KR100483932B1 - 감도 조정 기능을 갖는 과부하 차단기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 감도 조정 기능을 갖는 과부하 차단기에 관한 것으로, 특히 각종의 업소나 빌딩, 가정등에서 사용하는 과부하 차단기의 트립 전류량을 결정하는 감도 조정이 가능하도록 한 과부하 차단기에 관한 것이다.

본 발명은 단락의 경우와 같이 과대한 전류가 지속적으로 흐르는 경우 이를 신속하게 차단하며, 돌입전류와 같이 초기 전류가 크더라도 그 유지 시간이 짧은 경우 가동 접점이 정상적으로 "온" 상태를 유지시킬 수 있도록 함과 아울러, 현장 사정에 따라 감도 조절이 가능한 감도 조정 기능을 갖는 과부하 차단기를 제공함에 있다. 이를 위하여 본 발명은 전원 라인에 연결된 정류회로에 의하여 충전되는 제1콘덴서와, 제1콘덴서와 직렬로 접속된 스위칭 소자 및 트립 기구 코일과, 스위칭 소자의 트리거를 위한 제1트랜지스터로 구성된 트립 수단과, 전원 라인에 결합된 변류기와, 변류기의 출력을 정류하기 위한 정류기와, 정류기에 연결된 제2콘덴서와, 이들 정류기 및 제2콘덴서와 연결된 레퍼런스단자를 갖는 레퍼런스다이오드와, 레퍼런스 다이오드의 레퍼런스 단자와 접지사이에 연결된 가변저항과, 전기 트립수단의 제1트랜지스터와 레퍼런스다이오드의 캐소드 사이에 연결된 제3콘덴서로 구성된 것이다. 이에 따라 본 발명은 레퍼런스다이오드 및 가변저항에 의하여 설정된 값에 해당하는 과대전류 지속이 경과한 경우에만 레퍼런스 다이오드가 도통되면서 트립수단의 제1트랜지스터가 턴온되어 트립 기구 코일에 제1콘덴서의 전류가 흐르므로 가변저항으로 임의 설정된 지속시간을 갖는 과대전류가 흐르는 단락이나 설비 이상의 경우에 한하여 트립이 실시되는 것이어서, 선로나 설비를 보호함은 물론이려니와 작동 감도를 설정할 수 있게 되는 것이어서 편리하게 사용할 수 있게 되는 효과가 있다.

Description

감도 조정 기능을 갖는 과부하 차단기 {Over Load Breaker having Sensitivity Adjustment Function}

본 발명은 감도 조정 기능을 갖는 과부하 차단기에 관한 것으로, 특히 각종의 업소나 빌딩,가정등에서 사용하는 과부하 차단기의 트립 전류량을 결정하는 감도 조정이 가능하도록 한 과부하 차단기에 관한 것이다.

주지하는 바와 같이 과부하 차단기는 과부하 및 단락 등이 발생할 경우, 자동적으로 전로를 차단하는 전력기기이며, 이의 대표적인 형태를 도1,2로 도시하였다.

즉, 도1로 보인 바와 같은 ODP(Oil Dash Pot)나 도2 a), b)로 보인 바와 같은 직열식, 방열식 등으로 된 열동형의 것이다.

이러한 ODP 방식의 과부하 차단기는 부하에 흐르는 전류가 과대한 경우 전류코일(106)에 흐르는 전류에 의하여 발생된 자력으로 가동철심(100)을 자화시켜 제동스프링(101)의 탄력을 이기고 전자극(102)에 자착되며, 이에 따라 자화력이 증대되면서 가동철편(103)을 흡입하므로 이에 따라 래치(104)가 가동되면서 트립 접점이 오프되도록 된 것이다. 그러므로 이는 과부하가 발생될 경우 비교적 간결한 구조에 의하여 트립 접점을 구동할 수 있다는 장점은 있으나, 반면에 과대 전류가 흐르게 되면서 발생되는 열로 내부에 채워진 제동유(105)가 가열되어 점성이 저하되므로, 반복사용하다보면 점차 제동유(105)의 기능이 저하되어 과민하게 반응함에 따라 작동의 신뢰성이 저하되는 문제점이 있는 것이며, 특히 작동 여부가 전류코일(106)에 흐르는 전압과 전류량에 의하여 결정되는 자력에 의존하여 결정되는 것이므로 부하의 돌입전류와 단락으로 인한 과대 전류를 구분할 수 없다는 문제점이 있는 것이다.

아울러, 도2 a)로 보인 열동식 과부하 차단기는 전류가 바이메탈(200)에 흐르도록 되어 있고, 트립바(201)가 인접하여 배치되어 있으므로 돌입전류나 단락전류가 바이메탈(200)에 흐르면 이때 발생되는 열에 의하여 바이메탈(200)이 점선으로 보인 바와 같이 변형되므로, 트립 작동되도록 되어 있다. 또한, 도2 b)로 보인 바와 같은 방열식은 돌입전류나 과대 전류가 히터(202)에 직접 흐르도록 되어 있고, 이때 히터(202)에서 발생되는 열에 의하여 바이메탈(203)이 가열되어 좀더 예민하게 변형됨으로써 트립바(204)를 구동하도록 된 방식이다. 그러므로, 이는 감도를 증진시킬 수 있는 방법이 될 수 있다. 그러나, 이상에서 열거한 도1로 보인 바와 같은 ODP(Oil Dash Pot)에 의한 트립 동작은 전압,전류의 크기에 따라 형성되는 자력 및 스프링, 제동유에 의한 작동력의 조합에 의한 것이며, 도2로 보인 열동형의 트립 동작은 발열현상 및 열전도 그리고 바이메탈의 반응력을 합성하여 이루어 지는 것이므로 규정된 돌입전력값이나 단락으로 인한 과대 전력이 흐를 경우 트립되어 접점이 오프되도록 되어 있으나, 실제로는 각 현장마다 설비의 종류가 다르고 전력 사정이 상이하여 전원 전압의 유동폭이 불규칙하므로 규정된 돌입전류나 단락전류의 크기만으로 트립을 결정하는 경우 수시로 트립되어 설비의 사용이 불가능하거나 반대로 과대전류가 흐르는 경우에도 미처 트립시키지 못하여 화재사고나 소손 사고가 발생하게 되는 등의 문제점이 있는 것이다.

이에 따라, 돌입전류가 큰 부하일수록 종래의 과부하 차단기가 단락으로 인한 과부하 전류의 상태와 동일하게 전원 접점을 오프시켜 전원을 차단시키므로, 불필요하게 전원이 차단되는 경우가 빈번하게 발생되므로, 과부하 차단기의 사용을 기피하는 경향까지 발생되고 있으며, 사용상의 불편을 야기하고, 전기 설비의 안정적 운전이 어렵게 되고, 전기 설비나 선로를 보호하기 어렵게 되는 등의 문제점이 노출되고 있다.

더구나, 이러한 전기 설비나 선로에 공급되는 전원 전압, 전류 용량은 현장에 따라 큰 기복이 있으며, 따라서 일반적인 설계에 의하여 제조된 과부하 차단기의 작동 특성이 부적합한 경우가 많은 것이다.

본 발명의 목적은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 단락의 경우와 같이 과대한 전류가 지속적으로 흐르는 경우 이를 신속하게 차단하며, 돌입전류와 같이 초기 전류가 크더라도 그 유지 시간이 짧은 경우 가동 접점이 정상적으로 "온" 상태를 유지시킬 수 있도록 함과 아울러, 현장 사정에 따라 감도 조절이 가능한 감도 조정 기능을 갖는 과부하 차단기를 제공함에 있다.

이러한 본 발명의 목적은 전원 라인에 연결된 정류회로에 의하여 충전되는 제1콘덴서와, 제1콘덴서와 직렬로 접속된 스위칭 소자 및 트립 기구 코일과, 스위칭 소자의 트리거를 위한 제1트랜지스터로 구성된 트립 수단과, 전원 라인에 결합된 변류기와, 변류기의 출력을 정류하기 위한 정류기와, 정류기에 연결된 제2콘덴서와, 이들 정류기 및 제2콘덴서와 연결된 레퍼런스단자를 갖는 레퍼런스다이오드와, 레퍼런스 다이오드의 레퍼런스 단자와 접지사이에 연결된 가변저항과, 전기 트립수단의 제1트랜지스터와 레퍼런스다이오드의 캐소드 사이에 연결된 제3콘덴서로 구성된 것이다. 이에 따라 본 발명은 레퍼런스다이오드 및 가변저항에 의하여 설정된 값에 해당하는 과대전류 지속이 경과한 경우에만 레퍼런스 다이오드가 도통되면서 트립수단의 제1트랜지스터가 턴온되어 트립 기구 코일에 제1콘덴서의 전류가 흐르므로 가변저항으로 임의 설정된 지속시간을 갖는 과대전류가 흐르는 단락이나 설비 이상의 경우에 한하여 트립이 실시되는 것이어서, 선로나 설비를 보호함은 물론이려니와 작동 감도를 설정할 수 있게 되는 것이어서 편리하게 사용할 수 있게 된다. 이러한 본 발명을 도3으로 첨부된 도면에 따라 상세히 설명하면 다음과 같다.

이에서 볼 수 있는 바와 같이 본 발명은 전원 라인(L1,L2)에 연결된 정류회로(1)에 의하여 충전되는 제1콘덴서(2)와, 제1콘덴서(2)와 직렬로 접속된 스위칭소자(5) 및 트립 기구 코일(6)과, 스위칭소자(5)의 트리거 단자(7)가 베이스에 연결된 제1트랜지스터(8)로 구성된 트립 수단(10)과, 전원 라인(L1)에 결합된 변류기(16)에 연결된 정류기(13)와, 정류기(13)에 연결된 제2콘덴서(14)와, 이들과 연결된 레퍼런스단자(R)가 연결된 레퍼런스다이오드(12)와, 레퍼런스 단자(R)와 접지사이에 연결된 가변저항(15)과, 레퍼런스다이오드(12)의 애노드단자(A)가 접지와 연결되고 캐소드 단자(K)가 제3콘덴서(11)를 거쳐서 트립수단(10)의 베이스와 연결된 것이다.

이와 같이 된 본 발명은 전원 라인(L1,L2)에 정격 전압이 공급되고, 부하에 정상적인 전원 공급이 이루어 지는 경우에는 부하에 의하여 정격전류의 수배에 달하는 초기 돌입전류가 발생되며, 이에 따라 변류기(16)에 의하여 생성되는 높은 전압이 정류기(13)에 의하여 정류된후 제2콘덴서(14)를 충전시키게 되는 것이다. 이때 제2콘덴서(14)는 전기 설비의 정상적인 초기 돌입 전류 유지 시간 동안 흐르는 전류에 의하여 충분히 충전되지는 못하므로, 가변저항(15)을 통과하여 레퍼런스다이오드(12)의 레퍼런스단자(R)에 공급되는 전압은 설정 전압보다 낮은 상태로 있는 것이다. 즉, 용량성 부하이거나 저항성 및 용량성 부하가 합성된 경우 등 모든 경우에 부하의 초기 돌입 전류는 정상 부하 전류의 수배에 이르지만, 그 유지 시간이 짧으며, 신속하게 정상화되는 것이어서, 제2콘덴서(14)를 일정 레벨 이상으로 충전시키지는 못하게 되는 것이어서 레퍼런스다이오드(12)는 턴 오프 상태를 유지하고 있게 되는 것이다. 그러므로, 제1트랜지스터(8)의 베이스는 하이레벨의 전위가 가하여진 상태가 되어 턴오프 상태를 유지하고 있게 되는 것이고, 스위칭소자(5)의 트리거 단자(7)에는 트리거 신호가 인가되지 않고 있어 트립 기구 코일(6)에 하등의 전류 흐름이 없으므로 부하에 흐르는 전류가 정상적으로 공급되어 정상 운전되는 것이다. 이러한 작동 과정이나 초기 작동시부터 선로가 단락되거나 전기 설비가 단락되어 있는 경우에는 과대 전류가 흐르게 되며, 이는 부하에 의하여 발생되는 돌입전류와는 달리 전류가 감소되지 않고 과대 전류가 연속적으로 흐르게 되는 것이다. 그러므로, 이는 변류기(16)의 출력 전압을 상승시키게 되고, 제2정류회로(13)에 의하여 정류되고, 제2콘덴서(14)가 일정레벨 이상으로 충전 완료되는 것이며, 이에 따라 가변저항(15)을 거쳐 레퍼런스다이오드(12)의 레퍼런스단자(R)에 인가되는 전압 역시 설정된 기준 전압을 상회하게 되어 레퍼런스다이오(12)의 캐소드(K)에서 애노드(A) 방향으로 턴온되는 것이다. 이에 따라 전원 전류가 제1트랜지스터(8)의 베이스에서 콘덴서(11) 및 레퍼런스다이오드(12)를 거쳐 접지로 흐를수 있게 되는 것이며, 이때 전원 전류는 제1트랜지스터(8)의 에미터와 콜렉터를 거쳐서 스위칭소자(5)의 트리거단자(7)로 흐르므로 스위칭소자(5)가 트리거되고, 이에 따라 제1콘덴서(2)에 충전된 전하가 스위칭소자(5)와 트립 기구 코일(6)에 흐르게 되어 접점(17)이 오프된다. 그러므로, 사용자가 전원을 재 투입하는 시점까지 부하로의 전원 공급이 중지되어 단락등 과대 전류로 인한 전기 선로나 전기 설비의 파손, 화재등을 방지할 수 있게 되는 것이다.

아울러, 본 발명에서는 전원 전압이 낮은 경우에는 전로의 단락이나 설비의 이상으로 인한 과대 전류인 경우에도 제2콘덴서(13)를 충전시키는 전압이 낮은 경우가 있을 수 있으며, 이러한 경우에는 가변저항(15)의 값을 크게 조정함으로써 제2콘덴서(14)의 전압이 낮아지지 않고 거의 그대로 레퍼런스 다이오드(12)에 인가되도록 한다. 이에 따라 제2콘덴서(14)의 충전 전압이 불충분한 경우에도 레퍼런스 다이오드(12)의 레퍼런스단자(R)에 가하여 지는 전압이 실질적으로 높아지도록 함으로써 레퍼런스다이오드(12)가 턴온되어 전술한 바와 같은 제1트랜지스터(8)에 의한 스위칭소자(5)의 트리거가 실시되도록 하고, 이에 따라 트립동작이 구현되어 접점(17)이 오프되도록 할 수도 있는 것이다.

아울러, 본 발명에서는 선로에 연결된 설비의 특성상 돌입 전류 유지 시간이 다소 긴 경우에 대비하여 가변저항(15)의 값을 전술한 경우와 반대로 낮추어 줌으로써 돌입 전류 유지 시간이 비정상적으로 연장되는 경우에만 제2콘덴서(14)의 충전전압이 충분히 상승되어 레퍼런스 다이오드(12)의 레퍼런스단자(R)에 가하여 지는 전압이 높아지도록 함으로써 레퍼런스다이오드(12)가 턴온되어 전술한 바와 같은 제1트랜지스터(8)에 의한 스위칭소자(5)의 트리거가 실시되도록 하고, 이에 따라 트립동작이 구현되어 접점(17)이 오프되도록 할 수도 있는 것이다.

아울러, 본 발명에서는 가변저항(15)을 전술한 바와 같은 여러 조건에 상응하여 최적화되도록 조절함으로써 이상적인 감도를 구비한 과부하 차단기로 동작되도록 할 수 있다.

이러한 본 발명에서는 스위칭소자(5)로서 트라이액을 사용한 예를 보였으나, 이외에도 SCR 또는 전자식 릴레이, 대전력 FET등 다양한 스위칭소자(5)를 사용할 수 있음은 물론이다.

이와 같이 하여 본 발명은 유도성 부하나 저항성 및 유도성 복합 부하등 각종 부하의 초기 작동시에 발생하는 초기 돌입 전류에는 작동하지 않고 단락등 전기 사고로 인한 과대 전류 발생시에만 트립 작동이 실시되도록 할 수 있는 것이어서 작동의 신뢰성을 크게 향상시킬 수 있게 되는 것이다.

또한, 본 발명은 현장의 전원 전압이 낮은 경우나 전기 설비의 초기 돌입 전류 유지 시간이 비교적 긴 경우등에도 최적의 상태에서 트립 동작이 실시되도록 감도를 조절할 수 있는 것이어서 현장 조건에 최적화시킨 이상적 동작 특성을 구비한 과부하 차단기를 제공하여 편리하게 널리 적용할 수 있게 되는 유용한 효과가 있다.

도1은 ODP 방식 과부하 차단기의 작동을 보인 설명도.

도2 a), b)는 열동식 과부하 차단기의 작동을 보인 설명도.

도3은 본 발명에 의한 감도 조정 기능을 갖는 과부하 차단기.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

L1,L2: 전원 라인 1:정류회로

2,14,11:제1,2,3콘덴서 5: 스위칭소자

6:트립 기구 코일 7:트리거 단자

8:제1트랜지스터 10:트립 수단

12:레퍼런스다이오드 13:정류기

15:가변저항 16:변류기

17:접점 A:애노드

K:캐소드 R:레퍼런스

Claims (2)

1. 전원 라인(L1,L2)에 연결된 정류회로(1)에 의하여 충전되는 제1콘덴서(2)와, 제1콘덴서(2)와 직렬로 접속된 스위칭소자(5) 및 트립 기구 코일(6)과, 스위칭소자(5)의 트리거 단자(7)가 베이스에 연결된 제1트랜지스터(8)로 구성된 트립 수단(10)과, 전원 라인(L1)에 결합된 변류기(16)에 연결된 정류기(13)와, 정류기(13)에 연결된 제2콘덴서(14)와, 이들과 연결된 레퍼런스단자(R)가 연결된 레퍼런스다이오드(12)와, 레퍼런스다이오드(12)의 애노드단자(A)가 접지와 연결되고 캐소드 단자(K)가 제3콘덴서(11)를 거쳐서 트립수단(10)의 베이스와 연결됨을 특징으로 하는 감도 조정 기능을 갖는 과부하 차단기.
2. 제1항에 있어서,

   레퍼런스다이오드(12)의 레퍼런스 단자(R)와 접지사이에 연결된 가변저항(15)이 구비됨을 특징으로 하는 감도조정기능을 갖는 과부하 차단기.