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KR20220134138A - Structure Design and Fabrication Techniques of a Rogowski Current Sensor Embedded inside the Spacer of GISs - Google Patents

Structure Design and Fabrication Techniques of a Rogowski Current Sensor Embedded inside the Spacer of GISs Download PDF

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KR20220134138A
KR20220134138A KR1020210039401A KR20210039401A KR20220134138A KR 20220134138 A KR20220134138 A KR 20220134138A KR 1020210039401 A KR1020210039401 A KR 1020210039401A KR 20210039401 A KR20210039401 A KR 20210039401A KR 20220134138 A KR20220134138 A KR 20220134138A
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KR
South Korea
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spacer
current sensor
rogowski
insulated switchgear
gas insulated
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Inventor
길경석
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한국해양대학교 산학협력단
주식회사 건원
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Abstract

Provided is a spacer-embedded rogowski type current sensor of a gas insulated switchgear. According to an aspect, the spacer-embedded rogowski type current sensor of a gas insulated switchgear provided in the present invention is a vertical type rogowski type current sensor capable of being embedded in a spacer to measure load current by replacing a current transformer (CT) of the gas insulated switchgear; and securing an insulating distance by vertically embedding a PCB pattern which is a sensor coil for a conductor in the spacer. According to another aspect, the spacer-embedded rogowski type current sensor of a gas insulated switchgear provided in the present invention is embedded in the spacer to measure the load current by replacing the CT of the gas insulated switchgear; and shields an electric field and prevents linkage of magnetic flux by separating a part of a shielding electrode in order not to form a loop to prevent generation of induced electromotive force due to the shielding electrode of the rogowski type current sensor.

Description

가스절연개폐장치의 스페이서 내장 로고우스키형 전류센서의 구조 및 제조 방법{Structure Design and Fabrication Techniques of a Rogowski Current Sensor Embedded inside the Spacer of GISs}Structure Design and Fabrication Techniques of a Rogowski Current Sensor Embedded inside the Spacer of GISs

본 발명은 가스절연개폐장치의 스페이서 내장 로고우스키형 전류센서에 관한 것이다. The present invention relates to a spacer built-in Rogowski type current sensor of a gas insulated switchgear.

일반적으로 초고압 기기의 대표적인 장치인 가스절연개폐장치(Gas Insulated Swichgear; GIS)는 전기계통의 전원측과 부하측간의 선로 사이에 설치되어 정상적인 전류상태에서 인위적으로 선로를 개폐할 때 또는 선로상에 지락이나 단락 등 이상전류가 발생하였을 때 전류를 안전하게 차단하여 전력계통 및 부하기기를 보호하는 전기장치이다. In general, a gas insulated switchgear (GIS), which is a representative device of ultra-high voltage equipment, is installed between the line between the power supply side and the load side of an electric system and artificially opens and closes the line in a normal current state, or when a ground fault or short circuit is installed on the line. It is an electric device that protects the power system and load devices by safely cutting off the current when an abnormal current such as an abnormal current occurs.

위와 같은 초고압 기기의 도전 경로에 사용되는 원형 도체를 지지하고 부분별로 구획을 나누기 위하여 스페이서가 구비된다. 이러한 스페이서는 미국특허 US6,337,452호 'Gas Insulated Switchgear with Flange-Spacer Assembly'에서와 같이 일반적인 격벽의 역할을 하는 경우에 평판 형태로 이루어진 스페이서로 형성되어 있다. 그러나, 도체에 대한 지지력을 보강하고 작업성을 좋게 하기 위하여 스페이서는 원추형으로 형성되기도 한다. 대한민국 등록특허 제10-0258736호에 이러한 원추형 스페이서가 개시되어 있다. 이 발명은 몸체 중심에 볼록하게 솟은 도체 접속부에 도체가 결합하게 되고, 몸체 주변부가 되는 용기결합부는 플랜지 형태로 형성되어 용기에 나사로 결합되도록 되어 있다. A spacer is provided to support the circular conductor used in the conduction path of the ultra-high voltage device as described above and to divide it into sections. Such a spacer is formed as a spacer in the form of a flat plate when acting as a general partition wall as in US Patent No. 6,337,452 'Gas Insulated Switchgear with Flange-Spacer Assembly'. However, in order to reinforce the supporting force for the conductor and improve workability, the spacer may be formed in a conical shape. Korean Patent Registration No. 10-0258736 discloses such a conical spacer. According to this invention, the conductor is coupled to the conductor connecting portion convexly raised in the center of the body, and the vessel coupling portion, which is the periphery of the body, is formed in the form of a flange so as to be screwed to the vessel.

종래기술에 따른 가스절연개폐장치는 별도의 공간을 마련하여 철심형 변성기(다시 말해, 변압기, 변류기)가 내장되어 있다. In the gas insulated switchgear according to the prior art, a separate space is provided and an iron-core type transformer (that is, a transformer, a current transformer) is built-in.

본 발명에서는 부하 전류를 측정하기 위해 스페이서에 내장되는 공심형 전류 센서를 제안하고자 한다. The present invention intends to propose an air-core type current sensor embedded in a spacer to measure the load current.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 절연호스 또는 권선형 로고우스키 전류 센서는 내부 공극이나 보이드 등으로 인해 GIS 스페이서 내에 적용이 불가능하다는 단점을 해결하고, 부하 전류를 측정하기 위해 스페이서에 내장 가능한 로고우스키형 전류센서를 제공하는데 있다. 또한, PCB 형 로고우스키형 전류센서는 수평형으로 제작되어 저압 및 고압에서는 일부 적용 가능하나, 72kV 이상의 초고압 GIS 용에는 절연거리가 확보되지 않아 적용 불가능하다는 단점을 개선하기 위한 수직형 로고우스키 전류센서를 제안한다.The technical problem to be achieved by the present invention is to solve the disadvantage that the insulated hose or wire-wound Rogowski current sensor cannot be applied in the GIS spacer due to internal voids or voids, and to measure the load current. It is to provide a ski-type current sensor. In addition, the PCB-type Rogowski-type current sensor is manufactured in a horizontal type and can be partially applied at low and high voltages, but vertical Rogowski to improve the disadvantage that it is not applicable because the insulation distance is not secured for ultra-high voltage GIS over 72kV. A current sensor is proposed.

일 측면에 있어서, 본 발명에서 제안하는 가스절연개폐장치의 스페이서 내장 로고우스키형 전류센서는 가스절연개폐장치의 철심형 변류기(Current Transformer; CT)를 대체하여 부하 전류를 측정하기 위해 스페이서 내에 내장되고, 스페이서 내의 도체에 대하여 센서 코일인 PCB 패턴이 수직으로 내장되어 절연거리를 확보하는 수직형 로고우스키형 전류센서이다. In one aspect, the spacer-embedded Rogowski-type current sensor of the gas insulated switchgear proposed by the present invention replaces the iron-core current transformer (CT) of the gas insulated switchgear and is built in the spacer to measure the load current. It is a vertical Rogowski type current sensor in which a PCB pattern, which is a sensor coil, is vertically embedded with respect to the conductor in the spacer to secure the insulation distance.

상기 로고우스키형 전류센서는 스페이서 내의 도체에 대하여 센서 코일이 수직으로 내장됨으로써 도체로부터 센서 코일까지의 스페이서의 반지름 반향을 따르는 절연거리가 균등하게 유지되고, 불균일 자장 쇄교에 따른 오차를 감소시킨다. In the Rogowski type current sensor, since the sensor coil is vertically embedded with respect to the conductor in the spacer, the insulation distance from the conductor to the sensor coil along the radial direction of the spacer is maintained uniformly, and the error due to the non-uniform magnetic field linkage is reduced.

상기 로고우스키형 전류센서는 스페이서 내의 도체에 대하여 센서 코일이 수직으로 내장되도록 가요성(flexibility)을 갖는 판(板) 형이고, 스페이서 내의 도체의 원주를 따라 원형으로 감싸도록 배치된다. The Rogowski type current sensor is a plate type having flexibility so that the sensor coil is vertically embedded with respect to the conductor in the spacer, and is disposed to surround the conductor in the spacer in a circle along the circumference.

상기 로고우스키형 전류센서는 스페이서 내의 도체에 대하여 로고우스키형 전류센서의 센서 코일이 수직으로 내장되어 고전압을 갖는 도체로부터 최대의 이격 거리를 확보하고, 스페이서 및 로고우스키형 전류센서 내의 보이드(void)에 의한 절연 성능 저하를 방지하기 위해 전계 최소위치에 배치된다. In the Rogowski-type current sensor, the sensor coil of the Rogowski-type current sensor is vertically built with respect to the conductor in the spacer to secure the maximum separation distance from the high-voltage conductor, and the spacer and the void in the Rogowski-type current sensor In order to prevent deterioration of insulation performance due to (void), it is placed at the minimum electric field position.

또 다른 일 측면에 있어서, 본 발명에서 제안하는 가스절연개폐장치의 스페이서 내장 로고우스키형 전류센서는 가스절연개폐장치의 변류기(Current Transformer; CT)를 대체하여 부하 전류를 측정하기 위해 스페이서 내에 내장되고, 로고우스키형 전류센서의 차폐 전극으로 인한 유도기전력의 발생을 방지하기 위해 루프를 형성하지 않도록 차폐 전극의 일부를 분리하여 전계는 차폐하고 자속의 쇄교는 방지한다. In another aspect, the Rogowski type current sensor with a built-in spacer of the gas insulated switchgear proposed by the present invention replaces the current transformer (CT) of the gas insulated switchgear and is built in the spacer to measure the load current. In order to prevent the occurrence of induced electromotive force due to the shielding electrode of the Rogowski type current sensor, a part of the shielding electrode is separated so as not to form a loop, the electric field is shielded and magnetic flux linkage is prevented.

상기 로고우스키형 전류센서는 스페이서 내의 도체에 대하여 센서 코일인 PCB 패턴이 수직으로 내장되어 절연거리를 확보하는 수직형 로고우스키형 전류센서이다.The Rogowski-type current sensor is a vertical Rogowski-type current sensor in which a PCB pattern, which is a sensor coil, is vertically embedded with respect to a conductor in a spacer to secure an insulation distance.

본 발명의 실시예들에 따른 수직형 로고우스키 전류센서는 절연호스 또는 권선형 로고우스키 전류센서의 단점을 해결하여 부하 전류를 측정하기 위해 스페이서에 내장할 수 있다. 또한, 제안하는 수직형 로고우스키 전류센서는 일정한 절연거리를 확보하여 72kV 이상의 초고압 가스절연개폐장치에도 적용 가능하다. The vertical Rogowski current sensor according to embodiments of the present invention may be built in a spacer to measure the load current by solving the disadvantages of the insulated hose or wire wound Rogowski current sensor. In addition, the proposed vertical Rogowski current sensor can be applied to ultra-high voltage gas insulated switchgear over 72kV by securing a certain insulation distance.

도 1은 종래기술에 따른 가스절연개폐장치(GIS)의 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 종래기술에 따른 변류기를 나타내는 도면이다.
도 3은 종래기술에 따른 스페이서를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 PCB 패턴의 수직형 로고우스키 전류센서를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 수직형 로고우스키 전류센서의 분리된 차폐전극을 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 수직형 로고우스키 전류센서의 분리된 차폐전극의 등가회로를 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 수직형 로고우스키 전류센서의 불균일 자장 쇄교에 따른 오차 감소를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 수직형 로고우스키 전류센서의 생산에서의 비용 절감 측면을 설명하기 위한 도면이다.1 is a view showing the configuration of a gas insulated switchgear (GIS) according to the prior art.
2 is a view showing a current transformer according to the prior art.
3 is a view showing a spacer according to the prior art.
4 is a view showing a vertical Rogowski current sensor of a PCB pattern according to an embodiment of the present invention.
5 is a view showing the separated shielding electrode of the vertical Rogowski current sensor according to an embodiment of the present invention.
6 is a diagram illustrating an equivalent circuit of a separated shielding electrode of a vertical Rogowski current sensor according to an embodiment of the present invention.
7 is a view for explaining error reduction due to non-uniform magnetic field linkage of the vertical Rogowski current sensor according to an embodiment of the present invention.
8 is a view for explaining the cost reduction aspect in the production of the vertical Rogowski current sensor according to an embodiment of the present invention.

이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 종래기술에 따른 가스절연개폐장치(GIS)의 구성을 나타내는 도면이다. 1 is a view showing the configuration of a gas insulated switchgear (GIS) according to the prior art.

종래기술에 따른 가스절연개폐장치(Gas Insulated Swichgear; GIS)는 특별고압 22kV ~ 초고압 1,000kV급 변전소(Substation)에서 송배전 선로 및 수용가에 전력을 공급 또는 차단하는 장치로 차단기(Circuit Breaker; CB), 단로기(Disconnection Switch; DS), 접지 개폐기(Earth Switch; ES), 모선(Bus), 스페이서(Spacer), 부싱(Bushing), 변류기(Current Transformer; CT), 계기용 변압기(Potential Transformer; PT) 등 20개 내외의 핵심 소재 및 부품으로 구성된다. A gas insulated switchgear (GIS) according to the prior art is a device that supplies or cuts power to transmission and distribution lines and consumers in a special high voltage 22kV ~ extra high voltage 1,000kV substation. A circuit breaker (CB), Disconnection Switch (DS), Earth Switch (ES), Bus, Spacer, Bushing, Current Transformer (CT), Potential Transformer (PT), etc. It consists of about 20 core materials and parts.

변류기(CT)는 도 1의 GIS 탱크 내에 내장되어 부하(또는 스페이서 내부 도체)전류를 측정하기 위한 장치이다. The current transformer (CT) is built in the GIS tank of FIG. 1 and is a device for measuring the load (or spacer inner conductor) current.

도 2는 종래기술에 따른 변류기를 나타내는 도면이다. 2 is a view showing a current transformer according to the prior art.

도 2(a)는 GIS용 변류기 제품 사진을 나타내는 도면이고, 도 2(b)는 철심형 변류기의 구조를 나타내는 도면이다. 도 2(c)는 로고우스키형 전류센서의 외형을 나타낸다. 종래기술에 따른 철심형 CT는 규소강판이나 망간판 등의 철심코어와 에나멜 동선으로 구성되어, 대형의 중량물로서 큰 부피를 차지한다. 로고우스키(Rogowski)형 전류센서는 공심형 코일 전류센서를 말하는 것으로 다양한 형태로 제작될 수 있다. 종래기술에 따른 로고우스키형 전류센서는 모두 수평형 구조로 제작되었다. 이러한 수평형 구조의 로고우스키형 전류센서는 수평형의 센서 코일 때문에 절연거리 확보에 문제점을 갖는다. Fig. 2 (a) is a view showing a product photograph of a current transformer for GIS, and Fig. 2 (b) is a view showing the structure of an iron core type current transformer. 2( c ) shows the external appearance of a Rogowski type current sensor. The iron core type CT according to the prior art is composed of an iron core core such as a silicon steel plate or a manganese plate and an enameled copper wire, and occupies a large volume as a large heavy object. The Rogowski type current sensor refers to an air-core type coil current sensor and can be manufactured in various forms. All of the Rogowski type current sensors according to the prior art were manufactured in a horizontal type structure. The Rogowski type current sensor of such a horizontal structure has a problem in securing an insulation distance because of the horizontal type sensor coil.

도 2(d)는 철심형 변류기의 원리를 설명하기 위한 도면이다. 2(d) is a view for explaining the principle of the iron core type current transformer.

예를 들어, 1차 대전류가 흐르는 도체를 관통형 변류기에 통과시켜 1차 전류에 비례하는 발생하는 자속(Φ)이 변류기 코일에 쇄교하여 기전력을 획득할 수 있다. 도 2(d)에서는 관통하는 도체권수는 1회이고, 변류기에 얻어지는 전류는 변류기 코일 권수(N)에 반비례(1/N)하는 전류가 흐르게 된다. 이러한 구조는 구조가 단순하지만 철심과 에나멜 동선 및 외함으로 구성되어 대형의 중량물이며, 대전류에 포화(saturation)될 수 있다. For example, an electromotive force may be obtained by passing a conductor through which a large primary current flows through a flow-through current transformer, and a generated magnetic flux (Φ) proportional to the primary current is linked to the current transformer coil. In FIG. 2( d ), the number of conductor turns passing through is one, and the current obtained in the current transformer flows in inverse proportion (1/N) to the number of turns (N) in the current transformer coil. Although this structure is simple in structure, it is a large heavy object composed of an iron core, enameled copper wire, and an enclosure, and may be saturated with a large current.

도 2(e)는 로고우스키형 변류기 원리를 설명하기 위한 도면이다. 2(e) is a diagram for explaining the principle of a Rogowski type current transformer.

원리는 철심형 변류기와 같지만, 코일 내부에 철심을 사용하지 않는 공심형으로 로고우스키형 변류기에 얻어지는 전압 u(t)는 다음과 같다: The principle is the same as that of the iron-core current transformer, but the voltage u(t) obtained in the Rogowski-type current transformer as an air-core type without using an iron core inside the coil is as follows:

Figure pat00001
Figure pat00001

이러한 구조는 구조가 단순하고, 소형 경량이며, 철심의 자기포화가 없어 측정범위가 넓다는 장점이 있다. 반면에, 로고우스키형 변류기의 감도가 낮아 측정범위에 따라 증폭기(amplifier)가 필요하게 되고, 출력 전압은 1차 전류의 미분형이므로 원신호(1차전류)로 복원하기 위해 출력단에 적분기(integrator)가 필요하다는 단점이 있다. This structure has the advantages of simple structure, small size and light weight, and a wide measurement range without magnetic saturation of the iron core. On the other hand, since the sensitivity of the Rogowski type current transformer is low, an amplifier is required depending on the measurement range, and since the output voltage is a differential type of the primary current, an integrator ( The disadvantage is that an integrator is required.

이러한 종래기술에 따른 철심형 변류기 및 로고우스키형 변류기는 모두 GIS의 스페이서에 내장할 수 없다. 철심형 변류기는 GIS의 스페이서보다 매우 크므로 적용될 수 없고, 코일(다시 말해, 에나멜동선)의 로고우스키형 전류센서(절연호스 또는 권선형)는 내부 공극이나 보이드 등으로 인한 문제로 GIS의 스페이서 내에 적용 불가능하다. Both the iron core type current transformer and the Rogowski type current transformer according to the prior art cannot be built into the spacer of the GIS. The iron core type current transformer cannot be applied because it is much larger than the GIS spacer, and the Rogowski type current sensor (insulated hose or wire wound type) of the coil (that is, enameled copper wire) is a GIS spacer due to problems caused by internal voids or voids. not applicable within

PCB패턴의 수평형 로고우스키형 전류센서는 저압 및 고압에서는 일부 수정 후 적용 가능할 수 있으나, 66kV 특고압이나 100kV이상의 초고압 GIS 용에는 절연거리가 확보되지 않아 적용 불가능하다. The horizontal Rogowski type current sensor with PCB pattern can be applied after some modifications in low and high voltage, but it is not applicable to 66kV extra high voltage or ultra high voltage GIS over 100kV because the insulation distance is not secured.

도 3은 종래기술에 따른 스페이서를 나타내는 도면이다. 3 is a view showing a spacer according to the prior art.

스페이서(Spacer)는 도 3과 같이 특별고압 22kV ~ 초고압 1,000kV급 가스절연개폐장치(GIS)의 구성품 중 GIS 탱크 간 탱크 내부의 절연 가스의 누설이 없도록 접속시켜 주고, 내부 전력을 전달하는 도체(Conductor)를 지지해주는 역할을 한다. 스페이서는 전력계통 방식 또는 내부 도체수에 따라 단상(one phase)형(도 3(a)) 또는 3상(three phase) 일괄형(도 3(b))으로 구분된다. As shown in FIG. 3, a spacer is a conductor ( It serves as a support for the conductor. The spacer is divided into a single-phase type (FIG. 3(a)) or a three-phase batch type (FIG. 3(b)) according to the power system method or the number of internal conductors.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 PCB 패턴의 수직형 로고우스키 전류센서를 나타내는 도면이다. 4 is a view showing a vertical Rogowski current sensor of a PCB pattern according to an embodiment of the present invention.

기존 변류기(Current Transformer; CT)는 철심(예를 들어, 규소강판 등)과 에나멜 동선으로 구성되어 스페이서보다 수 십배 크기 때문에 기존 변류기를 스페이서에 내장할 수 없으므로, 본 발명에서는 전류측정을 위해 로고우스키형 전류센서를 기존과 다른 수직구조로 제작하여 스페이서에 내장하고자 한다. The existing current transformer (CT) is composed of an iron core (eg, silicon steel sheet, etc.) and enameled copper wire and is tens of times larger than the spacer. We intend to manufacture a ski-type current sensor in a vertical structure different from the existing one and embed it in a spacer.

하지만, 기존 로고우스키형 변류기를 구조상 그대로 가스절연개폐장치의 스페이서에 내장하는 것은 불가능하고, 구조상 배치가 가능하더라도 절연거리를 확보할 수 없어 절연파괴를 발생시키므로 다음과 같은 수직형 로고우스키 전류센서를 제안한다. However, it is impossible to embed the existing Rogowski-type current transformer in the spacer of the gas insulated switchgear as it is structurally. sensor is suggested.

도 4(a)는 본 발명에서 제안하는 수직형 로고우스키 전류센서의 단면을 나타내는 도면이다. 도 4(b)는 종래기술에 따른 수평형 로고우스키 전류센서의 단면을 나타내는 도면이다. Figure 4 (a) is a view showing a cross-section of the vertical Rogowski current sensor proposed in the present invention. 4 (b) is a view showing a cross-section of a horizontal Rogowski current sensor according to the prior art.

도 4(a)에 도시된 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 수직형 로고우스키 전류센서는 가스절연개폐장치의 스페이서(410)에 내장될 수 있다. 가스절연개폐장치의 스페이서에 내장됨으로써 변류기를 대체하여 부하 전류를 측정할 수 있다. 스페이서에 내장된 제안하는 수직형 로고우스키 전류센서는 스페이서 내의 도체(420)에 대하여 센서 코일(430)이 수직으로 내장되어 절연거리를 확보할 수 있다. As shown in FIG. 4( a ), the vertical Rogowski current sensor according to an embodiment of the present invention may be embedded in the spacer 410 of the gas insulated switchgear. By being built into the spacer of the gas insulated switchgear, it can replace the current transformer and measure the load current. In the proposed vertical Rogowski current sensor embedded in the spacer, the sensor coil 430 is vertically embedded with respect to the conductor 420 in the spacer to secure an insulation distance.

반면에, 도 4(b)에 도시된 종래기술에 따른 수평형 로고우스키 전류센서는 가스절연개폐장치의 스페이서(440)에 내장될 때 스페이서 내의 도체(450)에 대하여 센서 코일(460)이 수평으로 내장되어 센서코일의 너비만큼 절연거리가 감소하게 된다. 다시 말해, 수평형 로고우스키 전류센서는 지그와 부착하는 구조상 절연거리가 짧아진다. On the other hand, when the horizontal Rogowski current sensor according to the prior art shown in FIG. 4(b) is embedded in the spacer 440 of the gas insulated switchgear, the sensor coil 460 is positioned with respect to the conductor 450 in the spacer. Since it is built horizontally, the insulation distance is reduced as much as the width of the sensor coil. In other words, the horizontal Rogowski current sensor has a shorter insulation distance due to the structure attached to the jig.

본 발명의 실시예에 따른 수직형 로고우스키 전류센서는 스페이서(410) 내의 도체(420)에 대하여 센서 코일(430)이 수직으로 내장됨으로써 도체로부터 센서 코일까지의 스페이서의 반지름 반향을 따르는 절연거리가 균등하게 유지되고, 불균일 자장 쇄교에 따른 오차를 감소시킬 수 있다. In the vertical Rogowski current sensor according to the embodiment of the present invention, the sensor coil 430 is vertically embedded with respect to the conductor 420 in the spacer 410, so that the insulation distance from the conductor to the sensor coil is along the radius of the spacer. is maintained uniformly, and errors due to non-uniform magnetic field linkage can be reduced.

제안하는 수직형 로고우스키 전류센서는 스페이서(410) 내의 도체(420)에 대하여 로고우스키형 전류센서의 센서 코일(430)이 수직으로 내장되어 고전압을 갖는 도체(420)로부터 최대의 이격 거리를 확보하고, 보이드(void)에 의한 절연 성능 저하를 방지하기 위해 전계 최소위치에 배치될 수 있다. In the proposed vertical Rogowski current sensor, the sensor coil 430 of the Rogowski type current sensor is vertically built with respect to the conductor 420 in the spacer 410, and the maximum separation distance from the conductor 420 having a high voltage. It can be arranged at the minimum electric field position in order to secure and prevent deterioration of insulation performance due to voids.

이와 같이, 로고우스키형 전류센서를 수직형으로 제작하여, 고전압 도체로부터 최대한 이격시켜 절연거리를 확보할 수 있으며, 센서는 전계 최소위치에 설치하므로 스페이서 및 로고우스키 전류센서 내부에 존재하는 보이드(Void)에 의한 절연성능 저하가 발생하지 않으면서도, 자속의 쇄교 단면적에 따른 측정 감도는 기존의 수평형 로고우스키 전류센서와 동등 또는 그 이상이다. In this way, by manufacturing the Rogowski-type current sensor vertically, it is possible to secure the insulation distance by separating it as far as possible from the high voltage conductor. The measurement sensitivity according to the cross-sectional area of the magnetic flux linkage is equal to or higher than that of the existing horizontal Rogowski current sensor, without any degradation in insulation performance due to void.

제안하는 수직형 로고우스키 전류센서의 구조만이 현재 사용중인 가스절연개폐장치의 스페이서 내에 내장하여 절연거리를 확보할 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예에 따른 스페이서에 내장되는 수직형 로고우스키 전류센서로 대체 시 가스절연개폐장치의 설비의 길이를 약 30% 축소 가능하고, 이로 인한 제조원가 감소 및 내부 충진 절연가스의 20% 를 감소시킬 수 있다. 내부 충진 절연가스는 SF6(육불화황)로 지구온난화지수가 매우 높아 강제적으로 사용량을 감소시켜야 하는 상황이므로, 지구온난화 감소에도 기여할 수 있다. Only the proposed vertical Rogowski current sensor structure can secure the insulation distance by embedding it in the spacer of the gas insulated switchgear currently in use. In addition, when replacing with the vertical Rogowski current sensor built into the spacer according to the embodiment of the present invention, the length of the equipment of the gas insulated switchgear can be reduced by about 30%, thereby reducing the manufacturing cost and reducing the amount of the internal filling insulating gas by 20%. % can be reduced. The internal filling insulation gas is SF 6 (sulfur hexafluoride), which has a very high global warming potential, so it is necessary to forcibly reduce the amount of use, so it can contribute to the reduction of global warming.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 수직형 로고우스키 전류센서의 분리된 차폐전극을 나타내는 도면이다. 5 is a view showing the separated shielding electrode of the vertical Rogowski current sensor according to an embodiment of the present invention.

일반 변류기 및 로고우스키형 전류센서는 주변에서 유기되는 전계(electric field)를 차폐하기 위하여 차폐함(shielding enclosure) 또는 차폐 전극을 포함한다. 이러한 차폐함 또는 차폐 전극으로 인해 루프(loop)가 형성되어, 루프에 자속(magnetic flux)이 유도되어 전압이 발생하여 측정오차를 발생시킨다. A general current transformer and a Rogowski type current sensor include a shielding enclosure or a shielding electrode to shield an electric field induced in the surroundings. Due to the shielding box or shielding electrode, a loop is formed, magnetic flux is induced in the loop, and a voltage is generated, thereby generating a measurement error.

따라서 본 발명에서는 차폐전극을 실시함에 있어 루프가 형성되지 않도록 센서코일(510) 상단 및 하단에 위치하는 차폐전극(520)의 일부를 4개 또는 그 이상의 부분(531, 532, 533, 534)에서 분리하여 전계는 차폐하고 자속이 쇄교되지 않도록 설계한다. Accordingly, in the present invention, a portion of the shielding electrode 520 positioned at the upper and lower portions of the sensor coil 510 is removed from four or more portions 531, 532, 533, and 534 so that a loop is not formed in implementing the shielding electrode. By separating it, the electric field is shielded and the magnetic flux is designed not to link.

도 5에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 수직형 로고우스키 전류센서의 분리된 차폐전극을 도시하였으나, 이는 실시예일뿐 제안하는 차폐전극의 일부를 분리하는 기법은 수평형 로고우스키 전류센서에도 적용될 수 있다. 5 shows the separated shielding electrode of the vertical Rogowski current sensor according to an embodiment of the present invention, but this is only an embodiment. can be applied.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 수직형 로고우스키 전류센서의 분리된 차폐전극의 등가회로를 나타내는 도면이다. 6 is a diagram illustrating an equivalent circuit of a separated shielding electrode of a vertical Rogowski current sensor according to an embodiment of the present invention.

도 6을 참조하면, 수직형 로고우스키 전류센서의 분리된 차폐전극의 등가회로와 분리된 차폐전극을 갖는 수직형 로고우스키 전류센서의 내부 단면을 나타내었다. Referring to FIG. 6 , an internal cross-section of a vertical Rogowski current sensor having an equivalent circuit of the separated shielding electrode of the vertical Rogowski current sensor and a separate shielding electrode is shown.

본 발명의 일 실시예에 따른 수직형 로고우스키 전류센서는 가스절연개폐장치의 변류기(Current Transformer; CT)를 대체하여 부하 전류를 측정하기 위해 스페이서 내에 내장될 수 있다. The vertical Rogowski current sensor according to an embodiment of the present invention may be embedded in a spacer to measure a load current by replacing a current transformer (CT) of a gas insulated switchgear.

수직형 로고우스키 전류센서의 차폐 전극으로 인한 유도기전력의 발생을 방지하기 위해 루프를 형성하지 않도록 차폐 전극의 일부를 분리하여 전계는 차폐하고 자속의 쇄교는 방지할 수 있다. In order to prevent the occurrence of induced electromotive force due to the shielding electrode of the vertical Rogowski current sensor, the electric field is shielded and magnetic flux linkage can be prevented by separating a part of the shielding electrode so as not to form a loop.

수직형 로고우스키 전류센서는 도 6의 분리된 차폐전극의 등가회로와 같이 센서코일의 +, - 단자(610)와 차폐전극(620)을 갖는다. 이러한 차폐전극(620)을 실시함에 있어 루프가 형성되지 않도록 차폐전극(620)의 일부(630)를 분리하여 전계는 차폐하고 자속이 쇄교되지 않도록 설계한다. 본 발명의 실시예에 따르면 적어도 4개 이상의 부분에서 차폐전극을 분리할 수 있다. The vertical Rogowski current sensor has + and - terminals 610 and a shielding electrode 620 of the sensor coil like the equivalent circuit of the separated shielding electrode of FIG. 6 . In implementing such a shielding electrode 620, a part 630 of the shielding electrode 620 is separated so that a loop is not formed, so that the electric field is shielded and magnetic flux is not interlinked. According to an embodiment of the present invention, the shielding electrode may be separated from at least four or more parts.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 수직형 로고우스키 전류센서의 불균일 자장 쇄교에 따른 오차 감소를 설명하기 위한 도면이다. 7 is a view for explaining error reduction due to non-uniform magnetic field linkage of the vertical Rogowski current sensor according to an embodiment of the present invention.

도 7(a)는 본 발명에서 제안하는 수직형 로고우스키 전류센서의 단면을 나타내는 도면이다. 도 7(b)는 종래기술에 따른 수평형 로고우스키 전류센서의 단면을 나타내는 도면이다. 7(a) is a view showing a cross-section of a vertical Rogowski current sensor proposed in the present invention. 7 (b) is a view showing a cross-section of a horizontal Rogowski current sensor according to the prior art.

도 7(a)에 도시된 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 수직형 로고우스키 전류센서는 가스절연개폐장치의 스페이서에 내장될 수 있다. 스페이서에 내장된 제안하는 수직형 로고우스키 전류센서는 스페이서 내의 도체(710)에 대하여 센서 코일(720)이 수직으로 내장되어 절연거리를 확보할 수 있다. 다시 말해, 수직형 로고우스키 전류센서의 센서코일은 수직으로 배치되어 매우 얇은 두께(721)를 가지므로 도체(710)로부터의 센서코일(720)까지의 스페이서의 반지름 반향을 따르는 절연거리가 거의 균등하다. 따라서 불균일 자장 쇄교에 따른 오차를 감소시킬 수 있다. As shown in Fig. 7(a), the vertical Rogowski current sensor according to an embodiment of the present invention may be built in a spacer of a gas insulated switchgear. In the proposed vertical Rogowski current sensor embedded in the spacer, the sensor coil 720 is vertically embedded with respect to the conductor 710 in the spacer to secure an insulation distance. In other words, since the sensor coil of the vertical Rogowski current sensor is vertically disposed and has a very thin thickness 721, the insulation distance from the conductor 710 to the sensor coil 720 along the radial direction of the spacer is almost equal Therefore, it is possible to reduce the error caused by the non-uniform magnetic field linkage.

반면에, 도 7(b)에 도시된 종래기술에 따른 수평형 로고우스키 전류센서는 가스절연개폐장치의 스페이서에 내장될 때 스페이서 내의 도체(730)에 대하여 센서 코일(740)이 수평으로 내장되어 센서코일의 너비(741)만큼 절연거리가 감소하게 된다. 다시 말해, 수평형 로고우스키 전류센서의 센서코일은 수평으로 배치되어 수직형에 비해 두꺼운 너비(741)를 가지므로 도체(730)로부터 가까운 안쪽의 센서코일과 도체(730)로부터 먼 바깥쪽의 센서코일은 서로 다른 자장의 영향을 받게 된다. 따라서, 불균일 자장 쇄교에 따른 오차가 증가하게 된다. On the other hand, in the horizontal Rogowski current sensor according to the prior art shown in FIG. Thus, the insulation distance is reduced by the width 741 of the sensor coil. In other words, since the sensor coil of the horizontal Rogowski current sensor is arranged horizontally and has a thicker width 741 than that of the vertical type, the inner sensor coil close to the conductor 730 and the outer sensor coil far from the conductor 730 are arranged horizontally. The sensor coil is affected by different magnetic fields. Therefore, the error due to the non-uniform magnetic field linkage increases.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 수직형 로고우스키 전류센서의 생산에서의 비용 절감 측면을 설명하기 위한 도면이다.8 is a view for explaining the cost reduction aspect in the production of the vertical Rogowski current sensor according to an embodiment of the present invention.

도 8(a)는 본 발명의 일 실시예에 따른 수직형 로고우스키 전류센서의 형태를 나타내는 도면이다. 도 8(b)는 종래기술에 따른 수평형 로고우스키 전류센서의 형태를 나타내는 도면이다. 8 (a) is a view showing the shape of a vertical Rogowski current sensor according to an embodiment of the present invention. 8 (b) is a view showing the shape of a horizontal Rogowski current sensor according to the prior art.

본 발명의 실시예에 따른 수직형 로고우스키 전류센서는 가스절연개폐장치의 스페이서에 내장될 수 있다. 가스절연개폐장치의 스페이서에 내장됨으로써 변류기를 대체하여 부하 전류를 측정할 수 있다. 스페이서에 내장된 제안하는 수직형 로고우스키 전류센서는 스페이서 내의 도체에 대하여 센서 코일이 수직으로 내장되어 절연거리를 확보할 수 있다. The vertical Rogowski current sensor according to an embodiment of the present invention may be built in a spacer of a gas insulated switchgear. By being built into the spacer of the gas insulated switchgear, it can replace the current transformer and measure the load current. In the proposed vertical Rogowski current sensor embedded in the spacer, the sensor coil is vertically embedded with respect to the conductor in the spacer, so that the insulation distance can be secured.

도 8(a)와 같이, 제안하는 수직형 로고우스키 전류센서는 스페이서 내의 도체에 대하여 센서 코일이 수직으로 내장되도록 가요성(flexibility)을 갖는 판(板) 형(810)이고, 스페이서 내의 도체의 원주를 따라 원형으로 감싸도록 배치된다. As shown in Fig. 8(a), the proposed vertical Rogowski current sensor is a plate-type 810 having flexibility so that the sensor coil is vertically embedded with respect to the conductor in the spacer, and the conductor in the spacer. It is arranged to wrap around the circumference of the circle.

반면에, 종래기술에 따른 수평형 로고우스키 전류센서는 도 8(b)과 같이 수평형(820)으로 제작되어 X로 표시된 부분들(810)은 불필요하게 되고, 수직형에 비해 버려지는 부분이 더 많다. On the other hand, the horizontal Rogowski current sensor according to the prior art is manufactured in a horizontal type 820 as shown in FIG. this is more

따라서, 제안하는 수직형 로고우스키 전류센서가 종래기술에 따른 수평형 로고우스키 전류센서에 비해 생산성 측면에서 원가 절감의 효과를 가질 수 있다. Therefore, the proposed vertical Rogowski current sensor can have an effect of cost reduction in terms of productivity compared to the horizontal Rogowski current sensor according to the prior art.

이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 수직형 로고우스키 전류센서는 중전기산업의 가스절연개폐장치에서 기존 철심형 변류기(CT) 및 전자식 변류기(eCT)를 대체하여 부하 전류를 측정할 수 있다. In this way, the vertical Rogowski current sensor according to an embodiment of the present invention can measure the load current by replacing the existing iron core type current transformer (CT) and the electronic current transformer (eCT) in the gas insulated switchgear of the heavy electric industry. .

가스절연개폐장치 탱크 내에 설치되는 기존 대형의 철심형 변류기(CT) 또는 전자식 변류기(eCT)를 본 발명의 일 실시예에 따른 수직형 로고우스키 전류센서를 이용하는 변류기로 대체 시 가스절연개폐장치 설비의 길이를 약 30% 축소할 수 있고, 이에 따라 제조원가 감소 및 내부 충진 절연가스의 20% 를 감소시킬 수 있다. 내부 충진 절연가스는 SF6(육불화황)로 지구온난화지수가 매우 높아 강제적으로 사용량을 감소시켜야 하는 상황이므로, 제안하는 수직형 로고우스키 전류센서는 지구온난화 감소를 위해서도 적극적으로 적용할 수 있어 시장성이 매우 높을 것으로 판단된다. Gas insulated switchgear facility when replacing the existing large iron core type current transformer (CT) or electronic current transformer (eCT) installed in the gas insulated switchgear tank with a current transformer using a vertical Rogowski current sensor according to an embodiment of the present invention can be reduced by about 30%, thereby reducing manufacturing cost and reducing the amount of internal filling insulating gas by 20%. The internal filling insulation gas is SF 6 (sulfur hexafluoride), which has a very high global warming potential, so it is necessary to forcibly reduce the amount of use. The marketability is expected to be very high.

Claims (10)

가스절연개폐장치의 스페이서에 있어서,
로고우스키형 전류센서를 포함하고,
상기 로고우스키형 전류센서는,
가스절연개폐장치의 변류기(Current Transformer; CT)를 대체하여 부하 전류를 측정하기 위해 스페이서 내에 내장되고, 스페이서 내의 도체에 대하여 센서 코일인 PCB 패턴이 수직으로 내장되어 절연거리를 확보하는 수직형 로고우스키형 전류센서인
가스절연개폐장치의 스페이서. In the spacer of a gas insulated switchgear,
Includes a Rogowski type current sensor,
The Rogowski type current sensor,
It is built into the spacer to measure the load current by replacing the Current Transformer (CT) of the gas insulated switchgear, and the PCB pattern, which is a sensor coil, is built vertically with respect to the conductor in the spacer to secure the insulation distance. ski current sensor
Spacer of gas insulated switchgear. 제1항에 있어서,
상기 로고우스키형 전류센서는,
스페이서 내의 도체에 대하여 센서 코일이 수직으로 내장됨으로써 도체로부터 센서 코일까지의 스페이서의 반지름 반향을 따르는 절연거리가 균등하게 유지되고, 불균일 자장 쇄교에 따른 오차를 감소시키는
가스절연개폐장치의 스페이서. The method of claim 1,
The Rogowski type current sensor,
By embedding the sensor coil vertically with respect to the conductor in the spacer, the insulation distance from the conductor to the sensor coil along the radial direction of the spacer is maintained uniformly, and the error due to the non-uniform magnetic field linkage is reduced.
Spacer of gas insulated switchgear. 제1항에 있어서,
상기 로고우스키형 전류센서는,
스페이서 내의 도체에 대하여 센서 코일이 수직으로 내장되도록 가요성(flexibility)을 갖는 판(板) 형이고, 스페이서 내의 도체의 원주를 따라 원형으로 감싸도록 배치되는
가스절연개폐장치의 스페이서. According to claim 1,
The Rogowski type current sensor,
It is a plate type having flexibility so that the sensor coil is vertically embedded with respect to the conductor in the spacer, and is arranged to be wrapped around the circumference of the conductor in the spacer in a circle.
Spacer of gas insulated switchgear. 제1항에 있어서,
상기 로고우스키형 전류센서는,
스페이서 내의 도체에 대하여 로고우스키형 전류센서의 센서 코일이 수직으로 내장되어 고전압을 갖는 도체로부터 최대의 이격 거리를 확보하고, 스페이서 및 로고우스키형 전류센서 내의 보이드(void)에 의한 절연 성능 저하를 방지하기 위해 전계 최소위치에 배치되는
가스절연개폐장치의 스페이서.The method of claim 1,
The Rogowski type current sensor,
The sensor coil of the Rogowski-type current sensor is built vertically with respect to the conductor in the spacer to secure the maximum separation distance from the high-voltage conductor, and insulation performance deteriorates due to voids in the spacer and Rogowski-type current sensor is placed at the minimum electric field position to prevent
Spacer of gas insulated switchgear. 가스절연개폐장치의 스페이서에 있어서,
로고우스키형 전류센서를 포함하고,
상기 로고우스키형 전류센서는,
가스절연개폐장치의 변류기(Current Transformer; CT)를 대체하여 부하 전류를 측정하기 위해 스페이서 내에 내장되고, 로고우스키형 전류센서의 차폐 전극으로 인한 유도기전력의 발생을 방지하기 위해 루프를 형성하지 않도록 차폐 전극의 일부를 분리하여 전계는 차폐하고 자속의 쇄교는 방지하는
가스절연개폐장치의 스페이서. In the spacer of a gas insulated switchgear,
Includes a Rogowski type current sensor,
The Rogowski type current sensor,
It is built into the spacer to measure the load current by replacing the current transformer (CT) of the gas insulated switchgear, and prevents the formation of a loop to prevent the generation of induced electromotive force due to the shielding electrode of the Rogowski type current sensor. By separating a part of the shielding electrode, the electric field is shielded and magnetic flux linkage is prevented.
Spacer of gas insulated switchgear. 제5항에 있어서,
상기 로고우스키형 전류센서는,
스페이서 내의 도체에 대하여 센서 코일인 PCB 패턴이 수직으로 내장되어 절연거리를 확보하는 수직형 로고우스키형 전류센서인
가스절연개폐장치의 스페이서. 6. The method of claim 5,
The Rogowski type current sensor,
It is a vertical Rogowski type current sensor in which the PCB pattern, which is the sensor coil, is built vertically with respect to the conductor in the spacer to secure the insulation distance.
Spacer of gas insulated switchgear. 제6항에 있어서,
상기 로고우스키형 전류센서는,
스페이서 내의 도체에 대하여 센서 코일이 수직으로 내장됨으로써 도체로부터 센서 코일까지의 스페이서의 반지름 반향을 따르는 절연거리가 균등하게 유지되고, 불균일 자장 쇄교에 따른 오차를 감소시키는
가스절연개폐장치의 스페이서. 7. The method of claim 6,
The Rogowski type current sensor,
By embedding the sensor coil vertically with respect to the conductor in the spacer, the insulation distance from the conductor to the sensor coil along the radial direction of the spacer is maintained uniformly, and the error due to the non-uniform magnetic field linkage is reduced.
Spacer of gas insulated switchgear. 제6항에 있어서,
상기 로고우스키형 전류센서는,
스페이서 내의 도체에 대하여 센서 코일이 수직으로 내장되도록 가요성(flexibility)을 갖는 판(板) 형이고, 스페이서 내의 도체의 원주를 따라 원형으로 감싸도록 배치되는
가스절연개폐장치의 스페이서. 7. The method of claim 6,
The Rogowski type current sensor,
It is a plate type having flexibility so that the sensor coil is vertically embedded with respect to the conductor in the spacer, and is arranged to be wrapped around the circumference of the conductor in the spacer in a circle.
Spacer of gas insulated switchgear. 제6항에 있어서,
상기 로고우스키형 전류센서는,
스페이서 내의 도체에 대하여 로고우스키형 전류센서의 센서 코일이 수직으로 내장되어 고전압을 갖는 도체로부터 최대의 이격 거리를 확보하고, 스페이서 및 로고우스키형 전류센서 내의 보이드(void)에 의한 절연 성능 저하를 방지하기 위해 전계 최소위치에 배치되는
가스절연개폐장치의 스페이서.7. The method of claim 6,
The Rogowski type current sensor,
The sensor coil of the Rogowski-type current sensor is built vertically with respect to the conductor in the spacer to secure the maximum separation distance from the high-voltage conductor, and insulation performance deteriorates due to voids in the spacer and Rogowski-type current sensor is placed at the minimum electric field position to prevent
Spacer of gas insulated switchgear. 제5항에 있어서,
상기 로고우스키형 전류센서의 차폐 전극의 분리된 부분은 적어도 4개 이상인
가스절연개폐장치의 스페이서.6. The method of claim 5,
The separated portion of the shielding electrode of the Rogowski type current sensor is at least four or more.
Spacer of gas insulated switchgear.
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