KR-102961486-B1 - CIRCUIT FOR DETECTING LEAKAGE CURRENT, LEAKAGE CURRENT DETECTION SYSTEM OF EARTH LEAKAGE BREAKER AND EARTH LEAKAGE BREAKER

Abstract

본 명세서는 반전 증폭기를 통해 센싱 신호를 정극화하여 누설 전류 여부를 판단하여, 일반 누설 전류 및 맥동 누설 전류를 검출할 수 있는 누설 전류를 검출하기 위한 검출회로, 누전 차단기의 누설 전류 검출시스템 및 누전 차단기의 실시예에 관한 것이다.

Inventors

• 정현영

Assignees

• 엘에스일렉트릭(주)

Dates

Publication Date

20260506

Application Date

20211126

Claims (18)

1. 누설 전류를 검출하기 위한 누설 전류 검출회로에 있어서, 전로에 흐르는 전류를 센싱하는 변류기로부터 상기 전류의 센싱 결과에 대한 센싱 신호를 입력받아, 상기 센싱 신호에 대응하는 정극성의 제 1 신호를 출력하는 제 1 회로부; 및 상기 제 1 신호를 근거로 상기 누설 전류의 발생 여부가 판별되어, 판별 결과에 따라 상기 누설 전류의 검출에 대한 신호의 출력을 달리하는 제 2 회로부 를 포함하고, 상기 누설 전류는, 단극성 및 맥동성 중 하나 이상의 유형이고, 상기 제 2 회로부는, 상기 판별 결과에 따라 상기 누설 전류의 검출에 대한 신호를 출력하거나, 미출력하거나 또는 상기 누설 전류의 미검출에 대한 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 누설 전류 검출회로.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 전로는, 적어도 하나의 직류 부하 및/또는 스위칭 부하가 연결된 것을 특징으로 하는 누설 전류 검출회로.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 회로부는, 연산 증폭기(OP-Amp) 및 둘 이상의 저항을 포함하여, 상기 센싱 신호의 부극성 성분을 정극성으로 반전시키고 상기 둘 이상의 저항의 저항 값의 비율에 따라 크기를 증폭시켜 출력하는 것을 특징으로 하는 누설 전류 검출회로.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 둘 이상의 저항의 저항 값의 비율은, 기설정된 기준 범위 내에 해당하는 것을 특징으로 하는 누설 전류 검출회로.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 회로부는, 복수의 연산 증폭회로가 하나의 모듈로 집적된 것을 특징으로 하는 누설 전류 검출회로.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 회로부는, 상기 제 1 신호를 입력받아, 상기 제 1 신호의 크기를 일정 배율로 증폭시킨 제 2 신호를 출력하는 제 2-1 회로부; 및 상기 제 2 신호를 입력받아, 상기 제 2 신호의 크기와 기설정된 기준 크기의 비교 결과에 따라 상기 누설 전류의 발생 여부가 판별되어, 판별 결과에 따라 신호의 출력을 달리하는 제 2-2 회로부 를 포함하는 것을 특징으로 하는 누설 전류 검출회로.
7. 제 6 항에 있어서, 상기 제 2-1 회로부는, 상기 제 1 신호를 비반전시키고 일정 배율로 크기를 증폭시켜 상기 제 2 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 누설 전류 검출회로.
8. 제 7 항에 있어서, 상기 제 2-1 회로부는, 상기 제 1 신호를 상기 기준 크기와 비교 가능한 크기의 배율로 증폭시켜 상기 제 2 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 누설 전류 검출회로.
9. 제 6 항에 있어서, 상기 제 2-2 회로부는, 상기 제 2 신호의 크기가 상기 기준 크기 이상에 해당하면 상기 누설 전류의 발생에 대한 검출 신호를 외부로 출력하는 것을 특징으로 하는 누설 전류 검출회로.
10. 제 6 항에 있어서, 상기 제 2-2 회로부는, 상기 제 2 신호의 크기가 상기 기준 크기 미만에 해당하면 상기 누설 전류의 발생에 대한 검출 신호를 미출력하거나, 상기 누설 전류의 미발생에 대한 미검출 신호를 외부로 출력하는 것을 특징으로 하는 누설 전류 검출회로.
11. 누전 차단기의 누설 전류 검출시스템에 있어서, 전로에 흐르는 누설 전류를 센싱하여 센싱 신호를 생성하는 센싱부; 상기 센싱 신호의 극성이 정극화된 정극 신호를 출력하는 반전부; 상기 정극 신호의 크기가 일정 배율로 증폭된 증폭 신호를 출력하는 증폭부; 및 상기 증폭 신호의 크기가 기설정된 기준 크기 이상이면 상기 누설 전류의 검출에 대한 검출 신호를 출력하는 비교부; 를 포함하고, 상기 누설 전류는, 단극성 및 맥동성 중 하나 이상의 전류인 것을 특징으로 하는 누설 전류 검출시스템.
12. 제 11 항에 있어서, 상기 전로는, 적어도 하나의 직류 부하 및/또는 스위칭 부하가 연결된 것을 특징으로 하는 누설 전류 검출시스템.
13. 삭제
14. 제 11 항에 있어서, 상기 누설 전류는, 일정 지연각을 가지는 전류인 것을 특징으로 하는 누설 전류 검출시스템.
15. 제 14 항에 있어서, 상기 일정 지연각은, 0°, 90° 및 135° 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 누설 전류 검출시스템.
16. 전로에 흐르는 단극성 및 맥동성 중 하나 이상의 전류를 센싱하여 센싱 신호를 생성하는 센싱부; 및 상기 센싱 신호에 따라 상기 전로에서 발생한 누설 전류의 검출에 대한 검출 신호를 생성하는 검출부; 및 상기 검출 신호를 근거로 상기 누설 전류에 대응한 동작을 수행하는 동작부 를 포함하고, 상기 검출부는, 상기 센싱 신호를 입력받아, 상기 센싱 신호의 극성을 정극성으로 반전시킨 제 1 신호를 출력하는 제 1 회로부; 상기 제 1 신호를 입력받아, 상기 제 1 신호의 크기를 일정 배율로 증폭시킨 제 2 신호를 출력하는 제 2-1 회로부; 및 상기 제 2 신호를 입력받아, 상기 제 2 신호의 크기가 기설정된 기준 크기 이상이면 상기 검출 신호를 출력하는 제 2-2 회로부 를 포함하고, 상기 동작부는, 상기 검출 신호를 입력받은 경우, 상기 전로의 차단 및 상기 누설 전류의 발생에 대한 알람 발생 중 하나 이상을 수행하는 것을 특징으로 하는 누전 차단기.
17. 제 16 항에 있어서, 상기 제 2-1 회로부 및 상기 제 2-2 회로부는, 하나의 IC 모듈로 집적된 것을 특징으로 하는 누전 차단기.
18. 삭제

Description

누설 전류 검출회로, 누설 전류 검출시스템 및 누전 차단기{CIRCUIT FOR DETECTING LEAKAGE CURRENT, LEAKAGE CURRENT DETECTION SYSTEM OF EARTH LEAKAGE BREAKER AND EARTH LEAKAGE BREAKER} 실시예는 누설 전류를 검출하기 위한 검출회로, 누전 차단기의 누설 전류 검출시스템 및 누전 차단기에 관한 것이다. 전선의 피복이나 설비 내부의 절연이 파괴되어 정상적인 전류의 경로가 아닌 곳으로 전류가 흐르는 것을 누전이라고 한다. 이러한 누전이 빈번하게 발생하거나 유지될 경우 화재나 감전의 우려가 있다. 이러한 누전을 예방하기 위해서는 누전 차단기나 누전을 검출할 수 있는 기기가 필요하다. 일반적인 누전 차단기(100)는 도 1에 도시된 바와 같이, 센싱부(10)에서 전류를 센싱하여, 검출부(20)가 센싱한 전류의 누설 전류 여부를 판별하여 누설 전류를 검출하고, 검출 결과에 따라 동작부(30)가 차단 또는 알람 동작을 한다. 이러한 누전 차단기(100)의 검출부(20)는, 센싱한 신호를 증폭하고, 증폭한 신호를 기준 신호와 비교한 결과에 따라 신호를 출력하는 복수의 연산 증폭회로로 이루어지는데, 일반적으로 하나의 IC 모듈 형태로 이루어져 도 2에 도시된 바와 같은 사인파 형태의 누설 전류를 검출하게 된다. 기존의 누전 차단기는 교류 부하에서 누설 전류 검출이 가능하다. 그러나, 최근 부하가 단순 교류 부하에서 전기차 충전기, 신재생 에너지 등의 교류/직류 혼합 또는 직류 부하 사용이 늘어나면서 누설 전류의 형태도 바뀌고 있다. 이를테면, 도 3a 내지 도 3c에 도시된 바와 같이 일정 지연각 α°(0°, 90°및 125°)의 맥동 누설 전류가 발생하게 된다. 일반적인 사인파 형태의 누설 전류는 교류 부하에서 발생하지만, 맥동 누설 전류는 일부 직류 부하에서 발생할 수 있는 형태의 누설 전류이다. 하기 <IEC60947-2> 표에서 언급하고 있는 맥동 누설 전류는 정극성과 부극성으로 구분이 되고, 한쪽 극성에만 존재하여 전류의 극성의 변화가 없다는 것이 기존 누설 전류와 큰 차이가 있다. [표 <IEC60947-2> - 맥동 누설 전류 규격 기준] 기존의 교류 누전 차단기로는 이러한 누설 전류를 검출하지 못하여 누전의 차단이 이루어지기 어렵다. 즉, 이렇게 변화하는 누설 전류 검출을 위해서는 일반적인 누설 전류 뿐만 아니라 맥동 누설 전류도 검출 할 수 있는 누전 차단기가 필요하다. 도 1은 실시예에 따른 누전 차단기의 구성도. 도 2는 일반 누설 전류의 파형 예시도. 도 3a는 지연각 0°의 맥동 누설 전류의 파형 예시도. 도 3b는 지연각 90°의 맥동 누설 전류의 파형 예시도. 도 3c는 지연각 125°의 맥동 누설 전류의 파형 예시도. 도 4는 실시예에 따른 누설 전류 검출회로 및 이를 포함하는 누전 차단기의 구성도. 도 5는 실시예에 따른 누설 전류 검출회로의 구체적인 구성도. 도 6a는 종래의 회로와 실시예에 따른 검출회로 각각의 지연각 0°의 누설 전류 검출 결과를 나타낸 그래프 a. 도 6b는 종래의 회로와 실시예에 따른 검출회로 각각의 지연각 0°의 누설 전류 검출 결과를 나타낸 그래프 b. 도 7은 실시예에 따른 검출회로의 지연각 90°의 누설 전류 검출 결과를 나타낸 그래프. 도 8은 실시예에 따른 검출회로의 지연각 125°의 누설 전류 검출 결과를 나타낸 그래프. 도 9는 실시예에 따른 검출회로의 일반 누설 전류 검출 시의 전압 변화를 나타낸 그래프. 도 10은 실시예에 따른 검출회로의 맥동 누설 전류 검출 시의 전압 변화를 나타낸 그래프. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시예들을 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 또한, 본 명세서에 개시된 기술을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명은 본 명세서에 개시된 기술의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 또는 당업자라면 구체적인 설명 없이도 쉽게 이해하거나 유추할 수 있는 사항은 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 기술의 사상을 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 그 기술의 사상이 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 됨을 유의해야 한다. 먼저, 본 명세서의 실시예가 공통으로 적용될 수 있는 누전 차단기(100)를 설명한다. <누전 차단기> 상기 누전 차단기(100)는, 도 1에 도시된 바와 같이 하나 이상의 부하(1)가 연결된 전로에서 발생하는 누설 전류를 검출하여 누전을 차단하는 차단기로, 센싱부(10), 검출부(20) 및 동작부(30)를 포함한다. 이러한 상기 누전 차단기(100)의 구체적인 구성은, 도 4에 도시된 바와 같을 수 있다. 상기 센싱부(10)는, 상기 전로에 흐르는 전류를 센싱하여 센싱 신호를 생성한다. 상기 센싱부(10)는, 상기 전로에 구비되어, 상기 전로에 흐르는 전류를 센싱하는 변류기일 수 있다. 이를테면, 상기 센싱부(10)는, 영상 변류기(ZCT)일 수 있다. 상기 센싱부(10), 상기 센싱 신호를 생성하여 상기 검출부(20)에 출력할 수 있다. 상기 검출부(20)는, 상기 센싱 신호에 따라 상기 전로에서 발생한 누설 전류의 검출에 대한 검출 신호를 생성한다. 상기 검출부(20)는, 상기 센싱 신호에 따라 상기 전로에 흐르는 전류가 상기 누설 전류 여부인지 판별하여 상기 누설 전류를 검출하는 검출회로일 수 있다. 상기 검출회로는, 상기 누설 전류를 검출하기 위한 회로를 의미한다. 상기 검출회로는, 제어회로에 포함되는 전용 기판, 또는 모듈 형태로 형성될 수 있다. 상기 검출부(20)는, 상기 검출 신호를 생성하여 상기 동작부(30)에 출력할 수 있다. 상기 동작부(30)는, 상기 검출 신호를 근거로 상기 누설 전류에 대응한 동작을 수행한다. 상기 동작부(30)는, 상기 검출 신호에 따라 상기 전로의 연결을 차단하는 차단기일 수 있다. 상기 동작부(30)는 또한, 상기 검출 신호에 따라 누전 여부를 알리는 알람 발생기일 수도 있다. 상기 동작부(30)는, 상기 검출 신호를 입력받은 경우, 상기 전로의 차단 및 상기 누설 전류의 발생에 대한 알람 발생 중 하나 이상을 수행할 수 있다. 상기 센싱부(10), 상기 검출부(20) 및 상기 동작부(30)를 포함하는 상기 누전 차단기(100)는, 적어도 하나의 직류 부하 및/또는 스위칭 부하가 연결된 전로에 설치되어 누설 전류를 검출할 수 있다. 여기서, 상기 누설 전류는, 단극성의 전류일 수 있다. 또한, 상기 누설 전류는, 맥동하는 전류일 수 있다. 또한, 상기 누설 전류는, 어느 한 극성에서 맥동하는 전류일 수도 있다. 즉, 상기 누전 차단기(100)는, 적어도 하나의 직류 부하 및/또는 스위칭 부하가 연결된 전로에서, 상기 직류 부하 및/또는 스위칭 부하에 의해 발생하는 단극성 누설 전류 및 맥동 누설 전류 중 하나 이상을 검출하게 될 수 있다. 상기 누설 전류는 또한, 일정 지연각을 가지는 전류일 수 있다. 이를테면, 0°, 90° 및 135° 중 어느 하나의 지연각을 가지는 전류일 수 있다. 이하에서는 설명의 편의를 위해, 맥동 누설 전류에 단극성 누설 전류가 포함된 것으로 가정하여 설명한다. 이러한 상기 누전 차단기(100)의 맥동 누설 전류의 검출은, 상기 검출부(20)를 통해서 이루어지게 될 수 있다. 상기 검출부(20)는, 이하에서 설명할 누설 전류 검출회로의 실시예가 적용될 수 있다. <누설 전류 검출회로> 이하에서 설명할 상기 검출회로의 실시예는, 앞서 설명한 상기 검출부(20)로 실시될 수 있으며, 또한 상기 누전 차단기(100)와 별도의 누설 전류를 검출하기 위한 전용 검출회로로 실시될 수 있다. 상기 검출회로(20)는, 상기 누설 전류를 검출하기 위한 회로로, 도 4에 도시된 바와 같이 상기 전로에 흐르는 전류를 센싱하는 상기 변류기(10)로부터 상기 전류의 센싱 결과에 대한 센싱 신호를 입력받아, 상기 센싱 신호에 대응하는 정극성의 제 1 신호를 출력하는 제 1 회로부(21) 및 상기 제 1 신호를 근거로 상기 누설 전류의 발생 여부가 판별되어, 판별 결과에 따라 상기 누설 전류의 검출에 대한 신호의 출력을 달리하는 제 2 회로부(22)를 포함한다. 상기 제 1 회로부(21) 및 상기 제 2 회로부(22) 각각은, 별도의 회로 모듈 또는 회로 소자로 형성되어, 상기 검출회로(20)에 포함될 수 있다. 상기 검출회로(20)의 구체적인 구성은, 도 5에 도시된 바와 같을 수 있다. 상기 제 1 회로부(21)는, 연산 증폭기(OP) 및 둘 이상의 저항(R1 및 R2)을 포함할 수 있다. 상기 제 1 회로부(21)는, 상기 센싱 신호에 대응하는 정극성의 상기 제 1 신호를 상기 제 2 회로부(22)에 출력할 수 있다. 여기서, 상기 센싱 신호에 대응하는 정극성의 상기 제 1 신호는, 부극성의 센싱 신호가 정극성으로 반전되거나, 정극성의 센싱 신호가 정극성으로 통과된 것을 의미할 수 있다. 즉, 상기 제 1 회로부(21)는, 상기 센싱 신호가 부극성인 경우, 상기 센싱 신호의 부극성 성분을 정극성으로 반전시키고, 상기 센싱 신호가 정극성인 경우, 상기 센싱 신호를 통과시키게 될 수 있다. 이처럼 상기 제 1 회로부(21)는, 상기 센싱 신호를 입력받아, 상기 센싱 신호의 극성을 정극성으로 반전시킨 상기 제 1 신호를 상기 제 2 회로부(22)에 출력하게 될 수 있다. 이에 따라, 상기 센싱 신호가 부극성에 해당하여도 상기 제 2 회로부(22b)에 정극성의 신호가 전달될 수 있게 된다. 상기 제 1 회로부(21)는, 상기 연산 증폭기(OP) 및 상기 둘 이상의 저항(R1 및 R2)을 포함하여, 상기 센싱 신호의 부극성 성분을 정극성으로 반전시키고, 상기 둘 이상의 저항(R1 및 R2)의 저항 값의 비율에 따라 크기를 증폭시켜 출력할 수 있다. 이처럼 상기 연산 증폭기(OP) 및 상기 둘 이상의 저항(R1 및 R2)을 포함하는 상기 제 1 회로부(21)는, 반전 증폭회로일 수 있다. 즉, 상기 제 1 회로부(21)는, 상기 연산 증폭기(OP)를