KR20220114199A

KR20220114199A - 오동작을 방지할 수 있는 누전 차단 장치

Info

Publication number: KR20220114199A
Application number: KR1020210017419A
Authority: KR
Inventors: 한미수
Original assignee: 한미수
Priority date: 2021-02-08
Filing date: 2021-02-08
Publication date: 2022-08-17
Also published as: KR102575931B1

Abstract

본 발명에 따른 용량성 누설전류와 저항성 누설전류를 구분하여 오동작을 방지할 수 있는 누전차단장치는 선로에 연결된 전원에 따라 누설전류를 감지하여 차단을 수행하는 누전차단장치에 있어서, 상기 선로에 연결되어 온/오프 동작에 따라 상기 전원에 의해 인가된 전압의 주파수 및 상기 전압의 듀티비를 조절하여 저항선택 신호를 생성하는 스위치부; 상기 저항선택 신호를 기초로 서로 다른 저항을 선택하여 상기 선로에 관통된 영상변류기로부터 출력되는 상기 누설전류의 값을 조절하는 저항 선택부; 상기 누설전류가 미리 정해진 범위 내를 벗어나면 선로를 차단시키는 트립 코일;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

오동작을 방지할 수 있는 누전 차단 장치{Earth leakage blocking device to prevent malfunction}

본 발명은 누전차단장치에 관한 것이다.

본 명세서에서 달리 표시되지 않는 한, 이 식별항목에 설명되는 내용들은 이 출원의 청구항들에 대한 종래 기술이 아니며, 이 식별항목에 기재된다고 하여 종래 기술이라고 인정되는 것은 아니다.

선로에 흐르는 누설전류는 용량성 누설전류와 저항성 누설전류가 있다. 저항성 누설전류는 선로의 절연불량으로 대지(Earth)에 직접 흐르는 전류이다. 용량성 누설전류는 전기, 전자 제품등에 기생하는 전류이다.

저항성 누설전류는 대지에 직접적으로 흐르는 전류이기 때문에, 화재가 발생할 위험이 있으나, 이와 달리 용량성 누설전류는 흐르더라도 열이 발생하지 않기 때문에, 화재가 발생할 위험이 없다.

도 1은 종래의 누전차단장치를 보여주는 도면이다. 도 1에 도시된 바와 같이 종래의 누전차단장치(1)는 영상변류기(2)를 통해 누설전류를 유도한다. 이때, 누설전류가 저항(R1)에 의해 분배되어 누전차단 IC(3)로 유입되게 되고, 누전차단 IC(3)는 유입된 전류가 미리 정해진 범위 내에 존재하는지에 따라 누전여부를 판단하였다.

여기서 누전차단 IC는 분배되는 전류가 용량성 누설전류와 저항성 누설전류의 구분없이 누전여부를 판단하였기 때문에, 용량성 누설전류에 의해 선로가 차단되는 오작동이 발생한다는 문제가 있었다.

본 발명은 용량성 누설전류와 저항성 누설전류를 구분하여 오작동을 방지할 수 있는 누전차단장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 용량성 누설전류와 저항성 누설전류의 특성을 이용하여 오작동을 방지할 수 있는 누전차단장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

본 발명에 따른 오동작을 방지할 수 있는 누전차단장치는 선로에 연결된 전원에 따라 누설전류를 감지하여 차단을 수행하는 누전차단장치에 있어서, 상기 선로에 연결되어 온/오프 동작에 따라 상기 전원에 의해 인가된 전압의 주파수 및 상기 전압의 듀티비를 조절하여 저항선택 신호를 생성하는 스위치부; 상기 저항선택 신호를 기초로 서로 다른 저항을 선택하여 상기 선로에 관통된 영상변류기로부터 출력되는 상기 누설전류의 값을 조절하는 저항 선택부; 상기 누설전류가 미리 정해진 범위 내를 벗어나면 선로를 차단시키는 트립 코일;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 용량성 누설전류와 저항성 누설전류를 구분할 수 있기 때문에, 용량성 누설전류로 인한 오작동을 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 이로 인해 시스템 안정성을 향상시킬 수 있어 지속적인 전력공급이 필수적인 장치에 적용될 수 있다.

또한, 본 발명은 용량성 누설전류와 저항성 누설전류의 특성을 이용하여 오작동을 방지할 수 있기 때문에, 기존 누전차단장치에 최소한의 부품을 추가하여 구성될 수 있어 누전차단장치를 소형화시킬 수 있을 뿐만 아니라, 비용 또한 절감할 수 있다는 효과가 있다.

도 1은 종래의 누전차단장치를 보여주는 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 오동작을 방지할 수 있는 누전차단장치의 회로도이다.
도 3은 상용전원에 의해 인가되는 전압의 파형과 본 발명에 따른 영상변류기를 통해 검출되는 저항성 누설전류의 파형을 보여주는 그래프이다.
도 4는 상용전원에 의해 인가되는 전압의 파형과 본 발명에 따른 영상변류기를 통해 검출되는 용량성 누설전류의 파형을 보여주는 그래프이다.
도 5는 상용전원에 의해 인가되는 전압, 저항성 누설전류, 및 용량성 누설전류의 파형을 보여주는 그래프이다.
도 6은 본 발명에 따른 스위치부(110)에 의해 전원에 의해 인가되는 전압으로부터 생성된 저항선택 신호의 파형과 저항성 누설전류 및 용량성 누설전류의 파형을 보여주는 그래프이다.

본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다.

한편, 본 명세서에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 정의하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "제 1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분 품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

"적어도 하나"의 용어는 하나 이상의 관련 항목으로부터 제시 가능한 모든 조합을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, "제1 항목, 제2 항목 및 제 3 항목 중에서 적어도 하나"의 의미는 제1 항목, 제2 항목, 또는 제3 항목 각각 뿐만 아니라 제1 항목, 제2 항목, 및 제3 항목 중에서 2개 이상으로부터 제시될 수 있는 모든 항 목의 조합을 의미한다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들에 대해 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 오동작을 방지할 수 있는 누전차단장치(이하, “누전차단장치” 라함)의 회로도이다. 도 2에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 누전차단장치(100)는 선로에 연결된 전원에 따라 누설전류를 감지하여 차단을 수행한다. 특히, 본 발명에 따른 누전차단장치(100)는 누설전류의 값을 조절하여 오동작을 방지할 수 있다.

여기서 누전차단장치(100)가 감지하는 누설전류는 용량성 누설전류와 저항성 누설전류로 구성된다. 저항성 누설전류는 선로의 절연 불량에 의해 대지로 직접적으로 흐르는 전류를 의미하고, 용량성 누설전류는 전기, 전자 제품에 의해 발생하는 기생전류를 의미한다. 저항성 누설전류의 경우, 전압과 전류가 동상이기 때문에, 누설되는 시간이 흐름에 따라 열이 발생하게 된다. 이에 따라 저항성 누설전류가 발생하는 경우, 화재의 위험이 발생한다. 하지만, 용량성 누설전류의 경우, 전압과 전류가 90도의 위상차를 가지기 때문에, 열이 발생하지 않는다. 이에 따라 저항성 누설전류와 달리 용량성 누설전류는 화재의 위험이 없다.

하지만, 일반적인 누전차단장치의 경우, 누설전류를 용량성 누설전류 및 저항성 누설전류를 구분하지 않고, 아래의 수학식 1과 같이 감지하기 때문에, 용량성 누설전류로 인해 트립되는 오작동이 발생할 수 있게 된다.

여기서 Ig는 누설전류를 의미하고, Igr은 저항성 누설전류를 의미하며, Igc는 용량성 누설전류를 의미한다.

이에 따라 본 발명에 따른 누전차단장치(100)는 용량성 누설전류와 저항성 누설전류를 구분하여 용량성 누설전류로 인해 트립되는 것을 방지한다.

이를 위해, 본 발명에 따른 누전차단장치(100)는 스위치부(110), 영상변류기(120), 저항선택부(130), 누전차단 IC(135), 트립코일(140)을 포함한다.

스위치부(110)는 선로에 연결되어 전원의 주파수를 조절한다. 구체적으로, 스위치부(110)는 온/오프(On/Off) 동작에 따라 전원에 의해 인가된 전압 주파수를 조절하여 고조파를 생성한다. 일예로, 스위치부(110)는 설정하기 위한 주파수에 따라 온 동작을 수행하고 오프 동작을 수행한 후, 재차 온 동작을 수행하는 타이밍을 조절하여 주파수를 조절할 수 있다. 다른 예로, 스위치부(110)는 오프 동작을 수행하고 온 동작을 수행한 후, 재차 오프 동작을 수행하는 타이밍을 조절하여 주파수를 조절할 수 있다.

스위치부(110)는 이와 같은 동작을 통해 주파수를 조절하여 고조파를 생성할 수 있다. 예컨대, 스위치부(110)는 AC 220V/60Hz의 상용전원의 주파수를 120Hz로 하여 제2 고조파를 생성할 수 있다.

스위치부(110)는 주파수가 조절된 전압의 듀티비를 조절할 수 있다. 구체적으로, 스위치부(110)는 온/오프 동작에 따라 전압의 듀티비를 조절할 수 있다. 일예로, 스위치부(110)는 미리 정해진 주파수에 따라 온 동작 및 오프 동작을 수행하고, 온 동작이 유지되는 비율과 오프 동작이 유지되는 비율을 조절한다. 예컨대, 스위치부(110)는 저항성 누설전류의 발생주기와 용량성 누설전류의 발생주기에 따라 듀티비를 결정할 수 있다. 예컨대, 스위치부(110)는 120Hz에서 1/120 sec 주기 중 저항성 누설전류 발생주기 및 용량성 누설전류 발생주기가 1/240sec인 경우, 1/240sec 동안 온 동작을 수행하고 1/240sec 동안 오프 동작을 수행하여 듀티비를 50%로 설정할 수 있다.

스위치부(110)는 전원에 의해 인가된 전압의 주파수 및 듀티비를 조절하여 저항선택 신호를 생성한다. 여기서 저항선택 신호는 제1 레벨전압 및 제2 레벨전압으로 구성된 구형파, 삼각파, 정현파 등일 수 있다. 이때, 삼각파 및 정현파의 경우, 제1 레벨전압 및 제2 레벨전압은 실효전압을 의미할 수 있다.

본 발명에 따른 스위치부(110)가 전압의 주파수 및 듀티비를 조절하는 이유는, 용량성 누설전류와 저항성 누설전류는 서로 90도의 위상차가 존재하기 때문에, 위상차에 따라 주파수 및 듀티비를 설정하여 저항선택 신호를 생성함으로써, 저항선택부(130)가 저항선택신호를 이용하여 서로 다른 저항을 선택할 수 있게 하기 위함이다.

이에 따라 본 발명은 저항선택부(130)가 용량성 누설전류 또는 저항성 누설전류에 따라 서로 다른 저항을 선택하여 용량성 누설전류로 인한 트립을 방지할 수 있다.

도 3는 상용전원에 의해 인가되는 전압의 파형과 본 발명에 따른 영상변류기를 통해 검출되는 저항성 누설전류의 파형을 보여주는 그래프이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 저항성 누설전류는 선로의 절연불량으로 대지에 직접 흐르기 때문에, 상용전원의 전압과 위상파형이 동일하다.

도 4은 상용전원에 의해 인가되는 전압의 파형과 본 발명에 따른 영상변류기를 통해 검출되는 용량성 누설전류의 파형을 보여주는 그래프이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 용량성 누설전류는 상용전원의 전압에 비해 위상이 90도 지연된다. 이는 전기, 전자제품에 포함된 커패시터의 충전 및 방전 특성에 의해 용량성 누설전류의 위상이 90도 지연되기 때문이다.

이와 같이 전원의 전압과 동상인 저항성 누설전류와 용량성 누설전류는 서로 90도의 위상차가 존재한다.

도 5는 상용전원에 의해 인가되는 전압, 저항성 누설전류, 및 용량성 누설전류의 파형을 보여주는 그래프이다. 도 5에 도시된 바와 같이, A 구간에서 저항성 누설전류가 검출되고, B 구간에서 용량성 누설전류가 검출될 수 있다.

도 6은 본 발명에 따른 스위치부(110)에 의해 전원에 의해 인가되는 전압으로부터 생성된 저항선택 신호의 파형과 저항성 누설전류 및 용량성 누설전류의 파형을 보여주는 그래프이다.

도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 스위치부(110)는 상용전원의 60Hz 주파수를 120Hz의 주파수로 정수배시키고 저항성 누설전류가 발생하는 A구간과 용량성 누설전류가 발생하는 B구간에 따라 듀티비를 조절하여 저항선택 신호를 생성한다.

본 발명에 따른 영상변류기(120)는 선로를 관통하여 누설전류를 감지한다. 구체적으로 영상변류기(120)는 선로를 관통하여 권선비에 따라 누설전류를 유도하여 저항으로 전달한다. 여기서 저항은 저항선택부(130)에 의해 선택된 저항을 의미한다.

저항선택부(130)는 스위치부에 의해 생성된 저항선택 신호를 기초로 서로 다른 저항을 선택한다. 구체적으로, 저항선택부(130)는 저항선택 신호의 레벨전압에 따라 제1 저항 또는 제2 저항을 선택할 수 있다. 이때, 제1 저항은 제2 저항보다 큰 값을 가질 수 있다.

일 실시예에 있어서, 저항 선택부(130)는 저항선택 신호로부터 제1 주기동안 제1 레벨전압이 출력되면 제1 저항을 선택하고, 저항선택 신호로부터 제2 주기동안 제2 레벨전압이 출력되면 제2 저항을 선택할 수 잇다. 제1 주기는 저항성누설전류를 포함하는 주기를 의미하고, 제2 주기는 용량성 누설전류의 발생주기를 포함하는 주기를 의미할 수 있다. 예컨대, 도 6에 도시된 바와 같이 A구간이 제1 주기가 될 수 있고, B구간이 제2 주기가 될 수 있다.

이에 따라 본 발명은 저항 선택부(130)가 용량성 누설전류가 흐를 때 저항성 누설전류가 흐르는 경우보다 작은 저항을 선택함으로써, 용량성 누설전류가 흐를 때 누전차단 IC(135)로 유입되는 전류를 최소화시켜 용량성 누설전류로 인한 오작동을 방지할 수 있다.

누전차단 IC(135)는 저항 선택부(130)에 의해 선택된 제1 저항 또는 제2 저항에 의해 분배되는 전류를 이용하여 누전여부를 판단한다. 구체적으로, 누전차단 IC(135)는 누설전류 중 제1 저항으로 유입되는 전류를 감산한 나머지 전류가 유입되면, 해당 나머지 전류가 미리 정해진 범위내에 존재하는 경우, 누전이 아닌 것으로 판단한다. 또한, 누전차단 IC(135)는 나머지 전류가 미리 정해진 범위를 벗어나는 경우, 트립코일(140)을 트립시켜 전류를 차단시킨다.

또한, 누전차단 IC(135)는 누설전류 중 제2 저항으로 유입되는 전류를 감산한 나머지 전류가 유입되면, 해당 나머지 전류가 미리 정해진 범위내에 존재하는 경우, 누전이 아닌 것으로 판단한다. 또한, 누전차단 IC(135)는 나머지 전류가 미리 정해진 범위를 벗어나는 경우, 트립코일(140)을 트립시켜 전류를 차단시킨다.

이때, 미리 정해진 범위는 저항성 누설전류에 대한 제1 저항이 선택된 경우, 10mA 내지 150mA일 수 있고, 용량성 누설전류에 대한 제2 저항이 선택된 경우, 10mA 내지 200mA일 수 있다.

트립 코일(140)은 누설전류가 미리 정해진 범위 내를 벗어나면 선로를 차단시킨다. 구체적으로, 트립 코일(140)은 누전차단 IC(135)에 의해 누설전류가 미리 정해진 범위를 벗어난 것으로 판단되면, 트립되어 선로에 흐르는 전류를 차단시킬 수 있다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였지만, 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.

그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims

선로에 연결된 전원에 따라 누설전류를 감지하여 차단을 수행하는 누전차단장치에 있어서,
상기 선로에 연결되어 온/오프 동작에 따라 상기 전원에 의해 인가된 전압의 주파수 및 상기 전압의 듀티비를 조절하여 저항선택 신호를 생성하는 스위치부;
상기 저항선택 신호를 기초로 서로 다른 저항을 선택하여 상기 선로에 관통된 영상변류기로부터 출력되는 상기 누설전류의 값을 조절하는 저항 선택부;
상기 누설전류가 미리 정해진 범위 내를 벗어나면 선로를 차단시키는 트립 코일;을 포함하는 것을 특징으로 하는 오동작을 방지할 수 있는 누전 차단 장치
제1항에 있어서,
상기 스위치부는,
상기 전원에 의해 인가된 전압으로부터 제2 고조파를 생성하고, 상기 제2 고조파를 미리 정해진 듀티비로 출력하여 상기 저항선택 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 오동작을 방지할 수 있는 누전 차단 장치.
제1항에 있어서,
상기 스위치부는,
상기 누설전류 중 저항성누설전류의 발생주기와 상기 누설전류 중 용량성 누설전류의 발생주기에 따라 상기 저항선택 신호의 듀티비를 결정하는 것을 특징으로 하는 오동작을 방지할 수 있는 누전 차단 장치.
제1항에 있어서,
상기 저항 선택부는,
상기 저항선택 신호로부터 저항성누설전류의 발생주기를 포함하는 제1 주기 동안 제1 레벨전압이 출력되면 제1 저항을 선택하고, 상기 저항선택 신호로부터 용량성 누설전류의 발생주기를 포함하는 제2 주기동안 제2 레벨전압이 출력되면 제2 저항을 선택하는 것을 특징으로 하는 오동작을 방지할 수 있는 누전 차단 장치.
제4항에 있어서,
상기 제2 저항은 상기 제1 저항보다 작은 값을 갖는 것을 특징으로 하는 오동작을 방지할 수 있는 누전 차단 장치
제1항에 있어서,
상기 누설전류는 서로 90도 위상차가 존재하는 저항성누설전류 및 용량성누설전류를 포함하는 것을 특징으로 하는 오동작을 방지할 수 있는 누전 차단 장치.