KR102321142B1 - 전계를 이용한 자가전원 획득 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전계를 이용하여 자가전원을 획득할 수 있는 장치를 제공하는 데 있다.
상기의 과제를 해결하기 위하여 본 발명에 따른 전계를 이용한 자가전원 획득 장치는 케이블로부터 소정 간격 이격되어 배치되는 극판; 상기 극판과 케이블의 1차측 전원을 승압하여 2차측 전원으로 출력하는 변압기; 상기 극판과 변압기를 절연하는 절연물; 상기 변압기의 2차측 출력 단자 중 선택된 일측 단자에 설치되는 다이오드; 및 상기 변압기의 2차측 출력 단자 중 상기 다이오드가 설치되지 않은 단자와 상기 다이오드의 2차측과 연결되는 커패시터를 포함하는 전원획득부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

전계를 이용한 자가전원 획득 장치{SELF-POWERED ACQUISITION DEVICE USING ELECTRIC FIELD}

본 발명은 전계를 이용한 자가전원 획득 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 가압상태의 케이블에 의해 발생된 전계로부터 전원을 획득할 수 있는 전계를 이용한 자가전원 획득 장치에 관한 것이다.

전력설비는 전력공급에 고도의 신뢰성을 유지해야 하기 때문에, 전력계통의 운전 중 설비사고를 예방하기 위하여, 부단한 노력과 엄청난 비용을 투자하여 설비를 안정적으로 운영할 필요가 있다.

따라서 전력설비 특히 대전류 고전압 송배전 설비는, 각종 감시장치를 통해 설비의 건전성을 항시 감시하고 유지보수에 적용하며 선로나 설비를 순시하고 즉각적인 조치를 취함으로써, 대규모 정전사고를 방지할 수 있도록 각종 과학화 장비와 설비상태 모니터링 시스템을 갖추고 있다.

최근에는 통신과 각종 센서기술이 비약적으로 발전하면서 전력설비에 각종 센서를 부착하여 설비의 상태를 감시하는 추세이다. 그러나 전력설비의 특성이 센서를 도체에 직접 부착하여 감시하여야 그 센서의 특성을 가장 유효적절하게 사용할 수 있으나, 대전류 특고압이기 때문에 직접 부착하여 사용하는데 여러 가지 어려움이 따른다.

대표적인 제한 사항 중 전력설비 특성상 센서의 동작전류 공급이 가장 큰 장애 요인으로 꼽히게 되며, 그 이유는 대용량 전력설비의 경우 한번 기동하면 짧게는 1년에서 길게는 수년간 정지하지 않고 연속운전을 해야 하기 때문이다.

이러한 이유로 최근에 설치하여 운영중인 전력설비 감시를 위한 센서류들은 동작전원에 대해 외부전원으로 공급하는 데에 한계가 있어, 측정하고자 하는 지점으로부터 멀리 떨어져 측정하거나 배터리를 장착하여 운영 중에 있는 바, 이러한 전원공급의 한계로 인해 필요한 통신량 즉 데이터 통신이 극히 제한적으로 밖에 운영되지 못하고 있고, 원활하고 자유로운 IoT를 구성하여 원하는 운영설비 감시시스템을 구비하는 데 한계가 있다.

즉, 외부전원의 원활한 공급이 제한됨에 따라 발전기의 운전 중 이상 검출시 더 큰 사고의 진행을 막기 위하여 즉시 발전기를 정지하고 검사를 수행해야 하는 점에서, 발전정지에 따른 경제적 손실이 대단히 크고, 대용량 전력설비에 적용하는 센서 등의 동작전원을 제약없이 공급할 수 있는 방식이 요구된다.

한편, 가압된 상태의 케이블로부터 전원을 획득하기 위한 기술로서, 유도기전력을 이용한 장치가 다양하게 개발되었다.

등록특허공보 제10-1567264호는 유도기전력을 이용한 완충장치에 관한 것으로서, 감속대상으로부터 힘을 전달받아 진퇴 운동을 하는 마그네트가 포함된 운동부, 상기 마그네트의 진퇴 운동에 따라 유도기전력이 생성되는 코일이 포함된 발전부, 상기 코일로부터 전류를 인가받아 이를 열에너지로 방출하는 방열저항 및 상기 운동부의 완충속도가 조절되도록 상기 운동부의 질량을 조절하는 제어부를 포함하여 이루어진다.

그러나 상기의 기술은 기존에 전력설비에 직접 부착하여 전원을 공급해주는 픽업코일(Pick-Up Coil) 방식의 유도기전력을 이용하는 것으로서, 직접 대전류 특고압 설비에 부착하여 동작전원을 확보하여 사용할 수 있으나, 여러 가지 제약이 따른다.

즉, 유도기전력을 이용한 전원의 획득 방식은, 첫째 코어에 권선을 감아야하고, 둘째 부피가 커지며, 셋째 철심의 적층으로 코어가 포화됨에 따라 발열을 일으켜 사고의 위험성이 있다. 이에 더하여, 가장 큰 문제는 코일의 권취수에 따라 유도되는 획득 전원이 높아지고, 설치시 고비용으로 적용성이 지극히 저하되는 문제점이 있다.

또한, 유도기전력을 이용한 방식은 전류를 픽업하여 사용하기 때문에 가압(Voltage Chargeing) 상태에서는 전원을 생산하지 못하여 센서 등에 필요한 동작전원을 공급하지 못하는 문제점이 있다.

일례로, 안전을 위하여 전력설비에 부착된 통전표시기는 가압(Voltage Chargeing) 상태에서 동작하지 않아 실수로 작업자가 전원이 들어오지 않는 것으로 착각하여 작업을 수행할 시 접촉으로 인한 대형 감전사고를 유발할 수 있다.

KR 10-1567264 B1 (2015. 11. 02.)

본 발명은 상기 종래기술이 갖는 문제점을 해소하기 위하여 창출된 것으로서, 본 발명에서 해결하고자 하는 과제는, 전계를 이용하여 자가전원을 획득할 수 있는 장치를 제공하는 데 있다.

상기의 과제를 해결하기 위하여 본 발명에 따른 전계를 이용한 자가전원 획득 장치는 케이블로부터 소정 간격 이격되어 배치되는 극판; 상기 극판과 케이블의 1차측 전원을 승압하여 2차측 전원으로 출력하는 변압기; 상기 극판과 변압기를 절연하는 절연물; 상기 변압기의 2차측 출력 단자 중 선택된 일측 단자에 설치되는 다이오드; 및 상기 변압기의 2차측 출력 단자 중 상기 다이오드가 설치되지 않은 단자와 상기 다이오드의 2차측과 연결되는 커패시터를 포함하는 전원획득부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 전원획득부는 상기 제1 케이블과 이웃하는 제2 케이블에 각각 설치되고, 상기 제1 케이블에 설치된 전원획득부와 상기 제2 케이블에 설치된 전원획득부가 직렬 연결된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 가압상태의 케이블에 의해 형성된 전계를 이용하여 전원을 획득할 수 있으므로, 센서 등의 전력설비에 공급할 수 있는 장점이 있다.

또한, 동전위 상태에서도 충분한 동작전원을 획득할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 전계를 이용한 자가전원 획득 장치의 개략적인 개념도.
도 2는 본 발명에 따른 전계를 이용한 자가전원 획득 장치의 직렬 연결 구조를 나타낸 구성도.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 더욱 상세하게 설명한다.

본 발명은 가압상태의 전선에 의해 발생된 전계로부터 전원을 획득할 수 있는 전계를 이용한 자가전원 획득 장치에 관한 것이다.

종래 전류형 자가전원장치, 예를 들면 유도기전력을 이용한 전원획득장치의 경우, 도체에 전류가 흐르면 도선을 중심으로 원형으로 자계가 발생하는데 그 자계를 철심코어로 자로를 만들어 전류를 획득하는 방식이다.

그러나 유도기전력을 이용한 방식은 2차측 생성전류로 비교적 높은 전류값을 얻을 수 있는 장점이 있으나, 허용전류 이상의 전류환경에서는 코어가 포화되고, 열화가 되며, 장치의 부피가 커지는 단점이 있다.

반면, 선로에 가압이 되면 도선을 중심으로 전계가 형성이 되는데, 형성되는 전계를 전원으로 활용하는 방식은 자장을 유도하는 코어 및 코일 등을 생략할 수 있는 장점이 있으나, 크기가 작고 획득되는 전류값도 적어지는 단점이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 전계를 이용한 자가전원 획득 장치의 개략적인 개념도이다.

첨부된 도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 전계를 이용한 자가전원 획득 장치는 극판(10), 변압기(20), 절연물(30), 다이오드(40) 및 커패시터(50)를 포함하는 전원획득부를 포함하여 이루어진다.

극판(10)은 케이블(1)로부터 소정 간격 이격되어 배치되는 것으로서, 전류가 흐를 수 있는 금속성 재질로 이루어진다.

변압기(20)는 상기 극판(10)과 케이블(1)의 1차측 전원을 승압하여 2차측 전원으로 출력하는 기능을 수행한다.

절연물(20)은 극판(10) 및 변압기(20)를 절연하는 것으로서, 상기 극판(10)을 지지하면서 상기 변압기(20)의 1차측에 유입되는 노이즈를 감소시킨다.

여기서, 상기 극판(10)과 변압기(20)에 대해 절연을 하지 않으면 전계의 위치가 변하지 않아 생성되는 전압을 높일 수 없다.

즉, 상기 극판(10)과 변압기(20)를 절연하게 되면, 동일한 전위상태에서 변압기(20)가 1차측 고전압 환경을 공유하지 않기 때문에 1차측에 입력되는 전압을 높일 수 있는 장점이 있다.

다이오드(40)는 상기 변압기(20)의 2차측 출력 단자 중 선택된 일측 단자에 설치되어 교류전원을 직류전원으로 변환하여 출력하는 기능을 수행한다.

커패시터(50)는 상기 변압기(20)의 2차측 출력 단자 중 상기 다이오드(40)가 설치되지 않은 단자와 상기 다이오드(40)의 2차측과 연결되어 출력되는 직류 전원을 안정화시키는 기능을 수행한다.

즉, 상기 변압기(20)의 2차측 3번 단자 후단에 다이오드(40)가 설치되고, 상기 변압기(20)의 2차측 4번 단자와 다이오드(40)의 출력측 사이에 커패시터(50)가 설치된다.

상기 변압기(20)의 1차측에 입력되는 전원은 교류전원으로서 극성이 교번된다. 다이오드(40)는 상기 변압기(20)의 2차측에 출력되는 교류전원을 직류전원으로 변환하고, 커패시터(50)는 교류전원의 반주기 동안 전원을 충전한 상태에서 나머지 반주기 동안 충전된 전원을 출력하여 안정된 직류전원을 출력하게 된다.

한편, 1개의 케이블에 설치되는 전원획득부에 대해 전원을 공급하는 경우, 상기 전원이 센서 등의 동작전원으로 부족할 수 있다.

이에, 상기 케이블과 이웃하는 케이블에 상기 전원획득부를 각각 설치하고, 각각의 전원획득부를 직렬 연결함으로써, 1개의 전원획득부에서 출력되는 전압 이상으로 높은 전압을 출력할 수 있도록 구성될 수 있다.

도 2는 본 발명에 따른 전계를 이용한 자가전원 획득 장치의 직렬 연결 구조를 나타낸 구성도이다.

첨부된 도 2를 참조하면, 전원획득부는 제1 케이블(1)과 또한 이웃하는 제2 케이블(2)에 각각 설치되고, 상기 제1 케이블(1)에 설치된 전원획득부와 상기 제2 케이블(2)에 설치된 전원획득부가 직렬 연결되어 전원을 출력하도록 구성된다.

즉, 첨부된 도 2에 보인 바와 같이, 상기 제1 케이블(1)에 설치된 전원획득부의 2차측 4번 단자와 제2 케이블(2)의 다이오드 출력부가 직렬 연결된다.

마찬가지로, 제3 케이블에 설치된 전원획득부도 제2 케이블에 설치된 전원획득부와 직렬 연결되고, 제4 케이블에 설치된 전원획득부도 제3 케이블에 설치된 전원획득부와 직렬 연결된다.

이와 같이 구성된 본 발명에 따르면, 가압상태의 케이블에 의해 형성된 전계를 이용하여 전원을 획득할 수 있으므로, 센서, 감시장치, 고장 예측장치 등의 전력설비에 동작전원을 공급할 수 있고, 동전위 상태에서도 충분한 동작전원을 획득할 수 있는 장점이 있다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 아니하며 본 발명의 실시 예와 실질적으로 균등한 범위에 있는 것까지 본 발명의 권리범위가 미치는 것으로 이해되어야 하며, 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형 실시가 가능하다.

1, 2: 케이블 10: 극판
20: 변압기 30: 절연물
40: 다이오드 50: 커패시터

Claims (2)

1. 제1 케이블(1)로부터 소정 간격 이격되어 배치되는 극판(10);
   상기 극판(10)과 상기 제1 케이블(1)의 1차측 전원을 승압하여 2차측 전원으로 출력하는 변압기(20);
   상기 극판(10)과 변압기(20)를 절연하는 절연물(30);
   상기 변압기(20)의 2차측 출력 단자 중 선택된 일측 단자에 설치되는 다이오드(40); 및
   상기 변압기(20)의 2차측 출력 단자 중 상기 다이오드(40)가 설치되지 않은 단자와 상기 다이오드(40)의 2차측과 연결되어 출력되는 직류 전원을 안정화시키는 커패시터(50);
   를 포함하는 전원획득부를 포함하며,
   상기 전원획득부는,
   상기 제1 케이블(1)과 이웃하는 제2 케이블(2)에 각각 설치되고,
   상기 제1 케이블(1)에 설치된 전원획득부와 상기 제2 케이블(2)에 설치된 전원획득부가 직렬 연결되되,
   상기 제1 케이블(1)에 설치된 전원획득부의 2차측 4번 단자와 상기 제2 케이블(2)의 다이오드 출력부가 직렬 연결되며,
   상기 절연물(30)은,
   동일한 전위상태에서 상기 변압기(20)가 1차측 고전압 환경을 공유하지 않아 1차측에 입력되는 전압을 높일 수 있도록 하고, 상기 극판(10)을 지지하면서 상기 변압기(20)의 1차측에 유입되는 노이즈를 감소시키는 것을 특징으로 하는 전계를 이용한 자가전원 획득 장치.
   
   
   
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