KR200228472Y1 - 전자식 복합 과전류 계전기 - Google Patents

Abstract

본 고안은 전기적으로 한번 ON 작동되면 전원이 차단되어도 ON 상태를 유지하고 있으며 수동으로 리셋 버튼을 눌렀을 때만 복귀되는 전자식 수동복귀형 복합 과전류 계전기에 관한 것으로 전원회로부와 전류검출 회로부와 타임설정 및 기능설정 회로부와 출력회로부와 결상 및 역상검출 회로부를 구성하여 공급선로의 이상을 보다 신속하고 정확하게 검출하며 이상이 발생 시 전기공급을 차단해 주고 계전기가 복합기능을 가지고 있으면서 제조가 수월하고 간단하며 가격이 저렴하면서도 정밀하고 정확한 기능을 가지는 뛰어난 효과가 있다.

Description

전자식 복합 과전류 계전기 {Electronic complex over-current relay}

본 고안은 수동복귀형 복합 과전류 계전기 및 릴레이에 관한 것으로, 특히 전기적으로 한번 ON 작동되면 전원이 차단되어도 ON 상태를 유지하고 있으며 수동으로 리셋 버튼을 눌렀을 때만 복귀되는 수동복귀 전자식 복합 과전류 계전기에 관한 것이다.

종래의 복합 과전류 계전기에 사용되는 릴레이는 코일 단자에 전원이 인가되면 ON 되고 차단되면 OFF 되는 작동을 함으로써 ON 상태를 그대로 유지하고 있으려면 반드시 별도의 유지 전원이 필요하였다.

또한, 써멀 릴레이와 같이 전원이 없어도 동작상태를 그대로 보전하는 기능이 필요하였다.

그러나, 복합 과전류 계전기는 원칩 마이컴(Microprocessor control unit)을 이용하여 제조함으로 제조 원가가 많이 들고 구조상 수천 수만 개의 트렌지스터와 직접된 원칩 마이컴 IC의 특성상 우천시의 강력한 낙뢰 등 스파크성 노이즈 혹은 잡음에 이한 오동작이 빈번한 문제점이 있었다.

따라서, 본 고안의 상기 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 고안의 목적은 개별 부품에 의한 구성과 비교적 오랫동안 사용하여도 안정성이 뛰어나고 비교적 직접도가 낮은 오페 앰프 또는 디지털 논리 IC를 사용하므로 보다 노이즈에 강하며 오 동작을 할 염려가 적고 제조가 쉽고 싼 가격으로 복합 과전류 계전기를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 고안의 상기 목적은 전원회로의 콘덴서 C15 용량을 절반으로 줄여 고주파에서 리액턴스가 적어지는 콘덴서의 특성상 용량이 반으로 적어지므로 콘덴서의 리액턴스에 의한 전압강하를 이용하여 전원회로의 특성상 취약한 외부의 펄스성 충격을 고주파 노이즈에 의한 오 동작 및 고장의 요인을 반감하고 역상 검출 및 결상 검출회로는 별도의 전원회로를 사용하지 않고 전압검출용 저항 R19, R20의 전압강하에서 발생하는 전압을 정류해서 사용하고 전류 검출 회로는 CT1, CT2에 검출된 전압은 AC 전압 파형으로 IC U2A, U2B의 전원 전압을 (＋) 전압으로 제너 다이오드 D3 양단전압 및 (－) 전압으로 D18 양단 전압의 ±양극성의 2전압으로 공급되어 입력 파형이 부극성(－) 파형일 때 클램프 현상이 없이 동작하고 타임 설정 및 기능 설정 회로는 D6, R13, C3, R14, D1, U2C로 구성된 축적방지 회로는 과전류 신호가 없을 때는 오 동작을 방지하기 위해 C7을 정상부하 동작 시 리셋하고 출력회로를 구성하여 과전류를 방지하며 그 목적을 달성하였다.

도 1은 본 고안의 바람직한 실시예의 전자식 복합 과전류 계전기의 수동복귀형 릴레이 구성도,

도 2는 본 고안의 바람직한 실시예의 전자식 복합 과전류 계전기의 과전류 검출 및 결상 검출과 역상 검출 기능이 부가된 복합 기능의 과전류 계전기 회로도,

도 3은 본 고안의 바람직한 실시예의 과전류 검출 및 결상 검출과 역상검출 기능이 부가된 복합 과전류 계전기가 내장된 전자접촉 마그네트 회로도,

도 4는 본 고안의 바람직한 실시예의 전자식 종래 전원회로와 본 발명의 전원회로의 비교 블록다이어그램,

도 5는 본 고안의 바람직한 실시예의 과전류 계전기와 무접점 반도체 개폐기가 결합되어 내장된 과전류 계전기와 솔리드 스테이트 릴레이 회로도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

1 : 릴레이 접점 2 : 릴레이 가동 철편

3 : 걸쇠판 스프링 4 : 리셋 버튼

5 : 스프링 6 : 전원회로

7 : 전류 검출 회로 8 : 타임설정 및 기능설정 회로

9 : 출력 회로 10 : 결상 및 역상 검출회로

6-1 : 과전류 계전기가 내장된 마그네트의 회로도 중 전원회로

7-1 : 과전류 계전기가 내장된 마그네트의 회로도 중 전류 검출회로

8-1 : 과전류 계전기가 내장된 마그네트의 회로도 중 타임설정 및 기능설정 회로

9-1 : 과전류 계전기가 내장된 마그네트의 회로도 중 출력회로

10-1 : 과전류 계전기가 내장된 마그네트의 회로도 중 CMOS OR GATES의 IC

11 : 전자식 과전류 계전기 12 : 솔리드 스테이트 릴레이

이하, 본 고안의 구성을 바람직한 실시예를 들어 첨부된 도면을 참고로 상세히 설명한다.

도 1은 바람직한 실시예의 전자식 과전류 계전기의 수동 복귀형 릴레이 구성도로 보통의 릴레이 구조에 걸쇠판 스프링(3)과 릴레이 가동철편(2)과 리셋 버튼(4)과 스프링(5)을 설치한 구조로 되어 있고 릴레이 전원이 인가되지 않은 상태에서 도 (다)와 같이 가동철편(2)은 고정 철편과 떨어져 있고 부호 A의 돌기는 도면 (가)의 확대 그림에서와 같이 점선 A 모양으로 걸쇠판 스프링(3)을 밀어 줌으로 바깥쪽 접점이 ON 상태가 된다.

코일에 전원이 인가되면 도면 (라)와 같이 가동철편(2)은 고정철편에 흡입되어 붙게되고 확대도면 도면 (가)의 B 돌기는 걸 쇠판(3)에 있는 구멍 C를 통과해서 B와 같이 되며 따라서 걸쇠판 스프링(3)을 밀어내어 버티고 있던 돌기는 그 역할이 해지되면서 걸쇠판 스프링(3)은 자체의 탄력에 의해 안쪽으로 구부러지게 되어 바깥쪽 접점이 OFF 되고 안쪽이 ON 되며 이때 한번 작동된 릴레이는 전원이 없어져도 가동철편(2) 끝부분인 돌기 B는 걸쇠판 철판(4)의 구멍 C에 빠져 있기 때문에 원상회복이 안되고 접점상태는 그대로 유지되어 안쪽접점은 ON 상태로 있게되는 것이다.

이때 수동으로 리셋 버튼(4)을 눌러주면 릴레이는 원상 복귀되어 다음 작동시까지 대기하게 되는 것이고 도 1의 도면 (나)는 도면 (다) 및 도면 (라)의 작용 및 효과가 같으며 접점과는 별도로 걸쇠판 스프링(3)을 설치한 것이다.

도 2는 바람직한 실시예의 전자식 복합 과전류 계전기의 과전류 검출 및 결상 검출과 역상 검출 기능이 부가된 복합 기능의 과전류 회로도로 전원회로(6)와 전류 검출회로(7)와 타임설정 및 기능설정회로(8)와 출력회로(9)와 결상 및 역상 검출회로(10)로 구성되어 있다.

상기 전원회로(6)는 콘덴서 C15, C14, C18과 브리지 다이오드 D9와 저항 R8, R11과 제너다이오드 D3, D17로 구성되어 전원을 인가하는 것으로 도 4의 도면 (마)와 도면 (바)를 비교하여 알기 쉽게 표현한 블록 다이어그램 전원회로를 도시한 것이다.

도 2에 도시한 바와 같이, 종래의 전원회로는 IC 전원과 릴레이 전원이 병렬로 사용되고 있고 이에 비해 본 고안에서는 도 2의 출력회로(9)와 같이 트랜지스터 Q1에 직렬 접속된 Q3, 릴레이 RL2 저항 R10, R9의 접속으로 전원회로가 IC 전원용 (＋)와 (－) 전원 및 릴레이 전원 등 별도로 3가지 전원 전압회로가 구비되어 있으며 전원공급 콘덴서의 전류를 효율적으로 이용하기 위해 부하가 직렬로 접속되어 사용되고 있다.

전자식 과전류 계전기는 조작 전원으로 입력 전압이 주로 AC 110-220V로써 프리 볼트로 사용되는데 부피가 적고 염가이며 발열이 없어 제조가 쉬운 관계로 콘덴서 C15의 리액턴스에 의한 전압차를 이용하여 사용하고 전자식 과전류 릴레이는 일반적으로 IC 구동용 전원으로 DC 5-6V 15-20MA와 릴레이 구동용 전원으로 DC 24V 15-20MA가 필요하므로 릴레이 구동용 전원으로 15-20MA, IC 구동용 전원 15-20MA 합계 30-40MA가 필요하므로 종래 전원회로 방식과 같이 병렬로 사용하려면 이 정도의 전류를 흘려주려면 콘덴서 C15는 0.47㎌ 정도가 필요하다.

그러나 본 고안에서와 같이 직렬로 사용되면 콘덴서 C15는 그의 절반인 0.22㎌ 정도면 되므로 이와 같이 콘덴서 용량이 절반으로 적어지게 됨으로써 부피가 절반 정도를 적어지게 되어 콘덴서 값이 싸게되고 고주파에서 리액턴스가 적어지는 콘덴서의 특성상 용량이 반으로 적어지므로 전원을 콘덴서의 리액턴스에 의한 전압강하를 이용한 전원회로의 특성상 취약한 외부의 펄스성 충격 고주파 노이즈에 의한 오 동작 및 고장의 요인이 반감되는 것이다.

상기 역상 검출 및 결상 검출회로(10)는 삼상 전원에 접속된 R16, R19, C13, R17, R20은 각상의 위상이 서로 120°씩 어긋나게 가해지는 정현파의 전압은 C13을 경유해서 R19, R16을 흐르는 전류와 C3을 경유해서 R20, R17을 흐르는 전류 또는 R16을 경유해서 R19, R20, R17에 흐르는 전류는 삼상 전류로 위상이 각각 120°씩 어긋난 다른 전류가 흐른다.

또한, C13을 통과한 전류는 가해지는 전압보다 콘덴서 고유의 특성으로 위상이 90°앞선 진상 전류가 흐르고 이 전류는 원래의 기본 3상 전류의 파형에 따라서 동 위상으로 플러스되거나 역 위상으로서 마이너스 상태로 상쇄되고 C13을 통과해서 R19, R16 전류와 C13을 통과해서 R20, R17을 통과한 전류는 1.5배 이상 많은 차이가 난다.

그리고 R16 대신 지상전류가 흐르는 유도성 코일을 설치하면 2배 이상 많은 차이가 나타나므로 R19와 R20에 검출되는 전압은 전원전압의 정상 시와 역상 시에 따라 서로 비교되어 검출되고 R19 양단에 검출된 전압은 D10에 의해 정류된 후 R21, R22, C16에 의한 로우 패스 필터에 의해 평균전압으로 필터된 후 오페암프 IC UB1의 (＋)플러스 측 입력단자에 가해지고 R17 양단에 검출된 전압은 D12에 의해 정류된 후 R24, R23, C17에 의한 로우 패스 필터에 의해 평균전압으로 필터된 후 오페암프 IC U1B의 (－)측 입력단자에 가해진다.

이때, R23 양단의 전압이 R22 양단의 전압보다 높으면 정상입력으로 간주되어 IC U1A는 출력이 로우 상태가 되고 그 반대로 R23 양단의 전압이 R22 양단의 전압보다 낮으면 IC U1A의 출력은 하이가 된다.

다음 R26, C19에 의한 적분회로에 의해서 필요한 시간만큼 동작을 지연된 후 UB1B의 출력이 하이가 되어 동작표시 램프 LED를 점등시키며 포토 카플러 U3에 내장된 트랜지스터를 ON 시켜서 IC U2D의 (＋) 입력은 하이가 되어 트랜지스터 Q3를 ON 시키고 따라서 Q1을 ON 시켜서 릴레이 RL2를 동작시키므로 마그네트(MC)를 동작시켜 부하를 차단하게 되고 결상시에는 R17, R20 양단에 동 위상으로 (＋) 플러스된 전류가 없어지게 되므로 R23 양단전압은 R22 양단 전압보다 낮아지게 되어 영상 때와 같은 동작으로 출력을 OFF 시키게 된다.

여기서 다이오드 D10, D13, D14와 저항 R25와 콘덴서 C18과 제너다이오드 D15는 IC-U1A의 전원공급회로이며 별도의 전원회로를 사용하지 않고 전압검출용 저항 R19, R20의 전압강하에서 발생하는 전압을 정류해서 사용하는 것이다.

상기 전류검출 회로(7)는 CT1, CT2에서 검출된 전류는 레벨 콤페레터 IC U2A 및 U2B의 (＋)측 입력에 가해지고 (－)측 입력에 설치된 전류설정용 볼륨 R1에 의하여 가변된 비교전압에 의해 설정전류를 조정하며 이때 CT1, CT2에 검출된 전압은 AC 전압 파형으로 IC U2A, U2B의 전원 전압은 (＋)전압으로 제너 다이오드 D3와 양단전압 및 마이너스 전압으로 D18과 양단전압의 ± 양극성의 2전압으로 공급되고 있으며 따라서 입력 파형이 부극성 (－)파형일 때 클램프 현상 없이 동작한다.

상기 타임설정 및 기능 설정회로(8)는 IC U2A, U2B의 출력은 다이오드 D7, D8로 구성된 AND 게이트 회로를 거쳐 R2, C7에 의한 적분회로로 동작시간 설정용 볼륨 R2에 의해 설정된 시간이 지난 후 레벨 콤페레터 IC U2D의 (＋)측 입력에 가해지고 D6, R13, C3, R14, D1, U2C로 구성된 축적방지회로는 과전류 신호가 없을 때의 오동작을 방지하기 위해 C7을 정상부하 동작시 리셋하는 것이다.

도 3은 바람직한 실시예의 전자식 복합 과전류 계전기의 과전류 검출 및 결상검출과 역상검출 기능이 부가된 복합 과전류 계전기가 내장된 전자접촉 마그네트 회로도로 전체적인 작용 효과는 도면 2와 같고 과전류 입력회로(7-1), 제어회로(8-1), 출력회로(9-1)의 CMOS OR GATES의 IC(10-1)를 사용하였으며 오페암프 IC를 사용하지 않고 트랜지스터를 사용한 것이고 전원부의 전원회로(6-1)는 정전압 IC와 TR을 조합한 정전압 전원이고 출력회로(9-1)는 MC 코일을 직접 드라이브한다.

도 5는 바람직한 실시예의 과전류 계전기와 무접점 반도체 개폐기가 결합되어 내장된 과전류 계전기(11)와 솔리드 스테이트 릴레이 회로도(12)로 과전류 계전기가 내장된 솔리드 스테이트 릴레이(SSR)는 솔리드 스테이트 릴레이(SSR)에 과전류 계전기를 내장하여 하나로 구성함으로써 편리하게 사용할 수 있는 것이다.

상기 설명한 사항들은 본 고안의 전반적인 이해를 돕기 위한 실시예일 뿐 이러한 특정 사항들이 본 고안의 범위 내에서 소저의 변경 혹은 이루어질 수 있음은 이 기술 분야에서 통상의 지식을 가진자에게는 자명한 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 고안은 종래에 불가능했던 과부하 차단 동작 후 전원이 없어져도 동작상태를 그대로 보전하게 하며 IC회로와 릴레이 전원회로를 직렬로 사용함으로써 전원콘덴서의 용량을 반으로 줄여도 됨으로 고주파 노이즈에 대한 안전도를 배가하고 제조원가를 줄여서 경제적으로 보다 완전한 전류 전압 이상을 보호하기 위해 역상검출과 결상검출 기능을 가진 복합 기능의 과전류 계전기 기능을 추가했으며 종래에 반드시 전자접촉기와 과전류 계전기를 별도로 설치해야 했던 것을 전자접촉기 내부에 과전류 계전기를 설치함으로써 별도로 과전류 계전기를 설치하는 번거로움이 없으며 보다 사용이 편리하고 부피가 적으며 경제적인 효과가 있으므로 전기, 전자부품 제조 산업에 매우 유용한 고안인 것이다.

Claims (3)

1. 전자식 복합 과전류 보호 계전기에 있어서,

   전원 전압 강하용으로 사용되는 콘덴서의 용량을 절반으로 줄여 외부의 펄스성 고주파 노이즈를 반감하는 전원회로부(6)와 전원공급 회로의 다이오드, 저항, 콘덴서, 제너다이오드가 전압검출용 저항에 입력전압의 위상에 따라서 발생하는 전압의 고, 저를 판별하고 검출해서 동작하는 역상검출 및 결상검출 회로부(10)와 입력 파형이 부극성(-) 파형일 때 클램프 현상이 없이 동작하는 전류검출 회로부(7)와 오동작을 방지하기 위한 콘덴서로 구성된 타임설정 및 기능 설정 회로부(8)와 걸쇠판 스프링(3), 릴레이 가동철편(2), 리셋 버튼(4), 스프링으로 구성된 릴레이의 걸쇠판 스프링(3)이 안쪽 및 바깥쪽으로 구부러짐으로써 전원이 없어져도 ON 상태를 그대로 보존하며 수동으로 리셋버튼을 눌렀을 때 복귀되는 수동복귀형 릴레이로 작동되는 출력회로부(9)로 구성된 것을 특징으로 하는 전자식 복합 과전류 계전기.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 전자식 복합 과전류 보호 계전기는 전원회로부(6-1)와 전류 검출부(7-1)와 타임설정 및 기능설정부(8-1)와 마그네트 코일을 직접 드라이브하는 정전류 스위칭방식의 출력회로부(9-1)와 결상 및 역상검출 회로부(10-1)로 구성된 복합 과전류 계전기가 내장된 마그네트 콘택트가 과전류 검출 및 결상검출과 역상 검출을 하는 기능을 겸해서 가지게 하는 것을 특징으로 하는 전자식 복합 과전류 계전기.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 전자식 복합 과전류 보호 계전기는 무접점 반도체 개폐기가 결합되어 내장된 과전류 계전기와 솔리드 스테이트 릴레이가 하나로 되어 내장된 과전류계전기 및 솔리드 스테이트 릴레이로 이루어진 것을 특징으로 하는 전자식 복합 과전류 계전기.