KR20220137948A

KR20220137948A - 누전 센서 및 전로 보호 시스템

Info

Publication number: KR20220137948A
Application number: KR1020227030665A
Authority: KR
Inventors: 유지 오노; 야스유키 오카다
Original assignee: 미쓰비시덴키 가부시키가이샤
Priority date: 2020-03-18
Filing date: 2020-03-18
Publication date: 2022-10-12
Also published as: JP6818955B1; CN115244411A; WO2021186602A1; DE112020006910T5; JPWO2021186602A1

Abstract

원환 모양의 자성체 코어(11)에 여자 코일(12) 및 검출 코일(13)이 감겨진 누전 전류 검출부(10)와, 누전 전류 검출부(10)의 자성체 코어(11)의 외주측에 마련된 외주 자기 실드(14) 및 내주측에 마련된 내주 자기 실드(15)와, 과전류 검출용 센서(20)와, 누전 전류 검출부(10)의 출력 및 과전류 검출용 센서(20)의 출력이 입력되는 출력 회로(30)를 구비하고, 출력 회로(30)는 선형성을 가지는 누전 전류 검출 영역과, 상기 누전 전류 검출 영역보다 절대값이 큰 영역으로서, 미리 정해진 값이 되도록 설정된 누전 전류 비검출 영역을 가지는 출력 특성을 가진다.

Description

누전 센서 및 전로 보호 시스템

본원은 누전 센서 및 전로(電路) 보호 시스템에 관한 것이다.

배전선 내의 전로에 있어서, 누전을 검출하는 센서로서 예를 들면 자기 임피던스 소자를 이용한 것이 알려져 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참조). 링 모양의 자성체로 이루어지는 감지기와 감지기에 부가되어 감지기에 발생하는 자계의 변화에 의해서 임피던스가 변화하는 자기 임피던스 소자와, 자기 임피던스 소자의 임피던스 변화를 검출하는 검출기로 구성되어 있다. 이와 같은 누전 센서는 통상 1A 이하의 미소 전류를 검출한다.

한편, 배전선 내의 전로에 있어서, 과전류로부터 부하를 보호하기 위해서 과전류를 검출하는 전류 센서가 배치되지만, 이 전류 센서는 통상 ±수십 A에서 ±수백 A에 이르는 광범위 영역으로, 대전류를 대상으로 한다. 이 광범위 전류를 정확하게 계측하기 위해서, 2종류의 감도, 범위를 가지는 전류 센서를 이용한 복합 전류 센서 시스템이 개시되어 있다(예를 들면, 특허문헌 2 참조).

일본 특개 평10-232259호 공보 일본 특표 제2019-511189호 공보

배전선 내의 전로에는, 누전을 검출하는 전류 센서 및 과전류를 검출하는 전류 센서 양방을 배치할 필요가 있다. 그 때문에, 전류 센서의 소형화, 공통화가 기대되고 있다. 그러나, 누전과 과전류는 상술한 바와 같이 검출 대상 전류의 범위가 상위하고, 검출 감도도 다르기 때문에 한쪽이, 다른 쪽을 겸하는 것은 곤란하다. 또한, 특허문헌 2와 같이, 대전류 센서의 범주에서 2종류의 감도, 범위를 가지는 전류 센서를 이용하여 하나의 모니터로 전류를 모니터링하는 것은 가능하지만, 누전과 과전류는 상술한 바와 같이 검출 대상 전류의 범위가 상위하고, 검출 감도도 다르기 때문에, 각각의 센서에서 처리 회로를 구비하게 되어, 소형화가 곤란했다.

본원은 상기의 과제를 해결하기 위한 기술을 개시하는 것으로, 과전류를 검출하는 센서를 구비한 누전 센서 및 이 누전 센서가 배치된 전로 보호 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 개시에 의한 누전 센서는, 원환(圓環) 모양의 자성체 코어, 상기 자성체 코어에 감겨진 여자 코일 및 검출 코일을 가지는 누전 전류 검출부와, 상기 누전 전류 검출부의 상기 자성체 코어의 외주(外周)측에 마련된 외주 자기 실드와, 상기 누전 전류 검출부의 상기 자성체 코어의 내주(內周)측에 마련된 내주 자기 실드와, 과전류 검출용 센서와, 상기 누전 전류 검출부의 출력 및 상기 과전류 검출용 센서의 출력이 입력되는 출력 회로를 구비하고, 상기 출력 회로는, 상기 누전 전류 검출부로 검출된 전류에 대해 출력 신호가 선형성을 가지는 누전 전류 검출 영역과, 상기 누전 전류 검출 영역보다 절대값이 큰 영역으로서, 상기 과전류 검출용 센서로 검출된 전류에 대해 출력 신호가 미리 정해진 값이 되도록 설정된 누전 전류 비검출 영역을 가지는 출력 특성을 가지는 것이다.

본 개시에 의한 전로 보호 시스템은, 상술한 누전 센서와 상기 누전 센서의 상기 출력 회로에 접속된 릴레이 유닛을 배전선의 전로에 배치하고, 상기 누전 센서에서 누전 혹은 과전류가 검출되었을 경우, 상기 출력 회로의 신호에 기초하여, 상기 릴레이 유닛에 접속된 보호 기기에 의해 상기 배전선의 전로를 보호하는 것이다.

본 개시에 의하면, 하나의 누전 센서로 누전 및 과전류를 정밀도 좋게 검출하고, 출력하는 것이 가능하게 되어, 센서의 소형화가 가능하게 된다. 또한, 누전 센서의 출력에 기초하여, 이 누전 센서가 배치된 전로를 누전 및 과전류 양방으로부터 보호하는 것이 가능하게 된다.

도 1은 실시 형태 1에 따른 누전 센서의 누전 전류 검출부의 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 실시 형태 1에 따른 누전 센서의 구성을 나타내는 단면도이다.
도 3은 실시 형태 1에 따른 누전 센서의 기능 블록도이다.
도 4는 실시 형태 1에 따른 누전 센서의 출력 전압 특성을 설명하는 도면이다.
도 5는 실시 형태 1에 따른 누전 센서의 출력 전압 특성을 설명하기 위한 비교도이다.
도 6은 실시 형태 2에 따른 누전 센서의 구성을 나타내는 단면도이다.
도 7은 실시 형태 2에 따른 누전 센서의 구성을 나타내는 다른 단면도이다.
도 8은 실시 형태 2에 따른 누전 센서의 구성을 나타내는 다른 단면도이다.
도 9a는 실시 형태 2에 따른 누전 센서에 있어서 과전류 센서의 장착 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 9b는 실시 형태 2에 따른 누전 센서에 있어서 과전류 센서의 장착 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 10a는 실시 형태 2에 따른 누전 센서에 있어서 과전류 센서의 다른 장착 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 10b는 실시 형태 2에 따른 누전 센서에 있어서 과전류 센서의 다른 장착 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 실시 형태 3에 따른 누전 센서를 배치한 전로 보호 시스템의 구성을 나타내는 도면이다.
도 12는 실시 형태 1 내지 3에 따른 누전 센서 및 전로 보호 시스템에 이용되는 각 제어부의 하드웨어 구성도이다.

이하, 본 실시 형태에 대해 도면을 참조하여 설명한다. 또한, 각 도면 중, 동일 부호는, 동일 또는 상당 부분을 나타내는 것으로 한다.

실시 형태 1.

이하, 실시 형태 1에 따른 누전 센서에 대해 도면을 이용하여 설명한다.

도 1은 실시 형태 1에 따른 누전 센서의 누전 전류 검출부의 구성을 나타내는 도면이다. 도면에 있어서, 누전 전류 검출부(10)는 원환 모양의 자성체 코어(11)와, 자성체 코어(11)에 권선이 감겨진 여자 코일(12)과, 자성체 코어(11)에 권선이 감겨진 검출 코일(13)을 구비한다. 본 실시 형태에서는, 누전 전류 검출부(10)로서 플럭스 게이트(flux gate) 방식의 자기 센서인 누전 검출기를 예시하고 있다. 또한, 도면에 있어서 여자 코일(12)의 권선, 검출 코일(13)의 권선 모두 자성체 코어(11)의 일부에만 권선이 감겨져 있지만, 각각 자성체 코어(11)의 전체 둘레에 걸쳐서 감겨져 있어도 된다.

도 2는 실시 형태 1에 따른 누전 센서(1)의 구성을 나타내는 단면도이다. 누전 센서(1)는 누전 전류 검출부(10)의 외주측에 외주 자기 실드(14)와 내주측에 내주 자기 실드(15)를 가지고, 적어도 외주 자기 실드(14)의 내측에 과전류 검출용 센서(20)가 장착되어 있다. 계측 대상 도체(100)는 내주 자기 실드(15)의 내측에 자성체 코어(11)에 대해 대칭 위치가 되도록 배치된다. 내주 자기 실드(15)는 계측 대상 도체(100)에 근접해서 배치되고, 특히 외주 자기 실드(14)는 외부 자계의 누전 전류 검출부(10) 내부로의 침입을 억제시킨다. 또한, 외주 자기 실드(14) 및 내주 자기 실드(15)는, 전자 강판 등의 자성체로 구성되어 있다.

과전류 검출용 센서(20)는 홀 IC 혹은 자기 저항 효과 소자 등의 반도체 프로세스로 제조된 반도체 센서를 이용할 수 있다. 계측 대상이 교류인 경우에는, 코일식 CT, 로고스키(Rogowskii) 코일 등의 권선형 센서도 적용할 수 있다. 본 실시 형태에서는 과전류 검출용 센서(20)로서 하나의 반도체 센서가 내주 자기 실드(15)와 누전 전류 검출부(10)의 사이에 마련된 예로 하고 있다.

도 3은 본 실시 형태에 따른 누전 센서(1)의 기능 블록도이다. 누전 센서(1)는 누전 전류 검출부(10)의 여자 코일(12)에 접속된 여자 회로(16)와, 누전 전류 검출부(10)의 검출 코일(13)에 접속된 필터 회로(17)와, 여자 회로(16) 및 필터 회로(17)에 접속된 발신기(18)와, 과전류 검출용 센서(20)의 출력으로부터 과전류의 유무를 판정하는 과전류 판정 회로(21)와, 필터 회로(17)의 출력 및 과전류 판정 회로(21)의 출력이 입력되고, 계측 대상 도체(100)가 배설된 전로를 보호하는 보호 기기를 제어하는 외부의 릴레이 유닛(40)으로 신호를 출력하는 출력 회로(30)를 구비하고 있다.

다음으로, 본 실시 형태에 따른 누전 센서(1)의 동작에 대해 설명한다.

먼저, 누전 전류 검출 방법에 대해 설명한다. 본 실시 형태에서는, 상술한 바와 같이 누전 전류 검출부(10)로서 플럭스 게이트 방식의 자기 센서인 누전 전류 검출기를 이용하고 있다. 발신기(18)를 동작시키고, 소정의 주파수에 의해 여자 회로(16)로부터 여자 코일(12)에 전류를 흘려, 자성체 코어(11)를 자기 포화시키는 자계를 발생시킨다. 이때, 계측 대상 도체(100)에 누전 전류가 있으면, 자성체 코어(11)에 자속이 발생하여, 양음 어느 쪽인 가의 자계의 변화가 발생한다. 이 자계의 변화는 검출 코일(13)에 여자 코일(12)에 흐르는 전류의 2배의 주파수를 가지는 전압(2차 고조파 성분)으로서 나타난다. 이 출력 전압을 필터 회로(17)에서 여자 주파수의 2배의 주파수로 동기 정류함으로써, 누전 전류값을 얻을 수 있다. 누전 전류값은 출력 회로(30)에 출력된다.

이와 같은, 플럭스 게이트 방식의 누전 전류 검출기에 있어서, 계측 대상 도체(100)에 누전 검출기의 정격을 초과하는 전류가 흐르면, 여자 코일(12)에 의해 형성되는 자계보다도 계측 대상 도체(100)에 의해 발생하는 자계쪽이 커져 버린다. 그 때문에, 검출 코일(13)에는, 계측 대상 도체(100)에 의해 발생하는 자계의 크기와는 대응하지 않는 전압이 출력되어, 오검출의 원인이 된다.

도 4는 본 실시 형태 1에 따른 누전 센서(1)의 출력 회로(30)에 있어서의 입출력 전압 특성의 일례를 나타내는 도면, 도 5는 비교예의 플럭스 게이트 방식의 누전 전류 검출기(정격 전류는 DC 200㎃)의 입출력 전압 특성의 일례를 나타내는 도면이다. 모두 가로축은 검출 전류, 세로축은 출력 전압이다.

먼저, 도 5를 이용하여, 비교예인 일반적인 플럭스 게이트 방식의 누전 전류 검출기에 대해 설명한다. 정격값 ±200㎃의 전류의 범위에서는 출력 전압은 선형적으로 변화하지만, 정격 범위를 초과하면 출력 전압의 절대값은 저하한다. 예를 들어, 전류값이 100㎃와 1.7㎃에 대해서는, 출력 전압은 모두 1V가 되어, 계측된 전류값을 올바르게 취득할 수 없게 된다.

본 실시 형태 1에 따른 누전 센서(1)의 출력 회로(30)에 있어서는, 도 4에 나타내는 바와 같이 선형적인 출력 특성을 초과하면, 출력의 절대값이 저하되지 않게 미리 정해진 값인 일정값이 되도록 설정하고 있다. 즉, 정격 범위(±200㎃)를 초과하여, ±1A 정도의 영역에서는 전류값에 따른 출력을, 절대값이 더 큰 전류 영역에서는 출력이 일정값이 되도록 하고 있다. 도면으로부터, 출력 전압이 ±2V를 초과하면 출력 전압은 포화되어 있기 때문에, 출력 전압이 ±2V를 초과하면 누전 전류 검출부(10)의 계측 범위 밖인 것을 알 수 있다. 이 출력 전압이 ±2V를 초과한 누전 전류 검출부(10)의 계측 범위 밖으로 하고, 누전 전류 비검출 영역, 즉 과전류 판단 영역인 것으로 하면 된다. 선형성을 가지는 영역은 누전 전류 검출 영역이다. 또한, 출력 전압이 ±2V를 초과한 누전 전류 비검출 영역에서 누전 전류 검출부(10)에 의한 전류의 검출을 막는 것은 아니다.

한편, 과전류 검출용 센서(20)는 미소 전류 계측에는 적합하지 않지만, 플럭스 게이트 방식의 전류 센서의 계측 범위보다도 와이드 레인지이며, 보다 큰 자계를 검출할 수 있기 때문에, 과전류 상태에서 검출이 가능하다. 그 때문에, 상술한 누전 전류 검출부(10)의 계측 범위 밖(누전 전류 비검출 영역), 즉 누전 전류 검출 영역보다도 계측 전류의 절대값이 큰 영역인 과전류 판단 영역에 있어서, 전류를 검출하도록 하면 된다. 즉, 누전 전류 검출부(10)의 출력과 과전류 검출용 센서로부터의 출력 양방이 입력된 출력 회로(30)는 과전류 판단 영역인지 여부로 양방의 출력을 전환하여, 릴레이 유닛(40)에 출력한다. 릴레이 유닛(40)에서 보면, 신호 입력 회로를 단순화할 수 있게 된다.

또한, 누전 전류 검출부(10) 및 과전류 검출용 센서(20) 양방에서 전류를 검출하여, 출력 회로(30)에 입력되지만, 출력 회로(30)는 상술한 출력 특성을 가지므로, 누전 전류 검출 영역의 전류값에 있어서는, 누전 전류 검출부(10)로부터의 전류값에 기초하여 선형성의 특성에 기초한 출력 전압이 출력되고, 누전 전류 비검출 영역에 있어서는 과전류 검출용 센서(20)로부터의 전류값에 기초하여, 일정값인 출력 전압을 출력한다. 과전류 검출용 센서(20)로 계측된 전류는, 과전류 판정 회로(21)에 있어서 미리 정해진 임계값을 초과하는 과전류인지 여부의 판정이 행해지고, 과전류인지 여부의 정보와 함께, 출력 회로(30)에 입력된다. 과전류 판정 회로(21)에서 판정에 이용되는 임계값은 전로를 보호해야 할 값이 되도록 설정된다. 출력 회로(30)로부터는, 출력 회로(30)의 출력 특성에 따른 전압값 및 과전류인지 여부의 정보가 출력되고, 이 신호에 기초하여 릴레이 유닛(40)에 의해 보호 기기(41)측에서 전로를 보호하도록 제어된다.

또한, 도 4의 본 실시 형태 1에 따른 누전 센서(1)의 출력 회로(30)의 출력 전압 특성에 있어서 누전 전류 비검출 영역이 ±3V 정도까지밖에 도시되어 있지 않지만, 이것을 초과해도 일정값으로 한다. 또한, 누전 전류 비검출 영역은 미리 설정된 일정값의 예를 나타냈지만, 이것으로 한정되는 것은 아니다. 전류에 의존하는 값이 되는 값으로 설정하는 등, 누전 전류 검출 영역의 출력 전압과 다른 미리 설정된 값이 되도록 해도 된다. 또한, 출력 회로(30)의 출력 특성을 전압으로 출력하도록 했지만, 출력 신호는 상술한 바와 같은 누전 전류 검출 영역과 누전 전류 밖 검출 영역을 가지는 출력 특성이면, 전압으로 한정되는 것은 아니다.

과전류 검출용 센서(20)는 배전선 내 등의 계측 대상의 전로 상에서 누전 전류 검출부(10)와 별개로 배치할 수도 있지만, 센서 설치 지점의 점유 영역을 작게 하기 위해서는 누전 센서(1)에 내장하는 것이 바람직하다. 그 때문에, 도 2에서 나타낸 바와 같이, 적어도 외주 자기 실드(14)의 내측에 배치되고, 외부 자계로부터의 영향이 저감된 위치에 배치되는 것이 바람직하다.

이상과 같이 실시 형태 1에 의하면, 누전 센서는 원환 모양의 자성체 코어(11)와 자성체 코어(11)에 감겨진 여자 코일(12) 및 검출 코일(13)을 가지는 누전 전류 검출부(10), 과전류 검출용 센서(20) 2개의 검출부를 구비하고, 누전 전류를 검출하는 누전 전류 검출부(10)의 출력 전압 특성이 검출된 전류에 대해 선형성을 가지는 누전 전류 검출 영역과 미리 정해진 값, 예를 들면 일정값으로 하는 누전 전류 비검출 영역을 가지므로, 누전 전류 검출 영역에서 누전 전류 검출부(10)에 의해 누전 전류를 검출하고, 누전 전류 비검출 영역에서 과전류 검출용 센서(20)로 전류를 검출하는 것이 가능하게 되어, 누전 센서(1)의 출력 회로(30)로부터는 어느 하나의 영역에서 검출된 전류가 출력되므로, 출력 회로(30)를 공통화하는 것이 가능하게 된다. 이것에 의해, 누전 및 과전류 양방을 검출하는 것이 가능한, 소형화된 누전 센서(1)를 제공하는 것이 가능하게 된다.

또한, 누전 센서(1)는 자성체 코어(11)의 외주측에 마련된 외주 자기 실드(14)와, 체 코어의 내주측에 마련된 내주 자기 실드(15)를 구비하고, 과전류 검출용 센서(20)를 적어도 외주 자기 실드(14)보다 내측에 배치했으므로, 외주 자기 실드(14)에 의해 외부 자계로부터의 영향이 저감된 위치에 과전류 검출용 센서(20)를 내장하는 것이 가능하게 되어, 보다 소형화가 가능하게 된다.

실시 형태 2.

이하, 실시 형태 2에 따른 누전 센서에 대해 도면을 이용하여 설명한다. 실시 형태 1에서는, 누전 센서(1) 내에 과전류 검출용 센서(20)를 1개 배치한 예를 나타냈다. 과전류 검출용 센서(20)의 감자(感磁)축이 1축인 것을 1개 배치했을 경우, 과전류를 계측 가능하기는 하지만, 계측 대상 도체(100)가 자성체 코어(11)의 중심 부근에 위치하지 않고, 즉, 자성체 코어(11)에 대해서 대칭인 위치에 있지 않고, 편심(偏心)한 위치에 있으면 위치 변위에 기인하는 계측 오차가 발생할 가능성이 있다. 그 때문에, 계측 대상 도체(100)의 주위에 과전류 검출용 센서(20)를 복수 배치하면 이 문제를 해결할 수 있다. 또한, 과전류 검출용 센서(20)의 감자축이 2축 혹은 3축인 경우는, 실시 형태 1과 같이 1개여도, 계측 대상 도체(100)의 위치 변위 등에 기인하는 계측 오차는 어느 정도 억제된다. 또한, 과전류 검출용 센서(20)의 감자축이 1축인 경우, 혹은 복수 축이어도, 정밀도를 높이고 싶은 경우에는, 누전 센서(1) 내에 복수 개 배치하면 된다.

실시 형태 2에서는, 누전 센서(1) 내에서 과전류 검출용 센서(20)를 복수 배치한 예에 대해 설명한다.

도 6, 도 7, 도 8은, 실시 형태 2에 따른 누전 센서(1)의 구성을 나타내는 단면도이다. 도 6은 내주 자기 실드(15)와 누전 전류 검출부(10)의 사이에 3개의 과전류 검출용 센서(20)를 배치한 예이다. 과전류 검출용 센서(20)의 계측 대상 도체(100)에 대한 계측 범위를 극력 확보하기 위해, 과전류 검출용 센서(20)는 계측 대상 도체(100)에 가까운 내주 자기 실드(15)의 누전 전류 검출부(10)측에 배치되어 있다.

도 7은 외주 자기 실드(14)와 누전 전류 검출부(10)의 사이에 3개의 과전류 검출용 센서(20)를 배치한 예이다. 이 배치는, 도 6의 배치보다도 계측 대상 도체(100)로부터 멀어지지만, 내주 자기 실드(15)와 외주 자기 실드(14)에 둘러싸인 영역이면, 계측 대상 도체(100)로부터의 위치에는 큰 영향은 없다.

도 6, 도 7에서 나타낸 배치 중 어느 경우라도, 계측 대상 도체(100)와 각각의 과전류 검출용 센서(20)의 거리는 일정하게 하는 것이 바람직하다. 계측 대상 도체(100)와 각각의 과전류 검출용 센서(20)의 거리를 일정하게 함으로써 계측 대상 도체(100)와의 위치 변위의 영향을 저감함과 아울러, 외부 자계로부터의 영향도 동일하게 저감하는 것이 가능하게 된다. 또한, 과전류 검출용 센서(20)의 감자축이 1축인 것을 복수 배치하는 경우에는, 도 6, 도 7에서 나타낸 바와 같이 동심원 상에 균등한 위치에 배치하는 것이 바람직하다. 또한, 과전류 검출용 센서(20)를 3개 배치한 예를 나타냈지만, 2개여도 4개 이상이어도 된다.

도 8은 또 다른 과전류 검출용 센서(20)의 배치예를 나타낸 도면이다. 내주 자기 실드(15)에 절결(切缺)부(15a)를 마련하고, 그 절결부(15a)에 과전류 검출용 센서(20)를 배치한 것이다. 배치 스페이스에 제한이 있는 경우에도, 절결부(15a)에 과전류 검출용 센서(20)를 배치하는 것이 가능하게 된다. 또한, 절결부(15a)를 가지는 내주 자기 실드(15)를 자기 요크로서 이용하는 것이 가능하게 되어, 누전 전류 검출부(10)에 대해 집자(集磁) 효과가 향상된다. 도 8에서는, 과전류 검출용 센서(20)를 절결부(15a)에 3개 배치한 예를 나타냈지만, 2개여도 4개 이상이어도 된다.

또한, 외주 자기 실드(14)에 절결부를 마련하면, 절결부로부터 외부 자계로부터의 영향을 받게 되어, 누전 전류 검출부(10)에 있어서 바람직하지 않은 것은 말할 필요도 없다.

다음으로, 과전류 검출용 센서(20)의 장착 방법에 대해 설명한다.

도 9a, 도 9b는, 예를 들면 도 6에 나타낸 바와 같이 내주 자기 실드(15)와 누전 전류 검출부(10)의 사이에 과전류 검출용 센서(20)를 배치하는 경우의 과전류 검출용 센서(20)의 장착 방법의 일례를 설명하기 위한 도면이다. 도 9a에 있어서, 플렉서블 기판(25)에 반도체 센서인 과전류 검출용 센서(20)를 실장하고, 플렉서블 기판(25)의 양단을 구부려 외주측에 과전류 검출용 센서(20)가 실장되도록 한다. 도면 중 아래 쪽에 나타내는 바와 같이 원호 모양으로 된 플렉서블 기판(25)을 내주 자기 실드(15)의 외주측에 감아 내주 자기 실드(15)와 누전 전류 검출부(10)의 사이에 과전류 검출용 센서(20)를 장착한다. 도면에서는, 3개의 과전류 검출용 센서(20)가 균등하게 배치되도록 플렉서블 기판(25)에 미리 실장되어 있다.

도 9b는 계측 대상이 교류인 경우에 과전류 검출용 센서(20)로서 권선형 센서를 이용한 예이다. 플렉서블 기판(25)에 배선 패턴(26)을 실장한다. 플렉서블 기판(25)의 양단을 구부려, 내주 자기 실드(15)의 외주측에 감았을 때에 플렉서블 기판(25)의 양단을 연결하여, 도면 중 아래 쪽에 나타내는 바와 같이 배선 패턴(26)이 플렉서블 기판(25)의 외주에서 코일을 형성하도록 한다. 이 권선형 센서의 경우에는 1개 배치하면 되게 된다.

도 9a, 도 9b에 있어서, 플렉서블 기판(25)의 양단을 반대 방향으로 구부려 외주 자기 실드(14)의 내주측을 따르도록 장착하면, 도 7과 같이 외주 자기 실드(14)와 누전 전류 검출부(10)의 사이에 과전류 검출용 센서(20)를 배치할 수 있다.

도 10a, 도 10b는, 예를 들면 도 8에 나타낸 바와 같이 내주 자기 실드(15)의 절결부(15a)에 과전류 검출용 센서(20)를 배치하는 경우의 과전류 검출용 센서(20)의 장착 방법의 일례를 설명하기 위한 도면이다. 도 10a에 있어서, 일부가 개구된 실장 기판(27)에 반도체 센서인 과전류 검출용 센서(20)를 실장한다. 이 실장 기판(27)을 내주 자기 실드(15)에 절결부(15a)에 배치하여, 실장 기판(27)의 개구부(27a)가 누전 전류 검출부(10)의 여자 코일(12) 혹은 검출 코일(13)을 둘러싸도록 한다.

도 10b는 계측 대상이 교류인 경우에 과전류 검출용 센서(20)로서 권선형 센서를 이용한 예이다. 실장 기판(27)에 나선 모양의 배선 패턴(26)을 형성하여 과전류 검출용 센서(20)로서 실장한다. 이 실장 기판(27)을 내주 자기 실드(15)에 절결부(15a)에 배치하여, 실장 기판(27)의 개구부(27a)가 누전 전류 검출부(10)의 여자 코일(12) 혹은 검출 코일(13)을 둘러싸도록 한다. 도면에 있어서, 이 과전류 검출용 센서(20)의 감자축은 코일의 관통 방향이 되기 때문에, 도 8에서 나타낸 바와 같이 복수 배치함으로써, 과전류의 검출 정밀도를 향상시키는 것이 가능하게 된다.

또한, 도 10a, 도 10b에 있어서, 실장 기판(27)에 개구부(27a)를 마련하여 누전 전류 검출부(10)의 여자 코일(12) 혹은 검출 코일(13)을 둘러싸도록 했지만, 개구부(27a)를 마련하지 않아도, 또한 얕아서 여자 코일(12) 혹은 검출 코일(13)을 둘러싸기에 충분하지 않은 것이어도 된다. 도면과 같이 여자 코일(12) 혹은 검출 코일(13)을 둘러싸도록 하면, 실장 기판(27)을 콤팩트하게 장착하기 쉬워진다.

이상과 같이 실시 형태 2에 의하면, 실시 형태 1과 마찬가지의 효과를 달성한다. 또한, 적어도 외주 자기 실드(14)의 내측, 바람직하게는 내주 자기 실드(15)와 외주 자기 실드(14)로 둘러싸인 영역에, 복수의 과전류 검출용 센서(20)를 계측 대상 도체(100)와의 거리가 일정(동등)하게 되도록 배치했으므로, 과전류 검출용 센서(20)에 있어서 계측 대상 도체(100)와의 위치 변위의 영향을 저감시킴과 아울러, 외부 자계로부터의 영향도 저감된 정밀도 높은 전류 계측이 가능하게 된다. 또한, 복수 개의 과전류 검출용 센서(20)는 모두 누전 센서(1)에 내장되어, 누전 센서(1)의 소형화에 기여한다.

또한, 상기 실시 형태 1, 2에 있어서, 자기 실드를 내주 자기 실드(15)와 외주 자기 실드(14)로 나누어 설명했지만, 내주 자기 실드(15)와 외주 자기 실드(14)는 누전 전류 검출부(10)를 둘러싸도록 내부에 누전 전류 검출부(10)를 배치할 수 있도록 공동(空洞)을 가지는 원환 모양으로 형성되어 일체화되어 있어도 된다. 혹은 그 원환의 내주측을 따라서 절결부를 가지도록 하는 형상으로 형성되어 일체화되어 있어도 된다.

실시 형태 3.

이하, 실시 형태 3에 따른 전로 보호 시스템에 대해 도면을 이용하여 설명한다.

먼저, 실시 형태 1에서 나타낸 도 3을 이용하여 전로 보호 시스템의 기본 구성에 대해 설명한다. 하나의 누전 센서(1)의 출력 회로(30)로부터 그 출력 회로(30)에 접속된 릴레이 유닛(40)에 출력 회로(30)의 출력 특성에 따른 전압 및 과전류 판정 회로(21)에서 과전류로 판정되었을 경우에는 그 정보도 포함해서 출력된다. 릴레이 유닛(40)에서는 그 전압 및 과전류 유무의 정보를 보호 기기(41)에 출력하고, 보호 기기(41)는 계측 대상 도체(100)을 배전선으로 하는 전로를 보호하도록 동작한다.

이것에 대해, 실시 형태 3에 따른 전로 보호 시스템은, 배전선 내에 복수의 누전 센서(1)를 배치하고 있다. 이 전로 보호 시스템에 대해 도 11을 이용하여 설명한다.

도 11은 실시 형태 3에 따른 누전 센서를 배치한 전로 보호 시스템의 구성을 나타내는 도면이다. 도면에 있어서, 교류 전원(60a) 혹은 축전 장치, 분산 전원 등의 직류 전원(60b)으로부터의 전력이 각각 전력 변환기(61a, 61b)에 접속되어 배전 계통이 구성되어 있고, 그 하류에 예를 들면 공장 등의 하나의 배전선 영역(110)을 상정하고 있다. 배전선 영역(110) 내에는 예를 들면, 배전 계통으로부터 각각 전력 변환기(111)에 의해 소정의 전압으로 변환된 전력이 부하(112)에 공급된다. 부하(112)로의 각 전로에는 각각 릴레이 유닛(40)이 접속된 누전 센서(1)가 배치되어 있다. 배전선 영역(110) 내의 각 전력 변환기(111) 및 각 부하(112)와 마찬가지로 각 릴레이 유닛(40)도 컨트롤 센터(50)에 접속되어 있다.

컨트롤 센터(50)는 어느 전로에 배치된 릴레이 유닛(40)으로부터 누전 센서(1)의 출력 신호에 의해 누전 혹은 과전류인 것을 수신하면, 전로를 보호하도록 대상 릴레이 유닛(40)에 접속된 보호 기기(41)(도시하지 않음)를 제어한다. 혹은 릴레이 유닛(40)이 보호 기기(41)(도시하지 않음)를 동작시키고, 컨트롤 센터(50)는 그 상태를 감시해도 된다. 또한, 컨트롤 센터(50)와 각 릴레이 유닛(40)의 접속은 무선을 이용해도 된다.

이상과 같이 실시 형태 3에 의하면, 실시 형태 1 또는 2에 따른 누전 센서(1)를 전로에 배치했으므로, 하나의 누전 센서(1)로 계측 대상의 전로를 누전 및 과전류 양방으로부터 보호하는 것이 가능하게 된다. 또한, 실시 형태 1 또는 2에 따른 누전 센서(1)는 소형화되어 있으므로, 각 전로에 누전 센서(1)를 배치하는 것이 용이하게 되어, 하나의 배전선 영역에 복수의 누전 센서(1)를 배치하는 것이 가능하게 된다. 또한, 각 누전 센서(1)에 접속된 릴레이 유닛(40)을 컨트롤 센터(50)에서 관리하도록 했으므로, 하나의 배전선 영역 내의 전로 보호 시스템을 간단하게 구축할 수 있음과 아울러, 복수의 누전 센서(1)를 배치함으로써, 전로를 확실히 보호하는 것이 가능하게 된다.

또한, 상술한 실시 형태 1 내지 3에 있어서 각 제어부에 상당하는 필터 회로(17), 과전류 판정 회로(21), 출력 회로(30), 컨트롤 센터(50)는, 하드웨어의 일례를 도 12에 나타내는 바와 같이, 프로세서(1000)와 기억 장치(2000)로 구성된다. 기억 장치는 도시하고 있지 않지만, 랜덤 액세스 메모리 등의 휘발성 기억 장치와, 플래시 메모리 등의 불휘발성의 보조 기억 장치를 구비한다. 또한, 플래시 메모리 대신에 하드 디스크의 보조 기억 장치를 구비해도 된다. 프로세서(1000)는 기억 장치(2000)로부터 입력된 프로그램을 실행한다. 이 경우, 보조 기억 장치로부터 휘발성 기억 장치를 통해서 프로세서(1000)에 프로그램이 입력된다. 또한, 프로세서(1000)는 연산 결과 등의 데이터를 기억 장치(2000)의 휘발성 기억 장치에 출력해도 되고, 휘발성 기억 장치를 통해서 보조 기억 장치에 데이터를 보존해도 된다.

본 개시에는 여러 예시적인 실시 형태 및 실시예가 기재되어 있지만, 하나 또는 복수의 실시 형태에 기재된 여러 특징, 양태, 및 기능은 특정 실시 형태의 적용으로 한정되는 것이 아니라, 단독으로 또는 다양한 조합으로 실시 형태에 적용 가능하다.

따라서, 예시되어 있지 않은 무수한 변형예가, 본원 명세서에 개시되는 기술 범위 내에 있어서 상정된다. 예를 들면, 적어도 하나의 구성 요소를 변형하는 경우, 추가하는 경우 또는 생략하는 경우, 그리고, 적어도 하나의 구성 요소를 추출하여, 다른 실시 형태의 구성 요소와 조합하는 경우가 포함되는 것으로 한다.

1: 누전 센서 10: 누전 전류 검출부
11: 자성체 코어 12: 여자 코일
13: 검출 코일 14: 외주 자기 실드
15: 내주 자기 실드 15a: 절결부
16: 여자 회로 17: 필터 회로
18: 발신기 20: 과전류 검출용 센서
21: 과전류 판정 회로 25: 플렉서블 기판
26: 배선 패턴 27: 실장 기판
27a: 개구부 30: 출력 회로
40: 릴레이 유닛 41: 보호 기기
50: 컨트롤 센터 60a: 교류 전원
60b: 직류 전원 61a, 61b: 전력 변환기
100: 계측 대상 도체 110: 배전선 영역
111: 전력 변환기 112: 부하
1000: 프로세서 2000: 기억 장치

Claims

원환 모양의 자성체 코어, 상기 자성체 코어에 감겨진 여자 코일 및 검출 코일을 가지는 누전 전류 검출부와,
상기 누전 전류 검출부의 상기 자성체 코어의 외주측에 마련된 외주 자기 실드와,
상기 누전 전류 검출부의 상기 자성체 코어의 내주측에 마련된 내주 자기 실드와,
과전류 검출용 센서와,
상기 누전 전류 검출부의 출력 및 상기 과전류 검출용 센서의 출력이 입력되는 출력 회로를 구비하고,
상기 출력 회로는 상기 누전 전류 검출부로 검출된 전류에 대해 출력 신호가 선형성을 가지는 누전 전류 검출 영역과, 상기 누전 전류 검출 영역보다 절대값이 큰 영역으로서, 상기 과전류 검출용 센서로 검출된 전류에 대해 출력 신호가 미리 정해진 값이 되도록 설정된 누전 전류 비검출 영역을 가지는 출력 특성을 가지는 것을 특징으로 하는 누전 센서.
청구항 1에 있어서,
상기 과전류 검출용 센서는 상기 외주 자기 실드의 내측에 마련된 누전 센서.
청구항 2에 있어서,
상기 과전류 검출용 센서는 상기 누전 전류 검출부와 상기 내주 자기 실드의 사이에 마련된 누전 센서.
청구항 2에 있어서,
상기 과전류 검출용 센서는 상기 누전 전류 검출부와 상기 외주 자기 실드의 사이에 마련된 누전 센서.
청구항 2에 있어서,
상기 내주 자기 실드는 절결부를 가지고, 상기 과전류 검출용 센서는 상기 내주 자기 실드의 절결부에 마련된 누전 센서.
청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
상기 과전류 검출용 센서를 복수 구비한 누전 센서.
청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
상기 과전류 검출용 센서로 검출된 전류가 과전류인지 판정하는 과전류 판정 회로를 구비한 것을 특징으로 하는 누전 센서.
청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 있어서,
상기 누전 전류 검출부는 플럭스 게이트 방식의 자기 센서인 것을 특징으로 하는 누전 센서.
청구항 1 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 있어서,
상기 과전류 검출용 센서는 반도체 센서인 것을 특징으로 하는 누전 센서.
청구항 1 내지 청구항 9 중 어느 한 항에 기재된 누전 센서와 상기 누전 센서의 상기 출력 회로에 접속된 릴레이 유닛을 배전선의 전로에 배치하고, 상기 누전 센서에서 누전 혹은 과전류가 검출되었을 경우, 상기 출력 회로의 신호에 기초하여, 상기 릴레이 유닛에 접속된 보호 기기에 의해 상기 배전선의 전로를 보호하는 전로 보호 시스템.
청구항 10에 있어서,
상기 배전선의 전로에 복수의 상기 누전 센서 및 상기 누전 센서의 상기 출력 회로 각각에 접속된 상기 릴레이 유닛을 배치하고, 상기 복수의 릴레이 유닛은 컨트롤 센터에 접속되어 있는 전로 보호 시스템.