계;
    상기 제1 판별 과정에 따른 판별 결과, 상기 검출된 전류가 누설 전류인 경우 상기 크기 평균값과 기 설정된 기준값을 비교하는 단계; 및,
    상기 크기 평균값과 기 설정된 기준값을 비교한 결과에 따라 상기 트립 제어 신호를 출력하거나, 또는 상기 제2 누설 전류에 따른 제2 판별 과정에 따른 판별 결과에 따라 상기 트립 제어 신호를 출력하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 누전 차단기의 제어 방법.

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