KR0130965Y1 - 과부하 경보 장치 - Google Patents

Abstract

변압기 등과 같은 전력변환장치의 과부하 경보 장치에 대해 개시된다. 서미스터는 전력변환장치의 발열온도를 감지하여 전기적 신호로 변환한 후, 제너다이오드에 인가하여 인가된 신호가 소정 레벨 이상이면 제너다이오드가 도통된다. 이에 따라 소정 레벨의 전압이 트랜지스터에 인가되어 트랜지스터가 턴 온하고 이로써 램프에 전압이 인가되어 온 됨으로서 점검자에게 과부하가 발생하였음을 통보한다.

Description

과부하 경보 장치

본 고안은 과부하 경보 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 변압기 등의 전력용 기기 및 전기기기가 과부하로 과열되는 것을 감지하여 이를 통보함으로서 점검자가 쉽게 과열 상태를 알 수 있도록 하는 과부하 경보 장치에 관한 것이다.

통상적으로 전력기기와 변압용 기기 및 대용량 전기기기는 전력변환 및 변압시 열이 발생하며, 모터와 같은 대용량 전기기기도 동작시 열이 발생되기 때문에 방열용 팬 등이 장착되거나 방열핀 또는 방열판이 형성된다. 또한, 전기기기에 내장되는 방전 코일 또는 리액터와 같은 경우에도 기본적으로 동작시 자체 저항으로 열이 발생되므로 방열 구조를 갖도록 제작되고 있다.

그러나 전술한 변압기 등과 같은 전력변환장치는 과부하가 인가되는 경우에 이상 과열이 발생되고, 이로 인한 파손 및 고장 등의 위험이 있었으므로, 각 기기는 기본적으로 온도 상승에 대비하여 설계 및 제작되고 있으나, 과부하로 인한 과열 방지에는 요소별로 한계가 정해져 있어서 충분한 과열에 대한 방지가 어려웠다.

그리고, 전술한 기기들이 점검자가 접근하기 곤란한 위치, 즉 전주에 변압기가 설치된 경우나 접근이 곤란할 만큼 협소하거나 위험한 지역에 모터와 방전코일 그리고 리액터 등이 설치된 경우에는 점검자가 이들 과부하 상태를 일일이 점검하기 어려운 문제점이 있었다.

특히, 전봇대에 설치되는 변압기의 경우에는 과부하에 따른 과열 상태를 점검하기 위해서는 점검자가 변압기가 설치된 높은 곳까지 올라가야 하는 어려운 문제점이 있었다.

따라서, 본 고안의 목적은 전력 및 전기기기가 과부하로 인하여 과열된 상태를 점검자가 식별하기 용이한 과부하 경보 장치를 제공하는데 있다.

제1도는 본 고안에 따른 과부하 경보 장치의 일실시예를 나타내는 도면이고,

제2도는 본 고안에 따른 과부하 경보 장치의 다른 실시예를 나타내는 도면이고,

제3a도는 제1도 및 제2도의 제어장치를 구체적으로 나타낸 회로도이고,

제3b도는 제1도 및 제2도의 제어장치를 구체적으로 나타낸 다른 회로도이고,

제4도는 제1도의 주요구성 부분을 확대하여 나타낸 도면이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

2 : 변압기 4 : 케이스

6 : 절연유 8 : 코일

12, 13, 22 : 온도센서 14, 14a, 14b : 제어장치

16, 24 : 램프 26, 30, 32 : OP앰프

28 : 비교기 Q1 : 트랜지스터

ZD : 제너다이오드 R1~R7 : 저항

본 고안에 따르면, 전기적 과부하시 전력변환장치의 발열온도를 감지하여 전기적 신호로 변환 출력하는 온도 감지 수단과, 온도 감지 수단으로부터 출력되는 신호가 소정 레벨 이상이면 경보 제어신호를 출력하는 제어수단과, 제어수단으로부터 출력되는 제어 신호에 따라 경보 신호를 발생하는 경보 수단으로 구성되는 과부하 경보 장치에 있어서, 제어수단은 온도 감지 수단의 출력신호가 소정 레벨 이상이면 도통되는 제너다이오드와, 제너다이오드가 도통에 따라 소정 레벨의 전압을 스위칭하는 트랜지스터 및 트랜지스터의 스위칭 상태에 따라 전압이 인가되어 점등되는 램프를 포함한다.

온도 감지 수단으로는 서미스터가 사용될 수 있으며, 전력변환장치의 예로는 변압기를 들 수 있다.

서미스터는 변압기내의 절연유에 직접 접촉되거나, 변압기의 케이스에 직접 접촉될 수 있다.

또한, 제어장치는 변압기의 케이스 외측에 부착될 수 있다.

이하, 본 고안에 따른 과부하 경보 장치의 바람직한 실시에를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

본 고안은 전력기기와 변압용 기기 및 대용량 전기기기에서 발생되는 열을 감지하여 과열시에 경보를 발생하는 장치로서, 변압기와 모터와 방전코일 그리고 리액터 등에 장치될 수 있으며, 본 명세서에서는 이들 중 대표적으로 변압기를 상세예로서 설명한다. 그러나, 본 고안은 이에 국한하지 않고 모든 과부하에 의하여 과열이 예상 가능한 기기에 적용될 수 있음을 밝힌다.

제1도를 참조하면, 변압기(2)의 간략한 구성을 나타내는 것으로서, 케이스(4) 내에 코일(8)이 설치되며 코일(8)을 포함하도록 절연유(6)가 채워진다. 또한, 변압시 절연유(6) 또는 코일(8)에서 발생되는 열에 의한 온도 변화를 감지하기 위한 온도센서(12, 13)가 절연유(6)내에 설치되거나 코일(8)의 적정위치에 고정된다. 또한, 온도센서(12, 13)는 케이스(4)에 장착된 제어장치(14)와 전기적으로 연결되어 있으며, 제어장치(14)에는 점검자가 과열상태를 식별할 수 있도록 하는 램프(16)가 부착되어 있다.

이해를 돕기 위해 제4도를 참조하여 설명하면, 제어장치(14)는 패킹재(11)를 개재하여 너트(10)에 의해 케이스(4)에 부착되고, 제어장치(14)에는 램프(16)가 부착된다. 케이스(4)내 절연유(6)내에는 서미스터(thermistor)와 같은 온도센서(12)가 위치하여 제어장치(14)에 전기적으로 연결된다. 잘 알려진 바와 같이, 서미스터는 온도가 상승하면 저항이 급격히 변화하는 반도체의 일종으로 본 고안에서는 절연유나 코일의 온도의 변화에 따라 저항을 변화시켜 이에 따른 출력전압을 이용하여 램프를 점등하거나 소등한다.

미설명부호 23은 온도센서(12)와 램프(16) 및 제어장치(14)에 전원을 공급하는 단자이다.

제2도는 제1도와 전체적인 구성에 있어서는 동일하나, 변압시 열온도를 감지하는 온도센서(20)가 케이스(4) 외부면에 장착되고, 온도센서(20)는 변압기(2) 외부로 발산되는 열온도를 감지하여 전기적으로 연결된 제어장치(14)에 감지되 신호를 인가하도록 구성된다.

제3도를 참조하면, 제1도 및 제2도에 도시된 제어장치(14)의 구체적인 회로도가 도시되어 있다.

제3도의 (a)와 (b)에 도시된 온도센서(22)는 제1도 및 제2도의 센서(12, 13, 20)와 동일하며, 램프(24)도 제1도 및 제2도의 램프(16)와 동일하다.

제3(a)도의 일실시예를 참조하면, 제어장치(14a)는 변압기(2)내에 위치한 온도센서(22)로부터 출력되는 전압을 1차로 증폭시키기 위한 저항 R1, R2 및 OP앰프(26)로 구성되는 증폭부, 저항 R3을 통하여 인가되는 기준전압 V_ref이 반전단에 인가되고 OP앰프(26)의 출력이 비반전단에 인가되도록 구성된 비교기(28), 저항 R4, R5과 OP앰프(30)로 구성되어 비교기(28)의 출력을 2차로 증폭시키는 증폭부, 그리고 OP앰프(30)의 출력 전압 레벨에 의하여 정전압Vcc의 램프(24)로의 인가를 스위칭하는 트랜지스터 Q1로 구성된다.

이와 같은 구성에 따른 동작을 설명하면, 제1도 및 제2도와 같이 변압기(2) 내부의 코일(8)에 장착되거나 절연유(6)내에 위치한 또는 케이스(4)에 부착된 온도 센서(22)는 각각 설치된 위치에서 발열되는 열을 감지하고 감지된 열을 소정 레벨의 전압으로 출력한다. 이와 같이 출력되는 온도센서(22)의 출력전압은 저항 R1을 통하여 OP앰프(26)의 비반전단으로 입력되고, 입력된 전압은 저항 R1, R2의 비에 따라 OP앰프(26)로부터 증폭출력되어 비교기(28)의 비반전단으로 인가된다.

비교기(28)의 비반전단에 인가된 전압은 비교 기준전압으로서 저항 R3을 통하여 반전단에 인가된 전압 V_ref과 비교되고, 그 차에 해당하는 신호는 저항 R4을 통하여 OP앰프(30)의 비반전단으로 인가된다.

이때 비교기(28)의 반전단에 인가되는 비교 기준전압은 변압기(2)에서 발열되는 정도가 과열인지 판단하기 위한 것으로서, 일정 온도(예를 들어 80℃)에 해당하는 레벨의 전압값을 설정한 것이다. 즉 비교기(28)의 비반전단으로 증폭 입력되는 전압이 비교기준전압 V_ref이상이면 과부하에 의한 과열이 발생된 경우로서 비교기(28)의 출력이 양전압으로 출력되고, 비반전단으로 증폭 입력되는 전압이 비교기준전압 V_ref이하이면 과열이 아닌 정상적인 상태인 경우로서 비교기(28)의 출력이 음전압으로 출력된다.

이와 같이 비교기(28)에서 비교된 신호는 저항 R4, R5의 비에 따라 OP앰프(30)에서 증폭 출력되어 트랜지스터 Q1이 베이스로 인가된다. 온도센서(22)에서 감지된 온도가 일정치, 예를 들어서 80℃ 이상이 되면 비교기(28)는 입력전압이 기준치 이상이기 때문에 양전압으로서 비교신호를 출력하고, 이 비교 출력 신호는 저항 R4, R5의 비에 의하여 OP앰프(30)에서 증폭되어 활성 영역 레벨의 전압으로 트랜지스터 Q1의 베이스에 인가된다. 그러면 트랜지스터 Q1는 턴온되므로 정전압 Vcc이 램프(24)에 인가되어서 램프(24)는 점등된다.

그리고 온도센선(22)에서 센싱된 온도가 80℃ 이하이면 비교기(28)에서 비교 출력된 전압은 음전압이기 때문에 증폭된 후 트랜지스터 Q1의 베이스에 인가되더라도 트랜지스터 Q1는 동작하지 않게 되어서 램프(24)는 소등상태를 유지하게 된다.

점검자는 정기적으로 변압기를 체크하는 과정에 있어서 원거리에서도 쉽게 램프의 점등 상태에 따라서 과부하에 의한 변압기의 과열 상태를 인식할 수 있어서, 과부하로 인하여 변압기가 가열되어 램프가 점등되면 점검자는 과부하에 대한 적절한 조치를 취할 수 있게 된다.

한편, 제어장치의 다른 실시예가 제3(b)도에 도시되어 있다.

온도센서(22)로부터 출력되는 신호를 증폭하기 위한 저항 R6, R7과 OP앰프(32), 그리고 일정치 이상 전압이 인가될 때 도통되는 제너 다이오드 ZD와 베이스 인가 전압의 레벨에 따라 스위칭되는 트랜지스터 Q1로 구성되어 있으며, 트랜지스터 Q1는 제3(a)도와 동일하게 정전압 Vcc이 램프(24)에 인가되는 것을 스위칭할 수 있도록 구성되어 있다.

이러한 구성에 있어서, 온도센서가 변압기의 열을 감지하여 이에 해당하는 신호를 전기적으로 변환한 후 소정 전압의 신호로 출력하면 저항 R6, R7의 비에 비하여 OP앰프(32)에 의하여 증폭된 후 제너다이오드 ZD에 인가된다.

제너다이오드 ZD는 소정 레벨 이상의 전압이 인가되면 도통되므로, 과부하로 변압기(2)가 과열되어 온도센서(22)로부터 감지된 후 출력 증폭된 전압이 소정 레벨 이상이면 제너다이오드 ZD를 통하여 트랜지스터 Q1의 베이스로 하이 레벨의 전압이 인가되어서 턴온되어 정전압 Vcc을 램프(24)로 인가하고 램프(24)는 점등된다.

그리고, 변압기(2)가 과열되지 않았으면 온도센서(22)가 감지한 열은 과열이 아니므로, 온도센서(22)로부터 감지된 출력 전압의 레벨이 소정 레벨 이하로서 제너다이오드 ZD가 도통되지 않으므로, 트랜지스터 Q1의 베이스는 로우 레벨의 전압이 인가되어 턴오프상태가 유지되므로 램프(24)는 소등상태를 유지하게 된다.

전술한 바와 같이 제3도의 (a) 및 (b)와 같은 구성에 의하여 제1도 또는 제2도와 같이 구성되는 실시예에서, 과부하로 인한 과열시 램프(16)가 점등되어 점검자는 과열상태를 인식할 수 있다.

또한, 본 고안에 따른 기술적 사상을 충분히 이해하는 통상의 지식을 가진 자라면 비록 제3도의 (a) 및 (b)와는 회로적 구성이 다를 수 있으나 온도센서에서 감지된 신호를 이용하여 점검자가 알 수 있는 점등 또는 소리발생 등의 동작이 수행되도록 변형된 회로를 구성할 수 있음을 밝히며, 이는 본 고안의 청구범위에 포함된다 할 수 있을 것이다.

그리고, 감지된 신호를 다수의 레벨로 구분하여 레벨별로 다른 색의 등이 점등되도록 구성할 수 있으며, 이로써 과열단계를 점검자가 인식할 수 있을 것이며, 경고수단으로서 램프 이외에도 소리발생장치를 구성할 수 있다.

구체적 예로서, 도시하지는 않았으나, 램프를 노란색, 빨간색, 파란색의 세가지 색상으로 구분하고, 감지된 온도가 60℃, 80℃, 100℃ 이상일 때 순차적으로 노란색, 빨간색, 파란색 등이 점등되도록 구성한다면, 점검자는 변압기와 같이 과부하시 발열되는 기기의 상태를 좀 더 정확히 인식할 수 있을 것이고, 이와 같은 동작을 수행하기 위한 회로는 제3도의 (a) 또는 (b)의 구성을 병렬 배치하거나, 또는 다수의 스위칭회로와 클램핑 회로를 이용하여 구성할 수 있을 것이다.

본 고안에 의하면, 변압기, 모터, 방전코일, 및 리액터와 같은 전력 및 전기기기의 과부하에 따른 과열 상태를 점검자가 용이하게 식별할 수 있어서, 전력 및 전기기기의 사용상 효율성을 극대화할 수 있는 효과가 있다.

Claims (5)

1. 전기적 과부하시 전력변환장치의 발열온도를 감지하여 전기적 신호로 변환 출력하는 온도감지 수단과, 상기 온도 감지 수단으로부터 출력되는 신호가 소정 레벨 이상이면 경보 제어신호를 출력하는 제어수단과, 상기 제어수단으로부터 출력되는 제어 신호에 따라 경보 신호를 발생하는 경보수단으로 구성되는 과부하 경보 장치에 있어서, 상기 제어수단은 상기 온도 감지 수단의 출력신호가 소정 레벨 이상이면 도통되는 제너다이오드와; 상기 제너다이오드가 도통에 따라 소정 레벨의 전압을 스위칭하는 트랜지스터 및 상기 트랜지스터의 스위칭 상태에 따라 전압이 인가되어 점등되는 램프를 포함하는 것을 특징으로 하는 과부하 경보 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 온도 감지 수단은 서미스터를 포함하는 것을 특징으로 하는 과부하 경보 장치.
3. 제2항에 있어서, 상기 전력변환장치는 변압기이며, 상기 서미스터는 상기 변압기내의 절연유에 직접 접촉되는 것을 특징으로 하는 과부하 경보 장치.
4. 제3항에 있어서, 상기 제어장치는 상기 변압기의 케이스 외측에 부착되는 것을 특징으로 하는 과부하 경보 장치.
5. 제2항에 있어서, 상기 전력변환장치는 변압기이며, 상기 서미스터는 상기 변압기의 케이스에 직접 접촉되는 것을 특징으로 하는 과부하 경보 장치.