KR100848681B1 - The installation Apparatus for optical current transformers - Google Patents
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Abstract
본 발명은 광 전류센서 설치장치에 관한 것으로, 보다 자세하게는 광전류 센서의 센싱부를 전류가 흐르는 케이블이나 부스바 위에서 어떠한 외부 충격이나 영향에 의해서도 같은 위치에 고정함으로써, 항상 정확한 전류의 측정이 가능한 광 전류센서 설치장치에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus for installing an optical current sensor, and more particularly, an optical current capable of measuring an accurate current at all times by fixing the sensing unit of the photocurrent sensor at the same position by any external impact or influence on a cable or busbar through which the current flows. It relates to a sensor installation device.
본 발명의 광 전류센서 설치장치는 인접하는 N(N은 2 이상의 자연수)개의 전선들에 각각 대응되는 복수의 광전류센서들 중 타겟 케이블에 대응되는 광전류센서의 출력값에 제 1 가중치를 부여한 값에서 상기 타겟 케이블에 인접하는 인접 케이블들에 대응되는 각 광전류센서의 출력값에 각각 서로 다른 가중치를 부여한 값을 감산한 후 그 감산된 값을 이용해 상기 타겟 케이블에 흐르는 전류를 계산하기 위해서, 내주면에 케이블을 고정하는 N개의 케이블고정부를 구비하고, 외주면에 상기 케이블의 전류값을 측정하기 위한 광 전류센서를 고정하는 N개의 센서고정부를 구비하는 제1고정부; 내주면에 상기 제1고정부의 케이블고정부와 대향되어 상기 케이블을 고정하는 N개의 케이블고정부를 구비하는 제2고정부; 및 상기 제1고정부와 상기 제2고정부를 결합하기 위한 결합부를 포함함에 그 기술적 특징이 있다.The photocurrent sensor installation device of the present invention is the above-mentioned value at a value given a first weight to the output value of the photocurrent sensor corresponding to the target cable among the plurality of photocurrent sensors corresponding to each of N (N is a natural number of two or more) wires In order to calculate the current flowing through the target cable by subtracting the weighted values of the respective photocurrent sensors corresponding to adjacent cables adjacent to the target cable, and using the subtracted values, the cable is fixed to the inner circumferential surface. A first fixing part having N sensor fixing parts for fixing an optical current sensor for measuring a current value of the cable on an outer circumferential surface thereof; A second fixing part having N cable fixing parts which face the cable fixing part of the first fixing part on an inner circumferential surface to fix the cable; And a coupling part for coupling the first fixing part and the second fixing part.
광 전류센서, 고정, 설치, 측정. Optical current sensor, fixed, installed, measured.
Description
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 광 전류센서 설치장치 구성도,1 is a configuration diagram of a photocurrent sensor installation device according to an embodiment of the present invention,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전류측정 시스템의 블럭구성도,2 is a block diagram of a current measurement system according to an embodiment of the present invention;
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 광전류센서 구성도,3 is a configuration diagram of a photocurrent sensor according to an embodiment of the present invention;
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 전류계산부 회로도,4 is a circuit diagram illustrating a current calculator according to an embodiment of the present invention;
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 전류측정 개념도.5 is a conceptual diagram of current measurement according to an embodiment of the present invention.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
100: 제1고정부 110: 제2고정부100: First Government 110: Second Government
120: 센서고정부 130, 150: 결합부120:
140: 케이블고정부 140: cable fixing
본 발명은 광 전류센서 설치장치에 관한 것으로, 보다 자세하게는 광전류 센서의 센싱부를 전류가 흐르는 케이블이나 부스바 위에서 어떠한 외부 충격이나 영향에 의해서도 같은 위치에 고정함으로써, 항상 정확한 전류의 측정이 가능한 광 전류센서 설치장치에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus for installing an optical current sensor, and more particularly, an optical current capable of measuring an accurate current at all times by fixing the sensing unit of the photocurrent sensor at the same position by any external impact or influence on a cable or busbar through which the current flows. It relates to a sensor installation device.
광 전류센서는 센싱부가 전류가 흐르는 케이블이나 케이블상에 일정한 간격으로 고정 설치되어, 이 지점에서 전류에 의해 발생된 자계의 세기를 검출하여 센싱부를 통과하는 광의 세기를 자기장의 세기와 비례적으로 변조하여 최종적으로 신호처리 회로에서 광전 변환을 통해 전류를 측정하는 장치로써, 센싱부의 설치방법에 따라 센서출력이 많이 변한다는 특징을 가지고 있다.The optical current sensor is fixedly installed on the cable or cable through which the sensing part flows at regular intervals. At this point, the optical current sensor detects the strength of the magnetic field generated by the current and modulates the intensity of the light passing through the sensing part in proportion to the strength of the magnetic field. Finally, as a device for measuring current through photoelectric conversion in a signal processing circuit, the sensor output varies considerably according to the installation method of the sensing unit.
전류가 흐르는 케이블의 자계를 검출하는 방식은 자기변형 방식과 페러데이 회전자 방식으로 나뉘어진다.The magnetic field of the current flowing cable is divided into a magnetostriction and a Faraday rotor method.
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.The magnetostrictive method coats the magnetostrictive material on the optical fiber or adheres or winds the optical fiber to the magnetostrictive material, so that the magnetostrictive material is deformed by the magnetic field generated by the flow of current, thereby inducing the optical fiber deformation. This method detects the strength of current through the magnitude of the phase difference.
페러데이 회전자 방식은 광섬유 자체 또는 가넷, 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.The Faraday rotor method uses the property that the optical fiber itself or garnet, lead glass, etc. rotate the polarization plane by the magnetic field generated by the flow of current, and measure the magnetic field caused by the current through the change of the light intensity. It's a way to find the century.
자기변형 방식이나 광섬유 페러데이 회전자를 이용한 방식은 환형으로 자계 가 발생하는 도체를 페러데이 회전자를 감아 광학적으로 폐루프를 형성시켜, 인접상이나 주위의 외란자계에 영향을 받지 않으며 정확하게 측정도체의 전류측정이 가능하다. 반면, 가넷이나 납유리등과 같이 도체주의의 일정 지점의 자계를 검출하는 벌크형 광 전류센서는 인접상의 자계에 의해 쉽게 영향을 받을 수 있으며, 설치위치의 근소한 변동에 의해서도 출력값이 크게 변하는 단점을 가지고 있다. 이로 인해 벌크형 광전류센서를 이용한 삼상전류 측정시 상간 간섭에 의해 측정값에 심각한 오류가 발생된다.The magnetostriction method or the method using the optical fiber Faraday rotator forms an optically closed loop by winding the Faraday rotator around the conductor that generates the magnetic field in an annular shape, so that it is not affected by the disturbing magnetic field in the adjacent phase or surroundings and accurately measures the current of the measuring conductor. This is possible. On the other hand, bulk photocurrent sensors that detect a magnetic field at a certain point of conductorism, such as garnet or lead glass, can be easily affected by the magnetic field of the adjacent phase, and the output value is greatly changed even by the slight variation of the installation position. . This causes serious errors in the measured values due to the phase-to-phase interference when measuring the three-phase current using the bulk photocurrent sensor.
한편, 종래의 광 전류센서 설치방식은 각 상에 하나씩 설치할수 있는 독립된 설치장치를 사용을 하였다. 그러나 이러한 장치를 사용할경우 측정하고자 하는 상에서의 거리는 항상 일정하게 유지하는것이 가능하지만 인접상과의 거리는 항상 일정하게 설치가 곤란하며, 이로인해 설치할때 마다 신호처리회로의 조정이 수반되어져야 하는 문제점이 발생한다.On the other hand, the conventional photocurrent sensor installation method used an independent installation device that can be installed one by each phase. However, in case of using such a device, it is possible to keep the distance of the phase to be measured at all times, but it is difficult to install the distance from the adjacent phase at all times. Therefore, there is a problem that the adjustment of the signal processing circuit must be accompanied every time. Occurs.
따라서, 본 발명은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 광전류 센서의 센싱부를 전류가 흐르는 케이블이나 부스바 위에서 어떠한 외부 충격이나 영향에 의해서도 같은 위치에 고정시킬 수 있는 광 전류센서 설치장치를 제공함에 목적이 있다.Accordingly, the present invention is to solve the problems of the prior art, to provide an optical current sensor installation device that can be fixed to the sensing position of the photocurrent sensor in the same position by any external impact or influence on the current flow cable or busbar. There is a purpose.
또한, 본 발명은 우수한 절연재질을 사용함으로써 정확한 전류측정을 할 수 있는 광 전류센서 설치장치를 제공함에 다른 목적이 있다.In addition, another object of the present invention is to provide an optical current sensor installation apparatus capable of accurate current measurement by using an excellent insulating material.
본 발명의 목적은 인접하는 N(N은 2 이상의 자연수)개의 전선들에 각각 대응되는 복수의 광전류센서들 중 타겟 케이블에 대응되는 광전류센서의 출력값에 제 1 가중치를 부여한 값에서 상기 타겟 케이블에 인접하는 인접 케이블들에 대응되는 각 광전류센서의 출력값에 각각 서로 다른 가중치를 부여한 값을 감산한 후 그 감산된 값을 이용해 상기 타겟 케이블에 흐르는 전류를 계산하기 위해서, 내주면에 케이블을 고정하는 N개의 케이블고정부를 구비하고, 외주면에 상기 케이블의 전류값을 측정하기 위한 광 전류센서를 고정하는 N개의 센서고정부를 구비하는 제1고정부; 내주면에 상기 제1고정부의 케이블고정부와 대향되어 상기 케이블을 고정하는 N개의 케이블고정부를 구비하는 제2고정부; 및 상기 제1고정부와 상기 제2고정부를 결합하기 위한 결합부를 포함하는 광 전류센서 설치장치에 의해 달성된다.An object of the present invention is adjacent to the target cable at a value given a first weight to the output value of the photocurrent sensor corresponding to the target cable among a plurality of photocurrent sensors respectively corresponding to N (N is two or more natural numbers) adjacent wires N cables fixed to the inner circumference of the cable in order to calculate a current flowing in the target cable by subtracting a value that is differently weighted to the output value of each photocurrent sensor corresponding to adjacent cables, and then using the subtracted value A first fixing part having a fixing part and having N sensor fixing parts for fixing an optical current sensor for measuring a current value of the cable on an outer circumferential surface thereof; A second fixing part having N cable fixing parts which face the cable fixing part of the first fixing part on an inner circumferential surface to fix the cable; And a coupling part for coupling the first fixing part and the second fixing part.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Prior to this, terms or words used in the specification and claims should not be construed as having a conventional or dictionary meaning, and the inventors should properly explain the concept of terms in order to best explain their own invention. Based on the principle that can be defined, it should be interpreted as meaning and concept corresponding to the technical idea of the present invention.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.Therefore, the embodiments described in the specification and the drawings shown in the drawings are only the most preferred embodiment of the present invention and do not represent all of the technical idea of the present invention, various modifications that can be replaced at the time of the present application It should be understood that there may be equivalents and variations.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 광 전류센서 설치장치 구성도이다. 도 1에 따른 광 전류센서 설치장치는 3상 케이블(전선)의 전류를 측정하고자 할 때 사용될 수 있다.1 is a block diagram of an optical current sensor installation device according to an embodiment of the present invention. The photocurrent sensor installation device according to Figure 1 can be used when the current of the three-phase cable (wire) is to be measured.
도 1에 따른 광 전류센서 설치장치는 케이블의 직경 및 상호간 거리에 따라 케이블모양으로 가공되어 케이블 윗면을 덮는 제1고정부(100)와 이와 맛물려 케이블의 하부를 덮는 제2고정부(110), 제1고정부(100)와 제2고정부(110)를 결합시키기 위한 결합부(130, 150) 및 광 전류센서를 고정하기 위한 센서고정부(120)를 포함한다.The photocurrent sensor installation device according to Figure 1 is processed in the shape of a cable according to the diameter and the distance between the cable of the
제1고정부(100)에는 각각의 케이블 직경에 맞추어 가공된 케이블고정부(140)가 케이블 수만큼 구비되며, 각 케이블고정부(140)의 수직중심선을 기준으로 케이블고정부(140)의 최상단에서 일정거리 이격된 곳에 광 전류센서의 케이스 크기에 맞게 가공된 센서고정부(120)가 구비된다. 제2고정부(110)는 제1고정부(100)와 대칭적형태로 이루어져 서로 결합하면 케이블의 직경과 일치하게 되며 다수의 케이블을 동시에 고정시킴으로서 상하 좌우의 움직임을 막아준다.The
도 1에 따른 광 전류센서 설치장치의 재질은 절연성능이 우수한 절연물로서 MC 나일론(MC Nylon), 베이클라이트(Bakelite) 및 테플론(Teflon) 중 어느 하나 이상을 사용할 수 있고, 제1고정부(100)와 제2고정부(110)를 조립하기 위한 결합부(130)는 비자성 재질이나 절연물 재질의 볼트를 사용할 수 있으며, 바람직하게는, 스크류 볼트 등으로 이루어질 수 있다. 제1고정부(100) 상에 센서가 장착될 센서고정부(120)의 위치는 센서부내 자계검출 소자인 페러데이 회전자(15)가 케이블의 중심부에 위치해야 하고 전체 전류측정범위에 따라 케이블 상단으로 부터 이격거리를 고려하여 결정되며, 센서부가 센서고정부(120)에 들어가 움직이지 않도록 정확한 크기로 설계된다.The material of the photocurrent sensor installation device according to Figure 1 may use any one or more of MC Nylon, Bakelite and Teflon as an insulator having excellent insulation performance, the
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전류측정 시스템의 블럭구성도이다. 본 발명의 전류측정 시스템은 복수의 광전류센서들(S1 ∼ S3) 및 연산장치(200)를 구비한다. 광전류센서(S1 ∼ S3)는 대응되는 각 케이블(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 케이블들(1, 2, 3)에 각각 일대일 대응되며, 대응되는 케이블에서 일정 거리 떨어진 위치(예컨대, 케이블의 위쪽)에 설치되어 케이블들(1, 2, 3)에 흐르는 전류에 의해 형성된 자계를 검출한다.Figure 2 is a block diagram of a current measurement system according to an embodiment of the present invention. The current measuring system of the present invention includes a plurality of photocurrent sensors S 1 to S 3 and a
이처럼, 광전류센서(S1 ∼ S3)가 상호 인접하는 복수의 케이블들(1, 2, 3)에 일대일 대응되게 설치되는 경우, 각 광전류센서(S1 ∼ S3)에는 대응되는 케이블(타겟 케이블)에 흐르는 전류에 의해 발생되는 자계(신호자계) 뿐만 아니라 타겟 케이블에 인접하는 케이블(인접 케이블)들에 흐르는 전류에 의해 발생되는 자계(잡음자계)도 인가된다. 따라서, 타겟 케이블에 흐르는 전류의 크기를 정확히 구하기 위해서는 잡음자계에 의한 영향을 보정해주어야 한다.As such, when the photocurrent sensors S 1 to S 3 are installed in a one-to-one correspondence to a plurality of
연산장치(200)는 광전류센서들(S1 ∼ S3)의 센싱값들을 인가받고 이를 이용하여 각 케이블(또는 특정 타겟 케이블)에 대응되는 광전류센서의 센싱값에서 해당 케이블에 인접하는 인접 케이블들에 의한 잡음자계의 영향을 제거하여 각 케이블 (또는 특정 타겟 케이블)에 흐르는 전류의 크기를 계산하여 이에 대응되는 전압값(V1 c ∼ V3 c)을 출력한다.The
이러한 연산장치(200)는 각각 광전류센서들(S1 ∼ S3)의 센싱값들을 모두 인가받아 타겟 케이블에 대응되는 광전류센서의 센싱값에서 인접 케이블들에 의한 잡음자계의 영향을 제거하여 타겟 케이블에 흐르는 전류를 계산하여 대응되는 전압값(V1 c ∼ V3 c)을 각각 출력하는 복수의 전류계산부들(210 ∼ 230)을 구비한다. 즉, 각 전류계산부(210 ∼ 230)는 인접하는 복수의 케이블들(1, 2, 3)에 일대일 대응되며, 대응되는 특정 케이블이 해당 전류계산부의 타겟 케이블이 된다. 각 전류계산부(210 ∼ 230)는 인가받은 광전류센서들(S1 ∼ S3)의 센싱값(V1 ∼ V3)에 기 설정된 가중치를 곱한 후, 타겟 케이블의 위에 설치된 광전류센서에 대응되는 값에서 인접 케이블 위에 설치된 광전류센서들에 대응되는 값을 감산함으로써 타겟 케이블에 흐르는 전류의 세기를 정확히 계산해낸다. 이때, 각 광전류센서들(S1 ∼ S3)의 센싱값에 곱해지는 가중치에 대해서는 후술된다.The
이하의 설명에서는 케이블(1)이 전류계산부(210)의 타겟 케이블이 되고, 케이블(2)이 전류계산부(220)의 타겟 케이블이 되며, 케이블(3)이 전류계산부(230)의 타겟 케이블이라 가정한다.In the following description, the
도 3은 본 발명의 일 실시예로 사용되는 광전류센서들(S1 ∼ S3) 중 어느 하 나(S1)의 구성을 나타내는 구성도이다. 본 발명에서는 광전류센서의 동작 자체에 특징이 있는 것이 아니므로 광전류센서는 종래 사용되고 있는 어떠한 종류의 광전류센서를 사용하여도 무방하다. 도 3에 도시된 광전류센서(S1)도 통상적으로 사용되고 있는 광전류센서이며, 따라서 여기에서는 도 3에 도시된 광전류센서(S1)의 동작원리만을 간략하게 설명한다.3 is a block diagram showing the configuration of any one (S 1 ) of the photocurrent sensors (S 1 to S 3 ) used in one embodiment of the present invention. In the present invention, since the operation of the photocurrent sensor itself is not characteristic, the photocurrent sensor may use any kind of photocurrent sensor conventionally used. The photocurrent sensor S 1 shown in FIG. 3 is also a photocurrent sensor commonly used, and therefore only the operation principle of the photocurrent sensor S 1 shown in FIG. 3 will be briefly described.
광원(11)으로부터 출사된 후 입력측 광섬유(12a)를 통해 전송된 광신호는 입력측 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 케이블(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, 케이블(1)에 흐르는 전류의 크기에 비례하는 전압값을 케이블(1)에 대한 센싱값으로서 출력한다.The optical signal transmitted from the
도 4는 도 1의 전류계산부들(210 ∼ 230)의 구성을 보다 상세하게 나타내는 회로도이다. 각 전류계산부(210 ∼ 230)는 1차 보정부(212), 2차 보정부(214) 및 출력보정부(216)를 구비한다. 1차 보정부(212)는 타겟 케이블(1)에 대응되는 광전 류센서(S1)의 출력전압에서 인접 케이블(2)의 잡음자계에 의한 영향을 보정해준다. 이를 위해, 1차 보정부(212)는 광전류센서(S1)의 출력전압에 기 설정된 제 1 가중치를 곱한 후 그 값에서 인접 케이블(2)에 대응되는 광전류센서(S2)의 출력전압에 제 2 가중치를 곱한 값을 뺀다. 이러한 1차 보정부(212)는 도 4에서와 같이 OP앰프 OP1, OP2, OP4, 저항R1 ∼ R5 및 가변저항 VR1, VR2을 구비한다.4 is a circuit diagram illustrating the configuration of the
2차 보정부(214)는 1차 보정부(212)의 출력전압에서 인접케이블(3)의 잡음자계에 의한 영향을 보정해준다. 이를 위해, 2차 보정부(214)는 1차 보정부(212)의 출력전압에서 광전류센서(S3)의 출력전압에 제3 가중치를 곱한 값을 뺀다. 이러한 2차 보정부(214)는 OP앰프 OP3, OP5, 저항R6 ∼ R9 및 가변저항 VR3을 구비한다.The
출력보정부(216)는 2차 보정부(214)의 출력전압의 크기를 조절하여 타겟 케이블(1)의 전류의 크기에 대응되는 전압값을 출력한다. 이러한 출력보정부(216)는 OP앰프 OP6, 저항 R10 및 가변저항 VR4를 구비한다.The
상술된 도 4에서는 인접하는 케이블들(1, 2, 3)이 3개인 경우를 예로 들고 있기 때문에 2개의 보정부(212, 214) 만을 구비하고 있으며, 인접한 케이블들의 수가 늘어나면 그 늘어나는 수에 비례하여 보정부의 구성을 추가하면 된다.In FIG. 4 described above, the case in which three
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 전류측정방식을 설명하기 위한 개념도로서, 광 전류센서를 이용하여 3상 케이블의 전류를 측정하는 방법의 실시예로서 인접하게 설치된 3개의 케이블에서 인접 케이블에 의한 잡음자계의 영향을 보정하여 피측정케이블에 흐르는 전류의 크기만을 측정하는 방법을 설명하기 위한 것이다.5 is a conceptual diagram illustrating a current measuring method according to an exemplary embodiment of the present invention, which is an example of a method of measuring a current of a three-phase cable using an optical current sensor. It is to explain how to measure the magnitude of the current flowing through the cable under measurement by correcting the influence of the noise magnetic field.
각 광전류센서(S1 ∼ S3)는 인접하는 케이블들(1, 2, 3)과 일대일 대응되며, 대응되는 케이블의 위에 일정 간격을 두고 설치된다. 이때, 광전류센서(S1)와 각 케이블(1, 2, 3) 사이의 거리는 각각 r11, r12, r13이며, 광전류센서(S2)와 각 케이블(1, 2, 3) 사이의 거리는 각각 r21, r22, r23이고, 광전류센서(S3)와 각 케이블(1, 2, 3) 사이의 거리는 각각 r31, r32, r33이라 한다.Each photocurrent sensor S 1 to S 3 corresponds one-to-one with
케이블 1, 2, 3의 전류를 측정하기위한 광전류센서는 각각 S1, S2, S3 로 할당되지만, 각 광 전류센서는 측정 케이블의 전류에 의한 자계 뿐만 아니라 인접한 다른 두 케이블에 의한 자계에 의해서 떨어진 거리 및 설치각도에 따라 영향을 받게 된다. 예를 들어, S1 센서의 출력은 r11 거리의 케이블 1에서 발생한 자계만을 측정하여야 정확한 전류값 측정이 가능하지만 r12거리의 케이블2 및 r13거리의 케이블 3에 의한 자계에 의해서 간섭을 받게 된다. 이런 간섭 자계를 제거하기 위해서, 이격거리에 및 이격각도에 따라 간섭되는 신호의 세기에 해당하는 부분을 S1센서의 출력신호에서 제거해주는 별도의 연산부를 신호처리회로(20)내에 적용하여 최종적으로 케이블 1에 의한 자계만이 측정되도록 한다. 이러한 연산을 정확하게 수행 하기위해서는 무엇보다도 3상의 케이블과 각 대응하는 센서들간에 위치가 고정되어 있어야 가능하다. 따라서, 본 발명의 광 전류센서용 설치장치는 케이블과 센서들간 상대적 위치 뿐만 아니라 케이블 상호간의 거리도 고정시켜주어 인접상의 간섭자계를 제거하는 측정시스템 구현을 가능하게 한다.The photocurrent sensors for measuring the currents in
각 케이블(1, 2, 3)에서 인접 케이블에 의한 잡음자계의 영향을 보정하여 각 케이블(1, 2, 3)에 흐르는 전류의 크기를 계산하는 방법은 다음과 같다. 각 케이블(1, 2, 3)에 흐르는 전류 , , 는 각각 위상차가 120도 나는 통상의 3상 전류이므로 다음 수학식1과 같이 표현할 수 있다.The method of calculating the magnitude of the current flowing through each cable (1, 2, 3) by correcting the influence of the noise magnetic field by adjacent cables in each cable (1, 2, 3) is as follows. Current flowing through each cable (1, 2, 3) , , Since is a normal three-phase current each
[수학식 1][Equation 1]
, , , ,
여기에서, , 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.From here, , Are the amplitudes of currents I 1 and I 2 , ω is the angular frequency, and t is the time. At this time, the angular frequency ω of the two currents I 1 and I 2 is set to be the same because the frequency of alternating current used is usually set at 60 Hz or 50 Hz. Of course, the present invention holds even in the case of direct current, and the reason why the current is alternating current is to consider a more general case.
이때, 각 광전류센서(S1 ∼ S3)에는 각각 대응되는 케이블(타겟 케이블)에 흐르는 전류에 의해 발생되는 자계(신호자계) 뿐만 아니라 대응되지 않는 케이블(인접 케이블)에 흐르는 전류에 의해 발생되는 자계(잡음자계)가 동시에 인가된다. 따라서, 케이블들(1, 2, 3)에 흐르는 전류에 의해 각 광전류센서(S1 ∼ S3)에 인가되는 자계( , , )는 각각 다음 수학식2와 같다.At this time, each of the photocurrent sensors S 1 to S 3 is generated by the current flowing through the cable (adjacent cable) as well as the magnetic field (signal magnetic field) generated by the current flowing through the corresponding cable (target cable). A magnetic field (noise field) is applied at the same time. Therefore, the magnetic field applied to each photocurrent sensor S 1 to S 3 by the current flowing through the
[수학식 2][Equation 2]
여기서 , , 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.here , , Represents the sensed value (sense voltage) which is output from the photo current that is a voltage sensor (S 1 ~ S 3) obtained by the magnetic field applied to the respective photoelectric sensor (S 1 ~ S 3). Equation 2 uses Enfer's law, and cgs is used as the unit system. That is, the unit of magnetic field is Oe, the unit of current is A, and the unit of distance is cm.
그리고, 광전류센서(S1 ∼ S3)는 통상 자계에 비례한 전압을 출력함으로써 대응되는 케이블에 흐르는 전류에 의한 자계를 검출하므로, 수학식 2와 같은 자계가 인가되었을 때의 광전류센서(S1 ∼ S3)로부터 얻어지는 출력전압(센싱값)을 각각 , , (단, , , , 여기서, , 와 , 는 각각 , , 의 진폭 및 위상)라고 하면 위와 같은 식이 성립한다.Since the photocurrent sensors S 1 to S 3 typically detect a magnetic field due to the current flowing through the corresponding cable by outputting a voltage proportional to the magnetic field, the photocurrent sensor S 1 when a magnetic field as shown in
수학식 2에서 , , 의 계수들 , , , , , , , , 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 , , 앞의 계수들 , , , , , , , , 을 다음과 같은 방법을 이용하여 실험적으로 구하였다.In equation (2) , , Coefficients , , , , , , , , R 11 , r 12 , r 13 , r 21 , r 22 , r 23 , r 31 , r 32 , and r 33 may be measured and substituted by
우선, 케이블(1)에만 그 값을 알고 있는 전류 가 흐르도록 하고 다른 케이블(2, 3)에는 전류가 흐르지 않도록 한 상태( =0, =0)에서, 각 광전류센서(S1 ∼ S3)에서 센싱된 값 , , 을 구한다. 다음에, 수학식 2에 값을 대입하고 , 값으로는 0을 대입한다. 그리고, , , 값으로는 각 광전류센서(S1 ∼ S3)의 출력값(센싱값)을 대입한다. 이로부터, 다음과 같이 , , 값을 구할 수 있다.First, the current whose value is known only to
[수학식 3][Equation 3]
, , , ,
유사하게, 케이블(2)에만 전류 가 흐르도록 하고, 케이블(1, 3)에는 전류가 흐르지 않도록 한 상태( =0, =0)에서, 각 광전류센서(S1 ∼ S3)에서 센싱된 값 , , 을 구한다. 다음에, 수학식 2에 값을 대입하고 , 값으로는 0을 대입한다. 그리고, , , 값으로는 각 광전류센서(S1 ∼ S3)의 출력값(센싱값)을 대입한다. 이로부터, 다음과 같이 , , 값을 구할 수 있다.Similarly, current only in
[수학식 4][Equation 4]
, , , ,
마지막으로, 케이블(3)에만 전류 가 흐르도록 하고, 케이블(1, 2)에는 전류가 흐르지 않도록 한 상태( =0, =0)에서, 각 광전류센서(S1 ∼ S3)에서 센싱된 값 , , 을 구한다. 다음에, 수학식 2에 값을 대입하고 , 값으로는 0을 대입한다. 그리고, , , 값으로는 각 광전류센서(S1 ∼ S3)의 출력값(센싱값)을 대입한다. 이로부터, 다음과 같이 , , 값을 구할 수 있다.Finally, the current only in the cable (3) Is allowed to flow, and no current flows through the cables (1, 2) ( = 0, = 0), the value sensed by each photocurrent sensor S 1 -S 3 , , Obtain Next, in equation (2) Assigning a value , Enter 0 for the value. And, , , Value is substituted into the output value (sensed value) of each of photoelectric sensors (S 1 ~ S 3). From this, , , You can get the value.
[수학식 5][Equation 5]
, , , ,
이와 같이하여 얻어진 수학식 3 내지 수학식 5의 값들을 수학식 2에 대입한 후, 이를 , , 에 관하여 다시 정리하면 다음과 같은 수학식 6을 얻을 수 있 다.After substituting the values of
[수학식 6][Equation 6]
여기서 , , 앞의 계수는 인접 케이블으로부터의 잡음자계를 제거하기 위한 가중치를 나타내고, , , 는 인접 케이블으로부터의 잡음자계를 제거한 후 얻어지는 보정된 출력 값을 의미한다.here , , The former coefficient represents the weight for removing the noise magnetic field from the adjacent cable, , , Denotes the corrected output value obtained after removing the noise magnetic field from adjacent cables.
도 4의 전류계산부(210)의 회로도는 수학식 6에서 에 대한 연산이 수행되도록 설계된 회로로서, 각 가변저항 VR1 ∼ VR3의 크기를 적절히 조절하여 광전류센서(S1 ∼ S3)로부터 인가되는 전압 , , 에 각각 가중치 10.700, 가중치 2.510, 가중치 0.662가 곱해지도록 한다. 이로써, 수학식 6에서와 같이 케이블(1)에 흐르는 전류 의 크기를 정확히 구할 수 있게 된다.The circuit diagram of the
도 4는 도 2의 연산장치(200)에서 즉 케이블(1)에 흐르는 전류 를 구하기 위한 전류계산부(210)의 회로구성만을 도시하고 있으나, 도 4와 동일한 구조를 가지며 수학식 6에서 전류 , 에 대한 전압 , 의 계수에 맞게 가변저항 VR1 ∼ VR3의 크기를 적절히 조절하여 전류계산부(220, 230)를 형성함으로써 케이블(2, 3)에 흐르는 전류 , 도 역시 정확하게 구할 수 있다. 또한, 도 4의 회로구성은 단지 본 발명의 일실시예를 나타낸 것으로서, 상술된 보정기능을 수행할 수 있다면 어떠한 형태로 회로를 구성하여도 무방하다.4 is a view illustrating the
상술한 바와 같이 구성한 회로가 인접 케이블에 의한 잡음 자계를 제거하여, 각 케이블에 흐르는 전류에 비례하는 전압을 제대로 출력하는지 다음과 같은 실험을 통하여 확인하였다.It was confirmed through the following experiment that the circuit constructed as described above removes the noise magnetic field caused by the adjacent cables and outputs a voltage proportional to the current flowing through each cable.
표 1은, 인접 케이블의 자계에 의해 영향을 받지 않는 표준 CT와 오실로스코프(미도시)를 이용하여 케이블(1, 2, 3)에 각각 120도의 위상차를 갖는 3상 전류 , , 가 흐르도록 하였을 때, 임의의 시각 t1, t2에서 각 광전류센서(S1 ∼ S3)의 출력전압(센싱값) , , 을 이용하여 구한 전류값 , , 과, 본 발명에 따른 보정방법을 적용한 연산장치(200)의 각 전류계산부(210 ∼ 230)의 출력전압 , , 을 이용하여 구한 전류값 , , 및 표준 CT에 의해 얻어지는 전류 값 , , 을 비교한 값을 나타낸다.Table 1 shows three-phase currents of 120 degrees in each of
[표 1]TABLE 1
표 1에서 보듯이, 본 발명의 연산장치(200)에 의해 잡음자계가 제거된 전류 값 , , 은 작은 오차범위 내에서 표준 CT에 의해 얻어지는 전류값 , , 과 잘 일치하는 것을 알 수 있다. 반면에, 광전류센서(S1 ∼ S3)의 출력전압(센싱값) , , 을 이용하여 구한 전류값 , , 은 인접 케이블에 의한 잡음 자계로 인하여 표준 CT에 의해 얻어지는 전류값 , , 과 많은 차이가 나고 있음을 알 수 있다.As shown in Table 1, the current value from which the noise magnetic field is removed by the
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.In addition, the current measuring method according to the present invention can be applied not only to a normal three-phase current having a phase difference of 120 degrees as shown in Table 1, but also to a case of an accident current in which the phase difference between three phases is not 120 degrees.
예를 들어, 아래의 수학식 7과 같이 , 간에 30도 위상차가 나고, , 간에는 120도 위상차이며, , 간에는 150도 위상차가 나는 경우에 대해, 위와 같은 방법으로 전류를 측정한 결과, 표 2와 같이 전류값 , , 이 작은 오차범위 내에서 전류값 , , 과 잘 일치했다.For example, as shown in Equation 7 below. , 30 degrees out of phase between the liver, , 120 degrees out of phase, , As a result of measuring the current in the same manner as above for the case where the phase difference is 150 degrees between , , Current value within this small error range , , And well matched.
[수학식 7][Equation 7]
, , , ,
[표 2]TABLE 2
아울러, 본 발명에 따른 전류측정방법은 실험결과 3상간의 위상차가 다른 경우 뿐만 아니라 3상간의 주파수가 일치하지 않는 고장시의 전류에 관하여도 유효하였다.In addition, the current measuring method according to the present invention was effective not only in the case where the phase difference between the three phases is different, but also in relation to the current at the time of failure in which the frequencies of the three phases do not match.
예컨대, 아래의 수학식 8과 같이 , 간에 30도 위상차가 나고, , 간에는 120도 위상차이며, , 간에는 150도 위상차가 나며, 은 주파수가 30 Hz이고, 와 의 주파수는 60 Hz인 경우에 대해, 위와 같은 방법으로 보정하여 측정한 결과, 표 3과 같이 전류값 , , 이 작은 오차범위 내에서 전류값 , , 과 잘 일치했다.For example, as shown in Equation 8 below. , 30 degrees out of phase between the liver, , 120 degrees out of phase, , The liver is 150 degrees out of phase, Has a frequency of 30 Hz, Wow For the case of the frequency of 60 Hz, as measured by the above-described method, the current value as shown in Table 3 , , Current value within this small error range , , And well matched.
[수학식 8][Equation 8]
, , , ,
, ,
, ,
[표 3]TABLE 3
상술된 실시예에서는 3개의 케이블이 인접하는 경우에 대해 설명하고 있으나, 이를 n개의 인접한 케이블에 대해 일반화하면 다음과 같다. 케이블 n개에 번호 를 붙혀서, 1, 2, 3, …, n번 케이블이라고 하고, 이 케이블들에 각각 다음 식으로 주어지는 전류 , , , …, 이 흐른다고 가정한다.In the above-described embodiment, a case in which three cables are adjacent to each other is described, but generalizing this to n adjacent cables is as follows. Numbering n cables, 1, 2, 3,... , cable n, and the current given to each of these cables , , ,… , Assume this flows.
[수학식 9][Equation 9]
. .
. .
. .
여기서, , , , ..., 는, 앞에서와 같이, 각각 전류 , , , …, 의 진폭이며, 는 각진동수, t는 시간, , , , …, 는 전류 , , , ..., 의 위상을 나타낸다.here, , , , ..., As before, respectively the current , , ,… , Is the amplitude of Is the angular frequency, t is the time, , , ,… , Current , , , ..., Indicates the phase.
또, 광전류센서(S1 ∼ Sn)와 케이블(1, 2, 3, …, n)과의 거리를 각각 In addition, the distances between the photocurrent sensors S 1 to S n and the
, , , ..., , , , ...,
, , , ..., , , , ...,
, , , ..., , , , ...,
. .
. .
. .
, , , ..., , , , ...,
이라고 한다. 그러면 각 광전류센서(S1 ∼ Sn)에 인가되는 자계는 다음식과 같다.It is called. Then, the magnetic field applied to each photocurrent sensor S 1 to S n is as follows.
[수학식 10][Equation 10]
. .
. .
. .
여기서, , , , ..., 는 각각 광전류센서(S1 ∼ Sn)로부터 얻어지는 출력전압(센싱값)이다. 수학식 10의 에 대한 식에서 우변 첫 번째항은 측정하고자 하는 케이블의 전류에 의한 신호자계를 나타내며, 나머지 항은 인접한 케이블으로부터의 잡음자계를 나타낸다.here, , , , ..., Are output voltages (sensing values) obtained from the photocurrent sensors S 1 to S n , respectively. Of equation (10) In the equation, the first term on the right side represents the signal magnetic field by the current of the cable to be measured, and the remaining term represents the noise magnetic field from the adjacent cable.
수학식 10의 연립방정식을 , , , ..., 에 대해 풀면 다음식과 같은 결과를 얻는다.The system of equations (10) , , , ..., Solving for gives the following result:
[수학식 11][Equation 11]
. .
. .
. .
. .
. .
. .
여기서 는 연립방정식인 수학식 10을 풀어서 얻어지는 상수로서, 측정하고자 하는 케이블 위에 설치된 광전류센서의 출력값과 인접한 케이블 위에 설치된 광전류센서들로부터 얻어지는 출력값을 이용하여, 인접 케이블에 의한 잡음자계를 제거 하기 위한 가중치의 의미를 지닌다.here Is a constant obtained by solving Equation 10, which is a system of equations. Has meaning.
따라서, 수학식 11의 우변과 같이 각 광전류센서로부터 얻어진 출력값에 가중치를 곱하여 연산을 한 것을 각 광전류센서의 보정 출력값으로 하면, 인접 케이블에 의한 잡음자계를 제거한 , , , …, 값을 정밀하게 구할 수 있다.Accordingly, if the calculated output value of each photocurrent sensor is calculated by multiplying the output value obtained from each photocurrent sensor by the weight as shown in the right side of
본 발명은 이상에서 살펴본 바와 같이 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.Although the present invention has been shown and described with reference to the preferred embodiments as described above, it is not limited to the above embodiments and those skilled in the art without departing from the spirit of the present invention. Various changes and modifications will be possible.
따라서, 본 발명의 광 전류센서 설치장치는 광전류 센서의 센싱부를 전류가 흐르는 케이블이나 부스바 위에서 어떠한 외부 충격이나 영향에 의해서도 같은 위치에 고정시킬 수 있으므로 정확한 전류측정이 가능하다.Therefore, the photocurrent sensor installation device of the present invention can be fixed in the same position by any external impact or influence on the sensing portion of the photocurrent sensor on the cable or busbar through which the current flows, it is possible to accurately measure the current.
또한, 본 발명의 광 전류센서 설치장치는 우수한 절연재질을 사용함으로써 보다 정확한 전류측정을 할 수 있다.In addition, the optical current sensor installation device of the present invention can be used to make a more accurate current measurement by using an excellent insulating material.
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