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삼상 배전반에서 자기센서 기반의 고정밀 전류 측정 기법
High-Accuracy Current Sensing Technique Based on Magnetic Sensors for Three-Phase Switchboards 원문보기

韓國電磁波學會論文誌 = The journal of Korean Institute of Electromagnetic Engineering and Science, v.28 no.12, 2017년, pp.993 - 998  

이성호 (전자부품연구원 SoC플랫폼 연구센터) ,  김태민 (건국대학교 기계설계공학과) ,  김남수 (건국대학교 기계설계공학과) ,  안영호 ((주)레티그리드) ,  이성철 (전자부품연구원 SoC플랫폼 연구센터)

초록
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본 논문에서는 공장에서 많이 사용하는 삼상 배전반에서 자기센서를 이용한 고정밀 전류를 측정하기 위한 기법을 제안하고 이를 분석 및 검증한 결과를 서술하였다. 일반적으로 개방형 자기센서 기반의 비접촉식 방식으로 전류를 측정할 경우 인접한 전선의 전류에서 유도되는 자기장의 영향으로 그 오차가 10 % 이상으로 증가되는 단점을 가지고 있으며, 이로 인하여 대부분의 상용 전류센서의 경우 투자율이 큰 ferrite를 이용한 루프형 구조를 채택하고 있다. 제안된 고정밀 전류센싱 기법은 인접한 자기장의 크기를 측정하여 이를 수학적으로 제거함으로써 고정밀의 전류센서를 개방형 자기센서를 사용하여 구현 가능할 수 있으며, 전류센서의 단가 및 사이즈를 줄일 수 있어 공장 내의 다양한 하위 노드 단에서 소모되는 전류를 측정 가능한 장점을 가지고 있다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this paper, a high-accuracy current sensing technique for three-phase current paths in an electrical switchboard is proposed. Conventional open-style current sensors using magnetic sensors show inaccurate sensing performance with more than 10% error due to undesired magnetic field interference fr...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 논문에서는 공장에서 널리 사용하는 분전반에서 개방형 자기센서를 이용한 고정밀 전류센싱을 구현하기 위하여 인접 전류의 자기장 영향 분석, 보정하는 기법을 제안하였다. 인접하는 전류로부터 유도된 자기장의 간섭계수를 해석함으로써 고정밀의 전류 센싱이 가능함을 증명하였으며, 분석된 결과를 실제 시뮬레이션과 측정 결과를 통하여 검증하였다.
  • 본 논문에서는 이러한 개방형 자기센서를 이용하여 전류를 측정할 경우 발생하는 인접 전류 간섭에 대한 문제를 해결하는 알고리즘을 제안하여 분석 후 시뮬레이션을 통하여 검증까지를 서술하고자 한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
자기센서 방식의 장점은? 마지막으로 본 논문에서 제안된 개방형 자기센서 방식을 들 수 있다. 자기센서 방식의 경우 전류량과 무관하여 매우 작은 자기센서를 통해야 전류가 흐르는 전선과 자기센서의 거리를 조정함으로써 다양한 전류까지 전류를 측정할 수 있는 장점이 존재하고 전선의 관통없이 측정할 수 있어 설치가 용이하다. 특히 자기센서 중 홀 센서나 자기저항 센서의 경우 단가가 매우 낮고 인가된 자기장에 선형적으로 비례하는 홀 전압이 출력되므로 자기장의 크기를 쉽게 측정할 수 있다.
22,000 V의 삼상 전압을 받아 이를 공장 내부에서 나눠서 사용하는 형태를 각각에 대한 에너지 사용을 모니터링할때 발생하는 한계점은? 기존 대부분의 공장은 외부로 부터 들어오는 22,000 V의 삼상 전압을 받아 이를 공장 내부에서 나눠서 사용하는 형태이며 공장 내의 다양한 대규모 설비들이 각기 다른 조건에서 큰 전력 소모를 하고 있음에도 불구하고, 각각에 대한 에너지 사용을 모니터링하는 데는 모니터링 기기의 크기나 단가로 인하여 그 설치 및 운용에 한계가 있는 실정이다.
기존의 전류를 측정하는 방식은을 설명하시오. 기존의 전류를 측정하는 방식은 크게 네 가지로 나뉠 수 있다[1]~[7]. 첫번째 방식은 션트 방식으로 매우 작은 정밀한 저항을 이용하여 흐르는 전류를 양단의 전압을 측정하여 계산할 수 있으나, 이러한 방식은 측정시 전력 손실이 있고 이로 인한 발열로 인하여 대전류 측정은 어려운 단점이 있다. 두번째 방식은 관통형 전류 트랜스포머(Current Transformer: CT) 방식으로 간섭 등 외란에 강해 정밀도가 높은 장점이 있는 반면에 DC 전류 측정이 불가능하며 용량이 커질수록 CT의 크기 및 무게가 증가하여 제품 단가가 급격히 증가하는 단점을 가지고 있다. 또한 전선이 CT를 관통해야 하므로 설치 및 유지 보수시 단선이 필요한 문제가 존재한다. 세 번째로는 광 신호 기반의 CT 방식을 들 수 있으나, 배전반의 특성상 전체 시스템의 크기를 임의로 조정할 수 없는 좁은 공간에 광신호를 모든 전류 경로에 모두 설치하기에는 크기의 제한이 존재하고 온도와 스트레스에 따른 광신호의 복굴절이 보정이 어려운 단점이 존재한다. 마지막으로 본 논문에서 제안된 개방형 자기센서 방식을 들 수 있다. 자기센서 방식의 경우 전류량과 무관하여 매우 작은 자기센서를 통해야 전류가 흐르는 전선과 자기센서의 거리를 조정함으로써 다양한 전류까지 전류를 측정할 수 있는 장점이 존재하고 전선의 관통없이 측정할 수 있어 설치가 용이하다. 특히 자기센서 중 홀 센서나 자기저항 센서의 경우 단가가 매우 낮고 인가된 자기장에 선형적으로 비례하는 홀 전압이 출력되므로 자기장의 크기를 쉽게 측정할 수 있다.
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참고문헌 (8)

  1. S. Ziegler, R. C. Woodward, H. H.-C. Iu, and L. J. Borle, "Current sensing techniques: A review," IEEE Sensors Journal, vol. 9, no. 4, pp. 354-376, Mar. 2009. 

  2. H.-G. Kim, G.-B. Kang, and D.-J. Nam, "Coreless hall current sensor for automotive inverters decoupling crosscoupled field," Journal of Power Electonics, vol. 9, no. 1, pp. 68-73, Jan. 2009. 

  3. Y. Ouyang, J. He, J. Hu, and S, X. Wang, "A current sensor based on the giant magnetoresistance effect: Design and potential smart grid applications," Sensors 2012, vol. 12, no. 11, pp. 15520-15541, 2012. 

  4. A.-R. A. M. Makky, H. Abo-Zied, F. N. Abdelbar, and P. Mutschler, "Design of the instrument current transformer for high frequency high power applications," in 2008 12th International Middle-East Power System Conference, Mar. 2008, pp. 230-233. 

  5. E. R. Olson, R. D. Lorenz, "Effective use of miniature multipoint field-based current sensors without magnetic cores," Industry Applications, IEEE Transactions on Industry Applications, vol. 46, no. 2, pp. 901-909, Feb. 2010. 

  6. Z. Jubia, L. Casado, G. Aldabaldetreku, A. Montero, E. Zubia, and G. Durana, "Design and development of a low-cost optical current sensor", Sensors 2013, vol. 13, no. 10, pp. 13584-13595, 2013. 

  7. M. Takahashi, K. Sasaki, and K. Terai, "Optical current sensor for DC measurement," in IEEE/PES Transmission and Distribution Conference and Exhibition, vol. 2012, no. 1, Oct. 2002, pp. 440-443. 

  8. J. C. Maxwell, A Treatise on Electricity and Magnetism, Oxford, Clarendon Press, 1881. 

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