KR200303229Y1 - 안전분전반 - Google Patents

Abstract

교류전원을 인가 받아 분기회로별로 누설전류를 검출하는 2개 이상의 영상변류기와, 상기 각 영상변류기의 검출신호를 증폭시켜 누설전류판별부에 입력하는 레벨증폭부와, 비교기로 구성된 누설전류판별부와, 상기 누설전류판별부의 기 설정된 정격감도전류 기준치(정격부동작전류)와 비교하여 기준 초과시 출력을 발생시켜 트립코일의 작동에 따라 인입전원을 차단하는 전원부를 특징으로 분기회로별로 누전차단부의 전원차단 작동 감도전류를 차등성 있게 검지하여 인입전원을 차단하는 것을 특징으로 하는 안전분전반

Description

안전분전반 { Safe switchboard }

본 고안은 분전반에 관한 것으로, 특히 분기회로별로 각기 다른 정격감도전류를 기준으로 누전(누설전류)을 감지하고 인입전원을 차단하는 분전반에 관한 것이다.

가정용 분전반의 누전차단기는 일반적으로 현재의 누전차단기 설치기준에 적합한 정격감도전류 30mA, 동작시간 30msec 이하의 성능을 갖는 누전차단기를 적용하고 있다.

상기 누전차단기는 보통의 경우에는 안전상에 문제가 없으나 인체가 물에 젖어 있는 상태에서는 인체의 전기적 임피던스가 보통의 약 1725Ω에서 약 500Ω으로 떨어져 기존의 정격감도전류 30mA의 누전차단기로는 위험할 수 있다.

일본에서는 특수한 장소의 경우 정격감도전류 15mA, 미국의 UL규격에서는 정격감도전류 6mA 규격을 적용하는 추세로 국내에서도 특수한 장소(욕실 등)에서는 정격감도전류를 30mA 미만으로 적용하는 것을 검토ㆍ제안(인체감전보호용 누전차단기 설치기준 개선에 관한 연구과제 중간발표, 서울산업대 정재희교수, 한국전기산업신문)하는 추세이다.

별도의 장소에 정격감도전류 15mA의 꽂음식 누전차단기를 적용할 경우 해당콘센트 이후에만 정격감도전류 15mA의 특성을 갖는 누전대책이 되어 정격감도전류 15mA의 꽂음식 누전차단기 전단 매입선로 전선의 피복이 벗겨져 있는 상태에서 습도가 높아져 누전 되거나 못 등의 외력에 의해 누전 되는 경우 등에 대해서는 효과적인 누전 대책이 되지를 못한다.

일반적으로 누전차단기는 교류 110V/220V의 저압회로(15∼30A)를 이루는 가정용 분전반 내에 설치되어 인체의 감전사고와 누전에 의한 화재 및 과전류, 단락에 의한 안전사고 등을 예방하기 위한 목적으로 사용되는 기기이다.

최근 인명 및 재산존중의 입장에서 감전 재해에 대한 의식이 고조되고 법적인 측면에서도 설치의무 장소가 증가될 정도로 사용이 증가되고 있는 실정이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 1은 종래 기술에 따른 누전차단기를 개략적으로 나타낸 회로도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 종래 기술은 입력되는 3상 전류균형의 붕괴를 감지하는 영상변류기와, 상기 영상변류기에서 발생되는 기전력을 인가 받아 감도를 선택하는 감도전류선택부와, 상기 감도전류선택부의 선택신호를 인가 받아 증폭시킨 후 기설정된 감도선택 기준치와 비교하는 전용 IC와, 상기 전용 IC의 출력신호에 따라 동작하는 사이리스터와, 상기 사이리스터의 온/오프 여부에 따라 전류를 도통하는 트립코일과, 상기 사이리스터의 입출력단에 연결되어 전원을 공급하는 전원부로 구성된다.

이와 같이 구성된 누전차단기는 누전 발생시 상기 영상변류기에서 각상(R,S,T)의 전류균형의 붕괴를 감지하여 2차권선에 기전력이 발생되고, 상기 신호는 감도선택부를 거쳐 상기 전용 IC에 인가되고, 상기 전용 IC에서 신호를 증폭시키고, 기설정된 감도선택 기준치와 비교하여 기준 초과시 출력을 발생시켜 상기 전용 IC 우측단에 접속된 상기 사이리스터를 동작시키고, 상기 사이리스터가 온 상태가 되면 상기 트립코일에 전류가 흘러 기구부(도시생략)를 해제시켜 누전차단기가 동작한다.

본 고안은 분전반내 분기회로별로 각기 다른 정격감도전류를 갖는 누전차단부에 관한 것이다

일 실시 예로, 3분기(회로) 분전반의 경우 1회로는 정격감도전류 30mA의 누설전류에 대해 전원을 차단하는 것으로 부하는 전등에 배선되고, 다른 1회로는 정격감도전류 30mA의 누설전류에 대해 전원을 차단하는 것으로 부하는 전열 콘센트에 배선되고, 마지막 1회로는 정격감도전류 15mA의 누설전류에 대해 전원을 차단하는 것으로 부하는 욕실, 주방 싱크대, 세탁실 전열 콘센트에 배선하는 실시 예로 분기회로별 사용환경(부하주변 사용환경)에 따라 정격감도전류를 달리 설정하여 각기 다른 누설전류량에 대해 전원을 차단하는 것을 통하여 상시누설전류에 대한 오작동 및 인체가 젖어 임피던스가 낮아 졌을 때의 심실세동전류를 기준으로 정격감도전류를 대응하고자 분기회로별로 각기 다른 정격감도전류의 누전차단부를 갖는 분전반을 특징으로, 일 실시 예로 누전차단부 이후 각 분기회로별로 정격감도전류가 다른 누전차단기를 구성하여 부하 주변의 환경 및 인체의 환경에 따라 달라지는 심실세동전류를 기준으로 정격감도전류를 대응하며, 누전차단부 이후 각 분기회로별로 배선차단기를 구성하여 부하 전원 차단을 용이하게 하며, 본 고안을 수배전반의 단자대에 설치하여 누전차단부 이후 각 분기회로별로 정격감도전류가 다른 누전차단기 또는 배선차단기를 구성하며, 주택용 분전반에 설치하여 누전차단부 이후 각 분기회로별로 정격감도전류가 각기 다른 누전차단기를 통해 전등, 콘센트, 기타 배선에 배선되는 것을 통하여 각각 분기회로 별로 직렬의 이중 누전차단기(안전분전반의 누전차단부 및 분기회로별 누전차단기)로 구성되어 1개의 누전차단기가 고장으로 작동하지 않더라도 나머지 직렬의 누전차단기가 분기회로별로 동일한 정격감도전류에 따라 작동하여 이중의 안전성을 확보하며, 누설전류판별부는 원칩의 IC로 핀별로 각기 다른 정격감도전류를 기준으로 전원부 작동 판단을 위하여 2개 이상의 정격감도전류 기준치를 갖는 비교기로 구성된 것을 특징으로 하는 것을 기술적 과제로 한다.

도 1은 종래 기술에 따른 누전차단기를 개략적으로 나타낸 구성도

도 2는 본 고안에 따른 안전분전반의 누전차단부를 개략적으로 나타낸 구성도

도 3은 본 고안에 따른 안전분전반을 개략적으로 나타낸 구성도

도 4는 정격감도전류 가변형 누전차단부를 개략적으로 나타낸 구성도

도 5는 누설전류판별부의 일 실시 예를 나타낸 구성도

도 6은 분기회로별 정격감도전류가 다른 누전차단기를 나타낸 구성도

도 7은 직렬의 이중 누전차단부를 나타낸 구성도

〈 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 〉

10 : 30mA 정격감도전류 감지용 영상변류기

20 : 15mA 정격감도전류 감지용 영상변류기

30 : 레벨증폭부

40 : 누설전류판별부

50 : 전원부

60 : 1번 분기회로 개폐기

70 : 2번 분기회로 개폐기

80 : 3번 분기회로 개폐기

90 : 누전차단부

동일한 정격감도전류를 갖는 분기회로별로 설치되는 영상변류기, 레벨증폭부, 누설전류판별부, 전원부로 구성된 누전차단부 및 누전차단부 이후 분기회로별로 개폐기, 다른 정격감도전류를 갖는 누전차단기로 구성된 것을 특징으로 이하 도면을 통해 상세히 설명하면,

도 1은 종래 기술에 따른 누전차단기를 개략적으로 나타낸 구성도로써, 누전차단기의 정격감도전류를 가변하여 사용할 수 있는 고안이다.

도 2는 본 고안에 따른 안전분전반의 누전차단부를 개략적으로 나타낸 구성도로써, 일 실시 예로, 도 2에서 교류전원을 인가 받아 분기회로별로 누설전류를검출하는 2개 이상의 영상변류기로 구성하여 30mA 정격감도전류 감지용 영상변류기(10)과 15mA 정격감도전류 감지용 영상변류기(20)으로 구성되었을 경우, 영상변류기는 동일한 특성을 갖는 영상변류기 이지만 각각의 영상변류기 이후 인입된 레벨증폭부에서 정격감도전류에 반비례하는 증폭저항를 통해 감도전류를 다르게 감지한다.

예를 들어, 도 3의 분기회로에는 1번 분기회로 개폐기(60), 30mA 정격감도전류 감지용 영상변류기(10), 레벨증폭부(30)의 증폭저항에 연결될 경우, 이해의 편의상 증폭저항을 1Ω이라 가정하며, 3번 분기회로에는 3번 분기회로 개폐기(80), 15mA 정격감도전류 감지용 영상변류기(20), 레벨증폭부(30)의 증폭저항에 연결될 경우, 이해의 편의상 증폭저항을 2Ω이라 가정할 경우, 30mA 정격감도전류 감지용 영상변류기(10)에서 정격부동작전류는 15mA, 15mA 정격감도전류 감지용 영상변류기(20)는 정격부동작전류가 7.5mA 이므로, 1번 3번 분기회로에서 각각 누설전류가 10mA씩 발생할 경우, 1번 분기회로에서는 1번 분기회로의 증폭저항에 의해 1Ω × 10mA = 10mV 의 전압을 누설전류판별부(40)의 비교기로 보내진다. 비교기의 기준 전압이 15mV(상기 예에서 정격부동작전류 15mA 기준)로 입력되었을 경우 출력은 0으로 전원부의 트립코일을 작동시키지 않아 인입전원을 차단하지 않는다.

그러나, 똑같은 10mA의 누설전류에 대해서도 3번 분기회로에서는 3번 분기회로의 증폭저항에 의해 2Ω × 10mA = 20mV 의 전압을 누설전류판별부(40)의 비교기로 보내진다. 비교기의 기준 전압이 15mV(상기 예에서 정격부동작전류 15mA 기준)으로 입력되었을 경우 출력은 1로써 전원부의 트립코일을 작동시켜 인입전원을 차단한다.

즉, 분기회로별로 영상변류기로 감지된 누설전류를 레벨증폭부는 정격감도전류에 반비례하는 증폭저항를 통하여 영상변류기의 검출신호를 동일 레벨(상기 예에서, 3번 분기회로의 정격부동작전류 7.5mA는 1번 분기회로의 15mA 정격부동작전류와 동일한 출력를 갖는다)로 증폭시키는 것을 특징으로 하여 분기회로별로 누전차단부의 전원차단 작동 감도전류를 차등성 있게 검지하여 인입전원을 차단하는 것을 특징으로 한다.

도 3은 본 고안에 따른 안전분전반을 개략적으로 나타낸 구성도로써, 누전차단부(90) 이후에 분기회로별로 개폐기(60~80)를 설치한 것으로 구성된 일 실시 예를 나타낸다.

도 4는 정격감도전류 가변형 누전차단부를 개략적으로 나타낸 구성도로써, 레벨증폭부(30) 내의 증폭저항을 가변시키는 구성 예를 통하여 작업자가 임의로 분기회로별로 정격감도전류를 가변하는 일 실시 예를 나타낸다.

도 5는 누설전류판별부(40)의 일 실시 예를 나타낸 구성도로써, 레벨증폭부(30)에서 증폭저항을 정격감도전류에 반비례하는 증폭저항으로 구성 또는 동일한 저항으로 구성하여도 누설전류판별부(40)의 전용 IC로 구성된 비교기에서 입력 핀별로 비교되는 정격감도전류를 다르게 판별하여 분기회로별로 정격감도전류를 다르게 적용하는 일 실시 예로써, 1~4번 핀에 접속될 경우 입력된 누설전류를 정격감도전류 15mA 정격부동작전류 7.5mA로 비교 판단하며, 6~9번 핀에 접속될 경우 입력된 누설전류를 정격감도전류 30mA 정격부동작전류 15mA로 비교 판단하는구성 예를 보인 것으로, 누설전류판별부는 원칩의 IC로 핀별로 각기 다른 정격감도전류를 기준으로 전원부 작동 판단을 위하여 2개 이상의 정격감도전류 기준치를 갖는 비교기로 구성된 것으로 각 영상변류기의 검출신호를 증폭시켜 누설전류판별부에 입력하는 레벨증폭부와, 네가티브(-)측 입력단자에는 정격감도전류 전압값이 인가되고, 포지티브(+)측 입력단자는 각각의 영상변류기의 출력을 레벨증폭부에서 증폭하여, 비교기로 구성된 누설전류판별부에 입력하여 각 분기회로별로 정격감도전류 전압값과 비교하여 인입전원 차단여부의 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 구성 예를 보인 것이다.

도 6은 정격감도전류가 동일한 분기회로별 정격감도전류가 다른 누전차단기를 나타낸 구성도로써, 수배전반의 단자대(배전반) 또는 가정용 분전반의 구성 일 예를 나타낸 것으로, 누전차단부 이후 정격감도전류가 동일한 분기회로별로 누전차단기를 구성한 것으로, 분기회로별로 이중의 누전차단기 효과를 얻을 수 있는 일 실시 예이다.

도 7은 직렬의 이중 누전차단부를 나타낸 구성도로써, 수배전반의 단자대 또는 가정용 분전반의 구성 일 예를 나타낸 것으로, 직렬의 이중 누전차단부를 구성하여 각 분기회로별로 각기 다른 정격감도전류를 갖는 영상변류기를 통해 분기회로별로 이중의 누전차단기 효과를 얻을 수 있는 일 실시 예이다.

하나의 누전차단기로 구성된 분전반의 경우 안전점검을 하여보면 평균 2%의 고장율을 보이고 있으며, 화재사고의 큰 비중을 전기화재가 차지하고 있는 현실에서 단 1%의 고장도 간과할 수 없다. 그렇다고 분기회로별로 각기 다른 정격감도전류를 갖는 누전차단기를 이중으로 설치할 경우, 3분기 분전반의 경우 6개의 누전차단기를 필요로 한다. 그러나, 본 고안의 누전차단부와 분기회로별로 누전차단기를 도 6과 같이 구성할 경우, 안전분전반의 누전차단부를 누전차단기 1개로 간주하면, 누전차단기는 3개만으로도 분기회로별로 직렬의 이중 누전차단기를 구성한 동일한 효과를 갖는다.

또한, 도 7과 같이 누전차단부를 직렬의 이중으로 구성할 경우 누전차단부 2개면 분기회로수와 관계없이 상기와 동일한 효과를 얻는다.

일 실시 예로, 주택용 분전반에 설치되어 누전차단부 이후 각 분기회로별로 정격감도전류가 6mA, 15mA, 30mA의 각기 다른 분기회로를 통해 정격감도전류가 6mA인 분기회로를 통한 배선은 욕실 콘센트, 전등으로 배선되고, 정격감도전류가 15mA인 분기회로를 통한 배선은 주방, 세탁실 콘센트로 배선되고, 정격감도전류가 30mA인 분기회로를 통한 배선은 상기 외 전등, 콘센트에 배선되는 구성 및 각각 분기회로별로 직렬의 이중 누전차단부로 구성되어 1개의 누전차단부가 고장으로 작동하지 않더라도 나머지 직렬의 누전차단부가 분기회로별로 동일한 정격감도전류로 작동하여 이중의 안전성을 확보하는 실시 예가 가능한 안전분전반으로 상기 예는 본 고안의 일 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였으나, 본 고안의 상기한 실시 예에 한정되지 아니하며, 특히 일 실시 예로 분기회로 수, 정격감도전류, 누전차단기의 개수 변경 등은 당해 고안이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 형태로 변형 될 수 있다.

분기회로별로 각기 다른 정격감도 전류를 갖고 누설전류 발생시 전원을 차단하는 목적을 달성하기 위해서는 각 분기회로별 또는 정격감도전류별로 각기 다른 정격감도전류를 갖는 누전차단기를 설치하여야 했으나, 본 고안에 따라 분기회로별로 영상변류기를 통하여 검지된 누설전류를 희망하는 정격감도로 증폭하여 각 분기회로별로 정격감도전류를 각각 설정하여 인입전원을 차단할 수 있어 분전반 또는 수배전반의 부피를 최소화시키며 분기회로별 부하 주변의 환경에 따라 정격감도전류를 적절하게 조정할 수 있으며, 분기회로별로 각기 다른 정격감도전류를 갖는 누전차단부를 이중으로 설치할 경우 직렬의 2개 누전차단부중 한 개의 누전차단부가 고장이 발생하더라도 직렬의 동일한 정격감도전류로 검지하는 영상변류기를 통해 누전차단부가 작동하여 이중의 안전성을 확보할 수 있는 것을 특징으로 한다.

Claims (10)

1. 교류전원을 인가 받아 분기회로별로 누설전류를 검출하는 2개 이상의 영상변류기와, 상기 각 영상변류기의 검출신호를 증폭시켜 누설전류판별부에 입력하는 레벨증폭부와, 비교기로 구성된 누설전류판별부와, 상기 누설전류판별부의 기 설정된 정격감도전류 기준치(정격부동작전류)와 비교하여 기준 초과시 출력을 발생시켜 트립코일의 작동에 따라 인입전원을 차단하는 전원부를 특징으로 분기회로별로 영상변류기를 통한 누전차단부의 전원차단 작동 감도전류를 차등성 있게 검지하여 인입전원을 차단하는 것을 특징으로 하는 안전분전반
2. 제 1 항에 있어서,

   레벨증폭부는 정격감도전류에 반비례하는 증폭저항를 통하여 영상변류기의 검출신호를 동일 레벨로 증폭시키는 것을 특징으로 하는 안전분전반
3. 제 1 항에 있어서,

   각 영상변류기의 검출신호를 증폭시켜 누설전류판별부에 입력하는 레벨증폭부와, 네가티브(-)측 입력단자에는 정격감도전류 전압 값이 인가되고, 포지티브(+)측 입력단자는 각각의 영상변류기의 출력을 레벨증폭부에서 증폭하여, 입력된 전압 값이 비교기로 구성된 누설전류판별부로 입력되어 각 분기회로별로 정격감도전류의 전압 값과 비교하여 인입전원 차단여부의 판별신호를 출력하는 것을 특징으로 하는안전분전반
4. 제 1 항에 있어서,

   누전차단부 이후 각 분기회로별로 정격감도전류가 다른 누전차단기를 구성하여 각각 분기회로별로 누전차단부 및 누전차단기가 직렬의 이중 누전차단기로 구성되어 1개의 누전차단기가 고장으로 작동하지 않더라도 나머지 직렬의 누전차단기가 분기회로별로 동일한 정격감도전류(누전차단부의 분기회로별 영상변류기의 정격감도전류가 동일한)로 작동하여 이중의 안전성을 확보하는 것을 특징으로 하는 안전분전반
5. 제 1 항에 있어서,

   누전차단부 이후 각 분기회로별로 배선차단기를 구성한 것을 특징으로 하는 안전분전반
6. 제 1 항에 있어서,

   수배전반의 단자대에 설치되어 누전차단부 이후 각 분기회로별로 배선차단기, 정격감도전류가 다른 누전차단기를 구성한 것을 특징으로 하는 안전분전반
7. 제 1 항에 있어서,

   주택용 분전반에 설치되어 누전차단부 이후 각 분기회로별로 정격감도전류가15mA와 30mA의 각기 다른 누전차단기를 통해 정격감도전류가 15mA인 누전차단기를 통한 배선은 주방, 욕실, 세탁실 콘센트로 배선되고, 정격감도전류가 30mA인 누전차단기를 통한 배선은 상기 외 전등, 콘센트, 기타 배선에 배선되는 것을 통하여 각각 분기회로별로 누전차단부 및 누전차단기가 직렬의 이중 누전차단기로 구성되어 1개의 누전차단기가 고장으로 작동하지 않더라도 나머지 직렬의 누전차단기가 분기회로별로 동일한 정격감도전류(누전차단부의 분기회로별 영상변류기의 정격감도전류가 동일한)로 작동하여 이중의 안전성을 확보하는 것을 특징으로 하는 안전분전반
8. 제 1 항에 있어서,

   주택용 분전반에 설치되어 누전차단부 이후 각 분기회로별로 정격감도전류가 6mA, 15mA, 30mA의 각기 다른 분기회로를 통해 정격감도전류가 6mA인 분기회로를 통한 배선은 욕실 콘센트, 전등으로 배선되고, 정격감도전류가 15mA인 분기회로를 통한 배선은 주방, 세탁실 콘센트로 배선되고, 정격감도전류가 30mA인 분기회로를 통한 배선은 상기 외 전등, 콘센트에 배선되며, 각각 분기회로별로 직렬의 이중 누전차단부로 구성되어 1개의 누전차단부가 고장으로 작동하지 않더라도 나머지 직렬의 누전차단부가 분기회로별로 동일한 정격감도전류로 작동하여 이중의 안전성을 확보하는 것을 특징으로 하는 안전분전반
9. 제 1 항에 있어서,

   누설전류판별부는 원칩의 IC로 핀별로 각기 다른 정격감도전류를 기준으로 전원부 작동 판단을 위하여 2개 이상의 정격감도전류 기준치를 갖는 비교기로 구성된 것을 특징으로 하는 안전분전반
10. 제 1항에 있어서,

    레벨증폭부내의 증폭저항은 영상변류기 별로 1:1로 배선된 가변저항으로 구성하여, 가변저항의 가변에 따라 영상변류기(분기회로) 별로 누설전류감지(정격감도전류)를 다르게 검지하는 것을 특징으로 하는 안전분전반