KR101007082B1 - 로고스키코일을 이용한 가변형 전류센서 - Google Patents

Abstract

본 발명은 로고스키코일을 이용한 전류센서에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 일자형태를 가짐과 함께 굽힘이 자유로운 플렉시블 재질로 이루어진 센서본체와, 상기 피측정 도체를 감싸도록 원형으로 굽혀진 상기 센서본체를 결합 고정시키는 체결수단을 포함하여 구성되는 것을 그 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 종래의 로고스키코일 센서와 같은 환형의 고정형태가 아니라 플렉시블한 가변 형태이기 때문에 피측정 도체의 직경 크기나 형태 등에 관계없이 다양한 피측정 도체에 설치되어 전류를 측정할 수 있는 효과가 있다.

로고스키코일, 전류, 측정, 센서

Description

로고스키코일을 이용한 가변형 전류센서 {Flexible sensor for measuring current using rogowski coil}

본 발명은 로고스키코일을 이용한 가변형 전류센서에 관한 것으로서, 로고스키코일구조를 갖되 굽힘이 자유로운 일자 형태로 이루어져 체결수단에 의해 피측정 도체를 가변적으로 감싸도록 설치될 수 있기 때문에 피측정 도체의 크기나 형태에 관계없이 전류를 측정할 수 있는 로고스키코일을 이용한 가변형 전류센서에 관한 것이다.

일반적으로 전류를 측정하는 방법으로는 변류기(current transformer), 분류기(shunt), 홀(hall) 센서, 로고스키(rogowski) 코일을 이용하는 전류측정장치 등 다양한 방법이 알려져 있다.

상기 변류기는 배전반 및 각종 고압 스위치 기어 등의 전력기기에서 부하전류 및 사고전류를 측정하기 위해 사용되는 가장 일반적인 전류 측정방법이지만, 철심의 자기 포화로 인해 대전류 또는 전류에 직류성분이 포함될 경우에는 측정에 한계가 있는 문제점이 지적되어 왔으며, 상기 분류기는 고전압에서 측정 대상회로의 1차 측에 접속될 경우 측정 장치의 전기절연을 확보해야만 하는 문제점이 지적되어 왔다.

이에 반하여, 상기 로고스키코일을 이용한 전류측정장치는 균일하게 감은 코일의 한쪽 끝을 코일 내부로 관통시켜 제작되며, 전류에 의해 유기되는 유도전압을 적절한 적분회로를 통하여 적분하는 신호처리장치와 연결하여 전류를 측정하는 것으로서, 로고스키코일은 반도체의 개폐 과도현상 측정 등 광범위한 영역에서 사용이 가능하고, 동일한 크기로 100A 내지 100KA의 대전류의 측정이 가능하며, 1차 측과 분리되어 있어 절연성이 우수하고, 자성물질을 포함하고 있지 않아 선형성이 우수하며, 관통형 변류기와 달리 내부 철심이 없어(air-core) 철심포화에 따른 과전류 손상을 입지 않는 장점이 있다.

이러한 로고스키코일을 이용한 전류측정장치들이 특허등록번호 제10-0605023호, 공개특허번호 제2003-0076792호 등에 개시되어 있으며, 로고스키코일을 이용한 전류측정 원리는 상기 개시된 종래기술들에 상세하게 기재되어 있는 바, 추가적인 설명은 생략하기로 하며, 그 문제점에 대해서만 살펴보기로 한다.

종래의 로고스키코일을 이용한 전류측정장치는 대부분 피측정 도체를 감쌀 수 있는 환형, 또는 링 형상의 공심코어에 코일이 권선된 로고스키코일 구조를 채택하고 있다.

따라서 종래 로고스키코일을 이용한 전류측정장치는 로고스키코일을 구성하는 공심코어가 환형 또는 링 형상의 고정형태이기 때문에 피측정 도체의 직경크기 가 변경되거나 또는 그 형태가 상이한 경우에는 설치할 수 없는 문제점이 있다.

즉, 종래의 로고스키코일을 이용한 전류측정장치는 다양한 직경을 갖는 피측정 도체의 전류를 측정하기 위하여 상기 환형을 이루는 공심코어의 직경이 각각 상이한 다수 개를 별개로 제작 및 설치를 해야 하며, 그에 따라 제조비용이 증가되고 설치가 번거로운 문제점이 있는 것이다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 센서본체가 환형의 고정형태가 아니라 굽힘이 자유로운 일자 형태를 가지면서 체결수단에 의해 피측정 도체를 가변적으로 감쌀 수 있도록 함으로써 피측정 도체의 크기나 형태에 관계없이 설치하여 전류를 측정할 수 있는 로고스키코일을 이용한 가변형 전류센서를 제공하는 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 과제해결 수단으로서,

피측정 도체에 흐르는 전류에 의해 유도전압이 유기되며, 상기 유도전압의 신호를 적분하여 전류를 측정하는 신호처리장치와 연결되는 로고스키코일을 이용한 전류센서에 있어서, 일자형태를 가짐과 함께 굽힘이 자유로운 플렉시블 재질로 이루어진 센서본체와, 상기 피측정 도체를 감싸도록 원형으로 굽혀진 상기 센서본체를 결합 고정시키는 체결수단을 포함하는 로고스키코일을 이용한 가변형 전류센서가 개시된다.

여기서, 상기 체결수단은 상단 양측에 각각 인입구가 형성됨과 함께 하단에 인출구가 형성되어 상기 일측 인입구와 인출구를 통해 상기 센서본체가 내부를 통과하게 되며, 타측 인입구를 통해 원형으로 굽혀진 상기 센서본체의 선단이 삽입되는 체결하우징과, 상기 체결하우징에 설치되며, 체결하우징을 통과하는 상기 센서본체를 상하 방향으로 가압 이동시켜 원형으로 굽혀진 센서본체의 직경 크기를 조절하는 직경조절부, 및 상기 각 인입구 측에 설치되어 상기 센서본체 중 체결하우징을 통과하는 부분 및 삽입된 선단을 각각 체결하우징에 고정시키는 고정부로 이루어질 수 있다.

또한, 상기 직경조절부는 상기 체결하우징을 통과하는 센서본체의 양측에 상호 치합되어 한 쌍으로 설치되는 기어부와, 상기 기어부 중 일측 기어와 치합되며, 체결하우징의 외측으로 연장된 레버의 회전에 따라 구동하면서 상기 기어부를 회전시키는 웜기어, 및 상기 기어부 각각과 동축에 결합되어 연동되며, 체결하우징을 통과하는 센서본체의 외주면 양측을 가압하도록 밀착되어, 회전되면서 센서본체를 상하방향으로 이동시키는 한 쌍의 가압롤러로 이루어질 수 있다.

또한, 상기 센서본체는 코일이 권선된 일자형 공심코어에 수축튜브가 끼워지고, 상기 수축튜브의 외측을 편조선이 감싸며, 상기 편조선의 외측에 실드케이스가 끼워지는 구성을 가지되, 상기 공심코어 및 실드케이스는 굽힘이 자유로운 고무 재질로 이루어지는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 로고스키코일을 이용한 가변형 전류센서는,

종래의 로고스키코일 센서와 같은 환형의 고정형태가 아니라 플렉시블한 가변 형태이기 때문에 피측정 도체의 직경 크기나 형태 등에 관계없이 다양한 피측정 도체에 설치되어 전류를 측정할 수 있는 효과가 있다.

또한, 일자형태의 센서본체를 굽혀 피측정 도체를 감싼 후 그 선단을 고정시키고 피측정 도체의 크기나 형태에 적합하게 굽혀진 직경크기를 조절하면 되므로 그 설치 및 사용이 매우 편리한 효과가 있다.

또한, 단일품으로 다양한 크기 및 형태를 갖는 피측정 도체에 설치될 수 있기 때문에 대량 생산이 가능하여 그 제조비용을 대폭 절감시킬 수 있는 효과가 있다.

이하에서, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하기로 하며, 본 발명을 설명하는 데 있어서, 원칙적으로 관련된 공지의 기능이나 공지의 구성과 같이 이미 당해 기술분야의 통상의 기술자에게 자명한 사항으로서 본 발명의 기술적 특징을 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 로고스키코일을 이용한 가변형 전류센서(10, 이하에서 “전류센서”라 함.)의 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 센서본체(100)의 사시도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 체결수단(200)의 분해 사시도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 기어 부(231) 및 가압롤러(233) 부분을 나타내는 측면도이며, 도 5 내지 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 전류센서의 설치과정을 순서대로 나타내는 설치예시도들이다.

상기한 도면들을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전류센서(10)는 피측정 도체(20)를 감싸도록 굽힘이 자유로운 일자 형태의 센서본체(100)와, 상기 센서본체(100)의 굽혀진 상태를 유지 고정시키는 체결수단(200)을 포함하여 이루어진다.

상기 센서본체(100)는 전체적인 형상이 일자 형태를 가지면서도 원의 형태로 굽혀질 수 있도록 플렉시블한 재질로 구성되는 점에서 환형의 고정형태로 구성되는 종래 기술과 차이가 있다.

이러한 센서본체(100)는 일자 형태의 공심코어(110)에 코일(120)이 권선되는 로고스키코일 구조를 가지며, 따라서 코일(120)은 공심코어(110)에 권선된 후 그 끝단이 공심코어(110)의 내부를 관통하는 형상을 갖는다. 여기서, 상기 코일(120)은 공심코어(110)를 권선하는 부분은 단선으로 처리하고 공심코어(110)의 내부를 관통하는 부분은 절연재질로 피복된 연선으로 처리할 수 있다.

이렇게 코일(120)이 권선된 공심코어(110)의 외측에는 수축튜브(130)가 끼워지며, 상기 수축튜브(130)의 외측에는 편조선(140)이 감싸진다. 상기 편조선(140)은 외부영향 즉, 전자파 자계의 영향을 막기 위한 것이다.

상기 편조선(140)의 외측에는 상기 센서본체(100)의 외형을 구성하는 실드케이스(150)가 끼워지며, 상기 실드케이스(150)의 외측에는 합성수지 재질의 탄성 체(160)가 나선 형태로 더 끼워질 수 있다. 상기 탄성체(160)는 상기 실드케이스(150)에 나선 형태로 감겨져 센서본체(100)의 단면형상을 원의 형태로 유지시킴과 함께 외부충격 등으로부터 센서본체(100)을 보호하기 위한 것이다.

그리고 상기 실드케이스(150)의 선단측에는 선단커버(170)가 더 결합될 수 있는데, 이는 후술할 체결수단(200)에 센서본체(100)의 선단이 삽입 고정될 때 센서본체(100)가 후술할 고정부(220)에 의해 손상되는 것을 방지하기 위한 것이다.

상기한 구성으로 이루어진 센서본체(100)는 그 전체적인 형상이 일자 형태를 이루게 되는데, 피측정 도체(20)를 감쌀 수 있도록 전술한 바와 같이 굽힘이 자유로운 플렉시블 재질로 구성되며, 이를 위하여 상기 공심코어(110) 및 상기 실드케이스(150)는 모두 굽힘이 자유로운 고무 재질로 제조됨이 바람직하다.

상기 센서본체(100)의 후단에는 피측정 도체(20)로부터 유기된 유도전압을 적분하여 전류를 측정하는 공지된 신호처리장치(도면 미도시)와 케이블(도면 미도시)을 통해 연결하기 위한 커네터부(300)가 구비됨이 바람직하다.

상기 체결수단(200)은 일자 형태를 갖는 상기 센서본체(100)가 피측정 도체(20)를 감싸도록 원형으로 굽혀졌을 때 이를 유지 고정시키기 위한 기능을 하게 되며, 이를 위하여 상기 체결수단(200)은 체결하우징(210)과, 고정부(220a, 200b)와, 직경조절부(230)로 이루어질 수 있다.

상기 체결하우징(210)에는 그 상단 양측에 각각 인입구(211, 212)가 형성되고 하단에 인출구(213)가 형성된다.

상기 상단에 형성된 인입구(211, 212) 중 일측 인입구(211)를 통해 상기 센서본체(100)가 체결하우징(210)에 삽입된 후 내부를 경유하여 하단의 인출구(213)를 통해 하측으로 연장된다. 즉, 일측 인입구(211)와 인출구(213)을 통해서 상기 센서본체(100)는 체결하우징(210) 내부를 통과하게 되는 것이다.

상기 상단에 형성된 타측 인입구(212)에는 상기 센서본체(100)가 원형으로 굽혀졌을 때 그 선단 부분이 삽입된다.

상기 고정부(220a, 200b)는 상기 상단에 형성된 인입구(211, 212) 각각에 설치되어 삽입된 센서본체(100)의 선단부 및 체결하우징(210) 내부를 통과하는 센서본체(100) 부분을 체결하우징(210)에 고정시키는 기능을 한다.

상기 직경조절부(230)는 상기 체결하우징(210)에 설치되어 상기 일측 인입구(211) 및 인출구(213)을 통해 체결하우징(210)을 통과하는 센서본체(100)를 상하 방향으로 가압 이동시킴으로써 원형으로 굽혀진 센서본체의 직경 크기를 조절하는 기능을 하게 된다.

이를 위하여 상기 직경조절부(230)는 기어부(231)와, 웜기어(232)와, 가압롤러(233)를 포함하여 이루어질 수 있다.

상기 기어부(231)는 상기 체결하우징(210)의 내부에 설치되는데, 상기 체결하우징(210)을 통과하는 센서본체(100)의 양측에 한 쌍으로 설치된다. 그리고 상기 기어부(231)를 이루는 한 쌍의 기어는 상호 치합되어 회전력이 인가될 때 상호 반대방향으로 회전을 하게 된다.

상기 웜기어(232)는 상기한 기어부(231)에 회전력을 인가시키는 부분으로서, 상기 기어부(231) 중 일측의 기어와 치합되도록 설치된다.

그리고 상기 웜기어(232)에는 그 축방향으로 연장되어 체결하우징(210)의 외측으로 연장되는 레버(234)가 결합되는데, 상기 레버(234)에는 십자형 드라이버를 사용하여 레버(234)를 회전시킬 수 있도록 십자홈이 형성될 수 있다

이러한 레버(234)를 회전시키면 그 회전력에 의해 웜기어(232)가 구동되면서 상기 기어부(231)를 회전시키게 되는 것이다.

상기 가압롤러(233)는 상기 기어부(231)의 각 기어와 동축에 결합되도록 한 쌍으로 이루어지며, 각각 체결하우징(210) 내부를 통과하는 상기 센서본체(100)의 외주면 양측을 가압하도록 밀착 설치된다.

이러한 한 쌍의 가압롤러(233)는 상기 기어부(231)가 회전을 하게 되면 그 회전에 연동 회전하게 되고, 그에 따라 한 쌍의 가압롤러(233) 사이에 밀착된 센서본체(100)는 회전하는 한 쌍의 가압롤로(233)에 가압되어 위 또는 아래 방향으로 밀리면서 이동을 하게 되는 것이다.

상기 한 쌍의 가압롤러(233)는 사이에 밀착되는 상기 센서본체(100)의 단면이 원형인 점을 고려하여 그 밀착력이 증대되도록 각각 외주면의 형상이 오목한 원호형태를 이루는 것이 바람직하다.

그리고 상기 가압롤러(233)에 의해 상기 체결하우징(100)의 내부에서 상하 이동하는 센서본체(100)의 이동을 원활하게 하기 위해 체결하우징(100)의 내부에는 보조(214)가 더 설치될 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같은 구성으로 이루어진 본 발명의 일 실시예에 따른 전류센서(10)의 설치를 간단하게 설명하면 다음과 같다.

도 5에 도시된 바와 같이, 설치 전 상태에서는 센서본체(100)가 체결수단(200)의 체결하우징(210)을 통과하여 체결하우징(210)의 하측으로 커넥터부(300)가 노출되어 있으며, 체결하우징(210)의 상측으로 노출된 센서본체(100)는 일자 형태를 이루고 있다.

이러한 설치 전 상태에서 피측정 도체(20)에 설치하는 과정이 도 6과 도 7에 도시되어 있는데, 먼저 피측정 도체(20)를 감싸도록 센서본체(100)를 굽혀서 그 선단을 체결하우징(210)의 비어있는 인입구(212)로 삽입시킨 후 고정부(220a)를 이용하여 센서본체(100)의 선단을 체결하우징(210)에 고정시킨다.

이와 같이 굽혀진 센서본체(100)의 선단이 체결하우징(210)에 고정된 상태에서 피측정 도체(20)의 직경 크기에 적합하도록 직경조절부(230)의 레버(234)를 회전시켜 굽혀진 센서본체(100)가 형성하는 원의 직경 크기를 조절한다.

그리고 피측정 도체에 적합하도록 센서본체(100)의 직경크기를 조절한 후, 체결하우징(210)을 통과하는 센서본체(100)를 고정부(220b)를 이용하여 고정시킨다.

상기한 과정을 통해 센서본체(100)가 피측정 도체(20)를 감싸도록 고정시키게 되면, 그 후 센서본체(100)의 후단에 구비된 커넥터부(300)에 신호처리장치(도면 미도시)를 케이블을 통해 연결시킴으로써 그 설치가 완료된다.

상기에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 따른 전류센서는 그 설치가 매우 간단 함을 알 수 있으며, 센서본체(100)가 굽혀진 상태에서 센서본체(100)가 형성하는 원의 직경크기를 간편하게 조절할 수 있기 때문에 피측정 도체의 크기나 형태에 관계없이 설치할 수 있음을 또한 알 수 있다.

이상으로 본 발명에 따른 로고스키코일을 이용한 가변형 전류센서를 설명하였는데, 본 발명의 기술적 범위는 상술한 실시예 및 도면들에 기재된 내용으로 한정되는 것은 아니며, 해당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 수정 또는 변경된 등가의 구성은 본 발명의 기술적 사상의 범위를 벗어나지 않는 것이라 할 것이다

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 로고스키코일을 이용한 전류센서를 나타내는 사시도,

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 센서본체의 사시도,

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 체결수단의 분해 사시도,

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 기어부 및 가압롤러 부분을 나타내는 측면도,

도 5 내지 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 전류센서의 설치과정을 순서대로 나타내는 설치예시도들이다.

＊ 도면의 주요부위에 대한 부호의 설명 ＊

100: 센서본체 110: 공심코어

120: 코일 130: 수축튜브

140: 편조선 150: 실드케이스

160: 탄성체 170: 선단커버

200: 체결수단 210: 체결하우징

220a/b: 고정부 230: 직경조절부

231: 기어부 232: 웜기어

233: 가압롤러 234: 레버

Claims (4)

1. 피측정 도체에 흐르는 전류에 의해 유도전압이 유기되며, 상기 유도전압의 신호를 적분하여 전류를 측정하는 신호처리장치와 연결되는 로고스키코일을 이용한 전류센서에 있어서,

   일자형태를 가짐과 함께 굽힘이 자유로운 플렉시블 재질로 이루어진 센서본체; 및

   상기 피측정 도체를 감싸도록 원형으로 굽혀진 상기 센서본체를 결합 고정시키는 체결수단;을 포함하는 것을 특징으로 하는 로고스키코일을 이용한 가변형 전류센서.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 체결수단은,

   상단 양측에 각각 인입구가 형성됨과 함께 하단에 인출구가 형성되어 상기 일측 인입구와 인출구를 통해 상기 센서본체가 내부를 통과하게 되며, 타측 인입구를 통해 원형으로 굽혀진 상기 센서본체의 선단이 삽입되는 체결하우징;

   상기 체결하우징에 설치되며, 체결하우징을 통과하는 상기 센서본체를 상하 방향으로 가압 이동시켜 원형으로 굽혀진 센서본체의 직경 크기를 조절하는 직경조절부; 및

   상기 각 인입구 측에 설치되어 상기 센서본체 중 체결하우징을 통과하는 부 분 및 삽입된 선단을 각각 체결하우징에 고정시키는 고정부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 로고스키코일을 이용한 가변형 전류센서.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 직경조절부는,

   상기 체결하우징을 통과하는 센서본체의 양측에 상호 치합되어 한 쌍으로 설치되는 기어부;

   상기 기어부 중 일측 기어와 치합되며, 체결하우징의 외측으로 연장된 레버의 회전에 따라 구동하면서 상기 기어부를 회전시키는 웜기어; 및

   상기 기어부 각각과 동축에 결합되어 연동되며, 체결하우징을 통과하는 센서본체의 외주면 양측을 가압하도록 밀착되어, 회전되면서 센서본체를 상하방향으로 이동시키는 한 쌍의 가압롤러;를 포함하는 것을 특징으로 하는 로고스키코일을 이용한 가변형 전류센서.
4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 하나의 항에 있어서,

   상기 센서본체는,

   코일이 권선된 일자형 공심코어에 수축튜브가 끼워지고, 상기 수축튜브의 외측을 편조선이 감싸며, 상기 편조선의 외측에 실드케이스가 끼워지는 구성을 가지되, 상기 공심코어 및 실드케이스는 굽힘이 자유로운 고무 재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 로고스키코일을 이용한 가변형 전류센서.

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