KR101663816B1 - 광대역 변류기 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일 실시예는 광대역 변류기에 관한 것으로, 해결하고자 하는 기술적 과제는 안테나를 대신하여 저주파에서 넓은 대역에 이르는 광대역에서 불요파를 감지할 수 있게 하는데 있다.
이를 위해 본 발명의 일 실시예는 입력단에 배전반의 터미널 단자가 연결 또는 삽입되는 메인 몸체부; 및 상기 메인 몸체부에 연결되도록 페라이트 코어로 형성되고, 1차측과 2차측에 감겨진 코일이 N:M의 회전수를 가지는 대역 변환부를 포함하고, 상기 대역 변환부의 1차측은 상기 터미널 단자로부터 입력되는 전류를 변환하며, 상기 대역 변환부의 2차측은 상기 1차측으로부터 변환된 제1 신호 중 미리 설정된 주파수 대역의 주파수 신호를 필터링하여 출력하는 광대역 변류기를 개시한다.

Description

광대역 변류기{CURRENT TRANSFORMER FOR WIDE BANDWIDTH RANGE}

본 발명의 일 실시예는 광대역 변류기에 관한 것이다.

일반적으로, 송/배전 선로 혹은 이와 유사한 전력 공급 시스템에 있어서, 비정상적인 전류를 감지하거나 현재의 송/배전 상태를 파악하기 위하여, 변압기의 2차 측에 계기용 변압기 혹은 변류기를 설치하여 전압 혹은 전류의 이상 여부를 감지하고 있다.

통상적인 변류기는 대역폭이 아주 좁아서 큰 전류를 측정하는 용도로 주로 사용되어 왔다.

그러나, 종래의 변류기는 배전반에서 일어나는 여러 대역의 노이즈 레벨을 측정하기 힘든 구조를 가지고 있다는 문제점이 있었다.

또한, 전선에 흐르는 전력을 재는 것이 아니라 배전반 모터의 비정상적인 상태나 누전되면서 발생되는 불요파를 잡아내기 위해서는 광대역 안테나를 사용하여야 하지만, 가격이 상당히 고가이고 설치시 허용 주파수 범위가 클수록 안테나의 부피가 있어서 공간적인 제약이 심하다는 문제점이 있었다.

공개특허공보 제10-2010-0094018호 (공개일자: 2010. 08. 26) 공개특허공보 제10-2013-0012260호 (공개일자: 2013. 02. 04)

본 발명의 일 실시예는 안테나를 대신하여 저주파에서 넓은 대역에 이르는 광대역에서 불요파를 감지할 수 있는 광대역 변류기를 제공한다.

본 발명의 일 실시예에 의한 광대역 변류기는 입력단에 배전반의 터미널 단자가 연결 또는 삽입되는 메인 몸체부; 및 상기 메인 몸체부에 연결되도록 페라이트 코어로 형성되고, 1차측과 2차측에 감겨진 코일이 N:M의 회전수를 가지는 대역 변환부를 포함하고, 상기 대역 변환부의 1차측은 상기 터미널 단자로부터 입력되는 전류를 변환하며, 상기 대역 변환부의 2차측은 상기 1차측으로부터 변환된 제1 신호 중 미리 설정된 주파수 대역의 주파수 신호를 필터링하여 출력할 수 있다.

상기 메인 몸체부는 내부에 제1 전선과 상기 제1 전선의 일측 단부인 제1 접점이 구비된 상부 몸체; 및 상기 상부 몸체에 회동 가능하게 힌지 결합되고, 내부에 제2 전선과 상기 제2 전선의 일측 단부인 제2 접점이 구비된 하부 몸체를 포함하고, 상기 대역 변환부는 누름 동작에 의하여 상기 상부 몸체 또는 하부 몸체가 회동되도록 상기 상부 몸체 또는 하부 몸체에 결합되는 누름부를 더 포함하며, 상기 제1 접점과 제2 접점은 상기 누름부의 누름 동작에 의하여 개방되고, 상기 누름부의 누름 동작이 없으면 서로 접촉할 수 있다.

상기 제1 전선과 제2 전선은 상기 N의 회전수를 가지는 코일의 양단부에 연결되고, 상기 M의 회전수를 가지는 코일의 양단부는 상기 입력단의 반대인 출력단에 각각 연결될 수 있다.

상기 대역 변환부는 타원형상의 제1 코어; 및 상기 제1 코어의 길이방향의 양측 방향에 관통되도록 형성되어 각각에 상기 코일이 N:M의 비율로 감겨진 제1 및 제2 홀을 포함할 수 있다.

상기 대역 변환부는 링형상의 제2 코어를 포함하고, 상기 제2 코어의 양측에 외측에서 내측방향으로 상기 코일이 N:M의 비율로 감겨질 수 있다.

상기 대역 변환부는 원기둥 형상의 제3 코어를 포함하고, 상기 제3 코어의 길이방향의 양단부에 외주면을 감싸도록 상기 코일이 N:M의 비율로 감겨질 수 있다.

상기 대역 변환부의 2차측에는 특정 주파수에 공진점을 부여하기 위한 커패시터가 연결될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 광대역 변류기는 페라이트 코어에 전선을 두 겹으로 감아서 1차측은 검사할 배선을 감아 폐루프를 형성하여 전류 변환기 역할을 하고, 2차측은 증폭 모듈에 연결하여 수십 Hz 내지 수십 MHz의 넓은 주파수의 신호를 감지할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예는 필요한 대역을 2차측에 필터를 사용하여 선별하여 사용함으로써, 전동기 감시나 배선에 초음파 신호를 감시하여 다용도로 사용할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광대역 변류기를 나타내는 도면이다.
도 2a 내지 2c는 도 1의 광대역 분류부를 나타내는 도면이다.
도 3은 도 2a의 광대역 분류부를 포함하는 광대역 분류기를 나타내는 도면이다.
도 4는 도 2b의 광대역 분류부를 포함하는 광대역 분류기를 나타내는 도면이다.
도 5는 도 2c의 광대역 분류부를 포함하는 광대역 분류기를 나타내는 도면이다.

본 명세서에서 사용되는 용어에 대해 간략히 설명하고, 본 발명에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.

본 발명에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.

명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "...부" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

한편, 기존의 변류기는 클램프를 구비하는 구조와 관통형 구조로 형성되는 것이 일반적이였다. 여기서, 클램프를 구비하는 구조는 전선을 관통하기 위하여 클램프를 개방하는 구조이다.

또한, 통상적인 변류기는 코어의 재질을 크게 두가지로 사용한다. 즉, 통상적인 변류기는 저주파 차단용(Mn-Zn 재질)이나 고주파 차단용(Ni-Zn)이 있다. 이때, 각각에 사용되는 재질들은 자기가 원하는 주파수에서 측정하기 위하여 만들어져서 전선의 전력량을 측정하는 데 목적이 크고, 그 외에도 모터의 과전류 감시, 누전방지 등등 여러가지 용도로 사용하지만 넓은 대역의 노이즈를 감시하기에는 차단하는 주파수가 존재하므로 사용상 큰 제약이 있다.

또한, 일반적으로 배전반의 내부에서 전동기를 감시하기 위하여는 전동기로 들어가는 배선에 클램프 타입의 광대역 변류기를 물리고, 이를 통하여 전동기의 고장 증상들을 초기에 감지하여 전동기의 고장 증상인 회전축의 편심 발생, 코일의 단락, 회전자 불량 등의 문제를 감지하게 된다.

본 발명은 이러한 배전반의 전동기 감시 등 전선에 야기되는 불요 주파수를 분석하기 위하여 광대역 특성이 필요하고 이를 위하여 개발되었다.

본 발명인 광대역 변류기는 두 개의 구멍을 가지는 페라이트 코어에 에나멜 선을 두 겹으로 감아서 1차측은 검사할 배선을 감아 폐루프를 형성하여 전류 변환기(current transformer) 역할을 하고, 2차측은 증폭 모듈에 연결하여 수십 Hz 내지 수십 MHz의 넓은 주파수의 신호를 감지하며, 필요한 대역을 2차측에 필터를 사용하여 선별하여 사용함으로써, 전동기 감시나 배선에 초음파 신호를 감시하여 다용도로 사용될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광대역 변류기를 나타내는 도면이고, 도 2a 내지 2c는 도 1의 광대역 분류부를 나타내는 도면이며, 도 3은 도 2a의 광대역 분류부를 포함하는 광대역 분류기를 나타내는 도면이고, 도 4는 도 2b의 광대역 분류부를 포함하는 광대역 분류기를 나타내는 도면이며, 도 5는 도 2c의 광대역 분류부를 포함하는 광대역 분류기를 나타내는 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 광대역 변류기는 배전반에서 안테나를 대신하여 가장 간단하고 저렴한 비용으로 저주파에서 넓은 대역에 이르는 광대역에서 불요파를 감지하기 위한 페라이트 코어(Ferrite core)를 이용한 광대역 변류기로서, 메인 몸체부(10)와 대역 변환부(20)를 포함한다.

본 광대역 변류기는 광대역에서 불요파를 감지하기 위하여 대역 변환부(20)를 구성하는 코일 부품의 자심으로서 페라이트 코어를 사용한다.

이러한 페라이트 코어는 철 분말 형태로 만들어 압착시켜 제조된 것으로서, 변압기의 주파수가 높아지는 경우 즉, 고주파에서 발생되는 와전류손실을 감소시킬 수 있다.

이를 위하여, 상기 페라이트 코어는 저주파 용으로는 망간-아연계 페라이트가, 고주파용으로는 구리-아연계 또는 니켈-아연계 페라이트가 사용될 수 있다.

상기 메인 몸체부(10)는 입력단에 배전반(1)의 터미널 단자(3)가 전선(3a)을 통하여 연결 또는 삽입되는 장치로서, 상부 몸체(11)와 하부 몸체(12)로 구성된다.

상기 상부 몸체(11)는 내부에 제1 전선(11a)과 제1 전선(11a)의 일측 단부인 제1 접점(11b)이 구비된다.

상기 하부 몸체(12)는 상부 몸체(11)에 회동 가능하게 힌지 결합되고, 내부에 제2 전선(12a)과 제2 전선(12a)의 일측 단부인 제2 접점(12b)이 구비된다.

상기 상부 몸체(11)는 하부 몸체(12)와와 회동가능하게 연결되며, 회동 가능한 부분에는 판 스프링(24)이 구비될 수 있다. 이를 위하여, 상부 몸체(11)와 하부 몸체(12)는 판 스프링(24)이 끼워질 수 있는 돌기부(미도시) 및 홈부(미도시)가 구비될 수 있다.

상기 판 스프링(24)은 누름부(30)에 연결되어, 누름부(30)의 동작에 의하여 상부 몸체(11) 및/또는 하부 몸체(12)의 일측을 상측 또는 하측으로 밀어 탄성 바이어스 시키는 역할을 한다.

이와 같은 상부 몸체(11) 및 하부 몸체(12)는 옥외 사용시 그 내구성을 고려해 태양의 자외선에 견딜 수 있는 폴리카보네이트(polycabonate) 재질로 형성되며, 외적인 형상은 수용되는 페라이트 코어의 크기에 따라 이에 대응되는 크기로 다양하게 변경 실시될 수 있다.

상기 제1 전선(11a)과 제2 전선(12a)은 N의 회전수를 가지는 코일의 양단부에 연결되고, M의 회전수를 가지는 코일의 양단부는 입력단의 반대인 출력단에 각각 연결될 수 있다.

상기 대역 변환부(20)는 메인 몸체부(10)에 연결되도록 페라이트 코어로 형성되고, 1차측과 2차측에 감겨진 코일이 N:M(이때, N, M은 정수)의 회전수를 가지도록 형성되며, 1차측은 터미널 단자로부터 입력되는 전류를 변환하며, 2차측은 1차측으로부터 변환된 제1 신호 중 미리 설정된 주파수 대역의 주파수 신호를 필터링하여 출력할 수 있다.

상기 대역 변환부(20)는 상부 몸체(11) 및/또는 하부 몸체(12)를 회동가능하게 하도록 케이스의 상측에 누름부(30)가 형성된다.

이에 따라, 상기 누름부(30)는 대역 변환부(20)의 상측에서 가해지는 누름 동작에 의하여 상부 몸체(11) 또는 하부 몸체(12)가 회동되도록, 상부 몸체(11) 또는 하부 몸체(12)에 결합된다.

이때, 상기 상부 몸체(11)에 구비된 제1 접점(11b)과 하부 몸체(12)에 구비된 제2 접점(12b)은 누름부(30)의 누름 동작에 의하여 개방되고, 누름부(30)의 누름 동작이 없으면 서로 접촉할 수 있다.

또한, 상기 대역 변환부(20)는 도 2a에 도시된 바와 같이, 타원형상의 제1 코어(21)와, 제1 코어(21)의 길이방향의 양측 방향에 관통되도록 형성되어 각각에 코일이 N:M의 비율로 감겨진 제1 및 제2 홀(22a, 22b)을 포함할 수 있다.

이러한 대역 변환부(20)는 케이스(25)의 공간부 내에 제1 코어(21)가 배치되는데, 이 제1 코어(21)는 제1 홀(22a) 및 제2 홀(22b)을 통과하는 코일(221)에 흐르는 전류에 의해 자화되면서 자기장이 생성되는 역할을 한다.

본 실시예에서의 대역 변환부(20)는 도 3에 도시된 바와 같이, 멀티 홀 구조를 가지는 페라이트 코어로서, 2구의 형상으로 저주파수에서 100MHz의 대역까지 광대역 주파수에 임피던스가 수 Ω 내지 20Ω으로 유지될 수 있다.

이에 따라, 상기 대역 변환부(20)는 낮은 임피던스를 유지하기 위하여 내부에 감는 코일(221)의 회전수에 다른 시험을 하면서, 페라이트 임피던스 특성을 최대한 살려서 1차측과 2차측의 비율은 1:1 또는 이와 유사한 비율을 유지하도록 설계된다. 이렇게 설계된 대역 변환부(20)는 원래의 목적인 EMI를 차단하는 것이 아니라, 전선을 감싸는 근거리에서는 프리앰프 증폭이 가능한 범위인 60dB로 파형을 증폭하기 위하여 메인 앰프를 사용하여 원하는 레벨을 사용할 수 있다.

여기서, 상기 코일(221)은 페라이트 코어를 권선하는 부분은 단선으로 처리하고 페라이트 코어의 내부를 관통하는 부분은 절연재질로 피복된 연선으로 처리할 수 있다.

또한, 상기 대역 변환부(200)는 도 2b에 도시된 바와 같이, 링형상의 제2 코어(210)를 포함할 수 있다.

본 실시예에서의 대역 변환부(20)는 제2 코어(210)의 양측에 외측에서 내측방향으로 코일이 N:M의 비율로 감겨질 수 있다.

이러한 대역 변환부(20)는 도 4에 도시된 바와 같이, 케이스(25)의 공간부 내에 제2 코어(210)가 배치되는데, 이 제2 코어(210)는 링 형상의 홀(220)을 통과하도록 양측에 검겨진 코일(221)에 흐르는 전류에 의해 자화되면서 자기장이 생성되는 역할을 한다.

또한, 상기 대역 변환부(200a)는 도 2c에 도시된 바와 같이, 원기둥 형상의 제3 코어(210a)를 포함할 수 있다.

본 실시예에서의 대역 변환부(20)는 제3 코어(210a)의 길이방향의 양단부에 외주면을 감싸도록 코일(221)이 N:M의 비율로 감겨질 수 있다.

이러한 대역 변환부(20)는 도 5에 도시된 바와 같이, 케이스(25)의 공간부 내에 제3 코어(210a)가 배치되는데, 이 제3 코어(210a)는 외주연에 감겨진 코일(221)에 흐르는 전류에 의해 자화되면서 자기장이 생성되는 역할을 한다.

본 발명에 따른 광대역 변류기는 터미널 단자(3)에 연결된 전선(3a)에 흐르는 1차 전류가 인가될 시에 권선턴수와 길이에 따라 자화력이 발생하며, 이때 발생되는 자화력은 코일(221)이 균등한 권선비를 갖고 페라이트 코어의 주면에 권선됨에 따라 종래의 문제점인 급격한 포화에 의한 출력전류의 변동과 장비의 소손이 발생되는 문제점을 해소할 수도 있다.

또한, 상기 광대역 변류기를 구성하는 제1 코어(21), 제2 코어(210), 제3 코어(210a)는 외부 습기로부터 보호될 수 있도록 에폭시 몰딩 처리될 수도 있다.

상기 대역 변환부(20)의 2차측에는 특정 주파수에 공진점을 부여하기 위한 커패시터가 연결될 수 있다.

이때, 상기 대역 변환부(20)의 2차측(즉, 출력단) 코일(222)은 케이스(25)의 외부로 연결코드(23)의 형태로 연장 형성되고, 연장 형성된 연결코드(23)는 전류계와 연결되어 있어 유도된 해당 전류를 측정할 수 있게 된다.

따라서, 상기 대역 변환부(20)는 저주파에서 넓은 대역 100MHz에 이르는 대역에서 미세 노이즈를 감시할 수 있는 안테나의 역할을 수행할 수 있다.

또한, 본 발명에서의 대역 변환부(20)는, 전류가 흐르는 전선에 1차측을 배전반의 전선에 감는 것은 기존의 CT처럼 빨레 집게와 같이 누르면 벌어지는 클립(즉, 메인 몸체부(10))을 사용하되, 닫힐 경우 중앙에 심선이 연결되는 단심 전선의 형태를 유지하며, 폐루프를 형성함으로써, 전류가 수백 A의 대용량이어도 영향을 받지 않게 된다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 일 실시예에 따른 광대역 변류기는 페라이트 코어에 전선을 두 겹으로 감아서 1차측은 검사할 배선을 감아 폐루프를 형성하여 전류 변환기 역할을 하고, 2차측은 증폭 모듈에 연결하여 수십 Hz 내지 수십 MHz의 넓은 주파수의 신호를 감지할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예는 필요한 대역을 2차측에 필터를 사용하여 선별하여 사용함으로써, 전동기 감시나 배선에 초음파 신호를 감시하여 다용도로 사용할 수 있다.

이상에서 설명한 것은 본 발명에 의한 광대역 변류기를 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.

1: 배전반 3: 터미널 단자
10: 메인 몸체부 11: 상부 몸체
11a: 제1 전선 11b: 제1 접점
12: 하부 몸체 12a: 제2 전선
12b: 제2 접점 20, 200, 200a: 대역 변환부
21: 제1 코어 24: 판스프링
25: 케이스 30: 누름부
210: 제2 코어 210a: 제3 코어
221: 코일

Claims (7)

1. 입력단에 배전반의 터미널 단자가 연결 또는 삽입되는 메인 몸체부; 및
   상기 메인 몸체부에 연결되도록 페라이트 코어로 형성되고, 1차측과 2차측에 감겨진 코일이 N:M의 회전수를 가지는 대역 변환부를 포함하고,
   상기 대역 변환부의 1차측은 상기 터미널 단자로부터 입력되는 전류를 변환하며, 상기 대역 변환부의 2차측은 상기 1차측으로부터 변환된 제1 신호 중 미리 설정된 주파수 대역의 주파수 신호를 필터링하여 출력하고,
   상기 메인 몸체부는
   내부에 제1 전선과 상기 제1 전선의 일측 단부인 제1 접점이 구비된 상부 몸체; 및
   상기 상부 몸체에 회동 가능하게 힌지 결합되고, 내부에 제2 전선과 상기 제2 전선의 일측 단부인 제2 접점이 구비된 하부 몸체를 포함하고,
   상기 대역 변환부는 누름 동작에 의하여 상기 상부 몸체 또는 하부 몸체가 회동되도록 상기 상부 몸체 또는 하부 몸체에 결합되는 누름부를 더 포함하며,
   상기 제1 접점과 제2 접점은 상기 누름부의 누름 동작에 의하여 개방되고, 상기 누름부의 누름 동작이 없으면 서로 접촉하는 것을 특징으로 하는 광대역 변류기.
   
2. 삭제
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 제1 전선과 제2 전선은 상기 N의 회전수를 가지는 코일의 양단부에 연결되고,
   상기 M의 회전수를 가지는 코일의 양단부는 상기 입력단의 반대인 출력단에 각각 연결되는 것을 특징으로 하는 광대역 변류기.
   
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 대역 변환부는
   타원형상의 제1 코어; 및
   상기 제1 코어의 길이방향의 양측 방향에 관통되도록 형성되어 각각에 상기 코일이 N:M의 비율로 감겨진 제1 및 제2 홀을 포함하는 것을 특징으로 하는 광대역 변류기.
   
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 대역 변환부는
   링형상의 제2 코어를 포함하고,
   상기 제2 코어의 양측에 외측에서 내측방향으로 상기 코일이 N:M의 비율로 감겨진 것을 특징으로 하는 광대역 변류기.
   
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 대역 변환부는
   원기둥 형상의 제3 코어를 포함하고,
   상기 제3 코어의 길이방향의 양단부에 외주면을 감싸도록 상기 코일이 N:M의 비율로 감겨진 것을 특징으로 하는 광대역 변류기.
   
7. 청구항 1에 있어서,
   상기 대역 변환부의 2차측에는 특정 주파수에 공진점을 부여하기 위한 커패시터가 연결될 수 있는 것을 특징으로 하는 광대역 변류기.

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