KR20230065787A - 전자파 전류센서 이용 완전 전자식 과전류 차단기 - Google Patents

전자파 전류센서 이용 완전 전자식 과전류 차단기 Download PDF

Info

Publication number
KR20230065787A
KR20230065787A KR1020210151716A KR20210151716A KR20230065787A KR 20230065787 A KR20230065787 A KR 20230065787A KR 1020210151716 A KR1020210151716 A KR 1020210151716A KR 20210151716 A KR20210151716 A KR 20210151716A KR 20230065787 A KR20230065787 A KR 20230065787A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
overcurrent
unit
circuit breaker
switch
blocking
Prior art date
Application number
KR1020210151716A
Other languages
English (en)
Inventor
김현탁
주철범
노태문
Original Assignee
한국전자통신연구원
주식회사 이지코리아
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국전자통신연구원, 주식회사 이지코리아 filed Critical 한국전자통신연구원
Priority to KR1020210151716A priority Critical patent/KR20230065787A/ko
Priority to PCT/KR2022/016016 priority patent/WO2023080493A1/ko
Publication of KR20230065787A publication Critical patent/KR20230065787A/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R19/00—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R19/00—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
    • G01R19/0092—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof measuring current only
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R19/00—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
    • G01R19/165—Indicating that current or voltage is either above or below a predetermined value or within or outside a predetermined range of values
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H1/00—Details of emergency protective circuit arrangements
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H1/00—Details of emergency protective circuit arrangements
    • H02H1/0092—Details of emergency protective circuit arrangements concerning the data processing means, e.g. expert systems, neural networks
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H3/00—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
    • H02H3/08—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to excess current
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03M—CODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
    • H03M1/00—Analogue/digital conversion; Digital/analogue conversion
    • H03M1/12—Analogue/digital converters

Abstract

본 발명은, 큰 전류에 포화가 없는 김 라인 전류센서(등록특허 제10-1981640호)를 이용하여 과전류의 증가에 따라 과전류 차단시간이 연속적으로 감소하다가 임계 과전류에서 불연속적으로 감소하는 완전 전자식 과전류 차단기의 개발에 관한 것으로,
본 발명의 완전 전자식 과전류 차단기(300)는 센서부(310), 센서 신호 증폭기부(320), 임계 과전류에 대응되는 기준전압이 증폭된 아날로그 신호 전압과 비교하는 비교부(330), 아날로그신호를 디지털 데이터로 전환하는 아날로그-디지털 컨버터부(340), 데이터를 비교 분석 및 제어신호를 내는 CPU부(350), 과전류를 차단하는 스위치부(380)와 이 전기전자 시스템에 전력을 공급하는 전원부(395), IEC 국제규격을 만족하는 차단시간과 프로그램이 내부 메모리에 저장되는 메모리부(360)로 구성되며,
종래의 상용화 된 전자식 과전류 차단기의 과제들인 (1) 단한시와 순시 사이의 과전류 갭과 (2) 단한시의 상한 경계에서 장한시 차단과 (3) 정한시 설정 스위치의 복잡성을 해결하는 것이 특징이다.

Description

전자파 전류센서 이용 완전 전자식 과전류 차단기{FULL ELECTRONIC CIRCUIT BREAKER USING A CURRENT SENSOR MEASURING ELECTROMAGNETIC WAVE}
본 발명은 전력차단기에 대한 것으로 과전류가 증가함에 따라 차단시간이 감소하며 임계 차단 전류에서 순시 임계 특성을 갖는 완전 전자식 과전류 차단기 (Full Electronic Overcurrent Breaker: FEOB)에 관한 것이다.
국제표준 규격 IEC 60947을 따르는 전력 차단기는 정격전류 (IReference: IRef)의 1.2 ~ 1.5배의 과전류 (Iover_current; Io_1st)에서 어느 정도 긴 2 시간 이내의 장한시(Long time)(20)의, 정격전류 (IReference: IRef)의 1.5 ~ 7.2배의 과전류(Io_2nd)에서 2분 이내의 단한시(Short time)(30)의, 매우 큰 임계 과전류 (순시전류) (Io_3rd=Iinst= (7.2~14) x IRef)에서 2분 ~ 20밀리초의 순시(Instantaneous time)(40)의, 정격전류의 14배 이상의 단락 전류에서 20 밀리초 이내의 차단시간(Tripping time)(50)에 전력을 차단한다(도 1).
전력 차단기는 아날로그식 과전류 차단기와 디지털식 전자식 과전류 차단기(Electronic Overcurrent Breaker; EOB)로 분류된다. 아날로그 차단기는 과전류에서 발생하는 열을 이용하여 열팽창 계수가 다른 두 금속의 결합으로 만들어진 바이메탈의 휘어지는 현상을 스위치로 이용한다. 그런데 바이메탈 이용 차단기는 바이메탈이 외부 온도 혹은 과전류의 온도에 매우 민감하게 반응하여 그 휨의 정도가 불규칙적이고 시간에 따라서 금속 특성이 변하는 경년변화 때문에 부정확하다. 그 부정확한 오차는 최소부터 최대까지 약 500%이다(도 1). 그럼에도 불구하고, 아날로그 과전류 차단기는 과전류의 크기에 따라 발열의 정도가 달라서 차단시간이 가변되는 반한시 특성의 장점을 가지고 있기 때문에, 아날로그 과전류 차단기는 1924년 웨스팅하우스(미국 전력기기 회사)가 최초로 발명한 이래 100년이 넘도록 지금까지 사용되고 있다. 이 아날로그 차단기는 장한시(20), 단한시(30), 순시(40), 단락(50)의 차단이 가능하지만 설정이 매우 어렵다.
추가로, 자기장의 세기를 이용하여 기계적 스위치인 전자석을 동작시키는 순시형 차단기도 있다. 그러나 이 순시형 차단기는 장한시와 단한시 차단이 되지 않을 뿐만 아니라 그 전자석의 설치 방법에 따라 차단 특성이 변하는 문제점이 있다.
그 반면에, 종래의 전자식 차단기(EOB)는 CT (Current Transformer) 전류센서 혹은 로고스키(Rogoski) 코일 전류센서로 전력 도선의 전류를 측정하여 마이크로프로세서 혹은 마이크로콘트롤러로 디지털화 된 데이터를 분석하여 전력 차단 스위치를 직접 제어한다. 그리고 통신도 가능하여 전자통신 시대에 새로운 전력 차단기로 부각되어 왔다. 현재 전자식 차단기들은 저압 차단기로서 공기를 이용하여 아크를 소멸시키는 ACB(Air Circuit Breaker)(200)와 모터의 과전류를 차단하는 EOCR (Electronic OverCurrent Relay)이 사용되고 있다.
비록 전자식 차단기(EOB)가 상용화되었다고 해도, EOB에 사용되는 전류센서들은 다음과 같은 단점들이 있다. CT 전류센서는 고전류를 측정하지 못하고, 로고스키(Rogoski) 코일의 전류센서는 저전류를 측정하지 못한다(선행논문, 그림 13b). 이 단점들을 극복하기 위하여 EOB는 CT와 순시형 전자석 차단기 혹은 로고스키 코일과 순시형 전자석 차단기를 함께 쓰고 있다.
예를 들면, EOB는 장한시와 단한시의 전류에는 전자식으로 전력을 차단하지만, 단락(Short) 혹은 순시와 같이 매우 큰 전류가 순식간에 들어올 경우에, 매우 큰 전자기장을 이용하여 기계적 스위치를 동작시켜 전력을 차단한다. 이것은 완전한 EOB가 아니라 기계식이 가미된 차단기로 볼 수 있다. 여기에는 차단기로서 치명적인 문제가 있다. 전자식 차단(Electronic Breaking)과 기계식 차단(Mechanical Breaking)에는 큰 전류의 갭이 존재한다(과제 1). 이 갭이 시스템을 파괴시킬 수 있다.
또, 순시가 아닌 단한시 차단의 경우에는, EOB는 과전류의 크기에 따라 전력 차단시간이 가변적이지 않고 여러 단계의 설정된 과전류에 대해 일정한 차단시간(정한시)을 둔다(도 2(a)). 이 경우, 순시 전류 이하 단한시의 상한 경계점 부근(도 1과 도 2의 큰 화살표)(60)에서는 매우 큰 전류에 대해 장한시의 설정시간 혹은 그 앞의 설정시간으로 전력을 차단하는 과제가 있다(과제 2). 즉 다시 말해 전력 차단시간이 길어진다. 그리고 모터의 과전류를 차단하는 EOCR도 이 문제를 가지고 있다.
추가로 주어진 과전류에 대해, 고정된 차단시간을 설정하기 위하여 외부에서 정격전류 설정 스위치와 과전류 설정 스위치 및 차단시간 설정 스위치 가 최소 2개에서 많으면 8개까지 있고 설정 경우의 수가 너무 많아서 실제는 설정이 매우 어렵다(도 2(b)). 그래서 일반 사용자가 그 설정을 잘못하여 차단기들의 오작동이 일어나기도 한다(과제 3).
이런 이유들 때문에, 과전류 차단기들은 과전류를 방지하는 국제규격 IEC 60947-1(모터 과전류 차단기), IEC 60947-2(회로, 누전, 기중 차단기)의 승인을 받는 것이 어렵다. 따라서 위 문제들을 해결하는 완전한 전자식 과전류 차단기(Full Electronic Overcurrent Breaker: FEOB)의 발명이 요구된다.
등록특허 KR 제10-1981640호 (명칭: 교류 전자파를 측정하는 전류센서와 이를 이용한 차단기), 패밀리 특허: Pub. No.: US 2020/0182913 A1, Current sensor for measuring alternating electromagnetic wave and a current breaker using the same 등록특허 US 4,250,532 (Electronic overcurrent detection and tripping circuit) 등록특허 US 4,380,785 (Solid state trip unit for an electrical circuit breaker) 등록특허 US 10,896,791 B2 (Dynamic coordination of protection devices in electrical distribution systems) 등록특허 US 10,811,867 B2 (Hybrid air-gap/solid-state circuit breaker)
본 발명의 과제는 기존의 과전류 차단기에서 사용되는 두 종류의 차단 수단 사이에 존재하는 과전류의 갭을 없애는 것(과제 1), 비순시 차단으로 단한시 단계(120)에 있는 단한시(120)의 상한 경계점(도 1과 도 2의 큰 화살표)(60)에서 장한시(20) 혹은 그 단한시 단계(120) 앞의 단계(130)의 차단시간으로 차단되는 것에 대해 과전류의 증가에 따라 차단시간을 줄이는 것(과제 2), 기존의 정한시 설정에 따른 많은 설정 스위치들을 제거하는 것(과제 3)들이다.
두 종류의 차단 수단은 비순시 과전류 차단에 반도체 스위치 소자에 의한 전자적인 전자석 릴레이 차단 수단과 순시 과전류 차단에 전자석 스위치와 결합된 기계적 차단 수단을 의미한다. 이 다른 차단 수단을 사용하는 원인은 전자식 차단기에서 사용하는 전류센서가 낮은 전류에서 높은 전류까지 측정하지 못하는 한계 때문이다.
상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 낮은 전류에서 높은 전류까지 측정 가능한 김-라인 전류센서(316) (특허문헌 1)를 이용하여 과전류의 증가에 따라 차단 시간이 감소하다가 임계 과전류에서 불연속적으로 감소하는 기능(도 1)을 가지면서 설정 스위치들이 없는 완전 전자식 과전류 차단기를 만든다.
본 발명의 완전 전자식 과전류 차단기(300)는 전류의 크기를 측정할 수 있는 센서부(310); 센서에서 감지된 신호를 증폭하는 증폭기부(320); 증폭된 아날로그 신호와 임계 과전류에 대응되는 기준 전압의 비교부(330); 증폭된 아날로그 신호를 디지털로 바꾸는 아날로그-디지털 컨버터부(340); 디지털 데이터를 분석하고, 차단시간을 계산하고 비교하고 타이머와 끼어들기(Interrupt)와 외부기기를 제어할 수 있는 출력신호를 내는 기능을 포함하는 CPU부(350); 과전류의 크기가 증가함에 따라 연속적으로 감소하다가 임계 과전류(순시전류)에서 불연속적으로 감소하는 차단시간을 결정하고 제어하는 프로그램을 저장하는 메모리 (혹은 레지스터)부(360); 얻어진 데이터를 외부로 전송하는 통신부(370); 교류전력기기(382)를 보호하기 위하여 CPU부 출력 포트에서 혹은 비교부 출력에서 내는 신호에 의해 과전류를 차단하는 스위치부(380); 위 완전 전자식 과전류 차단기 시스템 구동용 전원부(395);로 구성된다(도 3, 도 4, 도 5).
센서부(310)는 전력 도선(313)과 전력 도선에 흐르는 전류를 감지할 수 있는 수단으로서 전력 도선의 전자파를 감지하는 전력 도선(313)과 나란한 김-라인 금속 도선(316)(특허문헌 1)을 포함하고, 전력 도선과 금속 도선 사이에 일정한 이격거리(0 ≤ d ≤ '전력 도선의 피복 두께')를 둔다.
증폭기부(320)는 센서부에서 감지된 아날로그 신호를 증폭하는 기능을 가지며 신호의 증폭에 앞서 신호를 타고 들어올 수 있는 잡음들을 제거하기 위하여 필터들을 붙일 수 있다. 연산 증폭기를 이용하여 신호를 증폭한다.
순시용 임계 전압 비교부(330)는 증폭기부에서 증폭된 신호 전압과 순시 현상에 대응되는 임계 전류에 상당하는 임계 전압을 비교기에 입력하여 증폭된 신호 전압이 임계 전압보다 클 때 비교기 출력 전압이 로에서 하이로 혹은 하이에서 로로 신호를 낸다.
아날로그-디지털 컨버터부(340)(Analog-Digital Converter: ADC)는 증폭기부(320)에서 증폭된 아날로그 신호 전압을 디지털로 변환하는 컨버터를 포함한다.
CPU부(350)는 컴퓨터와 같이 디지털 데이터를 분석하고 차단시간을 계산하고 프로그램에 따라 동작되며 타이머와 끼어들기(Interrupt) 기능을 포함한다.
메모리부(360)는 과전류가 증가함에 따라 연속적으로 감소하는 차단시간을 결정하는 프로그램과 임계 과전류에서는 불연속적으로 감소하는 차단시간을 결정하는 끼어들기 프로그램을 저장하는 기능을 한다. 이 메모리부(360)는 CPU부(350)가 구동될 때 유기적으로 동작되는 것을 특징으로 한다.
과전류를 차단하는 스위치부(380)는 교류전력기기(382)를 보호하기 위하여 CPU부(350)에서 내는 전력 차단용 스위치 제어용 신호(384)에 따라 동작되는 것을 특징으로 한다.
전력 차단용 스위치는 릴레이(388) 혹은 전력 반도체(389)를 포함한다 (도 7). 그 릴레이와 전력 반도체는 과전류 차단 스위치(388,389) 제어 소자(386)에 의해 제어된다.
과전류 차단 스위치(388,389) 제어 소자(386)는 전계효과 트랜지스터 혹은 바이폴라 트랜지스터 혹은 사이리스터(Silicon Controlled Rectifier: SCR) 혹은 트라이악 혹은 포토 트랜지스터 혹은 포토 SCR 혹은 포토 트라이악을 포함한다. 과전류 차단 스위치는 릴레이(388) 혹은 전력 반도체(389)를 포함한다.
그 릴레이는 전자석으로서 전기적 힘으로 스위치가 동작되는 것을 의미하며 릴레이와 같은 원리로 동작되는 솔레노이드를 포함한다.
그 전력 반도체(389)는 파워용 전계효과 트랜지스터 (Field Effect Transistor) 혹은 IGBT(Inter Gate Bipolar Transistor)를 포함한다.
통신부(370)는 외부기기와 통신하는 기능을 갖는다.
전원부(395)는 본 발명의 완전 전자식 과전류 차단기(300)에 전력을 공급한다. 전원부는 과전류 차단시에 완전 전자식 과전류 차단기에 전력이 공급되지 않는 경우를 대비하여 배터리가 연결되는 것을 포함한다.
위 아날로그-디지털 컨버터부와 CPU부와 메모리부와 통신부는 각 부의 통합 기능을 갖는 마이크로콘트롤러(MCU: Microcontroller)(390)로 대체될 수 있다 (도 4, 도 5).
과전류의 증가에 따라 차단시간이 연속적으로 감소하는 함수는 과전류 차단시간 T = aR-b+c, R = I측정전류/I정격전류 > 1, -7200 ≤ a ≤ 7200, a ≠ 0, -1 ≤ b ≤ 5, b≠0, 0 ≤ c ≤ (max R)-b 을 포함한다. 여기서 과전류 차단시간의 단위는 초(sec) 이다. 7200의 값은 2시간을 초로 환산한 값이다. (max R)은 순시 차단 전류 비율의 최대값이다. 예를 들면, 순시 차단 전류를 정격 전류의 15배로 정의하면, (max R)은 15 이다. R=1 이고 c=0 이면, T=7200초로서 2시간이 된다. 그래서, 최대 차단 시간은 국제규격 IEC 60947-1 에 따라 2시간 이내로 제한된다.
한 예로서, 위 과전류 차단시간 T 에서 R > 1, 0 < a ≤ 7200, 0 < b ≤ 5, c=0 이면, 도 13과 같이 증가하는 과전류에 따라, T = aR-b의 함수에 의해 차단시간이 줄어든다. 도 13의 데이터는 도 14에서 보여준다.
또 다른 예로서, 위 과전류 차단시간 T 에서 R > 1, -7200 ≤ a < 0, -1 ≤ b < 0, 0 < c ≤ (max R)-b 이면, 도 15와 같이 증가하는 과전류에 따라, T = aR-b+c, 의 함수에 의해 차단시간이 줄어든다.
또 다른 함수에 관한 예로서, 정격 전류 근방에서 발산을 보여주는 T = a/(Rb - 1)을 고려할 수 있다. 이 함수도 도 16과 같이 R의 증가에 따라 T가 감소한다. 이 경우, 0 < a ≤ 7200 와 0 < b ≤ 15의 범위가 적당하다(도 16).
추가로, 필요에 따라 과전류의 구간을 IEC 60947보다 세분하게 나눌 수 있다.
순시 차단의 경우는 차단용 임계 전류를 (max R)로 정의하고 순시 차단 확인용 비교기의 출력 신호가 CPU의 끼어들기(Interrupt) 단자로 입력되어 CPU의 끼어들기 프로그램이 동작되어 CPU의 입출력 단자(혹은 포트)에서 제어 신호를 내서 과전류를 차단한다.
또 다른 순시 차단 방법은 정의된 차단용 임계 전류(max R)과 측정된 전류 신호와 비교된 비교기의 출력 신호가 순시 차단 신호로 확인될 때, CPU의 끼어들기없이 비교기에서 제어 신호를 내서 과전류 차단스위치를 동작시켜 과전류를 직접 차단한다(도 5, 도 6(b)).
완전 전자식 과전류 차단기(300)에서 과전류 차단 방법에 대하여 설명한다.
과전류가 장한시 단한시로 연속적으로 증가됨에 따라, 비교기부에서 출력된 아날로그 신호가 아날로그-디지털 컨버터부(340)에서 디지털로 변환되고, CPU부에서 과전류로 판단함에 따라 CPU의 출력 신호에 의해 과전류 차단 스위치(388,389) 제어 소자(386)가 제어되어 과전류 차단 스위치(388, 389)가 동작되어 과전류를 차단한다.
완전 전자식 과전류 차단기(300)에서 임계 과전류로 판단될 때, 차단 스위치의 동작에 대하여; 비교기의 출력 단자가 CPU부의 끼어들기 단자에 연결되고(도 3, 도 4); CPU의 출력 단자가 과전류 차단 스위치(388,389) 제어 소자(386)에 연결되고; 비교기의 출력 신호가 CPU부의 끼어들기 기능이 동작되도록 하여 끼어들기 서브루틴 프로그램이 돌아서; CPU의 출력 신호에 의해 과전류 차단 스위치(388,389) 제어 소자(386)가 제어되어 과전류 차단 스위치(388, 389)가 동작되어 과전류를 차단한다.
다른 수단으로서, 임계 과전류로 판단될 때, 비교기의 출력 단자가 CPU부의 끼어들기 단자에 연결되지 않고 과전류 차단 스위치(388,389) 제어 소자(386)에 직접 연결되고; 비교기의 출력 신호에 의해 과전류 차단 스위치(388,389) 제어 소자(386)가 제어되어 과전류 차단 스위치(388, 389)가 동작되어 과전류를 차단한다.
신호의 지속을 위하여 비교기의 출력 신호 다음에 래치(385) 소자를 붙이는 것을 포함시킬 수 있다.
본 발명에 따른 김 라인 전류센서를 이용하는 완전 전자식 과전류 차단기는 사용자의 무지와 관계없이 정격전류만 설정하면 자동으로 과전류를 감지하고 과전류를 차단하는 편리함이 있다.
또한, 기존에 사용하는 CT 전류센서와 과전류 설정 스위치와 과전류 차단시간 설정 스위치를 사용하지 않으므로 차단기의 소형화가 가능하고, 증가하는 과전류에 따라 감소하는 차단시간을 규정하는 국제규격 IEC 60947-1 (모터 과전류 차단기), IEC 60947-2 (회로, 누전, 기중 차단기)을 만족하는 과전류 차단이 가능하다.
상기 목적 및 효과 외에 본 발명의 다른 목적 및 이점들은 첨부한 도면을 참조한 실시 예에 대한 상세한 설명을 통하여 명백하게 드러나게 될 것이다.
도 1은 바이메탈의 열적특성으로서 각 구간별 (장한시, 단한시, 순시, 단락) 정격전류의 배수에 대한 차단시간을 보여준다.
도 2(a)는 바이메탈의 반한시 특성을 디지털화 할 때 고정시의 여러 단계로 나누어진 모델을 보여준다.
도 2(b)는 기존의 전자식 차단기에서 사용되는 단계별 차단전류와 차단시간 설정의 스위치 시스템을 보여준다.
도 3는 본 발명의 완전 전자식 과전류 차단기 내부 기능도 1을 보여준다.
도 4는 본 발명의 완전 전자식 과전류 차단기 내부 기능도 2를 보여준다.
도 5은 본 발명의 완전 전자식 과전류 차단기 내부 기능도 3을 보여준다.
도 6(a)는 증폭기에서 나온 신호와 임계 과전류에 상당하는 임계전압이 비교기에 연결되어 비교된 출력신호가 CPU의 끼어들기(혹은 끼어들기)에 연결되는 것을 보여준다.
도 6(b)는 증폭기에서 나온 신호와 임계 과전류에 상당하는 임계전압이 비교기에 연결되어 비교된 출력 신호가 래치(335)를 통하여 스위치부에 직접 연결되는 것을 보여준다.
도 7(a)는 릴레이를 이용하여 과전류를 차단하는 스위치부의 기능도를 보여준다.
도 7(b)는 전력 반도체 소자를 이용하여 과전류를 차단하는 스위치부의 기능도를 보여준다.
도 8는 본 발명의 실시 예로서 개발된 AC 250V 16A 단상 과전류 전력 차단기를 보여준다.
도 9는 본 발명의 과전류 차단기로 과전류 차단 실험 환경 레이아웃을 보여준다.
도 10은 본 발명의 완전 전자식 과부하 차단기의 과전류 차단용 메인 프로그램의 플로우 차트를 보여준다.
도 11(a)는 도 10의 메인 프로그램에 연결된 장한시 조건의 서브루틴 프로그램의 플로우 차트를 보여준다.
도 11(b)는 도 10의 메인 프로그램에 연결된 단한시 조건의 서브루틴 프로그램의 플로우 차트를 보여준다.
도 11(c)는 도 10의 메인 프로그램에 연결된 순시 조건의 서브루틴 프로그램의 플로우 차트를 보여준다.
도 12는 단락시 동작되는 끼어들기 프로그램의 플로우 차트를 보여준다.
도 13(a)는 본 발명의 제 1 실시 예로서, 증가하는 과전류에 따라 과전류 차단시간 T=7200R-b 에서 b 의존성을 보여준다. 여기서 R=I측정전류/I정격전류>1, 0<b*?*3을 만족한다. 계수 7200은 2시간을 초로 환산한 값이다.
도 13(b)는 본 발명의 제 1 실시 예로서, 증가하는 과전류에 따라 과전류 차단시간 T=120R-b 에서 b 의존성을 보여준다. 여기서 R=I측정전류/I정격전류>1, 0<b*?*3을 만족한다. 계수 120은 2분을 초로 환산한 값이다.
도 13(c)는 본 발명의 제 1 실시 예로서, 증가하는 과전류에 따라 과전류 차단시간 T=20R-b 에서 b 의존성을 보여준다. 여기서 R=I측정전류/I정격전류>1, 0<b*3을 만족한다. 계수 20은 국제규격을 맞추기 위해 임의로 설정된 값이다.
도 14는 도 13(a)와 도 13(b)와 도 13(c)를 요약한 그래프를 보여준다.
도 15(a)는 본 발명의 제 2 실시 예로서, 증가하는 과전류에 따라 과전류 차단시간 T=-7200[R-b-15-b]에서 b 의존성을 보여준다. 여기서 R=I측정전류/I정격전류>1, -1*b<0, 15-b=절편 c=(max R-b)을 만족한다. 15는 최대 R(max R=15)을 설정한 경우이고, 이 값은 설정에 따라 달라질 수 있다. 계수 7200은 2시간을 초로 환산한 값이다.
도 15(b)는 본 발명의 제 2 실시 예로서, 증가하는 과전류에 따라 과전류 차단시간 T=-120[R-b-15-b]에서 b 의존성을 보여준다. 여기서 R=I측정전류/I정격전류>1, -1 *b< 0, 15-b=절편 c=(max R-b)을 만족한다. 15는 최대 R(max R=15) 을 설정한 경우이고, 이 값은 설정에 따라 달라질 수 있다. 계수 120은 2분을 초로 환산한 값이다.
도 15(c)는 본 발명의 제 2 실시 예로서, 증가하는 과전류에 따라 과전류 차단시간 T=-20[R-b-15-b] 에서 b 의존성을 보여준다. 여기서 R=I측정전류/I정격전류>1, -1*b<0, 15-b=절편 c=(max R-b)을 만족한다. 15는 최대 R(max R=15)을 설정한 경우이고, 이 값은 설정에 따라 달라질 수 있다. 계수 20은 국제규격을 맞추기 위해 임의로 설정된 값이다.
도 16는 본 발명의 제3 실시 예로서, 증가하는 과전류에 따라 과전류 차단시간, T=a/(Rb-1), 에서 a와 b의존성을 보여준다. 여기서 R=I측정전류/I정격전류>1, a=7200, a=120, a=20, 1*b*15을 만족한다. 계수 a의 값들은 국제규격을 맞추기 위해 임의로 설정된 값이다.
본 발명의 실시 예로서, 제작된 국제규격 IEC 60947-4-1을 따르는 완전 전자식 과전류 차단기(300), 도 8의 단상 AC 250V 16A 릴레이 스위치(388)를 이용하여 도 9의 실험 레이아웃에 따라 준비된 환경에서 과전류 차단 동작의 예를 설명한다. 그 차단기는 독립적인 CPU(Central Processing Unit) 대신에 아날로그-디지털 컨버터와 메모리와 타이머와 디지털 입출력 포트와 끼어들기 기능과 통신기능을 가지고 있는 32비트 ST-마이크로사의 MCU(Microcontroller)(390)를 사용한다. 과전류를 릴레이로 차단하기 위해, MCU에서 250V 16A 릴레이(388) 제어용 신호를 직접 내도록 설계하였다. 릴레이 제어용 스위치(386)는 전계효과 트랜지스터와 바이폴라 트랜지스터가 결합된 스위치를 사용하였다. 전류 센서는 선행특허 1에 있는 전력 도선(313)에 나란한 김-라인(316)을 사용하였고 김-라인(316)의 출력신호는 연산증폭기(320)로 증폭되었다. 본 발명의 증가하는 과전류에 따라 차단시간이 감소하는 공식은 프로그램되어 MCU(390) 속에 있는 메모리에 저장되었고, 그 차단기는 도 10의 플로우 차트에 의해 만들어진 프로그램에 따라 동작되었다.
본 발명의 완전 전자식 차단기의 프로그램(Main program; Algorithm A)의 플로우 차트는 도 10에서, 1.2*R<1.5 에서 차단 알고리즘 플로우 차트(Algorithm B)는 도 11(a)에서, 1.5*R<7.2 에서 차단 알고리즘 플로우 차트(Algorithm C)는 도 11(b)에서, 7.2*R 에서 차단 알고리즘 플로우 차트(Algorithm D)는 도 11(c)에서 보여준다. 순시용 끼어들기(Interrupt) 서브루틴 알고리즘 플로우 차트는 도 12에서 보여준다.
위 과전류 차단 실험은 도 9의 레이아웃에 따라 구축된 연구실 환경에서 수행되었다. 실험실에서 큰 전류가 없기 때문에 정격전류 I정격전류*IReference를 3A로 설정하였다. 저항박스(410)의 스위치를 올리면 전류가 1~3A씩 증가하여 최대 60A까지 낼 수 있다. 전류는 1~45A(정격전류의 15배)까지 흘렸다. 과전류의 증가에 따라 차단시간이 감소하고 큰 전류에서는 매우 짧은 차단시간으로 인해 릴레이의 파괴가 없었다.
본 발명의 도 8의 과전류 차단기는 위 표의 B, C, D 의 차단시간 T=aR-b 공식이 프로그램되어 마이크로콘트롤러부(390) 내부의 메모리부(350)에 저장되어 위 테이블의 값에 따라 동작되었다. 정격전류 3A에 대해 과전류 60A까지 전류를 흘릴 수 있는 부하기(410)를 전력 도선(313)에 연결하고 부하기(410)의 전류를 단계적으로 올리면서 위 테이블의 국제규격 IEC 60947-4-1에 따라 시험하였다. 결과는 정격전류에서 차단이 없고, R*측정전류/정격전류=1.2에서 약 6,000초 후에 차단이 되었고, R=1.5에서 약 80초 후에 차단이 되었고, R=7.2에서 약 2.7초 후에 차단이 되었다. 그 차단 시간에 있어서, 프로그램에 따라 동작되는 데이터를 도 13(a), 도 13(b), 도 13(c)에서 보여준다. 전체 데이터는 도 14에서 보여준다.
그리고 다른 조건의 차단시간 공식, T=aR-b-(max R=15-b), 으로 바꾸어도 과전류의 증가에 따라 차단시간이 감소하는 것을 확인하였다. 이것에 관한 데이터는 도 15(a), 도 15(b), 도 15(c)에서 보여준다. 추가로 다른 차단 공식, T=a/(Rb-1), 으로 바꾸어도 과전류의 증가에 따라 차단시간이 감소하는 것을 확인하였다. 이 실험에 대한 데이터는 도 16에서 보여준다.
그러나, 본 개시의 범위는 이에 제한되지 않으며, 본 개시의 실시 예들에 따른 완전 전자식 과전류 차단기는 다음과 같이 구현될 수 있다.
일 실시 예에서, 완전 전자식 과전류 차단기는 교류전력 시스템에서 과전류의 크기를 측정하는 김-라인 교류 전류 센서를 포함할 수 있다. 상기 완전 전자식 과전류 차단기는, 상기 측정된 과전류의 상기 크기가 임계 과전류의 크기보다 작으면 차단시간을 연속적으로 감소시키고, 그리고 상기 측정된 과전류의 상기 크기가 상기 임계 과전류의 상기 크기보다 크거나 같으면 상기 차단시간을 불연속적으로 감소시킬 수 있다. 상기 차단시간에서 상기 과전류가 차단될 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 김-라인 교류 전류 센서를 포함하는 센서부, 상기 센서부에서 출력되는 신호를 증폭하여 증폭된 아날로그 신호를 생성하는 증폭기부, 상기 증폭된 아날로그 신호 및 상기 임계 과전류에 대응되는 기준전압을 비교하는 비교부, 상기 증폭된 아날로그 신호를 디지털 데이터로 바꾸는 아날로그-디지털 컨버터부, 상기 디지털 데이터에 기초하여 상기 차단시간을 계산하고, 끼어들기 기능을 수행하고, 그리고 외부 기기를 제어하는 과전류 차단 신호를 출력하는 CPU(Central Processing Unit)부, 상기 측정된 과전류의 상기 크기에 기초하여 상기 차단시간을 결정하고 제어하는 프로그램을 저장하는 메모리부, 교류전력기기를 보호하기 위하여, 상기 과전류 차단 신호에 기초하여, 상기 과전류를 차단하는 과전류 차단 스위치가 동작하도록 과전류 차단 스위치 제어용 소자를 제어하는 스위치부, 및 상기 김-라인 교류 전류 센서, 상기 증폭기부, 상기 비교부, 상기 아날로그-디지털 컨버터부, 상기 CPU부, 상기 메모리부, 및 상기 스위치부에 구동 전력을 제공하는 전원부를 포함할 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 증폭기부는 연산 증폭기를 포함할 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 비교부는 상기 증폭된 아날로그 신호의 전압 및 상기 임계 과전류에 대응되는 상기 기준전압을 비교하는 비교기를 포함할 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 아날로그-디지털 컨버터부는 상기 증폭된 아날로그 신호를 디지털 데이터로 바꾸는 아날로그-디지털 컨버터를 포함할 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 아날로그-디지털 컨버터부, 상기 CPU부, 및 상기 메모리부는 마이크로콘트롤러(MCU)로 구현될 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 프로그램은 제1 수학식에 기초하여 연속적으로 감소하는 상기 차단시간을 결정하고, 상기 제1 수학식은 T=aR-b를 정의하고, T는 상기 차단시간이고, R=I측정전류/I정격전류>1, 0<a*7200, 그리고 0<b*5일 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 프로그램은 제2 수학식에 기초하여 연속적으로 감소하는 상기 차단시간을 결정하고, 상기 제2 수학식은 T=aR-b+c를 정의하고, T는 상기 차단시간이고, R=I측정전류/I정격전류>1, -7200*a<0, -1*b<0, b₁0, 그리고 0*c*(max R)-b일 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 프로그램은 제3 수학식에 기초하여 연속적으로 감소하는 상기 차단시간을 결정하고, 상기 제3 수학식은 T=a/(Rb-1)를 정의하고, 상기 차단시간은 T이고, R=I측정전류/I정격전류>1, 0<a*7200, 그리고 0<b*15일 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 비교부의 비교기에 의해, 상기 증폭된 아날로그 신호의 전압 및 상기 임계 과전류에 대응되는 상기 기준전압을 비교하여 출력된 출력 신호가 상기 과전류에 대응하면, 상기 비교기의 출력 단자를 상기 CPU부의 끼어들기(Interrupt) 단자에 연결하고, 상기 CPU부의 출력 단자를 상기 과전류 차단 스위치 제어용 소자에 연결하고, 상기 비교기의 상기 출력 신호에 기초하여, 상기 CPU부에 의해 상기 끼어들기 기능을 수행하기 위해 서브루틴 프로그램을 동작시키고, 그리고 상기 CPU부의 출력 신호에 기초하여, 상기 과전류 차단 스위치 제어용 소자를 제어하여 상기 과전류 차단 스위치를 동작시킬 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 스위치부는 과전류 차단 스위치 제어용 소자 및 상기 과전류를 직접 차단하는 스위치인 릴레이 또는 솔레노이드를 포함할 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 스위치부는 과전류 차단 스위치 제어용 소자 및 상기 과전류를 직접 차단하는 스위치인 전력 반도체를 포함할 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 스위치부에 의해 제어되는 상기 과전류 차단 스위치 제어용 소자는 전계효과 트랜지스터, 바이폴라 트랜지스터, 사이리스터(Silicon Controlled Rectifier: SCR), 트라이악, 포토 트랜지스터, 포토 SCR, 및 포토 트라이악 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 전원부는, 상기 전원부에 공급되는 전력이 차단될 때, 상기 김-라인 교류 전류 센서, 상기 증폭기부, 상기 비교부, 상기 아날로그-디지털 컨버터부, 상기 CPU부, 상기 메모리부, 및 상기 스위치부에 상기 구동 전력을 제공하는 배터리를 포함할 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 김-라인 교류 전류 센서를 포함하는 센서부, 상기 센서부에서 출력되는 신호를 증폭하여 증폭된 아날로그 신호를 생성하는 증폭기부, 상기 증폭된 아날로그 신호 및 상기 임계 과전류에 대응되는 기준전압을 비교하는 비교부, 아날로그-디지털 컨버터부, CPU부, 및 메모리부를 포함하는 MCU(Microcontroller)부, 교류전력기기를 보호하기 위하여, 상기 비교부의 출력 신호에 기초하여, 상기 과전류를 차단하는 과전류 차단 스위치가 동작하도록 과전류 차단 스위치 제어용 소자를 제어하는 스위치부, 상기 김-라인 교류 전류 센서, 상기 증폭기부, 상기 비교부, 상기 MCU부, 및 상기 스위치부에 구동 전력을 제공하는 전원부를 포함할 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 비교부의 비교기에 의해, 상기 증폭된 아날로그 신호의 전압 및 상기 임계 과전류에 대응되는 상기 기준전압을 비교하여 출력된 출력 신호가 상기 과전류에 대응하면, 상기 비교기의 출력 단자를, 상기 CPU부의 끼어들기(Interrupt) 단자에 연결하지 않고, 상기 과전류 차단 스위치 제어용 소자에 직접 연결함으로써, 상기 비교기의 상기 출력 신호에 의해 과전류 차단 스위치 제어용 릴레이 또는 솔레노이드를 동작시킬 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 스위치부에 의해 제어되는 상기 과전류 차단 스위치 제어용 소자는 전계효과 트랜지스터, 바이폴라 트랜지스터, 사이리스터, 트라이악, 포토 트랜지스터, 포토 SCR, 및 포토 트라이악 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 전원부는, 상기 전원부에 공급되는 전력이 차단될 때, 상기 김-라인 교류 전류 센서, 상기 증폭기부, 상기 비교부, 상기 아날로그-디지털 컨버터부, 상기 CPU부, 상기 메모리부, 및 상기 스위치부에 상기 구동 전력을 제공하는 배터리를 포함할 수 있다.
상술된 내용은 본 발명을 실시하기 위한 구체적인 실시 예들이다. 본 발명은 상술된 실시 예들뿐만 아니라, 단순하게 설계 변경되거나 용이하게 변경할 수 있는 실시 예들 또한 포함할 것이다. 또한, 본 발명은 실시 예들을 이용하여 용이하게 변형하여 실시할 수 있는 기술들도 포함될 것이다. 따라서, 본 발명의 범위는 상술된 실시 예들에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 발명의 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 할 것이다.
10 : 반한시 곡선
20 : 장한시 곡선 30 : 단한시 곡선
40 : 순시 (임계 과전류) 50 : 단락
60 : 순시 아래 단한시의 상한 경계 부분
100 : 아날로그를 디지털화한 모델
110 : 정격전류 120 : 단한시 단계
130 : 단한시 단계 앞의 단계
200 : 기중 차단기 (Air circuit breaker: ACB)
210 : 과전류, 차단시간 설정 스위치 시스템
300 : 완전 전자식 과전류 차단기의 내부 기능별 레이아웃
310 : 김-라인 센서부 313 : 전력 도선
316 : 김-라인 전류센서
320 : 증폭기부
330 : 비교기부
332 : 비교기
335: 래치 (에지 트리거드 플립 플롭)
340 : ADC (Analog-Digital Converter) 부
350 : CPU부, (CPU: Central Processing Unit)
360 : 메모리부
370 : 통신부
380 : 과전류를 차단하는 스위치부
382 : 전력기기
384 : 릴레이 스위치 제어용 트랜지스터 제어용 신호선
385 : 릴레이 스위치 제어용 트랜지스터 제어용 신호선 (MCU를 통하지 않는 선)
386 : 릴레이 스위치 제어용 트랜지스터
388 : 과전류 차단용 스위치부의 릴레이
389 : 과전류 차단용 스위치부의 전력반도체 소자
390 : 마이크로콘트롤러(MCU)부
395 : 전원부
410 : 100A 까지 전류를 내는 부하기 스위치 박스
420 : 40oC의 환경을 만들기 위한 가열로 혹은 오븐
430 : 본 발명의 기능도에 따라 만들어진 완전 전자식 차단기
440 : 전자식 차단기에 공급하는 전원

Claims (18)

  1. 교류전력 시스템에서 김-라인 교류 전류 센서(316)로 측정된 과전류와
    상기 과전류의 증가에 따라, 연속적으로 감소하다가 임계 과전류에서 불연속적으로 감소하는 전력 차단시간에 의해, 상기 과전류가 차단되는 것을 포함하는 완전 전자식 과전류 차단기(300).
  2. 제 1 항에서 '완전 전자식 과전류 차단기(300)'에 대하여,
    상기 김-라인 교류 전류 센서를 포함하는 센서부(310);
    상기 센서부에서 출력되는 신호를 증폭하여 증폭된 아날로그 신호를 생성하는 증폭기부(320);
    상기 증폭된 아날로그 신호 및 상기 임계 과전류에 대응되는 기준전압을 비교하는 비교부(330);
    상기 증폭된 아날로그 신호를 디지털 데이터로 바꾸는 아날로그-디지털 컨버터부(340);
    상기 디지털 데이터에 기초하여 상기 차단시간을 계산하고, 끼어들기 기능을 수행하고, 그리고 외부 기기를 제어하는 과전류 차단 신호(384)를 출력하는 CPU(Central Processing Unit)부(350);
    상기 측정된 과전류의 상기 크기에 기초하여 상기 차단시간을 결정하고 제어하는 프로그램을 저장하는 메모리부(360);
    교류전력기기(382)를 보호하기 위하여, 상기 과전류 차단 신호(384)에 기초하여, 상기 과전류를 차단하는 과전류 차단 스위치(388,389)가 동작되도록 과전류 차단 스위치 제어용 소자(386)를 제어하는 스위치부(380); 및
    상기 김-라인 교류 전류 센서, 상기 증폭기부, 상기 비교부, 상기 아날로그-디지털 컨버터부, 상기 CPU부, 상기 메모리부, 및 상기 스위치부에 구동 전력을 제공하는 전원부(395)를 포함하는 완전 전자식 과전류 차단기.
  3. 제 2 항에서 상기 증폭기부(320)에 있어서:
    연산 증폭기를 포함하는 완전 전자식 과전류 차단기.
  4. 제 2 항에서 상기 비교부(330)에 있어서,
    상기 증폭된 아날로그 신호의 전압 및 상기 임계 과전류에 대응되는 상기 기준전압을 비교하는 비교기(332)를 포함하는 완전 전자식 과전류 차단기.
  5. 제 2 항에서 상기 아날로그-디지털 컨버터부(340)에 있어서,
    상기 증폭된 아날로그 신호를 디지털 데이터로 바꾸는 아날로그-디지털 컨버터를 포함하는 완전 전자식 과전류 차단기.
  6. 제 2 항에서 상기 아날로그-디지털 컨버터부, 상기 CPU부, 및 상기 메모리부에 있어서,
    상기 아날로그-디지털 컨버터 기능, 상기 CPU 기능, 및 상기 메모리 기능을 가지는 원 칩 마이크로콘트롤러(MCU)로 대체되는 것을 포함하는 완전 전자식 과전류 차단기.
  7. 제 1 항에서 과전류 차단시간이 연속적으로 감소에 있어서,
    제1 수학식은 T=aR-b를 정의하고, T는 상기 차단시간이고, R=I측정전류/I정격전류>1, 0<a≤7200, 그리고 0<b≤5인 완전 전자식 과전류 차단기.
  8. 제 1 항에서 과전류 차단시간의 연속적 감소에 있어서,
    제2 수학식은 T=aR-b+c를 정의하고, T는 상기 차단시간이고, R=I측정전류/I정격전류>1, -7200≤a<0, -1*b<0, b≠0, 그리고 0≤c≤(max R)-b인 완전 전자식 과전류 차단기.
  9. 제 1 항에서 과전류 차단시간의 연속적 감소에 있어서,
    제3 수학식은 T=a/(Rb-1)를 정의하고, 상기 차단시간은 T이고, R=I측정전류/I정격전류>1, 0<a≤7200, 그리고 0<b≤15인 완전 전자식 과전류 차단기.
  10. 제 1 항에서 임계 과전류에서 차단시간의 불연속적 감소에 있어서,
    하드웨어적으로, 상기 비교기의 출력 단자를 상기 CPU부의 끼어들기(Interrupt) 단자에 연결하고;
    상기 CPU부의 출력 단자를 상기 과전류 차단 스위치 제어용 소자에 연결하고;
    상기 비교부의 비교기(332)에서, 상기 증폭된 아날로그 신호의 전압과 상기 임계 과전류에 대응되는 상기 기준전압을 비교하여 출력된 신호가 상기 과전류로 판단되면;
    상기 CPU부의 끼어들기 서브루틴 프로그램이 동작되어서, CPU에서 출력된 신호로 상기 과전류 차단 스위치 제어용 소자(386)를 제어하여, 상기 과전류 차단 스위치(388,389)가 동작되는 완전 전자식 과전류 차단기(도3, 도4).
  11. 제 2 항에서 상기 스위치부(380)에 있어서,
    과전류 차단 스위치 제어용 소자(386) 및 상기 과전류를 직접 차단하는 스위치인 릴레이(388) 또는 솔레노이드(388)를 포함하는 완전 전자식 과전류 차단기.
  12. 제 2 항에 있어서,
    상기 스위치부(380)는:
    과전류 차단 스위치 제어용 소자(386) 및 상기 과전류를 직접 차단하는 스위치인 전력 반도체(389)를 포함하는 완전 전자식 과전류 차단기.
  13. 제 2 항에 있어서,
    상기 스위치부(380)에 의해 제어되는 상기 과전류 차단 스위치 제어용 소자(386)는 전계효과 트랜지스터, 바이폴라 트랜지스터, 사이리스터(Silicon Controlled Rectifier: SCR), 트라이악, 포토 트랜지스터, 포토 SCR, 및 포토 트라이악 중 적어도 하나를 포함하는 완전 전자식 과전류 차단기.
  14. 제 2 항에서 상기 전원부(395)에 있어서,
    상기 전원부에 공급되는 전력이 차단될 때,
    완전 전자식 과전류 차단기 시스템(300)에 전력을 제공하는 배터리를 포함하는 완전 전자식 과전류 차단기.
  15. 제 1 항에서 완전 전자식 과전류 차단기(300)에 있어서,
    상기 김-라인 교류 전류 센서를 포함하는 센서부(310);
    상기 센서부에서 출력되는 신호를 증폭하여 증폭된 아날로그 신호를 생성하는 증폭기부(320);
    상기 증폭된 아날로그 신호 및 상기 임계 과전류에 대응되는 기준전압을 비교하는 비교부(330);
    아날로그-디지털 컨버터부, CPU부, 및 메모리부를 포함하는 MCU(Microcontroller)부(390);
    교류전력기기(382)를 보호하기 위하여, 상기 비교부의 출력 신호에 기초하여, 상기 과전류를 차단하는 과전류 차단 스위치(388)가 동작되도록 과전류 차단 스위치 제어용 소자(386)를 제어하는 스위치부(380); 및
    상기 김-라인 교류 전류 센서, 상기 증폭기부, 상기 비교부, 상기 MCU부, 및 상기 스위치부에 구동 전력을 제공하는 전원부(395)를 포함하는 완전 전자식 과전류 차단기 (도 5).
  16. 제 15 항에서 비교부(330)와 스위치부(380)에 있어서,
    상기 비교부의 비교기(332)에 의해, 상기 증폭된 아날로그 신호의 전압 및 상기 임계 과전류에 대응되는 상기 기준전압을 비교하여 출력된 출력 신호가 상기 과전류로 판단되면:
    상기 비교기의 출력 단자(385)가 상기 CPU부의 끼어들기(Interrupt) 단자에 연결되지 않고, 상기 과전류 차단 스위치 제어용 소자(386)에 직접 연결되어, 상기 비교기(332)의 상기 출력 신호에 의해 과전류 차단 스위치 제어용 릴레이 또는 솔레노이드가 동작되는 완전 전자식 과전류 차단기.
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 스위치부에 의해 제어되는 상기 과전류 차단 스위치 제어용 소자(386)는 전계효과 트랜지스터, 바이폴라 트랜지스터, 사이리스터, 트라이악, 포토 트랜지스터, 포토 SCR, 및 포토 트라이악 중 적어도 하나를 포함하는 완전 전자식 과전류 차단기.
  18. 제 15 항에서 전원부(395)에 있어서,
    상기 전원부에 공급되는 전력이 차단될 때
    완전 전지식 과전류 차단기 시스템에 전력을 제공하는 배터리를 포함하는 완전 전자식 과전류 차단기.
KR1020210151716A 2021-11-05 2021-11-05 전자파 전류센서 이용 완전 전자식 과전류 차단기 KR20230065787A (ko)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210151716A KR20230065787A (ko) 2021-11-05 2021-11-05 전자파 전류센서 이용 완전 전자식 과전류 차단기
PCT/KR2022/016016 WO2023080493A1 (ko) 2021-11-05 2022-10-20 전자파 전류센서 이용 완전 전자식 과전류 차단기

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210151716A KR20230065787A (ko) 2021-11-05 2021-11-05 전자파 전류센서 이용 완전 전자식 과전류 차단기

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20230065787A true KR20230065787A (ko) 2023-05-12

Family

ID=86241358

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020210151716A KR20230065787A (ko) 2021-11-05 2021-11-05 전자파 전류센서 이용 완전 전자식 과전류 차단기

Country Status (2)

Country Link
KR (1) KR20230065787A (ko)
WO (1) WO2023080493A1 (ko)

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100200826B1 (ko) * 1994-06-23 1999-06-15 윤종용 위상동기 일치회로
KR100772508B1 (ko) * 2005-07-28 2007-11-01 한국전자통신연구원 부분방전 측정장치 및 이를 포함하는 측정 시스템
US20080158762A1 (en) * 2006-12-29 2008-07-03 Brian Patrick Lenhart Circuit breaker trip unit rating selection plug
KR101981640B1 (ko) * 2018-12-11 2019-08-30 한국전자통신연구원 교류 전자파를 측정하는 전류센서와 이를 이용한 차단기
KR102232027B1 (ko) * 2020-04-16 2021-03-25 주식회사 스마트파워 전동기 제어반의 디지털 제로 릴레이 컨트롤러 및 그 컨트롤러를 이용한 이중화 제어방법

Non-Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Lj. A. Kojovic, 'Rogowski Coil Transient Performance and ATP Simulations for Applications in Protective Relaying', Presented at the International Conference on Power Systems Transients (IPST'05) in Montreal, Canada on June 19-23, 2005 Paper No. IPST05 - 010.
등록특허 KR 제10-1981640호 (명칭: 교류 전자파를 측정하는 전류센서와 이를 이용한 차단기), 패밀리 특허: Pub. No.: US 2020/0182913 A1, Current sensor for measuring alternating electromagnetic wave and a current breaker using the same
등록특허 US 10,811,867 B2 (Hybrid air-gap/solid-state circuit breaker)
등록특허 US 10,896,791 B2 (Dynamic coordination of protection devices in electrical distribution systems)
등록특허 US 4,250,532 (Electronic overcurrent detection and tripping circuit)
등록특허 US 4,380,785 (Solid state trip unit for an electrical circuit breaker)

Also Published As

Publication number Publication date
WO2023080493A1 (ko) 2023-05-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11831139B2 (en) Processor-based circuit interrupting devices
US7633729B2 (en) Alternating current series arc fault detection method
EP2633595B1 (en) A protection relay for sensitive earth fault portection
US20090027814A1 (en) Electronic tripping unit for a motor-circuit breaker of an electric motor
US6330141B1 (en) Electronic protective relay with variable and fixed delay tally time of current protection
US7019951B2 (en) Extended trip range motor control system and method
KR101045021B1 (ko) 중성선 전류 감지장치 및 능동형 영상고조파 필터를 구비한 분전반
CA1315383C (en) Control circuit with validity-determining arrangement
JP2016144297A (ja) 比率差動継電装置
KR101241859B1 (ko) 능동형 영상고조파 필터를 구비한 분전반
EP1643607A2 (en) Overload tripping system
KR20230065787A (ko) 전자파 전류센서 이용 완전 전자식 과전류 차단기
JP3712886B2 (ja) 漏電遮断器及び地絡の検出方法
Kasztenny et al. Generator protection and CT saturation problems and solutions
EP1643629A2 (en) Circuit interrupter control with extended current range
AU2019447727B2 (en) Electric line (L) protection device for detecting a leakage fault, a short-circuit, fault, an overcurrent fault and an arc fault
KR102551607B1 (ko) 누전 차단기
CN112260224B (zh) 一种适用于保测一体ct的过流保护装置及方法
Ye et al. Investigation and performance evaluation of differential protection of phase-shifted transformers in an MV drive
KR20130114496A (ko) 지락 과전류 계전기 및 그것의 작동 방법
Verney et al. Assessment of transformer relay algorithms and settings in laboratory using transient simulation data
JPH07296705A (ja) 回路遮断器
Kayumov et al. THE EFFECT OF SATURATION OF CURRENT TRANSFORMERS ON THE OPERATION OF RELAY PROTECTION DEVICES
JPH04372519A (ja) 遮断器
JP2019208294A (ja) 保護リレーのレンジ切替方法

Legal Events

Date Code Title Description
J201 Request for trial against refusal decision
J301 Trial decision

Free format text: TRIAL NUMBER: 2023101000706; TRIAL DECISION FOR APPEAL AGAINST DECISION TO DECLINE REFUSAL REQUESTED 20230331

Effective date: 20230801

E902 Notification of reason for refusal
S601 Decision to reject again after remand of revocation