KR20230165069A - 아크 차단기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유도기 소자를 사용한 아크 차단기에 관한 것이다. 아크 결함시 고주파가 발생되는 특성을 활용해 고주파를 검지할 수 있는 유도기 소자를 구성하여, 아크로 인한 전기적 인명 사고와 화재 발생으로 인한 재산 피해를 획기적으로 예방할 수 있는 효과를 갖는다.

Description

아크 차단기{Arc Fault Circuit Interrupter}

본 발명은 아크 결함을 검출하여 전원을 차단할 수 있는 아크 차단기에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 직렬 아크 결함시 고주파가 발생되는 특성을 이용해, 고주파를 검지할 수 있는 유도기 소자를 이용한 아크 차단기에 관한 것이다.

화재는 담배, 방화, 불장난, 불티 등으로 발생되는 경우도 있지만 가장 큰 원인은 전기에 의한 것으로 특히 아파트나 고층 건물, 관공서 건물, 호텔, 백화점, 노래방, 재래시장과 같이 사람이 많이 모여 있는 다중이용시설 장소에서 전기로 인한 화재로 막대한 인명피해와 재산적 손해가 계속 발생하고 있어 전기에 의한 화재 방지의 중요성은 아무리 강조해도 부족함이 없다.

이러한 전기화재의 주요 원인으로는 크게 주로 배선의 노후, 설치불량, 배선의 파손, 과부하로 인한 합선과 절연불량에 의해 배선의 누전 및 접촉 불량에 의한 아크 등이 있다. 특히, 아크가 현재 전 세계적으로 전기화재의 주 원인이라는 사실과 아크로 인한 화재가 전기화재의 70%~80%나 차지하고 있다는 사실은 이미 널리 알려져 있는 사실이다.

이중 과전류 및 누전은 과전류 및 누전 차단기의 설치로 예방되고 있다.

한편, 아크 결함에 의한 화재를 해결하기 위한 기술 개발이 지속되어 왔으나 전기 현장에서 다양하게 발생하는 유사 아크 또는 유해 아크와 무해 아크를 구분해야 하는 고도의 기술적 난이도로 말미암아 아직도 전 세계적으로 유해아크 차단기술의 발전이 지지부진한 것이 사실이며, 이에 실용화에 큰 어려움이 있어 아크로 인한 화재 예방이 제대로 이루어지고 있지 않다.

따라서, 본 발명의 목적은 전술한 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로, 부하에서의 직렬아크 결함시 발생되는 고주파를 검지하는 유도자 소자를 이용한 아크 차단기를 제공함에 있다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 유도자 소자를 이용한 아크 차단기는 아크 차단기에 있어서, 전원 소스와 부하를 연결하는 전원 라인에 설치되는 한쌍의 유도기 소자와, 상기 한쌍의 유도기 소자의 양단에 각각 설치되는 한쌍의 저항과 검출선과, 상기 한쌍의 검출선에 설치되는 영상변류기와, 상기 영상변류기로부터 전류 차이를 검지하여 스위치를 차단하는 제어회로와, 상기 제어회로를 통해 전원 소스를 차단하는 스위치를 포함한다.

본 발명의 유도자 소자를 이용한 아크 차단기는 아크 검출에 있어서 아크 결함의 고주파 성분을 유도기로 검출하고 전원을 차단하여 아크로 인한 전기적 인명 사고와 화재 발생으로 인한 재산 피해를 획기적으로 예방할 수 있는 효과를 갖는다.

도 1은 본 발명에 따른 유도기 소자를 이용한 아크 차단기를 나타내는 구성도.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 기술하기로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 유도기 소자를 이용한 아크 차단기를 나타내는 구성도를 나타낸다.

도 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 아크 차단기(11)는 전원 소스와 부하를 연결하는 전원 라인의 입력과 출력에 설치되는 유도기 소자(2), 상기 유도기 소자의 양단에 설치되는 저항 소자(3)와 검출선(4), 상기 한 쌍의 검출선에 설치되는 영상변류기(5), 상기 영상변류기로부터 전류 차이를 검지하여 스위치를 차단하는 제어회로, 상기 제어회로를 통해 전원 소스를 차단하는 스위치(7)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기한 유도기 소자의 유도성 리액턴스(inductive reactance) 크기는 주파수에 비례하는 특성이 있다. 회로 구성상 입·출력 전류는 동일하므로 유도성 리액턴스의 크기가 올라가면 역기전역도 상승한다.

입력 전원 소스의 기본파에 부하의 아크 결함에 의해 고조파가 포함되면 출력 전원 소스는 합성된 왜곡파가 생성된다. 따라서 출력 유도기 소자에 고조파 전류에 의해 전압 강하가 일어난다.

상기한 유도기 소자는 코일이라고도 하며, 철심과 같은 자성체에 코일을 감은 구조를 가진다.

따라서, 상기한 입·출력 유도자 소자의 양단에 설치한 저항 소자와 검출선에 전류 차이가 발생하여 영상변류기의 검출 전류가 생성되고, 제어회로를 통해 스위치를 차단시키는 것을 특징으로 한다.

병렬 아크방전에 비해 에너지량이 적은 직렬 아크방전은 일반적으로 사용되는 누전차단기, 배선용 차단기의 동작영역 이하에서 발생하기 때문에, 선로 및 기기가 보호되지 못하고 장기간에 걸쳐 지속적인 방전이 발생하여 사고로 연결된다.

한 실시 예로서 저항성 부하의 직렬 아크 결함은 2 kHz 내지 4 kHz 내의 주파수 대역에서의 특성을 갖고, 출력 유도기 소자의 자기 인덕턴스 값은 상승하여 유도 기전력이 발생하고, 입·출력 검출선에 전류 차이가 발생된다.

상기한 전류 차이는 영상변류기에 검지 전류가 발생하여 제어회로를 통한 스위치를 차단시키는 것을 특징으로 한다.

다른 실시 예는 상기한 전류 차이가 영상변류기에 의해서 검지 전류가 검출되고, 영상변류기의 2차 출력 전압을 증폭시켜 트립 코일의 여자를 동작시켜 스위치 접점을 개방시키는 것을 특징으로 한다.

영상변류기(ZCT)에도 권선형과 관통형이 있는데 관통형이 주로 사용되고 있다.

전류 차이 검지의 측정원리는 전원에서 나온 전류는 반드시 전원으로 복귀하는 전류의 키르히호프의 법칙 특성을 이용한 것으로 부하의 입력 검출선과 출력 검출선의 관계는 정상상태에서 전류 차이가 제로(0)가 된다.

따라서 본 발명에 따른 아크 차단기는 아크 결함의 고주파 성분을 유도기로 검출하고 전원을 차단하여 아크로 인한 전기적 인명 사고와 화재 발생으로 인한 재산 피해를 획기적으로 예방할 수 있는 효과를 갖는다.

11 : 아크 차단기 2 : 유도기 소자
3 : 저항 소자 4 : 검출선
5 : 영상변류기 6 : 제어회로
7 : 스위치

Claims (1)

1. 아크 차단기에 있어서,
   전원 소스와 부하를 연결하는 전원 라인의 입력과 출력에 설치되는 유도기 소자(2);
   상기 입·출력 유도기 소자의 양단에 설치되는 저항 소자(3)와 검출선(4);
   상기 입·출력 검출선에 설치되는 영상변류기(5);
   상기 영상변류기로부터 전류 차이를 검지하여 스위치를 차단하는 제어회로(6);
   상기 제어회로를 통해 전원 소스를 차단하는 스위치(7)를 포함하는 것을 특징으로 하는 아크 차단기.

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