WO2019172505A1 - 누전 차단기 및 이에 착탈 가능한 아크 검출 장치 - Google Patents

누전 차단기 및 이에 착탈 가능한 아크 검출 장치 Download PDF

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WO2019172505A1
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arc detection
arc
earth leakage
terminal
main body
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PCT/KR2018/014326
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함승진
오기환
박진영
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엘에스산전 주식회사
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    • H01H71/128—Manual release or trip mechanisms, e.g. for test purposes

Definitions

  • the present invention relates to an earth leakage breaker and an arc detection device, and more particularly, to an earth leakage breaker and an arc detection device detachable thereto.
  • an earth leakage breaker is a device installed in a distribution panel and used to prevent electric shock accidents caused by a short circuit or various safety accidents caused by fire and overcurrent. That is, the earth leakage breaker detects an electric leakage occurring on the line and sends a trip signal to the trip coil to trip the breaker when the electric leakage amount exceeds the set value.
  • the arc current generated on a line with a load is usually within the rated current.
  • the arc current is divided into a series arc and a parallel arc, since a series arc generated by a load break or a poor contact flows through the load current, the magnitude of the arc current is usually within the rated current range, and when a short circuit current (parallel arc) occurs due to a short circuit. Even though there is usually a certain amount of impedance at the short circuit, a low short-circuit current of less than 1kA usually flows. However, even such small arc currents can lead to fire if flammable materials are present in the vicinity.
  • AFCI Arc Fault Circuit Interrupters
  • FIG. 1 an internal circuit block diagram of an arc / leakage circuit breaker 1 according to the prior art is shown.
  • the arc / leakage circuit breaker 1 according to the prior art is configured as follows.
  • a breaker 3 is provided between the power source 11 and the load 2.
  • the breaking part 3 is operated by the trip coil 4.
  • a power supply section (power supply circuit) 5 for supplying power to the trip coil 4, the control section 8 and other internal components (elements) is provided.
  • the power supply unit 5 may provide a DC power by taking a voltage from the external power supply 11 and providing the voltage to each element.
  • a leak current detector 6 for detecting a leak current is provided.
  • the leakage current detection unit 6 is usually composed of a zero current transformer (ZCT).
  • An arc current detector 7 for detecting an arc current is provided.
  • the arc current detector 7 is usually composed of a current transformer (CT).
  • control unit 8 for determining the leakage current and the arc current from the signals input from the respective detection units CT 6 and 7 is provided.
  • control unit is composed of a micro control unit (MCU) equipped with firmware (firmware).
  • a switch element 10 is provided to open / close the power supply to the trip coil 4 to cut off (break) the breaker when an abnormal signal (a short circuit or an arc) occurs.
  • the switch element 10 is composed of semiconductor control elements such as a silicon controlled rectifier (SCR) and a field effect transistor (FET).
  • the short circuit detection function and the arc detection function as described above are integrally configured on the PCB circuit board installed inside the breaker.
  • the power supply unit 5 receives an AC power source AC from the external power supply 11 and provides a DC voltage to operate the control unit 8 and other components and circuits.
  • the leakage current detection unit 6 senses a leakage current and transmits the signal to the control unit 8, and the arc current detection unit 7 detects and transfers the signal to the control unit 8.
  • the controller 8 determines the magnitude and the integrity of the leakage current / arc current detection firmware (algorithm), and if it is determined that the fault current is triggered, triggers the switch element 10 to control the trip coil 4 ( On).
  • test unit 9 is provided to check whether the breaker is operating normally by generating a simulated leakage / arc current in the test winding provided in the leakage current detection unit 6 more than one turn to check the normal operation of the breaker. Can be.
  • the present invention has been made to solve the above-described problems, and an object thereof is to provide an arc detection device that can be detachably applied to an earth leakage breaker as an independent module having an arc detection function.
  • An earth leakage circuit breaker and an arc detection apparatus comprises: a ground fault circuit breaker body; And an arc detection module detachably coupled to the earth leakage breaker main body to detect an arc current, wherein the arc detection module is connected to a first load side terminal of the earth leakage breaker main body and detects an arc current flowing in a line.
  • An arc detector A controller for determining an arc current according to an arc detection signal transmitted from the arc detector; And an output unit configured to output a signal or a current according to the control signal of the controller.
  • the circuit breaker main body includes a breaker for opening and closing a line and a trip coil for operating the breaker, and the trip coil operates according to a signal or a current output from the output unit.
  • the arc detection module may be provided with a connection terminal connected to the first load side terminal at one side, and a second load side terminal for connecting the connection terminal and the load at the other side.
  • the arc detection module may further include a power supply unit providing DC power to the control unit and the output unit.
  • any one output terminal of the output unit is connected to any one of the connection terminal, and the other output terminal of the output unit is connected to the other phase of the power supply terminal of the earth leakage breaker main body. do.
  • the output terminal is provided with the other output terminal of the output unit.
  • the main body is provided with a first test unit for generating a simulated leakage current for the leakage current detection function test
  • the arc detection module is provided with a second test unit for generating a simulated arc current for the arc current detection function test It features.
  • the arc detection module is characterized in that the display is connected to the control unit for displaying the characteristics of the electricity flowing in the line.
  • a first load side terminal hole through which the first load side terminal is exposed may be formed in an enclosure of the earth leakage breaker main body, and a coupling protrusion fitting into the first load side terminal hole may be formed in the enclosure of the arc detection module.
  • a test terminal hole for exposing a test terminal connected to the first test unit is formed in an enclosure of the earth leakage breaker main body, and an output terminal of the output unit is exposed in the enclosure of the arc detection module to be connected to the test terminal. Characterized in that the terminal hole is formed.
  • a switch terminal hole is formed in an enclosure of the earth leakage breaker main body to expose a switch terminal connected to a switch element that opens and closes a circuit connected to the trip coil, and an output terminal of the output unit is exposed in an enclosure of the arc detection module. And a terminal hole is formed to be connected to the switch terminal.
  • the earth leakage breaker is detachable and the module having the arc detection function is independently provided so that it can be selectively applied to the earth leakage breaker.
  • Such an arc detection module can be applied through a minimal change such as not changing a current leakage circuit breaker or configuring a terminal connection part.
  • FIG. 1 is an internal circuit block diagram of an arc / leakage circuit breaker according to the prior art.
  • FIGS. 2 and 3 are perspective views of an earth leakage breaker and an arc detection apparatus according to an embodiment of the present invention, respectively, and are coupled to and separated from the earth leakage breaker.
  • FIG. 4 is an internal circuit block diagram of an earth leakage breaker and an arc detection device according to the embodiment of FIG. 2.
  • FIG. 5 is a perspective view of an earth leakage breaker and an arc detection device according to another exemplary embodiment of the present invention.
  • 6 and 7 are a perspective view and an internal circuit block diagram of an earth leakage breaker and an arc detection device according to another embodiment of the present invention.
  • FIGS. 8 and 9 are a perspective view and an internal circuit block diagram of an earth leakage breaker and an arc detection device according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 and 3 are perspective views of an earth leakage breaker and an arc detection device according to an embodiment of the present invention. Each of the earth leakage breakers is coupled to and disconnected from the arc detection device. 4 illustrates an internal circuit block diagram of the earth leakage breaker and the arc detection device according to the embodiment of FIG. 2.
  • An earth leakage circuit breaker and an arc detection apparatus includes a circuit breaker main body 20 having a circuit breaker 25 for opening and closing a line and a trip coil 26 for operating the circuit breaker 25; And an arc current module 40 detachably coupled to the earth leakage breaker main body 20 to detect an arc current, wherein the arc detection module 40 includes a first load-side terminal of the earth leakage breaker main body 20.
  • An arc detector 60 connected to 21; A second controller (50) for determining the arc current according to the arc detection signal transmitted from the arc detector (60); And an output unit 55 for outputting a signal or a current so that the trip coil 26 operates according to a control signal of the second controller 50.
  • the earth leakage breaker and the arc detection device are composed of an earth leakage breaker main body and an arc detection module (arc detection device).
  • the ground fault circuit breaker will be referred to as a ground fault circuit breaker main body or simply a main body.
  • a module refers to the arc detection module.
  • the components that are commonly provided in the main body and the module such as the power supply may use a prefix such as 'first', 'second'. In this case, the 'first' may be applied to the component attached to the main body, and the 'second' may be used for the component applied to the module.
  • FIG. 2 illustrates a state in which the main body 20 and the arc detection module 40 are coupled
  • FIG. 3 illustrates a state in which the main body 20 and the arc detection module 40 are separated.
  • the earth leakage breaker main body 20 and the arc detection module 40 have box-shaped enclosures 29 and 49, respectively.
  • the arc detection module 40 may be coupled to or separated from the body 20.
  • the arc detection module 40 is coupled to one side of the main body 20.
  • the arc detection module 40 may be coupled to the load side of the body 20.
  • one surface of the load side of the first enclosure 39 of the main body 20 and one surface of the second enclosure 49 of the arc detection module 40 may be coupled in abutting manner.
  • connection terminal 41 of the arc detection module 40 is connected to the first load side terminal 21 of the main body 20.
  • the connection terminal 41 of the arc detection module 40 is coupled to the first load side terminal 21 of the main body 20 by a fastening member (for example, a screw).
  • a screw hole 41a may be formed in the connection terminal 41.
  • the screw assembly operation may be performed through the first assembly hole 37 formed on the first load-side terminal 21 of the main body 20.
  • the main body 20 and the arc detection module 40 may be simply formed by coupling the first load-side terminal 21 of the main body 20 and the connection terminal 41 of the arc detection module 40.
  • the first load-side terminal 21 of the main body 20 and the connection terminal 41 of the arc detection module 40 become not only an electrical connection path between the main body 20 and the arc detection module 40, It will also be responsible for the mechanical coupling function. That is, the arc detection module 40 is not separated from the main body 20.
  • a power supply side terminal hole 24 is formed on the front side (left side in the drawing), and a first load side terminal hole 22 is formed on the rear side.
  • the first load-side terminal 21 and the power-side terminal 23 are disposed in the first load-side terminal hole 22 and the power-side terminal hole 24, respectively.
  • connection terminal hole 42 through which a connection terminal 41 is exposed is formed on a front surface thereof, and a second load side terminal so that a load 90 can be connected to a rear surface thereof. Holes 44 are formed.
  • the load 90 is connected to the second load-side terminal 43.
  • a second assembly hole 47 is formed at the upper portion of the arc detection module 40 to provide a work space for coupling the second load side terminal 43 and the load 90.
  • the earth leakage breaker main body 20 has a power supply terminal 23, a first load side terminal 21, a breaker 25, a first power supply 27, a first control unit 28, a switch element 29, and an earth leakage detector ( 30) and the like.
  • a power supply is connected to the power supply terminal 23 to supply current and voltage. At this time, the power may be supplied to the AC power.
  • the power supply side terminal 23 is composed of a plurality of terminals. That is, they are provided on a plurality of lines or phases, respectively.
  • a breaker 25 is provided between the power supply side terminal 23 and the first load side terminal 21.
  • the breaker 25 is operated by the action of the trip coil 26 in the event of overcurrent, fault current and leakage current to cut off the circuit (line).
  • the blocking unit 25 may be provided to an opening / closing mechanism (not shown) and terminals 21 and 23 that are operated by a user's manipulation force applied to the handle 35 or an electromagnetic force generated in the trip coil 26. It includes a contact portion (not shown) connected to directly open and close the circuit (line).
  • the first power supply 27 is provided.
  • the first power supply unit 27 receives external power from the power supply terminal 23 and supplies power to the first control unit 28 and other components and circuits.
  • the first power supply unit 27 may convert AC into direct current and provide the same to each device.
  • the first control unit 28 is provided.
  • the first controller 28 analyzes the signal input from the ground fault detector 30 to determine whether a leakage current has occurred. This determination may be made by comparison with a preset reference voltage value. When the first controller 28 determines that it is a leakage current, the first controller 28 sends a trip control signal to the switch element 29 to operate the trip coil 26.
  • the switch element 29 is provided.
  • the switch element 29 may be formed of a semiconductor control element such as a silicon controlled rectifier (SCR) or a field effect transistor (FET). Accordingly, the on / off function is performed.
  • SCR silicon controlled rectifier
  • FET field effect transistor
  • the switch element 29 operates the trip coil 26 according to the trip command of the first control unit 28. Looking at this in detail.
  • the trip control signal transmitted from the first control unit 28 to the switch element 29 is provided as a gate driving signal of the switch element 29 and the switch element 29 is turned on in response to the trip control signal if present. on)
  • the switch element 29 When the switch element 29 is turned on, the circuit between the first power supply 27, the trip coil 26, and the switch element 29 is closed, and a direct current from the first power supply 27 is applied to the trip coil 26. Current flows to trip the coil 26. As the trip coil 26 is excited, the breaker 25 is triggered to operate in the trip position.
  • the earth leakage detector 30 may be configured as an image current transformer (ZCT).
  • ZCT image current transformer
  • the earth leakage detector 30 senses a leakage current flowing on the circuit and inputs a signal to the first controller 28.
  • the video current transformer is installed so that each line passes through the center of the core, so that in case of a short circuit in any one of the lines, the induced voltage is induced in the secondary coil wound around the core, and the induced voltage signal is a short circuit detection signal. 1 is transmitted to the control unit 28.
  • a sensitivity selection circuit may be provided between the ground fault detecting unit 30 and the first control unit 28 to separately transmit the ground fault detection signal.
  • the first test unit 31 is provided to check whether the electric leakage detecting function of the main body 20 is properly operated.
  • the first test unit 31 is a circuit unit that generates and outputs a test signal, that is, a virtual earth leakage detection signal (simulated leakage current).
  • the first test part 31 is also called an oscillation circuit.
  • the first test unit 31 is connected between the first test button 32 and the ground fault detecting unit 30 to generate a test signal in response to the first test button 32 being pressed.
  • the earth leakage detector 30 transmits a leak detection signal to the first controller 28 in response thereto.
  • the first test button 32 of the first test unit 31 is exposed to the outside of the main body 20 to be easily operated by the user.
  • the arc detection module 40 includes a connection terminal 41, a second load-side terminal 43, a second power supply unit 45, a second control unit 50, an output unit 55, an arc detection unit 60, and a second test.
  • the unit 65, the display unit 70, and the like are configured.
  • connection terminal 41 and the second load side terminal 43 are as described above.
  • the connection terminal 41 is connected to the first load side terminal 21 of the main body 20, and the second load side terminal 43 is connected to the load 90.
  • the second power supply 45 is provided.
  • the second power supply unit 45 receives AC power and supplies power to the second control unit 50 and other components and circuits in the arc detection module 40.
  • the second power supply unit 45 may convert AC into direct current and provide the same to each device.
  • the second control unit 50 is provided.
  • the second controller 50 analyzes the signal input from the arc detector 60 to determine whether it is a true arc. This determination may be performed by comparing with a preset reference value or a preset waveform.
  • the second controller 50 determines that the signal value input from the arc detector 60 is a true arc, the second controller 50 sends a trip control signal to the output unit 55 to operate the trip coil 26 of the main body 20. .
  • the output part 55 is provided.
  • the output unit 55 may be composed of a semiconductor control element or a switch element.
  • the output unit 55 has an input line and an output line.
  • the output unit 55 may be composed of elements such as a photocoupler, an SCR, and an FET.
  • the output unit 55 receives the trip control signal from the second control unit 50 and outputs the trip control signal to the main body 20.
  • the output unit 55 generates or outputs an output signal for operating the trip coil 26 of the main body 20 according to the trip control signal of the second controller 50.
  • the output signal of the output unit 55 may be connected to the power supply terminal 23, the switch element 29, or the first test unit 31 of the main body 20 to operate the trip coil 26.
  • this embodiment corresponds to the case where it is connected to the power supply terminal 23 of the main body 20.
  • An anode of the output unit 55 is connected to any one phase of the arc detection module 40 (for example, one of the connection terminals), and the cathode is connected to an output line or an output terminal ( 57 is connected to the other of the power supply-side terminals 23 of the main body 20.
  • the output unit 55 is turned on according to the trip signal of the second control unit 50, the second power supply unit 45, the output unit 55, and the power supply terminal 23 of the main body 20 are closed so that the current ( I1) flows. Since the ground fault detecting unit 30 of the ground fault breaker main body 20 detects this as a leakage current, the trip coil 26 is operated to cut off the circuit.
  • the output resistor 56 may be provided at the cathode of the output unit 55 to generate current or divide the voltage.
  • the leakage current amount can be set.
  • the current flows from the output unit 55 to the circuit of the main body 20, and the main body 20 determines that the leakage current flows to operate the breaker 25.
  • the arc detector 60 detects an arc current flowing on the circuit and inputs a signal to the second controller 50.
  • the arc detection unit 60 may be configured as a current transformer CT installed on any one of the circuits.
  • the arc detector 60 senses an arc current flowing on the circuit and inputs a signal to the second controller 50.
  • the current transformer is installed on one line of the circuit to induce induced voltage in the secondary coil wound around the core when an arc current is generated.
  • the induced voltage signal is transmitted to the second controller 50 as an arc detection signal.
  • a sensitivity selection circuit may be provided between the arc detection unit 60 and the second control unit 50 to separately transmit the arc detection signal.
  • the second test unit 65 is provided to check whether the arc detection function of the main body 20 operates properly.
  • the second test unit 65 is a circuit unit that generates and outputs a test signal, that is, a virtual arc detection signal (simulated arc current).
  • the second test unit 65 is connected between the second test button 66 and the arc detection unit 60 to generate a test signal in response to the second test button 66 being pressed.
  • the arc detector 60 transmits an arc detection signal to the second controller 50 in response.
  • the second test button 66 of the second test unit 65 may be exposed to the outside of the arc detection module 40 to be easily operated by the user.
  • the output unit 55 of the arc detection module 40 is connected to the power supply terminal 23 of the main body 20.
  • the arc detection module 40 operates in such a manner that a simulated leakage current flows through the output unit 55 to the main body 20 when an arc signal is generated. Accordingly, the main body 20 recognizes that a leakage current has occurred and operates the breaker 25.
  • the display unit 70 indicates the state of the arc detection module 40.
  • the display unit 70 is exposed to the second enclosure 49.
  • the display unit 70 may be configured as an LCD display, an LED display, or the like.
  • the display unit 70 may display various kinds of information about electricity. This information includes current, voltage, power factor, power level, power quality, and arcing. This state may be selectively displayed by the second controller 50.
  • the display form may include an alarm or an alarm function.
  • the alarm or alarm function can be displayed using sound.
  • the display unit 70 may include a sound generating element or a speaker.
  • the arc detection module 40 only performs the function of detecting the arc and indicating and informing its occurrence.
  • connection terminal of the arc detection module is connected to the load-side terminal of the main body, and the output terminal is connected to any one of the power supply-side terminals of the main body, so that the coupling is easy. Therefore, coupling and separation between the main body 20 and the arc detection module 40 are easy.
  • FIG. 5 Another embodiment of the arc detection module 40 is shown in FIG. 5.
  • at least one coupling protrusion 48 is formed in each of the connection terminal holes 42. Accordingly, the arc detection module 40 is fitted to the body 20.
  • the coupling protrusion 48 of the arc detection module 40 is fitted into the first load side terminal hole 22 of the main body 20. Accordingly, the coupling force between the main body 20 and the arc detection unit 60 is enhanced.
  • the terminal since the connection between the terminals is not coupled, the terminal does not need to have mechanical support force, thereby maintaining stable current conduction.
  • the coupling protrusion 48 is preferably made of a synthetic resin to have a predetermined elasticity. Thereby, interference fit is possible.
  • the engaging protrusion 48 may be provided with a locking portion 48a to be inserted into the first load-side terminal hole 22 of the main body 20 so as not to be detached.
  • FIG. 6 and 7 show a perspective view and an internal circuit block diagram of an arc detection module 140 according to another embodiment of the present invention.
  • the basic configuration of the main body 120 and the arc detection module 140 will be omitted in the case of the same as the previous embodiment, and the description will be mainly focused on the difference.
  • the circuit breaker main body 120 includes a power supply terminal 23, a first load terminal 21, a breaker 25, a first power supply 27, a first control unit 28, a switch element 29, and an earth leakage detector ( 30) and the like.
  • test terminal holes 125 are formed in a part of the enclosure 39 of the main body 120.
  • the test terminal hole 125 may be formed on the first load-side terminal hole 22.
  • Test terminals 126 and 127 are disposed in the test terminal hole 125, respectively.
  • the test terminals 126 and 127 are terminals connected to both ends of the contacts (switches) of the first test unit 31, respectively. Since the test terminals 126 and 127 are connected to the first test unit 31, when an input (current) is generated at the test terminals 126 and 127, the first test button 32 of the main body 20 is operated.
  • a plurality of terminal holes 146 are formed in the enclosure 49 of the arc detection module 140.
  • the terminal hole 146 may be formed above the connection terminal hole 42.
  • Output terminals 157 and 158 are disposed in the terminal hole 146, respectively.
  • the terminal holes 146 and the output terminals 157 and 158 of the arc detection module 140 correspond to the test terminal holes 125 and the test terminals 126 and 127 of the main body 120, respectively.
  • the output terminals 157, 158 are automatically connected to the test terminals 126, 127.
  • the arc detection module 140 includes a connection terminal 41, a second load-side terminal 43, a second power supply unit 45, a second control unit 50, an output unit 55, an arc detection unit 60, and a second test.
  • the unit 65, the display unit 70, and the like are configured. Each component will be omitted if the description is the same as in the previous embodiment.
  • the output part 55 is provided.
  • Output terminals 157 and 158 of the output unit 55 are connected to test terminals 126 and 127 of the main body 120, respectively.
  • the negative output terminal 157 of the output unit 55 is connected to the test terminal 126 of any one of the test unit 31 of the main body 120
  • the positive output terminal ( 158 is connected to the test terminal 127 on the other side of the test unit 31 of the main body 120. Therefore, when the output signal is generated in the output unit 55, the same effect as operating the first test button 32 of the main body 120.
  • the arc detection module 140 detects an arc and the output unit 55 emits an output signal
  • the second power supply unit 45, the output unit 55, and the first test unit 65 are closed to generate the current I2.
  • the main body 120 determines that leakage current flows, and according to the command of the first control unit 28, current flows through the trip coil 26 to magnetize, and the circuit breaker 25 operates to cut off the circuit. .
  • FIGS. 8 and 9 illustrate a perspective view and an internal circuit block diagram of an earth leakage breaker main body 240 and an arc detection module 240 according to another embodiment of the present invention.
  • the basic configuration of the main body 220 and the arc detection module 240 will be omitted in the case of the same as the first embodiment.
  • the earth leakage breaker main body 220 includes a power supply terminal 23, a first load side terminal 21, a breaker 25, a first power supply 27, a first control unit 28, a switch element 29, and an earth leakage detector ( 30) and the like.
  • a switch terminal hole 225 is formed in a part of the enclosure 39 of the main body 220.
  • the switch terminal hole 225 may be formed above the first load side terminal hole 22.
  • Switch terminals 226 and 227 are disposed in the switch terminal hole 225, respectively.
  • the switch terminals 226 and 227 are terminals respectively connected to both ends of the switch element 29. Since the switch terminals 226 and 227 are connected to the switch element 29, when an input (current) is generated in the switch terminals 226 and 227, the switch element 29 of the main body 20 is operated.
  • the terminal hole 246 is formed in the enclosure 49 of the arc detection module 240.
  • the terminal hole 246 may be formed on the connection terminal hole 42.
  • Output terminals 257 and 258 are disposed in the terminal hole 246, respectively.
  • the terminal holes 246 and the output terminals 257 and 258 of the arc detection module 240 correspond to the switch terminal holes 225 and the switch terminals 226 and 227 of the main body 220, respectively.
  • the output terminals 257, 258 are automatically connected to the switch terminals 226, 227.
  • the arc detection module 240 includes a connection terminal 41, a second load-side terminal 43, a second power supply unit 45, a second control unit 50, an output unit 55, an arc detection unit 60, and a second test.
  • the unit 65, the display unit 70, and the like are configured. Each detailed component will be omitted if it is the same as the previous embodiment.
  • the output part 55 is provided.
  • the anode and the cathode of the output unit 55 are connected to the anode and the cathode of the switch element 29, respectively. That is, the negative output terminal 257 of the output unit 55 is connected to the negative switch terminal 226 of the main body 220, and the positive output terminal 258 of the output unit 55 is the positive switch of the main body 220. Is connected to a terminal 227. Therefore, when an output signal is generated in the output unit 55, the same effect as turning on the switch element 29 of the main body 120 is achieved. As a result, the trip coil 26 is operated in the main body 20.
  • the arc detection module 240 detects an arc and the output unit 55 outputs an output signal
  • the second power supply unit 45, the output unit 55, and the switch element 29 are closed so that the current I3 flows. Accordingly, in the main body 220, a current flows through the trip coil 26 to magnetize, and the breaker 25 operates to cut off the circuit.
  • the leakage current determination process is omitted and the switch element is directly operated.
  • the earth leakage breaker is detachable and the module having the arc detection function is independently provided so that it can be selectively applied to the earth leakage breaker.
  • Such an arc detection module can be applied through a minimal change such as not changing a current leakage circuit breaker or configuring a terminal connection part.

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Abstract

본 발명은 누전 차단기와 아크 검출 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 누전 차단기 및 이에 착탈 가능한 아크 검출 장치에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 누전차단기와 아크 검출 장치는 누전차단기 본체; 및 상기 누전차단기 본체에 착탈 가능하게 결합되어 아크 전류를 검출하는 아크 검출 모듈을 포함하고, 상기 아크 검출 모듈은, 상기 누전차단기 본체의 제1 부하측 단자에 연결되고, 선로에 흐르는 아크 전류를 검출하는 아크 검출부; 상기 아크 검출부로부터 전달된 아크 검출 신호에 따라 아크 전류를 판단하는 제어부; 상기 제어부의 제어 신호에 따라 신호 또는 전류를 출력하는 출력부;를 포함한다.

Description

누전 차단기 및 이에 착탈 가능한 아크 검출 장치
본 발명은 누전 차단기와 아크 검출 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 누전 차단기 및 이에 착탈 가능한 아크 검출 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 누전차단기(Earth Leakage Breaker)는 분전반 내에 설치되어 누전에 의한 감전사고나 화재 및 과전류에 의한 각종 안전사고를 방지하기 위해 사용되는 기기이다. 즉, 누전차단기는 선로 상에 발생하는 누전을 감지하고 누전량이 설정치 이상이 되면, 트립 신호를 트립 코일(trip coil)에 보내어 차단기를 트립시킨다.
선로에 발생하는 사고 중에서 화재를 발생시키는 주요한 요인 중의 하나로 선로 상에 발생하는 아크(arc)가 주목되었다. 전기 화재의 원인에 대한 분석 결과, 전기 화재의 선행 요인으로서 아크가 발생하는 사례가 많다는 사실이 발견되었기 때문이다.
종래의 배선용/누전 차단기는 정격전류의 100% 이상인 사고전류(과전류는 통상적으로 정격 전류의 150%~500%, 단락 전류(사고 전류, 합선)는 정격 전류의 1,000% 이상)가 흐를 경우에 신속하게 선로를 차단할 수 있다.
그런데, 부하가 있는 선로 상에 발생하는 아크 전류는 그 크기가 보통 정격 전류 이내이다. 아크 전류를 직렬 아크와 병렬 아크로 나누어 볼 때, 부하 단선이나 접촉 불량에 의해 발생하는 직렬 아크는 부하 전류를 통해 흐르기 때문에 통상 그 크기가 정격 전류 범위 이내이고, 합선에 의한 단락전류(병렬 아크) 발생시에도 보통 합선 지점에 일정량의 임피던스(impedence)가 있으므로 보통 1kA 미만의 낮은 단락전류가 흐르게 된다. 하지만, 이러한 작은 아크 전류에 의해서도 주변에 인화성 물질이 있을 경우 화재로 이어질 수 있다.
이와 같은 저전류 영역에서의 아크 전류는 기존의 배선용/누전 차단기에서는 신속한 차단이 불가능하므로 전기화재가 발생할 수 있었다.
이에 따라, 이러한 아크를 감지하여 아크 전류 발생시 선로를 차단하는 기능이 누전 차단기에 구현되었다. 이와 같이 아크 검출 및 차단 기능을 갖는 차단기를 AFCI(Arc Fault Circuit Interrupters)라고도 한다.
도 1에 종래기술에 따른 아크/누전 겸용 차단기(1)의 내부 회로 블록도(Block Diagram)가 도시되어 있다.
종래기술에 따른 아크/누전 겸용 차단기(1)의 구성은 다음과 같다.
전원(11)과 부하(2) 사이에 차단부(3)가 마련된다. 차단부(3)는 트립 코일(4)에 의해 동작한다.
트립 코일(4), 제어부(8) 및 기타 내부 부품(소자)에 전원을 공급하기 위한 전원부(전원회로)(5)가 마련된다. 전원부(5)는 외부 전원(11)으로부터 전압을 취하여 각 소자에 제공하는 것으로 직류 전원을 제공할 수 있다.
누설전류를 검출하기 위한 누설전류 검출부(6)가 마련된다. 누설전류 검출부(6)는 보통 영상변류기(Zero Current Transformer, ZCT)로 구성된다. 아크전류를 검출하기 위한 아크전류 검출부(7)가 마련된다. 아크전류 검출부(7)는 보통 영상변류기(Current Transformer, CT)로 구성된다.
또한, 각 검출부(CT)(6,7)로부터 입력된 신호로부터 누전전류와 아크전류를 판변하기 위한 제어부(8)가 마련된다. 통상 제어부는 펌웨어(firmware)가 탑재된 Micro Control Unit(MCU)으로 구성된다.
또한 이상 신호(누전 또는 아크) 발생시 차단기를 차단(트립)시키기 위한 트립 코일(4)에 전원을 개폐(On/Off)하기 위하여 스위치 소자(10)가 마련된다. 스위치 소자(10)는 SCR(silicon controlled rectifier), FET(field effect transistor) 등의 반도체 제어소자로 구성된다.
위와 같은 누전 검출 기능 및 아크 검출 기능은 차단기 내부에 설치되는 PCB회로 기판 상에 통합적으로 구성된다.
종래기술에 따른 아크/누전 겸용 차단기의 작용은 다음과 같다.
전원부(5)는 외부 전원(11)으로부터 교류 전원(AC)을 입력받아 제어부(8)와 기타 부품 및 회로가 동작할 수 있도록 직류 전압을 제공한다.
누설전류 검출부(6)는 누설전류를 감지(sensing)하여 그 신호를 제어부(8)에 전달하고, 아크전류 검출부(7)는 감지하여 그 신호를 제어부(8)에 전달한다.
제어부(8)에서는 누설전류/아크전류 검출 펌웨어(알고리즘)에 의해 그 크기와 진성 여부를 판단하여 사고전류라고 판단되면 트립 코일(4)을 제어하기 위하여 스위치 소자(10)를 트리거(trigger)(On) 시킨다.
한편, 차단기의 정상적인 동작 확인을 위하여 누설전류 검출부(6)에 1턴 이상으로 구비된 테스트 권선에 모의 누설/아크 전류를 발생시켜 차단기가 정상 동작하는지 여부를 확인할 수 있도록 테스트부(9)가 마련될 수 있다.
그런데, 이와 같은 누전 / 아크 검출기는 매우 가격이 높아 사용자에게 부담이 된다. 또하, 기존에 사용되던 누전 차단기를 통째로 교체하여야 하므로 비효율적이다. 또한 제품 설치 후 아크 검출기능을 필요에 의해 배제하고자 할 경우에도 분리 기능이 제공되지 않으므로 불편하다. 더불어, 차단기 기구부 내에 누전차단기와 아크차단기 검출 기능을 모두 구현하기 위해서 제품의 부피(사이즈)가 커지는 문제점도 있다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하고자 안출된 것으로, 그 목적은 아크 검출 기능을 갖는 독립적인 모듈로서 누전 차단기에 착탈식으로 적용할 수 있는 아크 검출 장치를 제공하는 것이다.
또한, 기존에 사용되는 누전 차단기에 변경을 가하지 않거나 최소한의 변경 작업을 통하여 적용할 수 있는 아크 검출 장치를 제공하는 것이다.
또한, 가격이 저렴한 아크 검출 장치를 제공하는 것이다.
또한, 누전 차단기에 장착 후, 사용자의 필요에 따라 아크 검출 기능을 선택적으로 적용할 수 있도록 하는 아크 검출 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 누전차단기와 아크 검출 장치는 누전차단기 본체; 및 상기 누전차단기 본체에 착탈 가능하게 결합되어 아크 전류를 검출하는 아크 검출 모듈을 포함하고, 상기 아크 검출 모듈은, 상기 누전차단기 본체의 제1 부하측 단자에 연결되고, 선로에 흐르는 아크 전류를 검출하는 아크 검출부; 상기 아크 검출부로부터 전달된 아크 검출 신호에 따라 아크 전류를 판단하는 제어부; 상기 제어부의 제어 신호에 따라 신호 또는 전류를 출력하는 출력부;를 포함한다.
여기서, 상기 누전차단기 본체는 선로를 개폐하는 차단부 및 상기 차단부를 동작시키는 트립 코일을 포함하고, 상기 출력부에서 출력되는 신호 또는 전류에 따라 상기 트립 코일이 동작하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 아크 검출 모듈에는, 일측에 상기 제1 부하측 단자에 연결되는 접속 단자가 구비되고, 타측에 상기 접속 단자와 부하를 연결하는 제2 부하측 단자가 구비되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 아크 검출 모듈은 상기 제어부와 출력부에 직류 전원을 제공하는 전원부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 출력부의 어느 하나의 출력 단자가 상기 접속 단자의 어느 하나의 상에 연결되고, 상기 출력부의 다른 하나의 출력 단자가 상기 누전차단기 본체의 전원측 단자의 다른 하나의 상에 연결되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 출력부의 다른 하나의 출력 단자에는 출력 저항이 구비되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 본체에는 누설 전류 검출 기능 시험을 위하여 모의 누설 전류를 발생시키는 제1 테스트부가 구비되고, 상기 아크 검출 모듈에는 아크 전류 검출 기능 시험을 위하여 모의 아크 전류를 발생시키는 제2 테스트부가 구비되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 아크 검출 모듈에는 상기 제어부에 연결되어 선로에 흐르는 전기의 특성을 표시하는 표시부가 구비되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 누전차단기 본체의 외함에는 상기 제1 부하측 단자가 노출되는 제1 부하측 단자홀이 형성되고, 상기 아크 검출 모듈의 외함에는 상기 제1 부하측 단자홀에 끼움결합되는 결합돌기가 돌출 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 누전차단기 본체의 외함에는 상기 제1 테스트부에 연결되는 테스트 단자가 노출되는 테스트 단자홀이 형성되고, 상기 아크 검출 모듈의 외함에는 상기 출력부의 출력 단자가 노출되어 상기 테스트 단자에 연결되도록 하는 단자홀이 형성되는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 누전차단기 본체의 외함에는 상기 트립 코일에 연결되는 회로를 개폐하는 스위치 소자에 연결되는 스위치 단자가 노출되는 스위치 단자홀이 형성되고, 상기 아크 검출 모듈의 외함에는 상기 출력부의 출력 단자가 노출되어 상기 스위치 단자에 연결되도록 하는 단자홀이 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 각 실시예에 따른 누전차단기와 아크 검출 장치에 의하면 누전 차단기에 착탈 가능하고 아크 검출 기능을 갖는 모듈이 독립적으로 구비되므로 누전 차단기에 선택적으로 적용할 수 있다.
이러한 아크 검출 모듈은 기존에 사용되는 누전 차단기에 변경을 가하지 않거나, 단자 연결부를 구성하는 등의 최소한의 변경 작업을 통하여 적용할 수 있다.
또한, 아크 검출 기능만 가지고 있으므로 누전/아크 검출 기능을 통합적으로 갖춘 차단기에 비해 가격이 저렴하다.
또한, 누전 차단기에 장착 후, 사용자의 필요에 따라 아크 검출 기능을 선택적으로 사용할 수 있어 편리하다.
도 1은 종래기술에 따른 아크/누전 차단기의 내부 회로 블록도이다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 누전차단기와 아크 검출 장치의 사시도로서 각각 누전차단기에 결합된 상태 및 분리된 상태이다.
도 4는 도 2의 실시예에 따른 누전차단기와 아크 검출 장치의 내부 회로 블록도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 누전차단기와 아크 검출 장치의 사시도이다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 누전차단기와 아크 검출 장치의 사시도 및 내부 회로 블록도이다.
도 8 및 도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 누전차단기와 아크 검출 장치의 사시도 및 내부 회로 블록도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 설명하되, 이는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세하게 설명하기 위한 것이며, 이로 인해 본 발명의 기술적인 사상 및 범주가 한정되는 것을 의미하지는 않는 것이다.
도면을 참조하여 본 발명의 각 실시예에 따른 누전차단기와 아크 검출 장치에 대하여 상세히 설명하기로 한다.
도 2 및 도 3에 본 발명의 일 실시예에 따른 누전차단기와 아크 검출 장치의 사시도가 도시되어 있다. 각각 누전차단기에 아크 검출 장치가 결합된 상태 및 분리된 상태를 나타낸다. 또한, 도 4에는 도 2의 실시예에 따른 누전차단기와 아크 검출 장치의 내부 회로 블록도가 도시되어 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 누전차단기와 아크 검출 장치는 선로를 개폐하는 차단부(25) 및 상기 차단부(25)를 동작시키는 트립 코일(26)을 갖는 누전차단기 본체(20); 상기 누전차단기 본체(20)에 착탈 가능하게 결합되어 아크 전류를 검출하는 아크 전류 모듈(40)을 포함하고, 상기 아크 검출 모듈(40)은, 상기 누전차단기 본체(20)의 제1 부하측 단자(21)에 연결되는 아크 검출부(60); 상기 아크 검출부(60)로부터 전달된 아크 검출 신호에 따라 아크 전류를 판단하는 제2 제어부(50); 상기 제2 제어부(50)의 제어 신호에 따라 상기 트립 코일(26)이 작동하도록 신호 또는 전류를 출력하는 출력부(55);를 포함하여 구성된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 누전차단기와 아크 검출 장치는 누전차단기 본체와 아크 검출 모듈(아크 검출 장치)로 구성된다. 여기서, 누전차단기를 누전차단기 본체 또는 단순히 본체라 칭하기로 한다. 또한, 단순히 모듈이라고 칭하는 경우에는 아크 검출 모듈을 지칭하는 것이다. 한편, 전원부와 같이 본체 및 모듈에 공통적으로 구비되는 구성요소에 있어서는 이를 구분하기 위하여 '제1', '제2'와 같은 접두어를 사용할 수 있다. 이때, '제1'은 본체에 부속된 구성요소에 적용되고, '제2'는 모듈에 적용된 구성요소에 사용될 수 있다.
도 2에 본체(20)와 아크 검출 모듈(40)이 결합된 상태가 도시되어 있고, 도 3에는 본체(20)와 아크 검출 모듈(40)이 분리된 상태가 도시되어 있다.
누전 차단기 본체(20)와 아크 검출 모듈(40)은 각각 상자 형태의 외함(29,49)을 갖는다.
아크 검출 모듈(40)은 본체(20)에 결합 또는 분리될 수 있다. 여기서, 본체(20)의 일측에 아크 검출 모듈(40)이 결합된다. 예를 들면, 아크 검출 모듈(40)은 본체(20)의 부하측에 결합될 수 있다. 여기서, 본체(20)의 제1 외함(39)의 부하측의 일면과 아크 검출 모듈(40)의 제2 외함(49)의 일면이 맞닿는 방식으로 결합될 수 있다.
아크 검출 모듈(40)의 접속 단자(41)가 본체(20)의 제1 부하측 단자(21)에 연결된다. 이때, 아크 검출 모듈(40)의 접속 단자(41)는 체결부재(예를 들면 나사)에 의해 본체(20)의 제1 부하측 단자(21)에 결합된다. 이를 위해, 접속 단자(41)에는 나사홀(41a)이 형성될 수 있다. 이러한, 나사 조립 작업은 본체(20)의 제1 부하측 단자(21) 상부에 형성된 제1 조립홀(37)을 통해 이루어질 수 있다.
이와 같이, 본체(20)와 아크 검출 모듈(40)은 본체(20)의 제1 부하측 단자(21)와 아크 검출 모듈(40)의 접속 단자(41)의 결합에 의해 간단하게 이루어질 수 있다. 이 경우, 본체(20)의 제1 부하측 단자(21)와 아크 검출 모듈(40)의 접속 단자(41)는 본체(20)와 아크 검출 모듈(40) 사이의 전기적 연결 통로가 될 뿐만 아니라, 기계적 결합 기능도 담당하게 된다. 즉, 아크 검출 모듈(40)은 본체(20)로부터 이탈되지 않는다.
본체(20)의 제1 외함(39)에는 전면(도면상 좌측)에 전원측 단자홀(24)이 형성되고, 후면에 제1 부하측 단자홀(22)이 형성된다. 제1 부하측 단자홀(22)과 전원측 단자홀(24)의 내부에는 각각 제1 부하측 단자(21)와 전원측 단자(23)가 배치된다.
아크 검출 모듈(40)의 제2 외함(49)에는 전면에 접속 단자(41)가 노출될 수 있는 접속단자홀(42)이 형성되고, 후면에는 부하(90)가 연결될 수 있도록 제2 부하측 단자홀(44)이 형성된다.
제2 부하측 단자(43)에 부하(90)가 연결된다. 아크 검출 모듈(40)의 상부에는 제2 조립홀(47)이 형성되어 제2 부하측 단자(43)와 부하(90)를 결합하기 위한 작업 공간이 제공된다.
도 3의 내부 회로 블록도를 더 참조하기로 한다.
누전차단기 본체(20)에는 전원측 단자(23), 제1 부하측 단자(21), 차단부(25), 제1 전원부(27), 제1 제어부(28), 스위치 소자(29), 누전검출부(30) 등이 구성된다.
전원측 단자(23)에는 전원이 연결되어 전류와 전압을 공급하게 된다. 이때 전원은 교류 전원이 공급될 수 있다. 전원측 단자(23)는 복수 개로 구성된다. 즉, 복수 개의 선(Line) 또는 상(Phase)에 각각 구비된다.
전원측 단자(23)와 제1 부하측 단자(21) 사이에 차단부(25)가 마련된다. 차단부(25)는 과전류, 사고전류 및 누설전류 발생시 트립 코일(26)의 작용에 의해 동작하여 회로(선로)를 차단하게 된다. 차단부(25)는 세부적으로 도시하지는 않았지만, 핸들(35)에 가해지는 사용자의 조작력 또는 트립 코일(26)에 발생하는 전자기력에 의해 동작하는 개폐기구(미도시) 및 단자(21,23)에 연결되어 회로(선로)를 직접적으로 개폐하는 접점부(미도시)를 포함한다.
제1 전원부(27)가 마련된다. 제1 전원부(27)는 전원측 단자(23)로부터 외부 전원을 입력받아 제1 제어부(28) 및 기타 구성부 및 회로에 전원을 공급한다. 이때, 제1 전원부(27)는 교류를 직류로 변환하여 각 소자에 제공할 수 있다.
제1 제어부(28)가 마련된다. 제1 제어부(28)는 누전검출부(30)에서 입력받은 신호를 분석하여 누설 전류가 발생하였는지 여부를 판단한다. 이러한 판단은 미리 설정된 기준 전압 값과의 비교에 의해 이루어질 수 있다. 제1 제어부(28)는 누설 전류라고 판단하는 경우에는 트립 코일(26)을 작동시키기 위해 스위치 소자(29)에 트립 제어 신호를 보낸다.
스위치 소자(29)가 마련된다. 스위치 소자(29)는 SCR(silicon controlled rectifier), FET(field effect transistor) 등의 반도체 제어소자로 구성될 수 있다. 이에 따라, On/Off 기능을 수행한다.
스위치 소자(29)는 제1 제어부(28)의 트립 명령에 따라 트립 코일(26)을 동작시킨다. 이를 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.
제1 제어부(28)에서 스위치 소자(29)에 전송된 트립 제어 신호는 스위치 소자(29)의 게이트 구동신호로서 제공되고 스위치 소자(29)는 트립 제어 신호가 있을 경우 이에 응답하여 턴 온(turn on)된다.
스위치 소자(29)가 온(On) 되면 제1 전원부(27), 트립 코일(26) 및 스위치 소자(29) 간 회로가 폐로되고, 트립 코일(26)에 제1 전원부(27)로부터의 직류 전류가 흘러 트립 코일(26)이 여자(magnetization)된다. 트립 코일(26)이 여자됨에 따라 차단부(25)가 트립 위치로 동작하도록 트리거하게 된다.
누전검출부(30)는 영상 변류기(ZCT)로 구성될 수 있다. 누전검출부(30)는 회로 상에 흐르는 누설전류를 감지(sensing)하여 제1 제어부(28)에 신호를 입력하게 된다. 영상 변류기는 각 선로가 코어의 중심을 통과하게 설치되어 각 선로 중 어느 하나에서라도 누전이 있는 경우 상기 코어에 감긴 2차 코일에 유도 전압이 유기되도록 한 것으로서, 해당 유도 전압 신호는 누전 검출 신호로서 제1 제어부(28)에 전달된다. 이때, 누전검출부(30)와 제1 제어부(28) 사이에는 감도 선택회로가 구비되어 누전 검출 신호를 구분하여 전달할 수 있다.
제1 테스트부(31)는 본체(20)의 누전 검출 기능이 제대로 작동하는지 확인하기 위하여 마련된다. 제1 테스트부(31)는 시험신호 즉, 가상의 누전 검출 신호(모의 누설 전류)를 발생시켜 출력하는 회로부이다. 제1 테스트부(31)는 발진회로라고도 한다.
제1 테스트부(31)는 제1 테스트 버튼(32)과 누전검출부(30) 사이에 접속되어 제1 테스트 버튼(32)이 눌러졌을 때 이에 응답하여 시험신호를 발생시킨다. 누전검출부(30)는 이에 응답하여 제1 제어부(28)에 누설 검출 신호를 보내게 된다. 제1 테스트부(31)의 제1 테스트 버튼(32)은 본체(20)의 외부에 노출되어 사용자가 용이하게 작동시킬 수 있다.
아크 검출 모듈(40)은 접속단자(41), 제2 부하측 단자(43), 제2 전원부(45), 제2 제어부(50), 출력부(55), 아크검출부(60), 제2 테스트부(65), 표시부(70) 등이 구성된다.
접속단자(41)와 제2 부하측 단자(43)는 전술한 바와 같다. 접속단자(41)는 본체(20)의 제1 부하측 단자(21)에 연결되고, 제2 부하측 단자(43)는 부하(90)에 연결된다.
제2 전원부(45)가 마련된다. 제2 전원부(45)는 교류(AC) 전원을 입력받아 아크 검출 모듈(40) 내의 제2 제어부(50) 및 기타 구성부 및 회로에 전원을 공급한다. 이때, 제2 전원부(45)는 교류를 직류로 변환하여 각 소자에 제공할 수 있다.
제2 제어부(50)가 마련된다. 제2 제어부(50)는 아크검출부(60)에서 입력받은 신호를 분석하여 진성 아크 여부를 판단한다. 이러한 판단은 사전에 설정된 기준값 또는 사전에 설정된 파형과 비교하는 방식으로 수행될 수 있다. 제2 제어부(50)는 아크검출부(60)에서 입력받은 신호값이 진성 아크라고 판단하는 경우에는 본체(20)의 트립 코일(26)을 작동시키기 위해 출력부(55)에 트립 제어 신호를 보낸다.
출력부(55)가 마련된다. 출력부(55)는 반도체 제어 소자 또는 스위치 소자로 구성될 수 있다. 출력부(55)는 입력라인과 출력라인을 갖는다. 출력부(55)는 포토커플러(Photocoupler), SCR, FET 등의 소자로 구성될 수 있다. 출력부(55)는 제2 제어부(50)로부터 트립 제어 신호를 받아 본체(20)에 출력한다. 출력부(55)는 제2 제어부(50)의 트립 제어 신호에 따라 본체(20)의 트립 코일(26)을 작동시키기 위한 출력 신호를 발생시키거나 출력 전류를 보내게 된다.
출력부(55)의 출력 신호는 본체(20)의 전원측 단자(23) 또는 스위치 소자(29) 또는 제1 테스트부(31) 등에 연결되어 트립 코일(26)을 작동시킬 수 있다. 먼저, 이 실시예에서는 본체(20)의 전원측 단자(23)에 연결되는 경우에 해당한다.
출력부(55)의 양극(Anode)은 아크 검출 모듈(40) 내부의 어느 하나의 상(예를 들면 접속 단자 중에서 어느 하나의 상)에 연결되고, 음극(Cathode)은 출력선 또는 출력단자(57)를 통해 본체(20)의 전원측 단자(23)의 다른 하나의 상에 연결된다. 제2 제어부(50)의 트립 신호에 따라 출력부(55)가 온(On)되면 제2 전원부(45), 출력부(55), 본체(20)의 전원측 단자(23)는 폐로되어 전류(I1)가 흐르게 된다. 누전차단기 본체(20)의 누전검출부(30)는 이를 누설전류로 검출하게 되므로, 트립 코일(26)이 작동하여 회로는 차단된다.
여기서, 출력부(55)의 음극에는 전류 발생 또는 분압을 위해 출력저항(56)이 구비될 수 있다. 이에 따라, 누설전류량을 설정할 수 있다.
본 실시예에서는 출력부(55)로부터 본체(20)의 회로상에 전류를 흐르게 하여, 본체(20)에서는 누설전류가 흐르는 것으로 판단하여 차단부(25)를 동작시키도록 하는 것이다.
아크검출부(60)는 회로 상에 흐르는 아크 전류를 감지하여 제2 제어부(50)에 신호를 입력하게 된다. 아크검출부(60)는 회로 상의 어느 한 상에 설치되는 변류기(CT)로 구성될 수 있다. 아크검출부(60)는 회로 상에 흐르는 아크전류를 감지(sensing)하여 제2 제어부(50)에 신호를 입력하게 된다. 변류기는 회로 상의 어느 한 선로에 설치되어 아크 전류가 발생하는 경우 코어에 감긴 2차 코일에 유도 전압이 유기되도록 한 것으로서, 해당 유도 전압 신호는 아크 검출 신호로서 제2 제어부(50)에 전달된다. 이때, 아크검출부(60)와 제2 제어부(50) 사이에는 감도 선택회로가 구비되어 아크 검출 신호를 구분하여 전달할 수 있다.
제2 테스트부(65)는 본체(20)의 아크 검출 기능이 제대로 작동하는지 확인하기 위하여 마련된다. 제2 테스트부(65)는 시험신호 즉, 가상의 아크 검출 신호(모의 아크 전류)를 발생시켜 출력하는 회로부이다.
제2 테스트부(65)는 제2 테스트 버튼(66)과 아크검출부(60) 사이에 접속되어 제2 테스트 버튼(66)이 눌러졌을 때 이에 응답하여 시험신호를 발생시킨다. 아크검출부(60)는 이에 응답하여 제2 제어부(50)에 아크 검출 신호를 보내게 된다. 제2 테스트부(65)의 제2 테스트 버튼(66)은 아크 검출 모듈(40)의 외부에 노출되어 사용자가 용이하게 작동시킬 수 있다.
본체(20)의 전원측 단자(23)에 아크 검출 모듈(40)의 출력부(55)가 연결된다. 아크 검출 모듈(40)은 아크 신호가 발생하는 경우 출력부(55)를 통해 본체(20)에 모의 누설 전류를 흐르게 하는 방식으로 동작한다. 이에 따라, 본체(20)는 누설 전류가 발생한 것으로 인식하고 차단부(25)를 작동시키게 된다.
표시부(70)는 아크 검출 모듈(40)의 상태를 나타내게 된다. 표시부(70)는 제2 외함(49)에 노출된다. 표시부(70)는 LCD display, LED display 등으로 구성될 수 있다. 표시부(70)에는 전기에 관한 각종 정보가 표시될 수 있다. 이러한 정보에는 전류, 전압, 역률, 전력량, 전력품질, 아크 발생 여부 등을 포함한다. 이러한 상태는 제2 제어부(50)에 의해 선별적으로 표시될 수 있다.
또한, 이러한 표시 형태에는 알람이나 경보 기능을 포함할 수 있다. 이러한 알람이나 경보 기능에는 소리를 이용하여 표시할 수 있다. 이 경우에는 표시부(70)는 소리 발생 소자나 스피커를 포함할 수 있다.
만일, 본 실시예에서 전원측 단자(23)에 연결된 출력 단자(57)가 제거되는 경우에는 아크 검출 모듈(40)은 단지 아크를 검출하고 이의 발생을 표시하고 알리는 기능만을 수행하게 된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 아크 검출 장치에 의하면, 본체의 부하측 단자에 아크 검출 모듈의 접속 단자를 연결하고, 본체의 전원측 단자 중 어느 한 상에 출력 단자를 연결하므로 결합이 용이하다. 따라서, 본체(20)와 아크 검출 모듈(40) 간의 결합 및 분리가 용이하다.
도 5에는 아크 검출 모듈(40)의 다른 실시예가 도시되어 있다. 이 실시예에서 접속단자홀(42)에는 결합돌기(48)가 각각 하나 이상 형성된다. 이에 따라, 아크 검출 모듈(40)은 본체(20)에 끼움 결합된다. 아크 검출 모듈(40)의 결합돌기(48)가 본체(20)의 제1 부하측 단자홀(22)에 끼움 결합된다. 이에 따라, 본체(20)와 아크검출부(60)의 결합력은 증진된다. 또한, 단자 간의 연결에 의한 결합이 아니므로 단자는 기계적 지지력을 가질 필요가 없어 안정적인 전류 통전이 유지된다.
여기서, 결합돌기(48)는 합성수지 등으로 이루어져 소정의 탄성을 갖도록 하는 것이 바람직하다. 이에 따라, 억지 끼움이 가능하다. 결합돌기(48)에는 걸림부(48a)가 형성되어 본체(20)의 제1 부하측 단자홀(22)에 끼워진 후 임의로 이탈하지 않도록 할 수 있다.
도 6 및 도 7에 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 아크 검출 모듈(140)의 사시도 및 내부 회로 블럭도가 도시되어 있다.
본체(120)와 아크 검출 모듈(140)의 기본적인 구성은 이전 실시예와 같은 경우 그 세부적인 설명을 생략하고 차별되는 부분을 위주로 설명하기로 한다.
누전차단기 본체(120)에는 전원측 단자(23), 제1 부하측 단자(21), 차단부(25), 제1 전원부(27), 제1 제어부(28), 스위치 소자(29), 누전검출부(30) 등이 구성된다.
본체(120)의 외함(39)의 일부에는 테스트 단자홀(125)이 복수 개 형성된다. 테스트 단자홀(125)은 제1 부하측 단자홀(22)의 상부에 형성될 수 있다. 테스트 단자홀(125)에는 테스트 단자(126,127)가 각각 배치된다. 여기서, 테스트 단자(126,127)는 제1 테스트부(31)의 접점(스위치) 양단에 각각 연결되는 단자이다. 테스트 단자(126,127)가 제1 테스트부(31)에 연결되므로 테스트 단자(126,127)에 입력(전류)이 발생하는 경우 본체(20)의 제1 테스트 버튼(32)을 작동시킨 결과를 가져온다.
아크 검출 모듈(140)의 외함(49)에는 단자홀(146)이 복수 개 형성된다. 단자홀(146)은 접속단자홀(42)의 상부에 형성될 수 있다. 단자홀(146)에는 출력 단자(157,158)가 각각 배치된다. 여기서, 아크 검출 모듈(140)의 단자홀(146) 및 출력 단자(157,158)는 각각 본체(120)의 테스트 단자홀(125) 및 테스트 단자(126,127)에 대응하는 것이다. 따라서, 아크 검출 모듈(140)이 본체(120)에 결합되면, 출력 단자(157,158)는 자동적으로 테스트 단자(126,127)에 접속된다.
아크 검출 모듈(140)은 접속단자(41), 제2 부하측 단자(43), 제2 전원부(45), 제2 제어부(50), 출력부(55), 아크검출부(60), 제2 테스트부(65), 표시부(70) 등이 구성된다. 각 구성부품은 이전 실시예와 동일한 경우 개별적인 설명을 생략하기로 한다.
출력부(55)가 마련된다. 출력부(55)의 출력 단자(157,158)는 각각 본체(120)의 테스트 단자(126,127)에 연결된다. 일례로, 출력부(55)의 음극 출력 단자(157)는 본체(120)의 테스트부(31)의 어느 하나의 상의 테스트 단자(126)에 연결되고, 출력부(55)의 양극 출력 단자(158)는 본체(120)의 테스트부(31)의 다른 하나의 상의 테스트 단자(127)에 연결된다. 따라서, 출력부(55)에 출력 신호가 발생하는 경우 본체(120)의 제1 테스트 버튼(32)을 동작시키는 것과 같은 효과를 낸다.
아크 검출 모듈(140)에서 아크를 검출하여 출력부(55)가 출력 신호를 내보내면, 제2 전원부(45), 출력부(55), 제1 테스트부(65)는 폐로되어 전류(I2)가 흐르고, 이에 따라 본체(120)에서는 누설 전류가 흐르는 것으로 판단하여 제1 제어부(28)의 명령에 따라 트립 코일(26)에 전류가 흘러 자화되고 차단부(25)가 동작하여 회로는 차단된다.
도 8 및 도 9에 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 누전 차단기 본체(240)와 아크 검출 모듈(240)의 사시도 및 내부 회로 블록도가 도시되어 있다.
본체(220)와 아크 검출 모듈(240)의 기본적인 구성은 처음 실시예와 같은 경우 그 세부적인 설명을 생략하기로 한다.
누전차단기 본체(220)에는 전원측 단자(23), 제1 부하측 단자(21), 차단부(25), 제1 전원부(27), 제1 제어부(28), 스위치 소자(29), 누전검출부(30) 등이 구성된다.
본체(220)의 외함(39)의 일부에는 스위치 단자홀(225)이 형성된다. 스위치 단자홀(225)은 제1 부하측 단자홀(22)의 상부에 형성될 수 있다. 스위치 단자홀(225)에는 스위치 단자(226,227)가 각각 배치된다. 여기서, 스위치 단자(226,227)는 스위치 소자(29)의 양단에 각각 연결되는 단자이다. 스위치 단자(226,227)가 스위치 소자(29)에 연결되므로 스위치 단자(226,227)에 입력(전류)이 발생하는 경우 본체(20)의 스위치 소자(29)을 작동시킨 결과를 가져온다.
아크 검출 모듈(240)의 외함(49)에는 단자홀(246)이 형성된다. 단자홀(246)은 접속단자홀(42)의 상부에 형성될 수 있다. 단자홀(246)에는 출력 단자(257,258)가 각각 배치된다. 여기서, 아크 검출 모듈(240)의 단자홀(246) 및 출력 단자(257,258)는 각각 본체(220)의 스위치 단자홀(225) 및 스위치 단자(226,227)에 대응하는 것이다. 따라서, 아크 검출 모듈(240)이 본체(220)에 결합되면, 출력 단자(257,258)는 자동적으로 스위치 단자(226,227)에 접속된다.
아크 검출 모듈(240)은 접속단자(41), 제2 부하측 단자(43), 제2 전원부(45), 제2 제어부(50), 출력부(55), 아크검출부(60), 제2 테스트부(65), 표시부(70) 등이 구성된다. 각 세부 구성부품은 이전 실시예와 같은 경우 개별적인 설명을 생략하기로 한다.
출력부(55)가 마련된다. 출력부(55)의 양극(Anode)과 음극은 각각 스위치 소자(29)의 양극과 음극에 각각 연결된다. 즉, 출력부(55)의 음극 출력 단자(257)는 본체(220)의 음극 스위치 단자(226)에 연결되고, 출력부(55)의 양극 출력 단자(258)는 본체(220)의 양극 스위치 단자(227)에 연결된다. 따라서, 출력부(55)에 출력 신호가 발생하는 경우 본체(120)의 스위치 소자(29)를 온(On) 동작시키는 것과 같은 효과를 낸다. 이에 따라, 본체(20)에서는 트립 코일(26)을 동작시킨다.
아크 검출 모듈(240)에서 아크를 검출하여 출력부(55)가 출력 신호를 내보내면, 제2 전원부(45), 출력부(55), 스위치 소자(29)는 폐로되어 전류(I3)가 흐르고, 이에 따라 본체(220)에서는 트립 코일(26)에 전류가 흘러 자화되고 차단부(25)가 동작하여 회로는 차단된다.
이 실시예에서는 이전 실시예들과 같이 모의 누설 전류를 발생시키거나 제1 테스트부를 거치지 않으므로 누설 전류 판단 과정이 생략되고 직접적으로 스위치 소자를 동작시키므로 신속하게 이루어진다.
본 발명의 각 실시예에 따른 누전차단기와 아크 검출 장치에 의하면 누전 차단기에 착탈 가능하고 아크 검출 기능을 갖는 모듈이 독립적으로 구비되므로 누전 차단기에 선택적으로 적용할 수 있다.
이러한 아크 검출 모듈은 기존에 사용되는 누전 차단기에 변경을 가하지 않거나, 단자 연결부를 구성하는 등의 최소한의 변경 작업을 통하여 적용할 수 있다.
또한, 아크 검출 기능만 가지고 있으므로 누전/아크 검출 기능을 통합적으로 갖춘 차단기에 비해 가격이 저렴하다.
또한, 누전 차단기에 장착 후, 사용자의 필요에 따라 아크 검출 기능을 선택적으로 사용할 수 있어 편리하다.
이상에서 설명한 실시예들은 본 발명을 구현하는 실시예들로서, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (11)

  1. 누전차단기 본체; 및
    상기 누전차단기 본체에 착탈 가능하게 결합되어 아크 전류를 검출하는 아크 검출 모듈을 포함하고,
    상기 아크 검출 모듈은,
    상기 누전차단기 본체의 제1 부하측 단자에 연결되고, 선로에 흐르는 아크 전류를 검출하는 아크 검출부;
    상기 아크 검출부로부터 전달된 아크 검출 신호에 따라 아크 전류를 판단하는 제어부;
    상기 제어부의 제어 신호에 따라 신호 또는 전류를 출력하는 출력부;를 포함하는 누전차단기와 아크 검출 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 누전차단기 본체는 선로를 개폐하는 차단부 및 상기 차단부를 동작시키는 트립 코일을 포함하고,
    상기 출력부에서 출력되는 신호 또는 전류에 따라 상기 트립 코일이 동작하는 것을 특징으로 하는 누전차단기와 아크 검출 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 아크 검출 모듈에는, 일측에 상기 제1 부하측 단자에 연결되는 접속 단자가 구비되고, 타측에 상기 접속 단자와 부하를 연결하는 제2 부하측 단자가 구비되는 것을 특징으로 하는 누전차단기와 아크 검출 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 아크 검출 모듈은 상기 제어부와 출력부에 직류 전원을 제공하는 전원부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 누전차단기와 아크 검출 장치.
  5. 제3항에 있어서, 상기 출력부의 어느 하나의 출력 단자가 상기 접속 단자의 어느 하나의 상에 연결되고, 상기 출력부의 다른 하나의 출력 단자가 상기 누전차단기 본체의 전원측 단자의 다른 하나의 상에 연결되는 것을 특징으로 하는 누전차단기와 아크 검출 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 출력부의 다른 하나의 출력 단자에는 출력 저항이 구비되는 것을 특징으로 하는 누전차단기와 아크 검출 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 본체에는 누설 전류 검출 기능 시험을 위하여 모의 누설 전류를 발생시키는 제1 테스트부가 구비되고, 상기 아크 검출 모듈에는 아크 전류 검출 기능 시험을 위하여 모의 아크 전류를 발생시키는 제2 테스트부가 구비되는 것을 특징으로 하는 누전차단기와 아크 검출 장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 아크 검출 모듈에는 상기 제어부에 연결되어 선로에 흐르는 전기의 특성을 표시하는 표시부가 구비되는 것을 특징으로 하는 누전차단기와 아크 검출 장치.
  9. 제1항에 있어서, 상기 누전차단기 본체의 외함에는 상기 제1 부하측 단자가 노출되는 제1 부하측 단자홀이 형성되고, 상기 아크 검출 모듈의 외함에는 상기 제1 부하측 단자홀에 끼움결합되는 결합돌기가 돌출 형성되는 것을 특징으로 하는 누전차단기와 아크 검출 장치.
  10. 제7항에 있어서, 상기 누전차단기 본체의 외함에는 상기 제1 테스트부에 연결되는 테스트 단자가 노출되는 테스트 단자홀이 형성되고, 상기 아크 검출 모듈의 외함에는 상기 출력부의 출력 단자가 노출되어 상기 테스트 단자에 연결되도록 하는 단자홀이 형성되는 것을 특징으로 하는 누전차단기와 아크 검출 장치.
  11. 제2항에 있어서, 상기 누전차단기 본체의 외함에는 상기 트립 코일에 연결되는 회로를 개폐하는 스위치 소자에 연결되는 스위치 단자가 노출되는 스위치 단자홀이 형성되고, 상기 아크 검출 모듈의 외함에는 상기 출력부의 출력 단자가 노출되어 상기 스위치 단자에 연결되도록 하는 단자홀이 형성되는 것을 특징으로 하는 누전차단기와 아크 검출 장치.
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