KR101604279B1 - 직류 회로차단기용 직류 전류 센서 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 직류 회로차단기 용 직류 전류 센서는 상부에 설치되는 전원 측 단자와, 하부에 설치되는 부하 측 단자와, 상부에 설치되고 회로를 개폐하는 개폐기구를 포함하는 철로 만들어진 자성체 부품들을 갖는 직류 회로차단기 용으로서, 직류 회로차단기 용 직류 전류 센서에 있어서, 상기 부하 측 단자가 관통하게 허용하도록 상기 부하 측 단자보다 큰 직경의 단자 관통 관 부를 가지고, 상기 단자 관통 관 부를 관통하도록 상기 부하 측 단자를 끼워 설치되는 전기적 절연재 외함; 상기 단자 관통 관 부와 인접한 상기 외함 내의 위치에 설치되어, 상기 부하 측 단자를 통해 흐르는 직류 전류량에 따른 자속량에 비례하는 전압신호를 출력하는 홀 센서(HALL SENSOR); 및 상기 외함에 고정 설치되는 인쇄회로기판으로 구성되며, 상기 홀 센서와 전기적으로 접속되고 상기 홀 센서를 지지하며, 상기 홀 센서로부터의 상기 전압신호를 처리하여 출력하는 홀 센서 출력 제어기;를 포함한다.

Description

직류 회로차단기용 직류 전류 센서{DC SENSOR FOR DC CIRCUIT BREAKER}
본 발명은 직류 회로차단기에 관한 것으로 특히, 자기 포화 현상이 발생하지 않고 큰 사고전류의 검출이 가능하며 낮은 정격 전류에 대한 검출 감도도 향상시킬 수 있는 직류 회로차단기용 직류 전류 센서에 관한 것이다.
기중 회로차단기와 같은 회로차단기 용 전류 센서는 회로차단기에서 제어기의 역할을 수행하는 과전류 계전기(Over Current Relay)에 계전동작 즉, 과전류나 단락전류와 같은 사고전류의 발생을 결정하고 트립(회로차단)을 위한 제어명령신호를 트립기구에 송신하는 것과 같은 동작을 하기 위한 1차 전류(회로 상 흐르는 전류에 비례한 검출되는 검출전류)의 검출을 위해서 사용된다.
예컨대 변류기(current transformer)와 같은 교류 전류 센서는 자기유도 현상을 이용하기 때문에 회로가 관통하도록 회로의 주위에 설치한 코어(core)에 의한 자기회로와 코일(coil)로 쉽게 구성가능하고 성능도 우수하며 크기도 작아 크기의 문제도 없다.
그러나 직류전류는 주파수가 없기 때문에 종래기술의 일 예에 따라서 미소 저항 성분을 가진 션트(shunt) 저항을 이용하여 1차 전류에 비례하는 전압을 측정하여 2차 전류(회로 상에 실제 흐르는 전류)를 환산하는 방법을 이용하였다.
이러한 션트 저항을 이용한 종래기술의 일 예에 따른 직류 전류 센서의 구성과 작용을 도 1 및 도 2를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 1은 종래기술에 따른 직류 회로차단기용 직류 전류 센서의 구성 예를 보여주는 사시 도이고, 도 2는 종래기술에 따른 직류 회로차단기용 직류 전류 센서가 회로차단기 외함에 설치된 상태를 보여주는 설치상태 사시 도이다.
도 1을 참조할 수 있는 바와 같이, 종래기술의 일 예에 따른 직류 전류 센서(10)는 중앙의 션트 저항(11)과, 션트 저항(11)을 사이에 두고 양 측에 배치되는 제 1 션트 단자(12a) 및 제 2 션트 단자(12b)를 포함한다.
제 1 션트 단자(12a)는 부하 측 선로(회로) 또는 전원 측 선로(회로)가 접속되는 단자 부를 제공하고, 제 2 션트 단자(12b)는 직류 회로 차단을 직접 수행하는 가동접촉자 및 고정접촉자를 포함한 차단기 본체 측과 접속되는 단자 부를 제공한다.
중앙의 션트 저항(11)은 예컨대 수십 마이크로 오옴(μΩ) 정도의 미소 저항을 가지고 회로 상에 흐르는 전류량에 비례하는 전압신호를 출력할 수 있다.
또한 도 2를 참조할 수 있는 바와 같이 종래기술의 일 예에 따른 직류 전류 센서(10)는 차단기 본체(100), 특히 차단기 본체(100)의 외형을 형성하는 외함 내의 상부 및 하부에 설치되고, 종래기술의 일 예에 따른 직류 전류 센서(10)는 중앙의 션트 저항(11)에 접속하여 직류 전류 센서(10)가 검출한 직류 전류량에 비례한 전압신호를 받아 미 도시의 상기 과전류계전기에 전달하는 검출신호 단자 및 신호 선(13)을 포함할 수 있다.
상기와 같이 구성되는 종래기술의 일 예에 따른 직류 전류 센서(10)의 동작을 간략히 설명한다.
상술한 바와 같이 직류 통전 선로인 부하 측 선로(회로) 또는 전원 측 선로(회로)에 직접 접속되는 직류 전류 센서(10)에 있어서, 회로 상에 흐르는 직류 전류량에 따라서 션트 저항(11)의 양단에는 비례하는 수십 밀리볼트(mV)의 검출 전압 신호가 발생한다.
그러면 해당 검출 전압 신호는 검출신호 단자 및 신호 선(13)을 통해 상기 과전류계전기에 전달되며, 상기 과전류계전기는 미리 저장된 처리프로그램에 의해서 검출 전압신호가 나타내는 전압 값을 비례하는 전류 값으로 환산하는 것으로 직류 전류 센서(10)에 의한 직류 전류 검출 동작이 완료된다.
그러나 상술한 종래기술에 따른 직류 전류 센서(10)는, 대용량 직류 회로차단기에 적용할 경우, 예컨대 2000암페어(A)이상의 통전전류에 의한 션트 저항(11)의 저항값에 의한 열 손실은 수 백 와트(W) 정도로 매우 커서 해당 전력손실로 인한 발열이 과전류계전기에서 전류검출시 오차를 발생시키는 문제가 있다. 따라서 정격전류를 크게 초과하는 전류의 검출용 예컨대, 정격전류의 1500 퍼센트(%)에 달하는 단락전류와 같은 사고전류를 검출해야 하는 회로차단기의 직류 전류 센서로서 상기 검출오차 문제로 인해 사용이 곤란한 문제가 있다.
또한 이러한 문제 때문에 션트 저항(11)의 저항값을 더욱 미소하게 수 마이크로 오옴으로 구성하면, 션트 저항(11)의 양단에 형성되는 전압은 수 밀리볼트(mV) 정도로 너무 작아서 해당 전압신호를 근거로 전류 값을 환산하기까지의 처리에 문제가 된다. 특히 정격전류 이하의 전류가 회로 상에 통전하는 경우, 이를 검출하는 것이 불가능하거나 검출 정밀도가 저하되는 문제점이 있다.
또한 직류 전류 센서(10)는 통전 전력회로에 직접 접속하는 접촉식 검출 구성이므로, 통전 전력회로에 유입되는 서지(surge)에 의한 전압신호가 그대로 검출신호 단자 및 신호 선(13)을 통해 상기 과전류계전기에 전달되므로, 상기 과전류계전기에 높은 내전압의 절연회로가 요구되는 문제점도 발생한다.
따라서 본 발명은 상기 종래기술의 문제점을 해소하는 것으로서, 본 발명의 제 1 목적은 자기포화 현상발생이 없이 정격전류의 1500 퍼센트(%)에 달하는 큰 사고전류를 검출할 수 있고 자기밀도가 높고 주변 자성체에 의한 자속 왜곡이 최소화될 수 있는 정격전류 이하의 전류도 직류 회로차단기 용 직류 전류 센서를 제공하는 것이다.
본 발명의 제 2 목적은, 정격전류 이하의 전류 검출시에도 정확한 전류 검출 출력을 발생시킬 수 있는 직류 회로차단기 용 직류 전류 센서를 제공하는 것이다.
상기 본 발명의 제 1 목적은, 상부에 설치되는 전원 측 단자와, 하부에 설치되는 부하 측 단자와, 상부에 설치되고 회로를 개폐하는 개폐기구를 포함하는 철로 만들어진 자성체 부품들을 갖는 직류 회로차단기 용으로서, 직류 회로차단기 용 직류 전류 센서에 있어서,
상기 부하 측 단자가 관통하게 허용하도록 상기 부하 측 단자보다 큰 직경의 단자 관통 관 부를 가지고, 상기 단자 관통 관 부를 관통하도록 상기 부하 측 단자를 끼워 설치되는 전기적 절연재 외함;
상기 단자 관통 관 부와 인접한 상기 외함 내의 위치에 설치되어, 상기 부하 측 단자를 통해 흐르는 직류 전류량에 따른 자속량에 비례하는 전압신호를 출력하는 홀 센서(HALL SENSOR); 및
상기 외함에 고정 설치되는 인쇄회로기판으로 구성되며, 상기 홀 센서와 전기적으로 접속되고 상기 홀 센서를 지지하며, 상기 홀 센서로부터의 상기 전압신호를 처리하여 출력하는 홀 센서 출력 제어기;를 포함하는 본 발명에 따른 직류 회로차단기용 직류 전류 센서를 제공함으로써 달성될 수 있다.
상기 본 발명의 제 2 목적은, 상기 홀 센서를 사이에 두고 서로 미리 결정된 간격을 두고 대칭적으로 설치되어, 정격 전류 이하의 작은 전류에 대한 검출 감도를 향상시키는 한 쌍의 자기회로 자성체를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 본 발명에 따른 직류 회로차단기용 직류 전류 센서를 제공함으로써 달성될 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 양상에 따라서, 본 발명에 따른 직류 회로차단기용 직류 전류 센서는 상기 홀 센서가 진동과 충격에 의한 영향을 받는 것을 방지하도록, 상기 외함 내 설치된 상기 홀 센서와 상기 홀 센서 출력 제어기의 주위에 충진되는 절연재 주조물을 더 포함한다.
본 발명의 바람직한 다른 일 양상에 따라서, 본 발명에 따른 직류 회로차단기용 직류 전류 센서는 상기 단자 관통 관 부의 주위를 둘러싸게 고정되며 상기 자기회로 자성체를 지지하는 환형의 자기 회로 홀더를 더 포함한다.
본 발명의 바람직한 다른 일 양상에 따라서, 상기 한 쌍의 자기회로 자성체는 원형 자로의 50 퍼센트(PERCENT) 보다 작거나 같고 10 퍼센트보다 크거나 같게 형성되는 원호형 자성체로 구성된다.
본 발명의 바람직한 또 다른 일 양상에 따라서, 상기 한 쌍의 자기회로 자성체간의 간격이 일정하게 유지되도록, 상기 자기 회로 홀더는 상기 한 쌍의 자기회로 자성체의 사이에 위치하는 미리 결정된 두께를 가진 격벽 부를 포함하고, 상기 격벽 부는 상기 홀 센서를 끼워 지지하는 센서 지지 홈 부를 포함한다.
본 발명에 따른 직류 회로차단기 용 직류 전류 센서는, 상부에 설치되는 전원 측 단자와, 하부에 설치되는 부하 측 단자와, 상부에 설치되고 회로를 개폐하는 개폐기구를 포함하는 철로 만들어진 자성체 부품들을 갖는 직류 회로차단기 용으로서, 홀 센서가 부하 측 단자의 주변에 설치되기 때문에 통전경로에 인접하게 설치되어 자속밀도가 높아서 전류 측정 출력을 크게 얻을 수 있는 효과가 있고, 홀 센서를 전류검출 센서로서 포함하므로 직류전류 검출이 가능한 효과가 있으며, 자기회로가 없는 구성이므로 자기포화 현상이 없어 정격전류의 15배에 달하는 큰 사고전류도 검출이 가능한 효과가 있으며, 홀 센서가 회로차단기의 자성체 부품들로부터 먼 하부의 부하 측 단자에 설치되므로 자성체 부품들로 인한 자속왜곡 현상도 회피할 수 있어 정확한 전류검출이 가능한 효과를 얻을 수 있다.
본 발명에 따른 직류 회로차단기 용 직류 전류 센서는, 상기 홀 센서를 사이에 두고 서로 미리 결정된 간격을 두고 대칭적으로 설치되는 한 쌍의 자기회로 자성체를 더 포함하므로, 작은 정격 전류에 대한 검출 감도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
본 발명에 따른 직류 회로차단기용 직류 전류 센서는 상기 외함 내 설치된 상기 홀 센서와 상기 홀 센서 출력 제어기의 주위에 충진되는 절연재 주조물을 더 포함하므로, 상기 홀 센서가 진동과 충격에 의한 영향을 받는 것이 방지될 수 있는 효과가 있다.
본 발명에 따른 직류 회로차단기용 직류 전류 센서는 상기 단자 관통 관 부의 주위를 둘러싸게 고정되며 상기 자기회로 자성체를 지지하는 환형의 자기 회로 홀더를 더 포함하므로, 자기회로 자성체가 안정적으로 지지될 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
본 발명의 직류 회로차단기용 직류 전류 센서에 있어서, 상기 한 쌍의 자기회로 자성체는 원형 자로의 50 퍼센트(PERCENT) 보다 작거나 같고 10 퍼센트보다 크거나 같게 형성되는 원호형 자성체로 구성되므로, 자기포화를 일으키지 않으면서 홀센서에 인가되는 자속을 증가시킬 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
본 발명의 직류 회로차단기용 직류 전류 센서에 있어서, 상기 자기 회로 홀더는 상기 한 쌍의 자기회로 자성체의 사이에 위치하는 미리 결정된 두께를 가진 격벽 부를 포함하고, 상기 격벽 부는 상기 홀 센서를 끼워 지지하는 센서 지지 홈 부를 더 포함하여, 상기 한 쌍의 자기회로 자성체와 홀 센서 간의 간격이 일정하게 유지되므로 홀 센서의 출력전압이 자기회로 자성체의 위치에 따라 변동됨이 없이 일정한 특성을 보일 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래기술에 따른 직류 회로차단기용 직류 전류 센서의 구성 예를 보여주는 사시 도이고,
도 2는 종래기술에 따른 직류 회로차단기용 직류 전류 센서가 회로차단기 외함에 설치된 상태를 보여주는 설치상태 사시 도이며,
도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 직류 전류 센서가 설치된 회로차단기 본체를 보여주는 사시 도이고,
도 4는 본 발명에 따른 직류 전류 센서가 설치되는 부하 측 단자와 연선 및 복수의 핑거형 가동접촉자들의 조립체를 보여주는 사시 도이며,
도 5는 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 직류 전류 센서의 구성을 보여주는 외형 사시 도이고,
도 6은 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 직류 전류 센서의 구성을 보여주는 외형 사시 도이며,
도 7은 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 직류 전류 센서의 구성을 보여주는 단면 사시 도이고,
도 8은 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 직류 전류 센서에 있어서 홀 센서와 자기회로 자성체 및 자기회로 홀더의 조립체의 특징적 구성을 보여주는 사시 도이며,
도 9는 본 발명에 따른 직류 전류 센서의 외함에 절연재 주조물이 충진된 상태를 보여주는 사시 도이다.
상기 본 발명의 목적과 이를 달성하는 본 발명의 구성 및 그의 작용효과는 첨부한 도 3 내지 도 9를 참조한 본 발명의 바람직한 실시 예에 대한 이하의 설명에 의해서 좀 더 명확히 이해될 수 있을 것이다.
먼저, 본 발명에 따른 직류 전류 센서가 설치되는 직류 회로차단기에 대해서 도 3 및 도 4를 참조하여 설명한다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 직류 전류 센서가 설치된 회로차단기 본체를 보여주는 사시 도이고, 도 4는 본 발명에 따른 직류 전류 센서가 설치되는 부하 측 단자와 리드 와이어 및 복수의 핑거형 가동접촉자들의 조립체를 보여주는 사시 도이다.
도 3 또는 도 4를 참조할 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 직류 전류 센서가 설치되는 직류 회로차단기는 도 3에 도시된 바와 같은 차단기 본체(100)와 미 도시한 크래들(cradle)을 포함하여 구성된다.
여기서 크래들은 외부의 전원 측 전력선로와 부하 측 전력선로가 각각 접속될 수 있는 외부회로접속용 단자 부와 내부의 차단기 본체 측 단자 부를 가지고, 내부에 차단기 본체(100)를 접속 위치(connection position), 시험 위치(test position) 또는 분리 위치(disconnection position)로 이동가능하게 지지하는 직류 회로차단기의 외함 부를 제공하는 부분이다.
차단기 본체(100)는 상기 크래들에 접속되는 전원 측 단자(50) 및 부하 측 단자(30)와, 부하 측 단자(30)에 전기적으로 접속되는 가동접촉자(70a) 및 전원 측 단자(50)에 전기적으로 접속되는 고정접촉자(미 도시)와, 가동접촉자(70a)를 부하 측 단자(10)에 전기적으로 접속시켜주는 복수의 연선(flexible wire 또는 lead wire로 불림)(40), 아크 배기판(60) 및 상기 부하 측 단자(30)에 설치되는 직류 전류 센서(20)를 포함한다.
도 3에 있어서 부호 100a는 차단기 본체(100)의 외함을 지시한다.
전원 측 단자(50)는 상기 크래들의 차단기 본체 측 단자 부에 접속되어 외부의 전원 측 전력선로와 전기적으로 접속되는 단자 부로서, 차단기 본체(100)의 상부에 설치된다.
부하 측 단자(30)는 상기 크래들의 차단기 본체 측 단자 부에 접속되어 외부의 부하 측 전력선로와 전기적으로 접속되는 단자 부로서 차단기 본체(100)의 하부에 설치된다.
전원 측 단자(50)와 부하 측 단자(30)는 미 도시한 핑거 형(finger shape) 단자 부를 통해서 상기 크래들의 차단기 본체 측 단자 부에 접속될 수 있다.
가동접촉자(70a)는 도 4를 참조할 수 있다. 도 4는 본 발명에 따른 직류 전류 센서가 설치되는 부하 측 단자와 연선 및 복수의 핑거형 가동접촉자들의 조립체를 보여주는 사시 도로서, 도 4를 참조하여 가동접촉자 조립체의 구성을 설명한다.
가동접촉자 조립체(70)는 부하 측 단자(30), 복수의 가동접촉자(70a), 복수의 연선(40), 브래킷(bracket)(70b), 한 쌍의 측 판(70c), 절연성을 갖는 케이지(cage)(70d)를 포함한다.
복수의 가동접촉자(70a)는 각각 황동과 같은 도전재 금속판으로 핑거형으로 형성되며, 각각의 상부에 접점이 용접에 의해 부착되고 하부에는 연선(40)이 각각 용접에 의해 접속된다.
케이지(70d)는 격벽(미도시)이 형성되어 각각의 가동접촉자(70a)를 구획하여 각각 수납한다.
한 쌍의 측 판(70c)은 복수의 가동접촉자(70a)의 양 외측 면을 각각 지지하고, 한 쌍의 측 판(70c)은 각각 브래킷(70b)에 의해서 회동가능하게 지지되도록 돌출한 축 부를 구비한다.
복수의 연선(40)은 각각 복수의 가동접촉자(70a)에 대응하게 설치되며, 각각의 연선(40)은 복수 개의 많은 가는 동선 또는 동박의 선을 꼬아서 제작될 수 있고 양 단부는 압착하여 용접이 용이하도록 형성한다.
상기 가동접촉자 조립체(70)는 미 도시한 연결 레버에 의해서 개폐 축과 접속되어 시계방향 또는 반 시계방향으로 회동될 수 있다.
본 발명의 발명자가 도 3에 도시된 바와 같은 차단기 본체(100)에 대해서 자속밀도를 측정해본 결과, 전기적 도체 즉 부하 측 단자(30) 또는 전원 측 단자(50) 부위의 자속 밀도가 다른 부위 즉, 가동접촉자(70a)와 연선(40)의 자속 밀도 보다 높았으며, 전원 측 단자(50)의 후위에는 후술하는 개폐기구 및 개폐 축과 같은 철로 만들어진 자성체 부품들이 위치하여 이들 자성체에 의한 자계의 영향이 있었다.
따라서 본 발명의 바람직한 일 양상에 따라서, 직류 전류 센서(20)는 도 3을 참조할 수 있는 바와 같이 바람직하게 자속 밀도가 높아서 전류량 측정 감도가 우수하고 주위의 자계 영향이 적은 하부의 부하 측 단자(30)의 주위에 설치하였다.
아크 배기판(60)은 회로차단시 접점 간에서 발생하는 아크를 배기하는 판으로서 아크 배기판(60)의 하위에는 아크를 소호(arc extinguishing)하기 위해 복수의 아크 차폐판을 적층하여 구성되는 미 도시의 소호기구가 설치된다.
한편, 도 5 내지 도 8을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 직류 전류 센서(20)의 구성과 작용을 설명한다.
본 발명의 제 1 실시 예에 따른 직류 전류 센서의 구성을 보여주는 외형 사시 도인 도 5를 참조할 수 있는 바와 같이 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 직류 전류 센서(20)는 외함(23), 홀 센서(hall sensor)(21), 홀 센서 출력 제어기(22)를 포함하여 구성된다.
도 5에 있어서 부호 25는 하기 단자 관통 관 부(24)의 내측 중공(中空) 부를 지시하고, 부호 26은 홀 센서 출력 제어기(22)를 덮는 커버(cover)를 지시한다.
외함(23)은 전기적 절연성을 갖는 합성수지 재와 같은 전기적 절연재로 만들어지고 상부가 개방된 상자형으로 형성된 부재로서, 중앙부분에 부하 측 단자(도 3의 부호 30 참조)가 관통하게 허용하도록 부하 측 단자(30)보다 큰 직경의 단자 관통 관 부(24)를 가진다.
외함(23)은, 단자 관통 관 부(24)를 관통하도록 부하 측 단자(30)를 단자 관통 관 부(24)의 내측 중공 부(25)에 끼워 설치된다.
홀 센서(21)는 단자 관통 관 부(24)와 인접한 외함(23) 내의 위치에 설치되어, 부하 측 단자(30)를 통해 흐르는 직류 전류량에 따른 자속량(amount of manetic flux)에 비례하는 전압신호를 출력한다. 다시 말해서, 부하 측 단자(30)를 통해 흐르는 직류 전류에 따라서 전류 주변에 자속이 발생하고, 해당 자속량은 전류량에 비례한다. 홀 센서(21)는 인가되는 자속량에 비례한 전압신호를 출력한다. 홀 센서(21)는 잘 알려진 바와 같이 출력단자로서 인쇄회로기판에 접속될 수 있는 핀 단자(pin terminals)를 구비한다.
홀 센서 출력 제어기(22)는 외함(23)에 고정 나사와 같은 고정수단에 의해 고정 설치되는 인쇄회로기판으로 구성된다.
홀 센서 출력 제어기(22)는 홀 센서(21)와 전기적으로 접속되고 홀 센서(21)를 지지하며, 홀 센서(21)로부터의 전압신호를 처리하여 출력한다. 다시 말해서 홀 센서 출력 제어기(22)는 인쇄회로기판으로 구성되므로 홀 센서(21)의 상기 핀 단자를 인쇄회로기판의 해당 접속구에 삽입하고 납땜하는 것에 의해 홀 센서(21)와 홀 센서 출력 제어기(22)가 전기적으로 접속될 수 있다. 또한 홀 센서 출력 제어기(22)는 홀 센서(21)에 전원을 공급하는 전원 회로 부 및 홀 센서의 출력신호를 증폭하는 증폭 회로 부, 온도 보상 회로 부 등 보상회로 부를 포함할 수 있으며, 해당 회로 부에 의해서 홀 센서(21)로부터의 전압신호를 증폭하고 보상처리를 한 후 출력단자를 통해 미 도시의 신호선으로 연결된 회로차단기의 과전류계전기와 같은 제어부로 송신한다.
상술한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 직류 전류 센서(20)의 동작을 도 3 또는 도 5를 참조하여 간단히 설명한다.
직류 전류 센서(20)가 도 3에 도시된 바와 같이 하부의 부하 측 단자(30)의 주위에 설치된 상태에서, 부하 측 단자(30)를 통해서 직류 전류가 흐르면, 해당 직류 전류에 의해서 주위에 자속이 발생하고 이러한 자속은 직류 전류 센서(20)의 홀 센서(21)에 인가된다.
그러면 홀 센서(21)는 인가되는 자속량에 비례한 전압신호를 핀 단자를 통해 출력한다. 해당 전압신호는 핀 단자를 통해 접속된 홀 센서 출력 제어기(22)에 의해서 증폭하고 디지털 변환하는 것과 같은 처리를 거친 후, 홀 센서 출력 제어기(22)의 출력단자를 통해 미 도시의 신호선으로 연결된 회로차단기의 과전류계전기와 같은 제어부로 송신된다.
회로차단기의 제어부는 해당 수신신호를 미리 저장된 처리프로그램과 미지 저장된 기준 데이터를 근거로 검출 전류 데이터로 변환하여, 현재 회로차단기를 통해 흐르는 전력회로 상의 전류량이 정격전류 이하인지 과전류나 단락전류와 같은 사고전류로서 회로차단이 필요한 전류인지 결정하며, 이러한 결정의 결과에 따라서 회로차단이 필요한 경우 트립(trip) 제어신호를 트립 조작기에 출력하여 회로차단을 시키거나 정격전류 이하인 정상상태인 경우, 다음 검출 신호의 수신을 대기한다.
상술한 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 직류 전류 센서(20)는 자기회로가 없는 구성이므로 자기포화 현상이 없어 정격전류의 15배에 달하는 단락전류와 같은 큰 사고전류도 검출이 가능하다.
한편, 도 6 내지 도 8을 참조하여 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 직류 전류 센서(20)의 구성과 동작을 설명한다.
도 6은 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 직류 전류 센서의 구성을 보여주는 외형 사시 도이며, 도 7은 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 직류 전류 센서의 구성을 보여주는 단면 사시 도이고, 도 8은 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 직류 전류 센서에 있어서 홀 센서와 자기회로 자성체 및 자기회로 홀더의 조립체의 특징적 구성을 보여주는 사시 도이다.
도 6 내지 도 8에 도시한 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 직류 전류 센서(20)는 도 5에 도시한 제 1 실시 예에 따른 직류 전류 센서(20)의 구성요소인 외함(23), 홀 센서(21) 및 홀 센서 출력 제어기(22)를 포함하며, 한 쌍의 자기회로 자성체(27a, 27b)를 추가적으로 더 포함하는 것이 특징이다.
제 1 실시 예에 따른 직류 전류 센서(20)의 구성요소인 외함(23), 홀 센서(21) 및 홀 센서 출력 제어기(22)의 구성과 작용은 전술한 바와 같으므로 중복 설명은 피하기로 한다.
한 쌍의 자기회로 자성체(27a, 27b)는 도 6을 참조할 수 있는 바와 같이 상기 홀 센서(21)를 사이에 두고 서로 미리 결정된 간격을 두고 대칭적으로 설치된다.
한 쌍의 자기회로 자성체(27a, 27b)는 자기회로를 형성하여 정격 전류 이하의 작은 전류에 대한 검출 감도를 향상시키는 기능을 수행한다.
본 발명의 제 2 실시 예에 따른 직류 전류 센서(20)에 있어서, 정격 전류 이하의 작은 전류에 대한 검출 감도를 향상시키면서도 자기포화 현상발생은 억제해야 하므로, 한 쌍의 자기회로 자성체(27a, 27b)는 원형 자로의 50 퍼센트(PERCENT) 보다 작거나 같고 10 퍼센트보다 크거나 같게 형성되는 원호형 자성체로 구성된다.
본 발명의 제 2 실시 예에 따른 직류 전류 센서(20)는 바람직한 실시 예에 따라서 환형의 자기 회로 홀더(26)를 더 포함하여 구성될 수 있다.
자기 회로 홀더(26)는 외함(23)에서 단자 관통 관 부(24)의 주위를 둘러싸게 고정되며 자기회로 자성체(27a, 27b)를 지지하는 기능을 수행한다.
자기 회로 홀더(26)는 플랜지 부(flange portion)(26a), 관 부(pipe portion)(26b) 및 격벽 부(26c)를 포함하여 구성된다.
플랜지 부(26a)와 관 부(26b)는 한 쌍의 자기회로 자성체(27a, 27b)를 고정 및 지지하는 수단으로서, 관 부(26b)는 외함(23)의 단자 관통 관 부(24)의 주위를 둘러싸게 설치되고, 플랜지 부(26a)는 외함(23)에 자기 회로 홀더(26)를 고정하고 지지시키기 위한 부분이다.
도 8을 참조할 수 있는 바와 같이, 한 쌍의 자기회로 자성체(27a, 27b)간의 간격이 일정하게 유지되도록, 자기 회로 홀더(26)는 한 쌍의 자기회로 자성체(27a, 27b)의 사이에 위치하는 미리 결정된 두께를 가진 격벽 부(26c)를 포함하고, 한 쌍의 자기회로 자성체(27a, 27b)는 격벽 부(26c)의 양 측벽에 밀착하게 설치됨으로써 한 쌍의 자기회로 자성체(27a, 27b)간의 간격이 일정하게 유지될 수 있다.
한 쌍의 자기회로 자성체(27a, 27b)간의 간격을 일정하게 유지하는 목적은 자기회로 자성체(27a, 27b)의 위치변화에 따라 홀 센서(21)의 출력이 변화하므로, 자기회로 자성체(27a, 27b)와 홀 센서(21) 간의 간격을 일정하게 유지하고자 함이다.
격벽 부(26c)는 센서 지지 홈 부(미 도시)를 포함하여 상기 지지 홈 부내에 홀 센서(21)를 끼워 지지한다.
도 8을 참조할 수 있는 바와 같이 홀 센서(21)와의 접속을 위해서 홀 센서 출력 제어기(22)는 홀 센서(21) 쪽으로 연장하는 연장 기판 부(22a)를 더 포함할 수 있다.
도 9를 참조할 수 있는 바와 같이, 도 5로 도시한 본 발명의 바람직한 제 1 실시 예에 따른 직류 전류 센서(20) 또는 도 6 내지 도 8로 도시한 본 발명의 바람직한 제 2 실시 예에 따른 직류 전류 센서(20)는 절연재 주조물(28)을 더 포함할 수 있다.
절연재 주조물(28)은 가열에 의해서 액화되고 상온에서 냉각시 경화될 수 있는 전기적 절연성을 갖는 절연재를 홀 센서 출력 제어기(22)와 홀 센서(21){또한 제 2 실시 예의 경우 자기회로 자성체(27a, 27b) 및 자기 회로 홀더(26)도 추가로 포함}가 설치된 외함(23) 내에 녹여 부어 경화시키는 주조(molding)에 의해 형성될 수 있다.
절연재 주조물(28)은 외함(23) 내 설치된 홀 센서(21)와 홀 센서 출력 제어기(22)의 주위에 충진되어, 홀 센서(21) 및 홀 센서 출력 제어기(22)를 진동과 충격으로부터 보호하며, 특히 절연재 주조물(28)의 주 기능은 홀 센서(21)가 진동과 충격에 의한 영향을 받는 것을 방지하는 것이다.
상술한 바와 같이 구성되는 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 직류 전류 센서(20)의 동작을 도 6 내지 도 8을 참조하여 간단히 설명한다.
직류 전류 센서(20)가 도 3에 도시된 바와 같이 하부의 부하 측 단자(30)의 주위에 설치된 상태에서, 부하 측 단자(30)를 통해서 직류 전류가 흐르면, 해당 직류 전류에 의해서 주위에 자속이 발생하고 이러한 자속은 직류 전류 센서(20)의 홀 센서(21)에 인가된다.
그러면 홀 센서(21)는 인가되는 자속량에 비례한 전압신호를 핀 단자를 통해 출력한다.
이때 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 직류 전류 센서(20)는 한 쌍의 자기회로 자성체(27a, 27b)를 포함하므로, 부하 측 단자(30)를 통해서 흐르는 직류 전류가 낮은 정격전류인 경우에도 자기회로 자성체(27a, 27b)의 자기회로에 의해 작은 정격 전류에 대한 검출 감도를 향상시킬 수 있다.
해당 전압신호는 핀 단자를 통해 접속된 홀 센서 출력 제어기(22)에 의해서 증폭하고 보상 처리를 거친 후, 홀 센서 출력 제어기(22)의 출력단자를 통해 미 도시의 신호선으로 연결된 회로차단기의 과전류계전기와 같은 제어부로 송신된다.
회로차단기의 제어부는 해당 수신신호를 미리 저장된 처리프로그램과 미지 저장된 기준 데이터를 근거로 검출 전류 데이터로 변환하여, 현재 회로차단기를 통해 흐르는 전력회로 상의 전류량이 정격전류 이하인지 과전류나 단락전류와 같은 사고전류로서 회로차단이 필요한 전류인지 결정하며, 이러한 결정의 결과에 따라서 회로차단이 필요한 경우 트립(trip) 제어신호를 트립 조작기에 출력하여 회로차단을 시키거나 정격전류 이하인 정상상태인 경우, 다음 검출 신호의 수신을 대기한다.
상술한 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 직류 전류 센서(20)는 자기회로가 완전 원형 자기 회로의 50퍼센트 이하의 원호형 자기 회로가 추가되는 구성이므로 자기포화 현상도 없고 선형성을 갖는 전류 검출 특성을 가질 수 있으며, 정격전류의 15배에 달하는 단락전류와 같은 큰 사고전류도 검출이 가능한 효과를 얻을 수 있다.
10: 직류 전류 센서 11: 션트 저항
12a: 제 1 션트 단자 12b: 제 2 션트 단자
13: 검출신호 단자 및 신호 선 20: 직류 전류 센서
21: 홀 센서 22: 홀 센서 출력 제어기
22a: 연장 기판 부 23: 외함
24: 단자 관통 관 부 25: 내측 중공 부
26: 자기 회로 홀더 26a: 플랜지 부
26b: 관 부 26c: 격벽 부
27a, 27b: 자기회로 자성체 28: 절연재 주조물
30: 부하 측 단자 40: 연선
50: 전원 측 단자 60: 아크 배기판
70: 가동접촉자 조립체 70a: 가동접촉자
100: 차단기 본체

Claims (6)

  1. 상부에 설치되는 전원 측 단자와, 하부에 설치되는 부하 측 단자와, 상부에 설치되고 회로를 개폐하는 개폐기구를 포함하는 직류 회로차단기 용으로서, 직류 회로차단기 용 직류 전류 센서에 있어서,
    상기 부하 측 단자가 관통하게 허용하도록 상기 부하 측 단자보다 큰 직경의 단자 관통 관 부를 가지고, 상기 단자 관통 관 부를 관통하도록 상기 부하 측 단자를 끼워 설치되는 전기적 절연재 외함;
    상기 단자 관통 관 부와 인접한 상기 외함 내의 위치에 설치되어, 상기 부하 측 단자를 통해 흐르는 직류 전류량에 따른 자속량에 비례하는 전압신호를 출력하는 홀 센서(HALL SENSOR); 및
    상기 외함에 고정 설치되는 인쇄회로기판으로 구성되며, 상기 홀 센서와 전기적으로 접속되고 상기 홀 센서를 지지하며, 상기 홀 센서로부터의 상기 전압신호를 처리하여 출력하는 홀 센서 출력 제어기;를 포함하는 직류 회로차단기용 직류 전류 센서.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 홀 센서가 진동과 충격에 의한 영향을 받는 것을 방지하도록, 상기 외함 내 설치된 상기 홀 센서와 상기 홀 센서 출력 제어기의 주위에 충진되는 절연재 주조물을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 직류 회로차단기용 직류 전류 센서.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 홀 센서를 사이에 두고 서로 미리 결정된 간격을 두고 대칭적으로 설치되어, 정격 전류 이하의 작은 전류에 대한 검출 감도를 향상시키는 한 쌍의 자기회로 자성체를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 직류 회로차단기용 직류 전류 센서.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 단자 관통 관 부의 주위를 둘러싸게 고정되며 상기 자기회로 자성체를 지지하는 환형의 자기 회로 홀더; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 직류 회로차단기용 직류 전류 센서.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 한 쌍의 자기회로 자성체는 원형 자로의 50 퍼센트(PERCENT) 보다 작거나 같고 10 퍼센트보다 크거나 같게 형성되는 원호형 자성체로 구성되는 것을 특징으로 하는 직류 회로차단기용 직류 전류 센서.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 한 쌍의 자기회로 자성체간의 간격이 일정하게 유지되도록, 상기 자기 회로 홀더는 상기 한 쌍의 자기회로 자성체의 사이에 위치하는 미리 결정된 두께를 가진 격벽 부를 포함하고,
    상기 격벽 부는 상기 홀 센서를 끼워 지지하는 센서 지지 홈 부를 포함하는 것을 특징으로 하는 직류 회로차단기용 직류 전류 센서.




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