KR20130067288A - 유도전류를 이용한 과전류 경고 콘센트 - Google Patents

Abstract

본 발명은 가정 또는 산업현장에서 흔히 사용되는 전기콘센트 또는 멀티탭에 관한 것으로 콘센트에 다수개의 전기기기를 연결할 경우 콘센트에 정격용량 이상의 소비전류가 흐르게 되면 소리 또는 불빛을 통하여 사용자에게 경고신호로 알려주는 콘센트에 관한 것이다.
본 발명은 콘센트 내부로 흐르는 인입 전선의 1차 전류를 직접 사용하지 않고 교류전기의 특성을 활용한 유도된 2차 전류를 이용하여 인입 전선에 과전류가 흐를 경우 LED의 불이 켜지거나 또는 스피커에 경보음이 울리도록 하는 유도전류를 이용한 과전류 경고 콘센트를 제공하고자 한 것이다.
유도전류를 이용한 과전류 경고 콘센트는 인입 전선의 1차 전류를 직접이용하지 않고 유도된 작은 2차 전류를 이용하기 때문에 고장이 발생했을 경우라도 콘센트나 전기기기에 어떠한 영향을 주지 않아 전기적으로 안전하고, 감전의 위험이 없으며, 콘센트에 과전류의 플러그를 꼽는 순간 경고신호를 발생하기 때문에 사용자에게 편리하고 전기 과열로 발생할 수 있는 화재를 예방하는 효과가 있다.

Description

유도전류를 이용한 과전류 경고 콘센트 {Overcurrent warning concent to Using the induced current}

본 발명은 가정 또는 산업현장에서 흔히 사용되는 전기콘센트 또는 멀티탭에 관한 것으로 콘센트에 다수개의 전기기기를 연결할 경우 콘센트에 정격용량 이상의 소비전류가 흐르게 되면 소리 또는 불빛을 통하여 사용자에게 경고신호로 알려주는 콘센트에 관한 것이다.

전기적인 상식이 없는 대부분의 사람들은 콘센트 특히 다수개의 연결구로 이루어진 멀티탭에 전기용품의 플러그를 꼽아 사용할 경우 과열에 의한 위험이 있는지 없는지를 판단하기가 쉽지 않다.

하지만 한 콘센트에 안전허용치 이상의 소비전력을 소비하는 전기기기를 꼽아 사용할 경우 과열로 인한 화재가 빈번히 발생하고, 이를 예방할 목적으로 과전류 차단용 콘센트가 출시되었다.

그러나 대부분의 과전류 차단 콘센트는 금속바이메탈을 사용하는 것으로 이는 과전류에 의한 열이 발생한 후에 작동하기 때문에 여전히 화재의 위험이 있고 인입 전선에 바이메탈이 직접 연결이 되어있어서 바이메탈이나 인입 전선이 과열로 타고 고장이 날 염려가 많았다.

또한 실용신안 등록제 2004627240000호에서는 과열차단회로를 구비한 전원공급 단자용 과전류 경보장치를 선출원하여 공시하였으나 이 또한 인입 전선의 전류를 직접 이용하는 것으로 구성이 복잡하고 고장이 발생할 경우 과전류 차단장치가 더 큰 위험성을 초래할 수 있어 근본적인 해결방법이 아니었다.

본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하고자 한 것으로, 인입 전선의 1차 전류를 직접 사용하지 않고 교류전기의 특성을 활용한 유도된 2차 전류를 이용하여 인입 전선에 과전류가 흐를 경우 LED의 불이 켜지거나 또는 스피커에 경보음이 울리도록 하는 유도전류를 이용한 과전류 경고 콘센트를 제공하고자 한 것이다.

상기 과제를 해결하기 위한 수단으로 콘센트에 인입되는 두 가닥의 전선 중 어느 하나를 절연 피복이 입혀진 채로 코일이 감긴 철심에 회전통과시키고, 철심에 감긴 코일에 유도되는 2차 전류를 이용하여 LED에 불이 들어오거나 스피커에 경보음이 울리도록 하는 회로를 구성하는 것을 특징으로 한다.

유도전류를 이용한 과전류 경고 콘센트는 인입 전선의 1차 전류를 직접이용하지 않고 유도된 작은 2차 전류를 이용하기 때문에 고장이 발생했을 경우라도 콘센트나 전기기기에 어떠한 영향을 주지 않아 전기적으로 안전하고, 감전의 위험이 없으며, 콘센트에 과전류의 플러그를 꼽는 순간 경고신호를 발생하기 때문에 사용자에게 편리하고 전기 과열로 발생할 수 있는 화재를 예방하는 효과가 있다.

도 1: 일반형 콘센트의 외형도
도 2: 유도전류를 이용한 과전류 경고 콘센트의 외형도
도 3: 유도전류를 이용한 과전류 경고 콘센트의 내부 사시도
도 4: 변류기의 기본구조
도 5: 과전류 경고 콘센트의 기본 회로도
도 6: 정전압 다이오드가 삽입된 과전류 경고 콘센트의 직류 회로도
도 7: 비교기가 삽입된 과전류 경고 콘센트의 직류 회로도
도 8: 마이컴이 삽입된 과전류 경고 콘센트의 응용 회로도

본 발명의 바람직한 실시를 위하여 첨부된 도면을 통하여 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 일반형 콘센트의 외형도로써, 콘센트는 건물벽체에 시공되는 벽체 내장형 콘센트(100)와 이동형 콘센트(200)인 멀티탭이 주류를 이룬다.

본 발명은 상기 콘센트 중 이동형 콘센트인 멀티탭을 주로하여 설명하였고, 도면을 간편화하기 위해 두 개의 플러그를 꽂을 수 있는 콘센트를 대표적인 그림으로 도시하였다.

도 2는 유도전류를 이용한 과전류 경고 콘센트의 외형도이다.

그림에서와 같이 유도전류를 이용한 과전류 경고 콘센트의 외부에는 과전류를 경고하기 위한 수단으로 LED(15), 스피커 또는 버저(16), 또는 바늘게이지가 부착된 전류계(17)를 부착하였다.

콘센트에 과전류가 흐를경우 LED는 불빛을 통하여 경고신호를 보내고, 버저 등은 소리를 통하여 경고신호를 보내며, 전류계는 계기바늘을 통하여 전류의 실제 사용량을 확인할수 있게한다.

여기에서 LED는 빛을 내는 발광소자의 대표적인 예로 사용되었기에 필요에 따라 램프 등 다른 수동소자로 얼마든지 선택적으로 사용할 수 있음을 명시한다.

도 3은 유도전류를 이용한 과전류 경고 콘센트의 내부 사시도이다.

이하 설명에서는 본 발명의 명칭인 유도전류를 이용한 과전류 경고 콘센트를 간단히 과전류 경고 콘센트로 명명하기로 한다.

통상적인 콘센트의 내부는 두 가닥의 절연 피복이 입혀진 인입 전선(13)이 삽입되고, 절연 피복이 벗겨진 인입 전선(14)은 플러그가 꼽히는 둥근 형태의 동판에 접속된다.

본 발명은 통상적인 콘센트 내부의 두 가닥의 인입 전선 중 어느 하나에 절연 피복이 입혀진 부분에서 이루어진다.

즉, 본 발명은 인입 전선에 흐르는 전류를 직접 사용하지 않고 절연 피복 밖으로 생성되는 전자기력을 이용한다는 점이 특이사항이다.

알려진 바와 같이 전자기력은 도선에 전류가 흐르면 도선 주위에 자기장이 형성되어 자기력을 띄는 것으로, 이를 이용하여 발전기, 모터, 변압기, 변류기 등을 만들기도 한다.

도시된 그림을 살펴보면 절연피복이 입혀진 인입 전선(13) 외부에는 철심(12)에 수 백회의 코일(12)이 감긴 변류기가 끼워지고, 변류기의 코일 양 끝단에는 과전류 경고수단인 LED(15), 스피커 또는 버저(16), 또는 전류계(17)가 선택적으로 접합 되게 된다.

이론상 1차 전류가 흐르는 인입 전선의 전압이 일정하다면 콘센트에 꽂아진 전기제품의 전력이 높을수록 변류기에 유도되는 2차 전류의 크기도 증가할 것이다.

철심에 감기는 코일의 회전수는 2차 전류에 과전류 경고수단이 경고신호를 보낼수 있는만큼 충분한 전압이 발생하도록 감겨야 한다.

도 4는 변류기의 기본구조를 도시한 그림이다.

변류기란 교류의 큰 전류에서 그것에 비례하는 작은 전류를 얻는 장치로, 변압기와 같이 둥근 형태의 철심(11)에 권선수가 적은 1차 코일과 권선수가 많은 2차 코일(12)이 감긴 구조로 되어 있다.

본 발명에서 1차 코일은 절연 피복이 입혀진 인입 전선(13)이 해당된다.

도 5는 과전류 경고 콘센트의 기본 회로도이다.

절연피복이 입혀진 인입 전선(13)은 코어로 이루어진 철심(11)을 관통하고, 철심에는 경고수단이 작동할 수 있을만큼의 전압이 발생할 수 있도록 코일(12)이 감기며, 코일의 끝단에는 과전류 경고수단인 도 5[A]와 같이 LED(15) 또는 도 5[B]와 같이 버저(16) 또는 도 5[C]와 같이 전류계가 접합 된다.

실험적으로 절연 피복이 입혀진 220V의 인입 전선에 지름 0.2mm의 코일을 2500회 감은 변류기의 끝단에는 사용 전기기기에 따라 대략 1~10V의 전압이 형성되었고 LED를 켜거나 버저에 경고음이 날만큼의 전류가 형성되었다.

또한 상기 실험에 사용된 변류기의 코일 끝단에 LED 또는 버저를 연결한 후 콘센트에 최대 용량 3000W(와트)의 전기히터를 꽂아 1단부터 4단까지 점차로 열량을 올린 결과 유도전류 즉, 변류기 끝단에 생성된 2차 전류의 값은 1.7mA, 3.5mA, 8mA, 12mA로 점차 크기가 변하였고 더불어 LED의 불빛이 점점 밝아지고 버저의 소리도 점점 커짐을 알 수 있었다.

한편, 코일에 발생하는 2차 전류는 1차 인입 전류의 특성상 교류이므로 극성을 갖는 LED 및 버저는 교류 주파수에 ON-OFF를 반복하게 되므로 효율이 떨어질 수밖에 없다.

이를 개선할 목적으로 도 5[D]에서는 변류기에서 발생한 전압을 필터링 하기 위한 저항과, 직류로 변환하기 위한 다이오드 및 전기를 축방전 하는 커패시터를 회로에 첨가하였다.

그러나 위와 같은 회로는 소비자들로 하여금 약간 혼란스러움을 가져온다.

그 이유는 전기기기의 전력용량에 따라 LED 또는 버저가 신호를 보내지 않다가 허용치 이상의 전류가 생성되어 전기가 흐르면 LED 또는 버저가 위험 경고를 알리게 되는데, 경고 신호를 알리게 되는 경계점이 불명확하고 경고신호가 미약하거나 혹은 점차로 커지는 구조여서 사용자에게 혼란을 가중시킬 수 있기 때문이다.

그러므로 과전류 경고수단인 LED 혹은 버저는 콘센트의 허용 전류치 이하에서는 경고신호를 보내지 않다가 과전류 이상의 전류가 흐르게 되면 갑작스럽게 확실히 켜지고 작동되어야 한다.

이 문제를 해결하기 위한 방법으로 회로에 정전압 다이오드를 연결하여 경고신호를 내보내는 기준점을 명확히 할 필요가 생겼고, 기준치 미만의 전압에서는 과전류 경고수단이 아무런 반응을 않다가 회로에 기준치 이상의 전압이 흐르면 LED의 불빛이 밝게 빛나고 버저의 소리가 크게 나도록 회로에 비교기를 추가할 필요가 있게 되었다.

도 6은 정전압 다이오드가 삽입된 과전류 경고 콘센트의 직류 회로도이다.

변류기를 거쳐 경고회로에 흐르는 2차 전류는 사용 전기기기에 따라 전압도 변화하는데, 콘센트가 허용하는 전기기기의 최대 전류량에 상응하는 경고회로의 전압을 측정한 후 측정치에 맞는 정전압 다이오드(18)를 사용하여 그 이상의 전압이 발생 할 경우 전류가 흘러 경고신호가 작동하도록 전자회로를 구성하였다.

그러나 정전압 다이오드만으로 구성된 경고회로는 경고 기준전압이 명확할지라도 기준경계점에서 경고신호를 명확히 보내지는 못하고 LED에 희미하게 불빛을 내거나 버저의 소리가 작을 수밖에 없는 단점을 가지게 된다.

그러므로 기준점 이상의 전압이 경고회로에 흐를 경우 명확히 신호를 내보내기 위한 추가회로가 필요하였다.

도 7은 비교기가 삽입된 과전류 경고 콘센트의 직류 회로도이다.

이 회로는 인입 전선에 과전류가 흘러 변류기를 거쳐 경고회로에 흐르는 전압이 정전압 다이오드에 의해 경고 기준전압 이상이 발생할 경우 비교기가 커패시터에 축전 된 전하를 방전하도록 함으로써 경고신호가 명확히 나도록 하는 전자회로이다.

도 8은 마이컴이 삽입된 과전류 경고 콘센트의 응용 회로도이다.

이 회로는 전류체크용 변류기(50-1)와 전원공급용 변류기(50-2)를 별도로 구성한 후 마이컴의 제어로 경고신호를 보내도록 한 경고회로의 한 예이다.

마이컴은 전류체크용 변류기의 전류량을 감지한 후 별도의 전원공급용 변류기를 통하여 LED와 버저를 작동하게 하였다.

마이컴이 삽입된 과전류 경고 콘센트는 제작비가 비싼 반면 정교하고 다양한 경고신호를 구성할 수 있는 장점이 있다.

이상과 같이 상기 예로 든 회로의 구성 외에도 전자분야의 기초지식이 있는 자라면 얼마든지 변형가능 하기에 세세한 변형회로에 대하여는 생략하기로 한다.

다만, 유도전류를 이용한 과전류 경고 콘센트의 공통된 특징은 인입 전선의 1차 전류를 직접 사용하지 않고 변류기에서 발생한 2차 유도전류를 이용하여 경고회로에 경고 기준전압 이상의 전류가 흐를 경우 경고수단인 LED 또는 버저 등이 경고신호를 보내게 한 것이라 하겠다.

11: 철심 12: 코일
13: 절연 피복이 입혀진 인입 전선 14: 절연 피복이 벗겨진 인입 전선
15: LED 16: 버저(BUZZER) 17: 전류계
18: 정전압 다이오드 19: 비교기(op-amp) 20: micom
21: 레귤레이터

Claims (6)

1. 콘센트에 인입되는 두 가닥의 전선 중 어느 하나를 절연 피복이 입혀진 채로 코일이 감긴 철심에 회전통과시키고, 철심에 감긴 코일에 유도되는 2차 전류를 이용하여 인입 전선에 과전류가 흐를 경우 과전류 경고 수단인 LED가 불이 들어오거나 버저에 경보음이 울리도록 하는 경고회로를 구성하는 것을 특징으로 하는 유도전류를 이용한 과전류 경고 콘센트.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   경고회로는 코일에 흐르는 교류전류를 직류로 바꾸기 위한 다이오드와, 전기를 축방전시키는 커패시터가 구비된 것을 특징으로 하는 유도전류를 이용한 과전류 경고 콘센트.
   
3. 청구항 2에 있어서,
   경고회로는 기준전압 이상에서만 경고신호가 작동하도록 하기 위한 정전압 다이오드가 더 구비된 것을 특징으로 하는 유도전류를 이용한 과전류 경고 콘센트.
   
4. 청구항 3에 있어서,
   경고회로는 기준전압 이상에서 경고신호가 명확히 나타날 수 있게 하기 위한 비교기가 더 구비된 것을 특징으로 하는 유도전류를 이용한 과전류 경고 콘센트.
   
5. 청구항 1에 있어서, 경고회로는 더 정확하고 다양한 경고신호를 내보내기 위한 마이컴이 구비된 것을 특징으로 하는 유도전류를 이용한 과전류 경고 콘센트.
   
6. 청구항 1에 있어서, 경고수단으로 전류계가 사용된 것을 특징으로 하는 유도전류를 이용한 과전류 경고 콘센트.
   

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