KR20180079343A - 전기 퓨즈 전류 감지 시스템 및 모니터링 방법 - Google Patents

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Abstract

전류 감지 및 모니터링 방법은 퓨즈 소자와 같은 비-선형 저항을 갖는 전도체 양단의 전압을 연결 감지하는 것을 포함한다. 전도체에 흐르는 전류는 감지된 전압의 적어도 제1 검출 상태 및 전도체의 열 평형 특성화에 기초하여 계산된다.

Description

전기 퓨즈 전류 감지 시스템 및 모니터링 방법
본 발명의 분야는 일반적으로 전력 분배 시스템(electrical power distribution systems)에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 전기 회로에서 비-선형(non-linear) 저항을 갖는 전도체를 통한 전류 흐름을 감지(sensing) 및 모니터링(monitoring)하는 시스템 및 방법에 관한 것이다.
다양한 유형의 전기 제품 및 시스템에서 전류 감지는 다양한 이유로 수행된다. 전류 감지 및 모니터링은 회로 보호 기능을 촉진할 뿐 아니라 다양한 측면에서 장비 및 프로세스의 감독 및 제어를 용이하게 한다. 이에 국한되는 것은 아니며, 저항 션트(resistance shunts), 전류 변환기(CT), 홀-효과 센서(hall-effect sensors) 및 광-자기 효과(magneto-optic effect)(Faraday 효과)를 사용하는 광-섬유 전류 센서(fiber-optic current sensors, FOCS)를 포함하는 다양한 종류의 접촉 및 비-접촉 전류 센서가 현재 사용되고 있다.
전류 감지가 요구되는 많은 주거-유형의 전력 시스템에서, 종래의 전류 센서의 상대적 비용은 높기 때문에, 전류 센서의 사용은 주거-애플리케이션에 대해 제한되어왔다. 전류 감지 기능을 포함한 전기 제품의 경우, 전류 센서 구성 요소의 비용이 총 제품 비용의 50%를 차지한다. 전류 감지를 필요로 하는 산업 및 상업-형 제품의 경우 감지 구성 요소가 총 시스템 비용의 20%를 차지할 수 있다. 현재 이용되고 있는 전류 센서 기술의 상대적으로 높은 비용은 전기 산업의 보다 넓은 범위에서 전류 감지를 유리하게 채택하는데 장애가 된다. 따라서, 보다 낮은 비용 및/또는 더 간단한 전류 감지 솔루션이 바람직하다.
비-제한적 및 비-한정적인 실시 예가 다음의 도면을 참조하여 설명되며, 달리 특정되지 않는 한, 유사한 참조 번호는 다양한 도면 전반에 걸쳐 동일한 부분을 나타낸다.
도 1은 종래의 전류 감지 기술을 도시하는 전력 시스템 일부의 부분 회로 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 첫 번째 예시적인 전류 감지 기술을 도시하는 전력 시스템 일부의 부분 회로 개략도이다.
도 3은 사용중인 예시적인 퓨즈 소자의 예시적인 온도 분포를 도시한다.
도 4는 도 3에 도시된 예시적인 퓨즈 소자를 포함하는 예시적인 퓨즈의 예시적인 온도-시간 그래프이다.
도 5a, 도 5b 및 도 5c는 도 3 및 도 4와 관련되며 도 2에 도시된 전류 감지 기술에 의해 알고리즘적으로 이용되는 예시적인 퓨즈의 예시적인 열 평형 특성을 도시하고, 도 5a는 온도 평형 전압 대 온도 평형 전류의 플롯이며, 도 5b는 온도 평형 저항 대 온도 평형 전압의 플롯이며, 도 5c는 온도 대 전압에서의 온도 평형 변화의 플롯이다.
도 6a, 도 6b, 도 6c 및 도 6d는 도 2에 도시된 기술 및 도 5a, 도 5b 및 도 5c에 도시된 특성을 이용하여 사용중인 전기 퓨즈의 감지된 파라미터를 도시하고, 도 6a는 계산된 전류 대 전기 퓨즈가 겪은 시간의 플롯이며, 도 6b는 계산된 온도 대 전기 퓨즈가 겪은 시간의 플롯이며, 도 6c는 계산된 저항 대 전기 퓨즈가 겪은 시간의 플롯이고, 도 6d는 도 2에 도시된 기술을 이용하는 감지된 전압 대 시간의 플롯이다.
도 7a 및 도 7b는 도 2에 도시된 기술의 예시적인 성능을 나타내고, 도 7a는 퓨즈 소자의 계산된 저항 대 사용중인 퓨즈 소자의 실제 저항의 플롯을 도시하고, 도 7b는 저항을 계산할 때 알고리즘 에러의 플롯을 도시한다.
도 8a 및 8b는 도 2에 도시된 기술의 예시적인 성능을 나타내고, 도 8a는 계산된 전류 대 전기 퓨즈가 겪은 실제 전류의 첫 번째 예시적인 비교 플롯을 도시하고, 도 8b는 계산된 전류 대 전기 퓨즈가 겪은 실제 전류의 두 번째 예시적인 비교 플롯을 도시한다.
도 9는 이전의 도면과 관련하여 설명된 전류 감지 기술 및 알고리즘과 관련된 예시적인 프로세스를 설명하는 예시적인 방법의 흐름도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 첫 번째 예시적인 전류 감지 시스템을 개략적으로 나타낸다.
도 11은 본 발명의 일 실시 예에 따른 두 번째 예시적인 전류 감지 시스템을 개략적으로 도시한다.
도 12는 본 발명의 일 실시 예에 따른 세 번째 예시적인 전류 감지 시스템을 개략적으로 도시한다.
도 1은 종종 션트(shunt) 기반 전류 감지로 지칭되는 종래의 전류 감지 기술을 도시하는 전력 시스템(100) 일부의 부분 회로 개략도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 전력 시스템(100)은 라인 측(line side) 회로(104)와 부하 측(load side) 회로(106) 사이에 연결된 전기 퓨즈(102)를 포함한다. 퓨즈(102)는 소정의 과전류(overcurrent) 조건에 응답하여 용융, 분해, 증발 또는 구조적으로 파손(structurally fail)되고, 라인 측 회로(104)와 부하 측 회로(106) 사이에 개방 회로를 효과적으로 생성하도록 구조적으로 구성된 하우징(housing) 및 도전성 퓨즈 소자(conductive fuse element)를 포함한다. 소정의 과전류 조건이 라인 측 회로(104)에서 발생할 때, 부하 측 회로(106)는 퓨즈 소자가 전류가 더 이상 퓨즈(102)를 통해 흐를 수 없는 과전류 조건에 노출되면 전기적으로 부하 측 회로(106)를 격리시키는 퓨즈(102) 및 그의 퓨즈 소자에 의해 보호되고, 전류가 부하 측 회로(106)로 흐르는 것을 방지한다. 과전류 상태에 응답하여 퓨즈 소자의 개방은 영구적이며, 퓨즈(102)는 라인 측 회로(104)와 부하 측 회로(106) 사이의 전기 접속을 복구하기 위해 다른 퓨즈(102)로 교체되어야 한다.
또한 도 1에 도시된 바와 같이, 저항성 션트(resistive shunt)(108)는 전력 시스템(100)의 퓨즈(102)와 직렬로 연결된다. 션트(108) 양단의 전압 Vsense를 모니터링(monitoring)하거나 감지함으로써, 퓨즈(102)를 통해 흐르는 전류 Isense는 옴의 법칙(I=Vsense/Rshunt)으로부터 용이하게 결정될 수 있다. 이상적으로, 저항성 션트(108)는 전압 Vsense을 전류 Isense로 직접 변환할 수 있는 넓은 선형 저항 밴드(broad linear resistance band)를 갖는다. 통상적으로 전기 시스템의 다른 구성 요소에는 이용 가능하지 않은 저항성 션트(108)의 넓은 선형 저항 밴드가 매우 요구되며, 따라서 저항성 션트(108)는 최대 전류에 대해 정격이 정해지고(rated for full current) 고정밀도로 제조된다. 따라서, 저항성 션트(108)는 효율적인 전류 감지 솔루션이지만 비교적 고가이다. 많은 전기 퓨즈들(102)을 포함하는 전력 시스템(100)에서, 저항성 션트를 제공하는 비용은 배가되고 실질적일 수 있다.
위에서 언급 한 것을 포함하여, 기술된 저항성 션트(108) 대신에 사용될 수 있는 다른 전류 센서가 공지되어 있으며, 그러나 이들은 저항성 션트(108)보다 더 부피가 크고 및/또는 비싸기 때문에 소형이면서 저비용인 솔루션에 대한 요구를 완전히 충족시키지 못한다.
소형, 신뢰성 및 비용 효과적인 전류 감지, 모니터링 및 제어 기능 및 전력 시스템의 향상된 기능을 용이하게 하는 시스템 및 방법의 예시적인 실시 예가 아래에 설명된다. 이것은, 후술하는 바와 같이, 퓨즈 소자와 같은 비-선형 저항을 갖는 전도체(conductor)에 보상 회로를 연결함으로써 달성된다. 비-선형 저항을 갖는 도체에 흐르는 전류는 일단 전도체의 저항이 후술된 퓨즈 특성에 기초한 독특한 관계를 사용하여 결정되면 전도체 양단의 감지된 전압에 기초하여 계산될 수 있다. 방법 측면은 부분적으로 명백해질 것이고 부분적으로는 다음 설명에서 명백하게 논의될 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 첫 번째 예시적인 전류 감지 기술을 도시한다. 도 1 및 도 2를 비교하면, 저항성 션트(108)가 제거되고 전압 Vsense이 퓨즈(102)에 직접적으로 유도된다는 것을 알 수 있다. 아래에 기술된 바와 같이, 전류 Isense는 도 1에 도시된 바와 같이 상대적으로 고가의 직렬 연결된 션트(108)를 수반하지 않고 전압 Vsense로부터 간접적으로 결정될 수 있다. 본 발명에 의해 제공되는 저항성 션트(108)의 제거는 비용 절감 이상의 이점이 있다. 저항성 션트를 제거하면 물리적 공간이 절약되고, 공통 위치에서 많은 퓨즈가 사용되는 어플리케이션에서, 퓨즈를 수용하는데 필요한 위치의 크기를 줄일 수 있다. 예를 들어, 많은 퓨즈가 결합기 상자(combiner box), 전기 패널 또는 퓨즈 블록에 위치할 때, 전류 감지 능력 및 향상된 퓨즈 상태 특징, 비정상적인 퓨즈 검출 및 알람 등을 제공하면서 결합기 상자, 전기 패널보드 또는 퓨즈 블록의 물리적 크기가 감소될 수 있다. 많은 수의 퓨즈들을 포함한 전력 시스템의 경우, 별도로 제공되는 전류 센서를 제거하면서 전력 시스템의 고급 모니터링 및 감독은 물론 퓨즈의 성능을 제공함으로써 비용 절감 및 공간 절약이 중요할 수 있다.
도 2에 도시된 기술은 퓨즈(102)가, 모든 전기 퓨즈와 마찬가지로, 본질적으로 교정된 저항이라는 것을 인식한다. 저항은 동작 중에 전압을 떨어뜨리기 때문에, 전압 Vsense를 알면, 퓨즈 저항 Rfuse이 알려져 있다면 전류 Isense는 옴의 법칙을 사용하여 계산할 수 있다. 그림 1의 션트 기반 전류 감지와는 달리, 퓨즈(102) 양단의 전압 Vsense은 옴의 법칙을 사용하여 전류 Isense의 간단하고 직접적인 결정을 허용하지 않는다. 이는 퓨즈(102) 내의 퓨즈 소자가 비-선형 저항을 나타내기 때문이다. 즉, 퓨즈 소자의 저항 Rfuse은 상이한 동작 조건에서 변화될 수 있고, 저항이 변화함에 따라 검출된 전압 Vsense은 항상 전류의 변화와 상관하지 않는 방식으로 변할 것이다. 결과적으로, 션트 대신에 퓨즈(102)로 전류 감지를 구현하는 도전은 임의의 주어진 시점에서 퓨즈 저항 Rfuse을 결정하는 것이다.
따라서 보상 회로(compensation circuitry)(110)는, 다른 것들 중에서, 연속적인 시간주기에서 전압 Vsense를 반복적으로 검출하고, 각 특정 시점에서 저항 Rfuse을 결정하고, 옴의 법칙 및/또는 특정 동작 조건 하에서 퓨즈 소자에 대한 전압 및 저항, 온도 및 전류 사이의 사전 결정된 관계를 사용하여 전류 Isense를 계산한다. 시간이 지남에 따라, 퓨즈 전류 Isense의 변화는 검출된 퓨즈 전압 Vsense만으로 신뢰성 있게 결정될 수 있고, 효과적인 전류 감지는 전술한 바와 같은 종래의 전류 센서 없이 실현될 수 있다.
따라서, 보상 회로(110)는 퓨즈 저항 Rfuse의 변화를 설명하기 위해 주기적인 간격으로 퓨즈 소자 전압 Vsense을 측정하고, 각각의 주기적인 간격에서 퓨즈 저항 Rfuse을 결정하고, 모니터링된 전압 Vsense 및 결정된 저항 Rfuse에 기반하여 전류 Isense를 계산하는 제어기(112)를 포함할 수 있다. 제어기(112)가 보상 회로(110)의 일부로서 도시되어 있지만, 제어기는 예를 들어 이에 제한되는 것은 아니지만 퓨즈(102)를 포함하는 결합기 상자 내의 서브-계량 모듈(sub-metering module, SMM)을 포함하는 다른 곳에 제공될 수 있다. 즉, 제어기(112)는 모든 실시 예에서 보상 회로(110) 자체의 일부일 필요는 없고, 대신에 개별적으로 제공될 수 있다.
일부 실시 예에서 검출된 전압 Vsense는 후술하는 방식으로 전류 감지를 계산하는 퓨즈(102)에 대해 로컬(local) 또는 원격(remote) 위치에서 또 다른 선택적인 제어기(114)에 선택적으로 입력될 수 있다. 제어기(114)는 제어기(112)에 추가로 또는 제어기(112) 대신에 제공될 수 있다. 그러나, 도시된 제어기들(112, 114)의 기능은 요구되는 경우 단일 제어기로 결합될 수 있다는 것을 이해해야 한다. 그럼에도 불구하고, 제어기들(112, 114) 중 하나 또는 모두는 유익하게는 후술하는 바와 같이 임의의 주어진 시점에서 저항 Rfuse를 결정할 수 있고, 저항 Rfuse의 결정에 기초하여, 도 1에 도시된 것보다 상대적으로 작고보다 비용 효율적인 전류 감지 시스템을 달성하면서 전류 Isense가 옴의 법칙(즉, Isense=Vsense/Rfuse)을 사용하여 계산될 수 있다.
제어기들(112 및/또는 114)는 각각 프로세서-기반(processor-based) 제어 장치들일 수 있다. 본 명세서에 사용된 용어 "프로세서-기반"은 프로세서 또는 마이크로 프로세서를 포함하는 제어 장치들뿐만 아니라 마이크로컴퓨터, 프로그램 가능한 논리 제어기, RISC 회로(reduced instruction set circuit), 특정 용도의 집적 회로 및 기타 프로그램 가능한 회로, 논리 회로들, 그의 등가물, 및 아래에 설명된 기능을 실행할 수 있는 임의의 다른 회로 또는 프로세서와 같은 다른 동등한 요소들을 지칭한다. 위에서 나열된 프로세서-기반 장치는 단지 예시적인 것이므로 "프로세서-기반" 용어의 정의 및/또는 의미를 어떤 식으로든 제한하지 않는다.
제어기(112) 대신 또는 제어기(112)에 추가하여, 보상 회로(110)는 프로세서-기반 장치에 직접 또는 간접적인 전압 입력을 제공하는 차동 증폭기(differential amplifier)를 포함할 수 있거나, 당 업계에 공지된 다른 전압 센서 또는 전압 센서 회로가 보상 회로(110)에 적용되어 전류 Isense를 계산할 목적으로 전압 Vsense를 검출할 수 있다. 전류 계산은 회로(110) 내에서 전체적으로 또는 부분적으로 이루어질 수 있거나 또는 회로(110)는 다른 장치에 전압 신호를 공급하여 계산을 하거나 전류 계산을 완료할 수 있다.
고려된 실시 예에서, 알고리즘은 퓨즈 소자의 비-선형 응답을 계산된 전류 판독 값으로 변환하기 위해 제어기 장치들(112 또는 114) 중 하나 또는 모두에 의해 이용된다. 계산된 전류 판독 값은 아래에 더 설명되는 바와 같이 정상 상태 온도 평형(steady state temperature equilibrium)에서 퓨즈 소자의 이상화된 성능(idealized performance)에 기초한다. 이러한 이상화된 성능은 알려진 관계를 이용하여 수학적으로 모델링될 수 있으며 및/또는 전기 퓨즈 및 퓨즈 소자의 특정 유형 및 구성에 대해 실험적으로 확립 및 검증될 수 있다. 모델링된 성능은 그래픽 플롯 및/또는 전압 Vsense의 변화가 감지되면 퓨즈를 통해 흐르는 전류를 계산하는데 사용할 수 있는 수학적 관계로 표현될 수 있다.
구체적으로, 퓨즈의 저항 Rfuse은 소정의 알고리즘, 모델 및 후술하는 바와 같은 퓨즈 특성의 관계를 사용하여 전압 Vsense에 기초하여 결정될 수 있다. 그러한 모델 및 관계에 대한 고유한 식별자(identifiers) 또는 코드(codes)는, 예를 들어, RFID 태그 또는 바 코드 라벨을 사용하여 개별 퓨즈(102) 위에 또는 그 내부로 코딩될 수 있다. 또한 후술되는 바와 같이, 퓨즈 판독기(fuse reader)는 퓨즈 홀더의 하우징 또는 때로는 베이스(base)로 불리는 분리 스위치(disconnect switch)의 하우징에 선택적으로 통합될 수 있다. 이러한 판독기 요소와 전류를 계산하는 데 필요한 관계에 대한 고유한 식별자를 통해, 동일한 판독기 요소에 대해 상이한 유형의 퓨즈에 걸친 전압 강하를 모니터링하고 퓨즈에서 흐르는 전류를 정확하게 계산할 수 있는 인텔리전스(intelligence)가 제공된다.
설명된 개념들이 전류를 감지하기 위해 사용되는 퓨즈(102)와 관련하여 도시되어 있지만, 도 2에 도시된 개념들은 대안적으로 퓨즈 이외의 다른 도전성 요소들에 적용될 수 있다. 퓨즈, 회로 차단기 접점, 전기 연결 및 회로에 직렬 저항을 도입하는 다른 모든 구성 요소와 같은 회로 소자들의 사용은 동반하는 보상 회로가 동작하는 경우 효과적으로 적용될 수 있다. 전류 감지에 사용되는 각 회로 소자는 고유하고 개별적인 변수와 특성을 가질 수 있기 때문에, 저항 요소의 전압을 계산된 전류로 적절하고 정확하게 변환하기 위해서는 이러한 고유한 변수와 특성을 회로 요소로 코딩하는 설계(scheme)가 필요하다. 코딩 설계는, 상술한 바와 같이, RFID 태깅 및/또는 바 코드 라벨링을 포함할 수 있다.
당업자는 제안된 전기 회로가 전력 시스템(100)의 시스템 전압을 전자 기기로부터 분리하기 위해 적절한 분리 설계를 필요로 한다는 것을 이해할 것이다. 일단 결정되면, 전류 데이터는, 예를 들어, 광 또는 무선 통신 시스템을 통해 원격 위치로 전송 될 수 있지만, 원하는 경우 다른 유형의 통신이 가능하다. 전류 감지 시스템의 비교적 낮은 비용과 간단한 아키텍처를 사용하여 전력 분배 시스템의 감시, 모니터링 및 제어를 향상시키는 예고 및/또는 진단 기능이 제공된다.
이하에서 상세히 설명하는 바와 같이, 고려된 실시 예들은 20Hz와 같은 미리 정해진 주파수에서 퓨즈(102) 양단의 전압 강하 Vsense를 간단하고 직접적으로 측정하고, 측정된 전압 강하 및 이상적인 조건 하에서 퓨즈의 적용된 관계를 통한 퓨즈의 사전 특성 결정을 기초로, 측정된 전압 강하를 유발하는 전류를 계산한다. 유리하게도, 전류 감지 아키텍처는 고정밀도 대신 원격 측정 정확도만이 요구되는 특정 애플리케이션에 대해 충분한 정확도(telemetry accuracy)를 제공하면서 비교적 낮은 비용으로 달성될 수 있다.
여기에 기술된 전류 감지 기술은, 퓨즈 소자가 통전된 전기 회로에 접속될 때 전형적으로 비-선형 저항을 나타내는 반면, 퓨즈 소자의 저항은 특정 동작 조건에서 온도에 선형적으로 의존한다는 이상적인 가정을 전제로 한다. 이러한 동작 조건에 초점을 맞추면, 온도에 대한 이러한 선형 의존성은 그러한 조건에서 퓨즈 소자의 저항을 쉽게 결정할 수 있는 기초를 제공하며, 차례로 원하는 시점에서 전류 Isense를 계산한다. 실제로, 퓨즈 저항 및 계산된 전류의 결정 뒤에 있는 이상화된 가정은 실현될 수도 있고 실현되지 않을 수도 있지만, 그럼에도 불구하고 전류는 여전히 아래에 설명된 바와 같이 많은 경우에 정확하게 계산될 수 있다.
하나 이상의 약한 지점(spot) 또는 감소된 단면 영역을 갖는 금속의 도전성 스트립(예를 들어, 구리 스트립)과 같은 잘 알려진 타입의 퓨즈 요소를 고려하면, 얼핏 보기에 선형 저항과 온도의 이상화된 가정은 부적절한 것처럼 보일 수 있다. 구리는 0.0038의 온도 계수(co-efficient)를 가지고 있으며 이 계수를 적용하면 실제로 저항이 온도에 따라 선형 적으로 변화한다고 가정하고 60°C 온도 차에 걸쳐 퓨즈 소자의 저항이 약 23% 변화할 것으로 예상할 수 있다. 그러나 실제로는 퓨즈 소자가 단순히 가정된 동작을 따르지 않는 조건에서 이 가정은 °C 당 약 0.38 %의 오차가 될 수 있다.
도 3은 제1 단부(124), 제2 단부(126) 및 단면적이 감소된 약한 지점(128)을 갖는 연장된 금속 스트립(122)으로서 제조된 예시적인 퓨즈 소자(120)를 도시한다. 단부(124)로부터 단부(126)로 전류를 전도할 때, 퓨즈 소자(120)의 온도는 균일하지 않다. 단면적이 약한 스폿(128)에 근접함에 따라 감소함에 따라, 온도는 단부들(124, 126)에서의 더 큰 단면적을 갖는 영역에서보다 더 높다. 이러한 불-균일 온도 효과는 단부들(124, 128)에서의 전기 저항으로부터 설계상으로 상이한 약한 지점(128)의 전기 저항과 관련된다. 불-균일 온도 효과는 부분적으로 적어도 일부 작동 조건에서 퓨즈 저항이 온도와 선형인 이상화된 가정과 저항이 비선형적이라는 것을 보여주는 실제 퓨즈 성능 사이에 오차가 있는 이유를 부분적으로 설명한다. 그럼에도 불구하고, 본 명세서에 기술된 전류 감지 기술은 퓨즈의 동작 동안 퓨즈 소자에 걸쳐 이상적인 평균 균일 온도를 가정하지만, 많은 경우 신뢰성 있고 정확한 전류 계산을 가능하게 한다.
이상화된 가정을 적용하면, 전류가 퓨즈 소자(120)를 통과 할 때 전력은 시간의 경과에 따라 퓨즈 소자(120)의 온도 상승(즉, 가열)이 발생하도록 열의 형태로 퓨즈 소자(120)에서 소산된다(dissipated). 그러나, 동시에, 퓨즈 소자(120)는 그 주변 환경에 의해 냉각된다. 처음에 전류를 가했을 때, 또는 초기 레벨에서 증가된 레벨로 전류가 변경되었을 때, 퓨즈 소자(120)의 온도는 가열 및 냉각이 서로 상쇄될 때까지 증가할 것이고, 퓨즈 소자(120)의 평균 온도는 본 명세서에서 온도 평형 점(temperature equilibrium point)으로 지칭되는 일정한 값에 도달한다. 즉, 퓨즈 소자(120)의 줄(joule) 가열에 의해 발생된 열과 단위 시간당 주변 환경으로 방출되는 열이 정확히 동일할 때 온도 평형 점에 도달한다. 이 온도 평형 점은 때로는 열 평형 조건으로 불리는 것에 해당한다.
도 4는 예시적인 퓨즈 및 전류에 대한 다양한 온도 평형 점 또는 열 평형 조건을 도시한다. 도 4에 도시된 예에서, 퓨즈 온도는 시간 0에서의 초기 값으로부터 이후의 시점에서 본 명세서에서 평형 전류 값(equilibrium current value)으로 언급되는 실질적으로 일정한 값으로 상승한다. 도시된 예에서, 약 20A의 제1 평형 전류 값에 대해 약 60℃에서 제1 평형 온도에 도달하고, 약 30A의 제2 평형 전류 값에 대해 약 80℃에서 제2 평형 온도에 도달하고, 약 50A의 제3 평형 전류 값에 대해 약 120℃에서 제3 평형 온도에 도달하고, 약 80A의 제4 평형 전류 값에 대해 약 180℃에서 제4 평형 온도에 도달한다.
도 4에서 볼 수 있듯이, 열 평형 조건은 각기 다른 시간에 20A, 30A, 50A 및 80A 평형 전류 각각에서 얻어진다. 낮은 평형 전류에 대한 열 평형 조건은 높은 평형 전류에 대한 열 평형 조건 이전에 실현된다. 도 4에는 평형 전류 및 평형 온도의 여러 가지 예들이 도시되어 있지만, 온도 및 전류에 대한 다른 값이 가능하며, 평형 온도는 퓨즈에 이용되는 퓨즈 소자의 구조적 구성 및 상이한 퓨즈 소자를 갖는 상이한 퓨즈에 따라 변할 것이다. 그러나, 일반적으로, 여기에 설명된 개념들은 퓨즈 소자의 임의의 구조 및 구성에 적용 가능하다.
동작 중인 퓨즈의 일정한 주위 온도를 위해, 열 평형 조건 및 상응하는 열 평형 온도는 모든 전류 레벨 및 온도에 대해 고유하게 도달된다. 도 4의 플롯에서 알 수 있듯이 평형 온도는 전류의 함수(function of current)입니다. 두 개의 시스템은 동일한 퓨즈 평형 온도를 가질 수 있지만, 평형 전류 레벨은 상이할 수 없다(No two systems can have the same fuse equilibrium temperature but different equilibrium current levels). 또한, 열 평형 조건에서, 퓨즈의 저항 Rfuse은 온도의 선형 함수이다. 결과적으로, 퓨즈 소자의 평형 저항은 일단 열 평형에 도달하면 전류의 함수가 된다.
열 평형 조건에서 평형 전류와 평형 저항의 곱(product)은 퓨즈의 평형 전압을 제공한다. 퓨즈가 임의의 주어진 시점을 나타낼 수 있는 전압, 전류, 온도 및 저항의 완전한 세트에서 전압이 유일한 용이하게 측정 가능한 파라미터(도 2의 Vsense)이기 때문에 이는 본 발명의 전류 감지가 중요하다. 감지된 전압 Vsense이 평형 전압이라고 가정하면, 관심 대상의 전류 Isense는 열 평형 상태의 퓨즈의 특성이 신중하게 사전에 평가되고 알려지기 만하면 쉽게 계산할 수 있는 평형 전류와 일치한다. 이는 본 명세서에서 퓨즈의 열 평형 특성에 대해 언급되며 다음에 설명된다.
열 평형 상태에서, 퓨즈 소자의 전류, 온도 및 저항은 예시적인 퓨즈의 예시적인 열 평형 특성을 나타내는 도 5a, 도 5b 및 도 5c에 도시된 바와 같은 전압의 함수로서 모두 모델링될 수 있다. 이들과 같은 열 평형 특성화 플롯에 기초하여, 전류(도 2의 Isense)는 항상 전압의 함수로 역산(back-calculation)될 수 있다. 도 5a에 도시된 바와 같이, 평형 전압 및 전류는 선형이지만, 도 5b 및 5c에서 저항 및 온도 변화는 전압의 선형 함수가 아니다. 열 평형 특성화 함수(thermal equilibrium characterization functions)는 수학적으로 모델링되고 실험적으로 검증될 수 있고, 또는 퓨즈 소자 및/또는 퓨즈의 각각의 특정 유형의 구조적 구성에 대해 상이한 실시 예에서 경험적으로 확립될 수 있다. 퓨즈 및 퓨즈 소자의 상이한 구조적 구성은 도시된 예시적인 함수들과 상당히 다를 수 있는 고유한 전류, 온도 및 전압의 저항 함수를 초래할 수 있음이 인식된다.
전류가 하나의 값에서 다른 값으로 변함에 따라 전압은 선형 수학 함수인 옴의 법칙에 따라 도 5a에서처럼 전류에 따라 즉각적으로(instantaneously) 변한다. 고려된 열 평형 특성화에서, 도 5a는 평형 전압 대 평형 전류 관계를 나타낸다. 평형 저항이 결정되면 평형 전류를 이 플롯에서 쉽게 계산하거나 결정할 수 있다.
도 5b의 열 평형 특성화 플롯에서 알 수 있듯이, 저항 변화는 전압이 초기 값에서 최종 값으로 변할 때 전류가 그러하듯이 즉각적으로 또는 순간적으로 변화하지 않는다. 플롯의 왼쪽 하단에 표시된 것처럼, 저항 변화는 전압이 변화함에 따라 초기에는 느리고 점진적이며, 결과적으로, 퓨즈 소자가 전압 변화에 물리적으로 반응하는데 약간의 시간이 걸리기 때문에, 저항 변화는 처음에는 조금씩 전압 변화를 뒤 따르거나 뒤쳐진다. 전압이 변했을지라도 저항은 따라서 짧은 시간 동안 전혀 변하지 않으며, 저항은 제1 기간 다음의 제2 기간에서 천천히 변화하고, 저항은 결국 전압이 계속 상승함에 따라 더 빠르게 상승한다. 결과적으로, 퓨즈 소자가 초기 값으로부터의 전압 변화에 완전하고 물리적으로 반응하기 전후에, 전압 변화에 대한 다수의 상이한 저항 응답이 도 5b에 도시되어있다. 고려된 열 평형 특성화에서, 도 5b는 평형 전압 대 평형 저항 관계를 나타낸다. 고려된 실시 예에서 Vsense로 가정된 평형 전압이 결정되면, 평형 저항은 이 플롯으로부터 결정될 수 있다. 평형 저항이 결정되면, 도 5a에 표시된 플롯과는 별도로 옴의 법칙을 사용하여 전류를 계산할 수도 있고, 또는 도 5a의 플롯에서 직접 유도될 수도 있다.
도 5c에 도시 된 바와 같이, 플롯의 좌측 하단에 나타난 바와 같이 퓨즈 소자가 전압 변화에 물리적으로 반응하는 데 약간의 시간이 걸리기 때문에 온도 변화는 초기에는 또한 전압 변화를 따르거나 뒤쳐져있다. 온도 변화는 전압이 변화하더라도 처음에는 천천히 변화하고, 궁극적으로 급격히 상승하며, 다만 예시적인 플롯에서 전압이 상승하는 것에 따라 상당히 균등하지는 않다. 온도 변화는 전류가 초기 값에서 증가함에 따라 증가된 전력 손실에 대응한다. 고려된 열 평형 특성화에서, 도 5c는 평형 전압 대 평형 온도 관계를 나타낸다.
도 6a, 도 6b, 도 6c 및 도 6d는 도 2에 도시된 기술 및 도 5a, 도 5b 및 도 5c에 도시된 열 평형 특성화 관계를 사용하여 사용중인 전기 퓨즈의 계산된 파라미터의 예를 도시한다.
전압 강하 Vsense는 회로(110) 또는 제어기(114)에 의해 모니터되고 일정 시간 동안 도 6d에 도시된 바와 같이 변하는 것으로 도시된다. 감지 또는 모니터링된 전압 강하 Vsense는 평형 전압을 나타내는 것으로 가정되고, 검출된 다양한 전압 레벨은 다음과 같이 퓨즈의 열 평형 특성화를 사용하여 도 6a에 도시된 전류 변화에 대응하도록 결정될 수 있다.
일단 가정된 평형 전압이 시간(t0)에서 퓨즈 양단의 전압 Vsense를 감지함으로써 알려지면, 시간(t0)에서의 평형 저항 Rfuse은 도 5b에 도시된 열 평형 특성화 관계로부터 결정되거나 역산될 수 있다. 시간(t0)에서의 전류 Isense는 옴의 법칙을 통해 계산할 수 있으며 Vsense/Rfuse에 해당한다. 대안적으로, 일단 시간(t0)에서 퓨즈를 양단의 전압 Vsense를 감지함으로써 평형 전압이 알려지면, 시각(t0)에서의 평형 저항 Rfuse은 도 5a에 도시된 관계로부터 역산되거나 달리 결정될 수 있다. 전압 Vsense은 미리 결정된 주파수에서 샘플링되기 때문에, 도 6d 및 도 6a의 플롯에 도시된 바와 같이, 시간 t1, t2, t3?tn에서의 후속 결정을 통해 시간의 경과에 따라 전압의 변화가 검출되고 대응하는 전류 변화가 반복적으로 계산되고, 실시간 전류 변화 및 데이터가 전력 시스템의 동작을 평가하기 위해 이용 가능하게 된다.
마찬가지로, 도 6b에 도시된 온도 플롯은 시간 t1, t2, t3?tn에서 도 6d의 감지된 평형 전압 Vsense로부터 실시간으로 유도될 수 있고, 온도 관계는 도 5c에 도시된 바와 같이 플로팅될 수 있다. 도 6c에 도시된 저항 플롯은 또한 도 6d의 감지된 평형 전압 및 도 5b에 도시된 관계로부터 실시간으로 반복적으로 도출 및 결정될 수 있다.
고려된 예들에서 평형 전압은 항상 Vsense에 상응한다고 가정되기 때문에, 하나의 검출된 전압 레벨로부터 열 평형 조건이 아직 발생하지 않은 다른 것(전류의 변화에 대응하는)으로의 과도 조건(transient conditions) 동안, 추정된 평형 저항은 각 영향을 받은 시점에서 퓨즈 소자의 저항과 실제로 일치하지 않는다. 이러한 과도 조건은 위에서 언급한 바와 같이 전류가 급격히 변화하는 반면 실제 퓨즈 저항이 시간 온도에 따라 천천히 변화하기 때문에 전류 Isense의 잘못된 계산을 초래한다. 즉, 적어도 어떤 경우에는, 가정된 정상 상태(steady state)에 기초한 평형 저항 계산은 실제로 도달되지 않은 열 평형 온도에서 저항이 결정되도록 하며 그에 따라 계산된 전류와 실제 전류는 일치하지 않는다. 정상 상태 평형 온도에 도달하면, 계산된 전류 Isense가 점점 더 정확 해진다.
평형 전압 및 저항을 가정하는 상술된 알고리즘의 성능은 도 7a 및 도 7b에 도시된다. 도 7a는 계산된 저항(130)이 다수의 급격한 단계들(sharp steps)로 상승하고 실제 저항(132)은 보다 점차적으로 상승하는 것을 도시하지만, 결국 계산된 저항(130)과 실제 저항(132)은 대부분 큰 부분에서 실질적으로 동일한 값으로 수렴한다. 도 7b는 알고리즘 에러(즉, 도 7a의 계산된 저항(130)과 실제 저항(132) 사이의 에러)를 도시하고, 에러 율(error rate)이 매우 작다는 것을 나타낸다.
이러한 알고리즘을 사용하는 전류 감지 방법의 정확도는 주로 도 5a, 도 5b 및 도 5c와 관련하여 전술한 바와 같이 퓨즈의 평형 특성화의 정확도에 의존한다.
지금까지 설명한 열 평형 특성화에 따라 전압을 감지하고 전류를 계산하는 알고리즘 방식은 계산되는 전류가 자주 변경되지 않는 경우 및/또는 전류를 자주 계산할 필요가 없는 상황에서 가장 효과적이다. 그러한 상황에서, 기술된 알고리즘 전류 감지 방법은 유리하게도 단순한 수동 장치(즉, 전기 퓨즈)를 전력 시스템의 감시, 감독 및 문제 해결을 위한 지능형 예후(intelligent prognostic) 및 진단(diagnostic) 도구로 전환시킨다. 설명된 알고리즘 전류 감지 방법은 퓨즈 소자 양단의 전압 측정만을 필요로 하는 간단한 아키텍처를 포함하며, 이는 간단하고 저렴한 차동 증폭기(differential amplifier)를 사용하여 수행될 수 있다. 설명된 알고리즘적 전류 감지 방법은 요구되는 아키텍처의 단순성으로 인해 비용 측면에서 효과적이며, 필요한 하드웨어의 크기는 후술하는 바와 같이 퓨즈 홀더, 퓨즈 블록, 차단 장치 또는 심지어 퓨즈 자체 내부에 들어갈 정도로 충분히 작을 수 있다.
전류가 무작위로 변경되고 더 자주 계산되어야 하는 전력 시스템에서, 지금까지 설명된 것보다 더 정교한 접근법(sophisticated approach)이 권장된다. 따라서, 검출된 임의의 주어진 전압 Vsense 변화가 다음 3 가지 상태 또는 시나리오 중 하나에 기인될 수 있다는 것을 숙고(contemplate)하는 보다 정교한 접근법이 아래에서 설명된다. 아래에 논의된 예시적인 파라미터를 이용하여, 전류는 각 상태에서 다른 접근법 및 기준을 사용하여 계산될 수 있다.
첫째, 검출된 전압 변화는 실제 전류 변화에 기인할 수 있다. 이 시나리오에서, 전류의 변화로 인하여 도 5a와 관련하여 전술한 바와 같이 검출된 전압이 급격하게 상승 한다. 전압 변화는 실제적으로 순간적이며 또한 순간적으로 감지될 수 있다. 이러한 변화 동안, 퓨즈 저항은 순간적으로 동일하게 유지되는데, 그 이유는 소량의 시간(예를 들어, 0.1초) 내에 가능한 최대 저항 변화가 매우 낮기 때문이다(예를 들어, 0.01% 미만). 이 효과는 도 5b의 플롯의 왼쪽 하단에서 볼 수 있다.
이 제1 상태는 검출된 전압의 램프 율(ramp rate)(즉, 변화율)을 감지하고 이를 소정의 임계값과 비교함으로써 신뢰성 있게 검출될 수 있다. 램프 율이 소정의 임계값보다 큰 경우, 검출된 전압 변화는 실제 전류 변화에 기인하는 것으로 가정할 수 있다. 이 상태가 검출될 때 일정한 퓨즈 저항(constant fuse resistance)이 추가로 가정될 수 있고, 전류는 순간 전압을 전압 스포크(spoke) 직전에 결정된 평형 저항 값으로 나눈 값에 기초하여 계산될 수 있다.
둘째, 검출된 전압 변화는 전류가 일정하거나 변하지 않는 동안 퓨즈의 저항 변화에 기인할 수 있다. 위에서 설명한 첫 번째 상태 또는 시나리오와 달리, 이 두 번째 시나리오 또는 상태는 퓨즈 저항이 가변적인 비-열 평형 상태를 고려한다. 이 상태는 일반적으로 첫 번째 시나리오와 관련하여 위에서 설명한대로 전류가 이미 변경되고 감지된 전압이 급격하게 상승하는 첫 번째 상태 직후에 발생한다. 이 제2 상태에서, 검출된 전압은 역 지수 관계(inverse exponential relationship)에 따라 온도가 시간에 따라 증가하는 시간과 관련된 미리 결정된 퓨즈 시상수(time constant)
Figure pct00001
에 의존하는 최대 램프 율로 천천히 변화한다. 퓨즈 소자의 저항은 역 지수 관계 및 동일한 시상수에 따라 유사한 변화를 나타낸다. 따라서, 전류가 일정한 이러한 상태에서, 검출된 전압은 역 지수 함수로서 증가한다(실험실 테스트에서 증명된 가설(hypothesis)). 전압의 함수로서의 저항 변화는 실험에 기초하여 모델링 될 수 있으며, 시상수
Figure pct00002
는 관심 있는 각 퓨즈 또는 퓨즈 패밀리에 대해 미리 결정될 수 있다.
제2 상태에서 퓨즈 저항은 필연적으로 급격한 전류 변화가 일어나기 직전의 평형 저항에 해당하는 R1과 새로운 전류 레벨에서의 평형 저항에 해당하는 R2의 두 값 사이에서 이동한다. 두 레벨 R1과 R2 사이에는, 퓨즈 저항은 퓨즈 시상수에 의해 결정되는 역 지수 곡선을 따른다. 퓨즈 시상수
Figure pct00003
는 퓨즈의 열 평형 특성화의 일부로 모델링 될 수 있으며, 그러한 특성화에 기초하여 변화하는 저항이 시간의 함수로서 결정될 수 있다. 검출된 순간 전압은 옴의 법칙에 따라 퓨즈를 통해 흐르는 전류의 순시 값을 알아 내기 위해 이러한 연속적으로 변하는 저항으로 나누어 질 수 있다.
제3 상태 또는 시나리오는 퓨즈 온도가 다시 열 평형에 도달하는 동안의 상태에 대응한다. 전류가 5개 이상의 시상수
Figure pct00004
기간 동안 높은 램프 율 이벤트를 경험하지 않으면(doesn't encounter) 세 번째 상태가 가정될 수 있다. 이 세 번째 상태는 위에 설명된 평형 상태에 해당하며 퓨즈의 장기간의 활동 중에 오류가 쌓이지 않도록 오류 수정 메커니즘으로 사용된다.
검출된 전압 변화의 램프 율이 소정의 임계값보다 느린 경우 퓨즈는 열 평형에 머무른다고 가정할 수 있고 그에 따라 전류가 계산될 수 있다.
도 8a 및 8b는 전술한 3 단계 접근법의 성능을 도시한다. 일련의 스텝 변화에 대해, 3 단계 접근법 당(per) 계산된 전류는 실제 전류를 매우 근접하게 따른다. 도 8b는 도 8a의 일부의 확대된 플롯이다. 전류가 새로운 수준에 도달하면 계산된 전류와 실제 전류 사이의 1% 미만의 오차가 발생하며, 시간이 지남에 따라 새로운 열 평형 수준에 도달하면 오류는 거의 0(zero)이 된다.
도 9는 상술한 전류 감지 기술, 시스템 및 회로와 관련된 예시적인 프로세스(200)를 도시하는 방법 흐름도이다.
도 9에 도시된 바와 같이, 상기 방법은 전류 감지를 위해 모니터링되는 퓨즈의 열 평형 특성화를 제공하는 단계(202)를 포함한다. 열 평형 특성화에 대응할 수 있는 전압의 함수로서의 전류, 저항 및 온도의 예시적인 관계는 고려된 실시 예에서 도 5a, 도 5b 및 도 5c와 관련하여 상술되었다. 그러나, 여기에 설명된 예는 제한보다는 설명을 위해 제공되는 단지 예시이다. 이러한 기술된 것과 열 평형 특성화를 위한 다른 관계는 본 발명의 추가적인 및/또는 대안적인 실시 예에서 구체적으로 기술된 것 이외의 회로와 함께 사용될 수 있다. 열 평형 특성화를 제공하는 단계(202)는 열 평형에서 퓨즈를 특성화하기 위해 관계를 확인하기 위해 모델링, 시뮬레이션, 분석, 경험적으로 결정 및/또는 테스트의 관련 단계들을 포함할 수 있다. 대안적으로, 열 평형 특성화를 제공하는 단계(202)는 퓨즈 제조업자와 같은 다른 당사자로부터 열 평형 특성화를 얻는 단계 및 열 평형 특성화를 사용 가능하게 하는 단계를 포함할 수 있다. 열 평형 특성화를 제공하는 단계(202)는 또한, 상기 논의 된 제어기들(112, 114) 중 하나와 같은 프로세서-기반 장치의 메모리에 데이터를 로딩하는 단계 또는 그렇지 않으면 프로세서 장치가 설명된 바와 같이 전류를 계산하기 위해 열 평형 특성화 데이터에 액세스할 수 있게 하는 단계를 포함할 수 있다. 데이터에 대한 액세스는, 예를 들어, 근거리 통신망을 통해, 인터넷 연결을 통해, 또는 장치들이 서로 필요한 정보를 교환할 수 있게 하는 무선 통신 시스템을 통해 제공될 수 있다.
상기 방법은 단계(204)에서 전류 감지를 위해 모니터링되는 퓨즈의 비-열 평형 특성화를 제공하는 단계를 포함한다. 비-열 평형 특성화는 소정의 램프 율 임계값, 퓨즈 시상수
Figure pct00005
및 전술한 시간-기반 저항 관계를 설정하는 단계를 포함한다. 비-열 평형 특성화를 제공하는 단계(204)는 비-열 평형 상태에서 퓨즈를 특성화하기 위해 관계를 확인하기 위해 모델링, 시뮬레이션, 분석, 경험적으로 결정 및/또는 테스트의 관련 단계들을 포함할 수 있다. 대안적으로, 비-열 평형 특성화를 제공하는 단계(204)는 퓨즈 제조업자와 같은 다른 당사자로부터 비-열 평형 특성화를 얻는 단계 및 열 평형 특성화를 사용 가능하게 하는 단계를 포함할 수 있다. 비-열 평형 특성화를 제공하는 단계(204)는 상기 논의된 제어기들(112, 114) 중 하나와 같은 프로세서-기반 장치의 메모리에 데이터를 로딩하는 단계 또는 그렇지 않으면 프로세서 장치가 설명된 바와 같이 전류를 계산하기 위해 열 평형 특성화 데이터에 액세스할 수 있게 하는 단계를 포함할 수 있다. 데이터에 대한 액세스는, 예를 들어, 근거리 통신망을 통해, 인터넷 연결을 통해, 또는 장치들이 서로 필요한 정보를 교환할 수 있게 하는 무선 통신 시스템을 통해 제공될 수 있다.
단계들(202, 204)은 임의의 수의 상이한 유형의 퓨즈들에 대해 반복될 수 있고, 전류 감지 목적을 위해 모니터링 될 각각의 퓨즈에 대해 고유하게 식별된 열 평형 특성화 및 비-열 평형 특성화를 포함하는 데이터베이스가 생성될 수 있다. 복수의 열 평형 특성화 관계 및 비-열 평형 특성화 관계는 퓨즈 소자 저항의 측정 및 계산을 구현하기 위해 사용되는 상이한 유형의 퓨즈 및 상이한 유형의 회로에 대한 특정 사용을 위해 고려된다. 따라서, 단계(205)에서, 전류 감지 시스템으로 모니터링 될 특정 퓨즈에 대해 적용 가능한 특성화가 선택될 수 있다. 적절한 선택은, 예를 들어, 퓨즈상의 코드화된 라벨 또는 특정 퓨즈와 그것의 적용 가능한 특성화를 매칭시켜 계산이 정확하게 이루어질 수 있도록 하는 다른 적절한 식별자를 통해 도움을 받을 수 있다. 후술되는 바와 같이, 단계(205)에서의 선택은 정확한 계산이 이루어질 수 있도록 퓨즈가 적절한 특성화와 매칭되는 것을 용이하게 하는 퓨즈 식별 정도를 얻기 위해 전자 판독기 소자로 라벨을 판독하는 단계를 포함할 수 있다.
단계(206)에서, 제어기(112 또는 114) 또는 제어기와 통신하는 전압 센서 소자는 도 2에 도시된 바와 같이 퓨즈(102)를 포함하는 회로에 접속된다. 일단 접속되면, 퓨즈 양단의 전압은 미리 결정된 시간 간격에서 측정되거나 검출될 수 있다. 단계(206)에서 검출된 전압은 회로로부터 출력되고 단계(208)에서 제어기(112 또는 114)에 입력된다. 단계(210)에서, 단계(208)에서 얻어진 전압은 임의의 변화에 대해 제어기(112 또는 114)에 의해 모니터링 된다.
검출된 전압이 변경되지 않은 것으로 제어기(112 또는 114)에 의해 단계(210)에서 결정되면, 퓨즈는 열 평형에서 작동한다고 가정한다. 단계(202)에서 제공된 열 평형 특성화를 사용하여, 평형 온도는 단계(212)에서 계산되고, 평형 저항은 단계(214)에서 계산되고, 평형 전류는 단계(216)에서 계산된다. 계산은 위에서 설명된 프로세서-기반 장치와 다양한 위치에서 수행될 수 있다. 상기 한 바와 같이, 각 계산은 특성화된 평형 온도, 평형 저항 및 전압의 함수로서의 평형 전류를 고려하여 이루어진다. 검출된 전압이 알려지고 평형 전압으로 가정되기 때문에, 온도, 저항 및 전류 값은 특성화된 관계로부터 역산될 수 있다. 일단 값들이 단계들(212, 214, 216)에서 계산되면 프로세스는 소정의 시간 간격에서 단계(206)에서 전압을 다시 측정하기 위해 반복적인 방식으로 반복된다. 선택적으로, 단계(218)에서, 계산된 온도, 저항 및 전류 값은 동일하거나 상이한 위치에서 다른 장치로 전달된다.
단계(210)에서, 검출된 전압이 제어기(112 또는 114)에 의해 변경된 것으로 결정되면, 단계(220)에서, 제어기(112 또는 114)는 검출된 전압이 급격한 것인지 여부를 결정한다. 이 결정은 상술된 바와 같이 검출된 전압의 변화율을 소정의 램프 율 임계값과 비교함으로써 이루어진다.
검출된 전압의 변화율이 미리 결정된 램프 율 임계값과 같거나 초과하면, 전압 범위는 단계(220)에서 급격한 것으로 여겨진다. 일단 급격한 전압 변화가 결정되면, 단계(222)에서, 퓨즈의 저항은 변하지 않고, 단계(216)로부터 최종 결정된 평형 저항을 사용하여 단계(224)에서 전류 계산이 이루어진다고 가정한다. 일단 전류의 계산이 행해지면, 프로세스는 단계(206)에서 전압을 다시 측정하기 위해 반복된다. 선택적으로, 단계(218)에서, 계산된 온도, 저항 및 전류 값은 동일하거나 상이한 위치에서 다른 장치로 전달된다.
검출된 전압의 변화율이 소정의 램프 율 임계값보다 작으면, 그것은 단계(220)에서 급격한 것으로 간주되지 않는다. 이 결정이 내려지면, 퓨즈는 저항이 변화하는 비-열 평형 상태에서 동작하는 것으로 가정한다. 단계(204)에서 제공된 비-열 평형 특성화를 사용하여, 온도는 역 지수 온도 관계 및 시상수
Figure pct00006
를 사용하여 단계(226)에서 계산되고, 저항은 역 지수 저항 관계 및 시상수
Figure pct00007
를 사용하여 단계(228)에서 계산되고, 계산된 저항을 이용하여 단계(230)에서 전류가 계산된다. 계산은 위에서 설명된 프로세서-기반 장치들과 다양한 위치에서 수행될 수 있다. 일단 단계들(226, 228, 230)에서 값이 계산되면, 단계(206)에서 전압을 다시 측정하기 위해 프로세스가 반복된다. 선택적으로, 단계(218)에서, 계산된 온도, 저항 및 전류 값은 동일하거나 상이한 위치에서 다른 장치로 전달된다.
따라서, 제어기(112 또는 114)는 단계(210) 및 단계(220)에 나타난 결정의 결과에 의해 표현되는 3 개의 서로 다른 모드에서 퓨즈 양단을 측정하여 감지된 전압 값에 기초하여 전류 값을 지능적으로 계산할 수 있다. 그러나, 일부 실시 예에서는 표시된 모드 중 하나만이 전력 시스템에서 경험되는 전류 상태에 따라 충분할 수 있음이 인식된다. 예를 들어 상술한 바와 같이, 단계들(212, 214 및 216)은 일부 전력 시스템에 대하여 만족스러운 결과를 제공할 수 있으며, 따라서 제공된 유일한 계산 단계일 수 있다. 그러나, 설명된 실시 예의 변형이 가능할 뿐만 아니라 본 명세서에 개시된 개념의 확장으로서 대안적인 실시 예들이 가능하다.
단계(240)에 도시된 바와 같이, 검출된 전압 데이터는 또한 데이터 로그(240)에 저장되어 시간에 따라 검출된 전압의 이력을 생성할 수 있다. 이 데이터는 연구 및 분석을 위해 적용 가능한 온도, 저항 및 전류 값을 다시 계산하는 데 사용될 수 있다. 이는 전력 시스템의 성능을 진단적으로 평가하고 시스템 문제를 해결할 수 있는 지능을 얻을 수 있을 뿐만 아니라, 사용중인 퓨즈의 성능을 액세스하기 위해 제조업체 및 기타 이해 관계자를 융합시키는데 도임이 되는 귀중한 데이터를 제공할 수 있다. 단계(242)에 나타낸 바와 같이, 그러한 데이터는 전력 시스템에서 아직 실현되지 않은 문제점을 예고로 표시하는데 도움이 될 수 있다.
위의 설명에 따라 기능적으로 관계, 알고리즘 및 계산을 설명하였으므로, 당업자는 따라서 제어기 또는 다른 프로세서-기반 장치의 프로그래밍을 통해 관계, 알고리즘 및 계산을 구현할 수 있다. 기술된 개념의 그러한 프로그래밍 또는 구현은 당업자의 범위 내에 있는 것으로 간주되므로 더 이상 설명하지 않는다.
위에서 설명된 개념 및 알고리즘을 채택하는 예시적인 전류 감지 시스템은 가용성 구성 요소(fusible components) 및 시스템에서 유리하다고 여겨지는 보다 구체적인 실시 예에서 설명될 것이다.
도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 첫 번째 예시적인 전류 감지 시스템 (250)을 개략적으로 나타낸다. 시스템(250)은 퓨즈 소자(120) 및 퓨즈 하우징(252) 내부의 퓨즈 소자(120)와 병렬로 연결된 회로(110)를 포함하는 퓨즈(102)를 포함한다. 퓨즈 하우징(252)에는 라인 측 회로(104) 및 부하 측 회로(106)와 전기적으로 접속하기 위한 퓨즈 단자들(T1, T2)가 제공된다.
퓨즈 소자(120)는 원하는 임의의 구조적 형상 및 구성으로 제공될 수 있으며, 원하는 과전류 조건에 응답하여 개방되도록 설계될 수 있다. 하우징(252)은 원통형 및 직사각형 형상을 포함하지만 이에 한정되지는 않는 소정의 형상으로 제공될 수 있으며, 아크-소화 매체(arc-extinguishing media)로 채워질 수 있다. 퓨즈 단자들(T1 및 T2)은 임의의 공지된 퓨즈 단자 형상 및 구성일 수 있으며, 반드시 이에 한정되는 것은 아니지만 엔드 캡(end caps) 또는 페룰(ferrules), 나이프 블레이드 접촉(knife blade contacts) 또는 단자 블레이드(terminal blades)를 포함한다. 일부 고려되는 실시 예에서, 퓨즈(102)는 직사각형 하우징 및 직사각형 하우징의 공통 측면으로부터 돌출된 단자 블레이드를 갖는 미주리 주 세인트 루이스의 Eaton에 의한 'Bussmann'의 CUBEFuse® 모듈러 퓨즈로서 구성될 수 있다. 그럼에도 불구하고, 도 10에 도시된 바와 같이, 보상 회로(compensation circuit)(110)는 퓨즈 구성에 내장된다. 즉, 회로(110)(제어기(112) 및 아마도 앞서 기술된 것들과 같은 다른 전자 장치들을 포함 함)는 퓨즈 하우징(252) 내부에 존재하며 따라서 퓨즈(102)에 내장된다.
판독기 장치(254)는 시스템 (250)에 별도로 제공된 장치로서 도시되어있다. 판독기 장치(254)는 일부 실시 예에서 휴대용 장치일 수 있거나 다른 실시 예에서는 고정 장치로 장착될 수 있다. 일부 실시 예에서, 판독기 장치(254)는 휴대용 장치일 수 있다. 판독기 장치(254)는 프로세서-기반 장치일 수 있고, 감지된 전압 정보 또는 전술한 방식으로 감지되는 전류를 분석 또는 계산하는데 필요한 다른 데이터를 수신하기 위해 회로(110)와 무선 통신할 수 있다. 회로(110)와 판독기 장치(254) 사이의 무선 통신은 대형 전력 시스템(100)에서 유리하지만, 모든 경우에 엄격하게 필요한 것은 아니며 판독기 장치(254)는 바람직한 경우 퓨즈(102) 내의 접속 포트 및 단자를 통해 회로(110)에 하드-와이어링(hard-wiring) 될 수 있다.
고려되는 실시 예에서 판독기 장치(254)는 RFID 판독기 또는 질문기 장치(interrogator device)로서 구성될 수 있다. 이러한 실시 예에서, 정보가 회로(110) 내의 대응하는 RFID 소자로부터 얻어지면, 관심 대상 전류는 판독기 장치(254)에 의해 계산될 수 있고, 또는 전류가 퓨즈(102)에 내장된 전자 기기 내에서 계산되는 실시 예에서, 계산된 전류는 간단히 판독기 장치(254)에 전달될 수 있다.
전술한 바와 같이, 퓨즈(102)에는 퓨즈(102)의 하우징(252) 상에 RFID 라벨 또는 바 코드 라벨(256)이 제공될 수 있다. 라벨(256)은 판독기 장치(254)에 전달될 인코딩된 정보를 포함할 수 있다. 따라서, 판독기 장치(254)는 퓨즈의 요소들과 통신하는 다수의 수단을 포함하는 다기능 장치일 수 있다. RFID 라벨 또는 바 코드 라벨은 퓨즈(102)에 대한 식별 정보, 퓨즈(102)에 대한 레이팅 정보, 및 감지된 전류의 계산을 용이하게 하는 코딩된 정보를 포함할 수 있다. 이와 같이, 퓨즈 하우징의 라벨 또는 바 코드를 판독함으로써, 판독기 장치(254)는 다수의 미리 결정된 평형 및 비-평형 특성화 중 어느 것이 전류를 계산하는데 사용되는지를 알 수 있고, 판독기 장치는 또한 계산을 수행하는데 사용하기 위해 퓨즈(102)에 고유한 임의의 계수를 얻을 수 있다. 그러한 시나리오에서, 판독기 장치(254)는상이한 유형의 퓨즈를 구별하고 검출된 전압으로부터의 감지된 전류를 계산하기 위해 다양한 미리 결정된 특성화들 중 하나를 선택할 수 있는 지능형 장치이다.
일단 획득되면, 계산된 전류를 포함하는 판독기 장치(254)에 의해 얻어진 정보는 임의의 바람직한 통신 네트워크를 통해 원격 장치(258)에 더 통신될 수 있다. 원격 장치(258)는 전력 시스템(100) 및 임의의 관련 프로세스의 모니터링 및 감독을 용이하게 할 수 있다. 원격 장치(258)는 예를 들어 산업 설비 및 프로세스의 측면을 모니터링하는 SCADA(Supervisory Control and Data Acquisition) 시스템의 일부분 일 수 있으며 당업자는 이를 인식할 수 있다.
일부 실시 예들에서, 판독기 장치(254)가 계산을 하기 위해 필요한 정보만을 제공하면서, 원한다면 원격 위치에서 원격 장치(258)에 의해 감지된 전류가 실제로 계산될 수 있다는 것을 알 수 있다. 판독기 장치(254)에서의 다양한 정교함 및 복잡성이 다양한 비용으로 제안된 시스템(250)에 제공될 수 있다.
도 11은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 두 번째 예시적인 전류 감지 시스템(260)을 개략적으로 나타낸다. 시스템 (260)은 라인 측 및 부하 측 회로(104, 106)에 전기적으로 연결되도록 각각 구조화된 단자들(T1H 및 T2H)이 제공된 하우징(264)을 포함하는 퓨즈 홀더 또는 퓨즈 블록(262)을 포함한다. 퓨즈(102)의 단자들(T1F 및 T2F)은 퓨즈 홀더 또는 퓨즈 블록(262)의 단자들(T1H 및 T2H)와 구조적으로 결합되도록 구성되고, 라인 측 및 부하 측 회로 사이의 전기 접속이 퓨즈 소자(120)를 통해 확립된다.
시스템(250) (도 10)과는 달리, 시스템(260)에서, 회로(110)는 퓨즈의 하우징(252)에 제공되지 않고 대신에 퓨즈 홀더 또는 퓨즈 블록(262)의 하우징(264) 상에 또는 내부에 제공된다. 이와 같이, 본 실시 예의 회로(110)는 퓨즈(102) 대신에 퓨즈 블록(262)에 내장된다. 그러나, 회로(110)의 동작은 동일하게 유지되고, 라벨(256) 및 판독기(254)는 전술한 바와 같이 유사한 효과를 제공할 수 있다.
회로(110)가 시스템(250)에서 전술한 바와 같이 퓨즈(102)에 내장되는 다른 실시 예에서, 판독기(254)는 퓨즈 블록 또는 하우징(262)에 내장될 수 있다.
퓨즈 홀더 또는 퓨즈 블록 하우징(264)에는 다수 세트의 퓨즈(102)가 퓨즈 하우징 또는 퓨즈 블록(262)에 수용될 수 있도록 다수의 단자 세트(T1H 및 T2H)가 제공될 수 있다. 하우징(264)은 단일 부품 또는 다중 부품으로 제공될 수 있으며, 서로 부착될 수 있는 모듈 형 부품으로 제공될 수 있다. 하우징(264)은 오픈 스타일 퓨즈 블록으로서 구성될 수 있거나 또는 필요에 따라 퓨즈(들) (102)를 부분적으로 또는 완전히 둘러싸도록 할 수 있다.
하우징(264) 상에 제공된 단자들(T1H 및 T2H)은 퓨즈(102)의 단자(T1F 및 T2F)를 수용하고 유지하도록 구조적으로 구성된 탄성 스프링 클립(resilient spring clips)을 포함할 수 있다. 퓨즈 단자들(T1F, T2F)은 단부 캡 또는 페룰, 나이프 블레이드 접촉 또는 단자 블레이드를 포함하지만 이에 한정되지는 않는 임의의 형상 및 구조적 형태로 제공될 수 있다. 따라서, 퓨즈 홀더 또는 퓨즈 블록 하우징(264)상의 단자들(T1H 및 T2H)은 퓨즈(102)의 단자들(T1F 및 T2F)과 결합하도록 변경될 수 있다. 퓨즈 거절 기능(fuse rejection features)은 퓨즈(102)의 단자들(T1F 및 T2F)에 내장될 수 있고 및/또는 호환되지 않는 퓨즈의 설치를 방지하기 위해 하우징(264)에 통합될 수 있다.
하우징(264) 상에 제공된 단자들(T1H 및 T2H)은 또한 상자 러그(lugs), 스프링 클램프(spring clamp), 또는 퓨즈 블록 또는 하우징(262)에 대한 라인 및 부하 측 전기 접속을 확립하는데 이용되는 와이어의 단부를 수용하고 보유하도록 구성된 다른 단자와 같은 단자 기능을 포함할 수 있다. 대안 적으로는, 패널 장착 클립 등뿐만 아니라 라인 및 로드 측 회로(104, 106)에 기계적 및 전기적 연결을 확립하는 다른 단자 구조가 제공될 수 있다.
도 12는 본 발명의 일 실시 예에 따른 세 번째 예시적인 전류 감지 시스템 (270)을 개략적으로 나타낸다. 시스템(270)은 라인 측 및 로드 측 회로(104, 106)에 전기적으로 연결하도록 각각 구조화된 단자(T1L 및 T2L)가 제공된 하우징 또는 베이스(274)를 포함하는 가용성 차단 스위치 장치(fusible disconnect switch device)(272)를 포함한다. 차단 스위치 장치(272)를 통해 전류 경로를 만들거나 차단하기 위해 선택적으로 개방 또는 폐쇄될 수 있는 스위치(276)가 하우징 또는 베이스(274)에 제공되고, 퓨즈(102)가 설치되고 스위치(276)가 닫힐 때, 퓨즈 (102)의 퓨즈 소자(120)는 라인 측 회로 및 부하 측 회로(104, 106) 사이의 전기 접속을 완료한다. 베이스(274)는 일부 실시 예에서 미주리 주 세인트 루이스의 'Eaton'에 의한 'Bussmann'의 컴팩트 회로 보호기(CCP)로 구성될 수 있다. 도 12의 개략도에서 알 수 있는 바와 같이, 차단 스위치 장치(272)는 인-라인 회로 차단기(in-line circuit breake)를 포함하지 않으며 따라서 종래의 인-라인 회로 차단기 및 퓨즈 조합보다 작다.
퓨즈(102)의 단자들(T1F 및 T2F)은 베이스(274)의 상보적인 단자와 구조적으로 결합하여 전기적 연결이 퓨즈 소자(120)를 통해 확립될 수 있도록 구성된다. 베이스(274)의 상보적인 단자는 퓨즈(102)의 단자들(T1F 및 T2F)을 수용하고 유지하도록 구조적으로 구성된 탄성 스프링 클립을 포함할 수 있다. 퓨즈 단자들(T1F, T2F)은 단부 캡 또는 페룰, 나이프 블레이드 접촉 또는 단자 블레이드를 포함하지만 이에 한정되지는 않는 임의의 형상 및 구조적 형태로 제공될 수 있다. 따라서, 퓨즈 홀더 또는 퓨즈 블록 하우징 상의 상보적인 단자는 퓨즈(102)의 단자들(T1F 및 T2F)과 결합하도록 변경될 수 있다. 퓨즈 거절 기능은 퓨즈(102)의 단자들(T1F 및 T2F)에 내장될 수 있고 및/또는 호환되지 않는 퓨즈의 설치를 방지하기 위해 하우징(274)에 통합될 수 있다. 퓨즈(102)가 설치 될 때, 스위치(276)는 퓨즈 소자(120)를 통해 라인 측 및 부하 측 회로(104, 106) 사이의 전기 접속을 연결 또는 분리하도록 동작될 수 있다. 이와 같이, 스위치(276)는 퓨즈(102)가 제 위치에 유지되는 동안 장치(272)를 통한 회로 경로의 연결 및 연결 해제를 제공한다.
도 12에 도시된 실시 예에서, 회로(110)는 퓨즈(102)의 하우징(152)에 제공되지 않고, 대신에 스위치 차단 장치(272)의 베이스(274) 상에 또는 내에 제공된다. 이와 같이, 이 실시 예의 회로(110)는 퓨즈(102) 대신 베이스(274)에 내장된다. 그러나, 회로(110)의 동작은 동일하게 유지되고, 라벨(256) 및 판독기(254)는 전술한 바와 같이 유사한 효과를 제공할 수 있다.
회로(110)가 시스템(250)에서 전술한 바와 같이 퓨즈(102)에 내장된 다른 실시 예에서, 판독기(144)는 베이스 (274)에 내장될 수 있다.
베이스(274)에는 퓨즈(102)의 다수의 세트가 수용될 수 있도록 다수의 단자 세트가 제공될 수 있다. 베이스(274)는 단일 부품 또는 다중 부품으로 제공될 수 있으며, 서로 부착될 수 있는 모듈 형 부품으로 제공될 수 있다. 베이스(274)는 바람직하게는 퓨즈(들)(102)를 부분적으로 또는 완전히 둘러 쌀 수 있다.
베이스(274) 상에 제공된 단자들(T1L 및 T2L)은 또한 상자 러그, 스프링 클램프, 또는 차단 스위치 장치(272)에 대한 라인 측 및 부하 측 전기 연결을 확립하는데 이용되는 와이어의 단부를 수용하고 유지하도록 구성된 다른 단자와 같은 단자 기능을 포함할 수 있다. 대안적으로, 라인 및 부하 회로(104, 106)에 대한 기계적 및 전기적 연결을 확립하기 위한 다른 단자 구조뿐만 아니라 패널 장착 클립 등이 제공될 수 있다.
시스템(250, 260 및 270)의 관점에서, 전류 감지 시스템의 소형 및 간단한 구조는 퓨즈 양단의 전압을 유리하게 감지하고 비용 효과적인 방식으로 열 평형 및 비-열 평형 특성화에 따라 전류를 계산하도록 유연하게 구현될 수 있다. 이에 제한되는 것은 아니지만 도 1에 도시된 바와 같은 저항성 션트(resistive shunt)를 포함하는 보다 비싸고 부피가 큰 전류 감지 솔루션은 설명된 바와 같은 퓨즈를 통한보다 소형의 경제적인 전류 감지에서 유리하게 회피될 수 있다.
본 발명의 장점 및 이점은 이제 개시된 예시적인 실시 예와 관련하여 충분히 입증된 것으로 믿어진다.
전력 시스템에 연결될 때 비-선형 저항을 갖는 전도체; 및 상기 전도체 양단의 감지된 전압을 수신하고 적어도 상기 감지된 전압의 제1 검출 상태 및 상기 전도체의 열 평형 특성화에 기초하여 상기 전도체를 흐르는 전류를 반복적으로 계산하도록 작동 가능한 프로세서를 포함하는 전류 감지 시스템의 예가 개시되어 있다.
선택적으로, 전도체는 퓨즈 소자이다. 퓨즈 소자는 퓨즈 하우징에 포함되고, 프로세서 또한 퓨즈 하우징에 포함된다. 대안적으로, 시스템은 퓨즈 홀더를 포함할 수 있고, 프로세서는 퓨즈 홀더 상에 제공될 수 있다. 또 다른 대안으로서, 시스템은 차단 스위치를 포함할 수 있고, 프로세서는 차단 스위치 상에 제공될 수 있다.
시스템은 추가적으로 프로세서와 통신하도록 구성된 판독기 장치를 더 포함할 수 있다. 시스템은 전도체와 관련된 라벨을 포함할 수 있고, 판독기 장치는 라벨을 판독하고 전도체를 흐르는 전류를 계산하기 위해 라벨로부터의 정보를 사용하도록 구성될 수 있다.
프로세서는 적어도 감지된 전압의 제2 검출 상태 및 전도체의 비-열 평형 특성화에 기초하여 상기 전도체를 통해 흐르는 전류를 계산하도록 더 작동 가능할 수 있다. 프로세서는 감지된 전압의 검출된 상태의 변화율과 미리 결정된 램프 율 임계값을 비교하도록 구성될 수 있다. 감지된 전압의 검출된 상태의 변화율이 미리 결정된 램프 율 임계값보다 낮으면, 프로세서는 저항 및 시간의 역 지수 관계에 기초하여 전류를 계산하도록 동작할 수 있다. 감지된 전압의 검출된 상태의 변화율이 미리 결정된 램프 율 임계값을 초과하면, 프로세서는 전도체의 마지막으로 계산된 저항에 기초하여 전류를 계산하도록 동작할 수 있다.
하우징, 제1 및 제2 단자 소자들, 및 전력 시스템에 연결될 때 비-선형 저항을 갖는 퓨즈 소자를 포함하는 전기 퓨즈; 및 상기 퓨즈 소자 양단의 감지된 전압을 수신하는 프로세서에 있어서, 상기 퓨즈 소자 양단의 감지된 상기 전압의 제1 검출 상태 및 제2 검출 상태 중 적어도 하나에 따라 상이한 방식으로 상기 퓨즈 소자를 흐르는 전류를 반복적으로 계산하도록 작동 가능한 상기 프로세서를 포함하고, 상기 퓨즈 소자 양단의 감지된 상기 전압의 상기 제1 검출 상태에서 상기 전류는 상기 퓨즈 소자 양단의 감지된 상기 전압 및 상기 퓨즈 소자의 열 평형 특성화에 기초하여 계산되고, 상기 퓨즈 소자 양단의 감지된 상기 전압의 상기 제2 검출 상태에서 상기 전류는 상기 퓨즈 소자 양단의 감지된 상기 전압 및 상기 퓨즈 소자의 비-열 평형 특성화에 기초하여 계산되는 전류 감지 시스템의 일 실시 예가 개시되어있다.
선택적으로, 프로세서는 퓨즈 하우징에 포함될 수 있다. 시스템은 퓨즈 홀더를 포함할 수 있고, 프로세서는 대안적으로 퓨즈 홀더 상에 제공될 수 있다. 시스템은 대안적으로 차단 스위치를 포함하고, 프로세서는 차단 스위치 상에 제공될 수 있다. 전기 퓨즈는 바 코드 및 RFID 태그 중 적어도 하나를 포함할 수 있고, 시스템은 전류 계산을 위한 정보를 얻기 위해 바 코드 및 RFID 태그 중 적어도 하나와 통신하도록 구성된 판독기 장치를 포함할 수 있다. 라벨은 전기 퓨즈와 연관되고, 판독기 장치는 라벨을 판독하고 적용 가능한 열 평형 특성화 및 비-열 평형 특성화를 결정하기 위해 라벨로부터의 정보를 사용하도록 구성될 수 있다.
전력 시스템에서 전류를 감지하는 방법이 개시되어 있다. 상기 방법은: 전력 시스템에 연결되었을 때 비-선형 저항을 갖는 전도체를 제공하는 단계; 상기 전도체 양단의 전압을 감지하는 단계; 및 적어도 상기 감지된 전압의 제1 검출 상태 및 상기 전도체의 열 평형 특성화에 기초하여 상기 전도체를 통해 흐르는 전류를 계산하는 단계를 포함한다.
방법은 선택적으로 전력 시스템에 연결되었을 때 비-선형 저항을 갖는 전도체를 제공하는 단계는 퓨즈 소자를 포함하는 전기 퓨즈를 제공하는 단계를 포함할 수 있다. 퓨즈는 퓨즈 하우징을 포함할 수 있고, 전도체 양단의 전압을 감지하는 단계는 퓨즈 하우징 내부 위치에서 퓨즈 소자 양단의 전압을 감지하는 단계를 포함할 수 있다.
이 서술된 설명은 최상의 모드를 포함하여 본 발명을 개시하고, 임의의 장치 또는 시스템을 제작 및 사용하고 임의의 통합된 방법을 수행하는 것을 포함하여 당업자가 본 발명을 실시할 수 있게 한다. 본 발명의 특허 가능한 범위는 청구 범위에 의해 규정되며, 당업자에게 발생될 수 있는 다른 예를 포함할 수 있다. 그러한 다른 예는 청구 범위의 문자 언어와 다른 구조적 요소를 갖는 경우, 또는 청구 범위의 문자 언어와 실질적으로 다른 차이를 갖는 등가의 구조 요소를 포함하는 경우 청구 범위의 범주 내에 있는 것으로 의도된다.

Claims (20)

  1. 전류 감지 시스템(electrical current sensing system)에 있어서,
    전력 시스템에 연결될 때 비-선형 저항(non-linear resistance)을 갖는 전도체(conductor); 및
    상기 전도체 양단의 감지된 전압을 수신하고 적어도 상기 감지된 전압의 제1 검출 상태 및 상기 전도체의 열 평형 특성화(thermal equilibrium characterization)에 기초하여 상기 전도체를 통해 흐르는 전류를 반복적으로 계산하도록 작동 가능한 프로세서(processor)를 포함하는, 전류 감지 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 전도체는 퓨즈 소자(fuse element)인, 전류 감지 시스템.
  3. 청구항 2에 있어서, 상기 퓨즈 소자는 퓨즈 하우징(fuse housing) 내에 포함되며, 상기 프로세서가 또한 상기 퓨즈 하우징에 내에 포함되는, 전류 감지 시스템.
  4. 청구항 2에 있어서, 퓨즈 홀더(fuse holder)를 더 포함하고, 상기 프로세서는 상기 퓨즈 홀더 상에 제공되는, 전류 감지 시스템.
  5. 청구항 2에 있어서, 차단 스위치(disconnect switch)를 더 포함하고, 상기 프로세서는 상기 차단 스위치 상에 제공되는, 전류 감지 시스템.
  6. 청구항 1에 있어서, 상기 프로세서와 통신하도록 구성된 판독기 장치(reader device)를 더 포함하는, 전류 감지 시스템.
  7. 청구항 6에 있어서, 상기 전도체와 연관되는 라벨(label)을 더 포함하고, 상기 판독기 장치는 상기 라벨을 판독하고 상기 전도체를 통해 흐르는 상기 전류를 계산하기 위해 상기 라벨로부터의 정보를 이용하도록 구성된, 전류 감지 시스템.
  8. 청구항 1에 있어서, 상기 프로세서는 적어도 상기 감지된 전압의 제2 검출 상태 및 상기 전도체의 비-열 평형 특성화(non-thermal equilibrium characterization)에 기초하여 상기 전도체를 통해 흐르는 전류를 계산하도록 더 작동 가능한, 전류 감지 시스템.
  9. 청구항 8에 있어서, 상기 프로세서는 상기 감지된 전압의 검출된 상태의 변화율(rate of change)과 미리 결정된 램프 율 임계값(ramp rate threshold)을 비교하도록 구성된, 전류 감지 시스템.
  10. 청구항 9에 있어서, 상기 감지된 전압의 상기 검출된 상태의 상기 변화율이 상기 미리 결정된 램프 율 임계값보다 낮으면, 상기 프로세서는 저항 및 시간의 역 지수 관계(inverse exponential relationship)에 기초하여 상기 전류를 계산하도록 동작 가능한, 전류 감지 시스템.
  11. 청구항 9에 있어서, 상기 감지된 전압의 상기 검출된 상태의 상기 변화율이 상기 미리 결정된 램프 율 임계값보다 높으면, 상기 프로세서는 상기 전도체의 마지막으로 계산된(last prior calculated) 저항에 기초하여 상기 전류를 계산하도록 동작 가능한, 전류 감지 시스템.
  12. 전류 감지 시스템에 있어서,
    하우징, 제1 및 제2 단자 소자들, 및 전력 시스템에 연결될 때 비-선형 저항을 갖는 퓨즈 소자를 포함하는 전기 퓨즈; 및
    상기 퓨즈 소자 양단의 감지된 전압을 수신하는 프로세서로서, 상기 퓨즈 소자 양단의 상기 감지된 전압의 제1 검출 상태 및 제2 검출 상태 중 적어도 하나에 따라 상이한 방식으로 상기 퓨즈 소자를 통해 흐르는 전류를 반복적으로 계산하도록 작동 가능한, 상기 프로세서를 포함하되,
    상기 퓨즈 소자 양단의 상기 감지된 전압의 상기 제1 검출 상태에서 상기 전류는 상기 퓨즈 소자 양단의 상기 감지된 전압 및 상기 퓨즈 소자의 열 평형 특성화에 기초하여 계산되고,
    상기 퓨즈 소자 양단의 상기 감지된 전압의 상기 제2 검출 상태에서 상기 전류는 상기 퓨즈 소자 양단의 상기 감지된 전압 및 상기 퓨즈 소자의 비-열 평형 특성화에 기초하여 계산되는, 전류 감지 시스템.
  13. 청구항 12에 있어서, 상기 프로세서는 상기 퓨즈 하우징에 포함되는, 전류 감지 시스템.
  14. 청구항 12에 있어서, 퓨즈 홀더를 포함하고, 상기 프로세서는 상기 퓨즈 홀더 상에 제공되는, 전류 감지 시스템.
  15. 청구항 12에 있어서, 차단 스위치를 더 포함하고, 상기 프로세서는 상기 차단 스위치 상에 제공되는, 전류 감지 시스템.
  16. 청구항 12에 있어서, 상기 전기 퓨즈는 바 코드(bar code) 및 RFID 태그(tag) 중 적어도 하나를 포함하고, 상기 시스템은 상기 전류 계산을 위한 정보를 얻기 위해 상기 바 코드 및 상기 RFID 태그 중 적어도 하나와 통신하도록 구성된 판독기 장치를 더 포함하는, 전류 감지 시스템.
  17. 청구항 16에 있어서, 상기 전기 퓨즈와 연관된 라벨을 더 포함하고, 상기 판독기 장치는 상기 라벨을 판독하고 상기 라벨로부터의 정보를 이용하여 적용 가능한 열 평형 특성화 및 비-열 평형 특성화를 결정하는, 전류 감지 시스템.
  18. 전력 시스템에서 전류를 감지(sensing)하는 방법에 있어서,
    전력 시스템에 연결되었을 때 비-선형 저항을 갖는 전도체를 제공하는 단계;
    상기 전도체 양단의 전압을 감지하는 단계; 및
    적어도 감지된 상기 전압의 제1 검출 상태 및 상기 전도체의 열 평형 특성화에 기초하여 상기 전도체를 통해 흐르는 상기 전류를 계산하는 단계를 포함하는, 방법.
  19. 청구항 18에 있어서,
    전력 시스템에 연결되었을 때 비-선형 저항을 갖는 전도체를 제공하는 단계는 퓨즈 소자를 포함하는 전기 퓨즈를 제공하는 단계를 포함하는, 방법.
  20. 청구항 19에 있어서, 상기 퓨즈는 퓨즈 하우징을 포함하고, 상기 전도체 양단의 전압을 감지하는 단계는 상기 퓨즈 하우징 내부 위치에서 상기 퓨즈 소자 양단의 전압을 감지하는 단계를 포함하는, 방법.
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