KR100712614B1 - 인접전선에 의한 상간간섭을 보정하는 전류측정 장치, 그전류측정 장치를 이용한 전류측정 시스템 및 그전류측정방법 - Google Patents

인접전선에 의한 상간간섭을 보정하는 전류측정 장치, 그전류측정 장치를 이용한 전류측정 시스템 및 그전류측정방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 광전류센서를 이용하여 상호 인접하는 복수의 전선에 흐르는 전류 중 특정 전선에 흐르는 전류를 정확히 측정할 수 있는 전류측정 장치, 전류측정 시스템 및 그 전류측정 방법을 개시한다.
본 발명의 인접전선에 의한 상간간섭을 보정하는 전류측정 장치는, 인접하는 전선들에 각각 대응되는 복수의 광전류센서들 중 타겟 전선에 대응되는 광전류센서의 출력값에 제 1 가중치를 부여한 값에서 상기 타겟 전선에 인접하는 적어도 하나의 인접 전선들에 대응되는 각 광전류센서의 출력값에 각각 서로 다른 가중치를 부여한 값을 감산한 후 그 감산된 값을 이용해 상기 타겟 전선에 흐르는 전류를 계산하는 적어도 하나의 연산계산부들을 구비하며, 인접하는 복수의 전선들 중에서 특정 전선의 전류를 측정할 때 인접한 전선들에 의한 잡음자계의 영향을 제거함으로써 보다 정확하게 원하는 전선의 전류를 측정할 수 있게 된다.

Description

인접전선에 의한 상간간섭을 보정하는 전류측정 장치, 그 전류측정 장치를 이용한 전류측정 시스템 및 그 전류측정방법{Current measuring device for compensating interference by adjacent electric wires, current measuring system using the device and method of the same}
도 1은 본 발명에 따른 전류측정 시스템의 전체 구성을 나타내는 구성도.
도 2는 본 발명의 일 실시예로 사용되는 광전류센서들 중 어느 하나의 구성을 나타내는 구성도.
도 3은 도 1의 전류계산부들의 구성을 보다 상세하게 나타내는 회로도.
도 4는 본 발명에 따른 전류측정방법의 일 실시예로서 인접하게 설치된 3개의 전선에서 인접 전선에 의한 잡음자계의 영향을 보정하여 각 전선에 흐르는 전류의 크기를 계산하는 방법을 설명하기 위한 도면.
본 발명은 광전류센서를 이용하여 전류의 크기를 측정하는 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 광전류센서를 이용하여 인접하는 복수의 전선들 중에서 특정 전선에 흐르는 전류의 세기를 측정시 그 특정 전선에 인접한 전선들에 의한 자계의 영향을 보정함으로써 특정 전선에 흐르는 전류를 보다 정밀하게 측정할 수 있는 전류측정장치 및 그 전류측정방법에 관한 것이다.
전류가 흐르는 전선의 자계를 검출하는 방식은 자기변형 방식과 페러데이 회전자 방식으로 나뉘어진다.
자기변형 방식은 자기변형 물질을 광섬유에 코팅하거나 자기변형 물질에 광섬유를 접착 또는 감아서, 전류의 흐름에 의해 발생되는 자계에 의해 자기변형 물질이 변형되도록 하며, 이에 따른 광섬유의 변형을 유도함으로써 광 위상차의 크기를 통해 전류의 세기를 검출하는 방식이다.
페러데이 회전자 방식은 광섬유 자체 또는 가넷 또는 납유리 등이 전류의 흐름에 의해 발생되는 자계에 의해 편광면을 회전시키는 성질을 이용하여, 광 강도의 변화를 통해 전류에 의한 자계를 측정하고 이를 이용해 전류의 세기를 구하는 방식이다.
이와 같은 광전류센서는 전선에 흐르는 전류에 의한 자계를 검출하는 것이므로, 복수의 전선들이 인접하게 설치되어 있을 때 이들 중 특정 전선(이하, 타겟 전선이라 함)에 대한 전류의 세기를 구하고자 하는 경우 인접한 다른 전선들(이하, 인접 전선이라 함)에 흐르는 전류에 의해 발생되는 자계(이하, 잡음 자계라 함)의 영향을 받게 된다. 즉, 타겟 전선의 주위에 형성된 자계는 그 인접 전선들에 흐르는 전류에 의한 자계의 영향을 받기 때문에, 광전류센서를 이용해 타겟 전선의 주위에 형성된 자계 만을 측정하는 경우 타겟 전선에 흐르는 전류의 세기를 정확하게 측정할 수 없는 문제가 있다.
따라서, 상술된 문제를 해결하기 위한 본 발명의 목적은 인접하는 인접 전선들에 흐르는 전류에 의해 발생되는 잡음 자계의 영향을 보정하여 측정하고자 하는 타겟 전선에 흐르는 전류를 보다 정밀하게 측정할 수 있도록 하는데 있다.
위와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 인접전선에 의한 상간간섭을 보정하는 전류측정 장치는, 인접하는 전선들에 각각 대응되는 복수의 광전류센서들 중 타겟 전선에 대응되는 광전류센서의 출력값에 제 1 가중치를 부여한 값에서 상기 타겟 전선에 인접하는 적어도 하나의 인접 전선들에 대응되는 각 광전류센서의 출력값에 각각 서로 다른 가중치를 부여한 값을 감산한 후 그 감산된 값을 이용해 상기 타겟 전선에 흐르는 전류를 계산하는 적어도 하나의 전류계산부들을 구비한다.
본 발명의 인접전선에 의한 상간간섭을 보정하는 전류측정 시스템은, 전선에 흐르는 전류에 의한 자계를 검출하여 검출된 자계의 크기에 대응되는 센싱값을 출력하는 복수개의 광전류센서들; 및 상기 복수의 광전류센서들 중 타겟 전선에 대응되는 광전류센서의 센싱값에서 상기 타겟 전선에 인접하는 적어도 하나의 인접 전선들에 의한 잡음자계의 영향을 보정하여 상기 타겟 전선에 흐르는 전류를 계산하는 연산장치를 구비한다.
본 발명의 광전류센서를 이용하여 인접하는 복수의 전선들 중 특정 전선에 흐르는 전류를 측정하는 전류측정 방법은, 상기 특정 전선에 대응되는 광전류센서 의 출력값에 기 설정된 제 1 가중치를 부가하는 제 1 단계; 상기 특정 전선에 인접하는 적어도 하나의 인접 전선에 대응되는 각 광전류센서의 출력값에 기 설정된 제 2 가중치를 부가하는 제 2 단계; 및 상기 제 1 가중치가 부가된 값에서 상기 제 2 가중치가 부가된 값을 감산한 후 이를 이용해 상기 특정 전선에 흐르는 전류를 계산하는 제 3 단계를 포함한다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 전류측정 시스템의 전체 구성을 나타내는 구성도이다.
본 발명의 전류측정 시스템은 복수의 광전류센서들(S1 ∼ S3) 및 연산장치(100)를 구비한다.
광전류센서(S1 ∼ S3)는 대응되는 각 전선(1, 2, 3)의 주위에 형성되는 자계를 검출하여 검출된 자계의 크기에 대응되는 센싱값(예컨대, 전압값 V1 ∼ V3)을 출력한다. 본 발명에서의 광전류센서(S1 ∼ S3)는 인접하는 복수의 전선들(1, 2, 3)에 각각 일대일 대응되며, 대응되는 전선에서 일정 거리 떨어진 위치(예컨대, 전선의 위쪽)에 설치되어 전선들(1, 2, 3)에 흐르는 전류에 의해 형성된 자계를 검출한다. 이처럼, 광전류센서(S1 ∼ S3)가 상호 인접하는 복수의 전선들(1, 2, 3)에 일대일 대응되게 설치되는 경우, 각 광전류센서(S1 ∼ S3)에는 대응되는 전선(타겟 전 선)에 흐르는 전류에 의해 발생되는 자계(신호자계) 뿐만 아니라 타겟 전선에 인접하는 전선(인접 전선)들에 흐르는 전류에 의해 발생되는 자계(잡음자계)도 인가된다. 따라서, 타겟 전선에 흐르는 전류의 크기를 정확히 구하기 위해서는 잡음자계에 의한 영향을 보정해주어야 한다.
연산장치(100)는 광전류센서들(S1 ∼ S3)의 센싱값들을 인가받고 이를 이용하여 각 전선(또는 특정 타겟 전선)에 대응되는 광전류센서의 센싱값에서 해당 전선에 인접하는 인접 전선들에 의한 잡음자계의 영향을 제거하여 각 전선(또는 특정 타겟 전선)에 흐르는 전류의 크기를 계산하여 이에 대응되는 전압값(V1 c ∼ V3 c)을 출력한다.
이러한 연산장치(100)는 각각 광전류센서들(S1 ∼ S3)의 센싱값들을 모두 인가받아 타겟 전선에 대응되는 광전류센서의 센싱값에서 인접 전선들에 의한 잡음자계의 영향을 제거하여 타겟 전선에 흐르는 전류를 계산하여 대응되는 전압값(V1 c ∼ V3 c)을 각각 출력하는 복수의 전류계산부들(110 ∼ 130)을 구비한다. 즉, 각 전류계산부(110 ∼ 130)는 인접하는 복수의 전선들(1, 2, 3)에 일대일 대응되며, 대응되는 특정 전선이 해당 전류계산부의 타겟 전선이 된다. 각 전류계산부(110 ∼ 130)는 인가받은 광전류센서들(S1 ∼ S3)의 센싱값(V1 ∼ V3)에 기 설정된 가중치를 곱한 후, 타겟 전선의 위에 설치된 광전류센서에 대응되는 값에서 인접 전선 위에 설치된 광전류센서들에 대응되는 값을 감산함으로써 타겟 전선에 흐르는 전류의 세기를 정확히 계산해낸다. 이때, 각 광전류센서들(S1 ∼ S3)의 센싱값에 곱해지는 가중치에 대해서는 후술된다.
이하의 설명에서는 전선(1)이 전류계산부(110)의 타겟 전선이 되고, 전선(2)이 전류계산부(120)의 타겟 전선이 되며, 전선(3)이 전류계산부(130)의 타겟 전선이라 가정한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예로 사용되는 광전류센서들(S1 ∼ S3) 중 어느 하나(S1)의 구성을 나타내는 구성도이다.
본 발명에서는 광전류센서의 동작 자체에 특징이 있는 것이 아니라 광전류센서를 통해 검출된 센싱값을 처리하는 연산장치에 특징이 있으므로, 광전류센서는 종래 사용되고 있는 어떠한 종류의 광전류센서를 사용하여도 무방하다. 도 2에 도시된 광전류센서(S1)도 통상적으로 사용되고 있는 광전류센서이며, 따라서 여기에서는 도 2에 도시된 광전류센서(S1)의 동작원리만을 간략하게 설명한다.
광원(11)으로부터 출사된 후 입력측 광섬유(12a)를 통해 전송된 광신호는 셀폭렌즈(13a)에 의해 평행광이 된다. 평행광이 된 광신호는 입력측 PBS(Polarizing Beam Splitter, 14a)에 의해 직선편광이 된 후 페러데이 회전자(15)를 투과한다.
페러데이 회전자(15)는 전선(1)에 흐르는 전류에 의해 발생되는 자계에 비례하여 직선편광의 편광면을 회전시킨다. 이 편광면이 회전된 정도는 출력측 PBS (14b)에 의해 광 강도의 세기로 변환되고, 90도 굴절 프리즘(16)에 의해 굴절되어 출력측 셀폭렌즈(13b)에 의해 집속된다. 셀폭렌즈(13b)에 집속된 광신호는 출력측 광섬유(12b)를 통해 포토다이오드(17)에 입사되어 전기 신호로 변환된다. 신호처리회로(20)는 포토다이오드(17)에 의해 변환된 전기 신호를 신호처리하여, 전선(1)에 흐르는 전류의 크기에 비례하는 전압값을 전선(1)에 대한 센싱값으로서 출력한다.
도 3은 도 1의 전류계산부들(110 ∼ 130)의 구성을 보다 상세하게 나타내는 회로도이다.
각 전류계산부(110 ∼ 130)는 전압보정부(112, 114) 및 출력보정부(116)를 구비하며, 전압보정부(112, 114)는 보정 순서에 따라 1차 전압보정부(112) 및 2차 전압보정부(114)로 구분된다.
1차 전압보정부(112)는 타겟 전선(1)에 대응되는 광전류센서(S1)의 출력전압에서 인접 전선(2)의 잡음자계에 의한 영향을 보정해준다. 이를 위해, 1차 전압보정부(112)는 광전류센서(S1)의 출력전압(V1)에 기 설정된 제 1 가중치(
Figure 112006096520057-pat00276
)를 곱한 후 그 값에서 인접 전선(2)에 대응되는 광전류센서(S2)의 출력전압(V2)에 제 2 가중치(
Figure 112006096520057-pat00277
)를 곱한 값을 뺀다. 이러한 1차 전압보정부(112)는 도 3에서와 같이 OP앰프 OP1, OP2, OP4, 저항 R1 ∼ R5 및 가변저항 VR1, VR2을 구비한다.
2차 전압보정부(114)는 1차 전압보정부(112)의 출력전압에서 인접전선(3)의 잡음자계에 의한 영향을 보정해준다. 이를 위해, 2차 전압보정부(114)는 1차 보정부(112)의 출력전압에서 광전류센서(S3)의 출력전압(V3)에 제 3 가중치(
Figure 112006096520057-pat00278
)를 곱한 값을 뺀다. 이러한 2차 전압보정부(114)는 OP앰프 OP3, OP5, 저항 R6 ∼ R9 및 가변저항 VR3을 구비한다.
출력보정부(116)는 2차 전압보정부(114)의 출력전압의 크기를 조절하여 타겟 전선(1)의 전류의 크기에 대응되는 전압값을 출력한다. 이러한 출력보정부(116)는 OP앰프 OP6, 저항 R10 및 가변저항 VR4를 구비한다.
상술된 도 3에서는 인접하는 전선들(1, 2, 3)이 3개인 경우를 예로 들고 있기 때문에 2개의 전압보정부(112, 114) 만을 구비하고 있으며, 인접한 전선들의 수가 늘어나면 그 늘어나는 수에 비례하여 전압보정부의 구성을 추가하면 된다.
도 4는 본 발명에 따른 전류측정방법의 일 실시예로서 인접하게 설치된 3개의 전선(1, 2, 3)에서 인접 전선에 의한 잡음자계의 영향을 보정하여 각 전선(1, 2, 3)에 흐르는 전류의 크기를 계산하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
각 광전류센서(S1 ∼ S3)는 인접하는 전선들(1, 2, 3)과 일대일 대응되며, 대응되는 전선의 위에 일정 간격을 두고 설치된다. 이때, 광전류센서(S1)와 각 전선(1, 2, 3) 사이의 거리는 각각 r11, r12, r13이며, 광전류센서(S2)와 각 전선(1, 2, 3) 사이의 거리는 각각 r21, r22, r23이고, 광전류센서(S3)와 각 전선(1, 2, 3) 사이의 거리는 각각 r31, r32, r33이라 한다.
각 전선(1, 2, 3)에 흐르는 전류
Figure 112005057676044-pat00001
,
Figure 112005057676044-pat00002
,
Figure 112005057676044-pat00003
는 각각 위상차가 120도 나는 통상의 3상 전류이므로 다음 식과 같이 표현할 수 있다.
Figure 112005057676044-pat00004
Figure 112005057676044-pat00005
Figure 112005057676044-pat00006
, ,
여기에서,
Figure 112005057676044-pat00007
,
Figure 112005057676044-pat00008
는 각각 전류 I1, I2의 진폭, ω는 각진동수, t는 시간을 나타낸다. 이때, 두 전류 I1, I2의 각진동수 ω를 같게 놓은 것은 통상 사용하는 교류의 주파수가 60 Hz 또는 50 Hz 등으로 정해져 있기 때문이다. 물론, 직류의 경우에도 본 발명은 성립하며, 전류를 교류로 한 것은 보다 일반적인 경우를 생각하기 위해서이다.
이때, 각 광전류센서(S1 ∼ S3)에는 각각 대응되는 전선(타겟 전선)에 흐르는 전류에 의해 발생되는 자계(신호자계) 뿐만 아니라 대응되지 않는 전선(인접 전선)에 흐르는 전류에 의해 발생되는 자계(잡음자계)가 동시에 인가된다. 따라서, 전선들(1, 2, 3)에 흐르는 전류에 의해 각 광전류센서(S1 ∼ S3)에 인가되는 자계(
Figure 112005057676044-pat00009
,
Figure 112005057676044-pat00010
,
Figure 112005057676044-pat00011
)는 각각 다음 식과 같다.
Figure 112005057676044-pat00012
Figure 112005057676044-pat00013
Figure 112005057676044-pat00014
여기서
Figure 112005057676044-pat00015
,
Figure 112005057676044-pat00016
,
Figure 112005057676044-pat00017
는 각각 광전류센서(S1 ∼ S3)에 인가되는 자계에 의해 얻어진 전압 즉 광전류센서(S1 ∼ S3)에서 출력되는 센싱값(센싱전압)을 나타낸다.
수학식 2는 앙페르의 법칙을 이용한 것으로, 단위계로는 cgs 단위계를 사용했다. 즉, 자계의 단위는 Oe, 전류의 단위는 A, 거리의 단위는 cm이다.
그리고, 광전류센서(S1 ∼ S3)는 통상 자계에 비례한 전압을 출력함으로써 대응되는 전선에 흐르는 전류에 의한 자계를 검출하므로, 수학식 2와 같은 자계가 인가되었을 때의 광전류센서(S1 ∼ S3)로부터 얻어지는 출력전압(센싱값)을 각각
Figure 112005057676044-pat00018
,
Figure 112005057676044-pat00019
,
Figure 112005057676044-pat00020
(단,
Figure 112005057676044-pat00021
,
Figure 112005057676044-pat00022
,
Figure 112005057676044-pat00023
, 여기서,
Figure 112005057676044-pat00024
Figure 112005057676044-pat00025
,
Figure 112005057676044-pat00026
와
Figure 112005057676044-pat00027
Figure 112005057676044-pat00028
,
Figure 112005057676044-pat00029
는 각각
Figure 112005057676044-pat00030
,
Figure 112005057676044-pat00031
,
Figure 112005057676044-pat00032
의 진폭 및 위상)라고 하면 위와 같은 식이 성립한다.
수학식 2에서
Figure 112005057676044-pat00033
,
Figure 112005057676044-pat00034
,
Figure 112005057676044-pat00035
의 계수들
Figure 112005057676044-pat00036
,
Figure 112005057676044-pat00037
,
Figure 112005057676044-pat00038
,
Figure 112005057676044-pat00039
,
Figure 112005057676044-pat00040
,
Figure 112005057676044-pat00041
,
Figure 112005057676044-pat00042
,
Figure 112005057676044-pat00043
,
Figure 112005057676044-pat00044
은 r11, r12, r13, r21, r22, r23, r31, r32, r33을 실측하여 그 값을 수학식 2에 대입하여 구할 수도 있으나, 본 실시예에서는 보다 정확한 측정을 위해 수학식 2에서
Figure 112005057676044-pat00045
,
Figure 112005057676044-pat00046
,
Figure 112005057676044-pat00047
앞의 계수들
Figure 112005057676044-pat00048
,
Figure 112005057676044-pat00049
,
Figure 112005057676044-pat00050
,
Figure 112005057676044-pat00051
,
Figure 112005057676044-pat00052
,
Figure 112005057676044-pat00053
,
Figure 112005057676044-pat00054
,
Figure 112005057676044-pat00055
,
Figure 112005057676044-pat00056
을 다음과 같은 방법을 이용하여 실험적으로 구하였다.
우선, 전선(1)에만 그 값을 알고 있는 전류
Figure 112005057676044-pat00057
가 흐르도록 하고 다른 전선(2, 3)에는 전류가 흐르지 않도록 한 상태(
Figure 112005057676044-pat00058
=0,
Figure 112005057676044-pat00059
=0)에서, 각 광전류센서(S1 ∼ S3)에서 센싱된 값
Figure 112005057676044-pat00060
,
Figure 112005057676044-pat00061
,
Figure 112005057676044-pat00062
을 구한다. 다음에, 수학식 2에
Figure 112005057676044-pat00063
값을 대입하고
Figure 112005057676044-pat00064
,
Figure 112005057676044-pat00065
값으로는 0을 대입한다. 그리고,
Figure 112005057676044-pat00066
,
Figure 112005057676044-pat00067
,
Figure 112005057676044-pat00068
값으로는 각 광전류센서(S1 ∼ S3)의 출력값(센싱값)을 대입한다. 이로부터, 다음과 같이
Figure 112005057676044-pat00069
,
Figure 112005057676044-pat00070
,
Figure 112005057676044-pat00071
값을 구할 수 있다.
Figure 112005057676044-pat00072
Figure 112005057676044-pat00073
Figure 112005057676044-pat00074
, ,
유사하게, 전선(2)에만 전류
Figure 112005057676044-pat00075
가 흐르도록 하고, 전선(1, 3)에는 전류가 흐르지 않도록 한 상태(
Figure 112005057676044-pat00076
=0,
Figure 112005057676044-pat00077
=0)에서, 각 광전류센서(S1 ∼ S3)에서 센싱된 값
Figure 112005057676044-pat00078
,
Figure 112005057676044-pat00079
,
Figure 112005057676044-pat00080
을 구한다. 다음에, 수학식 2에
Figure 112005057676044-pat00081
값을 대입하고
Figure 112005057676044-pat00082
,
Figure 112005057676044-pat00083
값으로는 0을 대입한다. 그리고,
Figure 112005057676044-pat00084
,
Figure 112005057676044-pat00085
,
Figure 112005057676044-pat00086
값으로는 각 광전류센서(S1 ∼ S3)의 출력값(센싱값)을 대입한다. 이로부터, 다음과 같이
Figure 112005057676044-pat00087
,
Figure 112005057676044-pat00088
,
Figure 112005057676044-pat00089
값을 구할 수 있다.
Figure 112005057676044-pat00090
Figure 112005057676044-pat00091
Figure 112005057676044-pat00092
, ,
마지막으로, 전선(3)에만 전류
Figure 112005057676044-pat00093
가 흐르도록 하고, 전선(1, 2)에는 전류가 흐르지 않도록 한 상태(
Figure 112005057676044-pat00094
=0,
Figure 112005057676044-pat00095
=0)에서, 각 광전류센서(S1 ∼ S3)에서 센싱 된 값
Figure 112005057676044-pat00096
,
Figure 112005057676044-pat00097
,
Figure 112005057676044-pat00098
을 구한다. 다음에, 수학식 2에
Figure 112005057676044-pat00099
값을 대입하고
Figure 112005057676044-pat00100
,
Figure 112005057676044-pat00101
값으로는 0을 대입한다. 그리고,
Figure 112005057676044-pat00102
,
Figure 112005057676044-pat00103
,
Figure 112005057676044-pat00104
값으로는 각 광전류센서(S1 ∼ S3)의 출력값(센싱값)을 대입한다. 이로부터, 다음과 같이
Figure 112005057676044-pat00105
,
Figure 112005057676044-pat00106
,
Figure 112005057676044-pat00107
값을 구할 수 있다.
Figure 112005057676044-pat00108
Figure 112005057676044-pat00109
Figure 112005057676044-pat00110
, ,
이와 같이하여 얻어진 수학식 3 내지 수학식 5의 값들을 수학식 2에 대입한 후, 이를
Figure 112005057676044-pat00111
,
Figure 112005057676044-pat00112
,
Figure 112005057676044-pat00113
에 관하여 다시 정리하면 다음과 같은 수학식 6을 얻을 수 있다.
Figure 112005057676044-pat00114
Figure 112005057676044-pat00115
Figure 112005057676044-pat00116
여기서
Figure 112005057676044-pat00117
,
Figure 112005057676044-pat00118
,
Figure 112005057676044-pat00119
앞의 계수는 인접 전선으로부터의 잡음자계를 제거하기 위한 가중치를 나타내고,
Figure 112005057676044-pat00120
,
Figure 112005057676044-pat00121
,
Figure 112005057676044-pat00122
는 인접 전선으로부터의 잡음자계를 제거한 후 얻어지는 보정된 출력 값을 의미한다.
도 3의 전류계산부(110)의 회로도는 수학식 6에서
Figure 112006096520057-pat00123
에 대한 연산이 수행되도록 설계된 회로로서, 각 가변저항 VR1 ∼ VR3의 크기를 적절히 조절하여 광전류센서(S1 ∼ S3)로부터 인가되는 전압
Figure 112006096520057-pat00124
,
Figure 112006096520057-pat00125
,
Figure 112006096520057-pat00126
에 각각 가중치 10.700(
Figure 112006096520057-pat00279
), 가중치 2.510(
Figure 112006096520057-pat00280
), 가중치 0.662(
Figure 112006096520057-pat00281
)가 곱해지도록 한다. 이때, 저항 R1, R2, R6은 일정 크기로 고정하고 가변저항 VR1, VR2, VR3의 크기를 적절히 조절함으로써, 광전류센서의 출력전압(V1, V2, V3)에 원하는 가중치를 곱한 값을 OP앰프의 출력값으로 얻을 수 있다. 예컨대, 저항 R1, R2, R6을 1 ㏀으로 고정한 상태에서 가변저항 VR1, VR2, VR3의 크기를 각각 10.7 ㏀, 2.51 ㏀, 0.062 ㏀으로 조절함으로써, OP 앰프 OP1, OP2, OP3의 출력값으로서 광전류센서의 출력전압(V1, V2, V3)에 각각 가중치 10.7, 2.51, 0.062를 곱한 10.7V1, 2.51V2, 0.062V3를 얻을 수 있다. 이로써, 수학식 6에서와 같이 전선(1)에 흐르는 전류
Figure 112006096520057-pat00127
의 크기를 정확히 구할 수 있게 된다.
도 3은 도 1의 연산장치(100)에서
Figure 112005057676044-pat00128
즉 전선(1)에 흐르는 전류
Figure 112005057676044-pat00129
를 구하기 위한 전류계산부(110)의 회로구성만을 도시하고 있으나, 도 3과 동일한 구조를 가지며 수학식 6에서 전류
Figure 112005057676044-pat00130
,
Figure 112005057676044-pat00131
에 대한 전압
Figure 112005057676044-pat00132
,
Figure 112005057676044-pat00133
의 계수에 맞게 가변저항 VR1 ∼ VR3의 크기를 적절히 조절하여 전류계산부(120, 130)를 형성함으로써 전선(2, 3)에 흐르는 전류
Figure 112005057676044-pat00134
,
Figure 112005057676044-pat00135
도 역시 정확하게 구할 수 있다. 또한, 도 3의 회로구성은 단지 본 발명의 일실시를 나타낸 것으로서, 상술된 보정기능을 수행할 수 있다면 어떠한 형태로 회로를 구성하여도 무방하다.
상술한 바와 같이 구성한 회로가 인접 전선에 의한 잡음 자계를 제거하여, 각 전선에 흐르는 전류에 비례하는 전압을 제대로 출력하는지 다음과 같은 실험을 통하여 확인하였다.
표 1은, 인접 전선의 자계에 의해 영향을 받지 않는 표준 CT와 오실로스코프(미도시)를 이용하여 전선(1, 2, 3)에 각각 120도의 위상차를 갖는 3상 전류
Figure 112005057676044-pat00136
,
Figure 112005057676044-pat00137
,
Figure 112005057676044-pat00138
가 흐르도록 하였을 때, 임의의 시각 t1, t2에서 각 광전류센서(S1 ∼ S3)의 출력전압(센싱값)
Figure 112005057676044-pat00139
,
Figure 112005057676044-pat00140
,
Figure 112005057676044-pat00141
을 이용하여 구한 전류값
Figure 112005057676044-pat00142
,
Figure 112005057676044-pat00143
,
Figure 112005057676044-pat00144
과, 본 발명에 따른 보정방법을 적용한 연산장치(100)의 각 전류계산부(110 ∼ 130)의 출력전압
Figure 112005057676044-pat00145
,
Figure 112005057676044-pat00146
,
Figure 112005057676044-pat00147
을 이용하여 구한 전류값
Figure 112005057676044-pat00148
,
Figure 112005057676044-pat00149
,
Figure 112005057676044-pat00150
및 표 준 CT에 의해 얻어지는 전류 값
Figure 112005057676044-pat00151
,
Figure 112005057676044-pat00152
,
Figure 112005057676044-pat00153
을 비교한 값을 나타낸다.
시각 I1a I2a I3a I1b I2b I3b I1c I2c I3c
t1 -83.45 -15.19 15.48 -865.0 -0.196 259.9 -866 0 259.8
t2 -91.93 3.75 9.13 -999.1 249.9 150.1 -1000 250 150
표 1에서 보듯이, 본 발명의 연산장치(100)에 의해 잡음자계가 제거된 전류값
Figure 112005057676044-pat00154
,
Figure 112005057676044-pat00155
,
Figure 112005057676044-pat00156
은 작은 오차범위 내에서 표준 CT에 의해 얻어지는 전류값
Figure 112005057676044-pat00157
,
Figure 112005057676044-pat00158
,
Figure 112005057676044-pat00159
과 잘 일치하는 것을 알 수 있다. 반면에, 광전류센서(S1 ∼ S3)의 출력전압(센싱값)
Figure 112005057676044-pat00160
,
Figure 112005057676044-pat00161
,
Figure 112005057676044-pat00162
을 이용하여 구한 전류값
Figure 112005057676044-pat00163
,
Figure 112005057676044-pat00164
,
Figure 112005057676044-pat00165
은 인접 전선에 의한 잡음 자계로 인하여 표준 CT에 의해 얻어지는 전류값
Figure 112005057676044-pat00166
,
Figure 112005057676044-pat00167
,
Figure 112005057676044-pat00168
과 많은 차이가 나고 있음을 알 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 전류측정방법은 표 1에서와 같이 위상차가 120도씩 나는 정상적인 3상 전류에 적용할 수 있을 뿐만 아니라, 3상간의 위상차가 120도가 아닌 사고 전류의 경우에도 적용이 가능하다.
예를 들어, 아래의 수학식 7과 같이
Figure 112005057676044-pat00169
,
Figure 112005057676044-pat00170
간에 30도 위상차가 나고,
Figure 112005057676044-pat00171
,
Figure 112005057676044-pat00172
간에는 120도 위상차이며,
Figure 112005057676044-pat00173
,
Figure 112005057676044-pat00174
간에는 150도 위상차가 나는 경우에 대해, 위와 같은 방법으로 전류를 측정한 결과, 표 2와 같이 전류값
Figure 112005057676044-pat00175
,
Figure 112005057676044-pat00176
,
Figure 112005057676044-pat00177
이 작은 오차범위 내에서 전류값
Figure 112005057676044-pat00178
,
Figure 112005057676044-pat00179
,
Figure 112005057676044-pat00180
과 잘 일치했다.
Figure 112005057676044-pat00181
Figure 112005057676044-pat00182
Figure 112005057676044-pat00183
, ,
시각 I1a I2a I3a I1b I2b I3b I1c I2c I3c
t1 -46.85 -6.01 19.92 -499.4 -0.14 259.9 -500 0 259.8
t2 8.07 28.75 21.25 0.12 249.98 150.12 0 250 150
아울러, 본 발명에 따른 전류측정방법은 실험결과 3상간의 위상차가 다른 경우 뿐만 아니라 3상간의 주파수가 일치하지 않는 고장시의 전류에 관하여도 유효하였다.
예컨대, 아래의 수학식 8과 같이
Figure 112005057676044-pat00184
,
Figure 112005057676044-pat00185
간에 30도 위상차가 나고,
Figure 112005057676044-pat00186
,
Figure 112005057676044-pat00187
간에는 120도 위상차이며,
Figure 112005057676044-pat00188
,
Figure 112005057676044-pat00189
간에는 150도 위상차가 나며,
Figure 112005057676044-pat00190
은 주파수가 30 Hz이고,
Figure 112005057676044-pat00191
와
Figure 112005057676044-pat00192
의 주파수는 60 Hz인 경우에 대해, 위와 같은 방법으로 보정하여 측정한 결과, 표 3과 같이 전류값
Figure 112005057676044-pat00193
,
Figure 112005057676044-pat00194
,
Figure 112005057676044-pat00195
이 작은 오차범위 내에서 전류값
Figure 112005057676044-pat00196
,
Figure 112005057676044-pat00197
,
Figure 112005057676044-pat00198
과 잘 일치했다.
Figure 112005057676044-pat00199
Figure 112005057676044-pat00200
Figure 112005057676044-pat00201
, ,
Figure 112005057676044-pat00202
,
Figure 112005057676044-pat00203
Figure 112005057676044-pat00204
,
Figure 112005057676044-pat00205
시각 I1a I2a I3a I1b I2b I3b I1c I2c I3c
t1 53.15 19.00 32.04 499.8 0.03 259.8 500 0 259.8
t2 -46.85 -6.01 19.92 -499.4 -0.14 259.9 -500 0 259.8
상술된 실시예에서는 3개의 전선이 인접하는 경우에 대해 설명하고 있으나, 이를 n개의 인접한 전선에 대해 일반화하면 다음과 같다.
전선 n개에 번호를 붙혀서, 1, 2, 3, …, n번 전선이라고 하고, 이 전선들에 각각 다음 식으로 주어지는 전류
Figure 112005057676044-pat00206
,
Figure 112005057676044-pat00207
,
Figure 112005057676044-pat00208
, …,
Figure 112005057676044-pat00209
이 흐른다고 가정한다.
Figure 112005057676044-pat00210
Figure 112005057676044-pat00211
Figure 112005057676044-pat00212
.
.
.
Figure 112005057676044-pat00213
여기서,
Figure 112005057676044-pat00214
,
Figure 112005057676044-pat00215
,
Figure 112005057676044-pat00216
, ...,
Figure 112005057676044-pat00217
는, 앞에서와 같이, 각각 전류
Figure 112005057676044-pat00218
,
Figure 112005057676044-pat00219
Figure 112005057676044-pat00220
,
Figure 112005057676044-pat00221
, …,
Figure 112005057676044-pat00222
의 진폭이며,
Figure 112005057676044-pat00223
는 각진동수, t는 시간,
Figure 112005057676044-pat00224
,
Figure 112005057676044-pat00225
,
Figure 112005057676044-pat00226
, …,
Figure 112005057676044-pat00227
는 전류
Figure 112005057676044-pat00228
,
Figure 112005057676044-pat00229
Figure 112005057676044-pat00230
,
Figure 112005057676044-pat00231
, ...,
Figure 112005057676044-pat00232
의 위상을 나타낸다.
또, 광전류센서(S1 ∼ Sn)와 전선(1, 2, 3, …, n)과의 거리를 각각
Figure 112005057676044-pat00233
,
Figure 112005057676044-pat00234
,
Figure 112005057676044-pat00235
, ...,
Figure 112005057676044-pat00236
Figure 112005057676044-pat00237
,
Figure 112005057676044-pat00238
,
Figure 112005057676044-pat00239
, ...,
Figure 112005057676044-pat00240
Figure 112005057676044-pat00241
,
Figure 112005057676044-pat00242
,
Figure 112005057676044-pat00243
, ...,
Figure 112005057676044-pat00244
.
.
.
Figure 112005057676044-pat00245
,
Figure 112005057676044-pat00246
,
Figure 112005057676044-pat00247
, ...,
Figure 112005057676044-pat00248
이라고 한다.
그러면 각 광전류센서(S1 ∼ Sn)에 인가되는 자계는 다음식과 같다.
Figure 112005057676044-pat00249
Figure 112005057676044-pat00250
Figure 112005057676044-pat00251
.
.
.
Figure 112005057676044-pat00252
여기서,
Figure 112005057676044-pat00253
,
Figure 112005057676044-pat00254
,
Figure 112005057676044-pat00255
, ...,
Figure 112005057676044-pat00256
는 각각 광전류센서(S1 ∼ Sn)로부터 얻어지는 출력전압(센싱값)이다. 수학식 10의
Figure 112005057676044-pat00257
에 대한 식에서 우변 첫 번째항은 측정하고자 하는 전선의 전류에 의한 신호자계를 나타내며, 나머지 항은 인접한 전선으로 부터의 잡음자계를 나타낸다.
수학식 10의 연립방정식을
Figure 112005057676044-pat00258
,
Figure 112005057676044-pat00259
,
Figure 112005057676044-pat00260
, ...,
Figure 112005057676044-pat00261
에 대해 풀면 다음식과 같은 결과를 얻는다.
Figure 112005057676044-pat00262
Figure 112005057676044-pat00263
Figure 112005057676044-pat00264
.
.
.
Figure 112005057676044-pat00265
.
.
.
Figure 112005057676044-pat00266
여기서
Figure 112005057676044-pat00267
는 연립방정식인 수학식 10을 풀어서 얻어지는 상수로서, 측정하고자 하는 전선 위에 설치된 광전류센서의 출력값과 인접한 전선 위에 설치된 광전 류센서들로부터 얻어지는 출력값을 이용하여, 인접 전선에 의한 잡음자계를 제거 하기 위한 가중치의 의미를 지닌다.
따라서, 수학식 11의 우변과 같이 각 광전류센서로부터 얻어진 출력값에 가중치를 곱하여 연산을 한 것을 각 광전류센서의 보정 출력값으로 하면, 인접 전선에 의한 잡음자계를 제거한
Figure 112005057676044-pat00268
,
Figure 112005057676044-pat00269
,
Figure 112005057676044-pat00270
, …,
Figure 112005057676044-pat00271
값을 정밀하게 구할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 전류측정장치는 인접하는 복수의 전선들 중에서 특정 전선의 전류를 측정할 때 인접한 전선들에 의한 잡음자계의 영향을 제거함으로써 보다 정확하게 원하는 전선의 전류를 측정할 수 있게 된다.

Claims (8)

  1. 인접하는 N(N은 2 이상의 자연수)개의 전선들에 각각 대응되는 복수의 광전류센서들 중 타겟 전선에 대응되는 광전류센서의 출력값에 제 1 가중치를 부여한 값에서 상기 타겟 전선에 인접하는 K(1≤K≤N-1)개의 인접 전선들에 대응되는 각 광전류센서의 출력값에 각각 서로 다른 가중치를 부여한 값을 감산한 후 그 감산된 값을 이용해 상기 타겟 전선에 흐르는 전류를 계산하는 적어도 하나의 전류계산부들을 구비하는 인접전선에 의한 상간간섭을 보정하는 전류측정 장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 전류계산부는
    상기 타겟 전선에 대응되는 광전류센서의 출력값에 상기 제 1 가중치를 부여한 값에서 상기 인접 전선들에 대응되는 광전류센서들의 출력값에 각각 서로 다른 가중치를 부여한 값을 감산하여 출력하는 전압보정부; 및
    상기 전압보정부의 출력값의 크기를 조절하여 상기 타겟 전선의 전류의 크기에 대응되는 전압값을 출력하는 출력보정부를 구비하는 것을 특징으로 하는 인접전선에 의한 상간간섭을 보정하는 전류측정 장치.
  3. 전선에 흐르는 전류에 의한 자계를 검출하여 검출된 자계의 크기에 대응되는 센싱값을 출력하는 복수개의 광전류센서들; 및
    상기 복수의 광전류센서들 중 타겟 전선에 대응되는 광전류센서의 센싱값에 서 상기 타겟 전선에 인접하는 적어도 하나의 인접 전선들에 의한 잡음자계의 영향을 보정하여 상기 타겟 전선에 흐르는 전류를 계산하는 연산장치를 구비하는 인접전선에 의한 상간간섭을 보정하는 전류측정 시스템.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 복수의 광전류센서들은
    상기 타겟 전선 및 인접 전선들에 각각 일대일 대응되도록 설치되어 대응되는 전선 주위의 자계를 검출하는 것을 특징으로 하는 인접전선에 의한 상간간섭을 보정하는 전류측정 시스템.
  5. 제 3항에 있어서, 상기 연산장치는
    상기 타겟 전선에 대응되는 광전류센서의 출력값에 제 1 가중치를 부여한 값에서 상기 인접 전선들에 대응되는 각 광전류센서의 출력값에 각각 서로 다른 가중치를 부여한 값을 감산한 후 그 감산된 값을 이용해 상기 타겟 전선에 흐르는 전류를 계산하는 적어도 하나의 전류계산부들을 구비하는 인접전선에 의한 상간간섭을 보정하는 전류측정 시스템.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 전류계산부는
    상기 타겟 전선에 대응되는 광전류센서의 출력값에 상기 제 1 가중치를 부여한 값에서 상기 인접 전선들에 대응되는 광전류센서들의 출력값에 각각 서로 다른 가중치를 부여한 값을 감산하는 전압보정부; 및
    상기 전압보정부의 출력값의 크기를 조절하여 상기 타겟 전선의 전류의 크기에 대응되는 전압값을 출력하는 출력보정부를 구비하는 것을 특징으로 하는 인접전선에 의한 상간간섭을 보정하는 전류측정 시스템.
  7. 광전류센서를 이용하여 인접하는 복수의 전선들 중 특정 전선에 흐르는 전류를 측정하는 방법에 있어서,
    상기 특정 전선에 대응되는 광전류센서의 출력값에 기 설정된 제 1 가중치를 부가하는 제 1 단계;
    상기 특정 전선에 인접하는 적어도 하나의 인접 전선에 대응되는 적어도 각 광전류센서의 출력값에 기 설정된 제 2 가중치를 부가하는 제 2 단계; 및
    상기 제 1 가중치가 부가된 값에서 상기 제 2 가중치가 부가된 값을 감산한 후 이를 이용해 상기 특정 전선에 흐르는 전류를 계산하는 제 3 단계를 포함하는 인접전선에 의한 상간간섭을 보정하는 전류측정 방법.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 가중치는
    상기 인접하는 복수의 전선들 모두에 전류가 흐르는 상태에서 각 전선에 일대일 대응되는 각 광전류센서의 출력값과, 상기 인접하는 복수의 전선들을 순차적으로 하나의 전선에만 전류가 흐르도록 한 각각의 상태에서 상기 각 광전류센서의 출력값을 이용하여 구해지는 것을 특징으로 하는 인접전선에 의한 상간간섭을 보정하는 전류측정 방법.
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