KR20230090123A - 실내 전기선로의 스파크 및 과부하를 감지 및 경보하는 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 스파크 및 과부하가 발생되는 것을 감지토록 한 실내 전기선로의 스파크 및 과부하를 감지 및 경보하는 장치를 제공코자 하는 것으로서, 상기 본 발명은 전기선로 및 그 통전선로에 연결하여 사용하는 전기기구 및 전기기기에서 발생하는 서지 및 충격전류는 회로 보호를 위해서 억지하고 전기 화재의 최초 요인을 제공하는 접속불량 및 절연상태가 서서히 훼손되면서 부분적으로 탄화되는 과정에서 순간적으로 발생하는 미세한 스파크현상에서 생성되는 고주파 펄스 신호전류만 다음 회로로 통과하도록 한 회로 보호 및 충격전류 필터부(2-1)와, 회로 보호 및 충격전류 필터부(2-1)를 통과한 스파크 신호 전류를 감지하여 출력하는 스파크 감지용 카트리지부(2-2)와, 스파크 감지용 카트리지부(2-2)가 전기기기에서 발생하는 스파크를 감지하여 고주파가 출력되면 이를 정류 제어하여 증폭하는 고주파 정류 및 증폭부(2-3)와, 고주파 정류 및 증폭부(2-3)에서 출력되는 증폭전류를 제어하여 스파크성 전류에 의해서만 경보에 필요한 전류를 출력하여 경보신호를 발생하는 증폭전류 출력 및 경보신호 발생부(2-4)와, 고주파 정류 및 증폭부(2-3)를 거쳐서 통전선로 전압 이상 시 이를 감지하여 증폭전류 출력 및 경보신호 발생부(2-4)의 경보회로에서 경보신호가 출력하도록 제어하는 전압 감지 및 경보신호 제어부(2-5)가 포함된 것을 특징으로 하여 다수의 효과를 기대할 수 있도록 한 것이다.

Description

실내 전기선로의 스파크 및 과부하를 감지 및 경보하는 장치{A device that detects and alarms sparks and overloads in indoor electric lines}

본 발명은 교류 및 직류 전원이 흐르는 실내의 전기선로에서 스파크와 과부하에 의한 화재를 방지하기 위한 것으로서, 이를 보다 상세히 설명하면 실내에 설치되는 전기선로 또는 전기기기 등에서 스파크 및 과부하가 발생되는 것을 감지하여 경보를 발령하도록 한 실내 전기선로의 스파크 및 과부하를 감지 및 경보하는 장치에 관한 것이다.

일반적으로 건축물의 내부, 즉 옥내 또는 실내의 전기선로 및 전기선로에 연결된 각종 전기기기의 이상 등 전기에 의한 화재 발생의 위험성이 있었으며, 이러한 전기선로 및 전기기기의 이상으로 인한 화재 발생 등의 위험성을 감지하여 전원을 차단시킬 수 있도록 한 누전차단기와 과부하차단기가 사용되고 있었으며, 이와 같은 종래 누전차단기는 통전되는 누전차단기 부하측 어느 한 쪽 선로에서 일정량(대체로 30mA)의 누설전류가 흐를 수 있는 도전체(금속 또는 인체 및 수분이 함유된 물체 등)가 지표면에 접촉되어 전류가 누설되면 통전선로의 전위차에 의해서 누전을 감지하여 누전차단기의 부하측 전원을 차단하는 것으로서, 이러한 누전차단기의 사용 목적은 인체로 통하여 누설 전류가 흘렀을 경우 전기적 충격에 의한 인사사고를 방지하는 것이 주 목적이며, 종래 과부하전원차단기는 차단기의 자체 전격 차단용량 이상의 전류가 차단기 부하측에 흐르게 되면 부하측 전원을 차단하는 전기 배선용 기구이며, 이러한 전기 위험에 대한 안전성을 향상시키기 위하여 대한민국 실용신안공고 1981년 제199호(1981년 3월 11일자 공고)와 공개특허 2003년 제44280호(2003년 6월 9일자 공개)에 게재된 바와 같은 다양한 기술들이 개발되고 있었던 것이다.

상기 두 종류의 차단기는 전기로 인한 사고를 어느 정도 해소하는 것은 사실이지만, 이러한 종래의 누전차단기와 과부하차단기는 옥내(=실내) 배전반 및 분전반에 거의 다 설치되어 있는데도 전기로 인한 화재가 빈발하는 데는 사용자의 부주의로 인한 전열기 등의 과열에 의한 간접 화재요인도 있겠지만, 절연불량이나 접속불량 등의 전기선로 및 전기기기 이상으로 발생하는 화재의 경우에는 그 한계가 있었던 것이며, 실제로 전기로 인한 화재가 발생하는 경우는 전기선로의 노후 등으로 인한 선간 절연불량에 의한 절연 훼손현상으로 초반에 발생하는 미세한 스파크로 시작해서 점차 절연체가 탄화되면서 급속한 방전현상으로 큰 아크로 발전하는 화재나, 통전선로의 선간의 연결점 불량 또는 배선기구의 접속점 불량 및 전기기기와 배선기구와의 접속부의 접촉 불량 등과 사용 전기기기 자체의 과열이나 절연불량 및 부품의 고장 등으로 인한 것과, 더불어 통전 전기선로에 연결된 차단기 한계용량보다 낮은 통전선로가 설치되어 있을 경우에 통전선로 한계용량보다 높은 고용량의 전기기기 사용으로 선로의 과부하로 인해 선로가 과열되어 화재가 발생하는데 있어서 과부하전원차단기나 누전차단기만으로는 해결이 되지 못하고 있었던 실정이었다.

이와 같이 전기로 인한 화재는 인위적 사고가 아닌 경우 대부분 최초 원인은 아주 미세한 스파크에서부터 시작되는데, 선로의 과열 등이 시간이 경과하면 선로 절연체가 서서히 훼손되면서 미세한 스파크가 지속적으로 발생하다가 큰 아크로 돌변하여 선로의 절연물이 탄화되면서 작은 화재가 발생되고, 이로 인하여 선로 자체가 부하 상태로 변하면서 통전선로 전체가 순식간에 발화하여 대형의 화재가 발생하는 것이 전기선로 화재의 특징인 것이다.

상기 문제를 해결하기 위하여 통전선로상에서 아크가 발생하게 되면 전원을 차단하는 기술들이 대한민국 공개특허 2008년 제66419호(2008년 7월 16일자 공개), 2008년 제92660호(2008년 10월 16일자 공개), 2010년 제115483호(2010년 10월 28일자 공개)와 등록특허 제2042847호(2019년 11월 8일자 공고)와 같이 본 발명자가 특허출원 및 등록받은 것도 있었으나, 일부 사용상의 문제점이 있거나 실제 일반 사용자가 설치하기가 어려웠으며, 더 큰 문제는 실수요자가 직접 접해서 손쉽게 사용하기가 곤란한 등의 문제점을 가지고 있었던 것이다. 예를 들면 옥내 배전반이나 분전반에 설치되어 있는 차단기 박스에 설치공간이 대부분이 없으며 설치하려면 전기 설비 기술자가 기존 설치된 차단기를 제거하고 그 자리에 상기 장치가 내장된 차단기를 삽입하여 장착해야 하는 문제점이 있었으며, 상기와 같이 일반 가정이나 기타 실수요자가 쉽게 다가설 수 없다는 것이 실정이었으며, 그나마 전기 화재를 예방하는데 어느 정도의 도움이 되는 전기 배선용 아크 전원 차단장치이기는 하지만 실용화가 되지 못하고 거의 사장된 상태인 것이다.

따라서 종래의 누전차단기 등으로만 옥내 전기 화재를 방지하는데 그 한계가 있어서 통전하는 전기선로에 연결하거나, 그 선로에 연결되어 있는 배선 연결기구인 전기콘센트 등에 사용자가 손쉽게 삽입만 하면 되는 옥내 전기선로의 이상상태를 감지하여 전기 화재가 발생하기 전에 화재발생 위험경보를 알림으로 해서 화재 발생 이전에 인위적 조치를 취할 수 있게 하여 전기로 인한 화재를 미연에 예방할 수 있는 방안이 절실하게 요구되어 왔던 것이다.

KR 20-1981-00005 Y1 1981. 3. 11. KR 10-2003-0044280 A 2003. 6. 9. KR 10-2008-0066419 A 2008. 7. 16. KR 10-2008-0092660 A 2008. 10. 16. KR 10-2010-0115483 A 2010. 10. 28. KR 10-2042847 B1 2019. 11. 8.

본 발명에서는 상기한 종래 기술의 제반 문제점들을 해결코자 새로운 기술을 창안한 것으로서, 본 발명은 주택 및 기타 시설물 등의 실내의 통전선로상에서 전기적 요인으로 화재가 발생할 수 있는 원인이 제공되는 초기단계에서 이를 감지하여 경보신호를 알려서 전기를 사용하는 사용자가 전기화재의 위험성을 미연에 인지하도록 해서 전기화재의 발생 이전에 조치를 취하도록 함으로써 전기로 인한 화재를 예방하도록 실내 전기선로의 스파크 및 과부하를 감지 및 경보하는 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

이에 더불어 실내의 전기선로의 양단에 전기배선기구 및 콘센트 등에 삽입하여 사용하는 플러그 형태의 것 또는 차단기 부하측 양단에 삽입하여 실내의 전기선로에서 발생하는 화재의 원인이 되는 선로 접속 및 접촉불량, 통전 선간 절연불량 등에서 초기에 발생하는 미세한 스파크현상 또는 통전선 어느 일부분의 절연 훼손으로 인하여 외부 금속 도전체가 접촉되면서 누설전류에 의한 스파크가 발생하거나 선로측 이상상태 및 부하측 실내의 통전선로가 과부하로 인해서 선로의 전기적 저항이 커지면서 통전선로가 과열되었을 시와 상기 상태에서 기준전압(실내 일반 상용전압 220V)이 10% 정도 드롭되는 순간 이를 감지하여 위험 경보신호를 발생토록 해서 사용이 편리하면서도 안전성을 극대화시킬 수 있도록 함에 그 목적이 있는 것이다.

또한 별도로 기술하지는 않았으나, 본 발명의 실내 전기선로의 스파크 및 과부하를 감지 및 경보하는 장치를 상세하게 기술한 하기의 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용과 청구범위 및 도면 등을 감안하여 유추할 수 있는 범위 내의 또 다른 목적들도 본 발명의 전체 해결과제에 포함되는 것이다.

상기한 발명의 과제를 해결하기 위한 구체적인 수단으로 본 발명에서는 실내 전기선로의 스파크 및 과부하를 감지 및 경보하는 장치를 구성하되, 상기 본 발명의 실내 전기선로의 스파크 및 과부하를 감지 및 경보하는 장치는 통전선로에 연결된 차단기 부하측 통전선로 라인에 연결 하는 것으로서 콘센트 형태의 구조물에 삽입되는 플러그 형식의 구조로 된 것과 전기 기기의 전원측이나, 통전선로에 설치하기 쉬운 장소에 직접 연결되는 구조를 기본으로 하며, 분배전반에 설치된 누전 및 전원차단기 부하측 전기선로 및 그 통전선로에 연결하여 사용하는 전기기구 및 전기기기에서 발생하는 서지 및 충격전류는 회로 보호를 위해서 억지하고 전기 화재의 최초 요인을 제공하는 접속불량 및 절연상태가 서서히 훼손되면서 부분적으로 탄화되는 과정에서 순간적으로 발생하는 미세한 스파크현상에서 생성되는 고주파 펄스 신호전류만 다음 회로로 통과하도록 한 회로 보호 및 충격전류 필터부(2-1)가 구비되며, 상기 회로 보호 및 충격전류 필터부(2-1)를 통과한 스파크 신호 전류를 감지하여 출력하는 스파크 감지용 카트리지부(2-2)가 구비되며, 상기 스파크 감지용 카트리지부(2-2)가 전기기기에서 발생하는 스파크를 감지하여 고주파가 출력되면 이를 정류 제어하여 증폭하는 고주파 정류 및 증폭부(2-3)가 구비되며, 상기 고주파 정류 및 증폭부(2-3)에서 출력되는 증폭전류를 제어하여 스파크성 전류에 의해서만 경보에 필요한 전류를 출력하여 경보신호를 발생하는 증폭전류 출력 및 경보신호 발생부(2-4)가 구비되며, 상기 고주파 정류 및 증폭부(2-3)를 거쳐서 통전선로 전압 이상 시 이를 감지하여 증폭전류 출력 및 경보신호 발생부(2-4)의 경보회로에서 경보신호가 출력하도록 제어하는 전압 감지 및 경보신호 제어부(2-5)가 구비되며, 상기 전압 감지 및 경보신호 제어부(2-5)에 의해서 증폭전류 출력 및 경보신호 발생부(2-4)의 경보회로가 일정 시간 지속적으로 경보가 발생하여도 인위적인 조치가 취해지지 않으면 (고성능) 벨이 울리도록 하거나, 유선 또는 무선송신의 전원 차단회로 등에 신호전원을 공급하여 전원을 차단토록 외부로 경보신호를 송출하는 경보신호 외부 송출부(2-6)가 구비된 것을 특징으로 한다.

상술한 과제 해결을 위한 구체적인 수단에 의하면, 본 발명의 실내 전기선로의 스파크 및 과부하를 감지 및 경보하는 장치은 각종 건축물의 실내에 설치된 통전선로상에서 전기(電氣)적으로 화재가 발생하는 원인제공이 되는 초기단계에 감지가 되도록 해서 경보(警報)신호를 송출하여 사용자에게 화재의 위험성을 미리 고지시켜서 화재 발생 전에 조치를 취할 수 있도록 하여 전기적으로 화재가 발생되는 것을 예방할 수 있으며, 이로 인하여 전기를 보다 안전하게 사용할 수 있도록 하는 효과와 함께 제품의 안전 신뢰도를 향상시켜서 해당 제품의 호응도를 극대화시켜서 제품의 저변확대에 일조할 수 있으며, 국내뿐만 아니라 해외까지 보급을 하여 전 세계적으로 전기 안전성을 확보할 수 있도록 하는 효과를 제공할 수 있는 것이다.

이에 더하여 본 발명에서는 전기 선로상의 양단에 전기배선기구 및 콘센트 등에 삽입하여 사용하는 플러그 형태의 것 또는 차단기 부하측 양단에 삽입하여 전기 선로에서 발생할 수 있는 화재원인이 제공되는 선로 접속 및 접촉 불량, 통전 선간 절연 불량 등으로 미세한 스파크 현상 등을 초기에 감지할 수 있도록 해서 설치가 극히 용이하여 사용상의 편의성을 제고할 수 있는 효과와 더하여 제조원가 및 설치비를 현저히 절감시키도록 해서 경제적 이득이 월등한 효과를 제공하는 등 그 기대되는 효과가 다대한 발명인 것이다.

도 1은 본 발명의 전체 장치 일례를 보인 블록도
도 2는 본 발명의 전체 장치 일례의 주요 회로 구성을 보인 회로도
도 3은 통전선로에서 화재가 발생할 수 있는 스파크성 노이즈 발생주기 및 스파크에 의해 생성되는 고주파 노이즈(전자파)의 파형과 주파수를 보인 예시사진
도 4는 통전선로상에 나타나는 일반적인 노이즈(전자파) 발생주기 및 파형과 주파수를 보인 예시사진

본 발명은 전기선로에서 전압손실에 의해 스파크 및 과부하가 발생되는 것을 감지하여 경보를 발령하도록 한 실내 전기선로의 스파크 및 과부하를 감지 및 경보하는 장치에 관한 것으로서, 이를 보다 구체적으로 설명하면 본 발명은 교류 및 직류 전원이 통전하는 전기선로 및 상기 선로에 접속하여 사용하는 전기기기의 이상상태로 화재가 발생하기 이전 단계의 선로상의 미세한 스파크나 선로 과열 등을 미연에 감지 시 경보하여 이를 인위적으로 제어할 수 있도록 하는 것으로, 통전되는 전기선로 및 전기기기의 이상상태로 전기 화재의 원인이 될 수 있는 상황이 발생하게 되면 화재 발생 며칠 또는 몇 십초 이전 단계에서 이를 감지하는 회로 장치에 의해서 구동되어 통전선로 이상 상태를 알리는 경보신호가 작동되도록 한 실내 전기선로의 스파크 및 과부하를 감지 및 경보하는 장치을 제공코자 하는 것이다.

상기 전기선로 및 상기 선로에 접속하여 사용하는 전기기기의 이상상태의 예시로는 선로의 연결상태 불량으로 인한 스파크, 전기기기 접촉장치(스위치) 및 기타 접속불량으로 인한 스파크, 누전 초기의 스파크, 선로 한계용량 이상의 과부하에 의한 선로 저항으로 인한 발열상태에서 선로 전압의 드롭현상, 선로 노후화로 절연이 서서히 파괴되면서 통전선로 양단 도전체와 도전체 사이의 전기 절연체가 탄화되면서 미세한 방전으로 인해 발생하는 작은 스파크현상이 발생하여 시간이 경과하면서 속도가 빠른 아크현상으로 발전되면서 큰 불꽃 아크가 발생하는 것, 통전선로 도전체에 다른 금속성 도체가 마찰상태로 접촉되면서 통전선로 전압의 방전으로 인한 작은 스파크가 어느 정도 지속되면서 큰 아크로 돌변하는 상황 등이 있다.

하기의 실시 예의 구체적인 설명은 교류라인에 적용하여 설명하고 있는 것으로서, 본 발명의 시스템은 직류라인에서도 사용할 수 있는 화재예방 경보장치로서, 사용하는 부분의 전압특성에 따라서 주요회로의 구성 부품의 규격만 교체하면 교류에서 직류로 변경하여 사용할 수 있는 등 교류나 직류에 상관없이 사용할 수 있다.

이러한 실내 전기선로의 스파크 및 과부하를 감지 및 경보하는 장치인 본 발명을 하기에서 도면들과 함께 보다 구체적으로 설명토록 하되, 첨부된 도면은 본 발명의 기술적 사상의 내용과 범위를 쉽게 설명하기 위한 예시일 뿐 이에 한정되는 것은 아니며, 사용되는 용어들 역시 실시 예를 구체적으로 설명하기 위한 것일 뿐 해당 용어에 국한되게 해석되어서는 아니 된다.

상기 본 발명의 실내 전기선로의 스파크 및 과부하를 감지 및 경보하는 장치는 통전선로에 연결된 차단기 부하측 옥내 통전선로 라인에 연결 또는 삽입하여 사용하는 전기기기의 사용 용량이 큰 경우 차단기 사용한도 용량 이하에서 통전선로의 용량부족인 경우(예를 들면 전기기기가 연결된 통전선로와 차단기 사이 통전되는 전선용량이 부족한 경우나, 선간 접속 부분의 이상으로 전기적 저항이 발생하여 전류 흐름을 방해하여 선로 용량이 미달하는 경우)에는 통전선로의 자체 저항으로 인하여 통전선로 자체에 유기전압이 발생하여 통전선로가 발열하여도 전원 차단기 부하측에 인가되는 전류가 상기 차단기 차단 용량에 미달되어 차단 동작을 수행 할 수 없는 상태에서 차단기 부하측 통전선로는 지속적으로 과열되어 그 결과 전기 선로의 급격한 노후화로 절연이 서서히 파괴되면서 처음에는 선로 피막의 발열과 함께 통전 선 간 사이에 미세한 스파크현상이 동반되다가 시간이 경과하면서 스파크 발생 빈도가 빨라지면서 스파크가 발생하는 부분이 탄화되면서 점점 빠른 속도로 방전되어 스파크가 발생한 통전선로 그 부분에서 최종적으로 큰 아크에 의해서 발화하여 화재가 발생하는데 있어, 상기 상황에 대처하기 위한 목적으로 상기의 상황에서 전기기기나 전기선로에서 미세한 스파크의 발생 시에는 본 발명의 회로 보호 및 충격전류 필터부(1-1)(2-1)와 스파크 감지용 카트리지부(1-2)(2-2)와 고주파 정류 및 증폭부(1-3)(2-3)가 구동하여 증폭전류 출력 및 경보신호 발생부(1-4)(2-4)로 출력하여 경보회로의 경보장치를 동작시키고, 상기 통전선로 과부하 시 선로 저항에 의한 선로상에 과열현상이 발생하게 되면 그 선로는 자체 부하저항이 발생하면서 선로상에는 발열과 동시에 유기전압이 발생하게 되고, 따라서 부하측에 걸리는 전압은 통전선로에 유기된 전압을 뺀 전압이 된다.

즉 예를 들면 상용 교류(AC) 220V전압이 전원차단기 부하측 전기 선로에 상시 유지되다가 통전선로에 과부하 전류가 흐르는 상태가 되면 통전선로에 유기되는 전압만큼 드롭되어 정상전압(예 220V)을 유지하지 못하고 선로 과부하 상태에 따라서 10-20% 이하까지도 부하측 기준 전압이 다운될 수도 있음으로 하여, 상기 현상을 이용하여 차단기 부하측에 걸리는 기준전압(상용전압)을 감시하는 회로가 동작하여 상기 증폭전류 출력 및 경보신호 발생부(1-4)(2-4)에 경보신호 전류를 공급하는 전압감지 및 경보신호 제어부(1-5)(2-5), 또한 통전선로 상의 이상상태로 상기 경보신호 외부 송출부(1-6)(2-6)의 경보장치가 한정된 시간동안 경보가 지속적으로 울려도 인위적 제어 조치가 안되면 예를 들면 강력한 고성능 비상벨 또는 유선이나 무선으로 전원을 차단하는 회로장치 등에 전원을 공급하는 회로 등의 경보신호 전류를 외부 기기로 송출하는 전원회로가 구비되며, 경보신호 외부 송출부(1-6)(2-6)의 경보신호 전류를 수신하는 외부의 수신 라인은 다양한 방법을 구사할 수 있는 것으로 구체적인 설명은 생략토록 한다.

이러한 본 발명은 도 1의 블록도에서 회로보호 및 충격전류 필터부(1-1), 스파크 감지용 카트리지부(1-2), 고주파 정류 및 증폭부(1-3), 증폭전류 출력 및 경보신호 발생부(1-4), 전압감지 및 경보신호 제어부(1-5), 경보신호 외부 송출부(1-6)를 도 2의 회로도에서 회로보호 및 충격전류 필터부 회로(2-1), 스파크 감지용 카트리지부 회로(2-2), 고주파 정류 및 증폭부 회로(2-3), 증폭전류 출력 및 경보신호 발생부 회로(2-4), 전압감지 및 경보신호 제어부 회로(2-5), 경보신호 외부 송출부 회로(2-6)의 각 회로로 표현한 것으로 도면의 부호 1-1, 1-2, 1-3, 1-4, 1-5, 1-6은 각각 2-1, 2-2, 2-3, 2-4, 2-5, 2-6에 각각 대응하여 동일한 구성을 나타낸 것이므로 도면 부호는 혼용하거나 서로 바꿔서 사용할 수도 있다.

상기 설명을 도면에 의해서 더 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명을 수행하기 위한 블록도이며 도 1의 각 부분을 상세하게 구분해서 도 2에서 회로도로 설명하기로 하며, 도 3은 통전선로에서 화재가 발생할 수 있는 스파크성 노이즈 발생주기 및 스파크에 의해 생성되는 고주파 노이즈(전자파)의 파형과 주파수를 보인 예시사진이며, 도 4는 통전선로상에 나타나는 일반적인 노이즈(전자파) 발생주기 및 파형과 주파수를 보인 예시사진으로서, 이러한 도 3과 도 4에서 보는 바와 같은 스파크가 발생되는 초기에 이를 감지하여 알려주기 위해서 도 1과 도 2의 예시에서와 같은 실내 전기선로의 스파크 및 과부하를 감지 및 경보하는 장치를 구현한 것이다.

상기 도 2의 회로도에서 회로보호 및 충격전류 필터부(2-1)는 도통하는 전기선로에서 발생할 수 있는 서지전압을 해당 회로보호 및 충격전류 필터부 회로(2-1)의 통전선로 연결부 본 발명의 전원측의 본 회로의 한쪽 선로에 장착된 회로 안전장치인 F(퓨즈)를 통과한 전원회로 양단에 병렬 연결된 서지전압 흡수소자 TNR(세라믹 베리스터)이 억지하고 상기 TNR이 억지할 수 없는 비교적 높은 1Mhz 미만의 전류밀도가 큰 충격성 노이즈는 상기 TNR과 병렬 연결된 회로C1과 Q1,D1,R1의 동작에 의해서 억지 되고, 전기 선로상이나 전기기기 등에서 발생하는 스파크 및 아크(스파크와 아크의 차이점은 스파크는 발생주기가 짧으면서 순간순간 끊어짐이 불규칙적으로 발생하는 것이 특징이며, 아크는 전류가 끊어졌다 다시 통전되면서 발생하는 것으로서 아크 순간 발생주기가 갖는 특징은 스파크와 비슷하나 대부분 방전특성이 크다고 볼 수 있는데 있어, 보통이 두 가지를 합쳐서 스파크라고 칭하는데, 본 발명의 회로 설명의 문장에는 스파크로 하기로 한다) 신호를 감지하여 상기 스파크 신호와 노이즈 신호를 분류하여 스파크에 의해서 생성하는 높은 1.2Mhz 이상의 고주파 펄스전류 만 본 발명의 스파크 감지용 카트리지부 회로(2-2)의 스파크 감지 카트리지에 입력 되도록 하는 노이즈 필터 회로로서, 본 발명의 통전선로 입력측 회로보호 및 충격전류 필터부 회로(2-1)의 한쪽에 연결된 노이즈 억지용 콘덴서 C1의 다른 한쪽과 연결된 Q1 단자 3과 상기 Q1의 단자 2와 단자 3 사이에 연결된 R1을 통과한 노이즈 전류는 상기 노이즈 필터회로에 연결되어 있어서, 전기기기 등에서 발생할 수 있는 비교적 크고 빠른 노이즈 전류가 흐르게 되면 상기 R1양단에 전압이 걸리게 되면서 Q1의 단자 3에서 단자 1사이에 연결되어 있는 D1사이에 트리거 전압이 생성되어 Q1의 단자 3에서 Q1의 단자1로 상기 D1에 의해서 정류된 전압이 Q1의 단자 1(게이트)에 걸리면서 Q1이 구동되면서 상기Q1의 단자 3에서 단자 2로 도통되면서 상기 C1은 본 회로의 입력측 회로 양단에 병렬연결 상태가 되면서 상기 설명의 노이즈를 억지하는 역할을 하고 상대적으로 선로 및 전기기기 이상으로 발생하는 스파크성의 발생빈도가 느린 노이즈 전류에는 상기 R1에 걸리는 전압이 약해서 상기 Q1을 구동시킬 수 없어서 C1에 의한 스파크성 노이즈의 손실을 최소화하고 충격 전류에 의해서 회로 오동작을 예방하는데 그 목적이 있다.

다시 설명하면 일반적으로 전기 전자 기기에서 발생하는 발생주기가 수백㎲ 이상 빠르고 상당량의 노이즈 전류를 방출하는 노이즈 전류만 통과하여 C1으로 흐르게 하여 상기 노이즈 전류를 C1이 흡수하여 C1의 위상차에 의한 리플전류로 되어 노이즈 전류는 억지되고 약 발생주기가 불규칙하고 짧은 스파크성 노이즈 주파수의 스파크 전류(발생주기가 불규칙하고 (100ms 미만))만 상기 입력 전원회로 양단으로 흐르게 되는데 있어서, 스파크 발생 시와 유사한 노이즈 펄스 전류를 발생할 수 있는 전기 및 전자 기기에도 대응하기 위한 수단으로 상기 Q1, R1이 장착되어 있는데, 상기 동작원리는 다음과 같다.

일반적인 노이즈 전류는 R1을 거쳐서 노이즈 억지용 콘덴서 C1으로 흘러 들어가서 노이즈가 억지되는데, 상기 설명한 것과 같은 스파크 전류와 유사한 노이즈가 발생하게 되면 상기 회로 C1이 다 억지하지 못하고 일부 노이즈 전류는 선로를 타고 본 회로로 흘러들어 가서 오작동을 일으킬 수 있게 되는데, 이를 해결하는 수단으로 착안한 것으로서, 선로상이나 전기기기 등에서 발생하는 스파크는 그 발생 속도가 수십 주기 정도인 반면에 전자기기에서 발생 하는 스파크와 유사한 노이즈는 끊어짐이 없이 수천 주기 이상 지속적으로 발생하는 것에 착안하여 상기 전기기기 등에서 발생하는 유사 스파크 시에는 C1에 고주파 노이즈전류 충방전 속도가 빨라지면서 C1과 Q1의 단자 3과 단자 2 사이에 연결된 R1에 걸리는 고주파 전압이 상승되면서 R1에 병렬 연결된 Q1의 단자 3과 단자 2 사이에 고주파 전압이 걸리면서 Q1의 단자 3과 단자 1 사이에 연결되어 있는 고주파 정류용 다이오드 D1을 통과하면서 결과적으로는 Q1의 단자 1과 단자 2 사이에는 상기 R1에 걸린 고주파 전압이 정류되어 걸리게 되어 Q1 단자 1과 단자 2 사이에는 트리거 전압이 걸리게 되면서 Q1은 구동되면서 Q1의 단자 2와 단자 3은 도통되면서 상기 Q1의 단자 2와 단자 3 사이에 연결된 R1으로만 흐르던 노이즈 전류가 Q1의 단자 2와 단자 3으로 교차해서 흐르게 되면서 C1에 걸리는 노이즈 리플전류를 더 많이 흡수시켜서 상기 유사아크 전류를 억제하도록 한 필터회로이다.

여기에서 다시 설명하면 Q1과 R1이 없는 회로를 사용하여 상기 유사아크에 의한 오동작을 방지하기 위한 목적으로 C1의 용량을 상향 설정하여 고정식으로 사용하게 되면 상기 유사아크와 흡사한 주파수의 아크전류가 발생하는 예를 들면, 전기적 정특성을 갖는 종류의 스파크, 즉 발열성 저항부하 및 스파크 전류를 상당량 흡수하는 재질을 사용한 전기기기 등은 스파크에 의해서 생성하는 고주파 전류밀도가 낮게 발생하는 토기 및 세라믹 등에 감긴 도전체나 열선을 사용하는 전기기기 등에서 발생할 수 있는 스파크 전류가 상향 설정된 C1에 의해서 어느 정도 흡수 되면서 스파크에 의해서 발생하는 전류 밀도가 더 약해지거나 소멸되어 아크 감지의 기능이 약화되는 현상이 발생할 수가 있는 것이다.

상기 회로보호 및 충격전류 필터부 회로(2-1)를 통과한 고주파 전류를 동반한 스파크성 노이즈 전류는 상기 필터부 회로(2-1)에 흡수되지 않고, 스파크 감지용 카트리지부 회로(2-2)에 인가되는데 있어서, 본 발명의 고주파 정류 및 증폭부 회로(2-3)에 장착된 인덕터 L3, L4에 의해서 다음 회로로 흐르지 못하고 상기 스파크 감지용 카트리지부 회로(2-2)의 스파크 전류 감지용 카트라지로만 인가되어 스파크에 의해 생성된 노이즈 전류를 출력함에 있어서, 상기 카트리지의 구조와 동작 원리는 다음과 같다.

상기 카트리지의 입력측은 통전선로 양단에 연결되는데 최소 1.2Mhz 이상의 주파수만 통과할 수 있도록 한 것으로서 카트리지 내부는 고주파 통과용 콘덴서와 저항이 장착되고 C2 R2와 C3 R3 사이 양단에는 전기저항이 극히 낮은 루프형의 도전체 L1이 삽입되어 상기 C2 R2, C3 R3에 의한 공진회로가 구성되고, 스파크에 의해 생성되는 고주파 전류가 상기 C2 R2, C3 R3회로를 통과하면서 고주파 스파크 전류가 상기 도전체 L1에 인가되면서 L1은 공진하면서 고주파 전류가 유기되는 순간 방사되는데 있어, 이렇게 방사되는 고주파 스파크 전류를 흡수하여 전류를 전압으로 전환하여 출력하기 위한 목적으로 도천체의 외경에 밀착하여 절연 처리된 고주파 흡수코일 L2을 촘촘하게 감고 상기 코일 외부에는 고주파 전류가 방사되지 못하게 고주파전류 흡수물질(페라이드 도료 등)로 도포해서 고주파 전류가 방사되는 것은 억지되고 도전체와 코일 사이에 유기되는 고주파 펄스전류에 의해서 고주파 흡수코일에는 고주파 전압이 유기되고 상기 고주파 전압이 유기되면 상기코일 양단에 걸리는 전압을 출력하는 원리로 되어 있어서 통전선로상에서 발생하는 스파크에 의해서 발생하는 고주파 펄스전류의 외부 방사를 억지하여 스파크 신호 감도를 극대화시켜서 통전선로 양방향으로 최소한 50m이내 통전선로에서 발생하는 미세한 스파크 전류까지 감지할 수 있도록 한 획기적인 장치이다.

여기에서 카트리지 내에 장착된 공진회로의 동작설명을 상세하게 한다면 다음과 같다. 통전선로 양단에는 높은 전류의 전압이 걸려 있고, 그 선로를 타고 흘러 들어오는 스파크로 인해 생성된 고주파 펄스전류를 받아 들여야 함으로써 상기 카트리지 입력측 양단에는 내전압은 높고 용량은 극히 낮은 고주파전용 콘덴서 및 저항 C2 R2와 C3 R3이 연결되고, 상기 C2 R2와 C3 R3 사이에는 루프형태의 도전체 L1이 연결되어 공진회로가 구성되고, 상기 L1에는 고주파 전류를 전압으로 전환하는 코일이 삽입되어 있는데, 통전선로 양단 입력측에서 스파크에 의해서 생성된 펄스 주파수의 노이즈 전류가 스파크 감지용 카트리지부 회로(2-2)의 양단에 흐르게 되면, 상기 스파크 감지용 카트리지부 회로(2-2) 양단에서 스파크에 의해서 생성되는 노이즈 주파수는 대략 수Khz-수Ghz 까지 다양하게 발생하는데 있어, 상기 스파크 감지용 카트리지부 회로(2-2)는 회로 오동작 방지를 위해서 일반적인 노이즈 발생 주파수의 1Mhz 미만의 주파수의 펄스전류는 상기 스파크 감지용 카트리지부 회로(2-2)의 콘덴서C2, C3에서 억지되어 통과하지 못하고 최소한 1.2Mhz 이상의 고주파 펄스 전류만 통과하여 상기 스파크 감지용 카트리지부 회로(2-2)의 L1에 흐르게 하여 상기 L1의 공진회로를 구동시켜서 상기 L1에 삽입된 L2에 1.2Mhz 이상의 고주파 전압이 생성되도록 하여 고주파 정류 및 증폭부 회로(2-3)에서 증폭회로의 Q2를 구동시키는 신호전류로 사용된다.

따라서 본 회로보호 및 충격전류 필터부 회로(2-1)의 입력측 선로 양단에 걸려있는 전압의 저주파 교류 및 직류전류와 1Mhz 미만의 노이즈 전류는 카트리지 양단의 극히 낮은 정전용량을 갖는 콘덴서에 의해서 발생 주파수가 낮거나 직류 전류는 통과하지 못하고, 따라서 공진회로가 구동되지 않으므로 해서 상기 카트리지는 동작하지 않으며, 상기 카트리지 입력측 통전선로에서 발생한 스파크에 의해서 생성된 약1.2MHZ 이상의 고주파 펄스전류가 카트리지 입력측에 인가되면 카트리지 내의 C2 R2와 C3 R3 회로를 통과하면서 고주파 전류가 흘러 들어오면 상기의 C2, L1, L2, C3이 결합된 공진회로가 동작하여 카트리지 L1을 공진시켜서 스파크에 의한 고주파 전류를 상기 L1에 유기시켜서 L1 외경에 착달하여 촘촘히 삽입된 코일 L2에는 상기 L1에 유기된 전류를 L2에 의해서 전압으로 전환하여 출력되도록 한 것이다.

종전의 아크 차단기의 차단 신호전압 감지방식은 대부분 부하쪽의 한쪽 방향으로만 아크 신호감지가 가능한 것으로서 대체로 2 종류로서 첫째의 방식은 영상변류기를 이용하여 화재발생 순간의 대형 아크를 감지하는 대전류 아크 차단형과 둘째의 방식은 아크가 발생하면 아크에 의해서 생성되는 고주파 펄스전류를 이용하여 회로 구동 신호전류로 이용한 것이 있는데, 상기 첫째의 방식은 전류형으로서 교류 통전선로의 한쪽 선로가 영상 변류기(일명 CT)의 구멍을 통과해서 영상변류기에 흐르는 전류를 전압으로 바꿔서 신호전압으로 사용하는 것인데 아크가 발생하면 아크에 의한 충격전류가 영상변류기로 흐르면서 영상변류기 출력측에는 전압이 형성되는 것을 아크 차단기의 신호전압으로 사용하는데 있어서 여러 종류의 전기, 전자기기 등의 특성상 소비전류의 순간순간의 높낮이가 일정하지도 않은 상태에서 발생하는 회로의 오동작이 발생 할 수 도 있고, 또한 저용량의 전기기기 등에서 발생하는 스파크 전류는 감지를 할 수도 없으며 스파크 신호를 출력하는 영상변류기는 교류 상용 주파수에서 동작하는 것으로서 최대 사용 주파수가 평균 100Khz 미만이라서 다양하게 발생하는 스파크신호 전류를 출력하는 데는 한계가 있어 일반적으로 사용되지 못하고 현재로서는 고전압 대형 개폐기나 고전압 송전선로나 대형 아크 발생 시 송전을 차단하는 장치에 사용하는 상태이며, 상기 둘째의 방식은 아크 발생 시 생성되는 고주파 펄스전류를 사용하는데 있어서 대부분의 아크에 의해 발생한 고주파 펄스전류는 공중으로 방사되고 극히 미미한 스파크전류만 차단기 신호전류로 사용하는 것으로서, 통전선로를 타고 들어오는 수신 거리가 스파크가 발생하는 종류(예, 저항성 아크, 유도성 아크 등)에 따라 저항성(비유도성) 아크는 대략 2m 미만에서 유도성 아크는 최대 5-6m 미만에 불가해서 일반적으로 전기기기 등 에서 발생하는 스파크전류를 감지하는데 한계가 있었으며, 선로상에서 발생하는 스파크전류와 전류밀도가 높은 유사아크 종류의 노이즈 전류가 혼합된 펄스파를 인가받아 고주파 공진코일에 인가하여 그 공진코일에 고주파 펄스전류가 인가되면 공진코일의 임피던스가 상승하면서 공진코일 양단에 극히 짧은 순간 발생하는 고주파 전압을 사용하여 스위칭 회로를 구동하여 사용하는 관계로 해서 회로의 특성상 고주파 공진코일에는 선로상의 전원에서 공진회로의 동작전류를 인가 받아야 하는 상태에서는 선로상에서 발생할 수 있는 모든 펄스전류를 받아드려서 고주파 전류의 감도를 제어하여 구동되는 관계로 해서 특정한 어떤 전기, 전자기기(사용 시 아크성 노이즈를 동반하는 전기기기, 방전램프 및 위상제어장치 등) 사용 시 발생하는 펄스파를 수신하여 차단기 회로가 동작하여 차단됨으로 인하여 상기 설명한 전기기기 등 을 사용하는 곳에서는 사용할 수가 없었다.

상기의 설명의 아크차단장치 들은 상기 설명한 부분의 오동작을 줄이기 위해서 상기 공진코일에 걸리는 고주파 전류의 감도를 제어해야 하는 관계로 전기 선로 상에서 미세한 스파크 현상은 감지하지 못하고 그 스파크 현상이 지속되어 불꽃 방전으로 진행되는 아크현상이 발생했을 시 동작하는 것으로서 일부 소손되어 화재 발생 직전이나 작은 화재가 발생한 후에 동작할 수 도 있는 것이다.

상기 본 발명의 도 2에서 회로보호 및 충격전류 필터부 회로(2-1)와 스파크 감지용 카트리지부 회로(2-2)를 구성요소로 구비하였으며, 차후 설명할 고주파 정류 및 증폭부 회로(2-3), 증폭전류 출력 및 경보신호 발생부 회로(2-4)도 구비되었다.

상기 스파크 감지용 카트리지부 회로(2-2)에서 생성된 고주파 전압은 고주파 정류 및 증폭부 회로(2-3)로 인가되면 고주파 전류를 정류하는 회로가 있고, 이러한 회로에는 고주파 매칭용 콘덴서 C4를 통과하여 정류 다이오드 D2가 상기 고주파 정류 및 증폭부 회로(2-3)의 Q2의 단자 1에 연결되고 상기 고주파 정류 및 증폭부 회로(2-3)의 L2의 다른 한쪽은 Q2의 단자 2에 연결되고 Q2의 단자 1과 단자 2 사이에는 Q2의 서지흡수용 콘덴서 C5와 Q2의 온도 보상용 다이오드가 연결되어 있어서, 스파크 감지용 카트리지부 회로(2-2)의 출력측 양단에서 스파크전류에 의해서 생성되는 고주파 출력 전압은 정류되어서, 스파크전류 증폭부 회로(2-3)를 구동하는 신호전류로 인가됨에 있어서 상기 증폭회로의 핵심인 구동용 반도체 Q2는 전압형 반도체(전기장효과 트랜지스터)를 사용하여 극히 낮은 신호전류의 전압에도 구동될 수 있도록 하여 반도체를 구동하는 단자 1(게이트), 단자 2(소스) 사이 상기 스파크 감지용 카트리지부 회로(2-2)로 입력된 스파크 전류가 출력되어 정류된 미세한 전류(5uA)의 전압이 인가되어도 상기 증폭회로가 구동되어 반도체 단자 3(드레인)에는 회로전원 한쪽 선로에 연결된 상기 스파크 감지용 카트리지부 회로(2-2)의 입력측에 연결된 인덕터 L3(고주파 통과 억지용)을 거쳐서 연결된 정류다이오드 D6을 통과하여 전압 강하용 저항 R4와 연결된 Q2의 단자 3과 상기 고주파 정류회로 D2의 한쪽 애노드측과 상기 Q2의 온도 보상회로용 다이오드 D3(온도 보상용 다이오드는 주변온도에 민감하게 변하여 주변온도가 상승하면 역전류의 흐름이 올라가고 반대로 주변온도가 하강 하면 역전류의 흐름이 줄어드는 역할을 하여 Q2에 걸리는 게이트 구동전류를 주변 온도 상황에 맞도록 조절해서 Q2의 구동이 주변온도에 의한 오동작을 방지하는 역할을 함)의 애노드측 단자 한쪽이 연결되어 있고 상기 Q2의 단자 1에는 상기 D3의 다른 한쪽인 캐소드측과 상기 스파크 감지용 카트리지부 회로(2-2)의 출력 전류를 정류하는 D2의 캐소드측이 연결되어 있어서 상기 스파크 감지용 카트리지부 회로(2-2)에서 출력되는 전류에 의해서 Q2는 트리거되어 구동되면서 Q2의 단자 3에서 단자 2로 도통되어 전류가 흐르게 되면서 Q2의 단자 2에 본 회로 입력측 다른 한쪽에 연결된 인덕터 L4를 통과하여 연결된 정류다이오드 D5의 애노드측과 연결된 저항 R5를 통과하여 연결된 정전류 다이오드 D4가 연결되어 있다.

이런 상태에서 상기 D5의 다른 한쪽 단자는 본 발명의 회로전원 다른 한쪽에 연결되어 있는 인덕터 L4(고주파통과억지용)를 통과하여 연결되어 있어 상기 Q2가 도통되면 상기 D6을 통과하여 정류된 전류가 전압 강하용 저항 R4를 거쳐서 Q2의 단자 3에서 단자 2로 흐르게 되면서 Q2의 단자 2에 연결된 D4와 D5사이에 연결 삽입되어 있는 저항 R5에는 상기 Q2가 구동되면서 상기 D4(정전류다이오드)에 의해서 일정한 전류의 전압이 걸리게 되면 상기 R5의 양단에 연결된 C6에 충전되면서 리플전류를 줄여서 다음 회로인 증폭전류 출력 및 경보신호 발생부 회로(2-4)의 릴레이 구동전류로 보내진다.

다음은 증폭전류 출력 및 경보신호 발생부 회로(2-4)의 동작설명이다. 상기 고주파 정류 및 증폭부 회로(2-3)의 C6에 전류가 충전되어 증폭전류 출력 및 경보신호 발생부 회로(2-4)의 R6(릴레이 구동전압 제어용)을 통과한 전압은 상기 릴레이 구동코일에 인가되는데 있어서 상기 릴레이 구동 목적은 다음과 같다.

상기 R5에 병렬 연결된 C6에는 Q2의 도통으로 R5의 양단에 걸리는 전압이 충전되면서 리플전류를 최소화하여 R6을 통과한 직류전류를 릴레이(Ry1) 구동코일 L5에 인가되어 릴레이가 구동하는데 있어서, 상기 회로보호 및 충격전류 필터부 회로(2-1)를 스파크성 전류 및 스파크 시에 생성되는 고주파 펄스파와 흡사한 주파수를 갖는 전기, 전자기기 등에서 발생하는 전자기파도 일부 흘러 들어올 수 있다고 가정할 수도 있음을 상기하여 구성된 회로로서, 다시 설명하면 상기 회로보호 및 충격전류 필터부 회로(2-1)에서 들어온 스파크성 노이즈(전자기파) 및 일반적인 노이즈 전류를 스파크 감지용 카트리지부 회로(2-2)에서 분류하여 1Mhz 미만의 주파수를 갖는 노이즈 전류는 스파크 감지용 카트리지부 회로(2-2)를 통과하지 못하여 소멸되고 대략 1.2Mhz 이상의 노이즈 주파수의 전류가 통과하여 스파크 감지용 카트리지부 회로(2-2)의 L1에 유기되면 상기 L1에 밀착되어 감겨있는 L2에 의해서 고주파 전압으로 전환하여 고주파 정류 및 증폭부 회로(2-3)에서 정류하여 Q2를 구동시키는데, 이때 회로보호 및 충격전류 필터부 회로(2-1)측에서는 노이즈 주파수가 1.2Mhz 이상의 스파크에 의해서 발생주기가 짧고 불규칙적인 노이즈 펄스전류도 들어올 수도 있고, 상기와 같은 1.2Mhz 이상의 스파크성 노이즈가 아닌 전기, 전자기기 등에서 발생주기가 길고 지속적으로 발생하는 노이즈 전류도 들어와서 상기 스파크 감지용 카트리지부 회로(2-2)를 통과하여 고주파 정류 및 증폭부 회로(2-3)의 Q2를 구동시킬 수 있게 되는데, 상기의 스파크성 노이즈 전류에 의해서 고주파 정류 및 증폭부 회로(2-3)의 Q2가 스파크에 의해 불 규칙적으로 고주파전류가 생성되면서 상기 Q2의 증폭 작용 또한 불규칙적으로 동작하면서 고주파 정류 및 증폭부 회로(2-3)의 R5에 걸리는 전압도 불규칙적으로 발생했다가 소멸되었다가를 반복하게 되면서 증폭전류 출력 및 경보신호 발생부 회로(2-4)의 릴레이 구동코일에도 전류가 흐르다 끊어졌다가를 반복하면서 상기 릴레이 가동접점 1이 릴레이 가동코일 L5에 의해서 진동하면서 통전되는 고정접점 2에 접속되었다가 끊어졌다가를 반복하면서 상기 고정접점 2에 연결된 전류 제어용 저항 R7을 통과하여 R7과 정류다이오드 D8의 애노드측 회로와 병렬 연결된 콘덴서 C8에 상기 릴레이 동작에 의해서 불규칙적으로 흘러 들어오는 전류를 충전하고 상기C8에 병렬 연결된 저항 R8은 C8의 충전 속도를 제어토록 하며, 상기 고주파 정류 및 증폭부 회로(2-3)의 회로가 구동하지 않을 시에는 C8을 방전시키는 역할을 한다.

상기와 같은 조건에서 증폭전류 출력 및 경보신호 발생부 회로(2-4)의 D10(제너다이오드)의 필요 한계치 전압까지 C8이 충전되면 R7과 C8과 연결된 제너다이오드 D10을 통과하여 증폭전류 출력 및 경보신호 발생부 회로(2-4)의 Q3의 단자 1에 Q3의 구동전류를 흘려주면 Q3의 단자 2에 연결된 D8의 애노드측 회로가 연결되어 있어서 Q3의 단자 1과 단자 2 사이에 상기 D10을 통과한 +전압에 의해서 Q3은 구동하여 Q3의 단자 2에서 단자 3으로 도통되어 역류 억지용 다이오드 D11을 통과 하여 경보신호 발생장치의 전류제어용 저항 R9를 통과하여 증폭전류 출력 및 경보신호 발생부 회로(2-4)의 회로 정류다이오드 D7의 캐소드측 회로와 상기 R9 사이에 연결된 리플전류억지용 콘덴서 C10과 경보장치(벨)에 전원을 공급하여 경보 장치가 동작하는데, 상기의 설명은 본 발명의 회로 입력측 회로보호 및 충격전류 필터부 회로(2-1)에 스파크성 노이즈 전류가 인가되었을 시 증폭전류 출력 및 경보신호 발생부 회로(2-4)가 동작하는 것이고, 본 발명의 회로 입력측 회로보호 및 충격전류 필터부 회로(2-1)에서 지속적으로 발생하는 노이즈에서 생성되는 주파수가 스파크시 생성되는 주파수와 유사한 고주파 전류가 흘러 들어오게 되면 회로2-2의 L2에 생성되는 고주파 전압이 지속적으로 발생하면서 고주파 정류 및 증폭부 회로(2-3)의 Q2는 상기 노이즈가 발생하는 한 계속해서 구동되어 Q2의 단자 3에서 단자 2로 도통하여 전류를 흘려주게 되면 고주파 정류 및 증폭부 회로(2-3)의 R5에 걸리는 전압이 계속 걸려있게 됨으로 하여 상기 R5에서 공급받아 구동하는 증폭전류 출력 및 경보신호 발생부 회로(2-4)의 릴레이 구동코일에는 계속해서 전류가 흐르게 되면서 릴레이 가동접점 1은 통전되지 않는 접점 3쪽으로 착달되어 있는 상태로 되면서 상기 릴레이의 접점 2와 접점 1은 차단된 상태로 되어져서 접점 2에 연결된 Q3을 구동하는 회로에 구동전류를 공급할 수가 없게 되면서 증폭전류 출력 및 경보신호 발생부 회로(2-4)의 경보장치는 동작하지 않아서 본 발명의 회로보호 및 충격전류 필터부 회로(2-1)쪽에서 스파크성 노이즈가 발생했을 시에만 증폭전류 출력 및 경보신호 발생부 회로(2-4)의 경보회로가 동작하도록 한 것이다.

다음은 통전선로 전압 이상상태 감지회로인 전압감지 및 경보신호 제어부 회로(2-5)의 설명이다.

상기 전압감지 및 경보신호 제어부 회로(2-5)는 통전선로에서 통전되는 전압변동을 감지하여 본 회로에 기준한 적합한 전압에는 경보신호를 출력하지 않고 통전선로의 이상상태에서 전압변동률이 대략 10% 이상이었을 시에만 경보신호를 출력 할 수 있는 회로로서, 상기 통전선로상에 연결하여 사용하는 전기기기의 사용용량이 통전선로의 한계용량보다 높아서 통전선로에 부하가 걸려서 통전선로가 발열하거나, 통전선로의 노후화 및 접속부의 불량 상태 등으로 인해서 선로 자체 저항이 높아지면서 부분적으로 발열하면서 절연이 점차로 훼손되면서 궁극적으로 선로 화재의 원인을 제공하게 되는 것이다.

상기와 같은 상태에서 통전선로가 발열하게 되면 선로 자체에는 유기전압이 발생하게 되고 통전선로 상의 기준전압은 상기 선로상에 유기된 전압을 뺀 전압이 된다. 즉 일반 상용 전원전압이 220V이었을 시 상기와 같은 조건에서 통전선로의 이상 상태에서 발열하여 유기전압이 기준전압의 10%정도 된다면 통전선로의 전압은 200V정도로 된다.

상기와 같은 상황에서 동작하여 경보신호를 출력하는 전압감지 및 경보신호 제어부 회로(2-5)의 동작설명이다.

상기 증폭전류 출력 및 경보신호 발생부 회로(2-4)의 L3의 회로 라인에 연결 되고 다른 한쪽은 L4의 회로 라인에 연결되어 있어서 상기 L3과 L4를 통과한 전압은 회로보호 및 충격전류 필터부 회로(2-1)의 입력측에 걸리는 전압이 그대로 걸리게 되고, 상기 전압을 인가 받아서 이 전압이 정상적(예220V)일 때는 전압감지 및 경보신호 제어부 회로(2-5)는 경보신호 출력전류를 송출하지 않고, 상기 회로보호 및 충격전류 필터부 회로(2-1)의 입력측 전압이 이상상태로 다운되어(*예220V에서 200V미만으로 다운) 전압감지 및 경보신호 제어부 회로(2-5)는 동작하여 증폭전류 출력 및 경보신호 발생부 회로(2-4)에 신호전류를 공급하는데, 상기 전압감지 및 경보신호 제어부 회로(2-5)의 동작설명은 다음과 같다. 상기 L3, L4에 걸리는 전압은 L3 라인 회로에 연결된 정류다아오드 D13의 캐소드측에는 +전압이 걸리고, L4 라인에 연결된 정류다이오드 D12의 애노드측에는 -전압이 걸리면서 상기 D13, D12의 출력측 양단에 걸리는 전압을 D12, D13의 양단에 연결된 콘덴서 C13과 D13의 캐소드측과 C13의 +측 사이에 연결된 저항 R10에 의해서 맥류분이 필터링 되어서 완전한 직류전류로 되어서 제너다이오드 D14를 통과하여 Q4의 게이트 전류제어용 저항 R13을 거쳐서 낮은 전류가 C의 단자 1에 걸리고 상기 D12의 애노드측과 C13의 -측은 Q4의 단자 2에 연결되어 있어서 Q4의 단자 1과 단자 2 사이에 걸리는 전압으로 Q4는 구동되어 Q4의 단자 2와 단자 3은 도통되면서 단자 2에 걸려있는 -전압이 단자 3쪽으로 흐르게 되면서 회로 Q3의 단자 3 라인이 전압감지 및 경보신호 제어부 회로(2-5)의 Q5의 단자 1에 연결되어 있고 Q5의 단자 2는 Q4의 단자 2와 연결된 상태이므로 Q4가 구동되어 도통상태가 되면 Q5의 단자 1과 단자 2는 단락상태로 되면서 Q5는 동작을 멈춰있는 상태로 되는데 있어서, 상기 회로보호 및 충격전류 필터부 회로(2-1)의 이상상태로 입력되는 전압이 다운되어(예, 220V에서 200V미만으로 다운) 들어와서 전압감지 및 경보신호 제어부 회로(2-5)의 회로 제너다이오드 D14에 걸리게 되면 회로보호 및 충격전류 필터부 회로(2-1)의 낮아진 전압으로 역방향으로 전류가 통과하지 못하면서 Q4의 단자 1에 구동전류가 공급이 중단되면서 Q4는 동작을 멈추면서 Q4의 단자 2에서 단자 3으로 도통되던 -전류는 흐르지 못하게 되며, Q5의 단자 1과 단자 2는 개방되면서 L3의 라인에 연결된 전류감쇠용 콘덴서 C11을 통과한 미세한 교류전류를 C11의 다른 한쪽에 연결된 다이오드 D15에 의해서 정류되어 D15의 캐소드에 연결된 Q5의 게이트 전류제어용 저항 R11을 거쳐 Q5의 단자 1에 연결되어 있어서 상기회로Q4가 동작하지 않으면 Q5는 상기 회로 C11을 통과한 미세한 전류에 의해서 구동상태로 전환되면서 Q5의 단자 2에서 단자 3으로 도통되며, Q3의 단자 3에는 -전류가 걸리면서 역전압 억지용 다이오드 D16을 거쳐서 증폭전류 출력 및 경보신호 발생부 회로(2-4)의 경보신호 회로에 동작전원을 공급하여 입력전압 강하에 의한 경보신호를 발생하도록 한다.

여기서 미설명한 회로 부품의 동작설명은 다음과 같은 것으로서, 전압감지 및 경보신호 제어부 회로(2-5)의 R12는 Q4의 게이트 전압 조정용 저항이고, C12는 Q4의 게이트 서지전압 억지용 콘덴서이며, 증폭전류 출력 및 경보신호 발생부 회로(2-4)의 C9는 Q5의 게이트 서지전압 억지용 콘덴서이며, D11은 역전류 억지용 다이오드이다.

다음은 경보신호 외부 송출부 회로(2-6)의 경보신호 전류 외부 송출 동작회로 설명이다.

본 발명의 증폭전류 출력 및 경보신호 발생부 회로(2-4)가 동작하여 자체 경보신호가 어느 한계시간(미리 설정된 시간)까지 울려도 사용자에 의한 또는 자동적으로 인위적 조치가 되지 않을 시 외부에 어떤 경보장치를 보조용으로 사용하는 것으로서, 상기 경보신호 외부 송출부 회로(2-6)에서 외부 경보용 기기에 신호 전류를 공급하는 것으로서, 회로 동작은 다음과 같다.

상기 회로보호 및 충격전류 필터부 회로(2-1)쪽의 입력라인 전기 선로나 전기기기 등에서 이상상태로 증폭전류 출력 및 경보신호 발생부 회로(2-4)의 경보회로가 회로의 임의 정해진 시간을 지나서도 계속 경보신호를 발생하게 되면 증폭전류 출력 및 경보신호 발생부 회로(2-4)의 리플전류 억지용 콘덴서 C10에 의해서 맥류분은 억지된 직류전류가 경보신호 외부 송출부 회로(2-6)의 전류제어용 저항 R14를 통과하여 연결된 시상수 회로 C14와 R15가 병렬로 연결되고, 다른 한쪽은 증폭전류 출력 및 경보신호 발생부 회로(2-4)의 정류다이오드 D7의 캐소드측 직류 라인 +측에 연결되어 있어서 상기 증폭전류 출력 및 경보신호 발생부 회로(2-4)에서 경보신호 장치가 동작하면서 상기 장치 양단에 걸리는 전압을 경보신호 외부 송출부 회로(2-6)의 C14에 충전하는데 있어서 회로 자체의 임의로 정한 시간동안 서서히 충전을 시키기 위한 목적으로 C14에 병렬 연결된 R15에 의해서 어느 정도 방전을 하면서 충전 속도를 제어하도록 하여서 정해진 시간동안 C14가 충전이 완료되면 경보신호 외부 송출부 회로(2-6)의 R14와 C14 사이에 연결되어 Q6의 단자 1에 연결된 제너다이오드 D17을 통과하면 Q6의 단자 1에는 -전류가 걸리고 Q6의 단자 2에 연결된 증폭전류 출력 및 경보신호 발생부 회로(2-4)의 정류용 다이오드 D7의 캐소드에 연결되어 있어서 Q6의 단자 2에는 +전압이 걸리면서 Q6은 구동되면서 Q6의 단자 2에서 단자 3으로 도통되어 단자 3에는 +전류가 걸리고, 증폭전류 출력 및 경보신호 발생부 회로(2-4)의 정류용 다이오드 에노드측은 경보신호 외부 송출부 회로(2-6)의 출력측 단자에 연결되어 있어서 경보신호 외부 송출부 회로(2-6)의 Q6의 단자 3에서 걸리는 전압은 출력측 +단자에 연결되어 있어서 경보신호 외부 송출부 회로(2-6)의 출력측 양단자에는 외부 경보신호에 사용할 수 있는 전압이 걸리게 되고, 상기 경보신호 외부 송출부 회로(2-6)의 출력단자 양단에 연결된 콘덴서 C16은 리플전류 억지용 콘덴서이고, 상기 Q6의 단자 1과 단자 2 사이에 연결된 콘덴서 C15는 Q6의 서지전압 억지용 콘덴서이다.

이상으로 본 발명의 주요 동작 설명을 마치고, 상기 본 발명의 전체 회로의 동작설명 중 미설명 부분의 스위치에 대한 설명은 다음과 같은 바, 회로보호 및 충격전류 필터부 회로(2-1)의 입력측 한쪽 라인이 장착된 퓨시보턴 스위치 SW1은 본 발명의 회로가 동작하여 경보신호가 발생하였을 시 이를 정지시키는 역할을 하고, 다음 고주파 정류 및 증폭부 회로(2-3)의 스위치 SW2는 본 회로의 동작 유무를 확인하는 회로 테스트용의 스위치이다.

이상과 같이 본 발명의 상세한 설명에는 본 발명의 가장 바람직한 실시 예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 기술범위에 벗어나지 않는 범위 내에서는 다양한 변형실시도 가능하다 할 것이며, 따라서 본 발명의 보호범위는 상기 실시 예에 한정하여 정해지는 것이 아니라, 후술하는 특허청구범위의 기술들과 이들 기술로부터 균등한 기술수단들에까지 보호범위가 인정되어야 할 것이다.

1-1: 회로보호 및 충격전류 필터부
1-2: 스파크 감지용 카트리지부
1-3: 고주파 정류 및 증폭부
1-4: 증폭전류 출력 및 경보신호 발생부
1-5: 전압감지 및 경보신호 제어부
1-6: 경보신호 외부 송출부
2-1: 회로보호 및 충격전류 필터부 회로
2-2: 스파크 감지용 카트리지부 회로
2-3: 고주파 정류 및 증폭부 회로
2-4: 증폭전류 출력 및 경보신호 발생부 회로
2-5: 전압감지 및 경보신호 제어부 회로
2-6: 경보신호 외부 송출부 회로

Claims (3)

1. 전기선로 및 그 통전선로에 연결하여 사용하는 전기기구 및 전기기기에서 발생하는 서지 및 충격전류는 회로 보호를 위해서 억지하고 전기 화재의 최초 요인을 제공하는 접속불량 및 절연상태가 서서히 훼손되면서 부분적으로 탄화되는 과정에서 순간적으로 발생하는 미세한 스파크현상에서 생성되는 고주파 펄스 신호전류만 다음 회로로 통과하도록 한 회로 보호 및 충격전류 필터부(2-1);
   회로 보호 및 충격전류 필터부(2-1)를 통과한 스파크 신호 전류를 감지하여 출력하는 스파크 감지용 카트리지부(2-2);
   스파크 감지용 카트리지부(2-2)가 전기기기에서 발생하는 스파크를 감지하여 고주파가 출력되면 이를 정류 제어하여 증폭하는 고주파 정류 및 증폭부(2-3);
   고주파 정류 및 증폭부(2-3)에서 출력되는 증폭전류를 제어하여 스파크성 전류에 의해서만 경보에 필요한 전류를 출력하여 경보신호를 발생하는 증폭전류 출력 및 경보신호 발생부(2-4):
   고주파 정류 및 증폭부(2-3)를 거쳐서 통전선로 전압 이상 시 이를 감지하여 증폭전류 출력 및 경보신호 발생부(2-4)의 경보회로에서 경보신호가 출력하도록 제어하는 전압 감지 및 경보신호 제어부(2-5);
   가 포함된 것을 특징으로 하는 실내 전기선로의 스파크 및 과부하를 감지 및 경보하는 장치.
   
2. 청구항 1에 있어서;
   전압 감지 및 경보신호 제어부(2-5)에 의해서 증폭전류 출력 및 경보신호 발생부(2-4)의 경보회로가 일정 시간 지속적으로 경보가 발생하여도 인위적인 조치가 취해지지 않으면 벨이 울리도록 하거나, 유선 또는 무선송신의 전원 차단회로 등에 신호전원을 공급하여 전원을 차단토록 외부로 경보신호를 송출하는 경보신호 외부 송출부(2-6);
   가 포함된 것을 특징으로 하는 실내 전기선로의 스파크 및 과부하를 감지 및 경보하는 장치.
   
3. 청구항 1에 있어서;
   상기 증폭전류 출력 및 경보신호 발생부 회로(2-4)에 연결되어 인가 받은 회로보호 및 충격전류 필터부 회로(2-1)의 입력측 전압이 220V로 정상적일 때는 전압감지 및 경보신호 제어부 회로(2-5)에서 경보신호 출력전류를 송출하지 않도록 연결되고, 회로보호 및 충격전류 필터부 회로(2-1)의 입력측 전압이 220V에서 200V미만의 이상상태로 다운될 때는 전압감지 및 경보신호 제어부 회로(2-5)가 동작하여 증폭전류 출력 및 경보신호 발생부 회로(2-4)에 신호전류를 공급토록 연결되게 구성하여 입력전압 강하에 의한 경보신호를 발생하도록 구성된 것을 특징으로 하는 실내 전기선로의 스파크 및 과부하를 감지 및 경보하는 장치.

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