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KR100817332B1 - 엘씨디아이형 누설전류 차단기 - Google Patents

엘씨디아이형 누설전류 차단기 Download PDF

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KR100817332B1
KR100817332B1 KR1020060101662A KR20060101662A KR100817332B1 KR 100817332 B1 KR100817332 B1 KR 100817332B1 KR 1020060101662 A KR1020060101662 A KR 1020060101662A KR 20060101662 A KR20060101662 A KR 20060101662A KR 100817332 B1 KR100817332 B1 KR 100817332B1
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KR
South Korea
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leakage current
power
power cable
unit
line
Prior art date
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KR1020060101662A
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Inventor
이원호
강재준
Original Assignee
대성전기공업 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H3/00—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
    • H02H3/16—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to fault current to earth, frame or mass
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
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    • G01R19/00—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
    • G01R19/165—Indicating that current or voltage is either above or below a predetermined value or within or outside a predetermined range of values
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    • G01R19/16571—Circuits and arrangements for comparing voltage or current with one or several thresholds and for indicating the result not covered by subgroups G01R19/16504, G01R19/16528, G01R19/16533 comparing AC or DC current with one threshold, e.g. load current, over-current, surge current or fault current

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Abstract

본 발명은 엘씨디아이(LCDI)형 누설전류 차단기에 관한 것으로서, 포토 트라이악을 사용하여 누설전류를 감지하여 전원 케이블의 전력선 및 중립선을 차단하는 특징을 가진다. 이를 위하여 본 발명은, 전원 케이블의 금속외피에 연결되어 있어, 상기 전원케이블의 금속외피를 통해 흐르는 누설전류 발생 시에 소정의 교류전류를 출력하는 누설전류 감지부와, 상기 누설전류 감지부에서 출력되는 교류전류에 의해 자기장을 형성하는 자기장치를 구비한 전원차단 제어부와, 상기 자기장치에서 형성되는 자기장에 의하여 전원 케이블 내의 전력선 및 중립선을 개방시키는 전원 차단부를 포함한다. 또한, 상기 엘씨디아이형 누설전류 차단기는, 전력선과 전원 케이블의 금속외피 사이에 구비되어 있어, 상기 전원 케이블의 금속외피에 인위적으로 누설전류를 발생시키는 테스트부를 더 포함한다.
누설, 전류, 차단기, LCDI, 외피, 포토 트라이악, AC, 전원, 케이블

Description

엘씨디아이형 누설전류 차단기{Leakage Current Detect Interrupter}
도 1은 접지선을 포함한 단상 2선식 엘씨디아이형 누설전류 보호전선의 일 예를 도시한 그림이다.
도 2는 종래의 엘씨디아이형 누설전류 차단기의 회로도 이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 엘씨디아이형 누설전류 차단기의 내부 구성을 도시한 블록도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 엘씨디아이형 누설전류 차단기의 상세 회로도이다.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
30: 누설전류 감지부 31: 포토 트라이악
40: 전원차단 제어부 41: 솔레노이드
50: 전원 차단부 60: 테스트부
62: 테스트 스위치 70: 누설전류 통전부
71: 제1다이오드 72: 제2다이오드
80: 전원 케이블의 금속외피 90: 누설전류 차단기
91: 콘센트 92: 전원 케이블
본 발명은 엘씨디아이(LCDI)형 누설전류 차단기에 관한 것으로서, 포토 트라이악을 사용하여 누설전류를 감지하여 전원 케이블의 전력선 및 중립선을 차단한다.
누설전류 차단기는 전력 시스템에 이용되는 장치로서, 사용자 또는 부하에 의한 누설전류, 감전, 단락사고(이하, 누설전류로 부르기로 함)가 발생하면, 이를 회로적으로 감지하여 선로를 차단함으로써 안전사고를 미연에 방지하는 기기이다.
종래의 누설전류 차단기는 상기의 누설전류를 감지하기 위하여 전원케이블의 전력선과 중립선을 함께 통과시키는 변압기(영상 변류기)를 구비하고, 전원케이블 및 부하에서 접지로의 누전으로 인한 이 변압기(영상 변류기)를 통과하는 전력선과 중립선의 서로 반대방향의 전류량의 차이로 누설전류의 존재 여부를 판단하고 누전 차단 기능을 수행하였다.
상기의 누설전류 차단기는 크게 GFCI(Ground Fault Current Interrupter) 형 누설전류 차단기, AFCI(Arc Fault Current Interrupter) 형 전류 차단기, LCDI(엘씨디아이, Leakage Current Detect Interrupter) 형 누설전류 차단기로 분류된다.
상기 GFCI(Ground Fault Current Interrupter) 형 누설전류 차단기는, 접지결함(Ground fault)에 의한 인명의 손상이나 화재를 방지하는 차단기로서, AC 전원용 기기에서 AC 전원선과 부하(예: 냉장고, 세탁기, 에어컨) 내부회로에서의 절연 손실로 부하 외부의 도체부분에 AC전압이 나타나고 이 외부도체에 사용자가 접촉할 때 AC전원이 사용자를 통해 접지(Ground)사이로 전류흐름에 의한 인명피해 발생을 방지하는 기능을 수행한다. 이러한 형태의 누설전류 차단기는 필수적으로 전류 트랜스포머(ZCT: Zero Current Transformer, 영상변류기)를 내장하고 전원선 2선을 전류 트랜스포머에 통과시키고 입력전류와 출력전류 차이를 검출하고, 정해진 전류량 이상의 전류차가 발생하면 입력전원을 차단한다. 대표적인 발명특허는 미국 TRC(Technology Research Corporation) 사의 특허 US 6,381,113 B1 등이 있다.
상기 AFCI(Arc Fault Current Interrupter) 형 누설전류 차단기는 AC 전원용 기기에서 부하 및 AC 전원선에서의 아크(Arc) 발생 시에 이를 감지하여 전원을 차단한다. 과부하 방지하는 보호장치가 예방하지 못하는 다양한 전기적 결함이 존재하는데, 그 중에서 가장 큰 비중을 차지하는 것이 아크결함(Arcing fault)이다. 대부분의 아크결함이 과전류차단기나 퓨즈 또는 누전차단기에 의해 보호되지 않는 이유는, 아크결함이 신속하게 과전류를 유발하거나 직접적으로 접지에 대해서 작용하지 않는 경우가 많기 때문이다. 특히, 아크결함은 화재를 발생시키는 주요원인이지만 저 전류, 고 임피던스의 상태에서도 발생하여 과부하차단기가 동작하지 않게 되는 것이다. 아크결함은 배전계통에서부터 옥내배선 및 전원코드, 전기기기 등의 부하에 이르기 까지 통전되는 모든 영역에서 발생되며, 또한 아크의 성질도 다양한데 부하를 기준으로 크게 세 가지로 분류할 수 있다. 첫째는 부하와 직렬로 발생하는 직렬아크로 한 개의 전선이 단선되면서 단선부위가 근접하거나 단선부위의 절연이 파손되는 손상으로 인해 발생되는 경우이며, 둘째는 부하와 병렬로 발생하는 병렬 아크로 부하에 접속되는 전선 사이의 절연이 손상되어 전선 간에 발생되는 아크의 경우이고, 셋째는 전선의 손상부위와 접지 간에 발생하는 접지아크이다.
또한 아크결함은 전선의 급격한 손상에 의한 단락(Short), 단선(Cutting)에 의해 단시간에 발생하기도 하지만, 다양한 손상 원인에서 시작하여 아크가 발생하기 까지는 여러 단계의 변화가 발생하는데, 옥내배선이나 전원코드의 산화(Combustion), 열화(Thermal degradation), 기계적 손상(Mechanical damage), 연결결함, 오염 등으로 피막의 절연(Insulation)이 손상되고, 손상 부위에서 전선간(Line to line) 또는 전선과 접지간(Line to ground)에 누설전류가 흐르면서 절연 손상부위의 온도상승으로 탄화가 누적 확산되어 발생한다. 상기 AFCI형 누설전류 차단기는 이러한 아크결함 발생 시에 전원을 차단하는 것이다.
그런데, 상기 접지결함(ground fault)과 아크결함(arc fault) 중 상당부분이 옥내배선과 전원 콘센트에서 발생하며, 옥내배선과 전원 콘센트의 손상으로 인한 아크결함과 접지결함이 발생하기 이전의 단계에서부터 단시간에 발생한 경우에 이르기 까지 반드시 전선 절연피복의 손상으로 인한 절연저항의 저하가 동반되므로 절연저항의 변화를 검출하여 일정수준에서 전원선을 차단하면 아크결함과 접지결함을 조기에 예방할 수 있는데, 이러한 용도로 개발된 것이 LCDI(Leakage Current Detect Interrupter)형 누설전류 차단기이다.
상기 엘씨디아이형 누설전류 차단기는 AC 전원용 기기에서 AC 전원선과 부하가 연결된 상태에서 AC 전원선의 노후에 의해 누설전류가 흐르는 것을 감지하여 전원을 차단한다. 옥내배선이나 전원코드의 절연피막 절연저항의 변화를 검출하는 본 발명의 누설전류차단기는 종래의 전선과는 다른 구조의 누설전류 보호전선이 필요한데, 현재 상용화된 접지선을 포함한 단상 2선식 누설전류 보호전선의 일례를 도 1에 도시하고 있다. 도1의 누설전류보호전선은 중선선(Neutral)과 상도전선(Hot)의 도체(11, 12)를 절연내피(14, 15)로 절연하고, 상기 절연내피(14, 15)의 외주는 금속도체로 씌우거나(Sheathing) 차폐(Shielding)하거나 감는다(Wrapping). 이렇게 전선의 내피를 둘러싼 금속도체를 검출선(Sensing lead; 16, 17)이라 하며, 이 검출선(16, 17)으로 씌워진 두 전선 사이에 접지선(13)을 두고 전선의 외주면을 절연외피(18)로 절연한 구조이다. 상기 검출선(16, 17)과 전선의 도체(11, 12)에 전압을 인가하여 흐르는 전류를 측정하면 절연피막의 절연저항의 변화를 측정할 수 있다.
이러한 상기의 엘씨디아이형 누설전류 차단기는 단지 AC 전원선에서의 누설전류만 감지 차단하는 형태로서, 대표적인 발명특허는 미국 Tower Manufacturing Co. 사의 특허 US 6,738,241 등이 있다. 도 2는 상기 미국 Tower Manufacturing Co 사의 특허 US 6,738,241의 실시 예 회로도로서, 전원 케이블과 전원 케이블을 둘러싼 금속외피, 2개의 SCR(21, 22)과 이것과 연결된 저항과 콘덴서들, 전원차단용 스위치로 이루어져 있다. 상기 구성 하에서 전원 케이블의 노후에 의해 전원 케이블을 둘러싼 금속외피로 누설전류가 발생하면 AC전류 극성에 관계없이 전원 차단용 스위치를 동작시키기 위하여 2개의 SCR(21, 22)을 배치하여 동작을 하는 특징을 가진다.
그런데, 상기 엘씨디아이형 누설전류 차단기에서는 차단스위치를 작동하는 솔 레노이드를 구동하기 위한 스위칭소자로 사용되는 SCR(21, 22)의 게이트에 수동소자를 통하여 검출선을 직접 접속하는 간단한 방법을 제시하고 있지만 SCR 소자(21, 22)들 간의 게이트 트리거(Gate trigger)특성의 편차와 특히 온도변화에 따른 트리거 전류의 편차, 중성선과 상도전선의 누설전류 검출회로의 검출 방향에 따라 검출조건이 달라지는 회로의 비대칭 특성으로 제품의 누설전류 측정 오차가 크다는 문제점이 있다. 또한, 2개의 SCR, 다수의 콘덴서 등을 필요로 하는 관계로 제조비용이 많이 들고 제품의 크기가 크다는 문제가 있다.
상기의 문제점을 해결하고자 본 발명은 안출된 것으로서, 엘씨디아이형 누설전류 차단기로서 AC 전원선의 노후로 인해 누설전류가 발생하는 것을 감지하고 AC 전원을 차단하는 것을 주목적으로 하고 있다. 또한, 콘덴서 없이 포토 트라이악 및 저항만을 사용하여 누설전류 여부를 감지하도록 하여 제조비용 절감 및 제품 크기를 줄이도록 함을 목적으로 한다. 상기의 목적들을 달성하기 위하여 본 발명의 누설전류 차단기는 전원 케이블의 금속외피에 접속되는 저항을 구비하고 상기 저항을 통하여 누설전류의 일정 전류를 제한한다. 상기와 같이 저항을 통하여 누설전류가 발생하면 포토 트라이악이 동작하여 솔레노이드에 전류가 인가되며, 전력선 및 중립선을 개방함을 특징으로 한다.
상기 목적을 이루기 위하여 본 발명은, 전원 케이블의 금속외피에 연결되어 있어, 상기 전원케이블의 금속외피를 통해 흐르는 누설전류 발생 시에 사전설정된 교류전류를 출력하는 누설전류 감지부와, 상기 누설전류 감지부에서 출력되는 교류전류에 의해 자기장을 형성하는 자기장치를 구비한 전원차단 제어부와, 상기 자기장치에서 형성되는 자기장에 의하여 전원 케이블 내의 전력선 및 중립선을 개방시키는 전원 차단부를 포함하는 엘씨디아이(LCDI)형 누설전류 차단기를 제공한다. 또한, 상기 엘씨디아이형 누설전류 차단기는, 전력선과 전원 케이블의 금속외피 사이에 구비되어 있어, 상기 전원 케이블의 금속외피에 인위적으로 누설전류를 발생시키는 테스트부를 더 포함한다.
또한, 상기 엘씨디아이형 누설전류 차단기는, 금속외피를 통해 흐르는 누설전류를 전원 케이블의 전력선(L) 또는 중립선(N)으로 흘러보내는 누설전류 통전부를 더 포함한다.
상기 누설전류 감지부는, 상기 전원 케이블의 금속외피에 누설전류가 발생될 시에 온(ON)되어 상기 전원 케이블의 중립선의 교류전류를 상기 전원차단 제어부로 도통시키는 포토 트라이악을 포함하며, 상기 포토 트라이악은, 전원 케이블의 금속외피에 에노드와 연결되는 발광 다이오드와, 전원 케이블의 중립선에 연결되어 상기 발광다이오드의 적외선을 감지하는 포토 TR(트리악)을 포함한다.
상기 누설전류 감지부는, 상기 누설전류 감지부로 흘러오는 누설전류의 양을 조절하기 위하여 전원 케이블의 금속외피 사이에 사전 설정된 저항을 두고, 상기 전원 차단부는, 전력선을 개방시키는 스위치와 중립선을 개방시키는 스위치가 각각 구비되어 상기 솔레노이드의 자기장에 의해 개폐되는 특징을 가진다.
또한, 상기 테스트부는, 전력선에서 흘러오는 전류량을 제한하는 저항과, 테 스트를 위한 누설전류 스위칭 기능을 하는 테스트 스위치를 포함한다. 또한, 상기 누설전류 통전부는, 중립선(N)과 전원 케이블의 금속외피간의 누설전류 발생 시에 해당 누설전류를 전력선(L)으로 통전되도록 하는 제1다이오드와, 전력선(L)과 전원 케이블의 금속외피간의 누설전류 발생 시에 해당 누설전류를 중립선(N)으로 통전되도록하는 제2다이오드를 포함한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예들의 상세한 설명이 첨부된 도면들을 참조하여 설명될 것이다. 하기에서 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 엘씨디아이(LCDI)형 누설전류 차단기의 내부 구성을 도시한 블록도이다.
본 발명에 따른 엘씨디아이형 누설전류 차단기(90)는 콘센트(91) 및 전원 케이블(92;AC_OUT)과 연결되며, 누설전류 감지부(30), 전원차단 제어부(40), 전원 차단부(50), 테스트부(60), 누설전류 통전부(70)를 포함한다.
상기 누설전류 감지부(30)의 일측은 중립선(94; N)에 연결되며 다른 한 측은 전원 케이블의 금속외피(80)에 연결되어 전원 케이블(92)의 누설전류 발생 여부를 감지한다. 누설전류가 발생되어 상기 누설전류 감지부(30)가 이를 감지하면 이에 상응하는 교류전류를 발생하여 전원차단 제어부(40)에 인가함으로써, 전원 차단부(50)로 하여금 OFF 동작하도록 한다. 즉, 전원 케이블을 통하는 누설전류로 인해 R2를 통해 일정량 이상의 누설전류가 감지되면, 누설전류 감지부(30)는 전원차단 제어부(40)로 교류전류를 발생시켜 전원 차단부(50) 내의 스위치를 오프시켜 콘센트(91)와 전원 케이블(92)간의 연결을 차단한다. 상기 전원 차단부(50)가 누설전류 발생 여부를 감지하는 것은 포토 트라이악을 이용하여 감지할 수 있는데, 이러한 포토 트라이악을 사용한 누설전류 감지에 대한 설명은 도 4의 엘씨디아이형 누설전류 차단기의 회로도와 함께 상세히 설명한다.
상기에서 전원 케이블(92)은 전력선(L;93), 중립선(N;94), 접지선으로 구비되어 있어 콘센트(91)를 통해 인입되는 AC 전력을 전자기기 등의 부하에 전송하는 기능을 수행한다.
상기 전원차단 제어부(40)는 누설전류 감지부(30)의 출력단 및 전력선(93;L)과 연결되어, 누설전류 감지부가 누설전류를 감지하여 온(ON)되었을 시에 누설전류 감지부, 중립선(N), 전력선(L)이 폐루프 형성되어, 상기 전원차단 제어부(40)로 교류전류가 흐르게 되고 이로 인해 자기장이 형성되어 전원 차단부(50)를 오프시킨다.
결국, 상기 전원차단 제어부(40)는 누설전류 감지부(30)를 통해 출력되는 교류전류를 입력받아 전원 차단부(50)를 통해 콘센트(91)와 전원 케이블(92)간의 연결을 차단시키는 기능을 수행한다. 상기 전원차단 제어부(40)는 자기(磁氣) 장치인 솔레노이드(solenoid)로서 전원차단의 개폐를 제어할 수 있다. 상기 솔레노이드는 전기에너지를 자기에너지로 바꾸는 에너지변환장치로서, 전류의 세기를 조정하여 자기장의 세기를 조정할 수 있는 전자석 기능을 수행하여 전원 차단부(50)를 스위칭할 수 있게 된다. 상기 솔레노이드를 사용한 전원차단 방법에 대해서는 도 4의 엘씨디아이형 누설전류 차단기의 회로도와 함께 상세히 설명한다.
전원 차단부(50)는 전원케이블의 금속외피(80)를 통해 누설전류가 발생되었을 시에 콘센트(91)와 전원 케이블(92)간의 연결을 차단하는 기능을 수행한다. 상기 전원 차단부(50)는 콘센트(91)와 전원 케이블(92) 사이에 스위치를 구비하여 상기 전원차단 제어부의 자기장 제어에 의하여 전원차단 스위칭 오프를 수행한다.
누설전류 통전부(70)는 전원 케이블의 금속외피(80)를 통해 누설전류 발생 시에 전력선(93;L) 또는 중립선(94;N)으로 흘러보내는 기능을 수행한다. 즉, 전력선(93;L)과 전원 케이블의 금속외피(80)간의 누설전류 발생 시에 해당 누설전류를 중립선(94;N)으로 통전되도록 하며, 또한, 중립선(94;N)과 전원 케이블의 금속외피(80)간의 누설전류 발생 시에 해당 누설전류를 전력선(93;L)으로 통전되도록 하는 기능을 수행한다.
테스트부(60)는 인위적으로 누설전류 발생 환경을 조성하여 누설전류 차단기의 정상 동작 여부를 시험할 수 있도록 하는 기능부로서, 전력선(93;L) 및 전원 케이블의 금속외피(80)와 직렬 연결된다. 도 3 및 도 4에서는 테스트부(60)가 전력선(93;L)에 연결된 것으로 도시하였지만, 다른 실시 예로서 테스트부가 중립선(N)에 연결되도록 하여 구현할 수 있다. 사용자는 전력선(L) 또는 중립선(N)에 연결되어 있는 테스트부(60)를 통하여 인위적으로 누설전류를 발생시켜 누설전류 차단기의 정상 동작 여부를 확인할 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 엘씨디아이형 누설전류 차단기의 상세 회로도이다.
누설전류 감지부(30)는 전원 케이블의 금속외피(80)와 연결되어 누설전류에 상응하는 교류전류를 발생하여 전원차단 제어부(40)인 솔레노이드(41)로 출력한다. 즉, 상기 누설전류 감지부(30)는 교류위상 전력제어소자인 포토 트라이악(31)이 구비되어 있어 전원 케이블의 금속외피에서 누설전류 발생 시에 상기 포토 트라이악이 온(ON)되어 누설전류에 상응하는 교류전류를 발생시킨다. 상기 포토 트라이악(photo triac)은 갈륨비소를 재료로 한 고출력 적외선을 발광하는 발광다이오드와 고감도의 포토 TR(트리악)이 서로 마주보는 구조로 되어 있어, 일정 전류 이상 발생 시에 발광 다이오드에서 나오는 적외선을 포토 TR(트리악)이 감지하여 상기 포토 TR(트리악)이 온(ON)되는 구조를 가진다. 도 4의 회로도를 참조하면, 발광 다이오드의 에노드가 전원 케이블의 금속외피(80)에 연결되어 있어 일정량 이상의 누설전류가 전원 케이블의 금속외피를 통해 흐를 시에 해당 누설전류가 발광 다이오드를 도통하게 되어, 상기 발광 다이오드가 적외선을 방사하게 된다. 상기 발광 다이오드를 통해 방사되는 적외선을 포토 TR(트리악)이 감지하여 온(ON)상태를 유지하게 되면, 중립선(94;N)의 교류가 전원차단 제어부의 솔레노이드(41)로 흘러가게 된다. 즉, 상기 전원 케이블의 금속외피(80)를 흐르는 누설전류로 인해 포토 트라이악(31)이 온(ON)되면, 포토 트라이악(31), 중립선(94;N), 전력선(93;L)이 폐루프를 형성하게 되어 전원차단 제어부 내의 솔레노이드(41)에 중립선(94;N)의 교류전류가 인가되는 것이다. 결국, 상기 전원 케이블의 금속외피(80)에 누설전류가 발생될 시에는 상기 포토 트라이악(31)이 온(ON)되어 상기 전원 케이블의 중립선(94)의 교류전류를 상기 전원차단 제어부의 솔레노이드(41)로 도통시키게 된다.
한편, 상기 누설전류 감지부(30)와 전원 케이블의 금속외피(80) 사이에는 저항(R2)이 구비되어 있는데, 상기 저항(R2)은 상기 누설전류 감지부(30)로 흘러오는 누설전류의 양을 조절하기 위해 두는 것이다. 따라서 누설전류 감지부의 누설전류 감지 범위에 따라 저항값을 달리 설정할 수 있다.
전원차단 제어부의 솔레노이드(41)는 누설전류가 감지될 시에 전원 차단부내의 스위치(SW)를 오프(OFF)시키는 기능을 수행한다. 이를 위하여 전원차단 제어부는 솔레노이드(41;solenoid)를 구비한다. 누설전류 감지부(30)내의 포토 트라이악(31)의 온(ON)으로 포토 트라이악(31)과 중립선(94;N), 전력선(93;L)이 폐루프가 형성되어 솔레노이드(41)로 교류전류가 인가되면, 상기 솔레노이드(41)는 자기장을 형성하여 전원 차단부(50)내의 스위치(SW2)를 오프(OFF)시킨다.
상기 솔레노이드(41)는 코일(Coil)을 중심으로 자기력에 의해 움직이는 막대-플런저(plunger)와 코일을 보호하기 위하여 만든 외측의 케이스(case) 와 내측 코어(core)의 연 자성 재료로 된 자기(磁氣) 장치로서, 전류가 흐르는 도선 주위에 자기장이 형성된다. 즉, 도선을 나선형으로 촘촘하고 균일하게 원통형으로 길게 감아 만들어서 전류를 흘리면 원통의 외부에서는 자기장이 거의 0이고 내부에는 비교적 균일한 크기의 자기장이 형성된다. 이 때 내부 자기장의 크기는 전류의 크기에 비례하고 단위 길이 당 감은 수에 비례한다. 상기 자기장이 형성되면 근처의 철제 물체의 스위치를 끌어당길 수 있게 되어 결국 스위치 조절을 할 수 있게 된다.
따라서 본 발명의 전원차단 제어부에서 사용되는 솔레노이드(41)는, 누설전류 감지부(30)에서 누설전류를 감지하여 교류전류를 인가받게 되면 소정의 자기장을 형성하여 전원 차단부(50)내의 스위치(SW2)를 오프(OFF)시킬 수 있게 된다.
전원 차단부(50)는 전력선(L)과 중립선(N)에 스위치가 구비되어 솔레노이드(41)의 자기장에 의해 개폐가 조절되는 스위칭 기능을 수행한다. 자기장의 힘에 의해 스위칭 오프시킴으로써, 전원 케이블과 콘센트의 연결을 차단할 수 있게 된다.
누설전류 통전부(70)는 전원 케이블의 금속외피(80)를 통해 누설전류 발생 시에 전력선(93;L) 또는 중립선(94;N)으로 흘러보내는 기능을 수행하는데, 두 개의 다이오드(71,72;D1,D2)로서 구현된다. 제1다이오드(71;D1)는 누설전류 감지부(30)와 전력선(93;L) 사이에 연결되어 누설전류 감지부(30)로부터 흘러오는 중립선(94;N)의 누설전류를 통전시키는 기능을 수행하고, 제2다이오드(72;D2)는 누설전류 감지부(30)와 중립선(94;N) 사이에 연결되어 누설전류 감지부(30)로부터 흘러오는 전력선(93;L)의 누설전류를 통전시키는 기능을 수행한다.
즉, 전력선(93;L)과 전원 케이블의 금속외피(80)간의 누설전류 발생 시에 제2다이오드(72;D2)를 통해 해당 누설전류를 중립선(94;N)으로 통전되도록 하며, 또한, 중립선(94;N)과 전원 케이블의 금속외피(80)간의 누설전류 발생 시에 제1다이오드(71;D1)를 통해 해당 누설전류를 전력선(93;L)으로 통전되도록 하는 기능을 수행한다.
테스트부(60)에는 인위적인 누설전류를 발생시키는 저항(61;R1)과 테스트 스위치(62;SW1)를 구비하고 있는데, 전력선(93;L)과 전원 케이블의 금속외피(80) 사이에 직렬 연결된다. 따라서 사용자가 전력선(93;L)의 전류 누설 여부를 테스트할 경우, 테스트 스위치(62;SW1)를 온(ON)시켜 전원케이블의 전력선(93;L)의 전류를 인위적으로 전원 케이블의 금속외피(80)로 흐르게 하여 정상적으로 전원 차단하는지를 테스트할 수 있다. 상기에서 저항(61;R1)은 금속외피를 통해 흐르는 인위적으로 흘리는 누설전류의 양을 조절하는 전류량 조절소자로서, 상기 저항(61;R1)의 저항값은 인위적으로 흘러보낼 전류량에 따라 달리 설계할 수 있다.
한편, 도 4에서는 테스트부(60)가 전력선(93;L)에 직렬연결된 것으로 도시하였지만, 다른 실시 예로서 테스트부(60)가 중립선(94;N)에 연결되도록 하여 중립선(94;N)으로부터 인위적으로 전원 케이블의 금속외피(80)로 중립선의 전류를 흐르도록 구현할 수 있다. 따라서 사용자는 전력선(93;L) 또는 중립선(94;N)에 연결되어 있는 테스트부(60)를 통하여 인위적으로 누설전류를 발생시켜 누설전류 차단기의 정상 동작 여부를 확인할 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 실시 예에 따른 도 4의 엘씨디아이형 누설전류 차단기의 회로도를 참조하여 그 동작 모습을 설명한다. 먼저, 엘씨디아이형 누설전류 차단기가 초기화될 시에는 전원 차단부(50)의 스위치는 ON이 되어, 콘센트(91)를 통해 입력되는 전력은 전력선(93;L) 및 중립선(94;N)을 따라 AC_OUT을 통해 부하로 인가된다. 이와 같은 상태에서 사용자의 실수 또는 부하 고장에 의해 전원 케이블의 금속외피(80)에 일정 전류 이상의 누설전류가 발생되면, 누설전류 감지부(30) 내의 포토 트라이악(31;P1)이 구동 온(ON) 되면서 전원차단 제어부의 솔레노이드(41)에 교류전류가 인가된다. 상기 교류전류에 의해 전원 차단부(50)의 스위치(SW2)가 OFF되면서 전력선(93;L)과 중립선(94;N)이 개방된다.
따라서 본 발명의 엘씨디아이형 누설전류 차단기는 비활성화되어, 전력선(93;L)과 중립선(94;N)을 개방한 현 상태를 유지한다. 이러한 상태는 사용자가 물리적으로 누설전류 차단기를 초기화할 때까지 유지된다.
한편, 테스트시의 엘씨디아이형 누설전류 차단기의 동작을 살펴보면 다음과 같다. 테스트시에, 테스트부(60)의 테스트 스위치(62;SW1)가 사용자에 의해 "ON"된다. 상기와 같이 테스트 스위치(62;SW1)를 통해 인위적으로 전력선(93;L) 또는 중립선(94;N)에 의해 전원 케이블의 금속외피(80)에 일정 전류 이상의 누설전류가 발생되고, 이에 따라 누설전류 감지부(30) 내의 포토 트라이악(31;P1)이 구동 온(ON) 되면서 전원차단 제어부의 솔레노이드(41)에 교류전류가 인가된다. 상기 교류전류에 의해 전원 차단부(50)의 스위치(SW2)가 OFF되면서 전력선(93;L)과 중립선(94;N)이 개방된다.
만약, 포토 트라이악(31;P1) 고장, 솔레노이드(41) 고장 등으로 인해 엘씨디아이형 누설전류 차단기 이상이 있을 시에는, 상기 테스트를 하더라도 전원이 차단되지 않기 때문에 사용자는 누설전류 차단기의 정상동작 여부를 알 수 있게 된다. 결국, 본 발명의 엘씨디아이형 누설전류 차단기는 테스트부(60)를 통해 전원 케이블의 금속외피(80)에 누설전류가 발생하지 않는 경우에는, 인위적으로 전력선(93;L)과 중립선(94;N)의 전류량을 인위적으로 변경하여, 누설전류가 흐를 때와 동일한 환경을 제공하고, 이에 따라 누설전류 차단기가 정상 동작하는 지를 판단할 수 있도록 한다.
상술한 본 발명의 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 여러 가지 변형이 본 발명의 범위에서 벗어나지 않고 실시 될 수 있다. 따라서 본 발명의 특허 범위는 상기 설명된 실시 예에 의하여 정할 것이 아니고 특허청구범위 뿐만 아니라 균등 범위에도 미침은 자명할 것이다.
상기에서 기술한 바와 같이 본 발명은, 다수의 콘덴서 없이 포토 트라이악 및 저항만을 사용하여 누설전류 여부를 감지하도록 하여 제조비용 절감 및 제품 크기를 줄이도록 하는 효과가 있다. 또한, 전선의 노후화로 인한 절연 파괴 발생 및 뜨거운 공기나 강한 햇빛에 의한 전선의 약화, 가구 등 전선에 밀착되거나 전선이 문틈에 끼어 절연의 파괴 또는 노화 느슨한 전기 연결로 인한 화재 발생 및 신체적 상해를 예방할 수 있다.

Claims (10)

  1. 전원 케이블의 금속외피에 연결되어 있어, 상기 전원케이블의 금속외피를 통해 흐르는 누설전류 발생 시에 사전 설정된 교류전류를 출력하는 누설전류 감지부와,
    상기 누설전류 감지부에서 출력되는 교류전류에 의해 자기장을 형성하는 자기장치를 구비한 전원차단 제어부와,
    상기 자기장치에서 형성되는 자기장에 의하여 전원 케이블 내의 전력선 및 중립선을 개방시키는 전원 차단부를 포함하는 엘씨디아이형 누설전류 차단기.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 엘씨디아이형 누설전류 차단기는, 전력선과 전원 케이블의 금속외피 사이에 구비되어 있어, 상기 전원 케이블의 금속외피에 인위적으로 누설전류를 발생시키는 테스트부를 더 포함하는 엘씨디아이형 누설전류 차단기.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 엘씨디아이형 누설전류 차단기는, 상기 금속외피를 통해 흐르는 누설전류를 전원 케이블의 전력선(L) 또는 중립선(N)으로 흘러보내는 누설전류 통전부를 더 포함하는 엘씨디아이형 누설전류 차단기.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 테스트부는,
    전력선에서 흘러오는 전류량을 제한하는 저항과,
    테스트를 위한 누설전류 스위칭 기능을 하는 테스트 스위치를 포함하는 엘씨디아이형 누설전류 차단기.
  5. 제 3항에 있어서,
    상기 누설전류 통전부는,
    중립선(N)과 전원 케이블의 금속외피간의 누설전류 발생 시에 해당 누설전류를 전력선(L)으로 통전되도록 하는 제1다이오드와,
    전력선(L)과 전원 케이블의 금속외피간의 누설전류 발생 시에 해당 누설전류를 중립선(N)으로 통전되도록하는 제2다이오드를 포함하는 엘씨디아이형 누설전류 차단기.
  6. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 누설전류 감지부는, 상기 전원 케이블의 금속외피에 누설전류가 발생될 시에 온(ON)되어 상기 전원 케이블의 중립선의 교류전류를 상기 전원차단 제어부로 도통시키는 포토 트라이악을 포함하는 엘씨디아이형 누설전류 차단기.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 포토 트라이악은,
    전원 케이블의 금속외피에 에노드가 연결되는 발광 다이오드와,
    전원 케이블의 중립선에 연결되어 상기 발광다이오드의 적외선을 감지하는 포토 TR(트리악)을 포함하는 엘씨디아이형 누설전류 차단기.
  8. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 누설전류 감지부는, 상기 누설전류 감지부로 흘러오는 누설전류의 양을 조절하기 위하여 전원 케이블의 금속외피 사이에 사전 설정된 저항을 두는 엘씨디아이형 누설전류 차단기.
  9. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 자기장치는, 솔레노이드로 구현됨을 특징으로 하는 엘씨디아이형 누설전류 차단기.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 전원 차단부는, 전력선을 개방시키는 스위치와 중립선을 개방시키는 스위치가 각각 구비되어 상기 솔레노이드의 자기장에 의해 개폐되는 엘씨디아이형 누설전류 차단기.
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