WO2022035299A1 - 침수 시에 감전을 방지하는 배전시스템 및 단자대 - Google Patents

침수 시에 감전을 방지하는 배전시스템 및 단자대 Download PDF

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WO2022035299A1
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terminal
power
neutral
submerged
conductor
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PCT/KR2021/010845
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English (en)
French (fr)
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김나운
김인태
Original Assignee
(주)아이티이
김나운
최종철
주식회사 무감전
주식회사 정우계전
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R9/00—Structural associations of a plurality of mutually-insulated electrical connecting elements, e.g. terminal strips or terminal blocks; Terminals or binding posts mounted upon a base or in a case; Bases therefor
    • H01R9/22—Bases, e.g. strip, block, panel
    • H01R9/24—Terminal blocks
    • H01R9/2425—Structural association with built-in components
    • H01R9/2441—Structural association with built-in components with built-in overvoltage protection

Definitions

  • the present invention relates to a power distribution system and terminal block for preventing electric shock when submerged, and more particularly, by limiting the leakage current to below the dangerous current when the electric line is submerged and detecting whether submersion is present, It relates to a power distribution system and terminal block to prevent electric shock in case of flooding, which can prevent electric shock from electric current and prevent the spread of electric accidents at an early stage.
  • An electric shock accident that directly damages the human body among electrical accidents occurs when the current flowing through the human body from one phase of the power source flows to the other phase or the ground.
  • the electric shock current flowing through the human body exceeds a certain dangerous current, injury or death may occur.
  • the current flowing through the human body is 15 mA or more, it causes convulsions (pain) and if it is 50 mA or more, it is known to lead to death. It is necessary to configure facilities and distribution lines.
  • An electric shock accident can occur when a part of the human body comes into contact with one or more phases of a bare power line or outlet, or when a leakage current caused by flooding of a power line, terminal block, or electrical equipment flows through the human body.
  • Patent Document 1 As a prior art for preventing electric shock due to immersion, in Patent Document 1, two flat-plate-type conductors are installed in a state of being electrically spaced apart from each other on the current-carrying path to prepare for the amount of current flowing through the human body to the ground plane. Disclosed is a technology for preventing electric shock by making the amount of current flowing through the water much larger.
  • the present invention has been devised to solve the problems of the prior art, and by limiting the leakage current to below the dangerous current when the electric line is submerged, and to detect whether the water is submerged, to prevent electric shock from the leakage current due to submersion, and
  • An object of the present invention is to provide a power distribution system and terminal block that can prevent the spread of electric accidents at an early stage and prevent electric shock during flooding.
  • a terminal block for preventing electric shock when submerged in a terminal block electrically connected to two or more power lines, and a neutral wire having a potential between the voltages of the two or more power lines, main body; and a connection part disposed on the main body and electrically connected to each of the two or more power lines and a neutral wire, wherein the connection part is formed by immersion when at least a part of the connection part is submerged, each of the two or more power lines and It is characterized in that the leakage resistance value between the neutral wire is configured to be different from each other.
  • the terminal block according to the present invention includes: a neutral conductor configured to be connected to the neutral wire; a first terminal conductor configured to be connected to a first power line among the power lines and forming a first leakage resistance with the neutral conductor by the immersion; and a second terminal conductor configured to be connected to a second power line among the power lines, and forming a second leakage resistance with the neutral conductor by the immersion, wherein the first and second terminal conductors include the first and second terminal conductors.
  • the second leakage resistance may be different.
  • the first and second terminal conductors may have different contact areas with water when submerged.
  • the first and second terminal conductors may be disposed to have different separation distances from the neutral conductor.
  • the first and second terminal conductors may be formed to have different lengths.
  • the first and second terminal conductors may be disposed at different heights from each other.
  • the terminal block according to the present invention may further include a separator formed at a predetermined height in the main body to separate the first terminal conductor, the second terminal conductor, and the neutral conductor.
  • a water passage hole may be formed in the separation block to allow water to pass between the first terminal conductor, the second terminal conductor, and the neutral conductor.
  • a power distribution system for preventing electric shock when submerged is insulated from the earth with a resistance value greater than or equal to a predetermined ground resistance value, and a middle tap and a second tap based on the intermediate tap are provided.
  • a power supply unit including a first terminal having a voltage of 1 and a second terminal having a second voltage based on the intermediate tap; A first power line having one end electrically connected to the first terminal of the power supply unit and flowing a first leakage current when submerged, and a second power line having one end electrically connected to the second terminal of the power supply unit and flowing a second leakage current when submerged.
  • two or more power lines including two power lines; and a fault detector configured to have one end electrically connected to the intermediate tap to detect a current flowing to the intermediate tap by the first and second leakage currents.
  • the power supply unit may be configured such that the first and second leakage currents are different when the power line is submerged.
  • the power supply unit may include an insulation transformer having a secondary side including the first terminal, the second terminal and an intermediate tap, and the first and second voltages may have different voltage values. .
  • the power supply unit includes first and second impedance elements electrically connected in series between the first terminal and the second terminal, and the intermediate tap includes the first and second impedance elements.
  • the impedance of the first and second impedance elements may be set to be different from each other.
  • the power distribution system further includes a terminal block disposed to electrically connect the power supply unit and a load and electrically connected to the other end of each of the first power line and the second power line, the terminal block comprising: a main body; and a connection part disposed in the main body and electrically connected to each of the two or more power lines, wherein the connection part is configured to connect a first power line among the power lines, and a path of the first leakage current by the immersion a first terminal conductor forming a first leakage resistance along the line; and a second terminal conductor configured to be connected to a second power line among the power lines and forming a second leakage resistance along a path of the second leakage current by the submersion.
  • connection part may further include a neutral conductor electrically connected to the other end of the intermediate tap or the failure detector.
  • the first and second terminal conductors may be configured such that the first and second leakage resistances are different from each other.
  • the terminal block may be the terminal block according to the present invention described above.
  • the other end of the fault detector may be grounded to the earth.
  • the fault detector may be configured to limit a current flowing through the fault detector to a predetermined dangerous current or less.
  • the power distribution system further includes at least one conductive member electrically connected to at least one of the first terminal conductor and the second terminal conductor, wherein an area of the conductive member in contact with water is equal to the first leakage
  • the current and the second leakage current may be formed to have different values.
  • the power distribution system and terminal block for preventing electric shock during submersion not only limits the leakage current to below the dangerous current when the electric line is submerged, but also detects whether it is submerged, thereby preventing electric shock from the leakage current due to submersion. It is effective in preventing and preventing the spread of electric accidents at an early stage.
  • FIG. 1 is a block diagram showing the overall configuration of a power distribution system for preventing electric shock when submerged according to the present invention.
  • FIG. 2 is an exemplary diagram modified differently from FIG. 1 of the configuration of the power distribution system of the present invention.
  • FIG 3 is a perspective view of a terminal block according to the present invention.
  • FIG. 4 is an equivalent circuit diagram of a power distribution system according to the present invention for explaining a principle of detecting a leakage current in the case of flooding.
  • FIG. 5 is an exemplary view of a terminal block illustrating a case in which the area of the terminal conductors is different.
  • FIG. 6 is an exemplary view of a terminal block illustrating a case where the separation distance between the terminal conductor and the neutral conductor is different.
  • FIG. 7 is an exemplary view of a terminal block illustrating a case where the lengths of the terminal conductors are different.
  • FIG 8 is an exemplary view of a terminal block illustrating a case where the heights of the terminal conductors are different.
  • the power distribution system and terminal block for preventing electric shock during submersion, as well as preventing electric shock when a power line or terminal block is submerged is controlled to detect the occurrence of submersion and take measures such as power off, or by notifying the manager.
  • the power distribution system and terminal block for preventing electric shock during submersion is controlled to detect the occurrence of submersion and take measures such as power off, or by notifying the manager.
  • the power distribution system and terminal block for preventing electric shock when submerged according to the present invention are applied to electrical equipment installed outdoors such as street lights, outdoor distribution boards, or temporary distribution boards, or applied to water handling places such as bathrooms and toilets even indoors.
  • FIG. 1 is a block diagram showing the overall configuration of a power distribution system for preventing electric shock when submerged according to the present invention.
  • the power distribution system is insulated from the ground by a resistance value greater than or equal to a predetermined ground resistance value, and a first voltage V1 is applied based on an intermediate tap N and the intermediate tap N.
  • a power supply unit 300 including a first terminal AC1 having a first terminal AC1 and a second terminal AC2 having a second voltage V2 based on the intermediate tap N, and a first terminal AC1 of the power supply unit 300 .
  • It may be configured to include a fault detector 200 configured to detect a current flowing to (N).
  • the power distribution system is arranged to electrically connect the power supply unit 300 and the load, and is electrically connected to the other end of each of the first power line 510 and the second power line 520 . It may be configured to further include a terminal block 100 .
  • the terminal block 100 includes a main body 110 and a connection unit 120 electrically connected to each of two or more power lines, and the connection unit 120 is configured such that the first power line 510 of the power lines is connected, and , the first terminal conductor 121 forming the first leakage resistance R1 along the path of the first leakage current I1 by submersion, and the second power line 520 of the power lines are connected to each other, Accordingly, the second terminal conductor 122 forming the second leakage resistor R2 along the path of the second leakage current I2 may be included.
  • the terminal block 100 of the present invention is a general term for connection points that connect or branch power lines as well as general terminal blocks, where conductors are exposed to form leakage resistance against the leakage current path by submersion, such as circuit breakers, transformers, switches, etc. It should be understood to include not only the connection point of the electrical equipment, but also the connection point to which the power line and the power line are connected. Hereinafter, for convenience of description, a typical terminal block will be exemplarily described.
  • connection part 120 of the terminal block 100 may further include a neutral conductor 123 , and the neutral conductor 123 is a neutral wire 530 and an intermediate tap (N). ) or may be electrically connected to the other end of the fault detector 200 . At this time, the other end of the failure detector 200 may be grounded to the ground.
  • FIG. 1 shows a configuration in which the other end of the fault detector 200 is connected to the neutral conductor 123 and the neutral wire 530 of the terminal block 100 and grounded to the ground, but the terminal block 100 is connected to the neutral conductor 123 Without being provided, the fault detector 200 is directly grounded without being connected to the terminal block 100 with a neutral wire 530, or the terminal block 100 is provided with a neutral conductor 123 but with a neutral wire 530 with the fault detector 200 and A configuration in which the fault detector 200 and the neutral conductor 123 are respectively grounded is also possible without being connected.
  • the terminal block 100 does not include the neutral conductor 123 or the neutral conductor 123 and the fault detector 200 are not configured to be connected by the neutral wire 530 .
  • the other end is grounded, when one or two lines of the power line are submerged, a current path through the fault detector 200 through the ground is formed for the leakage current leaked from the power line, and the fault detector 200 detects the leakage current.
  • it can be determined whether there is a flood or not.
  • the fault detector 200 may detect the leakage current.
  • the power supply unit 300 includes a middle tap N, a first terminal AC1 having a first voltage V1 with respect to the middle tap N, and a middle tap.
  • a second terminal AC2 having a second voltage V2 with respect to (N) is included, and the first and second terminals AC1 and AC2 and the intermediate tap N are connected from the ground to a predetermined ground resistance value or higher. It is provided in an insulated state with a resistance value.
  • the power supply unit 300 may be a general AC power source, but may also be a DC power source provided from a solar panel.
  • the insulation transformer 300 may be used for insulation from the ground, and the first and second terminals AC1 and AC2 and the intermediate tap (AC1, AC2) and the intermediate tap ( N) can be provided.
  • the power supply unit 300 may be a single-phase or three-phase power source, but hereinafter, for convenience of description, a case of a single-phase AC power source will be exemplified.
  • the power distribution system of the present invention includes the power supply unit 300 and the terminal block 100. At least one may be configured such that, when the power line or the terminal block 100 is submerged, a neutral current Ic flows to the neutral wire 530 by submersion or a leakage current flows to the ground. In other words, at least one of the power supply unit 300 and the terminal block 100 may be configured such that the first leakage current I1 and the second leakage current I2 flow differently.
  • the power supply unit 300 is configured such that the first and second voltages V1 and V2 provided from the first and second terminals AC1 and AC2 with respect to the middle tap N have different voltages. can do.
  • the power supply unit 300 includes the first terminal AC1 as shown in FIGS. 2A and 2C . and first and second impedance elements 310 and 320 electrically connected in series between the second terminal AC2, and the intermediate tap N is disposed between the first and second impedance elements 310 and 320.
  • the impedance of the first and second impedance elements 310 and 320 may be set to be different from each other.
  • the first and second impedance elements 310 and 320 may be capacitors C1 and C2 as shown in FIG. 2 , or may include a combination of at least one element selected from capacitors, resistors, and inductors.
  • the capacitances C1 and C2 may have different values.
  • the fault detector 200 can detect the submergence by the leakage current flowing to the ground or the neutral wire 530 .
  • the first and second terminals of the terminal block 100 may be configured such that the first and second leakage resistances R1 and R2 formed along the path of the leakage current during submersion are different.
  • the structure of the terminal block 100 so that the leakage resistance is formed differently in this way will be described later in detail through the exemplary configuration shown in FIGS. 5 to 8 .
  • the power supply unit 300 has the same number of turns from the intermediate tap N to the first and second terminals AC1 and AC2 when the intermediate tap N is provided from the insulating transformer 300 . However, different cases are also possible. Since the power supply unit 300 provides the AC voltage Vac between the first and second terminals AC1 and AC2, the AC voltage Vac is equal to the sum of the first voltage V1 and the second voltage V2. .
  • FIG. 2 is an exemplary diagram modified differently from FIG. 1 of the configuration of the power distribution system of the present invention.
  • one end of the fault detector 200 is connected to the intermediate tap N, and the intermediate tap N of the power supply unit 300 and the neutral conductor 123 of the terminal block 100 are connected. ) may be electrically connected using a neutral wire 530 as shown in FIGS. 2(a) and 2(b).
  • the other end of the fault detector 200 is grounded to the ground, so that when the power line or the terminal block 100 is submerged, the current leaked to the ground by the first and second leakage currents I1 and I2 is detected by the fault detector 200 . can be detected to determine whether it is submerged or not.
  • the neutral conductor 123 of the terminal block 100 may be connected to the other end of the failure detector 200 .
  • the other end of the fault detector 200 and the neutral conductor 123 may be grounded to the earth.
  • the neutral wire current Ic flowing through the neutral wire 530 is immersed. can be detected, and when it is grounded, the fault detector 200 can detect submersion from the current flowing to the ground by the neutral current Ic and the first and second leakage currents I1 and I2.
  • the power supply unit 300 includes first and second impedance elements 310 electrically connected in series between the first terminal AC1 and the second terminal AC2; 320), and the intermediate tap N is drawn out between the first and second impedance elements 310 and 320, and the impedances of the first and second impedance elements 310 and 320 may be set to be different from each other.
  • the first and second impedance elements 310 and 320 may be capacitors C1 and C2 as shown in FIG. 2 , or may include a combination of at least one element selected from capacitors, resistors, and inductors. For example, when the first and second impedance elements 310 and 320 are capacitors C1 and C2, the capacitances C1 and C2 may have different values.
  • FIG. 3 shows a terminal block 100 according to the present invention.
  • the terminal block 100 includes a main body 110 and a connection unit 120 electrically connected to two or more power lines and neutral lines 530 , respectively.
  • the connection unit 120 includes a first terminal conductor 121 configured to be connected to the first power line 510 of the power lines, and a second terminal conductor 122 configured to be connected to the second power line 520 of the power lines.
  • the connection unit 120 may further include a neutral conductor 123, and the neutral conductor 123 uses the neutral wire 530 to the other end of the fault detector 200 or the middle tap of the power supply unit 300 ( It may be electrically connected to N) or grounded to the earth.
  • a first leakage resistance R1 is formed between the first terminal conductor 121 and the neutral conductor 123 and the ground by submersion
  • the second A second leakage resistor R2 is formed between the two-terminal conductor 121 and the neutral conductor 123 and the ground.
  • the first and second terminal conductors 121 and 122 of the terminal block 100 may be disposed adjacent to the neutral conductor 123 .
  • the first and second Electric accidents such as electric shock can be prevented by allowing the leakage current leaked from the two-terminal conductors 121 and 122 to flow out to the neutral conductor 123 in the short distance without flowing around the long distance in the water 400 .
  • the terminal block 100 includes a separator 130 formed at a predetermined height in the main body 110 to separate the first terminal conductor 121 , the terminal conductor and the neutral conductor 123 . It may be configured to further include. Furthermore, a water passage 131 may be formed in the separator 130 to allow the flow of water 400 between the first terminal conductor 121 , the second terminal conductor 122 , and the neutral conductor 123 . .
  • the separation strip 130 formed on the terminal block 100 functions to prevent the power line and the neutral wire 530 connected close to each other from being short-circuited with each other.
  • the other terminal conductors or neutral conductors 123 are also submerged in order to facilitate detection of submerged water and a quick bypass of the leakage current. Therefore, when any one of the first and second terminal conductors 121 and 122 is submerged, the other terminal conductor or the neutral conductor 123 is also submerged, so that the leakage resistance is lowered. ) can be formed.
  • the terminal block 100 of the present invention may further include a cover 140 covering the terminal conductor and the neutral conductor 123 in order to prevent electric shock due to direct contact with the terminal conductor as well as electric shock due to immersion.
  • the first leakage current I1 flowing through the first power line 510 due to the submersion of the terminal block 100 flows to the neutral conductor 123 through the short-distance path in the water 400 by the first bypass It may include a current I11 and a first electric shock current I12 flowing to the neutral conductor 123 through a long-distance path.
  • the second leakage current I2 flowing through the second power line 520 is the second bypass current I21 flowing to the neutral conductor 123 through the short-distance path in the water 400 and the neutral conductor through the long-distance path
  • a second electric shock current I22 flowing to (123) may be included.
  • a portion of the first leakage current I1 and the second leakage current I2 may flow directly into the fault detector 200 through the ground without being collected by the neutral conductor 123 .
  • the first electric shock current I12 and the second electric shock current I22 that form the remote current path from the terminal block 100 or the leakage current flowing to the ground flows through the human body and may cause electric shock when a person is located in the remote current path.
  • the first bypass current I11 and the second bypass current I21 forming the short-distance current path do not pass through a person nearby, and thus do not cause an electric shock.
  • At least one of the power supply unit 300 and the terminal block 100 according to the present invention is configured such that, when the terminal block 100 is submerged, the neutral current Ic flows to the neutral wire 530 by submersion.
  • the first leakage current I1 flowing through the first power line 510 and the neutral wire 530 and the first leakage resistor R1. constitutes the neutral current Ic
  • the second leakage current I2 constitutes the neutral current Ic.
  • first and second leakage resistances R1 and R2 include leakage resistance between the first and second power lines 510 and 520 and the ground
  • the first leakage current I1 may flow directly into the fault detector 200 through the ground without being collected by the neutral conductor 123 .
  • the neutral conductor 123 is included in the terminal block 100 as shown in FIG. 1 , it is assumed that the leakage resistance and the leakage current are formed only between the terminal conductor and the neutral conductor 123 .
  • the first leakage current I1 flowing through the first power line 510 and the second leakage current I1 flowing through the second power line 520 are submerged.
  • a leakage current I2 is generated.
  • a neutral current Ic may be generated due to the difference.
  • the first leakage current I1 and the second leakage current I2 flowing by immersion It is different, and thereby the neutral wire current (Ic) is configured to flow in the neutral wire (530).
  • the first leakage current I1 and the second leakage current I2 flow differently when the first voltage V1 and the second voltage V2 of the power supply unit 300 are set differently, and in this case, the neutral wire 530 ), the neutral current (Ic) can flow.
  • the first leakage current I1 and the second leakage current I2 are equal to the first leakage resistance R1 between the neutral conductor 123 and the first terminal conductor 121 of the terminal block 100 and neutral when submerged.
  • the second leakage resistance R2 between the conductor 123 and the second terminal conductor 122 is configured to be formed differently, it flows differently, and thus the neutral current Ic may flow to the neutral wire 530 .
  • the structure of the terminal block 100 so that the leakage resistance is formed differently in this way will be described later in detail through the exemplary configuration shown in FIGS. 5 to 8 .
  • the fault detector 200 is a component that is electrically connected in series with the neutral wire 530 and detects the neutral current Ic flowing in the neutral wire 530.
  • one end of the fault detector 200 is a power supply unit 300.
  • the configuration is illustrated in which it is electrically connected to the middle tab N of It is also possible to be electrically connected to the middle tap N of the power supply unit 300 through 530 and the other end to be directly connected to the neutral conductor 123 of the terminal block 100 .
  • FIG. 1 shows a configuration in which the other end of the fault detector 200 is connected to the neutral conductor 123 and the neutral wire 530 of the terminal block 100 and grounded to the earth, but the terminal block 100 is connected to the neutral conductor 123 ) and the fault detector 200 is directly grounded without being connected to the terminal block 100 with a neutral wire 530, or the terminal block 100 has a neutral conductor 123 but with a neutral wire 530. ) and a configuration in which the fault detector 200 and the neutral conductor 123 are respectively grounded is also possible.
  • one end of the fault detector 200 is connected to the intermediate tap N, and the intermediate tap N of the power supply unit 300 and the terminal block 100 are neutral.
  • the conductor 123 may be electrically connected using a neutral wire 530 as shown in FIGS. 2A and 2B .
  • the other end of the fault detector 200 is grounded to the ground, so that when the power line or the terminal block 100 is submerged, the current leaked to the ground by the first and second leakage currents I1 and I2 is detected by the fault detector 200 . can be detected to determine whether it is submerged or not.
  • the other end of the fault detector 200 is When grounded, when one or both lines of the power line are submerged, a current path through the fault detector 200 through the ground is formed for the leakage current leaked from the power line, and the fault detector 200 detects the leakage current and is submerged. can determine whether
  • the fault detector 200 may detect the leakage current and whether the submerged.
  • the fault detector 200 shown in FIG. 1 detects whether at least a part of the connection part 120 of the terminal block 100 is submerged by detecting the neutral current Ic flowing in the neutral wire 530 to cut off the power or an administrator. It is possible to prevent electric shock and electric accidents caused by flooding.
  • the first and second terminal conductors 121 and 122 of the terminal block 100 connected to the first power line 510 and the second power line 520 to which the AC voltage Vac is applied.
  • the fault detector 200 may detect the neutral current Ic flowing in the neutral wire 530 due to the unbalance of the leakage currents flowing in the first and second power lines 510 and 520 even if all is submerged.
  • the fault detector 200 may be configured to limit the current flowing through the fault detector 200 to a predetermined dangerous current or less.
  • the fault detector 200 may be equivalent to a configuration including a current limiting resistor Rd as shown in FIG. 1 .
  • the current limiting resistance Rd of the fault detector 200 not only limits the amount of leakage current flowing when the terminal block 100 is submerged, but also leaks flowing through the body even when a part of the human body directly contacts the conductor of the terminal block 100 at this time.
  • the current can be set to be below the dangerous current. For reference, if the current flowing through the human body is 15 mA or more, it causes convulsions (pain) and if it is 50 mA or more, it is known to lead to death. It can be designed to be limited.
  • the failure detector 200 has one end electrically connected to the intermediate tap N of the power supply unit 300 and the other end electrically connected to the neutral conductor 123 of the terminal block 100 .
  • the other end of the fault detector 200 may be grounded to the ground.
  • the fault detector 200 may detect not only the neutral current Ic of the neutral wire 530 but also the ground current flowing to the fault detector 200 through the ground. For example, when at least one of the first and second terminal conductors 121 and 122 and the neutral conductor 123 of the terminal block 100 are submerged, most of the current detected by the fault detector 200 is the neutral current ( Ic) or when only one of the first and second terminal conductors 121 and 122 of the terminal block 100 is submerged and the neutral conductor 123 is not submerged, leakage from the submerged terminal conductor to the ground The earth current is detected by the fault detector 200 . Accordingly, the power distribution system according to the present invention can detect submergence even when not only any one of the power lines but also all of the power lines are submerged and prevent electric shock to the human body.
  • FIG. 4 is an equivalent circuit diagram of a power distribution system according to the present invention for explaining the principle of detecting a leakage current when the terminal block 100 is submerged.
  • FIG. 4 is an equivalent circuit to the embodiment shown in FIG. 1 , but can be similarly applied to the above-described modified example and the embodiment shown in FIG. 2 .
  • FIG. 4 (a) is an equivalent circuit when the first terminal conductor 121 and the neutral conductor 123 of the terminal block 100 are submerged, and FIG. 4(b) is the terminal block ( 100) is an equivalent circuit when the second terminal conductor 122 and the neutral conductor 123 are submerged, and FIG. 4(c) shows the first and second terminal conductors 121, 122 and the neutral of the terminal block 100. It is an equivalent circuit expressing the case where all of the conductors 123 are submerged.
  • the neutral conductor 123 is submerged and the neutral current Ic flows through the neutral wire 530 as an example.
  • the neutral conductor 123 of the terminal block 100 is not submerged, the first and second leakage resistors R1 and R2 are the first and second terminal conductors 121 and 122 because the leakage current leaked from the terminal conductor flows into the fault detector 200 through the ground.
  • It can be understood as a concept including the resistance of the water 400 and the earth between the and the fault detector 200 .
  • the neutral conductor 123 is submerged will be described.
  • a leakage resistance R1 is formed.
  • a first leakage current I1 flows through the first power line 510 and the neutral wire 530 by the first leakage resistance R1 formed by the submersion.
  • the neutral current Ic of the neutral wire 530 is the same as the first leakage current I1 and may be expressed as Equation 1 below.
  • the human body is connected to the terminal conductor. Even in direct contact, the current limiting resistor Rd of the fault detector 200 may be appropriately set so that the leakage current is less than or equal to the dangerous current.
  • the fault detector 200 detects whether the terminal block 100 is submerged by using the neutral current Ic, and the result can be notified to the manager.
  • Equation 2 since the second leakage current I2 and the neutral current Ic are determined by the second leakage resistance R2 and the current limiting resistance Rd of the fault detector 200, the human body is connected to the terminal conductor. Even in direct contact, the current limiting resistor Rd of the fault detector 200 may be appropriately set so that the leakage current is less than or equal to the dangerous current.
  • the fault detector 200 detects whether the terminal block 100 is submerged by using the neutral current Ic, and the result can be notified to the manager.
  • first and second terminal conductors 121 and 122 and the neutral conductor 123 of the terminal block 100 when both the first and second terminal conductors 121 and 122 and the neutral conductor 123 of the terminal block 100 are submerged, the first terminal conductor 121 and the neutral conductor 123 A first leakage resistance R1 is formed between the two terminals by submersion, and a second leakage resistance R2 is formed between the second terminal conductor 122 and the neutral conductor 123 .
  • the first and second leakage currents I1 and I2 respectively flow through the first and second power lines 510 and 520 by the first and second leakage resistors R1 and R2 formed by the submersion, respectively, and Equation 3 and Equation (4).
  • the neutral current Ic corresponding to the difference between the first leakage current I1 and the second leakage current I2 flows through the neutral wire 530 and can be expressed as Equation 5.
  • the first leakage current I1 and the second leakage current I2 are equal to each other and are given as in Equation 6.
  • the neutral current Ic flowing to the fault detector 200 since the neutral current Ic flowing to the fault detector 200 must exist in order to detect submersion, the power supply unit 300 and the terminal block 100 of the present invention have a neutral current when submerged. In order for (Ic) to flow, it needs to be configured such that R2 ⁇ V1 ⁇ R1 ⁇ V2.
  • the first and second voltages V1 and V2 may be the same, and the first and second leakage resistances R1 and R2 due to immersion may be configured to be formed differently.
  • the first and second leakage resistors R1 and R2 may be formed to be the same during submersion, but the first and second voltages V1 and V2 may be configured to be different.
  • the first and second voltages are different from each other, and it is also possible to set the first and second leakage voltages to be different from each other.
  • the power distribution system of the present invention may be configured such that the neutral current Ic as shown in Equation 8 flows when submerged.
  • the terminal block may have different leakage resistance between the terminal conductor and the neutral conductor 123 of the terminal block 100 when submerged.
  • the power distribution system of the present invention can be configured such that the neutral current Ic as in Equation 7 flows when submerged. there is. The configuration of the terminal block 100 corresponding to the latter will be described later.
  • the leakage current and the neutral current (Ic) can be determined by each leakage resistance and the current limiting resistance (Rd) of the fault detector 200, so that the human body is connected to the terminal conductor. Even in direct contact, the current limiting resistor Rd of the fault detector 200 may be appropriately set so that the current flowing through the human body is less than or equal to the dangerous current.
  • the neutral current (Ic) flows to the fault detector 200, so the fault detector 200 detects whether the terminal block 100 is submerged by using the neutral current (Ic) and manages the result.
  • 5 to 8 are diagrams illustrating a structure of a terminal block configured to have different leakage resistances between the terminal conductor and the neutral conductor 123 of the terminal block 100 when submerged.
  • FIGS. 5, 7 and 8 are cases where the area of the terminal conductor is different
  • FIG. 6 is an exemplary view of the terminal block 100 showing the case where the separation distance between the terminal conductor and the neutral conductor 123 is different.
  • FIGS. 7 and 8 illustrate a terminal block 100 capable of more reliably detecting submergence of the fault detector 200 by first submerging any one of the terminal conductors of the terminal block 100 when submerged.
  • the terminal block 100 according to the present invention shown in FIGS. 5 to 8 includes a main body 110 and a connection unit 120 disposed on the main body 110 and electrically connected to two or more power lines and neutral lines 530, respectively. Doedoe configured to include, when at least a part of the connection part 120 is submerged, the leakage resistance value between each of the two or more power lines formed by immersion and the neutral wire 530 may be different from each other. there is.
  • connection part 120 of the terminal block 100 is configured to be connected to the neutral conductor 123 to which the neutral wire 530 is connected, and the first power line 510 from among the power lines to be connected, and to be immersed in water.
  • the first terminal conductor 121 forming the neutral conductor 123 and the first leakage resistance R1 by the first terminal conductor 121 and the second power line 520 among the power lines are connected to each other, and the neutral conductor 123 and the second and a second terminal conductor 122 forming a leakage resistance R2.
  • the first and second terminal conductors 121 and 122 are configured such that the first and second leakage resistances R1 and R2 are formed differently between the neutral conductor 123 and the neutral conductor 123 when submerged.
  • the first and second terminal conductors 121 and 122 are configured to have different areas in contact with the water 400 when submerged.
  • a side having a larger area in contact with the water 400 has a lower leakage resistance value than a smaller side of the terminal conductor.
  • a method of differentiating the area of the terminal conductor is possible by setting at least one of the width and length of any one of the first and second terminal conductors 121 and 122 to be different from the width and length of the other terminal conductor.
  • the terminal conductor and the neutral conductor 123 are plate-shaped are illustrated in the drawings, if the contact area with the water 400 is set differently, the shape is not limited thereto, and it can be formed in any three-dimensional shape. .
  • the first and second terminal conductors 121 and 122 are separated from the neutral conductor 123 so that the first and second leakage resistances R1 and R2 are formed differently when submerged. They may be arranged to be different from each other.
  • the leakage resistance between the terminal conductor and the neutral conductor 123 has a lower leakage resistance value at a shorter separation distance than a longer one. That is, even if the area of each terminal conductor and the neutral conductor 123 is the same, the leakage resistance formed between the terminal conductor and the neutral conductor 123 when the terminal block 100 is submerged can be set differently by varying the spacing therebetween. there is.
  • the terminal block 100 of the present invention may be formed in a structure in which the terminal conductors are not submerged at the same time but are sequentially submerged one by one when submersion occurs.
  • the first terminal conductor 121 is first submerged according to the time when the water 400 fills up by varying the length of the terminal conductor as shown in FIG. Afterwards, the second terminal conductor 122 may be submerged.
  • the first terminal conductor 121 is first submerged according to the time when the water 400 fills up by varying the height of the terminal conductor as shown in FIG.
  • the two-terminal conductor 122 may be submerged.
  • the terminal block 100 includes the neutral conductor 123 in addition to the terminal conductor has been described, but the terminal block 100 according to the present invention does not exclude the terminal block 100 in which the neutral conductor 123 is not included. , it is possible to determine whether the neutral conductor 123 is included in the terminal block 100 according to the wiring method of the power distribution system of the present invention described above.
  • 5 to 8 show configurations in which the area or separation distance of the terminal conductors are varied in order to make the leakage resistance different, but in the power distribution system of the present invention, the first terminal in order to vary the leakage resistance during submersion
  • At least one conductive member (not shown) electrically connected to at least one of the conductor 121 or the second terminal conductor 122 may be further included, wherein the area in which the conductive member contacts the water 400 is , the first leakage current I1 and the second leakage current I2 may be formed to have different values.
  • the terminal block 100 and the power distribution system of the present invention have been described as an example when applied to a single-phase AC power source, but also for a DC power source such as sunlight and a three-phase AC power source, It can be applied by configuring each phase voltage and/or leakage resistance of the terminal block 100 differently.
  • the power distribution system and terminal block for preventing electric shock during submersion by limiting the leakage current to below the dangerous current when the electric line is submerged, as well as detecting the submersion, It has the effect of preventing electric shock from leakage current caused by leakage current and preventing the spread of electric accidents at an early stage.
  • terminal block 110 body
  • connection parts 121, 122 first and second terminal conductors
  • 200 fault detector 300: power supply, isolation transformer
  • first impedance element 320 second impedance element
  • AC1, AC2 first and second terminals N: middle tap
  • V1 AC voltage V1
  • V2 first and second voltages
  • I1, I2 first and second leakage currents Ic: neutral current
  • I11, I21 first and second bypass currents
  • I12, I22 first and second electric shock current
  • R1, R2 first and second leakage resistance
  • Rd current limiting resistance

Landscapes

  • Testing Of Short-Circuits, Discontinuities, Leakage, Or Incorrect Line Connections (AREA)

Abstract

본 발명에 따른 배전시스템은, 대지로부터 소정의 접지 저항값 이상의 저항값으로 절연되고, 중간탭과, 상기 중간탭을 기준으로 제1 전압을 갖는 제1 단자와, 상기 중간탭을 기준으로 제2 전압을 갖는 제2 단자를 포함하는 전원부; 상기 전원부의 제1 단자에 일단이 전기적으로 접속하고 침수 시에 제1 누설전류가 흐르는 제1 전력선과, 상기 전원부의 제2 단자에 일단이 전기적으로 접속하고 침수 시에 제2 누설전류가 흐르는 제2 전력선을 포함하는 둘 이상의 전력선; 및 일단이 상기 중간탭과 전기적으로 접속하여 상기 제1 및 제2 누설전류에 의하여 상기 중간탭으로 흐르는 전류를 검출하도록 구성된 고장검출기를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 따라, 본 발명은, 전기선로의 침수 시에 누설전류를 위험전류 이하로 제한할 뿐 아니라 침수 여부를 검출하도록 함으로써, 침수에 의한 누설전류로부터 감전을 예방하고 전기사고의 확산을 조기에 차단할 수 있는 효과가 있다.

Description

침수 시에 감전을 방지하는 배전시스템 및 단자대
본 발명은 침수 시에 감전을 방지하는 배전시스템 및 단자대에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전기선로의 침수 시에 누설전류를 위험전류 이하로 제한할 뿐 아니라 침수 여부를 검출하도록 함으로써, 침수에 의한 누설전류로부터 감전을 예방하고 전기사고의 확산을 조기에 차단할 수 있는, 침수 시에 감전을 방지하는 배전시스템 및 단자대에 관한 것이다.
전기사고 중에서 인체에 직접적인 피해를 주는 감전사고는 전원의 한 상에서 인체를 통하여 흐른 전류가 다른 상 또는 대지로 흐를 때 발생한다. 인체를 흐른 감전전류가 일정한 위험전류 이상일 때 상해 또는 사망사고가 발생할 수 있다. 일반적으로 인체로 흐르는 전류 값이 15mA 이상이면 경련(고통)을 일으키고 50mA 이상이면 사망에 이르는 것으로 알려져 있으므로, 감전사고 예방을 위하여 감전전류는 위험전류 이하인 15mA 이하, 바람직하게는 예컨대 8mA 이하가 되도록 전기설비 및 배전선로를 구성할 필요가 있다.
감전사고는, 인체의 일부가 피복이 벗겨진 전력선 또는 콘센트의 한 상 또는 두 상 이상을 접촉하거나, 전력선, 단자대 또는 전기설비의 침수로 인하여 발생한 누설전류가 인체를 통하여 흐를 때 발생할 수 있다.
특히, 침수에 의한 감전사고의 경우는 인체의 피부가 물에 젖어 접촉저항이 매우 낮으므로 감전에 의한 상해 정도가 높다. 또한, 침수에 의한 누설전류가 흐르는 범위가 넓기 때문에 누설전류가 흐르는 지역을 특정하여 접근을 차단하는 것이 쉽지않을 뿐만 아니라, 감전시 자발적으로 감전상태를 벗어나거나 타인에 의한 구조도 어려우므로 침수로 인한 감전사고에 대한 대책이 절실한 상황이다.
침수에 의한 감전을 방지하는 종래기술로서 특허문헌 1에는 통전 경로상에 전기적으로 이격된 상태로 평행한 두 평판형 도전체를 설치하여 인체를 통해 접지면으로 흐르는 전류량에 대비하여 두 평판형 도전체 사이의 물로 흐르는 전류량이 훨씬 크도록 하여 감전을 방지하는 기술을 개시하고 있다.
그러나, 종래의 침수 시 감전 방지기술은 두 개의 전력선 중 한 상만 침수된 경우에는 인체를 통하여 대지로 흐르는 누설전류가 상쇄되지 아니하여 감전을 방지할 수 없고, 또한 전력선의 한 상 또는 두 상이 침수된 경우에 침수 여부를 검출하기 어려운 문제가 있다.
[특허문헌 1]
대한민국 등록특허공보 제1400711호 (2014.05.27.)
따라서 본 발명은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 전기선로의 침수 시에 누설전류를 위험전류 이하로 제한할 뿐 아니라 침수 여부를 검출하도록 함으로써, 침수에 의한 누설전류로부터 감전을 예방하고 전기사고의 확산을 조기에 차단할 수 있는, 침수 시에 감전을 방지하는 배전시스템 및 단자대를 제공하는 데에 그 목적이 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른, 침수 시에 감전을 방지하는 단자대는, 둘 이상의 전력선, 및 상기 둘 이상의 전력선의 전압 사이의 전위를 갖는 중성선에 전기적으로 접속되는 단자대에 있어서, 본체; 및 상기 본체에 배치되고, 상기 둘 이상의 전력선 및 중성선 각각에 전기적으로 접속되는 접속부를 포함하되, 상기 접속부는, 상기 접속부의 적어도 일부가 침수되었을 때, 침수에 의하여 형성되는, 상기 둘 이상의 전력선 각각과 상기 중성선 사이의 누설저항값이 서로 상이하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 단자대는, 상기 접속부는, 상기 중성선이 접속되도록 구성된 중성도체; 상기 전력선 중 제1 전력선이 접속되도록 구성되고, 상기 침수에 의하여 상기 중성도체와 제1 누설저항을 형성하는 제1 단자도체; 및 상기 전력선 중 제2 전력선이 접속되도록 구성되고, 상기 침수에 의하여 상기 중성도체와 제2 누설저항을 형성하는 제2 단자도체를 포함하되, 상기 제1 및 제2 단자도체는, 상기 제1 및 제2 누설저항이 상이하도록 구성될 수 있다.
본 발명에 따른 단자대는, 상기 제1 및 제2 단자도체는, 침수 시에 물과 접촉하는 면적이 상이하게 형성될 수 있다.
본 발명에 따른 단자대는, 상기 제1 및 제2 단자도체는, 상기 중성도체와의 이격거리가 서로 상이하게 배치될 수 있다.
본 발명에 따른 단자대는, 상기 제1 및 제2 단자도체는, 길이가 상이하게 형성될 수 있다.
본 발명에 따른 단자대는, 상기 제1 및 제2 단자도체는, 서로 상이한 높이로 배치될 수 있다.
본 발명에 따른 단자대는, 상기 제1 단자도체, 제2 단자도체 및 중성도체 사이를 분리하도록 상기 본체에 소정의 높이로 형성되는 분리대를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 단자대는, 상기 분리대에는, 상기 제1 단자도체, 제2 단자도체 및 중성도체 사이에 통수가 가능하도록 통수구가 형성될 수 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른, 침수 시에 감전을 방지하는 배전시스템은, 대지로부터 소정의 접지 저항값 이상의 저항값으로 절연되고, 중간탭과, 상기 중간탭을 기준으로 제1 전압을 갖는 제1 단자와, 상기 중간탭을 기준으로 제2 전압을 갖는 제2 단자를 포함하는 전원부; 상기 전원부의 제1 단자에 일단이 전기적으로 접속하고 침수 시에 제1 누설전류가 흐르는 제1 전력선과, 상기 전원부의 제2 단자에 일단이 전기적으로 접속하고 침수 시에 제2 누설전류가 흐르는 제2 전력선을 포함하는 둘 이상의 전력선; 일단이 상기 중간탭과 전기적으로 접속하여 상기 제1 및 제2 누설전류에 의하여 상기 중간탭으로 흐르는 전류를 검출하도록 구성된 고장검출기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 배전시스템은, 상기 전원부는, 상기 전력선의 침수 시에 상기 제1 및 제2 누설전류가 상이하도록 구성될 수 있다.
본 발명에 따른 배전시스템은, 상기 전원부는, 2차측이 상기 제1 단자, 제2 단자 및 중간탭을 포함하는 절연변압기를 포함하고, 상기 제1 및 제2 전압은 상이한 전압값을 가질 수 있다.
본 발명에 따른 배전시스템은, 상기 전원부는, 상기 제1 단자 및 제2 단자 사이에 전기적으로 직렬 연결되는 제1 및 제2 임피던스 소자를 포함하고, 상기 중간탭은 상기 제1 및 제2 임피던스 소자 사이에서 인출되되, 상기 제1 및 제2 임피던스 소자의 임피던스는 서로 상이하게 설정될 수 있다.
본 발명에 따른 배전시스템은, 상기 전원부와 부하 사이를 전기적으로 접속시키도록 배치되고, 상기 제1 전력선 및 제2 전력선 각각의 타단에 전기적으로 접속되는 단자대를 더 포함하고, 상기 단자대는, 본체; 및 상기 본체에 배치되고, 상기 둘 이상의 전력선 각각에 전기적으로 접속되는 접속부를 포함하되, 상기 접속부는, 상기 전력선 중 제1 전력선이 접속되도록 구성되고, 상기 침수에 의하여 상기 제1 누설전류의 경로를 따라 제1 누설저항을 형성하는 제1 단자도체; 및 상기 전력선 중 제2 전력선이 접속되도록 구성되고, 상기 침수에 의하여 상기 제2 누설전류의 경로를 따라 제2 누설저항을 형성하는 제2 단자도체를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 배전시스템은, 상기 접속부는, 상기 중간탭 또는 상기 고장검출기의 타단에 전기적으로 접속되는 중성도체를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 배전시스템은, 상기 제1 및 제2 단자도체는, 상기 제1 및 제2 누설저항이 상이하도록 구성될 수 있다.
본 발명에 따른 배전시스템은, 상기 단자대는, 앞에서 상술한 본 발명에 따른 단자대일 수 있다.
본 발명에 따른 배전시스템은, 상기 고장검출기의 타단은 대지에 접지될 수 있다.
본 발명에 따른 배전시스템은, 상기 고장검출기는, 상기 고장검출기에 흐르는 전류를 소정의 위험전류 이하로 제한하도록 구성될 수 있다.
본 발명에 따른 배전시스템은, 상기 제1 단자도체 또는 제2 단자도체 중 적어도 하나에 전기적으로 접속되는 하나 이상의 전도성 부재를 더 포함하고, 상기 전도성 부재가 물과 접촉하는 면적은, 상기 제1 누설전류 및 제2 누설전류가 서로 상이한 값을 갖도록 형성될 수 있다.
본 발명에 따른, 침수 시에 감전을 방지하는 배전시스템 및 단자대는, 전기선로의 침수 시에 누설전류를 위험전류 이하로 제한할 뿐 아니라 침수 여부를 검출하도록 함으로써, 침수에 의한 누설전류로부터 감전을 예방하고 전기사고의 확산을 조기에 차단할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 침수 시에 감전을 방지하는 배전시스템의 전체 구성을 도시한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 배전시스템의 구성을 도 1과 다르게 변형한 예시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 단자대의 사시도이다.
도 4는 침수가 발생한 경우에 누설전류의 검출 원리를 설명하기 위한 본 발명에 따른 배전시스템의 등가회로도이다.
도 5는 단자도체의 면적이 상이한 경우를 도시한 단자대의 예시도이다.
도 6은 단자도체와 중성도체 간의 이격거리가 상이한 경우를 도시한 단자대의 예시도이다.
도 7은 단자도체의 길이가 상이한 경우를 도시한 단자대의 예시도이다.
도 8은 단자도체의 높이가 상이한 경우를 도시한 단자대의 예시도이다.
본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 이하의 상세한 설명은 예시적인 것에 지나지 않으며, 본 발명의 바람직한 실시예를 도시한 것에 불과하다.
본 발명에 따른, 침수 시에 감전을 방지하는 배전시스템 및 단자대는, 전력선 또는 단자대의 침수 시에 감전을 방지할 뿐 아니라 침수 발생을 검출하여 전원 차단 등의 조치를 취하도록 제어되거나 관리자에게 통보함으로써 침수에 의한 전기사고의 확산을 조기에 차단할 수 있는 발명으로서, 침수 발생 확률이 높거나 인체 감전 등의 안전사고 대책이 절실히 요구되는 장소에 적용될 수 있다.
예를 들어 본 발명에 따른, 침수 시에 감전을 방지하는 배전시스템 및 단자대는, 가로등, 옥외 분전반 또는 가설분전반 등 옥외에 설치되는 전기설비에 적용하거나 실내이더라도 목욕탕, 화장실 등의 물취급 장소에 적용될 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 침수 시에 감전을 방지하는 배전시스템의 전체 구성을 도시한 블록도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 배전시스템은, 대지로부터 소정의 접지 저항값 이상의 저항값으로 절연되고, 중간탭(N)과, 중간탭(N)을 기준으로 제1 전압(V1)을 갖는 제1 단자(AC1)와, 중간탭(N)을 기준으로 제2 전압(V2)을 갖는 제2 단자(AC2)를 포함하는 전원부(300)와, 전원부(300)의 제1 단자(AC1)에 일단이 전기적으로 접속하고 침수 시에 제1 누설전류(I1)가 흐르는 제1 전력선(510)과, 전원부(300)의 제2 단자(AC2)에 일단이 전기적으로 접속하고 침수 시에 제2 누설전류(I2)가 흐르는 제2 전력선(520)을 포함하는 둘 이상의 전력선과, 일단이 중간탭(N)과 전기적으로 접속하여 제1 및 제2 누설전류(I1, I2)에 의하여 중간탭(N)으로 흐르는 전류를 검출하도록 구성된 고장검출기(200)를 포함하여 구성될 수 있다.
도 1에 따르면, 본 발명에 따른 배전시스템은, 전원부(300)와 부하 사이를 전기적으로 접속시키도록 배치되고, 제1 전력선(510) 및 제2 전력선(520) 각각의 타단에 전기적으로 접속되는 단자대(100)를 더 포함하여 구성될 수 있다.
여기에서 단자대(100)는, 본체(110)와, 둘 이상의 전력선 각각에 전기적으로 접속되는 접속부(120)를 포함하되, 접속부(120)는, 전력선 중 제1 전력선(510)이 접속되도록 구성되고, 침수에 의하여 제1 누설전류(I1)의 경로를 따라 제1 누설저항(R1)을 형성하는 제1 단자도체(121)와, 전력선 중 제2 전력선(520)이 접속되도록 구성되고, 침수에 의하여 제2 누설전류(I2)의 경로를 따라 제2 누설저항(R2)을 형성하는 제2 단자도체(122)를 포함할 수 있다.
본 발명의 단자대(100)는, 일반적인 단자대 뿐만 아니라 전력선을 접속하거나 분기시키는 접속점으로서 도체가 노출되어 침수에 의하여 누설전류 경로에 대하여 누설저항을 형성하는 접속점을 통칭하는 개념으로서 차단기, 변압기, 스위치 등 전기기기의 접속점 뿐만 아니라 단순히 전력선과 전력선이 연결되는 접속점을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 이하에서는 설명의 편의를 위하여 예시적으로 통상적인 단자대를 기준으로 설명하기로 한다.
도 1에 따르면, 본 발명에 따른 배전시스템에서, 단자대(100)의 접속부(120)는 중성도체(123)를 더 포함할 수 있고, 중성도체(123)는 중성선(530)으로 중간탭(N) 또는 고장검출기(200)의 타단에 전기적으로 접속될 수 있다. 이때, 고장검출기(200)의 타단은 대지에 접지될 수 있다.
도 1에는 고장검출기(200)의 타단이 단자대(100)의 중성도체(123)와 중성선(530)으로 연결되고 대지에 접지된 구성이 도시되어 있으나, 단자대(100)는 중성도체(123)를 구비하지 않고 고장검출기(200)가 중성선(530)으로 단자대(100)와 연결됨이 없이 바로 접지되거나, 단자대(100)는 중성도체(123)를 구비하되 중성선(530)으로 고장검출기(200)와 연결되지 않고 고장검출기(200)와 중성도체(123)가 각각 접지되는 구성도 가능하다.
도 1에 도시된 바와 같이, 단자대(100)에 중성도체(123)를 구비하고 중성도체(123)가 중성선(530)으로 고장검출기(200)와 연결된 구성에서는 단자대(100)의 침수 시에 전력선에서 누설된 누설전류의 대부분이 중성도체(123)에 포집되어 중성선 전류(Ic)로서 중성선(530)에 흐르게 되므로 감전 위험을 현저히 줄어줄 뿐 아니라 고장검출기(200)는 중성선 전류(Ic) 및 대지의 누설전류로부터 침수 여부를 검출할 수 있다.
그러나, 상술한 바와 같이 단자대(100)가 중성도체(123)를 구비하지 않거나 중성도체(123)와 고장검출기(200)가 중성선(530)으로 연결되는 구성이 아니라고 하더라도, 고장검출기(200)의 타단이 접지되면, 전력선의 한 선 또는 두 선이 침수되는 경우에 전력선에서 누설된 누설전류가 대지를 통하여 고장검출기(200)를 경유하는 전류 경로가 형성되어 고장검출기(200)가 누설전류를 검출하여 침수 여부를 판단할 수 있다.
또한, 고장검출기(200)가 접지되지 않더라도 고장검출기(200)의 타단이 단자대(100)의 중성도체(123)와 전기적 연결되는 구성에서는 단자대(100)의 침수 시에 전력선의 제1 누설전류(I1) 및 제2 누설전류(I2)가 상이하게 흐르도록 전원부(300) 또는 단자대(100)를 구성함으로써 고장검출기(200)가 누설전류를 검출할 수 있다.
도 1에 따르면, 본 발명의 배전시스템에서 전원부(300)는, 중간탭(N)과, 중간탭(N)을 기준으로 제1 전압(V1)을 갖는 제1 단자(AC1)와, 중간탭(N)을 기준으로 제2 전압(V2)을 갖는 제2 단자(AC2)를 포함하고, 제1 및 제2 단자(AC1, AC2)와 중간탭(N)은 대지로부터 소정의 접지 저항값 이상의 저항값으로 절연된 상태로 제공된다.
전원부(300)는 일반적인 교류전원일 수 있으나, 태양광 패널에서 제공되는 직류전원일 수도 있다. 전원부(300)가 교류전원일 경우에는 대지와의 절연을 위하여 절연변압기(300)가 이용될 수 있고, 절연변압기(300)에서 상술한 제1 및 제2 단자(AC1, AC2)와 중간탭(N)을 제공할 수 있다. 또한, 전원부(300)는 교류전원인 경우에 단상 또는 삼상전원일 수 있으나, 이하에서는 설명의 편의를 위하여, 단상의 교류전원인 경우를 예시하여 설명한다.
도 1에 도시된 본 발명에 따른 배전시스템은, 상술한 바와 같이 제1 전력선(510) 또는 제2 전력선(520) 중 어느 하나의 전력선이 침수되는 경우에는 고장검출기(200)에서 누설전류가 흐르므로 침수를 검출할 수 있다. 그러나 제1 및 제2 전력선(510, 520)이 모두 침수되고 전력선에서 누설되는 제1 및 제2 누설전류(I1, I2)가 동일한 경우에는 누설전류가 전력선으로만 흐르고 대지 또는 중성선(530)으로 흐르는 누설전류는 없거나 미약해서 고장검출기(200)에서 검출하지 못할 수가 있다.
따라서, 제1 및 제2 전력선(510, 520)이 모두 침수된 경우에도 고장검출기(200)에서 침수를 검출할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명의 배전시스템은 전원부(300) 및 단자대(100) 중 적어도 하나는, 전력선 또는 단자대(100)가 침수되는 경우에 침수에 의하여 중성선(530)에 중성선 전류(Ic)가 흐르거나 대지에 누설전류가 흐르도록 구성될 수 있다. 다시 말하면, 전원부(300) 및 단자대(100) 중 적어도 하나는, 제1 누설전류(I1)와 제2 누설전류(I2)가 다르게 흐르도록 구성될 수 있다.
일 예로서, 전원부(300)는 중간탭(N)을 기준으로 제1 및 제2 단자(AC1, AC2)에서 제공되는 제1 및 제2 전압(V1, V2)은 다른 전압의 크기를 갖도록 구성할 수 있다.
제1 및 제2 전압(V1, V2)이 다른 전압의 크기를 갖는 구성으로서, 전원부(300)는 2차측이 제1 단자(AC1), 제2 단자(AC2) 및 중간탭(N)을 포함하는 절연변압기(300)를 포함하고, 제1 및 제2 전압(V1, V2)은 상이한 전압값을 가도록 2차측의 권선비를 설정할 수 있다
또한, 제1 및 제2 전압(V1, V2)이 다른 전압의 크기를 갖는 구성으로서, 전원부(300)는 도 2(a) 및 도 2(c)에 도시된 바와 같이 제1 단자(AC1) 및 제2 단자(AC2) 사이에 전기적으로 직렬 연결되는 제1 및 제2 임피던스 소자(310, 320)를 포함하고, 중간탭(N)은 제1 및 제2 임피던스 소자(310, 320) 사이에서 인출되되, 제1 및 제2 임피던스 소자(310, 320)의 임피던스를 서로 상이하게 설정할 수 있다. 제1 및 제2 임피던스 소자(310, 320)는 도 2에 도시된 바와 같이 커패시터(C1, C2)이거나, 커패시터, 저항 및 인덕터에서 적어도 하나 이상 선택되는 소자의 조합을 포함하여 구성될 수 있다. 예를 들어, 제1 및 제2 임피던스 소자(310, 320)가 커패시터(C1, C2)인 경우 커패시턴스 C1 및 C2는 상이한 값일 수 있다.
이와 같이 제1 및 제2 임피던스 소자(310, 320)의 임피던스를 다르게 설정함으로써 중간탭(N)을 기준으로 제1 및 제2 전압(V1, V2)은 상이한 전압으로 출력되고, 전력선의 침수 시에 제1 및 제2 누설전류(I1, I2)가 불평형하게 흐르게 함으로써 대지 또는 중성선(530)에 흐르는 누설전류에 의하여 고장검출기(200)가 침수를 검출할 수 있다.
전력선 또는 단자대(100)의 침수 시에 제1 누설전류(I1)와 제2 누설전류(I2)가 다르게 흐르도록 하는 또 다른 구성으로서, 본 발명에 따른 단자대(100)의 제1 및 제2 단자도체(121, 122)는, 침수 시에 누설전류의 경로를 따라 형성되는 제1 및 제2 누설저항(R1, R2)이 상이하도록 구성될 수 있다. 이와 같이 누설저항이 상이하게 형성되도록 하는 단자대(100)의 구조는 도 5 내지 도 8에 도시된 예시적인 구성을 통하여 뒤에서 상세하게 후술한다.
앞에서 상술한 대로, 전원부(300)는 중간탭(N)이 절연변압기(300)로부터 제공되는 경우에 중간탭(N)에서 제1 및 제2 단자(AC1, AC2)까지의 권선수는 동일할 수 있으나, 상이한 경우도 가능하다. 전원부(300)는 제1 및 제2 단자(AC1, AC2) 사이에 교류전압(Vac)을 제공하므로, 교류전압(Vac)은 제1 전압(V1)과 제2 전압(V2)의 합과 같다.
도 2는 본 발명의 배전시스템의 구성을 도 1과 다르게 변형한 예시도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 배전시스템은, 고장검출기(200)의 일단이 중간탭(N)에 접속되고, 전원부(300)의 중간탭(N)과 단자대(100)의 중성도체(123)는 도 2(a) 및 도 2(b)에 도시된 바와 같이 중성선(530)을 이용하여 전기적으로 연결할 수 있다. 이때, 고장검출기(200)의 타단은 대지에 접지됨으로써, 전력선 또는 단자대(100)의 침수 시에 제1 및 제2 누설전류(I1, I2)에 의하여 대지로 누설되는 전류를 고장검출기(200)가 검출하여 침수 여부를 알 수 있다.
또한, 도 2(c)에 도시된 바와 같이 단자대(100)의 중성도체(123)는 고장검출기(200)의 타단에 연결될 수 있다. 이에 덧붙여 고장검출기(200)의 타단 및 중성도체(123)는 대지에 접지될 수 있다. 다시 말하면, 도 2(c)에서 고장검출기(200) 및 중성선(530)이 접지되지 않은 경우는 전력선의 한 선 또는 두 선의 침수 시에 중성선(530)에 흐르는 중성선 전류(Ic)를 통하여 침수를 검출할 수 있고, 접지가 되는 경우에는 중성선 전류(Ic), 및 제1 및 제2 누설전류(I1, I2)에 의하여 대지에 흐르는 전류로부터 고장검출기(200)가 침수를 검출할 수 있다.
도 2(a) 및 도 2(c)에 따르면, 전원부(300)는, 제1 단자(AC1) 및 제2 단자(AC2) 사이에 전기적으로 직렬 연결되는 제1 및 제2 임피던스 소자(310, 320)를 포함하고, 중간탭(N)은 제1 및 제2 임피던스 소자(310, 320) 사이에서 인출되되, 제1 및 제2 임피던스 소자(310, 320)의 임피던스를 서로 상이하게 설정할 수 있다. 제1 및 제2 임피던스 소자(310, 320)는 도 2에 도시된 바와 같이 커패시터(C1, C2)이거나, 커패시터, 저항 및 인덕터에서 적어도 하나 이상 선택되는 소자의 조합을 포함하여 구성될 수 있다. 예를 들어, 제1 및 제2 임피던스 소자(310, 320)가 커패시터(C1, C2)인 경우 커패시턴스 C1 및 C2는 상이한 값일 수 있다.
도 3에는 본 발명에 따른 단자대(100)가 도시되어 있다.
도 3에 따르면, 단자대(100)는, 본체(110)와, 둘 이상의 전력선 및 중성선(530) 각각에 전기적으로 접속되는 접속부(120)를 포함하여 구성된다. 여기에서 접속부(120)는, 전력선 중 제1 전력선(510)이 접속되도록 구성되는 제1 단자도체(121)와, 전력선 중 제2 전력선(520)이 접속되도록 구성되는 제2 단자도체(122)를 포함할 수 있다. 부가적으로 접속부(120)는, 중성도체(123)를 더 포함할 수 있고, 중성도체(123)는 중성선(530)을 이용하여 고장검출기(200)의 타단 또는 전원부(300)의 중간탭(N)에 전기적으로 접속되거나, 대지에 접지될 수 있다.
본 발명에 따른 단자대(100)는, 접속부(120)가 침수될 때 침수에 의하여 제1 단자도체(121)와 중성도체(123) 및 대지 사이에 제1 누설저항(R1)이 형성되고, 제2 단자도체(121)와 중성도체(123) 및 대지 사이에 제2 누설저항(R2)이 형성된다.
단자대(100)의 제1 및 제2 단자도체(121, 122)는 중성도체(123)에 인접하게 배치될 수 있다. 이러한 구조를 통하여 본 발명의 배전시스템은, 단자대(100)의 제1 단자도체(121) 또는 제2 단자도체(122) 중 적어도 하나가 중성도체(123)와 함께 침수되는 경우에 제1 및 제2 단자도체(121, 122)에서 누설된 누설전류가 물(400) 속에서 원거리를 돌아 흐르지 않고 근거리의 중성도체(123)로 흘러빠져나가도록 하여 감전 등의 전기사고를 방지할 수 있다.
도 3에 따르면, 본 발명에 따른 단자대(100)는, 제1 단자도체(121), 단자도체 및 중성도체(123) 사이를 분리하도록 본체(110)에 소정의 높이로 형성되는 분리대(130)를 더 포함하여 구성될 수 있다. 더 나아가, 분리대(130)에는 제1 단자도체(121), 제2 단자도체(122) 및 중성도체(123) 사이에 물(400)의 흐름이 가능하도록 통수구(131)가 형성될 수 있다.
단자대(100)에 형성된 분리대(130)는, 서로 근접하여 접속한 전력선과 중성선(530)이 서로 단락되는 것을 방지하는 기능을 한다. 또한, 어느 하나의 단자도체가 침수된 경우에는 침수의 검출 및 누설전류의 빠른 바이패스를 용이하게 하기 위하여 다른 단자도체 또는 중성도체(123)도 침수되는 것이 바람직하다. 따라서 제1 및 제2 단자도체(121, 122) 중에서 어느 하나의 단자도체가 침수된 경우에는 다른 단자도체 또는 중성도체(123)도 침수하여 누설저항이 낮아지도록 분리대(130)에 통수구(131)를 형성할 수 있다.
또한, 본 발명의 단자대(100)는 침수에 의한 감전 뿐만 아니라 단자도체에 인체의 직접적인 접촉에 의한 감전을 방지하기 위하여 단자도체 및 중성도체(123)를 덮는 커버(140)를 더 포함하여 구성될 수 있다.
도 1에 따르면, 단자대(100)의 침수에 의하여 제1 전력선(510)에 흐르는 제1 누설전류(I1)는 물(400) 속에서 근거리 경로를 통하여 중성도체(123)로 흐르는 제1 바이패스 전류(I11)와 원거리 경로를 통하여 중성도체(123)로 흐르는 제1 감전전류(I12)를 포함할 수 있다. 또한, 제2 전력선(520)에 흐르는 제2 누설전류(I2)는 물(400) 속에서 근거리 경로를 통하여 중성도체(123)로 흐르는 제2 바이패스 전류(I21)와 원거리 경로를 통하여 중성도체(123)로 흐르는 제2 감전전류(I22)를 포함할 수 있다. 또한, 도면에 도시되지는 않았으나 제1 누설전류(I1) 및 제2 누설전류(I2)의 일부는 중성도체(123)로 포집되지 않고 대지를 통하여 고장검출기(200)로 직접 흘러들어갈 수도 있다.
단자대(100)로부터 원거리 전류 경로를 형성하는 제1 감전전류(I12) 및 제2 감전전류(I22) 또는 대지로 흐르는 누설전류는 원거리 전류 경로에 사람이 위치하는 경우 인체를 경유하여 흘러 감전을 유발할 수 있다. 그에 반하여 근거리 전류 경로를 형성하는 제1 바이패스 전류(I11) 및 제2 바이패스 전류(I21)는 주변의 사람을 경유하지 않으므로 감전을 유발시키지 않는다.
여기에서, 제1 감전전류(I12) 및 제2 감전전류(I22) 또는 대지로 흐르는 누설전류의 전류 경로는 제1 및 제2 바이패스의 전류 경로보다 훨씬 길기 때문에 제1 및 제2 감전전류(I12, I22)는 제1 및 제2 바이패스 전류(I11, I21)보다 훨씬 작아서 인체를 경유하여 흐르더라도 감전을 일으키지 않게 구성할 수 있다.
도 1에 따르면, 본 발명에 따른 전원부(300) 및 단자대(100) 중 적어도 하나는, 단자대(100)가 침수되는 경우에 침수에 의하여 중성선(530)에 중성선 전류(Ic)가 흐르도록 구성될 수 있다. 다시 말하면, 제1 단자도체(121)와 중성도체(123)가 침수되는 경우에는 제1 전력선(510)과 중성선(530) 및 제1 누설저항(R1)을 통하여 흐르는 제1 누설전류(I1)가 중성선 전류(Ic)를 구성하고, 제2 단자도체(122)와 중성도체(123)가 침수되는 경우에는 제2 전력선(520)과 중성선(530) 및 제2 누설저항(R2)을 통하여 흐르는 제2 누설전류(I2)가 중성선 전류(Ic)를 구성한다.
또한, 도면에 도시되지는 않았으나 제1 및 제2 누설저항(R1, R2)이 일부는 제1 및 제2 전력선(510, 520)과 대지와의 누설저항을 포함하므로, 제1 누설전류(I1) 및 제2 누설전류(I2)의 일부는 중성도체(123)로 포집되지 않고 대지를 통하여 고장검출기(200)로 직접 흘러들어갈 수도 있다. 다만, 이하에서는 회로해석의 편의를 위하여 도 1과 같이 단자대(100)에 중성도체(123)가 포함되는 경우에는 누설저항과 누설전류는 단자도체와 중성도체(123) 사이에서만 형성된다고 가정한다.
제1 및 제2 단자도체(121, 122)와 중성도체(123)가 모두 침수되는 경우에는 제1 전력선(510)을 흐르는 제1 누설전류(I1)와 제2 전력선(520)을 흐르는 제2 누설전류(I2)가 발생하는데, 이때 제1 누설전류(I1)와 제2 누설전류(I2)가 상이한 값을 가질 때 그 차에 의한 중성선 전류(Ic)가 발생할 수 있다.
다시 말하면, 본 발명에 따른 전원부(300) 및 단자대(100) 중 적어도 하나는, 단자대(100)가 침수되는 경우에 침수에 의하여 흐르는 제1 누설전류(I1)와 제2 누설전류(I2)가 상이하고, 그로 인하여 중성선(530)에 중성선 전류(Ic)가 흐르도록 구성된다.
예를 들어 제1 누설전류(I1)와 제2 누설전류(I2)는 전원부(300)의 제1 전압(V1)과 제2 전압(V2)이 상이하게 설정될 때 상이하게 흐르고 이때 중성선(530)으로 중성선 전류(Ic)가 흐를 수 있다. 또한, 제1 누설전류(I1)와 제2 누설전류(I2)는 침수 시에 단자대(100)의 중성도체(123)와 제1 단자도체(121) 사이의 제1 누설저항(R1)과 중성도체(123)와 제2 단자도체(122) 사이의 제2 누설저항(R2)이 상이하게 형성되도록 구성할 때 상이하게 흐르고 그로 인하여 중성선(530)으로 중성선 전류(Ic)가 흐를 수 있다. 이와 같이 누설저항이 상이하게 형성되도록 하는 단자대(100)의 구조는 도 5 내지 도 8에 도시된 예시적인 구성을 통하여 뒤에서 상세하게 후술한다.
고장검출기(200)는 중성선(530)과 전기적으로 직렬 연결되어 중성선(530)에 흐르는 중성선 전류(Ic)를 검출하는 구성요소로서, 도 1에 따르면 고장검출기(200)의 일단은 전원부(300)의 중간탭(N)에 전기적으로 연결되고, 타단은 중성선(530)을 통하여 단자대(100)의 중성도체(123)에 전기적으로 연결되는 구성이 도시되어 있으나, 고장검출기(200)의 일단이 중성선(530)을 통하여 전원부(300)의 중간탭(N)에 전기적으로 접속하고 타단이 단자대(100)의 중성도체(123)에 직접적으로 접속하는 것도 가능하다.
또한, 도 1에는 고장검출기(200)의 타단이 단자대(100)의 중성도체(123)와 중성선(530)으로 연결되고 대지에 접지된 구성이 도시되어 있으나, 단자대(100)는 중성도체(123)를 구비하지 않고 고장검출기(200)가 중성선(530)으로 단자대(100)와 연결됨이 없이 바로 접지되거나, 단자대(100)는 중성도체(123)를 구비하되 중성선(530)으로 고장검출기(200)와 연결되지 않고 고장검출기(200)와 중성도체(123)가 각각 접지되는 구성도 가능하다.
또한, 도 2에 도시된 바와 같이 본 발명의 배전시스템은, 고장검출기(200)의 일단이 중간탭(N)에 접속되고, 전원부(300)의 중간탭(N)과 단자대(100)의 중성도체(123)는 도 2(a) 및 도 2(b)에 도시된 바와 같이 중성선(530)을 이용하여 전기적으로 연결할 수 있다. 이때, 고장검출기(200)의 타단은 대지에 접지됨으로써, 전력선 또는 단자대(100)의 침수 시에 제1 및 제2 누설전류(I1, I2)에 의하여 대지로 누설되는 전류를 고장검출기(200)가 검출하여 침수 여부를 알 수 있다.
상술한 바와 같이 단자대(100)가 중성도체(123)를 구비하지 않거나 중성도체(123)와 고장검출기(200)가 중성선(530)으로 연결되는 구성이 아니라고 하더라도, 고장검출기(200)의 타단이 접지되면, 전력선의 한 선 또는 두 선이 침수되는 경우에 전력선에서 누설된 누설전류가 대지를 통하여 고장검출기(200)를 경유하는 전류 경로가 형성되어 고장검출기(200)가 누설전류를 검출하여 침수 여부를 판단할 수 있다.
또한, 고장검출기(200)가 접지되지 않더라도 고장검출기(200)의 타단이 단자대(100)의 중성도체(123)와 전기적 연결되는 구성에서는 단자대(100)의 침수 시에 전력선의 제1 누설전류(I1) 및 제2 누설전류(I2)에 의하여 중성선(530)에 흐르는 중성선 전류(Ic)에 의하여 고장검출기(200)가 누설전류 및 침수여부를 검출할 수 있다.
도 1에 도시된 고장검출기(200)는 중성선(530)에 흐르는 중성선 전류(Ic)를 검출함으로써, 단자대(100)의 접속부(120)의 적어도 일부가 침수되었는지 여부를 검출하여 전원을 차단하거나 관리자에게 통보하는 등의 침수에 의한 감전 및 전기사고를 방지할 수 있다. 특히, 본 발명에 따른 배전시스템은 교류전압(Vac)이 인가되는 제1 전력선(510) 및 제2 전력선(520)에 접속된 단자대(100)의 제1 및 제2 단자도체(121, 122)가 모두 침수되더라도 제1 및 제2 전력선(510, 520)에 흐르는 누설전류들의 불평형에 의하여 중성선(530)에 흐르게 되는 중성선 전류(Ic)를 고장검출기(200)가 검출할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 고장검출기(200)는, 고장검출기(200)에 흐르는 전류를 소정의 위험전류 이하로 제한하도록 구성될 수 있다. 이때, 고장검출기(200)는 도 1에 도시된 바와 같이 전류제한 저항(Rd)을 포함하는 구성으로 등가화될 수 있다. 고장검출기(200)의 전류제한 저항(Rd)은 단자대(100)의 침수 시에 흐르는 누설전류의 양을 제한할 뿐 아니라 단자대(100)의 도체에 인체의 일부가 직접 접촉하더라도 이때 인체를 흐르는 누설전류가 위험전류 이하가 되도록 설정될 수 있다. 참고로, 인체로 흐르는 전류 값이 15mA 이상이면 경련(고통)을 일으키고 50mA 이상이면 사망에 이르는 것으로 알려져 있으므로, 감전사고 예방을 위하여 위험전류는 15mA 이하, 예컨대 8mA로 설정하여 누설전류가 그 이하로 제한되도록 설계할 수 있다.
본 발명에 따른 배전시스템은, 고장검출기(200)가 전원부(300)의 중간탭(N)에 전기적으로 접속하는 일단과 단자대(100)의 중성도체(123)에 전기적으로 접속하는 타단을 구비할 때, 고장검출기(200)의 타단을 대지에 접지할 수 있다.
이 구조에서 고장검출기(200)는, 중성선(530)의 중성선 전류(Ic) 뿐만 아니라 대지를 통하여 고장검출기(200)로 흐르는 대지전류도 검출할 수 있다. 예를 들어, 단자대(100)의 제1 및 제2 단자도체(121, 122) 중 적어도 하나와 중성도체(123)가 침수될 경우에는 고장검출기(200)에서 검출되는 대부분의 전류는 중성선 전류(Ic)이나, 단자대(100)의 제1 및 제2 단자도체(121, 122) 중 어느 하나의 단자도체만 침수되고 중성도체(123)는 침수되지 않는 경우에는 침수된 단자도체에서 대지로 누설된 대지전류가 고장검출기(200)에서 검출된다. 따라서, 본 발명에 따른 배전시스템은, 전력선 중 어느 하나뿐만 아니라 모두가 침수된 경우라도 침수를 검출하고 인체 감전을 방지할 수 있다.
도 4는 단자대(100)에 침수가 발생한 경우에 누설전류의 검출 원리를 설명하기 위한 본 발명에 따른 배전시스템의 등가회로도이다. 도 4는 도 1에 도시된 실시예에 대한 등가회로이나, 상술한 변형예 및 도 2에 도시된 실시예에 대해서도 유사하게 적용할 수 있다.
도 4를 더욱 상세하게 설명하면, 도 4(a)는 단자대(100)의 제1 단자도체(121)와 중성도체(123)가 침수된 경우의 등가회로이고, 도 4(b)는 단자대(100)의 제2 단자도체(122)와 중성도체(123)가 침수된 경우의 등가회로이고, 도 4(c)는 단자대(100)의 제1 및 제2 단자도체(121, 122)와 중성도체(123)가 모두 침수된 경우를 표현한 등가회로이다.
도 4에서는 중성도체(123)가 침수되고 중성선(530)에 중성선 전류(Ic)가 흐르는 경우를 예로 들었으나, 고장검출기(200)의 타단이 접지된 경우에는 단자대(100)의 중성도체(123)가 침수되지 않더라도 단자도체에서 누설된 누설전류가 대지를 통하여 고장검출기(200)로 유입되기 때문에 제1 및 제2 누설저항(R1, R2)은 제1 및 제2 단자도체(121, 122)와 고장검출기(200) 사이의 물(400) 및 대지의 저항을 포함한 개념으로 이해될 수 있다. 이하에서는 설명의 편의를 위하여 중성도체(123)가 침수되는 경우에 한정하여 설명한다.
(제1 단자도체(121)와 중성도체(123)가 침수된 경우)
도 4(a)에 따르면, 단자대(100)의 제1 단자도체(121)와 중성도체(123)가 침수되는 경우에 제1 단자도체(121)와 중성도체(123) 사이에는 침수에 의하여 제1 누설저항(R1)이 형성된다. 침수에 의하여 형성된 제1 누설저항(R1)에 의하여 제1 전력선(510)과 중성선(530)에는 제1 누설전류(I1)가 흐른다. 이때, 중성선(530)의 중성선 전류(Ic)는 제1 누설전류(I1)와 동일하며 아래 수학식 1과 같이 표현될 수 있다.
[수학식 1]
Figure PCTKR2021010845-appb-I000001
수학식 1에 따르면, 제1 누설전류(I1) 및 중성선 전류(Ic)는 제1 누설저항(R1)과 고장검출기(200)의 전류제한 저항(Rd)에 의하여 결정되므로, 인체가 단자도체에 직접 접촉하더라도 누설전류가 위험전류 이하가 되도록 고장검출기(200)의 전류제한 저항(Rd)을 적절히 설정할 수 있다.
또한, 중성선 전류(Ic)는 고장검출기(200)에 흐르게 되므로 고장검출기(200)는 중성선 전류(Ic)를 이용하여 단자대(100)의 침수 여부를 검출하고 그 결과를 관리자에게 통보할 수 있다.
(제2 단자도체(122)와 중성도체(123)가 침수된 경우)
도 4(b)에 따르면, 단자대(100)의 제2 단자도체(122)와 중성도체(123)가 침수되는 경우에 제2 단자도체(122)와 중성도체(123) 사이에는 침수에 의하여 제2 누설저항(R2)이 형성된다. 침수에 의하여 형성된 제2 누설저항(R2)에 의하여 제2 전력선(520)과 중성선(530)에는 제2 누설전류(I2)가 흐른다. 이때, 중성선(530)의 중성선 전류(Ic)는 제2 누설전류(I2)와 동일하며 아래 수학식 2와 같이 표현될 수 있다.
[수학식 2]
Figure PCTKR2021010845-appb-I000002
수학식 2에 따르면, 제2 누설전류(I2) 및 중성선 전류(Ic)는 제2 누설저항(R2)과 고장검출기(200)의 전류제한 저항(Rd)에 의하여 결정되므로, 인체가 단자도체에 직접 접촉하더라도 누설전류가 위험전류 이하가 되도록 고장검출기(200)의 전류제한 저항(Rd)을 적절히 설정할 수 있다.
또한, 중성선 전류(Ic)는 고장검출기(200)에 흐르게 되므로 고장검출기(200)는 중성선 전류(Ic)를 이용하여 단자대(100)의 침수 여부를 검출하고 그 결과를 관리자에게 통보할 수 있다.
(제1 및 제2 단자도체(121, 122)와 중성도체(123)가 모두 침수된 경우)
도 4(c)에 따르면, 단자대(100)의 제1 및 제2 단자도체(121, 122)와 중성도체(123)가 모두 침수되는 경우에 제1 단자도체(121)와 중성도체(123) 사이에는 침수에 의하여 제1 누설저항(R1)이 형성되고, 제2 단자도체(122)와 중성도체(123) 사이에는 제2 누설저항(R2)이 형성된다. 침수에 의하여 형성된 제1 및 제2 누설저항(R1, R2)에 의하여 제1 전력선(510) 및 제2 전력선(520)에는 각각 제1 및 제2 누설전류(I1, I2)가 흐르며 각각 수학식 3 및 수학식 4와 같이 표현될 수 있다.
[수학식 3]
Figure PCTKR2021010845-appb-I000003
[수학식 4]
Figure PCTKR2021010845-appb-I000004
이때, 중성선(530)에는 제1 누설전류(I1)와 제2 누설전류(I2)의 차에 해당하는 중성선 전류(Ic)가 흐르며, 수학식 5와 같이 표현될 수 있다.
[수학식 5]
Figure PCTKR2021010845-appb-I000005
수학식 5를 살펴보면, 중성선 전류(Ic)는 제1 및 제2 전압(V1, V2)과 제1 및 제2 누설저항(R1, R2)에 의하여 0이 되는 조건이 존재한다. 다시 말하면, R2·V1 = R1·V2이거나 R1:R2 = V1:V2인 조건에서 중성선(530)에는 중성선 전류(Ic)가 흐르지 않게 된다.
예를 들어 R1=R2이고, V1=V2인 경우에, 제1 누설전류(I1) 및 제2 누설전류(I2)는 서로 동일하며, 수학식 6과 같이 주어진다.
[수학식 6]
Figure PCTKR2021010845-appb-I000006
그러나, 본 발명에 따른 배전시스템은, 침수를 검출하기 위하여 고장검출기(200)로 흐르는 중성선 전류(Ic)가 존재해야 하므로, 본 발명의 전원부(300) 및 단자대(100)는 침수 시에 중성선 전류(Ic)가 흐르도록 하기 위하여 R2·V1 ≠ R1·V2 인 조건이 되도록 구성될 필요가 있다.
상술한 조건의 일 예로서, 제1 및 제2 전압(V1, V2)은 동일하고 침수에 의한 제1 및 제2 누설저항(R1, R2)은 상이하게 형성되도록 구성할 수 있다. 이때 중성선(530)에 흐르는 중성선 전류(Ic)는 V1=V2인 조건을 수학식 5에 대입함으로써 수학식 7과 같이 주어질 수 있다.
[수학식 7]
Figure PCTKR2021010845-appb-I000007
상술한 조건의 다른 예로서, 침수 시에 제1 및 제2 누설저항(R1, R2)은 동일하게 형성되도록 하되 제1 및 제2 전압(V1, V2)은 상이하게 구성할 수 있다. 이때 중성선(530)에 흐르는 중성선 전류(Ic)는 R1=R2인 조건을 수학식 5에 대입함으로써 수학식 8과 같이 주어질 수 있다.
[수학식 8]
Figure PCTKR2021010845-appb-I000008
물론, 고장검출기(200)가 중성선 전류(Ic)로부터 단자대(100)의 침수여부를 검출하도록 누설전류가 불평형되는 조건, 즉 R2·V1 ≠ R1·V2을 만족한다면, 제1 및 제2 전압(V1, V2)이 서로 다르고 제1 및 제2 누설전압도 서로 다르게 설정하는 것도 가능하다.
위의 수학식들을 고려하여 볼 때, 침수 시에 단자도체와 중성도체(123) 간의 누설저항이 서로 동일한 경우(예를 들어 도 3에 도시된 단자대(100) 구조), 전원부(300)의 제1 및 제2 전압(V1, V2)을 다르게 설정하여 침수 시에 수학식 8과 같은 중성선 전류(Ic)가 흐르도록 본 발명의 배전시스템을 구성할 수 있다. 또한, 전원부(300)의 제1 및 제2 전압(V1, V2)을 동일하게 설정한 경우는, 침수 시에 단자대(100)의 단자도체와 중성도체(123) 간의 누설저항이 서로 상이하도록 단자대(100)를 구성하여(예를 들어 도 5 내지 도 8에 도시된 단자대(100) 구조), 침수 시에 수학식 7과 같은 중성선 전류(Ic)가 흐르도록 본 발명의 배전시스템을 구성할 수 있다. 후자에 해당하는 단자대(100)의 구성은 후술한다.
중성선 전류(Ic)를 표현한 수학식들에 따르면, 누설전류 및 중성선 전류(Ic)는 각각의 누설저항과 고장검출기(200)의 전류제한 저항(Rd)에 의하여 결정될 수 있으므로, 인체가 단자도체에 직접 접촉하더라도 인체에 흐르는 전류가 위험전류 이하가 되도록 고장검출기(200)의 전류제한 저항(Rd)을 적절히 설정할 수 있다.
또한, 본 발명에 배전시스템에서 중성선 전류(Ic)는 고장검출기(200)에 흐르게 되므로 고장검출기(200)는 중성선 전류(Ic)를 이용하여 단자대(100)의 침수 여부를 검출하고 그 결과를 관리자에게 통보하여 침수에 의한 전기사고를 조기에 대처할 수 있다.
도 5 내지 도 8은, 침수 시에 단자대(100)의 단자도체와 중성도체(123) 간의 누설저항이 상이하게 형성되도록 구성된 단자대 구조를 예시한 도면이다.
이 중에서, 도 5, 도 7 및 도 8은 단자도체의 면적이 상이한 경우이고, 도 6은 단자도체와 중성도체(123) 간의 이격거리가 상이한 경우를 도시한 단자대(100)의 예시도이다. 특히, 도 7 및 도 8은 침수 시에 단자대(100)의 단자도체 중 어느 하나가 먼저 침수되도록 하여 고장검출기(200)의 침수 검출이 더욱 확실해지도록 할 수 있는 단자대(100)를 예시하고 있다.
도 5 내지 도 8에 도시된 본 발명에 따른 단자대(100)는, 본체(110)와, 본체(110) 상에 배치되고 둘 이상의 전력선 및 중성선(530) 각각에 전기적으로 접속되는 접속부(120)를 포함하여 구성되되, 접속부(120)는 접속부(120)의 적어도 일부가 침수되었을 때, 침수에 의하여 형성되는 둘 이상의 전력선 각각과 중성선(530) 사이의 누설저항값이 서로 상이해지도록 구성될 수 있다.
더욱 상세하게는, 본 발명에 따른 단자대(100)의 접속부(120)는, 중성선(530)이 접속되도록 구성된 중성도체(123)와, 전력선 중 제1 전력선(510)이 접속되도록 구성되고 침수에 의하여 중성도체(123)와 제1 누설저항(R1)을 형성하는 제1 단자도체(121)와, 전력선 중 제2 전력선(520)이 접속되도록 구성되고 침수에 의하여 중성도체(123)와 제2 누설저항(R2)을 형성하는 제2 단자도체(122)를 포함하여 구성된다. 이때, 제1 및 제2 단자도체(121, 122)는 침수되었을 때 중성도체(123)와의 사이에서 제1 및 제2 누설저항(R1, R2)이 상이하게 형성되도록 구성된다.
도 5, 도 7 및 도 8을 참조하면, 본 발명의 단자대(100)는, 침수 시에 물(400)과 접촉하는 면적이 상이하도록 제1 및 제2 단자도체(121, 122)를 구성할 수 있다. 단자도체 중에서 물(400)과 접촉하는 면적이 넓은 쪽이 더 좁은 쪽보다 더 낮은 누설저항값을 갖는다.
단자도체의 면적을 상이하게 하는 방법은 제1 및 제2 단자도체(121, 122) 중 어느 하나의 폭과 길이 중 적어도 하나를 다른 단자도체의 폭과 길이와 다르게 설정함으로써 가능하다. 도면에는 단자도체 및 중성도체(123)가 판형상인 경우만을 예시하고 있으나 물(400)과의 접촉면적을 다르게 설정하는 구성이라면 그 형상은 이에 한정되는 것이 아니며 임의의 입체적인 형상으로 형성하는 것도 가능하다.
도 6을 참조하면, 제1 및 제2 단자도체(121, 122)는, 침수 시에 제1 및 제2 누설저항(R1, R2)이 상이하게 형성되도록, 중성도체(123)와의 이격거리가 서로 상이하도록 배치될 수 있다. 단자도체와 중성도체(123) 간의 누설저항은 이격거리가 짧은 쪽이 더 긴 쪽보다 더 낮은 누설저항값을 갖는다. 즉, 각 단자도체 및 중성도체(123)의 면적은 같더라도 그 사이의 간격을 다르게 함으로써 단자대(100)가 침수 시에 단자도체와 중성도체(123) 사이에 형성되는 누설저항을 상이하게 설정할 수 있다.
또한, 도 7 및 도 8에 따르면, 본 발명의 단자대(100)는, 침수가 발생할 때 단자도체가 동시에 침수되지 않고 하나씩 순차적으로 침수되는 구조로 형성할 수 있다.
예를 들어 단자대(100)를 수직으로 설치하는 경우에는 도 7에 도시된 바와 같이 단자도체의 길이를 달리함으로써 물(400)이 차오르는 시간에 따라 제1 단자도체(121)가 먼저 침수되고 일정 시간 후에 제2 단자도체(122)가 침수되게 할 수 있다.
또한, 단자대(100)를 수평으로 설치하는 경우에는 도 8에 도시된 것처럼 단자도체의 높이를 달리함으로써 물(400)이 차오르는 시간에 따라 제1 단자도체(121)가 먼저 침수되고 일정 시간 후에 제2 단자도체(122)가 침수되게 할 수 있다.
이와 같이 침수 시에 단자대(100)의 단자도체 중 어느 하나가 먼저 침수되도록 함으로써 전력선에 흐르는 누설전류가 모두 중성선(530)으로 흘러 고장검출기(200)의 침수 검출이 더욱 확실하게 할 수 있는 효과가 있다.
이상에서는 단자대(100)가 단자도체 외에 중성도체(123)를 포함하는 구성을 설명하였으나, 본 발명에 따른 단자대(100)는 중성도체(123)가 포함되지 않은 단자대(100)를 배제하는 것은 아니며, 상술한 본 발명의 배전시스템의 결선 방식에 따라 단자대(100)에 중성도체(123)의 포함여부를 결정할 수 있다.
또한, 도 5 내지 도 8에는 누설저항을 상이하게 하기 위하여 단자도체의 면적 또는 이격거리를 달리하는 구성이 도시되어 있으나, 본 발명의 배전시스템은, 침수 시 누설저항을 상이하게 하기 위하여 제1 단자도체(121) 또는 제2 단자도체(122) 중 적어도 하나에 전기적으로 접속되는 하나 이상의 전도성 부재(미도시)를 더 포함하여 구성할 수 있고, 이때 전도성 부재가 물(400)과 접촉하는 면적은, 제1 누설전류(I1) 및 제2 누설전류(I2)가 서로 상이한 값을 갖도록 형성될 수 있다.
이와 같이 전도성 부재를 이용하면, 누설저항이 동일한 기존의 단자대(100)가 시설된 배전설비에 대해서도 단자대(100)를 교체하지 않고 단자대(100)의 누설저항을 다르게 구성하는 것이 가능하다.
이상에서 본 발명의 단자대(100) 및 배전시스템은 단상의 교류전원에 적용된 경우를 예로 들어 설명하였으나, 태양광과 같은 직류전원 및 삼상 교류전원에 대해서도 중간탭(N)에 대한 전원부(300)의 각 상전압 및/또는 단자대(100)의 누설저항을 상이하게 구성함으로써 적용이 가능하다.
상술한 구성을 통하여, 본 발명에 따른, 침수 시에 감전을 방지하는 배전시스템 및 단자대는, 전기선로의 침수 시에 누설전류를 위험전류 이하로 제한할 뿐 아니라 침수 여부를 검출하도록 함으로써, 침수에 의한 누설전류로부터 감전을 예방하고 전기사고의 확산을 조기에 차단할 수 있는 효과가 있다.
[부호의 설명]
100: 단자대 110: 본체
120: 접속부 121, 122: 제1 및 제2 단자도체
123: 중성도체 130: 분리대
131: 통수구 140: 커버
200: 고장검출기 300: 전원부, 절연변압기
310: 제1 임피던스 소자 320: 제2 임피던스 소자
400: 물 510, 520: 제1 및 제2 전력선
530: 중성선
AC1, AC2:제1 및 제2 단자 N: 중간탭
Vac: 교류전압 V1, V2: 제1 및 제2 전압
I1, I2: 제1 및 제2 누설전류 Ic: 중성선 전류
I11, I21: 제1 및 제2 바이패스 전류
I12, I22: 제1 및 제2 감전전류
R1, R2: 제1 및 제2 누설저항 Rd: 전류제한 저항

Claims (17)

  1. 둘 이상의 전력선, 및 상기 둘 이상의 전력선의 전압 사이의 전위를 갖는 중성선에 전기적으로 접속되는 단자대에 있어서,
    본체; 및
    상기 본체에 배치되고, 상기 둘 이상의 전력선 및 중성선 각각에 전기적으로 접속되는 접속부를 포함하되,
    상기 접속부는, 상기 접속부의 적어도 일부가 침수되었을 때, 침수에 의하여 형성되는, 상기 둘 이상의 전력선 각각과 상기 중성선 사이의 누설저항값이 서로 상이하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 단자대.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 접속부는,
    상기 중성선이 접속되도록 구성된 중성도체;
    상기 전력선 중 제1 전력선이 접속되도록 구성되고, 상기 침수에 의하여 상기 중성도체와 제1 누설저항을 형성하는 제1 단자도체; 및
    상기 전력선 중 제2 전력선이 접속되도록 구성되고, 상기 침수에 의하여 상기 중성도체와 제2 누설저항을 형성하는 제2 단자도체를 포함하되,
    상기 제1 및 제2 단자도체는, 상기 제1 및 제2 누설저항이 상이하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 단자대.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 단자도체는, 침수 시에 물과 접촉하는 면적이 상이하게 형성되는 것을 특징으로 하는 단자대.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 단자도체는, 상기 중성도체와의 이격거리가 서로 상이하게 배치되는 것을 특징으로 하는 단자대.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 단자도체는, 길이가 상이하게 형성되는 것을 특징으로 하는 단자대.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 단자도체는, 서로 상이한 높이로 배치되는 것을 특징으로 하는 단자대.
  7. 대지로부터 소정의 접지 저항값 이상의 저항값으로 절연되고, 중간탭과, 상기 중간탭을 기준으로 제1 전압을 갖는 제1 단자와, 상기 중간탭을 기준으로 제2 전압을 갖는 제2 단자를 포함하는 전원부;
    상기 전원부의 제1 단자에 일단이 전기적으로 접속하고 침수 시에 제1 누설전류가 흐르는 제1 전력선과, 상기 전원부의 제2 단자에 일단이 전기적으로 접속하고 침수 시에 제2 누설전류가 흐르는 제2 전력선을 포함하는 둘 이상의 전력선; 및
    일단이 상기 중간탭과 전기적으로 접속하여 상기 제1 및 제2 누설전류에 의하여 상기 중간탭으로 흐르는 전류를 검출하도록 구성된 고장검출기를 포함하는 것을 특징으로 하는 배전시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 전원부는, 상기 전력선의 침수 시에 상기 제1 및 제2 누설전류가 상이하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 배전시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 전원부는, 2차측이 상기 제1 단자, 제2 단자 및 중간탭을 포함하는 절연변압기를 포함하고,
    상기 제1 및 제2 전압은 상이한 전압값을 갖는 것을 특징으로 하는 배전시스템.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 전원부는, 상기 제1 단자 및 제2 단자 사이에 전기적으로 직렬 연결되는 제1 및 제2 임피던스 소자를 포함하고,
    상기 중간탭은 상기 제1 및 제2 임피던스 소자 사이에서 인출되되,
    상기 제1 및 제2 임피던스 소자의 임피던스는 서로 상이하게 설정되는 것을 특징으로 하는 배전시스템.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 전원부와 부하 사이를 전기적으로 접속시키도록 배치되고, 상기 제1 전력선 및 제2 전력선 각각의 타단에 전기적으로 접속되는 단자대를 더 포함하고,
    상기 단자대는,
    본체; 및
    상기 본체에 배치되고, 상기 둘 이상의 전력선 각각에 전기적으로 접속되는 접속부를 포함하되,
    상기 접속부는,
    상기 전력선 중 제1 전력선이 접속되도록 구성되고, 상기 침수에 의하여 상기 제1 누설전류의 경로를 따라 제1 누설저항을 형성하는 제1 단자도체; 및
    상기 전력선 중 제2 전력선이 접속되도록 구성되고, 상기 침수에 의하여 상기 제2 누설전류의 경로를 따라 제2 누설저항을 형성하는 제2 단자도체를 포함하는 것을 특징으로 하는 배전시스템.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 접속부는,
    상기 중간탭 또는 상기 고장검출기의 타단에 전기적으로 접속되는 중성도체를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배전시스템.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 단자도체는, 상기 제1 및 제2 누설저항이 상이하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 배전시스템.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 단자대는, 제3항 내지 제6항 중 어느 한 항에 기재된 단자대인 것을 특징으로 하는 배전시스템.
  15. 제7항 또는 제12항에 있어서,
    상기 고장검출기의 타단은 대지에 접지되는 것을 특징으로 하는 배전시스템.
  16. 제7항에 있어서,
    상기 고장검출기는, 상기 고장검출기에 흐르는 전류를 소정의 위험전류 이하로 제한하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 배전시스템.
  17. 제11항에 있어서,
    상기 제1 단자도체 또는 제2 단자도체 중 적어도 하나에 전기적으로 접속되는 하나 이상의 전도성 부재를 더 포함하고, 상기 전도성 부재가 물과 접촉하는 면적은, 상기 제1 누설전류 및 제2 누설전류가 서로 상이한 값을 갖도록 형성되는 것을 특징으로 하는 배전시스템.
PCT/KR2021/010845 2020-08-14 2021-08-16 침수 시에 감전을 방지하는 배전시스템 및 단자대 WO2022035299A1 (ko)

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