KR101165992B1 - 일점 감지식 전원 측정기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전선에 절연 접촉 또는 전선에 인접하여 설치되어, 전선에 흐르는 전류 파형에 의해 발생되는 자기력선을 수집하는 U자형 개방 코어와; 상기 개방 코어의 중심부에 감겨지며 1주회 위치에서 반경만 확장되면서 연속으로 감겨져 상기 개방 코어의 변곡부가 최소화되도록 하는 코일과; 상기 코일에 연결되어 상기 코일로 부터 수집되는 유도 기전력 신호를 해석하여 상기 전선의 전류 정보를 역 연산하는 신호 해석 회로부로; 구성되는 것을 특징으로 하는 일점 감지식 전원 측정기에 관한 것이다.
본 발명에 의하여, 전선에 미리 설치 작업이 불필요하며, 전류가 흐르는 전선의 일점 위치에서 전선으로 흐르는 전류 정보를 획득할 수 있는 일점 감지식 전원 측정기가 제공되는 이익이 있다.

Description

일점 감지식 전원 측정기{point detecting type power measuring device}

본 발명은 전선에 절연 접촉 또는 전선에 인접하여 설치되어, 전선에 흐르는 전류 파형에 의해 발생되는 자기력선을 수집하는 U자형 개방 코어와; 상기 개방 코어의 중심부에 감겨지며 1주회 위치에서 반경만 확장되면서 연속으로 감겨져 상기 개방 코어의 변곡부가 최소화되도록 하는 코일과; 상기 코일에 연결되어 상기 코일로 부터 수집되는 유도 기전력 신호를 해석하여 상기 전선의 전류 정보를 역 연산하는 신호 해석 회로부로; 구성되는 것을 특징으로 하는 일점 감지식 전원 측정기에 관한 것이다.

일반적으로 전선에 흐르는 전류량을 계측하기 위해서는 도 7에 도시된 바와 같이 전선의 경로를 절단하고 그 사이에 전류계를 설치하여야 한다.

이는 전류의 측정을 위해서는 전선에 흐르는 전류를 직접 통과시키면서 계측하는 장비가 필요하며, 그 장비는 전선에 흐르는 용량에 적합한 규격을 가져야 함을 의미한다.

또한, 전선에 전류를 흘리기 전에 미리 전류계의 설치 작업이 선행되어져야 함을 의미하기도 한다.

따라서, 도 7에 도시된 바와 같은 전류계의 설치는 설치 비용과 경비, 선행 작업의 필요성 등에 의하여 그 사용이 크게 제한적인 문제점이 있다.

한편, 일반적으로 전선에 전류가 흐르면 오른나사의 법칙에 따라 자속이 발생되는데, 전선에 교류가 흐르면 발생되는 자속도 연동하여 교번할 것이다.

따라서, 로고스키 코일처럼 전선을 가운데로 통과시키는 환형 코어를 형성시키면, 상기 환형 코어에 자속이 집중되어 전선의 전류에 의해 발생되는 자속을 대부분 수집할 수 있으며, 코일 내부로 흐르는 자속이 변화되는 경우에는 패러데이 법칙에 따라 유도 기전력이 발생된다.

따라서, 로고스키 코일과 같은 환형 코어에 코일을 감아두면 전선에 흐르는 교류 전류에 의하여 자속의 변화가 연동 발생되는데, 상기 자속은 코일에 유도 기전력을 연동 발생시키게 되므로, 결과적으로 전선에 교류 전류가 흐르면 이에 의한 유도 기전력을 획득할 수 있게 된다.

로고스키 코일은 이와 같은 원리를 이용하여 상기 유도 기전력을 획득하여 전선에 흐르는 전류의 크기를 시뮬레이션하고 연산하는 것을 특징으로 한다,

그런데, 상기와 같이 코어가 전선 주변을 완전히 감싸는 환형일 경우에는 자속의 경로가 코어에서 완전히 이루어지는 이점이 있으나, 실제의 전선에 이와 같은 환형코어를 삽입하기 위해서는 전선을 절단한 후, 코어를 넣고 다시 전선을 연결해야 하는 문제점이 있다.

실제로 전류가 흐르는 전선에 이러한 시도를 하는 것은 매우 위험하며, 이러한 작업일 실시하는 경우에는 전원을 차단하고 공정을 실시해야 하는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 전선에 미리 설치 작업이 불필요하며, 전류가 흐르는 전선의 일점 위치에서 전선으로 흐르는 전류 정보를 획득할 수 있는 일점 감지식 전원 측정기를 제공하는 것을 목적을 한다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 전선에 절연 접촉 또는 전선에 인접하여 설치되어, 전선에 흐르는 전류 파형에 의해 발생되는 자기력선을 수집하는 U자형 개방 코어와; 상기 개방 코어의 중심부에 감겨지며 1주회 위치에서 반경만 확장되면서 연속으로 감겨져 상기 개방 코어의 변곡부가 최소화되도록 하는 코일과; 상기 코일에 연결되어 상기 코일로 부터 수집되는 유도 기전력 신호를 해석하여 상기 전선의 전류 정보를 역 연산하는 신호 해석 회로부로; 구성되는 것을 특징으로 하는 일점 감지식 전원 측정기를 기술적 요지로 한다.

삭제

또한, 상기 일점 감지식 전원 측정기는 분전반 또는 분전반 연결단에 삽입되는 부스바에 절연 접촉 또는 인접 설치되어 부스바로 흐르는 전류량을 계측하고, 이를 통하여 상기 부스바를 통하여 흐르는 전력량을 연산하여 출력시키는 것을 특징으로 하는 일점 감지식 전원 측정기로 되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 일점 감지식 전원 측정기는 상기 개방 코어의 단부에 절연체를 형성하거나, 설치거리 제한 수단을 마련하여, 상기 개방 코어로 수집되는 자기력선의 일관성을 확보하는 것을 특징으로 하는 일점 감지식 전원 측정기로 되는 것이 바람직하다.

상기한 본 발명에 의하여, 전선에 미리 설치 작업이 불필요하며, 전류가 흐르는 전선의 일점 위치에서 전선으로 흐르는 전류 정보를 획득할 수 있는 일점 감지식 전원 측정기가 제공되는 이익이 있다.

도 1은 본 발명의 단면 구조도
도 2는 본 발명의 사시 구조도
도 3은 부스바에 사용하는 본 발명의 사시 구조도
도 4는 부스바에서 발생되는 자속을 도시한 정단면 구조도
도 5는 본 발명의 실시 상태도
도 6은 본 발명의 실시 상태 전체 구조도
도 7은 종래기술방식의 전류계 사용 상태도
도 8은 종래기술방식의 로고스키 코일의 구조도

이하 도면을 참조하여 본 발명에 관하여 살펴보기로 하며, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기술 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.

그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있으므로 그 정의는 본 발명을 설명하는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

이하의 도 1은 본 발명의 단면 구조도이며, 도 2는 본 발명의 사시 구조도이며, 도 3은 부스바에 사용하는 본 발명의 사시 구조도이며, 도 4는 부스바에서 발생되는 자속을 도시한 정단면 구조도이며, 도 5는 본 발명의 실시 상태도이며, 도 6은 본 발명의 실시 상태 전체 구조도이며, 도 7은 종래기술방식의 전류계 사용 상태도이며, 도 8은 종래기술방식의 로고스키 코일의 구조도이다.

도 1과 도 2, 도 3에 도시된 바와 같이 본 발명은 크게 개방 코어(1)와 코일(2)과 신호 해석 회로부(3)로 구성된다.

본 발명의 상기 개방 코어(1)는 전선(10)에 절연 접촉 또는 전선(10)에 인접하여 설치되어, 전선에 흐르는 전류 파형에 의해 발생되는 자기력선을 수집하는 코어 부분이다.

일반적으로 전선(10)에 전류가 흐르면 오른나사의 법칙에 따라 자속이 발생되는데, 전선(10)에 교류가 흐르면 발생되는 자속도 연동하여 교번할 것이다.

따라서, 도 8의 코일처럼 전선을 가운데로 통과시키는 환형 코어를 형성시키면, 상기 환형 코어에 자속이 집중되어 전선의 전류에 의해 발생되는 자속을 대부분 수집할 수 있다.

한편, 코일 내부로 흐르는 자속이 변화되는 경우에는 패러데이 법칙에 따라 유도 기전력이 발생된다.

따라서, 상기 환형 코어에 코일을 감아두면 전선에 흐르는 교류 전류에 의하여 자속의 변화가 연동 발생되는데, 상기 자속은 코일에 유도 기전력을 연동 발생시키게 된다.

즉, 결과적으로 전선에 교류 전류가 흐르면 이에 의한 유도 기전력을 획득할 수 있게 된다.

본 발명은 이와 같은 원리를 이용하여 상기 유도 기전력을 획득하여 전선에 흐르는 전류의 크기를 시뮬레이션하고 연산하는 것을 특징으로 한다,

그런데, 도 8과 같이 코어가 전선 주변을 완전히 감싸는 환형일 경우에는 자속의 경로가 코어에서 완전히 이루어지는 이점이 있으나, 실제의 전선에 이와 같은 환형코어를 삽입하기 위해서는 전선을 절단한 후, 코어를 넣고 다시 전선을 연결해야 하는 문제점이 있다.

실제로 전류가 흐르는 전선에 이러한 시도를 하는 것은 매우 위험하며, 이러한 작업일 실시하는 경우에는 전원을 차단하고 공정을 실시해야 하는 문제점이 있다.

본 발명은 이와 같은 문제점을 해소하여, 전선에 접촉하는 것만으로 전류의 정보를 가진 자속을 수집하여 유도 기전력을 발생시키는 기술을 제공한다.

즉, 전류에 의해 발생되는 자속은 항상 폐곡선을 이루므로, 상기 자속이 형성시키는 폐곡선의 일부만 코어로 형성하고 나머지는 공기로 형성하도록 한다.

이를 위하여 본 발명의 코어는 도 1에 도시된 바와 같이 폐곡선형 환형 고리가 아닌 고리의 일부가 개방된 고리(본 발명에서는 이를 '개방 코어'라고 정의하였음.)로 구성시킨다.

도 2에 도시된 바와 같이 상기 개방된 부분으로 전선(10)을 통과시키면 자속은 폐곡선형 고리와 마찬가지로 폐곡선을 형성시키면서 상기 개방 코어(1)가 있는 부분에서는 자속이 코어에 집중된다.

이러한 경우에는 상기한 환형 고리와 달리 전류가 흐르는 전선에 전선의 절단없이 직접 사용할 수 있게 된다.

본 발명에서 상기 개방 코어(1)는 상기한 바와 같이 자속을 집중시키기 위해서 일반적으로 자속 저항이 낮은 소재로 형성시켜 자속 누설이 최소화되도록 하는 것이 바람직하다.

도 1과 도2, 도 3에서 도시된 바와 같이 본 발명의 코일(2)은 상기 개방 코어(1)의 중심부에 감겨지는 전선부로서, 상기 코어에 의하여 수집되는 자속에 의하여 유도 기전력이 발생되는 부분이다.

상기 유도 기전력은 패러데이의 법칙에 따라

이 되는데, 여기서 v는 유도 기전력, N은 권선수, φ는 자속이 된다.

따라서, 유도 기전력은 코일(2)의 권선수에도 밀접한 관계가 있는데, 이는 자속의 변화에 민감하게 반응하는 유도 기전력을 얻기 위해서는 코일(2)의 적정 권선수가 확보되어야 한다는 것을 의미한다.

본 발명의 개방 코어(1)는 상기 코일(2)의 권선수를 확보하기 위하여 형태적인 변형을 가지는데, 상기 개방 코어가 도 4에 도시된 바와 같이 일자형으로 진행하면서 감겨지면 코어에 필요한 권선 길이(x) 때문에 코어의 크기가 커지게 된다.

따라서, 상기 개방 코어(1)는 권선 길이와 권선 형태에 따라 변형되는데, 본 발명에서는 상기 개방 코어를 도 2에 도시된 바와 같이 U자형으로 형성하고 그 가운데 코일을 감는다.

이러한 이유로 본 발명의 개방 코어(1)는 U자형으로 형성되며, 이에 따라 도 2에 도시된 바와 같이 전류가 흐르는 전선을 본 발명의 U자형 개방 코어 가운데 위치시키는 것만으로도 자연스럽게 자속이 개방 코어(1)에 집중되는 특징이 형성된다.

또한, 본 발명은 개방 코어(1)의 길이를 확장함에 따라 U자 중심부(본 발명에서는 이를 '변곡부'라 정의 함.)에 코일을 충분히 감을 수 있는 공간을 확보할 수 있는 특징을 가진다.

이를 더 확대 적용하면, 본 발명은 도면에 도시된 바와 같이 상기 코어에서 권선 필요 길이를 1주회에 필요한 길이로 최소화시킬 수 있는데, 이를 위하여 상기 코일은 1주회 위치에서 반경만 확장되면서 연속으로 감을 수 있다.

이에 의하면 상기 개방 코어의 변곡부 크기가 최소화되도록 할 수 있다.

본 발명의 신호 해석 회로부는 상기 코일에 연결되어 상기 코일로부터 수집되는 유도 기전력 신호를 해석하여 상기 전선의 전류 정보를 역 연산하는 회로부이다.

상기 회로부의 연산 결과는 전선에 전류가 흐르고 있는지 여부에 대한 원초적인 응답부터, 전류의 크기와 위상 특성까지 보여줄 수 있다.

일반적으로 종래기술방식에서 전선에 흐르는 전류량을 계측하기 위해서는 도 7에 도시된 바와 같이 전선의 경로를 절단하고 그 사이에 전류계를 설치하여야 하였다.

그런데 본 발명에 의하면 도 5에 도시된 바와 같이 전류가 흐르는 전선에 일점 접촉(실제의 접촉은 아니나, 상기 종래기술방식과 비교하여 일점 접촉으로 표현하기로 함.)만으로 전류의 흐름 상태를 알 수 있는 이점이 있다.

이와 같이 구성되는 본 발명은 도 5에 도시된 바와 같이 일반적인 선형 전선에 사용하여 전선에 흐르는 전류 정보를 아는데도 매우 유익하지만, 대용량 기계 장치를 결합시는 공장 시설물의 분전함에서 도 6에 도시된 바와 같이 대용량 기계의 운전 상태를 점검하는데도 크게 유용하게 사용할 수 있다.

한편, 대용량 기계 장치는 각각 하나의 누전차단기를 가지면서 상기 분전함에 연결되는데, 상기 분전함과 누전 차단기의 사이에는 부스바(100)가 개입되어 연결된다.

상기 부스바(100)는 통상 판상 막대형 전선으로 형성되는데, 도 3과 도 4에 도시된 바와 같이 이러한 부스바(100)의 경우에도 본 발명은 일점 접촉만으로 부스바(100)로 흐르는 전류를 계측할 수 있다.

따라서, 상기 대용량 기계 장치(부하)의 누전 차단기로 연결되는 부스바(100)에 본 발명을 일점 접촉시키면, 도 6에 도시된 바와 같이 대용량 기계 장치의 현재 사용 상태 정보를 자세하게 획득할 수 있으며, 누전 차단기의 인입 전압 용량과 함께 사용 전력을 연산할 수 있게 되는 특징을 가진다.

이와 같이 구성되는 본 발명은 상기 전선과 개방 코어의 이격거리가 일정하게 유지되어야 획득 신호에 대한 신뢰성이 확보된다.

이를 위하여 본 발명의 상기 일점 감지식 전원 측정기는 상기 개방 코어(1)의 단부에 절연체를 형성하거나, 도 1에 도시된 바와 같이 설치거리(y)의 제한 수단을 마련하여, 상기 개방 코어(1)로 수집되는 자기력선의 일관성을 확보한다.

도 1에서 본 발명은 스토퍼(30)가 형성된 하우징(300)으로 외형을 마련하고, 본 발명을 설치할 부스바에는 상기 스토퍼(30)와 접촉하는 단턱(40)이 형성된 지지대(4)를 마련하여, 본 발명을 삽입시키는 것만으로 장착될 수 있게 한다.

즉, 본 발명을 전선(10) 또는 부스바(100)에서 일정한 거리에서 설치되게 하여, 상기 개방 코어(1)에서 획득되는 자속량이 일정하도록 한다.

물론, 이러한 경우에도, 설치 후 획득 자속에 대한 영점 조절의 필요는 있으나, 이러한 설치거리 제한 수단에 의하면 영점 조절이 쉬워질 수 있다.

이상 본 발명의 설명을 위하여 도시된 도면은 본 발명이 구체화되는 하나의 실시예로서 도면에 도시된 바와 같이 본 발명의 요지가 실현되기 위하여 다양한 형태의 조합이 가능함을 알 수 있다.

따라서 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.

1 : 개방 코어 2: 코일
3 : 신호 해석 회로부 4 : 지지대
30 : 스토퍼 40 : 단턱
300 : 하우징

Claims (4)

1. 삭제
2. 전선에 절연 접촉 또는 전선에 인접하여 설치되어, 전선에 흐르는 전류 파형에 의해 발생되는 자기력선을 수집하는 U자형 개방 코어와;
   상기 개방 코어의 중심부에 감겨지며 1주회 위치에서 반경만 확장되면서 연속으로 감겨져 상기 개방 코어의 변곡부가 최소화되도록 하는 코일과;
   상기 코일에 연결되어 상기 코일로 부터 수집되는 유도 기전력 신호를 해석하여 상기 전선의 전류 정보를 역 연산하는 신호 해석 회로부로;
   구성되는 것을 특징으로 하는 일점 감지식 전원 측정기.
3. 제2항에 있어서 상기 일점 감지식 전원 측정기는
   분전반 또는 분전반 연결단에 삽입되는 부스바에 절연 접촉 또는 인접 설치되어 부스바로 흐르는 전류량을 계측하고, 이를 통하여 상기 부스바를 통하여 흐르는 전력량을 연산하여 출력시키는 것을 특징으로 하는 일점 감지식 전원 측정기.
4. 제3항에 있어서 상기 일점 감지식 전원 측정기는
   상기 개방 코어의 단부에 절연체를 형성하거나, 설치거리 제한 수단을 마련하여, 상기 개방 코어로 수집되는 자기력선의 일관성을 확보하는 것을 특징으로 하는 일점 감지식 전원 측정기.
   

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