KR100310894B1 - 전력선의 비 접촉식 전류 및 온도 검출 장치 - Google Patents

전력선의 비 접촉식 전류 및 온도 검출 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전력선으로부터 전류 및 온도를 검출하기 위한 전력선의 비접촉식 전류 및 온도 검출장치에 관한 것으로, 홀소자(42), 온도센서(46), 및 정 전류/전압원(41), 제 1 및 제 2 차동 증폭기(43,47), 대역통과 필터(44), 신호 변환부(45)출력 증폭부(48)를 포함하는 검출 신호 처리부(40)로 구성되어, 종래의 비선형성을개선하므로써 이에 따른 오차 발생을 최소한으로 줄일 수 있으며, 보다 쉬운 방법으로 측정 개소에서의 온도 변화 및 전류량의 변화를 동시에 비접촉식으로 검출할 수 있는 장점이 있다.

Description

전력선의 비 접촉식 전류 및 온도 검출 장치{APPARATUS FOR DETECTING NON-TOUCH ELECTRIC CURRENT AND TEMPERATURE OF POWER LINE}
본 발명은 고압의 전력선 및 배전반 내부의 버스 바(Bus bar)상을 흐르는 전류의 크기 및 이에 따라 발생되는 온도를 검출하는 장치에 관한 것으로, 특히 전류의 크기 및 전류의 흐름에 따라 발생되는 온도의 변화를 비접촉식으로 동시에 검출하여 출력할 수 있는 전력선의 전류 및 온도 검출 장치에 관한 것이다.
통상적으로, 전력관련 설비는 전력의 손실을 최소화하고 또한 안전을 강화하는 것이 가장 큰 과제이다. 즉, 전력선 등에는 전류의 흐름으로 인하여 열이 발생하게 되는데, 이때 발생되는 열은 전력의 손실 이외에도 절연체의 절연성을 감소시켜 단락 및 화재를 발생시킬 수 있는 위험성을 내포하고 있으므로, 대전력을 전송하는 설비의 경우에는 지속적으로 전력선, 즉 도선상의 전류 및 온도를 검출하여 감시하여야 한다. 따라서 이러한 전력 손실을 최소화하고, 안전을 강화하기 위한 각종 설비 및 장치가 도입되어 사용되고 있다. 즉, 이러한 전력 설비의 최적화를 위하여, 전력을 공급하기 위한 전력 공급시스템을 감시하여 그 전력 효율 및 안전을 최대화하도록 하는 감시 시스템이 개발되어 사용되고 있다.
한편, 이러한 전력 공급 감시 시스템은 전력선 및 배전반 내부의 버스바(Bus bar)상을 흐르는 전류의 크기 및 전류의 흐름에 따라 발생되는 온도의 변화를 검출하기 위한 장치를 구비한다. 통상적으로, 이러한 전류 및 온도 검출 장치는 전류의 양을 검출하기 위하여 씨티(CT:Current Transducer) 및 열전대(thermo couple)를 센서로 채택하고, 온도를 검출하기 위하여 적외선을 이용하는 아이알(IR:Infra Red)센서를 채택하여 사용하므로써, 전력선에 흐르는 전류량 및 온도 변화를 검출하여 감시설비, 즉, 제어 유닛으로 전송하게 된다.
도 1은 상술한 바와같은 종래의 전력선에서의 전류 및 온도 검출 장치를 나타낸 개략적인 구성도이다. 도 1에 도시된 바와같이 종래의 전력선의 검출장치는 홀소자 및 페라이트 코어(Ferrite Core)로 이루어진 홀씨티(Hall Current Transducer:1)와, 소정 레벨의 정전압을 제공하는 정전압원(2)과, 홀씨티(1)를 구동하여 홀씨티(1)의 출력신호로부터 전류 성분을 검출하는 구동/검출 회로부(3)와, 정전압원(2)에 의해 구동되어 전력선으로부터 소정의 신호를 검출하는 IR 센서(4)와, IR 센서(4)의 출력신호를 신호 처리하여 전력선의 온도값을 검출한 후 제어부(5)로 제공하는 신호 처리부(6)로 구성된다.
상술한 바와같은, 종래의 전류 및 온도 검출장치는 홀씨티(1)가 전력선, 즉 도선에 흐르는 전류에 의해 발생되는 자장의 값을 페라이트 코어로 유기시키고, 홀소자가 이를 검출하여 전기적인 신호를 변환하는 장치이다.
한편, 이와같은 페라이트 코어를 이용한 전류검출장치는 측정하고자 하는 전류용량이 증가함에 따라 전력선에 발생하는 자장이 강해지므로, 보다 큰 전류를 측정하기 위해서는 자장 포화점이 큰 페라이트 코어를 이용하거나, 대형의 페라이트 코어를 사용하여야 하는 문제점이 있으며, 검출 시스템 전체의 선형성은 홀소자의 선형성과는 관계없이, 발생한 자장을 유기하는 페라이트 코어의 선형성에 의존하게 되므로 특성이 우수한 코어를 사용하야여 하는 문제점이 있다. 또한, 페라이트 코어의 구조상, 원형의 코어 구조물 내부로 전력선을 통과할 시 도 1에 도시된 종래의 장치에서와 같이 페라이트 코어를 이용할 경우, 측정하고자 하는 전류 용량의 증가에 따라 전력선에 발생하는 자장이 강해지므로 보다 큰 전류를 측정하기 위해서는 자장 포화점이 큰 페라이트 코어를 이용하거나 대형의 페라이트 코어를 사용하여야 하는 문제점이 있었다.
또한, 도 1에 도시된 바와같은 종래의 장치에서는 전력선의 온도를 검출하기 위하여 초전형 적외선 센서, 즉 IR 센서(4)를 이용한 비 접촉식 검출 방법이 사용되는데 이러한 IR 센서(4)의 경우 가격이 비싸고, 광학식 검출방법을 사용하므로 주위의 조도 및 적외선 발생원등의 영향을 받으며 분진에 의하여 검출 효율에 영향을 받을 수 있는 문제점이 있었다. 그리고, 열전대(도시되지 않음)의 경우 상당히 큰 비선형성을 가지므로 출력값을 항상 보정하여야 하므로, 다수의 측정위치에서 비접촉으로 온도를 측정하기에는 어려운 문제점이 있었다.
따라서 본 발명은 상술한 바와같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 전력선으로부터 온도 및 전류를 측정함에 있어 선형성을 유지하여 별도의 보상 회로를 필요로 하지 않으며 보다 간단한 구조 및 비접촉식으로 전력선에 흐르는 전류 및 이에 따라 전력선에 발생되는 온도를 적절히 측정할 수 있는 전력선의 비접촉식 전류 및 온도 측정 장치를 제공하는데 있다.
이와같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 소정의 전력선에 흐르는 전류량을 검출하기 위한 장치에 있어서, 소정 레벨의 정전류를 출력하는 정전류원과; 상기 전력선으로부터 소정의 거리를 두고 설치되어 상기 정전류원으로부터 제공되는 정전류 및 상기 전력선에 유기되는 자장에 의거하여 이에 비례하는 전압값을 검출하는 검출수단과; 상기 검출수단에서 검출된 전압신호를직류 전류로 변환하는 변환수단을 포함하여 구성된다
이와같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따르면, 소정의 전력선에 흐르는 전류에 따라 발생하는 열에 의한 상기 전력선의 온도를 검출하기 위한 장치에 있어서, 소정 레벨의 정전압을 발생하는 정 전압원과; 상기 전력선으로부터 소정 거리를 두고 설치되어, 상기 정전압원으로 제공되는 정전압 신호에 따라 구동되어 상기 전력선의 온도 신호를 검출하는 온도 센서와; 상기 온도센서의 출력 신호를 사전 설정된 레벨신호와 비교하여 그 차이 신호를 증폭하여 출력하는 차동 증폭기를 포함하여 구성된다.
이와같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 또 다른 실시예에 따르면, 소정의 전력선에 흐르는 전류 및 이에 따라 발생하는 열에 의한 상기 전력선의 온도를 검출하기 위한 장치에 있어서, 소정 레벨의 정전류 및 정전압을 출력하는 정전류/전압원과; 상기 전력선으로부터 소정의 거리를 두고 설치되어 상기 정전류/전원으로부터 제공되는 정전류 및 상기 전력선에 유기되는 자장에 의거하여 이에 비례하는 전압값을 검출하는 검출수단과; 상기 검출수단에서 검출된 전압신호를 직류 전류로 변환하는 변환수단과; 상기 전력선으로부터 소정 거리를 두고 설치 되어, 상기 정전류/전압원으로 제공되는 정전압 신호에 따라 구동되어 상기 전력선의 온도 신호를 검출하는 온도 센서와; 상기 온도 센서의 출력 신호를 사전 설정된 레벨신호와 비교하여 그 차이 신호를 증폭하여 출력하는 차동 증폭기를 포함하여 구성된다.
도 1은 종래의 통상적인 전력선의 전류 및 온도 검출장치를 나타낸 개략도,
도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 전력선의 전류 검출 장치를 나타낸 구성도,
도 3은 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 전력선의 온도 검출 장치를 나타낸 도면,
도 4는 본 발명의 바람직한 또다른 실시예에 따른 전력선의 전류 및 온도 검출 장치를 나타낸 구성도.
♣도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ♣
41:정전류/전압원 42:홀소자
43,47: 차동 증폭기 44:대역통과필터
45:신호 변환부 46:온도센서
48:출력 증폭기
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전력선의 비접촉식 전류 및 온도 측정 장치에 대하여 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 전력선의 비접촉식 전류 검출장치를 나타낸 구성도이다.
도 2에 도시된 바와같이 본 발명은 소정 레벨의 정전류를 제공하는 정 전류원(21)과, 정전류원(21)으로부터 제공되는 정전류 및 전력선에 유기되는 자장에 의한 홀전압을 발생하는 홀소자(22)와, 홀소자(22)의 출력신호를 소정 레벨로 차동 증폭하는 차동 증폭기(23)와, 차동 증폭기(23)의 출력신호를 필터링하여 소정 대역의 신호만을 출력하는 대역통과필터(BandPass Filter(BPF):24)와, 대역통과필터(24)의 출력신호로부터 실효치성분을 검출하고 이를 디지털의 전류신호로 변환하는 신호 변환부(25)와, 신호 변환부(25)의 출력 신호를 소정 레벨로 증폭하는 출력 증폭기(26)를 포함하여 이루어진다.
정전류원(21)은 소정 레벨의 정전류를 홀소자(22)로 제공한다. 한편, 홀소자(22)는 정전류원(21)으로부터 제공되는 정전류 및 전력선에 흐르는 전류에 따라 유기되는 자장에 의거하여 소정 레벨의 홀전압을 발생하여 차동 증폭기(23)로 제공한다. 이때, 홀 소자(22)는 전력선으로부터 소정 간격을 두고 접촉되지 않도록 설치된다. 이에따라, 차동 증폭기는 홀소자(22)로부터 제공되는 출력신호, 즉 홀 전압신호를 소정 레벨로 차동 증폭하여 대역 통과 필터(24)로 제공한다. 그러면, 대역 통과 필터(24)는 차동 증폭기(23)에서 증폭된 홀 전압 신호를 사전 설정된 대역으로 대역필터링하여 신호 변환부(25)로 제공하는데, 이때, 필터링 주파수는 바람직하게 60Hz 또는 50Hz로 설정될 수 있다.
신호 변환부(25)는 RMS 회로부 및 A/D 변환기로 구성되어, 대역통과필터(24)의 출력신호로부터 실효치(RMS)성분을 검출한 후 이를 디지털의 전류신호로 변환하여 출력 증폭기(26)로 제공하고, 출력 증폭기(26)는 이와같은 디지털의 전류 신호를 소정 레벨로 증폭하여 출력하는데, 이 출력신호는 제어부(도시되지 않음) 및/또는 디스플레이 유닛(도시되지 않음)으로 제공되어 전력선의 상태를 제어하고 감시하는데 이용될 것이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 전력선의 비접촉식 온도 검출장치를 나타낸 구성도이다.
도 3에 도시된 바와같이, 본 발명에 따른 전력선의 비접촉식 온도 검출장치는 소정 레벨의 정전압을 발생하는 정 전압원(31)과, 정전압원(31)으로부터 제공되는 정전압에 의해 구동되어 전력선의 온도 신호를 검출하는 온도센서(32)와, 온도(32)센서에서 검출된 온도 신호를 소정 레벨의 신호와 비교하여 차동 증폭하는 차동 증폭기(33)와, 차동 증폭기(33)에서 출력된 신호를 사전 설정된 소정 레벨로 증폭하는 출력 증폭기(34)를 포함한다.
상기 정전압원(31)은 소정 레벨의 안정된 정전압 신호를 출력한다. 이러한 정전압원(31)은 보다 안정적인 정전압을 제공하기 위하여 Analog Devices 사의 AD581 정전압원 IC등이 사용될 수 있는데, 바람직하게는 10V의 정전압 출력시 5mV의 전류 변동치를 가지는 정전압원이 사용된다.
온도 센서(32)는 전력선으로부터 소정 거리를 두고 장착되며, 정전압원(31)의 정전압 신호에 따라 구동되어 전력선에 흐르는 전류에 따라 발생하는 열에 의한 전력선의 온도를 검출하여 차동 증폭기(33)로 제공한다. 차동 증폭기(33)는 온도 센서(32)의 출력신호, 즉 온도 신호를 사전 설정된 기준 신호와 비교하여 차이 신호를 증폭한 후 출력 증폭기(34)로 제공하며, 이에따라 출력 증폭기(34)는 사전 설정된 증폭도에 따라 증폭하여 출력하는데, 이는 제어부(도시되지 않음) 및/또는 디스플레이 유닛등으로 제공되어, 상술한 바와같이, 전력선의 감시 또는 안전 상태 점검에 이용된다. 저항(R1)은 부하용 저항으로 사용된다.
또한, 상술한 바와같은 온도 센서(32)는 2단자형 온도 검출용 IC가 사용되는데, 이러한 2단자형 온도 검출용 IC는 외부온도의 변화에 대하여 정전압을 유지하기 위한 전류의 값을 변동시키는 방식으로 구동되어진다. 이러한 온도 센서(32)는 바람직하게 Analog Devices사의 AD590 IC가 사용될 수 있으며, 이 경우, 동작의 기준점이 되는 25 ℃(278K)에서 278μA의 출력을 나타내도록 설정된다.
또한, 상술한 바와같은 안정된 정전압원(31)은 2 단자형 온도 센서(32)의 출력특성을 안정시키게 되므로 전체 동작범위에 대하여 온도센서(32)가 선형적인 출력을 할 수 있게 한다.
도 4는 본 발명의 바람직한 또다른 실시예에 따른 전력선의 비접촉식 전류 및 온도 검출 장치를 나타낸 구성도이다.
도 4에 도시된 바와같이, 본 발명에 따른 전력선의 비접촉식 전류 및 온도 검출 장치는 홀소자(42), 온도센서(46), 및 정 전류/전압원(41), 제 1 및 제 2 차동 증폭기(43,47), 대역통과 필터(44), 신호 변환부(45) 출력 증폭부(48)를 포함하는 검출 신호 처리부(40)로 구성된다.
도 4에 도시된 바와같이, 정전류/전압원(41)은 홀 소자(42)로 정전류를 제공하고, 또한 온도 센서(46)로 정전압을 각각 제공하여, 홀소자(42) 및 온도센서(46)를 구동시킨다. 이에 따라, 홀소자(42) 및 온도센서(46)는 도 2 및 도 3에서 설명한 바와 동일하게 작동되어, 제 1 및 제 2 차동 증폭기(43,47)로 검출 신호를 제공하는데, 이후의 대역통과필터(44), 신호 변환부(45) 및 출력 증폭기(48)의 동작은 도 2 및 도 3에서와 동일하고, 신호 변환부(45)역시 도 2에서 설명한 바와 같이, RMS 회로부 및 A/D 변환기로 구성되어, 대역통과필터(44)의 출력신호로부터 실효치(RMS)성분을 검출한 후 이를 디지털의 전류신호로 변환하여 출력 증폭기(48)로 제공한다.
또한, 출력 증폭기(48)는 신호 변환부(45)의 출력 신호 및 제 2 차동 증폭기(47)의 출력 신호를 각각 증폭하여 출력한다.
한편, 본 발명에 따르면, 검출신호 처리부(40)는 알루미나 기판을 사용한 하이브리드 IC로 구성되므로, 안정화 및 소형화를 이룰수 있다.
이상에서 설명한 바와같이, 본 발명의 바람직한 실시예들에 따르면, 종래의 전류 검출 장치에서 사용되는 페라이트 코어가 불필요하므로 소형화 및 경량 구조가 가능하고, 측정 용량에 따른 장치의 크기의 변화가 적으며, 활선 및 온-라인 상태에서도 설치 및 유지 보수가 가능해지는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따르면 종래의 비선형성을 개선하므로써 이에 따른 오차 발생을 최소한으로 줄일 수 있으며, 보다 쉬운 방법으로 측정 개소에서의 온도 변화 및 전류량의 변화를 동시에 비접촉식으로 검출할 수 있는 장점이 있다.

Claims (7)

  1. 소정의 전력선에 흐르는 전류 및 이에 따라 발생하는 열에 의한 상기 전력선의 온도를 검출하기 위한 장치에 있어서,
    소정 레벨의 정전류 및 정전압을 출력하는 정전류/전압원과;
    상기 전력선으로부터 소정의 거리를 두고 설치되어 상기 정전류/전원으로부터 제공되는 정전류 및 상기 전력선에 유기되는 자장에 의거하여 이에 비례하는 전압값을 검출하는 검출수단과;
    상기 검출수단에서 검출된 전압신호를 직류 전류로 변환하는 변환수단과;
    상기 전력선으로부터 소정 거리를 두고 설치되어, 상기 정전류/전압원으로 제공되는 정전압 신호에 따라 구동되어 상기 전력선의 온도 신호를 검출하는 온도센서와;
    상기 온도 센서의 출력 신호를 사전 설정된 레벨신호와 비교하여 그 차이 신호를 증폭하여 출력하는 제 1 차동 증폭기를 포함하는 전력선의 비접촉식 전류 및 온도 검출 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 검출 수단은 홀(Hall)소자인 것을 특징으로 하는 전력선의 비접촉식 전류 및 온도 검출장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 변환 수단은 상기 전압 신호로부터 상기 전압값의 실효치(RMS)성분을 검출하는 RMS 회로부와;
    상기 검출된 RMS 신호를 디지털 신호로 변환하여 직류 전류값을 검출하는 A/D 컨버터로 이루어진 것을 특징으로 하는 전력선의 비접촉식 전류 및 온도 검출장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 장치는, 상기 검출 수단으로부터 검출된 전압값을 차동 증폭하여 출력하는 제 2 차동 증폭기와;
    상기 제 2 차동 증폭기로부터의 출력신호로부터 소정 대역의 대역신호를 필터링하는 대역 통과 필터를 더 포함하는 전력선의 비접촉식 전류 및 온도 검출 장치.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 대역 통과 필터의 필터링 주파수는 60Hz인 것을 특징으로 하는 전력선의 비접촉식 전류 및 온도 검출 장치.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 대역 통과 필터의 필터링 주파수는 50Hz인 것을 특징으로 하는 전력선의 비접촉식 전류 및 온도 검출 장치.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 장치는 상기 신호 변환부의 출력신호 및 상기 제 1 차동 증폭기의 출력신호를 사전 설정된 소정 레벨로 증폭하는 출력 증폭기를 더 포함하는 전력선의 비접촉식 전류 및 온도 검출 장치.
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