KR20090088179A - 2단 코어 변류기 제작 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 변류기의 출력신호를 증가시키기 위한 2단 코어 변류기 제작 방법에 관한 것으로서, 특히 변류기의 중요 구성요소인 코어를 2단으로 제작하여 변류기의 출력을 높이고자 하는 2단 코어 변류기 제작 방법에 관한 것이다.

이를 위하여 일반적인 1단 변류기 코어에 있어서, 상기 1단 변류기 코어에 동일한 방향으로 자계가 형성되도록 코일을 감아 2단으로 코어를 형성시키도록 하여 해당 변류기의 출력을 기존 값보다 증가시켜, 변류기의 공진주파수에 영향을 주지 않는 상태에서 코어의 디멘젼과 2차권선수를 유지한 채로 코어에 유기되는 자계의 크기를 증가시킨다.

변류기(Current Transformer:CT), 2단 코어, 디멘젼(dimension), 누설전류

Description

2단 코어 변류기 제작 방법{Method of making 2-step CT}

본 발명은 변류기의 출력신호를 증가시키기 위한 2단 코어 변류기 제작 방법에 관한 것으로서, 특히 변류기의 중요 구성요소인 코어를 2단으로 제작하여 변류기의 출력을 높이고자 하는 2단 코어 변류기 제작 방법에 관한 것이다.

현재 전력설비 진단기술 및 미소신호 측정기술 분야에서 미소 누설 전류를 직접 측정하기 위한 방법 중의 하나로 정밀급 고감도 변류기(Current Transformer:CT) 센서의 측정감도를 높이기 위한 개발이 지속적으로 진행되고 있다.

변류기 센서의 개발을 위해 고려해야 할 사항은 크게 센서의 측정 감도(Sensitivity)와 주파수 응답 특성(Characteristic response of frequency) 두 가지로서, 상기 두 가지 사항은 현장 적용 시 노이즈 특성을 감도를 높이기 위해 신호 대 잡음비(SNR)를 고려한 적합한 주파수 대역을 선정하는 과정이 선행되어야 한다.

상기와 같은 과정은 주변 노이즈로 인해 변류기의 진성 출력 신호가 제대로 추출되지 못하기 때문이며, 이를 해결하기 위해서는 변류기의 출력 신호 크기를 증 가시켜 배경잡음과의 구분이 용이하도록 해야만 한다.

본 발명의 목적은 변류기의 중요 구성요소인 코어를 2단으로 제작하여 해당 변류기의 출력을 기존 값보다 증가시켜 변류기의 측정 감도를 증가시키고 측정 전류의 범위를 증가시키는 2단 코어 변류기 제작 방법을 제공하는 데 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 2단 코어 변류기 제작 방법은, 일반적인 1단 변류기 코어에 있어서, 상기 1단 변류기 코어에 동일한 방향으로 자계가 형성되도록 코일을 감아 2단으로 코어를 형성시킨다.

본 발명에 따른 2단 코어 변류기 제작 방법은 변류기의 중요 구성요소인 코어를 2단으로 제작하여 해당 변류기의 출력을 기존 값보다 증가시켜, 변류기의 공진주파수에 영향을 주지 않는 상태에서 코어의 디멘젼과 2차권선수를 유지한 채로 코어에 유기되는 자계의 크기를 증가시킨다.

이와 같은 본 발명을 첨부도면에 의거하여 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술하는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고 려하여 정의된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있으며, 이에 따라 각 용어의 의미는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 해석되어야 할 것이다.

먼저, 변류기는 계통현장에서 누설 전류 및 부분방전을 측정하기 위한 센싱 방법 중 하나이나, 출력의 크기가 작고 주변 노이즈의 영향을 많이 받는 단점이 있다.

일반적으로 변류기는 측정 대상으로부터 자계를 취득할 수 있는 코어와 이 자계로부터 전류를 유도할 수 있는 코일로 구성되어 있으며, 측정 대상의 전류를 1차권선 전류라 하고 변류기의 코일에 유기되어 변류기의 출력이 되는 전류를 2차권선 전류라 하면 2차권선 전류는 1차권선 전류의 크기, 코어의 디멘젼과 특성, 2차 측 코일의 턴수 등에 따라 그 출력이 정해지게 된다.

따라서, 1차권선 및 2차권선의 권선수를 W₁및 W₂라 하고 1차측과 2차측의 전압과 전류를 각각 V₁, I₁과 V₂, I₂ 라 하면 하기의 [식 1]이 성립한다.

[식 1]

이때 a를 권선수 비라 한다.

또한 상기의 [식 1]로부터 V₁I₁=V₂I₂가 성립하므로, 전체 전력은 변하지 않음을 알 수 있다.

도 1은 일반적인 1단 코어 변류기를 나타낸 도면이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 일반적인 1단 코어 변류기는 환상 솔레노이드 형태로 되어있으며, 이때의 권선수 비는 1:n=I₂:I₁의 관계가 성립되어, 2차측으로 전류가 유도된다.

또한, 도 1에 도시된 바와 같이 단면적이 S[m²], 자로 길이가 l[m]인 환상 솔레노이드 형태의 코어에 감겨진 2차측 권선을 n회 감고, 2차측 권선에 전류 I[A]를 흘렸을 경우 코어에 유기되는 자계는 하기의 [식 2]와 같다.

[식 2]

여기서 R_m은 코어의 자기저항(reluctance)[AT/Wb]이며,

μ는 코어의 투자율(permeability)이다.

또한, 자속 쇄교수는

의 관계를 가지므로, 이때의 자기 인덕턴스는 하기의 [식 3]과 같다.

[식 3]

상기의 [식 3]은 CT의 공진추파수를 결정하는 데에 중요한 요소 중 하나이며, 이로부터

에 의해 공진 주파수가 결정된다.

상기의 [식 2]와 [식 3]에서 알 수 있듯이 CT의 공진주파수와 코어에 유기되 는 자속의 크기를 결정하는 데에 코어의 디멘젼과 2차 코일의 권선수가 중요한 영향을 미치게 된다. 코어에 유기되는 자계의 크기가 클수록 2차권선에 유도되는 전류의 양이 커져 CT의 출력 또한 증가하지만, 자계의 크기를 증가시키기 위해 코어의 디멘젼과 2차권선수를 증가시킬 경우, [식 3]에 의해 공진 주파수가 낮아져 CT의 특성을 결정하는 데에 영향을 미치게 되므로, [식 2]와 [식 3]의 조건을 만족하는 범위 내에서 코어의 디멘젼과 2차권선 수가 결정되어야만 한다.

실제 2단 코어를 사용할 경우, 각각의 코어에 감긴 총 권선 수는 1단 코어와 비교하여 두 배가 된다. 그러나 Ampere's circular law에 의해 상층과 하층의 권선에 전류가 유기되는 경로가 두 배로 증가되어 이로 인해 유도되는 총 자속의 양은 증가하지만, 이때 유기되는 전류의 경로는 상층과 하층이 서로 순방향을 가지게 되므로, 단일 코어의 권선수와 물리적으로 동일한 권선수가 된다.

따라서 1단 코어 CT와 동일한 디멘젼을 유지한 상태로 코어를 2단으로 적용할 경우, 자계의 형성 경로를 증가시키는 것일 뿐, 물리적으로는 동일한 권선 수가 적용된다고 볼 수 있으므로, CT의 공진주파수는 영향을 받지 않고, CT의 코어에 유도되는 총 자속의 양만 증가시키게 된다.

도 2는 본 발명에 의한 2단 코어 변류기 제작방법에 의해 제작된 2단 코어 변류기를 나타낸 도면이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 2단 코어 변류기 제작방법은 코어를 2단(two-step)으로 구성하여 [식 2]와 [식 3]의 조건을 만족하며 결론적으로 CT의 공진주파수에 영향을 주지 않는 상태에서 코어의 디멘젼과 2차권선수를 유지한 채로 코어에 유기되는 자계의 크기를 증가시킨다.

또한, 2단의 CT 코어에 동일한 방향으로 자계가 형성되도록 코일을 감았으므로 시뮬레이션 상으로 200%에 가까운 CT출력의 증가를 발생시켜야 하지만, 실제 실험 결과 기존 1단 코어 CT에 비해 약 130%정도의 출력 증가를 가져왔다.

이것은 각 2단 코어의 각 단에 유기되는 자계에 의해 유도되는 전류가 동일 방향으로 유기되는 자계에 의해 상쇄되는 양이 존재하기 때문이다.

도 3은 일반적인 1단코어 변류기와 본 발명에 의한 2단 코어 변류기 제작방법에 의해 제작된 2단 코어 변류기의 출력을 비교하여 나타낸 그래프이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 2단 코어 변류기 제작방법에 의해 제작된 2단 코어 변류기의 출력이 130% 정도 증가된 것을 알 수 있다.

도 1은 일반적인 1단 코어 변류기를 나타낸 도면이다.

도 2는 본 발명에 의한 2단 코어 변류기 제작방법에 의해 제작된 2단 코어 변류기를 나타낸 도면이다.

도 3은 일반적인 1단 코어 변류기와 본 발명에 의한 2단 코어 변류기 제작방법에 의해 제작된 2단 코어 변류기의 출력을 비교하여 나타낸 그래프이다.

Claims (1)

1. 일반적인 1단 변류기 코어에 있어서,

   상기 1단 변류기 코어에 동일한 방향으로 자계가 형성되도록 코일을 감아 2단으로 코어를 형성시키는 것을 특징으로 하는 2단 코어 변류기 제작 방법.

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