WO2019190018A1 - 누전 차단기 - Google Patents

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윤재식
유재영
정현영
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Definitions

  • the present invention relates to an earth leakage breaker.
  • Patent Document 1 KR10-1616797 B1
  • an earth leakage circuit breaker capable of reliably detecting the DC current (direct pulsation component) leakage current on the circuit and the circuit breaker in response thereto. could not start.
  • An object of the present invention the leakage circuit breaker, a leakage current detection unit for outputting a leakage current detection signal according to the current leaked from the circuit;
  • a conversion unit for outputting a magnitude of a leakage current of a fundamental wave component, a ratio of a third harmonic component, a ratio of a positive pulsation peak current value and a negative pulsation peak current value based on the leakage current detection signal outputted by the current detection unit; And comparing the leakage current magnitude of the fundamental wave component outputted by the conversion unit, the ratio of the third harmonic component, and the ratio of the positive pulsation peak current value and the negative pulsation peak current value with corresponding reference values preset.
  • the circuit breaker according to the present invention includes a control unit for determining whether the leakage current of the component or the leakage current of the pulsating component of the DC pulsation component, and outputs a trip control signal when the leakage current of the DC pulsating component or AC component is determined.
  • the conversion unit comprises: an analog-to-digital conversion unit for sampling the leakage current detection signal which is an analog signal and converts it into a digital signal in the time domain; A discrete Fourier transform unit for discrete Fourier transforming the converted digital signal in the time domain and outputting the digital signal in the frequency domain; Based on the discrete Fourier transformed digital signal, the magnitude of the leakage current of the fundamental wave component and the magnitude of the third harmonic component are determined, and the ratio of the magnitude of the third harmonic component to the magnitude of the leakage current of the fundamental wave component is determined.
  • a flow component conversion unit for calculating a third harmonic component ratio being; And a direct current pulsation component conversion unit for calculating a ratio of the positive pulsation peak current value and the negative pulsation peak current value based on the discrete Fourier transformed digital data.
  • the corresponding reference values include: a first reference current value set according to sensitivity to leakage current; And a second reference current value that is set to distinguish the leakage current that requires a circuit break and that exceeds the first reference current value.
  • the control unit counts the number of occurrences when the leakage current magnitude of the fundamental wave component is not smaller than the second reference current value, and the counted number of occurrences reaches a predetermined threshold value.
  • it is configured to output the trip control signal by determining that the AC component leakage current is generated.
  • the control unit compares the third harmonic component ratio with a preset reference third harmonic component ratio so that the third harmonic component ratio is smaller than the reference third harmonic component ratio. If so, the number of occurrences is counted, and when the counted number of occurrences reaches a predetermined threshold value, it is determined to generate an AC component leakage current and outputs a trip control signal.
  • the control unit counts the number of occurrences if the ratio of the positive pulsation peak current value and the negative pulsation peak current value is not smaller than a preset reference ratio, and the counted occurrence number is preset. When the determined threshold value is reached, it is determined to generate a DC component leakage current and output a trip control signal.
  • control unit is configured to initialize the counted number of occurrences when the ratio of the positive pulsation peak current value and the negative pulsation peak current value is smaller than the preset reference ratio.
  • the earth leakage breaker includes a leakage current detection unit for outputting a leakage current detection signal according to a current leaked from a circuit; A conversion unit for outputting a magnitude of a leakage current of a fundamental wave component, a ratio of a third harmonic component, a ratio of a positive pulsation peak current value and a negative pulsation peak current value based on the leakage current detection signal outputted by the current detection unit; And comparing the leakage current magnitude of the fundamental wave component, the third harmonic component ratio, and the ratio of the positive pulsation peak current value and the negative pulsation peak current value outputted by the conversion unit with corresponding reference values preset.
  • the control unit is configured to determine whether a leakage current is generated or a leakage current of a DC component, and outputs a trip control signal when determining leakage current of a DC or AC component. It is possible to reliably detect and cut off the circuit by distinguishing it from (three-phase balanced current or normal current) and to provide the effect of distinguishing the occurrence of DC component leakage current on the circuit from the balanced current reliably and breaking the circuit. Can be.
  • the conversion unit comprises: an analog-to-digital conversion unit for sampling the leakage current detection signal which is an analog signal and converting the digital signal in the time domain; A discrete Fourier transform unit for discrete Fourier transforming the converted digital signal and outputting the digital signal as a digital signal in a frequency domain; Based on the discrete Fourier transformed digital signal, the leakage current magnitude and the third harmonic component leakage current magnitude of the fundamental wave component are determined, and the magnitude ratio of the third harmonic component leakage current to the leakage current magnitude of the fundamental wave component is determined.
  • An AC component conversion unit for calculating the third harmonic component ratio for calculating the third harmonic component ratio; And a direct current component converting unit that calculates a ratio of the positive pulsation peak current value and the negative pulsation peak current value based on the discrete Fourier transformed digital data, so that an AC component leakage current or a ground fault current on the circuit must not be blocked.
  • the leakage current magnitude of the fundamental wave component and the ratio of the third harmonic component can be calculated and provided to the control unit so as to be distinguished from the balanced current (three-phase balanced current or steady current), and the DC component leakage current on the circuit is balanced.
  • the ratio of the positive pulsation peak current value and the negative pulsation peak current value can be calculated and provided to the control unit so as to be distinguished from the current.
  • the corresponding reference values are set to distinguish the first reference current value which is set according to the sensitivity to the leakage current and the leakage current which requires the circuit breaking, and exceeds the first reference current value. Since it includes a second reference current value, the reference current value for the determination of the leakage current is divided into a primary reference value (first reference current value), which is a preliminary boundary level, and a second reference current value, which is a reference for the circuit breaking decision. The effect is to perform the step-by-step action of warning and interruption for each level of current.
  • the control unit counts the number of occurrences when the leakage current magnitude of the fundamental wave component is not smaller than the second reference current value, and when the counted occurrence number reaches a predetermined threshold value, It is configured to output the trip control signal by determining the occurrence of AC component leakage current, so that the excess condition will continue even when the leakage current magnitude (leakage current magnitude of fundamental wave component) of the power system exceeds the circuit break level. Only by finally shutting off the circuit, there is an effect that can prevent the occurrence of malfunction due to the temporary leakage current.
  • the control unit compares the ratio of the third harmonic component with a preset reference third harmonic component ratio, so that the ratio of the third harmonic component is smaller than the reference third harmonic component ratio. If the number of occurrences is counted, and the counted number of occurrences reaches a predetermined threshold value, it is determined to generate an AC component leakage current and outputs a trip control signal. Therefore, a balanced current (three-phase balanced current or It is possible to cut off the circuit by accurately distinguishing the AC component leakage current or ground current from the circuit to be cut off from the circuit, and malfunction occurs due to the temporary leakage current by finally shutting down the circuit only when the leakage current occurs. There is also an effect that can be prevented.
  • the control unit if the ratio of the positive pulsation peak current value and the negative pulsation peak current value is not less than a predetermined reference ratio, counts the number of occurrences, the counted number of occurrences is a predetermined threshold When the value is reached, it is configured to output a trip control signal by determining that DC component leakage current is generated. Therefore, the balanced current (3-phase balanced current or normal current) that should not be cut off and the DC component leakage current on the circuit to be cut off The circuit breaker can be distinguished precisely, and the circuit is finally cut off only when the DC leakage current occurs continuously, thereby preventing the occurrence of malfunction due to the temporary DC leakage current.
  • the control unit is configured to initialize the counted number of occurrences when the ratio of the positive pulsation peak current value and the negative pulsation peak current value is smaller than the reference ratio, thereby providing a temporary DC leakage current. As soon as the circuit is normalized from the generated state, it is possible to prevent the malfunction of the ground fault breaker in the normal state by initializing the number of occurrence count.
  • FIG. 1 is a block diagram showing an electrical configuration of an earth leakage breaker according to an exemplary embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a block diagram illustrating a detailed configuration of a conversion unit in an earth leakage breaker according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a flowchart illustrating a control operation method of an earth leakage breaker according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a block diagram illustrating an electrical configuration of an earth leakage breaker according to an exemplary embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a flowchart illustrating a control operation of the earth leakage breaker according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • an earth leakage breaker may include a leakage current detector 140, a converter 263, and a controller 160.
  • the earth leakage breaker according to the present invention may further include a power processing unit 110, a power supply unit 120, a trip coil unit 130, and a current processing unit 150.
  • the power processor 110 may process AC power supplied on a circuit.
  • the power processor 110 may be configured as a rectifier circuit to convert the AC of the AC power source into DC.
  • the power processor 110 may transmit DC power to the power supply 120.
  • the power supply unit 120 may supply DC power required for the operation of the electrical component of the earth leakage breaker according to the present invention.
  • the power supply unit 120 is configured of a DC-DC converter circuit to convert the DC power provided from the power processing unit 110 into a DC power required for the operation of the electrical component of the earth leakage breaker, for example, DC 5 volts (V).
  • the trip coil unit 130 and the control unit 160 may be provided.
  • the trip coil unit 130 may include a semiconductor switch (for example, a thyristor or an SCR) 231 and a trip coil 233.
  • a semiconductor switch for example, a thyristor or an SCR
  • the semiconductor switch 231 may be turned on or turned off in response to the control (trip control signal) of the controller 160. That is, when the trip control signal is supplied from the control unit 160 to the gate, the semiconductor switch S231 is turned on. If the trip control signal is not supplied from the control unit 160 to the gate, the semiconductor switch S231 is supplied. ) May be turned off.
  • the DC power from the power supply unit 120 trips the coil 233 as the power supply unit 120, the semiconductor switch 231, and the trip coil 233 form a closed circuit. ), The trip coil 233 is magnetized.
  • the switch mechanism When the trip coil 233 is excited, the switch mechanism is tripped by triggering the armature of the earth leakage breaker to trip the switching mechanism of the earth leakage breaker, as is well known.
  • the circuit may be interrupted as the movable contact not shown is separated from the corresponding fixed contact.
  • the leakage current detector 140 outputs a leakage current detection signal according to the current leaked from the circuit.
  • the leakage current detection unit 140 as shown in Figure 1, the ring-shaped core (core) is installed so as to pass through the circuit, and wound around the core to output the leakage current detection signal secondary It may be configured with a well known zero current transformer (ZCT) 240 including a winding.
  • ZCT zero current transformer
  • the current processor 150 is installed between the leak current detector 140 and the controller 160 to process the leak current detection signal detected by the leak current detector 140 in an analog signal state. Processing here involves converting to an analog voltage signal and removing high frequency noise.
  • the current processor 150 may include a shunt resistor 251 for converting the leakage current detection signal into an analog voltage signal, and a low pass for removing high frequency noise that may be mixed in the leakage current detection signal.
  • the filter unit 253 may be included.
  • the control unit 160 may include an analog-to-digital converter, a discrete Fourier transform unit, a central processing unit that performs calculation and processing on an input signal, a memory for storing a program that stores arithmetic and processing programs, and preset criteria. It may be configured as a micro controller unit, a micro processor, a micro computer, or the like including a memory for storing a value or an operation value.
  • the control unit 160 corresponds to a preset correspondence between the leakage current magnitude of the fundamental wave component output from the conversion unit 263, the ratio of the third harmonic component, and the ratio of the positive electrode pulsation peak current value and the negative electrode pulsation peak current value. Compared with the reference values, it is determined whether leakage current of the AC component or leakage current of the DC component is generated, and outputs a trip control signal when determining leakage current of the DC or AC component.
  • the controller 160 may determine whether the current is an abnormal current based on the leakage current detection signal detected by the leakage current detector 140.
  • the abnormal current is an unbalanced current (3) induced as the leakage detection signal to the secondary winding of the image current transformer of the leakage current detector 140 when a leakage (ground leakage) or ground fault occurs in the circuit.
  • the sum of phase currents represents a non-zero unbalanced current) and can be distinguished from the equilibrium current (balanced current where the sum of three phase currents is zero).
  • the controller 160 may determine whether an abnormal current occurs on the circuit based on the leak detection signal detected by the leakage current detector 140 at a predetermined time interval.
  • the time interval may be 10 milliseconds (ms).
  • control unit 160 based on the magnitude of the fundamental wave component of the current (of the leakage current detection signal) (for example, 60 Hz AC waveform component of the normal power system), whether or not the leakage current on the circuit (short circuit occurs) Can be determined.
  • the fundamental wave component of the current for example, 60 Hz AC waveform component of the normal power system
  • control unit 160 may include a setting unit 261, the conversion unit 263, a determination unit 265, and a command unit 267, as shown in FIG. 1.
  • the setting unit 261 is a means for storing setting data input through setting means (not shown).
  • the setting means may include a plurality of setting switches or setting knobs (not shown), an earth leakage breaker, and a key pad or an earth leakage breaker that may be connected through a connection means such as an input / output port.
  • At least one of the communication unit for inputting the setting data received via a wired or wireless communication network.
  • the setting unit 261 may input and store setting values of at least one comparison parameter.
  • the comparison parameter is a reference value for determining whether the leakage current magnitude of the fundamental wave component is normal (first reference current value and second reference current value described later), and for determining whether the ratio of the third harmonic component is normal.
  • the trip by comparison with the reference polarity peak ratio and the cumulative coefficient value of the number of occurrence of an abnormal state as a reference ratio for determining whether the ratio between the critical component ratio, the positive pulsation peak current value and the negative pulsation peak current value as a reference ratio is normal It may include a threshold number of occurrences for determining whether to emit the control signal.
  • the reference value of the leakage current magnitude of the fundamental wave component includes a first reference current value that is set according to sensitivity to the leakage current and a second reference current value that is set to distinguish the abnormal current and exceeds the first reference current value. can do.
  • the first reference current value indicates a reference value for distinguishing the sensitivity of the determination of whether leakage current is generated according to the magnitude of the leakage current in the earth leakage breaker, and may be set to, for example, any one of 0 to 10 amperes (A). have.
  • the first reference current value is set to any value from 0 to 100 milliamps (mA)
  • the first reference current value is 100 milliamps (mA)
  • the first reference current value may be set to any of 2 amps (A) to 10 amps (A).
  • the second reference current value may represent a reference value for distinguishing the leakage current generation state on the circuit and the balanced current state on the circuit (normal state) with respect to the leakage current detection signal.
  • the second reference current value may be set to 2.5 amps (A).
  • the critical component ratio of the third harmonic component may be set to 50 percent (%) according to a preferred embodiment.
  • the component ratio of the third harmonic component may mean a ratio (%) of the magnitude of the third harmonic component to the magnitude (amplitude; unit Volt) of the fundamental wave component in the frequency domain. Therefore, when the ratio of the third harmonic component calculated based on the digital conversion and the discrete Fourier transformed data of the leakage current detection signal provided by the conversion unit 263 is less than 50 (%), the control unit 160 It can be determined that leakage current has occurred in the circuit.
  • the reference polarity peak ratio of the positive pulsation peak current value and the negative pulsation peak current value may be set to 150 (%) according to a preferred embodiment.
  • the polar peak ratio is the ratio (unit%) of the negative pulsation peak current value to the positive pulsation peak current value, and the ratio (unit%) of the negative pulsation peak current value to the positive pulsation peak current value in the equilibrium current state is almost 100%. Will come close to
  • the control unit 160 It can be determined that leakage current occurs in the circuit.
  • the converter 263 includes an analog-to-digital converter (ADC) 263a, a discrete Fourier transformer (DFT) 263b, an AC component converter 263c, and a DC component converter. It may include a portion 263d.
  • ADC analog-to-digital converter
  • DFT discrete Fourier transformer
  • AC component converter 263c AC component converter
  • DC component converter DC component converter
  • the analog-to-digital converter 263a detects the leakage current detection signal from which the leakage current detection unit 140 detects and converts the leakage current detection signal from the analog signal into an analog voltage signal and removes high frequency noise through the current processing unit 150. Can be converted to
  • the discrete Fourier transform unit 263b converts the digital signal in the time domain transformed by the analog-digital converter 263a into a digital signal in the frequency domain through Fourier transform.
  • the AC component converting unit 263c determines the magnitude of the leakage current of the fundamental wave component (the magnitude of the fundamental wave component) and the magnitude of the third harmonic component based on the discrete Fourier transformed digital signal.
  • the ratio of the third harmonic component which is the ratio of the magnitude of the third harmonic component to the leakage current magnitude (the magnitude of the fundamental wave component) of the fundamental wave component, may be calculated.
  • the DC component converter 263d may calculate a ratio of the positive pulsation peak current value and the negative pulsation peak current value based on the discrete Fourier transformed digital signal.
  • the conversion unit 263 is based on the digital signal in the frequency domain transformed by the discrete Fourier transform unit, the control unit 160, the magnitude of the fundamental wave component, the ratio of the third harmonic component and the bipolar pulsation peak It is possible to calculate the ratio of the current value and the negative electrode pulsating peak current value.
  • the determination unit 265 determines whether a leakage current (or a ground fault current) has occurred in the circuit based on the magnitude of the fundamental wave component, the ratio of the third harmonic component, and the ratio of the positive pulsation peak current value and the negative pulsation peak current value. You can decide whether or not. To this end, the determination unit 265 may compare the magnitude of the fundamental wave component, the ratio of the third harmonic component, and the ratio of the positive pulsation peak current value and the negative pulsation peak current value with a corresponding reference parameter.
  • the reference parameters are the first reference current value, the second reference current value, the critical component ratio of the third harmonic component, and the reference polarity peak ratio of the anode pulsation peak current value and the cathode pulsation peak current value.
  • the determination unit 265 may increase the count value of the number of occurrences. For example, the determination unit 265 may increase the number of occurrences from 0 to 1 if it is the first occurrence or from 3 to 4 if it has been generated three times before.
  • the determination unit 265 may initialize the count value of the number of occurrences to zero.
  • the command unit 267 may output a trip control signal to the trip coil unit 130 based on the determination result of the determination unit 265. That is, when the determination unit 265 determines that the count value of the number of occurrences is not smaller than the predetermined threshold generation current, the command unit 267 may output the trip control signal to the trip coil unit 130. have.
  • FIG. 3 is a flowchart illustrating a method of operating an earth leakage breaker according to an exemplary embodiment.
  • step S1 the leakage current detecting unit 140 of the leakage circuit breaker of the present invention induces an unbalanced current as a result of an unbalanced current when a short circuit occurs on the circuit, and induces it through the secondary winding of the image current transformer. Output as a leakage current detection signal.
  • step S1 in the earth leakage circuit breaker of the present invention, the current processing unit 150 converts the leakage current detection signal detected by the leakage current detection unit 140 into an analog voltage signal by the shunt resistor 251, and the low range.
  • the high pass noise may be mixed into the leakage current detection signal through the pass filter 253 and then provided to the control unit 160.
  • step S2 the conversion unit 263 of the control unit 160 converts the leakage current detection signal provided by the current processing unit 150 as an analog voltage signal into a digital signal through an analog-digital conversion unit, and then converts the converted signal.
  • the digital signal in the time domain is converted into a digital signal in the frequency domain through a discrete Fourier transform unit.
  • step S3 the conversion unit 263 of the control unit 160, based on the digital signal converted into the frequency domain, the amplitude of the fundamental wave component (unit Volt), the ratio of the third harmonic component, and the anode pulsation. The ratio of the peak current value to the negative pulsation peak current value is calculated.
  • the determination unit 265 of the control unit 160 compares the magnitude of the fundamental wave component provided by the conversion unit 263 with the first reference current value read from the setting unit 261.
  • step S4 the determination unit 265 of the control unit 160 proceeds to step S5 if the magnitude of the fundamental wave component provided by the conversion unit 263 is not smaller than the first reference current value read from the setting unit 261.
  • step S4 when the magnitude of the fundamental wave component is smaller than the first reference current value, the determination unit 265 of the control unit 160 returns the control operation to step S3.
  • the determination unit 265 of the control unit 160 compares the magnitude of the fundamental wave component provided by the conversion unit 263 with the second reference current value read from the setting unit 261.
  • step S5 the determination unit 265 of the control unit 160 proceeds to step S8 if the magnitude of the fundamental wave component provided by the conversion unit 263 is not smaller than the second reference current value read from the setting unit 261. In step S5, if the magnitude of the fundamental wave component is smaller than the second reference current value, the flow proceeds to step S6.
  • the determination unit 265 of the control unit 160 determines the ratio of the magnitude of the third harmonic component to the leakage current magnitude (the magnitude of the fundamental wave component) of the fundamental wave component provided by the conversion unit 263.
  • the ratio (ratio) of the third harmonic component is compared with the critical component ratio (expected 50% of execution) of the third harmonic component read from the setting unit 261.
  • step S6 the determination unit 265 of the control unit 160 determines the critical component ratio (third expected 50%) of the third harmonic component read from the setting unit 261 by the ratio of the third harmonic component provided by the conversion unit 263. If less than), the process proceeds to step S8, and if the ratio of the third harmonic component in step S6 is not smaller than the critical component ratio (expected 50% of execution) of the third harmonic component, the process proceeds to step S7.
  • step S7 the determination unit 265 of the control unit 160 determines the ratio of the positive pulsation peak current value and the negative pulsation peak current value provided by the conversion unit 263 from the setting unit 261. Compare with the polar peak ratio.
  • Step S7 may be executed by dividing into steps S7-1 and S7-2 as detailed operation steps.
  • step S7-1 the determination unit 265 of the control unit 160 sets a ratio between the positive electrode pulsation peak current value and the negative electrode pulsation peak current value provided by the DC component converter 263d among the converters 263. Compare with the reference polarity peak ratio read from (261).
  • step S7-1 when the ratio of the positive pulsation peak current value and the negative pulsation peak current value is smaller than the reference polarity peak ratio, the determination unit 265 of the control unit 160 proceeds to the control operation step S8-1. If the ratio of the positive pulsation peak current value and the negative pulsation peak current value is not less than the reference polarity peak ratio in step S7-1, the determination unit 265 of the control unit 160 performs the control operation step S7-2. Proceeds to determine the occurrence of DC component leakage current.
  • the magnitude of the fundamental wave component provided by the converting unit 263 in step S5 is not smaller than the second reference current value read from the setting unit 261 or the third provided by the converting unit 263 in step S6. If the ratio of harmonic components is smaller than the critical component ratio (expected 50% of execution) of the third harmonic component read from the setting unit 261, the flow proceeds to step S8 and the determination unit 265 of the control unit 160 determines the AC component leakage current. Is determined, and the flow proceeds to step S9.
  • step S9 the determination unit 265 of the control unit 160 increases the count value of the number of occurrences by "1".
  • the determination unit 265 of the control unit 160 in the step S8-1 is in a state in which the three-phase current on the circuit is normal (three-phase equilibrium). Counts the number of occurrences and resets it to zero.
  • the determination unit 265 of the control unit 160 determines whether the count value of the occurrence number reaches a reference number of times for which a preset cutoff (trip) is required.
  • the occurrence number 1 indicates that leakage current or ground fault current has been generated in the circuit for 10 milliseconds (ms)
  • the occurrence number 2 indicates that leakage current or ground fault current has been generated for 20 milliseconds (ms).
  • the occurrence number 10 may indicate that leakage current or ground current is generated for 100 milliseconds (ms).
  • the reference number of times for which blocking is required may be set to ten.
  • step S10 the determination unit 265 of the control unit 160, if the count value of the occurrence number reaches the reference number of times required for the preset cutoff (trip), that is, if the two values are the same, the command unit 267 of the number of occurrences Notify a state where the count value reaches a preset reference number of times.
  • the command unit 267 of the control unit 160 finally outputs a trip control signal in step S11.
  • the trip control signal turns on the semiconductor switch 231 so that the DC power is supplied from the power supply 120 to the trip coil 233 to magnetize the trip coil 233.
  • the earth leakage circuit breaker trips (automatic circuit breaker) as the armature of the trip coil 233 is triggered to trip the switching mechanism while the armature, which is not shown, is moved. This generated circuit is cut off.
  • the earth leakage breaker includes a leakage current detection unit for outputting a leakage current detection signal according to the current leaked from the circuit; A conversion unit for outputting a magnitude of a leakage current of a fundamental wave component, a ratio of a third harmonic component, a ratio of a positive pulsation peak current value and a negative pulsation peak current value based on the leakage current detection signal outputted by the current detection unit; And comparing the leakage current magnitude of the fundamental wave component, the third harmonic component ratio, and the ratio of the positive pulsation peak current value and the negative pulsation peak current value outputted by the conversion unit with corresponding reference values preset.
  • the control unit is configured to determine whether a leakage current is generated or a leakage current of a DC component, and outputs a trip control signal when determining leakage current of a DC or AC component. It is possible to reliably detect and cut off the circuit by distinguishing it from (three-phase balanced current or normal current) and to provide the effect of distinguishing the occurrence of DC component leakage current on the circuit from the balanced current reliably and breaking the circuit. Can be.

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Abstract

본 발명은 회로 상의 교류 성분의 누설 전류뿐 아니라 직류 맥동 성분의 누설 전류에 대해 신뢰성 있는 검출과 그에 응답한 회로차단이 가능한 누전 차단기를 제공하려는 것으로서, 본 발명에 따른 누전 차단기는, 회로로부터 누설된 전류에 따른 누설 전류 검출 신호를 출력하는 누설 전류 검출 부; 상기 전류 검출 부가 출력한 누설 전류 검출 신호에 기초하여, 기본 파 성분의 누설 전류 크기와, 제3 고조파 성분의 비율과, 양극 맥동 피크 전류 값과 음극 맥동 피크 전류 값의 비율을 출력하는 변환 부; 및 상기 변환 부가 출력하는 상기 기본 파 성분의 누설 전류 크기와, 상기 제3 고조파 성분의 비율과, 상기 양극 맥동 피크 전류 값과 음극 맥동 피크 전류 값의 비율을 미리 설정된 대응 기준 값들과 비교하여, 교류 성분의 누설전류 발생 여부 또는 직류 성분의 누설전류의 발생 여부를 결정하고, 직류 또는 교류 성분의 누설전류 발생 결정 시 트립 제어 신호를 출력하는 제어 부;를 포함한다.

Description

누전 차단기
본 발명은 누전 차단기에 관한 것이다.
(특허문헌 1) KR10-1616797 B1
종래기술은 회로 상의 교류 성분의 누설 전류에 대한 검출과 그에 응답한 회로차단은 가능하였지만, 회로 상의 직류 성분(직류 맥동 성분) 누설 전류에 대한 검출과 그에 응답한 회로차단이 신뢰성 있게 가능한 누전 차단기를 개시하지 못하였다.
본 발명의 목적은 회로 상의 교류 성분의 누설 전류뿐 아니라 직류 맥동 성분의 누설 전류에 대해 신뢰성 있는 검출과 그에 응답한 회로차단이 가능한 누전 차단기를 제공하는 것이다.
상기 본 발명의 목적은, 누전 차단기에 있어서, 회로로부터 누설된 전류에 따른 누설 전류 검출 신호를 출력하는 누설 전류 검출 부; 상기 전류 검출 부가 출력한 누설 전류 검출 신호에 기초하여, 기본 파 성분의 누설 전류 크기와, 제3 고조파 성분의 비율과, 양극 맥동 피크 전류 값과 음극 맥동 피크 전류 값의 비율을 출력하는 변환 부; 및 상기 변환 부가 출력하는 상기 기본 파 성분의 누설 전류 크기와, 상기 제3 고조파 성분의 비율과, 상기 양극 맥동 피크 전류 값과 음극 맥동 피크 전류 값의 비율을 미리 설정된 대응 기준 값들과 비교하여, 교류 성분의 누설전류 발생 여부 또는 직류 맥동 성분의 누설전류의 발생 여부를 결정하고, 직류 맥동 성분 또는 교류 성분의 누설전류 발생 결정 시 트립 제어 신호를 출력하는 제어 부;를 포함하는 본 발명에 따른 누전 차단기를 제공함으로써 달성될 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 양상에 따라서, 상기 변환 부는, 아날로그 신호인 상기 누설 전류 검출 신호를 샘플링하여 시간 영역의 디지털 신호로 변환하는 아날로그-디지털 변환 부; 상기 변환된 시간 영역의 디지털 신호를 이산 푸리에 변환(Discrete Fourier Transform)하여 주파수 영역의 디지털 신호로서 출력하는 이산 푸리에 변환 부; 상기 이산 푸리에 변환된 디지털 신호를 근거로, 상기 기본 파 성분의 누설 전류 크기와 상기 제3 고조파 성분의 크기를 결정하고, 상기 기본 파 성분의 누설 전류 크기에 대한 상기 제3 고조파 성분의 크기의 비율인 제3 고조파 성분 비율을 산출하는 교류 성분 변환 부; 및 이산 푸리에 변환된 디지털 데이터를 근거로, 상기 양극 맥동 피크 전류 값과 음극 맥동 피크 전류 값의 비율을 산출하는 직류 맥동 성분 변환 부;를 포함한다.
본 발명의 바람직한 다른 일 양상에 따라서, 상기 대응 기준 값들은, 누설 전류에 대한 감도에 따라 설정되는 제 1 기준 전류 값; 및 회로 차단이 필요한 상기 누설 전류를 구별하도록 설정되고 상기 제 1 기준 전류 값을 초과하는 제 2 기준 전류 값을 포함한다.
본 발명의 바람직한 또 다른 일 양상에 따라서, 상기 제어 부는, 상기 기본 파 성분의 누설 전류 크기가 상기 제 2 기준 전류 값보다 작지 않으면 발생 횟수를 계수하고, 계수된 발생 횟수가 미리 결정된 임계 값에 도달하면, 교류 성분 누설 전류 발생으로 결정하여 트립 제어 신호를 출력하게 구성된다.
본 발명의 바람직한 또 다른 일 양상에 따라서, 상기 제어 부는, 상기 제3 고조파 성분 비율을 미리 설정된 기준 제3 고조파 성분 비율과 비교하여, 상기 제3 고조파 성분 비율이 상기 기준 제3 고조파 성분 비율보다 작으면 발생 횟수를 계수하고, 계수된 발생 횟수가 미리 결정된 임계 값에 도달하면, 교류 성분 누설 전류 발생으로 결정하여 트립 제어 신호를 출력하게 구성된다.
본 발명의 바람직한 또 다른 일 양상에 따라서, 상기 제어 부는, 상기 양극 맥동 피크 전류 값과 음극 맥동 피크 전류 값의 비율이 미리 설정된 기준 비율보다 작지 않으면, 발생 횟수를 계수하고, 계수된 발생 횟수가 미리 결정된 임계 값에 도달하면, 직류 성분 누설 전류 발생으로 결정하여 트립 제어 신호를 출력하게 구성된다.
본 발명의 바람직한 또 다른 일 양상에 따라서, 상기 제어 부는, 상기 양극 맥동 피크 전류 값과 음극 맥동 피크 전류 값의 비율이 미리 설정된 상기 기준 비율보다 작으면, 계수된 발생 횟수를 초기화하도록 구성된다.
본 발명에 따른 누전 차단기는, 회로로부터 누설된 전류에 따른 누설 전류 검출 신호를 출력하는 누설 전류 검출 부; 상기 전류 검출 부가 출력한 누설 전류 검출 신호에 기초하여, 기본 파 성분의 누설 전류 크기와, 제3 고조파 성분의 비율과, 양극 맥동 피크 전류 값과 음극 맥동 피크 전류 값의 비율을 출력하는 변환 부; 및 상기 변환 부가 출력하는 상기 기본 파 성분의 누설 전류 크기와, 상기 제3 고조파 성분 비율과, 상기 양극 맥동 피크 전류 값과 음극 맥동 피크 전류 값의 비율을 미리 설정된 대응 기준 값들과 비교하여, 교류 성분의 누설전류 발생 여부 또는 직류 성분의 누설전류의 발생 여부를 결정하고, 직류 또는 교류 성분의 누설전류 발생 결정 시 트립 제어 신호를 출력하는 제어 부를 포함하므로, 회로 상의 교류 성분 누설 전류의 발생을 평형 전류(3상 평형 전류 또는 정상 전류)와 구별하여 신뢰성 있게 검출하고 회로를 차단할 수 있을 뿐 아니라 회로 상의 직류 성분 누설 전류의 발생도 평형 전류와 구별하여 신뢰성 있게 검출하고 회로를 차단할 수 있는 효과를 제공할 수 있다.
본 발명에 따른 누전 차단기에 있어서, 상기 변환 부는, 아날로그 신호인 상기 누설 전류 검출 신호를 샘플링하여 시간영역의 디지털 신호로 변환하는 아날로그-디지털 변환 부; 상기 변환된 디지털 신호를 이산 푸리에 변환(Discrete Fourier Transform)하여 주파수 영역의 디지털 신호로서 출력하는 이산 푸리에 변환 부; 상기 이산 푸리에 변환된 디지털 신호를 근거로, 상기 기본 파 성분의 누설 전류 크기와 제3 고조파 성분 누설 전류 크기를 결정하고, 상기 기본 파 성분의 누설 전류 크기에 대한 제3 고조파 성분 누설 전류의 크기 비인 상기 제3 고조파 성분 비율을 산출하는 교류 성분 변환 부; 및 이산 푸리에 변환된 디지털 데이터를 근거로, 상기 양극 맥동 피크 전류 값과 음극 맥동 피크 전류 값의 비율을 산출하는 직류 성분 변환 부를 포함하므로, 회로 상의 교류 성분 누설 전류 또는 지락 전류를 회로 차단하지 않아야 하는 평형 전류(3상 평형 전류 또는 정상 전류)와 구별할 수 있도록 기본 파 성분의 누설 전류 크기 및 제3 고조파 성분의 비율을 산출하여 상기 제어 부에 제공할 수 있고, 회로 상의 직류 성분 누설 전류를 평형 전류와 구별할 수 있도록 양극 맥동 피크 전류 값과 음극 맥동 피크 전류 값의 비율을 산출하여 상기 제어 부에 제공할 수 있는 효과가 있다.
본 발명에 따른 누전 차단기에 있어서, 상기 대응 기준 값들은, 누설 전류에 대한 감도에 따라 설정되는 제 1 기준 전류 값 및 회로 차단이 필요한 상기 누설 전류를 구별하도록 설정되고 상기 제 1 기준 전류 값을 초과하는 제 2 기준 전류 값을 포함하므로, 누설 전류의 판정을 위한 기준 전류 값을 예비 경계수준인 1차적 기준 값(제 1 기준 전류 값)과 회로 차단 결정의 기준인 제 2 기준 전류 값으로 나누어 누설 전류에 대해 수준별로 경고와 차단의 단계적 동작을 수행할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
본 발명에 따른 누전 차단기에 있어서, 상기 제어 부는, 상기 기본 파 성분의 누설 전류 크기가 상기 제 2 기준 전류 값보다 작지 않으면 발생 횟수를 계수하고, 계수된 발생 횟수가 미리 결정된 임계 값에 도달하면, 교류 성분 누설 전류 발생으로 결정하여 트립 제어 신호를 출력하게 구성되므로, 전력 계통의 정상전류가 누설된 누설 전류 크기(기본 파 성분의 누설 전류 크기)가 회로 차단 수준을 초과했을 때에도 해당 초과상태가 지속될 때만 최종적으로 회로를 차단함으로써, 일시적 누설 전류에 따른 오 동작 발생을 방지할 수 있는 효과가 있다.
본 발명에 따른 누전 차단기에 있어서, 상기 제어 부는, 상기 제3 고조파 성분의 비율을 미리 설정된 기준 제3 고조파 성분 비율과 비교하여, 상기 제3 고조파 성분의 비율이 상기 기준 제3 고조파 성분 비율보다 작으면 발생 횟수를 계수하고, 계수된 발생 횟수가 미리 결정된 임계 값에 도달하면, 교류 성분 누설 전류 발생으로 결정하여 트립 제어 신호를 출력하게 구성되므로, 회로 차단하지 않아야 하는 평형 전류(3상 평형 전류 또는 정상 전류)와 회로 차단해야 할 회로 상의 교류 성분 누설 전류 또는 지락 전류를 정확히 구별하여 회로 차단이 가능하며, 누설 전류가 발생했을 때도 지속적일 때만 최종적으로 회로를 차단함으로써 일시적 누설 전류에 따른 오 동작 발생도 방지할 수 있는 효과가 있다.
본 발명에 따른 누전 차단기에 있어서, 상기 제어 부는, 상기 양극 맥동 피크 전류 값과 음극 맥동 피크 전류 값의 비율이 미리 설정된 기준 비율보다 작지 않으면, 발생 횟수를 계수하고, 계수된 발생 횟수가 미리 결정된 임계 값에 도달하면, 직류 성분 누설 전류 발생으로 결정하여 트립 제어 신호를 출력하게 구성되므로, 회로 차단하지 않아야 하는 평형 전류(3상 평형 전류 또는 정상 전류)와 회로 차단해야 할 회로 상의 직류 성분 누설 전류를 정확히 구별하여 회로 차단이 가능하며, 직류 누설 전류가 발생했을 때도 지속적일 때만 최종적으로 회로를 차단함으로써 일시적 직류 누설 전류에 따른 오 동작 발생도 방지할 수 있는 효과가 있다.
본 발명에 따른 누전 차단기에 있어서, 상기 제어 부는, 상기 양극 맥동 피크 전류 값과 음극 맥동 피크 전류 값의 비율이 상기 기준 비율보다 작으면, 계수된 발생 횟수를 초기화하도록 구성되므로, 일시적 직류 누설 전류의 발생 상태로부터 회로가 정상화되면 바로 발생 횟수 계수를 초기화하여 정상 상태에서 누전 차단기가 차단동작을 하는 오 동작을 방지할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 누전 차단기의 전기적 구성을 보여주는 블록 도이고,
도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 누전 차단기에 있어서 변환 부의 상세 구성을 보여주는 블록 도이며,
도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 누전 차단기의 제어 동작 방법을 도시하는 순서도이다.
상술한 본 발명의 목적 및 이를 달성하는 본 발명의 구성 및 작용효과는 첨부한 도면을 참조한 본 발명의 바람직한 실시 예에 대한 이하의 설명에 의해서 좀 더 명확히 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 누전 차단기의 전기적 구성을 보여주는 블록 도이고, 도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 누전 차단 기의 제어 동작을 보여주는 순서 도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 누전 차단기는, 누설 전류 검출 부(140), 변환 부(263) 및 제어 부(160)를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 누전 차단기는, 전원 처리 부(110), 전원 공급 부(120), 트립 코일 부(130), 전류 처리 부(150)를 더 포함할 수 있다.
전원 처리 부(110)는 회로 상에서 공급되는 교류 전원을 처리할 수 있다. 여기서, 전원 처리 부(110)는 정류 회로로 구성되어 상기 교류 전원의 교류를 직류로 변환할 수 있다. 그리고 전원 처리 부(110)는 전원 공급 부(120)에 직류 전원을 전달할 수 있다.
전원 공급 부(120)는 본 발명에 따른 누전 차단기의 전기적 구성 부의 동작에 필요한 직류 전원을 공급할 수 있다. 이를 위해서 전원 공급 부(120)는 직류-직류 변환기 회로로 구성되어 전원 처리 부(110)로부터 제공된 직류 전원을 누전 차단기의 전기적 구성 부의 동작에 필요한 직류 전원, 예컨대 직류 5볼트(V)로 변환하여 트립 코일 부(130) 및 제어 부(160)에 제공할 수 있다.
트립 코일 부(130)는 도 1에 도시된 바와 같이 반도체 스위치(예컨대 싸이리스터 또는 SCR 등으로 구성; 231)와 트립 코일(trip coil; 233)을 포함할 수 있다.
반도체 스위치(231)는 제어 부(160)의 제어(트립 제어 신호)에 응답하여 턴 온(turn on)되거나 턴 오프(turn off)될 수 있다. 즉, 제어 부(160)로부터 트립 제어 신호가 게이트(gate)에 공급되면, 반도체 스위치(S231)는 턴 온되고, 제어 부(160)로부터 트립 제어 신호가 게이트에 공급되지 않으면, 반도체 스위치(S231)는 턴 오프될 수 있다.
반도체 스위치(231)가 턴 온되면, 전원 공급 부(120)와 반도체 스위치(231) 및 트립 코일(233)이 폐 회로를 형성함에 따라 전원 공급 부(120)로부터의 직류 전원이 트립 코일(233)에 공급되고, 트립 코일(233)이 여자(magnetizing)된다.
반도체 스위치(231)가 턴 오프되면, 전원 공급 부(120)와 반도체 스위치(231) 및 트립 코일(233)의 회로가 개방됨에 따라 전원 공급 부(120)로부터의 직류 전원이 트립 코일(233)에 공급되지 않고, 트립 코일(233)이 소자(demagnetizing)된다.
트립 코일(233)이 여자되면, 잘 알려진 바와 같이 누전 차단기의 미 도시한 아마추어(armature)가 누전차단기의 개폐기구(switching mechanism)을 트립 동작하도록 트리거(trigger)함에 의해서 개폐기구가 트립 동작하고, 미 도시한 가동접점이 대응 고정접점으로부터 분리됨에 따라 회로가 차단될 수 있다.
누설 전류 검출 부(140)는 회로로부터 누설된 전류에 따른 누설 전류 검출 신호를 출력한다. 이를 위해서 누설 전류 검출 부(140)는, 도 1에 도시된 바와 같이 회로가 관통하도록 설치되는 링(ring)형의 코어(core)와, 해당 코어에 감겨서 누설 전류 검출 신호를 출력하는 2차 권선을 포함하는 잘 알려진 영상 변류기(ZCT; zero current transformer; 240)로 구성될 수 있다.
전류 처리 부(150)는 누설 전류 검출 부(140)와 제어 부(160)사이에 설치되어, 누설 전류 검출 부(140)가 검출하는 상기 누설 전류 검출 신호를 아날로그 신호 상태에서 처리한다. 여기서 처리는 아날로그 전압 신호로 변환하는 것과 고주파 노이즈를 제거하는 것을 포함한다. 이를 위해 전류 처리 부(150)는 상기 누설 전류 검출 신호를 아날로그 전압 신호로 변환하기 위한 션트 저항(shunt resistor; 251)과, 상기 누설 전류 검출 신호에 혼입될 수 있는 고주파 노이즈를 제거하기 위한 저역 통과 필터 부(253)를 포함할 수 있다.
제어 부(160)는 아날로그-디지털 변환 부, 이산 푸리에 변환 부, 입력 신호에 대한 연산 및 처리를 담당하는 중앙처리장치, 미리 저장되는 연산 및 처리 프로그램을 저장하는 프로그램 저장용 메모리, 미리 설정되는 기준 값이나 연산 값을 저장하는 메모리 등을 포함하는 마이크로 컨트롤러 유닛(Micro Controller Unit), 마이크로 프로세서(Micro Processor) 또는 마이크로 컴퓨터(Micro Computer) 등으로 구성될 수 있다.
제어 부(160)는, 상기 변환 부(263)가 출력하는 기본 파 성분의 누설 전류 크기와, 제3 고조파 성분의 비율과, 양극 맥동 피크 전류 값과 음극 맥동 피크 전류 값의 비율을 미리 설정된 대응 기준 값들과 비교하여, 교류 성분의 누설전류 발생 여부 또는 직류 성분의 누설전류의 발생 여부를 결정하고, 직류 또는 교류 성분의 누설전류 발생 결정 시 트립 제어 신호를 출력한다.
제어 부(160)는, 누설 전류 검출 부(140)에서 검출하는 누설 전류 검출 신호에 근거하여 전류가 이상 전류인 지의 여부를 판단할 수 있다. 여기서 이상 전류는 회로에 누설(누전)이나 지락(ground fault)이 발생했을 때 그에 따라 누설 전류 검출 부(140)의 영상 변류 기의 2차 권선에 상기 누설 검출 신호로서 유도되는 불 평형 전류(3상 전류의 합이 0이 아닌 불 평형 전류)를 나타내며, 평형 전류(3상 전류의 합이 0인 평형 전류)와 구분될 수 있다. 여기서, 제어 부(160)는 미리 설정된 시간 간격을 주기로, 누설 전류 검출 부(140)에서 검출되는 상기 누설 검출 신호를 근거로 회로 상의 이상 전류 발생 여부를 판단할 수 있다. 예를 들면, 시간 간격은 10 밀리 초(millisecond; ms)일 수 있다. 이 때 제어 부(160)는 전류의(상기 누설 전류 검출 신호의) 기본 파 성분(정상적인 전력 계통의 예컨대 60Hz 교류 파형 성분)의 크기에 기반하여, 회로 상 누설전류의 발생 여부(누전 발생 여부)를 판단(결정)할 수 있다.
이를 위해 제어 부(160)는, 도 1에 도시된 바와 같이 설정 부(261), 상기 변환 부(263), 판단 부(265) 및 명령 부(267)를 포함할 수 있다.
설정 부(261)는 미 도시한 설정 수단을 통해 입력된 설정 데이터를 저장하는 수단이다. 여기서 상기 설정 수단은 미 도시한 복수의 설정 스위치 또는 설정 놉(knob), 누전 차단기와 별도로 구성되고 입출력 포트와 같은 접속수단을 통해 접속될 수 있는 키이 패드(key pad), 누전 차단기에 부설되어 외부의 유선 또는 무선 통신 네트워크를 통해 수신되는 설정 데이터를 입력하는 통신부 중 적어도 어느 하나로 구성될 수 있다.
설정 부(261)는 적어도 하나의 비교 파라미터의 설정 값을 입력하고 저장할 수 있다. 이 때 비교 파라미터는 기본 파 성분의 누설 전류 크기의 정상여부를 결정하기 위한 기준 값(후술하는 제1 기준 전류 값 및 제2 기준 전류 값), 제3 고조파 성분의 비율의 정상여부를 결정하기 위한 기준 비율로서 임계 성분비, 양극 맥동 피크 전류 값과 음극 맥동 피크 전류 값의 비율에 대해서 정상여부를 결정하기 위한 기준 비율로서 기준 극성 피크 비, 비정상 상태의 발생 횟수의 누적 계수 값과 비교에 의해 상기 트립 제어 신호의 발출 여부를 결정하기 위한 임계 발생 횟수를 포함할 수 있다.
여기서, 기본 파 성분의 누설 전류 크기의 기준 값은 누설 전류에 대한 감도에 따라 설정되는 제1 기준 전류 값 및 이상 전류를 구별하도록 설정되고 제1 기준 전류 값을 초과하는 제2 기준 전류 값을 포함할 수 있다.
다시 말해서, 제1 기준 전류 값은 누전 차단기에 있어서 누설 전류의 크기에 따른 누설 전류 발생 여부의 결정 감도를 구분하는 기준 값을 나타내며, 예컨대 0 내지 10 암페어(A) 중 어느 한 값으로 설정될 수 있다. 예를 들면, 누전 차단기가 고감도이면, 제1 기준 전류 값은 0 내지 100 밀리암페어(mA) 중 어느 한 값으로 설정되고, 누전 차단기가 중 감도이면, 제1 기준 전류 값은 100 밀리암페어(mA) 내지 2 암페어(A) 중 어느 한 값으로 설정되고, 누전 차단기가 저 감도이면, 제1 기준 전류 값은 2 암페어(A) 내지 10 암페어(A) 중 어느 한 값으로 설정될 수 있다.
여기서, 제2 기준 전류 값은 상기 누설 전류 검출 신호에 대해서 회로 상 누설 전류 발생 상태와 회로 상 평형 전류 상태(정상 상태)를 구별하기 위한 기준 값을 나타낼 수 있다. 예를 들면, 제2 기준 전류 값은 2.5 암페어(A)로 설정될 수 있다.
다음으로 회로 상의 평형 전류 상태와 누설 전류 발생 상태를 구별하기 위해서 제3 고조파 성분의 임계 성분비는 바람직한 실시 예에 따라서 50 퍼센트(%)로 설정될 수 있다. 여기서 제3 고조파 성분의 성분비는 주파수 영역에서 기본 파 성분의 크기(Amplitude; 단위 Volt) 대비 제3 고조파 성분의 크기의 비율(%)를 의미할 수 있다. 따라서, 상기 변환 부(263)가 제공하는 상기 누설 전류 검출 신호의 디지털 변환 및 이산 푸리에 변환된 데이터를 기초로 산출한 제3 고조파 성분의 비율이 50(%) 미만이면, 제어 부(160)는 회로 상 누설 전류가 발생한 것으로 결정할 수 있다.
한편, 양극 맥동 피크 전류 값과 음극 맥동 피크 전류 값의 기준 극성 피크 비는 바람직한 실시 예에 따라서 150(%)로 설정될 수 있다. 여기서 극성 피크 비는 양극 맥동 피크 전류 값 대비 음극 맥동 피크 전류 값의 비율(단위 %)로서 평형 전류의 상태인 경우 양극 맥동 피크 전류 값 대비 음극 맥동 피크 전류 값의 비율(단위 %)은 거의 100%에 가깝게 된다.
따라서, 상기 변환 부(263)가 제공하는 상기 누설 전류 검출 신호의 디지털 변환 및 이산 푸리에 변환된 데이터를 기초로 산출한 제3 고조파 성분의 비율이 150(%) 보다 작지 않으면, 제어 부(160)는 회로 상 누설 전류가 발생한 것으로 결정할 수 있다.
상기 변환 부(263)는 아날로그-디지털 변환 부(ADC; Analog to Digital Converter)(263a)와 이산 푸리에 변환 부(DFT; Discrete Fourier Transformer)(263b), 교류 성분 변환 부(263c) 및 직류 성분 변환 부(263d)를 포함할 수 있다.
상기 아날로그-디지털 변환 부(263a)는 누설 전류 검출 부(140)가 검출하고 전류 처리 부(150)를 통해서 아날로그 전압 신호로 변환되고 고주파 노이즈가 제거된 상기 누설 전류 검출 신호를 아날로그 신호에서 디지털 신호로 변환할 수 있다.
상기 이산 푸리에 변환 부(263b)는 상기 아날로그-디지털 변환 부(263a)에 의해서 변환된 시간영역의 디지털 신호를 푸리에 변환을 통해서 주파수 영역의 디지털 신호로 변환한다.
교류 성분 변환 부(263c)는 상기 이산 푸리에 변환된 디지털 신호(디지털 데이터를 근거로, 상기 기본 파 성분의 누설 전류 크기(기본 파 성분의 크기) 및 상기 제3 고조파 성분의 크기를 결정하고, 상기 기본 파 성분의 누설 전류 크기(기본 파 성분의 크기) 대비 상기 제3 고조파 성분의 크기의 비인 상기 제3 고조파 성분의 비율을 산출할 수 있다.
직류 성분 변환 부(263d)는 이산 푸리에 변환된 디지털 신호를 근거로, 상기 양극 맥동 피크 전류 값과 음극 맥동 피크 전류 값의 비율을 산출할 수 있다.
따라서, 상기 변환 부(263)는 상기 이산 푸리에 변환 부에 의해 변환된 주파수 영역의 디지털 신호를 근거로 제어 부(160)가 상기 기본 파 성분의 크기, 상기 제3 고조파 성분의 비 및 양극 맥동 피크 전류 값과 음극 맥동 피크 전류 값의 비를 산출하는 것이 가능하다.
판단 부(265)는 상기 기본 파 성분의 크기, 상기 제3 고조파 성분의 비 및 양극 맥동 피크 전류 값과 음극 맥동 피크 전류 값의 비에 기반하여, 회로에 누설전류(또는 지락 전류)가 발생했는지 여부를 결정할 수 있다. 이를 위해, 판단 부(265)는 상기 기본 파 성분의 크기, 상기 제3 고조파 성분의 비 및 양극 맥동 피크 전류 값과 음극 맥동 피크 전류 값의 비를 대응하는 기준 파라미터와 비교할 수 있다. 여기서, 기준 파라미터는 상술한 제1 기준 전류 값, 제2 기준 전류 값, 제3 고조파 성분의 임계 성분비 및 양극 맥동 피크 전류 값과 음극 맥동 피크 전류 값의 기준 극성 피크 비이다.
상기 비교결과 비정상인 것으로 판단되면, 판단 부(265)는 발생 횟수의 계수 값을 증가시킬 수 있다. 예를 들면, 판단 부(265)는 상기 발생 횟수를 최초 발생이라면 0에서 1로 또는 기존에 3번 발생했다면 3에서 4로, 1만큼 증가시킬 수 있다.
한편, 상기 비교결과 정상인 것으로 판단(회로의 3상 전류가 평형 상태인 것으로 판단)되면, 판단 부(265)는 상기 발생 횟수의 계수 값을 0으로 초기화할 수 있다.
명령 부(267)는 판단 부(265)의 판단 결과에 기반하여, 트립 코일 부(130)에 트립 제어 신호를 출력할 수 있다. 즉, 판단 부(265)가 상기 발생 횟수의 계수 값이 미리 설정된 상기 임계 발생 횟수 전류보다 작지 않은 것으로 결정하면, 명령 부(267)가 트립 코일 부(130)에 상기 트립 제어 신호를 출력할 수 있다.
한편 도 2를 주로 참조하고 도 1을 보조적을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 누전 차단기의 동작을 설명한다.
도 3은 일 실시 예에 따른 본 발명의 누전 차단기의 동작 방법을 도시하는 순서도이다.
먼저 단계 S1에서, 본 발명의 누전 차단기에 있어서 누설 전류 검출 부(140)는 회로 상에서 누전 발생시 3상 평형이 이루어지지 않고 불 평형 전류가 발생함에 따라 이를 영상 변류기의 2차 권선을 통해서 유도하여 상기 누설 전류 검출 신호로서 출력한다.
또한 단계 S1에서, 본 발명의 누전 차단기에 있어서 전류 처리 부(150)는 누설 전류 검출 부(140)가 검출한 상기 누설 전류 검출 신호를 션트 저항(251)에 의해 아날로그 전압 신호로 변환하고, 저역 통과 필터 부(253)를 통해서 상기 누설 전류 검출 신호에 혼입될 수 있는 고주파 노이즈를 제거한 후 제어 부(160)에 제공한다.
이후, 단계 S2에서 제어 부(160)의 변환 부(263)는 전류 처리 부(150)가 아날로그 전압 신호로서 제공하는 상기 누설 전류 검출 신호를 아날로그-디지털 변환 부를 통해서 디지털 신호로 변환하고, 변환된 시간 영역의 디지털 신호를 다시 이산 푸리에 변환 부를 통해서 주파수 영역의 디지털 신호로 변환한다.
이후, 단계 S3에서 제어 부(160)의 변환 부(263)는 주파수 영역으로 변환된 상기 디지털 신호를 근거로 기본 파 성분의 크기(Amplitude; 단위 Volt)와, 제3 고조파 성분의 비 및 양극 맥동 피크 전류 값과 음극 맥동 피크 전류 값의 비를 산출한다.
이후, 단계 S4에서 제어 부(160)의 판단 부(265)는 변환 부(263)가 제공한 상기 기본 파 성분의 크기를 설정 부(261)로부터 읽어온 상기 제1 기준 전류 값과 비교한다.
단계 S4에서 제어 부(160)의 판단 부(265)는 변환 부(263)가 제공한 상기 기본 파 성분의 크기가 설정 부(261)로부터 읽어온 상기 제1 기준 전류 값 보다 작지 않으면 단계 S5로 진행하고, 단계 S4에서 상기 기본 파 성분의 크기가 상기 제1 기준 전류 값 보다 작으면 제어 부(160)의 판단 부(265)는 제어동작을 단계 S3으로 복귀한다.
단계 S5에서 제어 부(160)의 판단 부(265)는 변환 부(263)가 제공한 상기 기본 파 성분의 크기를 설정 부(261)로부터 읽어온 상기 제2 기준 전류 값과 비교한다.
단계 S5에서 제어 부(160)의 판단 부(265)는 변환 부(263)가 제공한 상기 기본 파 성분의 크기가 설정 부(261)로부터 읽어온 상기 제2 기준 전류 값 보다 작지 않으면 단계 S8로 진행하고, 단계 S5에서 상기 기본 파 성분의 크기가 상기 제2 기준 전류 값 보다 작으면 단계 S6로 진행한다.
단계 S6로 진행하면, 제어 부(160)의 판단 부(265)는 변환 부(263)가 제공한 기본 파 성분의 누설 전류 크기(기본 파 성분의 크기) 대비 상기 제3 고조파 성분의 크기의 비인 상기 제3 고조파 성분의 비(비율)를 설정 부(261)로부터 읽어온 제3 고조파 성분의 임계 성분비(실시 예상 50%)와 비교한다.
단계 S6에서 제어 부(160)의 판단 부(265)는 변환 부(263)가 제공한 상기 제3 고조파 성분의 비가 설정 부(261)로부터 읽어온 제3 고조파 성분의 임계 성분비(실시 예상 50%) 보다 작으면 단계 S8로 진행하고, 단계 S6에서 상기 제3 고조파 성분의 비가 제3 고조파 성분의 임계 성분비(실시 예상 50%) 보다 작지 않으면 단계 S7로 진행한다.
단계 S7로 진행하면, 제어 부(160)의 판단 부(265)는 변환 부(263)가 제공한 상기 양극 맥동 피크 전류 값과 음극 맥동 피크 전류 값의 비율을 설정 부(261)로부터 읽어온 기준 극성 피크 비와 비교한다.
단계 S7는 세부동작 단계로서 단계 S7-1과 S7-2로 나눠서 실행될 수 있다.
단계 S7-1에서 제어 부(160)의 판단 부(265)는 변환 부(263) 중 직류 성분 변환 부(263d)가 제공한 상기 양극 맥동 피크 전류 값과 음극 맥동 피크 전류 값의 비율을 설정 부(261)로부터 읽어온 기준 극성 피크 비와 비교한다.
단계 S7-1에서 상기 양극 맥동 피크 전류 값과 음극 맥동 피크 전류 값의 비율이 상기 기준 극성 피크 비 보다 작으면 제어 부(160)의 판단 부(265)는 제어 동작단계를 단계 S8-1로 진행하고, 단계 S7-1에서 상기 양극 맥동 피크 전류 값과 음극 맥동 피크 전류 값의 비율이 상기 기준 극성 피크 비 보다 작지 않으면 제어 부(160)의 판단 부(265)는 제어 동작단계를 단계 S7-2로 진행하여 직류 성분 누설전류의 발생을 결정한다.
단계 S5에서 변환 부(263)가 제공한 상기 기본 파 성분의 크기가 설정 부(261)로부터 읽어온 상기 제2 기준 전류 값 보다 작지 않거나, 단계 S6에서 변환 부(263)가 제공한 상기 제3 고조파 성분의 비가 설정 부(261)로부터 읽어온 제3 고조파 성분의 임계 성분비(실시 예상 50%) 보다 작으면, 단계 S8로 진행하여 제어 부(160)의 판단 부(265)는 교류성분 누설전류의 발생을 결정하고, 단계 S9로 진행한다.
단계 S9에서 제어 부(160)의 판단 부(265)는 발생 횟수의 계수치를 "1" 증가 시킨다.
단계 S7-1에서 상기 양극 맥동 피크 전류 값과 음극 맥동 피크 전류 값의 비율이 상기 기준 극성 피크 비 보다 작으면, 이 상태는 기본 파 성분의 크기도 차단이 필요한 정도가 아니고 누설전류나 지락전류가 회로 상에 발생한 것으로 보기도 곤란하고 직류 성분 누설전류가 발생한 것도 아닌 것이므로, 단계 S8-1에서 제어 부(160)의 판단 부(265)는 회로 상의 3상 전류가 정상(3상 평형)인 상태인 것으로 간주하고 발생 횟수의 계수치를 0으로 초기화한다.
이후 단계 S10에서 제어 부(160)의 판단 부(265)는 발생 횟수의 계수치가 미리 설정된 차단(트립)이 요구되는 기준 횟수에 도달했는지 판단한다.
여기서, 발생 횟수 1은, 누설 전류 또는 지락 전류가 회로에 10 밀리 초(ms) 동안 발생되고 있음을 나타내고, 발생 횟수 2는, 누설 전류 또는 지락 전류가 20 밀리 초(ms) 동안 발생되고 있음을 나타내며, 발생 횟수 10은, 누설 전류 또는 지락 전류가 100 밀리 초(ms) 동안 발생되고 있음을 나타낼 수 있다.
예를 들면, 차단이 요구되는 기준 횟수는 10으로 설정될 수 있다.
또한 단계 S10에서 제어 부(160)의 판단 부(265)는 발생 횟수의 계수치가 미리 설정된 차단(트립)이 요구되는 기준 횟수에 도달했으면 즉 두 값이 같으면, 명령 부(267)에 발생 횟수의 계수치가 미리 설정된 기준 횟수에 도달한 상태를 통지한다.
이에 응답하여 단계 S11에서 제어 부(160)의 명령 부(267)는 최종적으로 트립 제어 신호를 출력한다.
해당 트립 제어 신호는 반도체 스위치(231)을 턴 온 시킴으로써 전원ㄴ 공급 부(120)로부터 직류 전원이 트립 코일(233)에 공급되게 하여 트립 코일(233)을 여자(magnetizing)시킨다. 트립 코일(233)의 여자에 의해 미 도시한 아마추어(armature)가 이동하면서 개폐기구(switching)를 트립 동작하도록 트리거(trigger)함에 따라 누전 차단기가 트립(자동 회로차단) 동작하고, 따라서 누전 또는 지락이 발생한 회로는 차단된다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 누전 차단기는, 회로로부터 누설된 전류에 따른 누설 전류 검출 신호를 출력하는 누설 전류 검출 부; 상기 전류 검출 부가 출력한 누설 전류 검출 신호에 기초하여, 기본 파 성분의 누설 전류 크기와, 제3 고조파 성분의 비율과, 양극 맥동 피크 전류 값과 음극 맥동 피크 전류 값의 비율을 출력하는 변환 부; 및 상기 변환 부가 출력하는 상기 기본 파 성분의 누설 전류 크기와, 상기 제3 고조파 성분 비율과, 상기 양극 맥동 피크 전류 값과 음극 맥동 피크 전류 값의 비율을 미리 설정된 대응 기준 값들과 비교하여, 교류 성분의 누설전류 발생 여부 또는 직류 성분의 누설전류의 발생 여부를 결정하고, 직류 또는 교류 성분의 누설전류 발생 결정 시 트립 제어 신호를 출력하는 제어 부를 포함하므로, 회로 상의 교류 성분 누설 전류의 발생을 평형 전류(3상 평형 전류 또는 정상 전류)와 구별하여 신뢰성 있게 검출하고 회로를 차단할 수 있을 뿐 아니라 회로 상의 직류 성분 누설 전류의 발생도 평형 전류와 구별하여 신뢰성 있게 검출하고 회로를 차단할 수 있는 효과를 제공할 수 있다.

Claims (7)

  1. 누전 차단기에 있어서,
    회로로부터 누설된 전류에 따른 누설 전류 검출 신호를 출력하는 누설 전류 검출 부;
    상기 전류 검출 부가 출력한 누설 전류 검출 신호에 기초하여, 기본 파 성분의 누설 전류 크기와, 제3 고조파 성분의 비율과, 양극 맥동 피크 전류 값과 음극 맥동 피크 전류 값의 비율을 출력하는 변환 부; 및
    상기 변환 부가 출력하는 상기 기본 파 성분의 누설 전류 크기와, 상기 제3 고조파 성분의 비율과, 상기 양극 맥동 피크 전류 값과 음극 맥동 피크 전류 값의 비율을 미리 설정된 대응 기준 값들과 비교하여, 교류 성분의 누설전류 발생 여부또는 직류 성분의 누설전류의 발생 여부를 결정하고, 직류 또는 교류 성분의 누설전류 발생 결정 시 트립 제어 신호를 출력하는 제어 부;를 포함하는 누전 차단기.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 변환 부는,
    아날로그 신호인 상기 누설 전류 검출 신호를 샘플링(sampling)하여 시간영역의 디지털 신호로 변환하는 아날로그-디지털 변환 부;
    상기 변환된 디지털 신호를 이산 푸리에 변환(Discrete Fourier Transform)하여 주파수 영역의 디지털 신호로서 출력하는 이산 푸리에 변환 부;
    상기 이산 푸리에 변환된 디지털 신호를 근거로, 상기 기본 파 성분의 누설 전류 크기와 제3 고조파 성분의 크기를 결정하고, 상기 기본 파 성분의 누설 전류 크기에 대한 상기 제3 고조파 성분의 크기의 비율인 제3 고조파 성분 비율을 산출하는 교류 성분 변환 부; 및
    이산 푸리에 변환된 디지털 신호를 근거로, 상기 양극 맥동 피크 전류 값과 음극 맥동 피크 전류 값의 비율을 산출하는 직류 성분 변환 부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 누전 차단기.
  3. 제1 항에 있어서, 상기 대응 기준 값들은,
    누설 전류에 대한 감도에 따라 설정되는 제 1 기준 전류 값; 및
    회로 차단이 필요한 상기 누설 전류를 구별하도록 설정되고 상기 제 1 기준 전류 값을 초과하는 제 2 기준 전류 값을 포함하는 것을 특징으로 하는 누전 차단기.
  4. 제3 항에 있어서, 상기 제어 부는,
    상기 기본 파 성분의 누설 전류 크기가 상기 제 2 기준 전류 값보다 작지 않으면 발생 횟수를 계수하고,
    계수된 발생 횟수가 미리 결정된 임계 값에 도달하면, 교류 성분 누설 전류 발생으로 결정하여 트립 제어 신호를 출력하게 구성된 것을 특징으로 하는 누전 차단기.
  5. 제2 항에 있어서, 상기 제어 부는,
    상기 제3 고조파 성분 비율을 미리 설정된 기준 제3 고조파 성분 비율과 비교하여, 상기 제3 고조파 성분 비율이 상기 기준 제3 고조파 성분 비율보다 작으면 발생 횟수를 계수하고,
    계수된 발생 횟수가 미리 결정된 임계 값에 도달하면, 교류 성분 누설 전류 발생으로 결정하여 트립 제어 신호를 출력하게 구성된 것을 특징으로 하는 누전 차단기.
  6. 제2 항에 있어서, 상기 제어 부는,
    상기 양극 맥동 피크 전류 값과 음극 맥동 피크 전류 값의 비율이 미리 설정된 기준 비율보다 작지 않으면, 발생 횟수를 계수하고,
    계수된 발생 횟수가 미리 결정된 임계 값에 도달하면, 직류 성분 누설 전류 발생으로 결정하여 트립 제어 신호를 출력하게 구성된 것을 특징으로 하는 누전 차단기.
  7. 제6 항에 있어서, 상기 제어 부는,
    상기 양극 맥동 피크 전류 값과 음극 맥동 피크 전류 값의 비율이 미리 설정된 상기 기준 비율보다 작으면, 계수된 발생 횟수를 초기화하도록 구성된 것을 특징으로 하는 누전 차단기.
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