KR101984073B1 - 로고스키 코일을 이용한 임펄스 전류측정장치 - Google Patents

Abstract

로고스키 코일을 이용한 임펄스 전류측정장치가 개시된다. 개시된 로고스키 코일을 이용한 임펄스 전류측정장치는 로고스키 코일과, 적분기를 포함하는 신호처리부와, 상기 로고스키코일과 상기 신호처리부를 전기적으로 연결하는 신호선을 포함하도록 구성된 전류측정장치에 있어서, 임펄스 전류로 인해 상기 로고스키 코일로부터 출력된 고전압의 출력신호에 의해 상기 신호처리부의 회로손상을 방지하도록 상기 신호처리부에 구비되며 스파크 갭 또는 바리스터로 이루어진 보호소자;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

로고스키 코일을 이용한 임펄스 전류측정장치{Impulse current measurement device using rogowski coil}

본 발명은 로고스키 코일을 이용한 임펄스 전류 측정장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전류크기가 크고 전류의 상승시간이 매우 빠른 임펄스 전류를 측정하기에 적합하도록 보호기능과 노이즈 차폐기능을 포함한 로고스키 코일을 이용한 임펄스 전류측정장치에 관한 것이다.

비접속식 전류측정 센서로 가장 많이 사용되고 있는 것이 로고스키 코일이다. 이러한 로로스키코일을 이용한 전류측정장치에 대해 등록특허 10-0605023호, 등록특허 10-0882727호, 등록특허 10-1476819호에 개시되어 있으며, 이러한 로고스키 코일을 이용한 전류측정장치는 로고스키 코일이 공심으로 이루어져 있기 때문에 포화가 되지 않는 장점을 갖고 있다.

하지만 로고스키 코일은 인가된 전류파형에 대한 시간에 따른 미분형태인 유도전압으로 나타나기 때문에 원래의 전류파형을 얻기 위해서는 적분 기능이 추가적으로 요구되어 적분기가 적용된다. 적분기는 회로소자를 사용하는 수동형 적분기와 OPAMP를 이용한 능동형 적분기가 있다.

뇌격전류와 같이 피크값이 매우 큰 임펄스 전류의 경우 로고스키 코일의 출력전압은 매우 높게 발생하며, 또한 외부 EMI 노이즈에 의한 영향을 함께 받게 된다. 이에 노이즈가 포함된 전류파형에서 정확한 전류파형을 얻는 것이 매우 어렵고, 신호처리부 혹은 측정시스템에 심각한 피해를 야기할 수 있다.

이에 따라, 외부 EMI 노이즈를 차단 혹은 최소화 하고 신호처리부의 측정시스템을 보호할 수 있는 로고스키 코일을 이용한 전류측정장치에 대한 연구개발이 절실히 요구되고 있는 실정이다.

등록특허 10-0605023호 등록특허 10-0882727호 등록특허 10-1476819호

본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하고자 창안된 것으로서, 측정하고자 하는 임펄스 전류 이외의 다른 소스원으로 발생하는 노이즈 신호를 차폐 혹은 최소화하고, 매우 큰 임펄스 전류 혹은 매우 빠른 변화량을 갖는 임펄스 전류에 의한 유도전압으로부터 신호 처리부를 보호하기 위한 보호소자를 포함하여 전류파형의 정확성과 제품의 안전성을 향상시킬 수 있는 로고스키코일을 이용한 임펄스 전류측정장치를 제공하는데 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 로고스키코일을 이용한 임펄스 전류측정장치는 로고스키 코일과, 적분기를 포함하는 신호처리부와, 상기 로고스키코일과 상기 신호처리부를 전기적으로 연결하는 신호선을 포함하도록 구성된 전류측정장치에 있어서, 임펄스 전류로 인해 상기 로고스키 코일로부터 출력된 고전압의 출력신호에 의해 상기 신호처리부의 회로손상을 방지하도록 상기 신호처리부에 구비되며 스파크 갭 또는 바리스터로 이루어진 보호소자;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 로고스키 코일을 감싸도록 설치되어 외부 소스원으로부터 발생하는 노이즈를 차단하는 차폐막; 및, 상기 로고스키 코일로부터 출력되어 상기 신호선을 통해 입력된 출력신호의 신호왜곡을 최소화시키는 매칭임피던스;를 더 포함하도록 구성될 수 있다.

상기 신호선은 두 가닥이 서로 교차되게 꼬여진 형태로 이루어져, 유도되는 노이즈 전압을 저감시키도록 구성될 수 있다.

상기한 바에 따르면, 본 발명의 로고스키코일을 이용한 임펄스 전류측정장치는 차폐막에 의하여 외부 소스원으로부터 발생하는 노이즈를 차단하고, 두 가닥의 신호선이 서로 교차되게 꼬아지도록 구성되어 로고스키코일로부터의 출력신호에 대한 노이즈가 제거될 뿐 아니라, 매칭임피던스가 구비되어 신호선으로부터 입력되는 신호의 왜곡이 최소화되어 적분기에 전달될 수 있으므로 보다 명확한 전류파형을 얻을 수 있고, 이에 따라, 전류측정에 대한 신뢰성이 향상되는 효과가 있다.

본 발명은 신호처리부에 보호소자가 포함되어, 매우 빠른 상승시간을 갖는 임펄스 전류원에 의한 로고스키코일로부터의 고전압 출력신호에 의해서도 신호처리부의 회로 소손을 방지할 수 있어, 용이한 임펄스 전류 측정이 가능해지며 제품의 안전성을 높게 확보할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 로고스키 코일을 이용한 임펄스전류 측정장치를 개략적으로 나타낸 도면이고,
도 2는 도 1에 도시된 매칭임피던스와 보호소자, 적분기의 대표적인 소자를 각각 나타내는 회로도이고,
도 3은 도 1에서 외부 소스원으로부터 발생하는 노이즈를 차단하기 위하여 로고스키 코일의 외부를 차단하기 위한 차폐막과 신호선에서 발생할 수 노이즈를 최소화하기 위한 꼬임형태의 신호선을 나타낸 도면이다.

이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시 예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시 예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시 예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.

본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한, 도면들에 있어서, 구성요소들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다.

본 명세서에서 기술하는 실시 예들은 본 발명의 이상적인 예시도인 단면도 및/또는 평면도들을 참고하여 설명될 것이다. 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. 따라서 제조 기술 및/또는 허용 오차 등에 의해 예시도의 형태가 변형될 수 있다.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시 예들을 설명하기 위한 것이며, 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprises)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소는 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

아래의 특정 실시 예들을 기술하는데 있어서, 여러 가지의 특정적인 내용들은 발명을 더 구체적으로 설명하고 이해를 돕기 위해 작성되었다. 하지만, 본 발명을 이해할 수 있을 정도로 이 분야의 지식을 갖고 있는 독자는 이러한 여러 가지의 특정적인 내용들이 없어도 사용될 수 있다는 것을 인지할 수 있다. 어떤 경우에는, 발명을 기술하는데 있어서 흔히 알려졌으면서 발명과 크게 관련 없는 부분들은 본 발명을 설명하는데 있어 별 이유 없이 혼돈이 오는 것을 막기 위해 기술하지 않음을 미리 언급해 둔다.

이하, 도 1 내지 도 3을 참조하여, 본 발명의 일 실시 예에 따른 로고스키 코일을 이용한 임펄스 전류측정장치에 대해서 설명한다.

도 1을 참조하면, 본원발명의 로고스키코일을 이용한 임펄스 전류측정장치는 로고스키코일(200), 매칭임피던스(120), 보호소자(130), 적분기(140)를 포함하는 신호처리부(A) 및, 로고스키코일(220)과 신호처리부(A)를 전기적으로 연결하는 신호선(220)을 포함하도록 구성된다.

한편, 본 발명에서 신호처리부(A)는 본체케이스 내에 설치되도록 구성할 수 있다.

아울러, 본 발명은 본 발명의 특징을 설명하기 위한 구성에 대해서 중점적으로 설명하는 것이며, 도시하지는 않았지만, 상기에서 언급한 구성 이외에도 통상의 로고스키코일을 이용한 전류측정장치의 a/d컨버터, 연산제어부, 표시부 등과 같은 동작에 필요한 구성은 당연히 적용될 수 있다.

로고스키 코일(200)은 선로(110)에 흐르는 전류의 변화량에 대하여 v=Mi(t)/d(t)(여기서, M은 상호 인덕턴스이고, i는 선로에 흐르는 전류임)의 관계식에 의해서 전압(v)이 발생하게 된다. 유기된 전압은 인가된 전류의 미분 형태이기 때문에 인가된 전류파형을 얻기 위해서 신호처리부(A)에 적분기(140)가 포함되도록 구성된다.

도 1 및 도 3을 참조하면, 신호선(220)은 로고스키 코일(200)의 출력신호가 신호처리부(A)로 전달하도록 로고스키 코일(200)와 신호처리부(A)를 연결하도록 구성되며, 본 발명에서 신호선(220)은 두 가닥으로 구성되어 상호 교차하면서 꼬아지도록 구성된다. 즉 두 가닥의 신호선(220)이 상호 교차하여 꼬아지도록 구성된다.

기존에는 두 개의 신호선이 평행하게 나란히 배열되어 있어 두 개의 신호선 사이에 형성된 공간으로 인해 폐루프가 형성되어 유도전압이 발생하게 되어 전류파형에 노이즈로 나타나게 되었으나, 본 발명에서는 두 가닥의 신호선(220)이 상호 교차하게 꼬아진 형태로 이루어져 있으므로 로고스키 코일(200)로부터 발생된 전류의 노이즈를 최소화시킬 수 있다.

아울러, 본 발명은 신호선(220)을 통해 신호처리부(A)에 입력된 신호의 왜곡을 저감시켜 신호왜곡을 초소화시키는 매칭임피던스(120)가 구성된다. 즉, 신호선(220)을 통해 신호처리부(A)에 입력된 신호가 적분기(140)에 도달하기 이전에 신호의 왜곡을 초소화시켜 적분기(140)에 입력될 수 있도록 매칭임피던스(120)가 적용된다. 매칭임피던스(120)는 도 2와 같이 저항소자로 구현될 수 있다.

본 발명은 임펄스 전류파형에 의해 로고스키 코일(200)에서 발생한 유도 전압이 적분기(140)에 도달하기 이전에 적분기(140)를 포함한 신호 처리부(A)를 보호하기 위하여 신호처리부(A)에 보호소자(130)가 포함되도록 구성된다. 이때, 보호소자(130)는 매칭임피던스(120)와 적분기(140) 사이에 배치되도록 구성된다.

보호소자(130)는 도 2와 같이, 스파크 갭과 같은 소자로 이루어질 수 있으며, 로고스키코일(200)에서 발생된 높은 출력전압으로 인해 신호처리부(A)가 손상되는 것을 방지할 수 있다. 아울러, 스파크 캡과 같은 보호소자(130)는 원래의 회로에 영향을 거의 주지 않는 특성을 갖는다.

한편, 상기에서 보호소자(130)는 스파크 갭으로 구성되는 것에 한정되는 것은 아니며 바리스터와 같은 소자로 구성될 수 있음은 물론이다.

적분기(140)는 도 2와 같이, 저항소자와 콘덴서소자가 직렬로 연결되어 콘덴서의 전압을 측정하는 수동형 적분기로 구성된다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며 OPAMP를 이용한 능동형 적분기가 적용될 수도 있다.

도 3을 참조하면, 본 발명은 로고스키 코일(200)은 외부 소스원으로부터 발생하는 노이즈를 차단하기 위하여 차폐막(210)을 적용하도록 구성된다.

이러한 차폐막(210)은 동 혹은 알루미늄과 같은 금속막으로 로고스키 코일(200)을 완전히 감싸도록 구성되며, 차폐막(210)이 접지에 연결하도록 구성될 수 있다.

이처럼, 본 발명은 로고스키 코일(200)이 차폐막(210)으로 감싸져 차폐되어 외부소스원으로부터 발생하는 노이즈를 차단하며, 로고스키 코일(200)로부터 발생된 출력신호가 상호 꼬여진 두 가닥의 신호선(220)을 통해 신호처리부(A)에 전달되면서 노이즈가 줄어들게 되며, 이렇게 신호선(220)을 통해 신호처리부(A)에 입력된 출력신호는 매칭임피던스(120)에 의해 신호의 왜곡이 최소화되어 적분기(140)에 전달될 수 있어, 보다 정확한 전류측정이 이루어질 수 있다.

아울러, 신호처리부(A)에 보호소자(130)가 구성되어 있어, 임펄스 전류에 의해 로고스키코일(200)에서 출력되는 고출력유도전압으로부터 신호 처리부(A)의 회로손상을 보호할 수 있어, 전류측정장치의 안전성을 확보할 수 있다.

이상, 본 발명을 본 발명의 원리를 예시하기 위한 바람직할 실시 예와 관련하여 도시하고 또한 설명하였으나, 본 발명은 그와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용으로 한정되는 것이 아니다. 오히려 첨부된 특허청구범위의 사상 및 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등물도 본 발명의 범주에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.

110...선로
120...매칭임피던스
130...보호소자
140...적분기
200...로고스키 코일
210...차폐막
220...신호선

Claims (3)

1. 로고스키 코일과, 적분기를 포함하는 신호처리부와, 상기 로고스키코일과 상기 신호처리부를 전기적으로 연결하는 신호선을 포함하도록 구성된 로고스키 코일을 이용한 전류측정장치에 있어서,
   임펄스 전류로 인해 상기 로고스키 코일로부터 출력된 고전압의 출력신호에 의해 상기 신호처리부의 회로손상을 방지하도록 상기 신호처리부에 구비되며 스파크 갭 또는 바리스터로 이루어진 보호소자;
   상기 로고스키 코일을 감싸도록 설치되어 외부 소스원으로부터 발생하는 노이즈를 차단하는 차폐막; 및,
   상기 로고스키 코일로부터 출력되어 상기 신호선을 통해 입력된 출력신호의 신호왜곡을 최소화시키는 매칭임피던스;를 포함하는 것을 특징으로 하는 로고스키 코일을 이용한 전류측정장치.
   
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 신호선은 두 가닥이 서로 교차되게 꼬여진 형태로 이루어져, 유도되는 노이즈 전압을 저감시키도록 구성되는 것을 특징으로 하는 로고스키 코일을 이용한 전류측정장치.
   
   
   
   
   

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