KR102036647B1

KR102036647B1 - 전원 단락보호 회로

Info

Publication number: KR102036647B1
Application number: KR1020190019687A
Authority: KR
Inventors: 허덕행; 박형균; 배재균; 한종현; 김병진
Original assignee: 배재균
Priority date: 2019-02-20
Filing date: 2019-02-20
Publication date: 2019-10-28
Anticipated expiration: 2039-02-20

Abstract

본 발명은 자동화시스템의 전원단락보호회로에 관한 것으로, 전원단락보호회로에 있어서, 단상 220V 전원인가 여부를 판단하는 제1 표시등과 전원을 공급하는 양극용 선택스위치를 갖는 단락보호입력부와; 상기 단락보호입력부와 접속 연결되며, 정상운전을 표시하고 부하 측의 단락사고 시 단락전류가 발생할 경우 저항 값에 비례하여 구동되는 릴레이와 부하 측의 단락사고 시 유기되는 전류를 감시하는 저항과 단락사고 시 상기 릴레이의 내부 접점에 의해 경보하는 부저와 경고등을 가동시키는 경고등 및 단락사고에 따른 원격신호를 관제센터로 전송하는 리모트 시그널이 구비된 병렬회로를 갖는 단락보호동작부와; 상기 단락보호입력부 및 단락보호동작부와 접속 연결되어 정상 운전인 경우, 상기 릴레이의 상시 ON접점 R-b1 및 R-b2를 통해 전원이 공급되는지를 표시하는 제2 표시등을 갖는 단락보호출력부가 구성되는 것을 특징으로 하는 전원단락보호회로를 구현함으로써, 부하 측의 단락사고 발생 시 과전류의 차단은 물론, 음향 및 시각 경보를 가동시킴과 동시에 관리센터로 원격신호의 전송이 가능하여 즉각적인 대응조치와 단락으로 인한 누설전류의 차단으로 기계적 손실, 생산성 손실, 안전사고 발생의 우려를 최소화하고 생산원가를 줄일 수 있는 효과가 있다.

Description

전원 단락보호 회로{Power short-circuit protection}

본 발명은 전원 단락보호 회로에 관한 것으로, 특히 릴레이의 접점과 단락전류 감시용 저항 등을 활용한 안정적이고 간단한 단락보호 회로를 통해 부하 측의 단락사고 시 과전류 및 누설전류를 즉시 차단하고 실시간 모니터링이 가능한 전원 단락보호 회로에 관한 것이다.

전원 단락보호 회로는 각종 전자기기에 널리 사용되며 개폐하거나 과부하전류, 단락전류 등의 과전류를 자동으로 차단하여 배선을 보호해 준다.

특히, 전원 측에 퓨즈나 릴레이 또는 과부하 계전기를 설치하여 출력단 단락 시에 퓨즈를 융단 시키거나 릴레이 또는 과부하계전기를 개방시킴으로써 전원회로를 보호해 주게 된다.

그러나 상기와 같은 전원회로를 보호하는 회로는 출력(혹은 부하)측의 단락 시 전원 측에 설치된 퓨즈나 릴레이 또는 과부하 계전기가 개방되지 않는 우려가 발생된다. 또한 과전류에 의하여 신속히 동작되지 못하는 오동작이 발생되면 전원 측에 연결되어 동작하는 회로가 과전류에 의한 영향을 받게 되어 회로를 구성하는 소자가 파괴되는 문제점이 발생된다. 그리고 부하 측의 누설전류로 인해 기계적 손실, 생산성 손실, 안전사고 발생의 우려가 따르며, 전원 측 보호회로의 신뢰성을 높여주기 위하여 고가의 부품을 선택 사용하여야 하므로 비경제적이다.

한편, 국내 등록실용신안공보(Y1) 제20-0138560호의 전원 단락 보호회로에 의하면, PWM 제어방석의 전원회로에 있어서, 전원회로의 출력단에 흐르는 과전류를 전압으로 검출하고 이를 기준전압과 비교하여 과전류 흐름 시 발생되는 에러전압을 피드백 시키는 단락검출수단과, 상기 단락검출수단에서 피드백 된 에러전압을 기준전압과 비교하여 스위칭 트랜스를 구동시키는 PWM 펄스의 듀티를 변화시켜 출력전압을 조절하는 전압 조절수단과, 상기 전압조절수단의 출력에 의하여 구동되는 스위칭트랜스에 흐르는 전류를 전압으로 검출하고 이를 기준전압과 비교하여 상기 전압 조절수단의 구동을 선택하는 출력선택수단을 구비하여 구성된 것을 특징으로 하는 전원 단락 보호회로로 구성되어 있다.

그러나 위 고안기술은 저가의 소자를 사용하고도 신뢰성 높은 보호회로를 제공하는 반면에, 실시간 모니터링이 불가능하기 때문에 2차적인 전기폭발과 같은 재해나 감전 등의 안전사고를 예방하는데 한계점이 여전히 남아 있다.

따라서 본 발명은 상기 문제점을 해소하는 실시간 모니터링이 가능한 전혀 새로운 전원 단락보호 회로를 제안하고자 한다.

본 발명의 목적은 보다 상세하게는 릴레이의 접점과 단락전류 감시용 저항 및 실시간 모니터링 수단을 갖는 저렴한 비용과 안정화된 전원 단락보호 회로를 구성함으로써, 부하 측의 단락사고로 인한 과전류 및 누설전류의 차단은 물론, 음향 및 시각 경보와 실시간 모니터링이 가능하여 즉각적인 대응조치로 기계적 손실, 생산성 손실, 안전사고 발생의 우려를 최소화하고 생산원가를 줄일 수 있도록 한 전원 단락보호 회로를 제공한다.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 의하면, 전원 단락보호 회로에 있어서, 단상 220V 전원인가 여부를 판단하는 제1 표시등(L1, 110)과 전원을 공급하는 양극용 선택스위치(Selector Switch, 120)를 갖는 단락보호입력부(100)와; 상기 단락보호입력부와 접속 연결되며, 정상운전을 표시하고 부하 측의 단락사고 시 단락전류가 발생할 경우 저항 값에 비례하여 구동되는 릴레이(R, 210)와 부하 측의 단락사고 시 유기되는 전류를 감시하는 저항(220)과 단락사고 시 상기 릴레이(210)의 내부 접점에 의해 경보하는 부저(Buzzer, 230)와 경고등을 가동시키는 경고등(L3, 240) 및 단락사고에 따른 원격신호를 관제센터로 전송하는 리모트 시그널(Remote Signal, 250)이 구비된 병렬회로를 갖는 단락보호동작부(200)와; 상기 단락보호입력부 및 단락보호동작부와 접속 연결되어 정상 운전인 경우, 상기 릴레이(210)의 상시 ON접점 R-b1 및 R-b2를 통해 전원이 공급되는지를 표시하는 제2 표시등 (L2, 310)을 갖는 단락보호 출력부(300)가 구성되는 것을 특징으로 하는 전원단락보호회로를 제공한다.

본 발명의 다른 실시 예에 따르면, 상기 릴레이(R, 210)는, 상기 릴레이의 내부접점이 가동되어 R-b1과 R-b2의 B접점은 차단되고, R-a1의 A접점에 의해 상기 릴레이(R, 210)의 동작을 자기유지 시키는 자기유지회로(Lock Up Circuit) 구성을 통해 순간적 또는 지속적 단락에도 계속 경보 동작을 유지시키는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시 예에 따르면, 상기 릴레이(R, 210)는, 상기 릴레이의 R-a2의 A접점으로 부저(230)를 가동시키고, 릴레이 R-a3의 A접점으로 경고등(240)을 가동시켜 시각 또는 청각 장애인도 인식할 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시 예에 따르면, 상기 리모트 시그널(Remote Signal, 250)은, 상기 릴레이(210)의 R-a4 A접점으로 상기 리모트 시그널을 원격지로 전송할 수 있으며, 보조 릴레이를 추가 구성하여 사고의 자체 누적집계 또는 원격 누적집계가 가능한 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시 예에 따르면, 상기 리모트 시그널(Remote Signal, 250)은, 라즈베리파이(Raspberry Pi, 400)를 통해 관리센터(500)로 전송되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시 예에 따르면, 상기 전원단락보호회로는, 상기 릴레이(210)의 R-a4 A접점을 통해 소음이 심한 경우 대용량 경보를 위한 수단을 구동시킬 수 있는 신호로 활용되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시 예에 따르면, 상기 전원 단락보호 회로는, 부하 측의 소비전력에 따라 상기 저항의 크기와 상기 릴레이의 규격 및 그 접점의 구성이 달라지는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 전원 단락보호 회로는 다음과 같은 효과가 있다.

(1) 본 발명은 종래기술과 달리 저렴한 비용과 안정화된 시이퀀스 회로로 구성되기 때문에 공장자동화시스템 등에 적용하여 생산성 향상과 전기감전 등의 안전사고 예방을 확보할 수 있다.

(2) 본 발명은 공장자동화시스템의 필수 조작전원의 공급에 있어서 단락사고 발생 시 과전류 및 누설전류를 차단하여 2차적인 사고 및 재해 발생을 방지할 수 있다.

(3) 본 발명은 부하 측의 단락사고 시 실시간 모니터링이 가능하여 신속한 대응과 함께 생산손실을 최소화 할 수 있다.

(4) 본 발명은 릴레이의 접점으로 부저를 가동시키고 경고등을 가동시킬 수 있기 때문에 시각 또는 청각 장애인도 용이하게 인식할 수 있다.

(5) 본 발명은 전체 자동화시스템의 단락사고 발생을 관리자가 실시간 모니터링과 자체 누적집계 또는 원격 누적집계 및 분석이 가능하여 예방보전에 활용하여 생산원가를 줄일 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래기술에 대한 전원 단락 보호회로
도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 전원 단락 보호회로에 대한 전체 기술적 구성을 나타낸 회로도
도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 전원 단락보호 회로에 대한 단락보호입력부를 나타낸 회로도
도 4는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 전원 단락보호 회로에 대한 단락보호동작부를 나타낸 회로도
도 5는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 전원 단락보호 회로에 대한 단락보호출력부를 나타낸 회로도

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 하며 비록 종래기술과 동일한 부호가 표시되더라도 종래기술은 그 자체로 해석하여야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

도 2 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 전원단락보호회로에 대한 핵심 기술적 수단은, 크게는 단락보호입력부(100)와 단락보호동작부(200), 단락보호출력부(300), 라즈베리파이(Raspberry Pi, 400) 및 관리센터(500)로 이루어진다.

도 2를 참조하여, 상기 단락보호입력부(100)는, 본 발명의 실 시예에 따른 전원단락보호회로에 전원을 공급하는 수단으로, 단상 220V 전원인가 여부를 판단하는 제1 표시등(L1, 110)과 전원을 공급하는 양극용 선택스위치(Selector Switch, 120)를 갖는다.

도 3을 참조하여, 상기 단락보호동작부(200)는 본 발명의 실 시예에 따른 부하 측의 단락사고 시 보호동작을 수행하는 수단으로, 상기 단락보호입력부(100)와 접속 연결되며, 정상운전을 표시하고 부하 측의 단락사고 시 단락전류가 발생할 경우 저항 값에 비례하여 구동되는 릴레이(R, 210)와 부하 측의 단락사고 시 유기되는 전류를 감시하는 저항(220)과 단락사고 시 상기 릴레이(210)의 내부 접점에 의해 경보하는 부저(Buzzer, 230)와 경고등을 가동시키는 경고등(L3, 240) 및 단락사고에 따른 원격신호를 관제센터로 전송하는 리모트 시그널(Remote Signal, 250)이 구비된 병렬회로를 갖는다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 릴레이(R, 210)는, 상기 릴레이의 내부접점이 가동되어 R-b1과 R-b2의 B접점은 차단되고, R-a1의 A접점에 의해 상기 릴레이(R, 210)의 동작을 자기유지 시키는 자기유지회로(Lock Up Circuit) 구성을 통해 순간적 또는 지속적 단락에도 계속 경보 동작을 유지시키는 것을 포함한다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 릴레이(R, 210)는, 상기 릴레이의 R-a2의 A접점으로 부저(230)를 가동시키고, 릴레이 R-a3의 A접점으로 경고등(240)을 가동시켜 시각 또는 청각 장애인도 인식할 수 있도록 하는 것을 포함한다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 리모트 시그널(Remote Signal, 250)은, 상기 릴레이(210)의 R-a4 A접점으로 상기 리모트 시그널을 원격지로 전송할 수 있으며, 보조 릴레이를 추가 구성하여 단락사고의 자체 누적집계 또는 원격 누적집계가 가능한 것을 포함한다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 리모트 시그널(Remote Signal, 250)은, 라즈베리파이(Raspberry Pi, 400)를 통해 관제센터(500)로 전송되는 것을 포함한다.

여기서, 상기 라즈베리파이(Raspberry Pi, 400)는, 본 발명의 실시 예에 따른 전원단락보호회로의 리모트 시그널(Remote Signal, 250)을 외부 장치로 전송하기 위한 오픈 소스를 기반으로 한 단일 보드 마이크로컨트롤러로써, 64비트 프로세서인 ARM Cortex-53 쿼드코어를 탑재해 1세대 라즈베리파이 컴퓨터와 비교해 데이터 처리 속도가 10배 빨라진 것이 특징이다. 또한 추가로 장착해야 했던 종래와 달리 와이파이(WiFi)와 블루투스(Bluetooth) 무선통신 기능이 처음부터 컴퓨터 보드에 탑재되어 있다. 그리고 싱글스레드 처리에서 1세대 라즈베리파이 대비 2.5배 빠르며, NEON 비디오코덱 처리 성능은 20배 빠른 특징이 있다. 따라서 본 발명의 실시 예에서는 상기 라즈베리파이(Raspberry Pi, 400)에 탑재된 와이파이(WiFi)와 블루투스(Bluetooth) 무선통신 기능을 통해 단락사고에 따른 상기 리모트 시그널(Remote Signal, 250)의 전송은 물론 자체 누적집계 또는 관리센터(500)에서 원격 누적집계가 가능한 독특한 특징이 있다.

도 4를 참조하여, 단락보호출력부(300)는, 부하 측의 단락사고를 표시하는 수단으로, 상기 단락보호입력부(100) 및 단락보호동작부(200)와 접속 연결되어 정상 운전인 경우, 상기 릴레이(210)의 상시 ON접점 R-b1 및 R-b2를 통해 전원이 공급되는지를 표시하는 제2 표시등 (L2, 310)을 갖는다.

한편, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 전원단락보호회로는, 상기 릴레이(210)의 R-a4 A접점을 통해 소음이 심한 경우 대용량 경보를 위한 수단을 구동시킬 수 있는 신호로 활용되는 것을 포함한다.

여기서 상기 대용량 경보를 위한 수단을 구동시킬 수 있는 신호로 활용되는 것은, 상기 리모트 시그널(Remote Signal, 250)은 상기 릴레이(210)의 R-a4 A접점으로부터 신호를 원격지로 전송할 수 있도록 라즈베리파이(Raspberry Pi, 400)가 설계되어 있기 때문에 공장자동화시스템이 구축된 소음이 심한 장소에서는 대용량 경보를 수행할 수 있는 특징이 있다.

한편, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 상기 전원 단락보호 회로는, 부하 측의 소비전력에 따라 상기 저항(220)의 크기와 상기 릴레이(R, 210)의 사용 규격 및 그 접점의 구성이 달라지는 것을 포함할 수 있다.

여기서 상기 저항(220)의 크기와 릴레이(R, 210)의 사용 규격 및 릴레이(R, 210)의 접점 구성만 설계 변경하면 자동동화시스템 등의 다양한 부하에 적용 가능한 특징이 있다.

이와 같이, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 전원단락보호회로는, 입력부에서는 통상적인 조작전원 단상 220V의 전원인가 여부를 판단하는 제1 표시등(L1, 110) 설치와 함께 양극용 선택스위치(SS, Selector Switch, 120)를 설치하여 안전하게 전원을 개폐할 수 있다. 또한 출력부에서는 정상 운전의 경우 상기 릴레이(R, 210)의 상시 ON접점 R-b1과 R-b2를 통하여 전원이 공급되고 제2 표시등 (L2, 310)의 점등으로 전원 공급을 확인할 수 있다. 그리고 동작부에서는 정상 운전의 경우 상기 릴레이(R, 210) 상시 ON접점 P-b1, P-b2를 통하여 전원이 공급되고 제2 표시등 (L2, 310)이 점등된다. 또한 정상 운전 중 저항을 통하여 부하 측의 단락 사고 발생 시 유기되는 전류를 감시한다. 이때 저항에서 단락전류(혹은 과전류)가 발생할 경우 저항 값에 비례하여 상기 릴레이(R, 210)가 구동된다. 또한 상기 릴레이(R, 210)가 구동되면 릴레이 내부접점이 가동되어 R-b1과 R-b2의 B접점은 차단되고, R-a1의 A접점으로 상기 릴레이(R, 210)의 동작을 자기유지 시키는 자기유지회로(Lock Up Circuit) 구성을 통해 순간적 또는 지속적 단락에도 계속 경보 동작을 유지시키도록 한다. 또한 상기 릴레이(R, 210)의 R-a2 A접점으로 부저(Buzzer, 230)를 가동시키고 R-a3 A접점으로는 경고등(240)을 가동시켜 시각 또는 청각 장애인도 용이하게 인식할 수 있게 된다. 그리고 필요 시 릴레이 R-a4의 A접점으로 원격 신호를 내 보낼 수도 있으며, 보조 릴레이를 추가 구성하여 단락사고의 자체 누적 집계 또는 원격 누적집계 등 다양한 응용이 가능할 뿐만 아니라, 릴레이 R-a4의 A접점으로부터 공장자동화시스템에 구축된 소음이 심한 장소 등에 단락사고를 인지할 수 있도록 대용량 경보를 위한 수단을 구동시킬 수 있는 신호로도 활용할 수 있는 독특한 특징이 있다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 개시된 실시 예는 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

100 : 단락보호입력부 110 : 제1 표시등
120 : 선택스위치 200 : 단락보호동작부
210 : 릴레이 220 : 저항
230 : 부저(Buzzer) 240 : 경고등
250 : 리모트 시그널(Remote Signal) 300 : 단락보호출력부
310 : 제2 표시등
400 : 라즈베리파이(Raspberry Pi)

Claims

전원 단락보호 회로에 있어서,
단상 220V 전원인가 여부를 판단하는 제1 표시등(L1, 110)과 전원을 공급하는 양극용 선택스위치(Selector Switch, 120)를 갖는 단락보호입력부(100)와;
상기 단락보호입력부와 접속 연결되며, 정상운전을 표시하고 부하 측의 단락사고 시 단락전류가 발생할 경우 저항 값에 비례하여 구동되는 릴레이(R, 210)와 부하 측의 단락사고 시 유기되는 전류를 감시하는 저항(220)과 단락사고 시 상기 릴레이(210)의 내부 접점에 의해 경보하는 부저(Buzzer, 230)와 경고등을 가동시키는 경고등(L3, 240) 및 단락사고에 따른 원격신호를 관제센터로 전송하는 리모트 시그널(Remote Signal, 250)이 구비된 병렬회로를 갖는 단락보호동작부(200)와;
상기 단락보호입력부 및 단락보호동작부와 접속 연결되어 정상 운전인 경우, 상기 릴레이(210)의 상시 ON접점 R-b1 및 R-b2를 통해 전원이 공급되는지를 표시하는 제2 표시등 (L2, 310)을 갖는 단락보호출력부(300)가 구성되는 것을 특징으로 하는 전원 단락보호 회로.
제1 항에 있어서,
상기 릴레이(R, 210)는, 상기 릴레이의 내부접점이 가동되어 R-b1과 R-b2의 B접점은 차단되고, R-a1의 A접점에 의해 상기 릴레이(R, 210)의 동작을 자기유지 시키는 자기유지회로(Lock Up Circuit) 구성을 통해 순간적 또는 지속적 단락에도 계속 경보 동작을 유지시키는 것을 특징으로 하는 전원 단락보호 회로.
제1 항에 있어서,
상기 릴레이(R, 210)는, 상기 릴레이의 R-a2의 A접점으로 부저(230)를 가동시키고, 릴레이 R-a3의 A접점으로 경고등(240)을 가동시켜 시각 또는 청각 장애인도 인식할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 전원 단락보호 회로.
제1 항에 있어서,
상기 리모트 시그널(Remote Signal, 250)은, 상기 릴레이(210)의 R-a4 A접점으로 상기 리모트 시그널을 원격지로 전송할 수 있으며, 보조 릴레이를 추가 구성하여 사고의 자체 누적집계 또는 원격 누적집계가 가능한 것을 특징으로 하는 전원 단락보호 회로.
제1 항에 있어서,
상기 리모트 시그널(Remote Signal, 250)은, 라즈베리파이(Raspberry Pi, 400)를 통해 관제센터(500)로 전송되는 것을 특징으로 하는 전원 단락보호 회로.
제1 항에 있어서,
상기 전원단락보호회로는, 상기 릴레이(210)의 R-a4 A접점을 통해 소음이 심한 경우 대용량 경보를 위한 수단을 구동시킬 수 있는 신호로 활용되는 것을 특징으로 하는 전원 단락보호 회로.
제1 항에 있어서,
상기 전원 단락보호 회로는, 부하 측의 소비전력에 따라 상기 저항의 크기와 상기 릴레이의 규격 및 그 접점의 구성이 달라지는 것을 특징으로 하는 전원 단락보호 회로.