KR20010113476A - 비접촉식 전류 측정기 - Google Patents

Abstract

비접촉식 전류 측정기는 측정되는 도체를 위한 한 쌍의 유도부를 가지며, 그 사이에 개방단을 지닌 유도 경로를 형성하는 외장부재; 개방 공간을 가지며, 자속을 포획하기 위한 자심 링으로서, 외장부재에 매입되며, 그리고 반원부, 상기 반원부의 마주보는 단부에 연속하며 상기 유도 경로에 평행인 한 쌍의 직선부, 그리고 상기 직선부의 안쪽 가장자리에 연속하며, 서로 대향하도록 휘며, 상기 유도 경로에 수직인 한 쌍의 돌출부를 포함하는 자심 링; 그리고 상기 돌출부 각각의 말단면에 각각 삽입되어 깊은 접촉을 이루는 홀 소자를 포함하며, 상기 도체는 상기 개방단을 거쳐 상기 유도 경로에 삽입되어, 상기 자심 링 내부에 배치된다. 상기 도체를 통하여 지나는 전류는 상기 전류에 의해 발생되는 자계를 상기 자심 링상에 집중시키며, 상기 홀 소자의 홀 효과를 이용함으로써 검출된다.

Description

비접촉식 전류 측정기 {NON-CONTACT TYPE CURRENT MEASURING INSTRUMENT}

본 발명은 활선에 비접촉한 상태에서 활선의 전류를 측정하기 위한 비접촉식전류 측정기에 관한 것이다.

AC와 DC 모두를 측정하기 위한 센서로서 종전까지 사용되었던 클램프 미터는 개폐식으로서, 전류가 측정될 도체는 자속을 포착하기 위한 개폐 자심(opening-closing core)을 사용하여 조여진다.

그러한 통상적인 클램프 미터는 전체 구조가 복잡해져서 높은 제작비용이 드는 자심 개폐를 위한 메커니즘의 채택이 요구된다. 게다가, 자심 개폐 동작이 전류 측정시 요구되기 때문에, 측정 작업이 번거롭게 된다. 측정중에 도체를 조이기 위한 자심을 개방하기 어려운 좁은 공간에서는 상기 클램프 미터는 사용될 수 없다. 자심의 조임부가 개폐 동작이 반복되어 닳아지게 될 때, 측정이 나빠질 가능성이 있다.

자심의 개폐 동작이 요구되지 않는 개방형 전류 측정기는 클램프 미터의 결점을 제거할 수 있다. 측정의 정확성 때문에, 측정중 도체의 위치 차이 때문에 생기는 측정시 오차, 측정시 미세전류의 감지성 감소, 개방부상의 외부 자계의 영향 등과 같은 것들이 문제시된다. 그러나, 개방형 전류 측정기는 단지 AC 전류만을 측정할 수 있다. 즉, AC와 DC 모두를 측정할 수 있는 비접촉식 전류 측정기는 없다.

본 발명은 이러한 상황을 해결한 것이다. 측정중 도체의 위치 차이와 측정시 미세전류 감지성 감소 때문에 생기는 측정 오차를 포함하여 측정 정확성을 낮추는 원인들을 효과적으로 극복할 수 있으며, 그리고 AC와 DC 모두를 측정할 수 있는비접촉식 전류 측정기를 제공하는 것이 본 발명의 목적중의 하나이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 측정중 도체를 위해 개방단을 지닌 유도 경로(guide path)사이에 형성되는 한 쌍의 유도부(guide portion)를 가지는 외장부재를 포함하는 비접촉식 전류 측정기를 제공한다. 개방 공간을 가지며, 자속을 포착하기 위한 자심 링(magnetic core ring)은 상기 외장 부재에 설치되며, 상기 자심링은 반원부, 상기 반원부의 반대단에 연속적이며 상기 유도 경로에 평행인 한 쌍의 직선부, 그리고 상기 직선부의 안쪽 가장자리에 연속적이며, 서로 대향하도록 휘며, 상기 유도 경로에 수직인 한 쌍의 돌출부, 그리고 상기 돌출부 각각의 말단면에 삽입되어 깊게 접촉하게 되는 홀 소자(Hall elements)를 포함한다. 상기 도체는 상기 개방단을 거쳐 상기 유도 경로에 삽입되며 상기 자심 링 사이에 배치됨에 따라, 상기 도체를 통하여 지나는 전류는 상기 전류에 의해 발생되는 상기 자심 링상에 자속을 집중시키며, 상기 홀 소자의 홀 효과(Hall effect)를 활용하여 검출된다.

본 발명은 상기 유도부는 상기 유도 경로의 개방단에서 상기 자심 링의 개방 공간까지의 길이가 상기 자심링의 개방 공간의 길이보다 더 크게 되는 것을 특징으로 하는 비접촉식 전류 측정기를 포함한다.

본 발명의 상기 및 다른 목적, 특징, 그리고 이점들은 도면과 관련하여 이하에서 상술될 상세한 설명에 의해 명백해 질 것이다.

도 1은 매입된 자심 링을 도시하기 위해 부분 절단된 비접촉식 전류 측정기의 한 실시예를 도시하는 정면도이다.

도 2는 전류측정을 위한 기능부를 도시하는 블럭도이다.

도 3은 측정중 전류(I)가 흐르는 도체의 자속을 포착하는 자심 링을 도시하는 해석도이다.

도 4는 자심 링을 도시는 개략적인 정면도이다.

도 5(a)는 측정중 도체(A와 A')의 자속을 포착하기 위한 자심 링을 도시하는 해석도이며, 그리고

도 5(b)는 측정중 도체(A와 A')의 자속을 포착하기 위한 종래 기술의 원형 자심 링을 도시하는 해석도이다.

본 발명에 따른 비접촉식 전류 측정기의 한 실시예는 도면과 관련하여 이하에서 상세히 설명될 것이다.

도 1은 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌(ABS) 합성수지 또는 다른 합성수지로 된 외장부재[2]와 상기 외장부재[2]에 매입된 전류 측정을 위한 센서부를 포함하는 본 발명에 따른 비접촉식 전류 측정기[1]의 구성을 개략적으로 도시한다. 구체적으로, 상기 센서부는 자속을 포착하기 위한 개방 공간을 지니며, 퍼멀로이 (Permalloy), 페라이트(ferrite)등과 같은 자기 재료로 이루어진 말굽 형태의 자심 링과 상기 개방 공간을 걸쳐서 상기 자심 링의 말단면에 삽입되어 접촉되는 홀 소자[4a와 4b]를 포함한다. 상기 외장 부재[2]의 일단부는 두 갈래로 나누어져서 한 쌍의 유도부[2a와 2b]를 형성하며, 한 쌍의 유도부는 그 사이에 측정되는 도체[A]를 위한 개방단을 지닌 유도 경로를 형성한다. 상기 도체[A]는 상기 유도 경로[5]를 따라 유도되며, 상기 자심 링[3]에 의해 둘러싸여지는 위치에 놓여진다. 상기 도체[A]를 통과하여 흐르는 전류에 의해 생성된 자속은 상기 자심 링[3]상에 집중되며, 그리고 상기 도체[A]를 통하여 흐르는 전류에 따른 전류값을 측정하기 위한 상기 홀 소자[4a와 4b]의 홀 효과에 의해 자속양은 전압값으로 변환된다.

휴대용 비접촉식 전류 측정기[1]의 상기 외장부재[2]의 다른 단부는 전류 계산/출력부[6]가 매입되어 있는 손잡이[2c]를 형성한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 센서 구동 전력원[7]에 의해 작동되는 센서부[8]로부터 출력을 받는 상기 전류 계산/출력부[6]는 상기 도체[A]를 통하여 흐르는 전류값을 계산하여 상기 전류값을 디스플레이[9]에 출력한다.

상기 전류 계산/출력부[6]의 한 예시는 상기 센서부[8]로부터 전압 출력(상기 홀 소자[4a와 4b]로부터의 출력)을 받는 차동 증폭회로[6a], 상기 차동 증폭회로 [6a]로부터 AC 전압 출력을 받는 정류 회로[6b], 상기 정류 회로[6b]에서 정류된 DC전압 또는 상기 정류 회로[6b]를 통과하지 않는 DC 전압을 받는 AC/DC 변환회로[6c]를 포함하며, 상기 전류값을 디스플레이[9]에 출력한다. 상기 전류값은 상기 디스플레이[9]상에 디지털 값으로 표시된다. 그러나, 아날로그미터로 표시될 수도 있다. 하여튼, 상기 홀 소자[4a와 4b]의 홀 효과를 사용하여 도체[A]를 통하여 흐르는 전류를 측정할 때의 기술은 통상적으로 잘 알려진 기술중 적절히 선택된다.

전술한 바와 같이, 이러한 실시예에서 비접촉식 전류 측정기[1]는 종래 기술의 클램프 미터와는 달리 도체 조임부를 가지지 않으며 AC 와 DC 모두를 측정할 수 있는 개방형이다. 개방 공간을 지니며, 자속을 포착하는 자심 링[3]을 사용할 때라도, 측정 정확성이 더 낮게되지 않는 구조는 상세히 설명될 것이다.

도 3에서 도시된 바와 같이, 자속을 포착하기 위한 상기 자심 링[3]은 개방 공간을 가지며, 반원부[3a], 상기 유도 경로[5](도 1)에 평행이며 상기 반원부[3a]의 마주보는 단부에 연속하는 한 쌍의 직선부[3b], 그리고 상기 유도 경로[5]에 수직이며 서로 대향하도록 휘고, 상기 직선부의 안쪽 가장자리에 연속하는 돌출부 [3c]를 포함하므로, 전체적으로 대략 U자 형태가 된다. 자속을 포착하는 자심 링이 두꺼워지면, 포착되는 자속의 양이 커지지만, 휴대하기가 어려워진다. 그러므로, 두께는 설계 자유도의 범위 내에서 적절히 결정될 것이다.

도체[A]를 통하여 전류[I]가 흐를 때, 자속을 포착하는 자심 링[3]은 상기 전류[I]에 의해 생성되는 자계내에 위치해 있기 때문에, 상기 자속은 상기 자심 링[3]상에 집중되며, 그리고 자기 경로는 상기 돌출부[3c] 사이의 개방 공간에 형성된다. 도 3의 예에서, 상기 전류[I]는 앞쪽으로 흐르기 때문에, 나사법칙에 따라 시계방향의 자속[B]이 상기 자심 링[3]상에 포착된다.

개방 공간을 가지는 자속 포착 자심 링에서, 상기 개방 공간에서 자속의 확산 때문에 검출 정밀도가 낮아질 것이다. 상기 상황을 피하기 위하여, 본 발명은 자속이 하나에서 다른 돌출부로 집중되도록 하기 위하여 한 쌍의 돌출부[3c]가 제공되는 구조를 가지는 자속 포획 자심 링[3]을 채택한다. 게다가, 홀 소자[4a와 4b]가 상기 돌출부[3c]의 각 말단면상에 제공되기 때문에, 상기 자속은 개방 공간의 존재 때문에 발생하는 자속 누설을 감소하며, 높은 정확성으로 전류를 측정하기 위하여 홀 소자[4a와 4b]를 통하여 효과적으로 지나게된다.

상기 돌출부[3c]의 각 말단부상의 홀 소자[4a와 4b]의 설비는 상기 소자로부터의 출력이 균형을 이루도록 하며, 측정부에서 전류의 변동을 감소시킨다. 직경 6.0㎜를 가지는 도체를 측정할 수 있는 크기로 자속 포획 자심 링이 제작될 때, 예를 들면, 상기 개방 공간이 10.0㎜의 길이를 가진다면, 대략 10 내지 110㎃의 범위에서 전류가 선형적으로 측정될 수 있다.

부가하여, 상기 자심 링[3]은 상기 유도 경로[5]에 평행인 한 쌍의 직선부 [3b]를 가지기 때문에, 측정중 도체의 이동으로부터 생길 수 있는 전류값의 변동이 억제될 수 있다. 본 발명에서 사용된 상기 자심 링[3]을 도시하는 도 5(a)에서는, 측정 중에 상기 자심 링[3] 내부의 적절한 위치에 놓여진 도체[A]와 측정 중에 상기 도체[A]보다 상기 자심 링[3]의 개방 공간에 더 근접한 위치에 놓여진 도체[A']에서 발생되는 측정시 오차는 크지 않다. 그러나, 도 5(b)에서 도시된 통상적인원형 자심[10]의 경우에는, 측정 중에 도체[A]의 측정보다 원형 자심의 개방 공간에 더 근접한 위치에서의 도체[A']에서는 측정 오차가 발생하게 된다. 측정되는 도체가 3.5㎜의 직경을 가질 때, 예를 들면, 본 발명의 자심 링[3]의 측정부에서는 약 ±1.2 내지 2.2 %의 변동이 있으며, 상기 통상적인 원형 자심[10]의 측정부에서는 ±2.5내지 4.2 %의 변동이 있게된다.

전술한 바와 같이, 상기 직선부[3b]와 돌출부[3c]를 가지는 자속 포획 자심 링[3]을 사용하면 측정 정확성이 크게 향상되며, AC와 DC 모두를 측정할 수 있는 개방 비접촉식 전류 측정기를 제공하게 된다. 본 실시예는 상기 자심 링[3](도 1)의 개방 공간의 길이보다 상기 유도 경로[5]의 개방단에서 상기 자심 링[3]의 개방 공간까지의 길이가 더 크도록 상기 유도부[2a와 2b]의 구조를 더 채택한다. 도체[A]가 상기 유도 경로[5]를 거쳐 삽입되어, 상기 자계에 접근하여 측정위치에 놓여질 때, 상기 자심 링[3]의 개방 공간에서 발생된 자계를 교란시킬 수 있는 요소(예를 들면, 자성체와 철금속)를 상기 유도부[2a와 2b]의 길이를 더 크게 함으로써 방지할 수 있다. 그러므로, 외부자계에 의해 생기는 측정 오차는 억제될 수 있다.

본 발명에 따른 비접촉식 전류측정기는 이하에 상술될 실시예에 한정되는 것이 아니라, 청구항의 범주 내에서 세부적인 구조는 수정될 수 있다.

전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 비접촉식 전류 측정기는 자속을 포획하기 위한 자심 링을 사용하며, 상기 자심 링은 반원부, 상기 유도 경로에 평행이며, 상기 반원부의 마주보는 단부에 연속하는 한 쌍의 직선부, 그리고 상기 유도 경로에수직이며, 서로 대향하도록 휘며 상기 직선부의 안쪽 가장자리에 연속하는 한 쌍의 돌출부를 포함하며, 게다가 상기 각 돌출부의 말단면에 각각 삽입되어 접촉되는 홀 소자를 사용하기 때문에, 측정되는 도체의 위치 차이 때문에 생기는 측정시 오차와 측정시 미세전류 감지성 감소를 포함하여 측정 정확성을 더 낮게 하는 원인들을 효과적으로 극복할 수 있으며, 그리고 측정 도체를 조이지 않고 AC와 DC 모두를 측정할 수 있는 개방식 전류 측정기를 제공할 수 있다.

본 발명의 비접촉식 전류 측정기에 따르면, 통상적인 클램프 미터에 의해 요구되었던 자심의 개폐를 위한 메커니즘을 사용할 필요가 없으며, 전체 구조가 간단해지며, 그리고 제작비용이 낮아진다. 게다가, 전류 측정시 상기 자심의 개폐동작이 필요 없기 때문에, 측정작업이 더욱 용이해진다. 더욱이, 상기 측정기는 측정되는 도체를 조이기 위한 통상적인 클램프 미터의 자심이 개방되기 어려운 좁은 공간에서도 사용된 수 있다. 또한, 통상적인 클램프 미터의 자심의 조임부가 반복적으로 개폐되어 닳게되어 발생하는 부정확한 측정이 생길 가능성이 없다. 그래서, 상기 측정기는 높은 신뢰성을 가진다.

게다가, 상기 유도부는 상기 자심 링의 개방 공간의 길이보다 더 크게 세트된 상기 유도 경로의 개방단에서 상기 자심 링의 개방 공간까지의 길이를 가지기 때문에, 상기 개방 공간 부분내의 자계를 교란시킬 수 있는 요소들이 상기 자계에 접근하는 것을 방지할 수 있으며, 외부 자계에 의해 생기는 측정 오차는 억제될 수 있다. 그래서, 높은 정확성을 지닌 전류측정이 실현될 수 있다.

본 발명에 따르면 측정중 도체의 위치 차이와 측정시 미세전류 감지성 감소 때문에 생기는 측정 오차를 포함하여, 측정 정확성을 낮추는 원인들을 효과적으로 극복할 수 있으며, 그리고 AC와 DC 모두를 측정할 수 있는 비접촉식 전류 측정기를 제공할 수 있게된다.

Claims (2)

1. 측정되는 도체를 위한 한 쌍의 유도부를 가지며, 그 사이에 개방단을 지닌 유도 경로를 형성하는 외장부재;

   자속을 포획하기 위한 자심 링으로서, 개방 공간을 가지며, 외장부재에 매입되며, 그리고 반원부, 상기 반원부의 마주보는 단부에 연속하며 상기 유도 경로에 평행인 한 쌍의 직선부, 그리고 상기 직선부의 안쪽 가장자리에 연속하며, 서로 대향하도록 휘며, 상기 유도 경로에 수직인 한 쌍의 돌출부를 포함하는 자심 링; 그리고

   상기 돌출부 각각의 말단면에 각각 삽입되어 밀접한 접촉을 이루는 홀 소자를 포함하며,

   상기 도체가 상기 개방단을 거쳐 상기 유도 경로에 삽입되어, 상기 자심 링 내부에 배치됨에 따라, 상기 도체를 통하여 지나는 전류는 상기 전류에 의해 발생되는 자계를 상기 자심 링상에 집중시키고, 상기 홀 소자의 홀 효과를 이용함으로써 검출되는 것을 특징으로 하는 비접촉식 전류 측정기.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 유도부는 상기 자심 링의 개방 공간의 길이보다 더 크게 세트된 상기 유도 경로의 개방단에서 상기 자심 링의 개방 공간까지의 길이를 가지는 것을 특징으로 하는 비접촉식 전류 측정기.