KR101627595B1 - 분전반 또는 배전반용 일점감지 전류센서 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전류가 도통하는 단위 부스바(10)에 절연 접촉되어 단위 부스바(10)에서 발생되는 유도자기량을 계측하여 단위 부스바(10)의 전류를 감지하는 일점감지 전류센서에 있어서, 분전반 또는 배전반 내부에서 서로 이웃하여 평행배열 설치되는 다중 부스바(10')를 형성하는 각 단위 부스바(10) 외부에 주회 설치된 금속판으로서, 이웃의 다중 부스바(10')에서 발생되는 자기장의 영향을 차단하는 자기차폐막(30)과; 상기 각 단위 부스바(10)의 자기차폐막(30) 내부에 절연 접촉 또는 인접하여 설치되며, 당해 단위 부스바(10)에 흐르는 전류에 의한 유도자기를 감지하는 자기센서 모듈(20)과; 상기 각 단위 부스바(10)의 자기차폐막(30) 외부에 절연 접촉 또는 인접하여 설치되며, 이웃의 다중 부스바(10')에서 형성된 간섭 자기를 측정하는 보정 자기센서 모듈(200)과; 상기 자기센서 모듈(20)과 보정 자기센서 모듈(200)에서 신호를 입력받아, 상기 보정 자기센서 모듈(200) 측정값으로 보정 전류값(i₂)을 연산하고, 상기 자기센서 모듈(20) 측정값으로 측정전류(i₁)를 연산한 후, 상기 보정 전류값(i₂)으로 측정전류(i)를 보정하여 실 전류값(i₃)을 연산 출력하는 신호해석 회로부(400)로; 형성되는 것을 특징으로 하는 분전반 또는 배전반용 일점감지 전류센서에 관한 것이다.
본 발명에 의하여 이웃 부스바의 활선상태에서 발생되는 유도자기에 의한 측정 노이즈를 제거하여 전류를 측정하는 부스바의 전류 측정 정밀도를 향상시키는 분전반 또는 배전반용 일점감지 전류센서가 제공되는 이점이 있다.

Description

분전반 또는 배전반용 일점감지 전류센서{Pointing current sensor for distribution board and switching board}

본 발명은 전류가 도통하는 부스바에 절연 접촉되어 부스바에서 발생되는 유도자기량을 계측하여 부스바의 전류를 감지하는 일점감지 전류센서에 있어서, 분전반 또는 배전반 내부에서 배열되어 서로 이웃하여 설치되는 다중 부스바와; 상기 다중 부스바의 각 단위 부스바 외부에 주회 설치된 금속판으로 형성되어 이웃의 다중 부스바에서 발생되는 자기장의 영향을 차단하는 자기차폐막과; 상기 다중 부스바의 각 자기차폐막 내부에 절연 접촉 또는 인접하여 설치되며, 부스바에 흐르는 전류에 의한 유도자기를 감지하여 출력시키는 자기센서 모듈과; 상기 다중 부스바의 각 자기차폐막 외부에 절연 접촉 또는 인접하여 설치되며, 이웃의 다중의 부스바에서 형성된 간섭 자기를 측정하는 보정 자기센서 모듈과; 상기 자기센서 모듈과 보정 자기센서모듈에서 신호를 입력받아, 상기 보정 자기센서 모듈 측정값으로 보정 전류값을 연산하고, 상기 자기센서 모듈 측정값으로 측정전류를 연산한 후, 상기 보정 전류값으로 측정전류를 보정하여 실 전류값을 연산 출력하는 신호해석 회로부로; 형성되는 것을 특징으로 하는 분전반 또는 배전반용 일점감지 전류센서에 관한 것이다.

일반적으로 분전반이나 배전반에서는 부하단 또는 전원단과의 전기적 연결을 위하여 양측에 나사공이 형성된 부스바를 사용한다.

이와 같은 종래기술방식의 부스바는 철편으로 형성되어 조립시 마땅히 잡을 만한 요소가 없어 조립이 불편하고 위험하며, 부스바의 조립 이후에는 상기 단자함과 차단기의 연결 금속 부위는 노출된 상태가 되므로 주변 환경의 변화와 불측의 사고에 의한 누전 위험성이 매우 높은 문제점이 있었으며, 단자함을 인입되는 전원은 중성선을 포함한 4상이 보통인데, 차단기에 연결되는 부하는 단상을 이용하는 부하, 2상을 이용하는 부하, 3상을 이용하는 부하 등 다양하고, 각 상에 물린 부하의 질을 살펴보아도 인덕턴스 성분이 많이 포함되거나, 캐패시터 성분이 많이 포함된 부하 등 각 상간 무효전력 위상이 다른 전력이 확인할 방법이 없는 문제점이 있었다,

이를 해결하기 위하여 선등록특허 10-1104103호, 10-1493239호가 개발된 바 있으며, 상기 선등록특허에 포함된 전류측정 장치의 개선이 꾸준히 이루어져 선등록특허 10-1217984, 10-1311835, 10-1165992이 개발되고 있다.

본 발명은 상기 선등록특허 10-1217984, 10-1311835, 10-1165992과 같은 자기식 전류센서의 개선형이다.

상기 선등록특허들은 부스바에 흐르는 전류에 의한 유도자기를 측정하여 전류를 연산하는 장치인데, 도 8 내지 도 9에 도시된 바와 같이 자기센서 모듈(20)을 사용하여 전원을 계측하였다.

그런데 상기 자기센서 모듈(20)이 자기 신호에 민감하게 반응하여 노이즈에 취약하고, 자기차폐막(30)에서 완전한 노이즈 차폐가 이루어지지 않아 이웃 부스바의 활선상태에서 발생되는 유도자기가 측정 노이즈를 포함한 전류값이 계측되어 측정 오차가 크게 나타나는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기한 선등록특허에서 이웃 부스바의 활선상태에서 발생되는 유도자기에 의한 측정 노이즈를 제거하여 전류를 측정하는 부스바의 전류 측정 정밀도를 향상시키는 분전반 또는 배전반용 일점감지 전류센서를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 전류가 도통하는 부스바에 절연 접촉되어 부스바에서 발생되는 유도자기량을 계측하여 부스바의 전류를 감지하는 일점감지 전류센서에 있어서, 분전반 또는 배전반 내부에서 서로 이웃하여 평행배열 설치되는 다중 부스바를 형성하는 각 단위 부스바 외부에 주회 설치된 금속판으로서 이웃의 다중 부스바에서 발생되는 자기장의 영향을 차단하는 자기차폐막과; 상기 각 단위 부스바의 자기차폐막 내부에 절연 접촉 또는 인접하여 설치되며, 당해 단위 부스바에 흐르는 전류에 의한 유도자기를 감지하는 자기센서 모듈과; 상기 각 단위 부스바의 자기차폐막 외부에 절연 접촉 또는 인접하여 설치되며, 이웃의 다중 부스바에서 형성된 간섭 자기를 측정하는 보정 자기센서 모듈과; 상기 자기센서 모듈과 보정 자기센서모듈에서 신호를 입력받아, 상기 보정 자기센서 모듈 측정값으로 보정 전류값을 연산하고, 상기 자기센서 모듈 측정값으로 측정전류를 연산한 후, 상기 보정 전류값으로 측정전류를 보정하여 실 전류값을 연산 출력하는 신호해석 회로부로; 형성되며, 상기 자기차폐막은 투자율이 큰 연강자성체 물질, 나노 결정질, 비 결정질 물질을 U자형으로 형성시켜 내부로 부스바를 통과시키며, 상기 자기차폐막의 폐루프(U자형 개루프일 경우에는 단부를 가상선으로 직선 연결하여 형성되는 폐루프) 내부에 상기 자기센서 모듈과 부스바가 형성되고, 상기 자기차폐막의 폐루프 외부에 상기 보정 자기센서 모듈이 형성되는 것을 특징으로 하는 분전반 또는 배전반용 일점감지 전류센서로 되는 것이 바람직하다.

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상기한 본 발명에 의하여 이웃 부스바의 활선상태에서 발생되는 유도자기에 의한 측정 노이즈를 제거하여 전류를 측정하는 부스바의 전류 측정 정밀도를 향상시키는 분전반 또는 배전반용 일점감지 전류센서가 제공되는 이점이 있다.

도 1은 본 발명의 실시예의 사시 구조도
도 2와 도 3은 본 발명의 실시예 측단면 구조도
도 4와 도 5는 본 발명의 또 다른 실시예의 사시 구조도
도 6은 본 발명의 단위 부스바를 다중 부스바로 형성시킨 실시예의 사시 구조도
도 7은 분전반 또는 배전반의 내부 결선 예시도
도 8은 종래기술방식의 사시 구조도
도 9는 종래기술방식의 측단면 구조도
도 10은 종래기술방식의 다중 부스바 사시 구조도
도 11은 본 발명의 실험 결선사진

이하 도면을 참조하여 본 발명에 관하여 살펴보기로 하며, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기술 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.

그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있으므로 그 정의는 본 발명을 설명하는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

이하의 도 1은 본 발명의 실시예의 사시 구조도이며, 도 2와 도 3은 본 발명의 실시예 측단면 구조도이며, 도 4와 도 5는 본 발명의 또 다른 실시예의 사시 구조도이며, 도 6은 본 발명의 단위 부스바를 다중 부스바로 형성시킨 실시예의 사시 구조도이며, 도 7은 분전반 또는 배전반의 내부 결선 예시도이며, 도 8은 종래기술방식의 사시 구조도이며, 도 9는 종래기술방식의 측단면 구조도이며, 도 10은 종래기술방식의 다중 부스바 사시 구조도이며, 도 11은 본 발명의 실험 결선사진이다.

도면에 도시된 바와 같이 본 발명은 분전반 또는 배전반용 일점감지 전류센서에 관한 것으로서, 크게 단위 부스바(10)와 자기차폐막(30)과 자기센서 모듈(20)과 보정 자기센서 모듈(200)과 신호해석 회로부(400)로 형성된다.

상기 일점감지 전류센서는 전류가 도통하는 단위 부스바(10)에 절연 접촉되어 단위 부스바(10)에서 발생되는 유도자기량을 계측하여 부스바의 전류를 감지하는 일점감지 전류센서로서, 선등록특허 10-1217984, 10-1311835, 10-1165992에 자세히 소개된 바 있다.

본 발명에서 다중 부스바(10')는 도 7에 도시된 바와 같이 분전반 또는 배전반 내부에서 배열되어 서로 이웃하여 설치되는 단위 부스바(10)들의 집합을 의미한다.

통상적으로 분전반 또는 배전반 내부에는 도 7에 도시된 바와 같이 입력 전원을 부하로 분배하기 위하여 전원차단기(1)와 전원분배패널(2)이 설치되며, 이들을 연결하기 위하여 복수의 단위 부스바(10: 10-1, 10-2, 10-3, 10-4....)가 서로 이웃하여 평행 배열되어 진다.

본 발명은 상기 다중 부스바(10')를 형성하고 있는 각각의 부스바(이하 '단위 부스바(10)'라고 함.)에 독립 설치되는 장치로서, 이웃하여 배열 설치된 단위 부스바(10)의 자기 간섭으로 인하여 발생되는 계측 노이즈를 제거하기 위한 것이다.

본 발명의 자기차폐막(30)은 도 1에 도시된 바와 같이 상기 다중 부스바(10')의 각 단위 부스바(10) 외부에 주회 설치된 금속판으로 형성되어 이웃의 다중 부스바(10')에서 발생되는 자기장의 영향을 차단한다.

상기 자기차폐막(30)의 구성 물질은 공지 기술 수준에서 널리 알려져 있는 것으로서, 통상 투자율이 큰 연강자성체 물질, 나노 결정질, 비 결정질 물질로 형성된다.

상기 자기차폐막(30)의 형상은 도 3에 도시된 바와 같이 각 단위 부스바(10)를 주회하는 루프형으로 구성되는 것이 바람직하나, 다른 회로부와의 조립 편의를 위하여 도 2에 도시된 바와 같이 일측이 개방된 U자형 차폐막으로도 충분한 차폐효과가 형성된다.

상기 자기센서 모듈(20)은 상기 다중 부스바(10')의 각 자기차폐막(30) 내부에 절연 접촉 또는 인접하여 설치되며, 단위 부스바(10)에 흐르는 전류에 의한 유도자기를 감지하여 출력시킨다.

종래에는 도 8 내지 도 9에 도시된 바와 같이 자기센서 모듈(20)만을 사용하여 전원을 계측하였는데, 자기센서 모듈(20)이 자기신호에 민감하게 반응하여 노이즈에 취약하고, 자기차폐막(30)에서 완전한 노이즈 차폐가 이루어지지 않아 노이즈를 포함한 전류값이 계측되는 문제점이 있었다.

본 발명은 이를 개선하기 위하여 도 1 내지 도 6에 도시된 바와 같이 보정 자기센서 모듈(200)을 포함하여 구성된다.

상기 보정 자기센서 모듈(200)은 상기 단위 부스바(10)의 각 자기차폐막(30) 외부에 절연 접촉 또는 인접하여 설치되며, 이웃의 단위 부스바(10)들에서 형성된 간섭 자기를 측정한다.

이를 위하여 도 2와 도 3에 도시된 바와 같이 상기 자기차폐막(30)의 폐루프(U자형 개루프일 경우에는 단부를 가상선으로 직선 연결하여 형성되는 폐루프) 내부에 상기 자기센서 모듈(20)과 단위 부스바(10)가 형성되고, 상기 자기차폐막(30)의 폐루프 외부에 상기 보정 자기센서 모듈(200)이 형성된다.

즉, 상기 자기센서 모듈(20)과 단위 부스바(10)는 자기차폐막(30)에 의하여 주회되어져 외부 노이즈에 대해 보호되는 위치가 되도록 하며, 상기 보정 자기센서 모듈(200)은 자기차폐막(30) 외부에서 외부 노이즈를 측정할 수 있는 위치를 정하여 설치된다.

따라서, 상기 보정 자기센서 모듈(200)은 도 1에 도시된 바와 같이 자기차폐막(30)의 폐루프가 형성하는 평면상에 설치하여도 되지만, 도 4와 도 5에 도시된 바와 같이 상기 자기차폐막(30)의 폐루프가 형성하는 평면 밖으로도 설치 가능하다.

즉, 상기 자기센서 모듈(20)과 보정 자기센서 모듈(200)을 도 5에 도시된 바와 같이 단위 부스바(10)의 동일면 방향에 자기차폐막(30)의 위치에 따라 구분 설치하는 것도 무방하다.

이와 같은 상기 자기센서 모듈(20)과 보정 자기센서 모듈(200)의 설치 방향은 감지된 정보를 상기 신호해석 회로부(400)로 도선 연결시켜 전달하므로 조립 구조의 설계에 있어서 중요한 의미를 가진다.

상기 보정 자기센서 모듈(200)과 자기센서 모듈(20)은 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이 상기 단위 부스바(10)를 중심으로 서로 다른 면에 위치되는 것도 바람직한데, 이는 상기 보정 자기센서 모듈(200)로 외란에 의한 순수 보정 전류를 연산하기 위함이다.

상기 신호해석 회로부(400)는 상기 자기센서 모듈(20)과 보정 자기센서 모듈(200)의 측정값을 해석하여 단위 부스바(10)에서 흐르는 전류값을 연산하는 회로부로서, 도 2와 도 3에 도시된 바와 같이 상기 자기센서 모듈(20)과 보정 자기센서모듈(200)에서 신호를 입력받아, 상기 보정 자기센서 모듈(200) 측정값으로 보정 전류값(i₂)을 연산하고, 상기 자기센서 모듈(20) 측정값으로 측정전류(i₁)를 연산한 후, 상기 보정 전류값(i₂)으로 측정전류(i₁)를 보정하여 실제 단위 부스바(10)로 흐르는 실 전류값(i₃)을 연산 출력한다.(도 2와 도 3에는 인지하기 용이하게 상기 보정 자기센서 모듈(200) 측정값을 보정 전류값(i₂)으로 표기하고, 상기 자기센서 모듈(20) 측정값을 측정전류(i₁)로 표기하였으나 이의 연산은 신호해석 회로부(400)에서 이루어진다.)

상기 신호해석 회로부(400)는 간결한 조립 구조를 형성하기 위하여 도 2와 도 3에 도시된 바와 같이 상기 자기차폐막(30)을 U자형으로 형성시키고, U자형 개방부에 박스(40) 형태의 케이스을 마련하여 신호해석 회로부(400)가 형성된 피시비를 내장시키는 것이 바람직하다.

도 11은 본 발명의 효과를 검증하기 위한 실험 결선도로서, 각 단위 부스바를 A, B, C, D, E... 순으로 결선하고, 각 단위 부스바의 통전 상태에 따라 측정되는 전류값과 실제 전류값을 비교하였다.

1. 측정하고자 하는 회로에 44.4 A 통전하고 A 위치의 단위 부스바에 6.6A 통전했을 때, 실험 결과

조건	출력 실 전류값(i3)	오차
보정자기센서모듈 x, 자기차폐막 x	44.12 A	0.28 A
보정자기센서모듈 x, 자기차폐막 o	44.22 A	0.18 A
보정자기센서모듈 o, 자기차폐막 o	44.47 A	0.07 A

2. 측정하고자 하는 회로에 44.5 A 통전하고 B 위치의 단위 부스바에 6.5A 통전했을 때, 실험 결과

조건	출력 실 전류값(i3)	오차
보정자기센서모듈 x, 자기차폐막 x	44.30 A	0.20 A
보정자기센서모듈 x, 자기차폐막 o	44.31 A	0.19 A
보정자기센서모듈 o, 자기차폐막 o	44.54 A	0.04 A

상기 실험 결과에서 자기차폐막(30)이 있어도 측정 오차가 발생되며, 보정 자기센서 모듈(200)과 자기차폐막(30)이 모두 있는 상태에서 측정 오차가 가장 낮게 나타나 통전전류와 출력 실 전류값(i₃)이 근사치에 가까워짐을 알 수 있다.

이와 같이 본 발명에 의하면, 통전전류값을 오차 범위 내에서 정밀 측정할 수 있는 분전반 또는 배전반용 일점감지 전류센서이 제공된다.

이상 본 발명의 설명을 위하여 도시된 도면은 본 발명이 구체화되는 하나의 실시예로서 도면에 도시된 바와 같이 본 발명의 요지가 실현되기 위하여 다양한 형태의 조합이 가능함을 알 수 있다.

따라서 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.

10 : 단위 부스바 20 : 자기센서 모듈
30 : 자기차폐막 40 : 케이스
200 : 보정 자기센서 모듈 400 : 신호해석 회로부
i₁ : 측정전류 i₂ : 보정 전류값
i₃ : 실 전류값

Claims (3)

1. 전류가 도통하는 단위 부스바(10)에 절연 접촉되어 단위 부스바(10)에서 발생되는 유도자기량을 계측하여 단위 부스바(10)의 전류를 감지하는 일점감지 전류센서에 있어서,
   분전반 또는 배전반 내부에서 서로 이웃하여 평행배열 설치되는 다중 부스바(10')를 형성하는 각 단위 부스바(10) 외부에 주회 설치된 금속판으로서 이웃의 다중 부스바(10')에서 발생되는 자기장의 영향을 차단하는 자기차폐막(30)과;
   상기 각 단위 부스바(10)의 자기차폐막(30) 내부에 절연 접촉 또는 인접하여 설치되며, 당해 단위 부스바(10)에 흐르는 전류에 의한 유도자기를 감지하는 자기센서 모듈(20)과;
   상기 각 단위 부스바(10)의 자기차폐막(30) 외부에 절연 접촉 또는 인접하여 설치되며, 이웃의 다중 부스바(10')에서 형성된 간섭 자기를 측정하는 보정 자기센서 모듈(200)과;
   상기 자기센서 모듈(20)과 보정 자기센서 모듈(200)에서 신호를 입력받아, 상기 보정 자기센서 모듈(200) 측정값으로 보정 전류값(i₂)을 연산하고, 상기 자기센서 모듈(20) 측정값으로 측정전류(i₁)를 연산한 후, 상기 보정 전류값(i₂)으로 측정전류(i)를 보정하여 실 전류값(i₃)을 연산 출력하는 신호해석 회로부(400)로; 형성되며,
   상기 자기차폐막(30)은
   투자율이 큰 연강자성체 물질, 나노 결정질, 비 결정질 물질을 U자형으로 형성시켜 내부로 단위 부스바(10)를 통과시키며
   상기 자기차폐막(30)의 폐루프(U자형 개루프일 경우에는 단부를 가상선으로 직선 연결하여 형성되는 폐루프) 내부에 상기 자기센서 모듈(20)과 단위 부스바(10)가 형성되고,
   상기 자기차폐막(30)의 폐루프 외부에 상기 보정 자기센서 모듈(200)이 형성되는 것을 특징으로 하는 분전반 또는 배전반용 일점감지 전류센서.
   
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