가와무라전기산업㈜, 계측기능을 가진 주택용 분전반「en스테이션 EcoEye」

이 3가지 점에 착안하여 전류센서의 설치 위치는 「분기 브레이커의 1차측」으로 결정하였다.




② 고감도 자기센서의 채용
분기회로의 정격전류는 사용하는 브레이커에 따라 20A 또는 30A로 되어 있다. 또 최근의 주택에서는 소비전력 5W 정도의 LED 전구조명이 보급되어 있으며, 그 조명의 ON/OFF 상태를 판별하기 위해서는 50mA의 미소전류를 검출할 필요가 있다. 따라서 분기회로의 검출전류는 50mA에서 30A로 매우 광범위한 요구를 설정했다. 

먼저 전류의 측정에는 CT 사용이 상정된다. 그러나 분기회로 간의 피치가 10mm인 en스테이션에 들어가는 코어(페라이트 및 퍼멀로이 등에 의해 통전(通電) 전선을 덮어 전류에 의해 발생하는 자기장을 집속하는 것)에서의 CT(코어 외형 Φ 8mm, 3000T)로는 10~15A 정도의 전류계측이 한계였다. 그리하여 자기센서의 채용을 검토하게 되었다. 자기센서에는 광범위한 전류계측이 가능한 것들이 충분히 있다. 그러나 CT와 마찬가지로 코어를 사용한 것으로는 미소전류를 검출할 수는 있지만, 상한이 30A에 미치지 못했다. 본래 코어를 사용하는 목적은 측정대상의 전류에서 발생하는 자기장만을 검출하여 인접하는 회로의 자기장 및 기타 외래 자기장을 제거하기 위해서이다. 그래서 측정 대상에 복수의 고감도 자기센서칩을 유사 동심원상으로 배치하여 각 센서의 출력 총합을 얻어내는 방법으로써 코어 없이 측정 대상의 자기장만을 검출하기에 이르렀다. 그 결과, 요구사항을 만족시키는 광범위한 전류측정이 가능하게 되었다.




③ 분기 브레이커 1차측의 센서 설치

센서의 설치 위치는 분기 브레이커의 1차측이므로 고감도 자기센서를 동 부스바에 직접 고정하게 된다. 이때 「온도」, 「절연」, 「고정」에 관한 문제가 발생한다. 

그리하여 이러한 문제들을 다음과 같이 해결했다.

<온도에 대해>
동 부스바의 발열 원인은 저항 부분에 통전 전류가 흐르기 때문이다. 저항 부분에는 「동 부스바와 분기 브레이커와의 접속부 저항」과 「동 부스바 자체의 저항」이 있다. 그러나 후자는 동을 재료로 하기 때문에 값이 낮으므로 「동 부스바와 분기 브레이커와의 접속부 저항」을 저감하는 데 중점을 두었다. 구체적으로 분기 브레이커는 플러그인 구조를 취하고 있기 때문에 그 접촉면적을 최대한 넓게 취하기로 했다. 그 결과, 동 부스바의 발열을 실용 면에서 문제가 없는 수준까지 낮출 수 있었다.

「절연」과 「고정」은 센서 부분을 수지제 부품으로 덮어 해결했다. 센서 전체에 2개의 수지제 부품을 씌워 덮은 후 동 부스바에 고정함으로써 동 부스바와의 절연 확보 및 위치 오차가 없는 센서 고정을 실현시켰다. 이를 통해 LED 전구조명 및 대형가전의 대기전력 등 5W 정도의 미소전력에서부터 분기회로 최대정격의 3kW까지 광범위한 전력을 정확하게 계측할 수 있게 되어 시공성 및 유지보수성이 높고 코스트 퍼포먼스가 뛰어난 분기회로의 전력계측을 실현하였다.




업계 최소치수 실현
전력계측 및 HEMS 등 상위와의 통신을 위해 이러한 기능을 갖춘 장치의 구현이 필요하다. 주택용 분전반에서는 본체의 오른편에 기기 설치용 공간을 마련하여 그곳에 필요한 장치를 구현하는 방법이 있다. 그러나 이 방법을 사용하면 en스테이션으로 소형화를 도모해도 기기 설치용 공간의 추가로 인해 결국 분전반 사이즈가 커지게 된다. 또 브레이커 증설 등으로 인해 기기 설치용 공간을 사용하고 싶을 때 공간을 사용할 수 없는 사태가 발생할 수도 있다. 그리하여 「EcoEye」는 계측 기능에서 필요한 장치류를 「en스테이션」의 분기 브레이커 형태로 하고, 필요에 따라 선정해 분기 브레이커 장착 부분에 설치했다. 그 결과, 계측 기능이 추가돼도 기기 설치용 공간이 불필요하게 되어 분기 36회로 제품(표준형, 리미터 없는 제품), 가로폭 사이즈 470mm를 실현했다. 이는 주택 벽면에 용이하게 설치할 수 있는 사이즈이다. 또 태양광발전 및 각종 설비계측에 대한 대응, 가스, 수도 등의 에너지 계측에 대한 대응도 해당 유닛을 사용하면 가능하기 때문에 제품 선정이 용이하며, 설치 후의 유닛추가 및 유지보수가 쉬운 구성이다.

「EcoEye」의 중요한 기능 중 하나가 통신으로 계측한 결과를 HEMS 등의 상위 시스템에 제공하는 것이다. 기존의 외부 기기와의 통신 접속에서는 ‘통신 매체는 무엇이고, 통신 프로토콜은 무엇인가’ 등의 정보교환을 실시하여 그때그때마다 설계 및 조정을 통해 대응하고 있었다. 「EcoEye」는 통신 매체로 유명 제조사의 대부분의 HEMS 컨트롤러 제품에 채용되었던 유선 Ethernet(IEEE802.3u, IEEE802.3)을, 통신 프로토콜로는 HEMS의 표준규격인 ECHONET Lite(분전반 미터링 클래스)를 채용했다. 그로 인해 HEMS를 비롯한 다른 상위 시스템과의 접속이 용이해져 접속 상호 간의 개별설계 및 조정과 같은 작업이 불필요하게 되었다.