JP6204505B2

JP6204505B2 - センサ用ｃｔと発電用ｃｔが線路上に並列に分離設けられる電流変成システム、及びこれを無線通信網で管理する統合システム

Info

Publication number: JP6204505B2
Application number: JP2015557952A
Authority: JP
Inventors: ジャ−イルコー; テ−キュンキム
Original assignee: フェラリスパワーカンパニーリミテッド
Priority date: 2013-02-21
Filing date: 2014-02-20
Publication date: 2017-09-27
Anticipated expiration: 2034-02-20
Also published as: WO2014129817A1; CN105074480A; EP2960662A1; US20160005534A1; EP2960662A4; JP2016517256A; US10192678B2

Description

本発明は、センサ用ＣＴと発電用ＣＴが線路上に並列に分離設けられる電流変成システム、及びこれを無線通信網で管理する統合システムに関する。特に、電磁誘導方式を利用して異常電流を感知するセンサ用ＣＴと、同様に、電磁誘導方式を利用して電源を生成する発電用ＣＴを作製するものであり、それぞれ別個の構造物として形成し、相互干渉することなく、一定の距離を置いて並列に設けて、発電用ＣＴは、センサ用ＣＴで求められる必要電力量に応じて複数個で並列設けており、構造物をリングタイプとし、クランプ方式で形成することによって、増設時線路に付着が容易であり、入れ替え時の脱着のために構造物のコアで磁性を任意に除去し、メンテナンスが簡単であり、構造物に無線通信機能を追加し、従来の統合管理システムともネットワークを形成し、リアルタイムで線路の状態をモニターリングするセンサ用ＣＴと発電用ＣＴとが線路上に並列に分離設けられる電流変成システム、及びこれを無線通信網で管理する統合システムに関するものである。

一般に、送／配電線路又はこれと類似した電力供給システムにおいて、非正常的な電流を感知するか、現在の送／配電状態を把握するために、変圧器の２次側に計器用変圧器又は変流器を設け、電圧又は電流の異常有無だけを感知していた。また、高圧の場合、ＭＯＦ（ＭｅｔｅｒｉｎｇＯｕｔＦｉｔ）から流れる電流の異常有無だけを感知し、無線で伝達する方式が現場で一部適用されていた。

しかし、前述した従来の変流器には以下の問題があった。

第１に、センサとして使われる電流センシング用ＣＴは、電池を充電するのに適しないため、メイン電源として使われる電池を使用しなければならなかった。そのために、電流センシング用ＣＴの一部分を使用しようとする試みがあったが、これは、電源発生用ＣＴのコア（ｃｏｒｅ）と、電流センシング用ＣＴのコアと間の干渉現象を引き起こした。

第２に、電源発生用ＣＴのコアと、電流センシング用ＣＴのコアを別に形成し、電気的干渉を防止しようとする試みがあった。しかし、このような場合にも２個のコアを１個の構造物に結合する方式であるため、２個の分離型コアを線路に取り付けるとき、孔隙の問題無しで同時に結合するには技術的な多くの問題点を有していた。

第３に、前述したマグネチック構造において、電流センシング用ＣＴの設置区間を変更するために構造物を撤去するとき、線路電流が一定水準以上高い場合、マグネチックコアを基盤とする構造物は、物理的な力で分離ができないため、メンテナンスが困難であった。特に、電源発生用ＣＴに使われる場合には、構造物撤去時、既存線路の電流を断電しなければならなかった。

第４に、前述のような方式は、異常電流を感知することを主要な機能としているため、異常電流以外に線路の電流及び電圧状態をリアルタイムでモニターリングするのに限界があった。

そこで、本発明は、前記したような従来技術の問題点を解決するためのものであり、本発明の目的は、メンテナンスが容易なように脱／付着が可能な電源発生用ＣＴ、及び電流センシング用ＣＴを提供することである。

本発明の他の目的は、相互干渉性及び組立性の問題を改善するために、電源発生用ＣＴ、及び電流センシング用ＣＴを別途の構造物として備えることである。

本発明のさらに別の目的は、無線通信網を介して線路の負荷をリアルタイムでモニターリングし、異常発見時、これを遠隔で制御命令により異常区間を開閉することができるシステムを提供することである。

前述したような目的を達成するための本発明の特徴によれば、本発明の電流変成システムは、送／配電線路上に脱／付着可能に設けられ、電磁誘導方式で前記線路に流れる電流を検出するセンサ用ＣＴと、前記線路上に脱／付着可能に設けられ、電磁誘導方式で電源を生成する発電用ＣＴと、前記センサ用ＣＴ及び前記発電用ＣＴを制御するマイクロプロセッサと、を含む。

本発明の他の特徴によれば、本発明の電流変成システムは、送／配電線路上に脱／付着されるクランプタイプのセンサ用ＣＴ構造物と、前記電路上に脱／付着され、前記センサ用ＣＴと分離され並列に設けられるクランプタイプの発電用ＣＴ構造物とを含み、前記各構造物は、それぞれ、内部にコアとコイルが搭載されるトップアセンブリ及びボトムアセンブリと、前記トップアセンブリ及び前記ボトムアセンブリの一側に設けられるヒンジと、前記トップアセンブリ及び前記ボトムアセンブリの他側に設けられるロッククリップと、を含む。

本発明のさらに別の特徴によれば、本発明の無線統合システムは、送／配電線路上に設けられる一つ以上の電流変成システムと、無線通信網を介して前記電流変成システムとネットワークを形成する統合システムと、を含み、前記電流変成システムは、電磁誘導方式で前記線路上に流れる電流を検出するセンサ用ＣＴと、電磁誘導方式で無接点独立電源を生成する発電用ＣＴと、通信モジュールと、を含む。

前述の通りに、本発明の構成によれば、以下の効果を期待することができる。

第１に、分離可能な発電用ＣＴをメイン電源として使用することによって、電源供給を独立に行うことができ、必要時、所望の数だけの発電用ＣＴを定量的に追加することで、必要な電源を容易に確保することができるようになり、電源供給の便利性が極大化される効果がある。

第２に、線路の異常電流を感知し、線路の電流を遮断する漏電遮断機のように安全事故防止機能の他にも線路の電力量をリアルタイムで把握し、送／配電系の全般的な電力使用状態をモニターリングすることができ、効果的である。

第３に、センサ用ＣＴに無線通信機能を追加し、リアルタイムで線路状態を伝送するか、又は制御情報を交換できるようにすることによって、従来の無線線路監視システム及びそれと類似したシステムにそのまま適用することができる効果が期待される。

第４に、必要時、発電用ＣＴを常時電源として確保した状態で線路から分離が可能にすることで、作業者の安全を極大化し、断電など消費者の電源状態に影響を与えなく、電流変成システムをメンテナンスすることができ、消費者のニーズを満たすことができる。

本発明に係るセンサ用ＣＴと発電用ＣＴが線路上に並列に分離設けられる電流変成システムの構成を示すブロック図である。本発明に係るセンサ用ＣＴと発電用ＣＴが線路上に並列に分離設けられる電流変成システムの構成を示すブロック図である。本発明に係るセンサ用ＣＴと発電用ＣＴの構造物を示す全体斜視図である。本発明に係るセンサ用ＣＴと発電用ＣＴの構造物を示す分離斜視図である。本発明に係るセンサ用ＣＴと発電用ＣＴの構造物を示す使用状態図である。本発明に係る電流変成システムを無線通信網で管理する統合システムの構成を示すブロック図である。

本発明の利点及び特徴、そして、それらを達成する方法は添付される図面と共に詳細に後述されている実施例を参照すれば明らかになるものである。しかし、本発明は、以下に開示される実施例に限定されなく、互いに異なる様々な形態で具現できるものであり、単に、本実施例は、本発明の開示が完全なものになるようにし、本発明が属する技術分野における通常の知識を有した者に発明の範疇を完全に理解してもらうために提供されるものであり、本発明は、請求項の範疇により定義されるだけである。図面において、モジュール及びユニット等の位置及び相対的な大きさは説明の明瞭性のために誇張されたものであり得る。明細書全体に亘って同一参照符号は同一構成要素を指している。

以下、前記したような構成を有する本発明に係るセンサ用ＣＴと発電用ＣＴとが線路上に並列に分離設けられる電流変成システム１０００及びこれを無線通信網で管理する統合システム２０００の好ましい実施例を添付された図面を参考して詳細に説明する。

図１Ａに示されるように、本発明の電流変成システム１０００は、送／配電線路Ｗに流れる非正常的な電流を検出するセンサ用ＣＴ２００、センサ用ＣＴ２００に電源を供給する発電用ＣＴ３００、及び一対のＣＴ２００、３００を制御するマイクロプロセッサ４００を含む。

電流変成システム１０００は、電磁誘導方式を利用して異常電流を感知すると同時に、電磁誘導方式を利用して電源を生成することができる。本発明は、送／配電線路Ｗに流れる高電流を低電流に変成させ、電流感知と独立発電に利用しようとする。

送／配電線路Ｗに断線や負荷に問題が生じれば、過電流による感電事故や電気機器に致命的な損傷を与えるため、電流異常有無を管理者が確認できなければならない。

センサ用ＣＴ２００は、発電用ＣＴ３００から電源の供給を受け、送／配電線路Ｗに流れる前述した異常電流を測定する測定回路を意味する。即ち、ＣＴ（ＣｕｒｒｅｎｔＴｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ）は、線路Ｗの測定しようとする電流値を、これに比例する電流値に変成させることができる。

発電用ＣＴ３００は、センサ用ＣＴ２００に電源を供給する独立電源を意味しており、外部の電源供給なしで電流変成システム１０００の動作を可能にする。特に、発電用ＣＴ３００は、無接点形式で電源を発生させる。

図２（Ａ）〜図２（Ｃ）に示されるように、センサ用ＣＴ２００及び発電用ＣＴ３００は、コア（ｃｏｒｅ：見えない）とコアに巻線されるコイル（ｃｏｉｌ：見えない）で構成されており、コイルの巻線数によって高電圧、高電流の線路電圧を低電圧、低電流に変成させることができる。本発明の場合、各ＣＴ２００、３００は、線路Ｗに脱／付着が可能なようにリング（ｒｉｎｇ）タイプであってもよく、クランプ（ｃｌａｍｐ）方式の構造物Ｈで作製されていてもよい。

このような構造物Ｈは、トップアセンブリ５１０、ボトムアセンブリ５２０、一対のアセンブリー５１０、５２０が相互回動結合されるヒンジ５３０、及び一対のアセンブリー５１０、５２０を選択的に開閉するロッククリップ５４０を含む。各アセンブリー５１０、５２０内部には、コアとコイルが含まれて起電力を発生させる。

線路Ｗに流れる電流から発生される誘導起電力を活用して電流を生成する。たとえば、線路Ｗに大きな電流が流れれば、発電用ＣＴ３００のコアにアンペアの法則（ａｍｐｅｒｅ’ｓｌａｗ）の右手法則により磁界が発生し、コイルにはファラデーの法則（ｆａｒａｄａｙ’ｓｌａｗ）により誘導起電力が発生することで、電源が発生する。即ち、線路Ｗの大きな電流に対して比例する小さな電流が発生しており、その原理はセンサ用ＣＴ２００と同様である。

一方、発電用ＣＴ３００とセンサ用ＣＴ２００と間にも誘導起電力が発生し、これにより、相互間の干渉現象が生ずる。そこで、本発明は、発電用ＣＴ３００とセンサ用ＣＴ２００を別個の構造物Ｈで作製し、並列に設けることによって、前述の干渉を防止することを特徴とする。

トップアセンブリ５１０の前方には、構造物Ｈを線路Ｗに固定させるベルトＢ又はワイヤーが支持されるように支持リブ５１２が更に含まれ得る。ボトムアセンブリ５２０の後方には、隣接した構造物Ｈ相互間に一定の距離を維持することで、電磁石の性質によって隣接した構造物Ｈが密着され、相互結合することを防止するストッパー５２２が更に含まれ得る。

このような構造物Ｈによれば、各ＣＴ２００、３００が脱付着可能な分離型で作製されるため、各ＣＴ２００、３００を線路Ｗに追加増設するか、入れ替えのために除去する必要があるとき便利である。

特に、図１Ｂに示されるように、構造物Ｈは、必ず単数個設けられる必要はなく、発電用ＣＴ３００の場合、センサ用ＣＴ２００に電力を供給するために必要な数だけの複数個３００ａ、３００ｂ、３００ｃで設けられていてもよい。

図面には図示されていないが、各ＣＴ２００、３００は、コンバーターを更に含み得る。ＡＣ／ＤＣコンバーターは、発電用ＣＴ３００から出力される交流電源を直流電源に変換して出力することができる。その他に、高調波信号を除去するＬＰＦ、電圧範囲を一定に維持するレギュレーター、及びノイズを除去するフィルタなどを更に含み得る。

マイクロプロセッサ４００は、電流センシング管理モジュール４２０、電源発生管理モジュール４３０、メインＣＰＵ４４０、ＣＴ分離ＣＰＵ４５０、補助電源発生管理モジュール４６０、充電管理モジュール４７０、補助電池４８０、及び通信モジュール４９０を含む。

マイクロプロセッサ４００は、センサ用ＣＴ２００と一体で形成されるか、別途のユニットとして設けられ得る。たとえば、線路Ｗに設けられる点を勘案すれば、構造物Ｈのボトムプレート５２０の一側にマイクロプロセッサ４００が機構的に結合されるように設計され得る。

電流センシング管理モジュール４２０は、送／配電系の線路Ｗに流れる電流を、センサ用ＣＴ２００を介して検出し、メインＣＰＵ４４０に検出電流信号を出力する。検出電流信号をアナログデータ又はデジタルデータに変換して出力できる。

電源発生管理モジュール４３０は、無接点形式で電源を発生させる発電用ＣＴ３００を制御する。メイン電源発生管理モジュール４３０は、発電用ＣＴ３００から発生される誘導電圧を必要な電源に変成させる低電圧変成ユニット４３２及び過電流保護ユニット４３４を含み得る。たとえば、過電流保護ユニット４３４は、過電流やショート、漏電などの非正常電流が発生すれば、負荷などに致命的な損傷が加えられることを防止することができる。過電流保護ユニット４３４は、これを感知し、回路を自動で遮断することによって、負荷などを保護する。

メインＣＰＵ４４０は、各モジュールの動作を制御管理する。特に、センサ用ＣＴ２００から出力されるセンシング電流値と基準電流値とを比較し、センシング電流値が基準電流値を超えれば、異常電流として判断する。

ＣＴ分離ＣＰＵ４５０は、構造物Ｈが線路Ｗに脱着する際に使われる。本発明の構造物Ｈは、既存に設置運用される送／配電線路Ｗに使われるものであるため、線路Ｗには電圧電流が流れている。本発明は、電圧電流が流れる既存の線路Ｗに構造物Ｈを容易に脱／付着するために考案されたものであるため、脱／付着に適した構造を有するようになる。付着時には構造物のロッククリップ５４０を利用して線路Ｗに容易に固定することができるが、脱着時には構造物Ｈが電磁石の形態を有するため、物理的な力では線路Ｗで容易に除去されなくなっている。

そこで、ＣＴ分離ＣＰＵ４５０は、電磁石の性質を制御する必要がある。たとえば、ＣＴ分離ＣＰＵ４５０は、コアから発生する磁性を除去し、構造物Ｈを線路Ｗから容易に除去することができる。コイルの端部が連結されるＰＣＢ上にスイッチを設ければ、ＣＴ分離ＣＰＵ４５０は、スイッチをオン／オフし、磁性を制御することができる。

補助電源発生管理モジュール４６０は、太陽エネルギーを電気エネルギーに変換する太陽電池（未図示）の発電管理モジュールであってもよい。太陽電池は、太陽光を利用してエネルギーを発生させることができれば、結晶シリコン（ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅｓｉｌｉｃｏｎ）太陽電池、薄膜型（ａ−Ｓｉ、ＣＩＧＳ、ＣｄＴｅ）太陽電池、染料感応型（ｄｙｅ−ｓｅｎｓｉｔｉｚｅｄ）太陽電池、又は有機高分子（ｏｒｇａｎｉｃ）太陽電池など特に制限がない。

充電管理モジュール４７０は、発電用ＣＴ３００又は太陽電池（未図示）から発電した電気エネルギーを蓄電する蓄電池（未図示）の充電管理モジュールであってもよい。蓄電池は繰り返し的な充／放電が可能な２次電池又は電気二重層コンデンサーなどが使用できる。蓄電池は、発電用ＣＴ３００が作動しない線路の停電などの場合、又は太陽光発電ができない夜間に電流変成システム１０００に電源を供給することができる。

補助電池４８０は、蓄電池も放電された非常状態で予備的に電流変成システム１０００に電源を供給することができる。

通信モジュール４９０は、独立電源形式の発電用ＣＴ３００から電力の供給を受けながら、無接点形式のセンサ用ＣＴ２００を管理者が遠隔から効果的に制御するのに必要である。そのために、通信モジュール４９０は、ＲＦ送受信部ユニット４９２及びＷＬＡＮ送受信部ユニット４９４などを含み得る。

ＲＦ送受信部ユニット４９２は、近距離通信のための通信モジュールであり、中波帯域を使用して比較的数キロメートル内外の近距離に位置した他方ｎ電流変成システム１０００とデータ通信を行うことができる。反面、ＷＬＡＮ送受信部ユニット４９４は、無線インターネット通信のための通信モジュールであり、ＴＣＰ／ＩＰ通信規格に従って隣接した無線ＡＰ（ａｃｃｅｓｓｐｏｉｎｔ）又はスマートフォン（ｓｍａｒｔｄｅｖｉｃｅ）を介して後記する遠隔モニターリング無線統合システム２０００と直接データ通信を行うことができる。

図３に示されるように、遠隔で無線通信網を介して送／配電線路Ｗの負荷を監視する遠隔モニターリング無線統合システム２０００は、線路Ｗの負荷状態をリアルタイムでモニターリングし、有事時、事故地点を即刻把握することができることで、迅速な対応が可能であり、結果的に管理費用が節減できる。従って、遠隔モニターリング無線統合システム２０００は、無線通信網を介して複数個の電流変成システム１０００とネットワークを形成することができる。

前述するように、本発明は、電磁誘導方式を利用して異常電流を感知するセンサ用ＣＴと、電源を生成する発電用ＣＴを、それぞれ別個の構造物として作製し、一定の距離を置いて並列設けることによって、相互干渉を防止する構成を技術的思想とすることが分かる。このような本発明の基本的な技術的思想の範疇内で、当業界の通常の知識を有した者は様々な変形が可能となる。

本発明のセンサ用ＣＴと発電用ＣＴが線路上に並列に分離設けられる電流変成システム、及びこれを無線通信網で管理する統合システムは、変流器に広く適用され得る。

Claims

送／配電線路上に脱／付着可能に設けられ、電磁誘導方式で前記線路に流れる電流を検出するセンサ用ＣＴと、
前記線路上に脱／付着可能に設けられ、電磁誘導方式で電源を生成する発電用ＣＴと、
前記センサ用ＣＴ及び前記発電用ＣＴを制御するマイクロプロセッサと、
近距離通信を介して隣接した電流変成システムとデータ通信するＲＦ送受信部ユニットと、ＴＣＰ／ＩＰ通信規格に従い、隣接した無線ＡＰ又はスマートフォンを介して統合システムとデータ通信を行うＷＬＡＮ送受信部ユニットと、を含む通信モジュールと、
を含むことを特徴とする電流変成システム。
前記センサ用ＣＴ及び前記発電用ＣＴは、相互分離されるよう並列に設けられることを特徴とする請求項１に記載の電流変成システム。
前記発電用ＣＴは、無接点形式で独立電源を発生させることを特徴とする請求項２に記載の電流変成システム。
前記発電用ＣＴは、前記センサ用ＣＴに供給される必要電源量に応じて複数個で形成されることを特徴とする請求項３に記載の電流変成システム。
前記センサ用ＣＴ及び前記発電用ＣＴは、それぞれ、
内部にコアとコイルが設けられるトップアセンブリと、
前記トップアセンブリと対応されるボトムアセンブリと、
前記トップアセンブリ及び前記ボトムアセンブリが相互回動結合されるヒンジと、
前記トップアセンブリ及び前記ボトムアセンブリを選択的に開閉するロッククリップと、
を含む構造物であることを特徴とする請求項１に記載の電流変成システム。
前記マイクロプロセッサは、前記センサ用ＣＴの構造物に一体で形成されることを特徴とする請求項５に記載の電流変成システム。
前記マイクロプロセッサは、
前記センサ用ＣＴを介して検出した電流信号を出力する電流センシング管理モジュールと、
前記発電用ＣＴから発生される誘導電圧を必要な電源に変成させる電源発生管理モジュールと、
前記電流信号によるセンシング電流値と基準電流値とを比較し、異常電流有無を判断するメインＣＰＵと、
を含むことを特徴とする請求項１又は６に記載の電流変成システム。
前記マイクロプロセッサは、前記コアの磁性を除去し、前記センサ用ＣＴ構造物を前記線路から分離させるＣＴ分離ＣＰＵを、さらに含むことを特徴とする請求項６に記載の電流変成システム。
前記マイクロプロセッサは、
太陽光発電の補助電源発生管理モジュールと、
前記発電用ＣＴ又は前記補助電源発生管理モジュールの発電エネルギーを繰り返して充／放電する充電管理モジュールと、
を、更に含むことを特徴とする請求項６に記載の電流変成システム。
送／配電線路上に設けられる一つ以上の電流変成システムと、
無線通信網を介して前記電流変成システムとネットワークを形成する統合システムと、
を含み、
前記電流変成システムは、
電磁誘導方式で前記線路上に流れる電流を検出するセンサ用ＣＴと、
電磁誘導方式で無接点独立電源を生成する発電用ＣＴと、
通信モジュールと、
を含み、
前記通信モジュールは、
近距離通信を介して隣接した前記電流変成システムとデータ通信するＲＦ送受信部ユニットと、
ＴＣＰ／ＩＰ通信規格に従い、隣接した無線ＡＰ又はスマートフォンを介して前記統合システムとデータ通信を行うＷＬＡＮ送受信部ユニットと、
を含むことを特徴とする無線統合システム。