KR102135565B1 - 부하와 차단기 사이의 전류량을 감지하는 센서모듈 - Google Patents

부하와 차단기 사이의 전류량을 감지하는 센서모듈 Download PDF

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Abstract

본 발명의 센서모듈은 부하와 차단기 사이의 전류량을 감지하는 센서모듈에 있어서, 상기 부하와 차단기를 연결하는 전원선을 관통시켜서 상기 전원선에 흐르는 전류값을 감지하는 변류기(CT); 상기 부하와 차단기를 연결하는 전원선 및 중성선을 관통시켜서 상기 전원선과 중성선의 외부로 흐르는 누설전류를 검출하는 영상변류기(ZCT); 상기 변류기(CT) 및 상기 영상 변류기(ZCT)를 서로 마주보도록 고정시키는 하부부재; 및 상기 하부부재의 상부를 감싸 덮도록 상기 하부부재와 결합되는 상부부재를 포함하되, 상기 하부부재는 상기 전원선이 관통하는 제1 중공이 내측에 형성되어 상기 변류기(CT)를 외부에서 감싸며 상기 하부부재의 내측 상부면에 수직으로 형성되는 제1 장착부; 및 상기 전원선 및 중성선이 관통하는 제2 중공이 내측에 형성되어 상기 영상변류기(ZCT)를 외부에서 감싸며 상기 하부부재의 내측 상부면에 수직으로 형성되는 제2 장착부를 포함한다. 따라서, 본 발명은 부하와 차단기 사이에 흐르는 전류량을 정밀하게 감지할 수 있는 장점이 있고, 기존 배선이 상기 하우징 내부로 관통하는 구조로 구현되어, 신규 배선의 추가로 인한 불량의 원인을 배제시킬 수 있다.

Description

부하와 차단기 사이의 전류량을 감지하는 센서모듈{SENSOR MODULE FOR SENSING CURRENT BETWEEN CIRCUIT BREAKER AND LOAD}
본 발명은 부하와 차단기 사이의 전류량을 감시하는 센서모듈에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 부하와 차단기 사이에 전력선 관통형으로 장착되어, 부하와 차단기 사이의 전류량 및 누설전류를 감시하는 센서모듈에 관한 것이다.
일반적으로 분전반이나 배전반에는 차단기가 설치되어 과전류나 누설전류 등의 이상 전류 발생시에 전원의 공급을 차단하여 부하기기를 보호하고 있다.
도 1은 일반적인 차단기의 동작을 설명하기 위한 도면으로서, AC 220V 전원이 부하(20)로 전달되는 경로 상에 차단기(10)가 장착된 예를 간략화하여 도시하고 있다. 이 때, 차단기(10)는 AC 전원으로부터 부하(20)로 연결된 전기회로(즉, 중성선(N)(A)과 전원선(R/S/T 중 하나)(B))상에 과전류(즉, 정격전류 이상의 전류)가 흐를 때, 이로 인한 사고를 예방하기 위해 전류의 흐름을 차단한다.
최근에는 누설전류로 인한 화재의 위험을 줄이기 위해, 상기 부하(20)와 차단기(10) 사이의 전류량 및 누설전류를 측정할 수 있는 센서모듈을 장착하는 사례도 늘고 있다.
도 2는 상기 센서모듈을 장착한 시스템 구성의 예를 도시한 도면으로서, 도 2를 참조하면, AC 220V 전원으로부터 다수의 부하들(20a)로 연결된 전기회로(즉, 중성선(N)(A)과 전원선(R/S/T 중 하나)(B))상에 다수의 차단기(10a)가 연결되고, 다수의 부하들(20a)과 다수의 차단기(10a) 사이에 다수의 센서모듈(30a)이 장착되어 있다. 이 때, 다수의 센서모듈(30a)은 다수의 부하들(20a)과 다수의 차단기(10a) 사이의 누설전류 및 전류값을 실시간으로 감지하고, 상기 감지된 신호(이 때, 감지된 신호는 아날로그 신호 임)를 컨트롤러(40)로 전달한다. 그러면, 컨트롤러(40)는 그 신호에 의해 다수의 부하들(20a)과 다수의 차단기(10a) 사이의 누설전류 및 전류값을 모니터링한다.
도 3은 도 2에 예시된 센서모듈 각각에 대한 개략적인 블록도이다. 도 2 및 도 3을 참조하면, 센서모듈(30)은 중성선(N)(A)과 전원선(R/S/T 중 하나)(B)을 모두 관통시켜 벡터합으로 누설전류를 검출하고, 이상 전류 발생시 전원을 차단하기 위한 영상변류기(ZCT: Zero-phase-sequence Current Transformer)(31)와, 전원선(R/S/T 중 하나)(B)을 관통시켜 전류값을 감지하는 변류기(CT: Current Transformer)(32)와, 중성선(N)(A)과 전원선(R/S/T 중 하나)(B) 전원선(R/S/T 중 하나)(B)을 분석하여 센서모듈(30)내부로 인가되는 전원의 상을 구별하고, 상단의 차단기의 상태가 차단중인지 아닌지를 확인하는 동작 상태 확인부(33)와, 영상변류기(ZCT)(31), 변류기(CT)(32) 및 동작상태 확인부(33)로부터 처리 결과를 전달받아 컨트롤러(40)로 전달하는 인터페이스부(34)를 포함한다.
도 4는 종래의 실시 예에 따른 센서모듈이 장착된 예들을 도시하고 있다. 도 4의 (a)는 누설전류 및 전류값을 감지하기 위한 센서들(ZCT, CT)이 개별적으로 장착된 경우의 예를 도시하고, 도 4의 (b)는 상기 센서들(ZCT, CT)이 별도의 하우징 내에 장착된 경우의 예를 도시하고 있다. 도 4의 (a)를 참조하면, 중성선(A)과 전원선(B)을 모두 관통시켜 벡터합으로 누설전류를 검출하는 영상변류기(ZCT)(31) 및 전원선(B)을 관통시켜 전류값을 감지하는 변류기(CT)(32)가, 차단기(10)로부터 부하(20)로 연결되는 경로 상에, 장착되어 있다. 이 경우, 센서가 노출되어 설치 환경이 좋지 않다. 예를 들어, 정밀한 전류값을 감지하기가 매우 곤란하여 전체 시스템의 안정성이 떨어질 수 있고, 이로 인해 부하기기 등의 파손을 발생하는 문제가 발생할 수 있다. 도 4의 (b)를 참조하면, 상기 센서들(ZCT, CT)이, 별도의 하우징 내에 장착된 모듈 형태(30′)로 구현되어, 차단기(10)로부터 부하(20)로 연결되는 경로 상에 장착되어 있다. 그런데, 이 경우 차단기(10)로부터 부하(20)로 연결되는 전력선이 상기 모듈(30′)을 관통하는 구조가 아니므로, 기존 배선 이외에 상기 모듈(30′)에서 나오는 신규 배선(C)을 다시 연결해야 한다. 따라서 도 4의 (b)에 예시된 구조는, 도 4의 (a)의 예에서 발생되는 센서 노출의 문제는 해결하였으나, 기존 배선 이외에 신규 배선(C)을 연결함으로써 또 다른 문제를 발생시킬 수 있다.
대한민국 등록특허 10-1349659호(분기부하와 분기차단기를 연결하는 전기안전 인터페이스모듈)
따라서 본 발명은 부하와 차단기 사이의 전류량을 감시하는 센서가 하우징 내에 장착되어 부하와 차단기 사이에 흐르는 전류량을 정밀하게 감지할 수 있는 센서모듈을 제공하고자 한다.
또한, 본 발명은 기존 배선이 상기 하우징 내부로 관통하는 구조로 구현되어, 신규 배선의 추가로 인한 불량의 원인을 배제시킬 수 있는 센서 모듈을 제공하고자 한다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에서 제공하는 센서 모듈은 부하와 차단기 사이의 전류량을 감지하는 센서모듈에 있어서, 상기 부하와 차단기를 연결하는 전원선을 관통시켜서 상기 전원선에 흐르는 전류값을 감지하는 변류기(CT); 상기 부하와 차단기를 연결하는 전원선 및 중성선을 관통시켜서 상기 전원선과 중성선의 외부로 흐르는 누설전류를 검출하는 영상변류기(ZCT); 상기 변류기(CT) 및 상기 영상 변류기(ZCT)를 서로 마주보도록 고정시키는 하부부재; 및 상기 하부부재의 상부를 감싸 덮도록 상기 하부부재와 결합되는 상부부재를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 하부부재는 상기 전원선이 관통하는 제1 중공이 내측에 형성되고, 상기 중성선을 가이드하는 가이드부가 외측에 돌출 형성되어 상기 변류기(CT)를 외부에서 감싸며 상기 하부부재의 내측 상부면에 수직으로 형성되는 제1 장착부; 및 상기 전원선 및 중성선이 관통하는 제2 중공이 내측에 형성되어 상기 영상변류기(ZCT)를 외부에서 감싸며 상기 하부부재의 내측 상부면에 수직으로 형성되는 제2 장착부를 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 상부부재는 상기 제1 장착부를 덮는 제1 덮개부; 상기 제2 장착부를 덮는 제2 덮개부; 및 상기 제1 덮개부와 상기 제2 덮개부 사이에 상기 전원선 및 중성선이 외부로 노출되어 보이도록 오픈된 노출 공간을 포함할 수 있다.
본 발명의 센서 모듈은 부하와 차단기 사이의 전류량을 감시하는 센서가 하우징 내에 장착되어 부하와 차단기 사이에 흐르는 전류량을 정밀하게 감지할 수 있는 장점이 있다. 또한, 본 발명은 기존 배선이 상기 하우징 내부로 관통하는 구조로 구현되어, 신규 배선의 추가로 인한 불량의 원인을 배제시킬 수 있는 장점이 있다.
도 1은 일반적인 차단기의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 종래의 센서 모듈을 장착한 시스템 구성의 예를 도시한 도면이다.
도 3은 도 2에 예시된 센서모듈 각각에 대한 개략적인 블록도이다.
도 4는 종래의 실시 예에 따른 센서모듈이 장착된 예들을 도시하고 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 센서 모듈에 대한 분해 사시도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 센서 모듈에 대한 결합 사시도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 센서 모듈이 장착된 예를 도시한 도면이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 설명하되, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 한편 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다. 또한 상세한 설명을 생략하여도 본 기술 분야의 당업자가 쉽게 이해할 수 있는 부분의 설명은 생략하였다.
명세서 및 청구범위 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 포함한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 센서 모듈에 대한 분해 사시도이다. 도 5를 참조하면, 부하(미도시)와 차단기(미도시)의 전류량을 감지하기 위한 본 발명의 센서 모듈(100)은 변류기(CT)(110)와, 영상변류기(ZCT)(120)와, 하부부재(200)와, 상부부재(300)를 포함하며, 상기 하부부재(200)와 상부부재(300)는 다수의 볼트들(10)에 의해 결합 가능하다.
변류기(CT)(110)는 부하(미도시)와 차단기(미도시)를 연결하는 전원선(미도시)을 관통시켜서 상기 전원선에 흐르는 전류값을 감지하고, 영상변류기(ZCT)(120)는 상기 부하(미도시)와 차단기(미도시)를 연결하는 전원선(미도시) 및 중성선(미도시)을 관통시켜서 상기 전원선(미도시)과 중성선(미도시)의 외부로 흐르는 누설전류를 검출한다. 이 때, 변류기(CT)(110) 및 영상변류기(ZCT)(120)는 공지된 기술을 이용할 수 있다.
하부부재(200)는, 도 5에 예시된 바와 같이, 변류기(CT)(110) 및 영상 변류기(ZCT)(120)를 서로 마주보도록 고정시키기 위한 것으로서, 제1 장착부(210) 및 제2 장착부(220)를 포함한다.
제1 장착부(210)는 전원선(미도시)이 관통하는 제1 중공(211)이 내측에 형성되어 변류기(CT)(110)를 외부에서 감싸며 하부부재(200)의 내측 상부면에 수직으로 형성된다. 또한, 제1 장착부(210)는 상기 중성선(미도시)을 가이드하는 가이드부(212)가 외측에 돌출 형성되는데, 가이드부(212)는 사선으로 형성되어 상기 중성선(미도시)을 제2 중공(221)으로 가이드하는 것이 바람직하다.
제2 장착부(220)는 전원선(미도시) 및 중성선(미도시)이 관통하는 제2 중공(221)이 내측에 형성되어 영상변류기(ZCT)(120)를 외부에서 감싸며 하부부재(200)의 내측 상부면에 수직으로 형성된다. 특히, 제2 장착부(220)는 제1 중공(211)을 관통한 전원선(미도시)이 일직선으로 제2 중공(221)을 관통하도록 제1 장착부(210)와 마주보는 위치에 장착되는 것이 바람직하다.
이 때, 제1 중공(211)은 전원선(미도시)하나만 관통하고, 제2 중공(221)은 전원선(미도시) 및 중성선(미도시)이 동시에 관통하므로, 제2 중공(221) 지름의 길이는 제1 중공(211) 지름의 길이보다 길다.
상부부재(300)는 하부부재(200)의 상부를 감싸 덮도록 하부부재(200)와 결합된다. 이 때, 상부부재(300)는 하부부재(200)의 제1 장착부(210)를 덮는 제1 덮개부(310)와, 하부부재(200)의 제2 장착부(220)를 덮는 제2 덮개부(320)와, 제1 덮개부(310)와 제2 덮개부(320) 사이에 상기 전원선(미도시) 및 중성선(미도시)이 외부로 노출되어 보이도록 오픈된 노출 공간(330)을 포함할 수 있다. 또한, 제1 덮개부(310)에는 전원선(미도시)을 관통시키는 제1 관통공(311) 및 중성선(미도시)을 관통시키는 제2 관통공(312)이 형성되고, 제2 덮개부(320)에는 전원선(미도시) 및 중성선(미도시)을 함께 관통시키는 제3 관통공(321)이 형성된다.
이 때, 제1 및 제2 관통공(311, 312)은 전원선(미도시) 또는 중성선(미도시) 중 어느 하나가 각각 관통하지만, 제3 관통공(321)은 전원선(미도시) 및 중성선(미도시)이 동시에 관통하므로, 제3 관통공(321) 지름의 길이는 제1 관통공(311) 또는 제2 관통공(312) 지름의 길이보다 길다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 센서 모듈에 대한 결합 사시도이다. 도 6은 도 5에 예시된 하부부재(200) 및 상부부재(300)가 볼트(10)에 의해 결합된 센서모듈(100)을 도시하고 있다. 또한, 도 6은 상기 센서모듈(100)에 전원선(B)과 중성선(A)이 관통하고 있는 경우를 예시하고 있다. 도 5 및 도 6을 참조하면, 중성선(A)는 상부부재(300)의 제1 덮개부(310)에 형성된 제2 관통공(312)을 관통하되 하부부재(200)의 제1 장착부(210) 외측에 돌출 형성된 가이드부(212)를 지나고, 제2 덮개부(320)에 형성된 제3 관통공(321)을 관통하되 하부부재(200)의 제2 장착부(220) 내측에 형성된 제2 중공(221)을 관통한다. 한편, 전원선(B)은 상부부재(300)의 제1 덮개부(310)에 형성된 제1 관통공(311)을 관통하되 하부부재(200)의 제1 장착부(210) 내측에 형성된 제1 중공(211)을 관통하고, 상부부재(300)의 제2 덮개부(320)에 형성된 제3 관통공(321)을 관통하되 하부부재(200)의 제2 장착부(220) 내측에 형성된 제2 중공(221)을 관통한다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 센서 모듈이 장착된 예를 도시한 도면이다. 도 7을 참조하면, 본 발명의 센서모듈(100)이 차단기(10)로부터 부하(20)로 연결되는 경로상에 장착되어 있으며, 상기 센서모듈(100)은 기존 배선(즉, 중성선(A) 및 전원선(B))이 관통하는 구조로서, 변류기(CT)를 관통하는 구간에서는 중성선(A) 또는 전원선(B) 한가닥만 관통하는 관통구가 각각 형성되어 있고, 영상변류기(ZCT)를 관통하는 구간에서는 중성선(A)과 전원선(B)이 한꺼번에 관통하는 관통구가 형성되어 있다. 또한, 상기 중성선과 전원선이 지나가는 가운데가 개방된 형태를 가지므로 배선의 방향을 잡기 위해 작업자가 공구를 사용할 경우 용이하게 작업을 할 수 있다.
상술한 예시적인 시스템에서, 방법들은 일련의 단계 또는 블록으로써 순서도를 기초로 설명되고 있지만, 본 발명은 단계들의 순서에 한정되는 것은 아니며, 어떤 단계는 상술한 바와 다른 단계와 다른 순서로 또는 동시에 발생할 수 있다.
또한, 당업자라면 순서도에 나타낸 단계들이 배타적이지 않고, 다른 단계가 포함되거나 순서도의 하나 또는 그 이상의 단계가 본 발명의 범위에 영향을 미치지 않고 삭제될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (8)

  1. 부하와 차단기 사이의 전류량을 감지하는 센서모듈에 있어서,
    상기 부하와 차단기를 연결하는 전원선을 관통시켜서 상기 전원선에 흐르는 전류값을 감지하는 변류기(CT);
    상기 부하와 차단기를 연결하는 전원선 및 중성선을 관통시켜서 상기 전원선과 중성선의 외부로 흐르는 누설전류를 검출하는 영상변류기(ZCT);
    상기 변류기(CT) 및 상기 영상 변류기(ZCT)를 서로 마주보도록 고정시키는 하부부재; 및
    상기 하부부재의 상부를 감싸 덮도록 상기 하부부재와 결합되는 상부부재를 포함하되,
    상기 하부부재는
    상기 전원선이 관통하는 제1 중공이 내측에 형성되어 상기 변류기(CT)를 외부에서 감싸며 상기 하부부재의 내측 상부면에 수직으로 형성되는 제1 장착부; 및
    상기 전원선 및 중성선이 관통하는 제2 중공이 내측에 형성되어 상기 영상변류기(ZCT)를 외부에서 감싸며 상기 하부부재의 내측 상부면에 수직으로 형성되는 제2 장착부를 포함하는 것을 특징으로 하는 센서 모듈.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 제1 장착부는
    상기 중성선을 가이드하는 가이드부가 외측에 돌출 형성된 것을 특징으로 하는 센서모듈.
  4. 제3항에 있어서, 상기 제2 장착부는
    상기 제1 중공을 관통한 전원선이 일직선으로 상기 제2 중공을 관통하도록 제1 장착부와 마주보는 위치에 장착된 것을 특징으로 하는 센서모듈.
  5. 제4항에 있어서, 상기 가이드부는
    사선으로 형성되어 상기 중성선을 상기 제2 중공으로 가이드하는 것을 특징으로 하는 센서모듈.
  6. 제1항에 있어서, 상기 상부부재는
    상기 제1 장착부를 덮는 제1 덮개부;
    상기 제2 장착부를 덮는 제2 덮개부; 및
    상기 제1 덮개부와 상기 제2 덮개부 사이에 상기 전원선 및 중성선이 외부로 노출되어 보이도록 오픈된 노출 공간을 포함하는 것을 특징으로 하는 센서모듈.
  7. 제6항에 있어서, 상기 제1 덮개부는
    상기 전원선을 관통시키는 제1 관통공; 및
    상기 중성선을 관통시키는 제2 관통공이 형성된 것을 특징으로 하는 센서모듈.
  8. 제6항에 있어서, 상기 제2 덮개부는
    상기 전원선 및 중성선을 함께 관통시키는 제3 관통공이 형성된 것을 특징으로 하는 센서모듈.
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