WO2015072672A1 - 감전보호 3상 누전차단기 - Google Patents

감전보호 3상 누전차단기 Download PDF

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WO2015072672A1
WO2015072672A1 PCT/KR2014/010010 KR2014010010W WO2015072672A1 WO 2015072672 A1 WO2015072672 A1 WO 2015072672A1 KR 2014010010 W KR2014010010 W KR 2014010010W WO 2015072672 A1 WO2015072672 A1 WO 2015072672A1
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leakage
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한송엽
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주식회사 에렐
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    • H02H3/33—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to difference between voltages or between currents; responsive to phase angle between voltages or between currents involving comparison of the voltage or current values at corresponding points in different conductors of a single system, e.g. of currents in go and return conductors using summation current transformers

Definitions

  • the present invention relates to an electric shock protection three-phase earth leakage breaker, and more particularly, to protect against a short circuit occurring due to a change in earth capacitance or earth insulation resistance in a three-phase converter, as well as a short circuit occurring during an electric shock.
  • a three-phase earth leakage breaker capable of protection against
  • the current sensitivity of commercially available three-phase earth leakage breakers is mostly several hundred mA.
  • a three-phase earth leakage breaker with a sensitivity current of 150 mA is activated when the leakage current detected by the three-phase current transformer (ZCT) exceeds 150 mA.
  • ZCT three-phase current transformer
  • an electric shock current of 30 mA suddenly flows to the ground due to human electric shock. Since the leakage current detected by the image current transformer ZCT is less than the sensitivity current of 150 mA, the earth leakage breaker does not operate. That is, the current three-phase earth leakage breaker can not protect against human electric shock.
  • An object of the present invention is to provide a three-phase earth leakage breaker capable of protecting against a short circuit occurring during an electric shock as well as protecting against a short circuit occurring due to a change in earth capacitance or earth insulation resistance in a three phase converter. .
  • the leakage current gradually changes and the human body leakage current is suddenly changed. Therefore, the leakage current that is suddenly changed from the leakage current detected by the image transformer can be calculated. Suggest ways to do it.
  • This method continuously detects leakage currents at relatively short time intervals in image current transformers, calculates the vector difference (subtraction) between the current leakage current and the previous leakage current in real time, and calculates the suddenly changed leakage current, that is, the human body leakage current. It is.
  • the three-phase earth leakage breaker of the present invention has a structure that blocks the electric current when the leakage current detected by the image current transformer (ZCT) exceeds a reference value, for example, 150 mA, or the suddenly changed leakage current exceeds, for example, 30 mA. It is possible to protect the human body from electric shock as well as electric leakage.
  • ZCT image current transformer
  • the three-phase earth leakage breaker of the present invention the contact for disconnecting the three-phase power; Video current transformer; A leakage current detector for detecting a leakage current in the image current transformer; Leakage current allowance setting unit; A first comparator for comparing the leakage current detection value detected by the leakage current detection unit with the leakage current allowance set by the leakage current allowance setting unit; A change leakage current calculation unit for detecting the leakage current at a half cycle interval of a three-phase power supply, subtracting a vector value of two leakage currents detected before and after a half cycle, and calculating a change leakage current changed during a half cycle; Change leakage current tolerance setting unit; A second comparator for comparing the change leakage current calculation value calculated by the change leakage current calculation unit with the change leakage current allowance set by the change leakage current setting unit; And a circuit breaking mechanism that opens when the leakage current detection value exceeds the leakage current allowable value or when the change leakage current calculation value exceeds the change leakage current
  • the three-phase earth leakage breaker further includes a reference voltage detector for detecting a reference voltage
  • the change leakage current calculation unit is a parallel component and a vertical component of the leakage current in every half cycle of the reference voltage
  • Parallel component and vertical component calculation unit for calculating
  • a semi-period calculation result storage unit and a semi-period calculation result storage unit for storing the calculation results before and after each half cycle of the parallel component and the vertical component
  • a leakage current subtractor for calculating a difference between the pre-half cycle calculation result and the half-cycle calculation result, wherein the two leakage currents detected before and after the half cycle of the three-phase power supply are respectively parallel and vertical components with respect to the reference voltage. Calculate the change leakage current.
  • the reference voltage detector selects an arbitrary line voltage from the three-phase power source, and the first square wave of the first T / 4 of the half-cycle during the half-cycle (T / 2) of the three-phase power source.
  • a first switch repeatedly generating a voltage and a second square wave voltage of the second T / 4 of the half period, and wherein the parallel component and the vertical component calculator are operated at the first square wave voltage;
  • a second switch operating with a second square wave voltage;
  • a first integrator for integrating the instantaneous value of the leakage current at the first T / 4 when the first switch is operated to calculate a first integrated value;
  • a second integrator that calculates a second integral value at the second T / 4 when the second switch is operated;
  • An adder for calculating parallel components by adding the first integral value and the second integral value;
  • a subtractor that calculates a vertical component by subtracting the second integral value from the first integral value, and calculates a parallel component and a vertical component with respect to the reference voltages of the two leakage currents.
  • the leakage current allowance of the leakage current allowance setting unit is 50 mA to 500 mA
  • the change leakage current allowance of the change leakage current allowance setting unit is 15 mA to 30 mA.
  • the earth leakage breaker of the present invention When the earth leakage breaker of the present invention is applied to a three-phase converter, it is possible to drastically prevent injury or death due to human electric shock in the three-phase converter.
  • Figure 1 shows the path of the normal leakage current Ig in the three-phase converter and the leakage current Is during human electric shock.
  • FIG. 2 shows the leakage current I (t1) at time t1 and the leakage current I (t2) at time t2 divided by the parallel component and the vertical component by the reference voltage V.
  • FIG. 4 is a schematic internal configuration of an electric shock protection three-phase earth leakage breaker according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 shows a connection relationship between the parallel component of the output and the leakage current in the reference voltage detector and the vertical component calculator.
  • FIG. 6 specifically shows the internal configuration of the change leakage current? I calculation unit 8 in FIG.
  • Normal leakage current in the converter flows according to the earth capacitance and the earth insulation resistance of the converter.
  • the leakage current is changed by the influence of temperature, humidity, dust, etc. around the converter, and especially due to the aging effect of the insulation.
  • Leakage current gradually increases due to deterioration of insulation resistance.
  • the electric shock current of the human body suddenly increases during an electric shock accident.
  • the present invention proposes a method for estimating the leakage current due to human electric shock in real time by focusing on the phenomenon that the leakage current due to electric shock suddenly increases while the leakage current gradually increases.
  • the leakage current interruption time should be within 30ms for the protection of human electric shock, so the leakage current calculation time due to human electric shock should be within 10 ⁇ 20ms.
  • the current transformer detects a leakage current every half cycle of the power supply (about 8.3 ms in the case of a 60 Hz AC power source), and vectorly subtracts the leakage current detected before the half cycle from the current leakage current. Calculate the leakage current changed during the half cycle.
  • Is I (t2)-I (t1).
  • the leakage current ⁇ I changed during the half cycle is calculated by subtracting the values.
  • the line voltage of the three-phase power supply for example, the line voltage V between a phase and b phase is the reference voltage
  • the leakage currents I (t1) and I (t2) are parallel components (x) with respect to the reference voltage V.
  • the vertical component (y) are calculated.
  • I (t1) I (t1) x + I (t1) y---(1)
  • a key means of solving the problem in the present invention is a method of quickly dividing the leakage current I into components parallel to the reference voltage V and vertical components.
  • the leakage current I is integrated for half a period of the reference voltage V to obtain the parallel component (x) and the vertical component (y). In other words, the integral method is used.
  • FIG. 3 shows the instantaneous value i (t) of the leakage current I and the instantaneous value v (t) of the reference voltage V.
  • FIG. i (t) is ahead of v (t) by ⁇ . therefore
  • FIG. 4 shows the configuration of the earth leakage breaker of the present invention.
  • the earth leakage breaker works in both cases.
  • the earth leakage breaker operates, which is a function of the current earth leakage breaker.
  • the image current transformer 1, the leakage current detection unit 2, the leakage current I tolerance setting unit 3, the first comparator 4, the circuit breaker 5, and the contact 6 which are commonly used to perform this function.
  • Tolerance value in which the value of the leakage current I detected by the leakage current detection unit 2 and the allowable value set in the allowable value setting unit 3, for example, 150 mA are compared in the first comparator 4 to set the detected value of the leakage current I. If it exceeds, the circuit breaker mechanism 5 operates to open the contact 6.
  • the second case is the instantaneous change of leakage current I due to an electric shock.
  • the earth leakage breaker operates, which is a function proposed by the present invention.
  • a reference voltage detector 7 a change leakage current ⁇ I calculation unit 8, a change leakage current ⁇ I tolerance setting unit 9, and a second comparator 10 are further provided.
  • the change leakage current ⁇ I calculated by comparing the value of the change leakage current ⁇ I calculated by the change leakage current calculation unit 8 with the allowable value set in the tolerance setting unit 9 of ⁇ I, for example, 30 mA in the second comparator 10.
  • the circuit breaker mechanism 5 operates to open the contact 6 off.
  • the change leakage current ⁇ I calculation unit 8 calculates the change of the leakage current I during the half cycle of the power supply.
  • the parallel component (x) and the vertical component (y) calculation unit 11 of the leakage current are calculated before the half cycle, as shown in FIG. And a result storage unit 12, a half cycle period calculation result storage unit 13, and a leakage current subtraction unit 14.
  • the parallel component (x) and vertical component (y) calculation unit 11 of the leakage current includes a switch Sa that operates with the square wave voltage a, a switch Sb that operates with the square wave voltage b, an integrator A, an integrator B, an adder and It is composed of a subtractor.
  • the parallel component Ix of the leakage current is obtained as shown in Equation (12), and when B is subtracted from A by the subtractor, the vertical component Iy of the leakage current is obtained.
  • the half-cycle calculation result storage unit 12 stores the calculation result half a period before the current time t2, and the half-cycle calculation result storage unit 13 stores the calculation result at the current time t2. . That is, the half-period calculation result storage unit 12 stores the parallel component I (t1) x and the vertical component I (t1) y of the leakage current I (t1), and the half-period calculation result storage unit 13 stores the leakage current I ( The parallel component I (t2) x and the vertical component I (t2) y of t2) are stored.
  • the leakage current subtraction (subtraction) unit 14 is a parallel component I (t2) x and a vertical component I (t2) of the leakage current I (t2) stored in the calculation result storage unit 13 after a half cycle at the current time t2.
  • Half cycle (t2) by subtracting the parallel component I (t1) x and the vertical component I (t1) y of the leakage current I (t1) stored in the storage section 12 before the half cycle of the power source (t1) at y.
  • the change-leakage current ⁇ I in the period -t1) is calculated using equations (3), (4) and (5).
  • the change leakage current ⁇ I is a leakage current that changes suddenly, and when the leakage current Is occurs due to electric shock, the change leakage current ⁇ I appears.

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Abstract

본 발명은 감전보호 3상 누전차단기를 개시한 것으로 첫째로 누설전류를 검출하여 이 누설전류가 허용치를 초과하면 회로차단기구가 작동하여 전로를 차단하고, 둘째로 누설전류를 전원의 반주기 간격으로 검출하여 반주기 간격 전과 후에 검출한 2개의 누설전류를 서로 벡터적으로 감(빼기)하여 변화누설전류를 산정하고 이 변화누설전류가 허용치를 초과하면 회로차단기구가 작동하여 전로를 차단하는 것을 특징으로 하는 3상 누전차단기이다. 전자의 경우는 평상시 서서히 증가하는 누설전류에 대한 보호로서 허용 누설전류가 수 백mA 이고, 후자의 경우는 인체감전과 같이 누설전류가 갑자기 변화할 때로서 인체감전보호를 위하여 허용 누설전류를 수 십mA로 한다. 따라서 3상 전로에서 인체감전 보호가 되면서 평상시 누설전류의 변화에 대하여는 오동작이 없이 작동되는 누전차단기이다.

Description

감전보호 3상 누전차단기
본 발명은 감전보호 3상 누전차단기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 3상 전로에서 대지정전용량 또는 대지절연저항의 변화로 평상시에 발생하는 누전에 대한 보호는 물론, 인체감전 시에 발생하는 누전에 대한 보호까지 가능한 3상 누전차단기에 관한 것이다.
현재 상용화된 3상 누전차단기의 감도전류는 대부분 수 백 mA이다. 예를 들어 감도전류가 150mA의 3상 누전차단기는 3상 영상변류기(ZCT)에서 검출된 누설전류가 150mA를 초과하면 누전차단기가 작동한다. 예를 들어 3상 전로에서 평상시 90mA의 누설전류가 흐르고 있는 상태에서 인체감전으로 30mA의 감전전류가 갑자기 대지로 흘러 영상변류기(ZCT)에 120mA의 누설전류가 검출된 경우 인체에 위험한 감전전류가 흘렀어도 영상변류기(ZCT)에 검출된 누설전류가 누전차단기의 감도전류 150mA에 미치지 못하므로 누전차단기는 작동하지 않는다. 즉 현재의 대부분의 3상 누전차단기는 인체감전에 대하여 보호를 할 수 없다.
본 발명의 목적은 3상 전로에서 대지정전용량 또는 대지절연저항의 변화로 평상시에 발생하는 누전에 대한 보호는 물론, 인체감전 시에 발생하는 누전에 대한 보호까지 가능한 3상 누전차단기를 제공하는 것이다.
이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명에서는 평상시 누설전류는 서서히 변화하고 인체감전 누설전류는 갑자기 변화한다는 점에 착안하여 영상변류기에서 검출한 누설전류로부터 갑자기 변화한 누설전류 즉 인체감전 누설전류를 산출할 수 있는 방법을 제안한다.
이 방법은 영상변류기에서 비교적 짧은 시간 간격으로 누설전류를 연속적으로 검출하고, 실시간으로 현재의 누설전류와 직전 누설전류의 벡터 차이(빼기)를 산정하여 갑자기 변화한 누설전류 즉 인체감전 누설전류를 산출하는 것이다.
따라서 본 발명의 3상 누전차단기는 영상변류기(ZCT)에서 검출된 누설전류가 기준치 예를 들어 150mA를 초과하거나, 갑자기 변화한 누설전류가 예를 들어 30mA를 초과하면 전로를 차단하는 구조로 되어있어 평상시의 누전은 물론 인체 감전보호까지 가능하다.
본 발명의 하나의 특징에 따라, 본 발명의 3상 누전차단기는, 3상 전원을 차단하기 위한 접점; 영상 변류기; 상기 영상 변류기에서 누설전류를 검출하는 누설전류 검출부; 누설전류 허용치 설정부; 상기 누설전류 검출부에서 검출된 누설전류 검출값과 상기 누설전류 허용치 설정부에서 설정된 누설전류 허용치를 비교하는 제1 비교기; 상기 누설전류를 3상 전원의 반주기 간격으로 검출하여 반주기 전과 후에 검출한 2개의 누설전류의 벡터값을 감산하여, 반주기 동안 변화한 변화누설전류를 산정하는 변화누설전류 산정부; 변화누설전류 허용치 설정부; 상기 변화누설전류 산정부에서 산정된 변화누설전류 산정값과 상기 변화누설전류 설정부에서 설정된 변화누설전류 허용치를 비교하는 제2 비교기; 및 상기 누설전류 검출값이 상기 누설전류 허용치를 초과하는 경우 또는 상기 변화누설전류 산정값이 상기 변화누설전류 허용치를 초과하는 경우에 작동하여 상기 접점을 개로하는 회로차단기구를 포함하고 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따라, 상기 3상 누전차단기는 기준전압을 검출하는 기준전압 검출부를 더 포함하고, 상기 변화누설전류 산정부는 상기 기준전압의 매 반주기 마다 누설전류의 평행성분과 수직성분을 계산하는 평행성분 및 수직성분 계산부; 상기 평행 성분과 수직성분의 각각의 반주기 전후의 계산결과를 저장하는 반주기전 계산결과 저장부 및 반주기후 계산결과 저장부; 및 상기 반주기전 계산결과와 반주기후 계산결과의 차이를 계산하는 누설전류 차감부를 포함하여, 상기 3상 전원의 반주기 전과 후에 검출한 2개의 누설전류를 각각 상기 기준전압에 대한 평행성분과 수직성분으로 분해하여 변화누설전류를 산정한다.
본 발명의 또 다른 특징에 따라, 상기 기준 전압 검출부는 상기 3상 전원에서 임의의 선간전압을 택하여 3상 전원의 매 반주기(T/2) 동안에 상기 반주기의 제1 T/4의 제1 구형파 전압과 상기 반주기의 제2 T/4의 제2 구형파 전압을 반복적으로 발생하고, 상기 평행성분 및 수직성분 계산부는 상기 제1 구형파 전압으로 작동하는 제1 스위치; 제2 구형파 전압으로 작동하는 제2 스위치; 상기 제1 스위치가 작동될 때 누설전류의 순시값을 상기 제1 T/4에서 적분하여 제1 적분값을 산출하는 제1 적분기; 상기 제2 스위치가 작동될 때 상기 제2 T/4에서 제2 적분값을 산출하는 제2 적분기; 상기 제1 적분값과 제2 적분값을 가산하여 평행성분을 산정하는 가산기; 및 상기 제1 적분값에서 제2 적분값을 감산하여 수직성분을 산정하는 감산기를 포함하여, 상기 2개의 누설전류의 기준전압에 대한 평행성분과 수직성분을 산정한다.
본 발명의 또 다른 특징에 따라, 상기 누설전류 허용치 설정부의 누설전류 허용치는 50mA 내지 500mA이고, 상기 변화누설전류 허용치 설정부의 변화누설전류 허용치는 15mA 내지 30mA이다.
본 발명의 누전차단기가 3상 전로에 적용되면 3상 전로에서 인체감전으로 인한 부상 또는 사망 사고를 획기적으로 막을 수 있다.
도 1은 3상 전로에서 평상시 누설전류 Ig와 인체감전시 누설전류 Is의 경로를 나타낸다.
도 2는 시간 t1에서의 누설전류 I(t1)과 시간 t2에서의 누설전류 I(t2)를 기준전압 V에 평행성분과 수직성분으로 나눈 그림을 나타낸다.
도 3은 누설전류의 순시값 i(t)와 기준전압의 순시값 v(t)를 나타내는데 누설전류가 기준전압보다 위상이 θ 만큼 앞서 있다.
도 4는 본 발명의 실시예로 감전보호 3상 누전차단기의 개략적인 내부 구성을 나타낸다.
도 5는 기준전압 검출부에서의 출력과 누설전류의 평행성분과 수직성분 계산부와의 연결 관계를 나타낸다.
도 6은 도 4의 변화누설전류(ΔI) 산정부(8)의 내부 구성을 구체적으로 나타낸다.
도 1은 3상 전로에서 발생하는 누설전류의 경로를 나타낸다. 평상시에는 a상, b상, c상에서 각 상의 대지정전용량과 대지절연저항에 따라 대지로 누설전류 Ia, Ib, Ic가 흐른다. 따라서 대지에는 각 상의 누설전류 Ia, Ib, Ic가 벡터적으로 합해진 누설전류 Ig (Ig = Ia + Ib +Ic)가 흐른다. 그리고 3상 영상변류기(ZCT)에서 검출되는 누설전류 I는 누설전류 Ig가 된다. 즉 I = Ig 이다.
그런데 도 1에서와 같이 a상에서 갑자기 인체감전이 발생하면 a상에서 대지로 감전전류 Is가 흐른다. 따라서 영상변류기(ZCT)에서 검출되는 누설전류 I는 평상시에 흐르던 누설전류 Ig와 갑자기 발생한 감전전류 Is가 벡터적으로 합해진 누설전류가 된다. 즉 I = Ig + Is 이다.
전로에서 평상시에 흐르는 누설전류는 전로의 대지정전용량과 대지절연저항에 따라 흐르게 되는데 이 누설전류는 전로 주위의 온도, 습도, 먼지 등의 영향으로 변화되고 특히 절연물의 경년효과(Aging Effect)로 인한 절연저항의 열화로 누설전류가 서서히 증가한다. 반면 인체 감전전류는 감전사고시 갑자기 증가한다.
본 발명에서는 평상시 누설전류는 서서히 증가하는 반면 감전에 의한 누설전류는 갑자기 증가하는 현상에 착안하여 인체감전으로 인한 누설전류를 실시간으로 산정하는 방법을 제안한다. 그리고 현재의 한국산업규격(KS)에 의하면 인체감전 보호를 위하여는 누전차단시간을 30ms 이내로 하여야 하므로 인체감전으로 인한 누설전류 산정 시간을 10~20ms 이내로 하여야 한다.
본 발명에서는 영상변류기(ZCT)에서 전원의 반주기(60Hz 교류전원의 경우 약 8.3ms) 마다 누설전류를 검출하여 현재에 검출한 누설전류에서 반주기 전에 검출한 누설전류를 벡터적으로 감(빼기)하여 반주기 동안 변화한 누설전류를 산정한다. 도 1에서 감전사고 직전의 누설전류를 I(t1), 감전사고 직후의 누설전류를 I(t2)라 하면 I(t1) = Ig 이고 I(t2) = Ig + Is 이므로 감전으로 인한 누설전류 Is는 Is = I(t2) - I(t1) 로부터 산정할 수 있다.
따라서 전원의 반주기 마다 누설전류의 변화를 벡터적으로 산출할 수 있는 기술이 요망된다.
본 발명에서는 전원의 반주기(T/2) 전 후의 누설전류를 서로 벡터적으로 감(빼기)하여 반주기 동안 변화한 누설전류를 산정한다. 즉 시간 t1에서의 누설전류를 I(t1), 시간 t2 ( t2 = t1 + T/2)에서의 누설전류를 I(t2)라 하면 누설전류 I(t2)에서 누설전류 I(t1)을 벡터적으로 감(빼기)하여 반주기 동안 변화한 누설전류 ΔI를 산정한다.
도 2에서와 같이 우선 3상 전원의 선간전압 예를 들어 a상과 b상의 선간전압 V를 기준전압으로 하고 누설전류 I(t1)과 I(t2)를 기준전압 V에 대한 평행성분(x)과 수직성분(y)을 계산한다. 따라서
I(t1) = I(t1)x + I(t1)y - - - (1)
I(t2) = I(t2)x + I(t2)y - - - (2)
다음에 이 두 누설전류의 평행성분의 차 ΔIx와 수직성분의 차 ΔIy를 구한다.
ΔIx = I(t2)x - I(t1)x - - - (3)
ΔIy = I(t2)y - I(t1)y - - - (4)
따라서 두 누설전류의 차 ΔI 는 아래와 같이 구할 수 있다.
ΔI = sqrt{ΔIx * ΔIx + ΔIy * ΔIy} - - - (5)
본 발명에서 과제해결의 핵심 수단은 누설전류 I를 신속하게 기준전압 V에 평행한 성분과 수직한 성분으로 나누는 방법이다. 본 발명에서는 누설전류 I를 기준전압 V의 반주기 동안 적분하여 평행성분(x)과 수직성분(y)을 구한다. 즉 적분법을 이용한다.
가. 누설전류 I를 기준전압 V에 평행성분 Ix와 수직성분 Iy로 나누는 방법
도 3은 누설전류 I의 순시값 i(t)와 기준전압 V의 순시값 v(t)를 나타낸다. i(t)는 v(t)보다 위상이 θ 만큼 앞서있다. 따라서
Figure PCTKR2014010010-appb-I000001
Figure PCTKR2014010010-appb-I000002
여기서 ω = 2πf 이고 f는 전원의 주파수이다.
식(7)을 풀어서 쓰면
Figure PCTKR2014010010-appb-I000003
이고 여기서
Figure PCTKR2014010010-appb-I000004
식(8)의 i(t)를 0부터 π/2까지 적분한 값을 A, π/2부터 π까지 적분한 값을 B라 하면
Figure PCTKR2014010010-appb-I000005
이고 이것을 계산하면
Figure PCTKR2014010010-appb-I000006
가 된다. 식(11)로부터
Figure PCTKR2014010010-appb-I000007
이다.
따라서 누설전류 I의 순시값 i(t)를 실시간으로 적분하여 A와 B를 구하면 식(12)로부터 누설전류 I의 평행성분 Ix와 수직성분 Iy를 전원의 반주기 마다 구할 수 있다.
나. 누전차단기의 구성
도 4는 본 발명의 누전차단기의 구성을 나타낸다. 누전차단기는 두 경우에 작동한다.
첫째는 평상시의 누설전류 I의 값이 누설전류 I의 허용치를 초과하면 누전차단기가 작동하는 경우로서 현재의 누전차단기의 기능이다. 이 기능을 수행하기 위하여 통상적으로 사용하는 영상변류기(1), 누설전류 검출부(2), 누설전류 I 허용치 설정부(3), 제1 비교기(4), 회로차단기구(5) 및 접점(6)을 둔다. 누설전류 검출부(2)에서 검출된 누설전류 I의 값과 I의 허용치 설정부(3)에 설정된 허용치 예를 들어 150mA를 제1 비교기(4)에서 비교하여 검출된 누설전류 I의 값이 설정된 허용치를 초과하면 회로차단기구(5)가 작동하여 접점(6)을 개로(off)한다.
둘째는 인체감전으로 누설전류 I가 순간적 변화하는 경우이다. 이 변화누설전류 ΔI의 값이 변화누설전류 ΔI의 허용치를 초과하면 누전차단기가 작동하는 경우로서 본 발명에서 제안한 기능이다. 이 기능을 수행하기 위하여 기준전압 검출부(7), 변화누설전류 ΔI 산정부(8), 변화누설전류 ΔI 허용치 설정부(9), 제2 비교기(10)를 추가로 둔다. 변화누설전류 산정부(8)에서 산정된 변화누설전류 ΔI의 값과 ΔI의 허용치 설정부(9)에 설정된 허용치, 예를 들어 30mA를 제2 비교기(10)에서 비교하여 계산된 변화누설전류 ΔI의 값이 설정된 허용치를 초과하면 회로차단기구(5)가 작동하여 접점(6)을 개로(off)한다.
기준전압 검출부(7)는 3상 전원에서 임의의 선간전압을 택하여 도 5와 같이 전원의 매 반주기(T/2) 동안에 t=0(θ=0)부터 t=T/4(θ=π/2)까지의 구형파 전압 a와 t=T/4(θ=π/2)부터 t=T/2(θ=π)까지의 구형파 전압 b를 반복적으로 발생한다.
변화누설전류 ΔI 산정부(8)는 전원의 반주기 동안 누설전류 I의 변화를 계산하는데, 도 6과 같이 누설전류의 평행성분(x) 및 수직성분(y) 계산부(11), 반주기전 계산결과 저장부(12) 및 반주기후 계산결과 저장부(13), 누설전류 차감부(14)로 구성된다.
누설전류의 평행성분(x) 및 수직성분(y) 계산부(11)는 도 5와 같이 구형파 전압 a로 작동하는 스위치 Sa, 구형파 전압 b 로 작동하는 스위치 Sb, 적분기A, 적분기B, 가산기 및 감산기로 구성된다. 스위치 Sa가 작동(on)되면 적분기A는 식(10)과 같이 i(t)를 t=0(θ=0)부터 t=T/4(θ=π/2)까지 적분하여 A를 산출하고, 스위치 Sb가 작동(on)되면 적분기B는 식(10)과 같이 i(t)를 t=T/4(θ=π/2)부터 t=T/2(θ=π)까지 적분하여 B를 산출한다. 다음에 가산기로 A와 B를 합하면 식(12)와 같이 누설전류의 평행성분 Ix가 얻어지고 감산기로 A에서 B를 감하면 누설전류의 수직성분 Iy가 얻어진다.
반주기전 계산결과 저장부(12)는 현재시간(t2)보다 반주기 전(t1)에서의 계산결과를 저장하고 반주기후 계산결과 저장부(13)는 현재시간(t2)에서의 계산결과를 저장한다. 즉 반주기전 계산결과 저장부(12)에는 누설전류 I(t1)의 평행성분 I(t1)x와 수직성분 I(t1)y를 저장하고 반주기후 계산결과 저장부(13)에는 누설전류 I(t2)의 평행성분 I(t2)x와 수직성분 I(t2)y를 저장한다.
누설전류 차감(빼기)부(14)는 현재 시간(t2)에서의 반주기후 계산결과 저장부(13)에 저장된 누설전류 I(t2)의 평행성분 I(t2)x와 수직성분 I(t2)y에서 전원의 반주기 전(t1)에서의 반주기전 계산결과 저장부(12)에 저장된 누설전류 I(t1)의 평행성분 I(t1)x와 수직성분 I(t1)y를 차감하여 반주기(t2-t1) 기간에서의 변화누설전류 ΔI를 식(3), 식(4) 및 식(5)를 이용하여 계산한다. 이 변화누설전류 ΔI가 갑자기 변화하는 누설전류이며 보통 감전에 의한 누설전류 Is가 발생할 때 변화누설전류 ΔI가 나타난다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.
지금까지는 3상 전로에서 인체감전이 발생하면 거의 보호가 안 되었는데 본 발명의 누전차단기가 3상 전로에 적용되면 3상 전로에서 인체감전으로 인한 부상 또는 사망 사고를 획기적으로 막을 수 있다.

Claims (3)

  1. 3상 누전차단기로서,
    3상 전원을 차단하기 위한 접점;
    영상 변류기;
    상기 영상 변류기에서 누설전류를 검출하는 누설전류 검출부;
    누설전류 허용치 설정부;
    상기 누설전류 검출부에서 검출된 누설전류 검출값과 상기 누설전류 허용치 설정부에서 설정된 누설전류 허용치를 비교하는 제1 비교기;
    상기 누설전류를 3상 전원의 반주기 간격으로 검출하여 반주기 전과 후에 검출한 2개의 누설전류의 벡터값을 감산하여, 반주기 동안 변화한 변화누설전류를 산정하는 변화누설전류 산정부;
    변화누설전류 허용치 설정부;
    상기 변화누설전류 산정부에서 산정된 변화누설전류 산정값과 상기 변화누설전류 설정부에서 설정된 변화누설전류 허용치를 비교하는 제2 비교기; 및
    상기 누설전류 검출값이 상기 누설전류 허용치를 초과하는 경우 또는 상기 변화누설전류 산정값이 상기 변화누설전류 허용치를 초과하는 경우에 작동하여 상기 접점을 개로하는 회로차단기구를 포함하는 것을 특징으로 하는 3상 누전차단기.
  2. 제1항에 있어서, 상기 3상 누전차단기는 기준전압을 검출하는 기준전압 검출부를 더 포함하고, 상기 변화누설전류 산정부는 상기 기준전압의 매 반주기 마다 누설전류의 평행성분과 수직성분을 계산하는 평행성분 및 수직성분 계산부; 상기 평행 성분과 수직성분의 각각의 반주기 전후의 계산결과를 저장하는 반주기전 계산결과 저장부 및 반주기후 계산결과 저장부; 및 상기 반주기전 계산결과와 반주기후 계산결과의 차이를 계산하는 누설전류 차감부를 포함하여, 상기 3상 전원의 반주기 전과 후에 검출한 2개의 누설전류를 각각 상기 기준전압에 대한 평행성분과 수직성분으로 분해하여 변화누설전류를 산정하는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 3상 누전차단기.
  3. 제2항에 있어서, 상기 기준 전압 검출부는 상기 3상 전원에서 임의의 선간전압을 택하여 3상 전원의 매 반주기(T/2) 동안에 상기 반주기의 제1 T/4의 제1 구형파 전압과 상기 반주기의 제2 T/4의 제2 구형파 전압을 반복적으로 발생하고,
    상기 평행성분 및 수직성분 계산부는 상기 제1 구형파 전압으로 작동하는 제1 스위치; 제2 구형파 전압으로 작동하는 제2 스위치; 상기 제1 스위치가 작동될 때 누설전류의 순시값을 상기 제1 T/4에서 적분하여 제1 적분값을 산출하는 제1 적분기; 상기 제2 스위치가 작동될 때 상기 제2 T/4에서 제2 적분값을 산출하는 제2 적분기; 상기 제1 적분값과 제2 적분값을 가산하여 평행성분을 산정하는 가산기; 및 상기 제1 적분값에서 제2 적분값을 감산하여 수직성분을 산정하는 감산기를 포함하여, 상기 2개의 누설전류의 기준전압에 대한 평행성분과 수직성분을 산정하는 것을 특징으로 하는 3상 누전차단기.
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