KR20220163043A

KR20220163043A - 외부 자계 유도를 이용한 아크 감지 회로

Info

Publication number: KR20220163043A
Application number: KR1020210071424A
Authority: KR
Inventors: 김동균
Original assignee: 태성전기산업주식회사
Priority date: 2021-06-02
Filing date: 2021-06-02
Publication date: 2022-12-09
Also published as: KR102520900B1

Abstract

본 발명에 따른 외부 자계 유도를 이용한 아크 감지 회로는, 외부 자계 유도 코일을 이용하여 교류 전원 라인에 발생하는 아크를 검출하도록 구성된 아크 검출부; 상기 외부 자계 유도 코일에 흐르는 아크 펄스를 입력받아 카운트 하여 아크 펄스 신호와 아크 누적 신호를 출력하도록 구성된 아크 펄스 계수부; 직류 전원 라인에 인가되는 전원 전압을 이용하여 주기적으로 상기 아크 펄스 계수부의 리셋 단자에 리셋 신호를 인가하도록 구성된 주기적 리셋부; 상기 아크 펄스 계수부로부터 출력되는 아크 펄스 신호를 소정의 제1 시정수로 충방전하여 신호 처리된 아크 펄스 신호를 출력하는 계수 신호 처리부; 상기 직류 전원 라인의 제1 및 제2 라인 사이에 배치되고, 직렬연결되어 상측 및 하측 기준 분압 전압을 제공하고, 상기 계수 신호 처리부의 출력 노드와 연결되어 아크 펄스 전압을 제공하도록 구성된 비교 저항부; 상기 아크 펄스 전압을 상측 및 하측 기준 분압 전압과 비교하여 제1 및 제2 비교 신호를 출력하도록 구성된 비교부; 상기 제1 비교 신호와 제2 비교 신호를 이용하여 아크 결정 신호를 출력하도록 구성된 아크 결정부; 상기 아크 결정부로부터 출력되는 아크 결정 신호에 응답하여 출력하되, 소정 시간 지연된 아크 결정 확인 신호를 출력하도록 구성된 아크 결정 확인부; 및 상기 아크 결정 확인 신호를 유지하도록 구성된 자기 유지부를 포함한다.

Description

외부 자계 유도를 이용한 아크 감지 회로{ARK DETECTION CIRCUIT USING EXTERNAL MAGNETIC FIELD INDUCTION}

본 발명은 외부 자계 유도를 이용한 아크 감지 회로에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 배선 계통에 발생하는 아크를 외부 자계 유도를 이용하여 감지하는 외부 자계 유도를 이용한 아크 감지 회로에 관한 것이다.

전체 화재발생의 약 30%가 전기화재이며, 그 중 60% 이상이 배선계통의 이상으로 인해 발생하는데, 배선계통의 이상으로 인한 화재 중 대다수가 접촉불량으로 인한 과열, 아크 또는 선간 절연불량으로 인한 트래킹/아크 사고이다.

이와 같은 배선계통의 사고는 일반적으로 예방점검이 불가능하다는 문제점이 있으며, 특히 선간 절연물이 오염되거나 탄화되어 발생하는 절연불량은 일종의 부하전류이므로 기존의 접지 간 절연측정기 또는 누전차단기로는 감지가 곤란하다. 더우기 안전 점검을 위한 선간의 절연 측정은 부하를 완전히 개방한 상태에서 측정할 수 있으므로 부하가 접속되어 있는 일반적인 상황에서는 측정이나 진단이 불가능하다.

이러한 선간 절연불량, 즉, 선간 누전의 경우, 미세한 전류의 아크방전이기 때문에 밝은 곳에서는 육안으로 보이지 않고, 어두운 경우에만 미세한 실과 같은 아크방전이 지속되며, 아크열에 의하여 절연물이 탄화되면 부도체가 도체로 변한다. 아크 방전의 특성상 절연불량, 접속불량 등을 이유로 아크가 발생하는 경우 실효 전류값이 증가하지 하지 않으므로 일반적인 전류형 차단기로 아크 방전을 검출하여 차단하는 것이 불가능하다.

예컨대, 비닐하우스 등 특용작물 시설물의 배관에는 정온 열선(동파방지열선, 또는 정온 전선이라고도 일컫는다)을 함께 배열하여 배관의 동파를 방지한다. 즉, 정온 열선은 수십 내지 100 미터 이상 배열되는데 두 전선 사이의 낮은 저항값을 가진 도전체의 발열을 이용하여 배관의 동파 방지 기능을 수행한다. 이때 정온 열선의 온도가 상승하면 두 전선 사이가 팽창하고, 정온 열선의 온도가 하강하면 두 전선 사이가 수축함으로써 발열 온도를 일정하게 유지하게 한다. 그런데 정온 열선이 열화되어 평행하게 배열된 두 전선 사이에 고주파수의 스파크가 지속적으로 발생하고, 심지어 불꽃이 발생하더라도 정온 열선의 특성상 과전류가 흐르지 않아 누전차단기가 작동하지 않는다.

결국, 전력 배선 계통에서 접속점의 접촉 불량, 선간의 절연 불량 등으로 인한 탄화나 트래킹 아크 등의 경우, 사인파가 아닌 구형파 상태의 고조파 노이즈를 발생한다. 그런데 기존의 아크 감지 방법은 일정 시간 내의 펄스 수(주파수), 펄스의 크기, 펄스의 위상 등을 이용하여 판정하지만, 현장에서는 전기 기기의 특성에 따른 부하 전류가 일정하지 않아 판정의 오류가 많아 아크 차단 관련 기술의 신뢰도에 문제점이 많다.

특허등록 10-1535950호 펄스 카운트를 이용한 접촉 불량 검출 장치 특허등록 10-1820162호 직렬아크의 고정도 검출시스템 특허등록 10-0861229호 전기 선로의 스파크 발생시에 자동 작동하는 전원 차단장치

본 발명은 높은 주파수를 가진 아크나 스파크를 통상적으로 인가되는 사인 파형의 기본파 내지 낮은 차수의 고조파와 구별함으로써 배선 계통에 발생하는 아크를 외부 자계 유도를 이용하여 감지하는 아크 감지 회로를 제공함에 목적이 있다.

바람직하게는, 상기 아크 검출부는, 두 가닥의 상기 교류 전원 라인 사이에 배치되는 외부 자계 유도 코일; 상기 외부 자계 유도 코일에 직렬연결되는 캐패시터; 및 상기 아크 펄스에 스위칭 하는 제1 트랜지스터를 포함한다.

바람직하게는, 상기 외부 자계 유도 코일은 초크 코일 또는 막대형 코일인 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 아크 누적 신호는 상기 아크 펄스 신호가 소정 시간 내에 소정 갯수를 초과하는 경우에 생성되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 비교부는, 상기 아크 펄스 전압을 상기 상측 기준 분압 전압과 비교하여 제1 비교 신호를 출력하는 제1 비교기; 및 상기 아크 펄스 전압을 상기 하측 기준 분압 전압과 비교하여 제2 비교 신호를 출력하는 제2 비교기를 포함한다.

바람직하게는, 상기 아크 결정부는, 상기 제1 비교 신호와 상기 제2 비교 신호를 입력받아 부정논리곱하여 아크 예정 신호를 생성하는 제1 낸드 게이트; 및 상기 아크 예정 신호와 상기 아크 누적 신호를 입력받아 부정논리곱하여 상기 아크 결정 신호를 생성하는 제2 낸드 게이트를 포함한다.

본 발명의 외부 자계 유도를 이용한 아크 감지 회로에 따르면, 높은 주파수를 가진 아크나 스파크를 외부 자계 유도를 이용하여 통상적으로 인가되는 사인 파형의 기본파 내지 낮은 차수의 고조파와 구별함으로써 배선 계통에 접속점의 접촉불량이나 선간의 절연불량을 비교적 정확하게 감지할 수 있다.

또한, 본 발명의 외부 자계 유도를 이용한 아크 감지 회로는 기 설치된 누전 차단기의 수전 측 핫 라인과 접지 라인 사이에 외부 자계 유도 코일을 배치하여 적용하기 때문에 아크 감지 회로를 포함하는 장치의 설치가 간편한 잇점이 있다.

또한, 본 발명의 외부 자계 유도를 이용한 아크 감지 회로에 따르면, 결합계수가 높은 변류기 방식에 비하여 부하 전류에 의한 자기 포화 현상을 최소화할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 외부 자계 유도를 이용한 아크 감지 회로를 내장한 누전 차단기 모식도,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 외부 자계 유도를 이용한 아크 감지 회로도,
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 일실시예에 따른 아크 펄스 계수부 출력 파형도, 및
도 4a 및 4b는 본 발명의 일실시예에 따른 아크 결정부 출력 파형도이다.

본 발명의 추가적인 목적들, 특징들 및 장점들은 다음의 상세한 설명 및 첨부도면으로부터 보다 명료하게 이해될 수 있다.

본 발명의 상세한 설명에 앞서, 본 발명은 다양한 변경을 도모할 수 있고, 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는바, 아래에서 설명되고 도면에 도시된 예시들은 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도는 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

또한, 명세서에 기재된 "...부", "...유닛", "...모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.

또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 감쇠 진동을 이용한 아크 감지 회로에 대하여 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 외부 자계 유도를 이용한 아크 감지 회로를 내장한 누전 차단기 모식도이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 외부 자계 유도를 이용한 아크 감지 회로도이고, 도 3a 및 도 3b는 본 발명의 일실시예에 따른 아크 펄스 계수부 출력 파형도이고, 도 4a 및 4b는 본 발명의 일실시예에 따른 아크 결정부 출력 파형도이다.

본 발명의 일실시예에 따른 외부 자계 유도를 이용한 아크 감지 회로를 내장한 누전 차단기 모식도로서, 누전 차단기(100)는 수전측 핫 라인과 접지 라인 사이에 배치되는 외부 자계 유도 코일(L1)을 포함하는 아크 감지 회로를 내장한다. 여기서, 도면부호 110은 재투입 스위치, 도면부호 120은 차단버튼으로 누전차단 기능을 시험하기 위한 버튼이다. 본 발명에서 외부 자계라 함은 아크 전류가 흐르는 배선에서 방사되는 높고 불규칙한 주파수를 가진 자계로 이해되어야 한다.

본 발명의 일실시예에 따른 외부 자계 유도를 이용한 아크 감지 회로는, 아크 검출부(210), 주기적 리셋부(215), 아크 펄스 계수부(220), 계수 신호 처리부(225), 비교 저항부(230), 서지 흡수부(235), 비교부(240), 아크 결정부(245), 역전류 차단부(250), 아크 결정 확인부(255), 자기 유지부(260) 및 수동 복구 스위치(265)를 포함한다.

아크 검출부(210)는 부하측 두 교류전력 배선 사이에 배치되는 외부 자계 유도 코일(L1)과 외부 자계 유도 코일에 직렬연결된 제2 캐패시터(C2)의 공진을 이용하여 부하측 배선에 발생하는 아크를 검출한다. 즉, 두 전력 배선 사이에 상용 주파수의 교류 전류가 흐르면, 외부 자계 유도 코일(L1)에 유도 전류가 흐르지 않는다. 그런데, 두 전력 배선 사이에 고주파수(예컨대, 구형파)의 아크가 발생하면, 외부 자계 유도 코일(L1)의 유도 전류의 리플 펄스가 흐르고, 제1 트랜지스터(TR1)는 아크 펄스에 스위칭 한다. 한편, 외부 자계 유도 코일(L1)에 병렬연결되는 제1 저항(R1)은 외부 자계 유도 코일(L1)의 공진/감쇄진동을 억제하는 댐핑 기능을 담당한다.

여기서, 외부 자계 유도 코일(L1)은 초크 코일 또는 막대형 코일로 구현될 수 있으며, 토로이달 코일 등과 같이 외부 자계를 유도할 수 없는 타입은 전력 배선 사이가 아니라 전력 배선이 토로이달 코일을 통과하여야 하므로 사용을 배제한다.

주기적 리셋부(215)는 직류전원측 두 입력 라인(제1 입력 라인(Tin1, 핫라인), 제2 입력 라인(Tin2, 접지라인)) 사이에 배치되는 PUT 소자(프로그래머블 단접합 트랜지스터), 제1 입력 라인(Tin1)과 PUT 소자의 애노드 단자 사이에 배치된 제1 저항(R1), PUT 소자의 애노드 단자와 제2 입력 라인(Tin2) 사이에 배치된 제1 캐패시터(C1), 제1 입력 라인(Tin1)과 PUT 소자의 게이트 단자 사이에 배치된 제2 저항(R2), PUT 소자의 캐소드 단자와 제2 입력 라인(Tin2) 사이에 배치된 제3 저항(R3)을 포함하고, PUT 소자의 캐소드 단자에 아크 펄스 계수부(220)의 리셋 단자(R)가 연결된다. 한편 본 발명의 일실시예에 따르면, 제1 및 제2 입력 라인(Tin1, Tin2)에 인가되는 직류전원은 교류전원을 컨버터를 사용하여 변환한 전원일 수도 있고, 2차 전지와 같은 직류 소스일 수도 있다.

제1 입력 라인(Tin1)에 인가되는 전원 전압을 이용하여 제2 캐패시터(C2)에 충전되는 충전 전압이 PUT 소자의 게이트 전압보다 소정 전위를 초과하면 PUT 소자가 턴온되고, PUT 소자의 캐소드 단자에 연결된 아크 펄스 계수부(230)의 리셋 단자(R)에 "H" 레벨 상태 신호가 인가되어 아크 펄스 계수부(230)가 리셋된다.

여기서 제1 입력 라인(Tin1)와 PUT 소자의 애노드 단자 사이에 배치된 제1 저항(R1), PUT 소자의 애노드 단자와 제2 입력 라인(Tin2) 사이에 배치된 제1 캐패시터(C1)의 시정수에 의해 아크 펄스 계수부(220)의 리셋 단자(R)에 인가되는 리셋 펄스의 주기가 결정된다. 한편, 주기적 리셋부(215)는 부하인 전기 기기의 정상적인 스위칭시 발생하는 짧은 시간의 아크 노이즈 등으로 인한 펄스 수의 누적을 방지하기 위해 존재한다.

아크 펄스 계수부(220)는 외부 자계 유도 코일(L1)에 흐르는 리플 펄스를 펄스 카운트 단자(cp)로 입력받아 카운트 한다. 구체적으로, 외부 자계가 유도되어 외부 자계 유도 코일(L1) -> 제1 캐패시터(C2) -> 제1 트랜지스터(TR1) 경로를 통해 리플 펄스가 흐를 때마다 펄스 카운트 단자(cp)로 입력받아 카운트 한다. 한편, 아크 펄스 계수부(220)의 제1 출력단자(O1)는 리플 펄스가 계수될 때마다 "H" 레벨 상태의 아크 펄스 신호(Spc)를 출력하고, 제2 출력단자(O2)는 리플 펄스가 소정 계수에 도달하는 경우, "H" 레벨 상태의 아크 누적 신호(Scount)를 출력한다. 예컨대, 리플 펄스를 2¹¹= 2048개 계수하면, 출력단자(O2)가 "H" 레벨 상태의 아크 누적 신호(Scount)를 출력할 수 있다. 여기서, 아크 펄스 계수부(220)는 리플 카운터로 구현될 수 있다.

계수 신호 처리부(225)는 아크 펄스 계수부(220)와 외부 자계 유도 코일(L1)의 일단부 사이에 직렬연결된 제7 저항(R7)과 제8 캐패시터(C8)를 포함하고, 아크 펄스 계수부(220)의 제1 출력단자(O1)로부터 출력되는 아크 펄스 신호(Spc)의 상태에 따라 충방전하는 신호 처리된 아크 펄스 신호를 출력한다(도 3a 및 3b 참조). 예컨대, 아크 펄스 계수부(220)로부터 출력되는 아크 펄스 신호(Spc)가 "H" 레벨 상태이면 제8 캐패시터(C8)를 충전하고, 아크 펄스 계수부(220)로부터 출력되는 아크 펄스 신호(Spc)가 "L" 레벨 상태이면 제8 캐패시터(C8)를 방전한다.

비교 저항부(230)는 제1 입력 라인(Tin1)과, 제2 입력 라인(Tin2) 사이에 배치되는 직렬연결되어 상측 및 하측 기준 분압 전압(Vref1, Vref2)을 제공하는 제9 내지 제11 저항(R9, R10, R11)과, 계수 신호 처리부(225)의 출력 노드와 연결되어 아크 펄스 전압(Vpc)을 제공하는 제8 저항(R8)을 포함한다.

서지 흡수부(235)는 제1 입력 라인(Tin1)과, 제2 입력 라인(Tin2) 사이에 배치되는 직렬연결되는 제1 및 제2 다이오드(D1, D2)를 포함하고, 계수 신호 처리부(225)로부터 출력되는 신호 처리된 아크 펄스 신호 중 순간적으로 서지성 펄스 전류를 제1 입력 라인(Tin1) 또는 제2 입력 라인(Tin2)으로 흘려 후단의 소자를 보호한다.

비교부(240)는 제1 및 제2 비교기(COMP1, COMP2)를 포함한다. 제1 비교기(COMP1)는 아크 펄스 전압(Vpc)과 상측 기준 분압 전압(Vref1)을 입력받아 아크 펄스 전압(Vpc)과 상측 기준 분압 전압(Vref1)을 비교하여 제1 비교 신호(Scomp1)를 출력하고, 제2 비교기(COMP2)는 아크 펄스 전압(Vpc)과 하측 기준 분압 전압(Vref2)을 입력받아 아크 펄스 전압(Vpc)과 하측 기준 분압 전압(Vref2)을 비교하여 제2 비교 신호(Scomp2)를 출력한다. 구체적으로, 아크 펄스 전압(Vpc)의 전위가 상측 기준 분압 전압(Vref1)과 하측 기준 분압 전압(Vref2) 사이에 있으면, 제1 및 제2 비교기(COMP1, COMP2)는 "H" 레벨 상태의 제1 및 제2 비교 신호(Scomp1, Scomp2)를 출력한다. 한편, 아크 펄스 전압(Vpc)의 전위가 상측 기준 분압 전압(Vref1)보다 높으면, 제1 비교기(COMP1)는 "L" 레벨 상태의 제1 비교 신호(Scomp1)를 출력하고, 제2 비교기(COMP2)는 "H" 레벨 상태의 제2 비교 신호(Scomp2)를 출력한다. 반대로, 아크 펄스 전압(Vpc)의 전위가 하측 기준 분압 전압(Vref2)보다 낮으면, 제1 비교기(COMP1)는 "H" 레벨 상태의 제1 비교 신호(Scomp1)를 출력하고, 제2 비교기(COMP2)는 "L" 레벨 상태의 제2 비교 신호(Scomp2)를 출력한다.

아크 결정부(245)는 제1 및 제2 낸드 게이트(NAND1, NAND2)를 포함한다. 제1 낸드 게이트(NAND1)는 제1 비교기(COMP1)로부터 출력되는 제1 비교 신호(Scomp1)와 제2 비교기(COMP2)로부터 출력되는 제2 비교 신호(Scomp2)를 부정논리곱하여 아크 예정 신호(Sarc)를 출력하고, 제2 낸드 게이트(NAND2)는 아크 펄스 계수부(220)로부터 출력되는 아크 누적 신호(Scount)와 제1 낸드 게이트(NAND1)로부터 출력되는 아크 예정 신호(Sarc)를 부정논리곱하여 아크 결정 신호(Sdet)를 출력한다.

즉, 아크 펄스 전압(Vpc)의 전위가 상측 기준 분압 전압(Vref1)보다 높거나 하측 기준 분압 전압(Vref2)보다 낮으면, 제1 비교기(COMP1) 또는 제2 비교기(COMP2)는 "L" 레벨 상태의 비교 신호를 출력하고, 제1 낸드 게이트(NAND1)는 "H" 상태 레벨의 아크 예정 신호(Sarc)를 출력한다. 그리고 아크 펄스가 소정 시간 내에 소정 갯수(예: 2048)에 도달하면, 아크 펄스 계수부(220)의 제2 출력(O2)이 "H" 레벨 상태의 아크 누적 신호(Scount)를 출력한다. 이때 제2 낸드 게이트(NAND2)는 "H" 상태 레벨의 아크 예정 신호(Sarc)와 "H" 레벨 상태의 아크 누적 신호(Scount)를 부정논리곱하여 "L" 레벨 상태의 아크 결정 신호(Sdet)를 출력한다.

구체적으로, 아크 펄스 계수부(220)의 제1 출력단자(O1)로부터 펄스 폭이 좁은 아크 펄스 신호(Spc)가 "H" 레벨 상태와 "L" 레벨 상태를 반복하면 계수 신호 처리부(225) 내 제3 캐패시터(C3)는 충방전을 반복하여 아크 펄스 전압(Vpc)의 전위는 소정 범위를 벗어나지 않으므로 아크 예정 신호(Sarc)는 "L" 레벨 상태를 유지한다(도 3a, 도 4a 참조). 한편, 아크 펄스 계수부(220)의 제1 출력단자(O1)로부터 펄스 폭이 넓은 아크 펄스 신호(Spc)가 "H" 레벨 상태 또는 "L" 레벨 상태를 반복하면 계수 신호 처리부(225) 내 제3 캐패시터(C3)의 충방전 전위는 소정 범위를 넘어 충방전을 하게 되므로 아크 펄스 전압(Vpc)의 전위도 상측 기준 분압 전압(Vref1)보다 높거나 하측 기준 분압 전압(Vref2)보다 낮은 레벨까지 도달하므로 아크 예정 신호(Sarc)는 "H" 레벨 상태 또는 "L" 레벨 상태를 반복하게 된다(도 3b, 도 4b 참조).

역전류 차단부(250)는 "L" 레벨 상태의 아크 결정 신호(Sdet)인 경우에만 후단의 제1 타이머(255)가 동작하게 한다.

아크 결정 확인부(255)는 아크 결정부(245)로부터 출력되는 "L" 레벨 상태의 아크 결정 신호(Sdet)에 응답하여 "L" 레벨 상태의 방전 전위를 가진 아크 결정 확인 신호를 출력하되, 소정 시간 지연된 아크 결정 확인 신호를 출력하도록 구성된다. 구체적으로, 자기 유지부(270) 내 제3 낸드 게이트(NAND3)의 입력 전압은 제13 저항(R13)을 통해 제4 캐패시터(C4)를 충전 상태를 유지하다가, "L" 레벨 상태의 아크 결정 신호(Sdet)에 응답하여 제2 PUT가 턴온되면 제4 캐패시터(C4) -> 제2 PUT -> 제14 저항(R14)의 경로를 따라 제4 캐패시터(C4)의 충전전압이 방전되고, 제13 저항(R13)의 타단부는 "L" 레벨 상태의 방전 전위를 가진 아크 결정 확인 신호를 출력한다. 한편, 아크 결정 신호(Sdet)가 "L" 레벨 상태와 "H" 레벨 상태를 반복하면 제2 PUT는 온 오프를 반복한다.

아크 결정 확인부(255)는 또한, 제1 입력 라인(Tin1)과, 제2 입력 라인(Tin2) 사이에 직렬연결되는 제16 저항(R16) 및 제5 캐패시터(C5)를 더 포함하고, 동작 전원 투입시 제16 저항(R16)과 제5 캐패시터(C5) 사이의 노드에 인가되는 초기 리셋 전압(VC5)은 0V("L" 레벨 상태)에서 소정 시정수(T=R₁₆C₅)로 충전되어 상승한다.

i) 정상 상태시

정상 상태에서는 다음과 같이 동작한다.

자기 유지부(260) 내 제4 낸드 게이트(NAND4)는 초기 리셋 전압과 자기 유지부(260) 내 제3 낸드 게이트(NAND3)의 출력을 입력받아 부정논리곱 연산을 수행하므로, 자기 유지부(260) 내 제4 낸드 게이트(NAND4)의 출력은 "H" 레벨 상태로 제2 출력 터미널(Tout2)에 연결된다. 그리고 자기 유지부(260) 내 제3 낸드 게이트(NAND3)는 제15 저항(R15)을 통해 자기 유지부(260) 내 제4 낸드 게이트(NAND4)의 출력("H" 레벨 상태)을 입력받기 때문에, 자기 유지부(260) 내 제3 낸드 게이트(NAND3)의 출력은 "L" 레벨 상태로 제1 출력 터미널(Tout1)에 연결된다.

ii) 아크 발생시

그러다가 "L" 레벨 상태의 아크 결정 신호(Sdet)에 따라 제2 PUT가 턴온되어 제4 캐패시터(C4)가 방전하게 되고, 제4 캐패시터(C4)의 전위가 하강하면, 제13 저항(R13)의 타단부에 "L" 레벨 상태의 전위를 가진 아크 결정 확인 신호가 출력된다. 이에 따라, 자기 유지부(260) 내 제3 낸드 게이트(NAND3)는 그 입력이 "H" 레벨 상태에서 "L" 레벨 상태로 천이하므로 출력은 "L" 레벨 상태에서 "H" 레벨 상태로 천이한다(Tout1).

그리고 자기 유지부(260) 내 제4 낸드 게이트(NAND4)는 자기 유지부(260) 내 제3 낸드 게이트(NAND3)의 출력인 "H" 레벨 상태를 입력받아 "H" 레벨 상태에서 "L" 레벨 상태로 천이한다(Tout2).

한편, 자기 유지부(260)의 출력과 연결되는 출력 터미널(Tout1, Tout2)은 광 또는 음을 이용한 경보수단과 연결될 수 있다.

수동 복구 스위치(265)는 아크 결정 확인부(255) 내 제6 캐패시터(C6)와 병렬연결되어 제6 캐패시터(C6)의 방전시킴으로써 수동 복구 시킬 수 있다.

본 명세서에서 설명되는 실시 예와 첨부된 도면은 본 발명에 포함되는 기술적 사상의 일부를 예시적으로 설명하는 것에 불과하다. 따라서, 본 명세서에 개시된 실시 예는 본 발명의 기술적 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이므로, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아님은 자명하다. 본 발명의 명세서 및 도면에 포함된 기술적 사상의 범위 내에서 당업자가 용이하게 유추할 수 있는 변형 예와 구체적인 실시 예는 모두 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

100: 누전 차단기
L1: 외부 자계 유도 코일
110: 재투입 스위치
120: 차단버튼
210: 아크 검출부
215: 주기적 리셋부
220: 아크 펄스 계수부
225: 계수 신호 처리부
230: 비교 저항부
235: 서지 흡수부
240: 비교부
245: 아크 결정부
250: 역전류 차단부
255: 아크 결정 확인부
260: 자기 유지부
265: 수동 복구 스위치

Claims

외부 자계 유도 코일을 이용하여 교류 전원 라인에 발생하는 아크를 검출하도록 구성된 아크 검출부;
상기 외부 자계 유도 코일에 흐르는 아크 펄스를 입력받아 카운트 하여 아크 펄스 신호와 아크 누적 신호를 출력하도록 구성된 아크 펄스 계수부;
직류 전원 라인에 인가되는 전원 전압을 이용하여 주기적으로 상기 아크 펄스 계수부의 리셋 단자에 리셋 신호를 인가하도록 구성된 주기적 리셋부;
상기 아크 펄스 계수부로부터 출력되는 아크 펄스 신호를 소정의 제1 시정수로 충방전하여 신호 처리된 아크 펄스 신호를 출력하는 계수 신호 처리부;
상기 직류 전원 라인의 제1 및 제2 라인 사이에 배치되고, 직렬연결되어 상측 및 하측 기준 분압 전압을 제공하고, 상기 계수 신호 처리부의 출력 노드와 연결되어 아크 펄스 전압을 제공하도록 구성된 비교 저항부;
상기 아크 펄스 전압을 상측 및 하측 기준 분압 전압과 비교하여 제1 및 제2 비교 신호를 출력하도록 구성된 비교부;
상기 제1 비교 신호와 제2 비교 신호를 이용하여 아크 결정 신호를 출력하도록 구성된 아크 결정부;
상기 아크 결정부로부터 출력되는 아크 결정 신호에 응답하여 출력하되, 소정 시간 지연된 아크 결정 확인 신호를 출력하도록 구성된 아크 결정 확인부; 및
상기 아크 결정 확인 신호를 유지하도록 구성된 자기 유지부
를 포함하는 외부 자계 유도를 이용한 아크 감지 회로.
청구항 1에 있어서, 상기 아크 검출부는,
두 가닥의 상기 교류 전원 라인 사이에 배치되는 외부 자계 유도 코일;
상기 외부 자계 유도 코일에 직렬연결되는 캐패시터; 및
상기 아크 펄스에 스위칭 하는 제1 트랜지스터
를 포함하는 외부 자계 유도를 이용한 아크 감지 회로.
청구항 2에 있어서,
상기 외부 자계 유도 코일은 초크 코일 또는 막대형 코일인 것을 특징으로 하는 외부 자계 유도를 이용한 아크 감지 회로.
청구항 1에 있어서,
상기 아크 누적 신호는 상기 아크 펄스 신호가 소정 시간 내에 소정 갯수를 초과하는 경우에 생성되는 것을 특징으로 하는 외부 자계 유도를 이용한 아크 감지 회로.
청구항 4에 있어서, 상기 비교부는,
상기 아크 펄스 전압을 상기 상측 기준 분압 전압과 비교하여 제1 비교 신호를 출력하는 제1 비교기; 및
상기 아크 펄스 전압을 상기 하측 기준 분압 전압과 비교하여 제2 비교 신호를 출력하는 제2 비교기
를 포함하는 외부 자계 유도를 이용한 아크 감지 회로.
청구항 5에 있어서, 상기 아크 결정부는,
상기 제1 비교 신호와 상기 제2 비교 신호를 입력받아 부정논리곱하여 아크 예정 신호를 생성하는 제1 낸드 게이트; 및
상기 아크 예정 신호와 상기 아크 누적 신호를 입력받아 부정논리곱하여 상기 아크 결정 신호를 생성하는 제2 낸드 게이트
를 포함하는 외부 자계 유도를 이용한 아크 감지 회로.