KR102292232B1 - 일체형 pcb 형상의 로고스키형 전류 감지 장치 - Google Patents

일체형 pcb 형상의 로고스키형 전류 감지 장치 Download PDF

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이승영
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이승영
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Abstract

본 발명은 일체형 PCB 형상의 로고스키형 전류 감지 장치에 관한 것으로, 더욱 구체적으로 설명하면, 동절기에도 클램프 형태로 연결된 연결관절부의 덮개가 실리콘 덮개로 형성되어 절단되지 않고 사용할 수 있게 되어 내구연한의 이상으로 사용할 수가 있으며 감지되는 전선의 통과전류와 오류 전류, 과도전류, 누설전류를 감지하는 환상형 PCB 센서보드가 2개의 분리된 PCB 상에서 차동권선형 구조로 되어 있고, 상기 PCB의 기본재질인 에폭시를 보빈으로 이용한 유도 코일 권선을 반시계방향과 시계방향으로 동일 또는 유사한 길이의 패턴으로 형성되고, 반시계방향과 시계방향의 유도 코일 권선에 유도된 유도기전력이 180도 위상차를 갖게 되어 상호 반대 방향이고, 이것은 외부로부터 유입되는 수직자기장에 대한 노이즈(Noise)성 잡음을 상호 상쇄시키는 작용을 얻을 수 있고, 이처럼 유도 코일 권선이 차동권선형태로 설치되어 외부로부터의 간섭이 억제되어 잡음은 제거되어 전류의 정확한 측정이 가능하게 되고 측정된 감지 신호를 보완하고 보정하는 신호 보정 PCB 보드가 내부에 설치되어 내구성과 신뢰성을 얻고 제조비용이 저렴하게 되는 일체형 PCB 형상의 로고스키형 전류 감지 장치에 관한 것이다.

Description

일체형 PCB 형상의 로고스키형 전류 감지 장치{Rogowski-type current sensing device in an integrated PCB shape}
본 발명은 일체형 PCB 형상의 로고스키형 전류 감지 장치에 관한 것으로, 더욱 구체적으로 설명하면, 동절기에도 클램프 형태로 연결된 연결관절부의 덮개가 실리콘 덮개로 형성되어 절단되지 않고 사용할 수 있게 되어 내구연한의 이상으로 사용할 수가 있으며 감지되는 전선의 통과전류와 오류 전류, 과도전류, 누설전류를 감지하는 환상형 PCB 센서보드가 2개의 분리된 PCB 상에서 차동권선형 구조로 되어 있고, 상기 PCB의 기본재질인 에폭시를 보빈으로 이용한 유도 코일 권선을 반시계방향과 시계방향으로 동일 또는 유사한 길이의 패턴으로 형성되고, 반시계방향과 시계방향의 유도 코일 권선에 유도된 유도기전력이 180도 위상차를 갖게 되어 상호 반대 방향이고, 이것은 외부로부터 유입되는 수직자기장에 대한 노이즈(Noise)성 잡음을 상호 상쇄시키는 작용을 얻을 수 있고, 이처럼 유도 코일 권선이 차동권선형태로 설치되어 외부로부터의 간섭이 억제되어 잡음은 제거되어 전류의 정확한 측정이 가능하게 되고 측정된 감지 신호를 보완하고 보정하는 신호 보정 PCB 보드가 내부에 설치되어 내구성과 신뢰성을 얻고 제조비용이 저렴하게 되는 일체형 PCB 형상의 로고스키형 전류 감지 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 종래의 로고스키형 전류 감지 장치는, 도 1에 도시된 바와 같이, 전선의 통과전류와 오류 전류, 과도전류, 누설전류를 감지하는 환상형 PCB 센서보드의 연결관절부(12)가 현장에서 거칠게 다루게 되어 동절기와 같은 손상이 심한 계절에는 회동작동되는 힌지고정된 연결관절부(12)가 부주의로 인하여 크랙(12a)과 같은 파손되는 경우가 많아서 사용 내구연한을 채우지 못하고 빈번하게 교체되는 경우가 자주 발생되게 있었다.
종전의 전력의 전류가 흐르는 전선에 쓰이는 통과전류와 오류전류, 과도전류를 검출하는 센서는 CT센서로 불리는 전자기 전류 센서, 그리고 홀 전류 센서, 광학 전류 센서 및 로고스키 코일 센서 등이 있다.
CT센서는 높은 전류에서 오차와 주파수의 영향 그리고 구조적으로 부식에 취약한 코아가 노출되는 문제가 있으며, 홀 전류 센서는 온도의 영향을 크게 받는 문제가 있으며, 광학 전류 센서는 외부 간섭 영향과 고비용의 문제가 있으며, 그리고 기존의 로고스키 코일은 고비용과 연결관절의 손쉬운 손상의 문제로 사용하기 어려운 점이 있다.
이러한 문제들은 전력 전선이 열악한 환경에 노출되어 번개 또는 이물질에 의해 쉽게 손상되고 각종 장해 요인이 공존하고 있어 발생하는 것과 구성상 요구되는 고비용 구조이기 때문 이라고 판단된다.
등록특허공보 제10-2162207호(등록일: 2020년 09월 25일) "로고스키 코일을 이용한 직류전류 측정장치" 공개특허공보 제10-2020-0060945호(공개일: 2020년 06월 02일) "로고스키 코일과 능동 적분기를 사용한 다변 주파수에서의 주파수 추종 제어를 통한 임펄스 전류 측정 장치 및 방법"
본 발명의 목적은, 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 중간에 전선이 통과되는 전선파지부가 형성되며 회동작동되는 반분된 환상형 클램프의 관절연결부를 덮어서 보호하는 관절덮개가 실리콘 덮개로 제조되어 동절기에도 얼지 않고 신축성을 갖게 되어 원활한 관절작동을 하게 되어 내구연한을 다 사용하게 되는 일체형 PCB 형상의 로고스키형 전류 감지 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 전력송전용 전선을 통과하는 전류의 통과전류와 오류전류, 과도전류를 검출하는 센서는 열악한 환경에서 견디는 내성과 우수한 감지 특성을 유지할 수 있도록 중간에 전선이 통과되는 전선파지부가 형성되며 반분된 환상형 클램프 구조이고 상기 환상형 클램프내에 삽입되어 환상으로 시계방향으로 권취되는 권선코일과 반시계방향으로 권취되는 권선코일이 동일한 길이를 갖게 차동권선형으로 권취되어 외부의 노이즈의 유입이 방지되고 사용환경에 대한 노이즈의 혼입이 방지되어 정확한 전류의 통과전류와 오류전류, 과도전류를 검출하는 것이 가능한 일체형 PCB 형상의 로고스키형 전류 감지 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 이러한 목적은, 중간에 전선이 통과되는 전선파지부가 형성되며 회동작동되는 반분된 환상형 클램프의 관절연결부를 덮어서 보호하는 관절덮개가 실리콘 덮개로 제조되어 동절기에도 얼지 않고 원활한 관절작동을 하게 되어 내구연한을 다 사용하게 되는 본 발명에 따른 일체형 PCB 형상의 로고스키형 전류 감지 장치에 의하여 달성된다.
본 발명의 이러한 목적은, 전력 전선에서 사용하고 있는 통과 전류 및 오류 전류, 과도 전류, 누설 전류를 감지하고 감지 신호를 보완 및 보정할 수 있도록 중간에 전선이 통과되는 전선파지부가 형성되며 회동작동되며 관절연결부로 힌지고정된 반분된 환상형 클램프 개폐부와, 상기 환상형 클램프 개폐부중의 일측에 연장형성되고 고정되는 고정부를 포함하고, 상기 개폐가능한 반분된 환상형 클램프 개폐부의 내측에는 2개로 분리된 환상형 PCB 센서보드가 시계방향과 반시계방향으로 동일한 길이의 권선코일이 상호 교차되어 꼬여진 트위스트 권선 구조이고, 차동권선형으로 형성된 2개의 환상형 PCB 센서보드가 설치되고, 상기 고정부의 내측에는 감지된 감지 신호를 보완하고 보정하는 신호 보정 PCB 보드가 내부에 설치된 본 발명에 따른 일체형 PCB 형상의 로고스키형 전류 감지 장치에 의하여 달성된다.
본 발명에 따른 일체형 PCB 형상의 로고스키형 전류 감지 장치는 전력 전선에서 사용할 수 있는 통과전류 및 오류전류, 과도전류, 누설전류를 감지하는 기능과 감지 신호를 보완하고 교정하는 기능을 갖춘 환상형 PCB 센서보드에 의하면 전력 전선의 열악한 환경으로 작용하는 전자파 노이즈(Noise)와 온도 변화에 노출되는 환경에서 외부의 영향을 2개로 양분된 PCB 구조와 권선코일부가 트위스트 구조인 PCB 대칭 배치 구조에서 차동권선형으로 권취되어 최소화 시킬 수 있고, 제조 과정에서 발생할 수 있는 편차에 의한 내부 요인에 기인되는 외부 영향을 최소화 시킬 수 있으며, 또한, 감지 신호를 증폭하고 보완하고 보정하는 회로부품의 구성으로 감지 목적에 최적화된 성능을 얻을 수 있도록 환상형 PCB 센서보드와 일체형으로 구성되는 적분기능을 갖춘 신호보정 PCB보드는 기존의 여러 종류의 센서에 비하여 상대적으로 우수한 성능을 보다 저비용으로 구현할 수 있어 전력산업 발전에 기여할 수 있을 것으로 기대하고, 또한, 대 전류인 통과전류와 오류전류, 과도전류에 대비되는 미세 전류인 누설전류를 감지하는 기능을 갖는 환상형 PCB 센서보드의 개발에도 적용할 수 있어 활용 가치는 다양하고 크다고 판단된다.
도 1은 종래의 로고스키형 전류 감지 장치의 사시도
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 일체형 PCB 형상의 로고스키형 전류 감지 장치의 사시도
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 일체형 PCB 형상의 로고스키형 전류 감지 장치의 부분확대된 관절연결부와 실리콘덮개의 정면도
도4는 본 발명의 제1실시예에 따른 일체형 PCB 형상의 로고스키형 전류 감지 장치의 내부에 설치되는 환상형 PCB 센서보드와 신호 보정 PCB 보드의 정면도
도 5a는 도 4의 환상형 PCB 센서보드의 세부적인 결선방식이 도시된 부분 상세 정면도
도 5b는 도 4의 환상형 PCB 센서보드의 권선코일의 비아-홀의 구조가 도시된 도면
도 6은 도 4의 환상형 PCB 센서보드의 차동권선형 권취코일의 권취방식이 개략적으로 도시된 설명도
도 7은 본 발명의 제1실시예에 따른 일체형 PCB 형상의 로고스키형 전류 감지 장치의 내부에 설치되는 환상형 PCB 센서보드와 신호 보정 PCB 보드의 블럭도
도 8은 본 발명의 제2실시예에 따른 일체형 PCB 형상의 로고스키형 전류 감지 장치의 내부에 설치되는 환상형 PCB 센서보드와 신호 보정 PCB 보드의 블럭도
본 발명의 제1실시예에 따른 일체형 PCB 형상의 로고스키형 전류 감지 장치(A)는, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 전력을 송신하는 전선(W)에 흐르고 있는 통과 전류 및 오류 전류, 과도 전류, 누설 전류를 감지하고 감지 신호를 보완 및 보정할 수 있도록 중간에 전선(W)이 통과되는 전선파지부(11)가 형성되며 회동작동되며 관절연결부(12)로 힌지고정된 반분된 한 쌍의 환상형 클램프 개폐부(1)와, 상기 환상형 클램프 개폐부(1)중의 일측 클램프 개폐부(1)에서 연장형성되고 고정되는 고정부(2)를 포함한다.
상기 관절연결부(12)는 일측 클램프 개폐부(1)의 단부에서 연장돌출된 힌지축(12a)과 타측 클램프 개폐부(1)의 단부에서 연장되며 상기 힌지축(12a)을 둘러싸는 힌지관(12b)으로 힌지작동되게 힌지고정되고, 상기 힌지축(12a)과 힌지관(12b)의 상부에는 이들을 덮는 실리콘 재질의 실리콘 덮개(12c)가 신축가능하게 작동되게 되므로서, 동절기에도 신축되는 작동을 수행하므로 손상되지 않게 사용할 수가 있다.
상기 환상형 클램프 개폐부(1)의 내측에는 한 쌍의 환상형 PCB 센서보드(3)가 설치되고, 상기 환상형 PCB 센서보드(3)는, 도 4 및 도 5a에 도시된 바와 같이, 상기 일측 환상형 클램프 개폐부(1)의 단부에서 권선코일(30)의 시작점(3a)에서 시작되어 반시계방향으로 권취되어 다른 단부까지 반시계방향으로 권취되고 다른 단부에서는 다시 반대방향인 시계방향으로 상기 시작점(3a)에 인접하게 종료점(3b)으로 종료되게 권취되어 시계방향과 반시계방향이 모두 동일한 길이의 트위스트 구조의 권선코일로 형성된 서로 반대방향으로 권선코일이 배치된 트위스트 구조의 차동권선형으로 설치되므로 외부의 노이즈나 불량한 환경에서도 안정되게 신호를 감지할 수가 있게 되는 것이다.
또한, 상기 종료점(3b)에서는 연결부(3c)에 의하여 인접한 다른 환상형 클램프 개폐부(1)의 단부의 시작점(3a')로 연결되어 시계방향으로 권취되게 되다가 다른 단부에서 반시계방향으로 권취되어 다른 종료점(3b')에 다다르게 되는 것이고, 역시 시계방향과 반시계방향이 모두 동일한 길이의 권선코일로 형성된 서로 반대방향으로 권선코일이 배치된 트위스트 구조의 차동권선형으로 설치되므로 외부의 노이즈나 불량한 환경에서도 안정되게 신호를 감지할 수가 있게 되는 것이다.
상기와 같이 권선하면 PCB의 베이스 재질인 에폭시가 보빈역할을 하고 PCB의 패턴이 코일 역할을 하는 결과를 얻을 수 있게 되는 것이다.
도 5b에 도시된 바와 같이, 상기 각 환상형 PCB 센서보드(3)의 권선코일(30)은 PCB 구조가 두껍지 않은 두께를 가지므로 보빈의 단면적의 확대를 위하여 PCB 내측의 비아-홀과 패턴의 형상이 사선으로 들어와서 사선으로 나가는 방식의 비아-홀의 구조로 형성되고, 본 실시예에서는, 상기 각 환상형 PCB 센서보드(3)의 권선코일(30)은 외측에 2열, 내측에 3열의 비아-홀 구조를 취하므로 PCB의 내측에서 비아-홀과 패턴의 구조상 보빈의 단면적을 두꺼운 구조를 갖을 수 없는 취약점을 해결하여 단면적의 확대를 실시하였다.
도 6에는 상기 권선코일(30)의 각 환상형 클램프 개폐부(1)에서 붉은 색으로 반시계방향으로 권취되는 형태와 청색으로 시계방향으로 권취되어 밸런스가 이루어지는 형태가 도시되어 있다.
상기 고정부(2)의 내측에는 신호 보정 PCB 보드(4)가 내부에 설치되고, 상기 신호 보정 PCB 보드(4)는 감지된 감지 신호를 보완하고 보정하는 기능을 수행한다.
도 7은 본 발명의 제1실시예에 따른 로고스키형 전류 감지 장치의 내부에 설치되는 환상형 PCB 센서보드와 신호 보정 PCB 보드의 블럭도로서, 상기 신호 보정 PCB 보드(4)는, 도 7에 도시된 바와 같이, 환상형 PCB 센서보드(3)와 연결되게 설치되며, 상기 신호 보정 PCB 보드(4)는, 증폭 및 적분부(41), 필터부(42), 보정부(43) 및 전원부(44)를 포함한다.
상기 환상형 PCB 센서보드(3)에서는 위에 기술된 바와 같이 중앙으로 통과되는 전력선의 전류량에 비례하여 전압이 유도되게 된다.
상기 증폭 및 적분부(41)는 상기 센서보드(3)에서 감지된 미세 신호를 증폭하고 적분하게 되는 것이다.
상기 필터부(42)는 감지된 신호를 통과시키고 감지신호와 동떨어진 잡음성 신호는 통과되지 않도록 여과시키는 기능을 수행하는 것으로, 본 실시예에서는 능동필터가 사용된 것으로 도시되었다.
상기 보정부(43)는 기준이 되는 통과 전력의 전류 대비 검출값을 기준값으로 조정하여 셋팅하는 영점조정을 수행하게 되어, 센서의 특성이 일정범위 이내에서 제어될 수 있게 기준을 설정하는 기능을 수행한다. 이것은 발생할 수 있는 구성 부품과 제조 공정상의 각종 편차로 인한 센서의 정밀도 유지를 위한 기능이고, 사용목적에 따라 기준점을 달리하여 설정할 수도 있게 된다.
상기 전원부(44)는 상기 회로에 양전원(+5V, GND, -5V)를 공급하여 환상형 PCB 센서보드(3)와 신호 보정 PCB 보드(4)에 전원을 공급하게 되는 것이다.
도 8은 본 발명의 제2실시예에 따른 로고스키형 전류 감지 장치의 내부에 설치되는 환상형 PCB 센서보드와 신호 보정 PCB 보드의 블럭도이고, 제1실시예와 상이한 것은, 필터부(42)에 수동필터가 사용된 것이 차이라고 할 수 있다.
이상과 같이, 본 발명에 따른 일체형 PCB 형상의 로고스키형 전류 감지 장치는 전력 전선에서 사용할 수 있는 통과전류 및 오류전류, 과도전류, 누설전류를 감지하는 기능과 감지 신호를 보완하고 교정하는 기능을 갖춘 환상형 PCB 센서보드에 의하면 전력 전선의 열악한 환경으로 작용하는 전자파 Noise와 온도 변화에 노출되는 환경에서 외부의 영향을 권선코일부가 차동권선형으로 권취되어 최소화 시킬 수 있고, 제조 과정에서 발생할 수 있는 편차에 의한 내부 요인에 기인되는 외부 영향을 최소화 시킬 수 있으며, 또한, 감지 신호를 증폭하고 보완하고 보정하는 회로부품의 구성으로 감지 목적에 최적화된 성능을 얻을 수 있도록 환상형 PCB 센서보드와 일체형으로 구성되는 적분기능을 갖춘 신호보정 PCB보드는 기존의 여러 종류의 센서에 비하여 상대적으로 우수한 성능을 보다 저비용으로 구현할 수 있어 전력산업 발전에 기여할 수 있을 것으로 기대하고, 또한, 대 전류인 통과전류와 오류전류, 과도전류에 대비되는 미세 전류인 누설전류를 감지하는 기능을 갖는 환상형 PCB 센서보드의 개발에도 적용할 수 있어 활용 가치는 다양하고 크다고 판단된다.
본 발명에 따른 일체형 PCB 형상의 로고스키형 전류 감지 장치는 일반적인 전류 감지 장치를 제조하는 제조산업에서 동일한 제품을 반복적으로 제조하는 것이 가능하다고 할 것이므로 산업상 이용가능성이 있는 발명이라고 할 것이다.
A ..... 로고스키형 전류 감지 장치 W ..... 전선
1 ..... 클램프 개폐부 2 ..... 고정부
3 ..... 환상형 PCB 센서보드 3a ..... 시작점
3b ..... 종료점 3c ..... 연결부
4 ..... 신호 보정 PCB 보드 11 ..... 전선파지부
12 ..... 관절연결부 12a ..... 힌지축
12b ..... 힌지관 12c ..... 실리콘 덮개

Claims (5)

  1. 일체형 PCB 형상의 로고스키형 전류 감지 장치(A)에 있어서,
    상기 로고스키형 전류 감지 장치(A)는, 전력을 송신하는 전선(W)에 흐르고 있는 통과 전류 및 오류 전류, 과도 전류, 누설 전류를 감지하고 감지 신호를 보완 및 보정할 수 있도록 중간에 전선(W)이 통과되는 전선파지부(11)가 형성되며 회동작동되며 관절연결부(12)로 힌지고정된 반분된 한 쌍의 환상형 클램프 개폐부(1)와, 상기 환상형 클램프 개폐부(1)중의 일측 클램프 개폐부(1)에서 연장형성되고 고정되는 고정부(2)를 포함하고,
    상기 관절연결부(12)는 일측 클램프 개폐부(1)의 단부에서 연장돌출된 힌지축(12a)과 타측 클램프 개폐부(1)의 단부에서 연장되며 상기 힌지축(12a)을 둘러싸는 힌지관(12b)으로 힌지작동되게 힌지고정되고,
    상기 힌지축(12a)과 힌지관(12b)의 상부에는 이들을 덮는 실리콘 재질의 실리콘 덮개(12c)가 신축가능하게 작동되는 것을 특징으로 하는 일체형 PCB 형상의 로고스키형 전류 감지 장치
  2. 일체형 PCB 형상의 로고스키형 전류 감지 장치(A)에 있어서,
    상기 일체형 PCB 형상의 로고스키형 전류 감지 장치(A)는, 전력을 송신하는 전선(W)에 흐르고 있는 통과 전류 및 오류 전류, 과도 전류, 누설 전류를 감지하고 감지 신호를 보완 및 보정할 수 있도록 중간에 전선(W)이 통과되는 전선파지부(11)가 형성되며 회동작동되며 관절연결부(12)로 힌지고정된 반분된 한 쌍의 환상형 클램프 개폐부(1)와, 상기 환상형 클램프 개폐부(1)중의 일측 클램프 개폐부(1)에서 연장형성되고 고정되는 고정부(2)를 포함하고,
    상기 환상형 클램프 개폐부(1)의 내측에는 한 쌍의 환상형 PCB 센서보드(3)가 설치되고, 환상형 PCB 센서보드(3)는 시계방향과 반시계방향으로 동일한 길이의 권선코일로 형성된 차동권선형으로 형성된 환상형 PCB 센서보드가 설치되고,
    상기 고정부(2)의 내측에는 감지된 감지 신호를 보완하고 보정하는 신호 보정 PCB 보드(4)가 내부에 설치된 것을 특징으로 하는 일체형 PCB 형상의 로고스키형 전류 감지 장치
  3. 제2항에 있어서,
    상기 환상형 PCB 센서보드(3)는, 상기 일측 환상형 클램프 개폐부(1)의 단부에서 권선코일(30)의 시작점(3a)에서 시작되어 반시계방향으로 권취되어 다른 단부까지 반시계방향으로 권취되고 다른 단부에서는 다시 반대방향인 시계방향으로 상기 시작점(3a)에 인접하게 종료점(3b)으로 종료되게 권취되어 시계방향과 반시계방향이 모두 동일한 길이의 권선코일로 형성된 서로 반대방향으로 권선코일이 배치된 차동권선형으로 설치되고,
    상기 종료점(3b)에서는 연결부(3c)에 의하여 인접한 다른 환상형 클램프 개폐부(1)의 단부의 시작점(3a')로 연결되어 시계방향으로 권취되게 되다가 다른 단부에서 반시계방향으로 권취되어 다른 종료점(3b')에 다다르게 되는 것이고, 역시 시계방향과 반시계방향이 모두 동일한 길이의 권선코일로 형성된 서로 반대방향으로 권선코일이 배치된 차동권선형으로 설치된 것을 특징으로 하는 일체형 PCB 형상의 로고스키형 전류 감지 장치
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 각 환상형 PCB 센서보드(3)의 권선코일(30)은 보빈 단면적의 확대를 위하여 PCB 내측의 비아-홀에 연결되는 패턴의 형상이 사선으로 들어와서 사선으로 나가는 방식의 비아-홀의 구조로 형성된 것을 특징으로 하는 일체형 PCB 형상의 로고스키형 전류 감지 장치
  5. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 환상형 PCB 센서보드(3)는 두 개로 나뉘어서 한 개의 센서 쌍으로 구성되거나, 복수의 쌍으로 구성된 것을 특징으로 하는 일체형 PCB 형상의 로고스키형 전류 감지 장치
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