KR101398044B1 - 서지 보호 차단 장치 - Google Patents

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Abstract

과전류 차단 및 과열 보호 기능을 가지는 서지 보호 차단 장치 및 이를 채택한 분전반이 개시된다.
서지 보호 차단 장치는 선로에 인가된 전원선(L)에 인가된 전원을 차단하는 차단기; 상기 전원선(L), 중성선(N) 그리고 접지선(G) 사이에 병렬로 연결된 복수의 바리스터들을 구비하는 서지 보호 장치; 상기 서지 보호 장치의 온도를 감지하는 온도 검출 스위치; 및 상기 온도 검출 스위치의 검출 결과에 따라 상기 차단기를 동작시키는 트립 코일;을 포함한다.

Description

서지 보호 차단 장치{Surge Protection Breaker}
본 발명은 서지 보호 장치에 관한 것으로서, 특히 과전류 및 과열 방지 기능을 수행하는 서지 보호 차단 장치 및 이를 채택한 분전반에 관한 것이다.
서지 보호 장치(Surge Protection Device; SPD)는 선로의 개폐, 낙뢰 등에 의한 서지(surge)를 제한하여 선로에 연결된 전기/전자 기기를 보호하기 위한 장치이다.
현재 컴퓨터, 통신 기기 등의 내부에 사용되고 있는 전자회로는 대부분 저전력 고밀도의 집적회로이며, 이러한 추세는 더욱 늘어날 것이다.
이들 집적 회로들은 낮은 서지 전압에 의해서도 치명적인 손상을 입을 수 있다. 따라서 서지 전압으로부터 내부회로를 효과적으로 보호할 수 있는 서지 차단 장치를 구비한 기구들이 많이 등장하고 있다.
여기에서 서지 전압(surge voltage)이란 어떤 장치, 기기, 기계, 기구, 또는 재료(이하 '장치'라 함)의 제조자 등이 그 장치에 대하여 정해 놓은 내전압(withstand voltage)을 훨씬 초과하는 과전압을 뜻한다.
서지 전압은 전력 계통 내부 또는 전력 계통과 무관한 외란(外亂)에 의해 만들어지는 것으로, 각종 개폐기의 개폐(ON-OFF)시에 발생하는 개폐 서지 전압, 낙뢰에 의해 발생하는 낙뢰 서지 전압 등 그 종류가 다양하다. 서지 전압이 장치에 유입되면, 그 장치에 연결되어 있는 부품, 장치 등은 파손되거나 오동작을 일으킨다. 서지 차단 소자(320)는 이러한 서지 전압을 차단하여, 서지 보호 차단 장치(300)에 연결되어 있는 내부회로, 장치, 부품 등을 보호한다.
도 1은 종래 기술에 따른 서지 보호 장치를 구비하고 있는 분전반을 보여주는 도면이다.
도 1을 참조하면, 분전반(分電盤)은 주차단기(1)와 분기용 차단기(2) 사이에 위치하는 서지 보호 장치(3)를 구비하고 있다. 주차단기(1)는 분기용 차단기(2)가 부하에서 발생한 과전류를 차단하지 못하면 그 역할을 대신하여 차단한다. 서지 보호 장치(3)와 분기용 차단기(2)는 그에 연결되어 있는 부하에서 과전류가 발생하면 이를 차단하는 역할을 한다.
도 1에 도시된 종래의 분전반에 있어서, 서지 보호 장치(3)와 과전류 차단 기능을 가지는 주차단 장치(1)가 서로 분리되어 있기 때문에, 서지 보호 장치(3)를 분전반 등에 설치하고자 할 때는 추가로 접속 배선을 설치하고 그 결과 배선의 길이가 길어져서 서지 보호 장치(3)의 보호 효율이 낮아지고, 설치 공간이 증가하게 된다.
도 2는 도 1에 도시된 서지 보호 장치의 내부 구성을 보여주는 도면이다.
도 2를 참조하면, 서지 보호 장치(3)는 3개의 금속 산화물 바리스터(MOV; 이하 바리스터라 함)로 구성되어 있다. 바리스터(7)는 전원선(L)과 중성선(N), 전원선(L)과 접지선(G), 그리고 중성선(N)과 접지선(G) 사이에 유입되는 서지 전압은 낮추어주고 서지 전류는 분류시킨다.
서지 보호 장치(3)를 장기간 사용하거나 서지 보호 장치(3)가 감당할 수 있는 용량을 초과하는 서지가 유입되면 과부하 또는 단락 고장을 초래하게 된다. 이때 필요한 안전장치가 과전류 보호 장치이다.
기존의 과전류 보호 장치는 서지 보호 장치와 분리된 별개의 장치로 구성되어 있기 때문에 서지 보호 효과가 낮을 뿐만 아니라 큰 설치 공간을 필요로 한다.
한편, 서지 보호 장치(3)에서 서지 전압을 차단하기 위한 소자로 사용되는 바리스터는 낙뢰 등의 서지 전압이 유입되면 내부 임피던스가 감소하여 통과 전류가 증가된다. 특히, 바리스터를 사용하는 전압제한형 서지 보호 장치(3)는 그 특성상 잦은 동작 또는 누설 전류로 인하여 과열이 발생할 수 있다.
과열이 발생했을 때, 전원으로부터 서지 차단 장치를 차단하지 못하면, 서지 보호장치가 소손될 수 있고, 심하면 화재 발생의 원인을 제공하기도 한다.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 서지 보호 장치와 과전류 차단 장치를 하나의 케이스 내에 일체로 구성함으로써 설치 공간을 최소화하고 서지 보호 효과를 극대화할 수 있는 서지 보호 차단 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적은 바리스터(MOV)의 과열로 인한 화재 등의 사고를 방지하기 위하여 바리스터의 과열 발생시 전원을 차단하는 서지 보호 차단 장치를 제공하는 것에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기의 서지 보호 차단 장치를 구비하는 분전반을 제공하는 것에 있다.
상기의 목적을 달성하는 본 발명에 따른 서지 보호 차단 장치는
전원선(L)에 인가된 전원을 차단하는 차단기;
상기 전원선(L), 중성선(N) 그리고 접지선(G) 사이에 병렬로 연결된 복수의 바리스터들을 구비하는 서지 보호 장치;
상기 서지 보호 장치의 온도를 감지하는 온도 검출 스위치; 및
상기 온도 검출 스위치의 검출 결과에 따라 상기 차단기를 동작시키는 트립 코일; 을 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 차단기와 상기 서지 보호 장치는 하나의 케이스 내에 수납되는 것을 특징으로 한다…
여기서, 상기 온도 검출 스위치는 상기 서지 보호 장치의 상기 바리스터에 접촉하도록 설치되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 온도 검출 스위치는 상기 바리스터의 온도가 상기 바리스터가 소손될 수 있는 온도로 판단되면 상기 차단기를 작동시켜 전원을 차단하는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 온도 검출 스위치와 상기 트립 코일은 전원선(L)과 중성선(N) 사이에 설치되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 서지 보호 차단 장치는
회로의 단락 상태를 감지하여 단락이 발생하면 상기 차단기를 순시에 차단시키는 순시단락 차단 코일을 더 포함하는 것이 바람직하다.
상기의 다른 목적을 달성하는 본 발명에 따른 분전반은
주차단기와 분기용 차단기 사이에 서지 보호 차단 장치가 연결되어 있는 분전반에 있어서:
상기 서지 보호 차단 장치는,
전원선(L)에 인가된 전원을 차단하는 차단기;
상기 전원선(L), 중성선(N) 그리고 접지선(G) 사이에 병렬로 연결된 복수의 바리스터들을 구비하는 서지 보호 장치;
상기 서지 보호 장치의 온도를 검출하는 온도 검출 스위치; 및
상기 온도 검출 스위치의 검출 결과에 따라 상기 차단기를 동작시키는 트립 코일; 을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 서지 보호 차단 장치는 종래의 서지 보호 장치, 과부하 보호 장치, 과열 보호 장치, 단락 보호 장치를 일체화하여 하나의 케이스 내에 구성함으로써 분전반의 설치 공간을 절약할 수 있게 하는 효과를 갖는다.
또한, 본 발명에 따른 서지 보호 차단 장치는 기존의 배선 차단기에 순시 동작 기능과 한시 동작 기능을 수행할 수 있도록 하며, 바리스터에서 과열 발생시 회로를 순시에 차단하여 전기 화재 등의 예상되는 사고를 미연에 방지할 수 있게 하는 효과를 갖는다.
도 1은 종래 기술에 따른 서지 보호 장치를 구비하고 있는 분전반(Distribution Switchboard)을 보여주는 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 서지 보호 장치의 내부 구성을 보여주는 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 서지 보호 차단 장치의 구성을 보이는 블록도이다.
도 4는 도 3에 도시된 장치의 회로 구성을 도시한다.
도 5는 본 발명에 따른 서지 보호 차단 장치의 외관을 보이는 외관도이다.
도 6은 본 발명에 따른 서지 보호 차단 장치의 내부 구성을 보이는 투시도이다.
도 7은 종래의 서지 보호 장치와 과전류 차단기를 채용한 분전반 구성과 본 발명에 따른 서지 보호 차단 장치를 채용한 분전반 구성을 대비하여 보이는 것이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구성 및 동작을 상세히 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명에 따른 서지 보호 차단 장치의 구성을 보이는 블록도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 서지 보호 차단 장치(300)는 차단기(302), 서지 보호 장치(304), 온도 검출 스위치(306), 트립코일(trip coil, 308)을 포함한다.
서지 보호 장치(304)는 바리스터(304a~304c)를 포함한다 각각의 바리스터(304a~304c)는 L(전원선)-N(중성선), L-G(접지선), N-G 사이에 설치된 것일 수 있다.
도 3에 도시된 본 발명에 따른 서지 보호 차단 장치(300)는 차단기(302)가 서지 보호 장치(304)의 동작과 연계되어 동작하도록 구성된 것이다. 구체적으로, 서지 보호 장치(304)의 과전류시 발생되는 과열 상태를 감지하여 차단기(302)를 차단하도록 구성된다.
과전류시 차단기(302)를 동작시키기 위하여 온도검출 스위치(306), 트립코일(308)이 구비된다.
트립 코일(308)에 트립 전류가 흐르면 차단기(302)에 연결된 트립 레버(미도시)가 동작하여 차단기(302)는 차단 상태가 된다. 차단기(302)가 일단 차단 상태가 되면 리셋 버튼 등으로 리셋시켜주기 전까지는 차단 상태가 유지된다.
온도 검출 스위치(306는 서지 보호 장치(304)의 바리스터(304a~304c)에 인접하여 설치되어, 바리스터(304a~304c)의 온도를 검출한다. 바리스터(304a~304c)들 중의 어느 하나의 온도가 특정의 문턱값 이상이 되면 온도검출 스위치(306)가 도통 상태가 된다.
여기서, 특정의 문턱값은 바리스터(304a~304c)의 과열 상태에 대응하는 것으로 설정된다. 예를 들어 문턱값은 바리스터(304a~304c)의 소손 직전의 온도인 150℃에 해당하는 것으로 설정될 수 있다. 온도검출 스위치(306)는 그것이 도통 상태로 되는 온도를 설정할 수 있는 기능이 부가된 것일 수 있다.
바리스터는 그 특성상 잦은 동작 또는 누설 전류로 인하여 과열이 발생할 수 있다. 과열이 발생했을 때, 전원으로부터 서지 보호 장치(304)를 차단하지 못하면, 바리스터(304a~304c)가 소손될 수 있고, 심하면 화재 발생의 원인을 제공하기도 한다.
따라서, 본 발명에 따른 서지 보호 차단 장치(300)는 바리스터(304a~304c)의 과열 상태를 판단하여, 과열로 인한 사고가 예상될 경우 전원을 차단하도록 한다.
한편, 순시단락차단코일(310)은 순시 전류에 의해 차단기(304)를 동작시켜 전원을 차단하는 구성을 갖는 것이다. 순시단락차단코일(310)은 순시의 단락 전류에 대응하기 위한 것으로서 아주 짧은 시간 내에 회로를 차단하여 추가적인 사고를 방지한다.
순시단락차단코일(310)에 단락 전류가 흐르면 차단기(302)에 연결된 트립 레버가 동작하여 차단기(302)는 차단 상태가 된다.
도 4는 도 3에 도시된 장치의 회로 구성을 도시한다.
도 4를 참조하면, 서지 보호 장치(304)는 바리스터(304a~304c)를 포함하며, 각각의 바리스터(304a~304c)는 L-N(중성선), L-G(그라운드), N-G 사이에 설치된다.
L상의 전원은 차단기(302), 순시단락 차단코일(310)를 통하여 서지 보호 장치04)에 제공된다. N상의 전원은 차단기(302)를 통하여 서지 보호 장치(304)에 제공된다.
온도검출 스위치(306_1, 306_2)는 L-G 및 N-G 사이에 설치된 바리스터들(304b, 304c)에 인접하여, 바람직하게는 접촉될 정도로 가깝게 설치되며, 상호 병렬로 연결된다.
이에 따라, L-N 사이에 온도검출 스위치(306), 트립코일(308)으로 구성되는 회로가 연결된다.
온도검출 스위치(306_1, 306_2) 등 중의 어느 하나가 도통 상태가 되면 트립코일(308)에 트립 전류가 흐르게 되고, 차단기(302)가 차단된다.
즉, 서지 보호 장치(304)가 과열 상태가 되면 트립 코일(308)에 트립 전류가 흐르게 되고, 차단기(302)가 차단된다.
도 5는 본 발명에 따른 서지 보호 차단 장치의 외관을 보이는 외관도이다.
도 5의 (a)를 참조하면, 본 발명에 따른 서지 보호 차단 장치(300)의 상부 케이스(510)에는 차단기 핸들(502), 상시 전원 표시등(506)이 마련된다.
차단기 핸들(502)의 저면에는 전원 투입 및 과전류 상태를 표시하기 위하여 녹색 및 적색의 표시판이 부착되어 있다. 차단기 핸들(502)을 올려서 전원 투입 상태가 되면 차단기 핸들(502)의 저면에 부착된 녹색 표시판이 드러나게 되고, 차단기 핸들(502)이 과전류 상태에서 내려지면 차단기 핸들(502)의 저면에 부착된 적색 표시판이 드러나게 된다.
도 5의 (b)를 참조하면 핸들 보호 커버(504)가 개시된다. 핸들 보호 커버(504)는 차단기 핸들(504)를 보호하기 위한 것이다.
도 6은 본 발명에 따른 서지 보호 차단 장치의 내부 구성을 보이는 투시도이다.
도 6을 참조하면, 서지 보호 차단 장치(300)의 하부 케이스(520)의 왼쪽 상부에는 차단기(302)가 위치하고, 차단기(302)의 하부에 트립 코일(308) 및 순시단락차단 코일(310)이 위치한다. 한편, 서지 보호 차단 장치(300)의 하부 케이스(520)의 오른쪽 상부에는 바리스터(304a~304c) 및 온도 검출 스위치(306)가 위치한다. 구체적으로 두 개의 바리스터들(304a와 304b 혹은 304b와 304c) 사이에 하나의 온도 검출 스위치(306_1 혹은 306_2)가 서로 접촉할 정도로 가까이 위치하며, 두 개의 온도 검출 스위치(306_1 및 306_2)는 서로 병렬로 연결된다. 이에 따라, 세 개의 바리스터들(304a~304c) 중의 어느 하나라도 과전류가 흘러 과열상태가 되면, 온도 검출 스위치(306)에 의해 이 과열 상태가 검출된다.
과열 상태를 검출하면, 온도 검출 스위치(306)는 "on"상태로 전환된다. 이에 따라, 온도검출 스위치(306)를 통하여 트립코일(308)에 전류가 흐르게 되고, 트립 코일(308)의 작동에 의해 차단기(302)가 차단된다.(도 4 참조)
상부 케이스(510) 및 하부 케이스(520)는 불연성 혹은 난연성 소재로 만들어지는 것이 바람직하다.
도 7은 종래의 서지 보호 장치와 과전류 차단기를 채용한 분전반 구성과 본 발명에 따른 서지 보호 차단 장치를 채용한 분전반 구성을 대비하여 보이는 것이다.
종래의 서지 보호 장치와 과전류 차단기를 채용한 분전반 구성을 보이는 도 7의 (a)와 본 발명에 따른 서지 보호 차단 장치를 채용한 분전반 구성을 보이는 도 7의 (b)를 참조하면, 본 발명에 따른 서지 보호 차단 장치는 종래의 서지 보호 장치와 과전류 차단 장치가 일체화된 것이므로 분전반의 설치 공간을 효율적으로 이용할 수 있음을 알 수 있다.
본 발명에 따른 서지 보호 차단 장치는 종래의 서지 보호 장치와 과전류 차단 장치가 일체화된 것이므로 종래의 서지 보호 장치에서처럼 서지 보호 장치와 과전류 차단 장치 사이의 추가 배선이 필요 없다. 이에 따라 서지 보호 장치의 보호 효율이 증대되고, 설치 공간이 최소화된다. 또한, 설치 후 시각적으로 간결해 보일 뿐만 아니라 유지 보수도 용이하다.
본 발명에 따른 서지 보호 차단 장치를 탑재한 분전반은 가정, 사무실, 상법 현장 등의 좁은 공간에 쉽게 설치할 수 있어서 현장의 융통성이 향상되고, 전자/통신 장비를 서지 전원으로부터 효율적으로 보호할 수 있다.
300...서지 보호 차단 장치
302...차단기 304...서지 보호 장치
306...온도스위치 308...트립코일
510...상부 케이스 520...하부 케이스

Claims (8)

  1. 전원선(L) 및 중성선(N)에 인가된 전원을 차단하는 차단기와 서지 보호 장치가 하나의 케이스에 수납된 서지 보호 차단 장치에 있어서,
    상기 전원선(L), 중성선(N) 그리고 접지선(G) 사이에 병렬로 연결된 복수의 바리스터;
    상기 복수의 바리스터들의 온도를 검출하고 감지된 온도가 상기 바리스터의 소손 온도 이상이면 감지 신호를 발생하는 복수의 온도 검출 스위치;
    상기 온도 검출 스위치의 검출 결과에 따라 상기 차단기를 동작시키는 트립 코일;을 포함하며,
    여기서, 상기 복수의 바리스터들은 L-N(전원선-중성선) 사이에 설치되는 제1바리스터, N-G (전원선과 접지) 사이에 설치되는 제2바리스터 그리고 N-G (전원선과 접지) 사이에 설치되는 제3바리스터를 포함하고, 상기 제1 내지 제3 바리스터들은 서로 인접되게 설치되며,
    상기 복수의 온도검출 스위치들은 서로 인접한 MOV들 사이에 각각 설치되는 제1 내지 제2온도 검출 스위치를 포함하며,
    상기 제1 혹은 제2 온도 검출 스위치의 검출 결과에 의해 상기 트립 코일을 동작시키도록 구성한 것을 특징으로 하는 서지 보호 차단 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    순시 전류에 의한 단락 상태를 감지하여 상기 차단기를 차단시키는 순시단락 차단 코일을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 서지 보호 차단 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상부 케이스; 및
    상기 상부 케이스의 하부에 결합되며 수용 공간을 가지는 하부 케이스; 를 더 포함하며,
    상기 차단기는 차단기 핸들을 가지며, 상기 차단기 핸들이 상기 상부 케이스 상부로 돌출되도록 설치되고,
    상기 순시단락 차단 코일, 상기 트립 코일, 상기 서지 보호 장치 그리고 상기 온도 검출 스위치는 상기 하부 케이스의 수용공간 내에 설치되는 것을 특징으로 하는 서지 보호 차단 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 상부 케이스의 상부로 돌출된 상기 차단기의 차단기 핸들을 보호하기 위한 핸들 보호 커버를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 서지 보호 차단 장치.
  8. 삭제
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