KR102048654B1 - 전원 공급 장치 및 이를 포함하는 설비 안전 시스템 - Google Patents

Abstract

전원 공급 장치는 제1 영구 자석, 제2 영구 자석, 코일 및 직류 변환부를 포함한다. 상기 제1 영구 자석은 교류 전류가 흐르는 모선에 평행하게 이격 배치되어 상기 교류 전류에 의해 형성된 자계를 통해 상기 모선과 수직한 방향을 따라 진동한다. 상기 제2 영구 자석은 상기 제1 영구 자석과 상기 수직한 방향을 따라 길게 결합되어 상기 제1 영구 자석의 진동을 그 길이 방향으로 전달받는다. 상기 코일은 상기 진동하는 제2 영구 자석이 그 내부를 통과하도록 배치되어 교류 전원을 생성한다. 상기 직류 변환부는 상기 코일과 전기적으로 연결되며, 상기 생성된 교류 전원을 일정한 직류 전원으로 변환시킨다.

Description

전원 공급 장치 및 이를 포함하는 설비 안전 시스템{A apparatus for supplying power and system for safety of equipment including the same}

본 발명은 전원 공급 장치 및 이를 포함하는 설비 안전 시스템에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 전기 설비의 안전을 위한 센서에 전원을 공급하는 장치 및 이를 포함하는 설비 안전 시스템에 관한 것이다.

일반적으로, 고전압 대용량 전류를 사용하는 전기 설비는 높은 수준의 전자계를 발생하고 있어 그 설비 자체의 안전을 위한 정보, 예컨대 온도, 진동 또는 부분방전과 같은 상태를 별도의 센서를 통해 감지하는 구성을 필수적으로 포함하고 있다.

구체적으로, 상기 부분방전을 감지하여 아크(arc) 발생을 방지하고, 상기 온도를 감지하여 화재 위험을 방지하고, 상기 진동을 감지하여 상기 설비의 전기적인 연결 부분이 파손되는 방지하고 있다.

이러한 감지를 위한 센서에는 전원 공급이 필수적인데, 이 전원 공급은 상기 전기 설비에 제공되는 고전압 대용량 전류에 의해서 직접 제공하는 것은 실제 불가능하다. 이에, 기존에는 전류변류기(Current transformer)의 2차 회로에 저항을 직렬로 삽입한 후, 구동 전원을 획득하여 상기 센서에 공급하는 방식으로 구동하였지만, 상기 전류변류기는 필수적으로 철심을 포함함에 따라 부피가 커서 특고압 전력설비에 직접 취부하기엔 부적절한 것이 현실이다. 이러한 직류변류기에 대해서는 대한민국공개특허공보 제10-2013-0039475호(발명의 명칭; 변류기 2차 회로의 개방 상태를 진단하는 과전류계전기 및 그 방법)에 일부 유사한 기술이 개시되어 있다.

이에, 일부에서는 상기의 감지를 어쩔 수 없이 직접 접촉 방식의 한계를 극복하고자 적외선이나 자외선, 초음파를 이용한 간접방식으로 상기의 감지 정보를 획득하고는 있지만, 이 또한 정보의 신뢰성과 가성비가 낮은 문제점을 안고 있다.

본 발명의 목적은 전기 설비의 모선에서 흐르는 교류 전류를 이용하여 구동 전원을 생성하는 전원 공급 장치 및 이를 포함하여 안전을 위한 센서에 구동 전원을 공급하는 설비 안전 시스템에 관한 것이다.

본 발명의 일 목적을 달성하기 위하여, 일 특징에 따른 전원 공급 장치는 제1 영구 자석, 제2 영구 자석, 코일 및 직류 변환부를 포함한다.

상기 제1 영구 자석은 교류 전류가 흐르는 모선에 평행하게 이격 배치되어 상기 교류 전류에 의해 형성된 자계를 통해 상기 모선과 수직한 방향을 따라 진동한다. 상기 제2 영구 자석은 상기 제1 영구 자석과 상기 수직한 방향을 따라 길게 결합되어 상기 제1 영구 자석의 진동을 그 길이 방향으로 전달받는다. 상기 코일은 상기 진동하는 제2 영구 자석이 그 내부를 통과하도록 배치되어 교류 전원을 생성한다. 상기 직류 변환부는 상기 코일과 전기적으로 연결되며, 상기 생성된 교류 전원을 일정한 직류 전원으로 변환시킨다.

다른 특징에 따른 전원 공급 장치는 제1 영구 자석, 코일, 제2 영구 자석 및 직류 변환부를 포함한다.

상기 제1 영구 자석은 교류 전류가 흐르는 모선에 평행하게 이격 배치되어 상기 교류 전류에 의해 형성된 자계를 통해 상기 모선과 수직한 방향을 따라 진동한다. 상기 코일은 상기 제1 영구 자석과 상기 수직한 방향을 따라 길게 결합되어 상기 제1 영구 자석의 진동을 그 길이 방향으로 전달받는다. 상기 제2 영구 자석은 상기 진동하는 코일에서 교류 전원이 생성되도록 상기 코일의 내부에 배치된다. 상기 직류 변환부는 상기 코일과 전기적으로 연결되며, 상기 생성된 교류 전원을 일정한 직류 전원으로 변환시킨다.

일 실시예에 따른 상기 교류 전류는 5 내지 5000A인 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명의 일 특징에 따른 교류 전류가 흐르는 모선과 연결되어 상기 교류 전류를 통해 구동하는 전기 설비에서, 설비 안전 시스템은 센서 및 전원 공급부를 포함한다.

상기 센서는 상기 전기 설비에서 상기 모선과의 연결 부위에 설치되며, 상기 연결 부위에서 온도, 진동 및 부분방전 중 적어도 하나를 감지한다. 상기 전원 공급부는 상기 모선과 인접한 위치에서 설치되며 상기 센서와 전기적으로 연결되어 상기 센서에 구동 전원을 제공한다. 여기서, 상기 전원 공급부는 상기 모선에 평행하게 이격 배치되어 상기 교류 전류에 의해 형성된 자계를 통해 상기 모선과 수직한 방향을 따라 진동하는 제1 영구 자석, 상기 제1 영구 자석과 상기 수직한 방향을 따라 길게 결합되어 상기 제1 영구 자석의 진동을 그 길이 방향으로 전달받는 제2 영구 자석, 상기 진동하는 제2 영구 자석이 그 내부를 통과하도록 배치되어 교류 전원을 생성하는 코일 및 상기 코일과 전기적으로 연결되며 상기 센서와 전기적으로 연결되어 상기 생성된 교류 전원을 일정한 직류 전원으로 변환시켜서 상기 구동 전원을 전달하는 직류 변환부를 포함한다.

일 실시예에 따른 상기 설비 안전 시스템은 상기 전원 공급부와 상기 센서 사이에 전기적으로 연결되어, 상기 전원 공급부에서 변환된 직류 전원을 충전하는 충전부를 더 포함할 수 있다.

상기한 본 발명의 실시예들에 따르면, 고전압에 따른 대용량의 교류 전류가 제공되는 전기 설비의 온도, 진동 또는 부분방전과 같은 안전 상태를 감지하기 위한 센서에 구동 전원을 상기 전기 설비에 상기 교류 전류가 제공되는 모선과 인접한 위치에서 진동하는 제1 및 제2 영구 자석들과 이의 진동을 통해 교류 전원을 생성하는 코일과 상기 교류 전원을 직류 전원으로 변환하는 직류 변환부를 통해서 제공함으로써, 상기 센서에 별도의 전원 공급을 위한 전원 장치를 위험하게 설치할 필요성을 제거할 수 있다. 이에 따라, 상기 전기 설비의 안전한 구동을 더 안전한 감지를 통해 진행할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 설비 안전 시스템 개념적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 설비 안전 시스템의 전원 공급부를 구체적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 도 1에 도시된 설비 안전 시스템의 다른 실시예에 따른 전원 공급부를 구체적으로 나타낸 도면이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 전원 공급 장치 및 이를 포함하는 설비 안전 시스템에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

한편, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 설비 안전 시스템 개념적으로 나타낸 도면이며, 도 2는 도 1에 도시된 설비 안전 시스템의 전원 공급부를 구체적으로 나타낸 도면이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 고전압에 따른 대용량의 교류 전류가 흐르는 모선(5)과 연결되어 상기 교류 전류를 통해 구동하는 전기 설비(10)에서, 본 발명의 일 실시예에 따른 설비 안전 시스템(100)은 센서(200), 제어부(300) 및 전원 공급부(400)를 포함한다.

상기 센서(200)는 상기 전기 설비(10)에서 상기 모선(5)과의 연결 부위에 설치된다. 상기 센서(200)는 상기 연결 부위에서 온도, 진동 및 부분방전 중 적어도 하나를 실시간으로 감지한다.

구체적으로, 상기 센서(200)는 상기 연결 부위에서 크랙 등의 원인으로 아크(arc)가 발생되는지 여부를 감지하는 부분방전센서, 상기 연결 부위에서 상기 모선(5)에 흐르는 대용량의 교류 전류에 의한 진동 여부를 감지는 진동 센서 및 상기 연결 부위에서 과도한 열이 발생하는 여부를 감지하는 온도 센서 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

상기 제어부(300)는 상기 센서(200)와 상기 전기 설비(10) 사이에서 이들과 전기적으로 연결된다. 상기 제어부(300)는 상기 센서(200)에서 감지할 결과가 기준치를 벗어나 상기 전기 설비(10)의 운용 안전에 위험이 있다고 판단될 경우, 상기 전기 설비(10)의 운용을 정지시킬 수 있다.

상기 전원 공급부(400)는 상기 모선(5)과 인접한 위치에서 설치된다. 상기 전원 공급부(400)는 상기 센서(200)와 전기적으로 연결되어 상기 센서(200)가 실시간으로 감지할 수 있도록 이에 구동 전원을 제공한다. 이러한 전원 공급부(400)는 제1 영구 자석(410), 제2 영구 자석(420), 코일(430) 및 직류 변환부(440)를 포함한다.

상기 제1 영구 자석(410)은 상기 모선(5)에 평행하게 이격 배치된다. 상기 제1 영구 자석(410)은 상기 모선(5)에 흐르는 교류 전류에 의해 형성된 자계에 통해 상기 모선(5)과 수직한 방향을 따라 진동한다. 구체적으로, 상기 제1 영구 자석(410)은 상기 대용량의 교류 전류가 흐르는 모선(5)에서 90도 위상을 갖고 좌우로 교변하면서 생성된 자계의 변화에 동조하여 진동한다.

상기 제2 영구 자석(420)은 상기 제1 영구 자석(410)과 상기 수직한 방향을 따라 길게 결합되어 상기 제1 영구 자석(410)의 진동을 그 길이 방향으로 전달받는다. 이때, 상기 제2 영구 자석(420)과 상기 제1 영구 자석(410)은 그 특성 상 자체의 자력에 의해서 쉽게 결합될 수 있다.

상기 코일(430)은 상기 진동하는 제2 영구 자석(420)이 그 내부를 통과하도록 배치되어 교류 전원을 생성한다. 구체적으로, 상기 코일(430)에서는 상기 진동하는 제2 영구 자석(420)이 내부에서 진동하면서 변화하는 자계가 쇄교함에 따라 교류 전원이 자연스럽게 생성될 수 있다.

이때, 상기 모선(5)에 흐르는 교류 전류는 약 5 내지 5000A의 범위를 가질 필요성이 있다. 이는, 상기 교류 전류가 약 5A 미만일 경우에는 너무 약해서 상기 제1 영구 자석(410)을 진동시키기 어려워 결국 상기 코일(430)에서 교류 전원이 생성되지 않으므로 바람직하지 않고, 약 5000A를 초과할 경우에는 이를 수용하기 위한 상기 모선(5)의 두께가 너무 두꺼워서 송전의 어려움이 있어 바람직하지 않기 때문이다. 아울러, 상기 모선(5)에 흐르는 교류 전류는 상기에서와 동일한 이유로 약 20 내지 5000A의 범위를 갖는 것이 더 바람직할 수 있다.

상기 직류 변환부(440)는 상기 코일(430)과 전기적으로 연결된다. 상기 직류 변환부(440)는 상기 센서(200)와 전기적으로 연결되어 상기 생성된 교류 전원을 일정한 직류 전원으로 변환시켜서 상기 구동 전원을 상기 센서(200)에 전달한다. 이러면, 상기 센서(200)는 상기 전기 설비(10)의 안전을 위한 감지 수행을 실시간으로 진행할 수 있다.

이와 같이, 고전압에 따른 대용량의 교류 전류가 제공되는 상기 전기 설비(10)의 온도, 진동 또는 부분방전과 같은 안전 상태를 감지하기 위한 상기 센서(200)에 구동 전원을 상기 전기 설비(10)에 상기 교류 전류가 제공되는 모선(5)과 인접한 위치에서 진동하는 상기 제1 및 제2 영구 자석(410, 420)들과 이의 진동을 통해 교류 전원을 생성하는 상기 코일(430)과 상기 교류 전원을 직류 전원으로 변환하는 상기 직류 변환부(440)를 통해서 제공함으로써, 상기 센서(200)에 별도의 전원 공급을 위한 전원 장치를 위험하게 설치할 필요성을 원천적으로 제거할 수 있다. 이에 따라, 상기 전기 설비(10)의 안전한 구동을 더 안전한 감지를 통해 진행할 수 있다.

한편, 상기 설비 안전 시스템(100)은 상기 전원 공급부(400)와 상기 센서(200) 사이에 전기적으로 연결된 충전부(500)를 더 포함할 수 있다. 상기 충전부(500)는 상기 전원 공급부(400)의 직류 변환부(440)에서 변환된 직류 전원을 충전하면서 상기 센서(200)에 제공하는 역할을 한다. 이러면, 상기 센서(200)는 상기 전원 공급부(400)의 구성들에 일부 문제가 생겨 상기 구동 전원을 상기 센서(200)에 제공하기 어려울 경우에도, 그 충전된 직류 전원을 통해서 일시적으로 상기 센서(200)에 상기 구동 전원을 제공할 수 있다.

또한, 상기 설비 안전 시스템(100)은 상기 모선(5) 및 상기 전원 공급부(400)와 전기적으로 연결된 스위칭부(미도시)를 더 포함할 수도 있다. 상기 스위칭부(미도시)는 실제 상기 모선(5)에 흐르는 대용량의 교류 전류가 일정 수준, 예컨대 약 20A 미만일 경우에는 이로 인한 상기 전기 설비(10)에 이상이 발생될 가능성이 부재하므로, 상기의 일정 수준 미만일 경우에 상기 전원 공급부(400)에 의한 상기 직류 전원 생성을 정지하여 결국 상기 센서(200)의 감지를 오프(off)시키는 역할을 할 수 있다.

도 3은 도 1에 도시된 설비 안전 시스템의 다른 실시예에 따른 전원 공급부를 구체적으로 나타낸 도면이다.

본 실시예에서는 코일에서 교류 전류를 생성하는 구조적 관계를 제외하고는 도 2의 구성과 동일하므로, 동일한 구조에 대해서는 동일한 참조번호를 사용하며, 그 중복되는 상세한 설명은 생략하기로 한다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 전원 공급부(600)는 대용량의 교류 전류가 흐르는 모선(5)과 그 길이 방향과 평행하게 배치되어 진동하는 제1 영구 자석(410)과 수직한 방향을 따라 길게 결합되어 상기 제1 영구 자석(410)의 진동을 그 길이 방향으로 전달받는 코일(610) 및 상기 진동하는 코일(610)에서 교류 전원이 생성되도록 상기 코일(610)의 내부에 배치된 제2 영구 자석(620)을 포함할 수 있다.

이러면, 상기 코일(610) 내부에서 상기 제2 영구 자석(620)이 진동하면서 변화하는 자계가 쇄교하는 결과가 도 1의 구성과 실제 동일하므로 상기 코일(610)에서는 자연스럽게 교류 전원이 생성될 수 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

5 : 모선 10 : 전기 설비
100 : 설비 안전 시스템 200 : 센서
300 : 제어부 400, 600 : 전원 공급부
410 : 제1 영구 자석 420, 620 : 제2 영구 자석
430, 610 : 코일 440 : 직류 변환부
500 : 충전부

Claims (5)

1. 20 내지 5000A의 교류 전류가 흐르는 모선에 평행하게 이격 배치되며, 상기 교류 전류가 흐르는 모선에서 위상의 변화에 의해 생성된 자계의 변화에 동조하여, 상기 모선과 수직한 방향을 따라 움직임이 가능하도록 상기 수직한 방향을 따라 연속적으로 진동하는 제1 영구 자석;
   상기 제1 영구 자석과 상기 수직한 방향을 따라 결합되어 상기 제1 영구 자석의 진동을 상기 수직한 방향으로 전달받아서 연속적으로 진동하는 제2 영구 자석;
   상기 진동하는 제2 영구 자석이 그 내부를 통과하도록 배치되며, 상기 내부에서 상기 제2 영구 자석이 상기 수직한 방향으로 진동함에 따라 상기 제2 영구 자석에 의해서 형성된 자계가 변화하게 되어 상기 변화하는 자계와 연속적으로 교차함으로서 교류 전원을 생성하는 코일; 및
   상기 코일과 전기적으로 연결되며, 상기 생성된 교류 전원을 일정한 직류 전원으로 변환시키는 직류 변환부를 포함하는 전원 공급 장치.
2. 삭제
3. 삭제
4. 20 내지 5000A의 교류 전류가 흐르는 모선과 연결되어 상기 교류 전류를 통해 구동하는 전기 설비에서, 상기 전기 설비에서 상기 모선과의 연결 부위에 설치되며 상기 연결 부위에서 온도, 진동 및 부분방전 중 적어도 하나를 감지하는 센서; 및
   상기 모선과 인접한 위치에서 설치되며, 상기 센서와 전기적으로 연결되어 상기 센서에 구동 전원을 제공하는 전원 공급부를 포함하며,
   상기 전원 공급부는
   상기 모선에 평행하게 이격 배치되며, 상기 교류 전류가 흐르는 모선에서 위상의 변화에 의해 생성된 자계의 변화에 동조하여, 상기 모선과 수직한 방향을 따라 움직임이 가능하도록 상기 수직한 방향을 따라 연속적으로 진동하는 제1 영구 자석;
   상기 제1 영구 자석과 상기 수직한 방향을 따라 결합되어 상기 제1 영구 자석의 진동을 상기 수직한 방향으로 전달받아서 연속적으로 진동하는 제2 영구 자석;
   상기 진동하는 제2 영구 자석이 그 내부를 통과하도록 배치되며, 상기 내부에서 상기 제2 영구 자석이 상기 수직한 방향으로 진동함에 따라 상기 제2 영구 자석에 의해서 형성된 자계가 변화하게 되어 상기 변화하는 자계와 연속적으로 교차함으로서 교류 전원을 생성하는 코일; 및
   상기 코일과 전기적으로 연결되며, 상기 센서와 전기적으로 연결되어 상기 생성된 교류 전원을 일정한 직류 전원으로 변환시켜서 상기 구동 전원을 전달하는 직류 변환부를 포함하는 것을 특징으로 하는 설비 안전 시스템.
5. 삭제

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