KR101518272B1 - 블랙박스형 전력량계 - Google Patents

Abstract

본 발명은 화재에 의한 열과 화염이 저장매체를 파손하지 않도록 하며, 전력량계의 기능이 정지될 때까지 주변 상황에 대한 정보를 수집하여 기록할 수 있는 블랙박스형 전력량계를 제안한다. 이를 위해 본 발명은 한 쌍의 마주보는 차폐층 사이에 진공영역이 형성되어 외부의 열을 차단하는 이중차폐 하우징, 이중차폐 하우징 내에 수납되는 전자회로 모듈 및 이중차폐 하우징 외부에 마련되는 센서부를 포함하며, 센서부와 전자회로 모듈 사이에는 몰딩 영역이 형성되어 전자회로 모듈로 향하는 배선으로부터 외기의 열이 전도되는 것을 차단할 수 있다.

Description

블랙박스형 전력량계{Black box type elecronic power meter}

본 발명은 블랙박스형 전력량계에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전력량계를 통해 측정되는 전압, 전류, 누설전류, 및 온도에 대한 정보를 기록하며, 화재에 의해 블랙박스형 전력량계에서 측정된 데이터가 손실되지 않도록 함으로써 추후 사고 원인의 분석에 사용 가능한 블랙박스형 전력량계에 관한 것이다.

가정이나 업장에 배치되는 전력량계는 크기 기계식 전력량계와 전자식 전력량계로 나뉘며, 전자식 전력량계는 가정이나 업장에서 입출되는 전력을 측정하고, 네트워크 통신 또는 전력선 통신을 이용하여 측정된 전력량을 지정된 서버로 전송하도록 구성된다.

이에 더하여, 전자식 전력량계는 가정이나 업장으로 인가되는 전력의 상태를 모니터링하여 서버로 전송할 수 있는데, 이는 가정이나 업장으로 인가되는 전력의 상태, 예컨대, 과전압 인가, 과전류 인가, 누설전류의 발생 여부를 서버로 통보함으로써 가정이나 업장에서 누전, 과전류(또는 과전압)로 인한 화재나 전기사고를 방지하는데 이용하고 있다. 일 예로서, 한국 공개특허 제2010-0012140은 전력량계를 경유하는 전압, 전류, 누설전류를 검출하고, 세대 내부의 온도를 검출하며, 검출된 전압, 전류, 누설전류 및 온도에 관한 정보를 메모리에 기록하는 블랙박스형 전력량계를 제안한 바 있다. 공개특허 제2010-0012140은 세대 내부에 화재가 발생하거나 전기사고가 발생 시, 메모리에 기록된 정보를 이용하여 화재나 사고의 발생 원인을 분석할 수 있도록 한다. 그러나, 세대 내부나 업장에서 화재가 발생하거나, 전기 사고가 발생하는 경우, 전력량계 내부에 수납되는 통상적인 메모리는 열에 의해 소실되거나 전기적으로 파손 상태될 가능성이 크다. 이에 본 출원인은 전력량계에 수납되는 메모리나 전자회로가 화재나 전기 사고에 의해 파손되지 않도록 보호하는 블랙박스형 전력량계를 제안하고자 한다.

본 발명의 목적은 화재 또는 전기 사고에 의해 전자회로나 저장매체의 파손을 최소화하여 화재나 전기 사고 이후, 데이터를 보존할 수 있는 블랙박스형 전력량계를 제공함에 있다.

상기한 목적은 본 발명에 따라, 하우징에 수납되며, 한 쌍의 마주보는 차폐층 사이에 진공영역이 형성되어 외부의 열을 차단하는 이중차폐 하우징, 이중차폐 하우징 내에 수납되는 전자회로 모듈 및 이중차폐 하우징 외부에 마련되는 센서부를 포함하며, 센서부와 전자회로 모듈 사이에는 몰딩 영역이 형성되어 전자회로 모듈로 향하는 배선으로부터 외기의 열이 전도되는 것을 차단할 수 있다.

본 발명에 따르면, 화재에 의한 열과 화염이 저장매체를 파손하지 않도록 하며, 전력량계의 기능이 정지될 때까지 주변 상황에 대한 정보를 수집하여 기록할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 블랙박스형 전력량계는 열이나 화염에 의해 외부의 센서부가 가열되는 경우, 이중차폐 하우징 내에 수납되는 전자회로와 센서부가 전기적으로 단절되도록 함으로써 이중차폐 하우징 내에 수납되는 전자회로를 최대한 보호할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 블랙박스형 전력량계에 대한 개념도를 도시한다.
도 2는 전자회로 모듈과 수납부가 전기적인 접촉을 이루는 일 예에 대한 참조도면을 도시한다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전자회로 모듈의 패키징 구조에 대한 개념도를 도시한다.
도 4와 도 5는 실시예에 따른 전자회로 모듈의 배선 구조에 대한 개념도를 도시한다.
도 6은 실시예에 따른 전자회로 모듈과 포토 커플러가 배선되는 구조의 일 예를 도시한다.

본 명세서에서 언급되는 전자회로 모듈은, 메모리 또는 계측회로를 포함하는 계측장치일 수 있다. 메모리의 경우 램, 롬, 플래시 롬(Flash rom) 및 기타 비 휘발성의 저장장치를 지칭할 수 있으며, SSD(Solid State Device), 하드디스크 드라이브와 같은 저장매체를 지칭할 수도 있다.

또한, 본 명세서에서 계측회로는 온도, 습도, 전압, 전류, 누설전류와 같은 항목에 대해 계측하는 회로를 지칭할 수 있다. 계측회로에 아날로그-디지털 변환기, 증폭기 및 필터와 같은 구성을 추가로 구비하는 경우 계측장치라고 지칭할 수 있으나, 계측회로와 계측장치를 따로 구분하지는 않는다.

본 명세서에서 센서부는 하나 또는 복수의 센서가 모인 집합체를 의미하나, 각 센서가 하우징 내부 또는 외부에 분포한 것을 총칭하여 센서부라 지칭할 수도 있다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하도록 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 블랙박스형 전력량계에 대한 개념도를 도시한다.

도 1을 참조하면, 실시예에 따른 블랙박스형 전력량계는 하우징, 디스플레이부(202) 및 수납부(201)를 구비하며, 수납부(201)에는 전자회로 모듈(100)의 착탈을 위해 수납홈(203)이 마련되고, 수납홈(203)과 이웃한 영역에는 이젝트 버튼(204)이 마련될 수 있다.

수납부(201)는 실시예에 따른 전자회로가 삽입 또는 탈착되는 영역으로서, 수납부(201)에 전자회로 모듈(100)이 장착될 때, 전자회로 모듈(100)은 센서부(60)와 전기적으로 연결되고, 탈착될 때에는 전자회로 모듈(100)이 센서부(60)와 전기적으로 연결 해제되도록 구성될 수 있다. 전자회로 모듈(100)이 센서부(60)와 전기적으로 연결될 때, 전자회로 모듈(100)은 센서부(60)에서 전송되는 측정값을 수신하여 기록하게 되며, 기록되는 측정값에는, 블랙박스형 전력량계(200) 주변의 온도, 블랙박스형 전력량계(200)에 인입하는 전선의 온도, 전선을 통해 흐르는 전기의 전압, 전류, 및 누설전류일 수 있다. 여기서, 온도 측정값은 블랙박스형 전력량계(200) 주변의 공기 온도거나, 또는 블랙박스형 전력량계(200)로 인입하는 전선의 온도 중 하나일 수 있는데, 이는 실시예에 따른 블랙박스형 전력량계(200)가 댁내 또는 업장 내의 화재 발생 여부를 감지하거나, 또는 블랙박스형 전력량계(200)로 유입되는 전선의 합선 또는 누전에 따른 온도를 감지하는데 따른다. 즉, 실시예에 따른 블랙박스형 전력량계(200)는 주변 온도 또는 전선의 온도를 감지할 수 있다.

센서부(60a 내지 60n)는 전자회로 모듈(100)이 수납홈(203)을 통해 수납부(201)에 장착될 때, 전자회로 모듈(100)과 전기적으로 연결될 수 있다. 센서부(60a 내지 60n)는 온도센서, 전압센서, 전류센서, 누설전류 센서 각각에 대한 단일 센서가 하나의 기판상에 집적되는 형태로 구현되거나, 또는 하우징의 각 영역에 개별적으로 산개하여 배치될 수 있다. 이들 센서들은 둘 이상의 센서가 하나로 패키징되어 모듈화될 수 있으며, 모듈화된 센서가 하나 또는 둘 이상이 모여 하나의 센서부(60a 내지 60n)를 구성할 수도 있다. 다만 한정하지는 않는다.

수납부(201)는 댁내(또는 업장 내) 화재나 화염에 의해 쉽게 가열되거나 손상되지 않도록 세라믹 재질로 형성될 수 있다. 수납부(201)는 전자회로 모듈(100)이 수납될 수 있도록 내부는 비어있고, 테두리는 세라믹 재질로 형성되는 구조를 가질 수 있으며, 전자회로 모듈(100)이 삽입되었을 때, 전자회로 모듈(100)과 센서부(60a 내지 60n)가 전기적으로 접촉되는 구조일 일요가 있다.

이를 위해, 전자회로 모듈(100)이 수납홈(203)에 삽입될 때, 전자회로 모듈(100)과 수납부(201)가 접촉하는 접촉면에는 전기적인 접촉을 위한 접촉부가 형성될 필요가 있다. 이는 도 2를 함께 참조하여 설명하도록 한다.

도 2는 전자회로 모듈(100)과 수납부가 전기적인 접촉을 이루는 일 예에 대한 참조도면을 도시한다.

도 2를 참조하면, 실시예에 따른 전자회로 모듈(100)은 수납홈(203)을 향해 진입하는 방향에 돌출단자(101)를 구비할 수 있다. 돌출단자(101)는 수납부(201)의 종단에 위치하는 접촉단자(205)와 전기적인 접촉을 이룰 수 있다. 실시예에 따른 전자회로 모듈(100)은 돌출단자(101)가 수납홈(203)을 지나, 수납부(201)의 종단에 마련되는 접촉단자(205)까지 삽입되면, 전자회로 모듈(100)이 수납부(201)에 장전되어 고정되고, 이후, 리젝트 버튼(204)을 누르면 장전된 전자회로 모듈(100)이 삽입홈(203) 외부로 토출되도록 구성된다. 이러한 착탈 구조는 하이패스 단말기나 스마트폰의 마이크로 SD 메모리의 착탈 구조에 응용되는 것으로서, 실시예에 따른 전자회로 모듈(100) 또한, 이러한 착탈 구조에 따라 삽입홈(203) 내측으로 삽입되어 장전되거나 또는 리젝트 버튼(204)이 눌러질 때 탈착될 수 있다.

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전자회로 모듈(100)의 패키징 구조에 대한 개념도를 도시한다.

도 3을 참조하면, 실시예에 따른 전자회로 모듈(100)은 몰딩영역, 커넥팅부(211)를 포함하며, 커넥팅부(211)는 도 2에 도시된 바와 같은 접촉 구조를 이용하여 포토 커플러(120)와 접속될 수 있다. 포토 커플러(120)는 전기 신호를 아이솔레이션(Isolation)하여 광학 신호로 바꾸어 전송하는데 이용되는 것으로, 실시예에서는 진공영역으로 외부의 열이 진입하는 것을 최소화하며, 센서부(60a 내지 60n)의 전자신호가 왜곡 또는 오류를 발생 시, 이에 응답하는 것을 최소화하기 위해 마련된다.

포토 커플러(120)는 커넥팅부(211)에 연결되는 각 센서(60a 내지 60n)에서 측정된 측정값(예컨대, 온도, 전압, 전류, 서지 전압, 누설전류 등)을 수신하고, 수신된 신호에 의해 광학신호를 생성 후, 전자신호로 변환하여 전자회로 모듈(100)로 전달한다. 이때, 포토 커플러(120)는 일 영역이 몰딩 영역에 매립되고, 나머지 영역은 몰딩 영역에서 노출될 수 있다. 이때, 포토 커플러(120)는 매립된 영역의 단자(123, 124)가 진공영역을 지나 전자회로 모듈(100)로 센서부(60a 내지 60n)의 신호를 전달할 수 있다. 몰딩 영역에 매립되는 영역은 포토 커플러(120)를 통해 외부의 열이 전달되는 것을 최소화하기 위한 것으로서, 몰딩 영역은 합성수지, 우레탄, 아크릴, 유리, 시멘트 또는 발포우레탄과 같은 재질로 형성될 수 있다. 바람직하게는 몰딩 영역은 열 전달계수가 낮은 우레탄이나 발포 우레탄일 수 있으나, 언급된 재질 이외에도, 열 전달 계수가 낮은 재질이라면 어떠한 것이라도 이용될 수 있다. 몰딩 영역은 진공 영역과 이웃하게 형성될 수 있는데, 이는 몰딩 영역을 통해 포토 커플러(120)의 단자(123, 124)의 신호 선이 전자회로 모듈(100)로 연결되어야 함에 따른다.

도면에서, 포토 커플러(120)의 4개 단자 중 2개는 몰딩 영역의 외부로 노출되고, 나머지 2개는 몰딩 영역 내에 매립된다. 노출된 2개의 단자(121, 122)는 커텍팅부(211)와 전기적으로 결선 상태를 가진다. 도 3에서는 A - A' 라인을 기준으로 빗금친 영역이 몰딩 영역에 매립되고, 나머지 영역이 몰딩 영역에서 노출되는 것을 예시하고 있으나 이는 일 예일 뿐이며, 포토 커플러(120)의 몸체가 몰딩 영역에 매립되고 다만, 단자(121, 122)만이 몰딩 영역에서 노출되도록 할 수도 있다. 다만 한정하지는 않는다.

진공 영역은 나란히 배열되는 한 쌍의 합성수지 또는 한 쌍의 금속판을 통해 형성될 수 있다. 만일 금속판을 이용하여 진공 영역을 형성하는 경우, 휨이나 구부러짐이 적은 스테인레스 또는 알루미늄이 이용될 수 있다. 두 금속판 사이에 공간이 형성되도록 배치하고, 두 금속판 사이의 공간을 진공으로 처리하면, 열 전달 특성이 극히 낮은 구조를 형성할 수 있다. 또는 두 금속판 사이에 발포 우레탄을 매립하여 열 전달 특성을 낮출 수도 있으나, 이 경우, 화재나 화염에 의해 가열되면 녹을 우려가 있으므로 바람직하지 않다.

진공 영역의 내측에는 비 진공 영역이 형성되고, 해당 영역에는 전자회로 모듈(100)이 배치된다. 전자회로 모듈(100)은 진공 영역에 의해 외부의 화재나 화염에 의해 보호되며, 화재, 화염, 전기 사고에 의해서도 일정시간 이상 견디면서 센서부(60a 내지 60n)에서 측정된 측정값을 획득하여 저장할 수 있다.

도 4와 도 5는 실시예에 따른 전자회로 모듈(100)의 배선 구조에 대한 개념도를 도시한다. 도 4와 도 5에 대한 설명은 도 3을 함께 참조하여 설명하도록 한다.

도 4와 도 5를 함께 참조하여 설명하면, 실시예에 따른 전자회로 모듈(100)은 외부 전원으로 작동하며, 배터리 팩(110)을 내장하여 외부 전원이 차단되는 환경에서도 일정 시간 동안 전자회로 모듈(100)에 구동 전원을 제공할 수 있다.

전자회로 모듈(100)은 몰딩 영역에 가설되는 배선을 통해 포토 커플러(120)가 수신하는 센서부(60)의 측정값을 수신할 수 있다. 몰딩 영역으로는 포토 커플러(120)에서 전달되는 측정값과 전자회로 모듈(100)을 구동하기 위한 전원선이 포함될 수 있다. 센서부(60)는 내장된 형태 또는 센서와 독립적으로 형성되는 드라이버(61)를 이용하여 포토 커플러(120)를 구동할 수 있다.

센서부(60)와 전자회로 모듈(100)이 전기적으로 분리됨에 따라 센서부(60)에 화염이 가해지거나 전소되더라도 전자회로 모듈(100)에 전기적인 충격이 가해지거나 전자회로 모듈(100)이 파손되지 않는다.

도 5에서, 포토 커플러(120)는 몰딩 영역의 노출면과 수평을 이루면서 삽입되며, 포토 커플러의 단자(121, 122)만이 몰딩 영역에서 노출된다. 이러한 배치는 몰딩 영역이 화염이나 화재, 또는 전기 사고에 의해 파손되거나 전소될 때까지 포토 커플러(120)를 보호하기 위한 구조로서, 열에 의한 파손을 최소화하기 위해, 몰딩 영역은 전술한 내열성 재질로 형성될 수 있다.

도 6은 실시예에 따른 전자회로 모듈(100)과 포토 커플러(120)가 배선되는 구조의 일 예를 도시한다.

도 6을 참조하면, 실시예에 따른 전자회로 모듈(100)은 둘로 구획된 전도체를 이용하여 진공 영역을 형성하는 두 금속판(110a, 110b) 사이에 배치되는 배선(110)을 통해 포토 커플러(120)와 연결될 수 있다.

진공 영역을 형성하는 두 금속판(110a, 110b) 사이에 내열성 절연체를 배치하고, 배선(131)은 금속판(110a) 외부로 돌출된다. 금속판 외부로 돌출된 배선(131)은 접착층을 이용하여 금속판(110a) 외측의 배선(132)와 연결되는데, 이때, 접착층은 전도성 재질이거나 또는 비 전도성 재질이어도 무방하다. 배선(131)과 배선(132)을 전기적으로 연결하는 것은 금속판(110a) 외주연에 형성되는 솔더링 영역에 의해 구현되는 것으로서, 납, 은 또는 기타 전도성을 갖는 재질에 의해 배선(131)과 배선(132)은 전기적으로 연결될 수 있다. 금속판(110a)과 금속판(110b) 사이에는 절연체가 배치되어 두 금속판(110a, 110b) 사이가 진공 상태를 유지할 수 있도록 하여 외부의 열이나 화염이 전자회로 모듈(100)에 직접적으로 전달되지 않도록 할 수 있다.

또한, 솔더링 영역에 의해 절연체와 배선(131) 사이에 형성될 수 있는 틈이 메워지므로 두 금속판(110a, 110b) 사이에 형성되는 진공 영역의 진공 상태가 손상되지 않도록 할 수 있다.

이 상태에서, 외부의 열이나 화염이 두 금속판(110a, 110b)으로 진행하는 경우, 솔더링 영역과 접착층이 외부의 열이나 화염에 의해 가열되어 녹아내리게 되고, 납이나 은 재질의 솔더링 영역이 스텔인레스 재질 또는 알루미늄 재질로 구성되는 금속판(110a, 110b) 보다 융점이 낮으므로 접착층 또는 솔더링 영역이 외부 열에 의해 제거될 수 있다. 외부의 열에 의해 접착층과 솔더링 영역이 제거되면, 배선(132)이 배선(131)과 연결상태를 이루지 못하고 단선 상태가 되며, 외부의 열이 배선(132)을 통해 금속판(110a, 110b) 내부로 유입되기 어려운 구조가 된다. 금속판(110a, 110b) 외부로 노출되는 배선(131)의 길이가 극히 짧아 외부의 열이 전도되기 어렵다. 이 상태에서는 절연체와 배선(131)이 금속판(110a, 110b)의 진공 상태를 유지하게 된다. 즉, 실시예에 따른 전자회로 모듈(100)은,

1) 몰딩 영역이 손실되고,

2) 접착층 또는 솔더링 영역이 손실될 때, 배선(132)을 버리면서 내열성을 높이고,

3) 최종적으로 절연체와 배선(131)의 밀봉 구조를 통해 금속판(110a, 110b) 사이의 진공 상태를 유지함으로써 내장된 전자회로 모듈(100)이 왠만한 화재나 화염에 의해 쉽게 손상되지 않도록 할 수 있다.

화염이나 온도의 상태에 따라 몰딩 영역 - 솔더링 영역 - 접착층의 순으로 버리면서 열 전도를 최소화며 내장되는 전자회로 모듈(100)을 보호할 수 있는 것이다.

한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시예들은 본 발명이 기술 내용을 쉽게 설명하고 본 발명의 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것일 뿐이며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.

60a 내지 60n : 센서부 100 : 전자회로 모듈
120 : 포토 커플러 121 내지 124 : 단자
211 : 커넥팅부

Claims (9)

1. 하우징에 수납되며,
   한 쌍의 마주보는 차폐층 사이에 진공영역이 형성되어 외부의 열을 차단하는 이중차폐 하우징;
   상기 이중차폐 하우징 내에 수납되는 전자회로 모듈; 및
   상기 이중차폐 하우징 외부에 마련되는 센서부;를 포함하며,
   상기 센서부와 상기 전자회로 모듈 사이에는 몰딩 영역이 형성되어 상기 전자회로 모듈로 향하는 배선으로부터 외기의 열이 전도되는 것을 차단하는 것을 특징으로 하는 블랙박스형 전력량계.
2. 제1항에 있어서,
   상기 전자회로 모듈은,
   메모리 및 계측장치 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 블랙박스형 전력량계.
3. 제1항에 있어서,
   상기 전자회로 모듈은,
   상기 전자회로 모듈로 백업 전원을 제공하는 백업 배터리;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 블랙박스형 전력량계.
4. 제1항에 있어서
   상기 전자회로 모듈은,
   상기 몰딩 영역에서 노출되며, 상기 센서부와 전기적으로 접촉하기 위한 돌출단자를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 블랙박스형 전력량계.
5. 제1항에 있어서,
   상기 몰딩 영역에 매립되며, 상기 전자회로 모듈과 상기 센서부 사이에 마련되고 광학 신호를 이용하여 상호 데이터 통신을 지원하는 포토커플러;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 블랙박스형 전력량계.
6. 제1항에 있어서,
   상기 하우징은,
   상기 이중차폐 하우징을 수납하기 위한 수납 영역을 구비하며,
   상기 수납 영역은 내열성 세라믹 재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 블랙박스형 전력량계.
7. 제6항에 있어서,
   상기 하우징은,
   상기 수납 영역과 이웃한 노출면에 상기 이중차폐 하우징의 배출을 위한 이젝트(Eject) 버튼을 구비하는 것을 특징으로 하는 블랙박스형 전력량계.
8. 제1항에 있어서,
   상기 센서부는,
   온도, 습도, 전압, 전류, 누설전류 중 적어도 하나를 측정하는 센서를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 블랙박스형 전력량계.
9. 제1항에 있어서,
   상기 전자회로 모듈은,
   비 휘발성 저장매체, 계측회로, 또는 상기 계측회로를 포함하는 계측장치 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 블랙박스형 전력량계.

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