KIM GI-YOUNG (KR)
| KR100396293B1 | ||||
| KR20070012763A | ||||
| KR20060013175A | ||||
| KR100600439B1 | ||||
| JP2004343977A |
특허법인 다인 (KR)
| 전기전자 기기의 전류로부터 검출신호를 생성하는 전류 센서와, 상기 전류 센서에서 생성된 아날로그 검출신호를 디지털 신호로 변환하는 논리 회로부와, 외부 전원과 연결되어 상기 전기전자 기기와 외부 전원을 단속하는 스위칭부와, 상기 논리 회로부에서 출력된 디지털 신호를 누적 처리하여 데이터화하고 처리된 값이 기준값보다 크면 상기 스위칭부를 제어하여 상기 전기전자 기기와 외부 전원을 차단하는 제어부와, 상기 제어부에 의해 누적 처리된 데이터화된 정보를 저장하는 메모리를 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털 자동차단기. |
| 제1항에 있어서, 원격감시 제어시스템으로부터 데이터를 수신하기 위한 통신 제어부를 더 포함하여, 상기 통신 제어부를 통해 상기 원격감시 제어시스템으로부터 상기 기준값을 수신하는 것을 특징으로 하는 디지털 자동차단기. |
| 제1항에 있어서, 상기 기준값은 제1 기준값 및 제2 기준값을 포함하여, 상기 제어부는 처리된 값이 상기 제1 기준값보다 크면 외부 전원을 차단하고, 상기 제1 기준값보다 작고 제2 기준값보다 크면 경고 신호를 출력하고, 처리된 값이 상기 제2 기준값보다 작으면 정상상태 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 디지털 자동차단기. |
| 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 기준값은 사고발생이 예측되는 전류의 피크치이거나 사고발생이 예측되는 검출신호의 데이터화에 따른 결과치인 것을 특징으로 하는 디지털 자동차단기. |
| 제1항에 있어서, 상기 스위칭부는 제1 인버터 및 제2 인버터를 포함하고 각 인버터는 트랜지스터와 전정류기를 구비하여, 상기 제어부로부터 제어신호가 상기 제1 인버터 및 제2 인버터로 동시 입력되면 각 인버터의 트랜지스터가 온/오프되어 상기 전기전자 기기와 외부 전원이 연결되거나 차단되는 것을 특징으로 하는 디지털 자동차단기. |
본 발명은 과전류를 차단하는 디지털 자동차단기에 관한 것으로, 특히 트립의 원인을 파악할 수 있고 사고발생이 예측되는 범위에서 사전에 트립 동작을 수행하며 외부감시 시스템에 의하여 관리되는 디지털 자동차단기에 관한 것이다.
종래 과전류를 차단하는 자동차단기는 다수 존재한다. 바이메탈 스트립을 이용하여 전류 통과 시 발생하는 열 분산에 의해 스위칭을 하여 회로를 개방시키는 열감지형 자동차단기가 있다. 다른 방식으로는 전류에 의하여 발생된 자기장 하에서 스위치로 구성되는 아마추어(armature)와 같은 부품의 작동에 의해 차단기능을 수행하는 전자석 자동차단기가 있다.
열감지형 자동차단기는 차단시간이 길고 주변 온도에 따라 동작 성능이 영향을 받기 때문에 신뢰성이 낮다. 전자석 자동차단기는 반도체 부품들로 구성되는 전자회로를 보호하는데 필요한 정도의 신속한 차단을 수행하나, 이 역시 외부환경요인(온도변화, 기계적 진동, 자석의 간섭 등)에 영향을 받아 신뢰성이 낮다.
이러한 점에서 외부환경요인에 의한 영향이 작고 과부하 감지에 따른 응답속도가 빠른 것으로 반도체 자동차단기가 개발되었다.
그 대표적인 것으로 미국특허 제6,982,335호는 아크전류를 발생시키지 않고 DC 전류를 차단할 수 있으며 유지보수가 필요 없는 반도체 스위치를 구비한 고속의 반도체 DC 전류 차단기를 개시하고 있다. 이 차단기의 반도체 스위치는 온 시 DC 전압원으로부터 일 방향으로 전류가 흐르도록 하는 애노드 및 캐소드와 제어전극으로 제1, 제2, 제3게이트로 구성되어 있으며, 여기서 애노드는 DC 전압원에 연결되고 캐소드는 부하에 연결된다.
그러나 반도체 DC 전류 차단기는 위험 감지 후 트립이 되었을 경우 어떠한 위험에 의하여 트립되었는지 알 수가 없게 되어 다시 스위치를 온하여 이상 유무를 확인하게 되고 트립의 원인파악이 안 된 상태에서 전기회로를 교체해야 하는 일이 발생한다.
그러므로 이러한 반도체 자동차단기와 같은 디지털 자동차단기의 경우 트립의 원인을 신속히 파악하는 한편 사고발생이 예측되는 범위에서 사전에 트립되고 이를 외부감시 시스템에 의하여 확인할 수 있다면 바람직하다. 또한, 디지털 자동차단기의 이상 상태 감지 기준값을 외부감시 시스템에 의해 원격으로 제어할 수 있다면 바람직할 것이다.
본 발명의 목적은 사고발생이 예측되는 범위에서 사전에 트립시키고 외부감시 시스템에 의하여 확인할 수 있는 디지털 자동차단기를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 사고발생이 예측되는 전류의 피크치를 원격으로 제어하고, 펄스폭변조(PWM) 제어를 하도록 마이콤과 반도체 스위칭 소자를 구비한 디지털 자동차단기를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 외부감시 제어시스템과 원격 통신되는 통신수단을 구비하여 그의 작동상태는 물론 그와 연결된 전기전자 기기의 작동상태를 확인하여 원격 제어를 가능하게 한 디지털 자동차단기를 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 디지털 자동차단기는 전기전자 기기의 전류로부터 검출신호를 생성하는 전류 센서와, 상기 전류 센서에서 생성된 아날로그 검출신호를 디지털 신호로 변환하는 논리 회로부와, 외부 전원과 연결되어 상기 전기전자 기기와 외부 전원을 단속하는 스위칭부와, 상기 논리 회로부에서 출력된 디지털 신호를 누적 처리하여 데이터화하고 처리된 값이 기준값보다 크면 상기 스위칭부를 제어하여 상기 전기전자 기기와 외부 전원을 차단하는 제어부와, 상기 제어부에 의해 누적 처리된 데이터화된 정보를 저장하는 메모리를 포함한다.
상기 스위칭부는 두 개의 CMOS 인버터로 구성되며, 각각의 CMOS 인버터는 쌍을 이룬 두 개의 FET와 전정류기를 구비하며, 각기 쌍을 이룬 FET는 마이콤으로부터의 PWM 제어신호의 펄스주기에 따라 온/오프 되어 AC 전원과 부하(전기전자 기기)를 서로 연결하거나 차단한다.
이와 같이, 본 발명은 전류 센서로부터의 검출신호를 데이터화하여 메모리에 저장하고 동시에 검출신호를 원격감시 제어시스템으로 송신함으로써 디지털 자동차단기의 원격 감시가 가능하며 이상 발생 시 메모리에 저장된 데이터를 분석하여 트립 원인(과부하, 누전, 서지전압, 단락 등)을 파악할 수 있는 효과가 있다.
또한, 원격감시 제어시스템이 사고발생이 예측되는 기준값을 생성하여 디지털 자동차단기에 송신하므로 디지털 자동차단기가 사고발생이 예측되는 범위에서 사전 트립을 수행할 수 있어서 더욱 안전한 전기 관리를 할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따라 원격감시 제어시스템과 전기전자 기기에 연결된 다수의 디지털 자동차단기 간에 데이터 통신을 하는 것을 나타낸 도면.
도 2는 본 발명에 따른 디지털 자동차단기의 내부 블럭도.
도 3은 본 발명에 따른 디지털 자동차단기의 AC 스위칭부의 상세 회로도.
도 4는 본 발명에 따른 디지털 자동차단기의 작동을 나타낸 순서도.
도 5는 본 발명에 따른 디지털 자동차단기의 실제 제품을 나타낸 도면.
본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명에 따른 디지털 자동차단 시스템(10)의 블록도이다. 디지털 자동차단 시스템(10)은 다수의 디지털 자동차단기(1, 2, 3)로 구성되고, 각 차단기(1, 2, 3)는 산업용기기(4), 조명기기(5), 가전제품용 기기(6) 등의 전기전자 기기에 연결되거나 일체로 설치된다. 디지털 자동차단기(1, 2, 3)는 그들의 작동을 감시하는 원격감시 제어시스템(9)과 연결되어 있다. 디지털 자동차단기(1, 2, 3)와 원격감시 제어시스템(9)은 전력선 통신(PLC)이나 이더넷 등을 통해 상호 통신할 수 있다.
도 2는 디지털 자동차단기(1)의 블록도이고, 도 3은 AC 스위칭부(20)의 상세회로도이다. 디지털 자동차단기(1)의 마이콤(11)은 전원단자(Vcc, Voc)를 통해 전원부(12)에 연결된다. 전원부(12)는 AC 전원과 연결되며, 마이콤(11)을 비롯하여 디지털 자동차단기(1)의 부품에 직류전원을 공급한다. 메모리(13)는 마이콤(11)에서 출력된 데이터를 저장하거나 저장된 데이터를 마이콤(11)에 출력한다.
표시부(40)는 LED군(41, 42, 43)으로 구성되며, 각 LED군(41, 42, 43)은 적색 LED 및 녹색 LED로 구성된다.
변류기(CT) 또는 영상변류기(ZCT)는 전원선 상에 흐르는 전류로부터 검출신호를 생성하여 논리회로부(16)로 전달한다. 논리회로부(16)는 변류기(CT) 또는 영상변류기(ZCT)로부터의 아날로그 검출신호를 디지털화하여 소정 주기의 클럭신호로 마이콤(11)에 출력한다. 리세트키(45)는 디지털 자동차단기(1)를 시스템 초기화하고, 트립키(46)는 강제 트립을 수행하고 부저(47)는 트립 상태를 경고하는 부저음을 출력한다.
통신 제어부(22)는 AC 전원과 연결되어 AC 전원선 상에서 마이콤(11)과 원격감시 제어시스템(9)간에 데이터 통신이 가능하게 한다. 통신 제어부(22)를 통해 외부의 원격감시 제어시스템(9)이 디지털 자동차단기(1)를 원격 제어할 수 있다.
도 3에 도시한 바와 같이, AC 스위칭부(30)는 반도체 스위칭 소자로서 다수의 CMOS 전계효과 트랜지스터(이후 FET라 칭함) 및 전정류기를 구비하여 두 개의 CMOS 인버터로 구성된다.
제1 CMOS 인버터(23)는 제1 FET(Q 1 ) 및 제2 FET(Q 2 )와 전정류기(U 1 )로 구성되며, 정전류기(U 1 )의 일측 출력단은 제1 FET(Q 1 ) 및 제2 FET(Q 2 )의 베이스(B)에 연결되고 타측 출력단은 그들의 게이트(G)에 접속된다. 제1 FET(Q 1 ) 및 제2 FET(Q 2 )의 게이트(G)가 상호 연결되고 그들의 캐소드(K)와 애노드(A)의 간에는 각각 제너다이오드(Z 1 , Z 2 )가 접속되고, 동시에 제1 FET(Q 1 )의 캐소드(K)에는 AC 전원의 일측단자(A 1 )가 연결되고 제2 FET(Q 2 )의 애노드(A)에는 부하의 일측단자(L 1 )가 연결된다. 전정류기(U 1 )의 일측 입력단으로는 마이콤(11)의 제어신호가 다이오드(D 1 )와 논리게이트(U 2 , U 3 )를 통해 입력되어 제1 FET(Q 1 ) 및 제2 FET(Q 2 )를 포화상태로 하고 타측 입력단으로는 마이콤(11)의 제어신호가 다이오드(D 1 )를 통해 직접 입력된다.
마찬가지로 제2 CMOS 인버터(24)는 제3 FET(Q 3 ) 및 제4 FET(Q 4 )와 전정류기(U 6 )로 구성되며, 정전류기(U 6 )의 일측 출력단은 제3 FET(Q 3 ) 및 제4 FET(Q 4 )의 베이스(B)에 연결되고 타측 출력단은 그들의 게이트(G)에 접속된다. 제3 FET(Q 3 ) 및 제4 FET(Q 4 )의 게이트(G)가 상호 연결되고 그들의 캐소드(K)와 애노드(A)간에는 각각 제너다이오드(Z 3 , Z 4 )가 접속되고, 동시에 제4 FET(Q 4 )의 애노드(A)에는 AC 전원의 타측 입력단자(A 2 )가 연결되고 제3 FET(Q 3 )의 캐소드(K)에는 부하의 타측단자(L 2 )가 연결된다. 전정류기(U 6 )의 일측 입력단으로 마이콤(11)의 제어신호가 다이오드(D 4 )와 논리게이트(U 4 , U 5 )를 통해 입력되어 제3 FET(Q 3 ) 및 제4 FET(Q 4 )을 포화상태로 하고 타측 입력단으로는 마이콤(11)의 제어신호가 다이오드(D 2 )를 통해 직접 입력된다.
이와 같이 구성된 AC 스위칭부(20)는 AC 전원 단자(A 1 , A 2 )로부터 AC 전원을 공급받고 AC 스위칭부(20)의 작동에 따라 부하 단자(L 1 , L 2 )에 연결된 전기전자 기기에 AC 전원을 인가하거나 차단하게 된다.
즉, 정상 작동 시 제1 CMOS 인버터(23)로 마이콤(11)의 정상 작동 제어신호(PWM 제어신호)가 입력되어 제1 FET(Q 1 ) 및 제2 FET(Q 2 )의 베이스(B)가 포화상태로 되고 그들의 게이트(G)가 온 상태가 되어 제1 FET(Q 1 ) 및 제2 FET(Q 2 )가 통전 상태로 되기 때문에 AC 전원의 일측단자(A 1 )가 부하의 일측단자(L 1 )에 연결된다.
동시에 제2 CMOS 인버터(24)로 마이콤(11)의 정상 작동 제어신호가 입력되어 제3 FET(Q 3 ) 및 제4 FET(Q 4 )의 베이스(B)가 포화상태로 되고 그들의 게이트(G)가 온 상태가 되어 제3 FET(Q 3 ) 및 제4 FET(Q 4 )가 통전 상태로 되기 때문에 AC 전원의 타측단자(A 2 )가 부하의 타측단자(L 2 )에 연결된다.
반대로, 이상 상태 감지 시 제1 CMOS 인버터(24)로 마이콤(11)의 이상감지 제어신호(PWM 제어신호)가 다이오드(D 1 )를 통해 인가되는데, 이때 이상감지 제어신호의 PWM 주기는 제1 FET(Q 1 ) 및 제2 FET(Q 2 )가 교대로 트립되게 한다. 그러므로 AC 전원의 일측단자(A 1 )와 부하의 일측단자(L 1 )의 접속이 차단된다.
동시에 제2 CMOS 인버터(24)에도 이상감지 제어신호가 다이오드(D 2 )를 통해 인가되고, 이상감지 제어신호의 PWM 주기가 제3 FET(Q 3 ) 및 제4 FET(Q 4 )를 교대로 트립되게 AC 전원의 타측단자(A 2 )와 부하의 타측단자(L 2 )의 접속이 차단된다. 이와 같이 AC 전원 단자(A 1 , A 2 )와 부하 단자(L 1 , L 2 )의 연결이 차단되어 전기전자 기기를 이상 전원으로부터 보호할 수 있다.
마이콤(11)은 도 4에 도시된 바와 같이 작동한다.
단계(S1)에서 마이콤(11)은 시스템 초기화된다. 단계(S2)로 이동하여 원격감시 제어시스템(9)으로부터 수신데이터가 있는지를 판단하고 수신데이터가 있다면 단계(S3)로 이동하여 수신데이터가 에러인지를 판단하여 에러인 경우 단계(S4)로 이동하여 에러코드신호를 발생한다. 만일 수신데이터에 에러가 없는 경우 단계(S5)에서 수신데이터를 메모리에 저장한다.
수신데이터 확인이 되지 않는 경우 단계(S6)에서 키입력이 있는지 확인한다. 키 입력이 리셋트키 입력이면 단계(S1)로 이동하여 시스템 초기화를 다시 수행한다. 만일 키 입력이 트립키 입력이면 단계(S7)로 이동하여 AC 전원을 차단한다.
키 입력이 없다면 단계(S8)에서 변류기(CT) 또는 영상변류기(ZCT) 등의 전류센서로부터 검출신호를 확인한다. 검출신호의 입력이 있으면 단계(S9)에서 검출신호를 데이터화하여 저장하고 검출신호를 원격감시 제어시스템(9)으로 송신한다. 검출신호의 데이터화는 이전의 검출신호에 입력된 검출신호를 누적 처리하여 수행된다. 이와 동시에 단계(S11)에서 검출신호를 기준값과 비교한다.
기준값은 원격감시 제어시스템(9)에서 생성되어 디지털 자동차단기(1)로 전송된다. 기준값은 사고발생이 예측되는 전류의 피크치이거나 사고발생이 예측되는 검출신호의 데이터화에 따른 결과치가 될 수 있다. 원격감시 제어시스템(9)은 수신된 검출신호 또는 데이터화된 정보에 근거하여 기준값을 생성할 수 있다. 검출신호가 기준값을 초과하는 경우 단계(S12)에서 디지털 자동차단기(1)를 트립시켜 AC 전원을 차단하고 LED군(41, 42, 43)의 적색 LED를 점등하고 부저(47)를 동작시키고 상태 데이터를 원격감시 제어시스템(9)에 송신한다.
또한, 검출신호가 기준값에 근접한 경우 단계(S13)에서 LED군(41, 42, 43)의적색 LED 및 녹색 LED를 모두 점등하여 황색으로 표시하고 상태 데이터를 원격감시 제어시스템(9)에 송신한다. 검출신호가 기준값 미만인 경우 단계(S14)로 이동하여 녹색 LED를 점등하여 정상상태를 표시한다. 여기서, 기준값은 제1 기준값 및 제2 기준값으로 구분될 수 있으며, 이 경우 기준값 초과란 제1 기준값을 초과한 것을 의미하고, 기준값 근접이란 제 1기준값과 제2 기준값 사이에 있는 것을 의미하고, 기준값 미만이란 제 2기준값 미만을 의미한다.
도 5는 디지털 자동차단기(1)의 외부 사시도를 나타낸 것이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 디지털 자동차단기(1)의 전면에 작동상태 램프인 LED군(41, 42, 43), 전원표시 램프인 LED(44), 리세트키(45), 트립키(46)가 설치되어 있다. 또한, 디지털 자동차단기(1)의 전면 상단에 AC 전원 단자(A 1 , A 2 )(48)가 설치되고, 전면 하단에 부하단자(L 1 , L 2 )(49)가 설치되어 있다.
Next Patent: POSITIVE PHOTOSENSITIVE POLYIMIDE COMPOSITION