KR20200080007A - 기중회로차단기의 변류기 - Google Patents

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KR20200080007A KR1020180169803A KR20180169803A KR20200080007A KR 20200080007 A KR20200080007 A KR 20200080007A KR 1020180169803 A KR1020180169803 A KR 1020180169803A KR 20180169803 A KR20180169803 A KR 20180169803A KR 20200080007 A KR20200080007 A KR 20200080007A
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Abstract

본 발명의 변류기는 자성코어, 2차코일 및 자속보상부재를 포함할 수 있다. 자성코어는 기중회로차단기의 주회로가 관통한다. 그리고, 2차코일은 자성코어와 인접하게 배치되고 주회로를 흐르는 전류를 통해 2차전류가 유도된다. 그리고 2차코일은 계전기로 유도된 2차전류를 공급한다. 자속보상부재는 자성코어에 결합되어 2차코일에 유도되는 전류를 보정할 수 있다.

Description

기중회로차단기의 변류기{CURRENT TRANSFORMER FOR AIR CIRCUIT BREAKER}
본 발명은 기중회로차단기의 변류기에 관한 것이다.
일반적으로 기중회로차단기(air circuit breake)는 발전소나 변전소 등의 배전함에 사용된다.
기중회로차단기는 배전함에서 과전류, 단락 및 지락과 같은 이상전류가 발생하면 전류를 차단하는 역할을 수행한다. 이상전류의 발생 시 전류를 차단히기 위해 기중회로차단기에는 계전기(OCR)가 설치된다. 계전기는 변류기로부터 생성된 2차전류를 공급받아 작동한다.
변류기는 교류전류가 흐르는 주회로가 관통하는 자성코어를 포함하고, 자성코어에는 1차전류가 유도된다. 자성코어와 인접한 위치에 2차코일이 배치되며 2차코일에는 주회로에 흐르는 전류와 비례한 크기의 2차전류가 유도되고, 2차코일을 통해 유도된 2차전류는 계전기로 공급된다.
이때, 주회로를 흐르는 전류가 저전류 영역대일 경우에는 계전기로 공급되는 전류의 크기에 문제가 발생되지 않으나, 주회로를 흐르는 전류가 정격전류 영역대에서 장시간 동안 통전하게 되면 2차전류의 크기가 커져 변류기가 가열되는 문제점이 발생한다.
이러한 문제점을 해결하기 위해서는 2차코일과 인접하여 흐르는 자속을 보상하여 저전류 영역대에서는 2차전류가 충분한 크기로 유도되도록 하고, 정상전류 영역대에서는 2차코일의 자속을 감소시켜 2차전류를 안정되도록 하여야 한다.
따라서, 이와 같은 문제점들을 해결하기 위한 방법이 요구된다.
본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 발명으로서 변류기를 통해 유도되는 2차전류를 안정적으로 계전기에 공급하기 위함이다. 또한, 자성코어의 발열을 감소시켜 화재의 위험을 감소시키면서도 작은 부피를 지닌 변류기를 제공하기 위함이다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 변류기는 자성코어, 2차코일 및 자속보상부재를 포함할 수 있다. 자성코어는 기중회로차단기의 주회로가 관통한다. 그리고, 2차코일은 자성코어와 인접하게 배치되고 주회로를 흐르는 전류를 통해 2차전류가 유도된다. 그리고 2차코일은 계전기로 유도된 2차전류를 공급한다. 자속보상부재는 자성코어에 결합되어 2차코일에 유도되는 전류를 보정할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서 자속보상부재는 자성코어의 양면에 결합될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서 자속보상부재는 미리 정해진 두께를 지닌 판상부재로 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서 자속보상부재는 미리 정해진 두께를 지닌 판상부재가 다수 개 겹쳐져 자성코어에 결합될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서 자성코어는 주회로가 관통하여 지나가는 관통홀를 포함하고, 2차코일은 자성코어와 미리 정해진 간격만큼 이격된 제2분로에 결합되며, 자속보상부재는 주회로 및 2차코일 사이의 최단거리를 잇는 가상의 연결선이 자성코어를 지나는 영역과 접할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서 자속보상부재는 주회로 및 2차코일 사이의 최단거리를 잇는 가상의 연결선이 자성코어와 중복되는 구간의 길이를 높이로 하고 미리 정해진 두께를 지닌 판상의 부재이다.
상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 변류기는 기중회로차단기의 주회로가 저전류 영역대일 경우 2차코일의 자속을 증가시켜 계전기로 충분한 크기의 2차전류를 공급하고, 주회로가 정상전류 영역대일 경우에는 2차코일의 자속을 감소시켜 2차전류를 안정시키는 효과가 있다. 주회로가 정상전류 영역대일 경우 2차전류가 안정되므로 발열이 감소하여 화재의 위험이 줄어드는 효과 또한 있다.
그리고, 자성코어는 상대적으로 작은 부피를 지니게 되어 공간의 활용성이 높아지고 진동으로 인한 소음이나 파손의 위험도 감소하는 효과가 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 기중회로차단기를 도시한 것이다.
도 2는 기중회로차단기의 변류기 및 계전기가 이상전류 발생 시 전류를 차단하는 과정을 개략적으로 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 변류기의 사시도 및 측면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 변류기의 분해사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 변류기에서 자성코어의 사시도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 변류기에서 자속보상부재의 결합위치 및 크기를 나타낸 사시도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 변류기가 하우징에 결합된 상태를 나타낸 사시도이다.
전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 구성요소를 나타낸다.
이하에서는, 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 변류기를 설명한다.
도 1은 기중회로차단기를 도시한 것이고, 도 2는 기중회로차단기의 변류기 및 계전기(20)가 이상전류 발생 시 전류를 차단하는 과정을 개략적으로 도시한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 변류기는 기중회로차단기에 구성될 수 있다..
도 2에 도시된 바와 같이 기중회로차단기에 인가된 전류는 주회로를 따라 흐르고, 주회로에 흐르는 전류는 본 발명에 따른 변류기를 통해 2차전류를 유도한다. 유도된 2차전류는 계전기(20)로 공급되어 계전기(20)를 구동시키게 된다.
기중회로차단기의 주회로에 과전류, 단락 및 지락과 같은 이상전류가 발생할 경우 계전기(20)는 기중회로차단기의 전류를 바로 차단하고, 계전기(20)를 구동하기 위한 전류는 본 발명에 따른 변류기(100)를 통해 유도된 2차전류가 사용된다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 변류기(100)는 전기변류기(Power CT)와 신호변류기(Signal CT)를 포함한다.
전기변류기는 자성체로 이루어져 2차전류가 유도된다. 전기변류기에서 유도된 2차전류는 계전기(20)로 공급된다.
그리고, 로고스키 코일(Rogowskii　coil)로 이루어진 신호변류기는 계전기(20)에 전류의 신호 크기를 전달한다.
계전기(20)는 전기변류기에서 공급되는 전류로 작동되고, 신호변류기를 통해 입력되는 전류의 신호 크기에 따라 기중회로차단기를 제어한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 변류기의 사시도 및 측면도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 변류기의 분해사시도이며, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 변류기에서 자성코어의 사시도이다.
도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 변류기(100)는 자성코어(110), 2차코일(120) 및 자속보상부재(130)를 포함한다.
자성코어(110)는 기중회로차단기(10)의 주회로가 관통한다. 그리고, 2차코일은(120)은 자성코어(110)와 인접하게 배치되고, 주회로를 흐르는 전류를 통해 2차전류가 2차코일(120)에 유도된다.
자속보상부재(130) 자성코어(110)에 결합된다. 그리고, 2차코일(120)에 유도되는 전류를 보정한다.
아래에서는 상기된 각각의 구성을 보다 자세하게 설명한다.
자성코어(110)는 자성을 지닌 재질로 형성된다. 본 발명의 일 실시예에서는 미리 정해진 두께를 지닌 판상의 부재로서, 중심부에는 기중회로차단기의 주회로가 관통하여 지나가는 관통홀(116)을 포함한다.
관통홀(116)은 주회로와 접하지 않을 정도의 크기로 마련되며, 관통홀(116)의 중심점을 주회로가 관통홀(116)이 형성하는 가상의 평면과 수직이 되도록 통과한다. 또한, 관통홀(116)은 원형으로 형성될 수 있다.
자성코어(110)는 관통홀(116)을 통과하는 주회로로부터 자속이 유도되는 제1분로(112) 및 제2분로(114)를 포함한다.
주회로로 전류가 인가되면 주회로의 주변에 배치된 자성체에는 자속이 유도된다. 따라서, 자성코어(110)는 주회로가 통과하는 관통홀(116)의 일측에서 자성코어(110)를 이루는 자성체가 적어도 두 개의 경로를 갖도록 나뉘어 진다.
이때, 두 개의 경로 중 관통홀(116)과 상대적으로 먼 경로가 제1분로(112)이고, 두 개의 경로 중 관통홀(116)과 상대적으로 가까이 위치한 경로가 제2분로(114)이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 주회로에 전류가 인가되면 주회로의 둘레를 따라 자기장이 형성된다. 주회로의 둘레에 형성된 자기장은 자성코어(110)를 따라 일방향으로 자속을 형성한다.
이때, 제1분로(112) 및 제2분로(114)는 주회로를 통해 유도되는 자속이 각기 a와 b로 나뉘어 형성된다. 자성코어(110)에서 주회로가 통과하는 관통홀(116)을 중심으로 자성체가 하나의 경로를 지닌 구간은 도면상 c로 표현된 하나의 자속이 형성된다.
2차코일(120)은 제1분로(112)의 길이방향을 따라 길게 결합된다. 2차코일(120)은 본 발명이 적용되는 실시예에 따라서 그 권선수가 결정될 수 있다.
따라서, 2차코일(120)에는 주회로를 통해 흐르는 전류를 통해 유도되는 2차전류가 흐르게 되고, 2차전류는 제1분로(112)에 유도된 자속의 영향을 받는다. 구체적으로는, 2차코일(120)에 유도되는 2차전류는 제1분로(112)에 형성된 자속의 크기와 비례관계에 있는 크기를 지닌다.
2차코일(120)을 흐르는 2차전류는 상술하였던 계전기(20)로 공급되고, 계전기(20)는 2차전류를 이용하여 구동하게 된다.
기중회로차단기의 주회로에 인가되는 전류는 항상 일정한 영역대로 유지되지 않는다.
저전류 영역대 또는 정격전류 영역대(대전류 영역대)의 전류가 주회로를 따라 흐를 수 있다.
특히, 정격전류 영역대의 전류가 주회로를 따라 흐를 경우에는 2차코일(120)에 유도되는 2차전류의 크기가 커질 수 있고, 2차전류의 크기가 커짐에 따라 과열이나 과열로 인한 발화가 일어날 수 있다.
자속보상부재(130)는 제2분로(114)에 결합되는 전도체로서 제1분로(112)에 형성되는 자속을 보상하여 종국적으로 안정적인 2차전류가 계전기로 공급되게 한다.
자속보상부재(130)는 미리 정해진 두께를 지닌 판상의 부재일 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서는 직사각형의 판상부재로 실시될 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이 자속보상부재(130)는 다수 개의 얇은 판상부재가 넓은면이 겹치도록 겹쳐져서 자성코어(110)에 결합된다.
이때, 자속보상부재(130)는 자성코어(110)의 제2분로(114)에 결합되고, 자성코어(110)의 양면에 상호 대칭되도록 배치될 수 있다.
자속보상부재(130)는 주회로가 정격전류 영역대에 속할 경우에 제1분로(112)의 자속을 감소시키는 작용을 하게 된다.
구체적으로는, 자속은 자기장의 세기와 자기장이 지나는 면적의 곱으로 그 크기가 구해진다. 따라서, 자속보상부재(130)가 결합된 제2분로(114)는 상대적으로 제1분로(112)가 지닌 자성체의 단면적보다 큰 단면적을 지닌다. 따라서, 동일한 조건하에서 보다 넓은 단면적을 지닌 제2분로(114)는 제1분로(112)와 비교할 때 유도되는 자속이 더 커진다.상대적으로 제1분로(112)에 유도되는 자속의 크기는 작아진다.
감소된 제1분로(112)의 자속은 2차코일(120)에 유도되는 전류의 크기를 감소시킨다. 이에 따라 본 발명에 따른 변류기(100)는 과열되거나 화재의 위험에 노출되지 않게 된다.
자속보상부재(130)는 제2분로(114)의 일부 구간에만 배치되는 것이 아닌, 제2분로(114)의 전 구간에서 자성코어(110)와 면접하여 결합된다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 변류기에서 자속보상부재의 결합위치 및 크기를 나타낸 사시도이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 주회로와 2차코일을 최단거리로 잇는 가상의 직선 l을 가정하면, 가상의 직선 l이 지나는 경로와 자성코어(110)가 중복되는 위치는 h가 된다. 따라서, 가상의 직선 l이 지나는 경로와 자성코어(110)가 중복되는 구간인 h 영역에 걸쳐서 자속보상부재(130)는 자성코어(110)와 면이 접하도록 결합된다.
이러한 한정은 자성코어(110)가 지닌 크기 내에서 주회로와 2차코일(120) 사이의 최대한 넓은 위치에 자속보상부재(130)를 배치하기 위함이다.
또한, 자속보상부재(130)은 2차코일(120)의 길이와 대응되는 w만큼의 길이로 형성될 수 있다.
자속보상부재(130)가 넓은 면적으로 자성코어(110)에 배치되면, 적층하여 겹쳐지는 자속보상부재(130)의 판상부재 수를 줄일 수 있고, 이는 자속보상부재(130)가 자성코어(110)로부터 크게 돌출되지 않도록 하는 효과를 지닌다.
그리고, 본 발명의 일 실시예에서 h를 자속보상부재(130)의 높이로 정의하고, w방향의 폭을 자속보상부재(130)의 너비로 정의하며, 자속보상부재(130)가 자성코어(110)에 결합된 상태에서 주회로가 흐르는 방향의 길이는 자속보상부재(130)의 두께로 정의한다.
따라서, 자속보상부재(130)는 주회로 및 2차코일 사이의 최단거리를 잇는 가상의 연결선 l이 자성코어(110)와 중복되는 구간의 길이 h를 높이로 하고 미리 정해진 두께를 지닌 판상의 부재로 구현된다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 변류기가 하우징에 결합된 상태를 나타낸 사시도이다.
도 7에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 변류기(100)는 하우징(140)에 수용될 수 있다. 또는 변류기(100)의 외측을 몰딩하여 보호할 수도 있다.
이때, 자속보상부재(130)가 자성코어(110)에 두껍게 적층되어 크게 돌출되면 하우징(140)이나 몰딩을 통해 변류기(100)를 수용하는데 제약이 발생될 수 있다.
또한, 자속보상부재(130)는 크게 돌출된 높이로 인해 진동에 취약해 질 수 있으며, 반복되는 진동 및 외력에 의해 파손에 이를 수도 있다.
단면적에 따라 변화하는 자속의 특성 상 본 발명에 따른 변류기(100)의 자속보상부재(130)가 자성코어(110)와 최대한 넓게 면접하도록 형성된 것은 자속보상부재(130)의 돌출되는 높이를 최소화 할 수 있음을 뜻한다.
따라서, 진동에 의한 안정성을 제고할 수 있는 효과도 본 발명에 따른 변류기(100)를 통해 얻을 수 있다.
이상과 같이 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 살펴보았으며, 앞서 설명된 실시예 이외에도 본 발명이 그 취지나 범주에서 벗어남이 없이 다른 특정 형태로 구체화될 수 있다는 사실은 해당 기술에 통상의 지식을 가진 이들에게는 자명한 것이다. 그러므로, 상술된 실시예는 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 여겨져야 하고, 이에 따라 본 발명은 상술한 설명에 한정되지 않고 첨부된 청구항의 범주 및 그 동등 범위 내에서 변경될 수도 있다.
10: 기중회로차단기
20: 계전기
100: 변류기 110: 자성코어
112: 제1분로 114: 제2분로
116: 관통홀 120: 2차코일
130: 자속보상부재 140: 하우징

Claims (6)

  1. 기중회로차단기의 주회로가 관통하는 자성코어;
    상기 자성코어와 인접하게 배치되어 상기 주회로를 흐르는 전류를 통해 2차전류가 유도되고, 계전기로 2차전류를 공급하는 2차코일; 및
    상기 자성코어에 결합되어 상기 2차코일에 유도되는 전류를 보정하는 자속보상부재를 포함하는 변류기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 자속보상부재는 상기 자성코어의 양면에 결합되는 변류기.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 자속보상부재는 미리 정해진 두께를 지닌 판상부재로 형성되는 변류기.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 자속보상부재는 미리 정해진 두께를 지닌 판상부재가 다수 개 겹쳐져 상기 자성코어에 결합되는 변류기.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 자성코어는 상기 주회로가 관통하여 지나가는 관통홀를 포함하고, 상기 2차코일은 상기 자성코어와 미리 정해진 간격만큼 이격된 제1분로에 결합되며, 상기 자속보상부재는 상기 주회로 및 상기 2차코일 사이의 최단거리를 잇는 가상의 연결선이 상기 자성코어를 지나는 영역과 접하는 변류기.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 자속보상부재는 상기 주회로 및 상기 2차코일 사이의 최단거리를 잇는 가상의 연결선이 상기 자성코어와 중복되는 구간의 길이를 높이로 하고 미리 정해진 두께로 이루어진 판상의 부재인 변류기.
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