KR910008534B1 - 회로차단기 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

회로차단기

제1도는 본원 발명에 의한 회로차단기의 일예를 나타내는 회로도.

제2도는 장한시트립회로의 회로도.

제3도는 회로차단기의 트립특성도.

제4도는 종래의 회로차단기의 동작설명용의 트립특성도.

제5도는 종래의 장한시트립회로의 회로도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

11 : 교류전로 21 : 변류기

30 : 정류회로 35 : 제1의 비교기

36 : 출력스위치 37 : 제1의 기준전압설정회로

38 : 콘덴서 39 : 방전저항체

40 : 전류검출저항체 41 : 제2의 비교기

42 : 제2의 기준전압설정회로 44 : 전압전류변환회로

45 : 연산회로, 60 : 차동증폭회로

70 : 시한회로, 80 : 전자트립코일

100 : 차단기구 120 : 개폐회로

170 : 장한시트립회로 201 : 부하개폐접점

211 : 실효치변환회로 500 : 전원회로

본 원 발명은 과전류트립장치를 구비한 회로차단기에 관한 것이다.

이 전류의 회로차단기는 예를 들면 일본국 특개소 60(1985)-32,211호 공보나 동 실공소 55(1980)-29,931호 공보에 개시되어 있는 바와 같이, 부하개폐접점이 폐성(閉成)되어서 전원측단자로부터 부하개폐접점을 통해서 대응하는 부하측단자에 전력이 공급되어 있는 상태에 있어서, 교류전로(電路)에 사고전류가 흐르면 상기 변류기가 그것에 고유의 변류비로 사고전류를 검출하고, 2차측에 출력전류를 유기(誘起)한다.

상기 신호변환회로로부터의 출력신호는 사후처리회로에 인가되고, 사고전류가 소정의 레벨이상이라고 판단되었을 때, 그 레벨검출신호가 시한회로(時限回路)에 입력되고, 이 시한회로는 이 신호에 의거하여 소정의 한시(限時)동작을 행하며, 다이리스터의 게이트를 트리거하여 석방형 과전류트립코일을 구동하고, 상기 부하개폐접점을 개방하여 전로를 차단한다.

상기 시한회로는 제4도에 나타낸 순간트립전류영역, 단한시(短限時)트립전류영역 및 장한시(長限時)트립전류영역을 초과했을 때, 시한동작하는 순간트립회로, 단한시트립회로 및 장한시트립회로를 구비하고 있다.

제5도는 종래의 장한시트립회로를 나타낸다. 사고전류에 상당하는 검출전압은 실효치변환회로에서 그 실효치로 변환한 다음, 그 출력전압 eX이 장한시트립회로(170)의 비교기(35)에 입력되고, 그 출력전압 eX이 기준전압설정회로(37)의 기준전압 eY에 대하여 예를 들어 2배에 달하면, 비교기(35)의 출력스위치(360)가 폐쇄에서 개방으로 되어 콘덴서(38)에의 충전을 가능하게 한다.

지금, 교류전로에 흐르는 정격전류가 예를 들면 200A일 때 기준전압설정회로(37)의 기준전압 eY을 예를 들면 0.5V로 설정해 두고, 실효치변환회로로부터의 출력전압 eX이 그 2배인 1V에 달했을 때 비교기(35)의 출력스위치(36)를 폐쇄에서 개방으로 하여 콘덴서(38)에의 충전을 개시한다. 이 경우, 충전개시시에 상기교류 전로에 흐르는 사고전류는 400A이다.

한편, 상기 비교기(35)의 입력단자 a에 인가되는 입력전압 eX은 전압전류변환회로(44)에 인가되어서, 그 입력전압 eX에 상당하는 출력전류 Ib로 변환된다.

여기서, 상기 전압전류변환회로(44)의 입력전압 eX과 출력전류 Ib와의 관계는 그 절대치가 같고, 또한 그 단위가 다르게 구성되어 있다. 즉, 입력전압 eX이 예를 들면 1V일 때, 그 출력전류 IB가 1㎂로 변환되도록 구성되어 있다.

따라서, 상기 전압전류변환회로(44)에 의해 그 출력전압 eX(1V)은 전류 Ib(1㎂)로 변환되어서, 그 출력전류 Ib가 콘덴서(38)에 충전된다.

상기 콘덴서(38)의 충전전압 e1이 상승하여 장한시동작시간의 기준전압설정회로(42)의 출력전압 e2보다 높아지면, 비교기(41)에서 장한동작시간의 출력신호를 보내서 예를 들면 100sec로 차단동작을 한다.

그런데, 상기 회로차단기를 정격전류가 200A에서 예를 들면 400A인 교류전로에 적용하는 경우, 기준전압설정회로(37)의 기준전압 eY이 0.5V의 2배인 1V로 설정된다.

이와 같은 사용상태에서 교류전로의 사고전류를 차단하려고 하면, 기준전압설정회로(37)의 기준전압 eY은 1V이므로, 800A의 사고전류가 흘렀을 때, 실효치변환회로로부터의 출력전압 eX은 그 2배인 2V가 된다.

따라서, 전압전류변환회로(44)에서 콘덴서(38)에 충전되는 충전전류 Ib는 2㎂가 되어서, 정격전류가 200A의 사용예에 있어서의 충전전류 Ib(1㎂)에 대하여 2배가 되고, 장한시트립회로(170)의 장한시동작은 정격전류가 200A의 경우와 400A의 경우에서 크게 다르다.

이것을 조정하는데는 상기 콘덴서(38)의 시정수를 변화시키면 되지만, 장한시트립회로(170)는 실효치변환회로로부터의 출력신호를 실효치로 받는 것이며, 그 실효치는 사고전류의 순간치의 자승에 비례하는 관계에 있으므로, 콘덴서(38)의 시정수를 변화시켜서 장한시동작시간을 조정하려고 하여도 사고전류에 대응하는 것이 매우 곤란하다.

따라서, 종래의 장한시트립회로(170)는 부하개폐접점을 흐르는 전류의 정격치를 변경한 경우, 정격의 125%이내에서 동작시키는 것이 매우 곤란하였다.

본원 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 이루어진 것이며, 부하개폐접점을 흐르는 전류의 정격치를 변경한 경유에도 정격내에서 동작시키는 것이 용이하고, 또한 장한시동작이 정확한 회로차단기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본원 발명에 의한 회로차단기는 장한시트립회로가 실효치변환회로와 기준전압설정회로로부터의 각 출력전압을 비교하는 비교기와, 이 비교기의 입력전압의 비를 연산하여 그 비에 대응하는 전압을 출력하는 연산회로와, 이 연산회로로부터의 출력전압을 전류로 변화하는 전압전류변환회로를 구비하는 것을 특징으로 한다.

상기 연산회로 비교기와 양 입력단자에 인가되는 입력전압 eX, eY의 비 z=eY/eY를 연산하여 그 비에 상당하는 전압 eZ을 출력하는 것이다.

따라서, 정격전류가 변경된 경우에도, 전압전류변환회로에 인가되는 입력전압 eZ이 변화하지 않기 때문에, 그 출력전류도 변화하지 않으며, 장한시동작을 결정하는 콘덴서의 시정수를 변경할 필요가 없다. 이것에 의해서 부하개폐접점을 흐르는 전류의 정격치를 변경한 경우에도 회로차단기를 정격내에서 동작시키는 것이 용이하고, 또한 정확한 시한동작을 달성할 수 있다.

다음에, 본원 발명의 실시예를 도면에 따라 설명한다.

제1도는 본원 발명에 의한 회로차단기의 일 예를 나타내는 회로도이다.

(21)은 교류전로(11)에 삽입된 변류기이고, 이 변류기(21)의 2차측에는 2차 출력전류를 단일방향으로 변화시키는 정류회로(30)가 접속되고, 이 정류회로(30)는 다이오드(31), (32)의 직렬회로와, 다이오드(33), (34)의 직렬회로로 구성되어 있다. (500)은 정류회로(30)의 플러스측출력단자에 접속된 직류전압전원회로이고, 플러스측 단자(5a), 중간단자(5c) 및 마이너스단자(5d)를 가지고 있다.

상기 전원회로(500)의 마이너스측 단자(5d)는 전류검출저항체(40)의 일단에 접속되고, 이 전류검출저항체(40)의 타단은 정류회로(30)의 마이너스측 접속단자에 접속되어서, 이 검출저항체(40)에는 전로(11)의 부하전류에 대응하는 전파정류파형(全波整流波形)전류가 흐른다. (60)은 전류검출저항체(40)의 전압강하를 전원회로(500)의 중간전위 Vo를 기준으로 하는 신호로 변환하는 차동증폭회로이다.

상기 차동증폭회로(60)는 연산증폭기(63)와 4개의 저항체(64), (65), (66), (67)로 구성되어 있다. 상기 차동증폭회로(60)의 전력은 전원회로(500)에서 공급되며, 차동증폭회로(60)의 입력단자는 전류검출저항체(40)에 접속되어 있다.

(70)은 시한회로이고, 이 시한회로(70)는 순간트립회로(230), 단한시트립회로(220) 및 장한시트립회로(170)를 구비하며, 각 회로(230), (220), (170)의 출력단자는 병렬접속되어서 시한회로(70)의 출력단자(70a)로 되어 있다.

즉, 차동증폭회로(60)의 출력단자에는 순간트립회로(230)가 접속되고, 이 순간트립회로(230)에는 피크치변환회로(210)와 단한시트립회로(220)의 직렬회로와, 실효치변환회로(211)의 장한시트립회로(170)의 직렬회로가 병렬접속되어 있다.

(80)은 정류회로(30)의 플러스측 출력단자에 접속된 전자(電磁)트립코일, (120)은 전자트립코일(80)에 직렬접속된 개폐회로이고, 이 개폐회로(120)의 타단은 전원회로(500)의 마이너스측 단자(5d)에 접속되어 있다. 상기 전자트립코일(80)은 개폐접점(120)에 대하여 차단기구(100)를 통해서 기계적으로 연동하고 있으며, 개폐회로(120)가 개방에서 폐쇄로 전환됨으로써 상기 개폐접점(120)이 개방되도록 구성되어 있다.

(50)은 전원회로(500)의 플러스측 단자(5a)와 마이너스측 단자(5d) 사이에 접속된 부족전압동작금지회로, (55)는 그 출력스위치이다.

제2도는 장한시트립회로(170)를 나타낸다. 도면에 있어서, 비교기(35)의 한쪽의 입력단자 a에는 실효치변환회로(211)로부터의 출력전압 eX이 인가되도록 접속되어 있다. (36)은 비교기(35)의 출력스위치이고, 통상은 닫혀 있고, 과전류가 되면 열리도록 접속되어 있다.

(37)은 비교기(35)의 다른쪽의 입력단자에 접속된 정격전류 기준전압설정회로이며, 이 기준전압설정회로(37)는 비교기(35)의 기준이 되는 정격전류의 전류치를 설정하기 위한 것이다. (38)은 출력스위치(36)에 병렬접속된 장한시트립콘덴서, (39)는 장한시트립콘덴서 (38)에 병렬접속된 방전저항체이고, 실효치변환회로(211)로부터의 출력전압이 인가되는 상기 비교기(350)의 한쪽의 입력단자 a와 상기 콘덴서(38)와 방전저항체(39)의 접속점 b과의 사이에는, 연산회로(45)와 전압전류변화회로(44)의 직렬회로가 접속되어 있다.

상기 연산회로(45)는 비교기(35)의 양 입력단자에 인가되는 입력전압 eX, eY의 비

를 연산하여, 그 비에 상당하는 전압 eZ를 출력하는 것이다.

(41)은 장한시트립시간을 결정하기 위한 비교기이며, 이 비교기(41)의 한쪽의 입력단자에는 장한시트립콘덴서(38)의 충전전압 e1이 인가되도록 접속되어 있다. (42)는 상기 비교기(41)의 다른쪽이 입력단자에 접속된 장한시동작시간의 기준전압설정회로이며, 이 기준전압설정회로(42)는 비교기(41)의 기준이 되는 장한시동작시간에 상당하는 전압 e2을 설정하기 위한 것이다.

다음에, 상기 구성의 동작에 대하여 설명한다.

교류전로(11)에 전류 Ia가 흐르면, 변류기(21)의 2차권선에 고유의 변류비로 정해진 2차전류가 흐른다. 이 2차 전류를 정류회로(30)에서 단일방향의 전류로 변환하고, 정류회로(30)의 출력전류가 전원회로(500)와 검출저항체(40)를 지나서 정류회로(30)에 환류된다. 이때, 전원회로(500)와 검출저항체(40)에는 교류전로(11)의 전류 Ia에 대응하는 전파정류파형 전류가 흐른다.

상기 전원회로(500)의 전파정류파형 전류가 흘러들어가면 이 전원회로(500)의 각 출력단자(5a), (5c), (5d)에서는 중간단자(5c)의 전위 Vo를 기준으로 한 전압(+V), (-V)이 발생한다.

한편, 상기 차동증폭회로(60)의 전력은 전원회로(500)에서 공급되고, 차동증폭회로(60)의 입력은 전류검출저항체(40)에서 공급된다. 이 차동증폭회로(60)의 이득 A는

이득

이 된다.

상기 차동증폭기회로(60)의 출력이 시한회로(70)의 대응하는 순간 트립회로(230), 단한시트립회로(220) 및 장한시트립회로(170)에 인가되고, 이들 각 회로는 제3도에 나타낸 순간트립, 단한시트립 및 장한시트립의 각 특성동작을 달성하도록 출력신호를 보낸다.

이것을 장한시트립의 특성동작에 대하여 설명한다. 상기 시한회로(70)에 있어서의 실효치변환회로(211)로 부터의 출력전압 eX은 제2도에 나타낸 장한시트립회로(170)의 비교기(35)에 입력되고, 그 입력전압 eX이 기준전압설정회로(37)의 기준전압 eY에 대하여 예를 들면 2배에 달하면 비교기(35)의 출력스위치(36)가 폐쇄에서 개방으로 되고, 콘덴서(38)에의 충전을 가능하게 한다.

지금, 교류전로(11)에 흐르는 전류 Ia가 예를 들면 정격치 200A일 때 기준전압설정회로(37)의 기준전압 eY를 예를 들어 0.5V로 설정해 두면, 실효지변환회로(211)로 부터의 출력전압 eX이 그 2배인 1V에 달하면, 비교기(35)의 출력스위치(36)가 폐쇄에서 개방으로 되고, 콘덴서(38)에의 충전을 개시한다. 이 충전개시시에 상기 교류전로(11)에 흐르는 사고전류 Ia는 400A이다.

한편, 상기 비교기(35)의 양 입력단자에 인가되는 입력전압 eX, eY는 연산회로(45)에 의해 (1)식의 연산이 이루어지고, 그 비에 상당하는 전압 eZ을 출력한다. 즉, 그 출력전압 eZ은 (1)식에서

로 된다.

여기서, 상기 전압전류변환회로(44)의 입력전압 eZ과 출력접압 Ib과의 관계는 그 절대치가 같고, 또한 그 단위가 다르도록 구성되어 있으므로, 입력전압 eX(2V)은 출력전압Ib(2㎂)으로 변환된다.

상기 출력전류 Ib가 콘덴서(38)에 충전되고, 그 충전전압 e1이 상승하여 장한시동작시간의 기준전압설정회로(42)의 출력전압 e2보다 높아지면 시한회로(70)에서 장한시동작시간의 출력신호를 보낸다.

상기 시한회로(70)의 출력신호는 부족전압동작금지회로(50)의 출력스위치(55)를 경유하여 개폐회로(120)의 입력을 트리거하고, 개폐회로(120)의 출력을 개방에서 폐쇄로 하고, 전자트립코일(80)을 여자한다. 전자트립코일(80)은 개폐접점(201)을 폐쇄해서 개방으로 조작하여 사고전류를 그 과전류개로부터 예를 들면 100sec로 차단한다.

다음에, 정격전류가 200A에서 예를 들면 400A인 교류전로(11)에 상기 회로차단기가 사용되었을 때, 기준전압설정회로(37)의 기준전압 eY을 0.5V의 2배인 1V로 설정 변경한다.

이와 같은 사용상태에서 교류전로(11)에 800A의 사고전류가 흘렀을 때 실효치변환회로(211)로 부터의 출력전압 eX은 2V로 되고, 기준전압설정회로(37)의 기준전압 eY는 1V이므로, 상기 연산회로(45)의 출력전압 eZ는 (1)식에서 (3)과 마찬가지로

eZ=2/1V=2V……………………………………………………(4)

로 된다.

따라서, 전압전류변환회로(44)로부터 콘덴서(38)에 충전되는 충전전류 Ib는 2㎂가 되어서 정격전류가 400A이라도 200A의 사용에와 마찬가지이며, 사고전류의 발생으로부터 100sec로 시한회로(70)의 장한시동작을 달성할 수 있다.

그리고, 상기 개폐접점(201)을 흐르는 전류가 정격전류의 10%-20%의 정도로 작을 때에는 전원회로(500)의 출력전압은 시한회로(70)의 동작에 불충분한 상태로 있다. 그 상태에서 시한회로(70)가 틀린 출력을 보내는 것을 방지하기 위해 부족전압동작금지회로(50)의 출력스위치(55)가 개방으로 되어서 개폐회로(120)의 폐쇄동작을 방지한다.

상기 실시예에 있어서 전압전류변환회로(44)는 그 입력전압 eZ과 출력전류 Ib와의 관계가 일정하게 되도록 구성되어 있었으나, 입력전압 eZ이 높아지면 출력전류 Ib도 높아지도록 구성되어도 된다.

또한, 상기 실시예에 있어서는 편의상 단상의 교류전로(11)를 차단하는 회로차단기에 대하여 설명하였으나, 다상의 교류전로를 차단하는 차단기라도 된다는 것은 물론이다.

이상과 같이, 본원 발명에 의하면, 비교기의 양 입력단자에 인가되는 입력전압 eX, eY의 비 Z=eX/eY를 연산회로로 연산하여, 그 비에 상당하는 전압 eZ을 출력하는 것이므로, 정격전류가 변경된 경우에도 전압전류변환회로(44)에 인가되는 입력전압 eZ이 변환하지 않는다.

따라서, 그 출력전류도 변화하지 않고 콘덴서의 시정수를 변경할 필요가 없으므로, 부하개폐접점을 흐르는 전류의 정격치를 변경한 경우에도 회로차단기를 정격내에서 동작시키는 것이 용이하고, 또한 정확한 시한동작을 달성할 수 있다.

Claims (1)

1. 교류전로(電路)에 삽입된 부하개폐접점(201)과, 이 접점에 흐르는 전류를 검출하는 변류기(21)와, 이 변류기의 2차권선에 접속되어서 상기 변류기의 교류 2차전류를 단일방향전류로 변환하는 정류회로(30)와, 이 정류회로의 출력단자 사이에 접속된 직류정전압전원회로(500)와, 상기 단일방향전류에 비례하는 상기 전류검출저항체(40)의 전압강하를 증폭하는 차동증폭회로(60)와, 상기 단일방향전류의 소정의 크기에 대하여 소정의 시간지연을 발생시키는 시한회로(70)와, 이 시한회로의 출력에 의해 개방에서 폐쇄로 조작되는 개폐회로(120)와, 이 개폐회로의 폐성(閉成)으로 전자트립코일(80)에 의해 구동되어 상기 부하개폐접점(201)을 폐쇄에서 개방으로 하는 차단기구(100)를 구비하며, 상기 시한회로는 상기 차동증폭회로의 출력신호를 받아서 그 출력신호의 실효치전압으로 변환하는 실효치변환회로(211)와, 정격전류의 기준전류치에 대응하는 전압을 설정하는 제1의 기준전압설정회로(37)와, 실효치변환회로(211)와 기준전압설정회로(37)로 부터의 각 출력전압을 비교하여 사고전류를 판정하는 제1의 비교기(35)와, 이 비교기의 입력전압의 비를 연산하여 그 비에 대응하는 전압을 출력하는 연산회로(45)와, 이 연산회로로부터의 출력전압을 전류로 변환하는 전압전류변환회로(44)와, 사고전류에 상당하는 상기 전압전류변환회로로부터의 외관상의 전류가 충전되는 콘덴서(38)와, 이 콘덴서에 병렬접속된 방전저항체(39)와, 상기 콘덴서에 병렬접속되어 통상은 폐성되고 또한 과전류가 되면 열리는 상기 비교기의 출력스위치(36)와, 기준이 되는 장한시동작시간에 상당하는 전압을 설정하는 제2의 기준전압설정회로(42)와, 상기 콘덴서의 충전전압과 상기 기준전압설정회로의 출력전압을 비교하여 장한시동작시간을 결정하는 제2의 비교기(41)를 구비한 것을 특징으로 하는 회로차단기.

Images