KR19990028577A - 전류 측정용 분로 어셈블리 - Google Patents

Abstract

전류 측정용 분로 어셈블리는 ZTC 재료로 제조되며 실질적으로 원통 형태인분로 소자(12), 전류 커넥터 쌍, 분로 소자에 부착된 평평한 형태의 스트립(10,11)으로 구성된다. 바람직하게는, 동일 ZTC 재료로 제조된 감지 커넥터(13,14)는 분로 소자의 단부에 접속되어 홀을 통과한다. 감지 커넥터는 축홀을 통과하는 연속 와이어의 일부를 형성하며, 이 축홀은 분로 소자를 통과한다. 선택적으로, 감지 커넥터는 분로 소자의 완전 연장으로 형성된다.

Description

전류 측정용 분로 어셈블리

본 발명은 전류 측정에 관한 것으로, 특히 전류 분로에 관한 것이다.

전류를 측정하는 표준 방법은 전류를 공지된 작은 저항의 저항기에 흐르게 한후 그 저항기 양단의 전압 강하를 측정하는 것이다. 그러므로, 전류는 사실상 저항기에 의해 분로(shunt)되는 전압 측정 장치 또는 회로에 의해 측정된다. 분로 어셈블리는 4개의 단자 또는 접속단을 가진다. 즉, 측정될 전류가 통과하는 2개의 단부 접속단과, 전류가 흘러서 초래되는 전압을 픽오프하기 위한 2개의 또다른 접속단(보통은 전류 접속단 가까이에 배치됨)을 가진다. 언급되는 후자의 2개의 접속단은 감지 또는 캘빈 단자라고 칭해진다.

분로 어셈블리의 감지 단자용 접속단은 열전기 효과(커넥터가 분로 어셈블리와는 다른 재료로 구성되었다라고 가정하면)에 연관될 것이다. 분로 어셈블리의 온도는 주위 온도 변화 및 측정될 전류의 열 영향 때문에 변화되기 쉽다(그 전류가 상당하다라고 가정하면); 전류 가열은 물론 분로의 열 정전용량으로 인해 지연되기 쉬울 것이다. 온도 감도를 피하기 위해, 두개의 커넥터는 통상적으로 동일 재료로 구성된다.

정확한 전류 측정을 하기 위해서, 분로는 공지된 값으로 행해져야 한다. 일부 목적을 위해서는, 분로의 값은 정확하게 제어되어야 한다. 그러나, 종종 분로량의 값을 정확하게 측정하기에 충분하며, 전압 측정치는 적절한 계산에 의해 전류 값으로 변환된다.

분로는 또한 안정적이어야 한다. 적절하게 낮은 저항을 달성하기 위해서, 분로는 양호한 도체 보다는 더 높은 저항을 갖는 금속 합금으로 제조되지만 그럼에도 불구하고 아주 낮은 저항을 달성하지 못한다. 이것의 매우 중요한 원인은 분로가 온도 변화할때의 불안정성이다. 이런 것들을 극복하기 위해, 실질적으로 제로 온도 계수의 저항을 갖는 ZTC(제로 온도 계수) 합금이 개발되어 왔다.

온도에 대향하여 정해진 재료의 저항력은 온도에 관한 다항 함수로 표현될수 있다. 1차항이 통상적으로 우세하고, 1차 계수는 그 재료의 저항의 온도 계수이며, 보다 높은 1차항은 온도 범위가 넓은 경우 아주 다소 점차적으로 보다 작은 계수를 가진다. 그러나, 재료는 1차항의 계수가 실질적으로 제로인 경우에 대해서 개발되어 왔다. 잘 공지된 이러한 합금은 망가닌으로 칭해지며, 83-85% Cu, 10-13% Mn, 및 4% Ni로 구성되고, 고유 저항 함수에서의 주요 항은 2차항이고, 고유 저항이 실질적으로 상수인 실질적인 온도 범위를 제공한다. 제라린과 같은 다른 물질 또한 유용하며, 고유 저항이 실질적으로 상수인 보다 더 큰 온도 범위를 제공한다. 제라닌에 대하여, 고유 저항 함수의 1차항 및 2차항 모두는 실질적으로 제로이므로, 고유 저항 함수에서 주요 항은 3차항이다.

정확도에 대한 또다른 요구조건은 분로 어셈블리가 전압 대 전류에 대하여 선형 특성을 가진다는 것이다. 분로 본체를 통한 전류 분배가 전류 크기에 따라 약간 변화하는 경향이 있을 때, 오옴의 법칙 만이 통상적인 분로에 근접하다라는 것이 판명된다. 이러한 현상은 "전류 크라우딩(current crowding)"이라고 칭해진다. 이러한 영향을 극복하는 공지된 방법은 물결 모양 또는 지그재그 형태의 분로 소자를 제조하는 단계와, 많은 감지 접촉부가 전류 크라우딩으로 인한 전압 변동의 평균선에 이르게 하는 단계를 포함한다.

또한, 분로 어셈블리의 물리적인 크기는 임의의 요구조건을 부가한다. 큰 전류를 감지하는데 있어서, 분로의 전류 접속단은 수 ㎟ 정도의 횡단면에 대하여 매우 넓고 분로 어셈블리가 대략 유사한 크기의 횡단면을 가지는 것이 바람직하다. 또한, 분로 어셈블리가 상당한 ㎜의 길이를 가지는 것이 바람직하다. 보다 짧은 길이는 정확하게 제어하고 캘빈 접속을 형성하기가 어려운 반면에, 보다 긴 길이는 너무 큰 분로의 원인이 된다.

본 발명의 일반적인 목적은 개선된 분로 어셈블리를 제공하는 것이다.

본 발명에 따르면 전류 측정용 분로 어셈블리를 제공하는데 있으며, 전류 측정용 분로 어셈블리는 대체로 원통 형태이며 ZTC 재료로 제조된 분로 소자와, 전류 커넥터쌍, 및 분로 소자 단부에 부착되는 평평한 형태의 스트립을 포함하는 것을 특징으로 한다. 바람직하게는, 동일 ZTC 재료의 감지 커넥터는 홀을 통해 분로 소자의 단부에 접속된다.

특정 예의 전류 분로는 전기 분배 박스내에 있으며, 이 박스에서 다수의 출력 케이블은 다수의 입력 케이블로부터 공급된다. 통상적으로, 박스는 평평한 스트립, 보통은 구리의 형태로 다수의 커넥터 또는 모선(busbar)을 포함하고, 굽어진 형태 또는 지그재그 형태의 루틴을 따라 출력 단자에 입력 단자를 접속시킨다. 모선을 갖는 전류 분로는 모선을 통하는 전류가 감시되게 한다.

종래의 분로 소자는 통상적으로 구리 스트립과 같은 부분을 가지며, 이 스트립은 동일 평면상에 있다. 접속될 분로 소자와 구리 스트립 간에 양호한 접속을 하는 것이 중요하고, 전자 빔 용접으로 이러한 접속을 하는 것이 보통이다. 이것은 분로 소자의 길이에 있어서 특정 최저 제한치를 둔다. 이것으로 분로의 저항상에 특정 최저 제한치를 두게 된다. 일부 응용에서, 매우 낮은 분로 저항(예를 들면 70μΩ 범위에서)이 바람직하지만, 이러한 방법으로 달성되기란 어렵다.

또한, 만일 구리 스트립이 상호 직각으로 향하고 있는 경우, 단부에서 다른 스트립의 측면 엣지에 접속되어 스트립의 일단부상으로 연장하는 형태로 접합부에 분로 소자를 위치시키는 것이 바람직하다. 그러나, 분로 소자를 통한 전류 분배는 왜곡되며, 이때 외부 보다 내부에서 더 큰 전류 밀도를 가진다. 이러한 종래의 장치는 전류 크라우딩 영향 및 전류로의 저항 변화로부터 손상된다.

본 발명에서, 물론 모선을 형성하는 스트립은 분로 소자의 길이 만큼 상쇄되는 평면에 있다. 이것은 두개의 스트립이 공통 평면으로 되돌아가는 것이 필수적인 경우 스트립 중 하나에 크랭크가 요구한다. 그러나, 두개의 스트립이 다른 평면에 있을 때가 바람직한 경우도 많다. 본 발명은 두개의 스트립 간의 평면의 변화를 자동적으로 도입하기 때문에, 특히 이러한 경우에 적절하다. 이런 평면들 간의 이격 거리는 적절한 크기의 분로 소자를 적절하게 선택함으로써 넓은 제한 범위내에서 조절될수 있다. 또한, 분로 소자의 단부와 두개의 스트립과의 부착은 독립적이므로, 두개의 스트립은 상호간의 임의의 소망의 각도로, 예를 들면 인라인(in-line) 또는 직각으로 세팅될수 있다.

본 발명의 분로는 제조가 용이하고 저가이며, 높은 정밀도를 가진다.

본 발명의 또다른 특징은 본 발명을 구체화하는 분로 어셈블리의 이하의 설명으로부터 명백해질 것이며, 이러한 분로 어셈블리의 설명은 일례를 통해 및 도면을 참조하여 제공된다.

도 1은 분로 어셈블리의 투시도이다.

도 2는 도 1의 분로 어셈블리를 통한 단면도이다.

도 3은 개조된 분로 어셈블리의 투시도이다.

도 1을 참조하여, 분로 어셈블리는 스트립쌍(10,11)과, 이 스트립 간에 접속된 ZTC 분로 소자(12)로 구성된다. 도시된 바와 같이, 스트립(10,11)은 별개가 아닌 평행한 평면에 있으며, 분로 소자(12)의 축은 그들 평면과 수직이다. 두개의 스트립 간의 각도는 90°로 도시되어 있지만, 이 각도는 명백하게는 임의의 값(0°를 포함, 인라인)을 가진다. 소정의 소망의 분로 저항에 대하여, 두 평면 간의 거리는 분로 소자의 직경을 적절하게 선택함으로써 과하지 않은 제한치 내에서 조절될수 있다. (저항 상수를 유지하기 위해, 분로 소장의 직경은 길의 제곱근만큼 증가되어야 한다. )

분로 소자 양단의 전압은 두개의 감지 접속단(13,14)에 의해 감지된다. 이러한 두개의 접속단은 분로 소자의 단부와 접속될 필요가 있다. 분로 소자(12)의 단부와 스트립(10,11) 간에 유지되는 디스크(돌출한 탭)를 이용함으로써 이러한 접촉을 형성하는 것이 가능하다. 그러나, 분로 소자의 단부의 중앙과의 접속에 의해 이러한 접촉을 형성하는 것이 바람직하다. 그러므로, 감지 접속단은 스트립(10,11)을 통해 그리고 홀(15,16)을 통해 분로 소자(12)의 단부에 접속된다.

감지 접속단의 임의의 적절한 물질로 구성될수 있고, 분로 소자의 단부에 부착될수 있다. 그러나, 분로 소자의 단부에 형성되어 있는 홀에 감지 접속단을 삽입하는 것이 바람직하다. 또한, 망가닌(즉, 분로 소자와 같은 재료)으로 된 감지 접속단을 형성하고, 도 2에 도시된 바와 같이, 분로 소자의 전체 길이를 통과하는 축을 통하는 단일의 길이 망가닌 와이어으로부터 감지 접속단을 형성하는 것이 바람직하다. 분로 소자내 와이어의 일부는 사실상 분로 소자의 일부가 된다. 분로 소자와 같은 감지 접속단의 재료를 이용함으로써 열전기 영향을 최소화한다.

도 3은 변형예의 분로 소자이며, 실린더(12')와, 실린더 단부로 부터 돌출한 접속단(13',14')으로 형성된다.

다양한 구성 성분의 분로 어셈블리는 단순 땝납 및 열을 가함으로써, 예를 들면 적절한 영역상에 땝납 패스트를 확산시킴으로써 함께 납땝될수 있다. 이렇게 함으로써 매우 안정된 전기적 특성을 갖는 어셈블리를 제조하게 된다는 것을 알게 되었다. 분로 소자의 단부, 모선을 형성하는 스트립의 대향 영역, 분로 소자를 통과하는 홀 및 홀내 커넥터의 그 일부를 함께 납땝을 해야한다. 또한, 스트립내 홀(15,16)이 땝납으로 충전되는지 또는 충전되지 않는지는 중요하지 않다라는 것과, 장치는 결과물 특성 문제, 예를 들면 서투른 납땝에 매우 내성있다라는 것을 알게 된다.

이러한 분로 어셈블리는 통상적으로 200㎃ 내지 100Α의 전류 범위에 대해 매우 안정된 전기적 특성을 가진다는 것을 알게 된다. 망가닌 로드의 직경은 보통 측정될 전류 범위를 매치시키도록 선택될 것이다. 매우 낮은 전류는 직경이 작은 경우에 측정될 수 있다. 제한치에서, 동일 망가닌 로드 또는 와이어는 분로 저항기 및 감지 접속단에 사용될수 잇따. 매우 큰 전류에 대하여, 다수 로드는 병렬로 사용될수 있으며, 한 로드가 감지 접속단을 구비할 수 있거나, 또는 로드들이 함께 접속되거나 또는 평균화된 출력을 갖는 감지 접속단을 모두 구비할 수 있다.

분로 소자의 중앙 부분을 통한 전류 분배는 아주 균일하게 될수 있을 것 같지만, 분로 소자의 단부 및 모선의 이웃 부분을 통한 분배는 아마도 아주 복잡한 패턴을 가질 것이다. 그러나, 어떤 현저한 전류 크라우딩도 없든지 또는 약간의 전류 크라우딩의 영향이 거의 균형화되게 된다.

전술된 바와 같이, 본 발명의 목적은 정확하게 판정되는 것 보다는 오히려 안정된 특성을 달성하는데 있다. 망가닌으로 된 대목(臺木) 로드에서 적절한 길이로 분로 소자를 절단함으로써, 1-15%의 정확도는 달성될수 있다. 망가닝 로드가 압출 성형에 의해 통상적으로 제조되고 로드의 직경이 압출 성형 다이가 마모되는 만큼 증가되는 경향이 있는 경우, 양호한 정확도를 나타내는 공칭 값을 사용하는 것 보다 망가닌 로드의 직경을 측정하는 것이 바람직하다. 그러나, 망가닌 로드의 직경이 정확하게 제어되는 경우, 훨씬 큰 정확도를 얻을 수 있으며, 직경이 10㎛의 내성에 대하여 제어될수 있는 경우에는, 약 0.1%의 저항 정확도를 제공한다. 납땝등의 변형은 정확도에 약간의 영향을 미친다.

바란다면, 분로 소자는 턴되거나 또는 제조한 후에 서서히 접지되어 로드의 직경 값을 조절할 수 있다. 그러나, 통상적으로, 이 값은 정확하게 측정되어 분로 소자 양단의 측정된 전압으로부터 정확한 전류 값을 얻는데 사용될 수 있을 것이다.

Claims (5)

1. ZTC 재료로 제조되는 대체로 원통형 형태의 분로 소자(12)와, 전류 커넥터 쌍(13,14), 및 상기 분로 소자의 단부에 부착된 평평한 형태의 스트립(10,11)을 포함하는 것을 특징으로 하는 전류 측정용 분로 어셈블리.
2. 제1항에 있어서, 상기 분로 소자의 단부에 접속되어 상기 전류 커넥터(10,11)내 홀을 통과하는 동일 ZTC 재료로 제조된 커넥터(13,14)를 감지함으로써 전류를 측정하는 것을 특징으로 하는 전류 측정용 어셈블리.
3. 제2항에 있어서, 상기 감지 커넥터(14,15)는 상기 분로 소자(12)를 통한 축 홀(도 2의 17)을 통과하는 연속 와이어의 일부를 형성하는 것을 특징으로 하는 전류 측정용 어셈블리.
4. 제2항에 있어서, 상기 감지 커넥터(14,15)는 상기 분로 소자(도3)의 완전 연장으로 형성되는 것을 특징으로 하는 전류 측정용 어셈블리.
5. 명세서상에 특히 기재되는 신규성 및 진보성은 국제 조약(파리 조약)의 조항 4H의 취지내에 있다.