KR101616429B1 - 전력선 상태표시장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 위상이 서로 다른 전선의 도통상태 및 위상을 직관적으로 확인하는 전력선 상태표시장치에 관한 것으로서, 본 발명은 서로 다른 위상의 전류가 흐르는 복수의 전력선에서 각각의 펄스신호를 추출하는 검출부, 추출한 복수의 펄스신호 중 하나의 위상을 지연시키고, 다른 하나의 펄스신호와 비교하여 위상을 판별하는 위상산출부 및 위상산출부가 판별한 위상을 표시하는 표시부를 포함한다.

Description

전력선 상태표시장치{Apparatus for display condition of transmission}

본 발명은 전력선 상태표시장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 위상이 서로 다른 전선의 도통상태 및 위상을 직관적으로 확인하는 전력선 상태표시장치에 관한 것이다.

현재, 사용되는 전기는 3상 4선식 전력배전망 구조에 의해 발전된다. 이러한 전기는 변압기를 거쳐 220V 내지 380V의 교류전압으로 변압되어 수용자의 배전반에 송전된다.

배전반은 서로 위상이 다른 위상선 3선과 중성선 1선으로 이용하여 R상, S상 및 T상의 상전압 220V 및 R-S 상, S-T상 및 T-R 상등의 선간 전압 380V을 송전 받는다. 이러한, 각 상 및 각 선간 간에는 부하가 균등하게 연결되어, 어느 하나의 상 또는 어느 하나의 선간에 부하가 치중되지 않도록 하는 것이 바람직하다. 이에, 사용자는 배전반에 올바르게 결선된 위상선 및 중성선을 이용해 각 위상선 및 위상 선간에 부하가 균일하게 작용 될 수 있도록 하여 전기사고를 예방할 수 있다.

그러나, 사용자는 배전반에 전선을 결선 과정에서 전선의 활성상태 및 전선의 위상을 직접적 파악하기 어려워, 일시적으로 전기 차단기를 내린 후, 임의로 정해진 전선 색상을 보고 전선을 배전반에 결선한다.

이와 같이 사용자가 직접적으로 전선의 활성 상태 및 전선의 위상을 인지 못한 상태로 전선을 다루게 되면서 예기치 않은 안전 사고가 발생하게 된다.

따라서, 현재 사용자가 정확한 전선의 상태를 파악할 수 있도록 하는 연구 및 개발 등이 진행되고 있다. 일 예로, 대한민국공개특허 10-2006-0024734인 전력선의 위상을 확인하는 시스템 장치 및 방법이 있다. 그러나, 이러한 종래기술은 전선의 상태를 검출하는데 있어, 복잡한 구성요소를 필요로 하는 문제가 있다.

대한민국공개특허 10-2006-0024734 (2006. 03. 17)

이에, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 전력선의 위상차이를 이용하여, 전력선의 위상을 정확하게 확인할 수 있는 전력선 상태표시장치를 제안하는 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되는 것은 아니며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해 될 수 있을 것이다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 전력선 서로 다른 위상의 전류가 흐르는 복수의 전력선에서 각각의 펄스신호를 추출하는 검출부, 상기 추출한 복수의 펄스신호 중 하나의 위상을 지연시키고, 다른 하나의 펄스신호와 비교하여 위상을 판별하는 위상산출부 및 상기 위상산출부가 판별한 위상을 표시하는 표시부를 포함한다.

상기 검출부는 상기 전력선에서 발생하는 자기장을 감지하여 상기 펄스신호를 추출할 수 있다.

상기 검출부는 상기 자기장의 크기가 기준값 이상인 경우에 펄스를 출력할 수 있다.

상기 검출부는 복수 개의 상기 전력선 중에서 2개씩 순차적으로 선택하여 상기 펄스신호를 추출할 수 있다.

상기 표시부는 상기 전력선의 위상에 따라 서로 다른 표시를 하는 발광램프를 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 전력선 상태표시장치는 사용자가 전력선의 도통상태 및 위상을 직관적으로 인지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력선 상태표시장치에 대한 사시도이다.
도 2는 도1의 전력선 상태표시장치의 회로도이다.
도 3은 도 1의 전력선 상태표시장치의 검출부에서 출력되는 신호를 나타내는 파형도이다.
도 4는 도 1의 전력선 상태표시장치의 위상산출부에서 출력되는 신호를 나타내는 파형도이다.
도 5는 도 1의 전력선이 올바르게 배치되었을 때, 전력선 상태표시장치가 작동되는 상태를 나타내는 도면이다.
도 6은 도 5의 전력선 상태표시장치의 회로도 및 위상산출부에서 출력되는 신호를 나타내는 도면이다.
도 7은 도 1의 전력선이 올바르지 않게 배치되었을 때, 전력선 상태표시장치가 작동되는 상태를 나타내는 도면이다.
도 8은 도 7의 전력선 상태표시장치의 회로도 및 위상산출부에서 출력되는 신호를 나타내는 도면이다.

본 발명의 이점과 특징 그리고 그것들을 달성하는 방법들은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 수 있다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하고 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 단지 청구항에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조부호는 동일 구성요소를 지칭한다.

도 1 내지 도 4를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 전력선 상태표시장치 및 회로도 그리고 각 구성요소로부터 추출되는 신호 파형에 대해 상세히 설명하도록 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력선 상태표시장치에 대한 사시도이고, 도 2는 도 1의 전력선 상태표시장치의 회로도이다. 그리고, 도 3은 도 1의 전력선 상태표시장치의 검출부에서 출력되는 신호를 나타내는 파형도이고, 도 4는 도 1의 전력선 상태표시장치의 위상산출부에서 출력되는 신호를 나타내는 파형도이다.

먼저, 도 1을 참조하면, 본 발명의 전력선 상태표시장치(1)는 위상이 서로 다른 전력선의 도통상태 및 전력선 위상순서를 사용자가 직관적으로 확인 가능할 수 있도록 한다. 이러한 전력선 상태표시장치(1)는 서로 다른 위상의 교류가 흐르는 복수 개의 전력선(10)에서 각각 펄스신호를 추출하는 검출부(20), 검출부(20)에서 추출한 복수 개의 펄스신호(P) 가운데 어느 하나의 위상을 지연시키고 나머지와 비교하여 비교신호를 산출하는 위상산출부(30), 위상산출부(30)가 판별한 위상을 표시하는 표시부(40)를 포함한다.

이하, 전력선 상태표시장치의(1)의 각 구성요소 및 각 구성요소에서 발생 되는 파형에 대해 좀 더 상세히 설명하도록 한다.

전력선(10)은 U상, V상, W상의 전원을 전달하는 U전력선(10U), V전력선(10V) 및 W전력선(10W)을 포함하여, 전류가 흐를 수 있도록 한다. 이러한 전력선(10)의 타입은 단선이 될 수 있으며, 그 굵기는 컨버터, 인버터 및 배전반 등 각종 기기의 전기적 특성에 따라 달라질 수 있다. 전력선(10)의 굵기는 어느 특정한 값으로 한정되는 것은 아니며, 전력선(10)이 안정적으로 전기를 공급할 수 있도록 전력선(10)이 연결되는 부하의 최대부하전류의 1.25배 이상의 허용전류를 도통시킬 수 있는 굵기로 하는 것이 바람직하다.

각 전력선(10U, 10V, 10W)에는 서로 다른 위상의 전류가 흐른다. 이때, 위상 차이는 120도가 되며, 이러한 전류의 위상차이로 인해, 각 전력선(10U, 10V, 10W)에서 발생되는 각각의 자기장 또한 120도의 위상차이가 나타난다. 이러한 자기장은 검출부(20)에 의해 검출될 수 있다.

검출부(20)는 각 전력선(10U, 10V, 10W)의 자기장을 검출하여 자기신호로 나타내는 자기검출부(21) 그리고, 이러한 자기신호를 펄스신호(P)로 변화하는 펄스생성부(22)를 포함한다.

자기검출부(21)는 각 전력선(10U, 10V, 10W)의 적어도 어느 하나의 전력선과 연결될 수 있다. 이때, 전선과 연결된 자기검출부(21)는 도 3의 (a)에 도시된 바와 같이 연결된 전력선의 자기장의 위상을 기준으로 120도씩 위상차이가 나는 자기장의 자기신호를 검출한다. 일 예로, 자기검출센서(21)가 연결된 전선이 U전력선(10U)이면, 자기검출센서(21)는 U상의 위상을 기준으로 120도씩 위상차이 나는 V전력선(10V) 의 위상의 자기신호(M_V) 그리고 W전력선(10W)의 위상의 자기신호(M_W)를 차례로 검출한다. 아울러, 검출부(20)는 각 전력선(10U, 10V, 10W) 가운데 2개씩 순차적으로 선택하여 펄스신호를 추출할 수도 있다.

펄스생성부(22)는 검출된 자기신호를 일정크기의 기준신호에 따라 펄스신호(P)로 변경하여, 위상검출부(30)로 전송한다. 도 3의 (b)에 도시된 바와 같이 펄스생선부(22)에서 출력되는 펄스신호(P)는 자기신호(M)와 기준신호(S)를 대소 비교하여, 자기신호(M)의 값이 기준신호(S)의 기준값보다 미만이면 0, 기준값보다 이상이 되면 1이 되면서 형성된다. 이를 통해, 각 전력선(10U, 10V, 10W)의 펄스신호(P)는 자기신호(M)의 위상차이에 대응되어, 서로 다른 펄스를 나타낸다. 즉, U펄스신호(P_U)는 1, 0, 0/ 1, 0, 0/ 1, 0, 0 이와 같이 1, 0, 0이 지속적으로 반복되는 신호가 되고, V펄스신호(P_V)는 0, 1, 0/ 0, 1, 0/ 0, 1, 0 이와 같이 0, 1, 0이 지속적으로 반복되는 신호가 되며, W펄스신호(P_W)는 0, 0, 1/ 0, 0, 1/ 0, 0, 1 이와 같이 0, 0, 1이 지속적으로 반복되는 신호가 된다.

위상산출부(30)는 입력되는 복수 개의 펄스신호(P) 가운데 어느 하나의 펄스신호(P)의 위상을 지연시키고 다른 하나의 펄스신호(P)와 비교하여 비교신호를 산출한다. 일 예로, 위상산출부(30)의 제1 입력단자(In1) 및 제2 입력단자(In2)에 각각 V펄스신호(P_V)와 W펄스신호(P_W)가 입력되면, V펄스신호(P_V)를 일정한 위상으로 지연한 후, W펄스신호(P_W)와 비교하여 V펄스신호(P_V)와 W펄스신호(P_W)와 일치 여부의 비교신호를 산출한다. 이러한 위상산출부(30)는 지연부(31) 및 비교부(32)를 포함한다.

여기서, 지연부(31)는 입력되는 복수 개의 펄스신호(P) 가운데 어느 하나의 펄스신호(P)를 지연하여, 서로 반대되는 E지연신호(도 6(a), E 참조) 및 F지연신호(도 6(a), F 참조)를 출력한다. 이러한 지연부(31)는 입력되는 펄스신호가 O이면, 1로 출력하고 1이면 0으로 출력하는 하나의 부정게이트(NOT gate)와 입력되는 신호 가운데 한 개 이상이 0이면 1로 출력하고, 모든 입력이 1이면 0으로 출력하는 복수 개의 부정곱 게이트(NAND gate)로 구성된다. 이러한 지연부(31)는 일 예로, D-플립플롭(D-flip-flop)이 될 수 있다.

비교부(32)는 입력된 각각의 지연신호(도 6(a)의 E, F)를 제1 입력단자(In1)에 입력되는 V펄스신호(P_V)와 부정 곱(Nand gate)연산하여 불량비교신호(Error) 및 양호비교신호(ok)를 출력한다. 이를 통해, 도 4의 (a) 및 (b)에 도시된 바와 같이 불량비교신호(Error) 및 양호비교신호(ok)의 신호의 변화 유무를 확인할 수 있다. 이때, 출력되는 불량비교신호(Error) 및 양호비교신호(ok)는 각각 표시부(40)를 작동시킨다. 이러한 비교부(32)는 제1 부정곱 게이트(32a) 및 제2 부정곱 게이트(32b)로 이루어질 수 있다.

표시부(40)는 사용자가 직관적으로 상태를 판별할 수 있는 복수 개의 소자를 포함한다. 여기서, 소자는 발광램프가 될 수 있으며, 발광램프는 다양한 색상의 LED가 될 수 있다. 일 예로, LED 색상은 레드LED(40R), 화이트LED(40Wh), 블루LED(40B), 그린LED(40G) 및 엘로우LED(40Y)가 될 수 있다. 이러한 LED는 입력되는 신호 즉, 불량비교신호(Error) 및 양호비교신호(ok)에 따라 서로 다르게 점등 및 소등될 수 있다. LED가 점등 및 소등되는 상황에 대해서는 구체적으로 후술하도록 한다.

이하, 도 5 내지 도 8을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 전력선 상태표시장치(1)의 작동에 따른 전력선의 도통상태 및 위상상태를 판별하는 과정에 대해 상세히 설명하도록 한다.

도 5는 도 1의 전력선이 올바르게 배치 되었을 때, 전력선 상태표시장치가 작동되는 상태를 나타내는 도면이고, 도 6은 도 5의 전력선 상태표시장치의 회로도 및 위상산출부에서 출력되는 신호를 나타내는 도면이다. 그리고, 도 7은 도 1의 전력선이 올바르지 않게 배치되었을 때, 전력선 상태표시장치가 작동되는 상태를 나타내는 도면이고, 도 8은 도 7의 전력선 상태표시장치의 회로도 및 위상산출부에서 출력되는 신호를 나타내는 도면이다.

도 5 및 도 7에 도시된 전력선 상태표시장치(1)에 개재되는 전력선 순서는 도시된 바와 같이 한정되는 것은 아니며, 특정 위상의 전력선을 기준으로 하여 다양한 순서로 개재될 수 있다. 일 예로, U전력선(10U), V전력선(10V) 및 W전력선(10W)순으로 기재될 수 있고, W전력선(10W), U전력선(10U) 및 V전력선(10V)순으로 기재될 수 있다. 또한, V전력선(10V), W전력선(10U) 및 U전력선(10V)순으로 기재될 수도 있다. 즉, 전력선 상태표시장치(1)에는 전력선(10)이 다양한 순서로 기재될 수 있다.

다만, 본 명세서상에서는 설명의 편의상, U전력선(10U), V전력선(10V) 및 W전력선(10W) 순서로 전력선 상태표시장치(1)에 기재되는 것을 예로 하여 설명한다.

이와 같이, 전력선(10)이 U전력선(10U), V전력선(10V) 및 W전력선(10W) 순서로 전력선 상태표시장치(1)에 기재되면, V전력선(10V)의 V펄스신호(P_V)는제1 입력단자(In1)에 입력되고, W전력선(10W)의 W펄스신호(P_W)는 제2 입력단자(In2)에 입력된다. 이때, 0, 1, 0이 반복되는 V펄스신호(P_V)의 신호는 제1 입력단자(In1)에 입력되며, 0, 0, 1이 반복되는 W펄스신호(P_W)의 신호는 제2 입력단자(In2)에 입력된다. 이때, 지연부(31)에서 V펄스신호(P_V)는 데이터 신호가 되며, W펄스신호(P_W)는 클록 신호가 된다.

이를 통해, V펄스신호(P_V)와 W펄스신호(P_W)의 신호는 지연부(31)에 포함되는 복수 개의 부정게이트(NOT gate) 및 부정곱 게이트(NAND gate)의 연산을 통해 서로 반대되는 신호 0, 0, 1의 지연신호(E)와 1, 1, 0 의 지연신호(F)로 출력된다. E지연신호(E)는 제1 부정곱 게이트(32a)에 입력되고, F지연신호(F)는 제2 부정곱 게이트(32b)에 입력된다.

이때, 부정곱 게이트(32a, 32b)에는 지연신호(E, F)외에 제1 입력단자(In1)에 입력되는 신호인 V펄스신호(P_V)가 더 입력된다. 이를 통해, 제1 부정곱 게이트(32a)에서는 1, 1, 1이 반복되는 불량지연신호(error)가 출력되고, 제2 부정곱 게이트(32b)에서는 1, 0, 1이 반복되는 양호지연신호(ok)가 출력된다. 이와 같이 불량지연신호(error)에서는 신호 변화가 없으나, 양호지연신호(ok)에서는 신호 변화가 발생한다. 즉, 양호지연신호(ok)에서만 신호의 폴링엣지가 발생된다. 이러한 폴링엣지를 포함하는 양호지연신호(ok)는 표시부(40)의 결선양호 상태를 알려주는 그린LED(40G)를 점등하며, U전력선(10U)에 해당하는 레그LED(40R), V전력선(10V)에 해당하는 화이트LED(40Wh) 그리고 W전력선(10W)에 해당하는 블루LED(40B)를 각각 점등한다.

이를 통해, 작업자는 전력선의 순서가 올바르며, 전력선의 위상 및 도통상태를 직관적으로 인지할 수 있게 된다. 다만, 비교부(32)에서 양호지연신호(ok)가 출력되면, 그린LED(40G)가 점등되지 않더라도, 각 전력선(10U, 10V, 10W)에 해당하는 LED는 점등될 수 있다.

도 7 및 도 8을 참조하면, U전력선(10U), V전력선(10V) 및 W전력선(10W)이 전력선 상태표시장치(1)에 U전력선(10U), W전력선(10W) 및 V전력선(10V)순으로 개재된다. 검출부(10)는 U전력선(10U)의 자기신호(M)를 기준으로 하여, 이 후의 위상차이가 발생하는 V전력선(10V) 및 W전력선(10W)의 자기신호(M_V, M_W)는 각각 펄스신호(P_V, P_W)로 변경되어 위상산출부(30)의 제1 입력단자(In1) 및 제2 입력단자(In2)에 입력된다.

이때, 제1 입력단자(In1)에는 0, 0, 1의 W펄스신호(P_W)가 입력되며, 제2 입력단자(In2)에는 0, 1, 0의 V펄스신호(P_V)가 입력된다. 여기서, W펄스신호(P_W)는 데이터 신호가 되며, V펄스신호(P_V)는 클록 신호가 된다.

이에, W펄스신호(P_W)와 V펄스신호(P_V)의 신호는 지연부(31)에 포함되는 복수 개의 부정게이트(NOT gate) 및 부정곱 게이트(NAND gate)의 연산을 통해 서로 반대되는 신호 0, 1, 1의 지연신호(E)와 1, 0, 0 의 지연신호(F)로 출력된다. 이와 같이 출력된 E지연신호(E)는 제1 부정곱 게이트(32a)에 입력되고, F지연신호(F)는 제2 부정곱 게이트(32b)에 입력된다.

부정곱 게이트(32a, 32b)에 이러한 지연신호(E, F)와 더불어 입력되는 입력 되는 신호인 W펄스신호(P_W)를 통해, 제1 부정곱 게이트(32a)에서는 1, 1, 0의 불량지연신호(error)가 출력되고, 제2 부정곱 게이트(32b)에서는 1, 1, 1의 양호지연신호(ok)가 출력된다. 이와 같이 양호지연신호(ok)에서는 신호 변화가 발생되지 않는 반면, 불량지연신호(error)에서는 신호 변화가 발생된다. 즉, 불량지연신호(error)에서만 신호의 폴링엣지가 발생된다. 이러한 폴링엣지를 포함하는 불량지연신호(ok)는 표시부(40)의 결선불량 상태를 알려주는 엘로우LED(40Y) 및 폴링엣지가 발생되는 위상에 해당하는 전력선의 LED 하나를 점등한다. 이를 통해, 작업자는 전력선의 순서상태가 올바르지 않다는 것을 용이하게 판별할 수 있게 된다.

즉, 전력선 상태표시장치(1)는 제1 입력단자(In1)에 입력되는 펄스신호(P)가 제2 입력단자(In2)에 입력되는 펄스신호(P)보다 위상이 빠르면, 양호지연신호(ok)에서 폴링엣지가 발생되도록 하고, 제1 입력단자(In1)에 입력되는 펄스신호(P)가 제2 입력단자(In2)에 입력되는 펄스신호(P)보다 위상이 느리면, 불량지연신호(error)에서 폴링엣지가 발생되도록 한다. 이러한 지연신호에 의해 표시부(40)의 발광램프들이 서로 다르게 점등되면서. 사용자는 전력선의 위상순서를 용이하게 파악할 수 있게 된다.

이상, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서도 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

1: 전력선상태표시장치 10: 전력선
20: 검출부 21: 자기검출부
22:펄스생성부 30: 위상산출부
31: 지연부 32:비교부
40: 표시부 M: 자기신호
P:펄스신호 S: 기준신호

Claims (5)

1. 서로 다른 위상의 전류가 흐르는 복수의 전력선에서 각각의 펄스신호를 추출하는 검출부;
   상기 추출한 복수의 펄스신호 중 하나의 위상을 지연시키는 지연부와
   지연된 펄스신호와 다른 하나의 펄스신호를 비교하는 비교부를 포함하여 위상을 판별하는 위상산출부; 및
   상기 위상산출부가 판별한 위상을 표시하는 표시부를 포함하되,
   상기 지연부는 하나의 부정게이트(NOT gate)와 복수 개의 부정곱 게이트(NAND gate)로 구성된 D-플립플롭으로 구성되어, 상기 펄스신호를 지연하여, 서로 반대되는 지연신호를 출력하고,
   상기 비교부는 복수 개의 부정곱 게이트(NAND gate)로 구성되어, 상기 지연된 펄스신호의 지연되기 전의 펄스신호와 상기 지연신호를 부정 곱 연산하여 신호를 출력하는 전력선 상태표시장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 검출부는 상기 전력선에서 발생하는 자기장을 감지하여 상기 펄스신호를 추출하는 전력선 상태표시장치.
3. 제2항에 있어서, 상기 검출부는 상기 자기장의 크기가 기준값 이상인 경우에 펄스를 출력하는 전력선 상태표시장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 검출부는 복수 개의 상기 전력선 중에서 2개씩 순차적으로 선택하여 상기 펄스신호를 추출하는 전력선 상태표시장치.
5. 제1항에 있어서, 상기 표시부는 상기 전력선의 위상에 따라 서로 다른 표시를 하는 발광램프를 포함하는 전력선 상태표시장치.

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