KR102212166B1 - 지중 송배전 선로에 설치가 용이하고 방수/방진 기능이 개선된 고출력 전원 공급장치기 - Google Patents

Abstract

본 명세서는 전원 공급 장치를 제시하며, 배전선로에 흐르는 1차 전류를 전자기 유도를 통해 2차 전류로 변환하는 전원용 변류기, 및 2차 전류를 미리 설정된 전압으로 변환하여 출력하는 전원부를 포함한다. 여기서, 전원부는 전원용 변류기에서 출력되는 2차 전류로 인한 과전압과 과전류 중 적어도 하나를 방지하기 위한 보호 회로, 미리 설정된 허용 전류 범위 내의 2차 전류가 입력되도록 전원용 변류기의 턴수비를 제어하는 입력 전류 릴레이부, 턴수비 제어에 의해 입력된 교류 전압인 2차 전류를 직류 전압으로 변환하는 정류 회로, 직류 전압을 미리 설정된 기준 전압 이하로 최대 전압을 제한하는 최대 전압 제한부, 직류 전압에 기초하여 입력 전류 릴레이부의 동작을 제어하는 전류 제어부, 적어도 하나의 계측기에 연결되고, 직류 전압을 계측기에서 필요로 하는 전압으로 변환하여 출력하는 출력부, 및 출력부에서 출력되는 전압과 전류에 대한 정보를 표시하는 계측 표시부를 포함한다.

Description

지중 송배전 선로에 설치가 용이하고 방수/방진 기능이 개선된 고출력 전원 공급장치기{HIGH OUTPUT POWER SUPPLY EASILY INSTALLED IN UNDERGROUND TRANSMISSION LINE WITH IMPROVED WATERPROOF/DUSTPROOF FUNCTION}

본 명세서에서 개시되는 실시예들은 전원 공급 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 배전 선로의 변화에 대응하여 전원 공급이 가능한 전원 공급 장치에 관한 것이다.

현재 가공 배전 선로의 건설이 불가능한 지역이나, 신규 개발단지 조성, 안전과 같은 여러 가지 이유로 지중 배전 선로가 건설되고 있다. 이에 따라, 안전 사고 예방의 필요성이 대두되고 있으며, 지중 배전 선로에 여러 가지 안전을 위한 계측, 감시, 측정 또는 진단 등을 위한 다양한 장치들이 설치되고 있다. 그러나 지중에는 이러한 장치를 작동시킬 수 있는 별도의 전원이 마련되어 있지 않아, 태양전지나 외부의 전원과 같은 별도의 전원을 필요로 하며, 설치 또는 비용에 따른 여러 가지 문제가 발생한다.

예를 들어, 태양전지의 경우, 태양광에 의해 전원을 발생시키기 때문에 흐린날이나 그늘진 지역에서는 사용이 불가능하며, 별도의 설치 장소를 필요로 하기 때문에 설치 장소의 확보가 어렵다. 이에, 배전 선로에 자계 변환 전원 공급 장치 등을 이용하여 전원을 공급한다.

하지만, 기존의 전원 공급 장치는 일정한 배전 전류가 흐르는 것을 가정한 상태에서 설계됨에 따라, 수시로 변화하는 배전 선로에 대응하기 힘들어서 소전류에서는 충분한 전원을 확보하기 힘들고, 대전류에서는 안전사고의 위험이 증가하는 문제점이 있었다.

더욱이, 기술의 발달로 인해 배전 선로에 설치되는 계측기, 예를 들어, 계측, 감시, 측정, 또는 진단 등의 기능을 갖는 장치에서 사용되는 전력이 증가하고 있어, 하나가 아닌 여러 대의 전원 공급 장치를 필요로 하는 문제점이 있었다.

또한, 습도가 90% 이상이고, 온도가 -20 내지 -70℃의 지상개폐기 환경의 특수성을 감안하지 않아 방수/방진 구조를 구비하는 지상개폐기가 없으며, 또한 방열의 문제점이 있다.

따라서, 상술된 문제점을 해결하기 위한 기술이 필요하게 되었다.

한편, 전술한 배경 기술은 발명자가 본 발명의 도출을 위해 보유하고 있었거나, 본 발명의 도출 과정에서 습득한 기술 정보로서, 반드시 본 발명의 출원 전에 일반 공중에게 공개된 공지기술이라 할 수는 없다.

본 명세서에서 개시되는 실시예들은, 배전 선로의 변화에 대응하여 전원 공급이 가능한 전원 공급 장치를 제시하는데 목적이 있다.

본 명세서에서 개시되는 실시예들은, 배전 선로에 연결되는 장치의 소모 전력이 증가하더라도 전원 공급을 가능하게 하는 전원 공급 장치를 제시하는데 목적이 있다.

상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 일 실시예에 따르면, 전원 공급 장치는 배전선로에 흐르는 1차 전류를 전자기 유도를 통해 2차 전류로 변환하는 전원용 변류기, 및 상기 2차 전류를 미리 설정된 전압으로 변환하여 출력하는 전원부를 포함하고, 상기 전원부는, 상기 전원용 변류기에서 출력되는 상기 2차 전류로 인한 과전압과 과전류 중 적어도 하나를 방지하기 위한 보호 회로, 미리 설정된 허용 전류 범위 내의 상기 2차 전류가 입력되도록 상기 전원용 변류기의 턴수비를 제어하는 입력 전류 릴레이부, 상기 턴수비 제어에 의해 입력된 교류 전압인 상기 2차 전류를 직류 전압으로 변환하는 정류 회로, 상기 직류 전압을 미리 설정된 기준 전압 이하로 최대 전압을 제한하는 최대 전압 제한부, 상기 직류 전압에 기초하여 상기 입력 전류 릴레이부의 동작을 제어하는 전류 제어부, 적어도 하나의 계측기에 연결되고, 상기 직류 전압을 상기 계측기에서 필요로 하는 전압으로 변환하여 출력하는 출력부, 및 상기 출력부에서 출력되는 전압과 전류에 대한 정보를 표시하는 계측 표시부를 포함한다.

전술한 과제 해결 수단 중 어느 하나에 의하면, 배전 선로의 변화에 대응하여 전원 공급이 가능한 전원 공급 장치 및 방법을 제시할 수 있다.

또한, 전술한 과제 해결 수단 중 어느 하나에 의하면, 배전 선로에 연결되는 장치의 소모 전력이 증가하더라도 전원 공급을 가능하게 하는 전원 공급 장치 및 방법을 제시할 수 있다.

도 1은 일 실시예에 따른 전원 공급 장치를 포함한 계측 시스템을 도시한 도면이다.
도 2는 일 실시예에 따른 전원 공급 장치를 설명하기 위한 블록도이다.
도 3은 일 실시예에 따른 전원용 변류기를 도시한 도면이다.
도 4는 일 실시예에 따른 변류기의 설치 구조를 도시한 도면이다.
도 5는 다른 실시예에 따른 변류기의 설치 구조를 도시한 도면이다.
도 6은 일 실시예에 따른 전원용 변류기의 고정을 위한 구조를 도시한 도면이다.
도 7은 다른 실시예에 따른 전원용 변류기의 고정을 위한 구조를 도시한 도면이다.
도 8은 일 실시예에 따른 전원용 변류기와 전원부의 연결을 도시한 도면이다.
도 9는 일 실시예에 따른 최대 전압 제한부를 도시한 도면이다.
도 10은 일 실시예에 따른 최대 전압 제한부에서 기준 전압에 따라 전압을 조정하는 동작을 도시한 그래프이다.
도 11은 일 실시예에 따른 전원부를 보호하는 회로들을 도시한 도면이다.
도 12는 일 실시예에 따른 전계 효과 트랜지스터의 동작 파형을 도시한 그래프이다.
도 13은 일 실시예에 따른 출력부를 도시한 도면이다.
도 14는 일 실시예에 따른 계측 표시부를 도시한 도면이다.
도 15는 일 실시예에 따른 계측기로 공급되는 전력을 확인할 수 있는 전압/전류 표시 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 16 및 도 17은 또 다른 실시예에 따른 변류기의 설치 구조를 도시한 도면들이다.
도 18은 또 다른 실시예에 따른 전원용 변류기의 고정을 위한 구조를 도시한 도면이다.
도 19 및 도 20은 더욱 또 다른 실시예에 따른 변류기의 설치 구조를 도시한 도면들이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 다양한 실시예들을 상세히 설명한다. 아래에서 설명되는 실시예들은 여러 가지 상이한 형태로 변형되어 실시될 수도 있다. 실시예들의 특징을 보다 명확히 설명하기 위하여, 이하의 실시예들이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 널리 알려져 있는 사항들에 관해서 자세한 설명은 생략하였다. 그리고, 도면에서 실시예들의 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

명세서 전체에서, 어떤 구성이 다른 구성과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 '직접적으로 연결'되어 있는 경우뿐 아니라, '그 중간에 다른 구성을 사이에 두고 연결'되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성이 어떤 구성을 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 그 외 다른 구성을 제외하는 것이 아니라 다른 구성들을 더 포함할 수도 있음을 의미한다.

이하 첨부된 도면을 참고하여 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 일 실시예에 따른 전원 공급 장치를 포함한 계측 시스템을 도시한 도면이다.

도 1을 참조하면, 계측 시스템(10)은 배전 선로(20)를 이용하여 여러 가지 안전을 위한 계측, 감시, 측정, 또는 진단을 위한 다양한 계측기들(210, 220)을 포함한다. 이러한, 계측 시스템(10)은 계측기들(210, 220)에서 다양한 정보를 측정하고, 전원을 공급받기 위한 전원 공급 장치(100)를 포함할 수 있다.

전원 공급 장치(100)는 배전 선로에 연결되어, 계측을 위한 다양한 정보를 제공할 수 있으며, 계측기들(210, 220)의 동작을 위한 전원을 공급할 수 있다.

전원 공급 장치(100)는 전원용 변류기(110)와 전원부(120)를 포함할 수 있다.

전원용 변류기(110)는 배전 선로(20)에 연결되거나, 근접하게 위치할 수 있다. 전원용 변류기(110)는 고압이 흐르는 배전 선로(20)에 흐르는 1차 전류를 2차 전류로 유도할 수 있다.

전원부(120)는 유도된 2차 전류를 이용하여 계측기들(210, 220)에서 필요한 전압으로 변환하여 출력할 수 있다. 전원부(120)는 내부에 수시로 변화되는 배전 선로(20)의 배전 전류에 따라 광범위한 1차 전류에서도 동작할 수 있도록 2차 전류를 조정할 수 있다. 이를 통해, 전원부(120)는 계측기들(210, 220) 각각에 필요한 전력의 출력 시 안전을 위해 개별 전압, 개별 전류를 제한하는 회로를 포함할 수 있다.

전원부(120)는 계측기들(210, 220)이 여러 개 연결된 것을 예시적으로 도시하고 있으나, 하나의 계측기가 연결될 수도 있다.

이와 같은 전원 공급 장치(100)는 예를 들어, 배전 선로(20)에 직접 흐르는 30암페어(A) 내지 200A의 대전류에서 안정적으로 운용될 수 있는 15와트(W) 이상의 전력을 출력할 수 있다.

그러므로, 기존의 배전 선로(20)에 크로스 본딩된 금속 시스에 흐르는 순환 전류를 이용하는 경우, 타회선의 영향, 크로스 본딩 문제, 불안정 접지, 급격한 부하 변동, 상 불평등과 같은 이유로 발생되는 시스 순환 전류가 발생한다. 시스 순환 전류는 모든 회선에서 발생되는 것이 아니고, 상술한 조건들에 의해 비선형적으로 발생되며, 실제 흐르는 전류에 비하여 5% 내지 30% 이하의 전류를 이용하게 하기 때문에 전원을 공급하기에는 부족하다. 따라서, 10W 미만의 작은 전력만을 생산하기 때문에 여러 개의 전원 공급 장치를 필요로 한다. 하지만, 제안된 전원 공급 장치(100)는 15W 이상의 전력을 출력할 수 있는 구조를 갖는다.

도 2는 일 실시예에 따른 전원 공급 장치를 설명하기 위한 블록도이다.

도 2를 참조하면, 전원 공급 장치(100)는 전원용 변류기(110)와 전원부(120)를 포함할 수 있다.

전원용 변류기(110)는 단락 스위치(111)와 변류기(112)를 포함할 수 있다.

단락 스위치(111)는 변류기(112)의 출력 단자의 개방에 따라 발생되는 고전압을 방지하기 위해서 변류기(112) 양단을 단락시킬 수 있다. 이와 반대로, 단락 스위치(111)는 양단이 단락된 변류기(112)를 개방, 즉 연결시킬 수도 있다.

변류기(112)는 고압이 흐르는 배전 선로(20)에 흐르는 1차 전류를 2차 전류로 유도할 수 있다. 변류기(112)는 유도된 2차 전류를 전원부(120)로 출력할 수 있다. 또한, 변류기(112)는 설치를 위한 별도의 케이스 내부에 인입될 수 있다. 변류기(112)는 출력 전류를 조절할 수 있도록 일정한 턴수를 기준으로 적어도 두 개의 출력 단자에 각각 연결되는 구조를 갖는다.

전원부(120)는 보호 회로(121), 입력 전류 릴레이부(122), 정류 회로(123), 최대 전압 제한부(124), 전류 제어부(125), 출력부(126), 및 계측 표시부(127)를 포함할 수 있다.

보호 회로(121)는 전원용 변류기(110)에서 출력되는 2차 전류로 인한 과전압과 과전류 중 적어도 하나를 방지한다.

입력 전류 릴레이부(122)는 미리 설정된 허용 전류 범위 내의 2차 전류가 입력되도록 전원용 변류기(110)의 턴수비를 제어할 수 있다. 이를 위해, 입력 전류 릴레이부(122)는 전원용 변류기의 출력 단자들 각각에 연결될 수 있으며, 전원용 변류기(110)의 출력단자들 중 적어도 일부를 스위칭하여 전원용 변류기(110)의 턴수비를 제어할 수 있다.

정류 회로(123)는 턴수비 제어에 의해 입력된 교류 전압인 2차 전류를 직류(DC) 전압으로 변환한다. 정류 회로(123)는 브릿지 다이오드의 형태로 구현될 수 있다.

최대 전압 제한부(124)는 직류 전압을 미리 설정된 기준 전압 이하로 최대 전압을 제한할 수 있다.

전류 제어부(125)는 직류 전압을 측정하고, 측정된 직류 전압에 기초하여 입력 전류 릴레이부의 턴수비를 제어하는 동작을 제어한다.

출력부(126)는 적어도 하나의 계측기에 연결되고, 직류 전압을 계측기에서 필요로 하는 전압으로 변환하여 출력한다.

계측 표시부(127)는 출력부에서 출력되는 전압과 전류에 대한 정보를 표시할 수 있다.

도 3은 일 실시예에 따른 전원용 변류기를 도시한 도면이다.

전원용 변류기(110)는 단락 스위치(111)와 원형의 변류기(112)를 포함할 수 있다.

단락 스위치(111)는 케이블 접지(1122)를 포함할 수 있으며, 변류기(112)를 단락시키는 기능을 가질 수 있다. 이를 통해, 설치 시 사용자의 안전을 보장할 수 있으며, 변류기(112)의 고장을 예방할 수 있다. 예를 들어, 변류기(112)를 배전 선로(20)에 설치하는 경우, 출력 단자(A2, A3)를 개방시키면 2차측 임피던스가 상승하면서, 고전압이 발생하여 변류기(112)의 고장을 발생시킬 수 있다. 이때, 단락 스위치(111)를 이용하여 변류기(112)를 단락시키면, 고장을 예방할 수 있다.

한편, 단락 스위치(111)는 변류기(112)가 인입되는 케이스(1120) 등에 부착될 수 있다.

변류기(112)는 배전 선로(20)에 흐르는 1차 전류를 전원으로 사용하기 위하여, 특수 제작될 수 있으며, 예를 들어, 열처리된 규소 강판으로 구성될 수 있으며, 기존 접지용 케이블 크기에 맞추어 설계된 65파이(Φ)에서 다양한 송배전 선로의 전선 크기에 맞추어 직경 250Φ를 가질 수 있다.

계절의 변화, 부하 중심, 계통 변경 등의 이유로 인한 배전 선로에 흐르는 전류가 증가하여, 1000A 이상에서도 자기포화 되지 않는 구조를 가지며, 전원부(120)에서 입력 전류의 크기를 선택할 수 있도록 동일 비율을 갖는 소정 턴수비를 갖도록 감긴 코일(1121)에 의해 형성된 4개의 탭(A1~A4)으로 출력할 수 있다.

지중 송전을 하는 배전 선로(20)의 경우에는 물에 잠길 수 있으므로, 내부에는 결선 후 방수를 위하여 에폭시 몰딩을 하고, 외부로 4개의 코어에 대응되는 전선을 케이블 접지를 통해서 전원부(120)에 연결할 수 있다. 전원부(120)에 의해 탭 전환(A1~A4)이 수행될 수 있다.

도 4는 일 실시예에 따른 변류기의 설치 구조를 도시한 도면이다.

도 4를 참조하면, 변류기(112)가 인입되기 위한 분할된 링 형태의 두 개의 케이스(311, 312)가 도시된다. 여기서, 제 1 케이스(311)와 제 2 케이스(312)의 결합에 의해 원형 형태를 갖고, 내부에 배전 선로가 위치하기 위한 공간이 존재한다.

제 1 케이스(311)의 일단과 제 2 케이스(312)의 일단이 상호 간에 소정 거리 이격되는 형태로 결합될 수 있으며, 예를 들어, 경첩 형태로 연결될 수 있다.

제 1 케이스(311)의 다른 일단에는 결합홈(314)이 형성되고, 제 2 케이스(312)의 다른 일단에는 결합홈(315)이 형성되어 결합홈들(314, 315)이 서로 볼트 등에 의해 결합될 수 있다.

이와 같은 구조는 매미 고리와 경첩 구조로 이루어진 클램프 타입으로 설치의 시간을 감소시켜, 설치와 철거에 따른 사용자에게 편의를 제공할 수 있다.

도 5는 다른 실시예에 따른 변류기의 설치 구조를 도시한 도면이다.

도 5를 참조하면, 변류기(112)가 인입되기 위한 분할된 링 형태의 두 개의 케이스(321, 322)를 포함할 수 있다. 제 1 케이스(321)의 양단에는 결합홈(323, 325)이 각각 형성되고, 제 2 케이스(322)의 양단에는 결합홈(324, 326)이 각각 형성된다.

제 1 결합홈(323)과 제 3 결합홈(324)이 제 1 볼트(327)를 통해 서로 연결되고, 제 2 결합홈(325)과 제 4 결합홈(326)이 제 2 볼트(328)를 사용하여 서로 연결될 수 있다.

도 4에 도시된 바와 같은 클램프 타입을 사용하여 설치될 수 없는 환경에서, 상하로 분리된 변류기(111)를 각각 배전 선로(20)에 근접하게 위치시키고, 볼트를 사용하여 조립할 수 있다.

도 4와 도 5에서 결합홈을 볼트를 이용하여 연결되는 구조에는 볼트가 체결되기 위한 볼트 홈이 형성되어 있을 수 있다.

도 4와 도 5에서는 결함홈들 간에 볼트로 연결되는 구조를 예시적으로 설명하였으나, 나사, 못, 접착제, 고정 클립 등의 다른 다양한 소자를 이용하여 연결될 수도 있다.

이러한 구조들에서, 코일은 두 개로 구분될 수 있으며, 도 4의 구조에서는 변류기(111)를 구성하는 제 1 코일과 제 2 코일이 정방향의 결선 상태를 유지하는 경우, 상부 코어와 하부 코어가 결합상태를 유지할 수 있으며, 도 5의 구조에서는 변류기(111)를 구성하는 제 1 코일과 제 2 코일이 역방향 결선을 갖기 때문에 분리가 가능하다.

도 6은 일 실시예에 따른 전원용 변류기의 고정을 위한 구조를 도시한 도면이다.

도 6을 참조하면, 변류기는 배전 선로(20)를 기준으로 제 1 케이스(321)와 제 2 케이스(322) 내에 인입된 구조를 갖는다. 두 개의 케이스(321, 322)은 내측에 배전 선로(20)를 위치시킬 수 있다.

실제 전원용 변류기는 자화된 철심으로 인해 변류기에 진동이 발생된다. 예를 들어, 저전류가 아닌 30 내지 500A와 같은 대전류에서는 전류를 전원으로 사용하면, 1차측에서 발생된 여자 전류를 2차측에서 상쇄하지 못하면, 여자전류로 인하여 변류기에 진동이 발생될 수 있다. 실제, 전원용 변류기에서 1차 여자전류를 100% 해소하는 것은 불가능하며, 변류기는 어느 정도의 자화를 가지고 진동을 한다.

이로 인해, 전원용 변류기(110)를 배전 선로에 직접 설치하는 경우, 케이블에 거치하면 진동으로 인해 케이블의 표면에 손상을 입힐 수 있다. 이로 인해, 전원용 변류기(110), 즉, 변류기 케이스(321, 322)는 소정 거리(D)만큼 배전 선로(20)와 이격시킨다.

한편, 배전 선로는 대부분 벽에 밀착되어 설치되기 때문에 벽에 선반(331)과 받침대(312)를 이용하여 구성된 구조물을 사용하여 전원용 변류기(110)를 고정할 수 있다. 이때, 전원용 변류기(110)는 선반에 볼트로 고정할 수 있다.

도 7은 다른 실시예에 따른 전원용 변류기의 고정을 위한 구조를 도시한 도면이다.

도 7을 참조하면, 전원용 변류기의 케이스(321, 322)가 도시되며, 케이스의 일단에 설치된 결합홈(325, 326)이 도시된다.

결합홈(325, 326)에는 와이어(예를 들어, 스텐와이어)(342, 343)를 연결할 수 있는 홀들(345, 346)이 각각 형성된다.

와이어(342, 343)는 천장(350)에 연결하기 위한 와이어릴(341)에 연결되어, 변류기를 고정시킬 수 있다.

와이어(342, 343)와 와이어릴(341)을 이용하여 구성된 구조물을 사용하여 전원용 변류기(110)를 고정할 수 있다.

도 8은 일 실시예에 따른 전원용 변류기와 전원부의 연결을 도시한 도면이다.

도 8을 참조하면, 보호 회로(121)는 낙뢰, 고전압 중전기 개폐, 고장과 같은 이유로 인하여 발생된 짧은 순간에 높은 전압과 전류를 발생시키는 서지로 인한 전원부(120)를 보호한다. 이를 위해, 보호 회로(121)는 서지로부터 전원부(120)를 보호하기 위한 바리스터, 피티시(PTC), 퓨즈(Fuse), 엑스-캡(X-CAP) 중 적어도 하나를 사용하여 구현될 수 있다.

입력 전류 릴레이부(122)는 배전 선로(20)에 흐르는 1차 전류에 상관없이 전원부(120) 내에 허용된 전류의 범위가 입력될 수 있도록 입력된 신호에 기초하여 두 개의 릴레이 스위치(Relay1, Relay2)를 개폐할 수 있다. 여기서, 변류기(112)의 4개의 단자(A1~A4)는 전원부(120) 내부의 입력 전류 릴레이부(122) 내의 4개의 단자(B1~B4)에 연결될 수 있다.

2차 전류는 턴수에 반비례하여 출력되기 때문에, 입력 전류 릴레이부(122)는 평상시에는 최대 전력을 사용하기 위해 두 개의 릴레이 스위치들(Relay1, Relay2)을 모두 닫을(close) 수 있다. 이때, 턴 수는 감소되어 최대 전류를 출력하도록 할 수 있다.

만약, 2차측 전류가 증가하여 전원부(120) 내의 허용 범위를 초과하는 경우, 입력 전류 릴레이부(122)는 제 1 릴레이 스위치(Relay1)를 닫고, 제 2 릴레이 스위치(Relay2)를 개방(open)하여 턴수를 1차적으로 증가시켜, 2차 전류를 감소시킬 수 있다.

이후, 2차 전류가 점차 증가하게 되면, 입력 전류 릴레이부(122)는 두 개의 릴레이 스위치들(Relay1, Relay2)을 모두 개방(open)할 수 있다.

이와 같이, 릴레이 스위치들(Relay1, Relay2)의 제어는 전류 제어부(125)에 의해 수행될 수 있다. 그러므로, 최대 전압 제한부(124)에서 측정되는 직류 전압에 기초하여 제어될 수 있다.

정류 회로(123)는 브릿지 다이오드와 커패시터를 이용하여 구현될 수 있으며, 다양한 서지에 대응하기 위하여 100V 이상의 허용 전압을 가질 수 있다. 입력 전류 릴레이부(122)에서 출력된 2차 전류는 교류 전류이며, 정류 회로(123)는 2차 전류를 브릿지 다이오드를 이용하여 전파 정류되고, 커패시터로 평활하여 직류 전압을 생성할 수 있다.

도 9는 일 실시예에 따른 최대 전압 제한부를 도시한 도면이다.

도 9를 참조하면, 최대 전압 제한부(124)는 고전압으로 인한 영향을 가장 크게 받는 출력부(126)의 전단에 위치한다. 출력부(126)는 예를 들어, 12V의 직류 전압을 출력할 수 있다. 예를 들어, 출력부(126)는 14V 내지 35V까지의 허용 전압 범위를 가지며, 60V 이상이 입력되면, 고장이 발생할 수 있다. 이로 인해, 최대 전압 제한부(124)는 안전을 위하여 미리 설정된 소정 전압, 예를 들어, 약 25V 이하로 전압을 제한할 수 있다.

최대 전압 제한부(124)는 최대 전압을 제한하기 위해, 비교기(410)와 반도체 스위칭 소자(411, 412, 413)를 포함할 수 있다.

반도체 스위칭 소자(411, 412, 413)는 예를 들어, 산화막 반도체 전기장 효과 트랜지스터(MOSFET)와 절연 게이트 타입 바이폴라 트랜지스터(IGBT) 등을 사용할 수 있다. 이때, 비교기(410)는 입력된 직류 전압이 기준 전압을 초과하는지 비교할 수 있다.

이를 통해, 비교기(410)는 설정된 기준전압보다 직류 전압이 큰 경우, 반도체 스위칭 소자(411, 412, 413)를 온 동작시켜, 직류 전압(DC+)을 감소시킬 수 있다. 이때, 비교기(410)는 설정된 기준전압보다 직류 전압이 작은 경우 반도체 스위칭 소자(411, 412, 413)를 오프 동작시킨다. 이때, 비교기(410)는 약 1메가헤르쯔(MHz) 이상의 속도로 동작하여 직류 전압의 최대 전압을 제한할 수 있다.

도 10은 일 실시예에 따른 최대 전압 제한부에서 기준 전압에 따라 전압을 조정하는 동작을 도시한 그래프이다.

도 10을 참조하면, 최대 전압 제한부(124)는 기준 전압이 20V인 경우, 입력 전압(510)이 20V 이상이면, 반도체 스위칭 소자가 온 동작하여 입력 전압(510)을 감소시킨다. 또한, 최대 전압 제한부(124)는 입력 전압(510)이 20V 미만이면, 반도체 스위칭 소자가 온 동작하여 입력 전압(510)을 유지시킨다. 최대 전압 제한부는 상술한 동작의 수행에 따른 입력 전압(510)을 조정하여 출력 전압(520)의 피크 전압을 20v로 제한할 수 있다.

예를 들어, 반도체 스위칭 소자는 25도에서 약 100W 이상의 전력을 소모시킬 수 있는 성능을 가져 효과적으로 최대 전압을 제한할 수 있다. 여기서, 소모된 전력은 열의 형태로 발산될 수 있다. 소비 전력이 증가할수록 반도체 스위칭 소자의 온도가 상승하기 때문에, 최대 전압 제한부(124)는 두 개 이상의 반도체 스위칭 소자를 병렬로 연결하여 사용할 수 있다. 도 9에서, 최대 전압 제한부(124)는 세 개의 반도체 스위칭 소자(411, 412, 413)가 병렬로 연결된 구조를 제안하고 있다.

최대 전압 제한부(124)는 효과적인 방열을 위하여 써미스터 온도 센서와 쿨러를 포함할 수도 있따. 최대 전압 제한부(124)는 써미스터 온도 센서를 사용하여 온도를 측정할 수 있으며, 50도 이상이되면, 쿨러를 동작 시켜 스위칭 소자의 열을 발산시키고, 50도 미만이되면 쿨러의 동작을 중지하도록 제어할 수 있다.

도 11은 일 실시예에 따른 전원부를 보호하는 회로들을 도시한 도면이다.

도 11을 참조하면, 전계 효과 트랜지스터(FET)(611)는 전류 제어부(125)에 포함되는 보호 회로다.

이때, 전류 제어부(125)는 최대 전압 제한부(124)에서 측정된 직류 전압에 기초하여 예를 들어, FET(611)의 동작을 제어할 수 있다. 이를 통해, 전류 제어부(125)는 입력 전류 릴레이부(122)의 릴레이 스위치들의 동작을 제어하기 위한 제어 신호를 출력할 수 있다.

게이트(610)에 인가되는 신호는 제어 신호로서 최대 전압 제한부(124)의 직류 전압일 수 있다.

예를 들어, 기준 전압 이상의 직류 전압이 감지되면, FET(611)는 오프 동작하고, 기준 전압 이하이면 FET(611)는 온 동작한다.

FET(620)과 커패시터(622)는 보호 회로(121) 내부에 위치할 수 있으며, 과전압이 인가되면, 과전압을 차단하는 기능을 갖는다.

한편, 전류 제어부(125)는 최대 전압 제한부(124)에서 일정 시간 최대 전압을 제한할 수 있으나, 전원용 변류기(110)에 입력되는 1차 전류가 증가할수록 스위칭 소자에 부담으로 작용하고, 일정 전압 이하로 떨어지는 경우, 계측기에서 오동작이 발생할 수 있다. 또한, 여자전류로 인한 진동이 발생하여 성능이 저하되고, 선로에 손상을 줄 수 있다.

이로 인해, 전류 제어부(125)는 기준 전압을 20V를 갖는 두 개의 비교기(제1비교기와 제2비교기)를 사용하여 DC 전압을 측정한 후에, DC 전압이 기준 전압을 초과하고, 최대 전압 제한부(124)의 스위칭 소자의 온도가 50도 이상이 되면, 제 1 비교기를 동작시켜 제 2 릴레이 스위치(Relay2)를 닫도록 제어하고, 한번 더 직류 전압이 기준 전압을 초과하고 온도가 50도 이상이 되었을 경우, 제 2 비교기를 동작시켜 제 1 릴레이 스위치(Relay1)를 닫도록 제어하여 2차 전류를 제한할 수 있다.

이와 달리, 전류 제어부(125)는 제 1 비교기와 제 2 비교기는 항상 직류 전압을 측정하며, 전원용 변류기(110)의 1차측 전류가 감소할 경우, 직류 전압이 20V 이하으이 기준전압보다 감소하게 되면, 릴레이 스위치들(Relay1, Relay2)를 개방하여 전원용 변류기의 2차 전류를 상승시킬 수 있다.

도 12는 일 실시예에 따른 전계 효과 트랜지스터의 동작 파형을 도시한 그래프이다.

도 12를 참조하면, FET(620)는 수 메가헤르쯔(MHz) 이상의 속도로 동작하여 실질적으로 온 동작과 오프 동작을 번갈아 수행하지만, 파형상으로는 직류로 보일 수 있다. FET를 기준으로 하는 입력 전압(630)과 출력 전압(640)이 도시된다.

도 13은 일 실시예에 따른 출력부를 도시한 도면이다.

도 13을 참조하면, 출력부(126)는 직류 출력부(710)와 전압/전류 제한부(720)를 포함할 수 있다.

직류 출력부(710)는 약 12V의 직류 전압을 출력할 수 있다. 여기서, 지류 출력부(710)는 1개의 채널로 제작할 경우, 100W와 12V의 경우, 약 8A 이상의 전류를 제어해야 하기 때문에 단가가 상승할 수 있다. 또한, 각 계측기의 전원 문제로 단락 등 전원부의 고장이 발생할 경우 다른 계측기에 영향을 끼칠 수 있으므로 출력은 약 25W의 개별 모듈 4개 이상으로 구성할 수 있다.

전압/전류 제한부(720)는 전압과 전류를 제한하는 기능을 갖는다.

도 14는 일 실시예에 따른 계측 표시부를 도시한 도면이다.

도 14를 참조하면, 계측 표시부(127)는 필터부(730)와 전압/전류 표시부(740)를 포함할 수 있다.

필터부(730)는 계측기의 정밀한 게측을 보장하기 위해 인덕터와 커패시터로 구성될 수 있다.

전압/전류 표시부(740)는 각 계측기로 공급되는 전력을 확인할 수 있도록 전압/전류 표시부를 구비할 수 있다.

도 15는 일 실시예에 따른 계측기로 공급되는 전력을 확인할 수 있는 전압/전류 표시 동작을 설명하기 위한 도면이다.

도 15를 참조하면, 계측기들로 인가되는 전원을 제어하기 위한 스위치들(811, 812)이 도시한다.

하단에는, 복수개의 채널별로 계측기에서 소모되는 전력과 전류를 도시한 정보창(821, 822, 823,824)을 도시한다.

도 16 및 도 17은 또 다른 실시예에 따른 변류기의 설치 구조를 도시한 도면들이다.

도 16 및 도 17을 참조하면, 변류기(112)가 인입되기 위한 분할된 팔각링 형태의 두 개의 케이스(351, 352)가 도시된다. 여기서, 제 1 케이스(351)와 제 2 케이스(352)의 결합에 의해 외주면이 팔각형 형태를 갖고, 내부에 배전 선로가 위치하기 위한 공간이 존재하며, 개방된 각각의 전면이 덮개(3511, 3521)에 의하여 밀봉된다.

그리고, 제 1 케이스(351)와 제 2 케이스(352)가 대향하는 각각의 면에는 각 케이스의 내부공간을 밀폐시켜 이물질이 내부공간으로 들어가는 것을 방지하여 완전 방수/방진을 구현할 수 있도록 실리콘 오링(359)에 의하여 밀봉처리될 수 있다.

상기 변류기(112)가 인입되기 위해 분할된 팔각링 형태를 갖는 두 개의 케이스(351, 352)를 포함하고, 제1 케이스(351)의 양단에는 결합홈(353, 355)이 형성되고, 제2 키이스(352)의 양단에는 결합홈(354, 356)이 각각 형성된다.

제 1 결합홈(353)과 제3 결합홈(354)이 제 1 볼트(357)를 통해 서로 연결되고, 제 2 결합홈(355)과 제 4 결합홈(356)이 제 2 볼트(358)를 사용하여 서로 연결될 수 있다.

제 1 케이스(351)와 제 2 케이스(352)는, 결함홈들 간에 볼트로 연결되는 구조를 예시적으로 설명하였으나, 나사, 못, 접착제, 고정 클립 등의 다른 다양한 소자를 이용하여 연결될 수도 있다.

여기서, 변류기(111)를 구성하는 제 1 코일과 제 2 코일 이의 구성은 도4 또는 도5에서 설명된 구성요소와 동일하므로 그 설명은 생략한다.

일 실시예에서, 케이스(351, 352)에 내부 공간에 인입된 변류기(112)의 진동에 따라 발생될 수 있는 소음을 최소화시킬 수 있도록 상기 변류기(112)의 절단면을 제외한 케이스(351, 352)의 내부 공간이 에폭시(Epoxy)로 충진되어 몰딩 처리될 수 있다.

도 18은 또 다른 실시예에 따른 전원용 변류기의 고정을 위한 구조를 도시한 도면이다.

도 18을 참조하면, 변류기는 배전 선로(20)를 기준으로 제 1 케이스(351)와 제 2 케이스(352) 내에 거리 D를 가지도록 이격되어 인입된 구조를 갖는다. 두 개의 케이스(351, 352)은 내측에 배전 선로(20)를 위치시킬 수 있다.

여기서, 변류기의 자화에 따른 진동발생은 도6에서 설명된 내용과 동일하므로 그 설명을 생략한다.

도 6에서 설명된 바와 같이 원형으로 형성되는 케이스(321, 322)의 경우에는,변류기(112)의 무게로 인해 작은 흔들림에 의하여도 지지대 판 위에서 흔들릴 수 있으나, 도16 및 도17에서 설명된 또 다른 실시예에 따른 변류기의 설치 구조의 경우에는 케이스(351, 352)와 지지대 판과의 접촉 면적의 증으로 인해 지지대 판 위에서 흔들리는 것이 방지될 수 있다.

도 19 및 도 20은 더욱 또 다른 실시예에 따른 변류기의 설치 구조를 도시한 도면들이다.

도 19 및 도 20을 참조하면, 두 개의 케이스(351, 352)의 각각의 내부 공간의 크기에 대응하는 분할된 링 형태로 형성되며,자신의 내부 공간에 인입되는 변류기(112)로부터 열을 전달받아 방출시킬 수 있도록 내부 공간에 변류기(112)가 인입되는 방열부(361, 362)를 더 포함한다. 여기서, 케이스(351, 352)의 구성요소는 도16 또는 도17의 구성요소와 동일하므로 그 설명을 생략한다.

이때, 상기 방열부(361, 362)는, 열전도율이 높아 방열 구조로서 일반적으로 사용되는 알루미늄(Al) 재질로 제작됨이 바람직하며, 방열부(361, 362)로 전달된 열을 효과적으로 방출할 수 있도록 외주면을 따라 외측 방향으로 연장 형성되어 방열 면적을 높일 수 있는 다수 개의 방열 날개(363)를 형성할 수 있다.

이상의 실시예들에서 사용되는 '~부'라는 용어는 소프트웨어 또는 FPGA(field programmable gate array) 또는 ASIC 와 같은 하드웨어 구성요소를 의미하며, '~부'는 어떤 역할들을 수행한다. 그렇지만 '~부'는 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니다. '~부'는 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다. 따라서, 일 예로서 '~부'는 소프트웨어 구성요소들, 객체지향 소프트웨어 구성요소들, 클래스 구성요소들 및 태스크 구성요소들과 같은 구성요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램특허 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들, 및 변수들을 포함한다.

구성요소들과 '~부'들 안에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성요소들 및 '~부'들로 결합되거나 추가적인 구성요소들과 '~부'들로부터 분리될 수 있다.

뿐만 아니라, 구성요소들 및 '~부'들은 디바이스 또는 보안 멀티미디어카드 내의 하나 또는 그 이상의 CPU 들을 재생시키도록 구현될 수도 있다.

상술된 실시예들은 예시를 위한 것이며, 상술된 실시예들이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 상술된 실시예들이 갖는 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 상술된 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.

본 명세서를 통해 보호받고자 하는 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태를 포함하는 것으로 해석되어야 한다.

10: 계측 시스템 100: 전원 공급 장치
110: 전원용 변류기 111: 단락 스위치
112: 변류기 120: 전원부
121: 보호 회로 122: 입력 전류 릴레이부
123: 정류 회로 124: 최대 전압 제한부
125: 전류 제어부 126: 출력부
127: 계측 표시부

Claims (9)

1. 배전선로에 흐르는 1차 전류를 전자기 유도를 통해 2차 전류로 변환하는 전원용 변류기; 및
   상기 2차 전류를 미리 설정된 전압으로 변환하여 출력하는 전원부를 포함하고,
   상기 전원부는,
   상기 전원용 변류기에서 출력되는 상기 2차 전류로 인한 과전압과 과전류 중 적어도 하나를 방지하기 위한 보호 회로;
   미리 설정된 허용 전류 범위 내의 상기 2차 전류가 입력되도록 상기 전원용 변류기의 턴수비를 제어하는 입력 전류 릴레이부;
   상기 전원용 변류기 내 턴수비 제어에 의해 입력된 교류 전압인 상기 2차 전류를 직류 전압으로 변환하는 정류 회로;
   상기 직류 전압을 미리 설정된 기준 전압 이하로 최대 전압을 제한하는 최대 전압 제한부;
   상기 직류 전압에 기초하여 상기 입력 전류 릴레이부의 동작을 제어하는 전류 제어부;
   적어도 하나의 계측기에 연결되고, 상기 직류 전압을 상기 계측기에서 필요로 하는 전압으로 변환하여 출력하는 출력부; 및
   상기 출력부에서 출력되는 전압과 전류에 대한 정보를 표시하는 계측 표시부를 포함하며,
   상기 전원용 변류기는,
   출력 전류를 조절할 수 있도록 일정한 턴수를 기준으로 복수 개의 단자에 연결되는 변류기; 및
   상기 변류기의 출력 단자의 개방에 따라 발생되는 고전압을 방지하기 위해 상기 변류기의 양단을 단락시키는 단락 스위치를 포함하며,
   상기 전원용 변류기는,
   상기 변류기가 인입되기 위해 분할된 팔각링 형태를 갖는 두 개의 케이스를 포함하고,
   상기 두 개의 케이스 각각의 양단에는 볼트를 통해 결합 가능한 결합홈이 형성되고,
   상기 두 개의 케이스가 대향하는 면에는, 내부 공간을 밀폐시킬 수 있도록 실리콘 오링이 형성되는 전원 공급 장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 전류 제어부는,
   상기 직류 전압을 측정하는 직류 전압 측정부;
   및
   상기 직류 전압에 기초하여 상기 복수개의 단자 중 하나에 연결되도록 제어하는 릴레이 제어부를 포함하는 전원 공급 장치.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 입력 전류 릴레이부는,
   상기 전원용 변류기에서 출력되는 소정 턴수비를 갖도록 연결된 단자들 중 적어도 일부를 연결하여 미리 설정된 전류 미만으로 2차 전류를 감소시키는 전원 공급 장치.
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 입력 전류 릴레이부는,
   상기 단자들을 연결하기 위한 적어도 하나의 스위치를 포함하는 전원 공급 장치.
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 정류 회로는,
   상기 2차 전류을 전파 정류하는 브릿지 다이오드; 및
   상기 전파 정류된 2차 전류를 평활하여 직류 전압으로 변환하는 커패시터를 포함하는 전원 공급 장치.
6. 제 4 항에 있어서,
   상기 전류 제어부는,
   상기 직류 전압에 기초하여 상기 적어도 하나의 스위치의 동작을 제어하는 전원 공급 장치.
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 전류 제어부는,
   적어도 두 개의 비교기를 포함하고,
   상기 직류 전압이 기준 전압을 초과하고, 상기 최대 전압 제한부의 스위칭 소자의 온도가 미리 설정된 기준 온도를 초과하면, 상기 적어도 하나의 스위치 중 하나를 닫는 제 1 비교기;
   제 1 비교기가 동작하여 스위치를 닫으면, 제 2 비교기는 상기 직류 전압이 상기 기준 전압을 초과하고, 상기 스위칭 소자의 온도가 미리 설정된 기준 온도를 초과하면, 상기 적어도 하나의 스위치 중 다른 하나를 닫는 제 2 비교기를 포함하는 전원 공급 장치.
8. 제 7 항에 있어서,
   상기 제 1 비교기와 상기 제 2 비교기는 상기 직류 전압이 미리 설정된 기준 전압 이하로 감소하면, 상기 닫혀진 스위치를 개방하는 전원 공급 장치.
9. 제 1 항에 있어서,
   상기 최대 전압 제한부는,
   직류 전압을 접지단으로 연결시켜 직류 전압을 감소시키는 적어도 하나의 반도체 스위칭 소자; 및
   상기 직류 전압과 기준 전압을 비교하여 상기 적어도 하나의 반도체 스위칭 소자의 동작을 온오프 하도록 제어하는 비교기를 포함하는 전원 공급 장치.
   
   
   
   

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