KR101021242B1 - 전류 측정 장치 - Google Patents

Abstract

개시된 내용은 전류 측정 장치에 관한 것으로서, 링 형상의 공심 코어에 2개의 코일이 병렬로 권선되어 있으며, 선로에 흐르는 전류에 의해 유도전압이 유기되는 로고스키 코일과, 2개의 코일이 병렬로 연결된 로고스키 코일의 일측 코일을 통해 유도되어 출력되는 전류값을 연산 처리하는 제 1 전류 측정부와, 2개의 코일이 병렬로 연결된 로고스키 코일의 타측 코일을 통해 유도되어 출력되는 전류값을 연산 처리하는 제 2 전류 측정부와, 제 1 전류 측정부와 제 2 전류 측정부 각각에서 연산 처리된 전류값을 평균하고, 평균한 값을 선로에 흐르는 전류값으로 최종 결정하며, 결정된 전류값의 표시를 제어하는 제 3 전류 측정부를 포함한다.

따라서, 본 발명은 제로점 오차를 줄이면서 정밀한 전류 측정이 가능함은 물론, 선로 상에 흐르는 낮은 전류의 측정도 용이하며, 전류 측정 장비를 소형화하여 제작할 수 있다.

전류 측정, 로고스키(rogowski) 코일, 평균, 직류 변환

Description

전류 측정 장치{Apparatus for current measurement}

본 발명은 전류 측정 장치에 관한 것이다.

일반적으로 배전반, 고압 스위치 등의 각종 전력 기기의 부하전류 및 사고전류를 측정하는 장비로 자성체 코일을 사용하는 전류 변환기(current transformer), 분류기(shunt), 홀(hall) 센서, 로고스키(rogowski) 코일 등이 사용되어 왔다.

전류 변환기는 절연 확보는 비교적 용이하나 철심의 자기 포화로 인해 대전류 또는 전류에 직류성분이 포함될 경우에는 측정에 한계가 있고, 소형화가 어려운 등의 적용상 많은 문제점이 있다.

분류기는 측정 대상회로에 직렬로 접속되어 측정 대상회로의 임피던스를 변화시켜 계측기 부하효과를 이용하여 전류를 측정한다. 그러나, 분류기는 고전압에서 측정 대상회로의 1차 측에 접속될 경우 측정 장치의 전기절연을 확보해야 하는 문제가 있다.

로고스키 코일은 균일하게 감은 코일의 한쪽 끝을 코일 내부로 관통시켜 제작되며, 전류에 의해 유기되는 유도전압을 적절한 적분회로를 통하여 적분함으로써 전류를 측정한다. 로고스키 코일은 반도체의 개폐 과도현상 측정 등 광범위한 영 역에서 사용이 가능하고, 동일한 크기로 100A 내지 100KA의 대전류의 측정이 가능하고, 1차 측과 분리되어 있어 절연성이 우수하고, 자성물질을 포함하고 있지 않아 선형성이 우수하며, 전류 변환기와 달리 마그네틱 코어(magnetic core)를 사용하지 않고 공심 코어(air core)를 형성하는 특수 재질의 플라스틱 보빈을 사용하므로 철심 포화에 따른 과전류 손상이 없는 특성을 가짐에 따라 고압의 전류가 흐르는 장치들에 효과적으로 적용되고 있다.

도 1은 상술한 바와 같은 일반적인 로고스키 코일을 개략적으로 나타낸 도면으로서, 균일하게 감은 코일로 이루어지며, 코일 단면에 수직방향의 자속을 감쇄시키기 위해 코일 한쪽 끝을 코일 내부로 관통시킨 형상으로 제작된다. 그리고 전류에 의해 유기되는 유도전압을 적절한 적분 회로를 통하여 적분함으로써 전류를 측정하게 된다. 이때 선로에 정현파 전류가 흐르는 경우 로고스키 코일에서 유도되는 전압의 파형은 정현파의 미분값이 되어 직접 전류값으로 표현할 수 없기 때문에 측정 전류값을 얻기 위해서 로고스키 코일에 의해 유기되는 유도전압을 적분 회로를 통해 적분한다.

도 2는 일반적인 로고스키 코일을 이용한 전류 측정 장치를 나타낸 도면으로서, 전류가 흐르는 선로(1) 주위를 감싸며 전류를 감지하는 로고스키 코일(3)과, 로고스키 코일(3)에서 유도되는 전압을 토대로 전류값을 측정하는 측정기(9)로 구성된다.

로고스키 코일(3)은 양단에 커넥터(5)가 연결되어 링 형상으로 형성되며, 전류가 흐르는 선로(1) 주위를 감쌀 수 있는 구조를 가진다. 로고스키 코일(3)의 일 단은 로고스키 코일(3)의 유도전압을 측정기(9)로 전송하는 동축 케이블(7)이 연결된다.

선로(1)에 흐르는 전류에 의해 로고스키 코일(3)에 유기되는 유도전압은 로고스키 코일(3)의 일단에 연결된 동축 케이블(7)을 통해 측정기(9)로 전송되고, 측정기(9)는 로고스키 코일(3)로부터 받은 유도전압 신호를 적분하여 전류값을 측정한다. 측정된 전류값은 측정기(9)에 직접 표시될 수 없는 경우 연결 단자를 통해 연결된 외부 기기(예를 들어, 오실로스코프) 등을 통해 표시된다.

그러나, 상술한 바와 같은 종래의 로고스키 코일을 이용한 전류 측정 장치는, 로고스키 코일의 중심에 선로가 위치하지 않는 경우 제로점 오차가 발생될 수 있고, 수 암페어 이하의 저 전류를 측정할 때 오류가 많이 발생되었으며, 대용량의 전류 측정에 주로 사용되기 때문에 제품의 크기를 소형화하여 제작하기 어려웠음은 물론 단단한 재질의 사용으로 인하여 플렉서블(flexible)하게 제작하기 어려운 문제점이 있었다.

본 발명의 목적은 전술한 문제점을 해결할 수 있도록, 2개의 코일이 병렬로 권선된 로고스키 코일을 통해 유도되는 전압을 토대로 측정되는 2개의 전류값을 평균하여 선로 상에 흐르는 전류값을 측정함으로써, 제로점 오차를 줄이면서 정밀한 전류 측정이 가능하도록 하는 전류 측정 장치를 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은, 2개의 코일이 병렬로 권선된 로고스키 코일을 통해 유도되는 전압을 직렬로 전환하여 전류값을 측정함으로써, 선로 상에 흐르는 낮은 전류의 측정이 용이하도록 하는 전류 측정 장치를 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 선로 상에 흐르는 전류를 측정하는 장비를 플렉서블하면서 크기를 소형화시켜 제작할 수 있도록 하는 전류 측정 장치를 제공하는 데 있다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전류 측정 장치의 일 실시예는, 링 형상의 공심 코어에 2개의 코일이 병렬로 권선되어 있으며, 선로에 흐르는 전류에 의해 유도전압이 유기되는 로고스키 코일, 2개의 코일이 병렬로 연결된 로고스키 코일의 일측 코일을 통해 유도되어 출력되는 전류값을 연산 처리하는 제 1 전류 측정부, 2개의 코일이 병렬로 연결된 로고스키 코일의 타측 코일을 통해 유도되어 출력되는 전류값을 연산 처리하는 제 2 전류 측정부, 그리고 제 1 전류 측정부와 제 2 전류 측정부 각각에서 연산 처리된 전류값을 평균하고, 평균한 값을 선로에 흐르는 전류값으로 최종 결정하며, 결정된 전류값의 표시를 제어하는 제 3 전류 측정부를 포함한다.

이때 상술한 제 1 전류 측정부와 제 2 전류 측정부는, 로고스키 코일에서 유도되어 출력되는 전류의 미분값을 적분하여 출력하는 적분기, 적분기에서 적분된 아날로그 데이터를 디지털 데이터로 변환하여 출력하는 아날로그/디지털 변환부, 그리고 아날로그/디지털 변환부로부터 입력되는 디지털 데이터를 토대로 로고스키 코일에서 유도되어 출력되는 전류값을 연산 처리하는 제어부를 포함하여 구성하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에 따른 전류 측정 장치의 다른 실시예는, 링 형상의 공심 코어에 2개의 코일이 병렬로 권선되어 있으며, 선로에 흐르는 전류에 의해 유도전압이 유기되는 로고스키 코일, 2개의 코일이 병렬로 연결된 로고스키 코일을 직렬로 전환하는 직렬 전환부, 그리고 직렬 전환부를 통해 직렬로 전환된 로고스키 코일을 통해 유도되어 출력되는 전류값을 연산 처리하여 선로에 흐르는 전류값을 측정하며, 측정된 전류값의 표시를 제어하는 전류 측정부를 포함한다.

이때 상술한 전류 측정부는, 로고스키 코일에서 유도되어 출력되는 전류의 미분값을 적분하여 출력하는 적분기, 적분기에서 적분된 아날로그 데이터를 디지털 데이터로 변환하여 출력하는 아날로그/디지털 변환부, 그리고 아날로그/디지털 변환부로부터 입력되는 디지털 데이터를 토대로 로고스키 코일에서 유도되어 출력되는 전류값을 연산 처리하며, 연산 처리된 전류값의 표시를 제어하는 제어부를 포함하여 구성하는 것이 바람직하다.

그리고, 상술한 각 실시예에서의 로고스키 코일은, 2개의 코일을 동시에 권선하여 형성하거나, 또는 2개의 코일 중 1개의 코일을 권선한 후, 다른 1개의 코일을 권선된 코일 상부에 다시 권선하여 형성하는 것이 바람직하다.

이상에서와 같이 본 발명의 전류 변환 장치에 따르면, 2개의 코일이 병렬로 권선된 로고스키 코일을 통해 유도되는 전압을 토대로 측정되는 2개의 전류값을 평균하여 선로 상에 흐르는 전류값을 측정하기 때문에 로고스키 코일의 중심에 선로 가 위치하지 않는 경우에도 제로점 오차를 줄이면서 정밀하게 전류를 측정할 수 있는 효과가 있다.

또한, 2개의 코일이 병렬로 권선된 로고스키 코일을 통해 유도되는 전압을 직렬로 전환하여 전류값을 측정할 수 있기 때문에 선로 상에 흐르는 낮은 전류의 측정도 용이한 효과가 있다.

또한, 종래보다 많은 수의 코일이 권선되어 있으므로 대용량의 전류 측정에 오랜 기간 동안 사용하더라도 경화 발생을 줄일 수 있어 플렉서블하면서 크기를 소형화하여 제작할 수 있는 효과가 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 전류 측정 장치를 상세하게 설명한다.

도 3은 본 발명에 따른 전류 측정 장치의 일 실시예의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.

도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 전류 측정 장치는, 로고스키 코일(10), 제 1 전류 측정부(20), 제 2 전류 측정부(30), 제 3 전류 측정부(40)로 구성된다.

로고스키 코일(10)은 링 형상의 공심 코어에 2개의 코일이 병렬로 권선되어 있고, 선로에 흐르는 전류에 의해 유도전압이 유기되며, 유기된 전압이 제 1 전류 측정부(20)와 제 2 전류 측정부(30)로 각각 출력된다.

이때 로고스키 코일(10)은 공지의 기술과 같이 양단에 커넥터가 연결되어 전 류가 흐르는 선로 주위를 감쌀 수 있는 구조를 가지며, 로고스키 코일(10)의 일단은 로고스키 코일(10)의 유도전압을 제 1 전류 측정부(20)와 제 2 전류 측정부(30) 각각으로 전송하는 동축 케이블이 연결되어 있다.

제 1 전류 측정부(20)는 2개의 코일이 병렬로 연결된 로고스키 코일(10)의 일측 코일을 통해 유도되어 출력되는 전류값을 연산 처리하며, 연산된 전류값을 제 3 전류 측정부(40)로 출력한다.

제 2 전류 측정부(30)는 2개의 코일이 병렬로 연결된 로고스키 코일의 타측 코일을 통해 유도되어 출력되는 전류값을 연산 처리하며, 연산된 전류값을 제 3 전류 측정부(40)로 출력한다.

이때 상술한 제 1 전류 측정부(20)와 제 2 전류 측정부(30) 각각은, 로고스키 코일(10)에서 유도되어 출력되는 전류의 미분값을 적분하여 출력하는 적분기(22)(32)와, 적분기(22)(32)에서 적분된 아날로그 데이터를 디지털 데이터로 변환하여 출력하는 아날로그/디지털 변환부(24)(34)와, 아날로그/디지털 변환부(24)(34)로부터 입력되는 디지털 데이터를 토대로 로고스키 코일(10)에서 유도되어 출력되는 전류값을 연산 처리하는 제어부(26)(36)로 구성된다.

제 3 전류 측정부(40)는 제 1 전류 측정부(20)와 제 2 전류 측정부(30) 각각에서 연산 처리된 2개의 전류값을 평균하고, 평균한 값을 선로에 흐르는 전류값으로 최종적으로 결정하며, 결정된 전류값의 표시를 제어하여 전류 측정을 수행하는 작업자가 이를 확인하도록 한다. 이때 측정된 전류값의 표시는, 표시부(도시되어 있지 않음)를 통해 표시하거나 또는 연결단자(도시되어 있지 않음)에 연결된 오실 로스코프 등의 외부 기기(도시되어 있지 않음)를 통해 표시한다.

도 4는 본 발명에 따른 전류 측정 장치의 다른 실시예의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.

도시된 바와 같이 본 발명의 다른 실시예에 따른 전류 측정 장치는, 로고스키 코일(100), 직렬 변환부(200), 전류 측정부(300)로 구성된다.

로고스키 코일(100)은 링 형상의 공심 코어에 2개의 코일이 병렬로 권선되어 있고, 선로에 흐르는 전류에 의해 유도전압이 유기되며, 유기된 전압은 직렬 변환부(200)로 출력된다.

직렬 변환부(200)는 2개의 코일이 병렬로 연결된 로고스키 코일(100)을 직렬로 전환한다.

전류 측정부(300)는 직렬 전환부(200)를 통해 직렬로 전환된 로고스키 코일(100)을 통해 유도되어 출력되는 전류값을 연산 처리하여 선로에 흐르는 전류값을 측정하며, 결정된 전류값의 표시를 제어하여 전류 측정을 수행하는 작업자가 이를 확인하도록 한다.

이때 상술한 전류 측정부(300)는, 로고스키 코일(100)에서 유도되어 출력되는 전류의 미분값을 적분하여 출력하는 적분기(310)와, 적분기(320)에서 적분된 아날로그 데이터를 디지털 데이터로 변환하여 출력하는 아날로그/디지털 변환부(320)와, 아날로그/디지털 변환부(320)로부터 입력되는 디지털 데이터를 토대로 로고스키 코일(100)에서 유도되어 출력되는 전류값을 연산 처리하며, 연산 처리된 전류값의 표시를 제어하는 제어부(330)로 구성된다.

도 5와 도 6은 본 발명에 사용되는 로고스킬 코일의 권선 방식을 설명하기 위한 도면으로서, 도 5에서와 같이 2개의 코일을 동시에 권선하여 형성하거나, 또는 도 6에서와 같이 2개의 코일 중 1개의 코일을 권선한 후, 다른 1개의 코일을 권선된 코일 상부에 다시 권선하여 형성한다.

다음에는, 이와 같이 구성된 본 발명에 따른 전류 측정 장치의 동작과정을 보다 상세하게 설명한다.

먼저, 전술한 도 3에 도시된 2개의 코일이 병렬로 형성된 로고스키 코일(10)을 통해 유도되는 전압을 토대로 전류값을 각각 측정하고, 이를 평균하여 선로에 흐르는 전류값을 측정하는 본 발명의 일 실시예의 구성을 토대로 동작과정을 설명하면 다음과 같다.

특정 선로에 흐르는 전류값을 측정하기 위한 작업자가 로고스키 코일(10)을 해당 선로상에 위치시키면, 선로에 흐르는 전류에 의해 2개의 코일이 병렬로 권선된 로고스키 코일(10)을 통해 제 1 전류 측정부(20)와 제 2 전류 측정부(30) 각각으로 유도전압이 입력된다.

그러면 제 1 전류 측정부(20)와 제 2 전류 측정부(30)의 적분기(22)(32)를 통해 로고스키 코일(10)에서 유도되어 출력되는 전류의 미분값이 적분되고, 적분기(22)(32)에서 적분된 아날로그 데이터가 아날로그/디지털 변환부(24)(34)를 통해 디지털 데이터로 변환된다.

아날로그/디지털 변환부(24)(34)로부터 입력되는 디지털 데이터를 토대로 제 1 전류 측정부(20)와 제 2 전류 측정부(30)의 제어부(26)(36)에서 로고스키 코 일(10)에서 유도되어 출력되는 전류값이 측정된다.

이처럼 제 1 전류 측정부(20)와 제 2 전류 측정부(30) 각각에서 측정된 전류값은 제 3 전류 측정부(40)로 출력되며, 제 3 전류 측정부(40)에서는 제 1 전류 측정부(20)와 제 2 전류 측정부(30)에서 각각 측정된 2개의 전류값의 평균값을 선로에 흐르는 전류값으로 최종적으로 결정하며, 결정된 전류값의 표시를 제어한다.

이처럼 2개의 코일이 병렬로 권선된 로고스키 코일(10)을 통해 유도되는 전압을 토대로 측정되는 2개의 전류값을 평균하여 선로 상에 흐르는 전류값을 측정하는 경우에는, 로고스키 코일(10)의 중심부분에 선로가 위치하지 않아 발생될 수 있는 제로점 오차를 줄이면서 정밀한 전류 측정을 수행할 수 있다.

한편, 전술한 도 3의 일 실시예와는 달리, 도 4에 도시된 2개의 코일이 병렬로 권선된 로고스키 코일(100)을 통해 유도되는 전압을 직렬로 전환하여 전류값을 측정하는 다른 실시예의 구성을 토대로 동작과정을 설명하면 다음과 같다.

특정 선로에 흐르는 전류값을 측정하기 위한 작업자가 로고스키 코일(100)을 해당 선로상에 위치시키면, 선로에 흐르는 전류에 의해 2개의 코일이 병렬로 권선된 로고스키 코일(100)을 통해 직렬 전환부(200)로 유도전압이 입력된다.

직렬 변환부(200)는 2개의 코일이 병렬로 연결된 로고스키 코일(100)을 직렬로 전환한 후, 로고스키 코일(100)로부터 유기되는 전압을 전류 측정부(300)로 출력한다.

그러면 전류 측정부(300)의 적분기(310)에서는 직렬 전환부(200)를 통해 로고스키 코일(100)에서 유도되는 전류의 미분값이 적분되고, 적분기(310)에서 적분 된 아날로그 데이터가 아날로그/디지털 변환부(320)를 통해 디지털 데이터로 변환된다.

그리고 아날로그/디지털 변환부(320)로부터 입력되는 디지털 데이터를 토대로 전류 측정부(300)의 제어부(330)에서 로고스키 코일(100)에서 유도되어 출력되는 전류값이 연산 처리되어 선로에 흐르는 전류값이 측정되며, 측정된 전류값의 표시가 이루어진다.

이처럼 2개의 코일이 병렬로 권선된 로고스키 코일(100)을 통해 유도되는 전압을 직렬로 전환하여 전류값을 측정하는 경우에는, 선로 상에 낮은 전류가 흐르더라도 오류 발생을 최대한 줄이면서 전류값 측정을 용이하게 수행할 수 있다.

여기에서, 상술한 본 발명에서는 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경할 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

도 1은 일반적인 로고스키 코일을 개략적으로 나타낸 도면,

도 2는 일반적인 로고스키 코일을 이용한 전류 측정 장치를 나타낸 도면,

도 3은 본 발명에 따른 전류 측정 장치의 일 실시예의 구성을 개략적으로 나타낸 도면,

도 4는 본 발명에 따른 전류 측정 장치의 다른 실시예의 구성을 개략적으로 나타낸 도면,

도 5와 도 6은 본 발명에 사용되는 로고스킬 코일의 권선 방식을 설명하기 위한 도면이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

10, 100 : 로고스키 코일 20 : 제 1 전류 측정부

22, 32, 310 : 적분기 24, 34, 320 : 아날로그/디지털 변환부

26, 36, 330 : 제어부 30 : 제 2 전류 측정부

40 : 제 3 전류 측정부 200 : 직렬 변환부

300 : 전류 측정부

Claims (6)

1. 링 형상의 공심 코어에 2개의 코일이 병렬로 권선되어 있으며, 선로에 흐르는 전류에 의해 유도전압이 유기되는 로고스키 코일,

   2개의 코일이 병렬로 연결된 상기 로고스키 코일의 일측 코일을 통해 유도되어 출력되는 전류값을 연산 처리하는 제 1 전류 측정부,

   2개의 코일이 병렬로 연결된 상기 로고스키 코일의 타측 코일을 통해 유도되어 출력되는 전류값을 연산 처리하는 제 2 전류 측정부, 그리고

   상기 제 1 전류 측정부와 상기 제 2 전류 측정부 각각에서 연산 처리된 전류값을 평균하고, 평균한 값을 상기 선로에 흐르는 전류값으로 최종 결정하며, 결정된 전류값의 표시를 제어하는 제 3 전류 측정부를 포함하는 전류 측정 장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 제 1 전류 측정부와 상기 제 2 전류 측정부는,

   상기 로고스키 코일에서 유도되어 출력되는 전류의 미분값을 적분하여 출력하는 적분기,

   상기 적분기에서 적분된 아날로그 데이터를 디지털 데이터로 변환하여 출력하는 아날로그/디지털 변환부, 그리고

   상기 아날로그/디지털 변환부로부터 입력되는 디지털 데이터를 토대로 상기 로고스키 코일에서 유도되어 출력되는 전류값을 연산 처리하는 제어부를 포함하는 전류 측정 장치.
3. 링 형상의 공심 코어에 2개의 코일이 병렬로 권선되어 있으며, 선로에 흐르는 전류에 의해 유도전압이 유기되는 로고스키 코일,

   2개의 코일이 병렬로 연결된 상기 로고스키 코일을 직렬로 전환하는 직렬 전환부, 그리고

   상기 직렬 전환부를 통해 직렬로 전환된 상기 로고스키 코일을 통해 유도되어 출력되는 전류값을 연산 처리하여 상기 선로에 흐르는 전류값을 측정하며, 측정된 전류값의 표시를 제어하는 전류 측정부를 포함하는 전류 측정 장치.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 전류 측정부는,

   상기 로고스키 코일에서 유도되어 출력되는 전류의 미분값을 적분하여 출력하는 적분기,

   상기 적분기에서 적분된 아날로그 데이터를 디지털 데이터로 변환하여 출력하는 아날로그/디지털 변환부, 그리고

   상기 아날로그/디지털 변환부로부터 입력되는 디지털 데이터를 토대로 상기 로고스키 코일에서 유도되어 출력되는 전류값을 연산 처리하며, 연산 처리된 전류값의 표시를 제어하는 제어부를 포함하는 전류 측정 장치.
5. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,

   상기 로고스키 코일은,

   2개의 코일을 동시에 권선하여 형성하는 전류 측정 장치.
6. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,

   상기 로고스키 코일은,

   2개의 코일 중 1개의 코일을 권선한 후, 다른 1개의 코일을 상기 권선된 코일 상부에 다시 권선하여 형성하는 전류 측정 장치.

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